JP3842260B2 - 内燃機関点火装置 - Google Patents
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Description
波形整形回路は、前記点火信号電圧に基づき比較信号を発生する比較信号発生回路と、点火信号電圧に基づき基準信号を発生する基準信号回路とを有し、前記点火信号電圧の立上がり部分において、前記比較信号が基準信号より大きくなったときに前記電流供給回路から駆動抵抗への駆動電流の供給を開始させ、また前記点火信号電圧の立下り部分において、前記比較信号が基準信号より小さくなったときに前記駆動電流を遮断する。
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、図3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。
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。
点火タイミングtoffにおいて、波形整形出力Voが低レベルになることにより、入力トランジスタ35はオフとなり、制御トランジスタ34がオンとなる。この制御トランジスタ34のオンにより、出力トランジスタ31、32の電流が制御トランジスタ34にバイパスされ、駆動抵抗20Rへの駆動電流Idが遮断される。
図4はこの発明による内燃機関点火装置の実施の形態2を示し、図5はこの実施の形態2の動作説明線図である。
図4に示す実施の形態2は、スイッチング回路10Aを有する。このスイッチング回路10Aは、図1に示すスイッチング回路10と同様に、出力端子10aと、入力端子10bと、基準電位端子10cとの3つの端子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、入力端子10bは点火駆動回路5の点火信号端子5aに、また基準電位端子10cは基準電位点GNDにそれぞれ直接接続される。
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。この実施の形態3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。なお、この実施の形態3において、図2に示す波形整形回路50Aが使用されている。
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。
時点t3の後の点火タイミングtoffにおいて、点火信号Vi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。
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。
図9はこの発明による内燃機関点火装置の実施の形態4を示す電気回路図である。この実施の形態4は、図6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6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6に示す実施の形態3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4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6に示す実施の形態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。
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。
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13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、図9に示す実施の形態4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4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5でも、図10に示したIGBT20Bが使用される。
図14はこの発明による内燃機関点火装置の実施の形態6を示す。この実施の形態6は、スイッチング回路10Eを使用するもので、これは図6に示す実施の形態3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6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。
なお、実施の形態6において、定電流回路40を含む電流供給回路30、波形整形回路50A、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を、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。
Claims (18)
- 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へ駆動電流を供給する電流供給回路と、前記電流供給回路から前記駆動抵抗への駆動電流を制御し前記駆動電流の供給開始に基づいて前記スイッチング素子をオン状態としまた前記駆動電流の供給遮断に基づいて前記スイッチング素子をオフ状態とする波形整形回路とを有し、
前記波形整形回路は、前記点火信号電圧に基づき比較信号を発生する比較信号発生回路と、前記点火信号電圧に基づき基準信号を発生する基準信号回路とを有し、前記点火信号電圧の立上がり部分において、前記比較信号が前記基準信号より大きくなったときに前記電流供給回路から前記駆動抵抗への駆動電流の供給を開始させ、また前記点火信号電圧の立下り部分において、前記比較信号が前記基準信号より小さくなったときに前記駆動電流を遮断させることを特徴とする内燃機関点火装置。 - 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を有し、前記電流供給回路と波形整形回路はともに前記点火信号ラインと前記基準電位ラインとの間に接続されていることを特徴とする内燃機関点火装置。
- 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電流を供給する出力トランジスタと、この出力トランジスタをオン、オフ制御する制御トランジスタを有し、前記波形整形回路は前記比較信号と基準信号を比較するコンパレータを有し、このコンパレータの出力に基づいて、前記制御トランジスタを制御し、前記駆動電流を制御することを特徴とする内燃機関点火装置。
- 請求項3記載の内燃機関点火装置であって、前記波形整形回路が、さらに前記コンパレータの出力に応動するレベルアップ回路を有し、このレベルアップ回路は前記点火信号電圧の立上がり部分において、前記駆動電流の供給が開始されるときに、前記比較信号のレベルをさらにアップさせることを特徴とする内燃機関点火装置。
- 請求項2記載の内燃機関点火回路であって、前記電流供給回路は、さらに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前記定電流回路を有し、この定電流回路は前記点火信号電圧に基づいて定電流を発生し、前記電流供給回路から前記駆動抵抗へ供給される駆動電流を定電流化することを特徴とする内燃機関点火装置。
- 請求項5記載の内燃機関点火装置であって、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は前記電流供給回路の出力トランジスタを定電流駆動するように、前記出力トランジスタに接続されたことを特徴とする内燃機関点火装置。
- 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。
- 請求項7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駆動電流を低減して、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。
- 請求項8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。
- 請求項8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。
- 請求項7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。
- 請求項11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。
- 請求項12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。
- 請求項11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素子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。
- 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。
- 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。
- 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を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。
- 請求項17記載の内燃機関点火装置であって、前記電流制限回路、前記電圧保護検出回路、および前記過通電保護回路が、前記電流供給回路、前記波形整形回路とともに、共通の半導体基板上に集積されたことを特徴とする内燃機関点火装置。
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