JPH03500673A - 内燃機関の点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関の点火装置 従来技術 本発明は、ドイツ連邦共和国特許明細書第２８２５８３０号により公知の、請求 項１の上位概念記載の点火装置に関する。出力段にｐｎｐ−トランジスタを用い た従来公知の点火装置の場合、点火変圧器の一次巻線はトランジスタのコレクタ 端子と接続されている一方、トランジスタのエミッタ端子は、場合によっては電 流測定抵抗を介して、アース端子と接続されている。点火装置の動作中、点火装 置の出力段において大きな損失電力が生じ、この損失電力はコレクタ端子から冷 却体に導びかなけらばならない。しかし同時に遮断過程中にクランプ電圧が発生 している開は、コレクタ端子は冷却体に対して電気的に絶縁さらなければならな い。２つの矛盾する要求は、熱伝導が良好でかつ電気的に絶縁されたセラミック 層をコレクタ端子と冷却体との間に設けることによってしか満たされ得ないが、 このセラミック層により点火装置の組み立ては著しくコストがかかるようになり 、さらに例えば高出力点火装置の場合、セラミック層は変動する熱的負荷には耐 えられない。

発明の利点 これに対して請求項１記載の特徴を有する本発明の点火装置は、点火装置の出力 段にｐｎｐ−トランジスタを用い、さらにそのコレクタ端子を点火装置のアース 端子と熱的および電気的に良好な伝導性を以って接続することにより、大きな損 失電力を安全に導くことができる。さらにコレクタ端子とアース端子との間の絶 縁層を節約したことにより点火装置の構成が簡単化され、それによりコストを下 げることができる。また点火装置の大部分は非常に有利な方法でモノリシックに 集積されており、これにより精細な電気的特性値で多（の個数を製造することが できる。

請求項２以下に記載の構成により請求項１記載の点火装置の有利な実施例が可能 である。

図面 本発明の実施例が複数個の図面を用いて示されており、さらに以下の記載に詳細 に説明されている。第１図は点火装置のブロック図、第２図は出力段および減結 合手段を備えた点火装置の一部分の配線図、第３図は出力段および減結合手段を 示した点火装置の別の実施例、第４図は出力段の再投入遮断装置および前置段の 減結合ダイオードを示した点火装置、第５図はモノリシック集積技術による点火 装置の出力段の実施例を配線図として示し、さらに第６図は半導体基板の断面図 を示す。

実施例の説明 第１図はブロック図として原理的に示された例えばスパーク点火される内燃機関 用の点火装置３であって、１次巻線１ａおよび２次巻線１ｄを有する点火変圧器 １が設けられており、その１次巻線１ａに直流電圧源を接続することができる。

点火装置３は点火変圧器１の１次巻線を流れる電流を制御するための電流制御装 置を有する。この電流制御装置は前置段３ａと出力段３Ｃから成る。出力段３は 基本的に第１の導電形を有するトランジスタＴ１００、即ちｐｎｐ−トランジス タまたはｐｎｐ−ダーリントン−トランジスタから成り、そのコレクタは点火装 置３のアース端子と接続されている。前置段３ａと出力段３Ｃとの間に減結合手 段３ｂが設けられており、この減結合手段は前置段３ａと出力段３Ｃを減結合し て、例えば遮断過程の際に出力段３Ｃにて生じる高いクランプ電圧から前置段３ ａを保護する。第２ｖ！Ｊに示されているように、点火装置の１つの実施例にお いて減結合手段３ｂは第２の導電形のトランジスタＴ２０を有し、そのコレクタ 端子は出力段３ｃに設けられているトランジスタＴ１００のベース端子と接続さ れており、さらにトランジスタＴ２０のエミッタ端子は点火装置３のアース端子 と接続されている。トランジスタ２０のベース端子は点火装置３の前置段３ａと 接続されおり、それによって制御される。トランジスタＴ１００はｐｎｐ−１− ランジスタなので、減結合トランジスタＴ２０としてｎｐｎ−型のトランジスタ が設けられている。このトランジスタは、少なくともＴ１００にて生じるクラン プ電圧値に等しい遮断能力を持たなければならない。さらに別の点火装置の実施 例（第３図）において減結合手段は、コレクタ端子が抵抗Ｒ２１を介してトラン ジスタＴ１００のベース端子と接続されているトラ〉・ジスタＴ２０の他にさら に別のトランジスタＴ２５を有しており、このトランジスタはトランジスタＴ２ ０のエミッターベース区間に対して並列に接続されている。

トランジスタＴ２５のコレクタ端子もトランジスタＴ２０のベース端子と接続さ れている一方で、トランジスタＴ２５のエミッタ端子は点火装置のアース端子と 接続されており、このアース端子には抵抗Ｒ２２を介してトランジスタＴ２０の エミッタ端子も接続されている。抵抗Ｒ２２は電流センサ抵抗の機能を有する。

つまりトランジスタＴ２０および抵抗Ｒ２２を電流が流れると抵抗Ｒ２２に電圧 降下が生じ、この電圧効果は制御のために用いることができる。トランジスタＴ ２５のベース端子は、抵抗Ｒ２３およびＲ２４から成る分圧器のタップと接続さ れており、この分圧器はトランジスタＴ２０のベース端子と点火装置のアース端 子との間に接続されている。その場合、トランジスタＴ２５のベース電圧を正確 に設定するために、点火装置のアース端子と接続されている分圧器Ｒ２３、Ｒ２ ４の分圧抵抗Ｒ２４を調整可能に構成すると有利である。この調整を適当な複数 個の補助抵抗を並列接続することによって行うと非常に有利であり、これら複数 個の補助抵抗は最初はツェナーダイオードと直列接続されている。モしてツェナ ーダイオードが過負荷により破損すると、それらの補助抵抗は分圧抵抗Ｒ２４に 対して並列に接続される。Ｔ２５とＴ２ＯによりＴ１００のベース電流が制御さ れるのと同様に、それとは別にトランジスタＴ３０と抵抗Ｒ３１、Ｒ３２により Ｔ１００のエミッタ電流制御が実現される。

さらに別の点火装置の実施例（第４図）では減結合手段はダイオード４１を有し ており、そのアノード端子は前置段の制御トランジスタＴ４０のエミッタ端子と 接続されており、そのカソード端子はトランジスタＴ１００のベース端子と接続 されさらにトランジスタＴ４０の負荷抵抗Ｒ４２を介して点火装置のアース端子 と接続されている。この場合もダイオードは少なくともトランジスタＴ１００に 生じるクランプ電圧を遮断する能力を備えていなければならない。

この点火装置は次のような独特の利点を有する。即ち、出力段３Ｃに配置された トランジスタＴ１００はそのコレクタ端子でアース端子と直接導電接続されてお り、そのためアース端子と接続されている冷却体上に直接取り付けることができ る。このため従来の点火装置と比べると、点火装置の動作中に生じる損失電力の 導出が著しく簡易化される。何故ならば熱流を妨げる絶縁層をトランジスタＴ１ ００のコレクタ端子とコレクタ端子とは絶縁されるべき冷却体との間に設ける必 要がないからである。さらに、この種の点火装置の構造が著しく簡単化され、そ れにより点火装置を非常に安いコストで製造することができるという利点が付加 的に生じる。故障のない点火装置を保証するために前述の減結合手段が設けられ ており、この減結合手段はトランジスタＴ１００の遮断時に生じる高いクランプ 電圧によって前置段３ａが破損するのを回避する。

さらに、出力段３Ｃに設けられたトランジスタＴＯＯが予定通り遮断された後で 、このトランジスタが制御されずに再投入されてしまうのを確実に回避すること も考慮しなければならない。これはさらに別のトランジスタＴ４３によって達成 され（第４図）、そのコレクタ端子はトランジスタＴ１００のベース端子と接続 されており、トランジスタＴ４３のベース端子は抵抗Ｒ４４を介して直流電圧源 のプラス端子と接続されている。この回路構成により、トランジスタＴ４３のベ ース端子がそのエミッタ端子よりもマイナスの電位を有する場合にのみトランジ スタＴ４３はベース端子により制御され導通接続される、ということが保証され る。しかしこれは、トランジスタＴ１００の遮断時にトランジスタＴ１００を不 所望に再投入させるおそれのある約４００ｖの大きさのクランプ（クリップ）電 圧が生じた場合にのみ当てはまる。

第１図と第４図による点火装置の実施例では電流測定のために、直流電圧源のプ ラス端子と点火変圧器１の１次巻線１ａのアースから遠い側の接続端子との間に 抵抗Ｒ１２が設けられている。１次巻線１ａに電流が流れると前記抵抗Ｒ１２に て電圧が降下し、この電圧は制御のために前置段３ａに供給される。第２図およ び第３図による点火装置の実施例の場合、トランジスタＴ１００のエミッタと点 火変圧器の１次巻線１ａのアース側の接続端子との間に電流測定抵抗Ｒ１２′が 設けられている。第２図の実施例では測定抵抗Ｒ１２′における電圧降下は高オ ーム抵抗Ｒ１３、Ｒ１４を介して取り出され、アースに対して接続されたツェナ ーダイオードＺ１、Ｚ２により保護されている前置段３ａの入力端子に導かれる 。遮断過程の際に測定抵抗Ｒ１２′の両方の接続端子に生じる高電圧はＲ１３、 Ｒ１４、ｚｌおよびＺ２を介して遮断される。第３図の実施例ではさらに別のト ランジスタＴ３０が設けられており、このトランジスタはトランジスタＴ１００ のエミッターベース区間と電流測定抵抗Ｒ１２′に対して並列に接続されている 。この場合、トランジスタＴ３０のエミッタ端子は点火変圧器１の１次巻線１ａ のアース側の接続端子と接続されており、そのコレクタ端子はトランジスタＴ１ ００のベース端子と、さらにそのベース端子はトランジスタＴ３０のエミッタ端 子とコレクタ端子との間に設けられている分圧器Ｒ３１、Ｒ３２のタップと接続 されている。減結合トランジスタＴ２５に関連して既に記載したとおり、これら の分圧器Ｒ３１、Ｒ３２の場合もアース端子に近い方の分圧抵抗Ｒ３２は調整可 能に構成されている。

点火装置３の前置段３　ａ　ｓ出力段３ｃならびに減結合手段３ｂをモノシリツ ク集積技術により形成すると非常に有利である。それにより大量生産においても 実質的な電気的特性値のばらつきを非常に僅かにすることができる。集積技術に より点火装置３を設計する場合、有利には電流測定抵抗Ｒ１２′を分布した抵抗 としてトランジスタＴＯＯのエミッタ領域のエミッタ歯部に設け、それによりト ランジスタＴＯＯの全てのアクティブなエミッタ領域にわたり良好な電流の均等 分布が得られる。この場合、電流測定抵抗Ｒ１２′および第３図にて出力段に関 連して示された電流制御回路は、有利にはｐｎｐ−トランジスタＴ１００のエミ ッターベース区間に集積され、その際、トランジスタＴ３０はラテラルｐｎｐ　 ）ランジスタとして形成される。同様に第３図の実施例にて示された減結合手段 はトランジスタＴ２０と７２５により集積される。また、第４図による点火装置 の実施例において設けられておりトランジスタＴ１００が制御されずに再投入さ れるのを回避するトランジスタＴ４３も、ラテラル短絡トランジスタとして出力 段３ｃ内に設けられたトランジスタＴ１００のベース−エミッタ区間にモノシリ ツクに集積される。

制御段３ａ、および減結合のために設けられたトランジスタＴ２０．Ｔ２５また は減結合ダイオードＤ４１は、別々のチップの形で厚膜回路上に取り付けられ、 接着剤による接合によりそのほかの回路と接続される。抵抗Ｒ３３、Ｒ４４およ びＲ１２は厚膜フィルム抵抗として実現することができる。

実例として第５図と第６図を用いてモノシリツク集積技術による点火装置３の出 力段３Ｃの構造を説明する。この場合、第５図は出力段の配線図を示す一方、第 ６図は半導体基板の断面図を示す。その際出力段トランジスタＴ１００は、構成 素子Ｔ１０１およびＴｌＯ２による２段のダーリントン−トランジスタとして設 計されている。第４図の実施例と一致するように、ｐｎｐ−ラテラルトランジス タとして形成された短絡トランジスタは参照番号４３で示されている。第５図の 配線図にて示された抵抗Ｒ５０およびＲ５１の集積は、当業者にはそれ自体公知 の方法により行われるので第６図には示されていない。第６図では参照番号６０ により高オームのｐ形伝導の基板が示されており、その中にｎ形伝導のベースウ ェル６２．６３および６４が拡散されている。さらにこのベースウェル内に高濃 度でドーピングされたｐ形伝導のエミッタ領域６５．６６．６７および６８が拡 散されている。この場合、ベースウェル６２および６３はダーリントンに属する ２つのトランジスタＴ１０１およびＴｌＯ２のベースであるのに対し、６４はラ テラル短絡トランジスタＴ４３に含まれるベースウェルである。付加的なウェル ６９．７０および７１はリンにより高濃度にドーピングされたｎ形伝導のシリコ ンから成る。これらはまず低オームの接続端子６１２．６１４および６１７を、 もともと高オームでリンによりドーピングされたベースウェル上に作成するため に使われる。そのほかにこれら高濃度でドーピングされたリン層により、トラン ジスタＴ４３、Ｔ１０１およびＴｌＯ２の遮断動作ならびに増幅にとって有利な ゲッタリングの効果が生じる。表面の接続線路６１２から６１８は次のように相 互に接続されている。ダーリントン接続のためのトランジスタＴ１０１とＴｌＯ ２の相互接続は接続端子６１３と６１４が相互に接続されることにより行われ、 その場合、接続端子６１２はダーリントントランジスタの表面のベース端子であ り、接続端子６１５はダーリントントランジスタの表面のエミッタ端子６１５で ある。ｐｎｐ−ラテラルトランジスタＴ４３を集積するために、そのラテラルコ レクタ端子６１８はダーリントントランジスタＴｌ０Ｉ、ＴｌＯ２のベース端子 ６１２と接続され、さらにトランジスタＴ４３のラテラルエミッタ端子６１６は ダーリントントランジスタのエミッタ端子６１５と接続されている。これにより トランジスタ回路は３つの表面上の接続個所６１２（ダーリントントランジスタ のベース）、６１７（ラテラルトランジスタのベース）および６１５（ダーリン トントランジスタのエミッタ）を有する。

ＦＩＧ、３ 国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．１次巻線および２次巻線を有する点火変圧器と、前記１次巻線に印加可能な 直流電圧源と、さらに前置段ならびに出力段から成り前記１次巻線に流れる電流 を制御するための電流制御装置とを備える、例えばスパーク点火される内燃機関 のための点火装置において、 電流制御装置の出力段（３ｃ）は第１の導電形のトランジスタ（Ｔ１００）を有 し、該トランジスタのコレクタ端子は点火装置のアース端子と接続されており、 さらに前置段（３ａ）と出力段（３ｃ）との間に減結合手段（３ｂ）、ならびに 前記出力段（３ｃ）の非制御状態下の投入接続に対する調整を行うための手段が 設けられていることを特徴とする点火装置。
2. ２．減結合手段（３ｂ）は第２の導電形のトランジスタ（Ｔ２０）を有し、該ト ランジスタのコレクタ端子はトランジスタ（Ｔ１００）のベース端子と接続され 、さらに該トランジスタのエミッタ端子は点火装置のアース端子と接続されてお り、さらに該トランジスタはそのベース端子を介して電流制御装置の前置段（３ ａ）により制御可能である請求項１記載の点火装置。
3. ３．上記出力段（３ｃ）は電流測定装置を有し、該電流測定装置の出力信号が前 置段（３ａ）に導かれる、請求項１および２のいずれか１項記載の記載の点火装 置。
4. ４．電流測定装置は抵抗（Ｒ１２、Ｒ１２′）から成り、さらに点火変圧器（１ ）の１次巻線（１ａ）に電流が流れると前記電流測定装置にて降下する電圧が前 置段（３ａ）に導かれる請求項１から３のいずれか１項記載の点火装置。
5. ５．抵抗（Ｒ１２′）の接続端子は高オーム抵抗（Ｒ１３、Ｒ１４）を介して、 アースと接続されたツェナーダイオード（Ｚ１、Ｚ２）により保護されている前 置段（３ａ）の入力端子と接続されている、請求項１から４のいずれか１項記載 の点火装置。
6. ６．前置段（３ａ）は制御トランジスタ（Ｔ４０）を有し、さらに１次側に生じ る電圧ピークから前記前置段（３ａ）を保護するためにダイオード（Ｄ４１）が 設けられており、該ダイオードのアノード端子は制御トランジスタ（４０）のエ ミッタ端子と接続されており、該ダイオードのカソード端子はトランジスタ（Ｔ １００）のベース端子と接続されトランジスタ（Ｔ４０）の負荷抵抗（Ｒ４２） を介して点火装置のアース端子と接続されている、請求項１から５のいずれか１ 項記載の点火装置。
7. ７．出力段（３ｃ）が制御されずに投入接続されるのを阻止するための手段はト ランジスタ（Ｔ４３）を有し、そのコレクタ端子はトランジスタ（Ｔ１００）の ベース端子と接続され、そのエミッタ端子はトランジスタ（Ｔ１００）のエミッ タ端子と接続されており、さらにそのベース端子は抵抗（Ｒ４４）を介して直流 電圧源のプラス端子と接続されている、請求項１から６のいずれか１項記載の点 火装置。
8. ８．前置段（３ａ）、出力段（３ｃ）、また場合によっては減結合手段（３ｂ） はモノシリック集積技術により製造されている、請求項１から７のいずれか１項 記載の点火装置。
9. ９．電流測定抵抗（Ｒ１２′）はトランジスタ（Ｔ１００）と１次巻線（１ａ） のアース側の接続端子との間に設けられ、さらにトランジスタ（Ｔ３０）のエミ ッタ端子は１次巻線（１ａ）のアース側の接続端子と接続されており、さらにト ランジスタ（Ｔ３０）のコレクタ端子はトランジスタ（Ｔ１００）のベース端子 と接続され、さらにトランジスタ（Ｔ３０）のベース端子はトランジスタ（Ｔ３ ０）のエミッタ端子とコレクタ端子との間に設けられた分圧器（Ｒ３１、Ｒ３２ ）のタップと接続されている、請求項１から８のいずれか１項記載の点火装置。