JP2019124165A - 内燃機関の点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イグナイタによる通電動作を制御して、点火コイルを過熱から保護可能な点火装置を提供すること。【解決手段】１次巻線２１を流れる電流の増減により２次巻線２２に点火用の高電圧を発生させる点火コイル２と、１次巻線２１に接続されるスイッチング素子３及びスイッチング素子３を駆動して点火コイル２の通電を制御する制御回路部４を有するイグナイタＩを備える内燃機関の点火装置１であって、点火コイル２は、１次巻線２１又は２次巻線２２の通電経路上に、点火コイル２の温度に応じたコイル温度信号を出力するコイル用感温素子５を有し、制御回路部４は、コイル温度信号を、点火コイル２の許容温度Ｔ１以下のコイル温度検出閾値Ｔｈ１と比較した結果に基づいて、点火コイル２の温度が許容温度Ｔ１を超えないように、点火コイル２の通電動作を制御する保護回路６を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の点火用の点火コイルとイグナイタを備える点火装置に関する。

内燃機関の点火装置は、点火用の高電圧を出力する点火コイルと、点火コイルへの通電を制御する点火制御装置としてのイグナイタとで構成される。イグナイタは、例えば、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子と、該スイッチング素子の動作を制御する制御回路部とを備えており、スイッチング素子は、点火コイルの一次巻線に接続している。点火コイルの二次巻線は、点火プラグに接続しており、制御回路部によってスイッチング素子をオンオフ動作させることにより、点火コイルの二次巻線に発生する高電圧を点火プラグに印加して、火花放電させるよう構成されている。

従来、イグナイタの制御回路部は、過電流や過電圧から保護するための保護回路を備えている。また、発熱体であるスイッチング素子の過熱検出機能を備えたものがある。例えば、特許文献１には、第１リードフレームにスイッチング用の第１半導体素子を搭載し、離れて配置した第２リードフレームに相対的に低温となる第２半導体素子を搭載して、熱伝達を抑制する熱抵抗を介在させるとともに、第１半導体素子の作動温度を検出して、所定温度を超えたときに、第１半導体素子の動作を制限するようにした装置が提案されている。

第２半導体素子は、例えば、比較器を構成しており、第１リードフレーム上に搭載される感温素子からの入力電圧を基準電圧と比較して、過熱と判断されたときに第１半導体素子のオフ信号を出力させることで、スイッチング素子を過熱から保護している。

特開２００６−１９７００号公報

ところで、スイッチング素子の通電時間が長くなると、スイッチング素子に接続される点火コイルの１次巻線を流れる電流も大きくなり、スイッチング素子と点火コイルの両方が発熱する。そのため、イグナイタは、過電流保護機能により１次巻線を流れる電流を制限し、また、スイッチング素子の過熱検出機能により、スイッチング素子の過熱を防止している。ところが、この状態では、点火コイルの巻線抵抗値によって、スイッチング素子と点火コイルの発熱バランスが変わるために、点火コイルの温度が上昇して許容温度を超えるおそれがあることが判明した。

このように、従来の点火装置は、点火コイルを過熱から保護する機能を備えていない。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、イグナイタによる通電動作を制御して、点火コイルを過熱から保護可能な点火装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
１次巻線（２１）を流れる電流の増減により２次巻線（２２）に点火用の高電圧を発生させる点火コイル（２）と、
上記１次巻線に接続されるスイッチング素子（３）及び上記スイッチング素子を駆動して上記点火コイルの通電を制御する制御回路部（４）を有するイグナイタ（Ｉ）と、を備える内燃機関の点火装置（１）であって、
上記点火コイルは、上記１次巻線又は上記２次巻線の通電経路上に、上記点火コイルの温度に応じたコイル温度信号を出力するコイル用感温素子（５）を有しており、
上記制御回路部は、上記コイル温度信号を、上記点火コイルの許容温度（Ｔ１）以下のコイル温度検出閾値（Ｔｈ１）と比較し、その比較結果に基づいて、上記点火コイルの温度が上記許容温度を超えないように、上記点火コイルの通電動作を制御する保護回路（６）を備える、内燃機関の点火装置にある。

上記構成において、保護回路は、コイル用感温素子からのコイル温度信号を、コイル温度検出閾値と比較し、例えば、コイル温度検出閾値に到達したときに、制御回路部に検出信号を出力する。制御回路部は、スイッチング素子の駆動を停止して点火コイルへの通電を遮断する。このように、コイル温度信号に応じてスイッチング素子の動作を制御することで、点火コイルが許容温度を超えないように保護することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、イグナイタによる通電動作を制御して、点火コイルを過熱から保護可能な点火装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、内燃機関の点火装置の構成を示す回路図。 実施形態１における、点火装置の要部であり過熱検出のための構成を示す回路図。 実施形態１における、点火装置の過熱検出時のコイル温度及び素子温度の推移を示すタイムチャート図。 実施形態１における、点火装置に用いられる感温ダイオードの電圧−温度特性を示す図。 従来の点火装置の要部であり素子過熱検出のための構成を示す回路図。 従来の点火装置による、ロック通電時の過電流保護動作を説明するためのタイムチャート図。 従来の点火装置による、高デューティ制御時の過電流保護動作を説明するためのタイムチャート図。 従来の点火装置による、通常動作時と過電流保護動作時におけるコイル印加電力と素子印加電力を比較して説明するための図。 従来の点火装置において巻線抵抗小のときのコイル温度及び素子温度の推移を示すタイムチャート図。 従来の点火装置において巻線抵抗大のときのコイル温度及び素子温度の推移を示すタイムチャート図。 実施形態２における、点火装置の要部であり過熱検出のための構成を示す回路図。 実施形態２における、点火装置への通電指令とコイル過熱検出回路による過熱保護動作の関係を示すタイムチャート図。 実施形態３における、点火装置の要部であり過熱検出のための構成を示す回路図。 実施形態３における、点火装置への通電指令とコイル過熱検出回路による過熱保護動作の関係を示すタイムチャート図。 実施形態４における、点火装置の構成を示す回路図。 実施形態５における、点火装置の構成を示す回路図。 実施形態６における、点火装置の構成を示す断面図。 実施形態６における、点火装置の構成を示す断面図。

（実施形態１）
内燃機関の点火装置に係る実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。図１に概略構成を示すように、点火装置１は、１次巻線２１及び２次巻線２２を有する点火コイル２と、スイッチング素子３及び制御回路部４を有するイグナイタＩと、を備える。点火コイル２は、１次巻線２１を流れる電流の増減により２次巻線２２に点火用の高電圧を発生させるものであり、２次巻線２２の高圧側には、点火プラグＰが接続される。イグナイタＩは、１次巻線２１の一端に接続されるスイッチング素子３を、制御回路部４にて駆動し、点火コイル２の通電を制御することにより、点火動作を制御している。

点火コイル２は、１次巻線２１又は２次巻線２２の通電経路上に、点火コイル２の温度に応じたコイル温度信号を出力するコイル用感温素子５を有している。コイル用感温素子５は、例えば、感温ダイオード５１であり、順方向電流が流れるときにダイオードの両端に発生する順方向電圧（以下、ダイオード順電圧）ＶＦが、温度と相関があることを利用して、点火コイル２の温度を検出する。

本形態において、通電経路は、２次巻線２２の低圧側端子２３に接続される接地電位線２４を含み、この接地電位線２４に感温ダイオード５１が搭載される。感温ダイオード５１は、アノード端子が低圧側端子２３に接続され、カソード端子が接地側となるように接続されており、接地側へ向かう方向が順方向となる。このとき、感温ダイオード５１は、点火コイル２の電流方向を規制し通電オン時の飛火を防止するオン飛火防止ダイオードとしても機能させることができる。

すなわち、点火コイル２は、１次巻線２１への通電を遮断することで２次巻線２２に高電圧が発生し、点火プラグＰの電極間に火花放電を生じさせるが、１次巻線２１への通電開始時にも、２次巻線２２に比較的高い電圧が発生する。このときの電流の方向は、本来の点火時とは逆方向となるので、オン飛火防止ダイオードを兼ねる感温ダイオード５１を設けることで、電流方向を規制して、通電オン時の電圧によるオン飛火を防止することができる。

また、制御回路部４は、保護回路としてのロック防止回路６を備えている。ロック防止回路６は、図２に示すように、サーマルシャットダウン（すなわち、Thermal Shutdown）式ロック防止回路として構成されており、コイル用感温素子５から出力されるコイル温度信号を用いて、点火コイル２を過熱から保護する。具体的には、図３に示すように、コイル温度信号を、点火コイル２の許容温度Ｔ１以下のコイル温度検出閾値である、コイル過熱検出閾値Ｔｈ1と比較し、その比較結果に基づいて、点火コイル２の温度が許容温度Ｔ１を超えないように、点火コイル２の通電動作を制御する。図２、図３については、詳細を後述する。

本形態において、内燃機関は、例えば、自動車用エンジンであり、図１に示す点火装置１によって点火プラグＰを点火動作させると、図示しないエンジン燃焼室内の混合気が着火燃焼する。エンジンの運転は、図示しないエンジン用の電子制御ユニット（すなわち、Engine Control Unit；以下、ＥＣＵ）によって制御されている。ＥＣＵは、点火コイル２への通電指令信号である点火信号ＩＧｔを発信し、イグナイタＩは、制御回路部４の入力端子１１に入力される点火信号ＩＧｔに応じて、スイッチング素子３を駆動する。点火コイル２は、１次巻線２１の一端に接続される電源端子＋Ｂを介して図示しない電源から給電されるようになっており、１次巻線２１の他端は、ＩＧＣ端子３２を介して、スイッチング素子３に接続される。電源には、例えば、車載バッテリを用いることができる。

イグナイタＩは、スイッチング素子３と、スイッチング素子３の温度に応じた素子温度信号を出力するイグナイタ用感温素子７とを、一個のスイッチ用半導体チップに集積化した点火スイッチ部３０を有している。スイッチング素子３は、公知のパワートランジスタ、例えば、ＩＧＢＴ（すなわち、Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）３１にて構成されており、ＩＧＢＴ３１のコレクタ側はＩＧＣ端子３２に接続され、ＩＧＢＴ３１のエミッタ側は、接地端子３３を介してグランド端子ＧＮＤに接続される。イグナイタ用感温素子７は、例えば、複数の感温ダイオード７１、７２であり、順方向に直列接続されている。

制御回路部４は、いわゆるモノリシックＩＣ（すなわち、monolithic ＩＣ）であり、ドライブ回路４１、フィルタ回路４２、過電圧保護回路４３、過電流保護回路４４、及びロック防止回路６が、一個の制御用半導体チップに集積化されている。フィルタ回路４２は、ＥＣＵから発信される点火信号ＩＧｔを波形整形して、ハイレベル又はローレベルの二値信号としてドライブ回路４１へ出力する。ドライブ回路４１は、点火スイッチ部３０のゲート端子３４を介してＩＧＢＴ３１のゲート側に接続されており、フィルタ回路４１からの入力信号に応じて、ＩＧＢＴ３１への通電信号を出力する。これに伴い、ＩＧＢＴ３１のゲート電圧がハイレベル電圧又はローレベル電圧に切り替えられ、点火コイル２の通電がオンオフ制御される。

過電圧保護回路４３は、電源端子１２を介して電源電位線１０に接続され、電源電圧ＶＢの変動等による過電圧から、点火スイッチ部３０を保護するように構成される。また、過電流保護回路４４は、点火スイッチ部３０のセンスエミッタ端子３５に接続されて、点火信号ＩＧｔのオン時に点火コイル２に流れる１次電流を検出する。そして、過剰な電流を検出したときに、１次電流を制限して、点火スイッチ部３０を過電流から保護するように構成される。電源端子＋Ｂとグランド端子ＧＮＤの間には、ノイズ防止用のコンデンサ１３が配置される。

本形態において、ロック防止回路６は、例えば、スイッチング素子３がオン状態で固定されるような運転状態において、点火コイル２又はスイッチング素子３に過度な発熱が生じることを防止する過熱保護動作を実施する。このような運転状態は、具体的には、点火信号ＩＧｔが常時オンとなるロック通電時や、オン時間が長く通電周期が短くなる高回転・高デューティ制御時であり、ロック防止回路６は、点火コイル２又はスイッチング素子３の過熱を検出したときに、ドライブ回路４１に過熱検出信号を出力することにより、スイッチング素子３への通電を遮断させる（すなわち、サーマルシャットダウン）。これにより、点火コイル２及びスイッチング素子３の両方を、過熱による破壊等の不具合から保護する機能を有する。

図２において、ロック防止回路６は、点火コイル２の過熱を検出するためのコイル過熱検出回路６１と、スイッチング素子３の過熱を検出するための素子過熱検出回路６２と、コイル過熱検出回路６１及び素子過熱検出回路６２からの信号が入力される過熱検出回路６３を備える。コイル過熱判定回路６１及び素子過熱検出回路６２は、例えば、ヒステリシスを持たせた比較回路にて構成され、過熱検出回路６３は、例えば、ＯＲ回路にて構成される。
なお、図２中の制御回路部４には、ロック防止回路６とその周辺回路を含めた過熱検出のための要部を示している。

コイル過熱検出回路６１のプラス入力端子は、コイル用端子ＴＳＤｃを介して、コイル用感温素子５のアノード側に接続され、素子過熱検出回路６２のプラス入力端子は、素子用端子ＴＳＤｓを介して、イグナイタ用感温素子７のアノード側に接続される。また、コイル過熱検出回路６１及び素子過熱検出回路６２のプラス入力端子と、コイル用端子ＴＳＤｃ又は素子用端子ＴＳＤｓの間には、定電流源６１１、６２１がそれぞれ接続されて、所定の検出電流を、感温ダイオード５１、７１、７２に印加可能となっている（例えば、図１中に、感温ダイオード５１への検出電流の通電経路を一点破線で示す）。

このとき、図４にダイオード特性を示すように、一般に、感温ダイオード５１、７１、７２は、温度が高くなるほど、ダイオード順電圧ＶＦが小さくなる特性を持つ。したがって、点火コイル２の許容温度Ｔ１又はスイッチング素子３の許容温度Ｔ２に対応させて、過熱検出閾値を設定し、コイル温度信号と比較することで、過熱検出が可能になる。その際、過熱検出により通電禁止した後、過熱検出解除閾値まで温度が低下したら、再び通電許可するように、ヒステリシスを持たせた通電制御を行うことが望ましい。これにより、過熱検出閾値及び過熱検出解除閾値に基づいて、点火コイル２を所定の温度範囲に制御可能となる。

例えば、図３に示すように、点火コイル２の許容温度Ｔ１に対して、許容温度Ｔ１以下となるコイル過熱検出閾値Ｔｈ1と、それより低いコイル過熱検出解除閾値（すなわち、コイル温度検出解除閾値）Ｔｈ11を設定することができる。同様に、スイッチング素子３の許容温度Ｔ２に対して、許容温度Ｔ２以下となる素子過熱検出閾値（すなわち、素子温度検出閾値）Ｔｈ2と、それより低い素子過熱検出解除閾値（すなわち、素子温度検出解除閾値）Ｔｈ21を設定することができる。コイル過熱検出回路６１又は素子過熱検出回路６２に入力されるコイル温度信号が、電圧信号であるときは、コイル過熱検出閾値Ｔｈ1及びコイル過熱検出解除閾値Ｔｈ11と素子過熱検出閾値Ｔｈ2及び素子過熱検出解除閾値Ｔｈ21に相当する電圧値を、それぞれ閾値として設定することができる。

具体的には、図２において、コイル過熱検出回路６１のプラス入力端子には、点火コイル２からのコイル温度信号として、コイル用端子ＴＳＤｃの端子電圧Ｖｃが入力している。コイル過熱検出回路６１のマイナス入力端子には、コイル過熱検出閾値Ｔｈ1に対応する基準電圧Ｖth1を与える電源６１２が接続されており、コイル過熱検出回路６１は、端子電圧Ｖｃが基準電圧Ｖth1に到達したときに、コイル過熱検出信号Ｓ１を出力する。
同様に、素子過熱検出回路６２のプラス入力端子には、スイッチング素子３からの素子温度信号として、素子用端子ＴＳＤｓの端子電圧Ｖｓが入力している。素子過熱検出回路６２のマイナス入力端子には、素子過熱検出閾値Ｔｈ2に対応する基準電圧Ｖth2を与える電源６２２が接続されており、素子過熱検出回路６２は、端子電圧Ｖｓが基準電圧Ｖth2に到達したときに、素子過熱検出信号Ｓ２を出力する。

過熱検出回路６３は、コイル過熱検出信号Ｓ１及び素子過熱検出信号Ｓ２のいずれか一方又は両方が検出されたときに、ドライブ回路４１に過熱検出信号Ｓを出力する。ドライブ回路４１は、過熱検出信号Ｓが入力すると、スイッチング素子３のゲート電圧をローレベル電圧に切り替える。これにより、スイッチング素子３がオフとなり、点火コイル２への通電が遮断されることで、点火コイル２及びスイッチング素子３の両方を過熱から保護することができる。

ここで、図５〜図１０を参照して、素子過熱検出回路６２のみを備える従来のロック防止回路６０による過熱保護動作について説明する。図５に示す制御回路部４は、ロック防止回路６０とその周辺回路を含む要部である。素子過熱検出回路６２は、上述した図１、図２と同様の構成であり、素子用端子ＴＳＤｓから入力する端子電圧Ｖｓと基準電圧Ｖth2とを比較して、素子過熱検出信号Ｓ１をドライブ回路４１に出力する。ドライブ回路４１には、上述した過電流保護回路４４が接続されており、図６、図７に示すように、点火コイル２の１次電流が制限電流値Ｉ1を超えないように制御している。

例えば、図６に示すロック通電時には、天落等により点火信号ＩＧｔがハイレベルに固定されて、通電指令が常時オンとなる。そのため、スイッチング素子３の通電信号（すなわち、図中の素子通電信号）がオンとなり、点火コイル２の１次電流（すなわち、図中のコイル１次電流）及びスイッチング素子３の温度（すなわち、図中の素子温度）が上昇を開始する。次いで、通電指令が常時オンとなっていることにより、点火コイル２の１次電流Ｉ1が制限電流値Ｉ1に到達し、過電流保護回路４４が作動して、制限電流値Ｉ1を維持するように制御する。過電流保護動作時には、素子通電信号のオン状態は継続しているので、素子温度は上昇を続ける。その間、素子用端子ＴＳＤｓの端子電圧Ｖｓは徐々に下降する。

その後、端子電圧Ｖｓが基準電圧Ｖth2に到達すると（すなわち、素子温度が過熱検出閾値Ｔｈ2に到達すると）、素子過熱検出回路６２が作動して、ドライブ回路４１へ素子過熱検出信号Ｓ２が出力される。ドライブ回路４１は、素子通電信号をオフとし、点火コイル２への通電を遮断する。これにより、素子温度が下降すると共に、端子電圧Ｖｓが上昇に転じる。時刻ｔ３において、端子電圧Ｖｓが、素子過熱検出解除閾値Ｔｈ21に対応する解除電圧Ｖth21に到達すると、素子過熱のおそれは小さくなり、素子過熱検出信号Ｓ２の出力が停止されると、素子通電信号は再びオンとなる（例えば、図中に実線で示す）。

その場合、素子温度と共にコイル温度も上昇することになり、これを繰り返すことで、コイル過熱が生じるおそれがある。なお、常時オン時には過熱保護解除を行わないように、再通電を許可する条件を設定することができる。例えば、素子温度が素子過熱検出解除閾値Ｔｈ21以下であり、かつ、点火信号ＩＧｔの通電オフ指令が検出された場合とすると、通電指令が継続している間は再通電されない。つまり、時刻ｔ３において、素子通電信号はオフのままとなるので、素子温度は上昇せず（例えば、図中に一点破線で示す）、点火コイル２は発熱しない。ただし、通電オフ指令が検出された場合には、再通電が可能となるので、これが繰り返されることで、コイル温度が上昇する可能性がある。

例えば、図７に示すように、高デューティ制御時には、点火信号ＩＧｔとして、オン期間が長く周期が短い信号が入力される。そして、過電流保護回路４４が連続して作動して、制限電流値Ｉ1を維持する制御が繰り返される。また、素子過熱検出回路６２による過熱保護動作を繰り返し行って、素子温度が素子過熱検出閾値Ｔｈ2を超えないように制御される。その場合、通電オフ指令は毎周期で検出されるため、素子温度が素子過熱検出解除閾値Ｔｈ21以下となれば、再通電が許可される。例えば、時刻ｔ４にて、通電指令がオフとなった後に短い周期で再びオンとなると、この時点では、素子温度が素子過熱検出解除閾値Ｔｈ21を超えているので、通電禁止となっている。この状態が続く間、素子通電信号はオフのままとなるが、その後、時刻ｔ５にて、素子過熱検出解除閾値Ｔｈ21に達すると瞬時に、素子通電信号はオンとなる。

このようにして再通電が繰り返され、通電禁止となる時間が十分でない場合、イグナイタＩは保護可能であっても、点火コイル２の温度が上昇していくことがある。これは、イグナイタＩのスイッチング素子３は熱容量が小さく放熱しやすいのに比べて、点火コイル２は熱容量が大きく放熱に時間がかかることに起因する。

図８に比較して示すように、通常動作時と過電流保護動作時とにおいて、点火コイル２の１次巻線２１への印加電力（すなわち、図中のコイル印加電力）、スイッチング素子３であるＩＧＢＴ３１への印加電力（すなわち、図中の素子印加電力）は、それぞれ以下のようになる。
＜通常動作時＞
コイル印加電力：(ＶＢ-Ｖce)²/Ｒ１
素子印加電力 ：Ｖce・*Ｉ
なお、式中、ＶＢは、電源電圧（Ｖ）であり、Ｖceは、ＩＧＢＴ３１のコレクタエミッタ間電圧（Ｖ）であり、Ｒ１は、１次巻線２１の巻線抵抗（Ω）であり、Ｉは、１次電流（Ａ）である。
＜過電流保護動作時＞
コイル印加電力：Ｒ1*Ｉ1²
素子印加電力：(ＶＢ−Ｒ１*Ｉ1)*Ｉ1
なお、式中、ＶＢは、電源電圧（Ｖ）であり、Ｒ１は、１次巻線２１のコイル抵抗（Ω）であり、Ｉ1は、制限電流値（Ａ）である。

通常動作時は、ＩＧＢＴ３１のＶce電圧は低いため(例えば、Ｖce＝１．５Ｖ)、印加電力も低く（例えば、Ｉ＝８Ａのとき、印加電力は、８*１．５＝１２Ｗ）、点火コイル２への印加電力による発熱が大半となる。
一方、ＩＧＢＴ３１に流れる電流が増加して、制限電流値Ｉ1に達した場合には、過電流保護動作時により、制限電流値Ｉ1を超えないように制御される。その場合、以下のように、素子印加電力は、通常動作時よりも大きくなり、また、巻線抵抗Ｒ１によっても変動する。例えば、
（１）ＶＢ＝１４Ｖ、Ｉ1＝１０Ａ、Ｒ１＝１Ωであるとき、
コイル印加電力：Ｒ１*Ｉ1＝１*１０²＝１００Ｗ
素子印加電力：（ＶＢ−Ｒ１*Ｉ1）*Ｉ1＝（１４−１*１０）*１０＝４０Ｗ
（２）ＶＢ＝１４Ｖ、Ｉ1＝１０Ａ、Ｒ１＝０．５Ωであるとき、
コイル印加電力：Ｒ１*Ｉ1＝０．５*１０²＝５０Ｗ
素子印加電力：（ＶＢ−Ｒ１*Ｉ1）*Ｉ1＝（１４−０．５*１０）*１０＝９０Ｗ

その場合でも、図５に示したロック防止回路６０による過熱保護動作により、図９、図１０に示すように、素子温度は、素子過熱検出閾値Ｔｈ2と、素子過熱検出解除閾値Ｔｈ21の間となるように制御される。ところが、従来は、同様に発熱体である点火コイル２の温度上昇は監視されておらず、上述したように、高デューティかつ短周期の信号が連続して入力された場合に、過電流保護動作が連続することになる。これによって、イグナイタＩの通電(すなわち、発熱)→過熱検出→通電停止→過熱保護解除→通電・・といった一連の動作が繰り返されることになり、コイル温度が上昇し続けることが判明した。特に、点火コイル２の巻線抵抗が大きい場合には（例えば、図１０参照）、巻線抵抗が小さい場合に比べて（例えば、図９参照）、コイル印加電力が大きくなるために、コイル温度が素子温度を超えて上昇し、許容温度Ｔ１に達するおそれがある。

そこで、本形態では、図２に示したロック防止回路６による過熱保護動作により、点火コイル２とスイッチング素子３の両方の過熱検出を行い、通電制御に反映させる。その場合の制御の一例を、図３に示すように、時刻ｔ１までは、昇温しやすい素子温度に応じて、ロック防止回路６が動作し、素子過熱検出回路６２が素子過熱検出信号Ｓ２を出力することで、過熱検出回路６３から過熱検出信号Ｓが出力される。過電流保護動作が連続する場合には、スイッチング素子３のオンオフが繰り返されて、素子温度が所定範囲に制御される。

一方、コイル温度の上昇は緩やかで、コイル過熱検出閾値Ｔｈ1に満たない間は、通電許可となっている。時刻ｔ１にて、コイル温度がコイル過熱検出閾値Ｔｈ1に達すると、コイル過熱検出回路６１がコイル過熱検出信号Ｓ１を出力することで、通電禁止となる。そして、過熱検出回路６３から過熱検出信号Ｓが出力され、スイッチング素子３がオフとなって、点火コイル２への通電が遮断される。これに伴い、図３中に実線で示すように、コイル温度が下降すると共に、素子温度が下降する。その後、時刻ｔ２にて、コイル温度がコイル過熱検出解除閾値Ｔｈ11に低下すると、再び通電許可となり、素子温度が素子過熱検出閾値Ｔｈ2に達すると、素子温度に基づく通電制御が繰り返される。

なお、図３中に破線で示すように、時刻ｔ１にて、コイル温度に基づく通電禁止がなされない場合には、コイル温度がそのまま緩やかに上昇を続けて、時刻ｔ２より前に、素子温度を超えることになる。

このように、本形態のロック防止回路６を用いた過熱保護動作では、発熱体である点火コイル２及びスイッチング素子３の両方の温度を感温素子５、７で監視し、いずれかの過熱を検出したときにドライブ回路４１に過熱検出信号Ｓを出力する。そして、コイル温度及び素子温度と、それぞれの過熱検出閾値Ｔｈ1、Ｔｈ2及び過熱検出解除閾値Ｔｈ11、Ｔｈ21とに基づいて、スイッチング素子３の通電動作を適切に制御するので、点火コイル２及びスイッチング素子３の両方を、過熱から保護することができる。

また、コイル温度を監視するための感温素子５を、オン飛火防止ダイオードを兼ねる感温ダイオード５１とすることで、部品点数を増加させることなく、過熱からの保護機能を向上させることができる。さらに、感温ダイオード５１のカソード端子は、接地電位線２４に接続されるので、コイル用端子ＴＳＤｃの端子電圧は、ダイオード順電圧ＶＦ程度となり、制御回路部４に、他の回路等を追加することなく、点火コイル２の温度を検出することができる。

（実施形態２）
実施形態２における点火装置１について、図１１、図１２により説明する。本形態の点火装置１の基本回路構成は、図１に示した上記実施形態１と同様であり、図１２に示すロック防止回路６の構成の一部が異なっている。以下、相違点を中心に説明する。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

図１１において、ロック防止回路６は、コイル過熱検出回路６１と、素子過熱検出回路６２と、コイル過熱検出回路６１及び素子過熱検出回路６２からの信号が入力される過熱検出回路６３を備える。コイル過熱判定回路６１のプラス入力端子には、定電流源６１１が接続されると共に、定電流源６１１と電源端子１２との間には、スイッチ６５を設けられている。スイッチ６５には、入力端子１１から点火信号ＩＧｔが入力するようになっており、通電指令に応じてオンオフ動作が制御される。

具体的には、図１２に示すように、点火信号ＩＧｔのオン期間には、スイッチ６５をオフとなるようにして、温度検出を許可しない。すなわち、スイッチ６５がオンであるときは、定電流源６１１が電源端子１２と接続されず、コイル用感温素子５には、検出電流（例えば、図中のＶＦ電流）が印加されないので、コイル過熱検出回路６１による過熱保護動作は実施されない。

これは、点火コイル２への通電動作時には、コイル用端子ＴＳＤｃにおける端子電圧Ｖｃが変動し温度検出に影響するおそれがあるためである。そこで、点火信号ＩＧｔのオフ期間にのみ、スイッチ６５をオンとして検出電流を印加することで、点火コイル２への通電動作の影響を小さくし、コイル過熱検出回路６１によるコイル過熱の検出精度を向上させることができる。

（実施形態３）
実施形態３における点火装置１について、図１３、図１４により説明する。本形態の点火装置１の基本回路構成は、図１に示した上記実施形態１と同様であり、図１３に示すロック防止回路６の構成の一部が異なっている。具体的には、図１２に示した上記実施形態２の構成において、定電流源６１１と電源端子ＶＢとの間に、スイッチ６５を設け、さらに、マスク回路６６を設けている。その以外の構成は、上記実施形態１と同様であり、説明を省略する。

図１３において、マスク回路６６は、コイル過熱検出回路６１と過熱検出回路６３の間に設けられる。スイッチ６５とマスク回路６６には、入力端子１１から点火信号ＩＧｔが入力するようになっている。これにより、通電指令に応じて、スイッチ６５のオンオフ動作が制御されると共に、点火信号ＩＧｔのオフ時点から一定期間の間、コイル過熱検出回路６１による検出を実施しないマスク期間を設ける。

具体的には、図１４に示すように、点火信号ＩＧｔのオン期間には、スイッチ６５をオフとして、検出電流の印加を許可しない。点火信号ＩＧｔがオフとなったら、スイッチ６５をオンして、定電流源６１１と電源端子１２とを接続し、コイル用感温素子５である感温ダイオード５１に所定の検出電流（例えば、図中のＶＦ電流）を印加する。その場合には、通電指令がオンからオフに切り替わる点火動作タイミングにおいて、点火コイル２の１次電流の遮断により、感温ダイオード５１を介して２次電流が瞬間的に流れることになり、その際にコイル過熱を誤検出するおそれがある。

そこで、好適には、点火動作タイミングにおいて、通電指令がオフとなった時点から２次電流の影響がなくなるまでの一定期間（例えば、３ｍｓ）をマスク期間として、マスク回路６６により、コイル過熱検出回路６１からのコイル過熱検出信号Ｓ１の出力をマスクする。これにより、マスク期間には、コイル過熱検出回路６１からの信号が、過熱検出回路６３に入力されないので、点火動作に伴う誤検出を防止することができる。そして、コイル用感温素子５による温度検出の精度を高めて、過熱保護動作を効果的に実施することが可能になる。

（実施形態４）
次に、実施形態４における点火装置１について、図１５により説明する。本形態の点火装置１の基本回路構成は、図１に示した上記実施形態１と同様であり、コイル用感温素子５である感温ダイオード５１が設けられる点火コイル２の通電経路が異なっている。具体的には、本形態では、２次巻線２２の低圧側が１次巻線２１に給電するための電源電位線１０に接続される通電経路となっており、感温ダイオード５１のカソード端子は、電源電位線１０に接続されている。感温ダイオード５１のアノード端子は、上記実施形態１と同様に、２次巻線２２の低圧側端子２３に接続される。

その場合、制御回路部４には、電源端子１２に接続される昇圧回路６６が設けられており、昇圧回路６６を介して、ロック防止回路６へ給電されるようになっている。このとき、昇圧回路６６は電源電位線１０よりも高い電位を生成して、低圧側端子２３が接続されるコイル用端子ＴＳＤｃに供給する。これにより、感温ダイオード５１のアノード側の電位を高くして、より低い電位のカソード側へ順方向に電流を流すことで、コイル温度の検出が可能になる。そのために、昇圧回路６６は、コイル用端子ＴＳＤｃの端子電圧が、電源電圧ＶＢ＋ダイオード順電圧ＶＦ以上の電圧となるように構成されることが望ましい。

このような接続構造によっても、感温ダイオード５１は、オン飛火防止ダイオードを兼ねるコイル温度検出用のダイオード５１として機能する。したがって、部品点数を増加させることなく、過熱からの保護機能を向上させることができる。

（実施形態５）
次に、実施形態５における点火装置１について、図１６により説明する。本形態の点火装置１の基本回路構成は、図１に示した上記実施形態１と同様であり、コイル用感温素子５である感温ダイオード５１が設けられる点火コイル２の通電経路が異なっている。具体的には、上記実施形態１では、感温ダイオード５１を２次巻線２２の低圧側に接続したが、本形態では、２次巻線２２の高圧側の通電経路、例えば、２次巻線２２と点火プラグＰを接続する高電位線２６に搭載される。感温ダイオード５１は、アノード端子が点火プラグＰ側となり、カソード端子が２次巻線２２側となるように、順方向に接続される。

高電位線２６において、感温ダイオード５１と点火プラグＰとの間に設けられる高圧側端子２５には、制御回路部のコイル用端子ＴＳＤｃが接続される。このように、感温ダイオード５１が点火コイル２の高圧側に配置される構成においても、ダイオード順電圧ＶＦに基づくコイル温度の検出が可能である。その場合は、点火プラグＰの両電極間に火花放電Ｐ１が発生する点火動作時に、高電圧(例えば、−４０ｋＶ程度)が印加されるため、制御回路部４には、コイル用端子ＴＳＤｃとロック防止回路６との間に、端子保護のための保護回路４６を設けることが望ましい。

このような接続構造によっても、感温ダイオード５１は、オン飛火防止ダイオードを兼ねるコイル温度検出用のダイオード５１として機能する。したがって、部品点数を増加させることなく、過熱からの保護機能を向上させることができる。

（実施形態６）
次に、実施形態６における点火装置１について、図１７、図１８により説明する。図１７、図１８は、点火装置１の具体的構造例におけるコイル用感温素子５の搭載位置の一例を示している。点火装置１の回路構成は、図１に示した上記実施形態１〜５のいずれを採用することもできる。

図１７において、点火装置１は、点火コイル２が収容されるコイルケースＣを備えており、図示しないエンジンのシリンダヘッドに設けられるプラグホールに取り付けられる。コイルケースＣは、上端が開口する容器状に形成されており、その内部に、点火コイル２の１次巻線２１及び２次巻線２２が、内外周に重なるように同心状に配置されている。１次巻線２１は、樹脂製の１次スプールＣ１の外周に巻回されており、２次巻線２２は、樹脂製の２次スプールＣ２の外周に巻回される。１次スプールＣ１の内周側には、コイルケースＣの底面と平行な方向を軸方向として、中心コアＣ３が配置され、１次巻線２１及び２次巻線２２の外周側には外周コアＣ４が配置される。

コイルケースＣの内部には、外周コアＣ４の側方に、イグナイタＩが配置されている。また、コイルケースＣの内部空間には、絶縁用樹脂８が充填されて、点火コイル２及びイグナイタＩ等を絶縁封止している。

コイル用感温素子５となる感温ダイオード５は、上記実施形態１〜５に示した回路構成に応じて、例えば、点火コイル２の２次巻線２２の低圧側または高圧側の通電経路上に搭載される。その際、好適には、コイル用感温素子５を点火コイル２により近い位置に配置することが望ましい。例えば、コイルケースＣの内部において、点火コイル２の最外周部となる２次スプールＣ２の外側、具体的には、絶縁用樹脂８の頂面と点火コイル２との間に形成される領域Ａ（例えば、図１７中に点線で囲って示す領域）に配置することができる。

このように、コイル用感温素子５を点火コイル２に近い位置に配置することで、コイル温度を精度よく検出することが可能になる。

あるいは、図１８に示すように、コイル用感温素子５は、点火コイル２を構成する１次スプールＣ１２次スプールＣ２に搭載されるか、又は、接配置されてもよい。具体的には、１次スプールＣ１に近接する領域Ａ１、又は、２次スプールＣ２に近接する領域Ａ２（例えば、図１８中にそれぞれ点線で囲って示す領域）の内側に、コイル用感温素子５を配置することができる。これにより、コイル用感温素子５を点火コイル２に近接させ、点火コイル２の温度をより反映させたコイル温度の検出を行うことができる。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

例えば、上記各実施形態において、イグナイタＩの制御回路部４や点火スイッチ部３０の構成は、任意に変更することができる。また、内燃機関は、自動車用エンジンに限るものではなく、点火装置１の具体的構造も、図示したものに限らず、適用される内燃機関に応じて、適宜変更することができる。

１ 点火装置
２ 点火コイル
３ スイッチング素子
４ 制御回路部
５ コイル用感温素子
５１ 感温ダイオード
６ 保護回路
６１ コイル過熱検出回路
６２ 素子過熱検出回路
６３ 過熱検出回路

Claims (10)

1. １次巻線（２１）を流れる電流の増減により２次巻線（２２）に点火用の高電圧を発生させる点火コイル（２）と、
   上記１次巻線に接続されるスイッチング素子（３）及び上記スイッチング素子を駆動して上記点火コイルの通電を制御する制御回路部（４）を有するイグナイタ（Ｉ）と、を備える内燃機関の点火装置（１）であって、
   上記点火コイルは、上記１次巻線又は上記２次巻線の通電経路上に、上記点火コイルの温度に応じたコイル温度信号を出力するコイル用感温素子（５）を有しており、
   上記制御回路部は、上記コイル温度信号を、上記点火コイルの許容温度（Ｔ１）以下のコイル温度検出閾値（Ｔｈ1）と比較し、その比較結果に基づいて、上記点火コイルの温度が上記許容温度を超えないように、上記点火コイルの通電動作を制御する保護回路（６）を備える、内燃機関の点火装置。
2. 上記コイル用感温素子は、ダイオード順電圧（ＶＦ）に基づいて上記コイル温度信号を出力する感温ダイオードであり、上記点火コイルの電流方向を規制し通電オン時の飛火を防止するオン飛火防止用ダイオードを兼ねている、請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
3. 上記保護回路は、上記点火コイルへの通電指令信号（ＩＧｔ）が出力されていないタイミングで、上記感温ダイオードに検出電流を印加することにより、上記コイル温度信号を出力させる、請求項２に記載の内燃機関の点火装置。
4. 上記保護回路は、上記点火コイルへの通電指令信号（ＩＧｔ）がオンからオフに切り替わったタイミング以降の一定期間、上記コイル温度信号に基づく保護動作を実施しないマスク期間を有する、請求項３に記載の内燃機関の点火装置。
5. 上記感温ダイオードは、上記２次巻線の低圧側端子（２３）に順方向接続される、請求項２〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の点火装置。
6. 上記感温ダイオードのカソード端子は、上記２次巻線に接続される電源電位線（１０）、又は、接地電位線（２４）に接続される、請求項５に記載の内燃機関の点火装置。
7. 上記制御回路部は、上記スイッチング素子のオンオフ動作を行うドライブ回路（４１）を備え、
   上記保護回路は、上記コイル温度信号が上記コイル温度検出閾値に到達したときに、上記ドライブ回路に過熱検出信号（Ｓ）を出力して、上記点火コイルへの通電を停止させる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の点火装置。
8. 上記保護回路は、上記過熱検出信号の出力後、上記点火コイルの通電停止を解除するためにヒステリシスを持たせた回路にて構成される、請求項７に記載の内燃機関の点火装置。
9. 上記イグナイタは、上記スイッチング素子の温度に応じた素子温度信号を出力するイグナイタ用感温素子（７）を有しており、
   上記保護回路は、
   上記コイル温度信号を上記コイル温度検出閾値と比較して、上記コイル温度信号が上記コイル温度検出閾値に到達したときに、コイル過熱検出信号（Ｓ１）を出力するコイル過熱検出回路（６１）と
   上記イグナイタ用感温素子からの上記素子温度信号を、上記スイッチング素子の素子許容温度（Ｔ２）以下の素子温度検出閾値（Ｔｈ2）と比較して、上記素子温度信号が上記素子温度検出閾値に到達したときに、素子過熱検出信号（Ｓ２）を出力する素子過熱検出回路（６２）と、
   上記コイル過熱検出信号及び上記素子過熱検出信号の少なくとも一方が検出されたときに、上記ドライブ回路に上記過熱検出信号を出力する過熱検出回路（６３）と、を備える、請求項７又は８に記載の内燃機関の点火装置。
10. 上記コイル用感温素子は、上記１次巻線が巻回される１次スプール又は上記２次巻線が巻回される２次スプールに搭載又は近接配置される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の内燃機関の点火装置。

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