JP2014118855A

JP2014118855A - 内燃機関用点火装置

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Publication number: JP2014118855A
Application number: JP2012273277A
Authority: JP
Inventors: Koji Shibata; 浩至柴田
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Hanshin Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Hanshin Ltd
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2014-06-30
Anticipated expiration: 2032-12-14
Also published as: JP5765689B2

Abstract

【課題】簡素な回路構成によってスイッチング素子を含む回路デバイスや点火コイルが過熱状態になることを防ぐ内燃機関用点火装置を提供する。
【解決手段】外部から入力した点火信号に応じてスイッチング素子６４が導通状態となっているときに長通電検出回路４０が所定時間以上の長い通電時間を検出すると、ソフトオフ用コンデンサ５２から放電電流が出力され、ソフトオフ用抵抗５３に流れる放電電流に応じてスイッチング素子６４を制御し、点火コイル６１に高電圧の二次電圧が発生しないようにスイッチング素子６４を緩やかに導通状態から遮断状態へ遷移させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車などに搭載される内燃機関に用いる内燃機関用点火装置に関するものである。

内燃機関用点火装置は、内燃機関の運転状況によって発熱が多くなる場合がある。特に、自動車等に搭載される内燃機関は、回転数が頻繁に変化することから、内燃機関用点火装置の動作速度も高い頻度で変化する。
このように回転数が頻繁に変化することにより、内燃機関用点火装置の各回路に流れる電流が増減を繰り返し、回路動作に伴う発熱量も変化する。そのため、発熱と放熱のバランスが崩れて回路デバイスなどが高温になる可能性がある。
そこで、内燃機関用点火装置には、予め定められた規定値以上の電流が当該装置を構成するパワートランジスタに流れることを防ぐ過電流保護回路や、パワートランジスタの過熱を検知して、任意の規定値以上に温度が達したときに電流を遮断する過熱保護回路などの自己保護回路を備えて、当該点火装置ならびに点火コイルが異常発熱によって損傷することを防ぐものがある。

例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を用いて点火コイルに流れる一次電流の導通・遮断を制御するとき、ＩＧＢＴのエミッタ電流値を制限する電流制限回路と、点火装置を構成する回路基板等の温度を検知して当該回路に過電流が流れることを防ぐ保護回路とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
上記の電流制限回路は、ＩＧＢＴのエミッタ電流を検出する電流検出抵抗に発生した検出電圧と基準電圧とを比較し、比較結果に応じてＩＧＢＴのゲート電圧を制御してコレクタ・エミッタ間に流れる電流を制限するように構成されている。
また、上記の過電流を防ぐ保護回路は、過熱検知回路、ラッチ回路、カウンタ回路、ステップ波形発生回路などによって構成されている。

上記の過熱検知回路は、ダイオードの順方向電圧の変化から点火装置などの過熱状態の有無を検知する。ここで、過熱状態が検知されたとき、外部入力の点火信号がＬｏｗレベルへ遷移するまで、ラッチ回路は過熱を検知した旨を示す信号を維持する。ラッチ回路の出力信号は、カウンタ回路の出力信号とともに論理ゲートへ入力され、論理積を求める処理が施される。ステップ波形発生回路は、この論理積を示す信号に基づいてＩＧＢＴのゲート電圧を減少させる。上記の保護回路は、このようにゲート電圧を減少させることによって過熱による損傷を防いでいる。

また、過熱検知回路、ラッチ回路、タイマー回路、ソフトシャットオフ回路などを単一のモノリシック基板に構成した内燃機関用点火装置がある（例えば、特許文献２参照）。
この装置は、点火コイルの一次電流の導通・遮断を行うＩＧＢＴの発熱を過熱検知回路が検知し、また、一次電流の通電時間をタイマー回路によってカウントするように構成されている。
この装置は、上記の過熱検知回路がＩＧＢＴの過熱を検知したとき、又はタイマー回路が長い通電を検知したときに、ラッチ回路から信号を出力させてソフトシャットオフ回路を起動し、ＩＧＢＴのゲート電圧を低速で減じて熱破損等を防いでいる。

特開２００１−２４８５２９号公報特開２００８−０４５５１４号公報

従来の内燃機関用点火装置に備えられた保護回路は、前述の電流制限回路や過熱検知回路などによって構成されており、多数の回路素子が必要になる。そのため、点火装置の小型化を図る場合には、各回路を半導体チップ上に集積してモノリシックＩＣとし、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子と共に回路基板に実装することが行われる。
このように保護回路を半導体チップに集積すると、例えば回路定数などを容易に変更することができないことから、設計変更が必要となった場合には新たに半導体チップを製作することになる。
即ち、多種多様な顧客ニーズに合わせることが難しくなり、汎用性の乏しい点火装置になってしまう。そのため、少量多品種の生産を行うことになり、設計・製造コストならびに生産管理等に要するコストの抑制が困難になるという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、簡素な回路構成によってスイッチング素子などの回路デバイスや点火コイルが過熱状態になることを防ぐ内燃機関用点火装置を提供することを目的とする。

この発明に係る内燃機関用点火装置は、一次側コイルに流れる一次電流が遮断されたとき二次側コイルに二次電圧を発生する点火コイルと、前記一次電流を導通・遮断するスイッチング素子と、外部から入力した点火信号が所定時間以上の長い通電時間を示したことを検出する長通電検出部と、前記長通電検出部が前記長い通電時間を検出していないときに電荷を充電するソフトオフ用コンデンサと前記ソフトオフ用コンデンサの放電電流を制限するソフトオフ用抵抗とを有するソフトオフ部と、を備え、前記ソフトオフ部は、前記点火信号に応じて前記スイッチング素子が導通状態となっているときに前記長通電検出部が前記長い通電時間を検出すると、前記ソフトオフ用コンデンサから放電電流を出力して、前記ソフトオフ用抵抗に流れる前記放電電流を用いて前記スイッチング素子を制御し、前記点火コイルに高電圧の二次電圧が発生しないように前記スイッチング素子を緩やかに導通状態から遮断状態へ遷移させる、ことを特徴とする。

また、前記ソフトオフ部は、前記長通電検出部が前記長い通電時間を検出したとき前記点火信号を前記スイッチング素子へ入力する経路を遮断する遮断手段を有する、ことを特徴とする。

また、この発明に係る内燃機関用点火装置は、一次側コイルに流れる一次電流が遮断されたとき二次側コイルに二次電圧を発生する点火コイルと、前記一次電流を導通・遮断するスイッチング素子と、外部から入力した点火信号が所定時間以上の長い通電時間を示したことを検出する長通電検出部と、前記点火信号が有する電圧を用いて電荷を充電するソフトオフ用コンデンサと前記ソフトオフ用コンデンサの放電電流を制限するソフトオフ用抵抗とを有するソフトオフ部と、前記長通電検出部が前記長い通電時間を検出したとき前記点火信号が前記スイッチング素子へ入力されないようにバイパス経路を形成するバイパス回路と、を備え、前記ソフトオフ部は、前記バイパス回路が前記点火信号をバイパスすると、前記ソフトオフ用コンデンサから放電電流を出力して、前記ソフトオフ用抵抗に流れる放電電流を用いて前記スイッチング素子を制御し、前記点火コイルに高電圧の二次電圧が発生しないように前記スイッチング素子を緩やかに導通状態から遮断状態へ遷移させる、ことを特徴とする。

また、前記スイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタであり、前記ソフトオフ部は、前記放電電流が流れた前記ソフトオフ用抵抗に発生する電圧によって前記スイッチング素子のゲート電圧を制御する、ことを特徴とする。

また、前記スイッチング素子は、バイポーラトランジスタであり、前記ソフトオフ部は、前記ソフトオフ用抵抗に流れる前記放電電流によって前記スイッチング素子のベース電流を制御する、ことを特徴とする。

この発明によれば、設計変更等が容易な構成によって点火回路を保護し、外部から入力した点火信号が長い通電時間を示したときに内燃機関用点火装置が損傷することを防ぐことができる。

この発明の実施例１による内燃機関用点火装置の概略構成を示す回路図である。図１の内燃機関用点火装置の動作を示す説明図である。この発明の実施例２による内燃機関用点火装置の概略構成を示す回路図である。この発明の実施例３による内燃機関用点火装置の概略構成を示す回路図である。

以下、この発明の実施の一形態を図に基づいて説明する。

（実施例１）
図１は、この発明の実施例１による内燃機関用点火装置の概略構成を示す回路図である。
図示した内燃機関用点火装置１は、定電圧回路２０、長通電検出回路４０、ソフトオフ回路５０、点火コイルユニット６０を備えている。
定電圧回路２０は、バッテリ１０から供給された直流電力を所定電圧に変換し、この直流電圧を一定に維持して出力する構成を有している。
定電圧回路２０の出力点には、コンパレータ３０、抵抗３１，３２によって構成されたコンパレータ回路が接続されており、当該コンパレータ回路が外部入力の点火信号を所定の信号レベルへ変換するように回路接続されている。

長通電検出回路４０は、例えば図示を省略したカウンタや比較器（コンパレータ）などを備えて構成されており、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）などから入力した点火信号が、所定期間以上の点火期間（ドエルタイム）を示したとき、換言すると、通常のドエルタイムよりも長い通電時間を示したとき、有意を示す検出信号を出力するように構成されている。
ソフトオフ回路５０は、抵抗５７を介して長通電検出回路４０から出力される検出信号によって動作制御されるトランジスタ５１、トランジスタ５１の動作によって充放電を行うソフトオフ用コンデンサ５２、ソフトオフ回路５０の出力点とグランド（以下、ＧＮＤと記載する）との間を接続し、ソフトオフ用コンデンサ５２の放電電流を制限して放電に要する時間を定めるソフトオフ用抵抗５３を備えている。

トランジスタ５１は、例えばＰＮＰ型バイポーラトランジスタであり、長通電検出回路４０の出力端子に抵抗５７を介して回路接続されており、詳しくは、抵抗５６，５７に流れる電流によってベース電流が流れるように回路接続されている。
トランジスタ５１のエミッタは定電圧回路２０の出力点に接続され、コレクタは抵抗５４を介してコンパレータ３０の出力端子および抵抗５５の一端に接続されている。
抵抗５５の他端は、ソフトオフ用抵抗５３の一端とスイッチング素子６４の制御端子に接続されている。なお、ソフトオフ用コンデンサ５２の他端ならびにソフトオフ用抵抗５３の他端は、いずれもＧＮＤへ接続されている。
トランジスタ５１のベースは、抵抗５６の一端と抵抗５７の一端の接続点に接続されている。抵抗５６の他端は、定電圧回路２０の出力電圧が印加されるように回路接続されており、抵抗５７の他端は、長通電検出回路４０から出力される検出信号を入力するように回路接続されている。

点火コイルユニット６０は、点火コイル６１とスイッチング素子６４とを備えている。点火コイル６１の一次側コイル６２の一端にはバッテリ１０の高電位側電極（＋電極）が接続されている。一次側コイル６２の他端は、スイッチング素子６４を介してＧＮＤへ接続されており、スイッチング素子６４が一次側コイル６２に流れる一次電流の導通・遮断を行うように回路接続されている。なお、バッテリ１０の低電位側電極（−電極）はＧＮＤに接続されている。
点火コイル６１の二次側コイル６３の一端は、点火プラグ７０の中心電極に接続され、二次側コイル６３の他端はＧＮＤへ接続されている。
スイッチング素子６４として例えばＩＧＢＴを用いた場合には、制御端子のゲートが抵抗５３と抵抗５５との接続点に接続され、コレクタは一次側コイル６２の他端に接続され、エミッタはＧＮＤへ接続される。

次に、動作について説明する。
図２は、図１の内燃機関用点火装置の動作を示す説明図である。この図は、内燃機関用点火装置１の各部において観測される電圧または電流の経時変化を示すタイミングチャートである。
この図は、図中最上段から、ＥＣＵ等から入力する点火信号、その下段に長通電検出回路４０の出力信号、その下段にソフトオフ回路５０の出力信号、即ちスイッチング素子６４のゲート電圧、その下段に点火コイル６１の一次側コイル６２に流れる一次電流、その下段に点火コイル６１の二次側コイル６３に発生する二次電圧を示している。

内燃機関用点火装置１は、例えば図示を省略したイグニッションスイッチがｏｎ状態になると、バッテリ１０から定電圧回路２０へ電力が供給され、負荷変動の影響を受けない一定の直流電圧の生成が開始される。定電圧回路２０から所定の定電圧が出力されると、抵抗５６ならびに抵抗５７に電流が流れ、これに伴ってトランジスタ５１のベースに電流が流れる。なお、このとき長通電検出回路４０は点火信号の異常（長通電時間）を検出しておらず、長通電検出回路４０から出力される検出信号は‘正常’を示す低電位の信号レベルを維持している。そのため、上記のように定電圧回路２０側から印加された電圧によって抵抗５６，５７に電流が流れる。
上記の抵抗５６，５７に電流が流れるとトランジスタ５１のベース電流が流れて、当該トランジスタ５１のコレクタ・エミッタ間が導通状態になる。このとき、定電圧回路２０からトランジスタ５１を介した充電電流がソフトオフ用コンデンサ５２に供給されて電荷の充電が行われる。なお、上記のようにトランジスタ５１が導通状態になっているときには、定電圧回路２０の出力電圧が供給されているトランジスタ５１から抵抗５４を介してコンパレータ３０の出力点に所定電圧が印加される。

この後、点火信号が図２に示したようにｏｆｆを示す低電位レベルからｏｎを示す高電位レベルへ遷移すると、この点火信号をコンパレータ回路が所定の信号レベルに変換し、コンパレータ３０からレベル変換されたｏｎレベルの点火信号が出力される。
コンパレータ３０の出力点には前述のトランジスタ５１および抵抗５４を介した所定電圧が印加されており、この所定電圧に上記のｏｎレベルの点火信号が重畳され、抵抗５５を介してスイッチング素子６４のゲートへ入力される。
スイッチング素子６４は、上記の所定電圧が重畳されたｏｎレベルの点火信号を、抵抗５５を介して入力すると導通状態（ｏｎ状態）に遷移する。スイッチング素子６４のコレクタ・エミッタ間が導通すると、バッテリ１０からの電力によって点火コイル６１の一次側コイル６２に一次電流が流れて磁気エネルギが蓄積する。

一定の期間（ドエルタイム）が経過して外部入力の点火信号がｏｎレベルからｏｆｆレベルへ遷移すると、コンパレータ３０の出力信号もｏｆｆレベルへ遷移する。コンパレータ３０から出力されたｏｆｆレベルの点火信号を、抵抗５５を介して入力したスイッチング素子６４は、遮断状態（ｏｆｆ状態）へ遷移する。なお、このときにも前述のトランジスタ５１ならびに抵抗５４を介した所定電圧が、コンパレータ３０から出力されたｏｆｆレベルの点火信号に重畳されている。
スイッチング素子６４が導通状態から遮断状態に遷移すると、一次側コイル６２に流れている一次電流が遮断され、誘導起電力によって二次側コイル６３に高電圧の二次電圧が発生する。点火プラグ７０は、二次側コイル６３から高電圧の二次電圧が供給されると放電電極に放電火花を発生する。
このように、点火信号のｏｎ・ｏｆｆレベルの遷移に応じて点火プラグ７０に放電火花を発生させる。

長通電検出回路４０は、例えば、外部入力の点火信号がｏｆｆレベルからｏｎレベルへ遷移すると自ら備えるカウンタを始動し、このカウンタのカウント値と予め設定されている所定期間を示す値とを、自ら備えるコンパレータ等の比較器を用いて比較する。このような比較動作によって、外部入力の点火信号が上記の所定期間を超えてｏｎレベルを示していること（長い通電時間を示したこと）を検出し、有意を示す例えば高電位の検出信号を出力する。
具体的には、上記の動作において、点火信号がドエルタイム、もしくはドエルタイムよりも長い期間を超過してｏｎレベルを維持していることを、図２に示した検出時点Ａにおいて検出すると、通常状態において低電位の信号レベルとなっている検出信号を所定の高電位の信号レベルへ遷移させる。なお、この所定の高電位の信号レベルは、抵抗５７の他端に印加したとき、直列接続されている抵抗５６，５７に電流が流れなくなる電圧である。

長通電検出回路４０が、点火信号のｏｎレベルが通常よりも長い期間維持されていることを検出し、前述の高電位の検出信号を抵抗５７へ出力すると、直列接続されている抵抗５６，５７の両端電圧が等しくなり、抵抗５６，５７に流れていた電流が停止する。
抵抗５６，５７に電流が流れなくなると、トランジスタ５１のベース電流も流れなくなり、当該トランジスタ５１のコレクタ・エミッタ間が遮断状態になってソフトオフ用コンデンサ５２に供給されていた充電電圧が消失し、またトランジスタ５１および抵抗５４を介してコンパレータ３０の出力点に印加されていた所定電圧も消失する。

ソフトオフ用コンデンサ５２へ流れていた充電電流がトランジスタ５１によって遮断されると、当該ソフトオフ用コンデンサ５２に蓄積されている電荷が放出され、放電電流が当該ソフトオフ用コンデンサ５２から抵抗５４および抵抗５５を介してソフトオフ用抵抗５３へ流れる。この放電電流は、ソフトオフ用抵抗５３などの抵抗成分によって電流値が制限され、急峻には流れない。
ソフトオフ用抵抗５３に放電電流が流れると、当該ソフトオフ用抵抗５３に電圧が生じ、詳しくはソフトオフ用抵抗５３とスイッチング素子６４のゲートとの接続点に電圧（ゲート電圧）が発生する。ソフトオフ用コンデンサ５２から放電電流が流れ始めた時点においては、このとき発生したゲート電圧によってスイッチング素子６４は導通状態を維持する。

この後、放電電流が時間経過に伴って減少すると、上記のように生じていたゲート電圧も緩やかに低下し、スイッチング素子６４のコレクタ・エミッタ間の導通状態が徐々に遮断状態へ遷移して、図２に示したソフトオフ期間Ｂのように点火コイル６１の一次電流が緩やかに減少する。
このように一次電流が緩やかに減少するときには、点火プラグ７０に放電火花を発生させる程の高電圧が発生せず、ソフトオフ期間Ｂ、もしくはその直後において大きな二次電圧は発生しない。
なお、ソフトオフ用コンデンサ５２から放電電流が出力されているとき、コンパレータ３０の出力信号は、異常な状態（ｏｎレベルを長く維持した状態）の点火信号と同様に高電位の信号レベルを維持していることから、上記の放電電流は抵抗５４から抵抗５５へ向かって流れる。
また、このときには、トランジスタ５１および抵抗５４を介してコンパレータ３０の出力点に印加されていた所定電圧が消失しており、スイッチング素子６４のゲートへ入力される電圧は、上記の放電電流によって生じる電圧を除くとスイッチング素子６４が遮断状態となる値まで小さくなっている。

なお、長通電検出回路４０から有意を示す検出信号が出力され、スイッチング素子６４が遮断状態となっているとき、外部から入力した点火信号が正常なドエルタイムを示してレベル遷移するようになると、コンパレータ回路、ソフトオフ回路５０、ならびに点火コイルユニット６０は、前述のように正常時の点火動作を行う。

ここで説明した点火コイルユニット６０は、ＩＧＢＴのスイッチング素子６４を備えているが、バイポーラトランジスタをスイッチング素子６４として用いることも可能である。この場合には、ソフトオフ用抵抗５３と抵抗５５の接続点にスイッチング素子６４のベースが接続され、この部分以外はＩＧＢＴを用いた場合と同様な回路接続になる。
また、バイポーラトランジスタをスイッチング素子６４に用いた内燃機関用手点火装置１は、ベース電流を制御することによってスイッチング素子６４を導通・遮断させること以外は、前述の動作説明と同様に動作し、ソフトオフ回路５０は電流制御によってスイッチング素子６４の導通・遮断動作を制御する。なお、各抵抗等は電流制御を行うことが可能な値を有するものとなる。
バイポーラトランジスタをスイッチング素子６４として用いたとき、ベース電流はソフトオフ用抵抗５３に流れる電流に応じて変化することから、ソフトオフ用抵抗５３に流れる電流によってスイッチング素子６４のベース電流を制御し、当該スイッチング素子６４を遮断状態から導通状態へ、または導通状態から遮断状態へ遷移させる。
特に、ソフトオフ用コンデンサ５２から放電電流が出力される際には、時間経過による放電電流の減少にともなってベース電流が緩やかに小さくなり、スイッチング素子６４のコレクタ・エミッタ間は緩やかに導通状態から遮断状態へ遷移する。

以上のように、実施例１の内燃機関用点火装置１によれば、外部入力の点火信号が予め設定された所定期間以上長くｏｎレベルを維持して長い通電時間を示しているとき、ソフトオフ用コンデンサ５２から放電電流を出力し、この放電電流をソフトオフ用抵抗５３によって緩やかに減少させてスイッチング素子６４を導通状態から遮断状態へ緩やかに遷移させるようにしたので、点火タイミングを正常に制御することができないときに、点火コイル６１の一次電流を緩やかに減少させ、高電圧の二次電圧が発生することを抑制して点火プラグ７０に放電火花が発生することを防ぎ、バックファイア等の有害な燃焼が発生することを防ぐことができる。

また、外部入力の点火信号が長い通電時間を示したときにスイッチング素子６４や点火コイル６１などの過熱を防ぐことができ、当該内燃機関用点火装置の損傷を防ぐことができる。
特に、内燃機関用点火装置１をダイレクトイグニッション装置として構成した場合には、点火プラグ７０に直接接続している点火プラグユニット６０の過熱ならびに損傷を防ぐことができ、異常な点火信号がＥＣＵ等から出力された場合に、エンジンヘッド等において過熱や当該加熱に起因する漏電などの障害発生を防ぐことができる。
また、ソフトオフ用コンデンサ５２の容量値ならびにソフトオフ用抵抗５３の抵抗値の設定によって、スイッチング素子６４を導通状態から遮断状態へ遷移させる際に要する時間を設定・調整するように構成したので、点火コイル６１や点火プラグ７０の種類もしくは性能などに対応させてソフトオフ回路５０の動作を容易に設定・変更することができる。

（実施例２）
図３は、この発明の実施例２による内燃機関用点火装置の概略構成を示す回路図である。
ここでは、内燃機関用点火装置１と同様あるいは相当する部分に同じ符号を用いて説明する。また、内燃機関用点火装置１と同様な構成について重複説明を省略する。
実施例２による内燃機関用点火装置２は、前述の内燃機関用点火装置１と同様に、コンパレータ３０および抵抗３１，３２によって構成されたコンパレータ回路、定電圧回路２０、長通電検出回路４０、点火コイルユニット６０を備えている。また、図３に示したように回路構成されたソフトオフ回路５０ａを備えている。

ソフトオフ回路５０ａは、コンパレータ３０の出力信号を、トランジスタ８１を介して入力するように構成されている。ここで、上記のトランジスタ８１は、例えばＮＰＮ型バイポーラトランジスタである。
詳しくは、ソフトオフ回路５０ａは、コンパレータ３０の出力点に、抵抗８０の一端、トランジスタ８１のベース、および長通電検出回路４０の出力点を接続している。
抵抗８０の他端は、抵抗５６の他端およびトランジスタ５１のエミッタとともに、定電圧回路２０の出力電圧が供給されるように回路接続されている。
また、ソフトオフ回路５０と同様に、抵抗５７の他端は長通電検出回路４０から出力される検出信号を入力するように回路接続されており、抵抗５６の一端と抵抗５７の一端の接続点にトランジスタ５１のベースが接続されている。

ソフトオフ回路５０ａを構成するトランジスタ５１のコレクタは、ソフトオフ回路５０と同様にソフトオフ用コンデンサ５２の一端、および、抵抗５４の一端に接続されている。抵抗５４の他端は、抵抗５５の一端およびトランジスタ８１のコレクタに接続されている。トランジスタ８１のエミッタは、ソフトオフ用コンデンサ５２の他端とともにＧＮＤに接続されている。
抵抗５５の他端およびソフトオフ用抵抗５３の一端は、スイッチング素子６４の制御端子に接続され、例えばＩＧＢＴをスイッチング素子６４として用いた場合には、スイッチング素子６４のゲートに接続される。抵抗５３の他端は、ＧＮＤに接続されている。
なお、点火コイルユニット６０は、内燃期間用点火装置１のものと同様に構成されている。

次に、動作について説明する。
図３のコンパレータ回路は、外部から入力した点火信号のレベルを変換し、ソフトオフ回路５０ａの入力点に出力する。前述のようにコンパレータ３０の出力端子には、定電圧回路２０の出力電圧が印加された抵抗８０が接続されており、長通電検出回路４０から出力される検出信号が低電位となっているときには抵抗８０側から電流が流れる。この抵抗８０に流れる電流は、コンパレータ３０から出力される点火信号に応じて変化する。また、抵抗８０に流れる電流によってトランジスタ８１のベース電流が流れることから、トランジスタ８１のベース電流は、上記の点火信号のレベル遷移に対応して変化し、当該トランジスタ８１のコレクタ電流も点火信号のレベル遷移に対応して変化する。

長通電検出回路４０の検出信号が低電位となっているとき（点火信号が正常なとき）には、前述のようにトランジスタ５１が導通状態になり、当該トランジスタ５１および抵抗５４を介した電圧がトランジスタ８１のコレクタに印加され、当該トランジスタ８１において、ベース電流に応じたコレクタ電流が流れる。
また、トランジスタ５１が導通状態になっているときには、定電圧回路２０から当該トランジスタ５１を介して充電電流がソフトオフ用コンデンサ５２に流れて電荷の蓄積が行われる。

スイッチング素子６４が例えばＩＧＢＴの場合には、トランジスタ８１のコレクタ電流の変化は、抵抗５５ならびにソフトオフ用抵抗５３を介して電圧変化による信号となってスイッチング素子６４のゲートへ入力される。
スイッチング素子６４は、長通電検出回路４０の検出信号が有意を示していないときには、ゲート電圧が点火信号のｏｎ・ｏｆｆレベルに応じて変化することから、点火信号が示すタイミングで一次側コイル６２に流れる一次電流の導通・遮断を行う。この一次電流の導通・遮断により、二次側コイル６３から高電圧の二次電圧が点火プラグ７０へ出力され、放電火花が発生して内燃機関の燃焼行程が行われる。

長通電検出回路４０が外部入力の点火信号の異常を検出したとき、具体的にはｏｎレベルを所定期間以上長く維持したことを検出したときには、長通電検出回路４０から有意を示す例えば高電位の検出信号が出力され、抵抗８０の両端の電位差が無くなって当該抵抗８０に電流が流れなくなる。
このとき、トランジスタ８１のベース電流が流れなくなることから、当該トランジスタ８１は遮断状態になってコレクタ電流も流れなくなる。即ち、トランジスタ８１によってコンパレータ３０から出力された点火信号が遮断され、スイッチング素子６４のゲートへ入力されなくなる。
また、長通電検出回路４０からの検出信号が高電位の信号レベルになると、抵抗５６，５７に流れていた電流もなくなることから、トランジスタ５１も遮断状態になって定電圧回路２０からソフトオフ用コンデンサ５２に供給していた充電電流が遮断される。

上記のように充電電流が遮断されると、ソフトオフ用コンデンサ５２から放電電流が抵抗５４，５５へ出力され、この放電電流はソフトオフ用抵抗５３へ流れる。このとき、トランジスタ８１は遮断状態になっており、スイッチング素子６４のゲートにはソフトオフ用コンデンサ５２からの放電電流によってソフトオフ用抵抗５３に生じる電圧のみが供給される。具体的には、当該放電電流がソフトオフ用抵抗５３を流れるときに生じる電圧がスイッチング素子６４のゲートへ入力される。なお、放電電流が流れ始めた直後は、ソフトオフ用抵抗５３に生じた電圧によってスイッチング素子６４は導通状態を維持する。
ソフトオフ用コンデンサ５２から流れ始めた放電電流は、ソフトオフ用抵抗５３などによって電流値が制限されて緩やかに減少する。スイッチング素子６４のゲート電圧は放電電流の減少に伴って低下し、当該スイッチング素子６４は緩やかに導通状態から遮断状態へ遷移する。

ここで説明した内燃機関用点火装置２の点火コイルユニット６０は、ＩＧＢＴのスイッチング素子６４を備えているが、実施例１と同様に、バイポーラトランジスタをスイッチング素子６４として用いることも可能である。この場合には、ソフトオフ用抵抗５３と抵抗５５の接続点にはスイッチング素子６４のベースが接続され、この部分以外はＩＧＢＴを用いた場合と同様な回路接続になる。
また、バイポーラトランジスタをスイッチング素子６４に用いた内燃機関用手点火装置２においては、ソフトオフ回路５０ａが電流制御によってスイッチング素子６４の導通・遮断動作を制御する。そのため、各抵抗等は電流制御を行うことが可能なものとなる。
この内燃機関用点火装置２は、ベース電流によってスイッチング素子６４が導通・遮断すること以外はＩＧＢＴを用いた場合と同様に動作する。
また、バイポーラトランジスタをスイッチング素子６４として用いたとき、当該スイッチング素子６４のベース電流はソフトオフ用抵抗５３に流れる電流に応じて変化することから、実施例１で説明したものと同様にソフトオフ用抵抗５３に流れる電流を用いてスイッチング素子６４のベース電流を制御し、スイッチング素子６４を遮断状態から導通状態へ、または導通状態から遮断状態へ遷移させる。

以上のように、実施例２の内燃機関用点火装置２によれば、点火信号のレベル変換を行うコンパレータ３０の出力信号を、長通電検出回路４０からの検出信号に応じて動作するトランジスタ８１を介して、スイッチング素子６４の制御端子へ入力するようにしたので、点火信号の導通状態が所定期間以上長く継続したときに、コンパレータ３０の出力信号を遮断することができ、異常状態（ｏｎレベル）を維持している点火信号の影響を受けずに、適確にスイッチング素子６４を導通状態から遮断状態へ緩やかに遷移させることができる。

（実施例３）
図４は、この発明の実施例３による内燃機関用点火装置の概略構成を示す回路図である。
ここでは、内燃機関用点火装置１と同様あるいは相当する部分に同じ符号を使用して説明する。また、内燃機関用点火装置１等と同様な構成については重複説明を省略する。
実施例３による内燃機関用点火装置３は、前述の内燃機関用点火装置１等と同様な長通電検出回路４０および点火コイルユニット６０を備えている。
内燃機関用点火装置３は、長通電検出回路４０と点火コイルユニット６０との間を接続するソフトオフ回路５０ｂを備えている。

図４の長通電検出回路４０は、例えば内燃機関用点火装置３の入力端子等を介して外部（ＥＣＵなど）から点火信号を入力するように配線接続されており、また、自身が生成した検出信号をトランジスタ１００のベースへ出力するように回路接続されている。
トランジスタ１００は、例えばＮＰＮ型バイポーラトランジスタであり、コレクタは抵抗１０１を介してダイオード１０３のアノード等に接続されている。また、トランジスタ１００のエミッタはＧＮＤに接続されており、当該トランジスタ１００は、外部から入力した点火信号のバイパス経路を形成するように回路接続されている。即ち、抵抗１０１、トランジスタ１００によって点火信号のバイパス回路が構成されている。
上記のダイオード１０３のアノードと抵抗１０１の接続点は、前述の長通電検出回路４０と同様に例えば入力端子等に接続され、この入力端子等を介して外部から点火信号が入力されるように接続されている。

ソフトオフ回路５０ｂは、ソフトオフ用コンデンサ１０４、ソフトオフ用抵抗１０５、抵抗１０６によって構成されている。
ソフトオフ用コンデンサ１０４の一端には、ダイオード１０３のカソードが接続されている。また、このダイオード１０３とソフトオフ用コンデンサ１０４との接続点には抵抗１０６の一端が接続されている。また、抵抗１０６の一端には、ソフトオフ用抵抗１０５の一端が接続されている。
抵抗１０６の他端は、点火コイルユニット６０のスイッチング素子６４の制御端子に接続されており、例えばスイッチング素子６４にＩＧＢＴを用いた場合には、抵抗１０６の他端はスイッチング素子６４のゲートと接続される。
ソフトオフ用コンデンサ１０４の他端およびソフトオフ用抵抗１０５の他端は、ＧＮＤに接続されている。

前述の入力端子と抵抗１０６の一端との間には、ダイオード１０２が接続されている。詳しくは、ダイオード１０２は、抵抗１０１とダイオード１０３のアノードとの接続点よりも入力端子側に自身のカソードを接続し、ダイオード１０３のカソードおよびソフトオフ用コンデンサ１０４の接続点と、ソフトオフ用抵抗１０５および抵抗１０６の接続点との間に自身のアノードを接続している。
点火コイルユニット６０は、実施例１ならびに実施例２で説明したものと同様に接続構成されており、一次側コイル６２の一端にはバッテリ１０の高電位側電極が接続され、二次側コイル６３の一端には点火プラグ７０の中心電極が接続されている。
なお、バッテリ１０の低電位側電極、二次側コイル６３の他端、点火プラグ７０の接地電極はＧＮＤに接続されている。

次に、動作について説明する。
外部から点火信号を入力した長通電検出回路４０は、この点火信号が通常のドエルタイムで信号レベルが遷移しているときには、例えばＧＮＤレベルの検出信号を生成する。そのため、このとき長通電検出回路４０の出力端子等には信号電流が流れず、トランジスタ１００のベース電流も流れない。即ち、トランジスタ１００は遮断状態になっている。
このようにトランジスタ１００が遮断状態になっているときには、外部入力の点火信号は、ダイオード１０３を通過してソフトオフ回路５０ｂへ入力される。

ソフトオフ回路５０ｂは、入力した点火信号が低電位のｏｆｆレベルから高電位のｏｎレベルへ遷移すると、このｏｎレベルの信号電圧が充電電圧となってソフトオフ用コンデンサ１０４に印加し、当該ソフトオフ用コンデンサ１０４に電荷を充電する。
ｏｎレベルへ遷移した点火信号が、ダイオード１０３から抵抗１０６を介してスイッチング素子６４のゲートへ入力されると、当該スイッチング素子６４は導通状態になり、一次側コイル６２に一次電流が流れる。
この後、上記の点火信号がｏｎレベルからｏｆｆレベルへ遷移すると、スイッチング素子６４は導通状態から遮断状態へ遷移し、一次電流が遮断されて二次側コイル６３に高電圧の二次電圧が発生する。この二次電圧が供給された点火プラグ７０は放電火花を発生し、内燃機関の燃焼行程が行われる。

なお、点火信号がｏｎレベルからｏｆｆレベルへ遷移して前述の充電電圧が消失したとき、ソフトオフ用コンデンサ１０４から出力される放電電流は、ダイオード１０２のカソード側が上記のｏｆｆレベル即ち低電位となっていることから、ダイオード１０２を流れてダイオード１０３のアノード側へ回帰し、スイッチング素子６４のゲートには影響を与えない。
正常な点火信号が入力されているとき、即ち長通電検出回路４０が点火信号から長い通電時間を検出していないときには、上記の点火動作を繰り返す。

長通電検出回路４０は、入力した点火信号がｏｆｆレベルからｏｎレベルへ遷移した後、予め定められた所定期間以上ｏｎレベルを維持していることを検出したとき、有意を示す検出信号を出力する。この有意を示す検出信号は、例えば高電位の信号レベルを有しており、当該有意を示す検出信号が出力されたときにトランジスタ１００のベース電流が流れる。
トランジスタ１００は、上記のようにベース電流が流れるとコレクタ・エミッタ間が導通状態になり、外部から点火信号を入力する入力端子とＧＮＤ部分との間を抵抗１０１を介して接続し、入力端子とＧＮＤとの間に点火信号のバイパス経路を形成して当該点火信号がダイオード１０３へ入力されないようにする。換言すると、ソフトオフ回路５０ｂが入力していた、もしくはスイッチング素子６４へ入力していた点火信号を遮断する。

上記のようにダイオード１０３へ点火信号が入力されなくなると、ソフトオフ用コンデンサ１０４に供給されていた充電電圧が消失する。
上記の充電電圧が消失すると、ソフトオフ用コンデンサ１０４から放電電流が出力され、ソフトオフ用抵抗１０５へ流れる。この放電電流は、ソフトオフ用抵抗１０５の抵抗値によって制限され、ソフトオフ用コンデンサ１０４から緩やかに出力される。
なお、このとき点火信号はｏｎレベルを維持していることから、ダイオード１０２のカソード側が高電位になっており、ソフトオフ用コンデンサ１０４から出力された放電電流は、ダイオード１０２を流れずにソフトオフ用抵抗１０５へ向かう。
ソフトオフ用抵抗１０５に放電電流が流れることによって生じる電圧、詳しくはソフトオフ用抵抗１０５と抵抗１０６との接続点に生じる電圧は、当該抵抗１０６を介してスイッチング素子６４のゲートへ入力される。

放電電流が流れ始めた時点では、当該放電電流がソフトオフ用抵抗１０５を流れることによって生じるゲート電圧は相当の電圧値を有することから、スイッチング素子６４は導通状態を維持する。
ソフトオフ用コンデンサ１０４からの放電電流が時間経過に伴って減少すると、ソフトオフ用抵抗１０５から抵抗１０６を介して入力されるスイッチング素子６４のゲート電圧も緩やかに低下する。
スイッチング素子６４は、ゲート電圧の低下に伴って導通状態から遮断状態へ緩やかに遷移する。即ち、図４の一次側コイル６２に流れる一次電流も、図２のソフトオフ期間Ｂに示したように、緩やかに減少して高電圧の二次電圧発生が抑制される。このように、点火信号が所定期間以上長くｏｎレベルを維持しているときには、点火コイル６１から高電圧が出力されず、点火プラグ７０には放電火花が発生しなくなる。

ここで説明した内燃機関用点火装置３の点火コイルユニット６０は、ＩＧＢＴのスイッチング素子６４を備えているが、実施例１ならびに実施例２と同様に、バイポーラトランジスタをスイッチング素子６４として用いることも可能である。この場合には、抵抗１０６の他端にスイッチング素子６４のベースが接続され、この部分以外はＩＧＢＴを用いた場合と同様な回路接続になる。
また、スイッチング素子６４にバイポーラトランジスタを用いた内燃機関用手点火装置３においては、ソフトオフ回路５０ｂが電流制御によってスイッチング素子６４の導通・遮断動作を制御する。そのため、各抵抗等は電流制御を行うことが可能なものとなる。
この内燃機関用点火装置３は、ベース電流によってスイッチング素子６４が導通・遮断すること以外はＩＧＢＴを用いた場合と同様に動作する。
また、バイポーラトランジスタをスイッチング素子６４として用いたとき、当該スイッチング素子６４のベース電流はソフトオフ用抵抗１０５に流れる電流に応じて変化することから、ソフトオフ用抵抗１０５に流れる電流を用いてスイッチング素子６４のベース電流を制御し、スイッチング素子６４を遮断状態から導通状態へ、または導通状態から遮断状態へ遷移させる。

以上のように、実施例３の内燃機関用点火装置３によれば、長通電検出回路４０から出力される検出信号によって、バイパス回路を構成するトランジスタ１００の導通・遮断を制御し、点火信号をバイパス経路へ導くようにしたので、点火信号の異常（長い通電時間を示したこと）を検出したときには、ソフトオフ回路５０ｂへ入力される点火信号を遮断し、ソフトオフ用コンデンサ１０４からの放電電流のみによってスイッチング素子６４を制御することができ、異常検出時に点火コイル６１に流れる一次電流を緩やかに減少させて、高電圧の二次電圧が発生することを抑えることができる。
また、回路デバイス数を抑えた簡素な構成によって点火コイル６１の一次電流を緩やかに減少させるようにしたので、製造コストなどを抑制することができ、また、点火コイル６１や点火プラグ７０の特性等に適応させる設定・変更を容易に行うことができる。

１，２，３内燃機関用点火装置
１０バッテリ
２０定電圧回路
３０コンパレータ
３１，３２，５４，５５，５６，５７，８０，１０１，１０６抵抗
４０長通電検出回路
５０，５０ａ，５０ｂソフトオフ回路
５１，８１，１００トランジスタ、
５２，１０４ソフトオフ用コンデンサ
５３，１０５ソフトオフ用抵抗
６０点火コイルユニット
６１点火コイル
６２一次側コイル
６３二次側コイル
７０点火プラグ
１０２，１０３ダイオード

Claims

一次側コイルに流れる一次電流が遮断されたとき二次側コイルに二次電圧を発生する点火コイルと、
前記一次電流を導通・遮断するスイッチング素子と、
外部から入力した点火信号が所定時間以上の長い通電時間を示したことを検出する長通電検出部と、
前記長通電検出部が前記長い通電時間を検出していないときに電荷を充電するソフトオフ用コンデンサと前記ソフトオフ用コンデンサの放電電流を制限するソフトオフ用抵抗とを有するソフトオフ部と、
を備え、
前記ソフトオフ部は、
前記点火信号に応じて前記スイッチング素子が導通状態となっているときに前記長通電検出部が前記長い通電時間を検出すると、
前記ソフトオフ用コンデンサから放電電流を出力して、前記ソフトオフ用抵抗に流れる前記放電電流を用いて前記スイッチング素子を制御し、前記点火コイルに高電圧の二次電圧が発生しないように前記スイッチング素子を緩やかに導通状態から遮断状態へ遷移させる、
ことを特徴とする内燃機関用点火装置。
前記ソフトオフ部は、前記長通電検出部が前記長い通電時間を検出したとき前記点火信号を前記スイッチング素子へ入力する経路を遮断する遮断手段を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
一次側コイルに流れる一次電流が遮断されたとき二次側コイルに二次電圧を発生する点火コイルと、
前記一次電流を導通・遮断するスイッチング素子と、
外部から入力した点火信号が所定時間以上の長い通電時間を示したことを検出する長通電検出部と、
前記点火信号が有する電圧を用いて電荷を充電するソフトオフ用コンデンサと前記ソフトオフ用コンデンサの放電電流を制限するソフトオフ用抵抗とを有するソフトオフ部と、
前記長通電検出部が前記長い通電時間を検出したとき前記点火信号が前記スイッチング素子へ入力されないようにバイパス経路を形成するバイパス回路と、
を備え、
前記ソフトオフ部は、
前記バイパス回路が前記点火信号をバイパスすると、
前記ソフトオフ用コンデンサから放電電流を出力して、前記ソフトオフ用抵抗に流れる放電電流を用いて前記スイッチング素子を制御し、前記点火コイルに高電圧の二次電圧が発生しないように前記スイッチング素子を緩やかに導通状態から遮断状態へ遷移させる、
ことを特徴とする内燃機関用点火装置。
前記スイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタであり、
前記ソフトオフ部は、前記放電電流が流れた前記ソフトオフ用抵抗に発生する電圧によって前記スイッチング素子のゲート電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関用点火装置。
前記スイッチング素子は、バイポーラトランジスタであり、
前記ソフトオフ部は、前記ソフトオフ用抵抗に流れる前記放電電流によって前記スイッチング素子のベース電流を制御する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関用点火装置。