JP7286442B2 - Ignition device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の点火プラグに火花放電を生じさせる高電圧を印加するための内燃機関用点火装置に関する。 The present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine for applying a high voltage that causes spark discharge to an ignition plug of the internal combustion engine.
内燃機関用点火装置は、内燃機関の点火サイクルを統括的に管理する点火制御装置(例えば、ECU)から点火信号を受けて、所要のタイミングで一次コイルへの通電および遮断を制御し、二次コイルに高電圧を発生させる。二次コイルに発生した高電圧により、点火プラグの放電ギャップ間に火花放電を生じさせ、気筒内の燃焼ガスに着火し、気筒内のシリンダを動かす力を得るのである。 An ignition device for an internal combustion engine receives an ignition signal from an ignition control device (e.g., an ECU) that controls the ignition cycle of the internal combustion engine, controls energization and cutoff of the primary coil at required timing, and controls the secondary coil. A high voltage is generated in the coil. The high voltage generated in the secondary coil causes spark discharge between the discharge gaps of the spark plugs, ignites the combustion gas in the cylinder, and obtains the force to move the cylinder within the cylinder.
そして、内燃機関用点火装置では、一次コイルへの通電路をパワートランジスタやIGBTといった半導体スイッチによって開閉し、一次コイルへの通電・遮断を制御している。半導体スイッチは、その性質上、昇温によって動作が不安定になってしまうので、半導体スイッチが異常状態になってしまった場合、異常な点火動作を強制的に停止させるフェールセーフ機能を設けた発明が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
In an ignition device for an internal combustion engine, a semiconductor switch such as a power transistor or an IGBT opens and closes an electric path to a primary coil to control energization/interruption of the primary coil. A semiconductor switch, by its nature, becomes unstable when the temperature rises. Therefore, when the semiconductor switch becomes abnormal, an invention that provides a fail-safe function that forcibly stops the abnormal ignition operation. has been proposed (see
特許文献1に記載されたフェールセーフ機能の概要を図4および図5に基づいて説明する。点火コイルの一次コイル101へ直流電源102から電源供給する給電路の適所に第1半導体スイッチ103を設け、更に、第1半導体スイッチ103の接地側(直流電源102の低圧側)に第2半導体スイッチ104を設ける。そして、制御回路部105からの制御信号入力で第1,第2半導体スイッチ103,104が同時に閉じると、一次コイル101への通電路が形成され、一次コイル101に一次電流が流れる。また、制御回路105は、一次コイル101の通電路適所(例えば、第2半導体スイッチ104の接地側)に設けたセンス抵抗106から一次電流値を検出する。
An overview of the fail-safe function described in
例えば、第1半導体スイッチ103の短絡または損傷によって一次電流値が異常になっているような場合、第2半導体スイッチ104をオフにすることで、一次コイル101への通電路を開いて異常な点火制御が行われないようにし、内燃機関用点火装置全体を保護する。
For example, if the primary current value is abnormal due to a short circuit or damage to the
また、特許文献1には、第2半導体スイッチ104が故障していないかをチェックするためのリーク検出機能を制御回路部105に設ける構成も提案されている。制御回路部105は、リークチェック線路107を介して第1半導体スイッチ103と第2半導体スイッチ104との間にリークチェック出力を行うことで、リーク検出用のパルス電圧を第2半導体スイッチ104に印加する。
Further,
例えば、図5の波形図に示すように、一次コイル101への給電開始および終了のタイミングを決める点火信号Siが入力されたタイミングで短パルス状のリークチェックパルスをリークチェック線路107へ出力する。第2半導体スイッチ104が正常であれば、センス抵抗106に電流は流れないが、第2半導体スイッチ104が短絡あるいは損傷によって導通していれば、センス抵抗106に電流が流れるために、第2半導体スイッチ104の異常を検出できる。また、第1半導体スイッチ103が短絡または損傷によって導通していれば、第2半導体スイッチ104がオフのとき、リークチェック線路107には電源電圧が印加されるため、第1半導体スイッチ103の異常を検出できる。
For example, as shown in the waveform diagram of FIG. 5, a short leak check pulse is output to the
しかしながら、特許文献1に記載されている内燃機関用点火装置では、第2半導体スイッチを第1半導体スイッチの接地側に設けているため、フェールセーフ機能が働いて第2半導体スイッチをオフにした場合、第1半導体スイッチの接地側が浮いた状態になる。このため、一次コイルへの通電により蓄えられた高エネルギーが第1半導体スイッチおよびリークチェック線路を介して制御回路部へ一気に流れ込み、制御回路部を破損してしまう危険性がある。
However, in the internal combustion engine ignition device described in
また、リークチェック出力パルスを生成して第1,第2半導体スイッチの異常をチェックする場合、そのチェックは高インピーダンス状態で行う必要がある。そのため、サージ・ノイズの影響を受けやすく、誤判定が生じやすいという問題が生じる。さらに、異常検知用のリークチェック出力パルスの生成は、点火信号SiのON(信号レベルがLからH)をトリガーとしているため、リークチェックのタイミングが制限されてしまう。点火信号SiがOFFのときにも、リークチェックを任意で行えることが望ましい。 Also, when generating a leak check output pulse to check for an abnormality in the first and second semiconductor switches, the check must be performed in a high impedance state. As a result, there arises a problem that it is easily affected by surge noise and erroneous determination is likely to occur. Furthermore, since the generation of the leak check output pulse for abnormality detection is triggered by ON of the ignition signal Si (the signal level is from L to H), the leak check timing is restricted. It is desirable that the leak check can be arbitrarily performed even when the ignition signal Si is OFF.
そこで、本発明は、フェールセーフ機能によって一次コイルへの通電を強制的に停止することで、更なる故障が生じる危険性の無い内燃機関用点火装置の提供を目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide an ignition device for an internal combustion engine that eliminates the risk of further failure by forcibly stopping the energization of the primary coil using a fail-safe function.
上記課題を解決するための内燃機関用点火装置は、点火サイクルの所要タイミングで入力される点火信号に基づいて、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、二次側に高電圧を発生させる内燃機関用点火装置において、前記一次コイルと接地点との間に設けられ、前記点火信号のオン・オフに応じて一次コイルから接地点への通電路を開閉する主半導体スイッチと、前記一次コイルと電源との間に設けられ、該電源から前記一次コイルへの通電路を開閉する副半導体スイッチと、前記主半導体スイッチの異常状態を検出することに基づいて、前記副半導体スイッチのオン動作を規制するフェールセーフ手段と、を備えることを特徴とする。 An ignition device for an internal combustion engine for solving the above-mentioned problems controls the energization/cutoff of the primary current flowing through the primary coil of the ignition coil based on the ignition signal input at the required timing of the ignition cycle, thereby increasing the secondary current. a main semiconductor switch provided between the primary coil and a ground point in an ignition device for an internal combustion engine that generates a voltage, for opening and closing an electric path from the primary coil to the ground point according to on/off of the ignition signal; a sub-semiconductor switch provided between the primary coil and a power source for opening and closing an electric path from the power source to the primary coil; and fail-safe means for regulating the ON operation of the.
また、上記構成において、前記フェールセーフ手段は、前記主半導体スイッチが異常状態から正常状態へ復帰したことを検出することに基づいて、前記副半導体スイッチのオン動作規制を解除しても良い。 Further, in the above configuration, the fail-safe means may release the ON operation restriction of the sub semiconductor switch based on detecting that the main semiconductor switch has returned from the abnormal state to the normal state.
また、上記構成において、前記副半導体スイッチとして、P型MOSFETを用い、前記フェールセーフ手段は、前記主半導体スイッチが正常状態のとき、前記点火信号と同期して前記副半導体スイッチのゲート-ソース間電圧を低減させて、電源から前記一次コイルへの通電路を閉じ、前記主半導体スイッチが異常状態のとき、前記副半導体スイッチのゲート-ソース間電圧を通常電圧に保持しても良い。 In the above configuration, a P-type MOSFET is used as the secondary semiconductor switch, and the fail-safe means operates between the gate and source of the secondary semiconductor switch in synchronization with the ignition signal when the main semiconductor switch is in a normal state. The voltage may be reduced to close the current path from the power supply to the primary coil, and the gate-to-source voltage of the secondary semiconductor switch may be maintained at a normal voltage when the primary semiconductor switch is in an abnormal state.
また、上記構成において、前記フェールセーフ手段は、前記副半導体スイッチのドレイン-ソース間を接続する異常検出用抵抗と、前記副半導体スイッチと前記一次コイルとの間に設けた異常検出点の電圧を取得する判定電圧取得線と、前記判定電圧取得線から取得した異常判定電圧と、正常判定閾値である基準電圧とを比較して、正常判定の場合にのみ正常信号を出力する比較器と、前記副半導体スイッチのゲートから前記接地点に至る通電路に設けられ、前記比較器からの正常信号が入力されることで、前記副半導体スイッチのゲートから前記接地点に至る通電路を閉じる正常動作用半導体スイッチと、を備えても良い。 Further, in the above configuration, the fail-safe means includes an abnormality detection resistor connecting between the drain and source of the sub semiconductor switch, and a voltage at an abnormality detection point provided between the sub semiconductor switch and the primary coil. a comparator that compares a determination voltage acquisition line to be acquired, an abnormality determination voltage acquired from the determination voltage acquisition line, and a reference voltage that is a normal determination threshold value, and outputs a normal signal only in the case of normal determination; For normal operation, provided in an electric path from the gate of the sub-semiconductor switch to the grounding point, and closing the conducting path from the gate of the sub-semiconductor switch to the grounding point when a normal signal from the comparator is input. and a semiconductor switch.
また、上記構成において、前記副半導体スイッチとして、PNP型で高耐圧のPNPパワートランジスタを用い、前記フェールセーフ手段は、前記主半導体スイッチが正常状態のとき、前記点火信号と同期して前記副半導体スイッチのベース-エミッタ間電圧を低減させて、電源から前記一次コイルへの通電路を閉じ、前記主半導体スイッチが異常状態のとき、前記副半導体スイッチのベース-エミッタ間電圧を通常電圧に保持しても良い。 Further, in the above configuration, a PNP type high voltage PNP power transistor is used as the secondary semiconductor switch, and the fail-safe means operates the secondary semiconductor switch in synchronization with the ignition signal when the main semiconductor switch is in a normal state. reducing the base-emitter voltage of the switch to close the current path from the power supply to the primary coil, and holding the base-emitter voltage of the secondary semiconductor switch at a normal voltage when the main semiconductor switch is in an abnormal state; can be
また、上記構成において、前記フェールセーフ手段は、前記副半導体スイッチのコレクタ-エミッタ間を接続する異常検出用抵抗と、前記副半導体スイッチと前記一次コイルとの間に設けた異常検出点の電圧を取得する判定電圧取得線と、前記判定電圧取得線から取得した異常判定電圧と、正常判定閾値である基準電圧とを比較して、正常判定の場合にのみ正常信号を出力する比較器と、前記副半導体スイッチのベースから前記接地点に至る通電路に設けられ、前記比較器からの正常信号が入力されることで、前記副半導体スイッチのベースから前記接地点に至る通電路を閉じる正常動作用半導体スイッチと、を備えても良い。 Further, in the above configuration, the fail-safe means includes an abnormality detection resistor connecting between the collector and the emitter of the sub semiconductor switch, and a voltage at an abnormality detection point provided between the sub semiconductor switch and the primary coil. a comparator that compares a determination voltage acquisition line to be acquired, an abnormality determination voltage acquired from the determination voltage acquisition line, and a reference voltage that is a normal determination threshold value, and outputs a normal signal only in the case of normal determination; For normal operation, provided in a conducting path from the base of the sub semiconductor switch to the grounding point, and closing the conducting path from the base of the sub semiconductor switch to the grounding point when a normal signal from the comparator is input. and a semiconductor switch.
本発明に係る内燃機関用点火装置によれば、主半導体スイッチが異常状態になった場合、フェールセーフ手段によって、点火コイルと電源との間に設けた副半導体スイッチのオン動作を規制するので、主半導体スイッチの接地側が浮くことがない。よって、一次コイルへの通電により蓄えられたエネルギーは主半導体スイッチから接地点へ流れ、内燃機関用点火装置の更なる故障が生じる危険性はない。 According to the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, when the main semiconductor switch becomes abnormal, the fail-safe means restricts the ON operation of the sub semiconductor switch provided between the ignition coil and the power supply. The ground side of the main semiconductor switch does not float. Thus, the energy stored by energizing the primary coil flows from the main semiconductor switch to ground without risk of further failure of the ignition system for the internal combustion engine.
次に、本発明に係る内燃機関用点火装置1の実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
Next, an embodiment of an internal combustion
内燃機関用点火装置1は、点火サイクルの所要タイミングで入力される点火信号Siに基づいて、点火コイル10の一次コイル11に流れる一次電流を通電・遮断制御し、点火コイル10の二次コイル12に高電圧を発生させる。二次コイル12の一方には、図示を省略した点火プラグが接続され、二次コイル12に発生した高電圧により、点火プラグの放電ギャップ間に火花放電を生じさせる。また、一次コイル11には、直流電源20から電源供給を受ける給電路が形成される。
The
点火コイル10における一次コイル11の低圧側と接地点GNDとの間には、点火信号Siのオン・オフに応じて一次コイル11から接地点GNDへの通電路を開閉する主半導体スイッチ30を設ける。なお、点火信号Siは、点火制御装置としてのECU40から点火サイクル中の適宜なタイミングで入力(例えば、信号レベルがLからHに変換)するもので、例えば、イグナイタ制御回路50によって適宜な駆動信号に変換されて主半導体スイッチ30へ入力される。
Between the low-voltage side of the
主半導体スイッチ30として、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を用いる。この場合、IGBTのコレクタ端子を一次コイル11と接続し、IGBTのエミッタ端子を接地点GNDと接続し、IGBTのゲート端子からイグナイタ制御回路50の駆動信号を入力させれば、イグナイタ制御回路50によって主半導体スイッチ30をオン・オフできる。
As the
また、一次コイル11と直流電源20との間には副半導体スイッチ60を設け、直流電源20から一次コイル11へ至る通電路の開閉を行う。副半導体スイッチ60として、例えば、P型MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)を用いる。この場合、P型MOSFETのソース端子を直流電源20と接続し、P型MOSFETのドレイン端子を一次コイル11と接続し、ゲート端子からフェールセーフ手段70のコントロール信号を入力させれば、フェールセーフ手段70によって副半導体スイッチ60をオン・オフできる。
A secondary semiconductor switch 60 is provided between the
フェールセーフ手段70は、主半導体スイッチ30の異常状態を検出することに基づいて、副半導体スイッチ60のオン動作を規制することで、一次コイル11から主半導体スイッチ30へ一次電流が流れることを防ぐ。主半導体スイッチ30の異常が素子の発熱に起因するものであった場合、一次コイル11への通電を無効化することで主半導体スイッチ30の温度低下を促し、主半導体スイッチ30を正常動作可能な状態(正常状態)へ復帰させる。フェールセーフ手段70は、主半導体スイッチ30が異常状態から正常状態へ復帰したことを検出すると、副半導体スイッチ60のオン動作規制を解除する。すなわち、フェールセーフ手段70は、主半導体スイッチ30の異常状態検出で一次コイル11への通電を遮断すると共に、主半導体スイッチ30の正常状態復帰へ一次コイル11への通電を再開させることができる。
The fail-
フェールセーフ手段70の機能は、耐熱性・耐ノイズ性の高いディスクリート部品を適宜に用いた種々の回路を適宜に組み合わせることで構成できる。しかしながら、図1に示すフェールセーフ手段70の回路構成であれば、サージ・ノイズの影響を受け難いシンプルな異常検出構造で、しかも、点火信号Siのオン・オフにかかわらず、常に主半導体スイッチ30の異常を監視できる。
The function of the fail-
フェールセーフ手段70は、適宜な抵抗成分を含む動作用給電線L1を介して、直流電源20から電源供給を受ける。なお、動作用給電線L1に乗ってフェールセーフ手段70へ混入したサージ・ノイズから内部素子を保護するために、ショットキーバリアダイオードSDを用いた保護回路を設けてある。動作用給電線L1は、副スイッチ用給電線L2と比較器用給電線L3に分岐させる。副スイッチ用給電線L2の電圧は、副半導体スイッチ60のソース電圧とほぼ同じ(副半導体スイッチゲート電圧Vg=Hレベル)であるから、副半導体スイッチ60はオフのままである。一方、比較器用給電線L3は、比較器71の正電源端子+に接続され、非反転入力Vin+が反転入力Vin-よりも高いときの出力Voutの生成に用いられる。なお、比較器71の負電源端子-は接地点GNDに接続され、反転入力Vin-が非反転入力Vin+よりも高いときの出力Voutは接地電圧となる。
The fail-
副半導体スイッチ60のゲート入力となる副スイッチ用給電線L2は、副スイッチ動作制御線L4を介して、正常動作用半導体スイッチ72(例えば、バイポーラトランジスタで構成)のコレクタ端子に接続する。正常動作用半導体スイッチ72のエミッタ端子は接地点GNDに接続され、正常動作用半導体スイッチ72のベース端子には、比較器71の出力Voutが入力される。比較器71の出力Voutが正常動作用半導体スイッチ72のベースに入力されると、副スイッチ動作制御線L4が接地点GNDに接続されて副スイッチ素子60のゲート電圧が下がり(副半導体スイッチゲート電圧Vg=Lレベル)、副半導体スイッチ60がオンとなる。すなわち、主半導体スイッチ30が正常状態か異常状態かの判定を比較器71で行い、正常状態の比較結果である出力Voutを正常動作用半導体スイッチ72のベースに入力してオンにすれば、連携して副半導体スイッチ60をオフからオンに制御できる。
A sub-switch power supply line L2 serving as a gate input of the sub-semiconductor switch 60 is connected to a collector terminal of a normal-operation semiconductor switch 72 (for example, composed of a bipolar transistor) via a sub-switch operation control line L4. The emitter terminal of the
上記のように比較器71で主半導体スイッチ30の正常状態と異常状態を判定するための構成を以下に説明する。
A configuration for determining whether the
副半導体スイッチ60のドレイン-ソース間を接続するバイパス線路L5に高抵抗の異常検出用抵抗73を設ける。また、副半導体スイッチ60と一次コイル11との間に設けた異常検出点74の異常判定電圧を取得する判定電圧取得線L6を設け、判定電圧取得線L6を比較器71の非反転入力Vin+に接続する。なお、比較器71の非反転入力Vin+が適宜な入力電圧となるように、判定電圧取得線L6中の抵抗成分や接地点GNDに接続した接地接続線中の抵抗成分を適宜に定める。また、判定電圧取得線L6に乗って混入したサージ・ノイズから比較器71を保護するために、ツェナーダイオードZDを用いた保護回路を設けてある。
A high-resistance
一方、比較器71の反転入力Vin-には、非反転入力Vin+の異常判定電圧を正常判定もしくは異常判定に切り分ける閾値(正常判定閾値)とする基準電圧を入力する。この基準電圧は、定電流源等から直接生成しても良いが、本実施形態では、基準電圧生成手段80によって生成する。基準電圧生成手段80では、比較器用給電線L3と比較器71の反転入力線L7を接続する第1分圧線L8aに設けた第1抵抗81aと、第1分圧線L8aから接地点GNDを繋ぐ第2分圧線L8bに設けた第2抵抗81bとで、比較器用給電線L3の電位を分圧し、基準電圧とする。
On the other hand, to the inverting input Vin- of the
また、第2分圧線L8bの適所(例えば、第2抵抗81bよりも接地点GND側)には、基準電圧生成用半導体スイッチ82(例えば、バイポーラトランジスタで構成)を設けてある。基準電圧生成用半導体スイッチ82は、コレクタ端子を高圧側、エミッタ端子を接地側に接続し、ECU40からの点火信号Siを適宜な電圧にしてゲート端子に入力する。よって、点火信号SiがECU40から出力されていないとき、基準電圧生成用半導体スイッチ82はオフであるから、比較器71の反転入力線L7には、比較器用給電線L3とほぼ同じ電圧(Hレベル)が印加される。一方、点火信号SiがECU40から出力されると、基準電圧生成用半導体スイッチ82がオンとなって第2分圧線L8bが接地点GNDに接続され、比較器71の反転入力線L7には、第1,第2抵抗81a,81bの分圧比に応じた電圧(Lレベル)が印加される。すなわち、比較器71の反転入力Vin-には、点火信号Siのオン・オフに応じて、異なる基準電圧信号が入力されることとなる。
A reference voltage generating semiconductor switch 82 (for example, composed of a bipolar transistor) is provided at an appropriate position of the second voltage dividing line L8b (for example, closer to the ground point GND than the
ここで、上記のように構成した内燃機関用点火装置1における正常時の動作を、図2の波形図を用いて説明する。
Here, normal operation of the internal combustion
内燃機関用点火装置1が正常な状態において、点火信号Siが入力されていないとき(信号レベルがLのとき)、主半導体スイッチ30および副半導体スイッチ60は共にオフである。よって、異常検出点74には、異常検出用抵抗73を設けたバイパス線路L5を介して電源電圧に近い高電圧が印加され、判定電圧取得線L6を介して比較器71の非反転入力Vin+には、高電位の異常判定電圧が入力される。このとき、基準電圧生成用半導体スイッチ82はオフであるから、比較器71の反転入力Vin-には、比較器用給電線L3とほぼ同じ電圧(Hレベル)が印加される。すなわち、「Vin->Vin+」であるから、比較器71の出力VoutはLレベルのままで、正常動作用半導体スイッチ72はオフを保持し、副スイッチ素子60のゲート電圧VgはHレベルであるから、副半導体スイッチ60もオフを保持する。
When the internal combustion
次いで、内燃機関用点火装置1が正常な状態において、点火信号Siが入力されると(信号レベルがHに変わると)、主半導体スイッチ30がオンになり、一次コイル11から接地点GNDに至る通電路が閉じる。同時に、基準電圧生成用半導体スイッチ82がオンとなって第2分圧線L8bが接地点GNDに接続され、比較器71の反転入力線L7には、第1,第2抵抗81a,81bの分圧比に応じた電圧(Lレベル)が印加される。すなわち、「Vin-<Vin+」に変化するから、比較器71の出力VoutはHレベルとなって正常動作用半導体スイッチ72をオンにし、副スイッチ素子60のゲート電圧VgをLレベルに低下させるから、副半導体スイッチ60がオンになり、一次コイル11への正常な通電路が形成され、一次電流I1が流れる。なお、副半導体スイッチ60がオンになった後も、異常検出点74には電源電圧に近い高電圧が印加されるので、比較器71の非反転入力Vin+に入力される異常判定電圧は高電位を保持する。よって、「Vin-<Vin+」の関係が保持され、比較器71の出力VoutもHレベルを保持する。
Next, when the internal combustion
さらに、内燃機関用点火装置1が正常な状態において、点火信号Siが停止すると(信号レベルがLに戻ると)、主半導体スイッチ30がオフになり、一次コイル11から接地点GNDに至る通電路が開き、一次電流I1が遮断される。同時に、基準電圧生成用半導体スイッチ82がオフとなって、比較器71の反転入力線L7には、比較器用給電線L3とほぼ同じ電圧(Hレベル)が印加される。すなわち、「Vin->Vin+」に変化するから、比較器71の出力VoutはLレベルとなって正常動作用半導体スイッチ72をオフにし、副スイッチ素子60のゲート電圧VgをHレベルに上昇させるから、副半導体スイッチ60がオフになる。なお、副半導体スイッチ60がオフになった後、異常検出点74には、異常検出用抵抗73を設けたバイパス線路L5を介して電源電圧に近い高電圧が印加されるので、比較器71の非反転入力Vin+に入力される異常判定電圧は高電位を保持する。よって、「Vin-<Vin+」の関係が保持され、比較器71の出力VoutもHレベルを保持する。
Further, when the ignition signal Si stops (when the signal level returns to L) while the internal combustion
次に、上記のように構成した内燃機関用点火装置1における異常時の動作を、図3の波形図を用いて説明する。
Next, the operation of the internal combustion
内燃機関用点火装置1が異常な状態、例えば、主半導体スイッチ30が昇温により短絡した状態において、点火信号Siが入力されていないとき(信号レベルがLのとき)、副半導体スイッチ60はオフである。しかしながら、短絡異常の主半導体スイッチ30によって、一次コイル11から接地点GNDへの通電路が閉じた状態となる。このため、一次コイル11には、異常検出用抵抗73を設けたバイパス線路L5を介して一次電流I1が流れ続けることとなる。ただし、高抵抗の異常検出用抵抗73を設けてあるため、一次コイル11への給電量はわずかとなり、飽和に達した微少な一次電流I1が流れるにとどめ、一次コイル11による発熱および電力損失を抑制する。また、異常検出点74には、電源電圧が異常検出用抵抗73により電圧低下した低い電圧が印加され、判定電圧取得線L6を介して比較器71の非反転入力Vin+には、低電位の異常判定電圧が入力される。このとき、基準電圧生成用半導体スイッチ82はオフであるから、比較器71の反転入力Vin-には、比較器用給電線L3とほぼ同じ電圧(Hレベル)が印加される。すなわち、「Vin->Vin+」であるから、比較器71の出力VoutはLレベルのままで、正常動作用半導体スイッチ72はオフを保持し、副スイッチ素子60のゲート電圧VgはHレベルであるから、副半導体スイッチ60もオフを保持する。
When the internal combustion
次いで、内燃機関用点火装置1が異常な状態において、点火信号Siが入力されると(信号レベルがHに変わると)、イグナイタ制御回路50から駆動信号が主半導体スイッチ30のゲートに入力される。しかしながら、主半導体スイッチ30は短絡異常で、既に一次コイル11から接地点GNDに至る通電路は閉じている。同時に、基準電圧生成用半導体スイッチ82がオンとなって第2分圧線L8bが接地点GNDに接続され、比較器71の反転入力線L7には、第1,第2抵抗81a,81bの分圧比に応じた電圧(Lレベル)が印加される。しかしながら、比較器71の非反転入力Vin+に入力されているのは、低電位の異常判定電圧であるから、「Vin->Vin+」が保持され、比較器71の出力VoutはLレベルを保持する。よって、正常動作用半導体スイッチ72はオフを保持し、副スイッチ素子60のゲート電圧VgはHレベルであるから、副半導体スイッチ60もオフを保持する。
Next, when the ignition signal Si is input (when the signal level changes to H) while the internal combustion
このように、フェールセーフ手段70は、異常検出用抵抗73を備えたバイパス線路L5を設けることで、異常検出点74の電位レベルから主半導体スイッチ30の異常状態を検出し、副半導体スイッチ60のオン動作を規制できる。点火信号Siによる通電タイミングであっても、副半導体スイッチ60のオン動作を規制することで、一次電流I1を抑制すれば、一次コイル11からの熱放散が抑えられ、温度低下に伴って主半導体スイッチ30が正常状態へ戻る可能性を高められる。
Thus, the fail-
そして、主半導体スイッチ30の短絡異常が解消されて正常状態に戻ったときには、一次コイル11から接地点GNDへの通電路が遮断されるので、異常検出点74の電位レベルから主半導体スイッチ30が正常状態へ復帰したことを検出できる。主半導体スイッチ30が正常状態に戻っていれば、点火信号Siの入力時には、副半導体スイッチ60のオン動作が規制されることはないので、通常通り、一次コイル11への通電・遮断制御が実行される。すなわち、フェールセーフ手段70を用いれば、異常状態を回避するためにフェールセーフ機能が働いた後でも、正常状態へ自動復帰できるのである。
When the short-circuit abnormality of the
なお、上述した内燃機関用点火装置1では、副半導体スイッチ60としてP型MOSFETを用いたが、これに限定されるものではない。例えば、副半導体スイッチ60としてPNP型で高耐圧のPNPパワートランジスタを用いても良い。斯くする場合、主半導体スイッチ30が正常状態のときは、点火信号Siと同期してPNPパワートランジスタのベース-エミッタ間電圧を低減させて、直流電源20から一次コイル11への通電路を閉じる。また、主半導体スイッチ30が異常状態のときは、PNPパワートランジスタのベース-エミッタ間電圧を通常電圧に保持することで、PNPパワートランジスタのオン動作を規制できる。
In the internal combustion
副半導体スイッチ60としてPNP型で高耐圧のPNPパワートランジスタを用いる場合のフェールセーフ手段70は、副半導体スイッチ60として、P型MOSFETを用いる場合と同様に構成できる。異常検出用抵抗73を備えるバイパス線路L5は、PNPパワートランジスタのコレクタ-エミッタ間を接続するように設ければ良い。比較器71の非反転入力Vin+に入力される異常判定電圧を取得するための判定電圧取得線L6は、PNPパワートランジスタと一次コイル11との間に設けた異常検出点と接続すれば良い。そして、比較器71が正常判定として出力VoutをHレベルにすると、PNPパワートランジスタのベースから接地点GNDに至る通電路を開閉する正常動作用半導体スイッチ72がオンとなって、直流電源20から一次コイル11への通電回路が閉じるのである。
The fail-
上述した本実施形態の内燃機関用点火装置1では、主半導体スイッチ30を点火コイル10の接地側に設け、副半導体スイッチ60を点火コイル10の電源側に設けているため、異常検出によりフェールセーフ手段70が作動しても、主半導体スイッチ30の接地側が浮いた状態にならない。このため、一次コイル11への通電により蓄えられたエネルギーは短絡異常が生じた主半導体スイッチ30から接地点GNDへの電流として消費され、イグナイタ制御回路50やフェールセーフ手段70等の内部回路を破損してしまうような事態を避けられる。
In the internal combustion
また、本実施形態の内燃機関用点火装置1では、副半導体スイッチ60のドレイン-ソース間を短絡するバイパス線路L5に異常検出用抵抗73を設け、その抵抗から異常検出を行うものとしたので、サージ・ノイズの影響を受け易いリークチェック出力パルスを使う必要が無い。すなわち、リークチェック出力パルスによる異常チェックは、高インピーダンス状態で行う必要があり、サージ・ノイズの影響を受けやすく、誤判定が生じ易いという問題があるのに対して、フェールセーフ手段70の異常検知では、そのような不具合は生じない。
Further, in the internal combustion
さらに、本実施形態の内燃機関用点火装置1では、正常か異常かを判定する基準となる基準電圧信号を、定電流源などを用いず、点火信号Siのオン・オフに応じて生成する。正常状態で点火信号Siがオンのときには「Vin-<Vin+」が成立して副半導体スイッチ60が動作し、正常状態でも点火信号Siがオフのときには「Vin->Vin+」であるから、副半導体スイッチ60の動作が規制される。一方、異常状態のときには、点火信号Siがオンでもオフでも「Vin->Vin+」が成立するので、副半導体スイッチ60の動作は規制され続ける。すなわち、点火信号Siのオン・オフにかかわらず、主半導体スイッチ30の異常監視を常に行うことができる。
Furthermore, in the internal combustion
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、この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。 The embodiments of the internal combustion engine ignition device according to the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings. It may be implemented by diverting known and existing equivalent technical means within the scope.
1 内燃機関用点火装置
10 点火コイル
11 一次コイル
12 二次コイル
20 直流電源
30 主半導体スイッチ
40 ECU
50 イグナイタ制御回路
60 副半導体スイッチ
70 フェールセーフ手段
80 基準電圧生成手段
1 Ignition Device for
50 igniter control circuit 60
Claims (6)
前記一次コイルと接地点との間に設けられ、前記点火信号のオン・オフに応じて前記一次コイルから前記接地点への通電路を開閉する主半導体スイッチと、
前記一次コイルと電源との間に設けられ、該電源から前記一次コイルへの通電路を開閉する副半導体スイッチと、
前記主半導体スイッチの異常状態を検出することに基づいて、前記副半導体スイッチのオン動作を規制するフェールセーフ手段と、
を備え、
前記副半導体スイッチとして、P型MOSFETを用い、
前記フェールセーフ手段は、前記主半導体スイッチが正常状態のとき、前記点火信号と同期して前記副半導体スイッチのゲート-ソース間電圧を低減させて、前記電源から前記一次コイルへの前記通電路を閉じ、前記主半導体スイッチが異常状態のとき、前記副半導体スイッチのゲート-ソース間電圧を通常電圧に保持する、
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 that controls energization/cutoff of a primary current flowing through a primary coil of an ignition coil based on an ignition signal input at a required timing of an ignition cycle to generate a high voltage on the secondary side,
a main semiconductor switch provided between the primary coil and the grounding point for opening and closing an electric path from the primary coil to the grounding point according to on/off of the ignition signal;
a sub-semiconductor switch provided between the primary coil and a power supply for opening and closing an electric path from the power supply to the primary coil;
fail-safe means for regulating the ON operation of the sub-semiconductor switch based on detection of an abnormal state of the main semiconductor switch;
with
Using a P-type MOSFET as the sub semiconductor switch,
When the main semiconductor switch is in a normal state, the fail-safe means reduces the voltage between the gate and the source of the sub semiconductor switch in synchronization with the ignition signal to close the current path from the power supply to the primary coil. closed to hold the gate-source voltage of the secondary semiconductor switch at a normal voltage when the primary semiconductor switch is in an abnormal state;
An ignition device for an internal combustion engine, characterized by:
前記副半導体スイッチのドレイン-ソース間を接続する異常検出用抵抗と、
前記副半導体スイッチと前記一次コイルとの間に設けた異常検出点の電圧を取得する判定電圧取得線と、
前記判定電圧取得線から取得した異常判定電圧と、正常判定閾値である基準電圧とを比較して、正常判定の場合にのみ正常信号を出力する比較器と、
前記副半導体スイッチのゲートから前記接地点に至る通電路に設けられ、前記比較器からの正常信号が入力されることで、前記副半導体スイッチのゲートから前記接地点に至る前記通電路を閉じる正常動作用半導体スイッチと、
を備える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。 The fail-safe means are
an abnormality detection resistor connecting between the drain and source of the sub-semiconductor switch;
a determination voltage acquisition line for acquiring a voltage at an abnormality detection point provided between the secondary semiconductor switch and the primary coil;
a comparator that compares the abnormality determination voltage acquired from the determination voltage acquisition line with a reference voltage that is a normality determination threshold, and outputs a normal signal only in the case of normality determination;
A normal circuit is provided in the conducting path from the gate of the sub-semiconductor switch to the grounding point, and closes the conducting path from the gate of the sub-semiconductor switch to the grounding point by inputting a normal signal from the comparator. an operating semiconductor switch;
3. The ignition device for an internal combustion engine according to claim 1, comprising :
前記一次コイルと接地点との間に設けられ、前記点火信号のオン・オフに応じて前記一次コイルから前記接地点への通電路を開閉する主半導体スイッチと、 a main semiconductor switch provided between the primary coil and the grounding point for opening and closing an electric path from the primary coil to the grounding point according to on/off of the ignition signal;
前記一次コイルと電源との間に設けられ、該電源から前記一次コイルへの通電路を開閉する副半導体スイッチと、 a sub-semiconductor switch provided between the primary coil and a power supply for opening and closing an electric path from the power supply to the primary coil;
前記主半導体スイッチの異常状態を検出することに基づいて、前記副半導体スイッチのオン動作を規制するフェールセーフ手段と、 fail-safe means for regulating the ON operation of the sub-semiconductor switch based on detection of an abnormal state of the main semiconductor switch;
を備え、 with
前記副半導体スイッチとして、PNP型で高耐圧のPNPパワートランジスタを用い、 A PNP power transistor with a high withstand voltage is used as the secondary semiconductor switch,
前記フェールセーフ手段は、前記主半導体スイッチが正常状態のとき、前記点火信号と同期して前記副半導体スイッチのベース-エミッタ間電圧を低減させて、前記電源から前記一次コイルへの前記通電路を閉じ、前記主半導体スイッチが異常状態のとき、前記副半導体スイッチのベース-エミッタ間電圧を通常電圧に保持する、 When the main semiconductor switch is in a normal state, the fail-safe means reduces the base-emitter voltage of the sub semiconductor switch in synchronism with the ignition signal to close the current path from the power supply to the primary coil. closed to hold the base-emitter voltage of the secondary semiconductor switch at a normal voltage when the primary semiconductor switch is in an abnormal state;
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, characterized by:
前記副半導体スイッチのコレクタ-エミッタ間を接続する異常検出用抵抗と、
前記副半導体スイッチと前記一次コイルとの間に設けた異常検出点の電圧を取得する判定電圧取得線と、
前記判定電圧取得線から取得した異常判定電圧と、正常判定閾値である基準電圧とを比較して、正常判定の場合にのみ正常信号を出力する比較器と、
前記副半導体スイッチのベースから前記接地点に至る通電路に設けられ、前記比較器からの正常信号が入力されることで、前記副半導体スイッチのベースから前記接地点に至る前記通電路を閉じる正常動作用半導体スイッチと、
を備えることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の内燃機関用点火装置。 The fail-safe means are
an abnormality detection resistor connecting between the collector and the emitter of the secondary semiconductor switch;
a determination voltage acquisition line for acquiring a voltage at an abnormality detection point provided between the secondary semiconductor switch and the primary coil;
a comparator that compares the abnormality determination voltage acquired from the determination voltage acquisition line with a reference voltage that is a normality determination threshold, and outputs a normal signal only in the case of normality determination;
A normalization circuit is provided in the conducting path from the base of the sub semiconductor switch to the grounding point, and closes the conducting path from the base of the subsemiconductor switch to the grounding point when a normal signal from the comparator is input. an operating semiconductor switch;
The ignition device for an internal combustion engine according to claim 4 or 5, characterized by comprising:
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