JP2005002964A - 内燃機関点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点火信号入力部からＩＧＢＴのゲート部の間が高抵抗になりＩＧＢＴのゲート容量の放電が遅れ点火時期が遅れてしまう課題があった。
【解決手段】ＩＧＢＴのゲートから点火信号入力部へ、点火信号入力部からＩＧＢＴのゲートまでの回路をバイパスする放電経路を設け、且つ点火信号入力部とＧＮＤ間にプルダウン抵抗を設ける。
【効果】安定した点火時期を持つ１チップタイプのインテリジェントＩＧＢＴを供給できる。特に、点火装置の多機能化に有効であり、独立した電源端子を持たずに回路電源を確保できることから小形，低コスト化が可能となり取り扱い、耐久性にも優れた点火装置が供給できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用点火装置に係わり、特には絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをスイッチング素子として使用した内燃機関用点火装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例としては特許文献１の図２に記載されたものがあり、これを簡略したものを図３に示す。従来の点火装置では単体のＩＧＢＴチップ２７とＨｙＩＣ基板３６に回路を構成しており、点火信号入力端子とＧＮＤ、コレクタ端子の他に回路電源用の電源端子を有して構成している。点火信号はＨｙＩＣ基板３６に構成したプリドライバ回路を介し、スイッチング素子３２によりＩＧＢＴのゲートをＯＮ，ＯＦＦ制御する。また、点火装置２４内のセルフシャットオフ回路やプリドライバ，電流制限回路などの電源は、外部電源の電圧を用いるためＩＧＢＴ２７のゲートのスイッチング素子３２とＩＧＢＴ２７のゲート間に大きな抵抗は必要ない。そのため、故意にゲート電圧を引抜くバイパス回路は必要としない。しかし、この回路構成は別電源を要するため電源取り込み部の回路保護が必要となり、回路の大形化により１チップ化は困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図３のものを小形，低コストにするためにＩＧＢＴにインテリジェント化した１チップタイプの多機能イグナイタを開発しているが、多機能化を実現するためには、点火信号を電源として各回路を動作させなければならない上に、その点火信号をＩＧＢＴのゲートの前で制御しなければならないため点火信号入力部からＩＧＢＴのゲートの間に多くの抵抗等を設ける必要がある。ＩＧＢＴはＯＦＦ動作時、ゲートとエミッタ間の容量が放電されなければならないため、点火信号入力部からＩＧＢＴのゲートに多くの抵抗分が存在すると、この放電が妨げられＯＦＦが遅れてしまう。ＩＧＢＴのＯＦＦ動作が遅れると、そのＯＦＦにより発生する１次電圧〜２次電圧の発生が遅れ点火プラグへの放電が遅れることになる。また、遅れ時間が一定であれば制御することも可能であるが、点火信号入力からＩＧＢＴのゲート間の抵抗に影響を受けることから、初期のバラツキのみならず温度によるバラツキも大きくなり、その結果点火時期が安定しなくなってしまう課題があった。特に、図１に示すＥＣＵの出力段のように、Ｖｃｃをイグナイタに流し込むか止めるかと言う動作をする駆動回路の場合（別な方法としては図４のＥＣＵ４１のようにＶｃｃとＧＮＤ間にスイッチング素子を設け、スイッチング素子がＯＦＦの時Ｖｃｃの電圧をＨＩＧＨとして出力し、スイッチング素子がＯＮのときはＶｃｃの電圧をＧＮＤに短絡させてＬＯＷを出力する）、ＯＦＦ時のＩＧＢＴのゲート電圧はイグナイタ内で放電することが必要となるため、更にＯＦＦしにくくなってしまう。
【０００４】
本発明の目的は、小形で安価なインテリジェントＩＧＢＴの１チップタイプの点火装置を実現することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
回路電源を確保するための点火信号入力から抵抗を介したＩＧＢＴのゲートまでの配線と異なる放電経路を有し、且つイグナイタ自身でその放電が完了するため点火信号入力部からＧＮＤを繋ぐプルダウン抵抗を有する。放電経路はＩＧＢＴのゲート部にアノード，点火信号入力部にカソードを接続したダイオードにより形成する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に図を用いて本発明の一実施例を示す。図１は本発明の一実施例の回路構成を示す。ＥＣＵ１の出力段は定電圧ＶｃｃからＰＮＰトランジスタ２を介し、抵抗３を介して点火装置４に点火信号を出力する。点火装置４はＩＧＢＴ７に基準電圧回路，サーマルシャットオフ回路，電流制限回路をインテリジェント化した１チップで構成されている。ＩＧＢＴ７はＥＣＵ１からの点火信号により点火コイル５の１次コイルに１次電流Ｉｃを通電・遮断する。点火コイル５は１次電流Ｉｃの遮断時に１次電圧を発生し、２次コイルに高電圧を誘起し点火プラグ６により放電する。点火装置４はＥＣＵ１から出力される点火信号のＨＩＧＨの電圧か回路電源として各回路を駆動する。基準電圧回路は抵抗１０を介したＨＩＧＨの点火信号により基準電圧を作り、サーマルシャットオフ回路の基準電圧となる。サーマルシャットオフ回路は点火装置４の温度がある規定値を超えるとスイッチング素子１３をＯＮさせ、ＩＧＢＴのゲートに供給されるゲート電圧を短絡しＩＧＢＴをＯＦＦさせる。これによって点火装置４の異常発熱による故障を防ぐ働きをしている。電流制限回路は抵抗１４に流れる電流を電圧変換し、規定値以上になるとスイッチング素子１３を徐々にＯＦＦ⇒ＯＮとしゲート電圧と１次電流Ｉｃのバランスがとれたところで保たれる働きをする。抵抗１４に流れる電流はＩＧＢＴをメインＩＧＢＴとセンスＩＧＢＴにセル分けし、メインＩＧＢＴの約数百〜数千分の一の電流が流れるセンスＩＧＢＴの電流値を高抵抗で検出する。ツェナーダイオード８はＩＧＢＴが過電圧で壊れるのを防ぐためのコレクタ−エミッタ間のクランプツェナーである。本発明は、ダイオード１５と抵抗９の組み合わせであり、点火信号は抵抗１０，１１，１２を介しＩＧＢＴ７のゲートに入力され、ＩＧＢＴ７はＯＮする。通常、ＩＧＢＴ７がＯＮする通電時間は数ｍｓｅｃであるが、ＯＦＦするときには１次電圧の発生が１次電流Ｉｃのｄｉ／ｄｔに影響し数μｓｅｃ での遮断が必要となる。また、ＩＧＢＴは、ゲートがＦＥＴ構造のためゲートとエミッタ間にはゲート容量が存在し、その電荷が放出されないとＯＦＦしない。よって、ＩＧＢＴ７のＯＮは速く立ち上がる必要は無いが、ＯＦＦはある程度の速さで遮断することが必要となる。本発明のベースとなるＩＧＢＴに制御回路をインテリジェントした１チップタイプの点火装置は、チップが大形になってしまう電源端子を持たず、回路電源を点火信号のＨＩＧＨ電圧を用いることを特徴としているが、点火装置の多機能化を進めて回路規模が大きくなると回路間の干渉及び、回路電源確保とＩＧＢＴのゲート制御を両立させるため抵抗１０，１１，１２のように点火信号入力からＩＧＢＴ７のゲート部までの間が高抵抗化し、上記で述べたＩＧＢＴのＯＦＦを遅れらせてしまう問題があった。そこでＩＧＢＴ７がＯＦＦ時の放電経路をダイオード１５を用いて点火信号入力側に抵抗１１，１２をバイパスするように配置することで点火信号入力からＩＧＢＴゲートまでの高抵抗の影響を受けずに放電することができる。また、抵抗１０は基準電圧回路の電流を制御することを目的として配置されるため、抵抗１０≪（抵抗１１＋抵抗１２）となるためダイオード１５でバイパスしなくてもゲート容量の放電にはほとんど影響がないが、抵抗１０を含めてバイパスしても問題はない。ここで、抵抗９が無いとダイオード１５を介した電流は一定の放電ができずＩｃの遮断が遅れてしまう。点火時期の遅れる動作に関しては図２を用いて説明する。Ａ部電圧は点火信号でありＨＩＧＨの時、ＩＧＢＴがＯＮしＩｃが流れる。Ｉｃの遮断により点火コイルの高電圧が発生し、点火プラグにＶ２が発生し放電する。このＡ部電圧がＨＩＧＨ⇒ＬＯＷとなる立下りのタイミングを拡大すると本発明を用いた場合はＢのようになるのに対し、本発明を用いない場合はＣのように点火信号に対し大きく遅れることになる。また、Ｃの場合は、遅れが大きいばかりでなく抵抗のバラツキや温度特性等もバラツキがおおきくなるため、点火時期が制御し切れなくなってしまう。図３には従来の点火装置の例を示している。これは、独立した電源入力端子を有し、点火信号とは別に電源を取り込んでいる。この場合、ＶＢより取り込む電源ラインをサージなどの過電圧から保護するための回路が必要となり大形になってしまう他、大容量のコンデンサも必要となるため点火装置を１チップ化することができない。よって、回路部分をＨｙＩＣ３６で構成し単体のＩＧＢＴ２７と別体とする構成となる。別電源を用いることでＩＧＢＴ２７のゲートを直接制御するプリドライバを構成できるためＩＧＢＴ２７がＯＦＦするときに遅れを生じることはないが、１チップタイプの点火装置に対し大形でコスト高になってしまう。図４には本発明を用いた点火装置と組み合わせるＥＣＵの出力段の構成がＶｃｃをＮＰＮトランジスタを用いてＧＮＤとの間で短絡，非短絡することでＨＩＧＨ，ＬＯＷの点火信号を出力するタイプの場合を示す。このタイプのＥＣＵと組み合わせた場合は、トランジスタ４２がＯＮでＩＧＢＴ４７がＯＦＦするためダイオード５５を介しトランジスタ４２を介してゲート容量は放電されるため抵抗４９が無くてもＩＧＢＴ４７の遮断を妨げることは無い。しかし、ＩＧＢＴを用いた１チップタイプの点火装置で多機能化をすると入力インピーダンスが大きくなるため点火装置に流れ込む電流が少なくなり、ＥＣＵ４１と点火装置４４の間のコネクタ接続部の端子部接触電流が不足し、接続不具合が懸念される。この場合、抵抗４９は接触電流確保のためのプルダウン抵抗として有効である。以上のように、ＩＧＢＴのゲート容量を引き抜くダイオードと点火信号入力部とＧＮＤ間のプルダウン抵抗を組み合わせることでインテリジェントＩＧＢＴの１チップタイプの点火装置の多機能化が可能となる。また、このＥＣＵ４１と組み合わせた場合は、ダイオード５５が抵抗５０をバイパスしないことでＩＧＢＴのゲート容量がトランジスタ４２に引き抜かれるときの尖頭電流を制限しトランジスタ４２を保護することができる。
【０００７】
【発明の効果】
小形で安価なインテリジェントＩＧＢＴの１チップタイプの点火装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の点火装置の回路構成。
【図２】本発明の動作波形。
【図３】従来の点火装置の点火システム及び回路構成の一例。
【図４】本発明の点火装置と他のＥＵＣを組み合わせた例。
【符号の説明】
１…ＥＣＵ、２…ＰＮＰトランジスタ、３，９，１４…抵抗、４，２４，４４…点火装置、５…点火コイル、６…点火プラグ、７…ＩＧＢＴ、８…過電圧保護ツェナーダイオード、１３…スイッチング素子、１５…ダイオード。

Claims (5)

1. 電子制御装置（以下ＥＣＵと称す）から出力される点火制御信号に応じて点火コイルに流れる一次電流を通電，遮断制御して、その二次側に高電圧を発生させるスイッチング素子を絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（以下ＩＧＢＴと称す）で構成し、該ＩＧＢＴと同一チップ上に電流制限回路やセルフシャットオフ回路などの制御回路を構成する１チップタイプの点火装置において、
   前記点火制御信号がＯＦＦした時に該ＩＧＢＴのゲート電圧を引き抜くためのバイパス回路を制御回路部を介さずに、該ＩＧＢＴのゲートと点火信号入力端子部間に設けたことを特徴とする内燃機関用点火装置。
2. 請求項１において、上記バイパス回路にダイオードを用いアノードをＩＧＢＴのゲートに接続し、カソードを点火入力端子側に接続したことを特徴とする内燃機関用点火装置。
3. 請求項１において、上記バイパス回路にダイオードを用いアノードをＩＧＢＴのゲートに接続し、カソードを点火入力端子側に接続するとともに、アノードとＩＧＢＴのゲート間又はカソードと点火信号入力端子間のいずれか、又は両方に直列に抵抗を配置してなることを特徴とする内燃機関用点火装置。
4. 請求項１において、点火信号入力端子とＧＮＤ間にプルダウン抵抗を有し、上記バイパス回路にダイオードを用いアノードをＩＧＢＴのゲートに接続し、カソードを点火信号入力端子側に接続することでＩＧＢＴのゲート電圧を放電する放電回路を設けたことを特徴とする内燃機関用点火装置。
5. 請求項１において、点火信号が入力される入力端子と点火コイルの一次コイルと接続されるコレクタ端子とＧＮＤ端子の３つの端子を有し、電源端子を持たない事を特徴とする内燃機関用点火装置。

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