(57)【要約】【課題】オン電圧による点火プラグでの火花発生をエネルギー損失のない簡単な点火コイル構成で防止することにより、安価でかつ小型な内燃機関点火装置を得る。【解決手段】１次コイル１ａおよび２次コイル１ｂを有する点火コイル１と、２次コイル１ｂから発生する高電圧が印加される点火プラグ１１と、点火コイル１を駆動するコイルドライバ２とを備え、コイルドライバ２は、１次電流を通電遮断するためのスイッチング素子３と、スイッチング素子３を駆動するＩＣ５と、２次コイル低圧側端子１ｃとグランドＧＮＤとの間に挿入されたオン電圧防止回路８とを有する。オン電圧防止回路８は、ベアチップのダイオード６と厚膜抵抗７との並列回路により構成され、ＩＣ５とともに同一基板上に実装される。【選択図】図１
2008101573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次コイルおよび２次コイルを有する点火コイルと、
内燃機関の燃焼室に設けられ、前記２次コイルの高圧側端子に接続される点火プラグと、
前記点火コイルを駆動するコイルドライバとを備えた内燃機関点火装置において、
前記コイルドライバは、
前記１次コイルに流れる１次電流を点火信号に基づいて通電遮断するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に供給される前記点火信号の波形を整形するＩＣと、
前記２次コイルの低圧側端子とグランドとの間に挿入されたオン電圧防止回路とを有し、
前記オン電圧防止回路は、ベアチップのダイオードと厚膜抵抗との並列回路により構成され、前記ＩＣとともに同一基板上に実装されていることを特徴とする内燃機関点火装置。
【請求項２】
前記ＩＣと前記ダイオードとは、
前記同一基板上において、配置箇所が分離されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関点火装置。
【請求項３】
前記ダイオードと前記低電圧系回路とは、アースラインにより分離されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関点火装置。
【請求項４】
前記２次コイルの低圧側端子と前記ダイオードとは、ワイヤボンディング用のワイヤにより接続され、
前記ワイヤの下部には、スペースが形成されたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関点火装置。
【請求項５】
前記コイルドライバは、前記オン電圧防止回路とともに前記同一基板上に実装されたイオン電流検出回路を有し、
前記イオン電流検出回路は、前記オン電圧防止回路から導出されたパターンを介して、前記オン電圧防止回路に接続されたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の内燃機関点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関（以下、「エンジン」ともいう）の点火プラグ、点火コイルおよびコイルドライバを含む点火装置に関し、特に点火コイルを駆動するためのコイルドライバの新規な改良技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、１次コイルおよび２次コイルを有する点火コイルと、点火コイルの１次電流をオン／オフ（通電遮断）するスイッチング素子（たとえば、ＩＧＢＴ）とを備えた内燃機関点火装置においては、１次コイルへの１次電流が通電状態（オン）から遮断状態（オフ）に切り換えられた時点で、２次コイル側に発生する所定の高電圧（点火電圧）が点火プラグに印加され、点火プラグで火花が発生することによりエンジンが駆動される。
【０００３】
しかしながら、逆に、１次電流が遮断状態（オフ）から通電状態（オン）に切り換えられたときに、２次コイル側に発生するオン電圧（点火電圧とは反対極性）が点火プラグに印加されることによって、所定の点火時期以外のタイミングで点火プラグから火花が発生すると、エンジンに異常振動などが発生するので、エンジンの正常な運転が妨げられる可能性がある。
【０００４】
そこで、１次電流の遮断時において点火プラグに火花を起こさせる正常な点火電圧の電圧値よりも、１次電流の通電時におけるオン電圧の値を低下させた内燃機関点火装置も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
上記特許文献１に記載された従来の内燃機関点火装置においては、２次コイルの低圧側端子（または、高圧側）に、オン電圧を逆方向電圧とし、かつオン電圧よりも耐電圧の高い（たとえば、５［ｋＶ］程度の）高圧ダイオードを挿入することにより、１次コイルへの通電がオフからオンに切り換えられたときに発生するオン電圧が、点火プラグに印加されないように構成されている。
【０００６】
この場合、高圧ダイオードは、一般に高価でかつ大きいディスクリート部品からなり、スイッチング素子を有するコイルドライバとは別の回路として構成されている。１次電流が遮断されるときに発生する高電圧は、高圧ダイオードに対して順方向となるので、点火プラグに印加される電圧は低下せず、エネルギー損失が生じることはない。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１７６６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の内燃機関点火装置では、点火プラグへのオン電圧の印加を防止するために、高価で大きいディスクリート部品からなる高圧ダイオードを用いているので、点火コイル内に高圧ダイオードを組み込む際に工数増大およびコストアップを招くという課題があった。
また、高圧ダイオードがディスクリート部品であることから、高圧ダイオードの搭載の自由度が制約されるという課題があった。
【０００９】
さらに、オン電圧防止用の高圧ダイオードをコイルドライバの基板上に実装しようとすると、コイルドライバの基板上には、高電圧に対して耐量の低い低電圧系（電流制限回路および波形整形回路を含むＩＣ）が混在していることから、高圧ダイオードとコイルドライバ内の低電圧系とを分離するために、複数の基板を使用して分割配置するか、または、低電圧系を保護するためのガードなどを形成する必要があるので、工程および部品点数が増えてコストアップを招くという課題があった。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、オン電圧による点火プラグでの火花発生を防止するオン電圧防止回路を、エネルギー損失のない簡単な構成で実現することにより、安価でかつ小型な内燃機関点火装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明による内燃機関点火装置は、１次コイルおよび２次コイルを有する点火コイルと、内燃機関の燃焼室に設けられ、２次コイルの高圧側端子に接続される点火プラグと、点火コイルを駆動するコイルドライバとを備えた内燃機関点火装置において、コイルドライバは、１次コイルに流れる１次電流を点火信号に基づいて通電遮断するスイッチング素子と、スイッチング素子に供給される点火信号の波形を整形するＩＣと、２次コイルの低圧側端子とグランドとの間に挿入されたオン電圧防止回路とを有し、オン電圧防止回路は、ベアチップのダイオードと厚膜抵抗との並列回路により構成され、ＩＣとともに同一基板上に実装されているものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、コイルドライバ内の高電圧系とＩＣ（低電圧系）とを分離するために、複数の基板を使用して分割配置する（または、保護用ガードなどを形成する）必要がなく、工程および部品点数を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る内燃機関点火装置の点火コイル周辺構成を示す回路ブロック図であり、図２は図１内のコイルドライバ２上の実装パターンの平面的構成を示す説明図である。
【００１４】
図１において、点火コイル１は、一端が電源ＶＢ（たとえば、電圧値１４［Ｖ］）に接続された１次コイル１ａと、１次コイル１ａに対向配置された２次コイル１ｂとにより構成されている。１次コイル１ａの他端は、コレクタ端子ＯＣ（Ｏｐｅｎ  Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）を介してコイルドライバ２に接続され、さらにコイルドライバ２を介してグランドＧＮＤに接地されている。
【００１５】
２次コイル１ｂの高圧側端子は、点火プラグ１１を介してグランドＧＮＤに接地されている。２次コイル１ｂの他端は、２次コイル低圧側端子１ｃを介してコイルドライバ２に接続され、さらにコイルドライバ２を介してグランドＧＮＤに接地されている。点火プラグ１１は、内燃機関（図示せず）の燃焼室に配置されており、１次コイル１ａの通電遮断時に２次コイル１ｂから発生する高電圧（点火電圧）が印加されると、対向電極間のギャップに火花を発生させて、燃焼室内の混合気を爆発燃焼させる。
【００１６】
点火コイル１を駆動するコイルドライバ２は、１次コイル１ａに流れる１次電流を通電遮断するためのスイッチング素子（たとえば、ＩＧＢＴ）３と、スイッチング素子３のエミッタ端子とグランドＧＮＤとの間に挿入されて１次電流を検出する検出抵抗４と、スイッチング素子３をオン／オフ駆動する低圧側ＩＣ（以下、単に「ＩＣ」という）５と、２次コイル低圧側端子１ｃとグランドＧＮＤとの間に挿入されたオン電圧防止回路８とを備えている。
【００１７】
ＩＣ５は、電源ＶＢにより給電されており、検出抵抗４からの１次電流検出値を取り込むとともに、図示しないエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）からの制御信号に応答して動作する。ＥＣＵは、内燃機関の運転状態に応じた演算処理に基づき、コイルドライバ２に対する制御信号を生成する。
【００１８】
ＩＣ５は、ＥＣＵからの制御信号に応答して、スイッチング素子３のゲート端子に点火信号を印加して、スイッチング素子３をオン／オフ駆動する。また、ＩＣ５は、１次電流検出値に基づいて１次電流を制限する電流制限回路５ａと、スイッチング素子３に供給する点火信号を波形整形する波形整形回路５ｂとを含む。
【００１９】
コイルドライバ２内のオン電圧防止回路８は、ベアチップの高圧ダイオード（以下、単に「ダイオード」という）６と厚膜抵抗７との並列回路により構成されており、２次コイル低圧側端子１ｃとグランドＧＮＤとの間に挿入されている。
【００２０】
図２において、コイルドライバ２は、複数のパッド電極Ｐを有する基板（たとえば、セラミック基板）１２を備えており、基板１２は、複数のパッド電極ＰおよびワイヤＷによるワイヤボンディングを介して、他の回路要素および外部回路（図示せず）と接続されている。基板１２の上には、２次コイル低圧側端子１ｃと、検出抵抗４と、ＩＣ５と、オン電圧防止回路８（図１参照）内のダイオード６と、オン電圧防止回路８内の厚膜抵抗７と、グランドＧＮＤ用の端子とが実装されている。
【００２１】
図２内の破線で区分されたように、コイルドライバ２内の検出抵抗４およびグランドＧＮＤは、アースライン１３を構成しており、２次コイル低圧側端子１ｃ、ダイオード６および厚膜抵抗７は、高電圧系１４を構成しており、スイッチング素子（ＩＧＢＴ）３およびＩＣ（電流制限回路５ａおよび波形整形回路５ｂを含む）５は、低電圧系１５を構成している。
【００２２】
ダイオード６は、ＩＣ５内の低電圧系１５（電流制限回路５ａおよび波形整形回路５ｂ）とともに、コイルドライバ２の同一の基板１２上にベアチップ実装され、同様に、厚膜抵抗７は、同一の基板１２上に実装されている。基板１２の上において、ダイオード６を含む高電圧系１４と、ＩＣ５内の電流制限回路５ａおよび波形整形回路５ｂを含む低電圧系１５とは、アースライン１３を介して、配置箇所が分離されている。２次コイル低圧側端子１ｃとダイオード６との間は、ワイヤボンディング接続されており、ワイヤＷの下部にはスペース１６が形成されている。
【００２３】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、コイルドライバ２において、２次コイル低圧側端子１ｃに接続される端子を設け、２次コイル低圧側端子１ｃとグランドＧＮＤとの間に、ベアチップのダイオード６と厚膜抵抗７とを並列接続したオン電圧防止回路８を挿入するとともに、オン電圧防止回路８を同一の基板１２上に実装したので、点火コイル１およびコイルドライバ２を製造する際に、従来装置のようにオン電圧防止用のダイオードをコイルドライバ外部にディスクリート部品で構成した場合と比べて、点火コイルユニットの製造工数の低減および小型化を実現することができる。
【００２４】
また、コイルドライバ２内の同一の基板１２上において、ダイオード６および厚膜抵抗７の並列回路を構成することにより、結線が容易になるので、さらに小型化およびコスト低減を実現することができる。
また、厚膜抵抗７は、パターン変更によって容易に電力調整が可能なうえ、他の抵抗と同一工程で形成することができるので、抵抗（ディスクリート部品）をコイルドライバの外部に配置した従来構成と比べて、さらに小型化およびコスト低減を実現することができる。
【００２５】
さらに、厚膜抵抗７をダイオード６と並列接続することにより、厚膜抵抗７側にも電流が流れるので、ダイオード６への供給電力を低減してダイオード６の破損を回避することができる。
【００２６】
コイルドライバ２内にオン電圧防止回路８を実装する際に、約６００［Ｖ］の電圧が印加されるダイオード６を配置する場合には、コイルドライバ２内に高電圧に対して耐量の低い低電圧系１５が混在しているので、ダイオード６を含む高電圧系１４と、ＩＣ５を含む低電圧系１５とを分離する必要性がある。
【００２７】
したがって、図２に示すように、基板１２上において、ダイオード６を含む高電圧系１４とＩＣ５（電流制限回路５ａおよび波形整形回路５ｂ）を含む低電圧系１５との間に、アースライン１３を配置する。これにより、ＩＣ５を含む低電圧系１５を、ダイオード６を含む高電圧系１４から電気的に保護することができる。
【００２８】
アースライン１３は、スイッチング素子（ＩＧＢＴ）３のエミッタ端子とグランドＧＮＤとを結ぶラインで形成されており、アースライン１３上には、ＩＣ５内の電流制限回路５ａが用いる１次電流検出値を生成する検出抵抗４が配置される。これにより、高電圧系１４と低電圧系１５とを分離する際に、従来装置のように複数の基板上に分割配置（または、保護用ガードなどを形成）する必要がなく、工程および部品点数をさらに低減することができる。
【００２９】
実験的に公知のように、１次コイル１ａへの通電がオフからオンに切り換えられた時点で発生するオン電圧は、ダイオード６および厚膜抵抗７の回路定数値を特定領域で増大させることにより、抑制可能なことが知られている。具体的には、電源ＶＢの電圧値が１４［Ｖ］の場合、厚膜抵抗７の抵抗値が０［ｋΩ］〜３００［ｋΩ］の領域では、厚膜抵抗７の抵抗値を増大させることによって、オン電圧の抑制効果が高まる。ただし、厚膜抵抗７が３００［ｋΩ］以上の領域からはオン電圧の抑制効果は飽和する。
【００３０】
したがって、電源ＶＢの電圧値が１４［Ｖ］の場合、ダイオード６に並列接続された厚膜抵抗７の抵抗値は、３００［ｋΩ］が最適値である。厚膜抵抗７の抵抗値を３００［ｋΩ］に設定した場合、厚膜抵抗７に並列接続されたダイオード６の耐圧値が０［Ｖ］〜６００［Ｖ］の領域では、耐圧値を増大させることにより、オン電圧の抑制効果は高まる。なぜなら、ダイオード６の耐圧値が６００［Ｖ］未満の領域においては、ダイオード６がブレークするので、ダイオード６側のインピーダンスが支配的になるからである。
【００３１】
以上のようにダイオード６の耐圧を高くすることにより、ダイオード６がブレークしにくくなり、厚膜抵抗７側のインピーダンスを支配的にすることができるので、オン電圧を抑制することができる。ただし、電源ＶＢの電圧値が１４［Ｖ］の場合、ダイオード６の耐圧値が６００［Ｖ］以上の領域では、耐圧値を上げてもオン電圧の抑制効果は飽和する。なぜなら、電源ＶＢの電圧値が１４［Ｖ］の条件下では、耐圧値が６００［Ｖ］以上ではダイオード６がブレークしないからである。
【００３２】
ダイオード６の耐圧値は、ダイオード６のサイズおよびコストに反映されるので、オン電圧抑制効果を有する範囲内の最低電圧値６００［Ｖ］に設定することにより、ダイオード６のサイズを最小にして、コストを低減することができる。
【００３３】
図２に示すように、コイルドライバ２内の２次コイル低圧側端子１ｃからダイオード６に向けて、たとえばアルミ（Ａｌ）のワイヤＷでワイヤボンディング接続することにより、ワイヤＷ下にスペース１６が形成されているので、スペース１６に他の部品を配置することができ、スペース１６の有効利用によってコイルドライバ２をさらに小型化することができる。
【００３４】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、オン電圧防止回路８の一端をグランドＧＮＤに直接接地させたが、他のシステムを介在させてグランドＧＮＤに接地させてもよい。たとえば、図３のように、オン電圧防止回路８の一端を、イオン電流検出回路９およびイオン電流検出モジュール１０を介してグランドＧＮＤに接地させることもできる。この場合、ダイオード６および厚膜抵抗７の並列回路からなるオン電圧防止回路８は、２次コイル低圧側端子１ｃとイオン電流検出回路９との間に配置されており、イオン電流検出システムと組み合わせられる。
【００３５】
図３はこの発明の実施の形態２に係る内燃機関点火装置の点火コイル周辺構成を示す回路ブロック図であり、図４は図３内のコイルドライバ２Ａ上の実装パターンの平面的構成を示す説明図である。図３、図４において、前述（図１、図２参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。
【００３６】
図３、図４において、コイルドライバ２Ａは、前述の構成に加えて、オン電圧防止回路８（ダイオード６および厚膜抵抗７）とともに同一の基板１２Ａ上に実装されたイオン電流検出回路９を備えている。
【００３７】
イオン電流検出回路９は、イオン電流検出端子ＩＯＮを介してイオン電流検出モジュール１０に接続され、さらにイオン電流検出モジュール１０を介してグランドＧＮＤに接地されている。また、イオン電流検出回路９は、オン電圧防止回路８から導出されたパターンを介して、オン電圧防止回路８に接続されている。イオン電流検出モジュール１０は、ＥＣＵ内の機能に含まれていてもよい。
【００３８】
図３および図４のように、ＩＣ５と同一の基板１２Ａ上でベアチップのダイオード６と厚膜抵抗７とを並列接続して、２次コイル低圧側端子１ｃとグランドＧＮＤとの間に実装し、さらに、オン電圧防止回路８から導出されたパターンを介して接続されたイオン電流検出回路９を基板１２Ａに実装して組み合わせることにより、オン電圧防止回路８とともにイオン電流検出回路９を基板１２Ａ上に構成することができる。
【００３９】
従来装置では、ダイオードに並列接続された抵抗（イオン電流経路）がコイルドライバの外部に配置されていたが、従来の外部抵抗（ディスクリート部品で抵抗値が３００［ｋΩ］）の代わりに、２次コイル低圧側端子１ｃとイオン電流検出回路９との間に挿入されたオン電圧防止回路８内の厚膜抵抗７を使用することにより、コイルドライバ２Ａ内のイオン電流検出回路９を組み合わせることができる。
【００４０】
したがって、従来装置のように、オン電圧防止用のダイオードおよび抵抗をディスクリート部品としてコイルドライバの外部に配置した場合と比べて、点火コイルユニットの小型化およびコスト低減を実現することができる。
また、オン電圧防止回路８を使用することにより、他のシステムとの組み合わせも実現することができる。
【００４１】
以上のように、この発明の実施の形態２によれば、オン電圧防止回路８から導出されたパターンを介してイオン電流検出回路９を接続することにより、コイルドライバ２内の同一の基板１２Ａ上でオン電圧防止回路８およびイオン電流検出回路９を組み合わせて実装することができる。
また、イオン電流経路となるディスクリート部品の抵抗を不要として、オン電圧防止回路８の厚膜抵抗７を使用することができ、オン電圧防止用のダイオードおよび抵抗をディスクリート部品としてコイルドライバの外部に配置した場合と比べて、小型化およびコスト低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る内燃機関点火装置の点火コイル周辺構成を示す回路ブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるコイルドライバ上の実装パターンの平面的構成を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る内燃機関点火装置の点火コイル周辺構成を示す回路ブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるコイルドライバ上の実装パターンの平面的構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  点火コイル、１ａ  １次コイル、１ｂ  ２次コイル、１ｃ  ２次コイル低圧側端子、２、２Ａ  コイルドライバ、３  スイッチング素子（ＩＧＢＴ）、４  検出抵抗、５  ＩＣ（低圧側ＩＣ）、５ａ  電流制限回路、５ｂ  波形整形回路、６  ダイオード（ベアチップの高圧ダイオード）、７  厚膜抵抗、８  オン電圧防止回路、９  イオン電流検出回路、１１点火プラグ、１２、１２Ａ  基板、１３  アースライン、１４  高電圧系、１５  低電圧系、１６  スペース、ＧＮＤ  グランド、Ｐ  パッド電極、ＶＢ  電源、Ｗ  ワイヤ。
【図１】
2008101573.tif 000003
【図２】
2008101573.tif 000004
【図３】
2008101573.tif 000005
【図４】
2008101573.tif 000006