JP5454635B2 - イグナイタシステム - Google Patents

Description

この発明は、縦型のパワー半導体素子を備えたパワーＩＣを用いたイグナイタシステムに関する。

図１２は、従来のイグナイタシステムの回路ブロック図である。１はスイッチ素子としてのＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、３はＩＢＧＴ１の電流検出用のエミッタ端子（センス用エミッタ）に接続された電流検出用の抵抗、４はＩＧＢＴのゲート抵抗である。また、３１は電流制限回路，３２は過熱検知回路，３３はセルフシャットオフ回路である。電流制限回路３１，過熱検知回路３２，セルフシャットオフ回路３３の動作については後述する。ＩＧＢＴ１と電流制限回路３１，過熱検知回路３２，セルフシャットオフ回路３３などの保護回路は同一の半導体基板上に形成され、パワーＩＣ１０１を形成する。

パワーＩＣ１０１は、点火コイル１０３と組み合わされて内燃機関用点火装置１００を構成し、点火プラグ１８を有する燃焼室３００、ＩＧＢＴ１のゲート駆動回路２０１などを含むエンジン制御装置（以下ＥＣＵという）２００で、イグナイタシステムを構成する。

点火コイル１０３は、ＩＧＢＴ１に接続する一次コイル１４と点火プラグ１８に接続する二次コイル１５および鉄心１６で構成されている。一次コイル１４に流れる電流は、ＩＧＢＴ１によってオン・オフ制御される。

また、ＥＣＵ２００は、イグナイタシステムを含む内燃機関システム全体を制御する各種制御回路で構成され、ＩＧＢＴ１をオン・オフ制御するゲート信号をパワーＩＣ１０１へ出力するＩＧＢＴ１のゲート駆動回路２０１を備えている。

さらに、燃料タンク４００からバルブ５００を経由して燃焼室３００に送られる燃料もしくは燃焼ガスの流れを制御する制御回路を有する。また、ＥＣＵ２００は前記のパワーＩＣ１０１に形成された各保護回路からの信号を受けてＩＧＢＴ１をオフするゲート信号をパワーＩＣ１０１へ出力する。

つぎに、イグナイタシステムの動作について説明する。ＩＧＢＴ１がオンすると一次コイル１４に一次電流が流れ始める。この一次電流はＩＧＢＴ１を通して流れる電流であるのでＩＧＢＴ１のコレクタ電流と等しい。

この一次電流は、電源電圧ＶＢと点火コイル１０３のインダクタンスＬｃによりｄｉ／ｄｔ＝ＶＢ／Ｌｃの傾きで上昇する。この一次電流が所定の期間流れた時点で、ＥＣＵ２００のゲート駆動回路２０１からオフ信号がＩＧＢＴ１のゲートに送られて、ＩＧＢＴ１はオフする。この所定の期間はエンジンの回転数に応じてあらかじめＥＣＵで設定されている。

ＩＧＢＴ１がオフすると、一次コイル１４に蓄えられたエネルギーが二次コイル１５に伝達されて、燃焼室３００にある点火プラグ１８の電圧を上昇させて点火プラグが放電する。

この放電によって、エンジン内（燃焼室３００）に流れた未燃焼ガスが触媒の助けを借りて爆発的に燃焼してピストンを押し下げエンジンが動作する。この放電回数を可変することでピストンの往復運動の回数を可変し、エンジンの回転数が可変される。

以下、前記のパワーＩＣ１０１に形成される保護回路について説明する。点火コイル１０３の一次電流をオン・オフ（通電、遮断）制御するスイッチング素子として、ＩＧＢＴ１が使用されている。

内燃機関用点火装置を構成するパワーＩＣ１０１内には、過電流、過熱および異常通電（サージ電流）に対して下記の各保護回路が形成されている。（１）過電流に対しては、点火コイル１０３の一次電流を検知して、ゲート電圧を制御することにより一次電流を設定値に制限する電流制限回路３１がある。この回路は、過電流による破壊を防ぐ。（２）過熱に対しては、チップの温度を検知して、検知された温度が所定の温度以上になるとゲート電圧をグランドに短絡して、一次電流を強制的に遮断する過熱検知回路３２がある。この回路は、ＩＧＢＴの異常発熱を防止し、ＩＧＢＴが熱破壊されるのを防ぐ。チップ温度の検出はチップ内に形成されたダイオードで行なわれる。具体的には、このダイオードの順電圧降下の温度依存性を利用する。（３）異常通電に対しては、点火信号のオン時間をカウントするタイマーを設けて、点火信号が一定時間以上通電した場合に、ゲート電圧をグランドに短絡して、一次電流を強制的に遮断するタイマー式のセルフシャットオフ回路３３がある。

尚、図中の電流制限回路３１、過熱検知回路３２およびセルフシャットオフ回路３３と接続する細線矢印は信号のやり取りを示す。
これらの保護回路を用いることで、異常があった場合、ＩＧＢＴ１をオフし、さらにＥＣＵ２００からの出力信号で燃焼室３００に送られる燃料（未燃焼ガス）がバルブにより停止されて、イグナイタシステムの信頼性は確保されていた。

また、特許文献１には、点火制御信号の断線あるいはショートを確実に検出し、さらに点火制御信号がオンしている間の再通電を防止するために、点火回路を一次電流の通電、遮断制御するＩＧＢＴと、そのＩＧＢＴに流れる電流を制限する電流制限回路と、異常時に一次電流の通電を強制的に遮断するサーマルシャットオフ回路と、サーマルシャットオフ回路の出力をラッチするラッチ回路とを１チップで構成することが開示されている。

特開平９−４２１２９号公報

近年、前記の異常検知だけではなく、コイル故障を検知して、イグナイタシステムの信頼性をさらに高めることが求められるようになってきた。
コイル故障が発生すると、点火が行なわれず失火する場合が生ずる。失火が生ずると、燃焼室３００に未燃焼ガスが充満し、燃焼室３００にある触媒（パラジウム、白金などの貴金属）が未燃焼ガスに晒らされて酸化反応が起こり、触媒の温度が急激に上昇して触媒が溶融または劣化する。触媒が溶融したり劣化したりすると、もはや点火することが出来なくなり、イグナイタシステムの信頼性を低下させる。

コイル故障としては、一次コイルレアショート、二次コイルレアショート、二次コイル断線などがある。尚、コイルレアショートとは層状に積層されたコイル導線の被覆が破損してコイル導線同士が接触することであり、この現象が起こると点火コイルのインダクタンスが変化する。

この発明の目的は、前記の課題を解決して、コイル故障による失火および触媒の溶融や劣化を防止して高信頼性化を図ることができるイグナイタシステムを提供することである。

前記の目的を達成するために、点火コイルと、点火コイルに流れる電流をオン・オフするためのスイッチング素子が集積されたパワーＩＣと、該スイッチング素子およびエンジン制御を行なうエンジン制御装置と、燃焼室とを備えたイグナイタシステムにおいて、前記パワーＩＣは、前記スイッチング素子のターンオフ電圧があらかじめ定めた電圧を超えている期間を検出するターンオフ電圧検出手段と、前記スイッチング素子のターンオフ電圧があらかじめ定めた電圧を超えている期間、故障検知用信号を前記エンジン制御装置に対して出力する故障検知用信号出力手段を有し、前記エンジン制御装置は前記故障検知用信号の継続期間を計測するタイマー回路と、前記故障検知用信号の継続期間が、あらかじめ設定された基準長さより短いことを判定する判定回路と、前記判定回路が、前記故障検知用信号の継続期間が前記基準長さより短いことを判定した場合、前記点火コイルの故障を判断し、前記スイッチング素子をオフ状態とする信号と前記燃焼室へ送られる燃料の供給を停止する信号を出力する停止信号出力手段とを有する構成とする。また、前記故障検知用信号出力手段は、前記スイッチング素子のターンオフ電圧があらかじめ定めた電圧を超えている期間、前記スイッチング素子のゲート電圧をプルアップされた電圧に切替える切替え手段を備え、前記タイマー回路は、前記ゲート電圧がプルアップされた電圧となっている期間を計測する構成とする。

また、前記パワーＩＣは、外部の電源に接続するＶｃｃ端子を備え、前記故障検知用信号出力手段は、前記スイッチング素子のターンオフ電圧があらかじめ定めた電圧を超えている期間、前記Ｖｃｃ端子の電圧をプルダウンされた電圧に切替える切替え手段を備え、前記タイマー回路は、前記Ｖｃｃ端子電圧がプルダウンされた電圧となっている期間を計測する構成とする。

また、前記パワーＩＣは、前記エンジン制御装置内の基準電位に接続するＳＴ端子を備え、前記故障検知用信号出力手段は、前記スイッチング素子のターンオフ電圧があらかじめ定めた電圧を超えている期間、前記ＳＴ端子の電圧をプルアップされた電圧若しくはプルダウンされた電圧に切替える切替え手段を備え、前記タイマー回路は、前記ＳＴ端子電圧がプルアップされた電圧若しくはプルダウンされた電圧となっている期間を計測する構成とする。

また、前記パワーＩＣには低電圧回路が集積されており、前記点火コイルを動作させる主電源の電圧を電圧降下回路で降下させて、前記低電圧回路の電源として供給されるとよい。

この発明によれば、パワーＩＣ内にコイル故障検知回路を付加することによって、コイル故障を検知し、ＥＣＵに故障信号を伝達し、ＩＧＢＴをオフしてコイル電流を停止させ失火を防止する。また、それと同時に未燃焼ガス（燃料）の流れを停止させることで、触媒が未燃焼ガスに晒される時間を短くして、触媒の溶融や劣化を防止する。その結果、イグナイタシステムの信頼性を向上させることができる。

この発明の第１参考例のイグナイタシステムの回路ブロック図 図１のＩＧＢＴ１とコイル故障検知回路２について説明する図であり、（ａ）は回路ブロック図、（ｂ）はタイミングチャート図 この発明の第２参考例のイグナイタシステムについて説明する図であり、（ａ）はイグナイタシステムの回路ブロック図、（ｂ）はタイミングチャート図、（ｃ）は波形比較図 この発明の第３参考例のイグナイタシステムを説明する図であり、（ａ）はＩＧＢＴ１とコイル故障検知回路２の回路ブロック図、（ｂ）はタイミングチャート図 この発明の第４参考例のイグナイタシステムを説明する図であり、（ａ）はＩＧＢＴ１とコイル故障検知回路２の回路ブロック図、（ｂ）はタイミングチャート図 この発明の第５参考例のイグナイタシステムを説明する図であり、（ａ）はＩＧＢＴ１とコイル故障検知回路２の回路ブロック図、（ｂ）はタイミングチャート図 この発明の第１実施例のイグナイタシステムを説明する図であり、（ａ）はＩＧＢＴ１とコイル故障検知回路２の回路ブロック図、（ｂ）はタイミングチャート図 この発明の第２実施例のイグナイタシステムを説明する図であり、（ａ）はＩＧＢＴ１とコイル故障検知回路２の回路ブロック図、（ｂ）はタイミングチャート図 この発明の第３実施例のイグナイタシステムを説明する図であり、（ａ）はＩＧＢＴ１とコイル故障検知回路２の回路ブロック図、（ｂ）はタイミングチャート図 この発明の第６参考例のイグナイタシステムを説明する図であり、（ａ）はＩＧＢＴ１とコイル故障検知回路２の回路ブロック図、（ｂ）はタイミングチャート図 この発明の第７参考例のイグナイタシステムを説明する図であり、（ａ）はＩＧＢＴ１とコイル故障検知回路２の回路ブロック図、（ｂ）はタイミングチャート図 従来のイグナイタシステムの回路ブロック図

発明の実施の形態を以下の実施例で説明する。従来構造と同一部位には同一の符号を付した。
（参考例１）
図１は、この発明の第１参考例のイグナイタシステムの回路ブロック図である。本発明のイグナイタシステムはパワーＩＣ１０１と点火コイル１０３からなる内燃機関用点火装置１００）と、点火プラグ１８がある燃焼室３００およびＥＣＵ２００で構成される。

前記のパワーＩＣ１０１はＩＧＢＴ１と、各種保護回路（電流制限回路３１、過熱検知回路３２およびセルフシャットオフ回路３３）およびコイル故障検知回路２を同一の半導体基板上に形成して構成される。

ＥＣＵ２００にはゲート駆動回路２０１やタイマー回路１２が形成され、コイル故障検知回路２とタイマー回路１２でコイル故障判定回路１０２が構成される。パワーＩＣ１０１には図示しないが過電圧防止回路なども形成されている。このパワーＩＣ１０１は点火コイル１０３に内蔵（一体化）されて内燃機関用点火装置１００となる。また、パワーＩＣ１０１は一つの半導体チップで作られている。

なお、コイル故障判定回路１０２により点火コイル１０３の故障が検出された際、コイル故障判定回路１０２の出力に基づいて、ＩＧＢＴ１をオフするように構成すれば、ＥＣＵ２００を用いなくてもよい。が、後述する燃料の供給を遮断させるなどの保護動作を同時に行うためには、コイル故障判定回路の出力をＥＣＵ２００へ伝送し、ＥＣＵ２００によって保護動作を行う。以下において、ＥＣＵ２００を用いた例を挙げて説明する。

図２は、図１のＩＧＢＴ１とコイル故障検知回路２について説明する図であり、同図（ａ）はコイル故障検知回路の回路ブロック図、同図（ｂ）はタイミングチャート図である。同図（ａ）の回路ブロック図では図１で示した各種保護回路３１〜３３は図示せずＩＧＢＴ１とコイル故障検知回路２のみを示した。

同図（ａ）において、ＩＧＢＴ１のセンスエミッタと接続する抵抗３の一端はＬ電流検知回路８とＨ電流検知回路９に接続し、Ｌ電流検知回路８の出力がＮＭＯＳ１１のゲートと接続し、Ｈ電流検知回路９の出力がＮＭＯＳ１０のゲートと接続する。前記のＬ電流検知回路８とＨ電流検知回路９でコレクタ電流の立ち上がり検知回路（コイル故障検知回路２）が構成されている。このＬ電流検知回路とＨ電流検知回路がコレクタ電流の電流立ち上がりを検知する電流立ち上がり検知回路である。

ＮＭＯＳ１０のドレインはＮＭＯＳ１１のゲートと接続し、ＮＭＯＳ１１のドレインは抵抗４を介してＩＧＢＴ１のゲートに接続する。ＩＧＢＴ１の主エミッタと抵抗３の他端とＮＭＯＳ１０、１１のソースはグランドＧＮＤと接続する。Ｌ電流検知回路８とＨ電流検知回路９の電源はゲート端子６から供給される。

前記の３つの端子はコレクタ端子５、ゲート端子６およびエミッタ端子７のことである。コレクタ端子５は内燃機関用点火装置１００の内部端子であり、ゲート端子６とエミッタ端子７は外部回路と接続する内燃機関用点火装置１００の端子でもある。また、図１の点火コイル１０３のＶＢ端子もまた内燃機関用点火装置１００の端子でもある。

同図（ｂ）において、ゲート電圧波形とコレクタ電流波形を「正常」の場合と２つの「異常」な場合で示した。まず、左側の波形で、点火コイル１０３が正常な場合について説明する。

ＩＧＢＴ１のゲートにオン信号のゲート電圧が入力されると、コレクタ電流が流れ始め、一定のｄｉ／ｄｔで立ち上がる。コレクタ電流の大きさに比例してＩＧＢＴ１のセンスエミッタに接続する抵抗３の電圧が上昇する。つまりコレクタ電流を抵抗３でモニタしている。コレクタ電流（実際は抵抗３の電圧）がＬ電流検知回路８で設定されたＬレベルに達した時点で、Ｌ電流検知回路８からＮＭＯＳ１１のゲートにオン信号が与えられＮＭＯＳ１１のドレイン電圧が０．５Ｖ低下しゲート電圧は０．５Ｖプルダウンする。つまり、ゲート端子が０．５Ｖプルダウンする。ここで、ゲート電圧をプルダウンする電圧は、ＩＧＢＴ１のオン特性に影響を与えない範囲で選定する。すなわち、ゲート電圧をプルダウンしても、ＩＧＢＴ１がオン状態を維持できる程度とする必要があり、かつＥＣＵ側でゲート電圧の低下が検知できる程度の電圧のプルダウンも必要である。

コレクタ電流（実際は抵抗の電圧）がＨ電流検知回路９で設定されたＨレベルの達した時点で、Ｈ電流検知回路９からＮＭＯＳ１０のゲートにオン信号が与えられＮＭＯＳ１０はオンしてＮＭＯＳ１０のドレインはグランド電位になりＮＭＯＳ１１はオフする。ＮＭＯＳ１１がオフするとゲート電圧が元の値に復帰し、ゲート端子６のプルダウン状態が解除される。

その後、コレクタ電流はさらに上昇し、コレクタ電流が流れ始めた時点から所定の期間過ぎた時点で、ＩＧＢＴ１のゲート電圧がしきい値電圧以下（例えば０Ｖ）になりＩＧＢＴ１はターンオフして、図１で示した点火プラグ１８が点火する。一定期間過ぎた時点で再度ＩＧＢＴ１がオンする。これらの一連の動作は繰り返し行なわれる。

ゲート電圧のプルダウン状態が、故障検知用信号として図１で示したＥＣＵ２００のタイマー回路１２に伝達されて、このタイマー回路１２によりプルダウン期間の長さが計測される。プルダウン期間の長さを基準の長さと比較してコイルの異常の有無を判定する。

コイル異常が発生していない正常な場合には、このプルダウン期間の長さＬ０はほぼ一定である。Ｌ０をあらかじめ定めたＬrefＬ，ＬrefＨと比較する。ＬrefＬは、プルダウン期間の長さを正常と判断するための下限の基準値（基準下限長さ）であり、ＬrefＨは、同じく上限の基準値（基準上限長さ）である。

コイル異常があった場合、コイルのインダクタンスが変化してそのためターンオフ時のコレクタ電圧が変化する。
図２（ｂ）の中央の波形は、コイル異常でコレクタ電流の立ち上がりが急峻になった場合である。コイル異常でコレクタ電流の立ち上がりｄｉ／ｄｔが急峻になると、コレクタ電流がＬレベルに達してからＨレベルまで到達するまでの期間が短くなる。よって、ゲート電圧のプルダウン期間の長さが短くなり、ＥＣＵ２００のタイマー回路１２で計測したプルダウン期間の長さＬ１は先の設定した長さＬ０より短くなる。

このプルダウン期間の長さＬ１をＬrefＬ及びＬrefＨと比較して、Ｌ１＜ＬrefＬとなった場合、ＥＣＵ２００はコイル異常と判断してイグナイタシステムを停止するための信号を出力する。

図１に示した例では、ＥＣＵ２００のゲート駆動回路２０１からゲート端子６にオフ信号が与えられてＩＧＢＴ１はオフし失火が防止される。それと同時にバルブ５００を閉じる信号が与えられて燃料タンク４００から燃焼室３００に送られる燃料の供給を停止する。未燃焼ガスの流れを停止することで、未燃焼ガスに図示しない触媒が晒される時間を短くして、燃焼室３００内にある触媒の溶融や劣化を防止する。こうして、イグナイタシステムの信頼性を高めることができる。

なお、燃料の遮断は、燃料タンク４００からの供給を遮断してもよいし、気化した燃料と空気の混合ガスの燃焼室への供給を遮断してもよい。
つぎに、図２（ｂ）の右側の波形は、コイル異常でコレクタ電流の立ち上がりが緩やかになった場合である。コレクタ電流の立ち上がりｄｉ／ｄｔは緩やかになると、ゲート電圧のプルダウン期間の長さＬ２が長くなる。

このプルダウン期間の長さＬ２をＬrefＬ及びＬrefＨと比較して、Ｌ２＞ＬrefＨとなった場合、ＥＣＵ２００はコイル異常と判断してＥＣＵ２００のゲート駆動回路２０１から端子１３を経由してゲート端子６にオフ信号が与えられてＩＧＢＴ１はオフし失火が防止される。それと同時にバルブ５００を閉じる信号が与えられて燃料タンク４００から燃焼室３００に送られる燃料の供給を停止する。未燃焼ガスの流れを停止することで、未燃焼ガスに触媒が晒される時間を短くして、燃焼室３００内にある触媒の溶融や劣化を防止する。こうして、イグナイタシステムの信頼性を高めることができる。

前記したように、この第１参考例は、Ｌ電流検知回路８およびＨ電流検知回路９でコレクタ電流の立ち上がりをモニタする電流検知方式である。コレクタ電流が各電流検知回路８、９の閾値（Ｌレベル、Ｈレベル）に対応してゲート電圧をプルダウンする方式である。

例えば、タイミングチャートにあるように、コレクタ電流の立ち上がりを検知して、その期間の間（Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２）、ゲート電圧を０．５Ｖ程度プルダウンする。具体的には、コレクタ電流が低い方の所定のレベル（Ｌレベル）に達したところでＬ電流検知回路８が動作して、ゲート電圧を０．５Ｖ程度プルダウンする。つぎに、コレクタ電流が高い方の所定のレベル（Ｈレベル）に達したところで、Ｈ電流検知回路９が動作してゲート電圧がプルダウンされるのを解放してゲート電圧を元の値に戻す。コレクタ電流が異常な立ち上がりを示す場合には、ゲート電圧のプルダウンしている期間の長さが正常な場合と異なる。

前記したように、コイル故障でコレクタ電流の立ち上がりが急峻になった場合は期間の長さが正常な期間の長さＬ０より短くなる。また、コレクタ電流の立ち上がりが緩やかになった場合は期間の長さは正常な期間の長Ｌ０さより長くなる。

この期間の長さＬ０、Ｌ１、Ｌ２をＥＣＵ２００内にあるタイマー回路１２でカウントして異常を判定する。
この方式では、パワーＩＣの端子はコレクタ端子５、ゲート端子６、エミッタ端子７の３端子であり、このパワーＩＣを内蔵した内燃機関用点火装置１００の端子はバッテリ電源端子であるＶＢ端子１７、ゲート端子６、エミッタ端子７の３端子である。ここでゲート端子６、エミッタ端子７は両者で共通であり、コレクタ端子５は内部の接続端子である。また、これらの端子数は従来の端子数と同じであり、これらの端子を用いて内燃機関用点火装置１００はコイル故障を検知することができる。
（参考例２）
図３は、この発明の第２参考例のイグナイタシステムについて説明する図であり、同図（ａ）はイグナイタシステムの回路ブロック図、同図（ｂ）はタイミングチャート図、同図（ｃ）は波形比較図である。この例はＥＣＵ２００内にコイル故障を検知する機能を持たせた場合である。

第２参考例は、電圧検出方式で、ターンオフ中のコレクタ電圧をＥＣＵ２００にそのまま出力する方式である。コレクタ電圧波形の立ち上がりに異常があった場合には、ＥＣＵ２００にて直接検知する。ＥＣＵ２００内にコレクタ電圧の上昇（ｄｖ／ｄｔ）を検知するｄｖ／ｄｔ検知回路１９とｄｖ／ｄｔ検知回路から出力される信号を受けてコイル異常を判定するタイマー回路１２が設置されている。

コイル異常があった場合、コイルのインダクタンスが変化してＩＧＢＴのターンオフ時のコレクタ電圧の上昇（ｄｖ／ｄｔ）が変化する。
図３（ｂ）において、左側は正常なｄｖ／ｄｔを示した場合であり、その値が（ｄｖ／ｄｔ）₀である。中央はコイル異常で高いｄｖ／ｄｔを示した場合であり、その値が（ｄｖ／ｄｔ）₁である。右側はコイル異常で低いｄｖ／ｄｔを示した場合であり、その値が（ｄｖ／ｄｔ）₂である。

図３（ｃ）は、同図（ｂ）に示したコレクタ電圧の立ち上がりを、正常な場合と異常な場合を比較したものであり、ｄｖ／ｄｔの検出をコレクタ電圧の検出とタイマー回路によって行う例である。あらかじめ、低い電圧レベル（ＶＬ）とこれより高い電圧レベル（ＶＨ）を定める。コレクタ電圧の検出値を低・高の各電圧レベルと比較し、比較結果を図３（ａ）で示したＥＣＵ２００のタイマー回路１２に伝達する。タイマー回路１２は、コレクタ電圧が低い電圧レベル（ＶＬ）に達してから、高い電圧レベル（ＶＨ）に達するまでの時間Ｔ（Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２）を計測する。上記の計測時間Ｔが故障検知用信号に相当する。

このタイマー回路１２により計測された時間Ｔの長さを基準の長さと比較してコイルの異常の有無を判定する。
コイル異常が発生していない正常な場合には、このプルダウン期間の長さＴ０はほぼ一定である。Ｔ０をあらかじめ定めたＴrefＬ，ＴrefＨと比較する。ＴrefＬは、ｄｖ／ｄｔの大きさ（傾き）を正常と判断するための下限の基準値（基準下限長さ）であり、ＴrefＨは、同じく上限の基準値（基準上限長さ）である。

図３（ｂ）の中央の波形は、コイル異常でコレクタ電圧の立ち上がりが急峻（（ｄｖ／ｄｔ）₁）になった場合である。コイル異常でコレクタ電圧の立ち上がりｄｖ／ｄｔが急峻になると、コレクタ電圧がＶＬレベルに達してからＶＨレベルまで到達するまでの期間が短くなる。よって、ＥＣＵ２００のタイマー回路１２で計測した期間の長さＴ１は先の設定した長さＴ０より短くなる。

この期間の長さＴ１をＴrefＬ及びＴrefＨと比較して、Ｔ１＜ＴrefＬとなった場合、ＥＣＵ２００はコイル異常と判断してイグナイタシステムを停止するための信号を出力する。以降の動作は第１参考例と同様である。

同様に、図３（ｂ）の右側の波形は、コイル異常でコレクタ電流の立ち上がりが緩やかになった場合である。コレクタ電圧の立ち上がりが緩やか（（ｄｖ／ｄｔ）₂）になると、期間の長さＴ２が長くなる。

このプルダウン期間の長さＴ２をＴrefＬ及びＴrefＨと比較して、Ｔ２＞ＴrefＨとなった場合、ＥＣＵ２００はコイル異常と判断してイグナイタシステムを停止するための信号を出力する。以降の動作は第１参考例と同様である。

この方式では、ゲート電圧波形に影響を及ぼさないので、コイル故障を高精度に検知することができる。
また、この方式では、パワーＩＣ１０１は３端子であるが、ＥＣＵ２００と接続するコレクタ端子２０がイグニションコイル１００に必要となるため、パワーＩＣ１０１を内蔵（一体化）した内燃機関用点火装置１００としてはＶＢ端子１７、ゲート端子６、エミッタ端子７および新規に設置したコレクタ端子２０の４端子となる。
（参考例３）
図４は、この発明の第３参考例のイグナイタシステムを説明する図であり、同図（ａ）はＩＧＢＴ１とコイル故障検知回路２の回路ブロック図、同図（ｂ）はタイミングチャート図である。

図２との違いは、Ｌ電流検知回路８とＨ電流検知回路９に印加される電圧をゲート端子６からではなく電源端子であるＶｃｃ端子２１から供給されている点である。タイミングチャートは図１（ｂ）と変わらないので説明を省く。この方式では、Ｖｃｃ端子２１が必要になるのでパワーＩＣ１０１はコレクタ端子５、ゲート端子６、エミッタ端子７およびＶｃｃ端子２１の４端子、パワーＩＣ１０１を内蔵（一体化）した内燃機関用点火装置１００はＶＢ端子１７、ゲート端子６、エミッタ端子７およびＶｃｃ端子２１の４端子となる。
（参考例４）
図５は、この発明の第４参考例のイグナイタシステムを説明する図であり、同図（ａ）はＩＧＢＴ１とコイル故障検知回路２の回路ブロック図、同図（ｂ）はタイミングチャート図である。

第４参考例は、Ｌ電流検知回路８およびＨ電流検知回路９でコレクタ電流の立ち上がりをモニタする電流検知方式で、コレクタ電流が各電流検知回路８、９の閾値（Ｌレベル、Ｈレベル）に対応して、ゲート電圧ではなくＶｃｃ端子２１の電圧（Ｖｃｃ電圧）をプルダウンする方式である。このＶｃｃ端子２１と接続する図示しないＶｃｃ電源は主電源ＶＢ（ＶＢ電源ともいう）とは別の低電圧電源である。Ｖｃｃ端子２１はＥＣＵ２００のタイマー回路１２に接続し、プルダウンされたＶｃｃ電圧がタイマー回路１２に入力されてプルダウン期間の長さが計測されてコイル故障を判定する。

ＥＣＵ２００におけるコイル故障の判定は、第１参考例と同様である。
この方式では、Ｖｃｃ端子２１を用いてプルダウン信号を図１で示したＥＣＵ２００のタイマー回路１２に送るために、ゲート電圧波形に影響を及ぼさず、コイル故障を高精度で検知することができる。

この方式では、パワーＩＣ１０１はコレクタ端子５、ゲート端子６、エミッタ端子７およびＶｃｃ端子２１の４端子、パワーＩＣ１０１を内蔵（一体化）した内燃機関用点火装置１００はＶＢ端子１７、ゲート端子６、エミッタ端子７およびＶｃｃ端子２１の４端子となる。
（参考例５）
図６は、この発明の第５参考例のイグナイタシステムを説明する図であり、同図（ａ）はＩＧＢＴ１とコイル故障検知回路２の回路ブロック図、同図（ｂ）はタイミングチャート図である。

第５参考例は、Ｌ電流検知回路８およびＨ電流検知回路９でコレクタ電流の立ち上がりをモニタする電流検知方式で、コレクタ電流が各電流検知回路８、９の閾値（Ｌレベル、Ｈレベル）に対応して、ゲート電圧をプルダウンする方式である。この方式では、図１で示したＶＢ端子１７を用いるためにパワーＩＣ１０１はコレクタ端子５、ゲート端子６およびエミッタ端子の３端子、パワーＩＣ１０１を内蔵（一体化）した内燃機関用点火装置１００はＶＢ端子１７、ゲート端子６およびエミッタ端子７の３端子となる。

図７は、この発明の第１実施例のイグナイタシステムを説明する図であり、同図（ａ）はＩＧＢＴ１とコイル故障検知回路２５の回路ブロック図、同図（ｂ）はタイミングチャート図である。

コイル故障検知回路２５は電圧レベル検知回路２３とＮＭＯＳ２４で構成され電圧検知方式のコイル故障検知回路である。ゲート電圧をプルアップするＮＭＯＳ２４はゲート端子６とＶｃｃ端子２１の間に挿入され、電圧レベル検知回路２３に印加される電圧はＶｃｃ端子２１から供給される。ゲート電圧がＬレベルの期間において、ゲート電圧をわずかに上昇させることから、ここではプルアップと称した。

ＥＣＵ２００におけるコイル故障の判定は、第１参考例と同様である。
なお、ゲート電圧をプルアップする電圧は、ＩＧＢＴ１のオン特性に影響を与えない範囲で選定する。すなわち、ゲート電圧をプルアップしても、ＩＧＢＴ１が誤ってオン状態とならないようにする必要がある。ここでは、０．５Ｖ程度度する。

第１実施例は、所定の電圧レベルＥを検知する電圧レベル検知回路２３でターンオフ中のコレクタ電圧（ターンオフ電圧）をモニタする電圧検知方式で、ターンオフ電圧が設定された所定の電圧（電圧レベル検知回路２３の閾値：電圧レベルＥ）以上の場合、ゲート電圧をプルアップする方式である。

この方式では、Ｖｃｃ端子２１を用いるためにパワーＩＣはコレクタ端子５、ゲート端子６、エミッタ端子７およびＶｃｃ端子の４端子、パワーＩＣを内蔵（一体化）した内燃機関用点火装置はＶＢ端子１７、ゲート端子６、エミッタ端子７およびＶｃｃ端子の４端子となる。

図８は、この発明の第２実施例のイグナイタシステムを説明する図であり、同図（ａ）はＩＧＢＴ１とコイル故障検知回路２５の回路ブロック図、同図（ｂ）はタイミングチャート図である。Ｖｃｃ電圧をプルダウンするＮＭＯＳ２４はＶｃｃ端子２１とグランドの間に挿入され、電圧レベル検知回路２３に印加される電圧はＶｃｃ端子２１から供給される。また、プルダウンされたＶｃｃ電圧はタイマー回路１２へ伝送されてコイル故障が判定される。

ＥＣＵ２００におけるコイル故障の判定は、第１参考例と同様である。第２実施例は、所定の電圧レベルを検知する電圧レベル検知回路２３でターンオフ電圧をモニタする電圧検知方式で、ターンオフ電圧が設定された所定の電圧以上の場合、Ｖｃｃ電圧をＮＭＯＳ２４をオンさせてプルダウンする方式である。この方式では、第１実施例と同様に、Ｖｃｃ端子２１を用いるために、パワーＩＣはコレクタ端子５、ゲート端子６、エミッタ端子７およびＶｃｃ端子２１の４端子、パワーＩＣ１０１を内蔵（一体化）した内燃機関用点火装置１００はＶＢ端子１７、ゲート端子６、エミッタ端子７およびＶｃｃ端子２１の４端子となる。

この方式では、ゲート電圧波形に影響を及ぼさないので、コイル故障を高精度に検知することができる

図９は、この発明の第３実施例のイグナイタシステムを説明する図であり、同図（ａ）はＩＧＢＴ１とコイル故障検知回路２５の回路ブロック図、同図（ｂ）はタイミングチャート図である。

図７と違うのは、Ｖｃｃ電源の代わりにＶＢ電源を用い、このＶＢ電源の電圧を電圧降下回路２２を介して低下させて電源として用いている点である。
第３実施例は、所定の電圧レベルＥを検知する電圧レベル検知回路２３でターンオフ中のコレクタ電圧をモニタする電圧検知方式で、コレクタ電圧が設定された所定の電圧以上の場合、ゲート電圧をプルダウンする方式である。

ＥＣＵ２００におけるコイル故障の判定は、第１参考例と同様である。
この方式では、ＶＢ端子１７を用いるためにパワーＩＣ１０１はコレクタ端子５、ゲート端子６およびエミッタ端子７の３端子、パワーＩＣ１０１を内蔵（一体化）した内燃機関用点火装置１００はＶＢ端子１７、ゲート端子６およびエミッタ端子７の３端子となる。
（参考例６）
図１０は、この発明の第６参考例のイグナイタシステムを説明する図であり、同図（ａ）はＩＧＢＴ１とコイル故障検知回路２の回路ブロック図、同図（ｂ）はタイミングチャート図である。

図１０において、２６はＳＴ端子であり、ＥＣＵ２００が内部に持つ基準電位を入力する端子である。
第６参考例は、Ｌ電流検知回路８およびＨ電流検知回路９でコレクタ電流の立ち上がりをモニタする電流検知方式で、コレクタ電流が各電流検知回路８、９の閾値（Ｌレベル、Ｈレベル）に対応して、ＳＴ電圧をプルダウンする方式である。

ＳＴ端子２６からの信号をＥＣＵ２００のタイマー回路１２に送りコイル故障を判定する。
ＥＣＵ２００におけるコイル故障の判定は、第１参考例と同様である。

ＳＴ端子２６はＥＣＵ２００側に形成された抵抗２７と接続している。ＳＴ端子２６の電圧を用いているために、ゲート電圧波形に影響を及ぼさず、コイル故障を高精度で検知することができる。

この方式では、ＳＴ端子２６を用いるためにパワーＩＣ１０１はコレクタ端子５、ゲート端子６、エミッタ端子７およびＳＴ端子２６の４端子であり、パワーＩＣ１０１を内蔵（一体化）した内燃機関用点火装置１００はＶＢ端子１７、ゲート端子６、エミッタ端子７およびＳＴ端子２６の４端子となる。
（実施例７）
図１１は、この発明の第７参考例のイグナイタシステムを説明する図であり、同図（ａ）はＩＧＢＴ１とコイル故障検知回路２の回路ブロック図、同図（ｂ）はタイミングチャート図である。

第７参考例は、Ｌ電流検知回路８およびＨ電流検知回路９でコレクタ電流の立ち上がりをモニタする電流検知方式で、コレクタ電流が各電流検知回路８、９の閾値（Ｌレベル、Ｈレベル）に対応して、ＳＴ電圧をプルアップする方式である。ＳＴ端子２６からの信号をＥＣＵ２００のタイマー回路１２に送りコイル故障を判定する。ＳＴ端子２６はＥＣＵ２００側に形成された抵抗２７と電源２８に接続している。

ＥＣＵ２００におけるコイル故障の判定は、第１参考例と同様である。
ＳＴ端子２６の電圧を用いているために、ゲート電圧波形に影響を及ぼさず、コイル故障を高精度で検知することができる。

この方式では、第７参考例と同様に、ＳＴ端子２６を用いるためにパワーＩＣ１０１は４端子、パワーＩＣ１０１を内蔵（一体化）した内燃機関用点火装置１００は４端子となる。

１ ＩＧＢＴ
２、２５ コイル故障検知回路
３ 抵抗（電流検出用）
４ 抵抗（ゲート保護用）
５、２０ コレクタ端子
６ ゲート端子
７ エミッタ端子
８ Ｌ電流検知回路
９ Ｈ電流検知回路
１０、１１、２４ ＮＭＯＳ
１２ タイマー回路
１３ 端子
１４ 一次コイル
１５ 二次コイル
１６ 鉄心
１７ ＶＢ端子
１８ 点火プラグ
１９ ｄｖ／ｄｔ検知回路
２１ Ｖｃｃ端子
２２ 電圧降下回路
２３ 電圧レベル検知回路
２６ ＳＴ端子
２７ 抵抗
２８ 電源
３１ 電流制限回路
３２ 過熱検知回路
３３ セルフシャットオフ回路
１００ 内燃機関用点火装置
１０１ パワーＩＣ
１０２ コイル故障判定回路
１０３ 点火コイル
２００ ＥＣＵ
２０１ ゲート駆動回路
３００ 燃焼室
４００ 燃料タンク
５００ バルブ
ＶＢ 主電源
Ｖｃｃ 電源（主電源とは別の電源）

Claims (5)

1. 点火コイルと、点火コイルに流れる電流をオン・オフするためのスイッチング素子が集積されたパワーＩＣと、該スイッチング素子およびエンジン制御を行なうエンジン制御装置と、燃焼室とを備えたイグナイタシステムにおいて、
   前記パワーＩＣは、
   前記スイッチング素子のターンオフ電圧があらかじめ定めた電圧を超えている期間を検出するターンオフ電圧検出手段と、
   前記スイッチング素子のターンオフ電圧があらかじめ定めた電圧を超えている期間、故障検知用信号を前記エンジン制御装置に対して出力する故障検知用信号出力手段を有し、
   前記エンジン制御装置は、
   前記故障検知用信号の継続期間を計測するタイマー回路と、
   前記故障検知用信号の継続期間が、あらかじめ設定された基準長さより短いことを判定する判定回路と、
   前記判定回路が、前記故障検知用信号の継続期間が前記基準長さより短いことを判定した場合、前記点火コイルの故障を判断し、前記スイッチング素子をオフ状態とする信号と前記燃焼室へ送られる燃料の供給を停止する信号を出力する停止信号出力手段とを有することを特徴とするイグナイタシステム。
2. 前記故障検知用信号出力手段は、前記スイッチング素子のターンオフ電圧があらかじめ定めた電圧を超えている期間、前記スイッチング素子のゲート電圧をプルアップされた電圧に切替える切替え手段を備え、
   前記タイマー回路は、前記ゲート電圧がプルアップされた電圧となっている期間を計測することを特徴とする請求項１に記載のイグナイタシステム。
3. 前記パワーＩＣは、外部の電源に接続するＶｃｃ端子を備え、
   前記故障検知用信号出力手段は、前記スイッチング素子のターンオフ電圧があらかじめ定めた電圧を超えている期間、前記Ｖｃｃ端子の電圧をプルダウンされた電圧に切替える切替え手段を備え、
   前記タイマー回路は、前記Ｖｃｃ端子電圧がプルダウンされた電圧となっている期間を計測することを特徴とする請求項１に記載のイグナイタシステム。
4. 前記パワーＩＣは、前記エンジン制御装置内の基準電位に接続するＳＴ端子を備え、
   前記故障検知用信号出力手段は、前記スイッチング素子のターンオフ電圧があらかじめ定めた電圧を超えている期間、前記ＳＴ端子の電圧をプルアップされた電圧若しくはプルダウンされた電圧に切替える切替え手段を備え、
   前記タイマー回路は、前記ＳＴ端子電圧がプルアップされた電圧若しくはプルダウンされた電圧となっている期間を計測することを特徴とする請求項１に記載のイグナイタシステム。
5. 前記パワーＩＣには低電圧回路が集積されており、前記点火コイルを動作させる主電源の電圧を電圧降下回路で降下させて、前記低電圧回路の電源として供給されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のイグナイタシステム。

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