JP7286442B2

JP7286442B2 - 内燃機関用点火装置

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Publication number: JP7286442B2
Application number: JP2019119629A
Authority: JP
Inventors: 直樹樋口
Original assignee: Hitachi Astemo Hanshin Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Hanshin Ltd
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2023-06-05
Anticipated expiration: 2039-06-27
Also published as: JP2021004589A

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

米国特許第９７４５９４７号明細書

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

内燃機関用点火装置の本実施形態を示す概略回路図である。正常時の内燃機関用点火装置における要部の信号波形を示す波形図である。異常時の内燃機関用点火装置における要部の信号波形を示す波形図である。フェールセーフ機能を備えた従来の内燃機関用点火装置の概略回路図である。従来の内燃機関用点火装置における要部の信号波形を示す波形図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
４０ＥＣＵ
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

Claims

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。
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することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
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。
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、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、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、
ことを特徴とする内燃機関用点火装置。
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することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関用点火装置。
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。