JP3152040B2 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents
内燃機関用点火装置Info
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- switching element
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Description
関の点火に使用される電子式の内燃機関用点火装置に関
する。
化して示す接続図であり、点火装置は一端が接地された
電源3と、その非接地端に一次巻線1Aおよび二次巻線
1Bそれぞれの一方端が接続された点火コイル1と、二
次巻線1Bの他方端に非接地側が接続された点火プラグ
5と、一次巻線1Aを介して電源に直列接続されたスイ
ッチング素子2と、このスイッチング素子2のオンオフ
タイミングを制御する点火制御装置4とを含み、点火コ
イル1の1次巻線1Aに流れる電流をスイッチング素子
2によって断続的に遮断したとき、2次巻線1Bに生ず
る高電圧を点火プラグ5に印加し、点火プラグ5で発生
する火花放電により内燃機関内の燃料ガスに着火し、内
燃機関を駆動する。また、スイッチング素子2をオンす
る際二次巻線に逆電圧が発生するが、この逆電圧は電源
3側に放電し、例えば電源側に設けた図示しないコンデ
ンサ等に吸収される。
において、スイッチング素子2には従来バイポ−ラトラ
ンジスタが用いられているが、バイポ−ラトランジスタ
が電流駆動型の素子であるため、これを駆動する点火制
御装置4での消費電力が大きく、かつスイッチング損失
も大きいこと、およびバイポ−ラトランジスタのストレ
−ジタイムが大きいために進角制御の微妙コントロ−ル
など点火タイミングの制御が難しいという問題があっ
た。そこで、これらの問題を解決するために、電圧駆動
型で高速スイッチング特性に優れ,低飽和電圧特性でス
イッチング損失の少ないMOSFET,IGBTなどの
絶縁ゲ−ト型トランジスタをスイッチング素子2として
使用した内燃機関用点火装置が提案されている。
IGBTなどをスイッチング素子2として使用した内燃
機関用点火装置についてその性能試験を行ったところ、
スイッチング素子が異常発熱を起こし、ときにはスイッ
チング素子が破壊するという問題点のあることが判明し
た。その原因について検討した結果、点火プラグ5の火
花放電時に発生する過電圧、および急峻なdv /dt が
点火コイル1を介してスイッチング素子2に印加される
ことが原因であることが判明した。
ング素子に印加される過電圧およびdv /dt を緩和し
て素子を保護するとともに、素子特性を改善して耐電圧
性能を向上することにある。
に、この発明によれば、一端が接地された電源と、その
電源の他端に一次巻線および二次巻線それぞれの一方端
が接続された点火コイルと、二次巻線の他方端に一端が
接続され他端が接地された点火プラグと、一次巻線を介
して電源の他端に直列接続されたスイッチング素子とを
含み、このスイッチング素子をオンオフすることにより
二次巻線に生ずる高電圧を点火プラグに印加するものに
おいて、前記スイッチング素子はコレクタが一次巻線に
接続された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IG
BT)であり、そのコレクタとエミッタ間にカソードを
コレクタ側に接続し、アノードをエミッタ側に接続した
アバランシェ電圧を有する保護ダイオードからなる保護
回路を備えてなるものとする。
GBTのコレクタ・エミッタ間耐電圧値より10〜10
0V低く設定してなるものとする。一端が接地された電
源と、その電源の他端に一次巻線および二次巻線それぞ
れの一方端が接続された点火コイルと、二次巻線の他方
端に一端が接続され他端が 接地された点火プラグと、一
次巻線を介して電源の他端に直列接続されたスイッチン
グ素子とを含み、このスイッチング素子をオンオフする
ことにより二次巻線に生ずる高電圧を点火プラグに印加
するものにおいて、前記スイッチング素子はコレクタが
一次巻線に接続され、コレクタがp型、エミッタがn型
の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)で
あり、そのn型のエミッタを覆うpベースが形成される
n - 層の比抵抗値が10Ω−cm以上,40Ω−cm以下で
あるものとする。
GBT)が250mj以上のエネルギ−耐量を有するも
のとする。絶縁ゲ−ト型バイポ−ラトランジスタ(IG
BT)が300V以上の耐電圧性能を有するものとす
る。
レクタが一次巻線に接続された絶縁ゲート型バイポーラ
トランジスタ(IGBT)を用い、そのコレクタとエミ
ッタ間にカソードをコレクタ側に接続し、アノードをエ
ミッタ側に接続したアバランシェ電圧を有する保護ダイ
オードからなる保護回路を設けるとともに、そのアバラ
ンシェ電圧をIGBTのコレクタ・エミッタ間耐電圧値
より10〜100V低く設定するよう構成したことによ
り、IGBTのコレクタ・エミッタ間耐電圧値を越える
急峻なdv /dtを有する過電圧はその大きさおよび急
峻度が緩和され、従って、素子の破壊を防止する保護機
能が得られるとともに、保護回路の構成を簡素化する機
能が得られる。
が一次巻線に接続された絶縁ゲ−ト型バイポ−ラトラン
ジスタ(IGBT)を用い、そのシリコンウエハのn-
層部分の比抵抗値を10Ω−cm以上,40Ω−cm以下の
低い範囲に抑えるよう構成すれば、過電圧によってn-
層内に生ずる電界を緩和し、そのエネルギ−耐量を向上
できるので、急峻なdv /dt に対する破壊耐量を向上
させ、過電圧によるスイッチング素子を防止することが
可能となり、例えば、過電圧に対して250mj以上の
エネルギ−耐量,および300V以上の耐電圧性能を有
する絶縁ゲ−ト型バイポ−ラトランジスタ(IGBT)
を得ることができる。
る。図1はこの発明の参考例になる内燃機関用点火装置
を模式化して示す要部の接続図であり、従来技術と同じ
構成部分には同一参照符号を付すことにより、重複した
説明を省略する。図において、一端が接地された電源3
と、その非接地端に一次巻線1Aおよび二次巻線1Bそ
れぞれの一方端が接続された点火コイル1と、二次巻線
の他方端に非接地側が接続された点火プラグ5と、一次
巻線を介して電源に直列接続されたスイッチング素子1
2とを含む内燃機関用点火装置において、スイッチング
素子12がコレクタCが一次巻線に接続され,エミッタ
Eが接地された絶縁ゲ−ト型バイポ−ラトランジスタ
(IGBT)からなり、そのコレクタCとゲ−トGとの
間にアバランシェ電圧を有する保護ダイオ−ド22、お
よび逆阻止ダイオ−ド23の直列体からなる保護回路2
1を、保護ダイオ−ド22はそのカソ−ドをコレクタ側
に,逆阻止ダイオ−ド23はそのカソ−ドをゲ−ト側に
して接続するよう構成される。
の保護回路21において、点火制御装置4により一次巻
線1Aに流れる電流を断続制御されるIGBT12がオ
フする際、二次巻線1Bに高電圧(10〜20kv)が
発生し、この高電圧によって点火プラグ5が放電して点
火プラグ5が火花放電によって短絡状態となり、エミッ
タ接地されたIGBT12との間に点火コイル1を介し
て並列回路が形成されると、タ−ンオフした直後のIG
BT12のコレクタ・エミッタ間にその耐電圧値を遙か
に越える過電圧が印加される。このとき、過電圧によっ
て保護ダイオ−ド22にアバランシェ電流が流れ、この
電流によってIGBTのゲ−ト電位が上昇してIGBT
を瞬間的にオンさせるので、過電圧による放電エネルギ
−の大部分は導通状態となったIGBTのエミッタ電流
として大地側に放流され、かつアバランシェ電流が流れ
止むと同時にIGBTはオフ状態を回復する。従って、
コレクタ・エミッタ間に加わる過電圧が大幅に低減され
て急峻なdv /dt および発生損失は減少し、IGBT
の異常発熱およびこれに起因するIGBTの破壊を防止
する保護動作をIGBTのスイッチング機能に影響を及
ぼすことなく達成することができる。
電圧がIGBT12のコレクタ・エミッタ間耐電圧値よ
り10〜100V低く、このアバランシェ電圧と逆阻止
ダイオ−ド23の耐電圧値との和がIGBTのコレクタ
・エミッタ間耐電圧値とほぼ同等になるよう構成すれ
ば、過電圧をIGBTのコレクタ・エミッタ間耐電圧値
より10〜100V低いアバランシェ電圧にまで抑制し
て素子の破壊を防止できるとともに、耐電圧値の低い逆
阻止ダイオ−ドを用いて保護回路21を小型に構成でき
る利点が得られる。
点火装置の保護装置を模式化して示す接続図であり、保
護回路31をIGBT12のコレクタ・エミッタ間にカ
ソ−ドをコレクタ側にして接続したアバランシェ電圧を
有する保護ダイオ−ドで構成した点が前述の参考例と異
なっており、そのアバランシェ電圧をIGBTのコレク
タ・エミッタ間耐電圧値より10〜100V低く設定す
るよう構成すれば、IGBTのコレクタ・エミッタ間耐
電圧値を越える過電圧をアバランシェ電圧にまで低減
し、かつその急峻なdv /dt を緩和できるので、過電
圧によるIGBTの破壊を防止できるとともに、保護回
路31の構成を簡素化できる利点が得られる。
ング素子12としてIGBTを使用した場合、点火コイ
ル1に流れる電流(7〜8Apeak) を遮断する際、コレ
クタ端子側に発生するサ−ジ電圧を吸収する必要がある
が、この吸収すべきエネルギ−耐量は種々の点火コイル
についての実験結果から250mj 以上必要であること
が判明している。また、内燃機関用点火装置では点火コ
イルに流れる電流をスイッチング素子12としてのIG
BTで遮断し、この際点火コイルの2次側に発生する1
0〜20kvの高電圧を発生で点火プラグに火花放電を
発生させるが、その際点火コイルの一次側に最低300
Vの電圧を必要とする。従って、スイッチング素子12
としてのIGBTに過電圧保護回路21,31等を設け
たとしても、IGBTは250mj 以上のエネルギ−耐
量と,最低300V以上の耐電圧性能とを有することが
求められる。
めのIGBTの基本構造図、図4は図3に示すIGBT
のn-層の比抵抗を変えて得られた特性線図であり、図
4はシリコンウエハにエピタキシャル層として形成され
るn-層の厚みを変え、n-層部分の比抵抗が10〜90
Ω−cmの範囲内で互いに異なるIGBT8種類を製作
し、そのエネルギ−耐量,および耐電圧(降伏電圧)特
性値を測定した結果を示しており、耐電圧特性曲線10
2はn-層部分の比抵抗に比例して増加するのに対し、
エネルギ−耐量曲線101はn-層部分の比抵抗に逆比
例して減少する傾向を示しており、この結果から内燃機
関用点火装置のスイッチング素子12に要求されるエネ
ルギ−耐量および耐電圧値をともに満たすn-層部分の
比抵抗値に許容範囲が存在することが明らかになった。
素子としてコレクタが一次巻線に接続された絶縁ゲ−ト
型バイポ−ラトランジスタ(IGBT)12を用い、そ
のシリコンウエハのnエミッタを覆うpベースが形成さ
れるn - 層の比抵抗値を10Ω−cm以上,40Ω−cm以
下の低い範囲に抑えるよう構成すれば、過電圧によって
n-層内に生ずる電界を緩和し、そのエネルギ−耐量を
向上できるので、例えば、過電圧に対して250mj以
上のエネルギ−耐量,および300V以上の耐電圧性能
を有する絶縁ゲ−ト型バイポ−ラトランジスタ(IGB
T)を得ることができる。従って、このように構成され
たIGBTを前述の保護回路21または31と組み合わ
せて使用することにより、急峻なdv /dt に対する破
壊耐量を向上させ、過電圧によるスイッチング素子の破
壊を防止することが可能となり、点火プラグの放電によ
って発生する過電圧に耐える信頼性がより優れた保護回
路を備えた内燃機関用点火装置が得られる。
イッチング素子としてのIGBTのコレクタとエミッタ
間にカソードをコレクタ側に接続し、アノードをエミッ
タ側に接続したアバランシェ電圧を有する保護ダイオ−
ドで構成した、その結果、点火プラグの火花放電時に発
生する過電圧、および急峻なdv /dt が点火コイルを
介してIGBTに印加され、これによりスイッチング素
子が異常発熱を起こし、破壊事故に至るという従来の問
題点が排除され、バイポ−ラトランジスタに比べてスイ
ッチング損失が少なく、高速スイッチング性能に優れた
IGBTをスイッチング素子として用いた内燃機関用点
火装置を提供することができる。
に形成されるn-層部分の比抵抗値を10Ω−cm以上4
0Ω−cm以下とすることにより、過電圧によってn-層
内に生ずる電界を緩和して耐電圧性能を300V以上に
向上できるとともに、そのエネルギ−耐量を250mj
以上に向上し、急峻なdv /dt に対する破壊耐量を向
上させる機能を、IGBTの内部構造の改善により得る
ことができる。従って、このように構成されたIGBT
をこの発明の保護回路と組み合わせて使用することによ
り、点火プラグの放電によって発生する過電圧に耐える
信頼性がより優れた保護回路を備えた内燃機関用点火装
置を提供することができる。
模式化して示す要部の接続図
保護装置を模式化して示す接続図
Tの基本構造図
得られた特性線図
続図
Claims (5)
- 【請求項1】一端が接地された電源と、その電源の他端
に一次巻線および二次巻線それぞれの一方端が接続され
た点火コイルと、二次巻線の他方端に一端が接続され他
端が接地された点火プラグと、一次巻線を介して電源の
他端に直列接続されたスイッチング素子とを含み、この
スイッチング素子をオンオフすることにより二次巻線に
生ずる高電圧を点火プラグに印加するものにおいて、前
記スイッチング素子はコレクタが一次巻線に接続された
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)であ
り、そのコレクタとエミッタ間にカソードをコレクタ側
に接続し、アノードをエミッタ側に接続したアバランシ
ェ電圧を有する保護ダイオードからなる保護回路を備え
てなることを特徴とする内燃機関用点火装置。 - 【請求項2】保護ダイオードのアバランシェ電圧値をI
GBTのコレクタ・エミッタ間耐電圧値より10〜10
0V低く設定してなることを特徴とする請求項1記載の
内燃機関用点火装置。 - 【請求項3】一端が接地された電源と、その電源の他端
に一次巻線および二次巻線それぞれの一方端が接続され
た点火コイルと、二次巻線の他方端に一端が接続され他
端が接地された点火プラグと、一次巻線を介して電源の
他端に直列接続されたスイッチング素子とを含み、この
スイッチング素子をオンオフすることにより二次巻線に
生ずる高電圧を点火プラグに印加するものにおいて、前
記スイッチング素子はコレクタが一次巻線に接続され、
コレクタがp型、エミッタがn型の絶縁ゲート型バイポ
ーラトランジスタ(IGBT)であり、そのn型のエミ
ッタを覆うpベースが形成されるn - 層の比抵抗値が1
0Ω−cm以上,40Ω−cm以下であることを特徴とする
内燃機関用点火装置。 - 【請求項4】絶縁ゲ−ト型バイポ−ラトランジスタ(I
GBT)が250mj以上のエネルギ−耐量を有するこ
とを特徴とする請求項3記載の内燃機関用点火装置。 - 【請求項5】絶縁ゲ−ト型バイポ−ラトランジスタ(I
GBT)が300V以上の耐電圧性能を有することを特
徴とする請求項3記載の内燃機関用点火装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30691693A JP3152040B2 (ja) | 1993-07-15 | 1993-12-08 | 内燃機関用点火装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5-174583 | 1993-07-15 | ||
JP17458393 | 1993-07-15 | ||
JP30691693A JP3152040B2 (ja) | 1993-07-15 | 1993-12-08 | 内燃機関用点火装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0777149A JPH0777149A (ja) | 1995-03-20 |
JP3152040B2 true JP3152040B2 (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=26496150
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30691693A Expired - Lifetime JP3152040B2 (ja) | 1993-07-15 | 1993-12-08 | 内燃機関用点火装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3152040B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0757442A3 (en) * | 1995-07-31 | 1998-12-30 | Delco Electronics Corporation | Ignition coil driver module |
JP3216972B2 (ja) * | 1995-08-04 | 2001-10-09 | 株式会社日立製作所 | 内燃機関の点火装置 |
JP4969512B2 (ja) * | 1996-03-21 | 2012-07-04 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 内燃機関用点火装置 |
KR100401611B1 (ko) * | 2000-10-17 | 2003-10-11 | 기아자동차주식회사 | 차량의 이그나이터 과열 방지 제어장치 및 방법 |
KR20030082715A (ko) * | 2002-04-18 | 2003-10-23 | 기아자동차주식회사 | 차량 엔진 시동시 전원 안정화 장치 |
-
1993
- 1993-12-08 JP JP30691693A patent/JP3152040B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0777149A (ja) | 1995-03-20 |
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