(57)【要約】【課題】ノイズによるスイッチング素子の故障を予防できる内燃機関用点火装置を提供することである。【解決手段】内燃機関用点火装置において、スイッチング素子１５は点火コイルの１次コイル１１６（図９）に接続され１次コイルを電流を通電及び遮断し、２次コイルに高電圧を誘起する。スイッチング素子は、ＥＣＵ１１５（図９）から入力される点火制御信号により制御される駆動回路１２に駆動される。スイッチング素子１５とアースＧＮＤとの間に配置されたピークホールド回路３０がノイズのピーク値を保持してスイッチング素子１５をオンさせ、ノイズ耐量を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火コイルの１次コイルに接続され、１次コイルを電流を通電及び遮断し２次コイルに高電圧を誘起するスイッチング素子と、
ＥＣＵから入力される点火制御信号により該スイッチング素子を駆動する駆動回路と、
該スイッチング素子と接地との間に配置され、該スイッチング素子のオフ状態で出力端子にノイズが加わったとき、そのピーク値を一定時間保持してゲート端子に印加するピークホールド回路と、
から成ることを特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項２】
前記スイッチング素子は絶縁ゲート型パワートランジスタである請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項３】
前記ピークホールド回路は、接地側とゲート端子側との間に配置されたダイオードと、該絶縁ゲート型パワートランジスタの寄生コンデンサとから成る請求項２に記載の点火装置。
【請求項４】
前記ピークホールド回路は、接地側と反接地側との間に配置されたダイオードと、該ダイオードと接地との間に配置されたコンデンサとから成り、該ピークホールド回路は、前記絶縁ゲート型パワートランジスタと接地との間の配線インダクタンスを利用して配置されている請求項２に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項５】
点火コイルの１次コイルに接続され、１次コイルを電流を通電及び遮断し２次コイルに高電圧を誘起するスイッチング素子と、
ＥＣＵから入力される点火制御信号により該スイッチング素子を駆動する駆動回路と、
該スイッチング素子とアースとの間に配置され、該スイッチング素子のオフ状態で出力端子にノイズが加わったとき、そのピーク値を一定時間保持するピークホールド回路と、
保持されたピーク値と基準電圧とを比較する比較手段と、
から成ることを特徴とする内燃機関用点火装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関用点火装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関用点火装置は内燃機関において圧縮された混合気に点火するものであり、イグナイタ、点火コイル等から成る。イグナイタは半導体素子等のスイッチング素子と、これを駆動する駆動回路とを含み、ＥＣＵから出力される点火（制御）信号によりスイッチング素子がオン、オフされる。これにより、点火コイルの１次側に流れる電流が通電及び遮断され、２次側に高電圧が発生される。
【０００３】
図７に従来の内燃機関用点火装置の要部が示されている。このイグナイタ１００は、駆動（ドライブ）回路１０２、トランジスタ１０４、定電流制御回路１０６、電流検出用抵抗１０８及び点火モニタ回路１１０等を含む。駆動回路１０２はＥＣＵ１１５により制御され、トランジスタ１０４に点火制御信号を出力する。トランジスタ１０４のコレクタが点火コイル１１６の１次コイル側に接続されており、トランジスタ１０４がオンすると１次電流が流れ、オフすると１次電流が遮断され２次コイルに高電圧が発生する。これにより、２次コイルに接続された点火プラグ１１８が火花を発生し、混合気に点火する。
【０００４】
イグナイタ１００特にそのトランジスタ１０４が正常に作動しているかどうかを点火モニタ回路１１０によりモニタし、その結果がＥＣＵ１１５に知らされる。トランジスタ１０４の故障とは、例えば過大な高周波ノイズによるショートである。このショートは、例えばトランジスタ１０４がオフ状態のとき加わるノイズにより発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
点火モニタ回路１１０は、１次電流の変化による電流検出用抵抗１０８の電位降下の変化に基づき、トランジスタ１０４の正常時はパルス状の信号をＥＣＵ１１５に出力する。一方、トランジスタ１０４の故障時は、上記信号が出力されないか又は一定（ハイ又はロー）の信号がＥＣＵ１１５に出力される。これによってトランジスタ１０４の故障を知り、トランジスタ１０４の交換等必要な措置を施す。
【０００６】
つまり、従来例ではノイズによりトランジスタ１０４が故障したか否かを検知できるに過ぎない。しかし、これではトランジスタ１０４が無駄になるのみならず、故障したトランジスタ１０４を交換等するために時間及び手間がかかる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ノイズによるスイッチング素子の故障を予防できる内燃機関用点火装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の発明者は、ノイズとスイッチング素子の故障との関係を研究した処、点火装置のイグナイタではスイッチング素子のノイズ耐量はオン状態では比較的高くオフ状態では比較的低いと考えられる。そこで、スイッチング素子のオフ状態でノイズが加わったときは、そのノイズを利用してオン状態にし、それによってノイズ耐量を上昇させることを思い付いて本発明を完成した。
【０００９】
本願の第１発明による内燃機関用点火装置は、請求項１に記載されているように、点火コイルの１次コイルに接続され、１次コイルを電流を通電及び遮断し、２次コイルに高電圧を誘起するスイッチング素子と；ＥＣＵから入力される点火制御信号によりスイッチング素子を駆動する駆動回路と；スイッチング素子と接地との間に配置され、スイッチング素子のオフ状態でノイズが加わったときは、ノイズのピーク値を保持してスイッチング素子のゲート端子に印加するピークホールド回路と；から成ることを特徴とする。
【００１０】
この点火装置において、スイッチング素子のオフ時にノイズが出力端子に加わると、それと同時に、ピークホールド回路が保持したピーク値によりゲートの電位が上昇し、スイッチング素子がオンする。オン状態でのノイズ耐量は比較的大きいので、スイッチング素子はノイズにより故障し難くなる。
【００１１】
請求項２の点火装置は、請求項１において、スイッチング素子は絶縁ゲート型パワートランジスタである。
【００１２】
請求項３の点火装置は、請求項２において、ピークホールド回路は、接地側とゲート端子側との間に配置されたダイオードと、絶縁ゲート型パワートランジスタの寄生コンデンサとから成る。
【００１３】
請求項４の点火装置は、請求項２において、ピークホールド回路は、接地側と反接地側との間に配置されたダイオードとダイオードと接地との間に配置されたコンデンサとから成り、ピークホールド回路は、絶縁ゲート型パワートランジスタと接地との間の配線インダクタンスを利用して配置されている。
【００１４】
本願の第２発明による内燃機関用点火装置は、請求項５に記載されているように、点火コイルの１次コイルに接続され、１次コイルを電流を通電及び遮断し、２次コイルに高電圧を誘起するスイッチング素子と；ＥＣＵから入力される点火制御信号によりスイッチング素子を駆動する駆動回路と；スイッチング素子と接地との間に配置され、スイッチング素子のオフ状態でノイズが加わったときは、ノイズのピーク値を保持するピークホールド回路と；保持されたピーク値と基準電圧とを比較する比較手段と；から成ることを特徴とする。
【００１５】
この点火装置において、スイッチング素子のオフ時に出力端子にノイズが加わると、それと同時にピークホールド回路が保持したピーク値が比較手段において基準電圧と比較される。そして、ピーク値が基準電圧よりも高い場合は、例えば所定の信号を発生し、それに基づき必要な措置をとる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の内燃機関用点火装置はＥＣＵ、イグナイタ、ピークホールド回路、比較手段及び点火コイル等を含む。
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵは、所定の点火タイミングでイグナイタの駆動回路に点火制御信号を出力するもので、トランジスタや抵抗等を含む。
＜イグナイタ＞
イグナイタは駆動（ドライブ）回路、スイッチング素子及びモニタ回路等を含むことができる。駆動回路はゲート電圧を制御してスイッチング素子をオン又はオフさせるものである。本発明の点火装置に適したスイッチング素子は絶縁ゲート型パワートランジスタである。その理由は、この形式のトランジスタでは、ゲートが完全に絶縁されているため、オンさせるためにはゲートに寄生する容量を充電しゲートの電位を閾値以上にさえすれば良いからである。具体的には、パワーＭＯＳ型電界効果トランジスタ（パワーＭＯＳＦＥＴ）及び絶縁型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が含まれる。
【００１７】
スイッチング素子とアースとの間には高周波に呼応する配線インダクタンスが存在する。この配線インダクタンスを利用して次述するピークホールド回路を配置している。
＜ピークホールド回路＞
ピークホールド回路は入力される電圧のピーク値を一定時間保持するものであり、電流を整流するダイオード及び電荷を充電するコンデンサを含むことができる。
【００１８】
ダイオードは配線インダクタンスの接地側とゲート端子との間の第１経路に配置したり（第１タイプ）、又は配線インダクタンスの反接地側と接地側との間の第２経路に配置する（第２タイプ）ことができる。第１タイプでは配線インダクタンスの接地側がアノードで、ゲート端子側がカソードとなる方向に配置する。第２タイプでは、反接地側がアノードで、配線インダクタンスの接地側がカソードとなる方向に配置する。
【００１９】
一方、コンデンサは、パワーＭＯＳＦＥＴのゲート端子とソース端子との間、又はＩＧＢＴのゲート端子とエミッタ端子との間の経路に存在する寄生するコンデンサとしたり（第１タイプ）、上記第２経路にダイオードのカソード側に配置したコンデンサとすることができる（第２タイプ）。そして、第１タイプのダイオードと第１タイプのコンデンサとを組み合わせ、
第２タイプのダイオードと第２タイプのコンデンサとを組み合わせることができる。
【００２０】
なお、ダイオードの耐電圧特性及びコンデンサの容量は、絶縁ゲート型パワートランジスタの作動速度や予想されるノイズの大きさ等を考慮して定める。
＜比較手段＞
比較手段はコンパレータから成ることができる。基準電圧は、過去におけるノイズの大きさ（電圧値）と絶縁ゲート型パワートランジスタの故障との関係を示すデータに基づき設定することができる。ピークホールド回路により保持されたピーク値が基準電圧よりも高いとき、比較手段は所定の信号をＥＣＵ、駆動回路等に出力することができる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面を基に説明する。
＜第１実施例＞
▲１▼構成
第１実施例は請求項１に記載した第１発明の一つの実施例である。図１に示すように、内燃機関用点火装置はＥＣＵ（不図示、図７の１１５参照）、イグナイタ１０、ピークホールド回路３０及び点火コイル（不図示、図７の１１６参照）等から成る。イグナイタ１０は駆動回路１２と、パワーＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ（以下、実施例において「絶縁ゲート型パワートランジスタ」と言う）１５とを含む。このうち、駆動回路１２の構成及び作用は従来例のそれと同じであるので、詳しい説明は割愛する。
【００２２】
駆動回路１２の出力端がゲート抵抗１３を介して絶縁ゲート型パワートランジスタ１５のゲートＧに接続され、ドレーンＤは点火コイルの１次コイルに接続されている。ソースＳ（又はエミッタ）とＧＮＤとの間の経路２０上に電流検出用抵抗２１及び配線インダクタンス２３が存在する。抵抗２１の一端がソースＳに接続され、他端が配線インダクタンス２３の一端に接続され、配線インダクタンス２３の他端は接地されている。
【００２３】
配線インダクタンス２３の他端（接地側）と駆動回路１２の出力側即ち絶縁ゲート型パワートランジスタ１５のゲートＧとの間の経路３０にダイオード３１が配置されている。ダイオード３１は、そのアノードが配線インダクタンス２３の接地側となり、カソードがゲートＧ側となる方向に配置されている。ゲートＧとソースＳとの間の経路３４上にコンデンサ（寄生容量）３３が存在する。第１実施例では、ゲートＧに寄生するコンデンサ３３と経路３０上に配置したダイオード３１とから成るピークホールド回路３５がイグナイタ１０に内蔵されている。▲２▼作用効果
通常（正常）の作動は以下の通りである。図２（ａ）に示すように、ＥＣＵ１１５から駆動回路１２に入力される入力電圧が零であれば、図２（ｄ）に示すように駆動回路１２からゲートＧに加わる電圧Ｖｐも零であり、絶縁ゲート型パワートランジスタ１５はオフしている。このとき、ソースＳ−ドレインＤ間（又はエミッタ−コレクタ間）に電流は流れない。
【００２４】
図２（ａ）にａで示すように、ＥＣＵ１１５から所定波形の点火制御信号が駆動回路１２に入力されると、図２（ｄ）にｄ１で示すように駆動回路１２からゲートＧへの電圧（ゲート電圧）Ｖｐが立ち上がる。これに伴いコンデンサ３３が充電される。絶縁ゲート型パワートランジスタ１５はゲート抵抗１３の抵抗値とコンデンサ３３の容量とで決まる時定数で緩やかにオンする。
【００２５】
ゲート電圧が上昇することにより絶縁ゲート型パワートランジスタ１５に欠乏層が発生し、ゲート電圧が更に上昇すると反転層が形成され、ソースＳ−ドレインＤ間に電流が流れる。その結果、絶縁ゲート型パワートランジスタ１５のドレーンＤから点火コイルの１次コイルに、図２（ｂ）にｂで示すような波形のイグナイタ出力電流が出力される。
【００２６】
所定時間経過後の入力電圧の立下りによりコンデンサ３３が放電し、電圧Ｖｐが緩やかに立ち下がり、イグナイタ出力電流が立ち下がる。これにより１次コイルは所定時間通電された後遮断され、遮断時に２次コイルに高い電圧が誘起される。
【００２７】
次に、ノイズが加わったときの作動について説明する。図２（ｂ）にＮで示すように、絶縁ゲート型パワートランジスタ１５のオフ状態、即ち１次電流の遮断後次の通電までの間に、１次コイルからドレーン（又はコレクタ）ＤにノイズＮが加わったと仮定する。ノイズＮは正方向及び負方向に振れる。ここでは、ダイオード３１のアノードが配線インダクタンス２３の接地側になっているので、負方向の振れがダイオード３１により整流され、コンデンサ３３が充電される。
【００２８】
これによりゲートＧの電位が上昇し、絶縁ゲート型パワートランジスタ１５はノイズＮが加わると同時に、即ち瞬時にオンする。このときの電圧Ｖｐのレベルは通常（正常）作動時のレベルとほぼ同じである。
【００２９】
図２（ｄ）にｄ２で示すように、ノイズＮのピーク値はピークホールド回路３５により所定時間保持される。所定時間はゲート抵抗１３の抵抗値及びコンデンサ３３の容量で決まる時定数により決まる。この保持時間は通常作動時の継続時間よりも短いが、ノイズが発生している間ゲートＧの電位を上昇させれば充分である。こうして、絶縁ゲート型パワートランジスタ１５はドレインにノイズＮが入ったときは、それと同時にオンして自らをノイズから保護する。
【００３０】
第１実施例は、絶縁ゲート型パワートランジスタ１５のゲートＧに寄生するコンデンサ３３を利用したので、ピークホールド回路３５を構成するためにダイオード３１のみを配置すれば良い。よって、ピークホールド回路３５が簡単にでき、イグナイタ１０がシンプルになる。
＜第２実施例＞
第２実施例も第１発明の一つの実施例である。この実施例ではピークホールド回路がイグナイタに外付けされている。詳述すると、図３に示すように、経路２０上に存在する抵抗２１の他端と配線インダクタンス２３の一端との間から、配線インダクタンス２３の他端に経路４１が延び、この経路４１上にダイオード４３及びコンデンサ４５が直列に配置されている。ダイオード４３はそのアノードが配線インダクタンス２３の一端即ち絶縁ゲート型パワートランジスタ１５のソースＳ側となり、カソードがコンデンサ４５側となっている。
【００３１】
また、ダイオード４３とコンデンサ４５との間から駆動回路１２の出力端と絶縁ゲート型パワートランジスタ１５のゲート端子との間まで経路４７が延び、該経路４７から分岐した経路４８が配線インダクタンス２３の他端側まで延びている。ダイオード４３及びコンデンサ４５によりピークホールド回路４０が構成されている。
【００３２】
第２実施例において、絶縁ゲート型パワートランジスタ１５がオフ状態のとき、図４（ｂ）に示すように、ノイズＮがドレーンＤから侵入したと仮定する。すると、ダイオード４３のカソードが配線インダクタンス２３の反接地側になっているので、正方向の振れがダイオード４３により整流され、コンデンサ４５が充電される。
【００３３】
ピークホールド回路４０は、ゲート抵抗１３の抵抗値とコンデンサ４５の容量とで決まる時定数により決まる所定時間ピーク値を保持する。これに伴い、図４（ｄ）にｄ２で示すように、ゲートＧの電位が上昇し絶縁ゲート型パワートランジスタ１５がオンする。
【００３４】
第２実施例では、ピークホールド回路４０を構成するコンデンサとして、外付けのコンデンサ４５を使用している。よって、その容量を任意に選択することにより、絶縁ゲート型パワートランジスタ１５の所望の作動速度を得つつ、ノイズ耐量を向上させることができる。
＜第３実施例＞
第３実施例は、請求項５に記載した第２発明の一つの実施例である。この実施例は、ピークホールド回路の出力を絶縁ゲート型パワートランジスタではなくコンパレータに入力する点が、上記第１及び第２実施例とは異なる。
【００３５】
図５に示すように、絶縁ゲート型パワートランジスタ５０のエミッタＥと接地との間の経路２０上の抵抗２１の他端と配線インダクタンス２３の一端との間から、配線インダクタンス２３の他端に延びた経路４１上にダイオード４３及びコンデンサ４５が配置されている。ダイオード４３はそのアノードが配線インダクタンス２３の一端即ち絶縁ゲート型パワートランジスタ５０のソースＳ側となり、カソードがコンデンサ４５側となっている。
【００３６】
また、ダイオード４３とコンデンサ４５との間から延びた経路６３がコンパレータ６０の第１入力端子（不図示）に接続されている。コンパレータの第２入力端子（不図示）には所定の基準電圧が入力されている。経路６３の途中から分岐し配線インダクタンス２３の他端側まで延びた経路６４上には放電用抵抗４９が配置されている。
【００３７】
第３実施例において、絶縁ゲート型パワートランジスタ５０がオフ状態のとき、図６（ｂ）に示すように、ノイズＮがドレーンＤから侵入したと仮定する。すると、ダイオード４３のアノードが配線インダクタンス２３の反接地側になっているので、正方向の振れがダイオード４３により整流され、コンデンサ４５が充電される。これに伴い、図６（ｄ）にｄで示すように、コンパレータ６０の第１入力端子に入力される電圧Ｖｐが上昇する。
【００３８】
入力された電圧Ｖｐはコンパレータ６０で基準電圧Ｖｒｅｆ　と比較される。基準電圧Ｖｒｅｆ　は過去におけるノイズによる故障のデータを考慮して設定しているので、入力電圧Ｖｐが基準電圧Ｖｒｅｆ　よりも高いときはノイズにより絶縁ゲート型パワートランジスタ５０が破壊するおそれが高い。そこで、コンパレータ６０は、図６（ｅ）に示す所定の信号ｅを発生し、この信号ｅをＥＣＵ１１５に入力する。これに基づき、ＥＣＵ１１５は適切な処理を行う。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本願の第１発明によれば、スイッチング素子がオフ状態でノイズが侵入すると、侵入と同時にピークホールド回路がスイッチング素子をオンさせる。オン状態ではオフ状態よりも大きなノイズ耐量を持つので、これによりスイッチング素子が故障し難く成る。
【００４０】
請求項２によれば、絶縁されたゲートの電位がピークホールド回路により上昇される。請求項３によれば、ピークホールド回路が絶縁ゲート型パワートランジスタの寄生コンデンサを利用するので、構造が簡単になる。また、請求項４によれば、ピークホールド回路が外付けのコンデンサを含むので、ピーク値の保持時間等の設定に融通性が出る。
【００４１】
一方、本願の第２発明によれば、スイッチング素子がオフ状態でノイズが侵入すると、侵入と同時にピークホールド回路がそのピーク値を保持し、基準電圧より大きければ所定の信号を発生する。これに基づき、適当な措置をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による内燃機関用点火装置を示す要部説明図である。
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）は第１実施例における各部の電圧又は電流の変化を示す説明図である。
【図３】本発明の第２実施例による内燃機関用点火装置を示す要部説明図である。
【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）は第２実施例における各部の電圧又は電流の変化を示す説明図である。
【図５】本発明の第３実施例による内燃機関用点火装置を示す要部説明図である。
【図６】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）及び（ｅ）は第３実施例における各部の電圧又は電流の変化を示す説明図である。
【図７】従来の内燃機関用点火装置を示す要部説明図である。
【符号の説明】
１０：イグナイタ　　　　　　　　　　　１２：駆動回路
１３：ゲート抵抗
１５：絶縁ゲート型パワートランジスタ
２０、３０、４４；４７，４９：経路
２３：配線インダクタンス
３０；４０：ピークホールド回路　　　　３１；４３：ダイオード
３３；４５：コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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