JP2009103011A

JP2009103011A - Ignition device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP2009103011A
Application number: JP2007273931A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Terada; 大介寺田; Hiroshi Konuki; 洋小貫; Kenji Nakabayashi; 研司中林; Katsuaki Fukatsu; 克明深津
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2009-05-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ignition device miniaturizable and capable of forcibly stopping its operation when an ignition coil is abnormal. <P>SOLUTION: An IGBT 8 controls energization/cut-off of a primary current flowing to the ignition coil 3 according to an ignition signal output from an ECU 1, to generate high voltage to the ignition coil 3. An abnormality detecting processing part 18, after detecting abnormality of the ignition coil 3, makes high the voltage of an input terminal to which the ignition signal output from the ECU 1 is input, to notify abnormality, and makes low a voltage between a gate and an emitter of the IGBT 8 to automatically and forcibly stop coil operation. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関用点火装置に係り、特に、異常検知に好適な内燃機関用点火装置に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine ignition device, and more particularly to an internal combustion engine ignition device suitable for abnormality detection.

従来、イグナイタ内部に自己故障診断回路を設け、故障診断信号と点火信号とが１本の信号線で重畳されて通信を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。これは、自己故障診断信号と点火信号を各々違う電圧値とすることで１本の信号線での通信を可能としており、イグナイタの故障診断回路からＥＣＵへの故障診断信号の出力タイミングの違いによって点火装置の異常を検知している。 2. Description of the Related Art Conventionally, it is known that a self-fault diagnosis circuit is provided inside an igniter, and a fault diagnosis signal and an ignition signal are superimposed on one signal line for communication (for example, see Patent Document 1). This makes it possible to communicate with one signal line by setting the self-fault diagnosis signal and the ignition signal to different voltage values, and the difference in the output timing of the fault diagnosis signal from the igniter fault diagnosis circuit to the ECU. An abnormality in the ignition device is detected.

特開平１０−１８４５２０号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-184520

しかしながら、特許文献１記載のものでは、故障診断信号と点火信号とが１本の信号線で重畳するための特別の回路が必要であり、また、その回路を動かす電源電圧が必要となる等、装置が大型化するものである。 However, in the thing of patent document 1, the special circuit for superimposing a failure diagnosis signal and an ignition signal with one signal line is required, and the power supply voltage which moves the circuit is needed, etc. The apparatus becomes larger.

また、点火コイルに異常が生じた場合、強制的に動作を停止する機能が無いため、例えば，点火コイルの一次側が短絡する等の故障が発生した場合、イグナイタが異常発熱により熱破壊し、車輌側ヒューズが断線する恐れがある。 In addition, when an abnormality occurs in the ignition coil, there is no function to forcibly stop the operation. For example, when a failure such as a short circuit on the primary side of the ignition coil occurs, the igniter is thermally destroyed due to abnormal heat generation, and the vehicle The side fuse may break.

本発明の目的は、装置を小型化でき、かつ、点火コイルの異常時に、強制的に点火装置の動作を停止できる点火装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an ignition device capable of downsizing the device and forcibly stopping the operation of the ignition device when an ignition coil is abnormal.

（１）上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関用電子制御装置から出力される点火信号に応じて点火コイルに流れる１次電流を通電・遮断制御して、前記点火コイルに高電圧を発生させる半導体スイッチング素子を有する内燃機関用点火装置であって、前記点火コイルの異常検知後、前記内燃機関用電子制御装置に異常を知らせると同時に、自動的にコイル動作を強制的に停止させる異常検知処理手段を備えるようにしたものである。
かかる構成により、装置を小型化でき、かつ、点火コイルの異常時に、強制的に点火装置の動作を停止できるものとなる。 (1) In order to achieve the above object, the present invention controls the energization / shut-off of the primary current flowing through the ignition coil in accordance with the ignition signal output from the electronic control unit for the internal combustion engine. An ignition device for an internal combustion engine having a semiconductor switching element for generating a voltage, and after detecting abnormality of the ignition coil, notifies the abnormality to the electronic control device for internal combustion engine, and automatically forcibly stops the coil operation An abnormality detection processing means is provided.
With this configuration, the apparatus can be downsized and the operation of the ignition device can be forcibly stopped when the ignition coil is abnormal.

（２）上記（１）において、好ましくは、前記異常検知処理手段は、点火コイルの異常検知後、前記内燃機関用電子制御装置から出力される点火信号が入力する入力端子の電圧をＨＩＧＨとするとともに、前記半導体スイッチング素子のゲート−エミッタ間電圧をＬＯＷとするものである。 (2) In the above (1), preferably, after the abnormality detection of the ignition coil, the abnormality detection processing means sets the voltage at the input terminal to which the ignition signal output from the internal combustion engine electronic control device is input to HIGH. At the same time, the gate-emitter voltage of the semiconductor switching element is set to LOW.

（３）上記（１）において、好ましくは、前記異常検知処理手段は、前記半導体スイッチング素子のＯＦＦ時のコレクタ−エミッタ間電圧により動作するようにしたものである。 (3) In the above (1), preferably, the abnormality detection processing means is operated by a collector-emitter voltage when the semiconductor switching element is OFF.

本発明によれば、装置を小型化でき、かつ、点火コイルの異常時に、強制的に点火装置の動作を停止できるものとなる。 According to the present invention, the apparatus can be downsized, and the operation of the ignition device can be forcibly stopped when the ignition coil is abnormal.

以下、図１〜図４を用いて、本発明の一実施形態による点火装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による点火装置を用いる点火システムの構成及び動作について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による点火装置を用いる点火システムの構成を示す回路図である。 Hereinafter, the configuration and operation of an ignition device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the configuration and operation of the ignition system using the ignition device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an ignition system using an ignition device according to an embodiment of the present invention.

本実施形態は、点火コイルの異常をその電流により検知し、故障をＥＣＵに伝え同時に自動的に点火信号に関わらずコイル動作を強制的に停止させ、発煙等の２次故障を防止するものである。コイルレアショート等の異常な電流が発生する故障の場合、イグナイタやコイルが発熱し、チップの焼損やコイル発煙など２次故障につながる可能性が非常に高いため、これを防止するようにしている。 In this embodiment, the abnormality of the ignition coil is detected by the current, the failure is transmitted to the ECU, and the coil operation is automatically forcibly stopped regardless of the ignition signal, thereby preventing secondary failure such as smoke. is there. In the case of a fault that generates an abnormal current such as a coil short-circuit, the igniter or coil generates heat, and it is very likely to cause a secondary fault such as chip burnout or coil smoke. .

本実施形態の点火システムは、内燃機関用電子制御装置（ＥＣＵ）１と、点火装置２と、点火コイル３と、点火プラグ４とから構成される。 The ignition system according to this embodiment includes an internal combustion engine electronic control unit (ECU) 1, an ignition device 2, an ignition coil 3, and a spark plug 4.

ＥＣＵ１の出力段は、ＰＮＰトランジスタ５，抵抗６より構成される。ＣＰＵ７により算出された適正な点火タイミングの制御信号により、トランジスタ５をＯＮ，ＯＦＦし、点火装置にＨＩＧＨ，ＬＯＷのパルスからなる点火信号ＶＩＮを出力する。 The output stage of the ECU 1 includes a PNP transistor 5 and a resistor 6. The transistor 5 is turned on and off in accordance with a control signal of an appropriate ignition timing calculated by the CPU 7, and an ignition signal VIN composed of HIGH and LOW pulses is output to the ignition device.

点火装置２は、点火コイル３に流す電流をＯＮ，ＯＦＦするＩＧＢＴ８を備えている。ＥＣＵ１の出力信号ＶＩＮがＬＯＷ→ＨＩＧＨで、ＩＧＢＴ５は通電を開始する。ＥＣＵ１の出力信号ＶＩＮがＨＩＧＨ→ＬＯＷでＩＧＢＴ５が遮断することにより、ＩＧＢＴ８のコレクタ部に電圧が発生し、点火コイル３の巻き数比倍に相当する高電圧が点火コイル３の２次側に誘起され、点火プラグ４の電極間に火花放電を発生させて混合気を燃焼させる。 The ignition device 2 includes an IGBT 8 that turns on and off a current flowing through the ignition coil 3. The output signal VIN of the ECU 1 is LOW → HIGH, and the IGBT 5 starts energization. When the output signal VIN of the ECU 1 is HIGH → LOW and the IGBT 5 is cut off, a voltage is generated in the collector portion of the IGBT 8, and a high voltage corresponding to the turn ratio of the ignition coil 3 is induced on the secondary side of the ignition coil 3. Then, a spark discharge is generated between the electrodes of the spark plug 4 to burn the air-fuel mixture.

なお、本点火装置２に必要な駆動回路は、ＥＣＵにより求められた最適点火時期で点火プラグに火花放電を発生させるためのタイミングと、点火コイルにエネルギをチャージするためにイグナイタを駆動させるために必要な電流及び電圧を出力する回路であれば問題ない。 The drive circuit required for the ignition device 2 is used to drive the igniter to charge the ignition coil with timing for generating spark discharge at the spark plug at the optimal ignition timing obtained by the ECU. There is no problem if the circuit outputs necessary current and voltage.

次に、点火装置２の詳細構成について説明する。 Next, a detailed configuration of the ignition device 2 will be described.

ＩＧＢＴは、点火コイル３の１次コイルに流れる１次電流を通電，遮断する主回路を構成するメインＩＧＢＴ８と、ＩＧＢＴ８に流れる電流ＩＣを検出するためのシャント回路を構成するセンスＩＧＢＴ１０からなる。センスＩＧＢＴ１０のエミッタには、電流検出抵抗１１が接続されている。ＩＧＢＴ８に流れる電流ＩＣは、電流検出抵抗１１によって電圧Ｖ１として検出され、電流検知部１２に入力する。なお、本実施形態では、点火コイル３の１次コイルに流れる１次電流を通電，遮断する主回路として、ＩＧＢＴを用いているが、バイポーラトランジスタ等の他の大電流を通電遮断できる他の半導体スイッチング素子を用いてもよいものである。 The IGBT includes a main IGBT 8 that constitutes a main circuit that energizes and cuts off a primary current that flows through the primary coil of the ignition coil 3, and a sense IGBT 10 that constitutes a shunt circuit for detecting a current IC that flows through the IGBT 8. A current detection resistor 11 is connected to the emitter of the sense IGBT 10. The current IC flowing through the IGBT 8 is detected as the voltage V1 by the current detection resistor 11 and input to the current detection unit 12. In the present embodiment, the IGBT is used as the main circuit for energizing and interrupting the primary current flowing through the primary coil of the ignition coil 3, but other semiconductors that can energize and interrupt other large currents such as bipolar transistors. A switching element may be used.

電流検知部１２は、コンパレータ１５と、基準電圧Ｖｒｅｆを発生する抵抗１４とを備えている。抵抗１４には、定電流回路１３から低電流が供給され、これによって、基準電圧Ｖｒｅｆを発生する。コンパレータ１５は、電流検出抵抗１１によって検出された１次電流ＩＣに相当する電圧Ｖ１と、抵抗１４によって発生する基準電圧Ｖｒｅｆを比較する。電流検出抵抗１１の電圧Ｖ１が、基準電圧Ｖｒｅｆ以上になると、電流検知部１２が動作し、ＨＩＧＨレベルの電圧Ｖ３を出力する。なお、電流検出部１２が出力した信号Ｖ３は、ＶＩＮの立ち下がりと同期して立ち下がる。 The current detection unit 12 includes a comparator 15 and a resistor 14 that generates a reference voltage Vref. The resistor 14 is supplied with a low current from the constant current circuit 13, thereby generating a reference voltage Vref. The comparator 15 compares the voltage V1 corresponding to the primary current IC detected by the current detection resistor 11 with the reference voltage Vref generated by the resistor 14. When the voltage V1 of the current detection resistor 11 becomes equal to or higher than the reference voltage Vref, the current detection unit 12 operates and outputs a HIGH level voltage V3. The signal V3 output from the current detector 12 falls in synchronization with the fall of VIN.

パルス発生部１６は、点火信号ＶＩＮと立ち上がりタイミングが同期し、かつパルス幅が点火信号に対し短いパルスの信号Ｖ２を出力する。抵抗３０，３１は保護抵抗であり、これらの抵抗３０，３１で隣接した区画のＨＩＧＨ，ＬＯＷの区分けを可能としている。 The pulse generator 16 outputs a signal V2 having a pulse that is synchronized with the ignition signal VIN in rising timing and whose pulse width is shorter than that of the ignition signal. The resistors 30 and 31 are protective resistors, and these resistors 30 and 31 enable the HIGH and LOW divisions of adjacent sections.

異常検出処理部１８は、点火コイルの異常をその電流により検知し、故障をＥＣＵに伝え同時に自動的に点火信号に関わらずコイル動作を強制的に停止させ、発煙等の２次故障を防止するものである。異常検出処理部１８の詳細構成については、図３を用いて後述する。 The abnormality detection processing unit 18 detects an abnormality of the ignition coil by its current, and transmits the failure to the ECU and automatically forcibly stops the coil operation regardless of the ignition signal, thereby preventing secondary failure such as smoke. Is. The detailed configuration of the abnormality detection processing unit 18 will be described later with reference to FIG.

次に、図２を用いて、点火コイル異常時における一次電流の諸形態について説明する。
図２は、点火コイル異常時における一次電流の諸形態を示す波形図である。 Next, various forms of the primary current when the ignition coil is abnormal will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a waveform diagram showing various forms of the primary current when the ignition coil is abnormal.

図２（Ａ）は、点火コイルの正常時に一次電流波形を示している。ＥＣＵ１の出力信号ＶＩＮがＨＩＧＨ→ＬＯＷでＩＧＢＴ５が遮断することにより、一次電流が流れ始めるが、点火コイルの正常時には、一次電流は直線的に増加する。 FIG. 2A shows the primary current waveform when the ignition coil is normal. When the output signal VIN of the ECU 1 is HIGH → LOW and the IGBT 5 is cut off, the primary current starts to flow. However, when the ignition coil is normal, the primary current increases linearly.

図２（Ｂ）は、１次コイル巻き線で部分的にショートを起こす１次コイルレアショート時の一次電流波形を示している。１次コイルレアショート時には、ＥＣＵ１の出力信号ＶＩＮがＨＩＧＨ→ＬＯＷでＩＧＢＴ５が遮断直後に、瞬間的に大きな電流が流れ、その後正常時と同様に、直線的に増加する。 FIG. 2B shows a primary current waveform at the time of a primary coil rare short that causes a partial short in the primary coil winding. When the primary coil rare short circuit occurs, immediately after the output signal VIN of the ECU 1 is HIGH → LOW and the IGBT 5 is cut off, a large current flows instantaneously, and then increases linearly as in the normal state.

図２（Ｃ）は、２次コイル巻き線で部分的にショートを起こす２次コイルレアショート時の一次電流波形を示している。２次コイルレアショート時には、ＥＣＵ１の出力信号ＶＩＮがＨＩＧＨ→ＬＯＷでＩＧＢＴ５が遮断直後に、瞬間的に大きな電流が流れ、その後正常時と同様に、直線的に増加する。 FIG. 2C shows a primary current waveform at the time of secondary coil rare short causing a partial short in the secondary coil winding. When the secondary coil rare short circuit occurs, a large current flows instantaneously immediately after the output signal VIN of the ECU 1 is HIGH → LOW and the IGBT 5 is cut off, and then increases linearly as in the normal state.

図２（Ｄ）は、２次コイルから１次コイルに電流がリークする２次コイル→１次コイルリーク時の一次電流波形を示している。２次コイル→１次コイルリーク時には、ＥＣＵ１の出力信号ＶＩＮがＨＩＧＨ→ＬＯＷでＩＧＢＴ５が遮断直後に、瞬間的に大きな電流が流れ、その後正常時と同様に、直線的に増加する。 FIG. 2D shows a primary current waveform at the time of secondary coil → primary coil leakage in which current leaks from the secondary coil to the primary coil. When the secondary coil → primary coil leaks, immediately after the output signal VIN of the ECU 1 is HIGH → LOW and the IGBT 5 is cut off, a large current flows instantaneously, and thereafter increases linearly as in the normal state.

図２（Ｂ）〜図２（Ｄ）に示すように、点火コイル異常時には、図２（Ａ）の正常時と対比すると明らかなように、ＥＣＵ１の出力信号ＶＩＮがＨＩＧＨ→ＬＯＷでＩＧＢＴ５が遮断直後に、瞬間的に大きな電流という特徴がある。 As shown in FIGS. 2 (B) to 2 (D), when the ignition coil is abnormal, the output signal VIN of the ECU 1 is HIGH → LOW and the IGBT 5 is cut off as is clear when compared with the normal state of FIG. 2 (A). Immediately after that, there is a characteristic of instantaneously large current.

本実施形態では、異常検出処理部１８は、ＣＵ１の出力信号ＶＩＮがＨＩＧＨ→ＬＯＷでＩＧＢＴ５が遮断直後に、瞬間的に大きな電流が流れた場合に、異常と判定するとともに、コイル動作を強制的に停止させるものである。 In this embodiment, the abnormality detection processing unit 18 determines that there is an abnormality when the output signal VIN of the CU1 is HIGH → LOW and a large current flows immediately after the IGBT 5 is cut off, and forcibly performs the coil operation. To stop.

次に、図３及び図４を用いて、本実施形態による点火装置に用いる異常検出処理部１８の構成及び動作について説明する。
図３は、本発明の一実施形態による点火装置に用いる異常検出処理部の構成を示す回路図である。図４は、本発明の一実施形態による点火装置に用いる異常検出処理部の動作を示すタイミングチャートである。 Next, the configuration and operation of the abnormality detection processing unit 18 used in the ignition device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of an abnormality detection processing unit used in the ignition device according to one embodiment of the present invention. FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the abnormality detection processing unit used in the ignition device according to the embodiment of the present invention.

図３に示すように、異常検出処理部１８は、第１処理部１９と、第２処理部２３とを備えている。 As shown in FIG. 3, the abnormality detection processing unit 18 includes a first processing unit 19 and a second processing unit 23.

第１処理部１９は、電圧Ｖ３と電圧Ｖ４が入力されると共に、両者がＨＩＧＨの期間だけＡＮＤゲート２０はＨＩＧＨを出力する。出力された信号はダイオード２１を通過し、コンデンサ２２に充電され、電圧Ｖ５が発生する。第１処理部１９は、ＥＣＵ１の出力信号ＶＩＮを電源とし動作する回路である。ＡＮＤゲート２０は、ＥＣＵ１の出力信号ＶＩＮを電源とし動作する。 In the first processing unit 19, the voltage V3 and the voltage V4 are input, and the AND gate 20 outputs HIGH only when both are HIGH. The output signal passes through the diode 21 and is charged in the capacitor 22 to generate a voltage V5. The first processing unit 19 is a circuit that operates using the output signal VIN of the ECU 1 as a power source. The AND gate 20 operates using the output signal VIN of the ECU 1 as a power source.

ＥＣＵ１の出力信号ＶＩＮが立ち下がり、ＥＣＵ１の出力信号ＶＩＮから第１処理部１９の電源が取れなくなった後も、電圧Ｖ５は、第２処理部２３のＡＮＤゲート２５にＨＩＧＨを入力し続ける。 Even after the output signal VIN of the ECU 1 falls and the power of the first processing unit 19 cannot be removed from the output signal VIN of the ECU 1, the voltage V5 continues to input HIGH to the AND gate 25 of the second processing unit 23.

第２処理部２３は、ＩＧＢＴ８のコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥから電源を作る電源部（図示せず）を有し、ＥＣＵ１の出力信号ＶＩＮに電源を依存しない回路である。なお、ＩＧＢＴ８のコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥは、図４に示すように、常に０Ｖ以上の正の電圧となっている。この電源部から、信号減圧部２４，ＡＮＤゲート２５やＪ−Ｋフリップフロップ２６に電圧が供給される。 The second processing unit 23 has a power supply unit (not shown) that generates power from the collector-emitter voltage VCE of the IGBT 8 and is a circuit that does not depend on the output signal VIN of the ECU 1. The collector-emitter voltage VCE of the IGBT 8 is always a positive voltage of 0 V or more as shown in FIG. A voltage is supplied from the power supply unit to the signal decompression unit 24, the AND gate 25, and the J-K flip-flop 26.

ＩＧＢＴ８のコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥは一瞬高電圧が発生し、またバッテリー電圧に戻るという電圧変動の大きい領域である。イグナイタの強制停止は一連の放電動作終了後に行い、ＩＧＢＴ８のコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥの不安定領域を避ける必要がある。そのため、ＩＧＢＴ８のコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥの放電動作が終了し電圧が落ち着くまで、ＡＮＤゲート２５のＨＩＧＨ出力を遅延させる。 The collector-emitter voltage VCE of the IGBT 8 is a region where a large voltage fluctuation occurs such that a high voltage is generated for a moment and then returns to the battery voltage. It is necessary to forcibly stop the igniter after a series of discharge operations to avoid an unstable region of the collector-emitter voltage VCE of the IGBT 8. Therefore, the HIGH output of the AND gate 25 is delayed until the discharge operation of the collector-emitter voltage VCE of the IGBT 8 ends and the voltage settles.

信号減圧部２４は、ＩＧＢＴ８のコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥが高電圧の時はＬＯＷを出力し、バッテリー電圧程度になったときにＨＩＧＨを出力する回路である。ＩＧＢＴ８のコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥがバッテリー電圧程度になると、ＡＮＤゲート２５の入力端子にＨＩＧＨが入力される。これにより、ＩＧＢＴ８のコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥの不安定領域を避けることができる。 The signal decompression unit 24 is a circuit that outputs LOW when the collector-emitter voltage VCE of the IGBT 8 is high, and outputs HIGH when it is about the battery voltage. When the collector-emitter voltage VCE of the IGBT 8 becomes about the battery voltage, HIGH is input to the input terminal of the AND gate 25. Thereby, an unstable region of the collector-emitter voltage VCE of the IGBT 8 can be avoided.

信号減圧部２４からの出力は、ＡＮＤゲート２５、Ｊ−Ｋフリップフロップ（ＦＦ）２６のＪ及びＫ端子に入力する。Ｊ−ＫＦＦ２６は、ＲＥＳＥＴ端子がＩＧＢＴ８のゲート端子に接続されており、ＩＧＢＴ８のゲート−エミッタ端子電圧ＶＧＥの立ち上がりの都度リセットされ、正常動作時の出力ＱはＬＯＷとなっている。Ｊ−ＫＦＦ２６のＪ端子及びＫ端子に共にＨＩＧＨが入力されると、クロックの立ち上がりと共に出力Ｑが反転し、ＨＩＧＨとなる。クロックはＡＮＤゲート２５の出力電圧Ｖ６が入力され、信号減圧部２４のＨＩＧＨ信号とコンデンサ２２の電圧Ｖ５のＨＩＧＨ信号でＨＩＧＨを出力する。Ｊ−ＫＦＦ２６のクロックに電圧Ｖ６が入力されると、入力と同時に出力を反転させ、出力ＱがＬＯＷ→ＨＩＧＨに変化する。この出力Ｑは、次にクロック端子に信号の立ち上がりが発生しない限りＨＩＧＨを出力し続ける。そのため、コンデンサ２２の放電により電圧が下がり、ＡＮＤゲート２５がＬＯＷとなっても、Ｊ−ＫＦＦ２６はＨＩＧＨを出力し続ける。 The output from the signal decompression unit 24 is input to the J and K terminals of the AND gate 25 and the J-K flip-flop (FF) 26. The J-KFF 26 has a RESET terminal connected to the gate terminal of the IGBT 8 and is reset each time the gate-emitter terminal voltage VGE of the IGBT 8 rises, and the output Q during normal operation is LOW. When HIGH is input to both the J terminal and the K terminal of the J-KFF 26, the output Q is inverted as the clock rises and becomes HIGH. As the clock, the output voltage V6 of the AND gate 25 is input, and HIGH is output by the HIGH signal of the signal decompression unit 24 and the HIGH signal of the voltage V5 of the capacitor 22. When the voltage V6 is input to the clock of the J-KFF 26, the output is inverted simultaneously with the input, and the output Q changes from LOW to HIGH. This output Q continues to output HIGH unless the signal rises next at the clock terminal. Therefore, even if the voltage drops due to the discharge of the capacitor 22 and the AND gate 25 becomes LOW, the J-KFF 26 continues to output HIGH.

Ｊ−ＫＦＦ２６の出力は、インバータ２７とダイオード２９を介して、ＩＧＢＴ８のゲート端子にＬＯＷを出力し、同時に、ダイオード２８を介して、ＥＣＵ１の出力信号ＶＩＮにＨＩＧＨを出力する。抵抗３０，３１は保護抵抗であり、これらの抵抗３０，３１で隣接した区画のＨＩＧＨ、ＬＯＷの区分けを可能としている。 The output of the J-KFF 26 outputs LOW to the gate terminal of the IGBT 8 via the inverter 27 and the diode 29, and simultaneously outputs HIGH to the output signal VIN of the ECU 1 via the diode 28. The resistors 30 and 31 are protective resistors, and these resistors 30 and 31 enable the adjacent sections to be divided into HIGH and LOW.

このように、ＥＣＵ１の出力信号ＶＩＮにはＨＩＧＨを出力し、ＥＣＵに異常を伝え、同時にＩＧＢＴ８のゲート−エミッタ端子電圧ＶＧＥにＬＯＷを出力し、ＩＧＢＴ８をＯＦＦして、イグナイタ動作を停止させ、二次故障を防ぐことができる。 In this way, HIGH is output to the output signal VIN of the ECU 1, an abnormality is transmitted to the ECU, LOW is simultaneously output to the gate-emitter terminal voltage VGE of the IGBT 8, the IGBT 8 is turned OFF, and the igniter operation is stopped. The next failure can be prevented.

以上のように、本実施形態の異常検出処理部１８の電源は、ＥＣＵ１の出力信号ＶＩＮ及びＩＧＢＴ８のコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥとしている。その結果、図１に示すように、点火装置２の外部端子は、ＥＣＵ１の出力信号ＶＩＮの入力端子と、ＩＧＢＴ８のエミッタが接続されるアース端子と、点火コイル３に接続される出力端子の３端子構成となる。３端子構成は、従来の点火装置で用いられているものであるが、本実施形態では、従来の点火装置に対して、異常検出処理部１８を追加したにも拘わらず、同じ３端子構成で実現できるので、装置を小型化できる。異常検出処理部１８の電源として、バッテリ電圧ＶＢを用いる方式も考えられるが、この場合は、４端子構成となり、端子数が増加する。 As described above, the power source of the abnormality detection processing unit 18 of the present embodiment is the output signal VIN of the ECU 1 and the collector-emitter voltage VCE of the IGBT 8. As a result, as shown in FIG. 1, the external terminals of the ignition device 2 are the input terminal of the output signal VIN of the ECU 1, the ground terminal to which the emitter of the IGBT 8 is connected, and the output terminal 3 connected to the ignition coil 3. Terminal configuration. Although the three-terminal configuration is used in the conventional ignition device, in the present embodiment, the same three-terminal configuration is used despite the addition of the abnormality detection processing unit 18 to the conventional ignition device. Since this can be realized, the apparatus can be miniaturized. A method of using the battery voltage VB as a power source for the abnormality detection processing unit 18 is also conceivable.

次に、図４により、異常検出処理部１８の動作について説明する。図４において、時刻ｔ１〜時刻ｔ２は正常時の動作を示し、時刻ｔ２〜時刻ｔ３は異常時の動作を示している。 Next, the operation of the abnormality detection processing unit 18 will be described with reference to FIG. In FIG. 4, time t1 to time t2 indicate normal operation, and time t2 to time t3 indicate abnormal operation.

最初に、正常時の動作について説明する。点火信号パルスであるＥＣＵ１の出力信号ＶＩＮがＨＩＧＨになると、ＩＧＢＴ８のゲート−エミッタ端子電圧ＶＧＥもＨＩＧＨとなり、コレクタ電流ＩＣが立ち上がる。 First, the normal operation will be described. When the output signal VIN of the ECU 1 that is an ignition signal pulse becomes HIGH, the gate-emitter terminal voltage VGE of the IGBT 8 also becomes HIGH, and the collector current IC rises.

コレクタ電流ＩＣの立ち上がりは、電流検出抵抗１１により電圧Ｖ１に変換され、電流検知部１２に出力する。同時に、パルス発生部１６は、点火信号に立ち上がりが同期した電圧Ｖ２を出力する。電圧Ｖ１が徐々に立ち上がって行き、予め設定された設定値Ｖｔｈ１に達すると、コンパレータ１５は電圧Ｖ３を出力する。 The rise of the collector current IC is converted into the voltage V1 by the current detection resistor 11 and output to the current detection unit 12. At the same time, the pulse generator 16 outputs a voltage V2 whose rise is synchronized with the ignition signal. When the voltage V1 gradually rises and reaches a preset setting value Vth1, the comparator 15 outputs a voltage V3.

出力された電圧Ｖ２と電圧Ｖ３は、ＡＮＤゲート１７に入力される。点火コイル３に故障が無い場合は、電圧Ｖ１が参照電圧Ｖｒｅｆに達する前に、電圧Ｖ２がＨＩＧＨ→ＬＯＷとなり、電圧Ｖ２と電圧Ｖ３がＨＩＧＨの時のタイミングが重ならず、ＡＮＧゲート１７の出力Ｖ４はＬＯＷのままとなり、それ以降の処理が進まない。 The output voltage V2 and voltage V3 are input to the AND gate 17. When there is no failure in the ignition coil 3, the voltage V2 changes from HIGH to LOW before the voltage V1 reaches the reference voltage Vref, and the timing when the voltage V2 and the voltage V3 are HIGH does not overlap, and the output of the ANG gate 17 V4 remains LOW and the subsequent processing does not proceed.

一方、点火コイルに異常が発生した場合について説明する。点火信号パルスであるＥＣＵ１の出力信号ＶＩＮがＨＩＧＨになると、ＩＧＢＴ８のゲート−エミッタ端子電圧ＶＧＥもＨＩＧＨとなり、コレクタ電流ＩＣが立ち上がる。 On the other hand, a case where an abnormality occurs in the ignition coil will be described. When the output signal VIN of the ECU 1 that is an ignition signal pulse becomes HIGH, the gate-emitter terminal voltage VGE of the IGBT 8 also becomes HIGH, and the collector current IC rises.

出力された電圧Ｖ２と電圧Ｖ３は、ＡＮＤゲート１７に入力される。ここまでは、正常時と同様である。 The output voltage V2 and voltage V3 are input to the AND gate 17. The process up to this point is the same as in normal operation.

それに対して、異常時には、一次電流ＩＣは正常時に比べ高くなるため、電圧Ｖ１が設定値Ｖｔｈ１に達する時間が早まり、電圧Ｖ３は電圧Ｖ２がＨＩＧＨの時にＨＩＧＨとなるため、ＡＮＤゲート１７である電圧Ｖ４は、電圧Ｖ２と電圧Ｖ３が共にＨＩＧＨの間だけ、ＨＩＧＨを出力する。ＡＮＤゲート１７の出力Ｖ４は、異常検出処理部１８に入力する。 On the other hand, since the primary current IC is higher than that in the normal state at the time of abnormality, the time for the voltage V1 to reach the set value Vth1 is advanced, and the voltage V3 becomes HIGH when the voltage V2 is HIGH. V4 outputs HIGH only while the voltage V2 and the voltage V3 are both HIGH. The output V4 of the AND gate 17 is input to the abnormality detection processing unit 18.

その結果、異常検出処理部１８は、前述したような動作を行う。すなわち、第１処理部１９は、電圧Ｖ３と電圧Ｖ４の両者がＨＩＧＨの期間だけＡＮＤゲート２０はＨＩＧＨを出力する。この出力により、コンデンサ２２に充電され、電圧Ｖ５が発生する。 As a result, the abnormality detection processing unit 18 performs the operation as described above. That is, in the first processing unit 19, the AND gate 20 outputs HIGH only when both the voltage V3 and the voltage V4 are HIGH. By this output, the capacitor 22 is charged and a voltage V5 is generated.

一方、信号減圧部２４は、ＩＧＢＴ８のコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥがバッテリー電圧程度になったときにＨＩＧＨを出力する。電圧Ｖ５がＨＩＧＨであり、信号減圧部２４の出力がＨＩＧＨになると、ＡＮＤゲート２５の出力Ｖ６は、ＨＩＧＨになる。Ｊ−ＫＦＦ２６のクロックに電圧Ｖ６が入力されると、入力と同時に出力を反転させ、出力ＱがＬＯＷ→ＨＩＧＨに変化する。この出力Ｑは、次にクロック端子に信号の立ち上がりが発生しない限りＨＩＧＨを出力し続ける。そのため、コンデンサ２２の放電により電圧が下がり、ＡＮＤゲート２５がＬＯＷとなっても、Ｊ−ＫＦＦ２６はＨＩＧＨを出力し続ける。 On the other hand, the signal decompression unit 24 outputs HIGH when the collector-emitter voltage VCE of the IGBT 8 becomes about the battery voltage. When the voltage V5 is HIGH and the output of the signal decompression unit 24 becomes HIGH, the output V6 of the AND gate 25 becomes HIGH. When the voltage V6 is input to the clock of the J-KFF 26, the output is inverted simultaneously with the input, and the output Q changes from LOW to HIGH. This output Q continues to output HIGH unless the signal rises next at the clock terminal. Therefore, even if the voltage drops due to the discharge of the capacitor 22 and the AND gate 25 becomes LOW, the J-KFF 26 continues to output HIGH.

Ｊ−ＫＦＦ２６の出力は、インバータ２７とダイオード２９を介して、ＩＧＢＴ８のゲート端子にＬＯＷを出力し、同時に、ダイオード２８を介して、ＥＣＵ１の出力信号ＶＩＮにＨＩＧＨを出力する。 The output of the J-KFF 26 outputs LOW to the gate terminal of the IGBT 8 via the inverter 27 and the diode 29, and simultaneously outputs HIGH to the output signal VIN of the ECU 1 via the diode 28.

以上説明したように、本実施形態によれば、点火コイルに異常が発生した場合に、点火コイルの故障をＥＣＵに伝え、同時に自動的に点火信号に関わらずコイル動作を強制的に停止させることにより、点火コイルの一次側が短絡する等の故障が発生した場合、イグナイタの熱破壊や車輌側のヒューズ溶断，点火コイルの発煙やチップの熱破損等の不具合を防ぐことができる。 As described above, according to the present embodiment, when an abnormality occurs in the ignition coil, the failure of the ignition coil is notified to the ECU, and at the same time, the coil operation is automatically stopped regardless of the ignition signal. Thus, when a failure such as a short circuit of the primary side of the ignition coil occurs, it is possible to prevent problems such as thermal destruction of the igniter, fuse blowing on the vehicle side, smoke generation of the ignition coil, and thermal damage of the chip.

また、コイルの異常発生時のＥＣＵへの異常の伝達及びイグナイタ動作の強制停止を実行する制御回路の電源として、異常検知後におけるＩＧＢＴがＯＦＦ時の、ＩＧＢＴのＶＣＥを基準電源とすることで、端子数を増やすことなく３端子構成での実現が可能となり、部品点数の削減や装置の小型化が可能となる。そして、この回路をパワートランジスタのモノリシックシリコン基板上に集積することで信頼性の高いイグナイタを達成することができる。
Further, as a power source for the control circuit that executes the transmission of abnormality to the ECU and the forced stop of the igniter operation when the abnormality of the coil occurs, the IGBT VCE when the IGBT after the abnormality detection is OFF is used as a reference power source. A three-terminal configuration can be realized without increasing the number of terminals, and the number of parts can be reduced and the apparatus can be downsized. A highly reliable igniter can be achieved by integrating this circuit on a monolithic silicon substrate of a power transistor.

本発明の一実施形態による点火装置を用いる点火システムの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram showing composition of an ignition system using an ignition device by one embodiment of the present invention. 点火コイル異常時における一次電流の諸形態を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the various forms of the primary current at the time of ignition coil abnormality. 本発明の一実施形態による点火装置に用いる異常検出処理部の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the abnormality detection process part used for the ignition device by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による点火装置に用いる異常検出処理部の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation | movement of the abnormality detection process part used for the ignition device by one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…ＥＣＵ
２…イグナイタ
３…点火コイル
４…点火プラグ
５…ＰＮＰトランジスタ
６…イグナイタ駆動回路出力抵抗
７…ＣＰＵ
８…メインＩＧＢＴ
１０…センスＩＧＢＴ
１１…電流検出抵抗
１２…電流検知部
１３…定電流源
１４…電流検出抵抗
１５…コンパレータ
１６…パルス発生部
１７，２０，２５…ＡＮＤゲート
１８…処理回路部
１９…第１処理部
２１…ダイオード
２２…コンデンサ
２３…第２処理部
２４…信号減圧部
２６…Ｊ−Ｋフリップフロップ
２７…インバータ
２８，２９…ダイオード
３０，３１…抵抗 1 ... ECU
2 ... igniter 3 ... ignition coil 4 ... spark plug 5 ... PNP transistor 6 ... igniter drive circuit output resistor 7 ... CPU
8 ... Main IGBT
10 ... Sense IGBT
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Current detection resistor 12 ... Current detection part 13 ... Constant current source 14 ... Current detection resistance 15 ... Comparator 16 ... Pulse generation part 17, 20, 25 ... AND gate 18 ... Processing circuit part 19 ... 1st processing part 21 ... Diode 22 ... capacitor 23 ... second processing unit 24 ... signal decompression unit 26 ... JK flip-flop 27 ... inverter 28, 29 ... diode 30, 31 ... resistance

Claims

内燃機関用電子制御装置から出力される点火信号に応じて点火コイルに流れる１次電流を通電・遮断制御して、前記点火コイルに高電圧を発生させる半導体スイッチング素子を有する内燃機関用点火装置であって、
前記点火コイルの異常検知後、前記内燃機関用電子制御装置に異常を知らせると同時に、自動的にコイル動作を強制的に停止させる異常検知処理手段を備えることを特徴とする内燃機関用点火装置。 An ignition device for an internal combustion engine having a semiconductor switching element for energizing / cutting off a primary current flowing through an ignition coil in accordance with an ignition signal output from an internal combustion engine electronic control device and generating a high voltage in the ignition coil There,
An ignition device for an internal combustion engine comprising abnormality detection processing means for forcibly stopping the coil operation at the same time as notifying the abnormality to the electronic control device for the internal combustion engine after detecting the abnormality of the ignition coil.

請求項１の内燃機関用点火装置において、
前記異常検知処理手段は、点火コイルの異常検知後、前記内燃機関用電子制御装置から出力される点火信号が入力する入力端子の電圧をＨＩＧＨとするとともに、前記半導体スイッチング素子のゲート−エミッタ間電圧をＬＯＷとすることを特徴とする内燃機関用点火装置。 The internal combustion engine ignition device according to claim 1,
After the abnormality detection of the ignition coil, the abnormality detection processing means sets the voltage of the input terminal to which the ignition signal output from the electronic control unit for the internal combustion engine is input to HIGH, and the gate-emitter voltage of the semiconductor switching element. Is an internal combustion engine ignition device.

請求項１の内燃機関用点火装置において、
前記異常検知処理手段は、前記半導体スイッチング素子のＯＦＦ時のコレクタ−エミッタ間電圧により動作することを特徴とする内燃機関用点火装置。 The internal combustion engine ignition device according to claim 1,
The internal combustion engine ignition device characterized in that the abnormality detection processing means is operated by a collector-emitter voltage when the semiconductor switching element is OFF.