(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン一次コイルと、前記メイン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、前記メイン一次コイル及び前記二次コイルと磁気結合され通電により前記二次電流を増加させるサブ一次コイルと、を有する点火コイルと、
前記メイン一次コイルへの通電をオンオフするメインスイッチ手段と、
前記サブ一次コイルへの通電をオンオフするサブスイッチ手段と、
前記メインスイッチ手段をオンオフして、前記メイン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、前記メインスイッチ手段がオンする以前に前記サブスイッチ手段をオンする制御装置と、を備えた点火装置において、
前記点火コイルは前記サブ一次コイルの通電により発生する通電磁束が、前記メイン一次コイルの遮断により発生する遮断磁束と同方向であり、
前記制御装置は、前記メインスイッチ手段をオフするよりも前に前記サブスイッチ手段をオフする点火装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記メインスイッチ手段をオンすると同時に前記サブスイッチ手段をオンする請求項１に記載の点火装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記メインスイッチ手段をオンするよりも前に前記サブスイッチ手段をオンする請求項１に記載の点火装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記メインスイッチ手段をオフする以前に前記サブスイッチ手段によって前記サブ一次コイルを通電状態から遮断状態に第一の時間をかけて徐々に変化させる請求項１から３のいずれか一項に記載の点火装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記メインスイッチ手段をオフするよりも前に内燃機関のシリンダ内圧が予め定められた判定圧力以上となったタイミングで前記サブスイッチ手段をオフする請求項１から４のいずれか一項に記載の点火装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記二次電流が発生した後に、前記サブスイッチ手段を再度オフからオンに変化させることにより、前記二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】
一端が直流電源に接続され、他端がグランドに接続された第一の電線上に、前記メイン一次コイルと前記メインスイッチ手段が直列接続され、一端が前記直流電源に接続され、他端が前記グランドに接続された第二の電線上に前記サブ一次コイル及び前記サブスイッチ手段が直列接続されている請求項１から６のいずれか一項に記載の点火装置。
【請求項８】
メイン一次コイルと、前記メイン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、前記メイン一次コイル及び前記二次コイルと磁気結合され通電により前記二次電流を減少させるサブ一次コイルと、を有する点火コイルと、
前記メイン一次コイルへの通電をオンオフするメインスイッチ手段と、
両端がグランドに接続された電線上に、前記サブ一次コイルと直列接続され、前記サブ一次コイルへの通電をオンオフするサブスイッチ手段と、
前記メインスイッチ手段をオンオフして、前記メイン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、前記メインスイッチ手段がオンする以前に前記サブスイッチ手段をオンする制御装置と、を備えた点火装置において、
前記点火コイルは前記サブ一次コイルの通電により発生する通電磁束が、前記メイン一次コイルの通電により発生する通電磁束と同方向であり、
前記制御装置は、前記メインスイッチ手段をオフするよりも前に前記サブスイッチ手段をオフする点火装置。
【請求項９】
前記制御装置は、前記メインスイッチ手段をオンすると同時に前記サブスイッチ手段をオンする請求項８に記載の点火装置。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記メインスイッチ手段をオンするよりも前に前記サブスイッチ手段をオンする請求項８に記載の点火装置。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記メインスイッチ手段をオフする以前に前記サブスイッチ手段によって前記サブ一次コイルを通電状態から遮断状態に第一の時間をかけて徐々に変化させる請求項８から１０のいずれか一項に記載の点火装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記メインスイッチ手段をオフするよりも前に内燃機関のシリンダ内圧が予め定められた判定圧力以上となったタイミングで前記サブスイッチ手段をオフする請求項８から１１のいずれか一項に記載の点火装置。
【請求項１３】
前記制御装置は、前記二次電流が発生した後に、前記サブスイッチ手段を再度オフからオンに変化させることにより、前記二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８から１２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】
内燃機関の燃費改善のためにリーン化、高ＥＧＲ化した内燃機関が検討されているが、これらの内燃機関の混合気は着火性が良くないため、点火装置の高エネルギ化、特に高電流化が求められている。そこで、従来の一次コイル(メイン一次コイル)の電流を遮断し出力した二次側出力に、さらにもう一つの一次コイル(サブ一次コイル)による出力エネルギ（電流）を加算的に重畳する点火装置が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００３】
しかし、一次コイル（メイン一次コイル）に通電を開始した時の、二次側出力に発生する起電力によって小さな火花が発生し、内燃機関が所定のタイミングよりも早いタイミングで着火してしまう現象（以下、過早着火）が発生する場合がある。特許文献１では、これを抑制する手段として、二次コイルの接地側に電圧を抑制するためのダイオードを設置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６４１１６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような二次コイルの接地側にダイオードを設置する場合は、高価な高耐圧のダイオードを使用する必要がある。一次電流の通電開始時に発生する二次電圧が高いため、これに耐える必要があるからである。また、二次コイルと接地側配線間に部品を挿入する構成により配線が複雑化し組立工数が増えるため、コストアップ、装置大型化の要因となる。
【０００６】
本願は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関において低コスト、小型化を図りつつ、高エネルギ化しながら過早着火を防止する点火装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願に係る点火装置は、
メイン一次コイルと、メイン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、メイン一次コイル及び二次コイルと磁気結合され二次電流を増加させるサブ一次コイルと、を有する点火コイルと、
メイン一次コイルへの通電をオンオフするメインスイッチ手段と、
サブ一次コイルへの通電をオンオフするサブスイッチ手段と、
メインスイッチ手段をオンオフして、メイン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、メインスイッチ手段がオンする以前にサブスイッチ手段をオンする制御装置と、を備えた点火装置において、
点火コイルはサブ一次コイルの通電により発生する通電磁束が、メイン一次コイルの遮断により発生する遮断磁束と同方向であり、
制御装置は、メインスイッチ手段をオフするよりも前にサブスイッチ手段をオフするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本願に係る点火装置によれば、メイン一次コイル通電開始以前にサブ一次コイルを通電させることにより、メイン一次コイル通電時に発生する二次コイル電圧を低減することが可能となり、低コスト、小型化を図りつつ、高エネルギ化しながら過早着火を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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に係る点火装置の動作波形を示す図である。
【図４】実施の形態２に係る点火装置の動作波形を示す図である。
【図５】実施の形態３に係る点火装置の動作波形を示す図である。
【図６】実施の形態４に係る点火装置の回路図である。
【図７】実施の形態４に係る点火装置の動作波形を示す図である。
【図８】実施の形態５に係る点火装置の動作波形を示す図である。
【図９】実施の形態６に係る点火装置の動作波形を示す図である。
【図１０】実施の形態４に係る点火装置の回路の変形例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
１．実施の形態１
図１は、実施の形態１に係る点火装置１の回路図である。図２は、実施の形態１に係る制御装置２のハードウェア構成図である。図３は、実施の形態１に係る点火装置１の動作波形を示す図である。図１に示すように、点火装置１は、メイン一次コイル１０、二次コイル２０、サブ一次コイル３０からなる点火コイル４０と、点火プラグ２１、メインスイッチ手段１１、サブスイッチ手段３１、点火コイル用の直流電源１２、制御装置２等を備えている。
【００１２】
１−１．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。
【００１３】
点火コイル４０は、通電により通電磁束が生じるメイン一次コイル１０と、メイン一次コイル１０に磁気結合され、メイン一次コイル１０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、メイン一次コイル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の二次電流を増加させる通電磁束が生じるサブ一次コイル３０と、を有している。メイン一次コイル１０、二次コイル２０、及びサブ一次コイル３０は、共通の鉄心に巻装されている。二次コイル２０の巻き数は、メイン一次コイル１０の巻き数よりも多くなっている。
【００１４】
メイン一次コイル１０の一端側は、メインスイッチ手段１１を介してグランドに接続されている。サブ一次コイル３０の一端側は、サブスイッチ手段３１を介してグランドに接続されている。メイン一次コイル１０とサブ一次コイル３０の他端側は同一の点火コイル用の直流電源１２と接続されており、メイン一次コイル１０は、直流電源１２から電流を流した時に、二次コイル２０とは逆極性となるように巻線されており、サブ一次コイル３０は、直流電源１２から電流を流した時に、二次コイル２０とは同極性となるように巻線されている。言いかえると、メイン一次コイル１０とサブ一次コイル３０は直流電源１２から見ると逆極性となるように巻線されている。
【００１５】
メインスイッチ手段１１は、ＮＰＮ型トランジスタの例を示しており、コレクタ側はメイン一次コイル１０と、エミッタ側はグランドと接続されている。サブスイッチ手段３１もＮＰＮ型トランジスタの例を示しており、コレクタ側はサブ一次コイル３０と、エミッタ側はグランドと接続されている。メインスイッチ手段１１と、サブスイッチ手段３１の入力は制御装置２と接続されている。すなわち、一端が直流電源１２に接続され、他端がグランドに接続された第一の電線上に、メイン一次コイル１０とメインスイッチ手段１１が直列接続され、一端が直流電源１２に接続され、他端がグランドに接続された第二の電線上にサブ一次コイル３０及びサブスイッチ手段３１が直列接続されている。
【００１６】
メインスイッチ手段１１は、点火コイル用の直流電源１２からメイン一次コイル１０への通電をオンオフするスイッチ回路である。メインスイッチ手段１１には、制御装置２から出力された駆動信号Ｓｉｇ１が入力され、駆動信号Ｓｉｇ１によりメインスイッチ手段１１がオンオフされる。
【００１７】
サブスイッチ手段３１は、サブ一次コイル３０の通電をオンオフするスイッチ回路である。サブスイッチ手段３１には、制御装置２から出力された駆動信号Ｓｉｇ２が入力され、駆動信号Ｓｉｇ２によりサブスイッチ手段３１がオンオフされる。
【００１８】
メインスイッチ手段１１及びサブスイッチ手段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。点火コイル４０とメインスイッチ手段１１とサブスイッチ手段３１とで、パワーコイルユニット５０を構成しているが、メインスイッチ手段１１とサブスイッチ手段３１は、点火コイル４０とは別にパワトラユニットとして独立させてもよい。また、メインスイッチ手段１１とサブスイッチ手段３１は、制御装置２が内蔵する構成とすることもできる。
【００１９】
１−２．制御装置
本実施の形態では、制御装置２は、内燃機関を制御する制御装置とされている。制御装置２の各機能は、制御装置２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２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。
【００２０】
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、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、メインスイッチ手段１１、サブスイッチ手段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。
【００２１】
制御装置２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２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２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。
【００２２】
制御装置２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、インジェクタ及びメインスイッチ手段１１、サブスイッチ手段３１等を駆動制御する。
【００２３】
１−３．点火制御
次にこの回路の動作例について、図３の点火装置１の動作波形を元に説明する。図３の波形は上から時点Ａ１から時点Ｇ１を示す時刻ｔ、メインスイッチ手段１１の駆動信号（Ｓｉｇ１）、サブスイッチ手段３１の駆動信号（Ｓｉｇ２）、メイン一次コイル１０に流れる電流（メイン一次コイル電流Ｉ１）、サブ一次コイル３０に流れる電流（サブ一次コイル電流Ｉ３）、点火プラグ２１のギャップ間に発生する電圧（二次電圧Ｖ２）、点火プラグ２１のギャップ間に流れる電流（二次電流Ｉ２）を示している。
【００２４】
通常の点火動作に関して、メインスイッチ手段１１への駆動信号オン（時点Ｂ１）、オフ（時点Ｄ１）に従い、メイン一次コイル１０に通電、遮断される。メイン一次コイル電流遮断（時点Ｄ１）により、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のギャップ間で放電が発生し二次コイル２０に負の電流（時点Ｄ１から時点Ｇ１）が流れる。
【００２５】
サブスイッチ手段３１が時点Ｄ１以降でオン（時点Ｅ１）、オフ（時点Ｆ１）することにより、サブ一次コイル３０に電流が流れ、それに伴い、サブ一次コイル３０と二次コイル２０の巻数比に応じた電流が二次電流に重畳する。これによって、大きな二次電流を維持することができ、安定した燃焼を継続することができる。サブ一次コイル３０の通電によって発生する通電磁束が、メイン一次コイル１０の遮断により発生する遮断磁束と同方向であるからである。
【００２６】
メインスイッチ手段１１が時点Ｂ１でオンすることで、メイン一次コイル１０に電流が流れるが、そのタイミングで二次コイルに電圧（ΔＶ２）が発生する。その電圧の二次コイル巻数（Ｎ２）分のサブ一次コイル巻数（Ｎ３）に比例した電圧がサブ一次コイルに発生する（ΔＶ３≒ΔＶ２×Ｎ３／Ｎ２）。この電圧ΔＶ３が、大きい場合、点火プラグ２１の第一電極２１Ａと第二電極２１Ｂの間の絶縁が破壊されてアークが生じ、シリンダ内の混合気が過早着火してしまうことがある。過早着火はノッキングを誘発し、出力を不安定にし、内燃機関を破壊する場合もあるので、抑止すべきである。
【００２７】
このために、サブスイッチ手段３１を、メインスイッチ手段１１のオン時（時点Ｂ１）よりも前に通電を開始する（時点Ａ１）。サブスイッチ手段３１をオンして、サブ一次コイル３０に通電することで、サブ一次コイル端に発生する電圧をΔＶ２より低くすることで、ΔＶ３を抑制することができる。図３の破線で、対策前のΔＶ２波形を示す。
【００２８】
過早着火を抑制することを目的としたサブスイッチ手段３１の信号制御で、サブスイッチ手段３１を遮断するタイミング（時点Ｃ１）は、メインスイッチ手段１１を遮断するタイミング（時点Ｄ１）よりも前に設定する。これにより、サブスイッチ手段３１を再度通電開始して、二次電流を増大させる準備をすることができる。
【００２９】
以上のように、二次電流発生後にサブスイッチ手段３１を、オン制御することでサブ一次コイル３０によって点火エネルギを重畳し、二次電流を増加させ燃焼を安定させることができる。加えて、この構成に部品の追加をすることなく、サブスイッチ手段３１を、メインスイッチ手段１１のオン時よりも前にオンして通電を開始することで、メインスイッチ手段１１のオン時の過早着火を防止することができる。低コスト、小型化を図りつつ、高エネルギ化しながら過早着火を防止することができるので有意である。
【００３０】
２．実施の形態２
図４は、実施の形態２に係る点火装置１の動作波形を示す図である。実施の形態２に係る点火装置の動作は、実施の形態１に係る動作波形を示す図３に対して、サブスイッチ手段３１の駆動信号Ｓｉｇ２の最初のオンタイミングを変更したものである。具体的には、制御装置２の記憶装置９１に記憶されているソフトウェアの変更によって実施可能である。
【００３１】
図４の時点Ｃ２から時点Ｇ２までの波形は、図２における時点Ｃ１から時点Ｇ１までの波形と同等のため、ここでは説明を省略する。実施の形態２では、サブスイッチ手段３１の通電の開始（時点Ａ２）は、メインスイッチ手段１１の通電の開始(時点Ｂ２）と一致する。
【００３２】
その電流変動に応じた電圧（ΔＶ３∝ΔＩ３／Δｔ）がサブ一次コイル３０に発生し、トランス構造から巻数比に比例した電圧が二次コイル２０に発生する。この電圧はメイン一次電流が流れる際（時点Ｂ２）に発生する電圧とは極性が逆になるため、打ち消す方向に電圧が発生することで、ΔＶ２を抑制する。これによって、過早着火を防止することができる。
【００３３】
実施の形態２では、メインスイッチ手段１１のオン(時点Ｂ２）とサブスイッチ手段３１のオン（時点Ａ２）を同時としたので、実施の形態１に係る図３の時点Ａ１から時点Ｂ１までの時間が不要となり、内燃機関の高回転時のアイドルタイム（点火に用いられるエネルギの蓄積に寄与しない、無駄に消費される時間）の短縮につながる。これにより、内燃機関の高回転化に対応した点火装置を得ることができる。
【００３４】
３．実施の形態３
図５は、実施の形態３に係る点火装置１の動作波形を示す図である。実施の形態３に係る点火装置の動作は、実施の形態１に係る動作波形を示す図３に対して、メインスイッチ手段１１がオン中にサブスイッチ手段３１がオフする時の信号を通電状態から遮断状態に第一の時間をかけて変化させた点が異なる。具体的には、制御装置２の記憶装置９１に記憶されているソフトウェアの変更によって実施可能である。
【００３５】
実施の形態１に係る図３に記載された動作波形の、時点Ａ１から時点Ｃ１は、図５に係る時点Ａ３から時点Ｃ３と同等のため、ここでは説明を省略する。サブスイッチ手段３１を遮断する際に、図３では時点Ｃ１でＶ２に正側に電圧が発生するが、サブスイッチ手段３１の遮断をなまらせることで、サブ一次コイル３０に流れる電流により発生する電圧を抑制し、二次コイル２０に発生する電圧を抑制する。これによって、サブスイッチ手段３１を遮断する際に、発生する電圧によって、過早着火が発生することを抑止することができる。
【００３６】
実施の形態３で、サブスイッチ手段３１の遮断をなまらせることで、サブ一次コイルに流れる電流により発生する電圧を抑制する事例を説明した。サブスイッチ手段３１の通電、遮断タイミングは制御装置２からの駆動信号Ｓｉｇ２に基づき設定される。しかし、内燃機関のシリンダ内の圧力が高い状況では絶縁破壊電圧が高くなるため、そのタイミングでサブスイッチ手段３１を遮断する設定とすることで、誤点火しない状態にすることができる。すなわち、実施の形態１に係る図３の動作波形において、内燃機関の運転状態に基づいて、サブスイッチ手段３１を遮断するタイミングを決定する。これにより、サブスイッチ手段３２を遮断する際に発生する電圧によって過早着火が発生することを抑止することができる。ここで、内燃機関のシリンダ内の圧力は、直接計測しなくても、内燃機関の回転数、内燃機関の吸入空気量などのパラメータから間接的に求めてもよい。また、サブスイッチ手段３１を遮断するタイミングに応じて、または内燃機関の運転状態に応じて、サブスイッチ手段３１を通電するタイミングを変更してもよい。サブスイッチ手段３１の通電、遮断に要する遅れ時間、内燃機関の高回転域における点火制御のアイドルタイムの制限に応じて、通電開始タイミングを制御する必要があるからである。
【００３７】
４．実施の形態４
図６は、実施の形態４に係る点火装置１０１の回路図である。図７は、実施の形態４に係る点火装置１０１の動作波形を示す図である。
【００３８】
４−１．点火装置の構成
実施の形態４に係る点火装置１０１は、実施の形態１に係る点火装置１と、サブ一次コイル３０の接続が異なる。サブ一次コイル３０の一端側が、サブスイッチ手段３２を介してグランドに接続されている点は、実施の形態１と同様である。サブ一次コイル３０の他端側が直接グランドに接続されている点は、実施の形態１と異なる。すなわち、両端がグランドに接続された電線上に、サブ一次コイル３０およびサブスイッチ手段３２が直列接続されている。サブ一次コイル３０は、直接接続されたグランド側から電流を流した時に、二次コイル２０とは逆極性となるように巻線されている。
【００３９】
点火装置１０１は、一端がグランドへの通電、遮断を切り替えるメインスイッチ手段１１に接続し、他端が直流電源１２に接続したメイン一次コイル１０を備える。また、一端がグランドへの通電・遮断を切り替えるサブスイッチ手段３２に接続し、他端がグランドへ直接接続するサブ一次コイル３０を備える。そして、一端が点火プラグ２１と接続され、他端がグランドに接続され、メイン一次コイル１０とサブ一次コイル３０と磁気的に結合することで放電エネルギを発生する二次コイル２０を備える。さらに、メインスイッチ手段１１とサブスイッチ手段３２を駆動する制御装置２を備える。サブ一次コイル３０の通電により発生する通電磁束が、メイン一次コイル１０の通電により発生する通電磁束と同方向である。
【００４０】
図６の回路図では、メインスイッチ手段１１として、ＮＰＮ型トランジスタが使用されている。メインスイッチ手段１１のコレクタ側はメイン一次コイルと、エミッタ側はグランドと接続されている。また、サブスイッチ手段３２として、入力信号にともない双方向に電流を流すことができるＪＦＥＴ（Junction FET）が使用されている。サブスイッチ手段３２のドレイン側はサブ一次コイル３０と、ソース側はグランドと接続されている。メインスイッチ手段１１、サブスイッチ手段３２は、ＮＰＮ型トランジスタ、ＰチャンネルＪＦＥＴを用いてもよいが、ＰＮＰ型トランジスタ、ＮチャンネルＪＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等を用いてもよい。
【００４１】
４−２．点火制御
次にこの回路の動作例について、図７を元に説明する。図７の波形は上から時点Ａ４からＧ４を示す時刻ｔ、メインスイッチ手段１１の駆動信号（Ｓｉｇ１）、サブスイッチ手段３２の駆動信号（Ｓｉｇ２）、メイン一次コイル１０に流れる電流（メイン一次コイル電流Ｉ１）、サブ一次コイル３０に流れる電流（サブ一次コイル電流Ｉ３）、点火プラグ２１のギャップ間に発生する電圧（二次電圧Ｖ２）、点火プラグ２１のギャップ間に流れる電流（二次電流Ｉ２）を示している。
【００４２】
通常の点火動作に関して、メインスイッチ手段１１への駆動信号オン（時点Ｂ４）、オフ（時点Ｄ４）に従い、メイン一次コイル１０に流れる電流が通電、遮断される。メイン一次コイル電流遮断（時点Ｄ４）により、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のギャップ間で放電が発生し二次コイル２０に負の電流（時点Ｄ４から時点Ｇ４）が流れる。
【００４３】
点火アークが発生して二次電流が流れ始めてから、サブスイッチ手段３２が時点Ｄ４以降でオン（時点Ｅ４）、オフ（時点Ｆ４）する。これにより、サブ一次コイル３０に電流が流れる。それに伴い、サブ一次コイル３０と二次コイル２０の巻数比に応じた電流が二次電流に重畳する。図７のように、サブ一次コイル３０に流れる電流によって、二次電流を減少させることができる。これにより、過剰な点火電流によって点火プラグが損耗することを防ぐことができる。点火装置を高エネルギ化して、混合器の着火性を改善し燃焼を安定させた場合の課題である、点火プラグが損耗を抑止することができるので意義が大きい。
【００４４】
さらに、サブスイッチ手段３２を、メインスイッチ手段１１のオン時よりも前に通電を開始する（時点Ａ４）。メインスイッチ手段１１がオンすることで、メイン一次コイル１０に電流が流れるが、そのタイミングで二次コイルに電圧が発生する（ΔＶ２とする）。その電圧の二次コイル巻数（Ｎ２）分のサブ一次コイル巻数（Ｎ３）に比例した電圧がサブ一次コイルに発生する（ΔＶ３≒ΔＶ２×Ｎ３／Ｎ２）が、サブ一次コイル電流Ｉ３を通電することで、サブ一次コイル端に発生する電圧をΔＶ３より低くすることができる。これにより、ΔＶ２を抑制することができる。図７で破線は対策前のΔＶ２波形を示している。ΔＶ２の低下によって、過早着火が発生することを抑止することができる。
【００４５】
過早着火を抑制することを目的としたサブスイッチ手段の信号制御で、サブスイッチ手段３１を遮断するタイミング（時点Ｃ４）は、メインスイッチ手段１１を遮断するタイミング（時点Ｄ４）よりも前に設定する。これは、二次電流が流れ始めてから、点火電流を適正な値に制限するために行われているサブスイッチ手段３１のオン、オフを実施する準備をするためである。
【００４６】
よって、燃費改善のためにリーン化、高ＥＧＲ化した内燃機関に対して、着火性を改善し燃焼を安定化するために点火装置を高エネルギ化した場合の弊害である点火プラグの損耗を、サブ一次コイル３０に接続されたサブスイッチ手段３２の制御によって抑制することができる。この構成に、部品を追加することなしに、サブスイッチ手段３２を、メインスイッチ手段１１のオン時よりも前に通電を開始することで、メインスイッチ手段１１のオン時の過早着火の発生を抑止することができる。
【００４７】
すなわち、メイン一次コイル１０の通電開始以前にサブ一次コイル３０を通電させることにより、メイン一次コイル１０の通電時に発生する二次コイル電圧を低減することが可能となり、低コスト、小型化を図りつつ、高エネルギ化しながら過早着火を防止することができることとなる。
【００４８】
５．実施の形態５
図８は、実施の形態５に係る点火装置１０１の動作波形を示す図である。実施の形態５に係る点火装置の動作は、実施の形態４に係る動作波形を示す図７に対して、メインスイッチ手段１１がオン中にサブスイッチ手段３２の駆動信号Ｓｉｇ２の最初のオンタイミングを変更したものである。具体的には、制御装置２の記憶装置９１に記憶されているソフトウェアの変更によって実施可能である。
【００４９】
図８の時点Ｃ５から時点Ｇ５までの波形は、図７に係る時点Ｃ４から時点Ｇ４までの波形と同等のため、ここでは説明を省略する。実施の形態５では、サブスイッチ手段３２の通電の開始（時点Ａ５）は、メインスイッチ手段１１の通電の開始(時点Ｂ５）と一致する。
【００５０】
その電流変動に応じた電圧（ΔＶ３∝ΔＩ３／Δｔ）がサブ一次コイル３０に発生し、トランス構造から巻数比に比例した電圧が二次コイル２０に発生する。この電圧はメイン一次電流が流れる際（時点Ｂ２）に発生する電圧とは極性が逆になるため、打ち消す方向に電圧が発生することで、ΔＶ２を抑制する。これによって、過早着火を防止することができる。
【００５１】
実施の形態５では、メインスイッチ手段１１のオン(時点Ｂ５）とサブスイッチ手段３２のオン（時点Ａ５）を同時としたので、実施の形態４に係る図７のＡ４からＢ４までの時間が不要となり、内燃機関の高回転時のアイドルタイムの短縮につながる。これにより内燃機関の高回転化に対応できる点火装置を得ることができる。
【００５２】
６．実施の形態６
図９は、実施の形態６に係る点火装置１の動作波形を示す図である。実施の形態６に係る点火装置の動作は、実施の形態４に係る動作波形を示す図７に対して、メインスイッチ手段１１がオン中にサブスイッチ手段３２がオフする時の信号を通電状態から遮断状態に第二の時間をかけて変化させた点が異なる。
【００５３】
実施の形態４に係る図７に記載された動作波形の、時点Ａ４から時点Ｃ４は、図９における時点Ａ６から時点Ｃ６と同等のため、ここでは説明を省略する。サブスイッチ手段３２を遮断する際に、図７では時点Ｃ４でＶ２に正側に電圧が発生するが、サブスイッチ手段３２の遮断をなまらせることで、サブ一次コイル３０に流れる電流により発生する電圧を抑制し、二次コイル２０に発生する電圧を抑制する。これによって、サブスイッチ手段３２を遮断する際に、発生する電圧によって、過早着火が発生することを抑止することができる。
【００５４】
実施の形態６で、サブスイッチ手段３２の遮断をなまらせることで、サブ一次コイル３０に流れる電流により発生する電圧を抑制する事例を説明した。サブスイッチ手段３１の通電、遮断タイミングは制御装置２からの駆動信号Ｓｉｇ２に基づき設定される。しかし、内燃機関のシリンダ内の圧力が高い状況では絶縁破壊電圧が高くなるため、そのタイミングでサブスイッチ手段３１を遮断する設定とすることで、誤点火しない状態にすることができる。すなわち、実施の形態４に係る図７の動作波形において、内燃機関の運転状態に基づいて、サブスイッチ手段３２を遮断するタイミングを決定する。これにより、サブスイッチ手段３２を遮断する際に発生する電圧によって過早着火が発生することを抑止することができる。ここで、内燃機関のシリンダ内の圧力は、直接計測しなくても、内燃機関の回転数、内燃機関の吸入空気量などのパラメータから間接的に求めてもよい。また、サブスイッチ手段３１を遮断するタイミングに応じて、または内燃機関の運転状態に応じて、サブスイッチ手段３１を通電するタイミングを変更してもよい。サブスイッチ手段３１の通電、遮断に要する遅れ時間、内燃機関の高回転域における点火制御のアイドルタイムの制限に応じて、通電開始タイミングを制御する必要があるからである。
【００５５】
図１０は、実施の形態４に係る点火装置１０１の回路の変形例である点火装置１０２の回路図である。実施の形態４に係る点火装置１０１の回路図は図６に、サブスイッチ手段３２として、ＪＦＥＴを用いた例が示されている。図１０に示す変形例では、サブスイッチ手段３３としてサブストレート型のＮＰＮトランジスタを用いている。メイン一次コイル１０の電流が流れるタイミングで、寄生ダイオードによりサブ一次コイルに電流が流れることで、二次コイルに発生する電圧を抑制することができる。これにより、メインスイッチ手段１１をオンする際の、二次電圧の変化によって過早着火が発生することを抑制することができる。
【００５６】
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】
【００５７】
１、１０１  点火装置、２  制御装置、１０  メイン一次コイル、１１  メインスイッチ手段、１２  直流電源、２０  二次コイル、２１  点火プラグ、３０  サブ一次コイル、３１、３２  サブスイッチ手段、４０  点火コイル
【要約】      （修正有）【課題】内燃機関において低コスト・小型化を図りつつ、高エネルギ化しても過早着火を防止する点火装置を提供する。【解決手段】メイン一次コイル１０と、サブ一次コイル３０と、二次コイル２０とを有する点火コイル４０と、メイン一次コイル１０への通電をオンオフするメインスイッチ手段１１と、サブ一次コイルへ３０の通電をオンオフするサブスイッチ手段３１と、メインスイッチ手段１１をオンオフして一次コイル１０に生じる磁束の変化により二次コイル２０に二次電流を発生させ点火プラグ２１に火花放電を起こさせ、メインスイッチ手段１１がオンする以前にサブスイッチ手段３１をオンする制御装置２と、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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