JP2013100811A - 内燃機関の点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電繰り返し現象の発生を回避してプラグ消耗を抑制することと、放電期間の不足による失火を回避することとの両立を図る。
【解決手段】点火コイル２０の一次電圧をツェナー電圧Ｖ１ＺＤ以下に制限するツェナーダイオード４０（制限手段）と、放電開始時にはツェナーダイオード４０による制限機能を停止させ、放電開始後の所定期間Ｔｂには前記制限機能を発揮させるよう切り替えるスイッチ回路５０（切替手段）とを備える。これによれば、放電開始後の所定期間Ｔｂにおいて、二次電圧Ｖ２が二次制限値Ｖ２ｔｈ以上（Ｖ２の絶対値がＶ２ｔｈ以下）に制限される。よって、放電中に吹消えが発生しても、その発生直後に再放電することは回避されるので、放電繰り返しによるプラグ消耗を回避できる。しかも、吹消えが発生しなかった場合には、誘導放電による放電が通常通りそのまま継続されるので、放電期間の不足により失火するおそれを回避できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、二次電圧を点火プラグへ印加する点火コイルを備えた、内燃機関の点火装置に関する。

図８は、一般的な点火式エンジンに備えられた点火プラグ３０の中心電極３１および接地電極３２を示す図であり、通常であれば、両電極３１，３２間で生じる放電は、符号ＳＰ１に示す如く最短の長さになる。しかし近年では、特に希薄燃焼エンジンにおいて燃焼性向上を図るべく、タンブル流やスワール流等の渦流を燃焼室内で生じさせる技術の開発が進んできており、このような渦流を生じさせるエンジンにおいては、筒内気流Ｆの速度が速い。すると、点火プラグ３０で生じた放電が筒内気流Ｆにより引き伸ばされる（符号ＳＰ２参照）。

そして、さらに筒内気流Ｆが強い場合には放電が吹消えてしまい、その直後において、両電極３１，３２の最短距離間（符号ＳＰ１の経路）で再放電が生じる。再放電が生じた後、再度筒内気流Ｆによって放電が吹消えてしまうことがあり、放電吹消えと再放電が何度も繰り返されるといった放電繰り返し現象が生じ、この放電繰り返し現象により電極３１，３２の消耗（プラグ消耗）が通常よりも促進されてしまうおそれがあった。

ちなみに、容量放電期間（図２中のｔ３近傍の短期間）においては、二次電流が十分に大きいため上記吹消えは発生せず、二次電流が小さく徐々に低下していく誘導放電期間（図２中のｔ３〜ｔ４の期間）において吹消えは発生する。

このような放電繰り返し現象によるプラグ消耗の課題に対し、特許文献１，２等に記載の従来装置では、内燃機関の運転状態に応じた放電期間を設定し、放電開始から放電期間が経過した時点で一次電流を流すことで、放電を強制的に終了させている。これによれば、二次電流が小さい誘導放電期間ｔ３〜ｔ４のうち、吹消えが懸念される期間を無くすことができるので、放電繰り返し現象の発生を回避でき、プラグ消耗の課題を解消できる。

特開２００１−１９３６２２号公報 特開２０００−３４５９５１号公報

しかしながら、点火プラグのエンジンへの搭載角度のバラツキに起因して接地電極位置が異なると、吹き消えが発生する筒内気流Ｆの流速が異なってくる。また、筒内の気流状態は安定したものではなくバラツキが大きい。よって、個々のエンジンにおいて吹消えが生じる流速であるか否かを把握することは極めて困難である。したがって、上記従来装置では、気流状態に応じた最適な値に放電期間を設定することは極めて困難である。

そのため、例えば、吹消えの懸念が小さい状態であるにも拘わらず放電期間を過剰に短く設定することがあり、この場合には、放電期間の不足により失火するおそれが生じる。特に、着火性の悪い運転領域においては、このような失火の問題が顕著となる。また、吹消えの懸念が大きい状態であるにも拘わらず放電期間を過剰に長く設定することがあり、この場合には、放電繰り返し現象を回避できなくなる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、放電繰り返し現象の発生を回避してプラグ消耗を抑制することと、放電期間の不足による失火を回避することとの両立を図った、内燃機関の点火装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明では、一次コイルおよび二次コイルを有して構成され、一次電圧の変化に伴い生じた二次電圧を点火プラグへ印加する点火コイルと、前記一次電圧の絶対値を所定値以下に制限する制限手段と、前記点火プラグでの放電開始時には前記制限手段による制限機能を停止させ、放電開始後の所定期間には前記制限機能を発揮させるよう切り替える切替手段と、を備えることを特徴とする。

上記発明によれば、放電開始後の所定期間には、一次電圧の絶対値を所定値（図２に例示する一次制限値Ｖ１ＺＤ参照）以下に制限する制限機能を発揮させるので、この制限機能により、二次電圧の絶対値も所定値（図２に例示する二次制限値Ｖ２ｔｈ参照）以下に制限されることとなる。

したがって、吹消え直後の再放電に要する電圧（図２に例示する再放電要求電圧ＶｂｒｅａｋＡ参照）よりも二次制限値Ｖ２ｔｈが小さい値となるように、一次制限値Ｖ１ＺＤを設定しておけば、吹消えが発生した場合であっても、その吹消え直後において二次電圧が再放電要求電圧ＶｂｒｅａｋＡに達することが無くなるので、吹消え直後の再放電を回避できる。よって、放電繰り返し現象の発生を回避してプラグ消耗を抑制することができる。

しかも、誘導放電の継続を維持させるのに必要な二次電圧（図２に例示する維持電圧Ｖｃｏｎ参照）よりも二次制限値Ｖ２ｔｈが大きい値となるように、一次制限値Ｖ１ＺＤを設定しておけば、吹消えが発生しなかった場合には、誘導放電による放電が継続されるので、従来装置の如く放電を強制的に終了させることは不要となる。よって、吹消えが発生しない場合にまで放電期間を短く制限することを回避でき、放電期間の不足により失火するおそれを回避できる。

さらに、点火プラグでの放電開始時には制限機能を停止させるので、放電開始時（特に二次電圧上昇期間ｔ２〜ｔ３）に二次電圧が制限されて失火することを回避できる。

以上により、上記発明によれば、吹消え後の放電繰り返し現象の発生を回避してプラグ消耗を抑制することと、吹消えが発生しない場合の放電期間の不足による失火を回避することとの両立を図ることができる。

請求項２記載の発明では、前記制限手段は、前記一次コイルに接続されるツェナーダイオードを有し、前記一次電圧をツェナー電圧以下に制限する定電圧回路であることを特徴とする。

ここで、上記発明に反し、例えば一次電圧を検出し、その検出値を打ち消す向きに一次コイルに電圧印加して一次電圧を制限することも可能で有るが、この場合には一次電圧を検出するセンサや、その検出結果に応じて一次コイルに電圧印加する制御回路が必要になる等、煩雑な回路が必要となる。

これに対し、上記発明によれば、ツェナーダイオードを用いた定電圧回路により一次電圧を制限するので、前記センサや制御回路を要することなく、簡素な回路構成で一次電圧を制限することが可能になる。

請求項３記載の発明では、前記ツェナーダイオードのカソード側を前記一次コイルの接地側に接続し、前記ツェナーダイオードのアノード側を接地しており、前記切替手段は、前記ツェナーダイオードのアノード側と接地との接続をオンオフ切替する半導体スイッチを有するスイッチ回路であることを特徴とする。

ここで、上記発明に反し、ツェナーダイオードのアノード側と一次コイルの高電位側との接続を半導体スイッチによりオンオフ切替するスイッチ回路（図３参照）を採用すると、半導体スイッチのベース信号を一次コイルの高電位側の電位（例えばバッテリ電位１４Ｖ）よりも所定電圧だけ高圧にする必要が生じるので、前記所定電圧を発生させる電源（図３中の符号５４参照）が必要になる。しかも、スイッチ回路に対してオンオフを指令する信号がバッテリ電位よりも低電位（例えば５Ｖ）である場合には、オンオフ指令信号に基づき所定電圧をオンオフさせる回路（図３中の符号５２，５３参照）も必要になる。

これに対し、上記発明によれば、ツェナーダイオードのアノード側と接地との接続を半導体スイッチによりオンオフ切替するスイッチ回路を採用するので、スイッチ回路に対してオンオフを指令する信号がバッテリ電位よりも低電位（例えば５Ｖ）の場合において、そのオンオフ指令信号を半導体スイッチのベース信号としてそのまま用いることができる。よって、上述した電源５４や各種回路５２，５３を不要にでき、スイッチ回路を簡素な構成で実現できる。

請求項４記載の発明では、前記切替手段は、前記点火プラグでの放電を開始させるよう前記一次コイルの通電制御を指令してから所定時間が経過した時点で、前記制限機能を発揮させるように切り替えることを特徴とする。

ここで、制限機能を開始させるタイミングが遅すぎると放電繰り返しを生じさせてしまい、早すぎると、誘導放電期間の初期にて二次電圧が高い時にまで制限機能が発揮されて、失火するおそれが生じる。これらの点を鑑みた上記発明によれば、一次コイルの通電制御を指令してから所定時間が経過した時点で制限機能を発揮させるので、上述した放電繰り返し発生抑制および失火抑制の両立を図った制限機能の開始タイミングとなるようにすることを、前記所定時間を設定することで容易に実現できる。

請求項５記載の発明では、内燃機関の運転状態に応じて前記所定時間を可変設定することを特徴とする。

先述の如く、放電繰り返し発生抑制および失火抑制の両立を図った制限機能の開始タイミングの最適値は、内燃機関の運転状態に応じて異なってくる。この点を鑑みた上記発明によれば、内燃機関の運転状態に応じて前記所定時間を可変設定するので、制限機能の開始タイミングを精度良く最適値にすることができる。よって、放電繰り返し発生抑制および失火抑制の両立を促進できる。

請求項６記載の発明では、前記ツェナーダイオードのカソード側を前記一次コイルの接地側に接続し、前記ツェナーダイオードのアノード側を接地しており、前記一次電圧の絶対値が前記ツェナー電圧となったことを検出する検出手段を更に備え、前記切替手段は、前記一次コイルの接地側と接地との接続をオンオフ切替する半導体スイッチを有し、前記検出手段によって前記一次電圧の絶対値が前記ツェナー電圧となったことが検出されてから所定時間に渡って前記一次コイルの接地側と接地とを強制的に接続させるように前記半導体スイッチを操作することを特徴とする。

上記発明では、上記態様にて一次コイルの接地側と接地とを強制的に接続させる。このため、放電吹消えが一旦生じた場合であっても、その後放電繰り返し現象の発生を好適に回避することができる。これにより、プラグ消耗を好適に抑制することができる。

第１実施形態における点火システムの概略構成を示す図。 第１実施形態における点火システムの作動を説明するタイムチャート。 第１実施形態におけるスイッチ回路を示す図。 本発明者らが実施した試験の結果を示すグラフ。 第２実施形態における点火システムの概略構成を示す図。 第３実施形態における点火システムの概略構成を示す図。 第３実施形態における点火システムの作動を説明するタイムチャート。 放電繰り返し現象を説明する図。

以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第１実施形態）
本実施形態は、車両に搭載された点火式のエンジン（内燃機関）を対象とした点火装置であり、当該点火装置においては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）からの点火指令に基づき点火プラグにて点火放電を生じさせることとしている。先ずは、図１を用いて点火装置を含む点火システムの概略構成を説明する。

ＥＣＵ５に設けられたマイクロコンピュータ（マイコン）は、エンジン回転速度やアクセル操作量、吸気温度、エンジン冷却水温度などのエンジンの運転状態を表す運転状態情報を取得し、その運転状態情報に基づいて最適な点火時期を算出する。そして、その点火時期に応じて点火信号ＩＧｔを生成し、波形整形回路１０に出力する。

波形整形回路１０は、ＥＣＵ５より入力した点火信号ＩＧｔに基づき、スイッチ手段としてのパワー素子１１をオン／オフさせるための駆動信号ＩＧを出力する。詳しくは、点火信号ＩＧｔに従ってパワー素子１１をオン／オフし、点火時期にて初回の点火放電を生じさせる。

気筒ごとに設けられる点火コイル２０は、一次コイル２１と二次コイル２２とからなる。一次コイル２１は、その一端が図示しない電源回路を介してバッテリの高電位（＋１４ボルト）側に接続され、他端がパワー素子１１を介して接地されている。パワー素子１１のゲートは波形整形回路１０に接続されており、この波形整形回路１０から出力される駆動信号ＩＧにより、パワー素子１１がオン／オフ制御されるようになっている。

また、二次コイル２２の一端は点火プラグ３０に接続され、二次コイル２２の他端は接地されている。なお、一次コイル２１及び二次コイル２２を流れる電流をそれぞれ一次電流Ｉ１，二次電流Ｉ２とし、一次コイル２１及び二次コイル２２の電圧を一次電圧Ｖ１，二次電圧Ｖ２とする。

点火プラグ３０の中心電極３１は二次コイル２２に接続され、点火プラグ３０の接地電極３２はエンジンに接続（接地）されている。なお、本実施形態にかかる点火装置は、二次電圧Ｖ２を接地に対して低電位にすることで接地側から二次コイル２２へ電流を流して放電（マイナス放電）させる回路である。

ツェナーダイオード４０（制限手段）は、一次コイル２１に対して並列に電気接続されている。詳細には、ツェナーダイオード４０のカソード側が一次コイル２１の接地側に接続されている。また、ツェナーダイオード４０のアノード側は、ダイオード４１およびスイッチ回路５０を介して、一次コイル２１の高電位側に接続されている。したがって、スイッチ回路５０をオン作動させている時には、一次電圧Ｖ１の接地側の電位がツェナー電圧Ｖ１ＺＤに達すると、ツェナーダイオード４０は通電オン作動する。よって、一次電圧Ｖ１はツェナー電圧Ｖ１ＺＤ（所定値）以下に制限されることとなる。要するに、ツェナーダイオード４０は一次電圧Ｖ１をツェナー電圧Ｖ１ＺＤ以下に制限する定電圧回路を構成する。

また、ダイオード４１のアノード側はツェナーダイオード４０のアノード側に接続される。要するに、バッテリから出力される電流が、一次コイル２１をバイパスしてツェナーダイオード４０を通じて接地へ流れ込むことを阻止する向きに、ダイオード４１は接続されている。

スイッチ回路５０は、タイミング発生回路４２から出力されるタイミング信号ＳＷに基づき、オン作動とオフ作動が切り替わるように制御される。タイミング発生回路４２は、点火信号ＩＧｔまたは駆動信号ＩＧに基づきタイミング信号ＳＷを出力する。要するに、スイッチ回路５０（切替手段）は、ツェナーダイオード４０により一次電圧Ｖ１を制限する機能（制限機能）が発揮される状態と、制限機能が停止される状態とを、タイミング信号ＳＷに基づきに切り替える。

次に、図２を用いて点火システムの作動を説明する。図中の（ａ）〜（ｆ）の実線は、先述した吹消えが生じなかった場合における、点火信号ＩＧｔ、一次電流Ｉ１、一次電圧Ｖ１、二次電流Ｉ２、二次電圧Ｖ２、タイミング信号ＳＷの変化を示すタイムチャートである。（ｅ’）（ｂ’）の実線は、吹消えが生じた場合における二次電圧Ｖ２および一次電流Ｉ１の変化を示すタイムチャートである。なお、図中の点線は、ツェナーダイオード４０およびスイッチ回路５０を備えていない点火装置において、吹消え再放電の繰り返し現象が発生した場合における各種変化を示す。

先ず、（ａ）〜（ｆ）中の実線について説明する。

図中のｔ１時点にて、点火信号ＩＧｔがオフからオンに切り替わると、パワー素子１１がオン作動する。これにより、一次コイル２１への通電が開始されて充電が開始され、一次電流Ｉ１は徐々に上昇していく。

その後、ｔ２時点にて点火信号ＩＧｔがオンからオフに切り替わると、パワー素子１１がオフ作動する。これにより、一次コイル２１への通電が遮断されて、一次電圧Ｖ１が上昇するとともに、二次電圧Ｖ２が下降（Ｖ２の絶対値が上昇）する。すると、点火プラグ３０の電極３１，３２間で放電が開始されて、二次コイル２２から点火プラグ３０へ二次電流Ｉ２が出力される。一次電圧Ｖ１、二次電流Ｉ２および二次電圧Ｖ２の大きさは、容量放電期間（ｔ３近傍の短期間）でピーク値となるが、その後の誘導放電期間ｔ３〜ｔ４では徐々に減少していきｔ４時点でゼロになる。

タイミング信号ＳＷは、点火プラグ３０での放電を開始させるよう一次コイル２１の通電制御を指令した時点（つまり、点火信号ＩＧｔがオフに切り替わったｔ２時点）から所定時間Ｔａが経過した時点でオフからオンに切り替わる。したがって、点火プラグ３０での放電開始から所定時間Ｔａが経過するまでは、ツェナーダイオード４０による制限機能が停止され、所定時間Ｔａが経過した時点で前記制限機能が開始される。なお、所定時間Ｔａは予め設定した値に固定されており、タイマーやカウンターにより計時される。

そして、タイミング信号ＳＷをオンに切り替えてから所定期間Ｔｂが経過した時点でオフに切り替わる。したがって、制限機能が開始されてから、予め設定された所定期間Ｔｂが経過するまでは、ツェナーダイオード４０による制限機能が発揮される。

次に、（ａ）〜（ｆ）中の点線について説明する。

ツェナーダイオード４０およびスイッチ回路５０を備えていない場合には、ｔａ時点で吹消えが発生すると、二次電圧Ｖ２が上昇（Ｖ２の絶対値が低下）する。この時、点火コイル２０に放電エネルギが残っていれば、両電極３１，３２の最短距離間（符号ＳＰ１の経路）で再放電が生じる。なお、吹消え直後の場合には電極間の電離がある程度進行した状態であるため、再放電に要する二次電圧Ｖ２（再放電要求電圧ＶｂｒｅａｋＡ）は、ｔ３時点で最初に放電を開始する時（容量放電開始時）に要する二次電圧Ｖ２（放電要求電圧ＶｂｒｅａｋＢ）よりも低い。

このように吹消えと再放電を繰り返した後、点火コイル２０が有する放電エネルギの残存量減少に伴い、吹消え直後の二次電圧Ｖ２が再放電要求電圧ＶｂｒｅａｋＡにまで上昇できなくなると、その時点で放電は終了する。

ここで、二次電圧Ｖ２が再放電要求電圧ＶｂｒｅａｋＡを超えるほどに上昇して再放電する際に、点火コイル２０の巻数比に比例した電圧が一次コイル２１に生じ、一次電圧Ｖ１が上昇することとなる。したがって、一次コイル２１に生じる電圧を制限させれば、二次電圧Ｖ２の上昇を制限できる。つまり、二次電圧Ｖ２の上昇を再放電要求電圧ＶｂｒｅａｋＡ以下に制限させるように一次電圧Ｖ１の上昇を制限させれば、再放電を回避できることとなる。

この点を鑑み、本実施形態では、吹消えが懸念される誘導放電期間ｔ３〜ｔ４において、スイッチ回路５０をオン作動させることにより一次電圧Ｖ１の上昇をツェナー電圧Ｖ１ＺＤ以下に制限しており、ツェナー電圧Ｖ１ＺＤを、二次電圧Ｖ２が所定値（二次制限値Ｖ２ｔｈ）以下に制限されることとなる値に設定している。

例えば、再放電要求電圧ＶｂｒｅａｋＡよりも十分に低く放電維持電圧よりも高い値（４ｋＶ）に二次制限値Ｖ２ｔｈを設定する場合において、一次コイル２１および二次コイル２２の巻数比が８０であれば、ツェナー電圧Ｖ１ＺＤを５０Ｖに設定することで、Ｖ２≦Ｖ２ｔｈに制限でき、吹消え直後の再放電を回避できる。但し、二次制限値Ｖ２ｔｈは、誘導放電の継続を維持させるのに必要な二次電圧（図２（ｅ）中の維持電圧Ｖｃｏｎ）よりも小さい値（絶対値が大きい値）となるように設定している。

次に、（ｅ’）（ｂ’）中の実線について説明する。

上述の如くツェナー電圧Ｖ１ＺＤを設定した点火装置によれば、ｔａ時点で吹消えが生じて二次電圧Ｖ２が上昇（Ｖ２の絶対値が低下）した直後において、点火コイル２０の残存放電エネルギにより一次電圧を制限したことに伴い生じる一次電流Ｉ１は、ツェナーダイオード４０を通じて一次コイル２１を流れる（（ｂ’）参照）。つまり、点火コイル２０の残存放電エネルギは、二次電圧Ｖ２を上昇させることなく吸収される。そして、残存放電エネルギの減少に伴い一次電流Ｉ１も減少していく。

要するに、吹消えが発生しない場合には、点火信号ＩＧｔにより指令された充電期間ｔ１〜ｔ２に応じた誘導放電期間ｔ３〜ｔ４にて、通常通り放電が継続される（（ｅ）参照）。一方、吹消えが発生した場合には、その発生時点ｔａで誘導放電期間が中断されるとともに、吹消え直後の再放電が回避されるようになる（（ｅ’）参照）。

次に、図３を用いてスイッチ回路５０の具体的回路構成を説明する。

スイッチ回路５０は、半導体スイッチ５１のベース電圧をタイミング信号ＳＷに基づき制御することで、ツェナーダイオード４０による制限機能が発揮される状態と、制限機能が停止される状態とを切り替える。

但し、この半導体スイッチ５１を、ツェナーダイオード４０のアノード側と一次コイルの高電位側との間に接続しているため、半導体スイッチ５１のベース電圧を一次コイル２１の高電位側の電位（例えばバッテリ電位１４Ｖ）よりも所定電圧だけ高圧にする必要が生じるので、所定電圧（例えば５Ｖ）を発生させる電源５４が必要になる。しかも、タイミング信号ＳＷは５Ｖの信号であるため、低電位（５Ｖ）のタイミング信号ＳＷに基づき、半導体スイッチ５１のベース電圧（１４Ｖ＋５Ｖ）を制御する回路も必要になる。

そこで、図３に示す例では、電源５４によりバッテリ電位（１４Ｖ）を所定電圧（例えば５Ｖ）だけ上昇させ、その上昇させたベース電圧（１４Ｖ＋５Ｖ）を半導体スイッチ５２によりオンオフ制御している。また、その半導体スイッチ５２のベース電圧を、タイミング信号ＳＷに基づき制御される別の半導体スイッチ５３により制御している。

図４は、本発明者らが実施した試験の結果を示すグラフであり、以下、その試験の概要と結果について説明する。

図４（ｂ）（ｃ）は、放電にエアーを吹き付けて吹消えの状況を作り出した試験を実施した時の、点火信号ＩＧｔ、タイミング信号ＳＷ、二次電流Ｉ２、二次電圧Ｖ２の変化について計測した試験結果を示す。但し、（ｂ）は、タイミング信号ＳＷをオンさせること無く、ツェナーダイオード４０による制限機能を常時停止させた場合の試験結果である。一方（ｃ）は、図２（ｆ）と同様にしてｔ３時点で制限機能を開始させた場合の試験結果であり、図２（ｅ’）に対応する。また、（ａ）は、ｔ３時点で制限機能を開始させているが、エアーの吹き付けを実施せず、吹消えが生じない場合の試験結果であり、図２（ｄ）（ｅ）に対応する。

（ａ）の試験結果からは、ｔ３時点で制限機能を開始させる本実施形態において、吹消えが生じなければ通常通りｔ４時点まで放電が継続されることが確認される。（ｂ）の試験結果では、誘導放電期間の途中から、二次電圧Ｖ２および二次電流Ｉ２が大きく上下動を繰り返すことが確認される。これは、本実施形態に反して制限機能を開始させなければ、吹消えと再放電が何度も繰り返される放電繰り返し現象が生じることを意味する。（ｃ）の試験結果では、二次電圧Ｖ２および二次電流Ｉ２が大きく上下動を繰り返すことが（ｂ）に比べて抑制されていることが確認される。これは、制限機能を開始させることにより吹消え後の再放電が回避されていることを意味する。

以上により、本実施形態によれば、放電開始後の所定期間Ｔｂには、一次電圧を一次制限値Ｖ１ＺＤ以下に制限するので、二次電圧Ｖ２は二次制限値Ｖ２ｔｈ以上に制限（Ｖ２の絶対値は二次制限値Ｖ２ｔｈの絶対値以下に制限）されることとなる。よって、吹消えが発生しても、その直後に再放電することは回避される。よって、放電繰り返し現象の発生を回避してプラグ消耗を抑制できる。

しかも、二次制限値Ｖ２ｔｈを維持電圧Ｖｃｏｎよりもが小さい値（絶対値が大きい値）となるように一次制限値Ｖ１ＺＤを設定するので、吹消えが発生しなかった場合には、誘導放電による放電が通常通りそのまま継続される。よって、吹消えが発生しない場合にまで誘導放電期間ｔ３〜ｔ４を短縮させることを回避でき、誘導放電期間ｔ３〜ｔ４の不足により失火するおそれを回避できる。さらに、放電開始時には制限機能を停止させるので、二次電圧上昇期間ｔ２〜ｔ３に二次電圧が制限されて失火することを回避できる。

以上により、本実施形態によれば、放電繰り返し現象の発生を回避してプラグ消耗を抑制することと、放電期間の不足による失火を回避することとの両立を図ることができる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、半導体スイッチ５１を、ツェナーダイオード４０のアノード側と一次コイルの高電位側との間に接続しているのに対し、図５に示す本実施形態では、半導体スイッチ５１を、ツェナーダイオード４０ａのアノード側と接地との間に接続している。

そのため、半導体スイッチ５１のベース電圧を一次コイル２１の高電位側の電位よりも高くする必要が無くなるので、第１実施形態で必要となっていた電源５４を廃止することができる。そして、半導体スイッチ５１のベース電圧として、５Ｖのタイミング信号ＳＷをそのまま用いることができるようになるので、第１実施形態で必要となっていた半導体スイッチ５２，５３をも廃止できる。

以上により、本実施形態によれば、半導体スイッチ５２，５３および電源５４を廃止できるので、スイッチ回路５０の構成を簡素にできる。

ちなみに、図３に示すスイッチ回路の場合には、点火コイル２０の一次コイル２１と二次コイル２２の巻数比が例えば８０である場合に、二次制限値Ｖ２ｔｈを４ｋＶにするためには、ツェナー電圧Ｖ１ＺＤを５０Ｖに設定すればよい（５０Ｖ＝４ｋＶ／８０）。これに対し、図５に示す本実施形態の場合には、５０Ｖにバッテリ電圧１４Ｖを加算した値にツェナー電圧Ｖ１ＺＤを設定すれば、二次制限値Ｖ２ｔｈを４ｋＶにできる。

（第３実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、放電吹消えが一旦生じた場合において点火コイル２０に蓄えられた放電エネルギを確実に放出させるべく、一次コイル２１からツェナーダイオード４０ａを介して接地に至る経路とは別に、上記放電エネルギを放出させるための経路を更に備える。

図６に、点火装置を含む点火システムの概略構成を示す。なお、本実施形態では、ツェナーダイオード４０ａを第１のツェナーダイオードと称し、パワー素子１１を第１のパワー素子と称すこととする。

図示されるように、第１のツェナーダイオード４０ａのアノード側は、第１の抵抗体６０を介して接地されている。また、第１のツェナーダイオード４０ａのカソード側は、第２のツェナーダイオード６１のカソード側に接続されている。第２のツェナーダイオード６１のアノード側は、第２のパワー素子６２（ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ）及び第２の抵抗体６３を介して接地されている。ここで、第２のツェナーダイオード６１は、第２のパワー素子６２がオン作動した場合にバッテリから第２のパワー素子６２を介して接地へと電流が流れることを回避するための素子である。詳しくは、第２のツェナーダイオード６１のツェナー電圧Ｖ２ＺＤは、バッテリの端子電圧ＶＢ（例えば１４Ｖ）よりも高い電圧（例えば２２Ｖ）であってかつ、第１のツェナーダイオード４０ａのツェナー電圧Ｖ１ＺＤよりも低い電圧に設定されている。ちなみに、本実施形態において、第１のツェナーダイオード４０ａ及び第１の抵抗体６０が、検出手段を構成する。

第１のツェナーダイオード４０ａ及び第１の抵抗体６０の接続点と、タイミング発生回路４２の出力側とのそれぞれは、ＡＮＤ回路６４の入力端子に接続されている。また、タイミング発生回路４２の出力側は、ＮＯＴ回路６５の入力端子に接続されている。

ＡＮＤ回路６４の出力端子は、ＲＳフリップフロップ６６のセット端子（Ｓ端子）に接続され、ＮＯＴ回路６５の出力端子は、ＲＳフリップフロップ６６のリセット端子（Ｒ端子）に接続されている。また、ＲＳフリップフロップ６６の出力端子（Ｑ端子）は、第２のパワー素子６２のゲートに接続されている。ちなみに、本実施形態において、タイミング発生回路４２、第２のパワー素子６２、ＡＮＤ回路６４、ＮＯＴ回路６５及びＲＳフリップフロップ６６が切替手段を構成する。

続いて、図７に示すタイムチャートを用いて、本実施形態にかかる放電繰り返し現象の回避手法について説明する。詳しくは、図７（ａ）は、点火信号ＩＧｔの変化を示し、図７（ｂ）は、タイミング信号ＳＷの変化を示し、図７（ｃ）は、二次電圧Ｖ２の変化を示し、図７（ｄ）は、第１の抵抗体６０に流れる電流Ｉ１ＺＤの変化を示す。また、図７（ｅ）は、ＲＳフリップフロップ６６のＱ端子の出力信号の変化を示し、図７（ｆ）は、一次電流Ｉ１の変化を示し、図７（ｇ）は、二次電流Ｉ２の変化を示す。

図中実線にて示すように、時刻ｔ１において、点火信号ＩＧｔがオン点火信号に切り替えられることで、一次電流Ｉ１が上昇し始める。その後、時刻ｔ２において、点火信号ＩＧｔがオフ点火信号に切り替えられることで、二次電圧Ｖ２の上昇によって放電が行われてかつ二次電流Ｉ２が流れ始める。

その後、時刻ｔ２から第１の規定時間Ｔｃが経過する時刻ｔ３において、タイミング信号ＳＷの論理が「Ｌ」から「Ｈ」に反転される。そして、放電吹消えが生じる時刻ｔ４において、二次電圧Ｖ２が再度上昇するとともに一次電圧Ｖ１も上昇する。その結果、一次電圧Ｖ１が第１のツェナーダイオード４０ａのツェナー電圧Ｖ１ＺＤに到達し、第１の抵抗体６０に電流Ｉ１ＺＤが流れることとなる。

このため、第１の抵抗体６０及びツェナーダイオード４０ａの接続点の電圧が上昇し、ＡＮＤ回路６４の出力信号の論理が「Ｈ」に反転される。これにより、ＲＳフリップフロップ６６のＱ端子の出力信号の論理が「Ｈ」に反転されることで、第２のパワー素子６２がオン作動する。したがって、一次コイル２１、第２のツェナーダイオード６１、第２のパワー素子６２及び第２の抵抗体６３を備える閉回路が形成されることで、この閉回路に一次電流Ｉ１が流れることとなる。なお、時刻ｔ２から第２の規定時間Ｔｄが経過する時刻ｔ５において、タイミング信号ＳＷの論理が「Ｌ」に反転されることで、Ｑ端子の出力信号の論理が「Ｌ」に反転され、第２のパワー素子６２がオフ作動する。

こうした構成によれば、一次電圧Ｖ１の絶対値が第１のツェナーダイオード４０ａのツェナー電圧Ｖ１ＺＤとなったことが検出されてから所定時間（時刻ｔ４〜ｔ５）に渡って、一次コイル２１の接地側と接地とを強制的に接続させるように第２のパワー素子６２をオン作動させることができる。このため、時刻ｔ４以降において、二次電流Ｉ２の流通を遮断することができ、ひいては二次電流Ｉ２の流通に起因したプラグ消耗を抑制することができる。

これに対し、例えば上記第２の実施形態では、図７に破線にて示すように、放電吹消えが発生する時刻ｔ４以降において、二次電流Ｉ２の流通を遮断することができない懸念がある。これは、一次電圧Ｖ１がツェナーダイオード４０ａのツェナー電圧Ｖ１ＺＤに到達した場合にのみ点火コイル２０に蓄えられた放電エネルギの放電経路が形成されるため、その後一次電圧Ｖ１が低下する場合には、点火コイル２０に蓄えられた放電エネルギを適切に放出することができないことによる。

ちなみに、本実施形態において、時刻ｔ４以降において二次電流Ｉ２の流通を遮断する場合であっても、エンジンの燃焼状態に悪影響を及ぼさないことが本発明者らによって調べられている。これは、以下の理由による。

放電繰り返し現象の生じる状況は、筒内気流が強い状況である。こうした状況下においては、混合気の形成状態が燃焼にとって良好な状態となり、混合気の着火性が良くなる。このため、点火信号ＩＧｔがオフ点火信号に切り替えられた後に一旦混合気に着火してしまえば、その後放電吹消えが発生する場合であっても、燃焼状態に悪影響を及ぼさない。

以上説明した本実施形態によれば、放電吹消えが一旦発生した直後において二次電流Ｉ２の流通を的確に遮断することができる。このため、プラグ消耗を好適に抑制することができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記各実施形態では、点火信号ＩＧｔをオフにしたｔ２時点から所定時間Ｔａが経過した時点で制限機能を開始させており、前記所定時間Ｔａを予め設定しておいた値に固定している。これに対し、内燃機関の運転状態に応じて所定時間Ｔａを可変設定するようにしてもよい。

例えば、失火の可能性が低い運転状態の場合には、所定時間Ｔａを短く設定して放電繰り返し現象の回避を確実にすることが望ましい。また、筒内気流Ｆの速度が遅く、放電繰り返し発生の可能性が低い運転状態の場合には、所定時間Ｔａを長く設定することが望ましい。

・上記第１実施形態では、ツェナーダイオード４０のアノード側にダイオード４１を設けているが、当該ダイオード４１を廃止してもよい。

なお、ダイオード４１を設けた場合には、スイッチ回路５０をオンさせている所定期間Ｔｂに、パワー素子１１がオンするように誤作動したとしても、ツェナーダイオード４０のアノード側からカソード側へ電流が流れることを防止できる。また、パワー素子１１をオン作動させる充電期間ｔ１〜ｔ２に、スイッチ回路５０をオンするように誤作動したとしても、ツェナーダイオード４０のアノード側からカソード側へ電流が流れることを防止できる。

・上記各実施形態では、ツェナーダイオード４０，４０ａを用いて、一次電圧Ｖ１を一次制限値Ｖ１ＺＤ以下に制限する定電圧回路（制限手段）を構成しているが、本発明はツェナーダイオード４０，４０ａを用いた図３および図５の回路構成に限定されるものではなく、例えば、トランジスタとツェナーダイオード等を用いて定電圧回路（制限手段）を構成してもよい。

・上記各実施形態では、中心電極３１を負極とし、接地電極３２を正極として放電（マイナス放電）させる点火装置に本発明を適用させているが、中心電極３１を正極とし、接地電極３２を負極として放電（プラス放電）させる点火装置に適用させてもよい。

・上記各実施形態では、二次コイル２２の低圧側を接地しているが、二次コイル２２の低圧側をバッテリのプラス端子に接続してもよい。

・検出手段としては、上記第３の実施形態に例示したものに限らない。例えば、第１のツェナーダイオード４０ａ及び第１の抵抗体６０の接続点の電圧を分圧してＥＣＵ５に入力させる回路と、ＥＣＵ５とで検出手段を構成してもよい。この場合、例えば、ＥＣＵ５において上記接続点の電圧を分圧した値が所定以上となったことが検出された場合、ＥＣＵ５によって第２のパワー素子６２をオン作動させればよい。なお、このとき、ＥＣＵ５は、切替手段を構成することとなる。

２０…点火コイル、２１…一次コイル、２２…二次コイル、３０…点火プラグ、４０，４０ａ…ツェナーダイオード（定電圧回路（制限手段））、５０…スイッチ回路（切替手段）、５１…半導体スイッチ、Ｔａ…所定時間、Ｔｂ…所定期間。

Claims (6)

1. 一次コイルおよび二次コイルを有して構成され、一次電圧の変化に伴い生じた二次電圧を点火プラグへ印加する点火コイルと、
   前記一次電圧の絶対値を所定値以下に制限する制限手段と、
   前記点火プラグでの放電開始時には前記制限手段による制限機能を停止させ、放電開始後の所定期間には前記制限機能を発揮させるよう切り替える切替手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の点火装置。
2. 前記制限手段は、前記一次コイルに接続されるツェナーダイオードを有し、前記一次電圧をツェナー電圧以下に制限する定電圧回路であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
3. 前記ツェナーダイオードのカソード側を前記一次コイルの接地側に接続し、前記ツェナーダイオードのアノード側を接地しており、
   前記切替手段は、前記ツェナーダイオードのアノード側と接地との接続をオンオフ切替する半導体スイッチを有するスイッチ回路であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の点火装置。
4. 前記切替手段は、前記点火プラグでの放電を開始させるよう前記一次コイルの通電制御を指令してから所定時間が経過した時点で、前記制限機能を発揮させるように切り替えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の点火装置。
5. 内燃機関の運転状態に応じて前記所定時間を可変設定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の点火装置。
6. 前記ツェナーダイオードのカソード側を前記一次コイルの接地側に接続し、前記ツェナーダイオードのアノード側を接地しており、
   前記一次電圧の絶対値が前記ツェナー電圧となったことを検出する検出手段を更に備え、
   前記切替手段は、前記一次コイルの接地側と接地との接続をオンオフ切替する半導体スイッチを有し、前記検出手段によって前記一次電圧の絶対値が前記ツェナー電圧となったことが検出されてから所定時間に渡って前記一次コイルの接地側と接地とを強制的に接続させるように前記半導体スイッチを操作することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の点火装置。