JP2021169799A - 内燃機関の点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング回路部の劣化による温度上昇を検出して、意図しないタイミングでの過昇温保護動作を抑制し、内燃機関の点火動作への影響を抑制する。【解決手段】点火装置１のイグナイタＩは、スイッチング素子３が搭載されるスイッチング回路部３０と、制御回路部４とを備える。制御回路部４は、点火コイル２の１次巻線２１に接続されるスイッチング素子３の温度を監視して、通電禁止温度Ｔ１を超える範囲の通電を遮断する過昇温保護回路５と、通電指令信号ＩＧｔの入力を起点とする劣化検出期間Ｔａにおいて、素子温度信号に基づく温度増分ΔＶｓを監視し、スイッチング回路部３０の劣化検出閾値Ｖthとの比較結果に基づいて、劣化検出信号Ｓ１を出力する劣化検出回路６を有する。【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１次巻線に接続している。点火コイルの２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２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を過昇温から保護する過昇温保護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、熱伝導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過昇温と判断し、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。

この過昇温保護機能において、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、過昇温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。これにより、第１半導体素子への通電が遮断されて、過度の温度上昇による不具合から保護されるその後、所定温度を下回ることで過昇温のおそれが解消されると、通電が再び許可される。

特開２００６−１９７００号公報

一般に、過昇温保護機能は、正常な動作時、つまり定められた通電時間の範囲内でスイッチング素子がオンオフ制御されているときには作動せず、異常な動作時、例えば、正常な通電時間を超えてオン状態が継続する場合（すなわち、オンロック状態）に作動するよう設計されている。一方、スイッチング素子の温度上昇は、通電時間だけでなく、その実装状態に左右され、さらに、経年による放熱性の変化の影響を受けやすい。

通常、スイッチング素子は基板上に半田等の接合材を用いて接合されたスイッチング回路部を構成しており、接合材を介して基板へ放熱している。そのため、長期使用により接合材の劣化が進行すると、接合材の内部に生じるクラックが増加して放熱性が悪化する。その結果、正常な動作時であっても温度が上昇しやすくなり、過昇温保護機能が作動する温度に達してしまうことがある。このような意図しない過昇温保護動作によって、スイッチング素子への通電が遮断されると、正規の点火タイミングよりも早いタイミングでの点火(すなわち、プレイグニッション)となるために、内燃機関の部品損傷等につながるおそれがある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、スイッチング回路部の劣化による温度上昇を検出して、意図しないタイミングでの過昇温保護動作を抑制し、内燃機関の点火動作への影響を抑制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、上記点火コイルへの通電制御を行うイグナイタ（Ｉ）と、を備える内燃機関の点火装置（１）であって、
上記イグナイタは、上記１次巻線に接続されるスイッチング素子（３）が搭載されるスイッチング回路部（３０）と、通電指令信号（ＩＧｔ）に基づいて上記スイッチング素子への通電を制御する制御回路部（４）と、を有しており、
上記制御回路部は、
上記スイッチング素子の温度に対応する素子温度信号（Ｖｓ）を監視して、上記スイッチング素子の温度が通電禁止温度（Ｔ１）を超える範囲において、上記スイッチング素子への通電を遮断する過昇温保護回路（５）と、
上記通電指令信号の入力を起点とする劣化検出期間（Ｔａ）において、上記素子温度信号に基づく温度増分（ΔＶｓ）を監視し、上記温度増分と上記スイッチング回路部の劣化検出閾値（Ｖth）との比較結果に基づいて、劣化検出信号（Ｓ１）を出力する劣化検出回路（６）と、を有する、内燃機関の点火装置にある。

上記構成において、過昇温保護回路は、素子温度信号に基づくスイッチング素子の温度が、予め定めた通電禁止温度を超えると、スイッチング素子への通電を遮断する。これにより、スイッチング素子が通電禁止温度を超える過昇温状態となることから保護される。さらに、劣化検出回路は、素子温度信号に基づくスイッチング素子の温度増分を監視する。スイッチング回路部が劣化すると放熱性が低下し、正常時よりも温度が上昇しやすくなるので、通電指令信号の入力から所定の劣化検出期間の温度増分と、劣化検出閾値との比較により、劣化の有無を判定することができる。これにより、過昇温保護回路の作動前に劣化の進行を検出することが可能になり、意図しない通電の遮断による点火動作への影響を抑制することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、スイッチング回路部の劣化による温度上昇を検出して、意図しないタイミングでの過昇温保護動作を抑制し、内燃機関の点火動作への影響を抑制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、過昇温検出及び劣化検出のための構成を示す回路図。 実施形態１における、点火装置の要部であり、素子温度検出のための構成を示す回路図。 実施形態１における、制御回路部による過昇温検出時の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、点火装置への通電指令と制御回路部の劣化検出動作との関係を、正常時と劣化時とで比較して示すタイムチャート図。 実施形態１における、点火装置への通電指令と制御回路部の劣化検出動作との関係を、劣化途中の場合について示すタイムチャート図。 実施形態２における、制御回路部の要部である劣化検出機関生成回路の構成例と、その各部の信号波形を示す図。 実施形態２における、制御回路部の劣化検出動作と、素子温度に基づく温度増分及び劣化検出信号の推移を示すタイムチャート図。 実施形態３における、点火装置の要部構成図と、正常時及び劣化時の劣化検出動作を比較して示すタイムチャート図。 実施形態３の変形例における、点火装置の要部構成図と、正常時及び劣化時の劣化検出動作を比較して示すタイムチャート図。 実施形態３の変形例における、点火装置の要部構成図と、正常時及び劣化時の劣化検出動作を比較して示すタイムチャート図。 実施形態３の変形例における、点火装置の要部構成図と、正常時及び劣化時の劣化検出動作を比較して示すタイムチャート図。

（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６を参照して説明する。
図１に示すように、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、スイッチング回路部３０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が接続されている。ここで、接続とは電気的な接続を意味し、以降の説明においても同様とする。

イグナイタＩは、スイッチング素子３が搭載されるスイッチング回路部３０と、スイッチング素子３への通電を制御する制御回路部４と、を有する。スイッチング素子３は、１次巻線２１の一端に接続されており、制御回路部４は、通電指令信号としての点火信号ＩＧｔに基づいて、スイッチング素子３をオンオフ駆動することにより点火動作を制御する。制御回路部４は、過昇温保護回路としてのロック防止回路５と、ロック防止回路５に併設された劣化検出回路６と、を有している。

図２に示すように、制御回路部４には、スイッチング素子３の温度に対応する素子温度信号としての検出電圧Ｖｓが入力されており、ロック防止回路５は、検出電圧Ｖｓに基づいて、スイッチング素子３を過昇温から保護する。具体的には、ロック防止回路５は、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、検出電圧Ｖｓを監視して、スイッチング素子３の温度が通電禁止温度Ｔ１を超える範囲において、スイッチング素子３への通電を遮断するために、過昇温検出信号Ｓを出力する。

図３に示すように、スイッチング素子３の温度は、例えば、スイッチング回路部３０に搭載される温度検出素子３２を用いて検出することができる。温度検出素子３２は、ここでは、複数の感温ダイオードＤ１、Ｄ２を含む感温素子として構成される。その場合には、スイッチング素子３の温度を示す素子温度信号として、温度検出素子３２に接続される検出用端子ＴＳＤの端子電圧が検出され、検出電圧Ｖｓとしてロック防止回路５及び劣化検出回路６に入力される。

図４に示すように、通電禁止温度Ｔ１は、スイッチング素子３への通電が許可される素子温度の上限値である。ロック防止回路５によって、検出電圧Ｖｓから推定されるスイッチング素子３の温度が、通電禁止温度Ｔ１を超えないように、スイッチング素子３への通電が制御される。通電禁止温度Ｔ１は、例えば、スイッチング素子３の製品仕様に応じた耐熱温度よりも低い温度となるように、適宜設定することができる。

劣化検出回路６には、ロック防止回路５と同様に、素子温度信号としての検出電圧Ｖｓが入力されている。劣化検出回路６は、検出電圧Ｖｓに基づいて、スイッチング素子３の温度上昇を監視し、スイッチング回路部３０の劣化を検出する。具体的には、劣化検出回路６は、点火信号ＩＧｔの入力を起点とする劣化検出期間Ｔａにおいて、検出電圧Ｖｓに基づく温度増分ΔＶｓを監視する。そして、温度増分ΔＶｓを、スイッチング回路部３０の劣化検出閾値Ｖthと比較し、その比較結果に基づいて、劣化検出信号Ｓ１を出力する。

好適には、図５、図６に示すように、劣化検出回路６において、劣化検出期間Ｔａは、点火信号ＩＧｔの入力期間Ｔｓの範囲内で設定される。また、劣化検出閾値Ｖthは、検出電圧Ｖｓに基づくスイッチング素子３の温度が通電禁止温度Ｔ１に達するよりも前に、劣化検出信号Ｓ１が出力されるように設定されることが望ましい。これにより、ロック防止回路５によってスイッチング素子３の通電が遮断される前に、スイッチング回路部３０の部分的な劣化等に起因するスイッチング素子３の温度上昇を検出可能となる。

好適には、劣化検出回路６は、点火信号ＩＧＴの入力をトリガとして、劣化検出期間Ｔａを生成する劣化検出期間生成回路７を有する。また、劣化検出回路６は、温度増分算出回路としての差動増幅回路６１と、比較回路６２と、フィルタ回路６３と、を有する。差動増幅回路６１は、点火信号ＩＧＴの入力時点からの検出電圧Ｖｓの変化に基づいて、温度増分ΔＶｓを算出する。比較回路６２は、温度増分ΔＶｓと劣化検出閾値Ｖthとを比較して、温度増分ΔＶｓが劣化検出閾値Ｖthを超えたときに、劣化検出信号Ｓ１を出力する。フィルタ回路６３は、劣化検出期間生成回路７から劣化検出期間Ｔａに対応する信号が出力される間のみ、劣化検出信号Ｓ１の通過を許可する。

これにより、点火信号ＩＧＴが入力すると、速やかに所定の劣化検出期間Ｔａが生成されると共に、温度増分ΔＶｓが算出されて、劣化検出閾値Ｖthと比較される。その比較結果に基づく劣化検出信号Ｓ１は、生成された劣化検出期間Ｔａが継続している間、外部等への出力が可能であり、劣化検出期間Ｔａの終了後は、出力が許可されない。このようにして、速やかに劣化を検出して外部等へ通知することができる。

以下、内燃機関の点火装置１の構成と作動について、詳述する。
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の点火動作のため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、点火コイル２への通電を切り替えるスイッチング素子３を駆動する。

点火コイル２は、１次巻線２１の一端に電源線Ｌｖが接続され、主電源端子＋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いる。１次巻線２１の他端は、スイッチング回路部３０のコイル側端子ＩＧＣ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。点火コイル２は、１次巻線２１への通電を遮断したときに、２次巻線２２に発生する高電圧を、点火プラグＰの電極間に印加して、火花放電を生じさせる。

２次巻線２２の低圧側は、オン飛火防止ダイオード２３を介して接地線２４に接続される。オン飛火防止ダイオード２３は、アノード端子が２次巻線２２側、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ように、点火コイル２の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。

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（すなわち、検出電圧Ｖｓ）を出力する温度検出素子３２を、一個のスイッチ用半導体チップに集積化したスイッチング回路部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にて構成されている。ＩＧＢＴ３１のコレクタ側は、コイル側端子ＩＧＣに接続され、ＩＧＢＴ３１のエミッタ側は、スイッチング回路部３０の接地側端子３３を介して、接地線Ｌｇに接続される。接地線Ｌｇは、グランド端子ＧＮＤを介して外部のグランドに接続される。

温度検出素子３２は、ここでは、複数の感温ダイオードＤ１、Ｄ２が、順方向に直列接続されている。感温ダイオードＤ１、Ｄ２は、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）が、温度と相関があることを利用して、スイッチング素子３と同等温度となるスイッチング回路部３０の温度を検出することができる。温度検出素子３２は、感温ダイオードＤ１、Ｄ２のアノード端子が、検出用端子ＴＳＤ側、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。

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、及び劣化検出回路６を備えるロック防止回路５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、スイッチング回路部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４２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を介して電源線Ｌｖに接続され、電源電圧の変動等による過電圧から、スイッチング回路部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、スイッチング回路部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、スイッチング回路部３０を過電流から保護するように構成される。主電源端子＋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。

ロック防止回路５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、スイッチング素子３に過度な発熱による温度上昇が生じることを防止する、過昇温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５は、スイッチング素子３の過昇温を検出したときに、ドライブ回路４１に過昇温検出信号Ｓ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、スイッチング素子３を、過昇温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５は、電源端子１２に接続される定電流源５１と、スイッチング素子３の過昇温を検出するための過昇温検出回路５２を備える。過昇温検出回路５２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る。なお、図２中の制御回路部４には、ロック防止回路５及び劣化検出回路６とその周辺回路を含めた、スイッチング素子３の通電制御のための要部を示している。

過昇温検出回路５２のプラス入力端子には、検出用端子ＴＳＤを介して、温度検出素子３２の温度に応じた検出電圧Ｖｓが入力される。一方、過昇温検出回路５２のマイナス入力端子には、通電禁止温度Ｔ１に相当する検出閾値電圧Ｖth1を与える電源５３が接続される。なお、定電流源５１は、過昇温検出回路５２のプラス入力端子と、検出用端子ＴＳＤとの間に接続されて、所定の検出電流を、感温ダイオードＤ１、Ｄ２に印加可能となっている。

図４に示すように、スイッチング素子３の通電制御時において、点火信号ＩＧｔがオンロック状態となると、素子温度が通電時間と共に上昇し、通電禁止温度Ｔ１に到達する。このとき、一般に、感温ダイオードＤ１、Ｄ２は、温度が高くなるほど、ダイオード順電圧が小さくなる特性を持つ。そのため、通電許可時に過昇温検出回路５２に入力される検出電圧Ｖｓは、時間経過と共に低下し、図４の時点ｔ１において、通電禁止温度Ｔ１に対応する検出閾値電圧Ｖth1に到達する。

このとき、図２において、過昇温検出回路５２は、検出電圧Ｖｓが検出閾値電圧Ｖth1を超えると、過昇温検出信号Ｓを出力する。ドライブ回路４１は、過昇温検出信号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。すなわち、図４の時点ｔ１において、素子通電信号が遮断されることで、素子温度が徐々に低下する。一方、検出電圧Ｖｓは、徐々に上昇する。

このように、予め通電禁止温度Ｔ１に応じた検出閾値電圧Ｖth1を設定することで、検出電圧Ｖｓとの比較による過昇温検出が可能になり、スイッチング素子３を過昇温から保護することができる。その際、過昇温検出により通電禁止した後に、再び通電許可する通電許可温度Ｔ２を設定し、対応する解除閾値電圧Ｖth2まで温度が低下してから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。

具体的には、図４の時点ｔ１から素子温度が通電許可温度Ｔ２に到達する時点ｔ２まで、通電禁止となる。通電禁止領域では、点火信号ＩＧｔが入力しても素子通電信号が遮断されることで、スイッチング素子３はオフのままとなる。その後、時点ｔ２において、素子温度が通電許可温度Ｔ２を超えると、過昇温検出信号Ｓの出力が解除され、再び通電許可となる。これにより、時点ｔ３において、点火信号ＩＧｔが入力すると、点火信号ＩＧｔに対応する素子通電信号が出力され、素子温度が再び上昇すると共に、検出電圧Ｖｓが低下する。

このように、ロック防止回路５は、検出閾値電圧Ｖth1及び解除閾値電圧Ｖth2に基づいて、過昇温検出回路５２を作動させることにより、スイッチング素子３を所定の温度範囲に制御可能となる。ただし、上述したように、点火コイル２は、１次巻線２１への通電の遮断により点火動作を行うので、過昇温保護動作によってスイッチング素子３が強制的にオフとなることにより、意図しないタイミングでの点火が生じることがある。また、スイッチング素子３の温度上昇は、その実装状態に左右され、特に、長期使用による劣化によって放熱性が低下すると、温度上昇しやすくなる。

例えば、スイッチング素子３は、スイッチング回路部３０の回路基板との間に介在するハンダ等の接合材を介して放熱しているため、ハンダ劣化の進行によってクラックが増加すると、放熱性が悪化する。その場合には、オンロック等の異常時に限らず、正常な通電指令による動作時においても、ロック防止回路５が作動し、正規の点火タイミングよりも早い点火タイミングとなるプレイグニッションによって、エンジンを損傷させるおそれがある。

そこで、本形態において、ロック防止回路５には、劣化検出回路６が併設される。劣化検出回路６は、スイッチング回路部３０の劣化による温度上昇を検出し、ロック防止回路５からの過昇温検出信号Ｓよりも前に、劣化検出信号Ｓ１を出力するように構成される。図２において、劣化検出回路６は、差動増幅回路６１と、比較回路６２と、フィルタ回路６３と、カウンタ回路６４とを有する。また、劣化検出回路６における劣化検出期間Ｔａを生成する劣化検出期間生成回路７と、点火信号ＩＧｔの入力からの温度増分ΔＶｓを算出する差動増幅回路６１と、検出用端子ＴＳＤとの接続をオフする開閉スイッチＳＷ１と、開閉スイッチＳＷ１がオフされる時点の電圧を保持するコンデンサ６５とを有している。

差動増幅回路６１は、点火信号ＩＧＴの入力時点の検出電圧Ｖｓを基準とし、入力時点からの検出電圧Ｖｓの変化に基づいて、温度増分ΔＶｓを算出する。差動増幅回路６１は、一対の信号線Ｌ１、Ｌ２に接続される一対の差動入力端子を有し、信号線Ｌ１、Ｌ２から入力される素子温度信号の差分値を、所定の増幅率で増幅した値を、温度増分ΔＶｓとして出力するように構成される。一対の信号線Ｌ１、Ｌ２は、過昇温検出回路５２のプラス入力端子と検出用端子ＴＳＤとの間に接続される共通の信号線から分岐しており、それぞれに検出電圧Ｖｓが入力されるようになっている。一対の信号線Ｌ１、Ｌ２のうち一方の信号線Ｌ１には、開閉スイッチＳＷ１が挿入されると共に、開閉スイッチＳＷ１よりも差動増幅回路６１側において、一方の信号線Ｌ１と接地線Ｌｇとの間に、コンデンサ６５が接続されている。

図５に示すように、開閉スイッチＳＷ１は、点火信号ＩＧｔに連動してオンオフが切り替えられ、通常状態ではオン（すなわち、閉状態）となっている。このとき、開閉スイッチＳＷ１がオンとなっている間、信号線Ｌ１を介して、差動増幅回路６１と検出用端子ＴＳＤとが接続されることにより、差動増幅回路６１に検出電圧Ｖｓが入力される。また、信号線Ｌ１を介してコンデンサ６５が充電され、コンデンサ６５の端子電圧（以下、コンデンサ電圧）Ａ１は、信号線Ｌ１に入力される検出電圧Ｖｓと同電圧となっている。

すなわち、図５の左図に示す時点ｔ１１以前において、信号線Ｌ１から差動増幅回路６１へ入力されるコンデンサ電圧Ａ１は、信号線Ｌ２から差動増幅回路６１へ入力される検出電圧Ｖｓと同電圧であり、これらの差分値に基づいて差動増幅回路６１から出力される温度増分ΔＶｓは一定となっている。時点ｔ１１において、点火信号ＩＧｔが入力すると、開閉スイッチＳＷ１がオフとなり、コンデンサ電圧Ａ１は、その時点ｔ１１における検出電圧Ｖｓを保持する。

これにより、時点ｔ１１以降において、差動増幅回路６１に信号線Ｌ１から入力するコンデンサ電圧Ａ１は、点火信号ＩＧＴの入力時点における検出電圧Ｖｓに固定される。一方、点火信号ＩＧｔによってスイッチング素子３がオンとなることで、信号線Ｌ２から入力する検出電圧Ｖｓは、徐々に低下する。このとき、点火コイル２の１次側を流れる通電電流Ｉ１が上昇するのに伴い、スイッチング素子３の温度が上昇するが、スイッチング回路部３０の劣化のない正常時であれば、コンデンサ電圧Ａ１と検出電圧Ｖｓとの差分値は比較的小さい。

これに対して、図５の右図に示すように、スイッチング回路部３０の劣化時には、点火信号ＩＧＴの入力後、比較的短時間で、検出電圧Ｖｓが低下し、コンデンサ電圧Ａ１と検出電圧Ｖｓとの差分値が大きくなる。この正常時と劣化時の検出電圧Ｖｓの変化の違いを利用して、劣化検出期間Ｔａにおける温度増分ΔＶｓを算出し、予め設定された劣化検出閾値Ｖthと比較することで、劣化検出が可能になる。劣化検出期間Ｔａは、点火信号ＩＧＴの入力を起点とする所定の期間であり、温度増分ΔＶｓは、コンデンサ電圧Ａ１と検出電圧Ｖｓとの差分値を、差動増幅回路６１によって増幅した値として算出される。

比較回路６２のプラス入力端子には、差動増幅回路６１にて算出される温度増分ΔＶｓが入力されており、マイナス入力端子には、劣化検出閾値Ｖthに相当する電圧を与える電源６６が接続される。比較回路６２は、温度増分ΔＶｓが劣化検出閾値Ｖthを超えたときに、劣化検出信号Ｓ１を出力する。図５に示す正常時には、温度増分ΔＶｓが劣化検出閾値Ｖthに到達することはなく、劣化検出信号Ｓ１は出力されない。

比較回路６２からの劣化検出信号Ｓ１は、フィルタ回路６３を介して、カウンタ回路６４へ入力される。フィルタ回路６３には、劣化検出期間生成回路７から劣化検出期間Ｔａに対応する信号が入力されており、劣化検出期間Ｔａである間のみ、劣化検出信号Ｓ１の通過を許可する。これにより、劣化検出期間生成回路７は、点火信号ＩＧｔの入力をトリガとして、劣化検出期間Ｔａを生成するタイマ回路等で構成されて、所定の劣化検出期間Ｔａが継続している間、フィルタ回路６３へ信号を出力する。

劣化検出期間Ｔａは、通常の点火信号ＩＧｔの入力期間Ｔｓよりも短い期間に設定されることが望ましい。図５の右図に示すように、劣化時には、放熱性が低下して、点火信号ＩＧｔの入力から比較的短時間で温度が上昇するので、その場合の温度の上昇率を予め知り、劣化検出閾値Ｖthを適切に設定する。劣化検出閾値Ｖthは、劣化時において、所定の劣化検出期間Ｔａにおける温度上昇後の素子温度が、通電禁止温度Ｔ１に到達しない範囲で、言い換えれば、検出電圧Ｖｓが過昇温検出閾値Ｖth1に達しないように、劣化検出期間Ｔａと劣化検出閾値Ｖthを設定することが望ましい。この劣化検出閾値Ｖthを、所定の劣化検出期間Ｔａにおける温度増分ΔＶｓを比較することで、ロック防止回路５が作動するより前に、劣化検出回路６により、速やかな劣化検出が可能になる。

劣化検出期間Ｔａにおいて、劣化検出信号Ｓ１が出力されると、フィルタ回路６３の出力Ａ２が、ローレベル信号からハイレベル信号に切り替わる。劣化検出期間Ｔａが終了すると、劣化検出信号Ｓ１が出力されていても、フィルタ回路６３の出力Ａ２は、ローレベル信号に切り替わる。これにより、フィルタ回路６３からカウンタ回路６４へ、劣化検出信号Ｓ１が出力される。

なお、スイッチング回路部３０の劣化は、経年等により徐々に進行する。そのため、図６に示すように、劣化の進行途中においては、放熱性の低下によって検出電圧Ｖｓが比較的低下しやすくなっており、劣化検出期間Ｔａの終了後に、温度増分ΔＶｓが劣化検出閾値Ｖthに到達することがある。その場合には、劣化検出信号Ｓ１が出力されても、フィルタ回路６３の通過が許可されず、フィルタ回路６３の出力Ａ２は、ローレベル信号のままとなる。

カウンタ回路６４は、フィルタ回路６３からの出力Ａ２が、ハイレベル信号となった回数を計測して、記憶する。カウンタ回路６４の出力端子は、ドライブ回路４１へ接続されており、例えば、計測された回数に応じた信号を、ドライブ回路４１へ出力して、スイッチング素子３の通電動作を制限することができる。

このようにして、点火信号ＩＧｔが出力される度に、ロック防止回路５の過昇温検出回路５２において、過昇温の有無が判定されると共に、劣化検出回路６において、劣化の有無が判定される。したがって、スイッチング回路部３０の劣化により放熱性が低下した状態となっても、過昇温検出信号Ｓが出力されるより前に、劣化検出信号Ｓ１が出力されることによって、意図しないタイミングで過昇温保護動作が実施されることを回避することができる。

上記実施形態１の構成において、劣化検出回路６は、劣化検出信号Ｓ１に基づく処理を外部のＥＣＵ等へ通知する通知機能、又は、劣化検出信号Ｓ１の出力情報を、劣化検出回路６内の記憶部等に保持する記憶機能を有していてもよい。例えば、劣化検出信号Ｓ１に基づく処理を外部のＥＣＵ等で行う場合には、劣化検出回路６がカウンタ回路６４を有しない構成であってもよい。

また、劣化検出回路６が、カウンタ回路６４を有する構成においては、カウンタ回路６４を用いて計測される劣化検出信号Ｓ１の回数に基づいて、その連続出力回数が、所定回数に達したときに劣化確定信号Ｓ２を出力するように構成してもよい。劣化確定信号Ｓ２が出力されたときには、その時点において出力されている点火信号ＩＧｔに対しては、スイッチング素子３の通電動作を許可し、次回以降のスイッチング素子３の通電動作を禁止することが望ましい。
以下の実施形態において、制御回路部４の各部の具体的構成例や制御例について、さらに説明する。

（実施形態２）
実施形態２における点火装置１について、図７、図８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、図２に示した上記実施形態１と同様であり、図示を省略する。本形態では、劣化検出回路６の劣化検出期間生成回路７の具体的構成例と、劣化検出動作の詳細例を示している。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７の上図に示すように、劣化検出回路６において、劣化検出期間生成回路７は、点火信号ＩＧｔの入力をトリガとして、劣化検出期間Ｔａに相当するタイマ信号Ｂ３を生成する。タイマ信号Ｂ３は、劣化検出信号Ｓ１と共にフィルタ回路６３に入力され、その出力Ａ２がカウンタ回路６４に入力される。カウンタ回路６４は、入力される劣化検出信号Ｓ１の連続出力回数が所定回数に達したときに、ドライブ回路４１へ劣化確定信号Ｓ２を出力する。

本形態において、劣化検出期間生成回路７は、アナログ回路の構成例として示される。具体的には、劣化検出期間生成回路７は、定電流源７１と、コンデンサ７２と、比較回路７３と、インバータ回路７４と、アンド回路７５とを含むアナログ回路にて構成することができる。定電流源７１は、スイッチＳＷ２を介して電源端子１２と接続されており、点火信号ＩＧｔの入力によって、スイッチＳＷ２がオンとなると、定電流源７１に接続されるコンデンサ７２と、比較回路７３のプラス入力端子に、定電流が供給される。比較回路７３のマイナス入力端子には、電源７６から所定の基準電圧Ｖrefが与えられる。コンデンサ７２の一端側は、定電流源７１と比較回路７３の間に接続され、他端側は接地されている。

これにより、図７の下図において、比較回路７３のプラス入力端子への入力電圧Ｂ１が、点火信号ＩＧｔの入力と共に、徐々に上昇する。比較回路７３の出力は、インバータ回路７４を介して反転された信号として、アンド回路７５に入力されており、入力電圧Ｂ１が基準電圧Ｖrefに到達するまで、インバータ回路７４からアンド回路７５への入力Ｂ２は、ハイレベル信号となっている。一方、アンド回路７５には、点火信号ＩＧｔが直接入力されるようになっており、点火信号ＩＧｔの入力時点によって、アンド回路７５からの出力であるタイマ信号Ｂ３が、ローレベル信号からハイレベル信号に切り替わる。

これにより、劣化検出期間生成回路７からの出力として、アンド回路７５からのハイレベル信号のタイマ信号Ｂ３が、上記図２における劣化検出回路６のフィルタ回路６３へ出力され、劣化検出期間Ｔａが開始される。ここで、比較回路７３の基準電圧Ｖrefは、劣化検出期間Ｔａの長さに対応するように設定されており、点火信号ＩＧｔの入力を起点として上昇する入力電圧Ｂ１が、基準電圧Ｖrefを上回ることで、アンド回路７５への入力Ｂ２がローレベル信号となる。また、アンド回路７５からのタイマ信号Ｂ３が、ローレベル信号に切り替わり、劣化検出期間Ｔａが終了する。このようにして、劣化検出期間Ｔａが継続されている間、タイマ信号Ｂ３がハイレベル信号となる。

なお、コンデンサ７２の正端子側と比較回路７３との間には、スイッチＳＷ３を介して、接地された抵抗Ｒが接続されている、スイッチＳＷ２がオンとなっている間は、スイッチＳＷ３はオフとなっており、スイッチＳＷ２のオフ時にスイッチＳＷ３がオンとなることで、抵抗Ｒを介してコンデンサ７２を接地電位に接続し、速やかに放電できる。

また、本形態では、図８に示すように、劣化検出信号Ｓ１の検出を複数回行って、所定の回数に到達したときに、劣化確定信号Ｓ２が出力されるようにする。このとき、点火信号ＩＧｔの入力によって、劣化検出期間生成回路７にて生成される、劣化検出期間Ｔａが継続されている間、フィルタ回路６３へハイレベル信号が出力され、上記図５に示したように、温度増分ΔＶｓが劣化検出閾値Ｖthを超えると、劣化検出信号Ｓ１が出力される。カウンタ回路６４は、これを１回目の出力として計測し、同様にして、２回目以降の出力がなされると、その連続出力回数を計測する。

このように、点火信号ＩＧｔの入力毎に、劣化検出回路６の劣化検出動作が繰り返し行われ、カウンタ回路６４に出力される。カウンタ回路６４は、点火信号ＩＧｔの入力に対応する連続した劣化検出信号Ｓ１の検出回数を、連続出力回数として計測する。そして、連続出力回数が、予め定めた回数（例えば、５回）となったときに、劣化が確定されたものとして、検出確定信号Ｓ２をドライブ回路４１に出力する。

これにより、劣化検出の精度を向上させて、誤検出等を抑制しながら、劣化の進行に応じた通電動作を適切に行うことができる。なお、検出確定信号Ｓ２を出力する条件は、一例であり、断続的な出力を含む回数であってもよいし、確定のための回数は適宜変更することができる。また、カウンタ回路６４は、上記構成に限るものではなく、アナログ式又はデジタル式の任意の構成とすることができる。

（実施形態３）
実施形態３における点火装置１について、図９により説明する。本形態の点火装置１の基本回路構成は、上記実施形態２と同様であり、説明を省略する。本形態では、図９の上図に示すように、劣化検出回路６を備えるロック防止回路５を、ドライブ回路４１に接続すると共に、制御回路部４に設けられた外部出力端子ＩＧｆに接続して、劣化検出回路６からの劣化確定信号Ｓ２を出力可能としている。外部出力端子ＩＧｆは、例えば、外部のＥＣＵ等へ接続することができる。

これにより、図９の下図に示すように、劣化検出回路６による劣化検出動作時に、上記図２に示したカウンタ回路６４から劣化確定信号Ｓ２が出力されると、外部出力端子ＩＧｆからの出力が、ローレベル信号からハイレベル信号に切り替えられて、外部のＥＣＵへ通知される。ＥＣＵは、劣化確定信号Ｓ２に基づく通知を受信すると、例えば、次回からの点火信号ＩＧｔの出力を停止して、劣化によるスイッチング回路部３０の温度上昇を抑制する処置を行う。

このように、外部への通知機能を有することで、例えば、ＥＣＵからの点火信号ＩＧｔの出力を制御可能となるので、意図しないタイミングでの点火動作等を抑制できる。ＥＣＵは、例えば、劣化確定信号Ｓ２が出力されたときに、警告灯を点灯して乗員に通知することができる。または、外部出力端子ＩＧｆを警告灯に直接接続してもよい。

図１０に他の例として示すように、実施形態２と同様の構成の制御回路部４において、劣化検出回路６から劣化確定信号Ｓ２が出力されたときに、ドライブ回路４１へ直ちに出力せず、次回以降の通電制御に反映されるようにしてもよい。例えば、点火信号ＩＧｔに基づくスイッチング素子３の通電制御中は、ドライブ回路４１への出力を許可せず、今回の点火動作の終了後に、劣化確定信号Ｓ２が出力されるようにする。

その場合には、今回の点火信号ＩＧｔに基づく通電電流Ｉ１は、所定の点火タイミングまで流れるので、意図しないタイミングで、点火動作が行われることを防止できる。また、次回以降の点火信号ＩＧｔに基づく通電動作は許可されず、通電電流Ｉ１は流れない。このようにしても、点火動作への影響を抑制しながら、劣化によるスイッチング素子３の温度上昇を抑制することができる。

図１１に他の例として示すように、上記図９に示した外部出力端子ＩＧｆを設ける代わりに、制御回路部４に、記憶機能となる記憶回路４５を設けて、劣化確定信号Ｓ２を出力するようにしてもよい。記憶回路４５の回路構成は任意であり、例えば、出力された劣化確定信号Ｓ２の情報をメモリセルに保持するメモリ回路であってもよいし、劣化確定信号Ｓ２の出力履歴を機械的に保持するツェナーザップ素子等を含む回路であってもよい。

これにより、外部出力端子ＩＧｆのような外部への通知機能を有しない構成においても、記憶回路４５に記憶された情報に基づいて、劣化確定信号Ｓ２の出力の有無を調べることができる。したがって、製品回収時の調査等において、記憶回路４５の記憶情報を調べることにより、例えば、イグナイタＩの動作停止の原因が、劣化確定信号Ｓ２の出力によるものか否かを判断することができる。劣化確定信号Ｓ２に限らず、劣化検出信号Ｓ１の出力履歴を記憶するようにしてもよい。

図１２に他の例として示すように、図１１に示した記憶回路４５に、劣化検出回路６の劣化確定信号Ｓ２に加えて、ロック防止回路５からの過昇温検出信号Ｓを出力して、記憶するようにしてもよい。例えば、過昇温検出信号Ｓの出力の有無や、出力回数を記憶させておくことで、その後の調査時において、過昇温による異常検出時の過渡的な熱履歴を知り、製品寿命や劣化への影響度合いを検証することができる。

以上のように、上記構成の点火装置１によれば、制御回路部４が、素子温度信号に基づいて、過昇温検出を行うロック防止回路５と、劣化検出を行う劣化検出回路６とを備えているので、過昇温検出による保護動作に先立って、劣化の進行による温度上昇を検出することができる。これにより、劣化検出時には、その後の通電指令による点火動作を許可しないことで、例えば、プレイグニッションによるエンジンの損傷等を抑制することができる。

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やスイッチング回路部３０の構成は、適宜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。

Ｉ イグナイタ
１ 点火装置
２ 点火コイル
３ スイッチング素子
３０ スイッチング回路部
４ 制御回路部
５ ロック防止回路（過昇温保護回路）
６ 劣化検出回路
７ 劣化検出期間生成回路

Claims (7)

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、上記点火コイルへの通電制御を行うイグナイタ（Ｉ）と、を備える内燃機関の点火装置（１）であって、
   上記イグナイタは、上記１次巻線に接続されるスイッチング素子（３）が搭載されるスイッチング回路部（３０）と、通電指令信号（ＩＧｔ）に基づいて上記スイッチング素子への通電を制御する制御回路部（４）と、を有しており、
   上記制御回路部は、
   上記スイッチング素子の温度に対応する素子温度信号（Ｖｓ）を監視して、上記スイッチング素子の温度が通電禁止温度（Ｔ１）を超える範囲において、上記スイッチング素子への通電を遮断する過昇温保護回路（５）と、
   上記通電指令信号の入力を起点とする劣化検出期間（Ｔａ）において、上記素子温度信号に基づく温度増分（ΔＶｓ）を監視し、上記温度増分と上記スイッチング回路部の劣化検出閾値（Ｖth）との比較結果に基づいて、劣化検出信号（Ｓ１）を出力する劣化検出回路（６）と、を有する、内燃機関の点火装置。
2. 上記劣化検出期間は、上記通電指令信号の入力期間の範囲内で設定され、上記劣化検出閾値は、上記スイッチング素子の温度が上記通電禁止温度に達するよりも前に、上記劣化検出信号が出力されるように設定される、請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
3. 上記劣化検出回路は、
   上記通電指令信号の入力をトリガとして、上記劣化検出期間を生成する劣化検出期間生成回路（７）と、
   上記通電指令信号の入力時点からの上記素子温度信号の変化に基づいて、上記温度増分を算出する温度増分算出回路（６１）と、
   上記温度増分と上記劣化検出閾値とを比較して、上記温度増分が上記劣化検出閾値を超えたときに上記劣化検出信号を出力する比較回路（６２）と、
   上記劣化検出期間生成回路から上記劣化検出期間に対応するタイマ信号（Ｂ３）が出力される間のみ、上記劣化検出信号の通過を許可するフィルタ回路（６３）と、を有する、請求項１又は２に記載の内燃機関の点火装置。
4. 上記劣化検出回路は、上記劣化検出信号を外部へ通知する通知機能、又は、上記劣化検出信号の出力情報を記憶する記憶機能を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の点火装置。
5. 上記過昇温保護回路は、上記スイッチング素子の温度が上記通電禁止温度を超えたときに、過昇温検出信号（Ｓ）を出力し、
   上記記憶機能は、上記過昇温検出信号の出力情報を記憶する、請求項４に記載の内燃機関の点火装置。
6. 上記劣化検出回路は、上記通電指令信号が入力される度に、上記スイッチング回路部の劣化の有無を判定すると共に、上記劣化検出信号の連続出力回数が、所定回数に達したときに劣化確定信号（Ｓ２）を出力する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の点火装置。
7. 上記劣化検出回路は、上記劣化確定信号が出力されたときに、その時点において出力されている上記通電指令信号に対しては、上記スイッチング素子の通電動作を許可し、次回以降の上記スイッチング素子の通電動作を禁止する、請求項６に記載の内燃機関の点火装置。

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