(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火コイル（１０）の二次巻線（１２）に接続した点火プラグ(１３)を点火するための点火装置（１）であって、
上記点火コイルの一次巻線（１１）に接続される点火用スイッチング素子（２）と、
該点火用スイッチング素子の制御端子（２１）に接続したコンデンサ（３）と、
該コンデンサに並列接続したプリドライブ用スイッチング素子（５）と、
上記制御端子と上記コンデンサとの間と、電流源（１４）との間に接続したプルアップ抵抗（１９）と、
上記制御端子と上記コンデンサとの間に電気接続し、該コンデンサに蓄えられた電荷を一定の電流で放電するオフ用定電流回路（４OFF）と、を備える点火装置。
【請求項２】
点火コイル（１０）の二次巻線（１２）に接続した点火プラグ(１３)を点火するための点火装置であって、
上記点火コイルの一次巻線（１１）に接続される点火用スイッチング素子（２）と、
該点火用スイッチング素子の制御端子（２１）に接続したコンデンサ（３）と、
該コンデンサに並列接続したプリドライブ用スイッチング素子（５）と、
上記制御端子と上記コンデンサとの間に電気接続し、該コンデンサを一定の電流で充電するオン用定電流回路（４ON）と、
上記制御端子と上記コンデンサとの間に電気接続し、該コンデンサに蓄えられた電荷を一定の電流で放電するオフ用定電流回路と、を備える点火装置。
【請求項３】
上記オン用定電流回路と上記オフ用定電流回路とは、電流の通電と非通電とを切り替えるための切替用トランジスタ（４０）をそれぞれ備え、これら２個の上記切替用トランジスタの制御端子は共通の信号線（４９）に接続しており、上記２個の切替用トランジスタは、一方がオンのとき他方がオフになる相補型である、請求項２に記載の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の点火プラグを点火するための点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の点火プラグを点火するための点火装置として、点火コイルの一次巻線に接続した点火用スイッチング素子と、該点火用スイッチング素子の制御端子に接続したプリドライブ回路とを備えるものが知られている（下記特許文献１参照）。上記点火コイルの二次巻線には、上記点火プラグが接続している。
【０００３】
上記点火装置は、点火プラグを点火する際には、プリドライブ回路を用いて点火用スイッチング素子を高速でオフする。これにより、一次巻線に流れる一次電流を高速で遮断し、二次巻線に高い二次電圧を発生させる。この二次電圧を利用して、点火プラグを点火している。
【０００４】
また、上記点火装置は、異常発生時に、点火プラグの点火を抑制しつつ、点火用スイッチング素子をオフできるよう構成されている。この目的のため、上記点火装置には、抵抗とコンデンサとを有するＲＣ回路（図１６参照）を設けてある。点火装置は、何らかの異常が発生したときには、ＲＣ回路のコンデンサの放電を利用して、緩やかに点火用スイッチング素子をオフさせる。これにより、一次電流をゆっくり遮断し、高い二次電圧が発生することを抑制している。これによって、異常発生時に、点火プラグが点火して混合気に着火することを抑制しつつ、点火用スイッチング素子をオフしている。
【０００５】
また、上記点火装置は、一次巻線に一次電流を流し始めるときには、上記ＲＣ回路を用いて、点火用スイッチング素子をゆっくりオンさせている。これにより、一次電流をゆっくり流し始め、高い二次電圧が発生することを抑制して、点火プラグによる混合気の着火を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５５１７６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記点火装置は、異常発生時に一次電流を遮断する際（以下、ソフトオフ動作とも記す）に、ＲＣ回路を利用しているため、点火用スイッチング素子の制御端子に加わる電圧（制御電圧）が指数関数的に低下する。そのため、上記制御電圧の時間変化率が比較的高く、一次電流の時間変化率が比較的高い。したがって、ソフトオフ動作を行っているにもかかわらず、高い二次電圧が発生して、点火プラグが点火するおそれが考えられる。
また、点火用スイッチング素子を、損失が低い飽和領域で動作できるよう、オン時には、上記制御端子に高い制御電圧を加えることが望まれている。しかしながら、上記点火装置では、ソフトオフ動作時に制御電圧が指数関数的に低下するため、オン時の制御電圧を高くしておくと、ソフトオフ動作が始まる際における制御電圧の時間変化率が高くなりやすい（図７参照）。そのため、一次電流の時間変化率が高くなり、高い二次電圧が発生しやすくなる。したがって、ソフトオフ動作を行っているにもかかわらず、点火プラグが点火するおそれが考えられる。そのため、制御電圧を低くせざるを得ず、点火用スイッチング素子の損失が高くなりやすいという問題もある。
【０００８】
また、上記点火装置は、点火用スイッチング素子をオンするとき（以下、ソフトオン動作とも記す）に、ＲＣ回路を使用しているため、点火用スイッチング素子の制御端子に加わる電圧（制御電圧）が指数関数的に上昇する。そのため、上記制御電圧の時間変化率が比較的高く、一次電流の時間変化率が比較的高い。そのため、ソフトオン動作を行っているにもかかわらず、高い二次電圧が発生して、点火プラグが点火するおそれが考えられる。
また、点火用スイッチング素子の閾電圧には、製造ばらつきがある。上記点火装置では、ソフトオン動作を行うときに制御電圧が指数関数的に上昇するため、閾電圧がばらつくと、制御電圧が閾電圧に到達したときにおける、制御電圧の時間変化率がばらつきやすくなる（図１３参照）。そのため、閾電圧のばらつきによっては、ソフトオン動作を行うときに、一次電流の時間変化率が高くなり、高い二次電圧が発生して、点火プラグが点火するおそれが考えられる。
【０００９】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、ソフトスイッチング動作を行う際に発生する二次電圧を、より低減できる点火装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様は、点火コイル（１０）の二次巻線（１２）に接続した点火プラグ(１３)を点火するための点火装置（１）であって、
上記点火コイルの一次巻線（１１）に接続される点火用スイッチング素子（２）と、
該点火用スイッチング素子の制御端子（２１）に接続したコンデンサ（３）と、
該コンデンサに並列接続したプリドライブ用スイッチング素子（５）と、
上記制御端子と上記コンデンサとの間と、電流源（１４）との間に接続したプルアップ抵抗（１９）と、
上記制御端子と上記コンデンサとの間に電気接続し、該コンデンサに蓄えられた電荷を一定の電流で放電するオフ用定電流回路（４OFF）と、を備える点火装置にある。
【００１１】
また、本発明の第２の態様は、点火コイル（１０）の二次巻線（１２）に接続した点火プラグ(１３)を点火するための点火装置であって、
上記点火コイルの一次巻線（１１）に接続される点火用スイッチング素子（２）と、
該点火用スイッチング素子の制御端子（２１）に接続したコンデンサ（３）と、
該コンデンサに並列接続したプリドライブ用スイッチング素子（５）と、
上記制御端子と上記コンデンサとの間に電気接続し、該コンデンサを一定の電流で充電するオン用定電流回路（４ON）と、
上記制御端子と上記コンデンサとの間に電気接続し、該コンデンサに蓄えられた電荷を一定の電流で放電するオフ用定電流回路と、を備える点火装置にある。
【発明の効果】
【００１２】
上記第１の態様における点火装置は、上記オフ用定電流回路を備える。
そのため、ソフトオフ動作を行うときに発生する二次電圧をより低減でき、かつ、二次電圧のばらつきを小さくすることができる。すなわち、上記オフ用定電流回路は、コンデンサを一定の電流で放電するため、コンデンサの電圧、すなわち点火用スイッチング素子の制御端子に加わる電圧を、一次関数的に低下させることができる。そのため、従来のようにＲＣ回路を用いて、制御端子に加わる電圧を指数関数的に低下させる場合と比べて、一次電流の時間変化率を一定でかつ小さくすることができ、二次巻線に発生する二次電圧を低減することができる。そのため、ソフトオフ動作を行うときに点火プラグが点火することを、より効果的に安定して抑制できる。
また、上記点火装置は、ソフトオフ動作を行うときの、制御電圧の時間変化率を一定でかつ小さくすることができる。そのため、点火用スイッチング素子をオンするときの制御電圧を高くしても、ソフトオフ動作を開始する瞬間における制御電圧の時間変化率を小さくすることができる。したがって、このときにおける一次電流の時間変化率を低減でき、二次電圧を低減することができる。そのため、ソフトオフ時に点火プラグが点火することを抑制しつつ、オン時に加える制御電圧を高くすることができ、点火用スイッチング素子を飽和領域で動作させることが可能になる。したがって、点火用スイッチング素子の損失を低減することができる。
【００１３】
また、上記第２の態様における点火装置は、上記オン用定電流回路を備える。
そのため、ソフトオン動作を行うときに、コンデンサを一定の電流で充電することができる。したがって、コンデンサの電圧、すなわち点火用スイッチング素子の制御端子に加わる電圧を、一次関数的に上昇させることができる。そのため、従来のようにＲＣ回路を用いて、制御端子に加わる電圧を指数関数的に上昇させる場合と比べて、一次電流の時間変化率を一定でかつ小さくすることができ、二次巻線に発生する二次電圧を低減できる。そのため、ソフトオン動作を行うときに点火プラグが点火することを、より効果的に安定して抑制できる。
また、上記点火装置は、ソフトオン動作を行うときの、制御電圧の時間変化率を一定にすることができる。そのため、点火用スイッチング素子の閾電圧がばらついても、ソフトオン動作時に、制御電圧が閾電圧に達したときにおける、制御電圧の時間変化率を一定にすることができる。したがって、このときの一次電流の時間変化率がばらつくことを抑制でき、高い二次電圧が発生することを抑制できる。そのため、点火用スイッチング素子の閾電圧がばらついても、ソフトオン動作時に点火プラグが点火することを、より効果的に抑制することが可能になる。
【００１４】
以上のごとく、本態様によれば、ソフトスイッチング動作を行う際に発生する二次電圧を、より低減できる点火装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１における、点火用スイッチング素子をオフしている状態での、点火装置の回路図。
【図２】実施形態１における、一次巻線の通電動作を行う際の、点火装置の回路図。
【図３】実施形態１における、点火動作を行う際の、点火装置の回路図。
【図４】実施形態１における、ソフトオフ動作を行う際の、点火装置の回路図。
【図５】実施形態１における、点火動作を繰り返す際の、点火装置のタイムチャート。
【図６】実施形態１における、一定期間、点火指令が入力されなかったときの、点火装置のタイムチャート。
【図７】実施形態１における、オフ用定電流回路を用いてソフトオフ動作を行ったときの、ゲート電圧、一次電流、二次電圧の波形図に、ＲＣ回路を用いてソフトオフ動作を行ったときの波形図を重ねて描いたもの。
【図８】実施形態１における、点火装置の断面図。
【図９】実施形態２における、点火装置の回路図。
【図１０】実施形態２における、ソフトオン動作を行う際の、点火装置の回路図。
【図１１】実施形態２における、点火動作を行う際の、点火装置の回路図。
【図１２】実施形態２における、ソフトオフ動作を行う際の、点火装置の回路図。
【図１３】実施形態２における、オン用定電流回路を用いてソフトオン動作を行ったときの、ゲート電圧、一次電流、二次電圧の波形図に、ＲＣ回路を用いてソフトオン動作を行ったときの波形図を重ねて描いたもの。
【図１４】実施形態２における、ゲート電圧の上昇速度のばらつきと、点火用スイッチング素子の閾電圧のばらつきとを表したグラフ。
【図１５】参考形態１における、点火装置の回路図。
【図１６】比較形態における、点火装置の回路図。
【図１７】比較形態における、ゲート電圧の上昇速度のばらつきと、点火用スイッチング素子の閾電圧のばらつきとを表したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上記点火装置は、自動車のエンジンの点火プラグを点火するための車両用点火装置とすることができる。
【００１７】
（実施形態１）
上記点火装置に係る実施形態について、図１〜図８を用いて説明する。本形態の点火装置１は、点火コイル１０の二次巻線１２に接続した点火プラグ１３を点火するために用いられる。図１に示すごとく、点火装置１は、点火用スイッチング素子２と、コンデンサ３と、プリドライブ用スイッチング素子５と、プルアップ抵抗１９と、オフ用定電流回路４OFFとを備える。
【００１８】
点火コイル１０の一次巻線１１の一端は電源１８に接続され、他端は点火用スイッチング素子２のコレクタに接続している。点火用スイッチング素子２のエミッタはグランドに接続している。
コンデンサ３は、点火用スイッチング素子２の制御端子２１に接続し、一端がグランドに接続されている。
プリドライブ用スイッチング素子５は、コンデンサ３に並列接続している。
プルアップ抵抗１９は、制御端子２１とコンデンサ３との間と、電流源１４との間に接続している。電流源１４は、鉛蓄電池等の低電圧電源である。
オフ用定電流回路４OFFは、制御端子２１とコンデンサ３との間に電気接続している。図４に示すごとく、オフ用定電流回路４OFFは、コンデンサ３に蓄えられた電荷を一定の電流Ｉ3Dで放電するよう構成されている。
【００１９】
本形態の点火装置１は、自動車のエンジンの点火プラグ１３に点火するための車両用点火装置である。
【００２０】
次に、点火プラグ１３に点火する際における、点火装置１の動作について説明する。図１に示すごとく、点火装置１は、電源が投入されると、まず、点火用スイッチング素子２をオフにする。この際、オフ用定電流回路４OFFの信号線４９（Ｂ点）の電位をＬにするとともに、プリドライブ用スイッチング素子５の制御端子５９（Ａ点）の電位をＨにする。このようにすると、プリドライブ用スイッチング素子５がオンし、電流源１４から電流Ｉ19が、プルアップ抵抗１９及びプリドライブ用スイッチング素子５を通って、グランドに流れる。したがって、コンデンサ３に電荷は蓄えられず、コンデンサ３の電圧は上昇しない。そのため、制御端子２１の電圧は閾電圧に達せず、点火用スイッチング素子２はオフになる。
【００２１】
その後、点火装置１は、図示しないエンジンコントロールユニット等から送られる点火動作指示信号のＬｏｗ信号を受けて、プリドライブ用スイッチング素子５をオフにする。そのため、図２に示すごとく、プルアップ抵抗１９を流れる電流Ｉ19によってコンデンサ３が充電され、点火用スイッチング素子２がオンして、一次巻線１１に一次電流ｉ1が流れ始める。この際、プルアップ抵抗１９およびコンデンサ３の充電特性により、制御端子２１に加わる電圧が徐々に上昇する。そのため、点火用スイッチング素子２はゆっくりオンし、一次巻線１１に一次電流ｉ1が徐々に流れ始める。これにより、点火プラグ１３が点火することを抑制しつつ、一次巻線１１に一次電流ｉ1を流している。
【００２２】
その後、図３に示すごとく、Ａ点をＨにすると、プリドライブ用スイッチング素子５がオンになり、コンデンサ３が急速に放電する。そのため、点火用スイッチング素子２が急にオフになり、一次電流ｉ1が急に遮断される。これに伴い、二次巻線１２に高い二次電圧Ｖ2が発生し、点火プラグ１３に火花放電Ｓが発生してシリンダー内の混合気に点火する。
【００２３】
また、図２に示すように一次電流ｉ1を流した後、何らかの異常が発生し、プリドライブ用スイッチング素子５をオンにするＡ点のＨ信号が一定時間入力されない場合は、ソフトオフ動作を行う。すなわち、点火プラグ１３の点火を抑制しつつ、点火用スイッチング素子２をオフさせる。ソフトオフ動作を行う場合は、図４に示すごとく、Ａ点をＬにしたまま、Ｂ点をＨにする。このようにすると、オフ用定電流回路４OFFがオンし、回路定数により設定された一定の電流が流れる。そのため、コンデンサ３に蓄えられていた電荷が一定の電流Ｉ3Dで放電され、コンデンサ３の電圧が一定の傾きで減少する。したがって、制御端子２１に加わる電圧が一定の傾きで徐々に減少し、一次電流ｉ1が一定の変化率で徐々に減少する。そのため、従来のように指数関数的に一次電流ｉ1を変化させた場合と比べて二次電圧Ｖ2が抑制され、点火プラグ１３が点火することを抑制できる。
【００２４】
次に、図５、図６を用いて、点火装置１のタイミング図の説明をする。図５は、エンジンの点火を繰り返す際の、点火装置１のタイミング図であり、図６は、異常発生時にソフトオフ動作をする際のタイミング図である。図５、図６におけるＡ点は、プリドライブ用スイッチング素子５の制御端子５９である。Ａ点には、点火動作を行うときにおける、一次巻線１１の通電と通電遮断とを制御する信号が入力される。Ｂ点は、オフ用定電流回路４OFFの制御端子に接続した信号線４９である。また、Ｃ点は、点火用スイッチング素子２の制御端子２１であり、Ｄ点は、点火用スイッチング素子２のコレクタ２９である。
【００２５】
図５に示すごとく、エンジンを点火する際には、まず一次コイル１１への通電動作を行う。すなわち、Ｂ点をＬにしておき、時刻ｔ１において、Ａ点をＨからＬに切り替える。このようにすると、プリドライブ用スイッチング素子５がオフになり、電流源１４から電流Ｉ19が、プルアップ抵抗１９を通って徐々に流れ、ＲＣ時定数でコンデンサ３がゆっくり充電される。そのため、コンデンサ３の電圧が徐々に上昇し、点火用スイッチング素子２が徐々にオンし、一次巻線１１に一次電流ｉ1が流れる。
【００２６】
その後、時刻ｔ２において、Ａ点をＨに切り替えると、プリドライブ用スイッチング素子５がオンになり、コンデンサ３に蓄えられた電荷が急速に放電される。そのため、点火用スイッチング素子２がオフになり、一次電流ｉ1が急速に遮断される。そのため、一次巻線１１に高い一次電圧Ｖ1が発生する。これに伴って、二次巻線１２にも高い二次電圧Ｖ2が発生し、点火プラグ１３に火花放電Ｓが発生して、エンジン内の混合気が点火される。
【００２７】
また、図６に示すごとく、時刻ｔ３においてＡ点をＬにした後、何らかの異常が発生し、点火プラグ１３を点火する指令が一定時間入力されない場合は、ソフトオフ動作を行う。すなわち、時刻ｔ４において、点火信号のＡ点をＬにしたまま、つまりプリドライブ用スイッチング素子５をオフにしたまま、Ｂ点をＨにする。このようにすると、オフ用定電流回路４OFFがオンし、コンデンサ３に蓄えられた電荷が一定の電流で放電される。そのため、Ｃ点の電圧が一定の変化率で徐々に低下し、一次電流ｉ1が徐々に減少する。したがって、一次電圧Ｖ1および二次電圧Ｖ2は抑制され、点火プラグ１３の点火を抑制しつつ、点火用スイッチング素子２をオフすることができる。
【００２８】
図７に、オフ用定電流回路４OFFを用いて点火用スイッチング素子２をソフトオフしたときの、ゲート電圧Ｖg、一次電流ｉ1、二次電圧Ｖ2の波形を示す。また、同図に、従来のようにＲＣ回路（図１６参照）を用いて点火用スイッチング素子２をソフトオフしたときの波形を重ねて示す。
【００２９】
オフ用定電流回路４OFFを用いてコンデンサ３を一定の電流で放電させると、コンデンサ３の電圧が一次関数的に低下する。そのため、図７に示すごとく、オフ用定電流回路４OFFを用いる場合は、時刻ｔ４においてソフトオフし始めた後、コンデンサ３の電圧、すなわち点火用スイッチング素子２のゲート電圧Ｖgが、一次関数的に低下する。したがって、一次電流ｉ1も直線的に低下する。そのため、一次電流ｉ1の時間変化率ｄｉ1／ｄｔは一定となり、かつ比較的小さな値に設定できるので、発生する二次電圧Ｖ2も比較的低くなる。したがって、点火プラグ１３の発生電圧で飛び火することが少なく、また飛び火しても発生エネルギが少ないため、混合気に着火することを抑制することができる。
【００３０】
これに対して、従来のようにＲＣ回路を用いる場合は、時刻ｔ４においてソフトオフし始めた後、点火用スイッチング素子２のゲート電圧Ｖgが指数関数的に低下する。そのため、一次電流ｉ1も指数関数的に低下する。したがって、一次電流ｉ1の時間変化率ｄｉ1／ｄｔが比較的大きく、高い二次電圧Ｖ2が発生しやすい。したがって、この二次電圧Ｖ2によって点火プラグ１３に火花放電Ｓが発生し、混合気に着火するおそれがある。
【００３１】
次に、オフ用定電流回路４OFFの回路構成について説明する。図１に示すごとく、オフ用定電流回路４OFFは、切替用トランジスタ４０と、定電流用トランジスタ４１とを備える。切替用トランジスタ４０は、電流の通電と非通電とを切り替えるために設けられている。定電流用トランジスタ４１は、切替用トランジスタ４０に流れる電流Ｉ40（図４参照）を一定値に保つために設けられている。
【００３２】
本形態では、切替用トランジスタ４０としてＮｃｈ型のＭＯＳＦＥＴを用い、定電流用トランジスタ４１としてＮＰＮ型のバイポーラトランジスタを用いている。切替用トランジスタ４０のソース４０１は定電流トランジスタ４１のベース４１３に接続されるとともに、電流設定用の第２抵抗４３を介してグランドに接続されている。切替用トランジスタ４０のドレイン４０２はコンデンサ３に接続している。また、定電流用トランジスタ４１のエミッタ４１１は、第１抵抗４２を介してグランドに接続している。定電流用トランジスタ４１のコレクタ４１２は、切替用トランジスタ４０のゲート４０３に接続している。
【００３３】
図４に示すごとく、ゲート４０３の電位をＨにすると、切替用トランジスタ４０がオンし、電流Ｉ40が流れる。電流Ｉ40は、コンデンサ３の放電電流Ｉ3Dと、電源１４からプルアップ抵抗１９を介して流れる電流Ｉ19との和である。電流Ｉ40は、接続点４１４で、第２抵抗４３に流れるＩ43と、定電流用トランジスタ４１のベース電流Ｉ41bとに分かれる。このベース電流Ｉ41bは、定電流用トランジスタ４１のコレクタ電流Ｉ41cと係数１／ｈfeとに相関関係がある。ベース電流Ｉ41bとコレクタ電流Ｉ41cの和が、第１抵抗４２に流れる電流Ｉ42となる。
【００３４】
接続点４１４からグランドまでの電圧降下は、第１抵抗４２側と第２抵抗４３側とで等しい。すなわち、第２抵抗４３とそこに流れる電流Ｉ43の積と、第１抵抗４２とそこに流れる電流Ｉ42の積と定電流用トランジスタ４１のベース・エミッタ間電圧Ｖbeの和が等価になるように、ベース４１３の電圧が決まり、第２抵抗４３に流れる電流Ｉ43とベース電流Ｉ41bが決まる。そのため、これらの電流Ｉ43，Ｉ41bの和（電流Ｉ40）は一定になる。また、電流Ｉ40は、プルアップ抵抗１９を流れる電流Ｉ19と、コンデンサ３の放電電流Ｉ3Dとの和であり、上記電流Ｉ19は一定である。そのため、放電電流Ｉ3Dは一定になる。
【００３５】
また、電流Ｉ40は上述のように第１抵抗４２と第２抵抗４３との抵抗値によって任意に設定できるため、点火用スイッチング素子２の制御端子２１に高い電圧が加わっているときでも、一次電流ｉ1の時間変化率ｄｉ1／ｄｔが一定でかつ小さくなるように、上記電流Ｉ40の値を容易に設定することができる。従って、制御端子２１に高い電圧が加わり、点火用スイッチング素子２が飽和領域になっていても、この状態から、確実にソフトオフ動作を行うことができる。そのため、通常の点火動作を行う際には、点火用スイッチング素子２を飽和領域で動作させることが可能になる。すなわち、点火用スイッチング素子２をオンして一次巻線１１に一次電流ｉ1を流すとき（図２参照）に、点火用スイッチング素子２を飽和領域にでき、一次電流ｉ1による点火用スイッチング素子２の損失を抑制することができる。
【００３６】
次に、図８を用いて、点火装置１の立体的な構造について説明する。同図に示すごとく、本形態では、オフ用定電流回路４OFFとプリドライブ用スイッチング素子５とを一つの半導体チップ８に形成してある。また、点火装置１は、オフ用定電流回路４OFF及びプリドライブ用スイッチング素子５のオンオフ制御をするための制御部７を備える。これら制御部７と半導体チップ８と点火用スイッチング素子２とを封止部材８０によって封止し、一部品化してある。
【００３７】
制御部７と半導体チップ８と点火用スイッチング素子２とは、放熱板８１に載置されている。また、封止部材８０から、外部機器と電気接続するための端子８２が突出している。
【００３８】
次に、本形態の作用効果について説明する。図１に示すごとく、本形態の点火装置１は、オフ用定電流回路４OFFを備える。このオフ用定電流回路４OFFにより、制御端子２１に接続したコンデンサ３の電荷を、一定の電流で放電させることができるよう構成されている。
そのため、ソフトオフ動作を行うときに発生する二次電圧Ｖ2を、より低減することができる。すなわち、オフ用定電流回路４OFFは、コンデンサ３を一定の電流で放電するため、図７に示すごとく、コンデンサ３の電圧、すなわち点火用スイッチング素子２の制御端子２１に加わる電圧Ｖgを、一次関数的に低下させることができる。そのため、従来のようにＲＣ回路を用いて、制御端子に加わる電圧を指数関数的に低下させる場合と比べて、一次電流ｉ1の時間変化率ｄｉ1／ｄｔを一定に、かつ小さくすることができ、二次巻線１２に発生する二次電圧Ｖ2を低減することができる。そのため、ソフトオフ動作を行うときに点火プラグ１３が点火することを、より効果的に抑制できる。
【００３９】
以上のごとく、本形態によれば、ソフトスイッチング動作を行う際に発生する二次電圧を、より低減できる点火装置を提供することができる。
【００４０】
なお、本形態においては、図１に示すごとく、点火用スイッチング素子２としてＩＧＢＴを用いたが、本発明はこれに限るものではなく、ＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタを用いることもできる。
【００４１】
また、本形態においては、図８に示すごとく、オフ用定電流回路４OFF及びプリドライブ用スイッチング素子５を形成した半導体チップ８と、制御部７と、点火用スイッチング素子２とを封止して一部品化しているが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、これらの部品を別々にした、いわゆるディスクリート品にしてもよい。また、オフ用定電流回路４OFFは本形態において開示したものに限定されず、他の公知の回路構成や専用ＩＣを使用してもよい。
【００４２】
以下の実施形態においては、図面に用いた符号のうち、実施形態１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施形態１と同様の構成要素等を表す。
【００４３】
（実施形態２）
本形態は、点火装置１の回路を変更した例である。図９に示すごとく、本形態の点火装置１は、点火コイル１０の一次巻線１１に接続した点火用スイッチング素子２と、コンデンサ３と、プリドライブ用スイッチング素子５と、オン用定電流回路４ONとを備える。
【００４４】
図１０に示すごとく、オン用定電流回路４ONは、制御端子２１とコンデンサ３との間に接続しており、コンデンサ３を一定の電流Ｉ3Cで充電するよう構成されている。オン用定電流回路４ONは、オフ用定電流回路４OFFと同様に、切替用トランジスタ４０と、定電流用トランジスタ４１とを備える。切替用トランジスタ４０のソースは、第４抵抗４５を介して電流源１４に接続している。また、定電流用トランジスタ４１のエミッタは、第３抵抗４４を介して電流源１４に接続している。
【００４５】
切替用トランジスタ４０を流れる一定の電流Ｉ3Cによって、コンデンサ３が充電される。この電流Ｉ3Cは、接続点４１５で、第４抵抗４５に流れるＩ45と、定電流用トランジスタ４１のベース電流Ｉ41bが合わさったものである。このベース電流Ｉ41bは、定電流用トランジスタ４１のコレクタ電流Ｉ41cと、係数１／ｈfeとに相関関係があり、ベース電流Ｉ41bとコレクタ電流Ｉ41cの和が、第３抵抗４４に流れる電流Ｉ44となる。第４抵抗４５とそこに流れる電流Ｉ45の積と、第３抵抗４４とそこに流れる電流Ｉ44の積と定電流用トランジスタ４１のベース・エミッタ間電圧Ｖbeの和が等価になるように、ベース４１３の電圧が決まり、第４抵抗４５に流れる電流Ｉ45とベース電流Ｉ41bが決まる。そのため、これらの電流Ｉ45，Ｉ41bの和（電流Ｉ3C）は一定になる。
【００４６】
電流Ｉ3Cは上述のように、第３抵抗４４と第４抵抗４５の抵抗値によって任意に設定できるため、制御端子２１に高い電圧を加えるときでも、一次電流ｉ1の時間変化率ｄｉ1／ｄｔが一定でかつ小さくなるように、電流Ｉ3Cの値を容易に設定することができる。従って、一次電流ｉ1を流し始めるときに、制御端子２１に徐々に高い電圧を加えることができ、点火用スイッチング素子２を飽和領域にすることができる。そのため、一次電流ｉ1による点火用スイッチング素子２の損失を抑制できる。
【００４７】
また、本形態の点火装置１は、実施形態１と同様に、オフ用定電流回路４OFFを備える。オフ用定電流回路４OFFは、制御端子２１とコンデンサ３との間に接続しており、コンデンサ３に蓄えられた電荷を一定の電流Ｉ3Dで放電するよう構成されている。
【００４８】
次に、点火プラグ１３を点火するときにおける、点火装置１の動作について説明する。図１０に示すごとく、点火装置１は、まずソフトオン動作を行う。すなわち、点火用スイッチング素子２を一定電流で、ゆっくりオンすることにより、通電開始時点での点火プラグ１３の点火を抑制しつつ、一次巻線１１に一次電流ｉ1を流す。この際、図１０に示すごとく、Ａ点とＢ点を両方ともＬにする。このようにすると、オン用定電流回路４ONがオンしかつ、ソフトオフ用定電流回路４OFFがオフして、コンデンサ３が一定の電流Ｉ3Cで充電される。そのため、コンデンサ３の電圧、すなわち制御端子２１の電圧が一次関数的に上昇する。したがって、一次電流ｉ1の時間変化率ｄｉ1／ｄｔを一定に、かつ小さくすることができ、二次電圧Ｖ2を低減することができる。そのため、点火プラグ１３の点火を抑制しつつ、一次電流ｉ1を流すことができる。
【００４９】
その後、図１１に示すごとく、Ｂ点をＬにしたまま、Ａ点をＬからＨに切り替える。このようにするとプリドライブ用スイッチング素子５がオンし、コンデンサ３に蓄えられた電荷が、プリドライブ用スイッチング素子５を通って急速に放電する。そのため、一次電流ｉ1が急に遮断され、二次巻線１２に高い二次電圧Ｖ2が発生する。したがって、点火プラグ１３に火花放電Ｓが発生する。
【００５０】
また、図１０の状態から、点火プラグ１３を点火する信号が一定時間入力されなかった場合、図１２に示すごとく、Ａ点をＬにしたまま、Ｂ点をＨに切り替える。このようにすると、オン用定電流回路４ONがオフし流れる電流Ｉ3Cが停止するとともに、オフ用定電流回路４OFFがオンして、一定の電流Ｉ3Dが流れる。そのため、コンデンサ３が一定の電流Ｉ3Dで放電され、コンデンサ３の電圧、すなわち制御端子２１の電圧が一次関数的に低下する。したがって、一次電流ｉ1の時間変化率ｄｉ1／ｄｔを一定に、かつ小さくすることができ、二次電圧Ｖ2を低減することができる。そのため、点火プラグ１３の点火を抑制しつつ、点火用スイッチング素子２をオフすることができる。
【００５１】
次に、図１３に、オン用定電流回路４ONを用いて点火用スイッチング素子２をソフトオンしたときの、ゲート電圧Ｖg、一次電流ｉ1、二次電圧Ｖ2の波形を示す。また、同図に、従来のようにＲＣ回路（図１６参照）を用いて点火用スイッチング素子２をソフトオンしたときの波形を重ねて示す。
【００５２】
図１３に示すごとく、ゲート電圧Ｖgが上昇して閾電圧Ｖthを超えると、点火用スイッチング素子２がオンして、一次電流ｉ1が流れ始める。また、上述したように、オン用定電流回路４ONを用いる場合は、コンデンサ３を一定の電流で充電するため、コンデンサ３の電圧が一次関数的に上昇する。そのため、オン用定電流回路４ONを用いる場合は、時刻ｔ１においてソフトオンし始めた後、コンデンサ３の電圧、すなわち点火用スイッチング素子２のゲート電圧Ｖgが、一次関数的に上昇する。したがって、一次電流ｉ1を直線的に上昇させることができる。そのため、一次電流ｉ1の時間変化率ｄｉ1／ｄｔを一定でかつ小さくでき、発生する二次電圧Ｖ2を比較的小さくすることができる。したがって、点火プラグ１３に火花放電Ｓが発生することを抑制できる。
【００５３】
これに対して、従来のようにＲＣ回路を用いる場合は、時刻ｔ１においてソフトオンし始めた後、点火用スイッチング素子２のゲート電圧Ｖgが指数関数的に上昇する。そのため、一次電流ｉ1も指数関数的に上昇する。したがって、一次電流ｉ1の時間変化率ｄｉ1／ｄｔが比較的大きく、高い二次電圧Ｖ2が発生する。そのため、この二次電圧Ｖ2によって、点火プラグ１３に火花放電Ｓが発生するおそれがある。
【００５４】
一方、図９に示すごとく、オン用定電流回路４ONの切替用トランジスタ４０ｐと、オフ用定電流回路４OFFの切替用トランジスタ４０ｎとは、互いに直列に接続されている。また、これら２つの切替用トランジスタ４０ｐ，４０ｎの制御端子（ゲート４０３）は、共通の信号線４９に接続している。また、上記２つの切替用トランジスタ４０ｐ，４０ｎは、図１０、図１２に示すごとく、一方がオンのとき他方がオフになる、相補型のトランジスタである。
【００５５】
次に、本形態の作用効果について説明する。本形態の点火装置１は、図１０に示すごとく、オン用定電流回路４ONを備える。
そのため、ソフトオン動作、すなわち、点火プラグ１３の点火を抑制しつつ、一次電流ｉ1を流し始める動作を行うことができる。つまり、本形態ではオン用定電流回路４ONを設けているため、コンデンサ３を一定の電流Ｉ3Cで充電することができる。したがって、コンデンサ３の電圧、すなわち点火用スイッチング素子２の制御端子２１に加わる電圧を、一次関数的に上昇させることができる。そのため、従来のようにＲＣ回路を用いて、制御端子に加わる電圧を指数関数的に上昇させる場合と比べて、一次電流ｉ1の時間変化率ｄｉ1／ｄｔを一定でかつ小さくすることができ、二次巻線１２に発生する二次電圧Ｖ2を低減できる。そのため、ソフトオン動作を行うときに点火プラグが点火することを抑制できる。
【００５６】
また、本形態のようにオン用定電流回路４ONを用いれば、製造ばらつきにより、点火用スイッチング素子２の閾電圧Ｖth等がばらついた場合でも、二次電圧Ｖ2のばらつきを低減することができる。すなわち、図１７に示すごとく、点火用スイッチング素子２の閾電圧Ｖthには、ばらつきがある。また、ＲＣ回路を用いてソフトオン動作を行う場合、ＲＣ回路に含まれる抵抗ＲとコンデンサＣとの製造ばらつきにより、ＲＣ時定数がばらつき、ゲート電圧Ｖgの上昇速度がばらつく。上昇速度が最も早い場合が曲線Ｌ３であり、最も遅い場合が曲線Ｌ４である。そのため、例えば閾電圧Ｖthが低く、かつゲート電圧Ｖgの上昇速度が速い場合（曲線Ｌ３の場合）、比較的早い時刻Ｔ１１において点火用スイッチング素子２がオンする。また、ゲート電圧Ｖgは指数関数的に上昇するため、時刻Ｔ１１におけるゲート電圧Ｖgの時間変化率ｄＶg／ｄｔは高く、一次電流ｉ1の時間変化率ｄｉ1／ｄｔも高い。そのため、特に高い二次電圧Ｖ2が発生しやすくなる。また、閾電圧Ｖthが高く、かつゲート電圧Ｖgの上昇速度が遅い場合（曲線Ｌ４の場合）、比較的遅い時刻Ｔ１２において点火用スイッチング素子２がオンする。このとき、ゲート電圧Ｖgの時間変化率ｄＶg／ｄｔは低いため、二次電圧Ｖ2は比較的低くなる。
このように、ＲＣ回路を用いてソフトオン動作を行うときは、閾電圧ＶthやＲＣ時定数がばらついて、点火用スイッチング素子２がオンする時刻がＴ１１からＴ１２の間でばらつくと、二次電圧Ｖ2が大きくばらつきやすい。したがって、最も高い二次電圧Ｖ2が発生する場合を考慮して回路設計をする必要が生じ、回路設計が困難になりやすい。
【００５７】
これに対して、本形態のように、オン用定電流回路４ONを用いれば、点火用スイッチング素子２の閾電圧Ｖth等がばらついても、二次電圧Ｖ2のばらつきを低減することができる。すなわち、図１４に示すごとく、オン用定電流回路４ONを用いる場合は、ゲート電圧Ｖgの上昇速度は、コンデンサ３の製造ばらつきが原因となってばらつく。上昇速度が最も早いときが直線Ｌ１であり、最も遅いときが直線Ｌ２である。したがって、閾電圧Ｖthが低く、ゲート電圧Ｖgの上昇速度が速い場合（直線Ｌ１の場合）、比較的早い時刻ｔ１１において点火用スイッチング素子２がオンする。また、閾電圧Ｖthが高く、ゲート電圧Ｖgの上昇速度が遅い場合（直線Ｌ２の場合）、比較的遅い時刻ｔ１２において点火用スイッチング素子２がオンする。本形態では、定電流でコンデンサ３を充電するため、ゲート電圧Ｖgは一次関数的に上昇する。そのため、点火用スイッチング素子２の閾値がＶth１〜Ｖth２の間でばらついても、その閾値におけるゲート電圧Ｖgの時間変化率ｄＶg／ｄｔはばらつかない。そのため、一次電流ｉ1の時間変化率ｄｉ1／ｄｔもばらつかず、電流変化に応じて発生する一次電圧Ｖ1のばらつきを抑制することができる。そのため、二次電圧Ｖ2のばらつきも抑制でき、点火装置１の回路設計を容易に行うことが可能になる。
【００５８】
また、本形態の点火装置１は、図１０に示すごとく、オン用定電流回路４ONとオフ用定電流回路４OFFとを両方とも備える。そのため、ソフトオン動作とソフトオフ動作とを両方とも行うことができる。
【００５９】
また、図１０に示すごとく、本形態のオン用定電流回路４ONとオフ用定電流回路４OFFとは、電流Ｉの通電と非通電とを切り替えるための切替用トランジスタ４０（４０ｐ，４０ｎ）をそれぞれ備える。これら２個の切替用トランジスタ４０の制御端子（ゲート４０３）は共通の信号線４９に接続している。また、２個の切替用トランジスタ４０は、一方がオンのとき他方がオフになる相補型である。
そのため、信号線４９を一本にしつつ、２つの定電流回路４ON，４OFFのうちオン用定電流回路４ONのみに電流を流す場合（図１０参照）と、オフ用定電流回路４OFFのみに電流を流す場合（図１２参照）とを切り替えることが可能になる。したがって、点火装置１の回路構成を簡素にすることができる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【００６０】
（参考形態１）
本形態は、点火装置１の回路構成を変更した例である。図１５に示すごとく、本形態の点火装置１は、点火コイル１０の一次巻線１１に接続した点火用スイッチング素子２と、コンデンサ３と、プリドライブ用スイッチング素子５と、オン用定電流回路４ONとを備える。本形態では、オフ用定電流回路４OFFを設けていない。
【００６１】
本形態では、ソフトオン動作を行う際には、プリドライブ用スイッチング素子５をオフにし、切替用トランジスタ４０をオンする。これにより、オン用定電流回路４ONを用いてコンデンサ３を一定の電流Ｉで充電し、コンデンサ３の電圧、すなわち点火用スイッチング素子２の制御端子２１に加わる電圧を一定の傾きで上昇させる。これによって、一次電流ｉ1の時間変化率を一定にし、かつ小さくする。これにより、点火プラグ１３の点火を抑制する。
【００６２】
また、点火プラグ１３を点火するときには、プリドライブ用スイッチング素子５をオンする。これにより、コンデンサ３に蓄えられた電荷を急速に放電し、点火用スイッチング素子２を高速でオフする。これによって、一次電流ｉ1を速く遮断し、高い二次電圧Ｖ2を発生させて、点火プラグ１３に点火する。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【符号の説明】
【００６３】
１  点火装置
１０  点火コイル
１１  一次巻線
１２  二次巻線
１３  点火プラグ
２  点火用スイッチング素子
３  コンデンサ
４OFF  オフ用定電流回路
４ON  オン用定電流回路
５  プリドライブ用スイッチング素子
【図１】
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【図２】
0006631304.tif 000003
【図３】
0006631304.tif 000004
【図４】
0006631304.tif 000005
【図５】
0006631304.tif 000006
【図６】
0006631304.tif 000007
【図７】
0006631304.tif 000008
【図８】
0006631304.tif 000009
【図９】
0006631304.tif 000010
【図１０】
0006631304.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0006631304.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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