(57)【要約】【課題】  放電に不要なエネルギの損失を抑制することの可能な点火装置を提供する。【解決手段】  点火装置３０は、複数の一次コイル４１１，４２１，４３１同士が並列接続され、複数の二次コイル４１２，４２２，４３２同士が並列接続された複数の点火コイル４１０，４２０，４３０を備える。エネルギ投入部５０は、点火プラグ７が放電開始した後の所定のエネルギ投入期間に点火プラグ７がその放電を継続するように、複数の一次コイル４１１，４２１，４３１にエネルギを投入可能である。そのエネルギ投入部５０がエネルギを投入する際の二次電流Ｉ２の目標値としての維持目標電流値Ｉ２*に応じて、並列判定回路６０は複数の点火コイル４１０，４２０，４３０のうちのいずれかの導通をオンまたはオフする。これにより、点火プラグ７が放電を開始する際のピーク電流を調整することが可能である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１３）の混合気に火花放電する点火プラグ７の動作を制御する点火装置（３０）であって、
直流電源（６）から供給される一次電流（Ｉ１）が流れる一次コイル（４１１，４２１，４３１）、及び前記点火プラグの電極に接続されて前記一次コイルを流れる一次電流の通電及び遮断により誘導される二次電流（Ｉ２）が流れる二次コイル（４１２，４２２，４３２）を有する複数の点火コイル（４１０，４２０，４３０）であって、その複数の点火コイルが有する複数の前記一次コイル同士が並列接続され、複数の前記二次コイル同士が並列接続される複数の点火コイルと、
複数の前記一次コイルの反直流電源側である接地側の配線に接続され、点火信号に従って一次電流の通電と遮断とを切り替える点火スイッチ（４５）と、
前記点火スイッチによる一次電流の遮断により前記点火プラグの電極に放電が発生した後の所定のエネルギ投入期間に放電を継続する二次電流が前記点火プラグの電極に流れるように、複数の前記一次コイルにエネルギを投入可能なエネルギ投入手段（５０）と、
前記エネルギ投入手段がエネルギを投入する際に前記点火プラグの電極に流れる二次電流の目標値としての維持目標電流値（Ｉ２*）を前記内燃機関の運転状態に応じて設定する設定手段（３２）と、
前記設定手段が設定した前記維持目標電流値に応じて、複数の前記点火コイルのうちいずれかの通電をオンまたはオフする並列判定回路（６０）と、を備えることを特徴とする点火装置。
【請求項２】
前記並列判定回路の信号に基づき、複数の前記点火コイルのうち１個の前記点火コイルを除いた他の前記点火コイルが有する前記一次コイルの通電をオンまたはオフすることの可能なスイッチ（６１，６２）を備えることを特徴とする請求項１に記載の点火装置。
【請求項３】
前記並列判定回路は、
前記点火スイッチの動作による前記点火プラグの放電開始に必要な目標ピーク電流値を、前記設定手段が設定した前記維持目標電流値に応じて、又は前記内燃機関の運転状態に基づいて設定する目標ピーク電流値検出手段（Ｓ１２）と、
前記目標ピーク電流値検出手段が検出した前記目標ピーク電流値以上の二次電流を前記点火プラグの電極に流すことの可能な前記点火コイルの数を判定する点火コイル数判定手段（Ｓ１２，Ｓ１４）と、
前記点火コイル数判定手段が判定した前記点火コイルの数に応じて前記スイッチをオン、オフするスイッチ切替手段（Ｓ１３，Ｓ１５，Ｓ１６）とを有することを特徴とする請求項２に記載の点火装置。
【請求項４】
前記点火スイッチの動作のみによる前記点火プラグの放電の継続期間（β）は、前記エネルギ投入手段によるエネルギ投入期間よりも短いことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の点火装置。
【請求項５】
前記点火スイッチは、複数の前記一次コイルの反直流電源側である接地側の配線に１個のみ設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火プラグの動作を制御する点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の混合気に火花放電を行う点火プラグの動作を制御する点火装置が知られている。
特許文献１に記載の点火装置は、第１の点火コイルと第２の点火コイルとを並列に接続している。また、この点火装置は、第１の点火コイルの有する一次コイルの通電をオン、オフする第１の点火スイッチと、第２の点火コイルの有する一次コイルの通電をオン、オフする第２の点火スイッチを備えている。
この点火装置は、第１の点火スイッチをオフした後、第２の点火スイッチをオフすることで、点火プラグの放電時間を長くしている。点火装置は、この多重放電により、希薄混合気への着火性を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１９９４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の点火装置は、第１の点火コイルによる放電初期と、第２の点火コイルによる放電初期に、混合気の着火に必要なエネルギよりも大きいエネルギを消費している。また、第２の点火コイルによる放電終盤では、出力するエネルギが放電に必要なエネルギよりも小さいために、出力したエネルギが無駄に消費されている。したがって、この点火装置は、エネルギの損失が大きく、そのエネルギを生成するために燃費が悪化するおそれがある。また、第１の点火コイルの放電初期と第２の点火コイルの放電初期のエネルギが大きいので、点火プラグの電極部の寿命が短くなることが懸念される。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、放電に不要なエネルギの損失を抑制することの可能な点火装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、点火プラグに二次電流を供給する複数の点火コイルを備えた点火装置において、点火プラグの放電を継続可能なエネルギ投入手段に設定される維持目標電流値に応じて、複数の点火コイルのうちいずれかの通電をオンまたはオフすることを特徴とする。
【０００６】
これにより、エネルギ投入手段に設定される維持目標電流値に応じて、動作する点火コイルの数を変えることで、点火スイッチの動作によって点火プラグの電極に放電が発生する際のピーク電流が調整される。そのため、点火装置は、維持目標電流値とピーク電流値とを近づけることで、内燃機関の運転状態に対してピーク電流を必要以上に大きくすることなく、エネルギの無駄を低減することが可能である。
また、維持目標電流値とピーク電流値とを近づけることで、点火プラグにピーク電流が流れてからエネルギ投入手段がエネルギを投入するまでの時間が短くなる。そのため、点火装置は、維持目標電流値よりも大きい二次電流が点火プラグに流れる時間を短くすることが可能である。
したがって、この点火装置は、過剰なエネルギ投入による点火プラグの電極部の消耗を抑制し、点火プラグの耐用期間を延ばすことができる。
【０００７】
ここで、仮にエネルギ投入手段によるエネルギ投入が無いとした場合に、点火スイッチの動作のみで点火プラグに流れる二次電流の波形をベース波形という。
点火装置は、出力可能なピーク電流が小さい複数個の点火コイルを備えることで、そのベース波形が終息する時間が短くなる。そのため、点火装置は、エネルギ投入手段によるエネルギ投入が行われる場合、そのエネルギ投入期間が終了した後にベース波形が残ることを抑制することが可能である。したがって、この点火装置は、放電に不要なエネルギの損失を抑制し、燃費を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態による点火装置が適用されるエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による点火装置の回路図である。
【図３】点火装置の基本動作を説明したタイムチャートである。
【図４】点火装置が行う点火制御処理を説明したフローチャートである。
【図５】（Ａ）は３個の点火コイルを使用した場合の二次電流の時間変化を示すグラフであり、（Ｂ）は２個の点火コイルを使用した場合の二次電流の時間変化を示すグラフであり、（Ｃ）は３個の点火コイルを使用した場合の二次電流の時間変化を示すグラフである。
【図６】比較例の点火装置における二次電流の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態による点火装置を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態による点火装置は、車両等に搭載されるエンジンシステムに適用される。以下の説明では、特許請求の範囲に記載の「内燃機関」を「エンジン」という。
【００１０】
［エンジンシステムの構成］
まず、エンジンシステムの概略構成について図１を参照して説明する。
エンジンシステム１０は火花点火式のエンジン１３を備えている。エンジン１３は、例えば４気筒等の多気筒エンジンであり、図１では１気筒の断面のみを図示している。以下に説明する構成は、図示しない他の気筒にも同様に設けられている。
【００１１】
エンジン１３は、スロットル弁１４を通じて吸気マニホールド１５から供給される空気とインジェクタ１６から噴射される燃料との混合気を燃焼室１７内で燃焼させ、その燃焼時の爆発力によりピストン１８を往復運動させる。このピストン１８の往復運動は、図示していないクランクシャフトにより回転運動に変換されて出力される。燃焼ガスは、排気マニホールド２０等を通じて大気中に放出される。
燃焼室１７の入口であるシリンダヘッド２１の吸気ポートには吸気弁２２が設けられ、また燃焼室１７の出口であるシリンダヘッド２１の排気ポートには排気弁２３が設けられている。
【００１２】
燃焼室１７の混合気の点火は、点火装置３０によって点火プラグ７の電極間に放電を発生させることにより行われる。点火装置３０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３２の指令に基づき点火回路ユニット３１を動作させて点火コイル４１０，４２０，４３０から点火プラグ７に高電圧を印加することにより、燃焼室１７で火花放電を発生させる。
点火プラグ７は、エンジン１３の燃焼室１７で所定のギャップを隔てて対向する一対の電極（図２参照）を有し、上記ギャップで絶縁破壊を生させる高電圧が一対の電極間に印加されると火花放電を発生する。以下の説明において、「高電圧」とは、点火プラグ７が一対の電極間に放電を発生し得る電圧をいう。
【００１３】
ＥＣＵ３２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力ポート等からなるマイクロコンピュータによって構成されている。
ＥＣＵ３２は、燃圧センサ３４、筒内圧センサ３５、排気圧センサ３６、水温センサ３７、ＮＯｘセンサ３８及び吸気圧センサ３９等の各種センサから、破線矢印で示すように、検出信号が入力される。ＥＣＵ３２は、これらの各種センサからの検出信号に基づき、実線矢印で示すように、スロットル弁１４、インジェクタ１６、及び点火回路ユニット３１等を駆動してエンジン１３の運転状態を制御する。
【００１４】
［点火装置の構成］
次に、点火装置３０の構成について図２を参照して説明する。
図２に示すように、点火装置３０は、第１点火コイル４１０、第２点火コイル４２０、第３点火コイル４３０、点火回路ユニット３１及びＥＣＵ３２などを含む。
【００１５】
第１点火コイル４１０、第２点火コイル４２０及び第３点火コイル４３０は、同一の構成であり、それぞれ一次コイル４１１，４２１，４３１と、二次コイル４１２，４２２，４３２と、図示していない整流素子とを有し、公知の昇圧トランスを構成している。
一次コイル４１１，４２１，４３１は、一端が、一定の直流電圧を供給可能な「直流電源」としてのバッテリ６の正極に接続され、他端が点火スイッチ４５を介して接地されている。３個の一次コイル４１１，４２１，４３１は、バッテリ６と点火スイッチ４５との間で並列接続されている。なお、以下、一次コイル４１１，４２１，４３１の反バッテリ側を「接地側」という。
二次コイル４１２，４２２，４３２は、一次コイル４１１，４２１，４３１と磁気回路を共有しており、一端が点火プラグ７の一対の電極を介して接地され、他端が接地されている。即ち、３個の二次コイル４１２，４２２，４３２は並列に接続され、一端と他端とが閉回路を構成している。
【００１６】
一次コイル４１１，４２１，４３１に流れる電流を一次電流Ｉ１といい、一次電流Ｉ１の通電に続く遮断によって発生し、二次コイル４１２，４２２，４３２に流れる電流を二次電流Ｉ２という。図中に矢印で示すように、一次電流Ｉ１は、一次コイル４１１，４２１，４３１から点火スイッチ４５に向かう方向の電流を正とし、二次電流Ｉ２は、二次コイル４１２，４２２，４３２から点火プラグ７に向かう方向の電流を正とする。
点火コイル４１０，４２０，４３０は、一次コイル４１１，４２１，４３１を流れる電流の変化に応じた相互誘導作用により二次コイル４１２，４２２，４３２に高電圧を発生させ、この高電圧を点火プラグ７に印加する。本実施形態では、１個の点火プラグ７に対し、３個の点火コイル４１０，４２０，４３０が設けられている。
【００１７】
点火回路ユニット３１は、点火スイッチ（イグナイタ）４５、エネルギ投入部５０、二次電流検出回路４８、及び並列判定回路６０等を有している。
【００１８】
点火スイッチ４５は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）で構成されており、コレクタが点火コイル４１０，４２０，４３０の一次コイル４１１，４２１，４３１の接地側に接続され、エミッタが接地され、ゲートがＥＣＵ３２に接続されている。コレクタは、整流素子４６を介してエミッタに接続されている。
点火スイッチ４５は、ＥＣＵ３２からゲートに入力される点火信号ＩＧＴに応じてオンオフ動作する。詳しくは、点火スイッチ４５は、点火信号ＩＧＴの立ち上がり時にオンとなり、点火信号ＩＧＴの立ち下がり時にオフとなる。一次コイル４１１，４２１，４３１に流れる一次電流Ｉ１は、点火信号ＩＧＴに従い、点火スイッチ４５により通電及び遮断が切り替えられる。
【００１９】
「エネルギ投入手段」としてのエネルギ投入部５０は、ＤＣＤＣコンバータ５１、コンデンサ５６、放電スイッチ５７、放電スイッチ用ドライバ回路５８、整流素子５９及び電流維持信号判定回路７０を有している。
ＤＣＤＣコンバータ５１は、エネルギ蓄積コイル５２、充電スイッチ５３、充電スイッチ用ドライバ回路５４、及び整流素子５５から構成されている。ＤＣＤＣコンバータ５１は、バッテリ６の電圧を昇圧し、コンデンサ５６に供給する。
エネルギ蓄積コイル５２は、一端がバッテリ６に接続され、他端が充電スイッチ５３を介して接地されている。充電スイッチ５３は、例えばＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）で構成されており、ドレインがエネルギ蓄積コイル５２に接続され、ソースが接地され、ゲートがドライバ回路５４に接続されている。ドライバ回路５４は、充電スイッチ５３をオンオフ駆動可能である。
整流素子５５は、ダイオードで構成されており、コンデンサ５６からエネルギ蓄積コイル５２及び充電スイッチ５３側への電流の逆流を防止する。
【００２０】
充電スイッチ５３がオンしたとき、エネルギ蓄積コイル５２に誘起電流が流れ、電気エネルギが蓄積される。また、充電スイッチ５３がオフしたとき、エネルギ蓄積コイル５２に蓄積された電気エネルギがバッテリ６の直流電圧に重畳してコンデンサ５６側へ放出される。充電スイッチ５３がオンオフ動作を繰り返すことで、エネルギ蓄積コイル５２にてエネルギの蓄積と放出が繰り返され、バッテリ電圧が昇圧される。
コンデンサ５６は、一方の電極が整流素子５５を介してエネルギ蓄積コイル５２と充電スイッチ５３との間の配線に接続され、他方の電極が接地されている。コンデンサ５６は、ＤＣＤＣコンバータ５１によって昇圧された電圧を蓄電する。
【００２１】
放電スイッチ５７は、例えばＭＯＳＦＥＴで構成されており、ドレインがコンデンサ５６に接続され、ソースが一次コイル４１１，４２１，４３１の接地側に接続され、ゲートがドライバ回路５８に接続されている。ドライバ回路５８は、放電スイッチ５７をオンオフ駆動可能である。
整流素子５９は、ダイオードで構成されており、一次コイル４１１，４２１，４３１からコンデンサ５６への電流の逆流を防止している。
【００２２】
二次電流検出回路４８は、二次コイル４１２，４２２，４３２に流れる二次電流Ｉ２の和を検出する。そして、電流維持信号判定回路７０は、二次電流Ｉ２を目標値（以下「維持目標電流値Ｉ２*」という。）に一致させるようとするフィードバック制御により、放電スイッチ５７のオンデューティ比を決定し、ドライバ回路５８に指令する。
ＥＣＵ３２は、エンジンの負荷及び回転数等から定められる運転領域に応じて放電を良好に維持可能な程度の電流に維持目標電流値Ｉ２*を設定する。ＥＣＵがこの維持目標電流値Ｉ２*を設定するとき、特許請求の範囲に記載の「設定手段」として機能する。
【００２３】
並列判定回路６０は、維持目標電流値Ｉ２*に応じて、３個の点火コイル４１０，４２０，４３０のうち、何個の点火コイルを使用して点火プラグの放電を行うかを判定する。この判定方法については後述する。
第１点火コイル４１０が有する一次コイル４１１と並列判定回路６０との間に第１のスイッチ６１が設けられている。第３点火コイル４３０が有する一次コイル４３１と並列判定回路６０との間に第２のスイッチ６２が設けられている。
並列判定回路６０は、３個の点火コイル４１０，４２０，４３０を使用する場合、第１のスイッチ６１と第２のスイッチ６２をいずれもオンする。並列判定回路６０は、２個の点火コイルを使用する場合、第１のスイッチ６１又は第２のスイッチ６２の一方をオンし、他方をオフする。並列判定回路６０は、１個の点火コイル４２０を使用する場合、第１のスイッチ６１と第２のスイッチ６２をいずれもオフする。
【００２４】
ＥＣＵ３２は、各種センサから取得したエンジン１３の運転情報に基づいて、点火信号ＩＧＴ及びエネルギ投入期間信号ＩＧＷを生成し、点火回路ユニット３１に出力する。また、ＥＣＵ３２は、維持目標電流値Ｉ２*を指示するための目標二次電流信号ＩＧＡを生成し、電流維持信号判定回路７０を介してドライバ回路５８に出力する。
点火信号ＩＧＴは、点火スイッチ４５のゲートと、充電スイッチ用ドライバ回路５４に入力される。点火スイッチ４５は、点火信号ＩＧＴが入力されている期間、オンとなる。ドライバ回路５４は、点火信号ＩＧＴが入力されている期間、充電スイッチ５３のゲートに対し、充電スイッチ５３をオンオフ制御する充電スイッチ信号ＳＷｃを繰り返し出力する。本実施形態では、充電スイッチ信号ＳＷｃは、周期が一定でオンデューティ比が可変である矩形波パルス信号である。
【００２５】
エネルギ投入期間信号ＩＧＷは、放電スイッチ用ドライバ回路５８に入力される。ドライバ回路５８は、エネルギ投入期間信号ＩＧＷが入力されている期間、放電スイッチ５７のゲートに対し、放電スイッチ５７をオンオフ制御する放電スイッチ信号ＳＷｄを繰り返し出力する。ドライバ回路５８は、電流維持信号判定回路７０から入力される目標二次電流信号ＩＧＡに基づき、放電スイッチ信号ＳＷｄのオンデューティ比を変更する。本実施形態では、放電スイッチ信号ＳＷｄは、周期が一定でオンデューティ比が可変である矩形波パルス信号である。
【００２６】
［点火装置の作動］
次に、点火装置３０の作動について図３のタイムチャートを参照して説明する。図３のタイムチャートは、共通の時間軸を横軸とし、縦軸に上から順に、点火信号ＩＧＴ、エネルギ投入期間信号ＩＧＷ、コンデンサ電圧Ｖｄｃ、一次電流Ｉ１、二次電流Ｉ２、投入エネルギＰ、充電スイッチ信号ＳＷｃ、放電スイッチ信号ＳＷｄの時間変化を示している。
ここで、「コンデンサ電圧Ｖｄｃ」はコンデンサ５６に蓄電された電圧を意味する。また、「投入エネルギＰ」は、コンデンサ５６から放出され、一次コイル４１１，４２１，４３１の低電圧側端子側から点火コイル４１０，４２０，４３０に供給されるエネルギを意味し、１回の点火タイミング中における供給開始（最初の放電スイッチ信号ＳＷｄの立ち上がり）からの積算値を示す。
【００２７】
図３では、３個の点火コイル４１０，４２０，４３０を使用した場合を説明する。図３中、「一次電流Ｉ１」は３個の一次コイル４１１，４２１，４３１に流れる電流の和であり、「二次電流Ｉ２」は３個の二次コイル４１２，４２２，４３２に流れる電流の和である。この「一次電流Ｉ１」及び「二次電流Ｉ２」は、図２に示す矢印方向の電流を正の値とし、矢印と反対方向の電流を負の値とする。以下の説明において、負の電流の大小に言及する場合、「電流の絶対値」を基準として大小を表す。すなわち、負領域において、電流値が０［Ａ］から離れ絶対値が大きくなるほど「電流が増加又は上昇する」といい、０［Ａ］に近づき絶対値が小さくなるほど「電流が減少又は低下する」という。
【００２８】
また、エネルギ投入期間信号ＩＧＷが出力されている時刻ｔ３−ｔ４の期間における二次電流Ｉ２の制御目標値を、「維持目標電流値Ｉ２*」とする。維持目標電流値Ｉ２*は、エンジンの負荷及び回転数等から定められる運転領域に応じて放電を良好に維持可能な程度の電流値に設定される。本実施形態では、波状の最大値を目標値とするが、他の実施形態では、波状の最大値と最小値との中間値を目標値としてもよく、又は最小値を目標値としてもよい。
【００２９】
時刻ｔ１にて点火信号ＩＧＴがＨ（ハイ）レベルに立ち上がると、点火スイッチ４５がオンされる。このとき、エネルギ投入期間信号ＩＧＷはＬ（ロー）レベルであるので放電スイッチ５７はオフされている。これにより、一次コイル４１１，４２１，４３１に一次電流Ｉ１が通電される。
【００３０】
また、点火信号ＩＧＴがＨレベルに立ち上がっている間、矩形波パルス状の充電スイッチ信号ＳＷｃが、充電スイッチ５３のゲートに入力される。これにより、充電スイッチ５３のオン後のオフ期間に、コンデンサ電圧Ｖｄｃがステップ状に上昇する。
このようにして、点火信号ＩＧＴがＨレベルに立ち上がっている時刻ｔ１−ｔ２間に、点火コイル４１０，４２０，４３０が充電されるとともに、ＤＣＤＣコンバータ５１の出力によってコンデンサ５６にエネルギが蓄積される。このエネルギの蓄積は、時刻ｔ２までに終了する。
なお、コンデンサ電圧Ｖｄｃ、すなわちコンデンサ５６のエネルギ蓄積量は、充電スイッチ信号ＳＷｃのオンデューティ比、及びオンオフ回数によって制御可能である。
【００３１】
その後、時刻ｔ２にて点火信号ＩＧＴがＬレベルに立ち下げられ、点火スイッチ４５がオフされると、それまで一次コイル４１１，４２１，４３１に通電していた一次電流Ｉ１が急激に遮断される。すると自己誘電作用により一次コイルに電圧が発生し、これと同時に磁気回路及び磁束を共有している二次コイル４１２，４２２，４３２に相互誘導作用によって高電圧が発生し、点火プラグ７の電極間にて放電が発生する。放電が発生すると、二次電流Ｉ２が流れる。
時刻ｔ２で放電を発生させた後にエネルギ投入を行わない場合、二次電流Ｉ２は、破線で示すように、時間経過とともに０［Ａ］に近づき、放電を維持できない程度まで減衰すると放電は終了する。このような放電による点火方式を「通常点火」という。
【００３２】
それに対し本実施形態では、時刻ｔ２の直後の時刻ｔ３にエネルギ投入期間信号ＩＧＷがＨレベルに立ち上がることで、充電スイッチ５３がオフの状態で放電スイッチ５７がオンされる。これにより、コンデンサ５６に蓄積されたエネルギが放出され、一次コイル４１１，４２１，４３１の接地側に投入される。これにより、放電中に、「投入エネルギＰに起因する一次電流Ｉ１」が通電する。なお、投入エネルギＰは、時刻ｔ２までに蓄積されたコンデンサ電圧Ｖｄｃが高いほど大きいものとなる。
【００３３】
このとき、二次コイル４１２，４２２，４３２には、時刻ｔ２−ｔ３間に通電されていた二次電流Ｉ２に対し、投入エネルギＰに起因する一次電流Ｉ１の通電に伴う追加分の二次電流Ｉ２が同じ極性で重畳される。この二次電流Ｉ２の重畳は、時刻ｔ３−ｔ４の間、放電スイッチ５７がオンされる毎に行われる。
すなわち、放電スイッチ信号ＳＷｄがオンになる毎に、コンデンサ５６に蓄積されたエネルギにより一次電流Ｉ１が順次追加され、これに対応して、二次電流Ｉ２が順次追加される。これにより、二次電流Ｉ２は、維持目標電流値Ｉ２*に一致するように維持される。
時刻ｔ４でエネルギ投入期間信号ＩＧＷがＬレベルに立ち下がると、放電スイッチ信号ＳＷｄのオンオフ動作が停止し、一次電流Ｉ１、二次電流Ｉ２ともにゼロとなる。
【００３４】
このように、時刻ｔ２における放電の後、「一次コイル４１１，４２１，４３１の接地側」から点火コイル４１０，４２０，４３０にエネルギを投入する制御方式を、本明細書において「エネルギ投入制御」という。
一方、周知の多重放電方式のように、一次コイル４１１，４２１，４３１のバッテリ６側にエネルギを投入する方式、或いは二次コイル４１２，４２２，４３２の点火プラグ７と反対側から点火コイル４１０，４２０，４３０にエネルギを投入する方式を包括して「従来の多重放電方式」という。上述した「エネルギ投入制御」は、「従来の多重放電方式」に比べ、低電圧側からエネルギを投入することにより、放電が継続可能な最低限のエネルギを効率良く投入しつつ、放電アークが維持される状態を一定期間持続させることができる。
【００３５】
［本実施形態の特徴］
ところで、ＥＣＵ３２は、エンジン１３の負荷及び回転数等から運転領域を設定し、それに応じて維持目標電流値Ｉ２*を変えることが可能である。また、ＥＣＵ３２は、リーン燃焼状態の運転中に運転状態の変化や温度等の環境条件の変化によって燃焼状態が変動する場合にも、維持目標電流値Ｉ２*を変えることが可能である。これにより、点火装置３０は、失火を防ぎ、良好なドライバビリティを維持することができる。
【００３６】
しかし、点火スイッチ４５の動作によって点火プラグ７の電極に放電が発生する際のピーク電流が常に一定であると、エンジン１３の運転状態に対して必要以上のピーク電流が流れる場合、エネルギが無駄になることがある。また、その無駄に消費されるエネルギを生成するために燃費が悪化すると共に、点火プラグ７の電極部の耐用期間が短くなることが懸念される。
そこで、本実施形態の点火装置３０は、維持目標電流値Ｉ２*に応じて、並列判定回路６０が３個の点火コイル４１０，４２０，４３０のうちいずれかの通電をオンまたはオフすることを特徴とする。これにより、この点火装置３０は、放電に不要なエネルギの損失を抑制することが可能である。
【００３７】
以下、本実施形態の点火装置３０が行う点火制御処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。なお、図４では、ステップを「Ｓ」と表示している。
この処理は、エンジン１３の駆動と共に開始される。
まずステップ１０では、ＥＣＵ３２が、エンジン１３の負荷及び回転数などから、ＥＣＵ３２に記憶されたマップを参照して運転領域を設定する。
次にステップ１１では、上記ステップ１０で設定した運転領域に適した維持目標電流値Ｉ２*を決定する。
【００３８】
続いて、ステップ１２で、並列判定回路６０は、維持目標電流値Ｉ２*に所定の値αを加算し、当該運転領域で放電開始に必要なピーク電流値を算出する。ここで、所定の値αとは、当該運転領域のときに放電開始に必要となる目標ピーク電流値から維持目標電流値Ｉ２*を差し引いた値である。この並列判定回路６０の処理が、特許請求の範囲に記載の「目標ピーク電流値検出手段」の一例に相当する。
【００３９】
次に並列判定回路６０は、１個の点火コイルが出力可能なピーク電流値と、維持目標電流値Ｉ２*に所定の値αを加算した値とを比較する。
１個の点火コイルが出力可能なピーク電流値が、維持目標電流値Ｉ２*に所定の値αを加算した値よりも大きい、又は同一の場合（ステップ１２：ＹＥＳ）、処理はステップ１３に移行する。
ステップ１３で、並列判定回路６０は、第１のスイッチ６１及び第２のスイッチ６２をオフし、１個の点火コイル４２０のみで点火プラグ７の放電を行う。
一方、１個の点火コイルが出力可能なピーク電流値が、維持目標電流値Ｉ２*に所定の値αを加算した値よりも小さい場合（ステップ１２：ＮＯ）、処理はステップ１４に移行する。
【００４０】
ステップ１４で、並列判定回路６０は、２個の点火コイルが出力可能なピーク電流値と、維持目標電流値Ｉ２*に所定の値αを加算した値とを比較する。２個の点火コイルが出力可能なピーク電流値が、維持目標電流値Ｉ２*に所定の値αを加算した値よりも大きい、又は同一の場合（ステップ１４：ＹＥＳ）、処理はステップ１５に移行する。
ステップ１５で、並列判定回路６０は、第１のスイッチ６１をオン、第２のスイッチ６２をオフし、２個の点火コイル４１０，４２０で点火プラグ７の放電を行う。
一方、２個の点火コイルが出力可能なピーク電流値が、維持目標電流値Ｉ２*に所定の値αを加算した値よりも小さい場合（ステップ１４：ＮＯ）、処理はステップ１６に移行する。
ステップ１６で、並列判定回路６０は、第１のスイッチ６１と第２のスイッチ６２をオンし、３個の点火コイル４１０，４２０，４３０で点火プラグ７の放電を行う。
【００４１】
上述したステップ１２及び１４において、並列判定回路６０が点火プラグ７の放電に使用する点火コイルの数を判定する処理が、特許請求の範囲に記載の「点火コイル数判定手段」の一例に相当する。
また、上述したステップ１３，１５及び１６において、並列判定回路６０が点火プラグ７の放電に使用する点火コイルの数に応じて第１のスイッチ６１又は第２のスイッチ６２をオン、オフ動作する処理が、特許請求の範囲に記載の「スイッチ切替手段」の一例に相当する。
【００４２】
続いてステップ１７で、電流維持信号判定回路７０は、二次電流検出回路４８によって計測された電流値と維持目標電流値Ｉ２*とを比較する。その計測された電流値が維持目標電流値Ｉ２*よりも大きい場合（ステップ１７：ＹＥＳ）、処理をステップ１８に移行する。ステップ１８では、電流維持信号判定回路７０が放電スイッチ用ドライバ回路５８を介して放電スイッチ５７をオフする。続いてステップ２０で、電流維持信号判定回路７０は、放電期間がエネルギ投入期間を経過しているか否かを検出する。放電期間がエネルギ投入期間を経過していない場合、（ステップ２０：ＮＯ）、処理はステップ１７に戻る。
ステップ１７で、計測された電流値が維持目標電流値Ｉ２*よりも小さい場合（ステップ１７：ＮＯＳ）、処理はステップ１９に移行する。ステップ１９では、電流維持信号判定回路７０が放電スイッチ用ドライバ回路５８を介して放電スイッチ５７を継続的にオンオフ駆動する。続いてステップ２０で、放電期間がエネルギ投入期間を経過すると、処理は終了する。
【００４３】
次に、維持目標電流値Ｉ２*に応じて使用する点火コイルの数を変えた場合の二次電流Ｉ２の時間変化について図５を参照して説明する。
図５（Ａ）は３個の点火コイルを使用した場合の二次電流Ｉ２の時間変化を示し、図５（Ｂ）は２個の点火コイルを使用した場合の二次電流Ｉ２の時間変化を示し、図５（Ｃ）は３個の点火コイルを使用した場合の二次電流Ｉ２の時間変化を示している。
【００４４】
ＥＣＵ３２がエンジン１３の運転領域に応じて設定した維持目標電流値Ｉ２*は、図５（Ａ）が最も大きく、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）の順に小さい。そのため、図５（Ａ）では点火放電に３個の点火コイルが使用され、図５（Ｂ）では２個の点火コイルが使用され、図５（Ｃ）では１個の点火コイルが使用される。点火コイルを使用する個数に応じて二次電流Ｉ２は加算されるので、放電開始時のピーク電流は図５（Ａ）が最も大きく、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）の順に小さい。これにより、点火装置３０は、エンジン１３の運転領域に応じたピーク電流を流すことで、エネルギの無駄を低減することが可能である。
【００４５】
また、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入が無い場合に点火スイッチ４５の動作のみで点火プラグ７に流れる電流のベース波形は破線に示すものとなる。このベース波形が継続する期間βは、使用する点火コイルの数によって変わらない。そのため、点火装置３０は、出力可能なピーク電流が小さい複数個の点火コイル４１０，４２０，４３０を用いることにより、点火プラグ７が放電を開始する時刻ｔ２からエネルギ投入部５０がエネルギを投入開始する時刻ｔ３までの時間を短くすることが可能である。これにより、点火装置３０は、点火プラグ７に維持目標電流値Ｉ２*よりも大きい二次電流Ｉ２が流れる時間を短くすることが可能である。
【００４６】
さらに、上述のとおりベース波形が継続する期間βは、使用する点火コイル４１０，４２０，４３０の数によって変わらない。そのため、点火装置３０は、ベース波形の継続期間βが短い複数個の点火コイル４１０，４２０，４３０を用いることにより、エネルギ投入期間が終了する時刻ｔ４よりも前にそのベース波形の継続期間βを終了させることが可能である。
【００４７】
［比較例］
ここで、比較例の点火装置における二次電流Ｉ２の時間変化を図６に示す。比較例の点火装置は、１個の点火コイルのみを備えるものとする。比較例の備える１個の点火コイルが出力可能なピーク電流は、本実施形態の３個の点火コイル４１０，４２０，４３０を合わせたピーク電流に相当する。この場合、比較例の点火コイルのベース波形の継続期間γは、本実施形態の点火コイルのベース波形の継続期間βよりも長くなる。
比較例の点火装置は、ピーク電流を変更することができないので、エンジン１３の運転領域により放電開始に必要なピーク電流が小さい場合、エネルギの無駄が生じることがある。
また、比較例の点火装置は、エンジン１３の運転領域により維持目標電流値Ｉ２*が低い場合、ベース波形が維持目標電流値Ｉ２*に低下するまでに時間がかかる。そのため、点火プラグ７が放電を開始する時刻ｔ２からエネルギ投入部５０がエネルギを投入開始する時刻ｔ３までの時間が長くなることがある。したがって、比較例の点火装置は、点火プラグ７に維持目標電流値Ｉ２*よりも大きい二次電流Ｉ２が流れる時間が長くなり、エネルギの無駄が生じることがある。
さらに、比較例の点火装置は、エネルギ投入期間が終了した時刻ｔ４の後にもベース波形が残り、エネルギの無駄が生じることがある。
【００４８】
［本実施形態の作用効果］
これに対し、本実施形態の点火装置３０は、次の作用効果を奏する。
（１）本実施形態では、維持目標電流値Ｉ２*に応じて、並列判定回路６０が複数の点火コイル４１０，４２０，４３０のうちいずれかの通電をオンまたはオフする。
これにより、点火装置３０は、維持目標電流値Ｉ２*とピーク電流値とを近づけることで、エンジン１３の運転状態に対して必要以上のピーク電流を流すことなく、エネルギの無駄を低減可能である。
また、点火装置３０は、放電開始からエネルギ投入部５０がエネルギを投入するまでの時間が短くすることが可能である。そのため、点火プラグ７に維持目標電流値Ｉ２*よりも大きい電流が流れる時間を短くできる。
さらに、点火装置３０は、出力可能なピーク電流が小さい複数個の点火コイル４１０，４２０，４３０を備えることにより、ベース波形が終息する時間を短くすることが可能である。そのため、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入期間が終了した後にそのベース波形が残ることが抑制される。
したがって、この点火装置３０は、放電に不要なエネルギの損失を抑制し、燃費を向上することができる。さらに、この点火装置３０は、過剰なエネルギ投入による点火プラグ７の電極部の消耗を抑制し、点火プラグ７の耐用期間を延ばすことができる。
【００４９】
（２）本実施形態では、点火装置３０は、並列判定回路６０の信号に基づき、第１点火コイル４１０が有する一次コイル４１１の通電をオンまたはオフする第１のスイッチ６１と、第３点火コイル４３０が有する一次コイル４３１の通電をオンまたはオフする第２のスイッチ６２を備える。
これにより、３個の一次コイル全てにスイッチを設けることに比べて、スイッチ６１，６２の数を少なくすることができる。また、点火装置３０は、スイッチが設けられていない第２点火コイル４２０による放電が常に可能である。
【００５０】
（３）本実施形態では、並列判定回路６０は、維持目標電流値Ｉ２*に応じて目標ピーク電流値を検出し、その目標ピーク電流値以上の二次電流Ｉ２を点火プラグ７に流すことの可能な点火コイルの数を判定し、第１のスイッチ６１又は第２のスイッチ６２をオン、オフする。
これにより、エンジン１３の運転状態に対して必要な目標ピーク電流値よりも大きい二次電流Ｉ２を点火プラグ７に供給することなく、エネルギの損失を低減することができる。
【００５１】
（４）本実施形態では、点火コイル４１０，４２０，４３０のベース波形の継続期間βは、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入期間よりも短い。
これにより、エネルギ投入期間が終了した時刻ｔ４よりも後にベース波形が残ることが抑制されるので、エネルギの損失を低減することができる。
【００５２】
（５）本実施形態では、点火スイッチ４５は、３個の一次コイル４１１，４２１，４３１の接地側の配線に１個のみ設けられる。
これにより、３個の一次コイル４１１，４２１，４３１に流れる一次電流Ｉ１を同時に遮断することができる。
【００５３】
（その他の実施形態）
（ア）上記実施形態では、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入制御により、二次電流Ｉ２を維持目標電流値Ｉ２*に維持するようにした。これに対し、他の実施形態では、従来の多重放電方式や特開２０１２−１６７６６５号公報に開示された「ＤＣＯ（デュアルコイルオフセット）方式」等により二次電流Ｉ２を維持目標電流値Ｉ２*に維持してもよい。
【００５４】
（イ）上記実施形態では、エネルギ投入部５０によるエネルギ投入制御は、図３に示したように、点火信号ＩＧＴのＨレベル中に充電スイッチ信号ＳＷｃをオンオフしてコンデンサ電圧Ｖｄｃを蓄積した後、エネルギ投入期間に一次コイル４１１，４２１，４３１の接地側にエネルギを投入した。これに対し、他の実施形態では、例えば、エネルギ投入期間に充電スイッチ信号ＳＷｃと放電スイッチ信号ＳＷｄとを交互にオンオフ制御することにより、充電スイッチ信号ＳＷｃがオンのときにエネルギ蓄積コイル５２が蓄積したエネルギを、その都度一次コイル４１１，４２１，４３１の接地側に投入するようにしてもよい。その場合、コンデンサ５６を備えなくてもよい。
【００５５】
（ウ）上記実施形態では、電流維持信号判定回路７０は、二次電流検出回路４８により検出した二次電流Ｉ２を維持目標電流値Ｉ２*に一致させるようとするフィードバック制御を行った。これに対し、他の実施形態では、例えば、電流維持信号判定回路７０を備えることなく、二次電流Ｉ２をフィードフォワード制御してもよい。
【００５６】
（エ）他の実施形態では、点火回路ユニット３１は、ＥＣＵを収容するケースに収容するか、あるいは点火コイルを収容するケースに収容してもよい。
（オ）他の実施形態では、点火スイッチ４５及びエネルギ投入部５０は、別々のケースに収容してもよい。例えば、点火コイルを収容するケースに点火スイッチを収容し、また、ＥＣＵを収容するケースにエネルギ投入部を収容してもよい。
【００５７】
（カ）点火スイッチは、ＩＧＢＴに限らず、比較的耐圧の高い他のスイッチング素子で構成してもよい。また、充電スイッチ５３及び放電スイッチ５７は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、他のスイッチング素子で構成してもよい。
（キ）直流電源は、バッテリ６に限らず、例えば交流電源をスイッチングレギュレータ等によって安定化した直流安定化電源等で構成してもよい。
【００５８】
（ク）上記実施形態では、エネルギ投入部５０は、ＤＣＤＣコンバータ５１によって、バッテリ６の電圧を昇圧した。これに対し、他の実施形態では、点火装置３０がハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される場合には、主機バッテリの出力電圧をそのまま、或いは降圧して、投入エネルギとして用いてもよい。
【００５９】
（ケ）上記実施形態では、３個の点火コイル４１０，４２０，４３０が有する一次コイル４１１，４２１，４３１の接地側の配線を接続し、その接続点よりも接地側に１個の点火スイッチ４５を設けた。これに対し、他の実施形態では、３個の点火コイルが有する一次コイルの接地側の配線それぞれに、３個の点火スイッチを設けてもよい。そして、並列判定回路６０により、その３個の点火スイッチを同時にオン、オフ駆動するように構成してもよい。
【００６０】
（コ）上記実施形態では、点火装置３０は３個の点火コイル４１０，４２０，４３０を備えるものとした。これに対し、他の実施形態では、点火装置が備える点火コイルは２個又は４個以上であってもよい。
【００６１】
（サ）上記実施形態では、ステップ１２で、並列判定回路６０は、維持目標電流値Ｉ２*に所定の値αを加算し、当該運転領域で放電開始に必要なピーク電流値を算出した。これに対し、他の実施形態では、並列判定回路６０は、当該運転領域で放電開始に必要な目標ピーク電流値を、エンジンの運転状態から直接算出してもよい。この場合、第１実施形態のステップ１３及び１４の説明において、「維持目標電流値Ｉ２*に所定の値αを加算した値」を「エンジンの運転状態から算出した目標ピーク電流値」と読み替えるものとする。
このように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００６２】
７    ・・・点火プラグ
３０  ・・・点火装置
３２  ・・・ＥＣＵ（設定手段）
４５  ・・・点火スイッチ
５０  ・・・エネルギ投入部（エネルギ投入手段）
６０  ・・・並列判定回路
４１０・・・第１点火コイル
４２０・・・第２点火コイル
４３０・・・第３点火コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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