(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次コイルと、前記一次コイルと磁気結合され二次電流を点火プラグに供給する二次コイルと、を有する点火コイル、
電源から前記一次コイルへの通電をオンオフする第一のスイッチ回路、
前記二次電流の大きさを変化させることができるエネルギ可変回路、
前記点火プラグが消耗していることを検出するプラグ消耗検出回路、
および前記第一のスイッチ回路のオンオフ制御を実行して、前記一次コイルに生じる磁束の変化により前記二次コイルに前記二次電流を発生させ、前記点火プラグに火花放電を起こさせ、前記プラグ消耗検出回路の出力に基づいて、前記点火プラグが消耗していると判定した場合は、前記エネルギ可変回路を用いて前記二次電流を減少させる制御装置、を備えた点火装置。
【請求項２】
前記点火コイルは、前記一次コイル及び前記二次コイルと磁気結合され前記二次電流を減じる通電磁束を発生する三次コイルを有し、
前記エネルギ可変回路は、前記三次コイルへの通電をオンオフする第二のスイッチ回路を有し、
前記制御装置は、前記二次電流が発生した後に前記点火プラグが消耗していると判定した場合は、前記第二のスイッチ回路をオンすることにより、前記三次コイルの磁束の変化により前記二次電流を減少させる請求項１に記載の点火装置。
【請求項３】
前記点火コイルは、前記一次コイル及び前記二次コイルと磁気結合され前記二次電流を増加させる通電磁束を発生する三次コイルを有し、
前記エネルギ可変回路は、前記三次コイルへの通電をオンオフする第二のスイッチ回路を有し、
前記制御装置は、前記二次電流が発生した後に前記点火プラグが消耗していると判定した場合は、前記第二のスイッチ回路の通電時間を短縮することにより、前記三次コイルの磁束の変化により前記二次電流を増加させる期間を短縮する請求項１に記載の点火装置。
【請求項４】
前記プラグ消耗検出回路は、前記一次コイルの電圧を検出し、
前記制御装置は、前記点火プラグに前記火花放電が発生した際に前記プラグ消耗検出回路が検出した電圧が予め設定したプラグ消耗判定電圧を上回った場合に前記点火プラグが消耗していると判定する請求項１から３のいずれか一項に記載の点火装置。
【請求項５】
前記プラグ消耗検出回路は、前記第一のスイッチ回路と前記第二のスイッチ回路の少なくとも一方のオンオフ回数を積算し、
前記制御装置は、積算した値が予め定めたプラグ消耗判定回数を上回った場合に前記点火プラグが消耗していると判定する請求項２または３に記載の点火装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記点火プラグが消耗していると判定した場合は、前記第一のスイッチ回路のオン時間を短縮する請求項１から５のいずれか一項に記載の点火装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記エネルギ可変回路の通電および遮断のタイミングを車両の運転状況に基づいて決定する請求項１から６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】
本願は、点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火花点火式の内燃機関では、混合気に着火するために、点火プラグが取り付けられている。点火コイルの一次側コイルに一次電流を供給し、磁気結合された二次側コイルに発生する二次電流によって二次側コイルに接続された点火プラグに火花放電（放電アーク）を発生させる。
【０００３】
火花点火式の内燃機関において、燃費改善のために混合気の空燃比の希薄化、ＥＧＲ導入割合の向上が進められている。空燃比の希薄化、ＥＧＲ導入割合の向上を進めると、燃焼が不安定になる場合がある。これに対し、燃焼室にタンブル（縦渦流）、スワール（横渦流）などの旋回流による混合気の流動を強めることで燃焼性が向上することが知られている。強い流動は火花放電の吹き消えの原因となる。吹き消え対策として、点火装置の高エネルギ化が求められている。
【０００４】
点火装置の高エネルギ化に伴い、大きな二次電流によって点火プラグの電極の消耗が生じやすくなる。点火プラグの電極の消耗によって、電極間のギャップ（電極間の隙間）が広くなると、放電アークを生じさせる絶縁破壊電圧は大きくなる。しかし、放電により生成された火炎核と点火プラグの電極との距離が離れることで、点火プラグの電極による火炎核の冷却（熱引き）が抑制され着火性が向上される。
【０００５】
点火プラグの電極ギャップが狭い場合は、点火プラグの電極により火炎核が冷却されるため、混合気に着火させるには大電流の放電アークを維持する必要がある。だが、点火プラグの電極ギャップが広い場合は、混合気に着火させる放電アークの電流は小さくすることができる。また、放電アークの電流を減少させることで、点火プラグの電極のそれ以上の消耗を抑制することができる。
【０００６】
よって、点火装置の高エネルギ化の推進の中で、点火プラグの電極の消耗が発生した場合は、高い二次電圧を維持しつつ二次電流を抑制することが望まれる。十分な二次電圧を確保した上で、点火エネルギを可変とする点火装置として、多重点火（多回数点火）を行うように構成された技術が知られている。１回の燃焼行程内にて複数回の放電を断続的に生じさせる構成が開示されている（例えば、特許文献１）。また、放電時間の長い放電特性を得るために、２つの点火コイルを並列に接続し二次電流を合成し延長して供給する構成が開示されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２３１９２７号公報
【特許文献２】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】
【０００８】
特許文献１に開示された技術では、１回の燃焼行程内にて複数回の放電を断続的に生じさせるので、当該行程内における点火放電の開始から終了までの間に、点火放電電流が繰り返しゼロとなるため、燃焼性の十分な確保ができない問題がある。また、特許文献２に開示された技術では、点火プラグごとに２つの点火コイルを並列に設けた構成であり、装置構成が複雑化し、装置サイズの大型化、高コスト化を招くという問題がある。
【０００９】
本願は、簡易、小型、低コストの構成を維持しつつ、燃焼性を確保しながら、点火プラグの消耗時に二次電流を抑制し、最適なエネルギ制御を行う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】
【００１０】
本願に係る点火装置は、
一次コイルと、一次コイルと磁気結合され二次電流を点火プラグに供給する二次コイルと、を有する点火コイル、
電源から一次コイルへの通電をオンオフする第一のスイッチ回路、
二次電流の大きさを変化させることができるエネルギ可変回路、
点火プラグが消耗していることを検出するプラグ消耗検出回路、
および第一のスイッチ回路のオンオフ制御を実行して、一次コイルに生じる磁束の変化により二次コイルに二次電流を発生させ、点火プラグに火花放電を起こさせ、プラグ消耗検出回路の出力に基づいて、点火プラグが消耗していると判断した場合は、エネルギ可変回路を用いて二次電流を減少させる制御装置、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本願に係る点火装置によれば、簡易、小型、低コストの構成を維持しつつ、燃焼性を確保しながら、点火プラグの消耗が大きいと判断された場合は、エネルギ可変回路によって二次電流を抑制し最適なエネルギ制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る点火装置の回路図である。
【図２】実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。
【図３】実施の形態１に係る点火装置の第一の動作波形を示す図である。
【図４】実施の形態１に係る点火装置の第二の動作波形を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る点火装置の第三の動作波形を示す図である。
【図６】実施の形態１に係る点火装置の第四の動作波形を示す図である。
【図７】実施の形態２に係る点火装置の回路図である。
【図８】実施の形態３に係る点火装置の回路図である。
【図９】実施の形態３に係る点火装置の第一の動作波形を示す図である。
【図１０】実施の形態３に係る点火装置の第二の動作波形を示す図である。
【図１１】実施の形態４に係る点火装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本願に係る点火装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
１．実施の形態１
図１は、実施の形態１における点火装置２０１の回路図である。図１に示すように、点火装置２０１は、磁気結合された一次コイル１０、二次コイル２０、三次コイル３０からなる点火コイル４０と、点火コイル４０に第一のスイッチ回路１１、第二のスイッチ回路３１を加えた点火コイル装置１０１と、点火プラグ２１、点火コイル電源１２、制御装置１３等を備えている。
【００１５】
＜点火装置の基本構成＞
点火プラグ２１は、ギャップを介して対向する第一電極２１Ａと第二電極２１Ｂを有し、燃焼室内の可燃混合気を点火する。点火プラグ２１の第一電極２１Ａと第二電極２１Ｂは、燃焼室内（気筒内）に配置される。第一電極２１Ａは、二次コイル２０に接続され、第二電極２１Ｂはグランドに接続される。
【００１６】
点火コイル４０は、通電により通電磁束が生じる一次コイル１０と、一次コイル１０に磁気結合され、一次コイルの磁束の変化により二次電流を発生し点火プラグ２１に放電エネルギを供給し火花放電を起こさせる二次コイル２０と、エネルギ可変回路５０を備え、エネルギ可変回路５０は、一次コイル１０及び二次コイル２０と磁気結合し通電により二次コイル２０の二次電流を減少させる三次コイル３０を備え、一次コイル１０、二次コイル２０、と共通の鉄心に巻装されている。
【００１７】
一次コイル１０の一端は、点火コイル入力コネクタ２を介して直流の点火コイル電源１２に接続され、一次コイル１０の他端は、第一のスイッチ回路１１を介してグランドに接続されている。エネルギ可変回路５０に用いる三次コイル３０の両端は、第二のスイッチ回路３１を介して接続されている。すなわち、ループになった電線上に三次コイル３０と第二のスイッチ回路３１は直列接続されている。点火コイル４０内のグランドは点火コイル入力コネクタ２を介して接地されている。接地は、例えばバッテリのマイナス端に接続されていてもよい。
【００１８】
第一のスイッチ回路１１をオンして一次コイル１０を通電した時に生じる磁束の方向と、第二のスイッチ回路３１をオンして三次コイル３０を通電した時に生じる磁束の方向とが、同方向になるように、各コイルが巻線されている。
【００１９】
第一のスイッチ回路１１は、直流の点火コイル電源１２から一次コイル１０への通電をオンオフするスイッチ回路である。第一のスイッチ回路１１には、制御装置１３から出力された駆動信号Ｓｉｇ１が入力され、駆動信号Ｓｉｇ１により第一のスイッチ回路１１がオンオフされる。
【００２０】
第二のスイッチ回路３１は、三次コイル３０の通電をオンオフするスイッチ回路である。第二のスイッチ回路３１には、制御装置１３から出力された駆動信号Ｓｉｇ２が入力され、駆動信号Ｓｉｇ２により第二のスイッチ回路３１がオンオフされる。
【００２１】
第一のスイッチ回路１１及び第二のスイッチ回路３１は、図１ではＮＰＮ型トランジスタを使用した回路で例示しているが、ＰＮＰ型トランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、等を用いてもよい。
【００２２】
＜制御装置＞
本実施の形態では、制御装置１３は、内燃機関を制御する制御装置とされている。制御装置１３の各機能は、制御装置１３が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１３は、図２に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りをする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。
【００２３】
演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のものまたは異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、電圧検出入力４、クランク角度センサ、カム角センサ、吸気量検出センサ、水温センサ、電源電圧センサ等の各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、第一のスイッチ回路１１、第二のスイッチ回路３１、インジェクタ等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０からの制御信号を変換して出力する駆動回路等を備えている。
【００２４】
制御装置１３が備える各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置１３の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、制御装置１３が用いる閾値、判定値等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。
【００２５】
制御装置１３は、基本的な制御として、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、内燃機関の回転速度、シリンダへの混合気の充填効率、燃料噴射量、点火時期等を算出し、インジェクタ及び第一のスイッチ回路１１、第二のスイッチ回路３１等を駆動制御する。実施の形態３に係る制御装置１４、実施の形態４に係る制御装置１５についても同じハードウェア構成を有する。
【００２６】
＜プラグ消耗検出回路＞
図１に示すプラグ消耗検出回路６０は、二次コイル電圧を間接的に検出する二次コイルと磁気結合された一次コイル１０（三次コイル３０でも可能）に発生する電圧を検出する。点火プラグ２１のギャップ幅が大きくなると、放電アークが生じる二次電圧Ｖ２の大きさ（絶対値）が大きくなる。二次コイルと磁気結合されている一次コイル１０に発生する電圧も二次電圧Ｖ２の大きさに比例して大きくなる。プラグ消耗検出回路６０によって火花放電が発生した際の、一次コイル１０の第一のスイッチ回路１１側の端子電圧を検出し、この電圧とシリンダへの混合気の充填効率、燃料噴射量、点火時期等からプラグ消耗状態であるギャップ幅を推測することが可能となる。
【００２７】
図１に示すプラグ消耗検出回路６０は、二次コイルと磁気結合された一次コイル１０の第一のスイッチ回路１１側に接続されており、検出した電圧を点火プラグ２１の消耗量を識別する閾値Ｖ１ｔｈと比較する。
【００２８】
＜点火制御＞
制御装置１３は、第一のスイッチ回路１１をオンして一次コイル１０を通電させた後、第一のスイッチ回路１１をオフして一次コイル１０への通電を遮断させ、点火プラグ２１に火花放電を発生させる。
【００２９】
制御装置１３は、一次コイル１０への通電期間と点火時期（点火クランク角度）を算出する。制御装置１３は通電期間の間、第一のスイッチ回路１１をオンして、一次コイル１０を通電させた後、点火時期で、第一のスイッチ回路１１をオフして、一次コイル１０への通電を遮断させ、二次コイル２０に高電圧を発生させ、点火プラグ２１に火花放電を生じさせる。火花放電は、点火プラグ２１の鉄心に蓄積された磁気エネルギが減少するまで継続する。ここでは、一次電流を遮断することで二次コイル側へ高電圧を発生させるフライバック方式で説明を行ったが、一次電流の通電により二次コイル側へ高電圧を発生させるフォワード方式においても、第一のスイッチ回路１１のオン動作にて、二次コイルに二次電流を発生させることが可能である。
【００３０】
＜エネルギ可変回路制御＞
火花放電中にエネルギ可変回路５０の三次コイル３０を通電状態にすると、二次コイル２０の二次電流を減少させる方向に電流が流れる。点火装置２０１の第一の動作波形について、図３を用いて説明する。
【００３１】
図３は実施の形態１における点火装置の第一の動作波形を示す図である。図３はタイムチャートであって、上から第一のスイッチ回路１１の駆動信号Ｓｉｇ１、第二のスイッチ回路３１の駆動信号Ｓｉｇ２、一次コイル１０に流れる一次電流Ｉ１、二次コイル２０に流れる二次電流Ｉ２、二次コイル２０の点火プラグ２１側に印加される二次電圧Ｖ２、一次コイル１０の第一のスイッチ回路１１側へ印加される一次電圧Ｖ１の各波形を示している。
【００３２】
第一のスイッチ回路１１への駆動信号Ｓｉｇ１が制御装置１３から供給されて、第一のスイッチ回路１１をオン、オフすることで、一次コイル１０の通電電流が通電、遮断される。一次電流Ｉ１を遮断すると相互誘導作用により二次コイル２０に負側の大きな電圧が発生する。この電圧により、点火プラグ２１の電極の間で絶縁破壊が発生しギャップに放電が行われる。この時、二次コイル２０に負の二次電流Ｉ２が流れる。二次電流Ｉ２は、図１に示す矢印方向が正方向である。
【００３３】
制御装置１３は、第一のスイッチ回路１１をオフにし、二次電流が発生した後に、第二のスイッチ回路３１をオンする。二次電流が発生した後に、第二のスイッチ回路３１をオンし、二次電流を減じる通電磁束を発生させることができる。ここでプラグ消耗検出回路６０により、点火プラグ２１の消耗量が大きいと判断された場合について考える。点火プラグ２１の消耗量が大きくプラグ電極間ギャップが広くなった場合は、放電経路が長くなり絶破壊電圧が上昇する。このとき、プラグ電極による火炎核の冷却（熱引き）が解消されるため、混合気の着火性が向上する。このため大電流の放電アークを長期間維持する必要がない。そこで、エネルギ可変回路５０の三次コイル３０を通電制御するＳｉg２のオン期間を延長させて二次コイルに流れる電流をさらに削減することで、点火プラグ２１の消耗を抑制することが可能となる。
【００３４】
図３はプラグ消耗検出回路６０で検出した一次電圧Ｖ１が低く点火プラグ２１の消耗が少ない場合の動作を示しており、一次電圧Ｖ１は点火プラグ２１の消耗量を判定する閾値Ｖ１ｔｈに到達していない。制御装置１３は、二次電流が発生した直後（時刻Ａ）に、第二のスイッチ回路３１をオンにし、その後、第二のスイッチ回路３１のオン期間が経過した後（時刻Ｂ）に、第二のスイッチ回路３１をオフにしている。第二のスイッチ回路３１のオン期間は、内燃機関の運転状態（例えば、回転速度、充填効率等）に基づいて決定される。点火プラグ２１の消耗が少ない場合は点火プラグ２１の電極により火炎核が冷却されるので、着火性を確保するには大きな二次電流の継続が必要なため、第二のスイッチ回路３１のオン期間は短く設定される。
【００３５】
以上、点火プラグ２１の消耗によって、点火プラグ２１の電極間の距離が増大し、絶縁破壊電圧が高くなる場合について説明した。しかし、火花点火式内燃機関のシリンダ内の混合気の流動が大きくなる場合、放電アークが流されて長くなる場合も同様な現象が発生し、本願の実施の形態はこの事象にも対応することとなる。すなわち、放電アークが混合気の強い流動によって流されて放電アークの長さが長くなり放電の電圧が高くなる。このとき、混合気と放電アークとの接触面積が大きくなり着火性が向上する。また火炎核と点火プラグ２１の電極との距離が開き、火炎核が電極に冷却される影響が小さくなる。よって、大きな二次電流を継続しなくても燃焼性は悪化しない。この場合も、一次電圧Ｖ１が閾値Ｖ１ｔｈを超えた場合に第二のスイッチ回路３１をオンすることによって、二次電流を削減することができる。燃焼に寄与しない二次電流を削減することで、点火プラグ２１の電極の摩耗を抑制し、車両の電気エネルギを節減できるので、意義が大きい。
【００３６】
図４は点火装置２０１の第二の動作波形である。図４では、プラグ消耗検出回路６０で検出した電圧が高く点火プラグ２１の消耗が大きい場合の動作を示している。点火プラグ２１の消耗が大きい場合、点火プラグ２１の消耗量を判定するために検出した一次電圧Ｖ１は閾値Ｖ１ｔｈを上回っており、制御装置１３は、二次電流が発生した直後（時刻Ａ）に、第二のスイッチ回路３１をオンにし、その後、第二のスイッチ回路３１のオン期間が経過した後（時刻Ｂ）に、第二のスイッチ回路３１をオフにしている。第二のスイッチ回路３１のオン期間は、点火プラグ２１の消耗が大きく点火プラグ２１の電極と火炎核が距離を有し、電極による冷却が少なく点火エネルギが少なくても着火性が確保できる。このため、第二のスイッチ回路３１のオン期間を延長させて二次電流の削減期間を長くする。着火性に寄与しない余剰な二次電流I２を減らすことにより、点火プラグ２１の消耗を抑制することができる。
【００３７】
図５は点火装置２０１の第三の動作波形であり、図６は点火装置２０１の第四の動作波形である。図５、図６に、プラグ消耗検出回路６０で検出した電圧が高く点火プラグ２１の消耗が大きく、プラグギャップ幅が広がることで着火性に必要な点火エネルギがさらに抑制可能な場合の動作を示している。検出した一次電圧Ｖ１が閾値Ｖ１ｔｈを上回っている場合は、図５の状態から図６の状態まで徐々に遷移してゆく。プラグ消耗検出回路６０にて検出した一次電圧Ｖ１が閾値Ｖ１ｔｈを上回っており、点火プラグ２１の消耗が大きいと判断すると第二のスイッチ回路３１のオン（時刻Ｃ）とオフ（時刻Ｄ）の期間をプラグ電極間ギャップの絶縁破壊電圧を確保できる範囲まで徐々に短縮する。さらに、一次コイルの一次電流遮断値を低減して点火エネルギを抑制し、二次電流が発生した直後に第二のスイッチ回路３１をオン（時刻Ａ）する。第二のスイッチ回路３１をオフ（時刻Ｂ）にして点火エネルギをさらに抑制する。着火性に寄与しない余剰な二次電流I２をさらに減らして点火プラグ２１の消耗の促進を抑制する。
【００３８】
２．実施の形態２
図７は、実施の形態２における点火装置２０２の回路図であり、点火コイル４１、点火コイル装置１０２が記載されている。図１で示した実施の形態１の構成に対し、図７ではエネルギ可変回路５１に備えるＮＰＮ型トランジスタで例示した第二のスイッチ回路３１のコレクタ側を三次コイル３０の高圧側へ、エミッタ側をＧＮＤへと接続し、三次コイル３０の低圧側をＧＮＤと接続する構成とした部分が異なる。すなわち、両端がグランドに接続された電線上に、三次コイル３０と第二のスイッチ回路３１が直列接続されている。第二のスイッチ回路３１のオンとオフにより、ＧＮＤを介して三次コイルの両端の接続（ショート）と遮断の動作を行う。
【００３９】
実施の形態２は、実施の形態１と同一の機能のエネルギ可変回路５１を備えている。三次電流Ｉ３の通電による二次電流Ｉ２を減少することができ、実施の形態１と同様の二次電流Ｉ２の減少を行うことで、点火プラグ２１の消耗を抑制する効果を得ることができる。また、図７の実施の形態２の構成とすることで、図１の実施の形態１の構成に対して、第二のスイッチ回路３１をＧＮＤ基準で駆動することができる。図１の回路では、第二のスイッチ回路３１のコレクタ、エミッタの電圧がベースに対して不定となり耐圧の大きな素子を使用する必要があるのに対し、図７の回路では、安価な素子を使用することができる。
【００４０】
図７では、ＧＮＤを介して三次コイルの両端の接続（ショート）と遮断の動作を行う例を説明したが、点火コイル電源１２を介して三次コイルの両端の接続（ショート）と遮断の動作を行うこともできる。その場合、図７のＮＰＮ型トランジスタで例示した第二のスイッチ回路３１のコレクタ側を三次コイル３０の高圧側へ、エミッタ側を点火コイル電源１２へと接続し、三次コイル３０の低圧側を点火コイル電源１２と接続する構成とする。また第二のスイッチ回路３１をＰＮＰ型トランジスタに変更してもよい。
【００４１】
プラグ消耗検出回路６０は、一次コイル１０の端子に接続され一次コイル１０の第一のスイッチ回路１１側の端子電圧を検出する。一次コイル１０と第一のスイッチ回路１１との間を接続する接続線に接続された電線とされており、電線の他端が、制御装置１３に接続される。
【００４２】
プラグ消耗検出回路６０にて二次コイルと磁気結合されたコイル電圧を検出し点火プラグ２１の消耗状態を検出する点は、実施の形態１と同じであり、制御装置１３は同一である。
３．実施の形態３
【００４３】
図８は、実施の形態３における点火装置２０３の回路図であり、点火コイル４２、点火コイル装置１０３、制御装置１４が記載されている。図１で示した実施の形態１の構成に対し、一次コイル１０の一端及びエネルギ可変回路５２に用いる三次コイル３０の他端は、同一の点火コイル電源１２と接続され、一次コイル１０の他端が、第一のスイッチ回路１１を介してグランドに接続され、三次コイル３０の一端が、第二のスイッチ回路３１を介してグランドに接続されている。エネルギ可変回路５２に用いる三次コイル３０は、通電により一次コイル１０の通電磁束とは逆方向の通電磁束が生じるように巻き線され、ＮＰＮ型トランジスタで例示した第二のスイッチ回路３１のコレクタ側を三次コイル３０の低圧側へ、エミッタ側をＧＮＤへと接続され、第二のスイッチ回路３１のオンとオフにより、直流電源を介して三次コイルに通電と遮断の動作を行う。
【００４４】
第一のスイッチ回路１１は、点火コイル電源１２から一次コイル１０への通電をオンオフするスイッチ回路である。第一のスイッチ回路１１には、制御装置１４から出力された駆動信号Ｓｉｇ１が入力され、駆動信号Ｓｉｇ１により第一のスイッチ回路１１がオンオフされる
【００４５】
第二のスイッチ回路３１は、点火コイル電源１２から三次コイル３０への通電をオンオフするスイッチ回路である。第二のスイッチ回路３１には、制御装置１４から出力された駆動信号Ｓｉｇ２が入力され、駆動信号Ｓｉｇ２により第二のスイッチ回路３１がオンオフされる
【００４６】
プラグ消耗検出回路６０は、一次コイル１０の端子に接続され一次コイル１０の第一のスイッチ回路１１側の端子電圧を検出する。一次コイル１０と第一のスイッチ回路１１との間を接続する接続線に接続された電線とされており、電線の他端が、制御装置１４に接続される。  
【００４７】
＜メイン点火制御＞
第一のスイッチ回路１１をオンして一次コイル１０への通電をオンさせた後、第一のスイッチ回路１１をオフして一次コイル１０への通電をオフさせ、点火プラグ２１に火花放電を発生させる。
【００４８】
＜エネルギ可変回路制御＞
火花放電中に三次コイル３０に通電すると、二次コイル２０に追加の磁気エネルギが供給され、放電経路を流れる二次電流Ｉ２が加算され二次電流Ｉ２の（絶対値）が増加する。これにより、火花放電が強化され、混合気の着火性が強化される。一方、三次コイル３０の通電による火花放電の強化により、二次電流が大電流化され、点火プラグ２１の摩耗が増加する。従って、必要な場合に必要な期間に限定して、三次コイル３０に通電する。
【００４９】
制御装置１４は、第一のスイッチ回路１１をオフにし、二次電流が発生した後に、第二のスイッチ回路３１をオンする。二次電流が発生した後に、第二のスイッチ回路３１をオンし、二次電流を増加させる通電磁束を発生させることができる。次にプラグ消耗検出回路６０により、点火プラグ２１の消耗量が大きいと判断されると、着火性が向上しているため、二次電流の増加は不要と判断できる。このため、大電流の持続期間を短縮して着火に必要なエネルギを限定する。エネルギ可変回路５２を制御するＳｉg２のオン期間を短縮させて二次コイルに流れる電流を抑制することで、点火プラグ２１の消耗を抑制することが可能となる。
【００５０】
図９は実施の形態３に係る点火装置２０３の第一の動作波形である。図９は、プラグ消耗検出回路６０で検出した電圧が低く点火プラグ２１の消耗が少ない場合の動作を示している。プラグ消耗検出回路６０で検出した一次電圧Ｖ１が、点火プラグ２１の消耗量を判定する閾値Ｖ１ｔｈに到達していない。制御装置１４は、二次電流が発生した直後（時刻Ａ）に、第二のスイッチ回路３１をオンにし、その後、第二のスイッチ回路３１のオン期間が経過した後（時刻Ｂ）に、第二のスイッチ回路３１をオフにしている。第二のスイッチ回路３１のオン期間は、内燃機関の運転状態（例えば、回転速度、充填効率等）に基づいて決定されるが、点火プラグ２１の消耗が少なく大きな二次電流の継続が必要な場合は、二次電流の増加期間を長く設定し着火性を確保する。
【００５１】
図１０は実施の形態３に係る点火装置２０３の第二の動作波形である。図１０は、プラグ消耗検出回路６０で検出した一次電圧Ｖ１が閾値Ｖ１ｔｈより大きく点火プラグ２１の消耗が大きい場合の動作を示している。制御装置１４は、二次電流が発生した直後（時刻Ａ）に、第二のスイッチ回路３１をオンにし、その後、第二のスイッチ回路３１のオン期間が経過した後（時刻Ｂ）に、第二のスイッチ回路３１をオフにしている。第二のスイッチ回路３１のオン期間は、点火プラグ２１の消耗が大きく着火性維持に必要な点火エネルギが少なくてもよいため、第二のスイッチ回路３１のオン期間を短縮させて二次電流の増加期間を短くする。着火性に寄与しない余剰な二次電流I２を減らすことができるで、点火プラグ２１の消耗を抑制することができる。
【００５２】
プラグ消耗検出回路６０にて二次コイルと磁気結合されたコイル電圧を検出し点火プラグ２１の消耗状態を検出する点は、実施の形態１と同じである。
４．実施の形態４
【００５３】
図１１は、実施の形態４に係る点火装置２０４の回路図であり、点火コイル４０、点火コイル装置１０４、制御装置１５が記載されている。図１１は、図１で示した実施の形態１の構成に対しプラグ消耗検出回路６１は、第一のスイッチ回路１１、または第二のスイッチ回路３１、もしくはその双方のオンオフされた回数を積算する機能を有する点が異なる。オンオフされた回数を積算することで、点火プラグ交換ごとの生涯点火回数をカウントすることができる。積算された点火回数が予め定めたプラグ消耗判定回数を上回った場合に点火プラグ２１の消耗を判定することができる。
【００５４】
ここで、第一のスイッチ回路１１のオンオフ回数は点火回数を意味するが、第二のスイッチ回路３１のオンオフ回数は、二次電流の減少または増加を実施した回数を意味する。よって、両者を減算または加算する、もしくは両者に重みづけをして減算または加算することで、点火プラグ２１の摩耗の程度をより精度よく推定することができる。例えば、第一のスイッチ回路１１のオンオフ回数は、オンオフごとに一回、第二のスイッチ回路３１のオンオフ回数は、オンオフごとに０．３回とカウントし、二次電流を減少させる場合は−０．３回、二次電流を増加させる場合は＋０．３回として、積算して行くこととしてもよい。
【００５５】
図１１で示した点火装置２０４は、プラグ消耗検出回路６１でカウントした生涯点火回数によって、点火プラグ２１の消耗が大きく着火性に必要な点火エネルギが少なくなるとエネルギ可変回路５０を制御して余剰な二次電流I２を減らし、点火プラグ２１の消耗を抑制する。
【００５６】
本願は、車両の運転状況、すなわち車両の負荷、走行速度、機関の回転数、吸入空気量、燃料供給量、などの情報の少なくとも一つの情報を用いて二次電流Ｉ２の減少可否を判断し、三次電流の通電許可期間を制御する。また、このほか車両の運転状況に基づいて、三次電流の、通電期間、通電後の遮断期間、オンオフ繰り返し周期、通電タイミング、遮断タイミングを決定する。車両の運転状況に基づいて、三次電流の通電および遮断のタイミングを決定することにより、必要な二次電流を確保しつつ、余剰の二次電流を削減し点火プラグの消耗の抑制をはかることができる。
【００５７】
例えば、内燃機関の高回転、高負荷の領域において混合気が強い流動を伴いながら、短期間に高電圧の点火エネルギを必要とする場面では、短期間に高電圧の二次電流を供給する。強い流動により放電アークが長くなり放電電圧が上昇し燃焼性は向上するので、二次電流を短時間で減少させるべく三次電流を制御するべきである。この場合、高回転高負荷の運転状況に対し、三次電流を短期間上昇させ、その後減少させる。図９ではなく図１０のように、第一のスイッチ回路１１を遮断後、直ちに第二のスイッチ回路３１を通電し、短期間の後遮断する。これにより、第二のスイッチ回路３１遮断後二次電流を削減でき、点火コイルの消耗を抑制できる。
【００５８】
また、積算点火回数によって点火プラグの消耗が推定できる場合は、高回転高負荷の運転状況と同様、放電アークが長くなり放電電圧が上昇し燃焼性は向上するので、二次電流を短時間で減少させるべく三次電流を制御するべきである。この場合、積算点火回数によって運転状況を検出し、点火プラグの消耗が推定できる場合は、三次電流を短期間上昇させ、その後減少させる。図９ではなく図１０のように、第一のスイッチ回路１１を遮断後、直ちに第二のスイッチ回路３１を通電し、短期間の後遮断する。これにより、第二のスイッチ回路３１遮断後二次電流を削減でき、点火コイルの消耗を抑制できる。
【００５９】
これらの制御を実施の形態１または実施の形態２に適用する場合は、強い流動により放電アークが長くなり放電電圧が上昇し燃焼性は向上するので、着火完了後二次電流を短時間で減少させるべく三次電流を通電すべきである。高回転高負荷の運転状況に対し、短期間の高圧の放電アーク供給後、三次電流を通電し二次電流を継続して削減する。第一のスイッチ回路１１を遮断後、着火完了まで待ち、第二のスイッチ回路３１の通電を開始し継続して二次電流の削減により点火プラグの消耗を抑制できる。
【００６０】
また、実施の形態１または実施の形態２に適用する場合で、積算点火回数によって点火プラグの消耗が推定できるときは、高回転高負荷の運転状況と同様、放電アークが長くなり放電電圧が上昇し燃焼性は向上するので、二次電流を短時間で減少させるべく三次電流を制御するべきである。この場合、積算点火回数によって運転状況を検出し、三次電流を短期間上昇させ、その後減少させる。短期間の高圧の放電アーク供給後、三次電流を通電し二次電流を継続して削減する。第一のスイッチ回路１１を遮断後、着火完了まで待ち、第二のスイッチ回路３１の通電を開始し継続して二次電流の削減により点火プラグの消耗を抑制できる。
【００６１】
また、車両の運転状況に基づいて、プラグ消耗検出回路６１のＶ１ｔｈを変化させることで、二次電流量を最適化させて、点火プラグ２１の消耗抑制を図りつつ、安定した燃焼を維持してもよい。
【００６２】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００６３】
１０  一次コイル、１１  第一のスイッチ回路、１２  点火コイル電源、
１３、１４、１５  制御装置、
２０  二次コイル、２１  点火プラグ、３０  三次コイル、３１  第二のスイッチ回路、４０、４１、４２  点火コイル、５０、５１、５２  エネルギ可変回路、
６０、６１  プラグ消耗検出回路、
１０１、１０２、１０３、１０４  点火コイル装置、
２０１、２０２、２０３、２０４  点火装置
【要約】      （修正有）【課題】簡易、小型、低コストの構成を維持しつつ、点火プラグの消耗時に高い二次電圧を維持しながら、二次電流を抑制し最適なエネルギ制御を行う点火装置を提供する。【解決手段】電源１２から一次コイル１０への通電をオンオフする第一のスイッチ回路１１と、一次コイル１０と磁気結合され二次電流を点火プラグ２１に供給する二次コイル２０と、プラグ消耗検出回路６０の出力に基づいて、点火プラグ２１が消耗していると判断した場合は、エネルギ可変回路５０を用いて火花放電用の二次電流を減少させる制御装置１３を備えた点火装置。【選択図】図１【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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