JP2004316469A - 内燃機関用点火装置およびそのイグナイタ - Google Patents
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Abstract
【課題】異常時の誤点火等を抑止できると共に小型化や低コスト化を図れる内燃機関用点火装置を提供する。
【解決手段】本発明の内燃機関用点火装置Ｓは、ＩＧＢＴ（スイッチイング素子ＳＷ）と、このＩＧＢＴを流れる一次電流を所定値内に制限する電流制限回路１と、点火プラグＰの火花放電が生じる程度にＩＧＢＴのゲート電圧を急減させるゲート電圧急減回路２と、イグナイタＩまたは電子制御装置９の異常状態を検出して異常検出信号を出力する異常検出回路６と、異常検出時にゲート電圧の供給を遮断するゲート電圧供給遮断回路４２と、点火プラグの火花放電が生じない程度にＩＧＢＴに充電されたゲート容量電荷を放電させてゲート電圧を緩減する放電回路４１を有するゲート電圧緩減回路３と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の内燃機関用点火装置Ｓは、ＩＧＢＴ（スイッチイング素子ＳＷ）と、このＩＧＢＴを流れる一次電流を所定値内に制限する電流制限回路１と、点火プラグＰの火花放電が生じる程度にＩＧＢＴのゲート電圧を急減させるゲート電圧急減回路２と、イグナイタＩまたは電子制御装置９の異常状態を検出して異常検出信号を出力する異常検出回路６と、異常検出時にゲート電圧の供給を遮断するゲート電圧供給遮断回路４２と、点火プラグの火花放電が生じない程度にＩＧＢＴに充電されたゲート容量電荷を放電させてゲート電圧を緩減する放電回路４１を有するゲート電圧緩減回路３と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異常時の内燃機関の誤点火等を抑止できる内燃機関用点火装置およびそのイグナイタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンやアルコール等を燃料とする火花点火内燃機関（以下、適宜単に「エンジン」という。）の場合、点火コイルの二次コイルに高電圧を発生させ、その高電圧を点火プラグに印加することで、点火プラグのギャップ間に火花放電を生じさせる。この火花放電によって、燃焼室内の混合圧縮気は点火、爆発燃焼をする。この際、点火プラグの放電時期つまり点火時期（点火タイミング）は、内燃機関の性能を大きく左右するため、内燃機関の回転数等に応じて正確に制御されている。
【０００３】
しかし、例えば、その点火時期を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）等に異常等が生じて、点火信号が長時間（例えば、数秒）継続するような場合、点火時期の正確な制御が不能となる。このため、内燃機関の混合気は誤点火によって誤爆等を生じ、内燃機関等の損傷を招き得る。
このような混合気の誤爆が生じないとしても、点火信号が長時間継続するような場合、点火コイルの一次コイルやその駆動装置（イグナイタ）は、大電流が長時間流れることによって過熱される。このような過熱は機器の損傷や熱暴走の要因となり得る。
そこで、このような異常状態が生じた場合の対応策として、例えば、下記の特許文献１または特許文献２に関連した開示がなされている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２８４１５号公報
【特許文献２】
特開２００２−４９９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１の場合、点火信号が長期間連続する異常時には、一次電流を制御するスイッチイング素子（パワートランジスタ）の駆動信号をいきなりアースに引込んでいる。これにより、一次電流を遮断して、そのスイッチイング素子等の発熱を抑制している。しかし、このようにすると、結局、一次電流を急激に遮断する結果、二次コイルに高電圧が生じて点火プラグに火花放電が生じ得る。このため、内燃機関の誤点火を確実に抑止することはできない。
【０００６】
上記特許文献２の場合、この特許文献１の欠点を補うべく、上記異常検出時には、パワートランジスタの１種であるＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ：ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を低速オフ動作させて、二次コイルに高電圧を発生させず、点火プラグの火花放電を抑止して内燃機関の誤点火を確実に防止している。このＩＧＢＴの低速オフ動作は、一次電流の電流制限回路を構成するコンパレータの基準電圧を緩やかに低減させることで達成されている。しかし、この特許文献２の場合、その基準電圧の低減に際して、コンデンサの緩放電を利用している。このため、コンデンサが必須素子とされている。しかし、軽薄短小化や低コスト化の要請下、大きなスペースを要するコンデンサを別途配設するのは好ましくない。また、そのようなコンデンサを１チップ化することも難しい。また、一次電流制御値を低減するに従い、１次電流値が発振し易くなるが、それを防止することも難しい。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、点火信号が連続する異常時等でも、内燃機関の誤点火やイグナイタ等の過熱等を抑止でき、さらなるコンパクト化や低コスト化を図れる内燃機関用点火装置およびそのイグナイタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、点火信号が連続等する異常時には、一次電流を制御するスイッチイング素子のゲート電圧の供給を遮断し、そのゲート容量電荷を放電させることで、そのゲート電圧を低減させて、一次電流を緩やかに減少させることを思いつき、本発明を完成するに至った。
【０００９】
（内燃機関用点火装置）
すなわち、本発明の内燃機関用点火装置は、直流電源と、該直流電源から電力供給を受けて一次電流が流れる一次コイルと該一次電流の時間変化率に応じて高電圧を発生し得る二次コイルとを有する点火コイルと、該点火コイルの二次コイルから高電圧が印加されて内燃機関の燃焼室内で火花放電をする点火プラグと、該点火プラグの火花放電を生じさせるために該一次コイルの一次電流をスイッチイング制御するイグナイタと、該イグナイタに内燃機関の点火時期に応じた点火信号を出力する電子制御装置（ＥＣＵ）とを備える内燃機関用点火装置において、
前記イグナイタは、印加されるゲート電圧に応じて前記一次電流を変化させ得るスイッチイング素子と、該スイッチイング素子を流れる一次電流を所定値内に制限する電流制限回路と、該点火プラグの火花放電が生じる程度に該スイッチイング素子のゲート電圧を急減させるゲート電圧急減回路と、前記イグナイタまたは前記電子制御装置の異常状態を検出して異常検出信号を出力する異常検出回路と、該点火プラグの火花放電が生じない程度に該スイッチイング素子に充電されたゲート容量電荷を放電させて該ゲート電圧を緩減する放電回路と該異常検出回路による異常状態の検出時にゲート電圧の供給を遮断するゲート電圧供給遮断回路とを有するゲート電圧緩減回路と、を備えることを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
本発明の内燃機関用点火装置（以下、適宜単に「点火装置」という。）では、異常時に一次電流を緩やかに減少させているので、それ以降、内燃機関内の混合気が誤点火によって誤爆等されることがない。従って、内燃機関の保護や騒音低減が図れる。
【００１１】
本発明の場合、この一次電流の緩減のために、ゲート電圧緩減回路を設けた。ゲート電圧緩減回路は、スイッチイング素子のゲート電圧を緩減させることで一次電流を変化させるものであるが、従来のように、一次電流の電流制御値を緩減させる基準電圧を作るためのコンデンサに充電された電荷を緩放電させるのではなく、スイッチイング素子に自然と蓄えられたゲート容量電荷を緩放電させるものである。従って、本発明の場合、大きなスペースを占有するコンデンサ等を設ける必要がなく、イグナイタひいいては点火装置の小型化や低コスト化を図ることが可能となる。
【００１２】
具体的には、ゲート電圧供給遮断回路は、異常検出回路からの検出信号によって、ゲート電圧の供給を遮断するものである。放電回路は、例えば、比較的大きな抵抗値をもつ放電用抵抗や比較的小さい放電電流を一定に保持する定電流回路等で構成できる。さらに、放電回路は微小な電流しか流さない為、正常作動時も常に放電させた状態にしておいても正常動作には全く影響しない。但し、放電回路は異常検出回路からの異常信号によって放電回路を作動させる放電作動回路を構成したものでもよい。
上記ゲート電圧緩減回路による放電速度や放電時間等は、放電用抵抗の抵抗値等によって調整可能である。例えば、その抵抗値を大きくする程、緩慢な放電がなされる。
【００１３】
しかし、ゲート容量電荷の放電があまりにも緩慢であると、ゲート電圧供給遮断回路作動後、当初、上記スイッチイング素子に大きな電流を流すのに十分なゲート電圧が印加されている為、大きな一次電流が長時間流れることとなる。このため、上記スイッチイング素子での発熱量が増え、スイッチイング素子が過熱され易くなる。特に、その発熱量は電流値の２乗に比例するため、ゲート電圧緩減回路の作動開始直後で一次電流の大きい状態が長時間継続すると、上記発熱量は非常に大きくなってしまう。従って、ゲート電圧供給遮断回路作動後直後に、上記スイッチイング素子のゲート電圧を、点火プラグの火花放電が生じない範囲内の一次電流変化になる電圧に急減させておくのが好ましい。
【００１４】
このようなことから、前記ゲート電圧緩減回路は、さらに、前記ゲート電圧供給遮断回路作動前の初期ゲート電圧から該初期ゲート電圧よりも低い中間ゲート電圧へ、前記点火プラグの火花放電が生じない範囲内で急速に前記ゲート電圧を移行させるゲート電圧移行回路と、該ゲート電圧移行回路を前記異常検出回路からの異常検出信号の入力によって作動させる移行作動回路とを有すると好適である（請求項２）。
【００１５】
この場合、ゲート電圧供給遮断回路作動後、ゲート電圧移行回路の作動によって、ゲート電圧は初期ゲート電圧から中間ゲート電圧へ急速に低減される。このため、前記ゲート電圧緩減回路は、より低い中間ゲート電圧からゲート容量電荷を緩放電させることが可能となる。その結果、大きな一次電流は極短時間しか流れず、その分、スイッチイング素子で生じる発熱量も低減される。
【００１６】
なお、ゲート電圧移行回路による初期ゲート電圧から中間ゲート電圧への移行速度は、その回路のインピーダンス等によって調整すれば良い。また、上記中間ゲート電圧は電流制御回路が作動している時の、ゲート電圧付近が好ましい。この場合、上記放電回路の作動に伴うゲート電圧の低下に対応して、一次電流がほぼ応答遅れなしに低減を開始する。よって、一次電流の低減応答性が優れる分、スイッチイング素子で生じる発熱量も抑制される。
【００１７】
さらに、上記ゲート電圧移行回路は、異常検出回路によって異常状態が検出された場合に作動させるのみならず、正常時にも作動させて利用することが可能である。例えば、正常時に一次電流を制限するためにも利用できる。
すなわち、前記電流制限回路は、検出された前記一次電流が所定値に到達すると、前記ゲート電圧を低減させるゲート電圧低減信号を出力する低減信号出力回路を備え、前記移行作動回路は、該低減信号出力回路からのゲート電圧低減信号と前記異常検出回路からの異常検出信号とが並列的に入力可能とされており、該ゲート電圧低減信号が入力されたときに前記ゲート電圧移行回路を作動させて該ゲート電圧を前記中間ゲート電圧まで低減させるものであると好適である（請求項３）。
【００１８】
従来、電流制限回路は、一次電流が所定値に到達すると、ゲート電圧を該当ゲート電極とＧＮＤとの間に結線されたトランジタスを動作させ、一次電流を所定値内に制限していた。しかし、この場合、そのゲート電圧の変化が急激なために、一次電流が所定値に安定し難い。つまり、発振（チャタリング）を生じ得る。そこで、一次電流を所定値内に制限する際に、ゲート電圧移行回路を作動させて、ゲート電圧を初期ゲート電圧を該当ゲート電極とＧＮＤとの間に結線されたトランジタスを動作させるのではなく、該当ゲート電極と、０Ｖより大きな中間電圧間に結線されたトランジタスを動作させる。これにより、ゲート電圧の変化量が緩やかになり、このゲート電圧の変化に対応した一次電流も緩やかな変化を示す。このため、実質的に前述した一次電流の発振状態が抑止される。この際、中間ゲート電圧は電流制御目標値よりも僅かに低い電流となるゲート電圧とすると良い。これにより、一次電流は上記所定値に安定的に保持される。
【００１９】
なお、低減信号出力回路からのゲート電圧低減信号と異常検出回路からの異常検出信号とを並列的に移行作動回路へ入力可能としたことで、ゲート電圧移行回路を個別に設ける必要が無く、回路の簡素化、装置の小型化や低コスト化等を図れる。
このようなゲート電圧移行回路の一例を挙げると、前記中間ゲート電圧以下の一定電圧（Ｖｓ）を出力する定電圧回路と、前記スイッチイング素子のゲートと該定電圧回路との間に介在して該ゲートと該定電圧回路とを断続切替するＮＰＮ型トランジスタとで構成される。このとき、前記移行作動回路は、該ＮＰＮ型トランジスタをＯＮ／ＯＦＦさせる別のトランジスタ等からなるスイッチイング回路によって構成される。
【００２０】
ゲートと定電圧回路との間の断続切替にＮＰＮ型トランジスタを利用したのは、ＰＮＰ型トランジスタを使用した場合に比べて、回路の簡素化、低電圧でも安定した動作性、ゲート電圧を所定の電圧に移行させる回路の低インピーダンス化等を図り易いからである。なお、このゲート電圧移行回路の場合、ゲート電圧（Ｖｇ）は、定電圧回路の一定電圧（Ｖｓ）とＮＰＮ型トランジスタの駆動電圧（Ｖｆ）との合計電圧（Ｖｓ＋Ｖｆ）にクランプされる。すなわち、ゲート電圧がその合計電圧になると、ＮＰＮ型トランジスタが自動的にＯＦＦ状態となり、ゲート電圧がその合計電圧（Ｖｓ＋Ｖｆ）以下となることはない。
そして、ゲート電圧緩減回路が作動する際に、ゲート電圧がその合計電圧まで低下した後は、定電圧回路から放電回路へ電流が流れることもない。つまり、上記ＮＰＮ型トランジスタはダイオードとしても機能している。
【００２１】
これまでは、点火システムを構成する内燃機関用点火装置として本発明を把握した場合について説明してきたが、本発明はこれに限らず、上記構成中から該当する構成を適宜備えたイグナイタまたはそのイグナイタを一体化した点火コイル（スティックコイル）等としても把握できる（請求項５）。
【００２２】
ところで、本明細書でいうゲート容量電荷は、スイッチイング素子のゲート部分に蓄えられる電荷であり、ゲートの印加電圧とその容量（ゲート容量）とによって定る。なお、このゲート容量はコンデンサと異なり、スイッチイング素子の作動状況によって変動し、一定であるとは限らない。
スイッチイング素子は、ゲート（駆動端子）を備え、ゲート容量をもつものであればその種類を問わない。もっとも、通常、数〜十数Ａもの一次電流が流れるため、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴ等のパワー素子が一般的である。
【００２３】
異常検出回路により検出される異常状態とは、例えば、ＥＣＵの内部故障や配線等の天絡または地絡等によって点火信号が連続的に出力されるような場合である。この場合の異常検出回路は、例えばタイマー回路である。また、前記点火信号の異常やエンジンのオーバヒート等によってスイッチイング素子が過熱状態となる場合も上記異常状態の一態様である。この場合の異常検出回路は、例えば、スイッチイング素子またはその周辺の温度を検出する温度検出回路である。このようなとき、例えば、点火信号が正常であったとしても、本発明のゲート電圧緩減回路の作動によって一次電流が絞られ、スイッチイング素子等の過熱が抑制される。また、そのとき、点火プラグの火花放電が生じないために、エンジン中の混合気の誤爆等も防止され、エンジンの保護等もされる。
【００２４】
本発明の点火装置は、点火コイルの二次コイルで生じた高電圧をディストリビュータで各点火プラグに分配する形態のものでも良いし、各気筒毎に設けられた点火コイル（スティックコイル）から点火プラグに高電圧を供給する形態のものでも良い。単気筒エンジンを除き、前者の場合、点火コイルおよびイグナイタは気筒数より少なくなるが、後者の場合、点火コイルとイグナイタは一体化しているのが通常であるため、それらは気筒数と同数となる。
【００２５】
この他、本発明のイグナイタは、前記スイッチイング素子等を保護するために、直流電源の電圧が過電圧となったときにも、さらに、前記ゲート電圧を低下させるゲート電圧低減回路を別途または既存の回路に融合させて設けても良い。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態である内燃機関用点火装置（以下、「点火装置」という。）Ｓの全体ブロック図を図１に示す。
点火装置Ｓは、図１に示すように、点火プラグＰと、この点火プラグＰのプラグ端子に高電圧を印加する点火コイルＣと、その電力供給源となるバッテリＢ（直流電源）と、点火コイルＣを駆動するイグナイタＩと、このイグナイタＩに点火信号を出力する電子制御装置（ＥＣＵ）９とからなる。
【００２７】
点火コイルＣは、一次コイルＣ１と、これに同軸上に配設されて一次コイルＣ１よりも巻数の多い二次コイルＣ２と、両者の中心に配設されて磁気回路の一部を形成する鉄心コアＣ３とからなる。この点火コイルＣをより具体的にいえば、例えば、イグナイタＩを上部に一体的に備え内燃機関（エンジン）の各気筒毎に配設されるスティックコイルである。
【００２８】
ＥＣＵ９は、エンジンの回転数、燃料噴射量、水温、ノッキング等の各種検出信号を取込み、予め記憶されているマップに基づき運転状況に応じた最適な点火時期を決定して、イグナイタＩにその点火信号を出力する。
【００２９】
イグナイタＩは、点火コイルＣの一次コイルＣ１を流れる一次電流ｉを規制するスイッチイング素子ＳＷと、このスイッチイング素子ＳＷのゲートＧに印加される電圧（ゲート電圧Ｖｇ）を介して一次電流ｉを制御する、電流制限回路１、ゲート電圧急減回路２およびゲート電圧緩減回路３と、点火信号またはスイッチイング素子ＳＷの異常状態を検出する異常検出回路６と、ＥＣＵ９からの点火信号に基づき矩形波の制御信号を生成する波形成形回路７とからなる。
【００３０】
正常時は電流制限回路１とゲート電圧急減回路２とによってスイッチイング素子ＳＷが制御されており、異常時は異常検出回路６およびゲート電圧緩減回路３とによってスイッチイング素子ＳＷが制御されている。
【００３１】
次に、これらのイグナイタＩを構成する具体的な回路構成を図２に示す。
先ず、スイッチイング素子ＳＷは、ゲートＧ、エミッタＥおよびコレクタＣを備えるＩＧＢＴからなる。このコレクタＣおよびゲートＧ間には、ツェナーダイオードＤが設けてあり、一次コイルＣ１から放出された電圧をクランプしている。また、エミッタＥ側には、一次電流ｉの検出用としてシャント抵抗ｒ０（一次電流検出回路）が接続されている。
【００３２】
電流制限回路１は、このシャント抵抗ｒ０の端子電圧によって一次電流ｉを検出する。そして、この検出した端子電圧と基準電圧とを比較して、抵抗ｒ１を介してゲート電圧Ｖｇを制御する。これにより、一次電流ｉが前記所定値（例えば、１０Ａ）内に保持される。なお、この一次電流ｉの所定値は、点火プラグＰで十分な火花放電を生じさせるのに必要な点火エネルギー等から算出される。
【００３３】
ゲート電圧急減回路２は、ＮＰＮ型トランジスタｔ３からなり、そのコレクタはスイッチイング素子ＳＷのゲートＧ側に接続され、エミッタはアースに接続されている。コレクタ側の接続点は電流制限回路１と共通である。また、そのベースには波形成形回路７から、ＥＣＵ９の点火信号を反転させた制御信号が入力される。このトランジスタｔ３が制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦすることで、スイッチイング素子ＳＷのゲート電圧ＶｇはＬＯＷ／ＨＩＧＨと切り替る。そして、トランジスタｔ３がＯＦＦ→ＯＮに切り替ると、一次電流ｉが急減し、トランス効果によって二次コイルＣ２には非常に大きな高電圧（例えば、−１０〜３５ｋＶ）が発生して、点火プラグＰで火花放電が生じる。この正常時の点火信号、ゲート電圧Ｖｇ、一次電流ｉおよび二次コイルに生じる二次電圧Ｖ２の波形を図３（ａ）に示した。
【００３４】
ゲート電圧緩減回路３は、図１に示したように、放電回路４１およびゲート電圧供給遮断回路４２と、ゲート電圧移行回路５１および移行作動回路５２とからなり、異常検出回路６が異常状態を検出した時に作動する回路である。
【００３５】
放電回路４１は、一端がスイッチイング素子ＳＷのゲートＧ側に他端がアースに接続された放電用抵抗Ｒで構成される。この抵抗値は比較的大きく設定されており（例えば、１００ｋ〜５０ＭΩ）、ゲートＧに蓄えられたゲート容量電荷が緩やかに放電されるようになっている。なお、放電回路４１として、放電用抵抗Ｒの他に、定電流回路を利用したり、各回路、基板またはスイッチイング素子等のリーク電流を利用することもできる。
【００３６】
ゲート電圧供給遮断回路４２は、バッテリからのゲート電圧の供給を遮断するスイッチイング回路であり、抵抗ｒ５、ｒ６と、トランジスタｔ１、ｔ５とで構成される。
【００３７】
異常検出回路６および否定回路８１から、反転した異常検出信号がトランジスタｔ５のベースに入力されると、トランジスタｔ５はＯＦＦする。これにより、トランジスタｔ１もＯＦＦし、スイッチイング素子ＳＷのゲートＧがバッテリＢから遮断される。なお、抵抗ｒ１、ｒ３、ｒ４は、正常時にバッテリＢのバッテリ電圧Ｖｂからの電流供給を適当な電流値に制限するための抵抗である。
【００３８】
ゲート電圧移行回路５１は、一定電圧Ｖｓを出力する定電圧回路５１１と、この定電圧回路５１１とゲートＧとの間に介在し、コレクタがゲートＧ側にエミッタが定電圧回路５１１側にそれぞれ接続されたＮＰＮ型トランジスタｔ２および抵抗ｒ２とからなる。
【００３９】
移行作動回路５２は、このゲート電圧移行回路５１を作動させるスイッチイング回路であり、スイッチイング素子であるトランジスタｔ４からなる。このトランジスタｔ４には、前述した異常検出回路６および否定回路８１から出力された異常検出信号が入力される。反転した異常検出信号がそのベースに入力されると、トランジスタｔ４はＯＦＦする。これによりトランジスタｔ２がＯＮしてゲート電圧移行回路５１が作動する。その結果、ゲート電圧Ｖｇは、前記定電圧回路５１１の一定電圧Ｖｓとトランジスタｔ２のベース・エミッタ間電圧Ｖｆとの合計電圧（Ｖｓ＋Ｖｆ）以内にクランプされる。
【００４０】
異常検出回路６として、例えば、タイマー回路や温度検出回路が考えられる。タイマー回路は、異常検出信号が所定時間継続すると異常検出信号を出力する回路である。温度検出回路は、スイッチイング素子ＳＷの温度を検出する回路である。スイッチイング素子ＳＷの保護を優先する場合には、異常検出回路６を温度検出回路とすると好ましい。
【００４１】
いずれにしろ、異常状態を検出した異常検出回路６から異常検出信号が出力されると、上記ゲート電圧緩減回路３が作動する。先ず、ゲート電圧供給遮断回路により、ゲート電圧の供給が遮断される。この作動直後、前記ゲート容量電荷は主に上記ゲート電圧移行回路５１から放電される。このため、ゲート電圧Ｖｇは前記合計電圧（Ｖｓ＋Ｖｆ）付近まで急速に低下する。次に、その後、放電用抵抗Ｒによってゲート容量電荷が緩やかに放電され、ゲート電圧Ｖｇは緩やかに低下する。このときのゲート電圧Ｖｇの低下に伴って一次電流ｉも緩減していく。いずれの一次電流ｉの低減過程でも、二次コイルＣ２に発生する電圧は小さく、点火プラグＰで火花放電が生じることはない。この異常時の点火信号、ゲート電圧Ｖｇ、一次電流ｉおよび二次コイルに生じる二次電圧Ｖ２の波形を図３（ｂ）に示した。
【００４２】
なお、図３（ｂ）にも示したように、ゲート電圧移行回路５１等を設けない場合、異常状態が検出された直後から放電用抵抗Ｒによる緩やかな放電が比較的長く継続する。このため、ゲート電圧Ｖｇは、初期ゲート電圧Ｖ０から緩やかに変化し、これに対応して大きな一次電流ｉが長時間流れ、スイッチイング素子ＳＷでの発熱量もその分増大する。
【００４３】
これに対し本実施形態では、放電用抵抗Ｒによる緩やかな放電を初期ゲート電圧Ｖ０よりも低い中間ゲート電圧Ｖｍから実質的に開始する。このため、その放電中に流れる一次電流ｉが実質的に小さくなり、その流れる時間も、その放電時間に応じて短くなって、スイッチイング素子ＳＷで生じる発熱量は一層低減される。よって、耐熱性の観点からも、スイッチイング素子ＳＷの小型化や低コスト化等を図り易い。
【００４４】
（第２実施形態）
第１実施形態の一部を変更した本発明の第２実施形態である点火装置Ｓの全体回路図を図４に示す。第１実施形態と同じ部材には同じ符号を付して示し、それらの詳細な説明は省略する。
【００４５】
本実施形態の場合、第１実施形態の電流制限回路１を、コンパレータ１１と基準電圧Ｖｒをもつ基準電源１２とからなる低減信号出力回路としたものである。この低減信号出力回路は、コンパレータ１１が検出したシャント抵抗ｒ０の端子電圧と基準電圧Ｖｒとを比較して、その端子電圧が基準電圧Ｖｒよりも大きい場合（一次電流ｉが所定以上に流れている場合）に、コンパレータ１１からゲート電圧低減信号を出力するものである。
【００４６】
このゲート電圧低減信号は、ＯＲ回路８２と否定回路８３とを介して前述したトランジスタｔ４のベースに入力される。なお、ＯＲ回路８２には、反転前の異常検出信号も並列的に入力されている。
【００４７】
そして、トランジスタｔ４にこのゲート電圧低減信号の反転信号が入力されると、第１実施形態の場合と同様にトランジスタｔ４がＯＦＦし、ゲート電圧移行回路５１が作動する。これにより、ゲート電圧Ｖｇが前記合計電圧（Ｖｓ＋Ｖｆ）付近まで急減して、一次電流ｉが低減する。この一次電流ｉの低下により、シャント抵抗ｒ０の端子電圧が低下すると、コンパレータ１１からゲート電圧低減信号が出力されなくなる。そして、ゲート電圧Ｖｇは元の初期ゲート電圧Ｖ０に復帰し一次電流ｉも増加する。このような繰返しを極短時間内に行うことで、一次電流ｉは所定値内に保持される。
【００４８】
このように本実施形態では、コンパレータ１１からゲート電圧低減信号が出力されたときに、ゲート電圧Ｖｇを０Ｖ（アース）まで直接引込んでいない。このため、ゲート電圧Ｖｇの変化が比較的緩やかとなり、一次電流ｉが飽和状態に移行する付近で発信（チャタリング）を生じ難い。つまり、一次電流ｉが滑らかに飽和状態へ移行する。このときの様子を図５（ａ）および同図（ｂ）に示す。図５（ａ）が本実施形態の場合であり、図５（ｂ）がゲート電圧Ｖｇを０Ｖ付近まで引込んだ場合（ゲート電圧移行回路５１を介さなかった場合）である。なお、図５（ａ）中、一次電流ｉ０は電流制御の目標値であり、一次電流ｉｓはゲート電圧がＶｓ＋Ｖｆにクランプされた場合の飽和電流値である。この場合のＶｓの電圧は、一次電流ｉｓが電流制御の目標値であるｉ０を超えない電圧に設定する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である内燃機関用点火装置の全体を示すブロック図である。
【図２】そのイグナイタ部分の詳細回路図である。
【図３】一次電流、ゲート電圧等の波形チャートであり、同図（ａ）は正常時のものであり、同図（ｂ）は異常時のものである。
【図４】第２実施形態のイグナイタ部分の詳細回路図である。
【図５】その一次電流およびゲート電圧の波形チャートであり、同図（ａ）はゲート電圧の移行を行った場合であり、同図（ｂ）はゲート電圧の移行を行わなかった場合である。
【符号の説明】
１ 電流制限回路
２ ゲート電圧急減回路
３ ゲート電圧緩減回路
４１ 放電回路
４２ ゲート電圧供給遮断回路
５１ ゲート電圧移行回路
５２ 移行作動回路
６ 異常検出信号
７ 波形成形回路
９ ＥＣＵ（電子制御装置）
Ｐ 点火プラグ
Ｃ 点火コイル
Ｂ バッテリ
Ｉ イグナイタ
ＳＷ スイッチイング素子
Ｒ 放電用抵抗
Ｓ 内燃機関用点火装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、異常時の内燃機関の誤点火等を抑止できる内燃機関用点火装置およびそのイグナイタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンやアルコール等を燃料とする火花点火内燃機関（以下、適宜単に「エンジン」という。）の場合、点火コイルの二次コイルに高電圧を発生させ、その高電圧を点火プラグに印加することで、点火プラグのギャップ間に火花放電を生じさせる。この火花放電によって、燃焼室内の混合圧縮気は点火、爆発燃焼をする。この際、点火プラグの放電時期つまり点火時期（点火タイミング）は、内燃機関の性能を大きく左右するため、内燃機関の回転数等に応じて正確に制御されている。
【０００３】
しかし、例えば、その点火時期を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）等に異常等が生じて、点火信号が長時間（例えば、数秒）継続するような場合、点火時期の正確な制御が不能となる。このため、内燃機関の混合気は誤点火によって誤爆等を生じ、内燃機関等の損傷を招き得る。
このような混合気の誤爆が生じないとしても、点火信号が長時間継続するような場合、点火コイルの一次コイルやその駆動装置（イグナイタ）は、大電流が長時間流れることによって過熱される。このような過熱は機器の損傷や熱暴走の要因となり得る。
そこで、このような異常状態が生じた場合の対応策として、例えば、下記の特許文献１または特許文献２に関連した開示がなされている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２８４１５号公報
【特許文献２】
特開２００２−４９９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１の場合、点火信号が長期間連続する異常時には、一次電流を制御するスイッチイング素子（パワートランジスタ）の駆動信号をいきなりアースに引込んでいる。これにより、一次電流を遮断して、そのスイッチイング素子等の発熱を抑制している。しかし、このようにすると、結局、一次電流を急激に遮断する結果、二次コイルに高電圧が生じて点火プラグに火花放電が生じ得る。このため、内燃機関の誤点火を確実に抑止することはできない。
【０００６】
上記特許文献２の場合、この特許文献１の欠点を補うべく、上記異常検出時には、パワートランジスタの１種であるＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ：ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を低速オフ動作させて、二次コイルに高電圧を発生させず、点火プラグの火花放電を抑止して内燃機関の誤点火を確実に防止している。このＩＧＢＴの低速オフ動作は、一次電流の電流制限回路を構成するコンパレータの基準電圧を緩やかに低減させることで達成されている。しかし、この特許文献２の場合、その基準電圧の低減に際して、コンデンサの緩放電を利用している。このため、コンデンサが必須素子とされている。しかし、軽薄短小化や低コスト化の要請下、大きなスペースを要するコンデンサを別途配設するのは好ましくない。また、そのようなコンデンサを１チップ化することも難しい。また、一次電流制御値を低減するに従い、１次電流値が発振し易くなるが、それを防止することも難しい。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、点火信号が連続する異常時等でも、内燃機関の誤点火やイグナイタ等の過熱等を抑止でき、さらなるコンパクト化や低コスト化を図れる内燃機関用点火装置およびそのイグナイタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、点火信号が連続等する異常時には、一次電流を制御するスイッチイング素子のゲート電圧の供給を遮断し、そのゲート容量電荷を放電させることで、そのゲート電圧を低減させて、一次電流を緩やかに減少させることを思いつき、本発明を完成するに至った。
【０００９】
（内燃機関用点火装置）
すなわち、本発明の内燃機関用点火装置は、直流電源と、該直流電源から電力供給を受けて一次電流が流れる一次コイルと該一次電流の時間変化率に応じて高電圧を発生し得る二次コイルとを有する点火コイルと、該点火コイルの二次コイルから高電圧が印加されて内燃機関の燃焼室内で火花放電をする点火プラグと、該点火プラグの火花放電を生じさせるために該一次コイルの一次電流をスイッチイング制御するイグナイタと、該イグナイタに内燃機関の点火時期に応じた点火信号を出力する電子制御装置（ＥＣＵ）とを備える内燃機関用点火装置において、
前記イグナイタは、印加されるゲート電圧に応じて前記一次電流を変化させ得るスイッチイング素子と、該スイッチイング素子を流れる一次電流を所定値内に制限する電流制限回路と、該点火プラグの火花放電が生じる程度に該スイッチイング素子のゲート電圧を急減させるゲート電圧急減回路と、前記イグナイタまたは前記電子制御装置の異常状態を検出して異常検出信号を出力する異常検出回路と、該点火プラグの火花放電が生じない程度に該スイッチイング素子に充電されたゲート容量電荷を放電させて該ゲート電圧を緩減する放電回路と該異常検出回路による異常状態の検出時にゲート電圧の供給を遮断するゲート電圧供給遮断回路とを有するゲート電圧緩減回路と、を備えることを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
本発明の内燃機関用点火装置（以下、適宜単に「点火装置」という。）では、異常時に一次電流を緩やかに減少させているので、それ以降、内燃機関内の混合気が誤点火によって誤爆等されることがない。従って、内燃機関の保護や騒音低減が図れる。
【００１１】
本発明の場合、この一次電流の緩減のために、ゲート電圧緩減回路を設けた。ゲート電圧緩減回路は、スイッチイング素子のゲート電圧を緩減させることで一次電流を変化させるものであるが、従来のように、一次電流の電流制御値を緩減させる基準電圧を作るためのコンデンサに充電された電荷を緩放電させるのではなく、スイッチイング素子に自然と蓄えられたゲート容量電荷を緩放電させるものである。従って、本発明の場合、大きなスペースを占有するコンデンサ等を設ける必要がなく、イグナイタひいいては点火装置の小型化や低コスト化を図ることが可能となる。
【００１２】
具体的には、ゲート電圧供給遮断回路は、異常検出回路からの検出信号によって、ゲート電圧の供給を遮断するものである。放電回路は、例えば、比較的大きな抵抗値をもつ放電用抵抗や比較的小さい放電電流を一定に保持する定電流回路等で構成できる。さらに、放電回路は微小な電流しか流さない為、正常作動時も常に放電させた状態にしておいても正常動作には全く影響しない。但し、放電回路は異常検出回路からの異常信号によって放電回路を作動させる放電作動回路を構成したものでもよい。
上記ゲート電圧緩減回路による放電速度や放電時間等は、放電用抵抗の抵抗値等によって調整可能である。例えば、その抵抗値を大きくする程、緩慢な放電がなされる。
【００１３】
しかし、ゲート容量電荷の放電があまりにも緩慢であると、ゲート電圧供給遮断回路作動後、当初、上記スイッチイング素子に大きな電流を流すのに十分なゲート電圧が印加されている為、大きな一次電流が長時間流れることとなる。このため、上記スイッチイング素子での発熱量が増え、スイッチイング素子が過熱され易くなる。特に、その発熱量は電流値の２乗に比例するため、ゲート電圧緩減回路の作動開始直後で一次電流の大きい状態が長時間継続すると、上記発熱量は非常に大きくなってしまう。従って、ゲート電圧供給遮断回路作動後直後に、上記スイッチイング素子のゲート電圧を、点火プラグの火花放電が生じない範囲内の一次電流変化になる電圧に急減させておくのが好ましい。
【００１４】
このようなことから、前記ゲート電圧緩減回路は、さらに、前記ゲート電圧供給遮断回路作動前の初期ゲート電圧から該初期ゲート電圧よりも低い中間ゲート電圧へ、前記点火プラグの火花放電が生じない範囲内で急速に前記ゲート電圧を移行させるゲート電圧移行回路と、該ゲート電圧移行回路を前記異常検出回路からの異常検出信号の入力によって作動させる移行作動回路とを有すると好適である（請求項２）。
【００１５】
この場合、ゲート電圧供給遮断回路作動後、ゲート電圧移行回路の作動によって、ゲート電圧は初期ゲート電圧から中間ゲート電圧へ急速に低減される。このため、前記ゲート電圧緩減回路は、より低い中間ゲート電圧からゲート容量電荷を緩放電させることが可能となる。その結果、大きな一次電流は極短時間しか流れず、その分、スイッチイング素子で生じる発熱量も低減される。
【００１６】
なお、ゲート電圧移行回路による初期ゲート電圧から中間ゲート電圧への移行速度は、その回路のインピーダンス等によって調整すれば良い。また、上記中間ゲート電圧は電流制御回路が作動している時の、ゲート電圧付近が好ましい。この場合、上記放電回路の作動に伴うゲート電圧の低下に対応して、一次電流がほぼ応答遅れなしに低減を開始する。よって、一次電流の低減応答性が優れる分、スイッチイング素子で生じる発熱量も抑制される。
【００１７】
さらに、上記ゲート電圧移行回路は、異常検出回路によって異常状態が検出された場合に作動させるのみならず、正常時にも作動させて利用することが可能である。例えば、正常時に一次電流を制限するためにも利用できる。
すなわち、前記電流制限回路は、検出された前記一次電流が所定値に到達すると、前記ゲート電圧を低減させるゲート電圧低減信号を出力する低減信号出力回路を備え、前記移行作動回路は、該低減信号出力回路からのゲート電圧低減信号と前記異常検出回路からの異常検出信号とが並列的に入力可能とされており、該ゲート電圧低減信号が入力されたときに前記ゲート電圧移行回路を作動させて該ゲート電圧を前記中間ゲート電圧まで低減させるものであると好適である（請求項３）。
【００１８】
従来、電流制限回路は、一次電流が所定値に到達すると、ゲート電圧を該当ゲート電極とＧＮＤとの間に結線されたトランジタスを動作させ、一次電流を所定値内に制限していた。しかし、この場合、そのゲート電圧の変化が急激なために、一次電流が所定値に安定し難い。つまり、発振（チャタリング）を生じ得る。そこで、一次電流を所定値内に制限する際に、ゲート電圧移行回路を作動させて、ゲート電圧を初期ゲート電圧を該当ゲート電極とＧＮＤとの間に結線されたトランジタスを動作させるのではなく、該当ゲート電極と、０Ｖより大きな中間電圧間に結線されたトランジタスを動作させる。これにより、ゲート電圧の変化量が緩やかになり、このゲート電圧の変化に対応した一次電流も緩やかな変化を示す。このため、実質的に前述した一次電流の発振状態が抑止される。この際、中間ゲート電圧は電流制御目標値よりも僅かに低い電流となるゲート電圧とすると良い。これにより、一次電流は上記所定値に安定的に保持される。
【００１９】
なお、低減信号出力回路からのゲート電圧低減信号と異常検出回路からの異常検出信号とを並列的に移行作動回路へ入力可能としたことで、ゲート電圧移行回路を個別に設ける必要が無く、回路の簡素化、装置の小型化や低コスト化等を図れる。
このようなゲート電圧移行回路の一例を挙げると、前記中間ゲート電圧以下の一定電圧（Ｖｓ）を出力する定電圧回路と、前記スイッチイング素子のゲートと該定電圧回路との間に介在して該ゲートと該定電圧回路とを断続切替するＮＰＮ型トランジスタとで構成される。このとき、前記移行作動回路は、該ＮＰＮ型トランジスタをＯＮ／ＯＦＦさせる別のトランジスタ等からなるスイッチイング回路によって構成される。
【００２０】
ゲートと定電圧回路との間の断続切替にＮＰＮ型トランジスタを利用したのは、ＰＮＰ型トランジスタを使用した場合に比べて、回路の簡素化、低電圧でも安定した動作性、ゲート電圧を所定の電圧に移行させる回路の低インピーダンス化等を図り易いからである。なお、このゲート電圧移行回路の場合、ゲート電圧（Ｖｇ）は、定電圧回路の一定電圧（Ｖｓ）とＮＰＮ型トランジスタの駆動電圧（Ｖｆ）との合計電圧（Ｖｓ＋Ｖｆ）にクランプされる。すなわち、ゲート電圧がその合計電圧になると、ＮＰＮ型トランジスタが自動的にＯＦＦ状態となり、ゲート電圧がその合計電圧（Ｖｓ＋Ｖｆ）以下となることはない。
そして、ゲート電圧緩減回路が作動する際に、ゲート電圧がその合計電圧まで低下した後は、定電圧回路から放電回路へ電流が流れることもない。つまり、上記ＮＰＮ型トランジスタはダイオードとしても機能している。
【００２１】
これまでは、点火システムを構成する内燃機関用点火装置として本発明を把握した場合について説明してきたが、本発明はこれに限らず、上記構成中から該当する構成を適宜備えたイグナイタまたはそのイグナイタを一体化した点火コイル（スティックコイル）等としても把握できる（請求項５）。
【００２２】
ところで、本明細書でいうゲート容量電荷は、スイッチイング素子のゲート部分に蓄えられる電荷であり、ゲートの印加電圧とその容量（ゲート容量）とによって定る。なお、このゲート容量はコンデンサと異なり、スイッチイング素子の作動状況によって変動し、一定であるとは限らない。
スイッチイング素子は、ゲート（駆動端子）を備え、ゲート容量をもつものであればその種類を問わない。もっとも、通常、数〜十数Ａもの一次電流が流れるため、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴ等のパワー素子が一般的である。
【００２３】
異常検出回路により検出される異常状態とは、例えば、ＥＣＵの内部故障や配線等の天絡または地絡等によって点火信号が連続的に出力されるような場合である。この場合の異常検出回路は、例えばタイマー回路である。また、前記点火信号の異常やエンジンのオーバヒート等によってスイッチイング素子が過熱状態となる場合も上記異常状態の一態様である。この場合の異常検出回路は、例えば、スイッチイング素子またはその周辺の温度を検出する温度検出回路である。このようなとき、例えば、点火信号が正常であったとしても、本発明のゲート電圧緩減回路の作動によって一次電流が絞られ、スイッチイング素子等の過熱が抑制される。また、そのとき、点火プラグの火花放電が生じないために、エンジン中の混合気の誤爆等も防止され、エンジンの保護等もされる。
【００２４】
本発明の点火装置は、点火コイルの二次コイルで生じた高電圧をディストリビュータで各点火プラグに分配する形態のものでも良いし、各気筒毎に設けられた点火コイル（スティックコイル）から点火プラグに高電圧を供給する形態のものでも良い。単気筒エンジンを除き、前者の場合、点火コイルおよびイグナイタは気筒数より少なくなるが、後者の場合、点火コイルとイグナイタは一体化しているのが通常であるため、それらは気筒数と同数となる。
【００２５】
この他、本発明のイグナイタは、前記スイッチイング素子等を保護するために、直流電源の電圧が過電圧となったときにも、さらに、前記ゲート電圧を低下させるゲート電圧低減回路を別途または既存の回路に融合させて設けても良い。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態である内燃機関用点火装置（以下、「点火装置」という。）Ｓの全体ブロック図を図１に示す。
点火装置Ｓは、図１に示すように、点火プラグＰと、この点火プラグＰのプラグ端子に高電圧を印加する点火コイルＣと、その電力供給源となるバッテリＢ（直流電源）と、点火コイルＣを駆動するイグナイタＩと、このイグナイタＩに点火信号を出力する電子制御装置（ＥＣＵ）９とからなる。
【００２７】
点火コイルＣは、一次コイルＣ１と、これに同軸上に配設されて一次コイルＣ１よりも巻数の多い二次コイルＣ２と、両者の中心に配設されて磁気回路の一部を形成する鉄心コアＣ３とからなる。この点火コイルＣをより具体的にいえば、例えば、イグナイタＩを上部に一体的に備え内燃機関（エンジン）の各気筒毎に配設されるスティックコイルである。
【００２８】
ＥＣＵ９は、エンジンの回転数、燃料噴射量、水温、ノッキング等の各種検出信号を取込み、予め記憶されているマップに基づき運転状況に応じた最適な点火時期を決定して、イグナイタＩにその点火信号を出力する。
【００２９】
イグナイタＩは、点火コイルＣの一次コイルＣ１を流れる一次電流ｉを規制するスイッチイング素子ＳＷと、このスイッチイング素子ＳＷのゲートＧに印加される電圧（ゲート電圧Ｖｇ）を介して一次電流ｉを制御する、電流制限回路１、ゲート電圧急減回路２およびゲート電圧緩減回路３と、点火信号またはスイッチイング素子ＳＷの異常状態を検出する異常検出回路６と、ＥＣＵ９からの点火信号に基づき矩形波の制御信号を生成する波形成形回路７とからなる。
【００３０】
正常時は電流制限回路１とゲート電圧急減回路２とによってスイッチイング素子ＳＷが制御されており、異常時は異常検出回路６およびゲート電圧緩減回路３とによってスイッチイング素子ＳＷが制御されている。
【００３１】
次に、これらのイグナイタＩを構成する具体的な回路構成を図２に示す。
先ず、スイッチイング素子ＳＷは、ゲートＧ、エミッタＥおよびコレクタＣを備えるＩＧＢＴからなる。このコレクタＣおよびゲートＧ間には、ツェナーダイオードＤが設けてあり、一次コイルＣ１から放出された電圧をクランプしている。また、エミッタＥ側には、一次電流ｉの検出用としてシャント抵抗ｒ０（一次電流検出回路）が接続されている。
【００３２】
電流制限回路１は、このシャント抵抗ｒ０の端子電圧によって一次電流ｉを検出する。そして、この検出した端子電圧と基準電圧とを比較して、抵抗ｒ１を介してゲート電圧Ｖｇを制御する。これにより、一次電流ｉが前記所定値（例えば、１０Ａ）内に保持される。なお、この一次電流ｉの所定値は、点火プラグＰで十分な火花放電を生じさせるのに必要な点火エネルギー等から算出される。
【００３３】
ゲート電圧急減回路２は、ＮＰＮ型トランジスタｔ３からなり、そのコレクタはスイッチイング素子ＳＷのゲートＧ側に接続され、エミッタはアースに接続されている。コレクタ側の接続点は電流制限回路１と共通である。また、そのベースには波形成形回路７から、ＥＣＵ９の点火信号を反転させた制御信号が入力される。このトランジスタｔ３が制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦすることで、スイッチイング素子ＳＷのゲート電圧ＶｇはＬＯＷ／ＨＩＧＨと切り替る。そして、トランジスタｔ３がＯＦＦ→ＯＮに切り替ると、一次電流ｉが急減し、トランス効果によって二次コイルＣ２には非常に大きな高電圧（例えば、−１０〜３５ｋＶ）が発生して、点火プラグＰで火花放電が生じる。この正常時の点火信号、ゲート電圧Ｖｇ、一次電流ｉおよび二次コイルに生じる二次電圧Ｖ２の波形を図３（ａ）に示した。
【００３４】
ゲート電圧緩減回路３は、図１に示したように、放電回路４１およびゲート電圧供給遮断回路４２と、ゲート電圧移行回路５１および移行作動回路５２とからなり、異常検出回路６が異常状態を検出した時に作動する回路である。
【００３５】
放電回路４１は、一端がスイッチイング素子ＳＷのゲートＧ側に他端がアースに接続された放電用抵抗Ｒで構成される。この抵抗値は比較的大きく設定されており（例えば、１００ｋ〜５０ＭΩ）、ゲートＧに蓄えられたゲート容量電荷が緩やかに放電されるようになっている。なお、放電回路４１として、放電用抵抗Ｒの他に、定電流回路を利用したり、各回路、基板またはスイッチイング素子等のリーク電流を利用することもできる。
【００３６】
ゲート電圧供給遮断回路４２は、バッテリからのゲート電圧の供給を遮断するスイッチイング回路であり、抵抗ｒ５、ｒ６と、トランジスタｔ１、ｔ５とで構成される。
【００３７】
異常検出回路６および否定回路８１から、反転した異常検出信号がトランジスタｔ５のベースに入力されると、トランジスタｔ５はＯＦＦする。これにより、トランジスタｔ１もＯＦＦし、スイッチイング素子ＳＷのゲートＧがバッテリＢから遮断される。なお、抵抗ｒ１、ｒ３、ｒ４は、正常時にバッテリＢのバッテリ電圧Ｖｂからの電流供給を適当な電流値に制限するための抵抗である。
【００３８】
ゲート電圧移行回路５１は、一定電圧Ｖｓを出力する定電圧回路５１１と、この定電圧回路５１１とゲートＧとの間に介在し、コレクタがゲートＧ側にエミッタが定電圧回路５１１側にそれぞれ接続されたＮＰＮ型トランジスタｔ２および抵抗ｒ２とからなる。
【００３９】
移行作動回路５２は、このゲート電圧移行回路５１を作動させるスイッチイング回路であり、スイッチイング素子であるトランジスタｔ４からなる。このトランジスタｔ４には、前述した異常検出回路６および否定回路８１から出力された異常検出信号が入力される。反転した異常検出信号がそのベースに入力されると、トランジスタｔ４はＯＦＦする。これによりトランジスタｔ２がＯＮしてゲート電圧移行回路５１が作動する。その結果、ゲート電圧Ｖｇは、前記定電圧回路５１１の一定電圧Ｖｓとトランジスタｔ２のベース・エミッタ間電圧Ｖｆとの合計電圧（Ｖｓ＋Ｖｆ）以内にクランプされる。
【００４０】
異常検出回路６として、例えば、タイマー回路や温度検出回路が考えられる。タイマー回路は、異常検出信号が所定時間継続すると異常検出信号を出力する回路である。温度検出回路は、スイッチイング素子ＳＷの温度を検出する回路である。スイッチイング素子ＳＷの保護を優先する場合には、異常検出回路６を温度検出回路とすると好ましい。
【００４１】
いずれにしろ、異常状態を検出した異常検出回路６から異常検出信号が出力されると、上記ゲート電圧緩減回路３が作動する。先ず、ゲート電圧供給遮断回路により、ゲート電圧の供給が遮断される。この作動直後、前記ゲート容量電荷は主に上記ゲート電圧移行回路５１から放電される。このため、ゲート電圧Ｖｇは前記合計電圧（Ｖｓ＋Ｖｆ）付近まで急速に低下する。次に、その後、放電用抵抗Ｒによってゲート容量電荷が緩やかに放電され、ゲート電圧Ｖｇは緩やかに低下する。このときのゲート電圧Ｖｇの低下に伴って一次電流ｉも緩減していく。いずれの一次電流ｉの低減過程でも、二次コイルＣ２に発生する電圧は小さく、点火プラグＰで火花放電が生じることはない。この異常時の点火信号、ゲート電圧Ｖｇ、一次電流ｉおよび二次コイルに生じる二次電圧Ｖ２の波形を図３（ｂ）に示した。
【００４２】
なお、図３（ｂ）にも示したように、ゲート電圧移行回路５１等を設けない場合、異常状態が検出された直後から放電用抵抗Ｒによる緩やかな放電が比較的長く継続する。このため、ゲート電圧Ｖｇは、初期ゲート電圧Ｖ０から緩やかに変化し、これに対応して大きな一次電流ｉが長時間流れ、スイッチイング素子ＳＷでの発熱量もその分増大する。
【００４３】
これに対し本実施形態では、放電用抵抗Ｒによる緩やかな放電を初期ゲート電圧Ｖ０よりも低い中間ゲート電圧Ｖｍから実質的に開始する。このため、その放電中に流れる一次電流ｉが実質的に小さくなり、その流れる時間も、その放電時間に応じて短くなって、スイッチイング素子ＳＷで生じる発熱量は一層低減される。よって、耐熱性の観点からも、スイッチイング素子ＳＷの小型化や低コスト化等を図り易い。
【００４４】
（第２実施形態）
第１実施形態の一部を変更した本発明の第２実施形態である点火装置Ｓの全体回路図を図４に示す。第１実施形態と同じ部材には同じ符号を付して示し、それらの詳細な説明は省略する。
【００４５】
本実施形態の場合、第１実施形態の電流制限回路１を、コンパレータ１１と基準電圧Ｖｒをもつ基準電源１２とからなる低減信号出力回路としたものである。この低減信号出力回路は、コンパレータ１１が検出したシャント抵抗ｒ０の端子電圧と基準電圧Ｖｒとを比較して、その端子電圧が基準電圧Ｖｒよりも大きい場合（一次電流ｉが所定以上に流れている場合）に、コンパレータ１１からゲート電圧低減信号を出力するものである。
【００４６】
このゲート電圧低減信号は、ＯＲ回路８２と否定回路８３とを介して前述したトランジスタｔ４のベースに入力される。なお、ＯＲ回路８２には、反転前の異常検出信号も並列的に入力されている。
【００４７】
そして、トランジスタｔ４にこのゲート電圧低減信号の反転信号が入力されると、第１実施形態の場合と同様にトランジスタｔ４がＯＦＦし、ゲート電圧移行回路５１が作動する。これにより、ゲート電圧Ｖｇが前記合計電圧（Ｖｓ＋Ｖｆ）付近まで急減して、一次電流ｉが低減する。この一次電流ｉの低下により、シャント抵抗ｒ０の端子電圧が低下すると、コンパレータ１１からゲート電圧低減信号が出力されなくなる。そして、ゲート電圧Ｖｇは元の初期ゲート電圧Ｖ０に復帰し一次電流ｉも増加する。このような繰返しを極短時間内に行うことで、一次電流ｉは所定値内に保持される。
【００４８】
このように本実施形態では、コンパレータ１１からゲート電圧低減信号が出力されたときに、ゲート電圧Ｖｇを０Ｖ（アース）まで直接引込んでいない。このため、ゲート電圧Ｖｇの変化が比較的緩やかとなり、一次電流ｉが飽和状態に移行する付近で発信（チャタリング）を生じ難い。つまり、一次電流ｉが滑らかに飽和状態へ移行する。このときの様子を図５（ａ）および同図（ｂ）に示す。図５（ａ）が本実施形態の場合であり、図５（ｂ）がゲート電圧Ｖｇを０Ｖ付近まで引込んだ場合（ゲート電圧移行回路５１を介さなかった場合）である。なお、図５（ａ）中、一次電流ｉ０は電流制御の目標値であり、一次電流ｉｓはゲート電圧がＶｓ＋Ｖｆにクランプされた場合の飽和電流値である。この場合のＶｓの電圧は、一次電流ｉｓが電流制御の目標値であるｉ０を超えない電圧に設定する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である内燃機関用点火装置の全体を示すブロック図である。
【図２】そのイグナイタ部分の詳細回路図である。
【図３】一次電流、ゲート電圧等の波形チャートであり、同図（ａ）は正常時のものであり、同図（ｂ）は異常時のものである。
【図４】第２実施形態のイグナイタ部分の詳細回路図である。
【図５】その一次電流およびゲート電圧の波形チャートであり、同図（ａ）はゲート電圧の移行を行った場合であり、同図（ｂ）はゲート電圧の移行を行わなかった場合である。
【符号の説明】
１ 電流制限回路
２ ゲート電圧急減回路
３ ゲート電圧緩減回路
４１ 放電回路
４２ ゲート電圧供給遮断回路
５１ ゲート電圧移行回路
５２ 移行作動回路
６ 異常検出信号
７ 波形成形回路
９ ＥＣＵ（電子制御装置）
Ｐ 点火プラグ
Ｃ 点火コイル
Ｂ バッテリ
Ｉ イグナイタ
ＳＷ スイッチイング素子
Ｒ 放電用抵抗
Ｓ 内燃機関用点火装置
Claims (5)
- 直流電源と、
該直流電源から電力供給を受けて一次電流が流れる一次コイルと該一次電流の時間変化率に応じて高電圧を発生し得る二次コイルとを有する点火コイルと、
該点火コイルの二次コイルから高電圧が印加されて内燃機関の燃焼室内で火花放電をする点火プラグと、
該点火プラグの火花放電を生じさせるために該一次コイルの一次電流をスイッチイング制御するイグナイタと、
該イグナイタに内燃機関の点火時期に応じた点火信号を出力する電子制御装置とを備える内燃機関用点火装置において、
前記イグナイタは、
印加されるゲート電圧に応じて前記一次電流を変化させ得るスイッチイング素子と、
該スイッチイング素子を流れる一次電流を所定値内に制限する電流制限回路と、
該点火プラグの火花放電が生じる程度に該スイッチイング素子のゲート電圧を急減させるゲート電圧急減回路と、
前記イグナイタまたは前記電子制御装置の異常状態を検出して異常検出信号を出力する異常検出回路と、
該点火プラグの火花放電が生じない程度に該スイッチイング素子に充電されたゲート容量電荷を放電させて該ゲート電圧を緩減する放電回路と該異常検出回路による異常状態の検出時にゲート電圧の供給を遮断するゲート電圧供給遮断回路とを有するゲート電圧緩減回路と、
を備えることを特徴とする内燃機関用点火装置。 - 前記ゲート電圧緩減回路は、さらに、前記放電回路の作動前の初期ゲート電圧から該初期ゲート電圧よりも低い中間ゲート電圧へ、前記点火プラグの火花放電が生じない範囲内で急速に前記ゲート電圧を移行させるゲート電圧移行回路と、該ゲート電圧移行回路を前記異常検出回路からの異常検出信号の入力によって作動させる移行作動回路とを有する請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
- 前記電流制限回路は、検出された前記一次電流が所定値を超えるときに前記ゲート電圧を低減させるゲート電圧低減信号を出力する低減信号出力回路を備え、
前記移行作動回路は、該低減信号出力回路からのゲート電圧低減信号と前記異常検出回路からの異常検出信号とが並列的に入力可能とされており、該ゲート電圧低減信号が入力されたときに前記ゲート電圧移行回路を作動させて該ゲート電圧を前記中間ゲート電圧まで低減させる請求項２に記載の内燃機関用点火装置。 - 前記ゲート電圧移行回路は、前記中間ゲート電圧以下の一定電圧を出力する定電圧回路と、前記スイッチイング素子のゲートと該定電圧回路との間に介在して該ゲートと該定電圧回路とを断続切替するＮＰＮ型トランジスタとからなり、
前記移行作動回路は、該ＮＰＮ型トランジスタをＯＮ／ＯＦＦさせるスイッチイング回路である請求項２または３に記載の内燃機関用点火装置。 - 直流電源と、
該直流電源から電力供給を受けて一次電流が流れる一次コイルと該一次電流の時間変化率に応じて高電圧を発生し得る二次コイルとを有する点火コイルと、
該点火コイルの二次コイルから高電圧が印加されて内燃機関の燃焼室内で火花放電をする点火プラグと、
該点火プラグの火花放電を生じさせるために該一次コイルの一次電流をスイッチイング制御するイグナイタと、
該イグナイタに内燃機関の点火時期に応じた点火信号を出力する電子制御装置とを備える内燃機関用点火装置において、
前記イグナイタは、
印加されるゲート電圧に応じて前記一次電流を変化させ得るスイッチイング素子と、
該スイッチイング素子を流れる一次電流を所定値内に制限する電流制限回路と、
該点火プラグの火花放電が生じる程度に該スイッチイング素子のゲート電圧を急減させるゲート電圧急減回路と、
前記イグナイタまたは前記電子制御装置の点火信号の異常状態を検出して異常検出信号を出力する異常検出回路と、
該異常検出回路による異常状態の検出時にゲート電圧の供給を遮断するゲート電圧供給遮断回路と、
該点火プラグの火花放電が生じない程度に該スイッチイング素子に充電されたゲート容量電荷を放電させて該ゲート電圧を緩減する放電回路とを有するゲート電圧緩減回路と、
を備えることを特徴とする内燃機関用点火装置のイグナイタ。
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