JP4978562B2 - 内燃機関点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘導ノイズが入力された際に該誘導ノイズを除去するためのツェナーダイオードを備えた内燃機関点火装置に関する。

従来より、点火コイルへの通電を行う内燃機関用点火装置が、例えば特許文献１で提案されている。具体的に、特許文献１では、点火装置の入力端子とグランドとの間に入力保護用のツェナーダイオードを内蔵した点火装置が提案されている。この点火装置の入力端子には、制御装置の出力端子から点火信号が入力されるようになっている。また、制御装置には、制御装置の出力端子に接続された保護用コンデンサが内蔵されている
そして、点火装置の入力端子にツェナーダイオードの耐圧を超えるサージなどの誘導ノイズが入力されると、ツェナーダイオードがブレークすることで誘導ノイズがツェナーダイオードを介してグランドに流れる。これにより、点火装置が誘導ノイズから保護されるようになっている。
特開２００１−７３９１５号公報

しかしながら、上記従来の技術では、誘導ノイズにより入力保護用のツェナーダイオードがブレークして導通状態となると、制御装置から点火装置の入力端子に入力される入力電圧が低下してしまうという問題がある。このことについて、図４のタイミングチャートを参照して説明する。図４（ａ）は制御装置から出力される正常な点火信号（ＩＧｔ）の波形を示したものであり、図４（ｂ）は点火装置に誘導ノイズが入力されたときの点火信号（ＩＧｔ’）の波形を示したものである。

図４（ａ）に示されるように、正常な点火信号ＩＧｔは一定のパルス幅の波形をなしている。この点火信号ＩＧｔがＨｉの間、点火装置によって点火コイルの一次側に磁気エネルギーが蓄積される。そして、点火信号ＩＧｔの立ち下がりのタイミングで点火コイルの一次側に流れる電流を急激に遮断することにより、点火コイルの一次側に蓄えられた磁気エネルギーが二次側に誘導され、二次側から点火プラグのギャップにて放電電流として放電され、点火が行われる。

一方、図４（ａ）に示される正常な点火信号に誘導ノイズが入力されると、上述のようにツェナーダイオードが導通状態となる。これにより、図４（ｂ）に示されるように、ツェナーダイオードが接続された入力端子の電位が下がり、点火信号ＩＧｔ’の波形が立ち下がる。これにより、点火コイルの一次側に流れる電流を急激に遮断することになり、誘導ノイズが入力されたタイミングで点火が行われてしまう。また、制御装置の出力端子に保護用コンデンサが接続されているため、この保護用コンデンサが充電しきるまで点火信号の波形は緩やかに上昇し、点火信号ＩＧｔがＨｉになった後、点火信号ＩＧｔが立ち下がる通常のタイミングで再び点火が行われてしまう。

このように、保護用コンデンサが設けられた制御装置から点火装置に点火信号ＩＧｔが入力されるものにおいて、点火信号ＩＧｔに誘導ノイズが含まれると、点火信号ＩＧｔ’にパルス割れが発生してしまい、点火装置が誤動作を起こして誤点火が起こってしまう。

そこで、点火装置に誘導ノイズを吸収するためのフィルタを内蔵し、ツェナーダイオードのブレーク時に点火信号ＩＧｔ’の波形を遅らせることで点火信号ＩＧｔ’が立ち下がらないようにすることが考えられる。しかし、フィルタによって点火信号ＩＧｔ’の波形が遅れることにより、正常な点火信号ＩＧｔの立ち下がりのタイミングまでも遅れてしまい、予定していたタイミングで点火信号ＩＧｔ’をＬｏｗにできなくなってしまう。また、点火装置では、点火時間遅れ（点火信号ＩＧｔがＬｏｗになってからＨｉになるまでの時間）が決められており、例えば４０μｓ以上のフィルタを使用することもできない。

本発明は、上記点に鑑み、出力端子に保護用コンデンサが接続された制御装置から点火信号が入力される内燃機関点火装置において、誘導ノイズによって点火信号にパルス割れが生じないようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、出力端子（１１）と装置内グランド（１２）とを備えると共に出力端子（１１）と装置内グランド（１２）との間に接続された保護用コンデンサ（１３）を備え、出力端子（１１）から点火プラグに点火を起こさせるための点火信号を出力する制御装置（１０）に接続され、制御装置（１０）から点火信号を入力する第１入力端子（２１）と、第２入力端子（２８）と制御用ＩＣ内グランド（２３ａ）とを有し、第２入力端子（２８）を介して入力した点火信号に従ってスイッチング素子（２４）を駆動することにより、点火プラグに点火を起こさせる制御用ＩＣ（２３）と、制御用ＩＣ外グランド（２７）とを備えたイグナイタであって、第１入力端子（２１）と制御用ＩＣ外グランド（２７）との間に接続された第１ツェナーダイオード（２２）と、制御用ＩＣ（２３）内において、第２入力端子（２８）と制御用ＩＣ内グランド（２３ａ）との間に接続された第２ツェナーダイオード（２９）と、第１入力端子（２１）と第２入力端子（２８）との間に接続され、第２ツェナーダイオード（２９）が導通状態になったときに第２入力端子（２８）の電位の低下を抑制する抵抗（２６）とを備えていることを特徴とする。

これにより、第１入力端子（２１）に入力された点火信号を、抵抗（２６）を介して第２入力端子（２８）に入力することができる。したがって、点火信号がＨｉの状態のときに第１入力端子（２１）に誘導ノイズが入力されて第２ツェナーダイオード（２９）が導通状態になったとしても、抵抗（２６）によって第２入力端子（２８）の電位の低下を抑制することができる。つまり、点火信号が入力の閾値まで立ち下がらないようにすることができ、点火信号がＬｏｗの状態にならないようにすることができる。以上により、誘導ノイズによって点火信号にパルス割れが生じないようにすることができる。

請求項２に記載の発明では、出力端子（１１）と装置内グランド（１２）とを備えると共に出力端子（１１）と装置内グランド（１２）との間に接続された保護用コンデンサ（１３）を備え、出力端子（１１）から点火プラグに点火を起こさせるための点火信号を出力する制御装置（１０）に接続され、制御装置（１０）から点火信号を入力する第１入力端子（２１）と、第２入力端子（２８）と制御用ＩＣ内グランド（２３ａ）とを有し、第２入力端子（２８）を介して入力した点火信号に従ってスイッチング素子（２４）を駆動することにより、点火プラグに点火を起こさせる制御用ＩＣ（２３）と、制御用ＩＣ外グランド（２７）とを備えたイグナイタであって、第１入力端子（２１）と制御用ＩＣ外グランド（２７）との間に接続された第１ツェナーダイオード（２２）と、制御用ＩＣ（２３）の第２入力端子（２８）と制御用ＩＣ外グランド（２７）との間に接続された第２ツェナーダイオード（２９）と、第１入力端子（２１）と第１ツェナーダイオード（２２）との間と第２入力端子（２８）と第２ツェナーダイオード（２９）との間に接続され、第２ツェナーダイオード（２９）が導通状態になったときに第２入力端子（２８）の電位の低下を抑制する抵抗（２６）とを備えていることを特徴とする。

このように、第２ツェナーダイオード（２９）が制御用ＩＣ（２３）内に備えられていなくても、請求項１と同様に、点火信号にパルス割れが生じないようにすることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、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る。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るイグナイタを含んだ点火システムの概略図である。この図に示されるように、点火システムは、制御装置１０とイグナイタ２０とを備えている。

制御装置１０は、いわゆるエンジンＥＣＵであり、点火信号（ＩＧｔ）を生成するものである。この制御装置１０は、点火信号を外部に出力するための出力端子１１を備えている。また、制御装置１０内であって、出力端子１１と装置内グランド１２との間には、該出力端子１１から制御装置１０内に入力されるノイズから制御装置１０を保護するための保護用コンデンサ１３が接続されている。

イグナイタ２０は、第１入力端子２１と、第１ツェナーダイオード２２と、制御用ＩＣ２３と、スイッチング素子２４と、第１抵抗２５と、第２抵抗２６とを備えている。

第１入力端子２１は、制御装置１０の出力端子１１に接続された端子であり、点火信号をイグナイタ２０内に入力するための端子である。

第１ツェナーダイオード２２は、第１入力端子２１に入力される誘導ノイズからイグナイタ２０を保護するためのダイオードである。この第１ツェナーダイオード２２は、第１入力端子２１と制御用ＩＣ外グランド２７との間に接続されている。本実施形態では、第１ツェナーダイオード２２として、例えば２００Ｖの耐圧を有するものが採用される。

制御用ＩＣ２３は、図示しない点火コイルに電流を流して図示しない点火プラグに放電を起こさせるものである。具体的に、制御用ＩＣ２３は、点火信号を入力して制御信号を生成し、この制御信号をスイッチング素子２４に入力することによりスイッチング素子２４を駆動する。これにより、点火コイルの一次側への通電を行い、二次側に流れた電流を基に点火プラグに放電を起こさせる。このため、制御用ＩＣ２３は、図示しない駆動回路等を備えた構成になっている。

このような制御用ＩＣ２３は、第２入力端子２８と第２ツェナーダイオード２９と制御用ＩＣ内グランド２３ａとを有している。第２入力端子２８は、点火信号を制御用ＩＣ２３内に入力するための端子である。また、第２ツェナーダイオード２９は、第２入力端子２８に入力される誘導ノイズから制御用ＩＣ２３を保護するためのダイオードである。この第２ツェナーダイオード２９は、制御用ＩＣ２３内において、第２入力端子２８と制御用ＩＣ２３内に設けられた制御用ＩＣ内グランド２３ａとの間に接続されている。本実施形態では、第２ツェナーダイオード２９として、例えば３０Ｖの耐圧を有するものが採用される。なお、３０Ｖという値は、制御用ＩＣ２３自体の耐電圧に相当する。

スイッチング素子２４は、制御用ＩＣ２３から入力される制御信号に応じて点火コイルの一次側への通電を行うものである。スイッチング素子２４として、例えばＩＧＢＴが採用される。これによると、ＩＧＢＴのゲートは制御用ＩＣ２３に接続され、ドレインは点火コイルの一次側に接続され、ソースは制御用ＩＣ外グランド２７に接続される。そして、制御信号によってＩＧＢＴへのゲート電圧の電位レベルがＨｉになるとＩＧＢＴがオンし、点火コイルにおける一次側への通電が行われ、ゲート電圧の電位レベルがＬｏｗになるとＩＧＢＴがオフし、点火コイルにおける一次側への通電が遮断されるようになっている。そして、点火コイルの一次側への通電が遮断されることにより二次側に高電圧が発生し点火プラグにて放電が起こる。

第１抵抗２５は、制御装置１０との入力インピーダンスを合わせるための抵抗である。この第１抵抗２５は、イグナイタ２０内であって、第１入力端子２１と制御用ＩＣ外グランド２７との間に接続されている。

第２抵抗２６は、イグナイタ２０の第１入力端子２１と制御用ＩＣ２３の第２入力端子２８との間に接続された抵抗である。この第２抵抗２６は、制御用ＩＣ２３内の第２ツェナーダイオード２９が導通状態になったときに第２入力端子２８の電位の低下を抑制する役割を果たすものである。この第２抵抗２６は、本発明の抵抗に相当する。

以上が、本実施形態に係る点火システムの全体構成およびイグナイタ２０の全体構成である。

次に、図１に示されるイグナイタ２０に誘導ノイズが入力されたときの作動について、図２に示されるタイミングチャートを参照して説明する。図２（ａ）は制御装置１０から出力される正常な点火信号（ＩＧｔ）の波形を示したものであり、図２（ｂ）はイグナイタ２０に誘導ノイズが入力されたときの点火信号（ＩＧｔ’）の波形を示したものである。図２（ｂ）に示される点火信号ＩＧｔ’は制御用ＩＣ２３の第２入力端子２８の電位と同等である。

まず、２００Ｖを超える誘導ノイズがイグナイタ２０の第１入力端子２１に入力された場合、第１ツェナーダイオード２２がブレークして導通状態となり、誘導ノイズは第１ツェナーダイオード２２を介して制御用ＩＣ外グランド２７に流れる。これにより、イグナイタ２０内部および制御用ＩＣ２３が保護される。

一方、制御用ＩＣ２３の耐電圧を超えるような誘導ノイズがイグナイタ２０の第１入力端子２１に入力されると、第１ツェナーダイオード２２はブレークしないが、制御用ＩＣ２３内の第２ツェナーダイオード２９がブレークして導通状態となる。このため、誘導ノイズは第２ツェナーダイオード２９を介して制御用ＩＣ内グランド２３ａに流れる。これにより、制御用ＩＣ２３が保護される。

上記のようにして誘導ノイズが除去されるイグナイタ２０に、制御装置１０から図２（ａ）に示される点火信号ＩＧｔが入力されることにより、上述のように、点火プラグにて放電が起こるが、点火信号ＩＧｔがＨｉの状態でイグナイタ２０の第１入力端子２１に誘導ノイズが入力される場合がある。

この場合、制御用ＩＣ２３内の第２ツェナーダイオード２９がブレークして導通状態になるため、第２ツェナーダイオード２９を介して制御用ＩＣ内グランド２３ａに電流が流れる。これにより、上述のように、第２入力端子２８の電位は図２（ｂ）の点線で示されるように急激に立ち下がると思われる。

しかしながら、第１入力端子２１と第２入力端子２８との間に第２抵抗２６が接続されているため、この第２抵抗２６によって第２入力端子２８の電位の低下が抑制される。したがって、図２（ｂ）に示されるように、誘導ノイズが第２入力端子２８に入力されたタイミングで第２ツェナーダイオード２９が導通状態になるが、第２入力端子２８の電位（点火信号ＩＧｔ’）はスイッチング素子２４をオフさせる閾値まで低下することはなく、再びＨｉの状態に復活する。

すなわち、点火信号ＩＧｔがＨｉの状態でイグナイタ２０に誘導ノイズが入力されたとしても、制御用ＩＣ２３に入力される点火信号ＩＧｔ’にパルス割れは起こらない。つまり、点火信号ＩＧｔがＨｉの期間に、スイッチング素子２４を誤作動させて点火コイルにおける一次側への通電を遮断させることにはならない。したがって、点火プラグにて誤点火が起こることはない。

以上説明したように、本実施形態では、イグナイタ２０の第１入力端子２１と制御用ＩＣ２３の第２入力端子２８との間に第２抵抗２６を接続したことが特徴となっている。これにより、制御装置１０から出力される点火信号ＩＧｔがＨｉのときにイグナイタ２０の第１入力端子２１に誘導ノイズが入力されて第２ツェナーダイオード２９が通電状態になったとしても、第２抵抗２６によって第２入力端子２８の電位が低下しないようにすることができる。第２入力端子２８の電位の低下は、第２抵抗２６の抵抗値を大きくするほど抑制することができる。

つまり、制御用ＩＣ２３に入力された点火信号ＩＧｔ’を急激に立ち下がらないなまった波形にすることができる。したがって、第２ツェナーダイオード２９の通電時に点火信号ＩＧｔ’がＬｏｗの状態、すなわちパルス割れの状態にならないようにすることができ、ひいてはスイッチング素子２４の誤作動や点火プラグの誤点火が起こらないようにすることができる。

また、誘導ノイズを吸収するためのフィルタを設けていないため、制御用ＩＣ２３に入力される点火信号ＩＧｔ’の立ち下がりのタイミングが通常の点火信号ＩＧｔの立ち下がりのタイミングから遅れることもない。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、制御用ＩＣ２３内に内蔵されていた第２ツェナーダイオード２９をイグナイタ２０内に設けることが特徴となっている。

図３は、本実施形態に係るイグナイタ２０を含んだ点火システムの概略図である。この図に示されるように、第２ツェナーダイオード２９は、第２抵抗２６と第２入力端子２８との間と制御用ＩＣ外グランド２７との間に接続されている。また、第２抵抗２６は、第１入力端子２１と第１ツェナーダイオード２２との間と、第２入力端子２８と第２ツェナーダイオード２９との間に接続されている。他の構成や接続形態は、図１に示されるものと同様である。

以上のように、第２ツェナーダイオード２９が制御用ＩＣ２３の外部であって、イグナイタ２０内に配置されていても、第１実施形態と同様に、イグナイタ２０に誘導ノイズが入力された際に、第２抵抗２６によって点火信号ＩＧｔ’の急激な立ち下がりを防止し、第２入力端子２８の電位の低下を抑制することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、各ツェナーダイオード２２、２９として一方向のタイプのものを用いているが、双方向のタイプのものを用いても良い。

本発明の第１実施形態に係るイグナイタを含んだ点火システムの概略図である。 （ａ）は制御装置から出力される正常な点火信号（ＩＧｔ）の波形を示した図であり、（ｂ）はイグナイタに誘導ノイズが入力されたときの点火信号（ＩＧｔ’）の波形を示した図である。 本発明の第２実施形態に係るイグナイタを含んだ点火システムの概略図である。 課題を説明するための図である。

符号の説明

１０ 制御装置
１１ 出力端子
１２ 装置内グランド
１３ 保護用コンデンサ
２１ 第１入力端子
２２ 第１ツェナーダイオード
２３ 制御用ＩＣ
２３ａ 制御用ＩＣ内グランド
２４ スイッチング素子
２６ 第２抵抗
２７ 制御用ＩＣ外グランド
２８ 第２入力端子
２９ 第２ツェナーダイオード

Claims (2)

1. 出力端子（１１）と装置内グランド（１２）とを備えると共に前記出力端子（１１）と前記装置内グランド（１２）との間に接続された保護用コンデンサ（１３）を備え、前記出力端子（１１）から点火プラグに点火を起こさせるための点火信号を出力する制御装置（１０）に接続され、前記制御装置（１０）から前記点火信号を入力する第１入力端子（２１）と、
   第２入力端子（２８）と制御用ＩＣ内グランド（２３ａ）とを有し、前記第２入力端子（２８）を介して入力した前記点火信号に従ってスイッチング素子（２４）を駆動することにより、前記点火プラグに点火を起こさせる制御用ＩＣ（２３）と、
   制御用ＩＣ外グランド（２７）とを備えたイグナイタであって、
   前記第１入力端子（２１）と前記制御用ＩＣ外グランド（２７）との間に接続された第１ツェナーダイオード（２２）と、
   前記制御用ＩＣ（２３）内において、前記第２入力端子（２８）と前記制御用ＩＣ内グランド（２３ａ）との間に接続された第２ツェナーダイオード（２９）と、
   前記第１入力端子（２１）と前記第２入力端子（２８）との間に接続され、前記第２ツェナーダイオード（２９）が導通状態になったときに前記第２入力端子（２８）の電位の低下を抑制する抵抗（２６）とを備えていることを特徴とする内燃機関点火装置。
2. 出力端子（１１）と装置内グランド（１２）とを備えると共に前記出力端子（１１）と前記装置内グランド（１２）との間に接続された保護用コンデンサ（１３）を備え、前記出力端子（１１）から点火プラグに点火を起こさせるための点火信号を出力する制御装置（１０）に接続され、前記制御装置（１０）から前記点火信号を入力する第１入力端子（２１）と、
   第２入力端子（２８）と制御用ＩＣ内グランド（２３ａ）とを有し、前記第２入力端子（２８）を介して入力した前記点火信号に従ってスイッチング素子（２４）を駆動することにより、前記点火プラグに点火を起こさせる制御用ＩＣ（２３）と、
   制御用ＩＣ外グランド（２７）とを備えたイグナイタであって、
   前記第１入力端子（２１）と前記制御用ＩＣ外グランド（２７）との間に接続された第１ツェナーダイオード（２２）と、
   前記制御用ＩＣ（２３）の前記第２入力端子（２８）と前記制御用ＩＣ外グランド（２７）との間に接続された第２ツェナーダイオード（２９）と、
   前記第１入力端子（２１）と前記第１ツェナーダイオード（２２）との間と前記第２入力端子（２８）と前記第２ツェナーダイオード（２９）との間に接続され、前記第２ツェナーダイオード（２９）が導通状態になったときに前記第２入力端子（２８）の電位の低下を抑制する抵抗（２６）とを備えていることを特徴とする内燃機関点火装置。

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