WO2014010096A1 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

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bypass
circuit
ignition
igniter
internal combustion
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Inventor
理之 石井
浩至 柴田
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ阪神株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04—Layout of circuits
    • F02P3/055—Layout of circuits with protective means to prevent damage to the circuit, e.g. semiconductor devices or the ignition coil
    • F02P3/0552—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P11/00—Safety means for electric spark ignition, not otherwise provided for
    • F02P11/06—Indicating unsafe conditions

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine ignition device including an igniter that controls energization / shutdown of a primary current flowing through a primary coil of an ignition coil in accordance with an ignition signal output from an engine control unit and generates a high voltage at a secondary coil.
  • an igniter that controls energization / shutdown of a primary current flowing through a primary coil of an ignition coil in accordance with an ignition signal output from an engine control unit and generates a high voltage at a secondary coil.
  • An ignition device for an internal combustion engine is disposed for each cylinder of an engine, and a primary coil, a secondary coil disposed outside the primary coil, and the secondary coil and the primary coil are magnetically coupled in an insulating case. And an igniter including a power transistor that controls a primary current flowing in the primary coil of the ignition coil.
  • the conventional ignition device for an internal combustion engine includes an overcurrent protection circuit that prevents a current exceeding a specified value from flowing into the power transistor, and when the overheating of the power transistor is detected and a temperature exceeding a specified value is reached.
  • a self-protection circuit such as an overheat protection circuit that cuts off the current is added to prevent the ignition coil from being thermally destroyed due to abnormal heat generation (see, for example, Patent Document 1).
  • a blade fuse is added to a power supply line for supplying battery power to the ignition coil, and safety measures are taken to cut off the overcurrent when the ignition coil is short-circuited. .
  • the self-protection circuit of the igniter and the blade fuse provided on the vehicle side in the invention described in Patent Document 1 are based on the assumption that the igniter itself is in a normal state, and from the ECU (Engine Control Unit) Protective function is normal only when any abnormality other than the igniter occurs, such as when the ignition signal is continuously turned on, or when the winding part of the ignition coil melts due to abnormal heat and the insulation film melts and shorts It works to shut down the circuit. For example, if the collector-emitter of the power transistor that is the igniter drive element fails due to some factor such as an external surge and is short-circuited, or if a short-circuit occurs between elements in other igniter control circuits, the igniter itself is normal.
  • the present invention can reliably and quickly interrupt an overcurrent when the igniter is abnormal, prevent abnormal heat generation due to an overcurrent caused by a short circuit between the ignition coil windings, and the like. For the purpose of provision.
  • the invention according to claim 1 is configured to control energization / cutoff of the primary current flowing through the primary coil of the ignition coil in accordance with the ignition signal output from the engine control unit,
  • an internal combustion engine ignition device having an igniter for generating a voltage, a safety circuit that is provided in a path of a current flowing from a power source to an ignition coil and that shuts down the circuit when an overcurrent occurs, and the safety circuit to the ignition coil
  • a bypass circuit that goes to GND without passing through
  • a bypass switch means that is provided in the middle of the bypass circuit and switches between opening and closing of the circuit, and an igniter abnormality state that is predetermined as a highly probable state in which an abnormality has occurred in the igniter
  • an igniter abnormality state that is predetermined as a highly probable state in which an abnormality has occurred in the igniter
  • a protective device that causes the bypass circuit to function by closing the bypass switch means that is normally open.
  • the protection device is based on the first switch means that changes state based on the achievement of an operating condition that allows the ignitor to be determined to be in an abnormal state, and on the basis that the state of the first switch means changes.
  • the second switch means for outputting a bypass switching signal for turning on the bypass switch means, and for outputting the bypass switching signal by switching the state of the second switch means.
  • Operating condition holding means for holding operating conditions for switching the state of the first switch means.
  • the invention according to claim 2 is the ignition device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the protection device has a state in which an overcurrent flows through the primary coil exceeds a predetermined allowable energization time. The operating condition of the first switch means is used.
  • the safety circuit, the bypass circuit and the bypass switch means are provided one for each ignition coil.
  • the safety circuit is operated only by the ignition coil corresponding to the igniter in which an abnormality is detected.
  • the safety circuit, the bypass circuit, and the bypass switch means are installed for each cylinder of the internal combustion engine. It shall be provided between a common GND harness that bundles all cylinders of the ignition coil and the GND ground. When an abnormality occurs in the igniter of the ignition coil installed in any one of the cylinders, the cylinder is bundled with that cylinder.
  • the safety circuit, the bypass circuit, and the bypass switch means are provided for each cylinder of the internal combustion engine. It shall be provided between the GND harness for each common group that bundles two or three of the ignition coils and the GND ground.
  • the safety circuit is provided in the path of the current flowing from the power source to the ignition coil, and shuts off the circuit when an overcurrent occurs, and the safety circuit does not pass through the ignition coil.
  • a bypass switch means for switching between opening and closing of the bypass circuit which is provided in the middle of the bypass circuit to the GND, is always Is provided with a protective device that closes the bypass switch means in an open state to cause the bypass circuit to function, and the protective device is in a state based on the achievement of an operating condition that allows the igniter to be determined to be in an abnormal state.
  • the first switch means for switching, and the state is switched based on the state of the first switch means switching, and the bypass
  • the second switch means for outputting a bypass switching signal for turning on the switch means, and the state of the first switch means in conjunction with the switching of the state of the second switch means and the output of the bypass switching signal.
  • Operating condition holding means for holding an operating condition for switching, so that when an abnormality occurs in the igniter, the bypass switch means is turned on by the protective device to cause the bypass circuit to function, and the ignition coil and igniter
  • the overcurrent caused by a short circuit between the ignition coil windings is prevented by preventing the overcurrent flowing in the ignition coil quickly and holding the bypass circuit closed to prevent the overcurrent from flowing again to the ignition coil and igniter.
  • the internal combustion engine ignition device with high safety can be prevented. Further, according to the invention according to claim 2, since the protective device has the operating condition of the first switch means that the state in which the overcurrent flows through the primary coil exceeds a predetermined allowable energization time, It is possible to make the bypass circuit function before an overcurrent continues to flow through the primary coil beyond the allowable energization time and abnormal heat generation or ignition occurs.
  • the safety circuit, the bypass circuit, and the bypass switch means are provided one by one for each ignition coil, and only by the ignition coil corresponding to the igniter in which an abnormality is detected. Since the safety circuit is activated, it is possible to selectively cut off only the energization of the abnormal ignition coil.
  • the safety circuit, the bypass circuit, and the bypass switch means include a common GND harness in which all cylinders of an ignition coil installed for each cylinder of the internal combustion engine are bundled, and a GND ground.
  • a common GND harness in which all cylinders of an ignition coil installed for each cylinder of the internal combustion engine are bundled, and a GND ground.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a reference form of an internal combustion engine ignition device provided with a protection device.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an ignition device for an internal combustion engine according to the present invention.
  • an outline of an internal combustion engine ignition device is an igniter 3 that controls energization / interruption of a primary current flowing in a primary coil 1 a of an ignition coil 1 in accordance with an ignition signal from an ECU (engine control unit).
  • the ignition device for the internal combustion engine includes, for example, an igniter 3 and the like integrally provided in the casing of the ignition coil 1, and a safety circuit 13 including a current interrupting element such as an irreversible fuse element or a PTC thermistor by fusing.
  • a current interrupting element such as an irreversible fuse element or a PTC thermistor by fusing.
  • the safety circuit 13 has a characteristic that the safety circuit 13 operates before the blade fuse 12 is blown by setting it to be equal to or less than the rated current of the blade fuse 12 attached to the vehicle side. It is desirable to keep it.
  • the igniter 3 includes a power transistor 31, and the current between the collector and the emitter is controlled according to the ignition signal from the engine control unit. When the power transistor 31 is ON, the primary winding of the ignition coil 1 from the vehicle battery 11 is controlled. Since a current flows from 1a to GND through the power transistor 31 of the igniter 3, it is possible to detect whether or not an overcurrent is flowing through the primary coil 1a by monitoring this current.
  • the current detection resistor 41 of the protection device 4 is disposed in the current path between the power transistor 31 and the ground, and the current flowing from the primary coil 1a to the igniter 3 is constantly monitored. If the internal circuit of the igniter 3 is short-circuited for some reason, current will intermittently flow from the vehicle battery 11 through the primary coil 1a. Since this intermittent current passes through the current detection resistor 41, a voltage is generated at both ends of the current detection resistor, and this voltage is input to Vin + of the overcurrent detection comparator 42. On the other hand, Vin ⁇ of the overcurrent detection comparator 42 is inputted with a reference voltage Vref1 that is a reference for overcurrent determination.
  • the output voltage of the overcurrent detection comparator 42 is inverted (for example, Therefore, this is used as an overcurrent detection signal.
  • the overcurrent detection signal is output from the overcurrent detection comparator 42 as described above, charging of the timer capacitor 43 starts.
  • the period until the prescribed charge is charged in the time measuring capacitor 43 is the allowable energizing time, and the allowable energizing time can be arbitrarily set by the constant of the time measuring capacitor 43.
  • the internal combustion engine ignition device is provided with a bypass circuit 5 from the safety circuit 13 to the GND without passing through the ignition coil 1.
  • a bypass switching element 6 (for example, a semiconductor element such as a bipolar transistor, an insulated gate bipolar transistor, a MOS-FET, or a thyristor) is provided as bypass switch means for switching between opening and closing.
  • the bypass switching element 6 is normally open, and when the bypass switching signal is input from the allowable energization time determination comparator 44, the bypass switching element 6 is turned on to close the bypass circuit 5.
  • the bypass switch means for opening and closing the bypass circuit 5 is not limited to a semiconductor element, and a mechanical relay or the like may be used.
  • the current flows from the primary winding 1a of the ignition coil 1 through the power transistor 31 of the igniter 3, but the overcurrent detection means 4 and the overcurrent energization are performed.
  • the bypass switching element 6 is closed by the bypass switching signal.
  • a path through which a current flows from the bypass circuit 5 to the GND is switched, and it is possible to prevent the winding of the ignition coil 1 from abnormally generating heat due to an overcurrent exceeding an allowable time, and causing melting or smoke generation.
  • the bypass switching element 6 when the bypass switching element 6 is turned on and the bypass circuit 5 functions, the current flowing from the vehicle battery 11 through the primary winding 1a of the ignition coil 1 to the current detection resistor 41 from the power transistor 31 of the igniter 3 Therefore, the Vin + input of the overcurrent detection comparator 42 falls below the Vin ⁇ input value, the output Vout of the overcurrent detection comparator 42 is inverted (for example, changes from H level to L level), and the time measuring capacitor Since the discharge 51 starts, the Vin + input of the allowable energization time determination comparator 52 eventually falls below the Vin ⁇ input value, and the output Vout of the allowable energization time determination comparator 52 is inverted (for example, changes from H level to L level).
  • the bypass switching signal is not input to the bypass switching element 6 I, so that the bypass circuit 5 is cut off.
  • the bypass circuit 5 is opened again.
  • the current flows again to the secondary coil 1a of the ignition coil 1 and the closing operation of the bypass circuit 5 by the protection device 4 is performed again, the same thing can be said unless the blade fuse 12 or the safety circuit 13 can blow the power supply path. Repeatedly, an overcurrent flows intermittently to the ignition coil 1 and the igniter 3.
  • the protective device 7 provided in the ignition device for an internal combustion engine of the present embodiment is a time-permissible energization time measurement through an appropriate adjustment resistor in parallel with the current detection resistor 41 arranged in the current path between the power transistor 31 and the ground.
  • the capacitor 71 By connecting the capacitor 71, it is possible to detect whether or not the operating condition in which the overcurrent flows through the primary coil 1a exceeds the predetermined allowable energization time. That is, when the internal circuit of the igniter 3 is short-circuited for some reason, current flows intermittently from the vehicle battery 11 through the primary coil 1a, and this intermittent current passes through the current detection resistor 41, thereby causing a current detection resistor.
  • the voltage Vin is generated at both ends, the current Ic flows to the allowable energization time measuring capacitor 71, and the predetermined charge is charged in the allowable energization time measuring capacitor 71 at the timing when the predetermined allowable energization time is reached.
  • the voltage Vout across the capacitor 71 reaches the first switch operating voltage.
  • the voltage Vout between both ends of the allowable energization time measuring capacitor 71 is the gate of the first switching element 72 (corresponding to the first switch means whose state is switched based on the achievement of the operating condition in which the igniter 3 can be determined to be in an abnormal state).
  • the first switching element 72 When applied between the source and the applied voltage reaches the first switch operating voltage, the first switching element 72 is turned on, and a current flows from the drain to which the DC voltage VCC is applied to the source.
  • the first switching element 72 in this embodiment uses an electronic device having the same characteristics as the bypass switching element 6 (for example, an N-channel type MOSFET having the same GS voltage Vgs for switching operation).
  • the GS voltage Vgs at which the switching device 6 is turned on is made equal to the first switch operating voltage.
  • the gate side line of the first switching element 72 has a second switching element 73 (a bypass switching signal for switching the state based on the switching of the state of the first switch means and turning on the bypass switch means).
  • the second switching element is connected to a base and a collector from the DC power supply VCC while the first switching element 72 is off. 73 is in the on state, but based on the switching of the first switching element 72 from off to on, the base current of the second switching element 73 is reduced, and the second switching element 73 is in the off state. Switches.
  • the gate input line of the bypass switching element 6 is connected to the collector side line of the second switching element 73, and the gate current does not flow while the second switching element 73 is on.
  • a first switch operating voltage supply line 75 is connected to the collector side line of the second switching element 73 with a rectifier diode 74 inserted in the forward direction toward the gate input line of the first switching element 72.
  • the bypass switching element 6 is turned on, the bypass circuit 5 is closed, the current flowing to the ignition coil 1 and the igniter 3 is limited, and no overcurrent flows to the current detection resistor 41, the first switching element 72 Since the GS voltage is held at the first switch operating voltage, the second switching element 73 is held in the off state, the bypass switching element 6 is also held in the on state, and the bypass circuit 5 is not opened. Until the blade fuse 12 or the safety circuit 13 is activated to ensure safety, a current can be passed to the ground via the bypass circuit 5.
  • the first switch operation for connecting the portion having the same potential as the gate input line of the bypass switching element 6 and the gate input line of the first switching element 72 is performed.
  • the configuration of the operating condition holding means is not limited to the circuit configuration described above, and the first switch operating voltage is supplied to the gate of the first switching element 72 in conjunction with the ON operation of the bypass switching element 6.
  • a separate circuit may be provided.
  • the circuit configuration described above has an advantage that the first switch operating voltage can be supplied to the gate of the first switching element 72 in an interlocking manner with the ON operation of the bypass switching element 6.
  • the protection device 7 to which the DC power supply VCC is supplied continues the bypass switching signal. Since the output is made to the switching element 6, the bypass circuit 5 is kept in the closed state, and it is possible to know from the closed state of the bypass circuit 5 that the igniter 3 is abnormal and the protective device 7 is activated.
  • the protection device 7 can be configured with only components such as a resistor, a capacitor, a transistor, and a diode without using a comparator like the protection device 4 in the ignition device for an internal combustion engine according to the reference embodiment described above, There is also an advantage that the mounting space can be reduced.
  • the igniter 3, the protection device 7, the bypass switching element 6, the bypass circuit 5, and the safety circuit 13 are integrally provided in the main body of the ignition coil 1.
  • the present invention is not limited to this, and each may be configured separately or integrated in an appropriate combination.
  • the protective device 7 and the like are configured so as to be attached to the outside of the ignition coil 1 as a single unit, it can be easily detached without changing the structure of the conventional ignition coil 1. It becomes a high quality thing.
  • the safety circuit 13, the bypass circuit 5, and the bypass switching element 6 are provided for each ignition coil, and only in the ignition coil 1 corresponding to the igniter 3 in which an abnormality is detected. The safety circuit 13 is activated, but is not limited to this.
  • a safety circuit 13, a bypass circuit 5, and a bypass switching element 6 are provided between a common GND harness that bundles all cylinders of an ignition coil installed for each cylinder of an internal combustion engine and a GND ground.
  • a safety circuit 13, a bypass circuit 5, and a bypass switching element 6 are provided between a GND harness and a GND ground for each common group in which two or three ignition coils installed for each cylinder of the internal combustion engine are bundled.

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Abstract

　イグナイタの異常時に速やかに過電流を遮断し、点火コイル巻線間の短絡等に起因する過電流による異常発熱を防止でき、安全性の高い内燃機関用点火装置を提供する。　点火コイル１の一次巻線１ａからイグナイタ３のパワートランジスタ３１を過電流が許容通電時間を超えて流れると、保護装置７の第１スイッチング素子７２がオンに、第２スイッチング素子７３がオフに、バイパス用スイッチング素子６がオンになることで、安全回路１３から点火コイル１を経由せずにＧＮＤへ至るバイパス回路５が閉じ、第１スイッチ作動電圧供給ライン７５からの給電により第１スイッチング素子７２がオン状態に保持され、ブレードフューズ１２もしくは安全回路１３が動作する前にバイパス回路５が開くことを防ぐ。

Description

内燃機関用点火装置
　本発明は、エンジンコントロールユニットから出力される点火信号に応じて、点火コイルの一次コイルに流れる一次電流を通電・遮断制御し、二次コイルに高電圧を発生させるイグナイタを備える内燃機関用点火装置に関する。
　内燃機関用点火装置は、エンジンの各気筒ごとに配置され、絶縁ケース内に、一次コイル、この一次コイルの外側に配設される二次コイル、この二次コイルおよび一次コイルを磁気的に結合する鉄心からなる点火コイルと、この点火コイルの一次コイルに流れる一次電流を制御するパワートランジスタを備えるイグナイタと、を収容したユニット状に構成される。
　そして、従来の内燃機関用点火装置には、ある規定以上の電流がパワートランジスタに流れるのを防ぐ過電流保護回路や、パワートランジスタの過熱を検知して、ある規定以上の温度に達したときに電流を遮断する過熱保護回路といった自己保護回路を付加し、点火コイルが異常発熱により熱破壊するのを防ぐようにしたものがある（例えば、特許文献１を参照）。また、通常、車輌側には、バッテリ電源を点火コイルに供給する電源ラインにブレードヒューズを付加しており、点火コイルが短絡故障した際の過電流を遮断するように安全対策が施されている。
特開２００１−２４８５２９号公報
　しかしながら、上記特許文献１に記載された発明におけるイグナイタの自己保護回路や、車輌側に設けられるブレードフューズは、あくまでもイグナイタ自身が正常な状態であることを前提としており、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）からの点火信号が連続ＯＮ状態となったり、点火コイルの巻線部が異常発熱により絶縁被膜が溶融して短絡するなど、イグナイタ以外の部分でなんらかの異常が起きた場合にのみ、保護機能が正常に働いて回路を遮断するものである。
　例えば、イグナイタの駆動素子であるパワートランジスタのコレクタ−エミッタ間が外部サージ等の何らかの要因で故障し、短絡した場合や、その他のイグナイタ制御回路内で素子間短絡が生じた場合、イグナイタ自身が正常に機能していないので、イグナイタのパワートランジスタに流れる電流の制御（過電流の制限、及び電流の遮断）が不可能となる。この場合、点火コイルに電流が断続的に流れ、点火コイル巻線表面の絶縁皮膜が異常発熱により溶融し、点火コイル巻線間が短絡する可能性があり、その結果、点火コイル巻線が有する抵抗成分が無くなり、バッテリ−ＧＮＤ間がデッドショートする形となるので、過大な電流が流れて、点火コイル内部が異常発熱し、点火コイルは溶損、発煙に至る。最悪の場合は発火する可能性もある。
　このような状況になると、通常は車輌側に設けられているブレードヒューズが溶断して過電流は遮断されることになる。しかしながら、点火コイル巻線の抵抗成分が無くならずに、車輌側のブレードヒューズが溶断しないような低い電流が流れ続けるような場合には、点火コイルの発煙が長時間にわたって継続する状態に陥る。
　また、車輌側のブレードヒューズとは別に、内燃機関用点火装置内部に安全回路（ヒューズ素子等）を設けておいたとしても、溶融による巻線間短絡が生じた点火コイル巻線の抵抗成分の大きさによっては、安全回路に流れる電流が変動するため、その安全回路による回路の切断が適切に行われない可能性がある。したがって、内燃機関用点火装置内部に設ける安全回路の溶断特性の選定次第で、回路遮断が適正に行われなかったり、逆に判定条件がシビアすぎて誤作動による回路遮断が起きたりする可能性があるため、想定され得る全ての条件下で確実に点火コイルの溶損、発煙を防止するための安全回路を実現することは非常に困難である。
　そこで、本発明は、イグナイタの異常時に確実かつ速やかに過電流を遮断し、点火コイル巻線間の短絡等に起因する過電流による異常発熱を防止でき、安全性の高い内燃機関用点火装置の提供を目的とする。
　上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、エンジンコントロールユニットから出力される点火信号に応じて、点火コイルの一次コイルに流れる一次電流を通電・遮断制御し、二次コイルに高電圧を発生させるイグナイタを備える内燃機関用点火装置において、電源から点火コイルに流れる電流の経路の中に設けられ、過電流が生じたときに回路を遮断する安全回路と、前記安全回路から点火コイルを経由せずにＧＮＤへ至るバイパス回路と、前記バイパス回路の途中に設けられ、回路の開閉を切り換えるバイパス用スイッチ手段と、前記イグナイタに異常が生じた蓋然性の高い状態として予め定めたイグナイタ異常状態になると、常時は開状態にある前記バイパス用スイッチ手段を閉じさせてバイパス回路を機能させる保護装置と、を設け、前記保護装置は、前記イグナイタが異常状態と判断できる作動条件が達成されることに基づいて状態が切り換わる第１スイッチ手段と、前記第１スイッチ手段の状態が切り換わることに基づいて状態が切り換わり、前記バイパス用スイッチ手段をオンにするバイパス切換信号を出力させる第２スイッチ手段と、前記第２スイッチ手段の状態が切り換わってバイパス切換信号が出力されることと連動して、前記第１スイッチ手段の状態を切り換えるための作動条件を保持する作動条件保持手段と、を備えるようにしたことを特徴とする。
　また、請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載の内燃機関用点火装置において、前記保護装置は、前記一次コイルに過電流が流れる状態が、予め定めた許容通電時間を超えることを前記第１スイッチ手段の作動条件としたことを特徴とする。
　また、請求項３に係る発明は、上記請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用点火装置において、前記安全回路、バイパス回路およびバイパス用スイッチ手段は、点火コイル１個につき１個ずつ設けるものとし、異常が検出されたイグナイタに対応する点火コイルでのみ、安全回路を作動させるようにしたことを特徴とする。
　また、請求項４に係る発明は、上記請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用点火装置において、前記安全回路、バイパス回路およびバイパス用スイッチ手段は、内燃機関の気筒毎に設置される点火コイルの全ての気筒を束ねた共通のＧＮＤハーネスとＧＮＤ接地間に設けるものとし、何れか一つの気筒に設置される点火コイルのイグナイタに異常が生じた際には、当該気筒と束ねられた全ての気筒で通電が遮断されるようにしたことを特徴とする。
　また、請求項５に係る発明は、上記請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用点火装置において、前記安全回路、バイパス回路およびバイパス用スイッチ手段は、内燃機関の気筒毎に設置される点火コイルの２個又は３個を束ねた共通グループ毎のＧＮＤハーネスとＧＮＤ接地間に設けるものとし、共通グループ内の何れか一つの気筒に設置される点火コイルのイグナイタに異常が生じた際には、当該気筒と束ねられた共通グループ内全ての気筒で通電が遮断されるようにしたことを特徴とする。
　請求項１に係る発明によれば、電源から点火コイルに流れる電流の経路の中に設けられ、過電流が生じたときに回路を遮断する安全回路と、前記安全回路から点火コイルを経由せずにＧＮＤへ至るバイパス回路と、前記バイパス回路の途中に設けられ、回路の開閉を切り換えるバイパス用スイッチ手段と、前記イグナイタに異常が生じた蓋然性の高い状態として予め定めたイグナイタ異常状態になると、常時は開状態にある前記バイパス用スイッチ手段を閉じさせてバイパス回路を機能させる保護装置と、を設け、前記保護装置は、前記イグナイタが異常状態と判断できる作動条件が達成されることに基づいて状態が切り換わる第１スイッチ手段と、前記第１スイッチ手段の状態が切り換わることに基づいて状態が切り換わり、前記バイパス用スイッチ手段をオンにするバイパス切換信号を出力させる第２スイッチ手段と、前記第２スイッチ手段の状態が切り換わってバイパス切換信号が出力されることと連動して、前記第１スイッチ手段の状態を切り換えるための作動条件を保持する作動条件保持手段と、を備えるようにしたので、イグナイタに異常が生じたときには、保護装置によってバイパス用スイッチ手段をオンにしてバイパス回路を機能させ、点火コイルおよびイグナイタに流れる過電流を速やかに遮断し、その後もバイパス回路が閉じた状態を保持して、点火コイルやイグナイタに再び過電流が流れることを防ぎ、点火コイル巻線間の短絡等に起因する過電流による異常発熱を防止でき、安全性の高い内燃機関用点火装置となる。
　また、請求項２に係る発明によれば、前記保護装置は、前記一次コイルに過電流が流れる状態が、予め定めた許容通電時間を超えることを前記第１スイッチ手段の作動条件としたので、許容通電時間を超えて一次コイルに過電流が流れ続けて異常発熱や発火が生じる前にバイパス回路を機能させることができる。
　また、請求項３に係る発明によれば、前記安全回路、バイパス回路およびバイパス用スイッチ手段は、点火コイル１個につき１個ずつ設けるものとし、異常が検出されたイグナイタに対応する点火コイルでのみ、安全回路を作動させるようにしたので、異常のある点火コイルへの通電のみを選択的に遮断できる。
　また、請求項４に係る発明によれば、前記安全回路、バイパス回路およびバイパス用スイッチ手段は、内燃機関の気筒毎に設置される点火コイルの全ての気筒を束ねた共通のＧＮＤハーネスとＧＮＤ接地間に設けるものとし、何れか一つの気筒に設置される点火コイルのイグナイタに異常が生じた際には、当該気筒と束ねられた全ての気筒で通電が遮断されるようにしたので、接続するハーネスで纏められた全気筒の点火コイルへの通電が遮断される。
　また、請求項５に係る発明によれば、前記安全回路、バイパス回路およびバイパス用スイッチ手段は、内燃機関の気筒毎に設置される点火コイルの２個又は３個を束ねた共通グループ毎のＧＮＤハーネスとＧＮＤ接地間に設けるものとし、共通グループ内の何れか一つの気筒に設置される点火コイルのイグナイタに異常が生じた際には、当該気筒と束ねられた共通グループ内全ての気筒で通電が遮断されるようにしたので、接続するハーネスで纏められた共通グループに含まれる全気筒の点火コイルへの通電が遮断されるが、他のグループの点火コイルへの通電は継続される。
　図１は、保護装置を設けた内燃機関用点火装置の参考形態を示す概略構成図である。
　図２は、本発明に係る内燃機関用点火装置の実施形態を示す概略構成図である。
　次に、添付図面に基づいて、本発明に係る内燃機関用点火装置の実施形態を詳細に説明する。
　なお、本発明の実施形態の説明に先立ち、イグナイタの異常時に速やかに過電流を遮断できる保護装置を備えた内燃機関用点火装置の参考形態を図１に基づき、説明する。
　内燃機関用点火装置の概略は、図１に示すように、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）からの点火信号に応じて、点火コイル１の一次コイル１ａに流れる一次電流の通電・遮断を制御するイグナイタ３を備え、このイグナイタ３の通電制御により、車輌バッテリー１１からブレードフューズ１２および安全回路１３を介して一次コイル１ａへ流れる電流を制御し、鉄心を介して磁気結合する二次コイル１ｂの誘起電力を制御し、点火プラグ２の放電ギャップに電気火花を発生させる。
　ここで、内燃機関用点火装置は、例えば、点火コイル１の筐体内にイグナイタ３等を一体に設けると共に、溶断による不可逆性のヒューズ素子やＰＴＣサーミスタ等の電流遮断素子から構成する安全回路１３も点火コイル１やイグナイタ３と一体に設け、内燃機関用点火装置をユニット化すれば、内燃機関用点火装置としての利便性が高いものとなる。無論、これらを別体として構成しても良い。
　なお、安全回路１３は、車輌側に取り付けられているブレードヒューズ１２の定格電流と同等、ないしはそれ以下とすることにより、ブレードヒューズ１２が溶断するよりも先に安全回路１３が動作する特性にしておくことが望ましい。
　上記イグナイタ３はパワートランジスタ３１を備え、エンジンコントロールユニットからの点火信号に応じてコレクタ−エミッタ間の通電・遮断が制御され、パワートランジスタ３１のＯＮ時には、車輌バッテリ１１から点火コイル１の一次巻線１ａを通り、イグナイタ３のパワートランジスタ３１からＧＮＤまで電流が流れるので、この電流を監視すれば、一次コイル１ａに過電流が流れているか否かを検出できる。
　そこで、保護装置４の電流検出用抵抗４１をパワートランジスタ３１と接地間の電流経路に配設し、一次コイル１ａからイグナイタ３に流れる電流を常時監視する。イグナイタ３の内部回路がなんらかの原因で短絡故障した場合、車輌バッテリ１１から一次コイル１ａを通って電流が断続的に流れることとなる。この断続的な電流が電流検出抵抗４１を通ることで電流検出抵抗両端に電圧が発生するので、この電圧を過電流検出用コンパレータ４２のＶｉｎ＋に入力させる。一方、過電流検出用コンパレータ４２のＶｉｎ−には、過電流判定の基準となる基準電圧Ｖｒｅｆ１を入力させておき、Ｖｉｎ＋がＶｉｎ−を上回ると過電流検出用コンパレータ４２の出力電圧が反転（例えば、ＬレベルからＨレベルに変化）するので、これを過電流検出信号とする。
　上記のようにして過電流検出用コンパレータ４２より過電流検出信号が出力されると、計時用コンデンサ４３の充電が始まる。この計時用コンデンサ４３に規定の電荷が充電されるまでの期間が許容通電時間となり、計時用コンデンサ４３の定数によって、許容通電時間を任意に設定することができる。そして、計時用コンデンサ４３への充電が進むと許容通電時間判定用コンパレータ４４のＶｉｎ＋に入力される電圧が、Ｖｉｎ−に入力される基準電圧Ｖｒｅｆ２を上回り、許容通電時間判定用コンパレータ４４の出力電圧が反転（例えば、ＬレベルからＨレベルに変化）し、これをバイパス切換信号として用いることができる。
　また、本参考形態に係る内燃機関用点火装置は、上述した安全回路１３から点火コイル１を経由せずにＧＮＤへ至るバイパス回路５を設けてあり、このバイパス回路５の途中には、当該回路の開閉を切り換えるバイパス用スイッチ手段としてのバイパス用スイッチング素子６（例えば、バイポーラトランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、ＭＯＳ−ＦＥＴ、サイリスタ等の半導体素子）を設けてある。このバイパス用スイッチング素子６は常時は開いており、上記許容通電時間判定用コンパレータ４４からのバイパス切換信号が入力されることによりＯＮ動作してバイパス回路５を閉じるのである。なお、バイパス回路５を開閉するバイパス用スイッチ手段は、半導体素子に限らず、機械式リレー等を用いても良い。
　ここで、本参考形態に係る内燃機関用点火装置において、通常は、点火コイル１の一次巻線１ａからイグナイタ３のパワートランジスタ３１を電流が流れているが、過電流検出手段４および過電流通電時間監視手段５よりなる保護装置４によりイグナイタ３の異常状態（一次コイル１ａに過電流が許容時間を超えて流れた状態）が判定されると、バイパス切換信号によってバイパス用スイッチング素子６が閉じることにより、バイパス回路５からＧＮＤへ電流が流れる経路に切り換えられ、許容時間を超える過電流によって点火コイル１の巻線が異常発熱し、溶損したり発煙したりするのを防ぐことができる。
　しかしながら、バイパス用スイッチング素子６がＯＮ動作してバイパス回路５が機能すると、車輌バッテリー１１から点火コイル１の一次巻線１ａを経てイグナイタ３のパワートランジスタ３１から電流検出用抵抗４１を流れていた電流が低減されるため、過電流検出用コンパレータ４２のＶｉｎ＋入力がＶｉｎ−入力値を下回り、過電流検出用コンパレータ４２の出力Ｖｏｕｔが反転（例えば、ＨレベルからＬレベルに変化）し、計時用コンデンサ５１の放電が始まるので、いずれは許容通電時間判定用コンパレータ５２のＶｉｎ＋入力がＶｉｎ−入力値を下回り、許容通電時間判定用コンパレータ５２の出力Ｖｏｕｔが反転（例えば、ＨレベルからＬレベルに変化）し、バイパス用スイッチング素子６へバイパス切換信号が入力されなくなって、バイパス回路５が遮断されることとなる。
　上述したようにバイパス回路５が閉じてから再び開くまでの間に、ブレードフューズ１２もしくは安全回路１３が車輌バッテリー１１から点火コイル１への給電路を遮断できなかった場合、バイパス回路５が再び開いて点火コイル１の二次コイル１ａへ再び電流が流れ、改めて保護装置４によるバイパス回路５の閉動作が実行されるものの、ブレードフューズ１２もしくは安全回路１３が給電路を溶断できない限り、同じ事の繰り返しとなって、点火コイル１やイグナイタ３へ間歇的に過電流が流れることになる。
　そこで、本発明に係る内燃機関用点火装置においては、バイパス回路５が閉じて点火コイル１やイグナイタ３への過電流が阻止された後、電流検出用抵抗４１を流れる電流が低減されても、再びバイパス回路５が開くことが無いようにした。
　以下、本発明に係る内燃機関用点火装置の実施形態を図２に基づいて説明する。なお、上述した参考形態と同様の構成には、同一符号を付して説明を省略する。
　本実施形態の内燃機関用点火装置が備える保護装置７は、パワートランジスタ３１と接地間の電流経路に配設した電流検出用抵抗４１と並列に、適宜な調整用抵抗を介して許容通電時間計時用コンデンサ７１を接続することで、一次コイル１ａに過電流が流れている状態が予め定めた許容通電時間を超える作動条件の成立可否を検知できるようにした。
　すなわち、イグナイタ３の内部回路がなんらかの原因で短絡故障した場合、車輌バッテリ１１から一次コイル１ａを通って電流が断続的に流れ、この断続的な電流が電流検出抵抗４１を通ることで電流検出抵抗両端に電圧Ｖｉｎが発生し、許容通電時間計時用コンデンサ７１へ電流Ｉｃが流れ、予め定めた許容通電時間に達するタイミングで許容通電時間計時用コンデンサ７１に規定の電荷が充電され、許容通電時間計時用コンデンサ７１の両端電圧Ｖｏｕｔが第１スイッチ作動電圧に達する。
　許容通電時間計時用コンデンサ７１の両端電圧Ｖｏｕｔは、第１スイッチング素子７２（イグナイタ３が異常状態と判断できる作動条件が達成されることに基づいて状態が切り換わる第１スイッチ手段に相当）のゲート−ソース間に印加され、印加電圧が第１スイッチ作動電圧に達すると、第１スイッチング素子７２がオンとなり、直流電圧ＶＣＣが印加されているドレインからソースへ電流が流れるようになる。
　なお、本実施形態における第１スイッチング素子７２は、バイパス用スイッチング素子６と同一特性の電子デバイス（例えば、スイッチング動作するＧ−Ｓ間電圧Ｖｇｓが同じＮチャネルタイプのＭＯＳＦＥＴ）を用いるものとし、バイパス用スイッチング素子６がオンになるＧ−Ｓ間電圧Ｖｇｓと第１スイッチ作動電圧が等しくなるようにした。
　上記第１スイッチング素子７２のゲート側ラインには、第２スイッチング素子７３（第１スイッチ手段の状態が切り換わることに基づいて状態が切り換わり、前記バイパス用スイッチ手段をオンにするバイパス切換信号を出力させる第２スイッチ手段に相当）のベース入力ラインが接続されており、第１スイッチング素子７２がオフの間は、直流電源ＶＣＣから適宜な直流がベースおよびコレクタに供給されている第２スイッチング素子７３はオン状態であるが、第１スイッチング素子７２がオフからオンへ状態が切り換わることに基づいて、第２スイッチング素子７３のベース電流が低減し、第２スイッチング素子７３はオンからオフへ状態が切り換わる。
　上記第２スイッチング素子７３のコレクタ側ラインには、バイパス用スイッチング素子６のゲート入力ラインが接続されており、第２スイッチング素子７３がオンの間は、ゲート電流が流れないためにバイパス用スイッチング素子６はオフ状態であるが、第２スイッチング素子７３がオンからオフへ状態が切り換わることに基づいて、バイパス用スイッチング素子６のゲートに適宜な作動電圧が印加（バイパス切換信号が入力）され、バイパス用スイッチング素子６がオンになってバイパス回路５が閉じ、点火コイル１およびイグナイタ３へ流れる電流が制限される。
　更に、上記第２スイッチング素子７３のコレクタ側ラインには、上記第１スイッチング素子７２のゲート入力ラインに向けて順方向となる整流ダイオード７４を介挿した第１スイッチ作動電圧供給ライン７５を接続してあり、第２スイッチング素子７３がオフになってバイパス用スイッチング素子５がオンになることと連動して、第１スイッチング素子７２をオン状態に保つ作動条件（第１スイッチ作動電圧の供給）が保持される。
　すなわち、バイパス用スイッチング素子６がオンになってバイパス回路５が閉じ、点火コイル１およびイグナイタ３へ流れる電流が制限され、電流検出抵抗４１へ過電流が流れなくなっても、第１スイッチング素子７２のＧ−Ｓ間電圧が第１スイッチ作動電圧に保持されるため、第２スイッチング素子７３はオフ状態に保持され、バイパス用スイッチング素子６もオン状態に保持され、バイパス回路５が開くことはないので、ブレードフューズ１２もしくは安全回路１３が作動して安全が確保されるまで、バイパス回路５を介してアースへ電流を流すことができる。
　このように、本実施形態に係る内燃機関用点火装置においては、バイパス用スイッチング素子６のゲート入力ラインと同電位になる部位と第１スイッチング素子７２のゲート入力ラインとを接続する第１スイッチ作動電圧供給ライン７５によって、第１スイッチング素子７２のゲート入力ラインへ第１スイッチ作動電圧をフィードバックさせることで「第２スイッチ手段の状態が切り換わってバイパス切換信号が出力されることと連動して、前記第１スイッチ手段の状態を切り換えるための作動条件を保持する作動条件保持手段」としての機能を実現したのである。
　なお、作動条件保持手段の構成は、上述した回路構成に限定されるものではなく、バイパス用スイッチング素子６のオン動作と連動して第１スイッチング素子７２のゲートへ第１スイッチ作動電圧を供給する別回路を設けるようにしても良い。しかしながら、上述した回路構成であれば、バイパス用スイッチング素子６のオン動作と確実に連動させて第１スイッチ作動電圧を第１スイッチング素子７２のゲートへ供給できるという利点がある。
　また、ブレードフューズ１２もしくは安全回路１３が作動して車輌バッテリー１１から点火コイルへの給電が断たれた後も、直流電源ＶＣＣが供給されている保護装置７はバイパス切換信号を継続してバイパス用スイッチング素子６へ出力するので、バイパス回路５が閉状態を保持することとなり、このバイパス回路５の閉状態からイグナイタ３に異常が生じて保護装置７が働いたことを窺い知ることができる。
　加えて、前述した参考形態の内燃機関用点火装置における保護装置４のようにコンパレータを用いず、抵抗，コンデンサ，トランジスタ，ダイオードといった部品のみで保護装置７を構成することができるので、部品点数および搭載スペースを削減できるという利点もある。
　なお、上述した実施形態では、点火コイル１の本体内にイグナイタ３、保護装置７、バイパス用スイッチング素子６、バイパス回路５、安全回路１３を一体的に設けてユニット化する例を示したが、これに限らず、各々別体に構成したり、適宜な組み合わせで一体化しても構わない。例えば、保護装置７等を一つのユニットとして点火コイル１の外部に取り付けできるように構成しておけば、従来の点火コイル１の構造を変更することなく、容易に脱着することが可能となり、利便性の高いものとなる。
　また、上述した実施形態では、安全回路１３、バイパス回路５およびバイパス用スイッチング素子６は、点火コイル１個につき１個ずつ設けるものとし、異常が検出されたイグナイタ３に対応する点火コイル１でのみ、安全回路１３を作動させるようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、内燃機関の気筒毎に設置される点火コイルの全ての気筒を束ねた共通のＧＮＤハーネスとＧＮＤ接地間に、安全回路１３、バイパス回路５およびバイパス用スイッチング素子６を設けるものとし、何れか一つの気筒に設置される点火コイルのイグナイタに異常が生じた際には、当該気筒と束ねられた全ての気筒で通電が遮断されるようにし、接続するハーネスで纏められた全気筒の点火コイルへの通電が遮断されるようにしても良い。或いは、内燃機関の気筒毎に設置される点火コイルの２個又は３個を束ねた共通グループ毎のＧＮＤハーネスとＧＮＤ接地間に、安全回路１３、バイパス回路５およびバイパス用スイッチング素子６を設けるものとし、共通グループ内の何れか一つの気筒に設置される点火コイルのイグナイタに異常が生じた際には、当該気筒と束ねられた共通グループ内全ての気筒で通電が遮断されるようにし、接続するハーネスで纏められた共通グループに含まれる全気筒の点火コイルへの通電は遮断されるものの、他のグループの点火コイルへの通電は継続されるようにしても良い。
　以上、本発明に係る内燃機関用点火装置の実施形態を添付図面に基づいて説明したが、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない範囲で、公知既存の等価な技術手段を転用することにより実施しても構わない。
　１　　点火コイル
　１ａ　一次コイル
　１ｂ　二次コイル
　２　　点火プラグ
　３　　イグナイタ
　３１　パワートランジスタ
　４　　過電流検出手段
　５　　バイパス回路
　６　　バイパス用スイッチング素子
　７　　保護装置
　７１　許容通電時間計時用コンデンサ
　７２　第１スイッチング素子
　７３　第２スイッチング素子
　７４　ダイオード
　７５　第１スイッチ作動電圧供給ライン
１１　　車輌バッテリー
１２　　ブレードフューズ
１３　　安全回路

Claims (5)

  1. 　エンジンコントロールユニットから出力される点火信号に応じて、点火コイルの一次コイルに流れる一次電流を通電・遮断制御し、二次コイルに高電圧を発生させるイグナイタを備える内燃機関用点火装置において、
    　電源から点火コイルに流れる電流の経路の中に設けられ、過電流が生じたときに回路を遮断する安全回路と、
    　前記安全回路から点火コイルを経由せずにＧＮＤへ至るバイパス回路と、
    　前記バイパス回路の途中に設けられ、回路の開閉を切り換えるバイパス用スイッチ手段と、
    　前記イグナイタに異常が生じた蓋然性の高い状態として予め定めたイグナイタ異常状態になると、常時は開状態にある前記バイパス用スイッチ手段を閉じさせてバイパス回路を機能させる保護装置と、
    　を設け、
    　前記保護装置は、
    　前記イグナイタが異常状態と判断できる作動条件が達成されることに基づいて状態が切り換わる第１スイッチ手段と、
    　前記第１スイッチ手段の状態が切り換わることに基づいて状態が切り換わり、前記バイパス用スイッチ手段をオンにするバイパス切換信号を出力させる第２スイッチ手段と、
    　前記第２スイッチ手段の状態が切り換わってバイパス切換信号が出力されることと連動して、前記第１スイッチ手段の状態を切り換えるための作動条件を保持する作動条件保持手段と、
    　を備えるようにしたことを特徴とする内燃機関用点火装置。
  2. 　前記保護装置は、前記一次コイルに過電流が流れる状態が、予め定めた許容通電時間を超えることを前記第１スイッチ手段の作動条件とした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. 　前記安全回路、バイパス回路およびバイパス用スイッチ手段は、点火コイル１個につき１個ずつ設けるものとし、異常が検出されたイグナイタに対応する点火コイルでのみ、安全回路を作動させるようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用点火装置。
  4. 　前記安全回路、バイパス回路およびバイパス用スイッチ手段は、内燃機関の気筒毎に設置される点火コイルの全ての気筒を束ねた共通のＧＮＤハーネスとＧＮＤ接地間に設けるものとし、何れか一つの気筒に設置される点火コイルのイグナイタに異常が生じた際には、当該気筒と束ねられた全ての気筒で通電が遮断されるようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用点火装置。
  5. 　前記安全回路、バイパス回路およびバイパス用スイッチ手段は、内燃機関の気筒毎に設置される点火コイルの２個又は３個を束ねた共通グループ毎のＧＮＤハーネスとＧＮＤ接地間に設けるものとし、共通グループ内の何れか一つの気筒に設置される点火コイルのイグナイタに異常が生じた際には、当該気筒と束ねられた共通グループ内全ての気筒で通電が遮断されるようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用点火装置。
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