WO2011115097A1 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

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阿相竜治
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株式会社ケーヒン
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Definitions

  • the present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine, and more particularly to an ignition device for an internal combustion engine in which a CR circuit is connected to a transistor for energizing / cutting off a primary current of an ignition coil.
  • an ignition device for an internal combustion engine including an ignition coil including a primary coil and a secondary coil and a switching element including a transistor for energizing / cutting off a primary current flowing through the primary coil is known.
  • the primary current is supplied to the primary coil while the transistor is on, while the primary current is cut off when the transistor is off.
  • a high secondary voltage is induced in the secondary coil, and the secondary voltage is applied to the spark plug, thereby generating a discharge spark in the spark plug and igniting the internal combustion engine.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228688 discloses a drive unit for turning on / off the switching unit in response to the ignition signal and adjusting the voltage applied to the gate of the switching unit in order to prevent unnecessary operation of the power element due to an external surge.
  • An internal combustion engine ignition device is disclosed.
  • the power transistor has a characteristic that the direct current amplification factor increases with an increase in the base-emitter voltage between the base and the emitter in order to suppress an unnecessary operation at the rising of the ignition signal.
  • an internal combustion engine ignition device having a configuration that suppresses a secondary voltage generated at the start of energization of a primary current by suppressing the rise of the primary current.
  • the transistor is set so as to be turned off instantaneously, so that the primary current is suddenly cut off correspondingly.
  • the spark plug will ignite unnecessarily because the secondary voltage rises sharply and exhibits a large peak value and also exhibits a secondary large peak.
  • the present invention has been made after the above-described studies, and an object thereof is to provide an ignition device for an internal combustion engine that can suppress unnecessary ignition.
  • the present invention provides a transistor capable of energizing and interrupting a current of a primary coil of an ignition coil, and energization of a gate current flowing from a gate current source to the gate terminal of the transistor.
  • a pre-drive circuit that can turn on and off the transistor by controlling the cutoff, and is connected between the gate current source and the gate terminal of the transistor, and the gate current source and the gate terminal of the transistor
  • An inhibit circuit that allows the pre-drive circuit to turn on and off the transistor by controlling connection and disconnection between the pre-drive circuit, the inhibit circuit, and the gate of the transistor C having a resistance element and a capacitor connected between the terminals
  • a circuit is an internal combustion engine ignition apparatus comprising: a.
  • the present invention has a second aspect in which the transistor is composed of an IGBT.
  • the third aspect of the present invention is that the CR circuit causes a current caused by the electric charge stored in the capacitor to flow to the gate terminal of the IGBT.
  • the time constant of the CR circuit is set so as to relatively gently change the voltage applied to the gate terminal of the transistor. This is the fourth aspect.
  • the transistor, the pre-drive circuit, the inhibit circuit, and the CR circuit are arranged in the same integrated circuit, and the integrated circuit
  • the integrated circuit A fifth aspect is that a circuit and a microcomputer that controls the operation of the pre-drive circuit and the inhibit circuit are arranged in the same package.
  • an unnecessary secondary voltage is applied to the ignition coil by the CR circuit connected between the inhibit circuit and the gate terminal of the transistor and having a resistance element and a capacitor. Since generation
  • the transistor is composed of an IGBT, the cost can be reduced and a CR circuit in which unnecessary ignition is not generated in the ignition coil. Can be easily set.
  • the CR circuit causes a current caused by the electric charge stored in the capacitor of the CR circuit to flow to the gate terminal of the IGBT.
  • the time constant of the CR circuit is set so as to relatively gently change the voltage applied to the gate terminal of the IGBT.
  • the change of the voltage applied to the gate terminal can be made relatively gentle, and the occurrence of unnecessary ignition in the ignition coil can be more reliably suppressed.
  • the transistor, the predrive circuit, the inhibit circuit, and the CR circuit are arranged in the same integrated circuit, and this integrated circuit, the predrive circuit, and the inhibit circuit are arranged. Since the microcomputer for controlling the operation is arranged in the same package, it is possible to make the configuration compact while reliably suppressing unnecessary ignition from occurring in the ignition coil.
  • 1 is a circuit diagram showing a configuration of an ignition device for an internal combustion engine in an embodiment of the present invention.
  • 1 is an equivalent circuit diagram showing a configuration of a main part of an ignition device for an internal combustion engine in the present embodiment. It is a wave form diagram which shows the change of the primary voltage when the transistor of the ignition device for internal combustion engines in this embodiment is switched from an ON state to an OFF state. It is a wave form diagram which shows the change of the secondary voltage when the transistor of the ignition device for internal combustion engines in this embodiment is switched from an ON state to an OFF state. It is sectional drawing which shows the structure by which ECU which is a microcomputer in this embodiment, and the integrated circuit were arrange
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an internal combustion engine ignition device in the present embodiment.
  • an internal combustion engine ignition device 1 includes an ignition coil IG connected to a battery B and having a primary coil 2 and a secondary coil 3, typically an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). 4, a pre-drive circuit 5, an inhibit circuit 6, a CR circuit 7, and an ECU (Electronic Control Unit) 8 that is a microcomputer that functions as a control unit of the transistor 4, the pre-drive circuit 5, and the inhibit circuit 6.
  • the transistor 4, the pre-drive circuit 5 and the inhibit circuit 6 constitute an integrated circuit CK.
  • the ECU 8 includes an arithmetic processing element and a memory that are not shown.
  • the ignition coil IG one end of the primary coil 2 is connected to the battery B, and the other end is connected to the collector terminal of the transistor 4.
  • the secondary coil 3 is arranged so that an induced electromotive force is generated in the vicinity of the primary coil 2, and is connected to a spark plug P that ignites an internal combustion engine (not shown).
  • Transistor 4 functions as a switching element that energizes / cuts off the primary current from battery B to / from primary coil 2.
  • the transistor 4 has a collector terminal, an emitter terminal, and a gate terminal (control terminal), which are connected to the primary coil 2 of the ignition coil IG, the ground potential, and the predrive circuit 5, respectively. ing.
  • the pre-drive circuit 5 controls the on / off operation of the transistor 4 by controlling the energization / cutoff of the gate current from the gate current source Vcc to the gate terminal of the transistor 4.
  • the pre-drive circuit 5 includes a transistor 5a, which is typically an NPN bipolar transistor, and the collector terminal, emitter terminal, and base terminal of the transistor 5a are the current path of the gate current of the transistor 4, the ground potential, respectively.
  • ECU8 The pre-drive circuit 5 turns on / off the transistor 5a according to the IGN signal supplied from the ECU 8 to the base terminal of the transistor 5a, thereby energizing / cutting off the gate current from the gate current source Vcc to the gate terminal of the transistor 4. To control.
  • the inhibit circuit 6 is connected between the gate current source Vcc and the gate terminal of the transistor 4 and between the collector terminal of the transistor 5a of the pre-drive circuit 5 via the CR circuit 7, and the gate current source Vcc and the gate terminal of the transistor 4 By controlling the connection / disconnection of the electrical connection between the pre-drive circuit 5 and the pre-drive circuit 5, the pre-drive circuit 5 is permitted / inhibited to turn on / off the transistor 4.
  • the inhibit circuit 6 includes a transistor 6a, which is typically a PNP bipolar transistor, and the collector terminal, the emitter terminal, and the base terminal of the transistor 6a are connected to the gate terminal of the transistor 4 and the gate terminal via the CR circuit 7, respectively.
  • the collector terminal of the transistor 5a of the pre-drive circuit 5 is connected to the gate current source Vcc and the ECU 8.
  • the inhibit circuit 6 turns on / off the transistor 6a in response to the IGINH signal supplied from the ECU 8 to the base terminal of the transistor 6a, thereby connecting / connecting the electrical connection between the gate current source Vcc and the gate terminal of the transistor 4. Control cutting.
  • the CR circuit 7 is connected between the collector terminal of the transistor 6a of the inhibit circuit 6 and the gate terminal of the transistor 4, and the gate voltage (gate collector) applied to the gate terminal of the transistor 4 by the CR constant which is the time constant.
  • the fall time when the voltage is reduced is adjusted so as to exhibit a predetermined change delay time.
  • the CR circuit 7 includes a resistance element R1 and a resistance element R2 connected in series, and a capacitor C connected between the resistance element R1 and the resistance element R2.
  • the CR constant of the CR circuit 7 is set so as to define the relationship between the gate voltage applied to the gate terminal of the transistor 4 and the secondary voltage generated in the secondary coil 3, as will be described in detail later.
  • the ECU8 controls the operation of the internal combustion engine ignition device 1 as a whole. Specifically, the ECU 8 controls the base terminal of the transistor 6a of the inhibit circuit 6 and the base terminal of the transistor 5a of the predrive circuit 5 via the IGINH output port 8a and the IGN output port 8b, respectively, as control signals. Enter.
  • the IGNH signal is switched from the high level to the low level
  • the IGN signal which is a pulse signal
  • the spark plug P performs an ignition operation to generate a spark. That is, when the IGINH signal is maintained at a low level and the IGN signal is at a high level, the transistor 4 is turned on and the primary coil 2 is energized with power supplied from the battery B.
  • the CR constant which is the time constant of the CR circuit 7 that stores electric charge in the capacitor C, is set to satisfy the following two conditions when an IGBT is used for the transistor 4.
  • the CR constant can be set by defining the size of the resistance element R1 and the resistance element R2 and the capacitance of the capacitor C connected between them.
  • the first condition is that when the normal ignition plug P is ignited, the change in the gate voltage when the transistor 4 is switched from the on state to the off state is relatively gentle, so that the transistor 4 is relatively gentle.
  • the primary coil 2 of the ignition coil IG is switched from the energized state to the non-energized state relatively gently, and the secondary coil 3 is caused to rise relatively gently, so that the ignition plug This is a condition satisfying that the ignition operation can be surely performed at a predetermined timing without causing unnecessary ignition due to a sparking phenomenon in P.
  • the second condition is that the transistor 5a of the pre-drive circuit 5 and the transistor 6a of the inhibit circuit 6 stop operating when the internal combustion engine stops unexpectedly while the spark plug P is performing the ignition operation.
  • the voltage applied to the gate terminal of the transistor 4 decreases, the voltage applied to the gate terminal of the transistor 4 is changed relatively gently so that the transistor 4 is turned on relatively slowly from the off state.
  • Switch to the state relatively gently switch the primary coil 2 of the ignition coil IG from the non-energized state to the energized state, and raise a relatively small reverse induced electromotive force also to the secondary coil 3 of the ignition coil IG. This is a condition satisfying that the ignition plug P does not generate unnecessary ignition due to a sparking phenomenon.
  • the gate voltage applied to the gate terminal for the operation of the transistor 4 since the gate voltage applied to the gate terminal for the operation of the transistor 4 has individual differences even when the IGBT of the same standard is used, the gate voltage when the transistor 4 is switched from the on state to the off state.
  • a predetermined number of gate voltages at the time when the transistor 4 is switched from the off state to the on state are measured, and the standard deviation ⁇ is obtained from the average value thereof, and even if the respective lower and upper limits are ⁇ 5 ⁇ .
  • the CR constant that is the time constant of the CR circuit 7 is set so that the transistor 4 is relatively gently switched from the on state to the off state and from the off state to the on state.
  • the degree of freedom in setting the change curve of the gate voltage that defines the on / off operation of the IGBT is higher than when the bipolar transistor is used.
  • the switching operation of the transistor 4 can be reliably performed at an adjusted switching speed corresponding to the second condition.
  • the internal combustion engine ignition device 1 having the above configuration suppresses unnecessary ignition by operating as shown below.
  • the operation of the internal combustion engine ignition device 1 will be described in detail with reference to FIGS. 2, 3A and 3B.
  • FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing a configuration of a main part of the internal combustion engine ignition device 1, and resistance elements R1, R2, R3, R4 and a capacitor C in the figure are the same as those in FIG.
  • FIG. 3A is a waveform diagram showing changes in the primary voltage when the transistor of the ignition device for an internal combustion engine in the present embodiment is switched from the on state to the off state, the horizontal axis indicates time T, and the vertical axis indicates The voltage V is shown.
  • FIG. 3B is a waveform diagram showing a change in the secondary voltage when the transistor of the ignition device for the internal combustion engine in the present embodiment is switched from the on state to the off state.
  • the horizontal axis represents time T, and the vertical axis The axis indicates the voltage V.
  • the gate current source Vcc is connected to the emitter of the transistor 6a of the inhibit circuit 6, while the ECU 8 is activated and the high level IGINH is output from the IGINH output port 8a of the ECU 8.
  • a signal is sent, and an IGN signal that is a pulse signal is output from the IGN port 8b of the ECU 8.
  • the transistor 6a of the inhibit circuit 6 is maintained in the off state, and the transistor 5a of the pre-drive circuit 5 is turned on when the IGN signal is high level, while the transistor 5a is turned off when the IGN signal is low level. Is done.
  • the transistor 5a of the pre-drive circuit 5 is in the on state or the off state
  • the IGINH signal sent from the IGINH output port 8a of the ECU 8 is at a high level
  • the transistor 6a of the inhibit circuit 6 is off. In this state, no voltage is applied to the gate terminal of the transistor 4, and the transistor 4 is maintained in the off state without performing a switching operation.
  • the transistor 6a of the inhibit circuit 6 is turned on, resulting from the gate current source Vcc as shown by current A in FIG.
  • the voltage is applied to the gate terminal of the transistor 4 while accumulating charges in the capacitor C of the CR circuit 7.
  • the transistor 5a of the pre-drive circuit 5 performs on / off operation in response to the IGN signal sent from the IGN port 8b.
  • the transistor 4 is in an on state, and the primary coil 2 of the ignition coil IG is in an energized state, while if the transistor 5a is in an on state, the transistor 4 is The primary coil 2 of the ignition coil IG is cut off from the energized state and becomes non-energized.
  • the primary coil 2 of the ignition coil IG is changed from the energized state to the non-energized state, so that an induced electromotive force is generated in the secondary coil 3.
  • the spark plug P ignites the internal combustion engine.
  • the CR constant which is the time constant of the CR circuit 7 that stores the electric charge in the capacitor C, satisfies the first condition described above. Therefore, as shown by current B in FIG. 2, the capacitor C of the CR circuit 7 releases the stored electric charge, and the gate current is not relatively rectangular but relatively gently reduced, so that the transistor 4 Does not suddenly switch to the off state, but relatively gently switches to the off state.
  • the transistor 4 is switched relatively smoothly from the on state to the off state in this manner, so that the primary of the ignition coil IG at the time T1 as shown by the voltage change curve VA1 having the fall time ⁇ T in FIG. 3A. Since the coil 2 is switched relatively smoothly from the energized state to the non-energized state, as shown by the voltage change curve VB1 in FIG. 3B, the induced electromotive force rises relatively gently in the secondary coil 3 at time T1, and ignition occurs. The plug P is surely ignited at a predetermined timing without causing an unnecessary sparking phenomenon. On the other hand, when the CR circuit 7 is not provided, as shown by the voltage change curve VA2 in FIG.
  • the primary coil 2 of the ignition coil IG suddenly falls, and the voltage change curve VB2 in FIG. 3B.
  • the induced electromotive force generated in the secondary coil 3 has a large maximum peak value and subsequently exhibits a plurality of secondary peak values.
  • the transistor 4 is switched from the off state to the on state, the primary coil 2 is switched from the non-energized state to the energized state, thereby generating a reverse induced electromotive force in the secondary coil 3. Since the peak value is small, the spark plug P does not cause an unnecessary sparking phenomenon.
  • the transistor 5a of the pre-drive circuit 5 and the transistor 6a of the inhibit circuit 6 stop operating.
  • a case where the voltage applied to the gate terminal of the transistor 4 decreases and the transistor 4 unexpectedly switches from the off state to the on state may be considered.
  • the CR constant which is the time constant of the CR circuit 7 that stores the electric charge in the capacitor C, is set so as to satisfy the second condition described above. As shown in FIG. 5, since the current caused by the electric charge stored in the capacitor C flows into the gate terminal of the transistor 4, the voltage applied to the gate terminal of the transistor 4 gradually increases and then decreases. The transistor 4 changes from the on state to the off state after relatively slowly switching from the off state to the on state.
  • the transistor 4 is relatively gently switched from the off state to the on state, so that the primary coil 2 of the ignition coil IG is relatively gently changed from the non-energized state to the energized state, so that the ignition coil IG
  • the secondary induced electromotive force that is relatively gentle and has a small peak value also rises in the secondary coil 3. Therefore, the spark plug P does not generate an unnecessary spark, and the internal combustion engine is not ignited unnecessarily.
  • the state of rise in the voltage change curve of the primary coil 2 of the ignition coil IG is like that of the fall of the voltage change curve VA1 in FIG.
  • the rise of the voltage change curve 3 is similar to the rise of the voltage change curve VB1 of FIG.
  • the transistor 4, the pre-drive circuit 5 and the inhibit circuit 6 constitute an integrated circuit CK. Details of the mounting configuration of the integrated circuit CK will be described with reference to FIG. Explained.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration in which an ECU, which is a microcomputer in the present embodiment, and an integrated circuit are arranged and stacked in the same package.
  • the transistor 4, the pre-drive circuit 5, the inhibit circuit 6, and the CR circuit 7 are arranged in the same integrated circuit CK.
  • the integrated circuit CK and the ECU 8 have a configuration in which the integrated circuit CK and the ECU 8 are sealed and integrated in a package PK such as the same housing, and are mounted on a desired support SB and fixed to a vehicle or the like.
  • a package PK is, for example, a resin sealing body, and is molded by a transfer molding method or the like. According to such a configuration, the configuration of the internal combustion engine ignition device 1 can be made compact.
  • an unnecessary secondary voltage can be prevented from being generated in the ignition coil by the CR circuit that is connected between the inhibit circuit and the gate terminal of the transistor and has a resistance element and a capacitor. It is possible to suppress ignition.
  • the transistor is composed of an IGBT, the cost can be reduced, and the CR circuit can be easily set without causing unnecessary ignition in the ignition coil.
  • the CR circuit causes the current caused by the electric charge stored in the capacitor of the CR circuit to flow to the gate terminal of the IGBT, the current from the capacitor is added to the current from the gate current source to the gate terminal.
  • the change of the applied voltage can be adjusted, and it is possible to reliably suppress the occurrence of unnecessary ignition in the ignition coil.
  • the time constant of the CR circuit is set so as to make the change in the voltage applied to the gate terminal of the IGBT relatively gentle, the change in the voltage applied to the gate terminal becomes relatively gentle. As a result, it is possible to more reliably suppress the occurrence of unnecessary ignition in the ignition coil.
  • the transistor, the pre-drive circuit, the inhibit circuit, and the CR circuit are arranged in the same integrated circuit, and the integrated circuit and the microcomputer that controls the operation of the pre-drive circuit and the inhibit circuit are arranged in the same package. Therefore, the configuration can be made compact while reliably preventing unnecessary ignition from occurring in the ignition coil.
  • the type, arrangement, number, and the like of the members are not limited to the above-described embodiments, and the components depart from the gist of the invention, such as appropriately replacing the constituent elements with those having the same operational effects. Of course, it can be appropriately changed within the range not to be.
  • an ignition device for an internal combustion engine that can suppress unnecessary ignition, and it is widely applied to an internal combustion engine such as a vehicle because of its universal character. Expected to gain.

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Abstract

　点火コイルの１次コイルの電流を通電及び遮断自在なトランジスタ（４）と、ゲート電流源（Ｖｃｃ）からトランジスタのゲート端子に流れるゲート電流の通電及び遮断を制御することによって、トランジスタをオン及びオフ自在なプリドライブ回路（５）と、ゲート電流源とトランジスタのゲート端子との間に接続され、ゲート電流源とトランジスタのゲート端子との間における電気接続の接続及び切断を制御することによって、プリドライブ回路に対して前記トランジスタのオン及びオフの駆動を許可及び禁止自在なインヒビット回路（６）と、インヒビット回路とトランジスタのゲート端子との間に接続されて、抵抗素子及びキャパシタを有するＣＲ回路（７）と、を備える。

Description

内燃機関用点火装置
　本発明は、内燃機関用点火装置に関し、特に、点火コイルの１次電流を通電／遮断するトランジスタにＣＲ回路を接続した内燃機関用点火装置に関する。
　従来より、１次コイルと２次コイルとから成る点火コイルと、１次コイルに流れる１次電流を通電／遮断するトランジスタから成るスイッチング素子と、を備える内燃機関用点火装置が知られている。かかる内燃機関用点火装置では、トランジスタがオン状態で１次コイルに１次電流を通電する一方で、トランジスタがオフ状態になることによって１次電流が遮断される。これにより、２次コイルに高圧の２次電圧が誘導され、２次電圧が点火プラグに印加されることによって、点火プラグに放電火花を発生させて内燃機関の点火が行われる。
　かかる構成において、外的なサージ等の影響によって、所定の動作状態から外れてトランジスタが動作することにより、点火コイルの１次コイルに流れる１次電流の通電状態が不要に変化して２次コイルに不要な２次電圧が発生し、点火プラグが所定以外の点火動作をする場合が考えられる。
　特許文献１は、外的サージによるパワー素子の不要な動作を防止すべく、点火信号に応答してスイッチング手段をオン／オフさせると共に、スイッチング手段のゲートに対する印加電圧を調整するための駆動手段を備えた内燃機関用点火装置を開示する。
　特許文献２は、点火信号の立ち上がり時の不要な動作を抑制すべく、パワートランジスタが、ベース及びエミッタ間のベース・エミッタ電圧の増加とともに直流電流増幅率が増加する特性を有し、１次電流の立ち上がりを抑制して１次電流の通電開始時に発生する２次電圧を抑制する構成を有する内燃機関用点火装置を開示する。
特開２００４－２８０５５号公報 特開平８－２７７７６９号公報
　しかしながら、本発明者の検討によれば、かかる内燃機関用点火装置では、トランジスタが瞬時にオフ状態になるように設定されているために、これに対応して１次電流が急激に遮断されてしまい、２次電圧が急峻に立ち上がって大きなピーク値を呈すると共に副次的な大きなピークをも呈して、点火プラグが不要に点火する可能性が考えられる。
　また、本発明者の検討によれば、車両の走行中に駆動力を超えるような大きな負荷がかかって内燃機関が不意に停止すること等の原因によって、トランジスタが不要に動作すると、不要に２次電圧が発生することになって、点火プラグが不要に点火する可能性も考えられる。
　このように所定以外の不要な点火が内燃機関で発生すると、車両の運転者等には違和感が生じるため、点火プラグが不要に点火することを抑制した新規な構成の内燃機関用点火装置が要請された状況にある。
　本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、不要な点火が行われることを抑制可能な内燃機関用点火装置を提供することを目的とする。
　以上の目的を達成するべく、本発明は、第１の局面において、点火コイルの１次コイルの電流を通電及び遮断自在なトランジスタと、ゲート電流源から前記トランジスタのゲート端子に流れるゲート電流の通電及び遮断を制御することによって、前記トランジスタをオン及びオフ自在なプリドライブ回路と、前記ゲート電流源と前記トランジスタの前記ゲート端子との間に接続され、前記ゲート電流源と前記トランジスタの前記ゲート端子との間における電気接続の接続及び切断を制御することによって、前記プリドライブ回路に対して前記トランジスタのオン及びオフの駆動を許可及び禁止自在なインヒビット回路と、前記インヒビット回路と前記トランジスタの前記ゲート端子との間に接続されて、抵抗素子及びキャパシタを有するＣＲ回路と、を備えることを特徴とする内燃機関用点火装置である。
　また本発明は、かかる第１の局面に加えて、前記トランジスタが、ＩＧＢＴにより構成されていることを第２の局面とする。
　また本発明は、かかる第２の局面に加えて、前記ＣＲ回路は、前記キャパシタに蓄えられた電荷に起因する電流を前記ＩＧＢＴのゲート端子に流すことを第３の局面とする。
　また本発明は、かかる第２又は第３の局面に加えて、前記ＣＲ回路の時定数は、前記トランジスタのゲート端子に印加される電圧の変化を相対的になだらかにするように設定されていることを第４の局面とする。
　また、本発明は、かかる第１から第４のいずれかの局面に加えて、前記トランジスタ、前記プリドライブ回路、前記インヒビット回路、及び前記ＣＲ回路が、同一の集積回路内に配置され、該集積回路と前記プリドライブ回路及び前記インヒビット回路の動作を制御するマイクロコンピュータとが同一のパッケージ内に配置されていることを第５の局面とする。
　本発明の第１の局面の内燃機関用点火装置によれば、インヒビット回路とトランジスタのゲート端子との間に接続され、抵抗素子及びキャパシタを有するＣＲ回路により、点火コイルに不要な２次電圧が発生することを抑制できるので、不要な点火が行われることを抑制することができる。
　本発明の第２の局面の内燃機関用点火装置によれば、トランジスタがＩＧＢＴにより構成されているので、コストを削減することができると共に、点火コイルに不要な点火が発生することのないＣＲ回路の設定が簡便に行うことができる。
　本発明の第３の局面の内燃機関用点火装置によれば、ＣＲ回路が、ＣＲ回路のキャパシタに蓄えられた電荷に起因する電流をＩＧＢＴのゲート端子に流すものであるため、ゲート電流源からの電流にキャパシタからの電流を加味して、ゲート端子に印加される電圧の変化を調節自在とし、点火コイルに不要な点火が発生することを確実に抑制することができる。
　本発明の第４の局面の内燃機関用点火装置によれば、ＣＲ回路の時定数が、ＩＧＢＴのゲート端子に印加される電圧の変化を相対的になだらかにするように設定されているため、ゲート端子に印加される電圧の変化を相対的になだらかなものとし、点火コイルに不要な点火が発生することをより確実に抑制することができる。
　本発明の第５の局面の内燃機関用点火装置によれば、トランジスタ、プリドライブ回路、インヒビット回路、及びＣＲ回路が、同一の集積回路内に配置され、この集積回路とプリドライブ回路及びインヒビット回路の動作を制御するマイクロコンピュータとが同一のパッケージ内に配置されているので、点火コイルに不要な点火が発生することを確実に抑制しながら、その構成をコンパクト化することができる。
本発明の実施形態における内燃機関用点火装置の構成を示す回路図である。 本実施形態における内燃機関用点火装置の主要部の構成を示す等価回路図である。 本実施形態における内燃機関用点火装置のトランジスタがオン状態からオフ状態に切り替えられた際の１次電圧の変化を示す波形図である。 本実施形態における内燃機関用点火装置のトランジスタがオン状態からオフ状態に切り替えられた際の２次電圧の変化を示す波形図である。 本実施形態におけるマイクロコンピュータであるＥＣＵと集積回路とが同一パッケージ内に配置されて積層された構成を示す断面図である。
　以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における内燃機関用点火装置につき、詳細に説明する。
　まず、本実施形態における内燃機関用点火装置の全体構成について、図１を参照して、詳細に説明する。
　図１は、本実施形態における内燃機関用点火装置の構成を示す回路図である。
　図１に示すように、内燃機関用点火装置１は、バッテリＢに接続されて１次コイル２及び２次コイル３を有する点火コイルＩＧ、典型的にはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であるトランジスタ４、プリドライブ回路５、インヒビット回路６、ＣＲ回路７、並びにトランジスタ４、プリドライブ回路５及びインヒビット回路６の制御部として機能するマイクロコンピュータであるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）８を備える。なお、トランジスタ４、プリドライブ回路５及びインヒビット回路６は、集積回路ＣＫを構成する。また、ＥＣＵ８は、図示を省略する演算処理素子及びメモリ等を有する。
　具体的には、点火コイルＩＧにおいて、１次コイル２の一方の端部はバッテリＢに接続され、他方の端部はトランジスタ４のコレクタ端子に接続されている。一方、２次コイル３は、１次コイル２の近傍において誘導起電力が生じるように配置され、図示を省略する内燃機関に点火動作をする点火プラグＰに接続されている。
　トランジスタ４は、バッテリＢからの１次電流を１次コイル２に通電／遮断するスイッチング素子として機能する。詳しくは、トランジスタ４は、コレクタ端子、エミッタ端子、及びゲート端子（制御端子）を有し、これらは点火コイルＩＧの１次コイル２、接地電位、及びプリドライブ回路５にそれぞれ対応して接続されている。
　プリドライブ回路５は、ゲート電流源Ｖｃｃからトランジスタ４のゲート端子へのゲート電流の通電／遮断を制御することによって、トランジスタ４をオン／オフ動作させる。詳しくは、プリドライブ回路５は、典型的にはＮＰＮバイポーラトランジスタであるトランジスタ５ａを備え、かかるトランジスタ５ａのコレクタ端子、エミッタ端子、及びベース端子はそれぞれ、トランジスタ４のゲート電流の電流経路、接地電位、及びＥＣＵ８に接続されている。プリドライブ回路５は、ＥＣＵ８からトランジスタ５ａのベース端子に供給されるＩＧＮ信号に応じてトランジスタ５ａをオン／オフすることによって、ゲート電流源Ｖｃｃからトランジスタ４のゲート端子へのゲート電流の通電／遮断を制御する。
　インヒビット回路６は、ＣＲ回路７を介して、ゲート電流源Ｖｃｃとトランジスタ４のゲート端子及びプリドライブ回路５のトランジスタ５ａのコレクタ端子の間とに接続され、ゲート電流源Ｖｃｃとトランジスタ４のゲート端子との間の電気接続の接続／切断を制御することによって、プリドライブ回路５がトランジスタ４をオン／オフ動作させることを許可／禁止する。詳しくは、インヒビット回路６は、典型的にはＰＮＰバイポーラトランジスタであるトランジスタ６ａを備え、トランジスタ６ａのコレクタ端子、エミッタ端子、及びベース端子はそれぞれ、ＣＲ回路７を介して、トランジスタ４のゲート端子及びプリドライブ回路５のトランジスタ５ａのコレクタ端子の間、ゲート電流源Ｖｃｃ、及びＥＣＵ８に接続されている。インヒビット回路６は、ＥＣＵ８からトランジスタ６ａのベース端子に供給されるＩＧＩＮＨ信号に応じてトランジスタ６ａをオン／オフすることによって、ゲート電流源Ｖｃｃとトランジスタ４のゲート端子との間の電気接続の接続／切断を制御する。
　ＣＲ回路７は、インヒビット回路６のトランジスタ６ａのコレクタ端子とトランジスタ４のゲート端子との間に接続され、その時定数であるＣＲ定数により、トランジスタ４のゲート端子に印加されるゲート電圧（ゲート・コレクタ間電圧）が減少する立ち下がり時間等が所定の変化遅れ時間を呈するように調整する。詳しくは、ＣＲ回路７は、直列接続された抵抗素子Ｒ１及び抵抗素子Ｒ２と、抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ２との間に接続されたキャパシタＣとを備える。ＣＲ回路７のＣＲ定数は、詳細は後述するように、トランジスタ４のゲート端子に印加されるゲート電圧と２次コイル３に発生する２次電圧との関係を規定すべく設定されている。
　ＥＣＵ８は、内燃機関用点火装置１全体の動作を制御する。詳しくは、ＥＣＵ８は、ＩＧＩＮＨ出力ポート８ａ及びＩＧＮ出力ポート８ｂを介して、それぞれインヒビット回路６のトランジスタ６ａのベース端子及びプリドライブ回路５のトランジスタ５ａのベース端子に制御信号であるＩＧＩＮＨ信号及びＩＧＮ信号を入力する。ここで、ＩＧＩＮＨ信号が、ハイレベルからローレベルに切り替わった状態において、パルス信号であるＩＧＮ信号がハイレベルからローレベルに切り替わる際に、点火プラグＰが点火動作をしてスパークが発生する。つまり、ＩＧＩＮＨ信号がローレベルに維持されてＩＧＮ信号がハイレベルになった場合には、トランジスタ４はオン状態になり、１次コイル２はバッテリＢからの電力が供給された通電状態になる。一方、ＩＧＩＮＨ信号がローレベルに維持されてＩＧＮ信号がローレベルに切り替わると、トランジスタ４のゲート端子に印加される電圧が減少してトランジスタ４はオフ状態になるため、１次コイル２の通電状態が遮断される変化が生じて、２次コイル３に高圧の誘導起電力が発生し、点火プラグＰが点火状態となってスパークが発生する。
　ここで、キャパシタＣに電荷を蓄えるＣＲ回路７の時定数であるＣＲ定数は、トランジスタ４にＩＧＢＴを用いた場合、以下の２つの条件を満足するように設定される。また、かかるＣＲ定数は、抵抗素子Ｒ１及び抵抗素子Ｒ２の大きさ、並びにそれらの間に接続されたキャパシタＣの容量を規定することにより設定可能である。
　まず、第１の条件は、通常の点火プラグＰの点火時において、トランジスタ４がオン状態からオフ状態に切り替わる際のゲート電圧変化を相対的になだらかにすることにより、トランジスタ４を相対的になだらかに切り替わらせて、点火コイルＩＧの１次コイル２を通電状態から非通電状態に相対的になだらかに切り替わらせ、２次コイル３にも相対的になだらかな誘導起電力を立ち上がらせて、点火プラグＰに飛び火現象による不要な点火を発生させることなく所定のタイミングで確実に点火動作をさせることを満足する条件である。
　次に、第２の条件は、点火プラグＰが点火動作を行っている最中に内燃機関が不意に停止した場合において、プリドライブ回路５のトランジスタ５ａやインヒビット回路６のトランジスタ６ａが動作を停止し、トランジスタ４のゲート端子に印加される電圧が減少する際に、トランジスタ４のゲート端子に印加される電圧を相対的になだらかに変化させて、トランジスタ４を相対的になだらかにオフ状態からオン状態に切り替え、点火コイルＩＧの１次コイル２を相対的になだらかに非通電状態から通電状態に切り替えて、点火コイルＩＧの２次コイル３にも相対的に小さな逆誘導起電力を立ち上がらせて、点火プラグＰに飛び火現象による不要な点火を発生させないことを満足する条件である。
　更に、この際、トランジスタ４が動作するためにゲート端子に印加されるゲート電圧は、同規格のＩＧＢＴを用いても個体差があるため、トランジスタ４がオン状態からオフ状態に切り替わる際のゲート電圧及びトランジスタ４がオフ状態からオン状態に切り替わる際のゲート電圧をそれぞれ所定個数実測して、それらの平均値からそれぞれの標準偏差σを求め、それぞれの±５σの下限値及び上限値であっても、トランジスタ４が相対的になだらかにオン状態からオフ状態に及びオフ状態からオン状態に切り替わるように、ＣＲ回路７の時定数であるＣＲ定数は設定されている。
　また、トランジスタ４にＩＧＢＴを用いた場合には、バイポーラトランジスタを用いた場合に比較して、ＩＧＢＴのオン／オフ動作を規定するゲート電圧の変化曲線の設定自由度が高いため、以上の第１及び第２の条件に対応してトランジスタ４のスイッチング動作を調整された切り替え速さで確実に行わせ得る。
　以上のような構成を有する内燃機関用点火装置１は、以下に示すように動作することによって、不要な点火が行われることを抑制する。以下、更に図２、図３Ａ及び図３Ｂをも参照して、かかる内燃機関用点火装置１の動作について、詳細に説明する。
　図２は、内燃機関用点火装置１の主要部の構成を示す等価回路図であり、図中の抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びキャパシタＣは、図１におけるものと同じである。図３Ａは、本実施形態における内燃機関用点火装置のトランジスタがオン状態からオフ状態に切り替えられた際の１次電圧の変化を示す波形図であり、横軸は時間Ｔを示し、縦軸は電圧Ｖを示す。また、図３Ｂは、本実施形態における内燃機関用点火装置のトランジスタがオン状態からオフ状態に切り替えられた際の２次電圧の変化を示す波形図であり、横軸は時間Ｔを示し、縦軸は電圧Ｖを示す。
　まず、図示を省略するイグニッションスイッチをオンすると、インヒビット回路６のトランジスタ６ａのエミッタにゲート電流源Ｖｃｃが接続される一方で、ＥＣＵ８が起動されて、ＥＣＵ８のＩＧＩＮＨ出力ポート８ａから、ハイレベルのＩＧＩＮＨ信号が送出されると共に、ＥＣＵ８のＩＧＮポート８ｂからは、パルス信号であるＩＧＮ信号が出力される。すると、インヒビット回路６のトランジスタ６ａが、オフ状態に維持されると共に、ＩＧＮ信号のハイレベル時には、プリドライブ回路５のトランジスタ５ａがオンされる一方で、ＩＧＮ信号のローレベル時には、トランジスタ５ａがオフされる。
　ここで、プリドライブ回路５のトランジスタ５ａがオン状態及びオフ状態のいずれにあっても、ＥＣＵ８のＩＧＩＮＨ出力ポート８ａから送出されるＩＧＩＮＨ信号がハイレベルであれば、インヒビット回路６のトランジスタ６ａはオフ状態であるので、トランジスタ４のゲート端子には電圧が印加されることはなく、トランジスタ４はスイッチング動作をすることなくオフ状態に維持される。
　次に、ＥＣＵ８のＩＧＩＮＨ出力ポート８ａから送出されるＩＧＩＮＨ信号をローレベルに切り替えると、インヒビット回路６のトランジスタ６ａがオンされて、図２の電流Ａで示すように、ゲート電流源Ｖｃｃに起因する電圧が、ＣＲ回路７のキャパシタＣに電荷を蓄えながら、トランジスタ４のゲート端子に印加される状態となる。かかる状態で、ＩＧＮポート８ｂから送出されるＩＧＮ信号に対応して、プリドライブ回路５のトランジスタ５ａがオン／オフ動作をする。この際、トランジスタ５ａがオフ状態であれば、トランジスタ４はオン状態となって、点火コイルＩＧの１次コイル２は、通電状態となる一方で、トランジスタ５ａがオン状態であれば、トランジスタ４はオフ状態となって、点火コイルＩＧの１次コイル２は、通電状態が遮断されて非通電状態となる。
　そして、このようにトランジスタ４がオン状態からオフ状態に切り替わる際に、点火コイルＩＧの１次コイル２が通電状態から非通電状態となることにより、２次コイル３には誘導起電力が生じて、点火プラグＰは内燃機関に点火動作をすることになる。
　ここで、トランジスタ５ａがオン状態になって、トランジスタ４がオフ状態となる際には、キャパシタＣに電荷を蓄えるＣＲ回路７の時定数であるＣＲ定数が、前述した第１の条件を満足するように設定されているため、図２の電流Ｂで示すように、ＣＲ回路７のキャパシタＣは蓄えた電荷を放出し、ゲート電流が矩形状ではなく相対的になだらかに減少して、トランジスタ４は、急激にオフ状態に切り替わらず相対的になだらかにオフ状態に切り替わる。
　よって、このようにトランジスタ４がオン状態からオフ状態に相対的になだらかに切り替わることによって、図３Ａにおいて立ち下がり時間ΔＴを有する電圧変化曲線ＶＡ１で示すように、時刻Ｔ１で点火コイルＩＧの１次コイル２が通電状態から非通電状態に相対的になだらかに切り替わるから、図３Ｂの電圧変化曲線ＶＢ１で示すように、時刻Ｔ１で２次コイル３には相対的になだらか誘導起電力が立ち上がり、点火プラグＰは不要な飛び火現象を発生することなく、所定のタイミングで確実に点火動作をすることになる。一方で、ＣＲ回路７が設けられていない等の場合には、図３Ａの電圧変化曲線ＶＡ２で示すように、点火コイルＩＧの１次コイル２が急激に立ち下がり、図３Ｂの電圧変化曲線ＶＢ２で示すように、２次コイル３に発生する誘導起電力は、大きな最大ピーク値を持ちかつその後も複数次の副次的ピーク値を呈するようなものとなる。なお、トランジスタ４がオフ状態からオン状態に切り替わる際に、１次コイル２が非通電状態から通電状態に切り替わることにより、２次コイル３に逆誘導起電力が生じるが、かかる逆誘導起電力はそのピーク値が小さいものであるため、点火プラグＰが不要な飛び火現象を発生することはない。
　更に、以上のような点火動作を点火プラグＰが行っている最中に、内燃機関が不意に停止した場合には、プリドライブ回路５のトランジスタ５ａやインヒビット回路６のトランジスタ６ａが動作を停止し、トランジスタ４のゲート端子に印加される電圧が減少して、トランジスタ４が不意にオフ状態からオン状態に切り替わる場合も考えられる。しかし、かかる場合であっても、キャパシタＣに電荷を蓄えるＣＲ回路７の時定数であるＣＲ定数が、前述した第２の条件をも満足するように設定されているため、図２の電流Ｂで示すように、キャパシタＣに蓄えられた電荷に起因する電流がトランジスタ４のゲート端子に流れ込むから、トランジスタ４のゲート端子に印加される電圧は、相対的になだらかに上昇した後に減少に転じて、トランジスタ４は、相対的になだらかにオフ状態からオン状態に切り替わった後にオン状態からオフ状態に転じる。
　そして、このようにトランジスタ４が相対的になだらかにオフ状態からオン状態に切り替わることによって、点火コイルＩＧの１次コイル２が相対的になだらかに非通電状態から通電状態となって、点火コイルＩＧの２次コイル３にも相対的になだらかであってピーク値も小さな逆誘導起電力が立ち上がる。よって、点火プラグＰは不要な飛び火現象を発生することはなく、内燃機関は不要に点火動作をされることはない。この際、点火コイルＩＧの１次コイル２の電圧変化曲線における立ち上がりの様子は、図３Ａの電圧変化曲線ＶＡ１の立ち下がりの様子をいわば左右反転したようなものとなり、点火コイルＩＧの２次コイル３の電圧変化曲線の立ち上がりの様子は、絶対値で示せば図３Ｂの電圧変化曲線ＶＢ１の立ち上がりの様子と同様になる。
　また、以上の構成において、トランジスタ４、プリドライブ回路５及びインヒビット回路６は、集積回路ＣＫを構成するものであるが、かかる集積回路ＣＫの実装構成につき、更に図４をも参照して、詳細に説明する。
　図４は、本実施形態におけるマイクロコンピュータであるＥＣＵと集積回路とが同一パッケージ内に配置されて積層された構成を示す断面図である。
　図４に示すように、トランジスタ４、プリドライブ回路５、インヒビット回路６、及びＣＲ回路７は、同一の集積回路ＣＫ内に配置される。かかる集積回路ＣＫとＥＣＵ８とは、同一の筐体等のパッケージＰＫ内に封止されて一体化された構成を有し、所望の支持体ＳＢに載置されて車両等に固定される。かかるパッケージＰＫは、例えば樹脂封止体であり、トランスファーモールド法等により成形される。このような構成によれば、内燃機関用点火装置１の構成をコンパクト化することができる。
　以上の構成によれば、インヒビット回路とトランジスタのゲート端子との間に接続され、抵抗素子及びキャパシタを有するＣＲ回路により、点火コイルに不要な２次電圧が発生することを抑制できるので、不要な点火が行われることを抑制することができる。
　また、トランジスタがＩＧＢＴにより構成されているので、コストを削減することができると共に、点火コイルに不要な点火が発生することのないＣＲ回路の設定が簡便に行うことができる。
　また、ＣＲ回路が、ＣＲ回路のキャパシタに蓄えられた電荷に起因する電流をＩＧＢＴのゲート端子に流すものであるため、ゲート電流源からの電流にキャパシタからの電流を加味して、ゲート端子に印加される電圧の変化を調節自在とし、点火コイルに不要な点火が発生することを確実に抑制することができる。
　また、ＣＲ回路の時定数が、ＩＧＢＴのゲート端子に印加される電圧の変化を相対的になだらかにするように設定されているため、ゲート端子に印加される電圧の変化を相対的になだらかなものとし、点火コイルに不要な点火が発生することをより確実に抑制することができる。
　また、トランジスタ、プリドライブ回路、インヒビット回路、及びＣＲ回路が、同一の集積回路内に配置され、この集積回路とプリドライブ回路及びインヒビット回路の動作を制御するマイクロコンピュータとが同一のパッケージ内に配置されているので、点火コイルに不要な点火が発生することを確実に抑制しながら、その構成をコンパクト化することができる。
　なお、本発明においては、部材の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
　以上のように、本発明においては、不要な点火が行われることを抑制可能な内燃機関用点火装置を提供することができ、その汎用普遍的な性格から車両等の内燃機関に広範に適用され得るものと期待される。

Claims (5)

  1. 　点火コイルの１次コイルに流れる電流を通電及び遮断自在なトランジスタと、　ゲート電流源から前記トランジスタのゲート端子に流れるゲート電流の通電及び遮断を制御することによって、前記トランジスタをオン及びオフ自在なプリドライブ回路と、　前記ゲート電流源と前記トランジスタの前記ゲート端子との間に接続され、前記ゲート電流源と前記トランジスタの前記ゲート端子との間における電気接続の接続及び切断を制御することによって、前記プリドライブ回路に対して前記トランジスタのオン及びオフの駆動を許可及び禁止自在なインヒビット回路と、　前記インヒビット回路と前記トランジスタの前記ゲート端子との間に接続されて、抵抗素子及びキャパシタを有するＣＲ回路と、　を備えることを特徴とする内燃機関用点火装置。
  2. 　前記トランジスタは、ＩＧＢＴから成ることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
  3. 　前記ＣＲ回路は、前記キャパシタに蓄えられた電荷に起因する電流を前記ＩＧＢＴのゲート端子に流すことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用点火装置。
  4. 　前記ＣＲ回路の時定数は、前記ＩＧＢＴのゲート端子に印加される電圧の変化を相対的になだらかにするように設定されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用点火装置。
  5. 　前記トランジスタ、前記プリドライブ回路、前記インヒビット回路、及び前記ＣＲ回路は、同一の集積回路内に配置され、前記集積回路と前記プリドライブ回路及び前記インヒビット回路の動作を制御するマイクロコンピュータとが同一のパッケージ内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
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