JP2005098143A - 内燃機関点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 バッテリなどの電源に接続される電源端子を持たないスイッチング回路を構成し、その端子構造を簡単化するとともに、スイッチング素子のオン期間におけるゲート電圧を定電圧に保持し、確実な点火を行うことできる内燃機関点火装置を提案する。
【解決手段】 スイッチング回路は、電源端子を持たず、点火コイルに接続される出力端子と、点火信号電圧の供給を受ける入力端子と、基準電位に接続される基準電位端子を持って構成される。入力端子と基準電位端子との間に電流供給回路を接続し、この電流供給回路からスイッチング素子の駆動抵抗に電流を供給する。この電流供給回路は、定電流回路により制御され、点火信号電圧の立上がり部分と立下り部分との間で、駆動抵抗に定電流化された駆動電流を供給する。この定電流化された駆動電流は、オン期間中に、スイッチング素子のゲート電圧を一定に保持する。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば自動車に搭載される内燃機関点火装置に関するもので、詳しくは点火コイルの一次コイルの電流をスイッチング素子により遮断することにより、点火コイルの二次コイルに点火用高電圧を発生する内燃機関点火装置に関するものである。

従来の内燃機関点火装置では、点火コイルの一次コイルに接続されたスイッチング素子を開閉するスイッチング回路として、バッテリに接続された電源端子と、点火コイルの一次コイルに接続された出力端子と、点火信号電圧の入力端子と、基準電位端子とを持つものが多く用いられている。この電源端子、出力端子、入力端子、基準電位端子の４つの端子を持った内燃機関点火装置は、電源端子と基準電位端子との間に各制御回路を接続することにより、各制御回路を電源端子にバッテリからの安定した電圧を与え、各制御回路を安定して動作させることができる。しかし、電源端子を含む４つの端子を有するため、その端子構造が複雑となる。

端子構造を簡単化した従来の内燃機関点火装置が、例えば特許第２７４９７１４号公報に示されている。この内燃機関点火装置は、バッテリに接続される電源端子を持たず、点火コイルの一次コイルに接続された出力端子と、点火信号電圧の入力端子と、基準電位端子の３つの端子を持って構成されており、端子構造を簡単化できる。この内燃機関点火装置は、出力端子と基準電位端子との間に接続されたスイッチング素子を、入力端子に供給される点火信号電圧によりオン、オフする。併せてこのスイッチング素子を制御する制御回路も、入力端子と基準電位端子との間に接続され、点火信号電圧に基づき動作される。

特許２７４９７１４号公報

しかし、この種の電源端子を持たない内燃機関点火装置では、点火コイルの一次コイルに接続されるスイッチング素子が、入力端子に供給される点火信号電圧によって駆動されるので、点火信号電圧のレベルの変動が点火特性を悪化させる不都合がある。例えば、スイッチング素子のオン状態において、点火コイルの一次コイルにはそのインダクタンスの影響で、時間経過とともに増加する電流が流れるが、このスイッチング素子のオン状態において点火信号電圧のレベルが低ければ、スイッチング素子のオン抵抗が比較的大きい状態で点火コイルの一次コイルへの通電が行われるため、点火コイルの一次コイルの電流が充分な値まで増加しない状態で、スイッチング素子がオフする結果になり、充分な点火電圧を発生できず、エンジンに対する点火エネルギーが不足して、エンジン出力が低下したり、またエンジンに対する点火が行われない失火が起こる場合も発生する。

また、スイッチング素子のオン状態において、ノイズのために点火信号電圧が脈動すると、点火コイルの一次コイルの通電電流も変動して、点火タイミングでない誤ったタイミングで誤点火が起こる危険があり、また点火信号電圧の脈動のために、誤点火に至らないまでも、点火コイルの一次コイルの電流が充分な値まで増加しない状態で、スイッチング素子がオフする結果になり、充分な点火電圧を発生できず、エンジンに対する点火エネルギーが不足して、エンジン出力な低下が起こる。

この発明は、電源端子を持たず、出力端子と、入力端子と、基準電位端子を持ったスイッチング回路において、点火信号電圧のレベル変動によって点火特性が悪化しないように改良された内燃機関点火装置を提案するものである。

この発明による内燃機関点火装置は、一次コイルと二次コイルを有する点火コイル、および点火信号電圧に基づき前記点火コイルの一次コイルの電流を遮断し前記点火コイルの二次コイルに点火用高電圧を発生させるスイッチング回路を備えた内燃機関点火装置である。この発明において用いられる点火信号電圧は、立上がり部分と立下り部分を含んだパルス状電圧であり、またスイッチング回路は、バッテリに接続される電源端子を持たず、前記点火コイルの一次コイルに接続される出力端子と、前記点火信号を受ける入力端子と、基準電位端子とを持って構成される。このスイッチング回路は、出力端子と基準電位端子との間に接続されオン状態で点火コイルの一次コイルに電流を流し、オフ状態になったときに一次コイルの電流を遮断するスイッチング素子と、このスイッチング素子に対する駆動抵抗と、入力端子と基準電位端子との間に接続され前記駆動抵抗に電流を供給する電流供給回路とを有する。電流供給回路は、点火信号電圧に基づき、その立上がり部分において、駆動抵抗への駆動電流の供給を開始し、スイッチング素子をオン状態とし、またその立下り部分において、駆動電流を遮断してスイッチング素子をオフ状態とするように構成される。この電流供給回路は、定電流回路を含み、この定電流回路は、駆動電流を定電流化し、この定電流化された駆動電流を駆動抵抗に供給する。

この発明による内燃機関点火装置では、スイッチング回路がバッテリに接続される電源端子を持たずに、出力端子と、入力端子と、基準電位端子の３つの端子を持ち、端子構造が簡単化することができる。加えて、電流供給回路が定電流回路を含み、この定電流回路が定電流化した駆動電流を駆動抵抗に供給するので、スイッチング素子のオン状態における駆動電流が定電流化され、点火信号電圧のレベルが変動してもスイッチング素子の動作レベルを一定に保持でき、点火信号電圧レベルの変動による点火特性の悪化を回避できる。

以下この発明のいくつかの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はこの発明による内燃機関点火装置の実施の形態１を示す。図２は実施の形態１の動作説明用の特性図である。
この実施の形態１の内燃機関点火装置は、自動車に搭載された内燃機関に対する点火装置であって、点火コイル１と、点火駆動回路５と、スイッチング回路１０を含んでいる。点火コイル１は一次コイル２と二次コイル３を有し、車載バッテリなどの電源端子ＶＢに接続されている。車載バッテリは例えば１２ボルトであり、電源端子ＶＢは例えば１２ボルトである。二次コイル３には、スパークプラグ４が接続される。このスパークプラグ４は、内燃機関の燃焼室に配置され、燃焼室内に供給されるガソリンなどの燃料に点火して、燃焼させる。

点火駆動回路５は、自動車に搭載される電子制御装置（ＥＣＵ）に含まれる。この電子制御装置はマイクロプロセッサ、メモリ、入出力回路などを内蔵し、自動車の各種電気負荷を集中的に制御するものである。点火駆動回路５は、例えばＰＮＰ形駆動トランジスタ６を含み、この駆動トランジスタ６はバイポーラトランジスタであり、そのエミッタは電源端子ＶＢもしくはＥＣＵの内部電源に接続され、またそのコレクタは抵抗７を介して点火信号端子５ａに接続されている。駆動トランジスタ６のベースは、電子制御装置（ＥＣＵ）によって制御され、点火信号端子５ａに点火信号電圧Ｖｉを発生する。この点火信号電圧Ｖｉは例えば、パルス形状波形を持った信号電圧である。

スイッチング回路１０は、３つの端子、すなわち出力端子１０ａと、入力端子１０ｂと、基準電位端子１０ｃを持って構成される。出力端子１０ａは点火コイル１の一次コイル２に直接接続され、入力端子１０ｂは点火駆動回路５の点火信号端子５ａに直接接続される。また基準電位端子１０ｃは、自動車の車体などの共通電位点ＧＮＤに直接接続される。この共通電位点ＧＮＤは通常アースと呼ばれ、この共通電位点ＧＮＤには、自動車に搭載される各種の電気機器、例えば電子制御装置（ＥＣＵ）の基準電位端子も共通に接続される。スイッチング回路１０は、バッテリなどの電源端子ＶＢに接続される電源端子を持っておらず、このスイッチング回路１０の端子構造は、上に述べた３つの端子、すなわち、出力端子１０ａと、入力端子１０ｂと、基準電位端子１０ｃで構成される。この３つの端子からなる端子構造は、電源端子を含まないため、簡単化される。

スイッチング回路１０の内部構成について説明する。このスイッチング回路１０は、点火信号ライン１１と、基準電位ライン１２と、スイッチング素子２０と、このスイッチング素子２０に対する駆動抵抗２０Ｒと、電流供給回路３０と、定電流回路４０とを含んでいる。
点火信号ライン１１は入力抵抗１３、１４の接続点に接続され、基準電位ライン１２は基準電位端子１０ｃに接続される。入力抵抗１３、１４は入力端子１０ｂと基準電位ライン１２との間に互いに直列に接続され、点火信号端子５ａに出力される点火信号電圧Ｖｉを分圧して、分圧された点火信号電圧Ｖｉｏを点火信号ライン１１に出力する。

スイッチング素子２０は点火コイル１の一次コイル２に対する通電回路をオン、オフするパワースイッチング素子である。実施の形態１では、ＩＧＢＴと呼ばれるパワー半導体スイッチング素子が使用されている。このＩＧＢＴは絶縁ゲート形バイポーラトランジスタであって、コレクタＣ、エミッタＥ、ゲートＧの３つの端子を有する。このスイッチング素子２０のコレクタＣは出力端子１０ａに直接接続され、そのエミッタＥは基準電位端子１０ｃに直接接続される。駆動抵抗２０Ｒの一端はスイッチング素子２０のゲートＧに直接接続され、その他端はスイッチング素子２０のエミッタＥに直接接続され、この駆動抵抗２０Ｒがスイッチング素子２０にゲート電圧Ｖｇを供給する。

図２は、点火信号電圧Ｖｉｏと、ゲート電圧Ｖｇの変化を示す。図２において、縦軸は電圧であり、横軸は時間である。点火信号電圧Ｖｉｏはパルス状電圧であって、フロントエンドに立上がり部分ＳＵを、またリアエンドに立下り部分ＳＤを含んでいる。ゲート電圧Ｖｇは点火信号電圧Ｖｉｏに基づいて生成されるので、点火信号電圧Ｖｉｏと同様に、パルス状電圧である。

点火信号電圧Ｖｉｏの立上がり部分ＳＵでは、電流供給回路３０から駆動抵抗２０Ｒへの駆動電流の供給が開始され、駆動抵抗２０Ｒの両端のゲート電圧Ｖｇが立上がり、このゲート電圧Ｖｇがスイッチング素子２０のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈを越えたタイミングｔｏｎにおいて、スイッチング素子２０がオンとなり、電源端子ＶＢから点火コイルの一次コイル２への通電が開始される。タイミングｔｏｎは通電タイミングである。
また点火信号電圧Ｖｉｏの立下り部分ＳＤにおいては、ゲート電圧Ｖｇがスレッシュホールド電圧Ｖｔｈ以下となったタイミングｔｏｆｆで、スイッチング素子２０がオフされる。スイッチング素子２０は、そのオン状態において、コレクタＣとエミッタＥとの間に電流を流し、点火コイル１の一次コイル２に電流を流す。スイッチング素子２０がオフとなったタイミングｔｏｆｆにおいて、一次コイル２に流れる電流が遮断され、二次コイル３に点火用高電圧を発生させ、スパークプラグ４に火花を発生させる。タイミングｔｏｆｆは点火タイミングである。

電流供給回路３０は、点火信号ライン１１と基準電位ライン１２との間に接続される。この電流供給回路３０は、２つの出力トランジスタ３１、３２を含むカレントミラー回路３３を含んでいる。トランジスタ３１、３２は例えばＰチャンネルＭＯＳトランジスタであり、それらのソースＳはともに点火信号ライン１１に直接接続され、またそれらのゲートは互いに接続され、トランジスタ３１のドレインＤに接続される。出力トランジスタ３１のドレインＤは定電流回路４０の定電流トランジスタ４１を経由して基準電位ライン１２に接続され、また出力トランジスタ３２のドレインＤは駆動抵抗２０Ｒを経由して基準電位ライン１２に接続される。

定電流回路４０は、定電流トランジスタ４１とともに、上部トランジスタ４２、４３と下部トランジスタ４４、４５と、起動トランジスタ４８、４９を有する。上部トランジスタ４２、４３は例えばＰチャンネルＭＯＳトランジスタであり、定電流トランジスタ４１と下部トランジスタ４４、４５と起動トランジスタ４８、４９はＮチャンネルＭＯＳトランジスタである。

上部トランジスタ４２のソースＳは抵抗４６Ｒとダイオード４６Ｄを介して点火信号ライン１１に接続され、またトランジスタ４３のソースＳはダイオード４７を介して点火信号ライン１１に接続される。ダイオード４６Ｄは、アノードが点火信号ライン１１に、カソードが抵抗４６Ｒを介してトランジスタ４２のソースＳにそれぞれ接続される。ダイオード４７は、アノードが点火信号ライン１１に、カソードがトランジスタ４３のソースＳに接続される。これらのトランジスタ４２、４３のゲートは互いに接続され、トランジスタ４３のドレインＤに接続されている。

下部トランジスタ４４、４５のドレインＤはそれぞれ上部トランジスタ４２、４３のドレインＤに直接接続され、トランジスタ４４、４５のソースＳはそれぞれ基準電位ライン１２に直接接続される。これらのトランジスタ４４、４５のゲートは互いに接続され、定電流トランジスタ４１のゲートに直接接続されるとともに、トランジスタ４２のドレインＤに接続されている。

起動トランジスタ４８のドレインＤはトランジスタ４９のゲートに直接接続されるとともに、起動抵抗４８Ｒを介して点火信号ライン１１に接続される。このトランジスタ４８のゲートは下部トランジスタ４４、４５のゲートに直結され、このトランジスタ４８のソースＳは基準電位ライン１２に直接接続されている。トランジスタ４９のドレインＤはトランジスタ４３のゲートとドレインＤに接続され、またトランジスタ４５のドレインＤに接続されている。このトランジスタ４９のソースＳは基準信号ライン１２に直接接続されている。

定電流回路４０は起動トランジスタ４８、４９によって起動される。まず点火信号電圧Ｖｉｏの立上がり部分ＳＵにおいて、点火信号電圧Ｖｉｏの増大により、起動トランジスタ４９がオンとなり、トランジスタ４２、４３のゲート電位を基準電位ライン１２の基準電位に近づける。この結果、トランジスタ４２、４３のソースＳ、ドレインＤ間に電流が流れ、トランジスタ４４、４５、４８のゲート電位が基準電位ライン１２の基準電位に近づき、これらのトランジスタ４４、４５、４８のソースＳ、ドレインＤ間に電流が流れる。トランジスタ４４、４５、４８のゲート電位が所定値に保たれるため、トランジスタ４２、４４およびトランジスタ４３、４５を流れる電流は一定値に保持され、定電流トランジスタ４１は一定電流を出力トランジスタ３１、３２から引き込むように動作する。
このように、定電圧回路４０の定電流トランジスタ４１は、点火信号ライン１１の点火信号電圧Ｖｉｏに基づき、出力トランジスタ３１、３２から定電流を引き出すように動作する。この結果、出力トランジスタ３２は、駆動抵抗２０Ｒに対し、一定の駆動電流Ｉｄの供給を開始し、スイッチング素子２０のゲート電圧Ｖｇは一定値に保持される。

点火信号電圧Ｖｉｏの立下り部分ＳＤにおいて、点火信号ライン１１の点火信号電圧Ｖｉｏが低下すると、定電流回路４０を流れる電流が遮断され、定電流トランジスタ４１による電流引き込み作用が停止し、その結果、出力トランジスタ３１、３２はともにオフとなり、駆動電流Ｉｄが遮断される。

このように、点火信号電圧Ｖｉｏの立上がり部分ＳＵの通電タイミングｔｏｎでは、定電流化された駆動電流Ｉｄの供給が開始され、ゲート電圧Ｖｇがスイッチング素子２０のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈを越えるので、スイッチング素子２０がオンとなり、電源端子ＶＢから点火コイル１の一次コイル２への通電が開始される。立下り部分ＳＤの点火タイミングｔｏｆｆでは、駆動電流Ｉｄが遮断され、点火コイル１の二次コイル３に点火用高電圧が発生して、スパークプラグ４に点火が行われる。

以上にように、実施の形態１では、電流供給回路３０および定電流回路４０がともに点火信号ライン１１と基準電位ライン１２との間に接続され、点火信号電圧Ｖｉ、Ｖｉｏの立上がり部分ＳＵと立下がり部分ＳＤとにおいて、電流供給回路３０による駆動抵抗２０Ｒへの駆動電流Ｉｄの供給開始と遮断を行う。この構成に基づき、スイッチング回路１０は、バッテリに接続される電源端子を持たずに、出力端子１０ａと入力端子１０ｂと基準電位端子１０ｃの３つの端子を持って構成される。このスイッチング回路１０が電源端子を持たないことにより、スイッチング回路１０の端子構造が簡略化できる。

実施の形態１において、定電流回路４０は変化する点火信号電圧Ｖｉｏを電圧源として、点火信号電圧Ｖｉｏの立上がり部分ＳＵと立下り部分ＳＤの間において、電流供給回路３０の出力トランジスタ３１、３２から定電流を引き出し、駆動抵抗２０Ｒへ定電流化された駆動電流Ｉｄを供給する。この定電流化された駆動電流Ｉｄは、スイッチング素子２０のゲート電圧Ｖｇの変動を防止し、電源端子を持たないスイッチング回路１０において、点火特性が悪化するのを防止する。例えば、スイッチング素子２０のオン状態において、点火信号電圧Ｖｉｏのレベルが低くても、駆動電流Ｉｄは定電流化された一定電流とされるので、ゲート電圧Ｖｇも一定値に保持され、それに応じて、点火タイミングｔｏｆｆでは、点火コイルの一次コイル２の通電電流が充分な値まで上昇した状態で、その通電電流が遮断されることになり、この通電電流が不足することによって内燃機関の点火エネルギーが不足したり、最悪失火するのを防止することができる。併せて、スイッチング素子２０のオン期間において、ノイズによりゲート電圧Ｖｇが変動するのも回避することができ、このノイズによる点火用高電圧の不足、失火をも防止することができる。

なお、実施の形態１では、電流供給回路３０の各トランジスタをＭＯＳトランジスタで構成しているが、各トランジスタをすべてバイポーラトランジスタに変更することも可能である。この場合、Ｐチャンネルトランジスタ３１、３２、４２、４３をＰＮＰ形バイポーラトランジスタに置き換え、またＮチャンネルトランジスタ４１、４４、４５、４８、４９をＮＰＮ形バイポーラトランジスタに置き換えることにより、同じ機能を達成することができる。

実施の形態２．
図３はこの発明による内燃機関点火装置の実施の形態２を示す。この実施の形態２は、スイッチング回路１０Ｂを使用する。このスイッチング回路１０Ｂは、図１に示す実施の形態１のスイッチング回路１０に、電流制限回路６０を付加したものであり、これに伴い図１に示すスイッチング素子２０に代わり、補助エミッタＥ１を持ったスイッチング素子２０Ａが使用される。その他は図１の実施の形態１と同じに構成されるので、同じ部分を同じ符号で示し、説明を省略する。

スイッチング素子２０Ａは、ＩＧＢＴであり、これはコレクタＣと、主エミッタＥ、補助エミッタＥ１、ゲートＧを有する。コレクタＣはスイッチング回路１０Ｂの出力端子１０ａに、主エミッタＥはその基準電位端子１０ｂにそれぞれ直接接続される。
電流制限回路６０は、スイッチング素子２０Ａのオン状態において、スイッチング素子２０Ａの通電電流を制限し、スイッチング素子２０Ａに流れる電流が過大になるのを防ぐように働く保護回路である。この電流制限回路６０は、電流制限コンパレータ６１と、基準電位源６２と、検出抵抗６３、６４、６５と、電流制限トランジスタ６６を含んでいる。検出抵抗６５は補助エミッタＥ１に接続され、スイッチング素子２０Ａの通電電流を検出する通電電流検出回路ＩＤを構成する。検出抵抗６３、６４はコレクタＣ、すなわち出力端子１０ａに接続され、出力端子１０ａの出力電圧を検出する出力電圧検出回路ＶＤを構成する。

電流制限コンパレータ６１は、マイナス側入力ａと、プラス側入力ｂと、出力ｃを有する。出力電圧検出回路ＶＤを構成する検出抵抗６３、６４は、基準電位源６２とともに、スイッチング素子２０ＡのコレクタＣと基準電位ライン１２との間に、互いに直列に接続される。検出抵抗６３がコレクタＣに直接接続され、基準電位源６２のマイナス側端子が基準電位ライン１２に直接接続され、検出抵抗６３と基準電位源６２のプラス側端子との間に検出抵抗６４が接続される。通電電流検出回路ＩＤを構成する検出抵抗６５はスイッチング素子２０Ａの補助エミッタＥ１と基準電位ライン１２との間に接続される。スイッチング素ス２０Ａの補助エミッタＥ１は電流制限コンパレータ６１のマイナス側入力ａに接続され、検出抵抗６３、６４の相互接続点は電流制限コンパレータ６１のプラス側入力ｂに接続されている。基準電位源６２は定電圧ｅの電位源であり、そのプラス側端子が検出抵抗６４に接続され、この検出抵抗６４を介して電流制限コンパレータ６１のプラス側入力ｂに接続される。

電流制限トランジスタ６６はＰチャンネルＭＯＳトランジスタである。このトランジスタ６６のソースＳは電流供給回路３０の端子３０ａに接続され、点火信号ライン１１に直接接続されている。トランジスタ６６のドレインＤは電流供給回路３０の端子３０ｂに接続され、出力トランジスタ３１のゲートとドレインＤに直接接続されている。トランジスタ６６のゲートは電流制限コンパレータ６１の出力ｃに接続されている。

点火コイル１の一次コイル２を流れるスイッチング素子２０Ａのコレクタ電流が制限電流以下であり、電流制限コンパレータ６１のマイナス側入力ａの電位Ｖａが、プラス側入力ｂの電位Ｖｂよりも小さいときに、出力ｃに高レベル出力を発生し、電流制限トランジスタ６６をオフさせる。点火コイル１の一次コイル２を流れる電流が増大し、検出抵抗６５を流れる電流が増大して、電流制限コンパレータ６１のマイナス側入力ａの電位Ｖａがプラス側入力ｂの電位Ｖｂを越えれば、電流制限コンパレータ６１の出力ｃの出力電位Ｖｃはそれらの電位差Ｖａ−Ｖｂの大きさに応じて低下し、それに応じて電流制限トランジスタ６６のゲート電圧を下げて、トランジスタ６６のソースＳとドレインＤとの間に電流を流す。この電流制限トランジスタ６６の電流に応じて、電流供給回路３０の出力トランジスタ３１の電流がバイパスされ、出力トランジスタ３２から駆動抵抗２０Ｒへの電流を減少させ、スイッチング素子２０ＡのゲートＧの電位を低下させる。このゲート電位Ｇの低下により、スイッチング素子２０Ａのコレクタ電流が低下し、そのコレクタ電流の増加が制限される。

電流制限コンパレータ６１のプラス側入力ａの電位Ｖａは、基準電位源６２による定電位成分ｅと、出力端子１０ａ、すなわちスイッチング素子２０ＡのコレクタＣの電位に比例する比例電位成分ｅｃとが加算された電位である。この比例電位成分ｅｃは出力電圧検出回路ＶＤの検出抵抗６３、６４によって検出される。この比例電位成分ｅｃは、電流制限コンパレータ６１のプラス側入力ｂの電位Ｖｂをその大きさに応じて上昇させる。この比例電位ｅｃの増大は、電流制限コンパレータ６１の動作特性を変更し、スイッチング素子２０Ａのコレクタ電圧Ｖｃｅの変化を抑制する。

図４は電流制限回路６０の動作説明線図であり、点火信号電圧Ｖｉｏが点火信号ライン１１をプラスとする極性で供給された場合において、スイッチング素子２０Ａのコレクタ、エミッタ間電圧Ｖｃｅとコレクタ電流Ｉｃの関係を示す。縦軸はスイッチング素子２０Ａのコレクタ電流Ｉｃを、また横軸はそのコレクタ電圧Ｖｃｅを示す。動作点ａはスイッチング素子２０Ａが点火信号電圧Ｖｉｏの上昇に伴い、スイッチング素子２０Ａがオンとなるポイントである。この動作点ａからスイッチング素子２０Ａは点火コイル１の一次コイル２への電流の供給を開始し、コレクタ電流Ｉｃが急激に増加し、これに伴ってコレクタ電圧Ｖｃｅも増加する。動作点ｂは電流制限回路６０がスイッチング素子２０Ａのコレクタ電流Ｉｃの制限を開始するポイントである。この動作点ｂでは、コレクタ電流ＩｃはＩｃ１であり、コレクタ電圧ＶｃｅはＶｃｅ１である。この動作点ｂでは、電位Ｖａが電位Ｖｂを超え、電流制限トランジスタ６６が出力トランジスタ３１を側路する動作が開始され、ゲートＧの電圧Ｖｇの低下が起こり、コレクタ電流Ｉｃの制限が開始される。

検出抵抗６３、６４が設けられず、比例電位成分ｅｃが与えられない場合には、スイッチング素子２０Ａは、動作点ｂから点線で示す特性Ｃ０に沿って動作点ｄへ変化するものとする。この特性Ｃ０によれば、動作点ｄにおいて、スイッチング素子２０Ａのコレクタ電流ＩｃがＩｃ２に達し、コレクタ電圧ＶｃｅはＶｃｅ３に達する。検出抵抗６３、６４による比例電位成分ｅｃは、動作点ｂからの動作特性を特性Ｃ１に変化したと等価な特性を電流制限コンパレータ６１に与える。この特性Ｃ１では、コレクタ電流ＩｃがＩｃ２に達したときに、動作点はｃとなり、コレクタ電圧ＶｃｅはＶｃｅ２（Ｖｃｅ２＜Ｖｃｅ３）になる。すなわち、特性Ｃ１は特性Ｃ０に比べて、コレクタ電圧Ｖｃｅの変化を抑制し、また電流制限動作が開始される動作点ｂにおけるコレクタ電圧Ｖｃｅの変化を小さく抑える。

図５は電流制限回路６０を付加した場合におけるコレクタ電流Ｉｃと、コレクタ電圧Ｖｃｅの波形変化を示す。図５（ａ）はコレクタ電流Ｉｃの変化を、また図５（ｂ）はコレクタ電圧Ｖｃｅの変化を示す。図５の横軸は時間である。通電タイミングｔｏｎにおいて、スイッチング素子２０Ａがオンとなり、コレクタ電流Ｉｃが流れ始め、またコレクタ電圧Ｖｃｅは急激に減少する。コレクタ電流Ｉｃが増加し、このコレクタ電流ＩｃがＩｃ１に達したタイミングｔ３において、電位Ｖａが電位Ｖｂを越えて、電流制限回路６０による電流制限動作が開始される。この電流制限動作の開始時点ｔ３では、コレクタ電流Ｉｃが点火コイル１の一次コイル２の大きなインダクタンスのために脈動し、コレクタ電圧Ｖｃｅも脈動するおそれがある。比例電位成分ｅｃによる特性Ｃ０から特性Ｃ１への変更は、この脈動を抑制する。

図５（ｃ）の破線の円内には、タイミングｔ３におけるコレクタ電圧Ｖｃｅの脈動を拡大して示す。特性Ｃ０では、破線で示す脈動波形Ｗ０となるが、比例電位成分ｅｃによる特性Ｃ１への変更に基づき、振動振幅の抑制された脈動波形Ｗ１となる。この抑制された脈動波形Ｗ１によって、このタイミングｔ３において、内燃機関に誤点火が起こるのを防止できる。
時点ｔ３の後の点火タイミングｔｏｆｆにおいて、点火信号電圧Ｖｉｏの下降に伴い、電流供給回路３０から駆動抵抗２０Ｒへの給電が停止されると、スイッチング素子２０Ａがオフとなり、コレクタ電流Ｉｃは急激に低下し、これに伴って、点火コイル１の二次コイル３に点火用高電圧が発生し、内燃機関に点火が行なわれる。なお、点火タイミングｔｏｆｆは、タイミングｔ３よりも前に設定される場合もある。

実施の形態２では、スイッチング回路１０Ｂを出力端子１０ａと、入力端子１０ｂと、基準電位端子１０ｃの３つの端子として、その端子構造を簡単化したものにおいて、通電電流検出回路ＩＤによりスイッチング素子２０Ａの通電電流を検出し、その通電電流の増大に応じて、電流供給回路３０から駆動抵抗２０Ｒへの電流を減少させる電流制限トランジスタ６６により、スイッチング素子２０Ａを効果的に保護できる。
加えて、出力電圧検出回路ＶＤにより、出力端子１０ａ、すなわちスイッチング素子２０Ａのコレクタ電圧Ｖｃｅを検出し、電流制限時のコンパレータ６１の動作特性を変更して、電流制限開始時におけるコレクタ電圧の脈動を抑制するようにしたので、電流制限開始時点における内燃機関への誤点火を防止できる。

実施の形態３．
図６はこの発明による内燃機関点火装置の実施の形態３を示す電気回路図である。この実施の形態３は、図３のスイッチング素子２０Ａを変形したスイッチング素子２０Ｂを使用し、また図３の電流制限回路６０を変形した電流制限回路６０Ａを使用したものであるが、図３に示す実施の形態２と同様に、スイッチング素子を保護する機能を持った実施の形態である。この実施の形態３において、スイッチング素子２０Ｂと電流制限回路６０Ａ以外は、図３に示す実施の形態２と同じであり、同じ部分を同じ符号で示し、説明を省略する。

実施の形態３に使用されるスイッチング素子２０Ｂは、ＩＧＢＴであるが、主ＩＧＢＴ２１と、センスＩＧＢＴ２４とラッチアップ素子２７を内蔵したものである。主ＩＧＢＴ２１は、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ２２とＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２３を直列に接続したものである。ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ２２のドレインＤはＰＮＰ形トランジスタ２３のベースＢに接続され、またＮチャンネルＭＯＳトランジスタ２２のソースＳはＰＮＰ形トランジスタ２３のコレクタＣに接続されている。ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２３のエミッタＥは、スイッチング素子２０ＢのコレクタＣとなり、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ２２のソースＳはスイッチング素子２０ＢのエミッタＥとなる。ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ２２のゲートＧはスイッチング素子２０ＢのゲートＧとなる。

センスＩＧＢＴ２４は、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ２５とＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２６を直列接続したものである。ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ２５のドレインＤはＰＮＰ形トランジスタ２６のベースＢに接続され、またＮチャンネルＭＯＳトランジスタ２５のソースＳはＰＮＰ形トランジスタ２６のコレクタＣに接続されている。ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２６のエミッタＥは、スイッチング素子２０ＢのコレクタＣに接続され、またＮチャンネルＭＯＳトランジスタ２５のゲートＧはスイッチング素子２０ＢのゲートＧに接続される。

ラッチアップ素子２７は、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２８とＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２９を有する。ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２８のコレクタＣはＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２９のベースＢに接続され、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２８のベースＢはＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２３、２６のベースＢと共通接続され、またＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２９のコレクタＣに接続される。ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２７のエミッタＥはスイッチング素子２０ＢのコレクタＣに接続される。

電流制限回路６０Ａは、電流制限コンパレータ６１と、基準電位源６２と、検出抵抗６７、６８、６９、７１、７２と、電流制限トランジスタ６６と、ツエナーダイオード群７３と、ツエナーダイオード７４を含んでいる。検出抵抗６７はセンスＩＧＢＴ２４のＮチャネルＭＯＳトランジスタ２５のソースＳに接続され、スイッチング素子２０Ｂの通電電流検出回路ＩＤを構成する。検出抵抗６８、６９、７１、７２、ツエナーダイオード群７３およびツエナーダイオード７４は、ラッチアップ素子２７のＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２９に接続され、スイッチング素子２０ＢのコレクタＣの電圧、すなわち出力端子１０ａの出力電圧を検出する出力電圧検出回路ＶＤを構成する。

通電電流検出回路ＩＤの検出抵抗６７は、センスＩＧＢＴ２４のＮチャンネルＭＯＳトランジスタ２５のソースＳと基準電位ライン１２との間に接続される。出力電圧検出回路ＶＤのツエナーダイオード群７３は、例えば３つのツエナーダイオードを直列したもので、ラッチアップ素子２７のＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２９のベースＢと基準電位ライン１２との間に接続されている。このツエナーダイオード群７３は、そのカソードがＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２９のベースＢに、そのアノードが基準電位ライン１２に接続される。検出抵抗６８、６９は、ラッチアップ素子２７のＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２９のエミッタＥと基準電位ライン１２との間に互いに直列に接続されている。ツエナーダイオード７４は、検出抵抗６８と並列に接続され、そのカソードはＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２９のエミッタＥに、またそのアノードは検出抵抗６８、６９の相互接続点にそれぞれ接続される。基準電位源６２と検出抵抗７１、７２は、検出抵抗６９と並列な回路に、互いに直列に接続される。基準電位源６２は、そのマイナス側端子が基準電位ライン１２に接続され、そのプラス側端子が検出抵抗７２、７１を介して、検出抵抗６８、６９の相互接続点に接続される。

電流制限コンパレータ６１のプラス側入力ｂは検出抵抗７１、７２の相互接続点に接続され、そのマイナス側入力ａは検出抵抗６７とＮチャンネルＭＯＳトランジスタ２５のソースＳとの相互接続点に接続され、出力ｃは電流制限トランジスタ６６のゲートに接続される。電流制限トランジスタ６６のソースＳ、ドレインＤは電流供給回路３０の端子３０ａ、３０ｂに接続され、図６に示す実施の形態３と同様に、電流供給回路３０の出力トランジスタ３２のソースＳ、ドレインＤにそれぞれ直接接続される。

図７はこの実施の形態３において、スイッチング素子２０ＢのコレクタＣからエミッタＥへ流れるコレクタ電流Ｉｃと、そのコレクタＣとエミッタＥとの間のコレクタ電圧Ｖｃｅの特性を示す。この特性は、動作点ａ、ｂ１、ｅ、ｆを含み、これらの動作点の間に領域Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４を含む。領域Ｚ１は動作点ａ、ｂ１の間の領域、領域Ｚ２は動作点ｂ１、ｅの間の領域、領域Ｚ３は動作点ｅ、ｆの間の領域であり、領域Ｚ４は動作点ｆ以上の領域である。

動作点ａにおいて、スイッチング素子２０Ｂがオンし、点火コイル１の一次コイル２に電流が流れ始める。動作点ａから動作点ｂ１に向かって、コレクタ電流Ｉｃは急激に増加する。点火コイル１の一次コイル２を流れるスイッチング素子２０Ｂのコレクタ電流が制限電流以下であり、電流制限コンパレータ６１のマイナス側入力ａの電位Ｖａが、プラス側入力ｂの電位Ｖｂよりも小さいときには、電流制限コンパレータ６１の出力ｃに高レベル出力が発生し、電流制限トランジスタ６６がオフとなる。点火コイル１の一次コイル２を流れる電流が増大し、検出抵抗６７を流れる電流が増大して、電流制限コンパレータ６１のマイナス側入力ａの電位Ｖａがプラス側入力ｂの電位Ｖｂを越えれば、電流制限コンパレータ６１の出力ｃの出力電位Ｖｃはそれらの電位差Ｖａ−Ｖｂの大きさに応じて低下し、それに応じて電流制限トランジスタ６６のゲート電位を低下させ、トランジスタ６６のソースＳとドレインＤとの間にドレイン電流を流す。この電流制限トランジスタ６６のドレイン電流に応じて、電流供給回路３０のトランジスタ３１のソース、ドレイン間電流がバイパスされ、トランジスタ３２から駆動抵抗２０Ｒへの電流を減少させ、スイッチング素子２０ＢのゲートＧの電位を低下させる。このゲート電位Ｇの低下により、スイッチング素子２０Ｂのコレクタ電流が低下し、そのコレクタ電流の増加が制限される。

領域Ｚ１、Ｚ２では、ツエナーダイオード群７３、ツエナーダイオード７４はともにオフしており、電流制限コンパレータ６１のプラス側入力Ｖｂは、基準電位源６２の定電圧成分ｅと、比例電圧成分ｅｃに応じて上昇する。領域Ｚ３では、ツエナーダイオード群７３はオフし、ツエナーダイオード７４がオンとなる。このツエナーダイオード７４のオンに基づき、検出抵抗６８の両端電圧がツエナーダイオード７４によりクランプされるので、このツエナーダイオード７４のクランプ電圧を越える電圧成分は検出抵抗６９に集中する結果となり、このため電流制限コンパレータ６１のプラス側入力Ｖｂがより大きく変化するので、領域Ｚ３ではコレクタ電圧Ｖｃｅに対するコレクタ電流Ｉｃの変化の傾きが、領域Ｚ２に比べて大きくなる。領域Ｚ４では、ツエナーダイオード群７３もオンとなる。このため、検出抵抗６８、６９の両端の検出電圧はツエナーダイオード群７３によってクランプされて、それ以上増加しない。このため、領域Ｚ４では電流制限コンパレータ６１のプラス側入力Ｖｂの増加がツエナーダイオード群７３によって抑制される結果となり、電流制限コンパレータ６１の出力ｃの電位は検出抵抗６７の検出電圧に応じて減少し、コレクタ電流Ｉｃの抑制効果が大きくなる。

図８は電流制限回路６０Ａを付加した場合におけるスイッチング素子２０Ｂのコレクタ電流Ｉｃと、コレクタ電圧Ｖｃｅの波形変化を示す。図８（ａ）はコレクタ電流Ｉｃの変化を、また図８（ｂ）はコレクタ電圧Ｖｃｅの変化を示す。図８の横軸は時間である。通電タイミングｔｏｎにおいて、スイッチング素子２０Ｂがオンとなり、コレクタ電流Ｉｃが流れ始め、またコレクタ電圧Ｖｃｅは急激に減少する。コレクタ電流Ｉｃが増加し、このコレクタ電流Ｉｃが増大した時点ｔ３において、電位Ｖａが電位Ｖｂを越えて、電流制限回路６０Ａによる電流制限動作が開始される。この電流制限動作は領域Ｚ２、Ｚ３において段階的に変化する結果となり、コレクタ電圧Ｖｃｅの脈動がより効果的に抑えられる。動作点ｅは電流制限動作の屈曲点となり、この動作点ｅよりもコレクタ電圧Ｖｃｅが低い領域Ｚ２では、動作点ｅよりもコレクタ電圧Ｖｃｅが高い領域Ｚ３に比べて、コレクタ電圧Ｖｃｅに対するコレクタ電流Ｉｃの傾きが小さくなっている。

この動作点ｅにおける電流制限動作の屈曲は、スイッチング素子２０Ｂに充分なコレクタ電流Ｉｃを与えるとともに、その段階的な電流制限動作を与える。図３に示す実施の形態２では、動作点ｂから特性Ｃ１に従った電流制限動作を与え、動作点ｂでコレクタ電圧Ｖｃｅが脈動するのを防止したが、この実施の形態３ではコレクタ電流Ｉｃの小さい領域から電流制限動作を与える結果、コレクタ電流Ｉｃが抑えられ、スイッチング素子２０Ａの通電電流が減少する。この実施の形態３は、電流制限動作を動作点ｂよりもコレクタ電流Ｉｃが大きい動作点ｂ１に設定して、コレクタ電流Ｉｃをより大きくし、より充分な通電電流を点火コイル１の一次コイル２に流すようにしている。

領域Ｚ２における電流制限動作は図４の特性Ｃ０に相当し、領域Ｚ３における電流制限動作は図４の特性Ｃ１に相当する。このように電流制限動作を動作点ｅで屈曲させ、段階的に変化させることによって、図８に示すようにタイミングｔ３付近で充分なコレクタ電流を流すことができ、電源端子ＶＢの電圧が高い状態においてコレクタ電圧変動を抑制することができる。

タイミングｔ３の後の点火タイミングｔｏｆｆにおいて、点火信号電圧Ｖｉｏの下降に伴い、電流供給回路３０から駆動抵抗２０Ｒへの給電が停止されると、スイッチング素子２０Ｂがオフとなり、コレクタ電流Ｉｃは急激に低下し、これに伴って、点火コイル１の二次コイル３に点火用高電圧が発生し、内燃機関に点火が行なわれる。

実施の形態３では、スイッチング回路１０Ｂを出力端子１０ａと、入力端子１０ｂと、基準電位端子１０ｃの３つの端子として、その端子構造を簡単化したものにおいて、電流制限回路６０Ａの電流制限トランジスタ６６により、電流供給回路３０から駆動抵抗２０Ｒへの電流を減少させ、点火コイル１の一次コイル２への電流を効果的に制限できる。
加えて、スイッチング素子２０Ｂのコレクタ電圧Ｖｃｅを検出する回路に、ツエナーダイオード群７３と、ツエナーダイオード７４を設け、コレクタ電圧Ｖｃｅの検出を段階的に変化させ、電源端子ＶＢの電圧が高い状態での、電流制限開始時におけるコレクタ電圧の脈動を抑制するようにしたので、電流制限開始時点における内燃機関への誤点火を防止しながら、点火コイル１の一次コイル２に充分な通電電流を流し、充分な点火電圧を得ることができる。

この実施の形態３において、電流制限時におけるコレクタ電圧ＶｃｅＬは、電流制限時におけるコレクタ電流をＩｃＬとすると、次の式で与えられる。
ＶｃｅＬ＝ＶＢ−Ｒ１×ＩｃＬ
ＶＢは電源端子ＶＢの電圧であり、Ｒ１は点火コイル１の一次コイル２の抵抗である。抵抗Ｒ１を０．５〜０．７Ω、電流制限時のコレクタ電流ＩｃＬを９〜１１Ａ、電源電圧ＶＢを１４Ｖとしたとき、電流制限時のコレクタ電圧ＶｃｅＬは６．３〜９．５Ｖとなり、動作点ｅを１０Ｖ付近に設定することにより、電流制限開始時点における内燃機関への誤点火を防止しながら、点火コイル１の一次コイル２に充分な通電電流を流し、充分な点火用高電圧を得ることができる。

図９は実施の形態３で使用されるスイッチング素子２０Ｂの具体例を示す。このスイッチング素子２０Ｂは、シリコンなどの半導体基板ＳＳにより構成される。この半導体基板ＳＳは、ｎ−形の半導体層Ｎ１と、ｎ＋形の半導体層Ｎ２と、ｐ＋形の半導体層Ｐ１を有する。半導体層Ｎ１の下に半導体層Ｎ２が接合しており、この半導体層Ｎ２の下に半導体層Ｐ１が接合している。半導体層Ｐ１にはコレクタ電極層ＣＥがオーミックコンタクトしており、このコレクタ電極層ＣＥがコレクタＣとなる。

半導体層Ｎ１の表面には、ｐ形の半導体島領域Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４が間隔をおいて形成されている。右側の島領域Ｐ２は主ＩＧＢＴ２１を形成するもので、この島領域Ｐ２の表面にはｎ＋形の半導体層Ｎ３が形成され、これらの島領域Ｐ２と半導体層Ｎ３にオーミックコンタクトするエミッタ電極ＥＥ１が配置されている。このエミッタ電極ＥＥ１がスイッチング素子２０ＢのエミッタＥとなる。主ＩＧＢＴ２１は電流能力を上げるために複数個のＩＧＢＴで構成される。中央の島領域Ｐ３はセンスＩＧＢＴ２４を形成するもので、この島領域Ｐ３の表面にはｎ＋形の半導体層Ｎ４が形成されており、これらの島領域Ｐ３と半導体層Ｎ４にオーミックコンタクトするエミッタ電極ＥＥ２が配置されている。左側の島領域Ｐ４はラッチアップ素子２７を形成するもので、この島領域Ｐ４の表面にはｎ＋形の半導体層Ｎ５と、ｐ＋形の半導体層Ｐ５が形成されている。エミッタ電極ＥＥ２は、エミッタ電極ＥＥ１と電気的に分離されている。

島領域Ｐ２の周りには、ゲート電極ＧＥが配置されている。このゲート電極ＧＥは、島領域Ｐ２の周りに位置する半導体層Ｎ１の表面と、半導体層Ｎ１、Ｎ３の間に位置する島領域Ｐ２の外周部の表面とに、シリコン酸化膜などの絶縁膜ＩＳを介して対向するように配置され、半導体層Ｎ１、Ｎ３の間に位置する島領域Ｐ２の外周部の表面のチャンネルＣＨを制御する。このゲート電極ＧＥはスイッチング素子２０ＢのゲートＧを構成する。ゲート電極ＧＥは、島領域Ｐ３の周りにも配置され、半導体層Ｎ１、Ｎ４の間に位置する島領域Ｐ３の外周部の表面のチャンネルＣＨも制御する。

図９の右側の主ＩＧＢＴ２１では、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ２２と、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２３ａと、ＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２３ｂが構成される。ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ２２は、半導体層Ｎ３をソースＳ、半導体Ｎ１をドレインＤ、ゲート電極ＧＥをゲートＧとして構成される。ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２３ａは、半導体層Ｐ１をエミッタ、半導体層Ｎ１、Ｎ２をベース、島領域Ｐ２をコレクタとして構成され、またＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２３ｂは、半導体層Ｎ１、Ｎ２をコレクタ、島領域Ｐ２をベース、半導体層Ｎ３をエミッタとして構成される。これらのＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２３ａとＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２３ｂは、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２３ａのコレクタとＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２３ｂのベースとが互いに接続され、またＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２３ａのベースとＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２３ｂのコレクタとが互いに接続され、これらのトランジスタ２３ａ、２３ｂによって図６のＰＮＰバイポーラトランジスタ２３が構成される。

図９の中央のセンスＩＧＢＴ２４では、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ２５と、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２６ａと、ＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２６ｂが構成される。ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ２５は、半導体層Ｎ４をソースＳ、半導体Ｎ１をドレインＤ、ゲート電極ＧＥをゲートＧとして構成される。ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２６ａは、半導体層Ｐ１をエミッタ、半導体層Ｎ１、Ｎ２をベース、島領域Ｐ３をコレクタとして構成され、またＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２６ｂは、半導体層Ｎ１、Ｎ２をコレクタ、島領域Ｐ３をベース、半導体層Ｎ４をエミッタとして構成される。これらのＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２６ａとＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２６ｂは、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２６ａのコレクタとＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２６ｂのベースとが互いに接続され、またＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２６ａのベースとＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２６ｂのコレクタとが互いに接続され、これらのトランジスタ２６ａ、２６ｂによって図６のＰＮＰバイポーラトランジスタ２６が構成される。エミッタ電極ＥＥ２に、検出抵抗６７が接続される。

図９の左側のラッチアップ素子２７では、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２８と、ＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２９とが構成される。ＰＮＰ形バイポーラトランジスタ２８は、半導体層Ｐ１をエミッタ、半導体層Ｎ１、Ｎ２をベース、島領域Ｐ４をコレクタとして構成される。ＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２９は、半導体層Ｎ１、Ｎ２をコレクタ、島領域Ｐ４をベース、半導体層Ｎ５をエミッタとして構成される。半導体層Ｎ５には、検出抵抗６８、６９が接続され、検出抵抗６８にツエナーダイオード７４が接続される。半導体層Ｐ５には、ツエナーダイオード群７３が接続される。

実施の形態４．
図１０はこの発明による内燃機関点火装置の実施の形態４を示す。この実施の形態４は、図６に示す実施の形態３の電流制限回路６０Ａを少し変更した電流制限回路６０Ｂを使用するものである。この電流制限回路６０Ｂ以外は実施の形態３と同じであり、同じ部分を同じ符号で示し、説明を省略する。この実施の形態４でも、図６に示したＩＧＢＴ２０Ｂが使用される。

この実施の形態４の電流制限回路６０Ｂはラッチアップ素子２７のＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２９のベースに、２つのツエナーダイオード群７５とツエナーダイオード７６を接続し、これらを抵抗７７により検出抵抗６７に接続したものである。ツエナーダイオード群７５と、ツエナーダイオード７６は互いに直列に、ＮＰＮバイポーラトランジスタ２９のベースＢと基準電位ライン１２との間に接続されている。ツエナーダイオード群７５のカソードはＮＰＮ形バイポーラトランジスタ２９のベースＢに接続され、またツエナーダイオード７６のカソードはツエナーダイオード群７５のアノードに接続され、ツエナーダイオード７６のアノードは基準電位ライン１２に接続されている。抵抗７７はツエナーダイオード群７５と、ツエナーダイオード７６の相互接続点と、検出抵抗６７とＮチャンネルＭＯＳトランジスタ２５のソースＳとの相互接続点との間に接続される。

この実施の形態４では、ツエナーダイオード７４がオンした後、ツエナーダイオード群７５と、ツエナーダイオード７６がオンするまでは、実施の形態３と同様に動作し、図７に示す動作点ｆまでは実施の形態３と同様に動作する。動作点ｅからコレクタ電圧Ｖｃｅが異常に増大して動作点ｆに至れば、ツエナーダイオード群７５と、ツエナーダイオード７６がオンとなり、検出抵抗６７の検出電圧が、ツエナーダイオード７６によってクランプされ、それ以降にスイッチング素子２０Ｂのコレクタ電流Ｉｃが増大しても、電流制限トランジスタ６６の電流は増加せず、同じ強さの電流制限が続く結果になる。これは図７の領域Ｚ４におけるコレクタ電流Ｉｃの制限動作を一定とし、それ以上の制限動作を停止する。実施の形態４では、この領域Ｚ４において、スイッチング素子２０Ｂのゲート電圧Ｖｇは、定電圧になる。このゲート電圧Ｖｇはスイッチング素子２０Ｂをオン状態に保つが、その通電電流を充分に小さくした状態に保ち、コレクタ電圧Ｖｃｅが異常に増大しても、スイッチング素子２０Ｂに大きな電流が流れるのを防止する。または、ゲート電圧Ｖｇがスイッチング素子２０Ｂのスレッシュホールド電圧Ｔｔｈを超えない状態を保ち、スイッチング素子２０Ｂが通電しない状態とする。

実施の形態５．
図１１はこの発明による内燃機関点火装置の実施の形態５を示す。この実施の形態５は、スイッチング回路１０Ｅを使用するもので、これは図３に示す実施の形態２に対して、過通電保護回路８０を付加したものである。その他は図３と同じに構成されており、同じ部分を同じ符号で示し、説明を省略する。

過通電保護回路８０は、点火コイル１の一次コイル２に対する通電時間が所定値以上となったときに、スイッチング素子２０Ａを強制的にオフさせ、回路を保護するものである。この過通電保護回路８０は、定電流源８１、コンデンサ８２、インバータ８３、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ８４、過通電コンパレータ８５を有する。

定電流回路８１とコンデンサ８２は点火信号ライン１１と基準電位ライン１２との間に、直列に接続されており、定電流源８１は定電流でコンデンサ８２を充電する。ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ８４はコンデンサ８２の放電回路に設けられており、そのドレインＤは定電流源８１とコンデンサ８２の接続点に接続され、そのソースＳは基準電位ライン１２に接続される。インバータ８３はその入力が点火信号ライン１１に接続され、その出力はＮチャンネルＭＯＳトランジスタ８４のゲートに接続されている。過通電コンパレータ８５はマイナス側入力ａ、プラス側入力ｂ、出力ｃを有する。マイナス側入力ａは定電流源８１とコンデンサ８２の接続点に接続され、コンデンサ８２の両端電圧を受ける。プラス側入力ｂには、定電位源８６のプラス端子が接続されて、この定電位源８６からに定電位を受ける。

定電流源８１は点火信号Ｖｉを受けたときに、定電流をコンデンサ８２に供給し、このコンデンサ８２を充電する。コンデンサ８２の電圧は点火信号Ｖｉの立ち上がり時点からの時間経過に応じて上昇する。このコンデンサ８２の電圧が所定値に達して、入力ａが入力ｂを越えると、過通電コンパレータ８５の出力ｃは低レベルとなり、バイパストランジスタ３４をオンにし、トランジスタ３２から駆動抵抗２０Ｒへの電流の供給を停止して、スイッチング素子２０Ａのゲート電圧Ｖｇを低下させ、スイッチング素子２０Ａをオフさせる。

内燃機関のエンスト時または電子制御装置（ＥＣＵ）の基準電位点の電位差により、点火信号電圧Ｖｉｏが点火信号ライン１１をプラスとする極性に長く維持される場合、これに伴い、点火コイル１の一次コイル２に対する通電時間が長くなる。この通電時間が異常に長くなって、所定時間以上となれば、過通電保護回路８０は、スイッチング素子２０Ａを強制的にオフさせて、点火コイル１への通電を遮断し、スイッチング素子２０Ａおよびその駆動回路を保護する。インバータ８３は点火信号Ｖｉが低レベルになったときに、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ８４をオンさせ、コンデンサ８２を放電させる。

この実施の形態５では、スイッチング回路１０Ｅを３つの端子１０ａ、１９ｂ、１０ｃで構成し、その端子構造を簡単化でき、また電流制限回路６０により、スイッチング素子２０Ａのコレクタ電流を制限し、併せて、スイッチング素子２０Ａの通電時間が異常に長くなったときに、スイッチング素子２０Ａを強制的にオフさせ、スイッチング素子２０Ａおよびその駆動回路を保護することができる。
なお、実施の形態５において、定電流回路４０を含む電流供給回路３０、通電電流検出回路ＩＤと出力電圧検出回路ＶＤを含む電流制限回路６０、および過通電保護回路８０は、１チップの半導体集積回路として、１つの共通の半導体基板上に、集積化して作ることもできる。

この実施の形態５の過通電保護回路８０は、図１に示す実施の形態１のスイッチング回路１０、図３に示す実施の形態３のスイッチング回路１０Ｂ、図６に示す実施の形態３のスイッチング回路１０Ｃ、図１０に示す実施の形態４のスイッチング回路１０Ｄにも同様に使用することもできる。いずれの場合にも、過通電保護回路８０は、過通電コンパレータ８５の出力ｃがバイパストランジスタ３４を駆動するように組み合わされる。

この発明による内燃機関点火装置は、自動車に搭載される内燃機関に対する点火装置として利用されるが、船舶に搭載される内燃機関、または家庭用、農業用の発動機として使用される内燃機関に対しても、利用可能である。

この発明による内燃機関点火装置の実施の形態１を示す電気回路図。 実施の形態１の動作説明用の特性図。 この発明による内燃機関点火装置の実施の形態２を示す電気回路図。 実施の形態２の動作説明用の特性図。 実施の形態２の動作説明用の特性図。 この発明による内燃機関点火装置の実施の形態３を示す電気回路図。 実施の形態３の動作説明用の特性図。 実施の形態３の動作説明用の特性図。 実施の形態３に使用されるＩＧＢＴを示す断面図。 この発明による内燃機関点火装置の実施の形態４を示す電気回路図。 この発明による内燃機関点火装置の実施の形態５を示す電気回路図。

符号の説明

１：点火コイル、２：一次コイル、３：二次コイル、４：点火プラグ、５：点火駆動回路、１０、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ：スイッチング回路、１０ａ：出力端子、１０ｂ：入力端子、１０ｃ：基準電位端子、２０、２０Ａ、２０Ｂ：スイッチング素子、Ｃ：コレクタ、Ｅ：エミッタ、Ｅ１：補助エミッタ、Ｂ：ベース、２１：主ＩＧＢＴ、２４：センスＩＧＢＴ、２７：ラッチアップ素子、２０Ｒ：駆動抵抗、３０：電流供給回路、３１、３２：電流供給トランジスタ、３４：バイパストランジスタ、４０：定電流回路、４１：出力トランジスタ、６０、６０Ａ、６０Ｂ：電流制限回路、６１：電流制限コンパレータ、６２：定電位源、６６：電流制限トランジスタ、７３、７４、７５、７６：定電圧ダイオード、８０：過通電保護回路、８５：過通電コンパレータ。

Claims (15)

1. 一次コイルと二次コイルを有する点火コイル、および点火信号電圧に基づき前記点火コイルの一次コイルの電流を遮断し前記点火コイルの二次コイルに点火用高電圧を発生させるスイッチング回路を備えた内燃機関点火装置であって、
   前記点火信号電圧は、立上がり部分と立下り部分を含んだパルス状電圧であり、
   前記スイッチング回路は、電源端子を持たず、前記点火コイルの一次コイルに接続される出力端子と、前記点火信号電圧を受ける入力端子と、基準電位端子とを持って構成されており、
   前記スイッチング回路は、前記出力端子と基準電位端子との間に接続されオン状態で前記点火コイルの一次コイルに電流を流し、オフ状態になったときに前記一次コイルの電流を遮断するスイッチング素子と、このスイッチング素子に対する駆動抵抗と、前記入力端子と基準電位端子との間に接続され前記駆動抵抗に駆動電流を供給する電流供給回路とを有し、
   前記電流供給回路は、前記点火信号電圧に基づき、前記立上がり部分において、前記駆動電流の供給を開始し、前記スイッチング素子をオン状態とし、前記立下り部分において、前記駆動電流を遮断して、前記スイッチング素子をオフ状態とするように構成され、さらにこの電流供給回路は定電流回路を含み、この定電流回路は、前記駆動電流を定電流化し、この定電流化された駆動電流を前記駆動抵抗に供給することを特徴とする内燃機関点火装置。
2. 請求項１記載の内燃機関点火装置であって、前記スイッチング回路は、前記入力端子に接続された点火信号ラインと、前記基準電位端子に接続された基準電位ラインとを有し、前記電流供給回路は前記点火信号ラインと基準電位ラインとの間に接続され、前記定電流回路も前記点火信号ラインと基準電位ラインとの間に接続されたことを特徴とする内燃機関点火装置。
3. 請求項２記載の内燃機関点火装置であって、前記電流供給回路は前記駆動抵抗に駆動電流を供給する出力トランジスタを有し、また前記定電流回路は定電流を発生する定電流トランジスタを有し、この定電流トランジスタが前記出力トランジスタを定電流駆動することを特徴とする内燃機関点火装置。
4. 請求項２記載の内燃機関点火装置であって、前記スイッチング回路が、さらに前記スイッチング素子の通電電流を制限する電流制限回路を有することを特徴とする内燃機関点火装置。
5. 請求項４記載の内燃機関点火装置であって、前記電流制限回路が、前記スイッチング素子の通電電流を検出する通電電流検出回路を有し、前記通電電流の増大に応じて前記電流供給回路から前記駆動抵抗への供給電流を低減して、前記スイッチング素子の通電電流を低減することを特徴とする内燃機関点火装置。
6. 請求項４記載の内燃機関点火装置であって、前記スイッチング素子がＩＧＢＴであり、このスイッチング素子がエミッタと、補助エミッタを有し、前記通電電流検出回路が前記補助エミッタに接続されることを特徴とする内燃機関点火装置。
7. 請求項４記載の内燃機関点火装置であって、前記スイッチング素子がセンスＩＧＢＴを有するＩＧＢＴであり、前記通電電流検出回路が前記センスＩＧＢＴに接続されることを特徴とする内燃機関点火装置。
8. 請求項４記載の内燃機関点火装置であって、前記電流制限回路が、前記出力端子の出力電圧を検出する出力電圧検出回路を有し、この出力電圧検出回路の検出電圧に応じて前記スイッチング素子に対する電流制限特性を変更することを特徴とする内燃機関点火装置。
9. 請求項８記載の内燃機関点火装置であって、前記出力電圧検出回路が、前記出力電圧の増大に伴なって前記検出電圧を段階的に変化させる電圧変化手段を含み、前記スイッチング素子に対する電流制限特性を段階的に変更することを特徴とする内燃機関点火装置。
10. 請求項９記載の内燃機関点火装置であって、前記電流制限特性に屈曲点を設け、この屈曲点よりも低い側における前記出力電圧の領域では、その屈曲点よりも高い側における前記出力電圧の領域に比べて、前記出力電圧に対する前記スイッチング素子の通電電流の傾きを小さくしたことを特徴とする内燃機関点火装置。
11. 請求項９記載の内燃機関点火装置であって、前記スイッチング素子がＩＧＢＴであり、このＩＧＢＴ内に構成されるラッチアップトランジスタに前記出力電圧検出回路が接続されていることを特徴とする内燃機関点火装置。
12. 請求項２記載の内燃機関点火装置であって、前記スイッチング回路が、前記出力端子の出力電圧を検出する出力電圧検出回路を有し、前記出力電圧が増大したときに前記スイッチング素子の通電電流を低減または遮断することを特徴とする内燃機関点火装置。
13. 請求項２記載の内燃機関点火装置であって、前記スイッチング回路が、過通電保護回路を有し、この過通電保護回路により、前記スイッチング素子の通電時間が所定時間以上長くなったときに、前記スイッチング素子をオフさせることを特徴とする内燃機関点火装置。
14. 請求項２記載の内燃機関点火装置であって、前記スイッチング回路が、前記スイッチング素子の通電電流を制限する電流制限回路と、前記出力端子の電圧を検出してその出力端子の電圧が増大したときに前記スイッチング素子の電流を低減する電圧保護検出回路と、前記スイッチング素子の通電時間が所定時間以上に長くなったときに前記スイッチング素子をオフさせる過通電保護回路を有することを特徴とする内燃機関点火装置。
15. 請求項１４記載の内燃機関点火装置であって、前記電流制限回路、前記電圧保護回路、および前記過通電保護回路が、前記電流供給回路とともに、共通の半導体基板上に集積化されたことを特徴とする内燃機関点火装置。

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