JP4442431B2 - 点火モジュール - Google Patents

Description

本発明は、外部の部材と接続するためのコネクタを備え、イグニッションコイルに流れる電流を制御する駆動回路がモジュール化された点火モジュールに関する。

図６に、この種の点火モジュールの断面構造を示す。図示されるように、点火モジュール４０は、イグニッションコイルの１次側コイルに電流を流すためのコンデンサ４１や、集積回路４２、外部の部材と接続するためのコネクタＣ等がプリント基板ＰＢに形成されてモジュール化されている。ここで、コンデンサ４１やコネクタＣは、プリント基板ＰＢを貫通するスルーホールｈにコンデンサ４１の端子やコネクタＣの端子が挿入されてはんだ付けされ、集積回路は、表面実装されている。

表面実装は、一般に、リフローによって行われる。すなわち、図７（ａ）に示すように、表面実装の対象となる素子である表面実装素子（ＳＭＤ；図中、集積回路４２を例示）の実装箇所に対応したプリント基板ＰＢ上にはんだペーストＰを配置する。そして、その上にＳＭＤ素子を載せる。次に、図７（ｂ）に示すように、はんだペーストＰをリフローさせることで、表面実装素子の端子をプリント基板ＰＢにはんだ付けする。

上記コンデンサが表面実装によらず、スルーホールにより実装されているのは、表面実装が困難であるためである。コンデンサは、１次側コイルに電流を流すためのものであることから、容量、耐圧とも非常に大きなものとなり、素子サイズも大型化する。このため、コンデンサの端子をリフローの処理工程の間、実装が所望される位置に正確に配置しておくことはほとんど不可能である。

一方、スルーホールを利用したはんだ付けは、通常、リフローによっては行うことができず、フロー処理によって行なわれる。そして、これに起因して、コンデンサ４１をスルーホールｈを利用したはんだ付けにて実装する際には、以下に示すような不都合がある。

まず第１に、フローによるはんだ付けを廃止しようとする試みがなされているにも関わらず、その障害となるという問題がある。この試みは、はんだペーストに鉛が含まれており、はんだ付けを鉛フリーにて行うことが望まれているためになされるものである。

第２に、スルーホールｈを利用した実装は、表面実装よりも高密度の実装ができないという問題がある。ここで、先の図６に示したように、コンデンサ４１以外の素子を極力表面実装した場合、スルーホールｈの位置の両側とも表面実装素子を配置できないため、実装密度を低下させる要因となる。

特に、近年、点火モジュールにおける駆動回路の実装をより高密度で行うべく、プリント基板の両面に表面実装素子を実装することも行われている。そして、この場合、両面に表面実装素子をリフローにてはんだ付けした後、フローによるはんだ付けを行う必要がある。そして、フロー処理は、噴流はんだの蒸気をプリント基板に付着させつつ行われるものであるため、フロー処理を行う際には、表面実装素子をマスクする必要が生じ、製造工程が煩雑化する。

なお、上記コンデンサに限らず、リフローにてはんだ付けすることが困難な素子にあっては、上述した不都合も概ね共通したものとなっている。

ちなみに、従来の点火モジュールとしては、先の図６に例示したもの以外にも、例えば下記特許文献１に記載のものがある。
特開２００１−１５３０１７号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、フロー処理によるはんだ付け箇所を極力低減することのできる点火モジュールを提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段、及びその作用効果について記載する。

手段１では、外部の部材と接続するためのコネクタを備え、イグニッションコイルに流れる電流を制御する駆動回路がモジュール化されてなる点火モジュールにおいて、前記駆動回路を構成する少なくとも１つの素子が、前記コネクタの端子に直接接続されて且つ該コネクタの端子を介して前記駆動回路と接続されるようにした。

上記構成では、コネクタ端子に直接接続される素子がある。この素子は、コネクタ端子に直接接続されるために、駆動回路が形成される基板にはんだ付けする必要がない。このため、上記構成では、基板にリフローによりはんだ付けすることが困難な素子を、フローにてはんだ付けすることを回避することができる。したがって、フロー処理によるはんだ付け箇所を極力低減することができる。

なお、コネクタの端子に直接接続する手法としては、溶接を用いることが望ましい。

手段２では、手段１において、前記素子を、前記イグニッションコイルの１次側コイルに印加される電圧と略等しい電圧がかかる高電圧素子とした。

イグニッションコイルの１次側コイルには、通常、駆動回路を駆動するために必要な電圧よりも大きな電圧が印加される。このため、駆動回路は、通常、イグニッションコイルの１次側コイルに印加される電圧と略等しい電圧がかかる高電圧素子を備えている。そして、この高電圧素子には、（イ）素子サイズが大型であって表面実装し難い、（ロ）高電圧がかかることで駆動回路のノイズ源となり得るため、他の素子と離間させて実装することとなり、駆動回路の実装密度を低下させる要因となる、等々の問題がある。

この点、上記構成によれば、高電圧素子を基板にはんだ付けすることなく、駆動回路を構成することができる。このため、高電圧素子をフローによってはんだ付けすることを回避することができる。また、高電圧素子をコネクタの端子に直接接続することで、実装密度の低下を回避しつつも、駆動回路の他の素子が高電圧素子からのノイズを拾うことを十分抑制することができる程度に高電圧素子と他の素子とを離間させることもできる。

手段３では、手段２において、前記素子を、コンデンサとした。

イグニッションコイルに流れる電流を制御する駆動回路は、１次側コイルに印加する電圧をコンデンサの電圧とするものが多い。そして、こうしたコンデンサは、素子サイズが大きく、表面実装が困難であったり、駆動回路のノイズ源となったりしやすい。

このため、上記構成では、手段２の作用効果を好適に奏することができる。

なお、上記コンデンサとしては、例えば以下の手段４、手段５のコンデンサ等がある。

手段４では、手段３において、前記コンデンサは、前記１次側コイルと直列回路を構成して且つ、該直列回路の共振現象により前記１次側コイルに交流電流を流すものである。

これは、スパークプラグの放電時に正負の電圧が交互に現れるいわゆるＡＣアークを発生するＣＤＩ（コンデンサ放電式内燃機関用点火装置）である。

手段５では、手段３において、前記コンデンサは、前記１次側コイルと直列回路を構成して且つ、前記１次側コイルに電流を放電する際、整流手段によって直流電流とされるものである。

これは、スパークプラグの放電が直流電圧となるいわゆるＤＣアークを発生するＣＤＩである。

手段６では、手段１〜５のいずれかにおいて、当該点火モジュールは、前記１次側コイルを駆動する駆動回路の形成される基板に前記駆動回路を構成する素子のうち前記少なくとも１つ以外の素子が表面実装されてなるようにした。

上記構成によれば、基本的に表面実装にて駆動回路を構成する素子が基板にはんだ付けされるために、フローによるはんだ付け箇所を好適に低減又はなくすことができる。更に、表面実装により実装密度を向上させることもできる。

手段７では、手段６において、前記表面実装が、前記基板の両面になされてなる。

上記構成では、表面実装を基板の両面にすることで、実装密度を好適に向上させることができる。ただし、この場合、表面実装が困難な素子をフローによってはんだ付けすると、一旦表面実装した素子をマスクする等々、製造工程が煩雑化する。

この点、上記構成では、上記手段１の少なくとも１つの素子をフロー処理することを回避することができるため、両面に表面実装を行う場合であっても、これに伴う不都合を極力低減することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる点火モジュールの第１の実施形態を図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態のイグニッションシステムの構成を示す。

図示されるように、イグニッションシステムは、スパークプラグ２に接続されたイグニッションコイル４と、該イグニッションコイル４に流れる電流を制御する点火モジュール１０と、点火モジュール１０に電力を供給する電源とを備えて構成されている。

交流発電機２０は、当該イグニッションシステムが搭載される内燃機関の機関出力軸（図示略）から駆動力を付与されることで、交流の電力を発電する。交流発電機２０の電力は、レギュレータ２２によって整流され、例えば「１６Ｖ」の電圧を有する電力としてバッテリ２４に供給される。

一方、点火モジュール１０は、イグニッションコイルに流れる電流を制御する駆動回路がモジュール化されたものである。点火モジュール１０では、バッテリ２４から供給される電力を、端子Ｔ２を介して取り込む。端子Ｔ２から取り込まれるバッテリ２４の電力は、その電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１にて例えば「３００Ｖ」程度に昇圧される。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の電力は、コンデンサ１２に出力される。このコンデンサ１２の他方の端子は、点火モジュール１０の端子Ｔ１を介してイグニッションコイル４の１次側コイル４ａに接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１とコンデンサ１２との間には、互いにループ接続されたサイリスタ１３とダイオード１４とが接続されている。詳しくは、サイリスタ１３のアノード及びダイオード１４のカソード側が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１とコンデンサ１２との間に接続され、サイリスタ１３のカソードとダイオード１４のアノードとは接地されている。

一方、端子Ｔ２から取り込まれる電力は、コンデンサ１５によって蓄えられる。このコンデンサ１５には、同コンデンサ１５の電圧を（例えば「５Ｖ」に）降圧するレギュレータ１６とコンデンサ１７とが並列に接続されている。そして、コンデンサ１７に蓄えられた電力は、波形整形回路１８や中央処理装置（以下、ＣＰＵ１９）に供給される。すなわち、レギュレータ１６は、バッテリ２４の電圧を、波形整形回路１８やＣＰＵ１９を駆動するのに適切な電圧に降圧するものであり、コンデンサ１７は、降圧された電圧の電力を安定して波形整形回路１８やＣＰＵ１９に供給するためのものである。

ここで、波形整形回路１８は、交流発電機２０の回転状態を検出する回転角度センサ２６の出力を波形整形してＣＰＵ１９に出力する回路である。すなわち、回転角度センサ２６は、点火モジュール１０の端子Ｔ５と接続されており、その出力が端子Ｔ５を介して波形整形回路１８に取り込まれる。

一方、ＣＰＵ１９は、サイリスタ１３のゲートに所定の電圧を印加することでサイリスタ１３を駆動する。

なお、点火モジュール１０の各部を接地すべく、点火モジュール１０には、更に端子Ｔ３が設けられている。

こうした構成において、波形整形回路１８を介して取り込まれる回転角度センサ２６の出力に基づき、ＣＰＵ１９により、サイリスタ１３のゲートに印加される電圧が操作されることで、イグニッションコイル４の１次側コイル４ａに流れる電流が制御される。ここで、本実施形態では、図示されるように、スパークプラグ２を１つ備える構成である。換言すれば、本実施形態は、１気筒の内燃機関に搭載される点火モジュールであることを意味する。このため、交流発電機２０の回転軸には、一箇所突起部が設けられており、回転角度センサ２６によってこれが検出される。ちなみに、交流発電機２０は内燃機関の出力軸の回転と同期しているため、回転角度センサ２６は、出力軸の１回転に１度突起部を検出する。そして、この突起部は、波形整形回路１８にて波形整形された後、ＣＰＵ１９に出力される。ＣＰＵ１９では、波形整形された突起部の信号に基づき、サイリスタ１３を操作する。

ここで、点火モジュール１０によるイグニッションコイル４の１次側コイル４ａの電流の制御について、図２に基づいて説明する。

図２（ａ）は、コンデンサ１２の高電位側の電圧の推移を、図２（ｂ）は、サイリスタ１３のゲートに印加される電圧の推移を、図２（ｃ）は、１次側コイル４ａを流れる電流の推移を、図２（ｄ）は、１次側コイル４ａに発生する電圧の推移をそれぞれ示す。

図２（ａ）に示されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の昇圧動作に伴い、コンデンサ１２の高電位側の電圧が（例えば「３００Ｖ」程度まで）上昇する。そして、ＣＰＵ１９により、時刻ｔ１にサイリスタ１３のゲートに電圧が印加されると、サイリスタ１３のカソード及びアノード間が導通され、コンデンサ１２が放電される。これにより、１次側コイル４ａに大きな電流が流れ、１次側コイル４ａの電圧も上昇する。この１次側コイル４ａの電圧は、１次側コイル４ａと２次側コイル４ｂとの相互誘導作用により昇圧される。そして、この昇圧された電圧がスパークプラグ２に印加され、火花が発生する。

なお、先の図１に示したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１とコンデンサ１２との間には、サイリスタ１３のアノード側とダイオード１４のカソード側とが接続されている。すなわち、サイリスタ１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１とコンデンサ１２との間の電流を接地側へ流出させる一方、ダイオード１４は、接地側からの電流をＤＣ／ＤＣコンバータ１１とコンデンサ１２との間に流入させるものとなっている。このため、点火モジュール１０は、１次側コイル４ａに交流電流が流れ、スパークプラグ２の放電が交流となるいわゆるＡＣアークを発生するＣＤＩ（コンデンサ放電式内燃機関用点火装置）となっている。

上述したように、コンデンサ１２は高圧となるため、耐圧の高いもの（例えば「４００Ｖ」）を用いている。ただし、この場合、（ア）コンデンサ１２の素子サイズが大型化し、表面実装が困難となる、（イ）コンデンサ１２のノイズが点火モジュール１０内の他の素子に混入する等々の問題が生じる。

そこで、本実施形態では、図３に示すように、点火モジュール１０と外部の部材とを接続するためのコネクタＣの端子にコンデンサ１２を直接接続する。図３（ａ）は、点火モジュール１０の一部断面図である。図示されるように、点火モジュール１０は、その駆動回路の形成されるプリント基板ＰＢの両面に、上記ＣＰＵ１９や波形整形回路１８等が表面実装されている。また、プリント基板ＰＢの端部には、コネクタＣの端子（図中、Ｔ１、Ｔ５が表示）が、プリント基板ＰＢのスルーホールｈに挿入されはんだ付けされている。

そして、コンデンサ１２の端子は、コネクタＣの端子と接続されている。詳しくは、図３（ｂ）に、コネクタＣ及びコンデンサ１２の上面図を示すように、コネクタＣは、端子Ｔ１〜Ｔ８の８本の端子を備えている。そして、端子Ｔ１及び端子Ｔ４に、コンデンサ１２の端子が直接接続されている。詳しくは、端子Ｔ１及び端子Ｔ４に、コンデンサ１２の端子が溶接されている。ここで、端子Ｔ１は、先の図１に示したように、イグニッションコイル４の１次側コイル４ａと接続されるものである。また、端子Ｔ４は、同図１に示すように、コンデンサ１２とＤＣ／ＤＣコンバータ１１とを接続するものである。すなわち、端子Ｔ４は、点火モジュール１０の外部の部材とは接続されていないオープン端子である。

このように、本実施形態では、コンデンサ１２をコネクタＣの端子Ｔ１，Ｔ４と接続することで、プリント基板ＰＢにフロー処理にてはんだ付けすることを回避することができる。また、コネクタＣの端子Ｔ１，Ｔ４とコンデンサ１２の端子とを直接接続することで、実装密度を低下させることなく、コンデンサ１２の端子と点火モジュール１０の他の素子とを適切に離間させることもできる。

なお、本実施形態にかかる点火モジュール１０は、例えば以下の工程により製造することができる。

（ａ）プリント基板ＰＢの一方の面に、表面実装するための素子をリフロー処理によりはんだ付けする。（ｂ）プリント基板ＰＢの他方の面に、表面実装するための素子をリフロー処理によりはんだ付けする。（ｃ）プリント基板ＰＢのうち図３中下方の面に実装されている素子をマスクした後、コネクタＣの端子をスルーホールｈに挿入してフロー処理にてはんだ付けする。（ｄ）コンデンサ１２の端子をコネクタＣの端子Ｔ１，Ｔ４に溶接する。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）コンデンサ１２が、コネクタＣの端子Ｔ１，Ｔ４に直接接続されて且つ、端子Ｔ１，Ｔ４を介して、プリント基板ＰＢに実装されている素子と接続されるようにした。このため、フロー処理によるはんだ付け箇所を極力低減することができる。

（２）プリント基板ＰＢに、コンデンサ１２以外の素子を表面実装した。これにより、基本的に点火モジュール１０を構成する素子がプリント基板ＰＢに表面実装されるために、フロー処理によるはんだ付け箇所を好適に低減又はなくすことができる。更に、表面実装により実装密度を向上させることもできる。

（３）プリント基板ＰＢの両面に、コンデンサ１２以外の素子を表面実装した。これにより、実装密度を好適に向上させることができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図４に、本実施形態のイグニッションシステムを示す。この図４においては、先の図１に示した部材と同一の部材又は同様の機能を有する部材には、便宜上同一の符号を付した。

図示されるように、イグニッションコイル４の１次側コイル４ａと接続される端子Ｔ６とＤＣ／ＤＣコンバータ１１との間に、コンデンサ１２が接続されている。そして、コンデンサ１２の両端には、サイリスタ３１のアノードとダイオード３２のアノードとが接続されている。また、サイリスタ３１のカソードとダイオード３２のカソードとは接地されている。そこで、サイリスタ３１のゲートに印加される電圧がＣＰＵ１９により操作されることで、イグニッションコイル４に流れる電流が制御される。

ここで、点火モジュール１０によるイグニッションコイル４の１次側コイル４ａの電流の制御について、図５に基づいて説明する。

図５（ａ）は、コンデンサ１２の高電位側の電圧の推移を、図５（ｂ）は、サイリスタ１３のゲートに印加される電圧の推移を、図５（ｃ）は、１次側コイル４ａを流れる電流の推移を、図５（ｄ）は、１次側コイル４ａに発生する電圧の推移をそれぞれ示す。

図５（ａ）に示されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の昇圧動作に伴い、コンデンサ１２の高電位側の電圧が（例えば「３００Ｖ」程度まで）上昇する。そして、ＣＰＵ１９により、時刻ｔ１１にサイリスタ３１のゲートに電圧が印加されると、サイリスタ３１のカソード及びアノード間が導通され、コンデンサ１２が放電される。これにより、１次側コイル４ａに大きな電流が流れ、１次側コイル４ａの電圧も上昇する。この電圧は、１次側コイル４ａと２次側コイル４ｂとの相互誘導作用により昇圧される。そして、この昇圧された電圧がスパークプラグ２に印加され、火花が発生する。

なお、先の図４に示したように、コンデンサ１２の両端には、サイリスタ３１のアノード側とダイオード３２のアノード側とが接続されている。すなわち、コンデンサ１２の両端の電流は、コンデンサ１２から接地側への流出方向にのみ電流が流れることができるようになっている。このため、点火モジュール１０は、１次側コイル４ａに直流電流が流れ、スパークプラグ２の放電が直流となるいわゆるＤＣアークを発生するＣＤＩとなっている。

そして、本実施形態では、先の図４に示すように、コンデンサ１２は、コネクタＣの端子Ｔ１を介してダイオード３２と、またコネクタＣの端子Ｔ４を介してサイリスタ３１とそれぞれ接続されている。ここで、コンデンサ１２とコネクタＣとの接続態様は、先の図３と同様である。すなわち、本実施形態では、ダイオード３２のアノードは、コネクタＣの端子Ｔ１，Ｔ６とプリント基板ＰＢ上で接続されている。また、サイリスタ３１のアノードは、コネクタＣの端子Ｔ４とプリント基板ＰＢ上で接続されている。

以上説明した本実施形態によっても、先の第１の実施形態の上記（１）〜（３）の効果を得ることができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・点火モジュール１０における表面実装を、プリント基板ＰＢの両面に行うものに限らず、片面に行うものであってもよい。これによっても、先の第１の実施形態の上記（１）、（２）の効果を得ることはできる。

・上記各実施形態では、コネクタＣについては、表面実装としなかったが、これを表面実装してもよい。

・点火モジュール１０の回路構成としても上記各実施形態で例示したものに限らない。この際、コネクタＣの端子と直接接続する素子としては、コンデンサ１２に限らない。例えば、イグニッションコイルの１次側コイルに印加される電圧と略等しい電圧がかかる高電圧素子であれば、（イ）素子サイズが大型であって表面実装し難い、（ロ）高電圧がかかることで駆動回路のノイズ源となり得るため、他の素子と離間させて実装することとなり、駆動回路の実装密度を低下させる要因となる、等々の問題があるため、本発明の適用は有効である。また、点火モジュールの任意の素子をコネクタ端子に直接接続されるようにしてもよい。この場合、この素子は、コネクタ端子に直接接続されるために、駆動回路が形成される基板にはんだ付けすることを回避することができる。例えばフルトラ型の点火モジュールにおけるアルミ電解コンデンサを、こうした素子としてもよい。このアルミ電解コンデンサは、大型のものは表面実装が困難であるため、コネクタ端子に直接接続することで、フローによるはんだ付け箇所を低減することができる。なお、当該点火モジュールがバッテリを搭載しない車両に適用可能なものとされる場合、点火モジュールの駆動電力を蓄えるコンデンサが大型化する。このため、こうした点火モジュールにあっては、このコンデンサをアルミ電解コンデンサとすると、表面実装が困難となり、本発明の適用が特に有効である。

・その他、点火モジュールの搭載される内燃機関の気筒数としては、単気筒に限らない。

本発明にかかる点火モジュールの第１の実施形態の構成を示す回路図。 同実施形態にかかる１次側コイルの制御の推移態様を示すタイムチャート。 同実施形態の構成を示す断面図及び平面図。 第２の実施形態の構成を示す回路図。 同実施形態にかかる１次側コイルの制御の推移態様を示すタイムチャート。 従来の点火モジュールの断面構成を示す断面図。 表面実装の処理手順を示す断面図。

符号の説明

Ｔ1，Ｔ4…端子、４…イグニッションコイル、１０…点火モジュール、１２…コンデンサ。

Claims (5)

1. 外部の部材と接続するためのコネクタを備え、イグニッションコイルに流れる電流を制御する駆動回路がモジュール化されてなる点火モジュールにおいて、
   前記駆動回路を構成する少なくとも１つの素子が、前記コネクタの端子に直接接続されて且つ該コネクタの端子を介して前記駆動回路と接続されてなり、
   前記素子が、前記イグニッションコイルの１次側コイルに印加される電圧と略等しい電圧がかかる高電圧素子であり、
   前記素子が、コンデンサであることを特徴とする点火モジュール。
2. 前記コンデンサは、前記１次側コイルと直列回路を構成して且つ、該直列回路の共振現象により前記１次側コイルに交流電流を流すものである請求項１記載の点火モジュール。
3. 前記コンデンサは、前記１次側コイルと直列回路を構成して且つ、前記１次側コイルに電流を放電する際、整流手段によって直流電流とされるものである請求項１記載の点火モジュール。
4. 当該点火モジュールは、前記１次側コイルを駆動する駆動回路の形成される基板に前記駆動回路を構成する素子のうち前記少なくとも１つ以外の素子が表面実装されてなる請求項１〜３のいずれかに記載の点火モジュール。
5. 前記表面実装が、前記基板の両面になされてなる請求項４記載の点火モジュール。

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