JP2014084721A - Ignition device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、イグニッションコイルにおける一次電流（一次巻線を通流する電流）を増減させることにより二次巻線にて高電圧である二次電圧を発生させ、この二次電圧を点火プラグに供給（印加）することで、燃料に点火するための火花放電を点火プラグにて発生させるように構成された、点火装置に関する。 The present invention generates a secondary voltage which is a high voltage in the secondary winding by increasing / decreasing the primary current (current flowing through the primary winding) in the ignition coil, and supplies this secondary voltage to the spark plug. The present invention relates to an ignition device configured to generate a spark discharge for igniting fuel by an ignition plug by applying (applying).
この種の点火装置において、上述の二次電圧（以下、場合によって「放電電圧」と称することもある。）を合目的的に制御あるいは設定する試みが、従来なされている。具体的には、特公平６−８０３１３号公報に開示された装置においては、ある一定電圧で抵抗値が０となる定電圧素子が、イグニッションコイルの二次巻線側にて点火プラグと並列に設けられている。かかる構成によれば、二次電圧のピーク（放電電圧）が平坦化される。これにより、放電電圧のばらつきが抑制される。また、放電電圧の低電圧化が図られる。 In this type of ignition device, attempts have been made to control or set the above-mentioned secondary voltage (hereinafter sometimes referred to as “discharge voltage”) in an appropriate manner. Specifically, in the device disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-80313, a constant voltage element having a resistance value of 0 at a certain constant voltage is connected in parallel with the spark plug on the secondary winding side of the ignition coil. Is provided. According to this configuration, the peak (discharge voltage) of the secondary voltage is flattened. Thereby, the dispersion | variation in discharge voltage is suppressed. In addition, the discharge voltage can be reduced.
上述のような、二次電圧ないし放電電圧を合目的的に制御あるいは設定可能なこの種の点火装置において、例えば、コスト、信頼性、あるいは搭載性の面で、さらなる向上が求められている。本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。 In this type of ignition device capable of appropriately controlling or setting the secondary voltage or discharge voltage as described above, for example, further improvement is required in terms of cost, reliability, and mountability. The present invention has been made in view of the circumstances exemplified above.
本発明の点火装置は、イグニッションコイルと、直流電源と、点火プラグと、を備えている。前記イグニッションコイルは、一次巻線と、二次巻線と、を備えている。このイグニッションコイルは、一次電流（前記一次巻線を通流する電流）の増減により、前記二次巻線にて、高電圧である二次電圧を発生するように構成されている。前記直流電源は、前記一次巻線にて前記一次電流を通流させるために、当該一次巻線の一端側に接続されている。前記点火プラグは、前記二次巻線に接続されている。この点火プラグは、前記二次巻線にて発生する前記二次電圧の供給を受けて、燃料に点火するための火花放電を発生するようになっている。 The ignition device of the present invention includes an ignition coil, a DC power source, and a spark plug. The ignition coil includes a primary winding and a secondary winding. The ignition coil is configured to generate a secondary voltage, which is a high voltage, in the secondary winding by increasing or decreasing the primary current (current flowing through the primary winding). The DC power supply is connected to one end side of the primary winding so that the primary current flows through the primary winding. The spark plug is connected to the secondary winding. The spark plug is configured to generate a spark discharge for igniting the fuel in response to the supply of the secondary voltage generated in the secondary winding.
本発明の点火装置は、また、半導体スイッチング素子と、駆動信号出力部と、を備えている。前記半導体スイッチング素子（典型的にはＭＯＳゲート構造トランジスタ）は、制御端子（ＭＯＳゲート構造トランジスタの場合はゲート端子）と、電源側端子と、接地側端子と、を有している。ここで、前記電源側端子は、前記一次巻線の他端側（前記直流電源に接続された前記一端側とは反対側）に接続されている。また、前記制御端子は、前記駆動信号出力部に接続されている。前記半導体スイッチング素子は、前記制御端子に対する通電のオンオフを切り替えて前記電源側端子と前記接地側端子との間の通電状態を制御することで、前記一次電流を断続させるスイッチとして機能するようになっている。前記駆動信号出力部は、通電オン信号（前記半導体スイッチング素子の前記制御端子に対する通電をオンするための信号）と通電オフ信号（前記制御端子に対する通電をオフするための信号）とを、前記制御端子に向けて出力するようになっている。 The ignition device of the present invention also includes a semiconductor switching element and a drive signal output unit. The semiconductor switching element (typically a MOS gate structure transistor) has a control terminal (a gate terminal in the case of a MOS gate structure transistor), a power supply side terminal, and a ground side terminal. Here, the power source side terminal is connected to the other end side of the primary winding (the side opposite to the one end side connected to the DC power source). The control terminal is connected to the drive signal output unit. The semiconductor switching element functions as a switch for interrupting the primary current by switching on / off of energization to the control terminal to control the energization state between the power supply side terminal and the ground side terminal. ing. The drive signal output unit controls an energization on signal (a signal for turning on the energization to the control terminal of the semiconductor switching element) and an energization off signal (a signal for turning off the energization to the control terminal). Output to the terminal.
本発明の特徴は、前記点火装置が、さらに、基準電圧出力部と、オペアンプと、オペアンプ出力側回路と、を備えたことにある。ここで、前記基準電圧出力部は、所定の基準電圧を出力するように設けられている。また、前記オペアンプは、入力側端子と、出力側端子と、を有している。前記入力側端子は、前記基準電圧出力部及び前記電源側端子に接続されている（具体的には、例えば、一対の前記入力側端子における一方である反転入力端子は、前記基準電圧出力部に接続されている。また、一対の前記入力側端子における他方である非反転入力端子は、前記電源側端子に接続されている。）。一方、前記出力側端子は、前記オペアンプ出力側回路を介して前記制御端子に接続されている。すなわち、前記オペアンプ出力側回路は、前記オペアンプの前記出力側端子と、前記半導体スイッチング素子の前記制御端子と、を接続するように、前記出力側端子と前記制御端子との間に設けられている。前記オペアンプは、一次電圧（これは、前記駆動信号出力部における前記通電オン信号の出力から前記通電オフ信号の出力への切り替えによって前記半導体スイッチング素子が前記一次電流の遮断動作を行うことを起因として、前記一次巻線にて発生する。）と前記基準電圧とを入力として、前記駆動信号出力部から前記制御端子への前記通電オフ信号の出力中に前記制御端子に通電するための出力を、当該入力に応じて生じさせるようになっている。 A feature of the present invention is that the ignition device further includes a reference voltage output unit, an operational amplifier, and an operational amplifier output side circuit. Here, the reference voltage output unit is provided to output a predetermined reference voltage. The operational amplifier has an input side terminal and an output side terminal. The input side terminal is connected to the reference voltage output unit and the power source side terminal (specifically, for example, an inverting input terminal of one of the pair of input side terminals is connected to the reference voltage output unit. In addition, the non-inverting input terminal which is the other of the pair of input side terminals is connected to the power source side terminal). On the other hand, the output side terminal is connected to the control terminal via the operational amplifier output side circuit. That is, the operational amplifier output side circuit is provided between the output side terminal and the control terminal so as to connect the output side terminal of the operational amplifier and the control terminal of the semiconductor switching element. . The operational amplifier has a primary voltage (this is because the semiconductor switching element performs the primary current cut-off operation by switching from the energization-on signal output to the energization-off signal output in the drive signal output unit. And an output for energizing the control terminal during the output of the energization off signal from the drive signal output unit to the control terminal. It is generated according to the input.
かかる構成を有する本発明の点火装置における、典型的な動作を説明すると、まず、前記駆動信号出力部から前記通電オン信号が出力されることで、前記制御端子に対する通電がオンされる。すると、前記半導体スイッチング素子における前記電源側端子と前記接地側端子との間の通電が可能となり、これにより前記一次電流が通流する。次に、前記駆動信号出力部からの出力が前記通電オン信号から前記通電オフ信号に切り替えられることで、前記制御端子に対する通電がオフされる。すると、前記半導体スイッチング素子にて前記一次電流の遮断動作が行われ、これにより当該一次電流が急激に減少する。このとき、相互誘導により、前記一次電流の変化に応じて、高電圧である前記二次電圧が、前記二次巻線にて誘起される。また、上述の遮断動作に起因して、前記一次巻線にて、自己誘導により前記一次電圧が発生する。 A typical operation in the ignition device of the present invention having such a configuration will be described. First, the energization to the control terminal is turned on by outputting the energization on signal from the drive signal output unit. Then, it becomes possible to energize between the power supply side terminal and the ground side terminal in the semiconductor switching element, and thereby the primary current flows. Next, when the output from the drive signal output unit is switched from the energization on signal to the energization off signal, the energization to the control terminal is turned off. Then, the primary current is cut off by the semiconductor switching element, whereby the primary current is rapidly reduced. At this time, due to mutual induction, the secondary voltage, which is a high voltage, is induced in the secondary winding in accordance with the change in the primary current. Further, due to the above-described blocking operation, the primary voltage is generated by self-induction in the primary winding.
本発明の構成においては、前記一次巻線にて発生した前記一次電圧が、前記オペアンプに入力される。そして、この一次電圧が前記基準電圧との関係で所定の程度まで達したとき（具体的には、例えば、前記一次電圧が前記基準電圧以上となったとき）に、前記オペアンプの前記出力がオンとなる。すると、前記オペアンプ出力側回路を介して、電流が前記制御端子に流入する。すなわち、前記駆動信号出力部からの出力が前記通電オフ信号であるにもかかわらず、前記制御端子が通電される。 In the configuration of the present invention, the primary voltage generated in the primary winding is input to the operational amplifier. When the primary voltage reaches a predetermined level in relation to the reference voltage (specifically, for example, when the primary voltage becomes equal to or higher than the reference voltage), the output of the operational amplifier is turned on. It becomes. Then, a current flows into the control terminal via the operational amplifier output side circuit. That is, the control terminal is energized even though the output from the drive signal output unit is the energization off signal.
このように、本発明の点火装置においては、前記駆動信号出力部からの出力が前記通電オフ信号であるにもかかわらず、前記制御端子が通電されることで前記半導体スイッチング素子が事実上オンされる（典型的には所謂「ハーフオン」：この「ハーフオン」の意義については後述する）。すると、前記電源側端子から前記接地側端子へ一次電流が比較的少量通流することで、前記二次電圧の立ち上がりの勾配が緩和される。これにより、当該二次電圧を合目的的に制御あるいは設定することが可能となる。具体的には、当該二次電圧が過剰に高電圧になることが可及的に抑制される。すなわち、当該二次電圧におけるオーバーシュートの発生が良好に抑制される。あるいは、当該二次電圧のピーク形状を良好に平坦化することが可能となる。 As described above, in the ignition device of the present invention, the semiconductor switching element is effectively turned on when the control terminal is energized even though the output from the drive signal output unit is the energization off signal. (Typically, so-called “half-on”: the meaning of this “half-on” will be described later). Then, a relatively small amount of primary current flows from the power supply side terminal to the ground side terminal, so that the rising gradient of the secondary voltage is alleviated. This makes it possible to control or set the secondary voltage in a purposeful manner. Specifically, the secondary voltage is suppressed as much as possible from being excessively high. That is, the occurrence of overshoot in the secondary voltage is suppressed satisfactorily. Alternatively, the peak shape of the secondary voltage can be satisfactorily flattened.
ここで、本発明においては、上述の通り、前記二次電圧を合目的的に制御あるいは設定するための特徴的な構成が、前記イグニッションコイルにおける前記一次巻線側に設けられている。したがって、本発明によれば、前記二次電圧ないし放電電圧を合目的的に制御あるいは設定可能なこの種の点火装置において、コスト、信頼性、あるいは搭載性が、よりいっそう向上する。 Here, in the present invention, as described above, a characteristic configuration for purposely controlling or setting the secondary voltage is provided on the primary winding side of the ignition coil. Therefore, according to the present invention, in this type of ignition device that can control or set the secondary voltage or discharge voltage in a purposeful manner, the cost, reliability, or mountability is further improved.
以下、本発明を具体化した一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、変形例は、当該実施形態の説明中に挿入されると首尾一貫した一実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. In addition, since a modification will prevent understanding of description of one consistent embodiment, if it is inserted during the description of the said embodiment, it is described collectively at the end.
＜実施形態の装置構成＞
まず、本実施形態に係る点火装置１０の概略的な回路構成について、図１を参照しつつ説明する。なお、本実施形態に係る点火装置１０は、少なくとも内燃機関を動力源とする車両に搭載されるものであって、当該内燃機関における燃焼室内にて燃料混合気に点火するための火花放電を点火プラグ１１にて発生させるように構成されているものとする。
<Apparatus Configuration of Embodiment>
First, a schematic circuit configuration of the ignition device 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The ignition device 10 according to this embodiment is mounted on a vehicle having at least an internal combustion engine as a power source, and ignites a spark discharge for igniting a fuel mixture in a combustion chamber of the internal combustion engine. The plug 11 is assumed to be generated.
イグニッションコイル１２（一次巻線１２ａ及び二次巻線１２ｂを備えている）における一次巻線１２ａの一端側には、当該一次巻線１２ａにて電流（一次電流）を通流させるための直流電源であるバッテリ１３が接続されている。一次巻線１２ａの他端側には、ＭＯＳゲート構造トランジスタであるＩＧＢＴ１４（ＩＧＢＴはInsulated Gate Bipolar Transistorの略）が接続されている。一方、二次巻線１２ｂには、点火プラグ１１が接続されている。この点火装置１０は、一次巻線１２ａを通流する一次電流をＩＧＢＴ１４によるスイッチング動作で増減させて二次巻線１２ｂにて高電圧である二次電圧を発生させ、この二次電圧を点火プラグ１１に供給（印加）することで点火プラグ１１にて上述の火花放電を発生させるように構成されている。
A DC power supply for passing a current (primary current) through the primary winding 12a to one end side of the primary winding 12a in the ignition coil 12 (including the primary winding 12a and the secondary winding 12b). A battery 13 is connected. An IGBT 14 (IGBT is an abbreviation of Insulated Gate Bipolar Transistor), which is a MOS gate structure transistor, is connected to the other end of the primary winding 12a. On the other hand, a spark plug 11 is connected to the secondary winding 12b. The ignition device 10 increases or decreases a primary current flowing through the primary winding 12a by a switching operation by the
ＩＧＢＴ１４は、電源側端子としてのコレクタ端子１４Ｃと、接地側端子としてのエミッタ端子１４Ｅと、制御端子としてのゲート端子１４Ｇと、を有している。コレクタ端子１４Ｃは、一次巻線１２ａにおける上述の他端側に接続されている。エミッタ端子１４Ｅは、接地されている。コレクタ端子１４Ｃとゲート端子１４Ｇとの間には、ＩＧＢＴ１４を過電圧から保護するための所定耐圧のツェナーダイオード１５が、コレクタ端子１４Ｃからゲート端子１４Ｇに向かって逆接続となるように設けられている。
The
ゲート端子１４Ｇは、火花放電の発生タイミングを制御するための駆動信号ＩＧＴを出力する駆動信号出力部１６に、所定の入力抵抗１７を介して接続されている。駆動信号出力部１６は、通電オン信号（ゲート端子１４Ｇに対する通電をオンすることでコレクタ端子１４Ｃからエミッタ端子１４Ｅに向かう電流の通流を可能とするための信号）と通電オフ信号（ゲート端子１４Ｇに対する通電をオフすることで上述の電流を遮断するための信号）とを有する駆動信号ＩＧＴを、ゲート端子１４Ｇに向けて出力するようになっている。そして、ＩＧＢＴ１４は、ゲート端子１４Ｇに対する通電のオンオフを切り替えてコレクタ端子１４Ｃとエミッタ端子１４Ｅとの間の通電状態を制御することで、一次電流を断続させるスイッチとして機能するようになっている。なお、ツェナーダイオード１５とコレクタ端子１４Ｃとの間には、電流制限用の比較的大きな抵抗（図示略）が設けられている。
The
また、本実施形態の点火装置１０は、放電電圧制御部１８を備えている。この放電電圧制御部１８は、放電電圧（点火プラグ１１にて火花放電を発生させるための二次電圧のピーク）を、±１ｋＶの範囲で３０μｓ以上保持された略バスタブ状に形成するように構成されている。具体的には、放電電圧制御部１８は、オペアンプ１８１と、フィルタ部１８２と、基準電圧出力部１８３と、電流検出部１８４と、オペアンプ出力側回路１８５と、を備えている。
Further, the ignition device 10 of the present embodiment includes a discharge
オペアンプ１８１は、非反転入力端子１８１１と、反転入力端子１８１２と、出力側端子１８１３と、を有している。非反転入力端子１８１１は、フィルタ部１８２を介して、一次巻線１２ａにおける上述の他端側に接続されている。フィルタ部１８２は、ＲＣ回路からなり、一次電圧（一次巻線１２ａにおける上述の他端側あるいはコレクタ端子１４Ｃと接地点との電位差：ＩＧＢＴ１４のスイッチング動作に伴う自己誘導によって生じる）におけるノイズ様の不要なピークを除去できるように構成されている。特に、本実施形態のフィルタ部１８２においては、一次巻線１２ａにおける漏れインダクタンスに起因して一次電圧に生じるピークをオペアンプ１８１の入力から除去するように、回路定数（抵抗や容量）が適宜設定されている。反転入力端子１８１２は、基準電圧を出力する基準電圧出力部１８３に接続されている。
The
本実施形態においては、オペアンプ１８１は、一次電圧（特に駆動信号ＩＧＴにおける通電オン信号から通電オフ信号への切り替えによってＩＧＢＴ１４が一次電流の遮断動作を行うことを起因とするもの）と上述の基準電圧とを入力として、当該入力に応じて、駆動信号出力部１６からゲート端子１４Ｇへの通電オフ信号の出力中にゲート端子１４Ｇに通電する（すなわちＩＧＢＴ１４を「ハーフオン」状態で駆動する）ための出力を生じさせるようになっている。ここで、「ハーフオン」状態とは、駆動信号ＩＧＴにおける通電オン信号の出力時である「フルオン」状態（ＭＯＳＦＥＴの飽和領域状態）よりも低い電圧が、ゲート端子１４Ｇに印加されることで、ＩＧＢＴ１４が事実上オン動作する状態（ＭＯＳＦＥＴの非飽和領域状態）をいう。なお、「フルオン」状態と「ハーフオン」状態を総称して、単に「オン」状態と称されることもある。すなわち、オペアンプ１８１は、一次電圧に基づいて、具体的には、一次電圧をトリガとして、ゲート電圧（ゲート端子１４Ｇの印加電圧）を制御するように設けられている。
In the present embodiment, the
また、本実施形態においては、基準電圧出力部１８３は、オペアンプ１８１における反転入力端子１８１２に入力する基準電圧を、内燃機関の運転状態（要求負荷等）、一次電流の通流状態（電流検出部１８４によって検出される）、等に基づいて可変に設定するようになっている。具体的には、基準電圧出力部１８３は、図２に示されているように、放電電圧の目標値である目標放電電圧（これは内燃機関の運転状態に応じて設定される）が高いほど、基準電圧を高く設定するようになっている。また、基準電圧出力部１８３は、図３に示されているように、一次遮断電流（駆動信号ＩＧＴにおける通電オン信号から通電オフ信号への切り替え時点での一次電流）が大きいほど基準電圧を低く設定するようになっている。
In the present embodiment, the reference
電流検出部１８４は、電流検出用分岐路１８４１と、電流検出用抵抗１８４２と、電流検出回路１８４３と、を備えている。電流検出用分岐路１８４１は、ＩＧＢＴ１４のエミッタ端子１４Ｅから接地点に向かう一次電流の一部を、当該一次電流の全体に対して所定比率で分流するように設けられている。この電流検出用分岐路１８４１には、電流検出用抵抗１８４２が設けられている。電流検出回路１８４３は、電流検出用分岐路１８４１（電流検出用抵抗１８４２）を通流する電流に応じた出力を発生するようになっている。
The
オペアンプ１８１の出力側端子１８１３は、オペアンプ出力側回路１８５を介して、ＩＧＢＴ１４のゲート端子１４Ｇに接続されている。すなわち、ゲート端子１４Ｇには、駆動信号出力部１６と、オペアンプ出力側回路１８５とが、並列に接続されている。そして、オペアンプ出力側回路１８５は、オペアンプ１８１の出力側端子１８１３と、ＩＧＢＴ１４のゲート端子１４Ｇと、を接続するように、出力側端子１８１３とゲート端子１４Ｇとの間に設けられている。このオペアンプ出力側回路１８５は、出力電源部１８５１と、スイッチング回路部１８５２と、を備えている。
The
本発明の電流設定部に相当する出力電源部１８５１は、図示しない直流電源を備えているとともに、オペアンプ出力側電流（オペアンプ１８１における出力がオンになったことに基づいてゲート端子１４Ｇに流入する電流）を可変に設定するように構成されている。具体的には、本実施形態においては、出力電源部１８５１は、図４に示されているように、一次遮断電流が大きいほどオペアンプ出力側電流を大きく設定するようになっている。
The output
スイッチング回路部１８５２は、出力側端子１８１３に接続されていてカレントミラーを構成する一対のトランジスタＴＲ１及びＴＲ２と、出力電源部１８５１とトランジスタＴＲ２との間に設けられたトランジスタＴＲ３と、出力電源部１８５１とゲート端子１４Ｇとの間に設けられたトランジスタＴＲ４と、を備えている。このスイッチング回路部１８５２は、オペアンプ１８１の出力側端子１８１３から出力される比較的小さな電流のオンオフによって、出力電源部１８５１からトランジスタＴＲ４を介してゲート端子１４Ｇに流入する比較的大きな電流であるオペアンプ出力側電流のオンオフを制御するように構成されている。
The switching
＜動作説明＞
以下、上述の通りの構成を有する、本実施形態の点火装置１０の動作（作用・効果）について、各図面を適宜参照しつつ説明する。
<Description of operation>
Hereinafter, the operation (action / effect) of the ignition device 10 of the present embodiment having the configuration as described above will be described with reference to each drawing as appropriate.
図５に示されているように、時刻ｔ０より前の時点にて駆動信号ＩＧＴが通電オン信号となると、ＩＧＢＴ１４におけるゲート端子１４Ｇに所定のフルオン電圧（閾値電圧よりも充分に高い電圧）が印加され、ＩＧＢＴ１４が「フルオン」状態で駆動される。これにより、一次電流が通流し、イグニッションコイル１２の一次巻線１２ａに電磁エネルギが蓄積される。その後、時刻ｔ０にて駆動信号ＩＧＴが通電オン信号から通電オフ信号に切り替わると、ゲート端子１４Ｇに対する通電がオフされ、ＩＧＢＴ１４にて一次電流の遮断動作が開始される（この時刻ｔ０の時点、厳密にいえば時刻ｔ０の直前の時点における、一次電流が、一次遮断電流である。）。このときの一次遮断電流の値は、電流検出回路１８４３の出力に基づいて検出される。
As shown in FIG. 5, when the drive signal IGT becomes an energization on signal before the time t0, a predetermined full on voltage (voltage sufficiently higher than the threshold voltage) is applied to the
基準電圧出力部１８３は、検出された一次遮断電流と図２及び図３に示されているようなマップ（典型的には図２と図３とを合成した三次元のマップあるいはテーブル）とに基づいて基準電圧を決定し、決定した基準電圧を出力する。また、出力電源部１８５１は、検出された一次遮断電流と図４に示されているようなマップ（あるいはテーブル）とに基づいてオペアンプ出力側電流を決定する。
The reference
駆動信号ＩＧＴの通電オン信号から通電オフ信号への切り替えによってＩＧＢＴ１４における一次電流の遮断動作（ターンオフ遷移）が開始されると、一次巻線１２ａを通流する一次電流が急激に減少する。このとき、相互誘導により、一次電流の変化に応じて、高電圧である二次電圧が、イグニッションコイル１２の二次巻線１２ｂにて誘起される。図５に示されているように、一次電流が急激に減少することで、二次電圧が急激に立ち上がる（時刻ｔ０とｔ１とのほぼ中間の領域参照）。
When the primary current cut-off operation (turn-off transition) in the
一方、上述の遮断動作に起因して、一次巻線１２ａにて、自己誘導により一次電圧が発生する。この一次電圧は、オペアンプ１８１の非反転入力端子１８１１に入力される。そして、この一次電圧が上述の基準電圧との関係で所定の程度まで達したとき（具体的には一次電圧が基準電圧以上となったとき：時刻ｔ１参照）に、オペアンプ１８１における出力のオフからオンへの転換が開始する。これにより、上述のようにして決定されたオペアンプ出力側電流が、オペアンプ出力側回路１８５を介して、ゲート端子１４Ｇに流入し始める（オペアンプ１８１の出力がオンになったことによるスイッチング回路部１８５２の動作の詳細は図１の回路図から自明であるので説明を省略する）。すると、駆動信号ＩＧＴが通電オフ信号であるにもかかわらず、ゲート端子１４Ｇが通電される。このときのゲート電圧は、図５に示されているように、フルオン電圧よりも低い（図５における「ゲート電圧」の波形参照）。このため、ＩＧＢＴ１４は、オペアンプ１８１の出力に基づいて「ハーフオン」状態で駆動される。
On the other hand, a primary voltage is generated by self-induction in the primary winding 12a due to the above-described blocking operation. This primary voltage is input to the non-inverting input terminal 1811 of the
上述のようにしてＩＧＢＴ１４が「ハーフオン」状態で駆動されると、コレクタ端子１４Ｃからエミッタ端子１４Ｅへ一次電流が比較的少量通流する（この電流を以下「リーク電流」と称する）。これにより、二次電圧の立ち上がりの勾配が緩和され、以て二次電圧が過剰に高電圧になることが可及的に抑制される。すなわち、二次電圧におけるオーバーシュートの発生が良好に抑制される（図５における時刻ｔ１〜ｔ３参照）。また、二次電圧のピーク形状が、良好に平坦化される。具体的には、放電電圧が、±１ｋＶの範囲で３０μｓ以上保持された略バスタブ状に形成される（図５における時刻ｔ２〜ｔ３参照）。
When the
ところで、図５に示されているように、一次電圧には、一次巻線１２ａの漏れインダクタンスに起因するピークが生じることがある（図中時刻ｔ０とｔ１との間の小さなピーク参照）。かかるピークが仮に基準電圧（図中Ｖth参照）を超えると、本来よりも早すぎるタイミングでＩＧＢＴ１４が「ハーフオン」状態となり、二次電圧のピーク形状が所望の形状とはならなくなってしまう。そこで、本実施形態においては、フィルタ部１８２によって、かかるピークがオペアンプ１８１の入力から除去される。これにより、良好な放電電圧制御が可能となる。
Incidentally, as shown in FIG. 5, the primary voltage may have a peak due to the leakage inductance of the primary winding 12a (see the small peak between times t0 and t1 in the figure). If such a peak exceeds the reference voltage (see Vth in the figure), the
図６は、図５のタイムチャートにおける時間軸の範囲を拡張したものに相当する。換言すれば、図５のタイムチャートは、図６における、放電電圧発生時点（二次電圧のピーク発生時点）の付近を拡大したものに相当する。一方、図７は、図１における放電電圧制御部１８を省略した、比較例の構成におけるタイムチャートである。なお、図７を参照しつつ行う、比較例の構成の動作説明においては、図１に示されている本実施形態の構成における各部の符号（当該比較例の構成に含まれないものを除く）を適宜引用するものとする。また、図５と図６とで細部について符合しない箇所が散見されるが（例えば、図５における一次巻線１２ａの漏れインダクタンスに起因するピークが図６には現れていない点等）、これは、本発明の理解の妨げになるものではなく、また技術的に矛盾するものでもない。
FIG. 6 corresponds to an extension of the time axis range in the time chart of FIG. In other words, the time chart of FIG. 5 corresponds to an enlarged view of the vicinity of the discharge voltage generation time point (secondary voltage peak generation time point) in FIG. On the other hand, FIG. 7 is a time chart in the configuration of the comparative example in which the discharge
図７に示されているように、比較例の構成においては、ＩＧＢＴ１４のターンオフ遷移が始まると、一次電流は急激に減少する。この一次電流の急激な変化に伴い、一次電圧も急激に上昇し、時刻ｔ４において一次電圧はツェナーダイオード１５の耐圧に達する。なお、時刻ｔ４において、ゲート電圧はほぼ０Ｖまで低下している。一次電圧がツェナーダイオード１５の耐圧に達すると、コレクタ電圧（コレクタ端子１４Ｃにおける端子電圧）がほぼツェナーダイオード１５の耐圧にクランプされ、ＩＧＢＴ１４は過電圧から保護される。さらに、コレクタ端子１４Ｃからゲート端子１４Ｇへ電流が流入し、ゲート電圧が上昇して「ハーフオン」状態になり、コレクタ端子１４Ｃからエミッタ端子１４Ｅへリーク電流が流れ始める。
As shown in FIG. 7, in the configuration of the comparative example, when the turn-off transition of the
ここで、ツェナーダイオード１５には、上述の通り、電流制限用の比較的大きな抵抗（図示略）が接続されている。このため、ＩＢＧＴ１４が「ハーフオン」状態になると、ＩＧＢＴ１４のコレクタ端子１４Ｃからエミッタ端子１４Ｅへ電流が流れる一方、ツェナーダイオード１５には電流が流れにくくなる。その結果、時刻ｔ５において、ゲート電圧が再度０ＶになってＩＧＢＴ１４がオフになり、一次電圧が降下し始める。一方、一次電流の変化に応じて誘起される二次電圧は、時刻ｔ４までに急激に下降して非常に高い電圧に達した後、一定値に維持されることなく更に下降する。
Here, as described above, a relatively large resistor (not shown) for current limitation is connected to the
上述のように、比較例の構成においても、一次電圧がツェナーダイオード１５の耐圧まで上昇すると、コレクタ端子１４Ｃからエミッタ端子１４Ｅへリーク電流が流れることでＩＧＢＴ１４が「ハーフオン」状態となる。しかしながら、過電圧保護用のツェナーダイオード１５の耐圧は高く設定されているので、リーク電流が流れ始めるまでに、すでに二次電圧は点火プラグ１１の耐圧を超えるような電圧値にまで上昇している。特に近年は、点火プラグ１１に対する印加電圧を高くして点火を短時間で行う傾向にあるため、このような状況が生じ易い。また、ツェナーダイオード１５だけでは、ゲート端子１４Ｇへ流れ込む電流の大きさや流れる時間を調整できない。このため、比較例の構成においては、一次電流を適切に変化させて二次電圧（放電電圧）を所定時間ほぼ一定値に維持することはできない。
As described above, also in the configuration of the comparative example, when the primary voltage rises to the withstand voltage of the
これに対して、本実施形態の点火装置１０においては、図６に示されているように、時刻ｔ６にてオペアンプ１８１の出力電圧が立ち上がり始めることで、ＩＧＢＴ１４が、比較例の場合よりも早期に「ハーフオン」状態になる（図７ではゲート電圧が時刻ｔ４までに０Ｖまで低下しているのに対し、図６では時刻ｔ６から時刻ｔ７まで「ハーフオン状態」に相当するゲート電圧が維持されている。）。すると、上述の図７における時刻ｔ４よりも早い時刻ｔ６にてリーク電流が流れ始める。これにより、時刻ｔ６以前においては比較例の構成と同様に一次電流及び二次電圧が変化する一方で、時刻ｔ６以後は一次電流の減少度合が比較例の場合よりも緩やかとなることで二次電圧の立ち上がりの勾配が良好に緩和される。よって、本実施形態の構成によれば、図６に示されているように、放電電圧を、±１ｋＶの範囲で３０μｓ以上保持された略バスタブ状に形成することが可能になる。
In contrast, in the ignition device 10 of the present embodiment, as shown in FIG. 6, the output voltage of the
また、本実施形態の点火装置１０においては、目標放電電圧が高いほど、基準電圧が高く設定される。すなわち、基準電圧が高いほど、ＩＧＢＴ１４が「ハーフオン」状態になるタイミング、換言すれば、二次電圧の立ち上がりの勾配が緩和されるタイミングが遅くなる。よって、基準電圧が適切な範囲で高く設定されることで、上述のような略バスタブ形状を維持しつつ、放電電圧を高く設定することが可能になる。
In the ignition device 10 of the present embodiment, the reference voltage is set higher as the target discharge voltage is higher. In other words, the higher the reference voltage, the later the timing at which the
また、本実施形態の点火装置１０においては、一次遮断電流が大きいほど、基準電圧が低く設定される。すなわち、一次遮断電流が大きいほど、ＩＧＢＴ１４のターンオフ遷移開始時点近辺における一次電流の減少度合（勾配）がより大きくなり、以て二次電圧の立ち上がりの勾配がより急激になることが想定される。この点、基準電圧を低く設定すると、ＩＧＢＴ１４が「ハーフオン」状態になるタイミング、換言すれば、二次電圧の立ち上がりの勾配が緩和されるタイミングが早くなる。よって、一次遮断電流が大きいほど基準電圧が低く設定されることで、放電電圧のオーバーシュートを良好に抑制することが可能になる。
In the ignition device 10 of the present embodiment, the reference voltage is set lower as the primary cutoff current is larger. That is, it is assumed that as the primary cutoff current is larger, the decrease degree (gradient) of the primary current in the vicinity of the turn-off transition start time of the
また、本実施形態の点火装置１０においては、一次遮断電流が大きいほど、オペアンプ出力側電流が大きく設定される。すなわち、オペアンプ出力側電流が大きいほど、ＩＧＢＴ１４が「ハーフオン」状態になったときにおけるゲート電圧が高くなるとともにリーク電流が大きくなり、二次電圧の立ち上がりの勾配が緩和される度合が大きくなる。よって、一次遮断電流が大きいほどオペアンプ出力側電流が大きく設定されることで、放電電圧のオーバーシュートを良好に抑制することが可能になる。
In the ignition device 10 of the present embodiment, the operational amplifier output side current is set to be larger as the primary cutoff current is larger. That is, the larger the operational amplifier output side current, the higher the gate voltage when the
さらに、本実施形態の点火装置１０においては、一次電流を適切に変化させて二次電圧を上述のように制御あるいは設定するための特徴的な構成が、イグニッションコイル１２における一次巻線１２ａ側に設けられている。したがって、かかる構成によれば、点火装置１０における、コスト、信頼性、あるいは搭載性が、よりいっそう向上する。
Further, in the ignition device 10 of the present embodiment, a characteristic configuration for appropriately changing the primary current to control or set the secondary voltage as described above is provided on the primary winding 12a side of the
＜変形例＞
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態にて説明されているものと同様の構成及び機能を有する部分に対しては、上述の実施形態と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部分の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態における説明が適宜援用され得るものとする。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、上述の実施形態の一部、及び、複数の変形例の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。
<Modification>
Hereinafter, some typical modifications will be exemplified. In the following description of the modified examples, the same reference numerals as those in the above embodiment can be used for portions having the same configurations and functions as those described in the above embodiment. And about description of this part, the description in the above-mentioned embodiment shall be used suitably in the range which is not technically consistent. Needless to say, the modifications are not limited to those listed below. In addition, a part of the above-described embodiment and all or a part of the plurality of modified examples can be combined appropriately as long as they are technically consistent.
出力電源部１８５１は、一次電流の、一次遮断電流からの減少率（減少勾配あるいは変化率）が大きいほど、オペアンプ出力側電流が大きくなるように、当該オペアンプ出力側電流を設定してもよい。これにより、放電電圧のオーバーシュートを良好に抑制することが可能になる。
The output
出力電源部１８５１は、オペアンプ出力側電流を、図８に示されているように、時間経過とともに減少させるようになっていてもよい。同様に、基準電圧出力部１８３は、オペアンプ１８１の出力がオンになった後、時間経過とともに基準電圧を高く設定するようになっていてもよい。これにより、リーク電流の流し過ぎによる不用意な二次電圧波形の変形が、可及的に抑制され得る。すなわち、所望の電圧レベルに達するような略バスタブ状の放電電圧が、良好に形成され得る。
The output
なお、図８においては、オペアンプ１８１の出力は、模式的に、矩形波状に記載されている。このため、同図においては、オペアンプ出力側電流は、オペアンプ１８１の出力のステップ状の立ち上がりと同期して、ステップ状に立ち上がっているように記載されている。但し、本変形例は、このような態様に限定されるものではない。具体的には、例えば、オペアンプ出力側電流は、三角波状あるいは余弦波状に減少してもよい。すなわち、オペアンプ出力側電流は、立ち上がり直後の所定時間にて一定に保持されていなくてもよい。
In FIG. 8, the output of the
基準電圧出力部１８３が出力する基準電圧は、一定（不変）であってもよい。
The reference voltage output from the reference
１０…点火装置、１１…点火プラグ、１２…イグニッションコイル、１２ａ…一次巻線、１２ｂ…二次巻線、１４Ｃ…コレクタ端子、１４Ｅ…エミッタ端子、１４Ｇ…ゲート端子、１６…駆動信号出力部、１８…放電電圧制御部、１８１…オペアンプ、１８３…基準電圧出力部、１８５…オペアンプ出力側回路、１８１１…非反転入力端子、１８１２…反転入力端子、１８１３…出力側端子、１８５１…出力電源部、ＩＧＴ…駆動信号。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Ignition device, 11 ... Spark plug, 12 ... Ignition coil, 12a ... Primary winding, 12b ... Secondary winding, 14C ... Collector terminal, 14E ... Emitter terminal, 14G ... Gate terminal, 16 ... Drive signal output part, DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記一次巻線にて前記一次電流を通流させるために、当該一次巻線の一端側に接続された、直流電源（１３）と、
前記二次巻線にて発生する前記二次電圧の供給を受けることで、燃料に点火するための火花放電を発生するように、前記二次巻線に接続された、点火プラグ（１１）と、
制御端子（１４Ｇ）と電源側端子（１４Ｃ）と接地側端子（１４Ｅ）とを有し、前記制御端子に対する通電のオンオフを切り替えて前記電源側端子と前記接地側端子との間の通電状態を制御することで前記一次電流を断続させるスイッチとして機能するように、前記電源側端子が前記一次巻線の他端側に接続された、半導体スイッチング素子（１４）と、
前記半導体スイッチング素子の前記制御端子に対する通電をオンする通電オン信号と、当該制御端子に対する通電をオフする通電オフ信号と、を当該制御端子に向けて出力するように、当該制御端子に接続された、駆動信号出力部（１６）と、
所定の基準電圧を出力するように設けられた、基準電圧出力部（１８３）と、
前記駆動信号出力部における前記通電オン信号の出力から前記通電オフ信号の出力への切り替えによって前記半導体スイッチング素子が前記一次電流の遮断動作を行うことを起因として前記一次巻線にて発生した一次電圧と、前記基準電圧と、を入力として、前記駆動信号出力部から前記制御端子への前記通電オフ信号の出力中に前記制御端子に通電するための出力を当該入力に応じて生じさせるように、入力側端子（１８１１，１８１２）が前記基準電圧出力部及び前記電源側端子に接続された、オペアンプ（１８１）と、
前記オペアンプの出力側端子（１８１３）と、前記半導体スイッチング素子の前記制御端子と、を接続するように、前記出力側端子と前記制御端子との間に設けられた、オペアンプ出力側回路（１８５２）と、
を備えたことを特徴とする、点火装置。 A secondary winding having a primary winding (12a) and a secondary winding (12b) and having a high voltage in the secondary winding due to an increase or decrease in the primary current flowing through the primary winding. An ignition coil (12) configured to generate a voltage;
A direct current power source (13) connected to one end of the primary winding in order to pass the primary current through the primary winding;
An ignition plug (11) connected to the secondary winding so as to generate a spark discharge for igniting the fuel by receiving the supply of the secondary voltage generated in the secondary winding; ,
It has a control terminal (14G), a power supply side terminal (14C), and a ground side terminal (14E), and switches on / off of energization to the control terminal to change the energization state between the power supply side terminal and the ground side terminal. A semiconductor switching element (14) in which the power supply side terminal is connected to the other end side of the primary winding so as to function as a switch for interrupting the primary current by controlling;
An energization on signal for turning on the energization to the control terminal of the semiconductor switching element and an energization off signal for turning off the energization to the control terminal are connected to the control terminal so as to be output to the control terminal. A drive signal output unit (16);
A reference voltage output unit (183) provided to output a predetermined reference voltage;
A primary voltage generated in the primary winding due to the semiconductor switching element performing an operation of interrupting the primary current by switching from the energization on signal output to the energization off signal output in the drive signal output unit. And an output for energizing the control terminal during the output of the energization off signal from the drive signal output unit to the control terminal, in response to the input, with the reference voltage as an input, An operational amplifier (181) in which input terminals (1811, 1812) are connected to the reference voltage output unit and the power supply terminal;
An operational amplifier output side circuit (1852) provided between the output side terminal and the control terminal so as to connect the output side terminal (1813) of the operational amplifier and the control terminal of the semiconductor switching element. When,
An ignition device comprising:
前記基準電圧出力部は、前記二次電圧のピークの目標値が高いほど、前記基準電圧を高く設定することを特徴とする、点火装置。 The ignition device according to claim 1,
The ignition apparatus according to claim 1, wherein the reference voltage output unit sets the reference voltage higher as a target value of the peak of the secondary voltage is higher.
前記オペアンプ出力側回路は、前記オペアンプにおける前記出力がオンになったことに基づいて前記オペアンプ出力側回路から前記制御端子に流入する電流であるオペアンプ出力側電流を可変に設定する、電流設定部（１８５１）を備えたことを特徴とする、点火装置。 The ignition device according to claim 1 or 2,
The operational amplifier output side circuit variably sets an operational amplifier output side current, which is a current flowing from the operational amplifier output side circuit to the control terminal, based on the output of the operational amplifier being turned on. 1851).
前記電流設定部は、前記駆動信号出力部における前記通電オン信号の出力から前記通電オフ信号の出力への切り替え時点の前記一次電流である一次遮断電流が大きいほど、前記オペアンプ出力側電流が大きくなるように、当該オペアンプ出力側電流を設定することを特徴とする、点火装置。 An ignition device according to claim 3,
The current setting unit increases the operational amplifier output-side current as the primary cutoff current, which is the primary current at the time of switching from the energization on signal output to the energization off signal output in the drive signal output unit, increases. Thus, the operational amplifier output side current is set as described above.
前記電流設定部は、前記駆動信号出力部における前記通電オン信号の出力から前記通電オフ信号の出力への切り替え時点の前記一次電流である一次遮断電流からの、当該一次電流の変化率が大きいほど、前記オペアンプ出力側電流が大きくなるように、当該オペアンプ出力側電流を設定することを特徴とする、点火装置。 An ignition device according to claim 3,
The current setting unit increases as the rate of change of the primary current from the primary cutoff current that is the primary current at the time of switching from the output of the energization on signal to the output of the energization off signal in the drive signal output unit increases. The ignition device is characterized in that the operational amplifier output side current is set so that the operational amplifier output side current becomes large.
前記電流設定部は、前記オペアンプ出力側電流を、時間経過とともに減少させることを特徴とする、点火装置。 An ignition device according to any one of claims 3 to 5,
The ignition device according to claim 1, wherein the current setting unit reduces the operational amplifier output side current with time.
前記基準電圧出力部は、前記オペアンプにおける前記出力がオンになった後、時間経過とともに前記基準電圧を高く設定することを特徴とする、点火装置。 An ignition device according to any one of claims 1 to 5,
The ignition apparatus according to claim 1, wherein the reference voltage output unit sets the reference voltage to be high with time after the output of the operational amplifier is turned on.
前記基準電圧出力部は、前記駆動信号出力部における前記通電オン信号の出力から前記通電オフ信号の出力への切り替え時点の前記一次電流である一次遮断電流が大きいほど、前記基準電圧を低く設定することを特徴とする、点火装置。 The ignition device according to any one of claims 1 to 7,
The reference voltage output unit sets the reference voltage to be lower as the primary cutoff current, which is the primary current at the time of switching from the energization on signal output to the energization off signal output in the drive signal output unit, is larger. An ignition device characterized by that.
前記一次巻線における漏れインダクタンスに起因して前記一次電圧に生じるピークを、前記オペアンプの前記入力から除去するように、前記オペアンプの前記入力側端子に接続された、ピーク除去フィルタ（１８２）をさらに備えたことを特徴とする、点火装置。 The ignition device according to any one of claims 1 to 8,
A peak removal filter (182) connected to the input side terminal of the operational amplifier so as to remove a peak generated in the primary voltage due to a leakage inductance in the primary winding from the input of the operational amplifier; An ignition device comprising the ignition device.
前記二次電圧のピークが、±１ｋＶの範囲で３０μｓ以上保持された略バスタブ状に形成されるように構成されたことを特徴とする、点火装置。 The ignition device according to any one of claims 1 to 9,
An ignition device characterized in that the secondary voltage peak is formed in a substantially bathtub-like shape in which a peak of the secondary voltage is held in a range of ± 1 kV for 30 μs or more.
前記オペアンプは、前記半導体スイッチング素子をハーフオン状態に駆動するように設けられたことを特徴とする、点火装置。 The ignition device according to any one of claims 1 to 10,
The ignition device according to claim 1, wherein the operational amplifier is provided to drive the semiconductor switching element in a half-on state.
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