JP6968212B2 - 内燃機関の点火装置 - Google Patents

Description

本開示は、内燃機関の点火装置に関する。

従来から、点火プラグの絶縁破壊電圧の異常、内燃機関の失火等を検出する内燃機関の点火装置が知られている。絶縁破壊電圧は、点火プラグの電極間で絶縁破壊が発生する瞬間において、点火コイルの二次コイル側に発生する二次電圧である。例えば、従来の内燃機関制御装置では、点火コイルの一次コイル側に発生する一次電圧が計測され、計測された一次電圧が基準電圧を超えている期間に基づいて絶縁破壊電圧が間接的に測定される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−６５４６２号公報

近年、希薄な混合気によって運転される内燃機関において、混合気の燃焼性を確保するために、より大きな二次電流を発生することができる内燃機関の点火装置が望まれている。ところが、発明者らの鋭意検討の結果、二次電流の電流値を大きくすると、一次電流を遮断するとき一次電圧に重畳するノイズによって、一次電圧が正確に計測されなくなることがあることが判明した。

より具体的に述べると、一次電流を遮断してから絶縁破壊が発生するまでの期間は、点火プラグを含む二次コイル側の静電容量に依存している。一次電流を遮断すると、点火コイルの鉄心に蓄えられた磁気エネルギーにより二次電流が発生する。二次電流の電流値が大きいほど、二次コイル側の静電容量への充電速度が高くなる。このため、二次電流の電流値が大きいほど、一次電流を遮断してから絶縁破壊が発生するまでの期間は短くなる。一次電流を遮断してから絶縁破壊が発生するまでの期間は、以下、充電期間と称される。

一方、一次電圧に重畳するノイズは、二次電流の電流値とは関係なく、主として一次コイルの漏洩インダクタンスに起因して発生する。従って、二次電流の電流値が変化した場合であっても、一次電圧に重畳するノイズが発生する期間である一次遮断ノイズ発生期間は変わらない。このため、充電期間が一次遮断ノイズ発生期間よりも短くなることがある。

このように、充電期間が一次遮断ノイズ発生期間よりも短くなる程度までに二次電流が大きくされた内燃機関の点火装置では、充電期間中の一次電圧の信号が、一次遮断ノイズに埋もれて検出できなくなることがある。従って、この場合、充電期間中の二次電圧及び絶縁破壊電圧を間接的に測定することが困難になる。

本開示は、上記のような課題を解決するために為されたものであり、点火コイルの一次電圧の計測が困難になることを抑制することができる内燃機関の点火装置を提供することを目的とする。

本開示に係る内燃機関の点火装置は、一次コイルと、鉄心と、鉄心を介して一次コイルと磁気結合されており、点火プラグに電力を供給する二次コイルとを有している点火コイル、一次コイルへの通電状態をオン状態とオフ状態との間で切り替える第１スイッチング部、二次コイルに流れる二次電流の電流値を調整する二次電流調整部、及び第１スイッチング部により一次コイルへの通電状態がオン状態からオフ状態へ切り替えられてから、点火プラグにおいて絶縁破壊が発生するまでの点火プラグへの充電期間のうち、少なくとも一部の期間における二次電流の電流値が、絶縁破壊が発生した後の二次電流のピーク値よりも小さくなるように、二次電流調整部を制御する制御部を備えている。

本開示に係る内燃機関の点火装置によれば、点火コイルの一次電圧の計測が困難になることを抑制することができる。

実施の形態１に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。 実施の形態１に係る内燃機関の点火装置の制御部の各機能を実現する処理回路のハードウェア構成図である。 図１の内燃機関の点火装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 実施の形態２に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。 実施の形態３に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。 図５の内燃機関の点火装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 実施の形態４に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。 図７の内燃機関の点火装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 実施の形態５に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。 図９の内燃機関の点火装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 実施の形態６に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。 実施の形態７に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。図１に示したように、内燃機関の点火装置１０は、点火コイル２０、第１スイッチング部３０、二次電流調整部４０、制御部５０、一次電圧検出部６０及びノイズ除去部７０を備えている。

点火コイル２０は、一次コイル２１と、二次コイル２２と、鉄心２３とを有している。一次コイル２１は、鉄心２３に巻かれている。

一次コイル２１の高電圧側端子は、直流電源１１の正極端子に接続されている。直流電源１１の負極端子は、接地されている。直流電源１１には、例えば、鉛蓄電池が用いられる。直流電源１１は、１２Ｖ定格の電源電圧を出力する。一次コイル２１には、直流電源１１から電力が供給される。

一次コイル２１の低電圧側端子は、第１スイッチング部３０を介してグラウンドに接続されている。第１スイッチング部３０は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。第１スイッチング部３０は、一次コイル２１への通電状態をオン状態とオフ状態との間で切り替える。

二次コイル２２は、鉄心２３に巻かれている。従って、二次コイル２２は、鉄心２３を介して一次コイル２１と磁気結合されている。二次コイル２２の巻き数Ｎ２は、一次コイル２１の巻き数Ｎ１よりも多い。一次コイル２１に対する二次コイル２２の巻き数比ＲＮ１２は、Ｎ２／Ｎ１である。

二次コイル２２の高電圧側端子は、点火プラグ１２の第１電極１２ａに接続されている。二次コイル２２の低電圧側端子は、逆流防止用ダイオード１３のアノードに接続されている。逆流防止用ダイオード１３のカソードは、グラウンドに接続されている。従って、逆流防止用ダイオード１３は、二次コイル２２からグラウンドに向かって流れる電流を通す一方で、グラウンドから二次コイル２２に向かって流れる電流を阻止する。

鉄心２３は、一次コイル２１へ通電することにより発生する磁気エネルギーを蓄える。二次コイル２２は、鉄心２３に蓄えられた磁気エネルギーに基づく電力を、点火プラグ１２に供給する。

点火プラグ１２は、第１電極１２ａ及び第２電極１２ｂを有している。第１電極１２ａ及び第２電極１２ｂは、間隔をおいて対向している。点火プラグ１２は、第１電極１２ａ及び第２電極１２ｂが、内燃機関の燃焼室内に露出するように、内燃機関に設けられている。点火プラグ１２は、可燃混合気に点火するために用いられる。可燃混合気は、燃焼室内に形成される。

二次電流調整部４０は、調整用コイル４１と、第２スイッチング部４２と、第１電流制限部４３とを含んでいる。二次電流調整部４０は、二次電流Ｉ２の電流値を調整する。二次電流Ｉ２は、グラウンドに向かって二次コイル２２に流れる電流である。

調整用コイル４１は、鉄心２３に巻かれている。従って、調整用コイル４１は、一次コイル２１及び二次コイル２２と磁気結合されている。調整用コイル４１は、通電することにより鉄心２３内に磁気エネルギーを発生させる。調整用コイル４１の一端は、グラウンドに接続されている。調整用コイル４１の他端は、第１電流制限部４３及び第２スイッチング部４２を介してグラウンドに接続されている。

第２スイッチング部４２は、例えば、ＩＧＢＴである。第２スイッチング部４２は、調整用コイル４１への通電状態をオン状態とオフ状態との間で切り替える。

第１電流制限部４３は、調整用電流Ｉ３を第１上限値以下に制限する。調整用電流Ｉ３は、調整用コイル４１に流れる電流である。第１電流制限部４３は、例えば、周知のクランプ回路である。

制御部５０は、第１スイッチング部３０により一次コイル２１への通電状態をオン状態及びオフ状態のいずれか一方の状態に設定する。制御部５０は、第１スイッチング部３０のゲート端子に第１指令信号Ｓ１を送信する。第１指令信号Ｓ１は、ＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルの二値を有する信号である。

第１スイッチング部３０のゲート端子にＨｉｇｈレベルの第１指令信号Ｓ１が入力されると、一次コイル２１への通電状態がオン状態に設定される。第１スイッチング部３０のゲート端子にＬｏｗレベルの第１指令信号Ｓ１が入力されると、一次コイル２１への通電状態がオフ状態に設定される。

制御部５０により一次コイル２１への通電状態がオン状態に設定されると、一次コイル２１に一次電流Ｉ１が流れ、直流電源１１から一次コイル２１に電力が供給される。制御部５０により一次コイル２１への通電状態がオフ状態に設定されると、一次電流Ｉ１が遮断される。つまり、直流電源１１から一次コイル２１への電力の供給が停止される。

制御部５０は、第２スイッチング部４２により調整用コイル４１への通電状態をオン状態及びオフ状態のいずれか一方の状態に設定する。制御部５０は、第２スイッチング部４２のゲート端子に第２指令信号Ｓ２を送信する。第２指令信号Ｓ２は、ＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルの二値を有する信号である。

第２スイッチング部４２のゲート端子にＨｉｇｈレベルの第２指令信号Ｓ２が入力されると、調整用コイル４１への通電状態がオン状態に設定される。第２スイッチング部４２のゲート端子にＬｏｗレベルの第２指令信号Ｓ２が入力されると、調整用コイル４１への通電状態がオフ状態に設定される。

制御部５０により調整用コイル４１への通電状態がオン状態に設定されると、グラウンドから調整用コイル４１に向かって調整用電流Ｉ３が流れる。制御部５０により調整用コイル４１への通電状態がオフ状態に設定されると、調整用電流Ｉ３が遮断される。

調整用コイル４１は、グラウンドから調整用コイル４１に向かって流れる調整用電流Ｉ３が発生しているときに、一次コイル２１が鉄心２３内に発生させる磁束の方向と、同方向の磁束が発生するように鉄心２３に巻かれている。

言い換えると、調整用コイル４１は、調整用電流Ｉ３によって鉄心２３内に発生する磁束の方向が、一次電流Ｉ１によって鉄心２３内に発生する磁束の方向と同方向となるように、鉄心２３に巻かれている。

一次電圧検出部６０は、第１スイッチング部３０と並列に、一次コイル２１の低電圧側端子に接続されている。一次電圧検出部６０は、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２を含んでいる。第１抵抗Ｒ１の一端は、一次コイル２１の低電圧側端子に接続されている。第２抵抗Ｒ２の一端は、第１抵抗Ｒ１の他端に接続されている。第２抵抗Ｒ２の他端は、グラウンドに接続されている。

一次電圧検出部６０は、一次電圧Ｖ１を検出する。一次電圧Ｖ１は、直流電源１１と接続されている一次コイル２１のコイル端とは反対側のコイル端において発生する電圧である。一次電圧検出部６０は、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との接続点の電位を、出力信号Ｖ１ｄとして出力する。一次電圧検出部６０は、抵抗分圧器である。一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄは、以下の（１）式により計算される。

Ｖ１ｄ＝ＲＲ１×Ｖ１ …（１）

ここで、ＲＲ１は、分圧比であり、以下の（２）式により計算される。

ＲＲ１＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２） …（２）

ところで、第１スイッチング部３０によって一次電流Ｉ１を遮断したとき、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄには、ノイズが重畳する。このノイズは、一次コイル２１の漏洩インダクタンス、一次電流Ｉ１のリンギング等に起因するノイズである。このノイズは、一次電流Ｉ１を遮断したときのノイズであることから、以下、一次電流遮断ノイズと称される。

ノイズ除去部７０は、一次電流遮断ノイズを、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄから除去する。ノイズ除去部７０は、ノイズ発生期間を含むようにマスク期間を設定する。ノイズ発生期間は、一次電流遮断ノイズが発生している期間である。ノイズ除去部７０は、マスク期間内において一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄをマスクすることにより一次電流遮断ノイズを除去する。そして、ノイズ除去部７０は、出力信号ＳＶ１を制御部５０に送出する。ノイズ除去部７０の出力信号ＳＶ１は、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄから一次電流遮断ノイズが除去された出力である。

より具体的に述べると、一次電流遮断ノイズは、第１スイッチング部３０の状態をオン状態からオフ状態に変更された直後から急激に上昇し、その後急激に低下する。そこで、ノイズ除去部７０は、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄ中の一次電流遮断ノイズの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを検出することにより、ノイズ発生期間を検出する。

さらに、ノイズ除去部７０は、マスクの処理として、ノイズ発生期間中の一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄの電圧値を、絶縁破壊時に発生する電圧値よりも十分低い値、例えば、０Ｖに置換する。

図２は、制御部５０の各機能を実現する処理回路のハードウェア構成図である。制御部５０の機能は、内燃機関を制御する内燃機関制御装置によって実現される。内燃機関制御装置は、図２に示したように、演算処理装置９０、記憶装置９１、入力回路９２、出力回路９３等を備えている。

演算処理装置９０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。記憶装置９１は、演算処理装置９０との間でデータを送受する。入力回路９２は、演算処理装置９０に外部からの信号を入力する。出力回路９３は、演算処理装置９０から外部に信号を出力する。

演算処理装置９０は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、各種論理回路、各種信号処理回路等である。また、演算処理装置９０は、同種の論理回路又は信号処理回路、異種の論理回路又は信号処理回路等が複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。

内燃機関制御装置には、記憶装置９１として、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等が備えられている。ＲＡＭは、演算処理装置９０からデータの読み出し及び書き込みが可能に構成されている。ＲＯＭは、演算処理装置９０からデータの読み出しが可能に構成されている。

入力回路９２は、クランク角センサ、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センサ及び各種スイッチと接続されている。また、入力回路９２は、ノイズ除去部７０に接続されている。入力回路９２は、Ａ／Ｄ変換器を備えている。Ａ／Ｄ変換器は、上記各種センサ、スイッチ及びノイズ除去部７０からのアナログ信号を演算処理装置９０に入力するためのデジタル信号に変換する。

出力回路９３は、第１スイッチング部３０、第２スイッチング部４２、インジェクタ等の電気負荷に接続されている。出力回路９３は、駆動回路を備えている。駆動回路は、上記電気負荷に、演算処理装置９０からの制御信号を出力する。

制御部５０が備える各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置９１に記憶されたプログラムを実行し、入力回路９２、出力回路９３等の他のハードウェアと協働することにより実現される。

制御部５０は、基本的な制御として、入力された各種センサからの信号に基づいて、燃料噴射量、点火時期等を算出する。そして、制御部５０は、第１スイッチング部３０、第２スイッチング部４２、インジェクタ等を駆動制御する。

なお、内燃機関制御装置の機能は、一部が専用のハードウェアで実現し、一部がソフトウェア又はファームウェアで実現されるようにしてもよい。

このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、内燃機関制御装置の機能を実現することができる。

図３は、実施の形態１に係る内燃機関の点火装置１０の動作を説明するためのタイミングチャートである。制御部５０は、別途に決定された点火時期を迎えると、時刻ｔ１１において、第１スイッチング部３０への第１指令信号Ｓ１をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り替える。これにより、一次コイル２１への通電状態がオフ状態からオン状態へ切り替えられ、一次コイル２１に一次電流Ｉ１が流れ始める。

一次電流Ｉ１は、一次コイル２１のインダクタンスと一次電圧Ｖ１とに基づく傾きで増加する。そして、鉄心２３内には、磁気エネルギーが蓄えられる。

制御部５０は、その後の時刻ｔ１２において、第１指令信号Ｓ１をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り替える。これにより、一次コイル２１への通電状態がオン状態からオフ状態へ切り替えられ、一次電流Ｉ１が遮断される。

このとき、一次電流遮断ノイズが発生し、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄが急激に上昇する。その後、時刻ｔ１３において、一次電流遮断ノイズは消失し、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄは急激に低下する。一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄが急激に上昇してから急激に低下するまでの期間が、ノイズ発生期間Ｔ２である。

また、時刻ｔ１２において、制御部５０は、第２スイッチング部４２への第２指令信号Ｓ２をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り替える。これにより、調整用コイル４１への通電状態がオフ状態からオン状態へ切り替えられ、調整用コイル４１に調整用電流Ｉ３が流れ始める。

前述したように、調整用コイル４１は、調整用電流Ｉ３が発生しているときに、一次コイル２１が鉄心２３内に発生させる磁束の方向と同方向の磁束が発生するように、鉄心２３に巻かれている。このため、調整用コイル４１に調整用電流Ｉ３が流れることにより、二次電流Ｉ２が減少する。より具体的に述べると、一次電流Ｉ１、二次電流Ｉ２、調整用電流Ｉ３には、以下の（３）式の関係が成り立つ。Ｎ３は調整用コイル４１の巻き数である。

Ｎ１×Ｉ１＝Ｎ２×Ｉ２＋Ｎ３×Ｉ３ …（３）

一次電流Ｉ１が変化しない場合、調整用電流Ｉ３が増加するほど、二次電流Ｉ２は減少する。

また、二次電流Ｉ２が減少することにより、二次電流Ｉ２の経路中に形成される静電容量が充電される速度が低下する。この静電容量は、点火プラグ１２の第１電極１２ａと第２電極１２ｂとの間に形成される静電容量を含んでいる。二次電圧Ｖ２の大きさは、静電容量が充電されていくにつれて、徐々に増大していく。

ところで、調整用電流Ｉ３によって鉄心２３内に発生する磁束が、一次電流Ｉ１によって鉄心２３内に発生する磁束以上となると、二次電流Ｉ２は完全に停止されてしまう。この場合、二次電圧Ｖ２は、絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋまで達することがないので、火花放電が発生しない。つまり、内燃機関は失火してしまう。なお、絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋとは、点火プラグ１２において絶縁破壊が発生するときの点火プラグ１２の電極間の電圧である。

そこで、第１電流制限部４３は、調整用電流Ｉ３によって鉄心２３内に発生する磁束が一次電流Ｉ１によって鉄心２３内に発生する磁束よりも小さくなるように、調整用電流Ｉ３を第１上限値以下に制限する。例えば、第１上限値Ｉ３ｌｉｍは、以下の（４）式により計算される。

Ｉ３ｌｉｍ＝Ｉ１×Ｎ１／Ｎ３ …（４）

ここで、Ｎ３は、調整用コイル４１の巻き数である。調整用電流Ｉ３は、第１上限値Ｉ３ｌｉｍまで上昇した後は、時刻ｔ１４まで一定の値で推移する。

一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄにおいて、時刻ｔ１２からの一次電圧Ｖ１の上昇は、図３中、一点鎖線Ａ１により示される。なお、この一点鎖線Ａ１により示された一次電圧Ｖ１の上昇は、実際には一次電流遮断ノイズに隠れており、観測されない。

また、二次電流Ｉ２は、鉄心２３に蓄積されている磁気エネルギーによって発生する。磁気エネルギーは、二次電流Ｉ２が発生する時刻ｔ１２において最大となっている。よって、二次電流Ｉ２は、時刻ｔ１２における電流値が最大である。二次電流Ｉ２は、時刻ｔ１２から徐々に低下する。

ここで、時刻ｔ１２から時刻ｔ１４の期間において、二次電流Ｉ２の電流値は、時刻ｔ１２から時刻ｔ１４の期間において、調整用電流Ｉ３を流さない場合における二次電流Ｉ２の電流値よりも小さくなる。調整用電流Ｉ３を流さない場合における二次電流Ｉ２の電流値は、図３において、一点鎖線Ａ２によって示される。

調整用電流Ｉ３を流さない場合における二次電流Ｉ２の経路の静電容量に電荷が蓄積される速度よりも、調整用電流Ｉ３を流した場合における二次電流Ｉ２の経路の静電容量に電荷が蓄積される速度は低くなる。

調整用電流Ｉ３を流さない場合における二次電圧Ｖ２の変化速度の大きさは、一点鎖線Ａ３によって示されるように、調整用電流Ｉ３を流した場合における二次電圧Ｖ２の変化速度の大きさよりも大きくなる。

つまり、調整用電流Ｉ３を流した場合における充電期間Ｔ１よりも、調整用電流Ｉ３を流さない場合における充電期間は短くなる。ここで、充電期間Ｔ１とは、第１スイッチング部３０により一次コイル２１への通電状態がオン状態からオフ状態へ切り替えられてから、点火プラグ１２において絶縁破壊が発生するまでの点火プラグ１２へ充電する期間である。充電期間Ｔ１は、時刻ｔ１２から時刻ｔ１４までの期間である。

このように、制御部５０は、充電期間Ｔ１において、二次電流調整部４０を制御することにより、点火プラグ１２が有する２つの電極間の電圧の変化速度を変更する。

また、二次電圧Ｖ２の変化速度が高いほど、絶縁破壊電圧が高くなることが一般的に知られている。よって、調整用電流Ｉ３が流れている場合における絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋは、調整用電流Ｉ３が流れていない場合における絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｎａよりも低くなる。つまり、調整用電流Ｉ３が流れている場合における二次電圧Ｖ２の変化速度は、調整用電流Ｉ３が流れていない場合における二次電圧Ｖ２の変化速度よりも低い。

前述したように、一次電圧Ｖ１には、一次電流Ｉ１が遮断されたことにより、一次電流遮断ノイズが重畳する。一次電流遮断ノイズは、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの間、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄのピーク電圧として観測される。

調整用電流Ｉ３を流さない場合における一次電圧Ｖ１は、二次電圧Ｖ２の変化に応じて変化する。この場合における一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄのピーク値Ｖ１ｄｐは、一点鎖線Ａ１によって示されるように、一次電流遮断ノイズに埋もれてしまう。つまり、調整用電流Ｉ３を流さない場合には、絶縁破壊時における一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄの立ち下がりエッジが一次電流遮断ノイズに埋もれてしまうため、絶縁破壊のタイミングが検出されなくなってしまう。

ノイズ除去部７０は、時刻ｔ１２において、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄの急激な上昇を検出すると、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄのマスク処理を開始する。ここで、マスク処理とは、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄの電圧値にかかわらず、ノイズ除去部７０の出力信号ＳＶ１の電圧値を０Ｖに設定する処理のことである。

ノイズ除去部７０は、時刻ｔ１３において、一次電流遮断ノイズの急激な低下を検出すると、一次電流遮断ノイズのマスク処理を終了する。従って、時刻ｔ１３において、ノイズ除去部７０の出力信号ＳＶ１には、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄと同じ値が観測される。このように、マスク期間Ｔ３の終了時刻は、一次電流遮断ノイズの発生が停止する時刻ｔ１３に基づいて決定される。

マスク期間Ｔ３は、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄの急激な上昇が検出されてから、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄの急激な低下が検出されるまでの期間である。従って、実施の形態１において、マスク期間Ｔ３は、ノイズ発生期間Ｔ２と実質的に等しい。

制御部５０は、時刻ｔ１３からノイズ除去部７０の出力信号ＳＶ１のピーク値の検出を開始する。より具体的に述べると、制御部５０は、時刻ｔ１３以降におけるノイズ除去部７０の出力信号ＳＶ１の急激な低下を検出する。そして、制御部５０は、ノイズ除去部７０の出力信号ＳＶ１の急激な低下が検出されたときのノイズ除去部７０の出力信号ＳＶ１の電圧値をピーク値Ｖ１ｄｐとして検出する。

時刻ｔ１４において、二次電圧Ｖ２が絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋに到達すると、第１電極１２ａと第２電極１２ｂとの間で火花放電が生じる。時刻ｔ１２から時刻ｔ１４までの充電期間Ｔ１は、数μ秒〜十μ秒程度である。

その結果、二次電圧Ｖ２は、０Ｖに向かって急激に増加する。一次電圧Ｖ１は、時刻ｔ１４において、二次電圧Ｖ２の増加に応じて急激に低下する。時刻ｔ１４における一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄのピーク値Ｖ１ｄｐは、絶縁破壊の発生時における一次電圧Ｖ１を表している。

従って、制御部５０は、時刻ｔ１４におけるノイズ除去部７０の出力信号ＳＶ１をピーク値Ｖ１ｄｐとして検出する。制御部５０は、検出されたピーク値Ｖ１ｄｐを絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋに換算する。例えば、ノイズ除去部７０の出力信号ＳＶ１から二次電圧Ｖ２への換算は、以下の（５）式及び（６）式によって行われる。

Ｖ２＝ＲＮ１２×（ＳＶ１／ＲＲ１） …（５）

ＲＮ１２＝Ｎ２／Ｎ１ …（６）

なお、内燃機関の運転状態と、一次コイル２１及び二次コイル２２の温度特性とに基づいて、一次コイル２１と二次コイル２２との結合係数を補正することにより、より高精度に絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋが算出される。

制御部５０は、ノイズ除去部７０の出力信号ＳＶ１のピーク値Ｖ１ｄｐを検出すると、第２指令信号Ｓ２をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り替える。これにより、調整用電流Ｉ３が遮断される。つまり、制御部５０は、時刻ｔ１４において、二次電流Ｉ２を低下させるための制御を終了させる。

時刻ｔ１４において、二次電流Ｉ２は急激に上昇するので、高エネルギーな火花放電が発生する。その後、鉄心２３に蓄積されていた磁気エネルギーが減少するにつれて二次電流Ｉ２は徐々に小さくなる。そして、時刻ｔ１５において、すべての磁気エネルギーが消費され、二次電流Ｉ２はゼロとなり、火花放電が終了する。火花放電が発生してから、火花放電が終了するまでの期間は、放電期間Ｔ４と称される。

このように、実施の形態１に係る内燃機関の点火装置１０の制御部５０は、充電期間Ｔ１における二次電流Ｉ２の電流値が、絶縁破壊が発生した後の二次電流Ｉ２のピーク値よりも小さくなるように、二次電流調整部４０を制御する。つまり、制御部５０は、少なくとも、一次電流遮断ノイズが発生している期間よりも、充電期間Ｔ１が長くなるように、二次電流調整部４０を制御する。

これによれば、放電期間Ｔ４における二次電流Ｉ２に大きな影響を与えることなく、充電期間Ｔ１における二次電流Ｉ２が制御される。これにより、放電期間Ｔ４における二次電流Ｉ２に大きな影響を与えることなく、充電期間Ｔ１における二次電圧Ｖ２の変化速度が制御される。

そのため、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄにおいて、一次電流遮断ノイズに埋もれることが抑制される。絶縁破壊時における一次電圧Ｖ１のピーク電圧の検出が容易になる。従って、点火コイル２０の一次電圧Ｖ１の計測が困難になることが抑制される。

これにより、二次電流の値が火花放電時に大きくなり、且つ高エネルギーな火花放電を発生する装置であっても、絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋの推定が可能となる。

また、二次電圧Ｖ２の変化速度が低くされることにより、絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋが低下する。これにより、放電時の電流が低下するので、点火プラグ１２の第１電極１２ａ及び第２電極１２ｂの溶融及び消耗がより抑制される。

また、一次電圧Ｖ１を分圧した一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄのようなアナログ電圧信号は、Ａ／Ｄ変換器を用いてデジタル信号に変換される。そして、デジタル信号に変換された信号は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）にて演算処理される。充電期間が長くなることによって、Ａ／Ｄ変換器におけるサンプリング回数が増えるので、絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋの演算精度が向上する。

なお、実施の形態１において、制御部５０は、充電期間Ｔ１のすべての期間にわたって二次電流Ｉ２を制御した。しかし、充電期間中において、二次電流Ｉ２を過度に低下させると、失火が発生することがある。

そこで、実施の形態１の点火装置では、充電期間Ｔ１がノイズ発生期間Ｔ２よりも長くなる範囲において、充電期間Ｔ１の少なくとも一部の期間における二次電流Ｉ２の電流値が制御されてもよい。つまり、制御部５０は、充電期間Ｔ１のうち、少なくとも一部の期間において、二次電流調整部４０を制御することにより、点火プラグ１２が有する２つの電極間の電圧の変化速度を変更してもよい。

また、内燃機関の運転条件及び過去の点火サイクルでの絶縁破壊電圧に基づいて、現点火サイクルの絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋが予測されてもよい。そして、充電期間Ｔ１が、一次電流遮断ノイズが発生していると推測される期間を上回っていると判定される運転条件では、二次電流Ｉ２の制御を実行しないようにしてもよい。言い換えると、充電期間Ｔ１が、一次電流遮断ノイズが発生していると推測される期間よりも短い場合に限り、二次電流調整部４０が制御されてもよい。

より具体的に述べると、制御部５０は、絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋを、一次電圧検出部６０により取得された一次電圧Ｖ１から算出する。制御部５０は、過去の点火サイクルにおいて算出された絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋと、現在の内燃機関の運転条件とに基づいて、現在の点火サイクルにおける絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋを予測する。

制御部５０は、予測された絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋと、点火プラグ１２の電極間の電圧の変化速度とに基づいて、充電期間Ｔ１を推定する。制御部５０は、一次電流遮断ノイズが発生していると推測される期間よりも、推定された充電期間Ｔ１が短い場合に、二次電流調整部４０を制御する。これによれば、失火の可能性をさらに低減される。

また、二次電圧Ｖ２が、予測された絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋとなる時期よりも少なくとも早い時期から二次電流Ｉ２が小さくなるように制御されてもよい。これによれば、充電期間Ｔ１が実質的に延長されるので、充電期間中にＡ／Ｄ変換器においてサンプリングされるデータの数が増加し、ノイズ除去部７０の出力信号ＳＶ１のサンプリング精度が向上する。

また、二次電流Ｉ２が完全に停止しない範囲において、内燃機関の運転条件及び過去の点火サイクルでの絶縁破壊発生までの期間に基づいて、二次電流Ｉ２が制御されてもよい。

また、第１電流制限部４３に代えて、定電流源が用いられてもよい。つまり、調整用コイル４１への通電状態がオン状態である場合に、第１電流制限部４３により調整用電流Ｉ３の電流値が一定に維持されてもよい。

また、点火プラグ１２において異常な放電が発生している場合、二次電流調整部４０を用いて二次電流Ｉ２を調整している期間における二次電流Ｉ２の値が、点火プラグ１２において正常に放電している場合の二次電流Ｉ２の値よりも大きい値に設定されてもよい。これにより、内燃機関の燃焼性を優先させることができる。

異常な放電とは、点火プラグ１２におけるリーク、奥飛び等である。リークは、二次電圧Ｖ２が絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋに達する前に、絶縁体を介して第１電極１２ａとグラウンドとの間に電流が流れる現象である。リークは、第１電極１２ａの周囲に存在する絶縁体の絶縁抵抗が低下することにより生じる。奥飛びは、火花放電が第１電極１２ａと第２電極１２ｂとの間で発生せず、絶縁体の表面に沿って発生する現象である。

また、点火プラグ１２において異常な放電が発生している場合には、二次電流調整部４０による二次電流Ｉ２の制御を停止させてもよい。これによっても、内燃機関の燃焼性を優性させることができる。

また、ノイズ除去部７０において、一次電流遮断ノイズをマスクするためのマスク期間Ｔ３を決定する方法は、上記の方法に限定されない。例えば、内燃機関の運転状態とマスク期間Ｔ３との関係を規定したマップを、シミュレーション、実験等により予め作成し、記憶させておいてもよい。これによれば、上記マップに、実際の内燃機関の運転状態を適用することにより、マスク期間Ｔ３が決定される。内燃機関の運転条件とは、内燃機関の冷却水の温度、機関回転数、機関負荷等である。

また、第１スイッチング部３０及び第２スイッチング部４２には、ＩＧＢＴが用いられていたが、他のトランジスタが用いられてもよい。

また、実施の形態１において、ノイズ除去部７０は、制御部５０の外部に設けられていたが、制御部５０の一機能として制御部５０の内部に設けられてもよい。

また、絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋは、ノイズ除去部７０の出力信号ＳＶ１のピーク値Ｖ１ｄｐから換算されていたが、ノイズ除去部７０の出力信号ＳＶ１が二次電圧Ｖ２に換算された後、二次電圧Ｖ２のピーク値として絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋが検出されてもよい。

また、ノイズ除去部７０は、マスク期間Ｔ３中に一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄを０Ｖに設定していたが、必ずしも０Ｖに設定されなくてもよい。例えば、マスク期間Ｔ３中のノイズ除去部７０の出力信号ＳＶ１は、制御部５０によりピーク電圧が検出されない程度の低い値に設定されればよい。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る内燃機関の点火装置について説明する。

図４は、実施の形態２に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。図１に示した構成要素と同じ構成要素には同一の符号が付され、その詳細な説明は省略される。

図４に示したように、調整用コイル４１の一端は、直流電源１１の正極端子に接続され、他端は、第２スイッチング部４２に接続されている。調整用コイル４１の一端が、直流電源１１の正極端子に接続されていること以外の構成は、実施の形態１と同様である。

調整用コイル４１に流れる電流によって鉄心２３内に発生する磁束の方向は、一次コイル２１に流れる電流によって鉄心２３内に発生する磁束の方向と同方向である。

実施の形態２の内燃機関の点火装置の動作は、実施の形態１の内燃機関の点火装置１０と同様であり、図３に示したタイミングチャートを用いて説明される。従って、実施の形態２の内燃機関の点火装置の動作の詳細な説明は省略される。

これによれば、実施の形態１の内燃機関の点火装置１０と同様に、放電期間Ｔ４における二次電流Ｉ２に大きな影響を与えることなく、充電期間Ｔ１における二次電流Ｉ２が制御される。これにより、放電期間Ｔ４における二次電流Ｉ２に大きな影響を与えることなく、充電期間Ｔ１における二次電圧Ｖ２の変化速度が制御される。

そのため、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄにおいて、一次電流遮断ノイズに埋もれることなく、絶縁破壊時の一次電圧Ｖ１のピーク電圧が検出される。従って、点火コイル２０の一次電圧Ｖ１の計測が困難になることを抑制することができる。

これにより、二次電流の値が火花放電時に大きくなり、且つ高エネルギーな火花放電を発生する装置であっても、絶縁破壊電圧の推定が可能となる。

また、二次電圧Ｖ２の変化速度が低くされることにより、絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋが低下するので、点火プラグ１２の第１電極１２ａ及び第２電極１２ｂの溶融及び消耗がより抑制される。

実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る内燃機関の点火装置について説明する。

図５は、実施の形態３に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。図１に示した構成要素と同じ構成要素には同一の符号が付され、その詳細な説明は省略される。

図５に示したように、実施の形態３に係る内燃機関の点火装置１０の二次電流調整部４０は、第３スイッチング部４４と、第２電流制限部４５とを有している。

第３スイッチング部４４は、ＩＧＢＴである。第３スイッチング部４４は、第２電流制限部４５を介して、一次コイル２１の直流電源１１が接続されている側とは反対側の一端に接続されている。つまり、二次電流調整部４０は、一次コイル２１とグラウンドとの間において、第１スイッチング部３０と並列に、一次コイル２１と接続されている。第３スイッチング部４４は、一次コイル２１への通電状態をオン状態とオフ状態との間で切り替える。

第２電流制限部４５は、第３スイッチング部４４が一次コイル２１への通電状態をオン状態に設定している間、一次電流Ｉ１を第２上限値以下に制限する。第２電流制限部４５は、例えば、周知のクランプ回路である。

第３スイッチング部４４が、第２電流制限部４５を介して、一次コイル２１の一端と接続されていること及び調整用コイルが点火コイル２０に設けられていないこと以外の構成は、実施の形態１と同様である。

第３スイッチング部４４により、一次コイル２１への通電状態がオン状態に設定されているときに一次電流Ｉ１によって鉄心２３内に発生する磁束の方向を第１の磁束方向と称する。第１スイッチング部３０により、一次コイル２１への通電状態がオン状態に設定されているときに一次電流Ｉ１によって鉄心２３内に発生する磁束の方向を第２の磁束方向と称する。この場合、第１の磁束方向は、第２の磁束方向と同方向である。

図６は、実施の形態３に係る内燃機関の点火装置１０の動作を説明するためのタイミングチャートである。制御部５０は、別途に決定された点火時期を迎えると、時刻ｔ２１において、第１スイッチング部３０への第１指令信号Ｓ１をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り替える。これにより、一次コイル２１への通電状態がオフ状態からオン状態へ切り替えられ、一次コイル２１に一次電流Ｉ１が流れ始める。

制御部５０は、その後の時刻ｔ２２において、第１指令信号Ｓ１をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り替える。これにより、一次コイル２１への通電状態がオン状態からオフ状態へ切り替えられ、一次電流Ｉ１が遮断される。

また、時刻ｔ２２において、制御部５０は、第３スイッチング部４４への第３指令信号Ｓ３をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り替える。これにより、一次コイル２１への通電状態がオフ状態からオン状態に切り替えられ、一次コイル２１に再通電電流Ｉ１ａが流れ始める。

ここで、再通電電流Ｉ１ａは、第２電流制限部４５により、その電流値が制限されている。そのため、再通電電流Ｉ１ａは、一次電流Ｉ１よりも小さい。一次電流Ｉ１、二次電流Ｉ２及び再通電電流Ｉ１ａの関係は、前述の（３）式に基づいて、以下の（７）式で表される。

Ｎ１×Ｉ１＝Ｎ２×Ｉ２＋Ｎ１×Ｉ１ａ …（７）

従って、一次コイル２１に再通電電流Ｉ１ａが流れることにより、二次電流Ｉ２は減少する。これにより、二次電圧Ｖ２の変化速度は減少する。

一次コイル２１には通電されているため、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄの電位は０Ｖとなっている。つまり、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３までは、一次電流遮断ノイズは観測されない。

ノイズ除去部７０は、内燃機関の運転状態とマスク期間Ｔ３との関係を規定したマップに、実際の内燃機関の運転状態を適用することにより、マスク期間Ｔ３を決定する。そして、ノイズ除去部７０は、出力信号ＳＶ１を制御部５０に送出する。

制御部５０は、ノイズ除去部７０の出力信号ＳＶ１からピーク値Ｖ１ｄｐを検出し、検出されたピーク値Ｖ１ｄｐを絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋに換算する。

従って、実施の形態３の内燃機関の点火装置１０によれば、放電期間Ｔ４における二次電流Ｉ２に大きな影響を与えることなく、充電期間Ｔ１における二次電圧Ｖ２の変化速度が制御される。

そのため、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄにおいて、一次電流遮断ノイズに埋もれることなく、絶縁破壊時の一次電圧Ｖ１のピーク電圧が検出される。従って、点火コイル２０の一次電圧Ｖ１の計測が困難になることを抑制することができる。

これにより、二次電流の値が火花放電時に大きくなり、且つ高エネルギーな火花放電を発生する装置であっても、絶縁破壊電圧の推定が可能となる。

また、二次電圧Ｖ２の変化速度が低くされることにより、絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋが低下するので、点火プラグ１２の第１電極１２ａ及び第２電極１２ｂの溶融及び消耗がより抑制される。

また、点火コイル２０に調整用コイルを設ける必要がないので、点火コイル２０をより小型化することができる。

なお、実施の形態３に係る内燃機関の点火装置１０では、第３スイッチング部４４は、一次電流遮断ノイズの急激な低下と同時にオン状態からオフ状態に切り替えられていた。しかし、第３スイッチング部４４は、一次電流遮断ノイズが急激に低下する時刻ｔ２３から絶縁破壊が発生する時刻ｔ２４までの間にオン状態からオフ状態に切り替えられればよい。

また、第２電流制限部４５は、定電流源であってもよい。つまり、第３スイッチング部４４により一次コイル２１への通電状態がオン状態である場合に、第２電流制限部４５により一次電流Ｉ１の電流値が一定に維持されてもよい。

実施の形態４．
次に、実施の形態４に係る内燃機関の点火装置について説明する。

図７は、実施の形態４に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。図１に示した構成要素と同じ構成要素には同一の符号が付され、その詳細な説明は省略される。

図７に示したように、二次電流調整部４０は、調整用コイル４１と、第２スイッチング部４２と、第１電流制限部４３と含んでいる。二次電流調整部４０は、二次コイル２２に流れる二次電流Ｉ２の電流値を調整する。

調整用コイル４１の一端は、第１電流制限部４３を介して第２スイッチング部４２と接続されており、調整用コイル４１の他端は、直流電源１１に接続されている。

つまり、調整用コイル４１の両端にそれぞれ接続されている要素は、図４に示した実施の形態２に係る内燃機関の点火装置１０における調整用コイル４１の両端にそれぞれ接続されている要素と互いに入れ替わっている。

調整用コイル４１の両端にそれぞれ接続されている要素が、実施の形態２の調整用コイル４１の両端にそれぞれ接続されている要素と互いに入れ替わっていること以外の構成は、実施の形態２と同様である。

つまり、調整用コイル４１に流れる電流によって鉄心２３内に発生する磁束の方向は、一次コイル２１ａに流れる電流によって鉄心２３内に発生する磁束の方向と逆方向である。

また、実施の形態４の一次コイル２１ａの巻き数Ｎ１ａは、実施の形態１〜３までの一次コイル２１の巻き数Ｎ１よりも少ない。従って、一次コイル２１ａに一次電流Ｉ１を流したときに発生する磁気エネルギーは、実施の形態１〜３までの一次コイル２１に一次電流Ｉ１を流したときに発生する磁気エネルギーよりも低くなる。

図８は、実施の形態４に係る内燃機関の点火装置１０の動作を説明するためのタイミングチャートである。制御部５０は、別途に決定された点火時期を迎えると、時刻ｔ３１において、第１スイッチング部３０への第１指令信号Ｓ１をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り替える。これにより、一次コイル２１ａに一次電流Ｉ１が流れ始める。

制御部５０は、その後の時刻ｔ３２において、第１指令信号Ｓ１をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り替える。これにより、一次電流Ｉ１が遮断される。

一次コイル２１ａに流れる電流による発生する磁気エネルギーは比較的低いので、二次電圧Ｖ２は緩やかに変化し、一次電流遮断ノイズが急激に低下する時刻ｔ３３を越えても、低下し続ける。その後、時刻ｔ３４において、二次電圧Ｖ２は、絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋに達する。

従って、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄにおいて、一次電圧Ｖ１のピーク値Ｖ１ｄｐは一次電流遮断ノイズに隠れることなく、観測される。

制御部５０は、時刻ｔ３４において、ピーク値Ｖ１ｄｐを検出し、第２指令信号Ｓ２をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り替える。これにより、調整用コイル４１に調整用電流Ｉ３が流れ始める。つまり、制御部５０は、充電期間Ｔ１の終了時間ｔ３４以後の期間において、二次電流調整部４０を制御する。より具体的に述べると、制御部５０は、放電期間Ｔ４において、二次電流調整部４０を制御する。

ここで、調整用電流Ｉ３は、第１電流制限部４３により、その電流値が制限されている。一次電流Ｉ１、二次電流Ｉ２及び調整用電流Ｉ３の関係は、以下の（８）式で表される。

Ｎ１×Ｉ１＋Ｎ３×Ｉ３＝Ｎ２×Ｉ２ …（８）

従って、調整用コイル４１に調整用電流Ｉ３が流れることにより、二次電流Ｉ２が増加する。これにより、絶縁破壊時の放電エネルギーが増大する。

その後、鉄心２３に蓄積されていた磁気エネルギーが徐々に減少し、時刻ｔ３５において、二次電流Ｉ２がゼロとなり、火花充電が終了する。

これによれば、比較的小さい巻き数の一次コイル２１ａを用いることにより、充電期間Ｔ１がノイズ発生期間Ｔ２よりも長くなる。よって、充電期間Ｔ１に調整用電流Ｉ３を流すことなく、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄにおいて、ピーク値Ｖ１ｄｐが観測される。

そして、点火プラグ１２において絶縁破壊が発生した時点で調整用電流Ｉ３を流すことにより、火花放電のエネルギーを高めることができる。

なお、調整用電流Ｉ３は、第１電流制限部４３によって制限されていたが、実施の形態４では、調整用電流Ｉ３は原理上、必ずしも制限される必要はない。しかし、調整用コイル４１への過度な通電によって点火コイルが破損しないように、調整用電流Ｉ３が制限されることが望ましい。

また、実施の形態４では、絶縁破壊が発生する時刻ｔ３４から、火花放電が終了する時刻ｔ３５までの放電期間Ｔ４のすべての期間において二次電流Ｉ２が制御されたが、すべての期間において二次電流Ｉ２が制御される必要はない。

実施の形態５．
次に、実施の形態５に係る内燃機関の点火装置について説明する。

図９は、実施の形態５に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。図１に示した構成要素と同じ構成要素には同一の符号が付され、その詳細な説明は省略される。

図９に示したように、二次電流調整部４０は、調整用コイル４１と、ツェナーダイオード４６とを含んでいる。二次電流調整部４０は、二次コイル２２に流れる二次電流Ｉ２の電流値を調整する。

調整用コイル４１の一端は、接地されている。調整用コイル４１の他端は、ツェナーダイオード４６のカソードに接続されている。ツェナーダイオード４６のアノードは、接地されている。

つまり、ツェナーダイオード４６が、第２スイッチング部４２及び第１電流制限部４３との置き換えであること以外の構成は、実施の形態１と同様である。

ツェナーダイオード４６は、カソードとアノードとの間の電圧が基準電圧である降伏電圧Ｖｚｄｉ以上である場合には導通するが、カソードとアノードとの間の電圧が降伏電圧Ｖｚｄｉ未満である場合には導通しない。ツェナーダイオード４６は、第２スイッチング部４２に相当する。

ツェナーダイオード４６は、調整用コイル４１の両端の間に発生する電圧が基準電圧以上である場合に、調整用コイル４１への通電状態をオン状態に設定する。また、ツェナーダイオード４６は、調整用コイル４１の両端の間に発生する電圧が基準電圧未満である場合に、調整用コイル４１への通電状態をオフ状態に設定する。

調整用コイル４１に流れる電流によって鉄心２３内に発生する磁束の方向は、一次コイル２１に流れる電流によって鉄心２３内に発生する磁束の方向と同方向である。

図１０は、実施の形態５に係る内燃機関の点火装置１０の動作を説明するためのタイミングチャートである。制御部５０は、別途に決定された点火時期を迎えると、時刻ｔ４１において、第１スイッチング部３０への第１指令信号Ｓ１をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り替える。これにより、一次コイル２１に一次電流Ｉ１が流れ始める。

制御部５０は、その後の時刻ｔ４２において、第１指令信号Ｓ１をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り替える。これにより、一次電流Ｉ１が遮断される。

また、時刻ｔ４２において、調整用コイル４１に発生する電圧Ｖ３がツェナーダイオード４６の降伏電圧Ｖｚｄｉを上回り、調整用コイル４１への通電状態がオン状態となる。これにより、調整用コイル４１に調整用電流Ｉ３が流れ始める。

調整用コイル４１への通電が開始されると、（３）式により示した関係に従って、二次コイル２２に二次電流Ｉ２が発生する。

時刻ｔ４２以降、二次電流Ｉ２によって二次電流Ｉ２の経路中の静電容量に電荷が蓄積していき、二次電圧Ｖ２が上昇していく。このときの二次電圧Ｖ２の変化速度の大きさは、調整用コイル４１が通電されない場合の二次電圧Ｖ２の変化速度の大きさよりも小さい。

また、時刻ｔ４２において、一次電流遮断ノイズが発生するので、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄが急激に上昇する。ノイズ除去部７０は、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄの急激な上昇を検出して、マスク処理を開始する。

時刻ｔ４３において、一次電流遮断ノイズが発生しなくなり、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄが急激に低下する。ノイズ除去部７０は、一次電圧検出部６０の出力信号Ｖ１ｄの急激な低下を検出して、マスク処理を終了する。

時刻ｔ４４において、二次電圧Ｖ２が絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋに達すると、点火プラグ１２の第１電極１２ａと第２電極１２ｂとの間で絶縁破壊が発生する。制御部５０は、ノイズ除去部７０の出力信号ＳＶ１の急激な低下を検出し、このときのノイズ除去部７０の出力信号ＳＶ１の電圧値をピーク値Ｖ１ｄｐとして検出する。制御部５０は、検出されたピーク値Ｖ１ｄｐから絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋを換算する。

また、時刻ｔ４４において、調整用コイル４１に発生する電圧Ｖ３がツェナーダイオード４６の降伏電圧Ｖｚｄｉを下回ることにより、調整用コイル４１への通電状態がオフ状態となる。これにより、調整用電流Ｉ３が遮断され、二次電流Ｉ２を低下させる制御が終了する。時刻ｔ４４において、二次電流Ｉ２を低下させる制御が終了すると、二次電流Ｉ２の電流値が上昇し、二次電流の値が大きく、且つ高エネルギーな火花放電が発生する。

火花放電が発生すると、鉄心２３に蓄積されていた磁気エネルギーが徐々に減少する。時刻ｔ４５において、二次電流Ｉ２は流れなくなり、火花放電が終了する。

これによれば、実施の形態１の点火装置と同様に、二次電流の値が火花放電時に大きくなり、且つ高エネルギーな火花放電を発生することができる点火装置でありながら、絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋを推定可能な点火装置が実現される。さらに、実施の形態１〜４の点火装置と比べて、装置の構成が簡略化される。

実施の形態６．
次に、実施の形態６に係る内燃機関の点火装置について説明する。

図１１は、実施の形態６に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。図１に示した構成要素と同じ構成要素には同一の符号が付され、その詳細な説明は省略される。

図１１に示したように、二次電流調整部４０は、調整用コイル４１と、ツェナーダイオード４６とを含んでいる。二次電流調整部４０は、二次コイル２２に流れる二次電流Ｉ２の電流値を調整する。

調整用コイル４１の一端は、直流電源１１の正極端子に接続されている。直流電源１１の負極端子は接地されている。調整用コイル４１の他端は、ツェナーダイオード４６のカソードに接続されている。ツェナーダイオード４６のアノードは接地されている。

つまり、ツェナーダイオード４６が、第２スイッチング部４２及び第１電流制限部４３との置き換えであること以外の構成は、実施の形態２と同様である。

また、調整用コイル４１の一端が、直流電源１１の正極端子に接続されていること以外の構成は、実施の形態５と同様である。従って、実施の形態６の点火装置の動作は、実施の形態５の点火装置の動作と同様であるので、詳細な動作の説明は省略される。

これによれば、実施の形態５の点火装置と同様に、二次電流の値が火花放電時に大きくなり、且つ高エネルギーな火花放電を発生することができる点火装置でありながら、絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋを推定可能な点火装置が実現される。さらに、実施の形態１〜４の点火装置と比べて、装置の構成が簡略化される。

なお、実施の形態５及び６の内燃機関の点火装置１０では、充電期間Ｔ１のすべての期間において二次電流Ｉ２を低下させていたが、二次電流Ｉ２を低下させる期間は、充電期間Ｔ１中の一部の期間であってもよい。二次電流Ｉ２を低下させる期間は、調整用コイル４１と二次コイル２２との巻き数比及びツェナーダイオード４６の降伏電圧Ｖｚｄｉを適宜選定することにより調整される。

また、ツェナーダイオード４６と直列にスイッチング部、抵抗等を付加することにより、調整用コイル４１に流れる電流値が制限されてもよい。

また、実施の形態３における第３スイッチング部４４及び第２電流制限部４５は、ツェナーダイオードに置き換えられてもよい。つまり、第３スイッチング部４４は、一次コイル２１の両端の間に発生する電圧が基準電圧以上である場合に、一次コイル２１への通電状態をオン状態に設定し、一次コイル２１の両端の間に発生する電圧が基準電圧未満である場合に、一次コイル２１への通電状態をオフ状態に設定してもよい。

実施の形態７．
次に、実施の形態７に係る内燃機関の点火装置について説明する。

図１２は、実施の形態７に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。図１に示した構成要素と同じ構成要素には同一の符号が付され、その詳細な説明は省略される。

図１２に示したように、二次電流調整部４０は、第３電流制限部４７を含んでいる。二次電流調整部４０は、二次コイル２２に流れる二次電流Ｉ２の電流値を調整する。

一次コイル２１の一端は、直流電源１１の正極端子に接続されている。一次コイル２１の他端は、第３電流制限部４７の一端に接続されている。第３電流制限部４７の他端は、第１スイッチング部３０に接続されている。

また、第３電流制限部４７には、制御部５０からの第４指令信号Ｓ４が入力される。第４指令信号Ｓ４がＬｏｗレベルであるとき、第３電流制限部４７の電流制限機能が解除される。つまり、このとき、第３電流制限部４７は、一次コイル２１を流れる電流を制限しない。

第４指令信号Ｓ４がＨｉｇｈレベルであるとき、第３電流制限部４７の電流制限機能が発揮される。つまり、このとき、第３電流制限部４７は、一次コイル２１を流れる電流を規定の電流値に制限する。

このような構成により、実施の形態７の点火装置の動作は、実施の形態３の点火装置の動作と同様であるので、詳細な動作の説明は省略される。

これによれば、実施の形態３の点火装置と同様に、二次電流の値が火花放電時に大きくなり、且つ高エネルギーな火花放電を発生することができる点火装置でありながら、絶縁破壊電圧Ｖ２ｐｅａｋを推定可能な点火装置が実現される。さらに、実施の形態１〜６の点火装置と比べて、装置の構成が簡略化される。

上記の実施の形態において、第１電流制限部４３と第２スイッチング部４２とは、個別に設けられていたが、第１電流制限部４３は、第２スイッチング部４２に組み込まれていてもよい。上記の実施の形態において、第２電流制限部４５と第３スイッチング部４４とは、個別に設けられていたが、第２電流制限部４５は、第３スイッチング部４４に組み込まれていてもよい。

１０ 内燃機関の点火装置、１１ 直流電源、１２ 点火プラグ、１３ 逆流防止用ダイオード、２０ 点火コイル、２１ 一次コイル、２２ 二次コイル、２３ 鉄心、３０ 第１スイッチング部、４０ 二次電流調整部、４１ 調整用コイル、４２ 第２スイッチング部、４３ 第１電流制限部、４４ 第３スイッチング部、４５ 第２電流制限部、５０ 制御部、６０ 一次電圧検出部、７０ ノイズ除去部。

Claims (22)

1. 直流電源と接続されている一次コイルと、鉄心と、前記鉄心を介して前記一次コイルと磁気結合されており、点火プラグに電力を供給する二次コイルとを有している点火コイル、
   前記一次コイルへの通電状態をオン状態とオフ状態との間で切り替える第１スイッチング部、
   前記二次コイルに流れる二次電流の電流値を調整する二次電流調整部、
   前記一次コイルのコイル端とは反対側のコイル端において発生する電圧である一次電圧を検出する一次電圧検出部、及び
   前記第１スイッチング部により前記一次コイルへの通電状態が前記オン状態から前記オフ状態へ切り替えられてから、前記点火プラグにおいて絶縁破壊が発生するまでの前記点火プラグへの充電期間のうち、少なくとも一部の期間における前記二次電流の電流値が、前記絶縁破壊が発生した後の前記二次電流のピーク値よりも小さくなるように、前記二次電流調整部を制御する制御部
   を備えている内燃機関の点火装置。
2. 前記制御部は、
   前記充電期間のうち、少なくとも一部の期間において、前記二次電流調整部を制御することにより、前記点火プラグが有する２つの電極間の電圧の変化速度を変更する
   請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
3. 前記二次電流調整部は、
   前記一次コイル及び前記二次コイルと磁気結合され、通電することにより前記鉄心内に磁気エネルギーを発生させる調整用コイルと、
   前記調整用コイルへの通電状態をオン状態とオフ状態との間で切り替える第２スイッチング部と、
   前記調整用コイルに流れる電流を第１上限値以下に制限する第１電流制限部とを含んでいる
   請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の点火装置。
4. 前記二次電流調整部は、
   前記一次コイルへの通電状態をオン状態とオフ状態との間で切り替える第３スイッチング部と、
   前記一次コイルに流れる電流を第２上限値以下に制限する第２電流制限部とを含んでいる
   請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の点火装置。
5. 前記調整用コイルに流れる電流によって前記鉄心内に発生する磁束の方向が、前記一次コイルに流れる電流によって前記鉄心内に発生する磁束の方向と同方向である
   請求項３に記載の内燃機関の点火装置。
6. 前記第３スイッチング部により、前記一次コイルへの通電状態が前記オン状態に設定されているときに前記一次コイルに流れる電流によって前記鉄心内に発生する磁束の方向が、前記第１スイッチング部により、前記一次コイルへの通電状態が前記オン状態に設定されているときに前記一次コイルに流れる電流によって前記鉄心内に発生する磁束の方向と同方向である
   請求項４に記載の内燃機関の点火装置。
7. 前記制御部は、
   前記充電期間の終了時間以後の期間において、前記二次電流調整部を制御する
   請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
8. 前記二次電流調整部は、
   前記一次コイル及び前記二次コイルと磁気結合され、通電することにより前記鉄心内に磁気エネルギーを発生させる調整用コイルと、
   前記調整用コイルへの通電状態をオン状態とオフ状態との間で切り替える第２スイッチング部と、
   前記調整用コイルに流れる電流を第１上限値以下に制限する第１電流制限部とを含んでいる
   請求項７に記載の内燃機関の点火装置。
9. 前記調整用コイルへの通電状態が前記オン状態であるときに前記調整用コイルに流れる電流によって前記鉄心内に発生する磁束の方向が、前記一次コイルへの通電状態が前記オン状態であるときに前記一次コイルに流れる電流によって前記鉄心内に発生する磁束の方向と逆方向である
   請求項８に記載の内燃機関の点火装置。
10. 前記制御部は、
    前記調整用コイルへの通電状態が前記オン状態である場合に、前記第１電流制限部により前記調整用コイルに流れる電流の電流値を一定に維持する
    請求項３、請求項５、請求項８及び請求項９のいずれか１項に記載の内燃機関の点火装置。
11. 前記制御部は、
    前記第３スイッチング部により前記一次コイルへの通電状態が前記オン状態に設定されている場合に、前記第２電流制限部により前記一次コイルに流れる電流の電流値を一定に維持する
    請求項４又は請求項６に記載の内燃機関の点火装置。
12. 前記第２スイッチング部は、
    前記調整用コイルの両端の間に発生する電圧が基準電圧以上である場合に、前記調整用コイルへの通電状態を前記オン状態に設定し、前記調整用コイルの両端の間に発生する電圧が前記基準電圧未満である場合に、前記調整用コイルへの通電状態を前記オフ状態に設定する
    請求項３又は請求項５に記載の内燃機関の点火装置。
13. 前記第２スイッチング部は、ツェナーダイオードである
    請求項１２に記載の内燃機関の点火装置。
14. 前記第３スイッチング部は、
    前記一次コイルの両端の間に発生する電圧が基準電圧以上である場合に、前記一次コイルへの通電状態を前記オン状態に設定し、前記一次コイルの両端の間に発生する電圧が前記基準電圧未満である場合に、前記一次コイルへの通電状態を前記オフ状態に設定する
    請求項４又は請求項６に記載の内燃機関の点火装置。
15. 前記第３スイッチング部は、ツェナーダイオードである
    請求項１４に記載の内燃機関の点火装置。
16. 前記制御部は、
    前記点火プラグにおいて前記絶縁破壊が発生するときの前記点火プラグの電極間の電圧である絶縁破壊電圧を、前記一次電圧検出部により取得された前記一次電圧から算出し、
    過去の点火サイクルにおいて算出された前記絶縁破壊電圧と、現在の内燃機関の運転条件とに基づいて、現在の点火サイクルにおける前記絶縁破壊電圧を予測し、
    予測された前記絶縁破壊電圧と、前記点火プラグの電極間の電圧の変化速度とに基づいて、前記充電期間を推定し、
    前記一次コイルに流れる一次電流を遮断したときのノイズである一次電流遮断ノイズが発生していると推測される期間よりも、推定された前記充電期間が短い場合に、前記二次電流調整部を制御する
    請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の内燃機関の点火装置。
17. 前記制御部は、
    前記点火プラグにおいて異常な放電が発生している場合、前記二次電流調整部を用いて前記二次電流を調整している期間における前記二次電流の値を、前記点火プラグにおいて正常に放電している場合の前記二次電流の値よりも大きい値に設定する
    請求項２に記載の内燃機関の点火装置。
18. 前記一次コイルに流れる電流を遮断したときのノイズである一次電流遮断ノイズを、前記一次電圧検出部の出力信号から除去するノイズ除去部をさらに備えている
    請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の内燃機関の点火装置。
19. 前記ノイズ除去部は、
    前記一次電流遮断ノイズが発生している期間であるノイズ発生期間を含むようにマスク期間を設定し、前記マスク期間内において前記一次電圧検出部の出力信号をマスクすることにより前記一次電流遮断ノイズを除去する
    請求項１８に記載の内燃機関の点火装置。
20. 前記マスク期間は、
    前記内燃機関の運転条件と前記マスク期間との関係を規定したマップに、実際の運転条件を適用することにより決定される
    請求項１９に記載の内燃機関の点火装置。
21. 前記マスク期間の終了時刻は、
    前記一次電流遮断ノイズの発生が停止する時刻に基づいて決定される
    請求項１９に記載の内燃機関の点火装置。
22. 前記制御部は、
    前記一次コイルに流れる一次電流を遮断したときのノイズである一次電流遮断ノイズが発生している期間よりも、前記充電期間が長くなるように、前記二次電流調整部を制御する
    請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の内燃機関の点火装置。

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