JP5535363B1 - 高周波放電用点火コイル装置および高周波放電点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】確実な絶縁破壊と高い放電電流の火花放電を実現できるコンパクトな点火コイル装置を実現する。
【解決手段】高圧ターミナルに接続され、高電圧の通過を防ぐコンデンサ１１６と、コンデンサ１１６に接続され、コンデンサ１１６とともに所定の周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタを構成するインダクタ１１７とを備え、インダクタ１１７に外部から高周波電流を供給する高周波放電用点火コイル装置において、更に、インダクタ１１７に流れる電流レベルを検出する電流レベル検出装置１１５を備え、かつ電流レベル検出装置１１５を、１次コイル１１１、２次コイル１１２、コンデンサ１１６、およびインダクタ１１７と共に、同一のパッケージ内に配置した。
【選択図】図１

Description

この発明は、主に内燃機関の運転に用いられる高周波放電用点火コイル装置および高周波放電点火装置に関するものである。

近年、環境保全、燃料枯渇の問題が提起されており、自動車業界においても、これらへの対応が急務となっている。
この対応の一例として、過給機を利用したエンジンダウンサイジング、軽量化により燃料消費量を飛躍的に改善する方法がある。

高過給状態になると、エンジン燃焼室内の圧力が燃焼を伴っていない状態でも非常に高くなり、この中では燃焼を開始するための火花放電を発生させることが困難になることが知られている。
この理由の一つに、点火プラグの高圧電極とＧＮＤ（グランド）電極の間（ギャップ）で絶縁破壊を引起すための要求電圧が非常に高くなり、点火プラグの絶縁碍子部の耐電圧値を超えてしまう点がある。

この課題を解決するために、碍子部の耐圧を上げる研究がなされているが、実情では要求に対し十分な耐圧を確保することは困難であり、点火プラグのギャップ間隔を狭める手段をとらざるを得ない状況となっている。
しかしながら、点火プラグのギャップを狭めると、今度は電極部による消炎作用の影響が大きくなり、始動性の低下、燃焼性の低下を引起す点に課題が発生してしまう。

この問題を解決するためには、消炎作用によって電極部に取られる熱を上回るエネルギーを火花放電で与える、もしくは電極から少しでも遠いところで燃焼を引起す、といった回避手段が考えられ、例えば特許文献１に示すような点火コイル装置が提案されている。

特許文献１に開示された点火コイル装置は、従来の点火コイルにより点火プラグのギャップに火花放電を発生させ、この火花放電の経路にコンデンサによるミキサを介して高周波電流を流し込むことで高エネルギーの火花放電、かつ通常の火花放電よりも広範囲に拡がる放電プラズマを形成することを可能にするものである。

特開２０１２−１１２３１０号公報

特許文献１に示された従来の点火コイル装置は、高耐圧のコンデンサを用いて高電圧の系と大電流の系を分離／結合するものである。
コンデンサは一般的に温度特性を持っており、環境温度の変化に応じて容量値が変化するものである。
特許文献１に示された従来の点火コイル装置は、コンデンサの通過周波数帯域に応じた交流電流を火花放電の経路に投入するものであるので、このコンデンサの特性が温度により変化することで、火花放電の経路に投入される電流レベルが著しく変化し、安定して電流を投入できなくなるという課題を有している。

この発明は、従来の装置に於ける前述のような課題を解決するためになされたものであって、環境温度の変化によりコンデンサ容量が変化した場合でも安定して所望の交流電流を火花放電の経路に投入でき、効率良く大きな放電プラズマを形成することのできる高周波放電用点火コイル装置および高周波放電点火装置を提供することを目的とするものである。

この発明の高周波放電用点火コイル装置は、電流を流すことで磁束を発生、蓄積する１次コイルと、前記１次コイルと磁気結合され、前記蓄積したエネルギーを解放することにより所定の高電圧を発生し、外部装置にエネルギーを供給する高圧ターミナルに一端が接続される２次コイルと、前記高圧ターミナルに接続され、前記高電圧の通過を防ぐコンデンサと、前記コンデンサに接続され、前記コンデンサとともに所定の周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタを構成するインダクタとを備え、前記インダクタに外部から高周波電流を供給する高周波放電用点火コイル装置において、更に、前記インダクタに流れる電流レベルを検出する電流レベル検出装置を備え、かつ前記電流レベル検出装置は前記１次コイル、前記２次コイル、前記コンデンサ、および前記インダクタと共に、同一のパッケージ内に配置されると共に、前記電流レベル検出装置を構成する検出コイルは、前記インダクタの磁束を検出するコイルであって、前記インダクタの磁束に対し、前記インダクタと同方向に巻かれ、前記コンデンサと接続される側を前記インダクタの巻き始めとする場合に、前記コイルの巻き始め側を前記インダクタに流れる電流レベルの検出端子とし、前記コイルの巻き終り側を所定の電圧を有する端子またはＧＮＤに接続されているものである。

また、この発明の高周波放電点火装置は、前記高周波放電用点火コイル装置と、前記インダクタに高周波の電気エネルギーを供給する高周波電源と、前記電流レベル検出装置により検出した信号に応じて、前記高周波電源の出力を制御する制御回路とを備えたものである。

この発明の高周波放電用点火コイル装置によれば、環境温度の変化や、装置の定数のバラツキがあっても所望の電流レベルとなるように制御できるようになり、コンパクトな構成で効率良く高エネルギー放電を実現できる。

また、この発明の高周波放電点火装置によれば、大きな交流放電電流を早い周期で点火プラグの電極間に供給することができるので、簡素な構成で効率良く高エネルギー放電を実現すると共に、大きな放電プラズマを形成し、狭小ギャップの点火プラグを用いても始動性や燃焼性を損なうことがなくなるので、高過給ダウンサイジングによる軽量化や高圧縮比化による熱効率の向上等を行うことができるようになり、従って、エンジンの運転に利用する燃料を飛躍的に削減することが可能となり、ＣＯ２の排出量を大きく削減し、環境保全に貢献することができる。

この発明の実施の形態１に係わる高周波放電用点火コイル装置の構成図である。 この発明の実施の形態２に係わる高周波放電点火装置の回路構成図である。 実施の形態２に係わる高周波放電点火装置の動作を示すタイミングチャートである。

実施の形態１．
この発明実施の形態１による高周波放電用点火コイル装置は、高周波放電用点火コイルで作る高電圧により点火プラグの主プラグギャップ間に火花放電を発生させ、加えて、火花放電経路に高周波交流電流を流し込むことで、主プラグギャップ間に大きな放電プラズマを形成させる装置である。

図１（ａ）は、実施の形態１による高周波放電用点火コイル装置１０１の構成図である。
図１（ａ）において、高周波放電用点火コイル装置１０１は、電流を流すことで磁束を発生、蓄積する１次コイル１１１と、１次コイル１１１と磁気結合され、蓄積したエネルギーを解放することにより所定の高電圧を発生し、外部装置にエネルギーを供給する２次コイル１１２と、２次コイル１１２の一端に直列接続され前記高電圧の通過を防ぐコンデンサ１１６と、コンデンサ１１６に接続され、コンデンサ１１６とともに所定の周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタを構成するインダクタ１１７と共に、インダクタ１１７に流れる電流レベルを検出する電流レベル検出装置１１５を備え、これら１次コイル１１１、２次コイル１１２、コンデンサ１１６、インダクタ１１７、電流レベル検出装置１１５を同一のパッケージ内に配置している。

図１（ａ）において、１次コイル１１１の一端は端子Ａに、もう一端は端子Ｂに接続され、２次コイル１１２の一端は端子Ａに、もう一端は端子Ｅに接続されている。
１次コイル１１１と２次コイル１１２とはコア１１８を介して磁気的に結合されている。コンデンサ１１６の一端は高圧ターミナルである端子Ｅに、もう一端はインダクタ１１７に接続され、インダクタ１１７のもう一端は端子Ｃへと接続されている。
また、電流レベル検出装置１１５は、その一端を端子Ｄへと接続されている。

図１（ｂ）は、高周波放電用点火コイル装置１０１の他の例を示す構成図で、図１（ａ）の構成に、容量電流系のノイズを抑制するための抵抗１１９を加えたものであって、この抵抗１１９は、端子Ｅと２次コイル１１２の一端との間に直列接続されている。

図１（ａ）（ｂ）の高周波放電用点火コイル装置１０１は、端子Ａをバッテリへと接続され、端子Ｂは、１次コイル１１１の通電を制御するためのスイッチング素子（図示せず）へと接続され、端子Ｃは、高周波電流を供給する高周波電源（図示せず）へと接続され、端子Ｄは電流レベル検出装置１１５により検出した信号に応じて高周波電源の出力を制御する制御装置（図示せず）へと接続され、端子Ｅは点火プラグへと接続され、エンジンの点火装置を構成する。

このように、実施の形態１においては、電流を流すことで磁束を発生、蓄積する１次コイル１１１と、１次コイルと磁気結合され、前記蓄積したエネルギーを解放することにより所定の高電圧を発生し、外部装置にエネルギーを供給する高圧ターミナルに一端が接続される２次コイル１１２と、に接続され、前記高電圧の通過を防ぐコンデンサ１１６と、コンデンサ１１６に接続され、コンデンサ１１６とともに所定の周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタを構成するインダクタ１１７とを備え、インダクタ１１７に外部から高周波電流を供給する高周波放電用点火コイル装置において、更に、インダクタ１１７に流れる電流レベルを検出する電流レベル検出装置１１５を備え、この電流レベル検出装置１１５を、１次コイル１１１、２次コイル１１２、コンデンサ１１６、およびインダクタ１１７と共に、同一のパッケージ内に配置したものである。
このように構成することにより、環境温度の変化や、装置の定数のバラツキがあっても所望の電流レベルとなるように制御できる高周波放電用点火コイル装置をコンパクトに実現し得ることが可能となる。
特に、電流レベル検出装置１１５を、１次コイル１１１、２次コイル１１２、コンデンサ１１６、およびインダクタ１１７と共に、同一のパッケージ内に配置することにより、高周波電源１０３の内部に電流検出用のカレントトランスを設ける場合に比べて低コスト、省スペースで構成できる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係わる高周波放電点火装置の構成について、図２を用いて説明する。
図２において、高周波放電点火装置は、点火プラグ１０２と、点火プラグ１０２に所定の高電圧を印加すると共に高周波交流電流を供給する高周波放電用点火コイル装置１０１と、高周波放電用点火コイル装置１０１に高周波の電気エネルギーを供給する高周波電源１０３と、高周波放電用点火コイル装置１０１、および高周波電源１０３の出力を制御する制御装置１０４とを備えている。

点火プラグ１０２は、第１の電極としての高圧電極１０２ａと、高圧電極１０２ａに対して所定の間隙である主プラグギャップを介して対向する第２の電極としての外側電極１０２ｂとを備えている。

高周波電源１０３は、高周波放電用点火コイル装置１０１のインダクタ１１７に接続されたハーフブリッジ構成によるスイッチング回路１３０と、スイッチング回路１３０を駆動するためのドライバ装置１３１とを備え、高周波放電用点火コイル装置１０１に高周波のエネルギーを供給する。

制御装置１０４は、運転状態や、電流レベル検出装置１１５により検出される電流レベルに応じて、高周波放電用点火コイル装置１０１や高周波電源１０３の動作方針を判断し、制御するマイクロプロセッサ１４０、電流レベル検出装置１１５の検出信号を受け、マイクロプロセッサ１４０へ受け渡すためのインターフェース１４１とを備えている。

高周波放電用点火コイル装置１０１は、コア１１８を介して、磁気的に結合された１次コイル１１１と２次コイル１１２、１次コイル１１１の通電を制御するスイッチング素子１１４とスイッチング素子１１４を駆動するためのドライバ装置１１３、点火プラグ１０２の高圧電極１０２ａ、外側電極１０２ｂ間（主プラグギャップ）に絶縁破壊を引起す際に発生する容量電流系のノイズを抑制するための抵抗１１９とを備えている。

２次コイル１１２の一端は、抵抗１１９を介して、点火プラグ１０２の高圧電極１０２ａに接続されており、コンデンサ１１６の一端は直接、点火プラグ１０２の高圧電極１０２ａに接続されている。

抵抗１１９は、ノイズを抑制するためのものであって、エンジンの構造や配線状態によりノイズの発生が少ない場合には取り付けなくても良く、この場合には２次コイル１１２の一端は直接、点火プラグ１０２の高圧電極１０２ａに接続され、コンデンサ１１６の一端も直接、点火プラグ１０２の高圧電極１０２ａに接続される。

スイッチング素子１１４、ドライバ装置１１３は、ノイズ低減や効率化のため高周波放電用点火コイル装置１０１内に配置しても良いし、エンジンの小型化、低重心化等を目的とし、高周波放電用点火コイル装置の小型、軽量化のために高周波放電用点火コイル装置１０１の外側、例えば制御装置１０４の内部や、高周波電源１０３の内部に配置しても良い。

また、高周波放電用点火コイル装置１０１は、高周波電源１０３から供給される高周波電流を通し、２次コイル１１２で発生する高電圧が高周波電源１０３に印加されないようにブロックするためのバンドパスフィルタを構成するコンデンサ１１６とインダクタ１１７とを備えると共に、インダクタ１１７に流れる電流レベルを検出するための電流レベル検出装置として、インダクタ１１７と磁気的に結合している検出コイル１１５ａを備えている。

電流レベル検出装置を構成する検出コイル１１５ａは、インダクタ１１７と同じ巻き方向に巻かれている。
インダクタ１１７のコンデンサ１１６と接続される側を巻き始めと定義すると、検出コイル１１５ａの巻き始め側は制御装置１０４へ、巻き終り側はバッテリへと接続されている。検出コイル１１５ａの巻き方向や接続が異なると、インダクタ１１７に流れる電流を効率良く検出できなくなり、検出レベルが著しく低下したり、検出波形が歪み、検出誤差が大きくなる等の不具合を生じる。

検出コイル１１５ａの巻き終りはバッテリへと接続することで、検出コイル１１５ａと制御装置１０４との間の配線の断線有無の判断を容易にすることができる。
配線の断線を判断する必要がない場合、配線や構造を簡素化したい場合や、より精度良く検出したい場合等には、検出コイル１１５ａの巻き終りをＧＮＤ（グランド）へ接続しても良い。

前記断線判断の方法と併せて、本実施の形態２に於ける高周波放電点火装置の動作について、図３のタイミングチャートを用いて説明する。
図３は、図２における各部の信号を時系列に示すタイミングチャートである。

図３の信号Ｉは、図２における経路Ｉの矢印方向を正とした信号であって、制御装置１０４から出力され、高周波放電用点火コイル装置１０１を駆動するための電圧信号である。
図３の信号Ｗは、図２における経路Ｗの矢印方向を正とした信号であって、制御装置１０４が出力し、高周波電源１０３内のドライバ装置１３１へと供給される電圧信号であって、スイッチング回路１３０を動作させる期間を示している。
図３の信号Ｈは、図２における経路Ｈの矢印方向を正とした信号であって、高周波電源１０３の出力電流を示す電流信号である。
図３の信号Ｋは、図２における経路Ｋの信号であって、検出コイル１１５ａにより検出される電流信号である。
図３の信号Ｐは、図２における経路Ｐの信号であって、インターフェース１４１によりピークホールドされた信号である。
図３の信号Ｆは、図２における経路Ｆの矢印方向を正とした信号であって、点火プラグ１０２の主プラグギャップに形成される火花放電経路に流れる放電電流を示す電流信号である。

図３のタイミングＴ０において、信号Ｉは既にＨＩＧＨとなっているので、高周波放電用点火コイル装置１０１内のスイッチング素子１１４はＯＮの状態、１次コイル１１１は通電状態であり、コア１１８に磁束エネルギーが蓄積されつつある。

タイミングＴ１において、信号ＩをＬＯＷに切替えると、高周波放電用点火コイル装置１０１内のスイッチング素子１１４により１次コイル１１１の通電は遮断され、コア１１８に蓄積された磁束エネルギーを解放、２次コイル１１２に誘導電圧が発生し、誘導電流が流れ始めると共に、点火プラグ１０２が潜在的に備えている対地間容量、およびコンデンサ１１６の充電が開始される。

タイミングＴ２において、点火プラグ１０２の対地間容量、およびコンデンサ１１６の充電電圧が、点火プラグ１０２の主プラグギャップの絶縁破壊電圧に達すると、主プラグギャップ間で絶縁破壊が起こり、火花放電経路が形成されると共に、前記容量に蓄積された電荷の放出による電流、いわゆる容量電流Ｉｃが火花放電経路に流れ込む。

容量電流Ｉｃがおさまった頃から交流電流を注入するように、制御装置１０４は信号ＷをタイミングＴ３でＨＩＧＨへと切替え、スイッチング回路１３０の動作を許可する。

タイミングＴ１からタイミングＴ３までの間隔は運転状況に応じて決まるマップ値や計算値にしておくと良い。
エンジン回転数や、負荷、温度の状態が変化すると、主プラグギャップ間の絶縁破壊電圧も変化し、これに応じてタイミングＴ２が変化するためである。
例えば７００回転／分程度のアイドリング状態ではタイミングＴ１からタイミングＴ３までの間隔を５０マイクロ秒とし、４０００回転／分程度の全開負荷状態ではタイミングＴ１からタイミングＴ３までの間隔を１００マイクロ秒とする。
またエンジン冷却水温が８０℃を超えたら一律で１０マイクロ秒を差し引くようにする。

スイッチング回路１３０は、信号Ｗにより、その動作が許可されると、主プラグギャップに形成される火花放電経路に向かって交流電流を送り込むように、スイッチング動作を開始する。
本実施の形態２においては、スイッチング回路１３０をハーフブリッジの構成とし、この後段にインダクタ１１７、コンデンサ１１６で構成されるバンドパスフィルタを配置しているので、このバンドパスフィルタの共振周波数に合わせて、ドライバ装置１３１は、ハーフブリッジのＨＩＧＨ側スイッチ、ＬＯＷ側スイッチが交互にＯＮ／ＯＦＦとなるように動作させる。
バンドパスフィルタの共振周波数に合わせてハーフブリッジ回路をスイッチングすることで、バンドパスフィルタ部のインピーダンスが最小となるので、経路Ｈに流れる高周波電源１０３の出力電流は最大となり、従って主プラグギャップ間の火花放電経路に最大の交流電流を送り込めるようになる。

主プラグギャップに形成された火花放電経路には、コア１１８に蓄積された磁束エネルギーの解放により、２次コイル１１２に流れる誘導電流（５０ｍ〜３００ｍＡ程度）と、高周波電源１０３の出力電流（２〜１０Ａ程度）とを足し合わせた電流が、信号Ｆに示すように流れることになる。

制御装置１０４はタイミングＴ４においては、信号ＷをＬＯＷへと切替え、ドライバ装置１３１の動作を停止させる。
ドライバ装置１３１の動作が止まると、主プラグギャップ間の火花放電経路への大きな交流電流の供給も止まる。

なお、タイミングＴ３からタイミングＴ４、投入する交流電流のレベルは、運転条件や放電状態等に依存して設定されるマップ値や計算値としておくと良い。
例えば、エンジン冷却水温が８０℃未満でエンジン回転数が１０００回転／分以下では、５Ａピークの交流放電を５００マイクロ秒区間投入、回転数が３０００回転／分を上回った時点で５Ａピークの交流放電を３００マイクロ秒区間投入、４０００回転／分を上回れば３Ａピークの交流放電を３００マイクロ秒区間投入のようにする。
エンジン冷却水温が８０℃を超えたらタイミングＴ３からタイミングＴ４の間隔を一律で１００マイクロ秒を差し引くようにする。

ここで、一般的にコンデンサは、温度特性を持っており、温度が高くなると容量値が低く、温度が低くなると温度が高くなることが知られている。
例えば、高周波放電用点火コイル装置１０１は、エンジンに直接取り付けられることを想定している。
つまりエンジンからの熱を受ける、エンジンの暖機状態の影響を受け、環境温度が大きく変化する、コンデンサ１１６の容量値が大きく変化してしまうといった問題を生じる。

バンドパスフィルタを構成するコンデンサ１１６の容量値が変化すると、当然、バンドパスフィルタの共振周波数、周波数特性も変化することになる。
前述の通り、バンドパスフィルタの共振周波数からずれるとバンドパスフィルタ部のインピーダンスが増加するため、経路Ｈに所望の電流を流し込めなくなってしまう場合が発生する。
例えば、ある運転条件において、経路Ｈに５アンペアピークの交流電流を流す要求があったとする。
コンデンサ１１６は、温度が３０℃のとき、容量値が１００ｐＦであったとする。
このときに、マイクロプロセッサ１４０は、経路Ｈに目標レベルの交流電流を流すために、スイッチング回路１３０が２メガヘルツの周波数で動作するように指示し、実際に経路Ｈに５アンペアピークの交流電流を流せていたとする。

エンジンの動作が続いて、エンジン温度が上昇、コンデンサ１１６の温度も８０℃まで上昇し、コンデンサ１１６の容量値は８０ｐＦ程度まで下がってしまったとする。
このとき、バンドパスフィルタの共振周波数は、３０℃だったときよりも高い側にシフトしていることになる。
前述同様、マイクロプロセッサ１４０は、スイッチング回路１３０が２メガヘルツの周波数で動作するように指示していたとすると、バンドパスフィルタのインピーダンスが高くなっているので、経路Ｈには３アンペアピークの交流電流しか流れておらず、結果、目標電流レベルとの乖離が生じ、大きな放電プラズマを形成できないといった不具合を生じてしまう。

また逆に、エンジンを停止させ、再始動した時点でエンジンは冷え切っており、コンデンサ１１６の温度は０℃まで下がっていた。
このときのコンデンサ１１６の容量値は１２０ｐＦ程度まで上がってしまっていたとする。
マイクロプロセッサ１４０は、スイッチング回路１３０が２メガヘルツの周波数で動作するように指示していたとすると、今度はバンドパスフィルタのインピーダンスが低くなっており、経路Ｈには８アンペアピークの交流電流が流れてしまっていた。
結果、目標電流レベルとの乖離が生じ、必要以上に大きな電流が点火プラグ１０２に流れ込むことで、高圧電極１０２ａや外側電極１０２ｂが溶損してしまうといった不具合を生じてしまうこともある。

このような、要求と実際との乖離をなくすため、本実施の形態２の高周波放電点火装置では、インダクタ１１７に流れる電流レベルをモニタしながら、電流レベルが要求に対し低下すれば電流レベルが所望のレベルとなるようにスイッチング回路１３０の動作周波数を制御するようにした。
インダクタ１１７に流れる電流レベルをモニタするために、インダクタ１１７の磁束の経路に電流検出装置としての検出コイル１１５ａを配置することで、電流レベルに応じた信号を得ることができるようにした。
この信号は、図２における経路Ｋに流れる電流信号であって、図３の信号Ｋに示されるような信号となる。
前述のように、検出コイル１１５ａの一端はバッテリ端子に接続されているので、バッテリ電圧分シフトした信号が得られる

ここで、経路Ｋの断線判断について記述する。
経路Ｋが導通の状態で、インダクタ１１７に電流が流れていないのであれば、バッテリ電圧の信号とレベル一定となる。
インダクタ１１７に電流が流れているのであれば、図３のＫのような信号となる。経路Ｋが断線しているのであれば、信号は、ゼロレベル（破線）に固定される。
これに応じてピークホールドであるインターフェース１４１の出力も、経路Ｋが導通の状態で、インダクタ１１７に電流が流れていないのであれば、バッテリレベル固定、インダクタ１１７に電流が流れているのであれば、電流レベルに応じた図３のＰに示すレベル、経路Ｋが断線しているのであれば、ゼロレベル（破線）のようになり、従って、マイクロプロセッサ１４０は、前述のように経路Ｋが断線していることの判断ができる。

信号Ｋは、制御装置１０４内のインターフェース１４１へと入る。
インターフェース１４１はピークホールドの構成としている。
制御装置１０４内のマイクロプロセッサ１４０は、信号Ｋのレベルを判断するために、Ａ／Ｄ変換器でこの信号を取り込む。
メガヘルツ帯の高周波交流信号をＡ／Ｄ変換器で取り込み、データ処理をするためには、高性能かつ高価なＡ／Ｄ変換器やマイコンが必要となってしまうので、本実施の形態２では、汎用の安価なマイクロプロセッサと、Ａ／Ｄ変換器を用いて、信号レベルを読み取れるように、ピークホールド回路で構成されるインターフェース１４１を用意した。
Ａ／Ｄの取込みが終れば、マイクロプロセッサ１４０は、ピークホールドをリセットするようにしている。

マイクロプロセッサ１４０はインターフェース１４１によりピークホールドされた信号ＰをタイミングＴ４以降で読み取って、要求電流レベルとの比較を行う。
信号レベルが要求電流レベルと公差以上に異なると判断される場合には、要求レベルとなるように、ドライバ装置１３１に指示を出し、スイッチング回路１３０の動作周波数を制御する。

この場合、バンドパスフィルタの共振周波数よりも必ず高い側の周波数でスイッチング回路１３０を制御するようにしておくと良い。
このようにしておけば、目標レベルよりも低ければスイッチングの周波数を下げる、目標レベルよりも高ければスイッチング周波数を高くすると一意に決めることができる。
もちろんバンドパスフィルタの共振周波数よりも必ず低い側の周波数でスイッチング回路１３０を制御するようにするとしておいても良い。
この場合は前記考え方が反転するだけである。

例えば、要求の電流レベルが５アンペアのときに、マイクロプロセッサ１４０は２メガヘルツでスイッチングするように指示していたとする。
対して検出コイル１１５ａで検出し、インターフェース１４１を介して取り込んだ信号Ｐの読み値が３アンペアであれば、マイクロプロセッサ１４０はスイッチング回路１３０のスイッチング周波数が１ステップ下がる方向に制御する。
例えば、１ステップを１００キロヘルツとすると、スイッチング周波数が１．９メガヘルツになるように指示する。
次の点火周期で再度信号Ｐの読み値が４アンペアであった場合、公差を±０．５アンペアとしていたならば再度１ステップ周波数を下げ、周波数を１．８メガヘルツにする。
再度信号Ｐの読み値を確認し５．１アンペアとなれば、目標５アンペア±０．５アンペア内におさまったので、このスイッチング周波数を維持するようマイクロプロセッサ１４０はドライバ装置１３１へと指示を出す。

暫く運転してコンデンサ１１６の温度が高くなると、バンドパスフィルタの共振周波数が高い側にシフトしてくる。
このとき信号Ｐの読み値が５．６アンペアになれば、マイクロプロセッサ１４０はスイッチング周波数が高くなる方向に１ステップ動かすように指示、スイッチング周波数が１．９メガヘルツになるようにスイッチング回路１３０を制御し、信号Ｐの読み値が４．６アンペアとなれば、このスイッチング周波数を維持するようマイクロプロセッサ１４０はドライバ装置１３１へと指示を出す。

以上のように、この発明の実施の形態２による高周波放電点火装置は、高周波放電用点火コイル装置１０１を含み、更に、インダクタ１１７に高周波のエネルギーを供給する高周波電源１０３と、電流レベル検出装置１１５により検出した信号に基づいて、高周波電源１０３の動作を制御する制御回路とを備えることにより、環境温度の変化や、装置の定数のバラツキがあっても所望の電流レベルとなるように制御できるようになり、不要な点火プラグ電極の消耗を防ぎ、大きな放電プラズマを効率良く形成し、狭小ギャップの点火プラグを用いても始動性や燃焼性を損なうことがなくなるので、高過給ダウンサイジングによる軽量化や高圧縮比化による熱効率の向上等を行うことができるようになり、従って、内燃機関の運転に利用する燃料を飛躍的に削減することが可能となり、ＣＯ２の排出量を大きく削減し、環境保全に貢献することができる。
特に、電流レベル検出装置１１５を、インダクタ１１７の磁束を検出する検出コイル１１５ａで構成した場合には、別途カレントトランスといった大きく、高価なものを用意しなくても、既にある共振用のインダクタ１１７に検出用の巻線を一巻き追加するだけで、点火プラグ１０２に流し込む電流を主回路に影響をほとんど与えることなく検出でき、更に低コスト、省スペースを図ることができる。

この発明による高周波放電点火装置は、内燃機関を利用する自動車、二輪車、船外機、その他特殊機械などにも搭載され、燃料への着火を確実に行えるようになるので、内燃機関を効率良く運転できるようになり、燃料枯渇問題、環境保全に役立つものである。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１０１ 高周波放電用点火コイル装置、１０２ 点火プラグ、１０２ａ 高圧電極、１０２ｂ 外側電極、１０３ 高周波電源、１０４ 制御装置、１１１ １次コイル、１１２ ２次コイル、１１３ ドライバ装置、１１４ スイッチング素子、１１５ 電流レベル検出装置、１１５ａ 検出コイル、１１６ コンデンサ、１１７ インダクタ、１１８ コア、１１９ 抵抗、１３０ スイッチング回路、１３１ ドライバ装置、１４０ マイクロプロセッサ、１４１ インターフェース

Claims (5)

1. 電流を流すことで磁束を発生、蓄積する１次コイルと、
   前記１次コイルと磁気結合され、前記蓄積したエネルギーを解放することにより所定の高電圧を発生し、外部装置にエネルギーを供給する高圧ターミナルに一端が接続される２次コイルと、
   前記高圧ターミナルに接続され、前記高電圧の通過を防ぐコンデンサと、
   前記コンデンサに接続され、前記コンデンサとともに所定の周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタを構成するインダクタとを備え、
   前記インダクタに外部から高周波電流を供給する高周波放電用点火コイル装置において、更に、前記インダクタに流れる電流レベルを検出する電流レベル検出装置を備え、
   かつ前記電流レベル検出装置は、前記１次コイル、前記２次コイル、前記コンデンサ、および前記インダクタと共に、同一のパッケージ内に配置されると共に、
   前記電流レベル検出装置を構成する検出コイルは、前記インダクタの磁束を検出するコイルであって、前記インダクタの磁束に対し、前記インダクタと同方向に巻かれ、
   前記コンデンサと接続される側を前記インダクタの巻き始めとする場合に、前記コイルの巻き始め側を前記インダクタに流れる電流レベルの検出端子とし、前記コイルの巻き終り側を所定の電圧を有する端子またはＧＮＤに接続されていることを特徴とする高周波放電用点火コイル装置。
2. 前記２次コイルは、前記高圧ターミナルに放射ノイズ抑制用の抵抗体を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波放電用点火コイル装置。
3. 請求項１の高周波放電用点火コイル装置と、
   前記インダクタに高周波の電気エネルギーを供給する高周波電源と、
   前記電流レベル検出装置により検出した信号に応じて、前記高周波電源の出力を制御する制御装置とを備えた
   ことを特徴とする高周波放電点火装置。
4. 前記高周波電源は、前記インダクタに接続されたスイッチング回路を含み、前記制御装置は、前記電流レベル検出装置により検出した信号に応じて、前記スイッチング回路の動作周波数を制御することを特徴とする請求項３に記載の高周波放電点火装置。
5. 前記制御装置は、前記電流レベル検出装置により検出した信号に基づいて、前記電流レベル検出装置を含む電流経路の断線の有無を判断することを特徴とする請求項３または４に記載の高周波放電点火装置。

Images