(57)【要約】【目的】安価に小型で信頼性が高い内燃機関用イオン電流検出装置を提供する。【解決手段】イオン電流検出電源用定電圧ダイオード及び２次コイル放電電流用ダイオードからなるダイオードアレイ１をＣ４工法によって、イオン電流用ダイオード４、イオン電流検出抵抗５とセラミック基板３上にイオン電流検出回路の電源コンデンサと、電流電圧変換回路を１次電流遮断素子の制御回路と保護回路と同一半導体上に構成したIC２と共に実装する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子による電子制御によって１次電流がオンオフ制御される１次コイルと、前記１次コイルに電磁結合されて点火プラグに高電圧を供給する２次コイルと、点火コイルの２次コイル側に点火プラグの点火動作に基づく燃焼動作によって燃焼室に発生したイオン電流を検出するイオン電流検出回路を備えた内燃機関用イオン電流検出装置において、イオン電流検出回路を同一半導体上に構成したことを特徴とする内燃機関用イオン電流検出装置。
【請求項２】
イオン電流検出回路又はその一部の増幅回路と１次電流遮断素子の制御回路及び保護回路が同一半導体上に構成されており、同一半導体上に構成されているイオン電流検出回路と１次電流遮断素子の制御回路及び保護回路がベアチップでＣ４工法により基板上に実装されていることを特徴とする内燃機関用イオン電流検出装置。
【請求項３】
イオン電流検出回路を構成する２次コイル放電電流用ダイオードがＰＮ接合の逆方向特性を利用するダイオードであることを特徴とする内燃機関用イオン電流検出装置。
【請求項４】
イオン電流検出回路を構成する、イオン検出電源用ＺＤ及び２次コイル放電電流用ダイオードが同一半導体上に構成され、ベアチップでＣ４工法によって基板上に実装されていることを特徴とする内燃機関用イオン電流検出装置。
【請求項５】
イオン電流検出回路を構成する、イオン検出電源用ＺＤ及び２次コイル放電電流用ダイオードが同一半導体上に構成され、ベアチップで基板上に実装されており、２次コイルにワイヤボンディング工法によってとの接続されていることを特徴とする内燃機関用イオン電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用イオン電流検出装置に関し、小型化、高信頼性、低コスト化を実現させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジンなどの内燃機関において、図３に開示された内燃機関用イオン電流検出装置がある。図３において、５１は１次電流遮断素子、５２は制御回路、５３はバッテリー電源、５４は点火コイル、５５は点火プラグ、５６はイオン電流検出用電源回路、５７はイオン電流検出抵抗、５８は電流電圧変換回路、５９はイオン信号処理回路又は出力回路である。従来、このような内燃機関用イオン電流検出装置において、スイッチング素子とこれを保護するための各種さまざまな機能を設けたものがある。
【０００３】
同図において、内燃機関用イオン電流検出装置は、１次コイルと前記１次コイルに電磁結合されて点火プラグ５５に高電圧を供給する２次コイルとで構成された点火コイル４５と、点火タイミングに点火信号を発生させる制御回路５２と、制御回路５２からの点火信号に基づき点火コイル５４の一次電流を通電または遮断する１次電流遮断素子５１と、点火コイル５４の２次コイル側に点火プラグ５５の点火動作に基づく燃焼動作によって燃焼室に発生したイオン電流を検出する、イオン電流検出用電源回路５６及び電流電圧変換回路５８を含む構成となっている。
【０００４】
前記イオン電流検出回路は図４にの様に配置される方式がある。
【０００５】
図３において、イオン電流検出回路は、２次コイルの低電圧側に配置され、点火プラグ５５の放電動作によって、燃焼室内で燃料を爆発燃焼させると、燃焼室に発生したイオン電流は、イオン電流検出回路より点火プラグ５５に加えられた電流と共に電流電圧変換回路５８の電圧出力として検出される。これ以降、同回路方式を低圧検出方式とする。
【０００６】
図４において、イオン電流検出回路は、２次コイルの高電圧出力側に配置され、点火プラグ５５の放電動作によって、燃焼室内で燃料を爆発燃焼させると、燃焼室に発生したイオン電流は、イオン電流検出回路より点火プラグ５５に加えられた電流と共に電流電圧変換回路５８の電圧出力として検出される。これ以降、同回路方式を高圧検出方式とする。
【０００７】
このようにして検出されたイオン電流によって燃焼状態の適否を判別することが可能となり、例えば、ノッキングの解消やその他の燃焼制御も可能となると期待されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
内燃機関用イオン電流検出装置において、現状イオン電流検出回路は図５の様に個々のパッケージ型半導体或いは抵抗等の電子部品が基板上に実装されはんだ接合によって専用基板上の導体パターンに接続されている。よって、回路の集積化には限界があり、部品接続箇所が多数であることから、熱応力によるはんだ接合部の故障率が大きくなることは避けられない。
【０００９】
又、搭載される電子部品はそれぞれ異なるパッケージで搭載されることから、実装面積及び、各素子を配線する為に必要な基板レイアウト上必要な面積の為、回路の高集積化すなわちイオン電流検出回路の高集積化に限界があり、小型、軽量化の市場ニーズ又は低コスト化への障壁となっている。
【００１０】
低圧検出方式の場合、２次コイル出力側の負荷、例えば点火プラグ等が短絡した場合、イオン電流検出用抵抗５４で２次出力エネルギの１部が消費されるため、イオン電流検出抵抗５４の両端で点火コイル特性にもよるが、１ｋＶ〜１．５ｋＶ程度の電圧降下が発生する。このため２次コイル放電電流用ダイオード５３には過大な逆方向電圧が印加されることとなり、２次コイル放電電流用ダイオード５３が耐圧破壊に至る可能性がある。
【００１１】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、安価に小型で信頼性が高い内燃機関用イオン電流検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
図１のａにおいて、イオン電流検出電源用定電圧ダイオード及び２次コイル放電電流用ダイオードからなるダイオードアレイ１をＣ４工法によって、イオン電流用ダイオード４、イオン電流検出抵抗５とセラミック基板３上にイオン電流検出回路の電源コンデンサと、電流電圧変換回路を１次電流遮断素子の制御回路と保護回路と同一半導体上に構成したIC２と共に実装するものである。
【００１３】
図１のｂにおいて、イオン電流検出電源用定電圧ダイオード及び２次コイル放電電流用ダイオードからなるダイオードアレイ１をと、イオン電流用ダイオード４、イオン電流検出抵抗５とセラミック基板３上にイオン電流検出回路の電源コンデンサと、電流電圧変換回路を１次電流遮断素子の制御回路と保護回路とを同一半導体上に構成したIC2と共に実装し、前記ダイオードアレイのイオン電流検出電源用定電圧ダイオードのカソードと２次コイルの低圧側をワイヤボンディング工法を利用して接続するものである。
【００１４】
イオン電流検出用電源回路と１次電流遮断素子の制御回路及び保護回路とを同一の半導体上に構成するか、更に１次電流遮断素子も同一半導体上に構成することもより効果的である。
【００１５】
２次放電電流用ダイオード１１の異常時における対策として、過大な逆方向電圧が印加された際にはＰＮ接合をブレークダウンさせて点火コイルに発生する２次コイル電流経路を構成するように、ダイオードの逆特性、例えばアバランシェダイオード等の両特性が使用可能なダイオードを用いることによって２次電流放電電流用ダイオードの絶縁破壊を防ぐことができる。
【００１６】
具体的に請求項１では、スイッチング素子による電子制御によって１次電流がオンオフ制御される１次コイルと、前記１次コイルに電磁結合されて点火プラグに高電圧を供給する２次コイルと、点火コイルの２次コイル側に点火プラグの点火動作に基づく燃焼動作によって燃焼室に発生したイオン電流を検出するイオン電流検出回路を備えた内燃機関用イオン電流検出装置において、イオン電流検出回路を同一半導体上に構成し、請求項２ではイオン電流検出回路又はその一部の増幅回路と１次電流遮断素子の制御回路及び保護回路が同一半導体上に構成されており、同一半導体上に構成されているイオン電流検出回路と１次電流遮断素子の制御回路及び保護回路がベアチップでＣ４工法により基板上に実装されている。
【００１７】
請求項３では、イオン電流検出回路を構成する２次コイル放電電流用ダイオードがＰＮ接合の逆方向特性を利用するダイオードとし、請求項４ではイオン電流検出回路を構成する、イオン検出電源用ＺＤ及び２次コイル放電電流用ダイオードが同一半導体上に構成され、ベアチップでＣ４工法によって基板上に実装する。請求項５ではイオン電流検出回路を構成する、イオン検出電源用ＺＤ及び２次コイル放電電流用ダイオードが同一半導体上に構成され、ベアチップで基板上に実装されており、２次コイルにワイヤボンディング工法によってとの接続する。
【発明の効果】
【００１８】
上記構成によって、安価に小型で信頼性の高い内燃機関用イオン電流検出装置を実現する事が出来る。
【実施例】
【００１９】
本発明の実施例は、１次電流遮断素子による電子制御によって１次電流がオンオフされる１次コイルと、前記１次コイルに電磁結合されて点火プラグに高電圧を供給する２次コイルと、点火プラグの点火動作に基づく燃焼動作によって燃焼室に発生したイオン電流を検出する検出回路と、前記１次コイルと前記２次コイルを内包するコイルケースを備える内燃機関用イオン電流検出装置において、具体的には参考例として示す図１−ａ又は図１−ｂの様な構造によって、イオン電流検出回路と１次電流遮断素子の制御回路及び保護回路を同一基板又は同一半導体上に構成し、電子部品の基板上専有面積を縮小し、はんだ又は導電性接着剤による接合箇所を減らしている。具体的には、前記イオン電流検出電源用定電圧ダイオードと２次放電電流用ダイオードをダイオードアレイとして集約することによって実装部品面積を低減し、従来イオン電流検出回路基板として別途回路基板上に構成していた回路を１次電流遮断素子制御回路及び保護回路、電流電圧変換回路と共に単一基板上に構成する。すなわち従来構造で必要であったイオン電流検出回路基板が不要であると同時に１次電流遮断素子の制御回路基板とそ接続が不要となっている。具体的には、従来構造においてイオン電流検出電源回路は面実装部品５個で構成されるイオン電流検出回路基板を利用して
【００２０】
本発明のイオン電流検出回路のイオン電流検出電源用定電圧ダイオード及び２次電流用ダイオードで構成するダイオードアレイは特殊な半導体プロセスを必要とせず、一般的な半導体工程によって容易に作製することができる。尚、ダイオードアレイの半導体構造はバイポーラ構造のみならず、又はＣＭＯＳ又はＢｉＣＭＯＳ等の半導体構造によって構成することも可能である。
【００２１】
上述の様に本発明技術を適用することで、信頼性が高く、小型・軽量な内燃機関用イオン電流検出装置を安価に実現することができる。
【００２２】
以上のように、本発明の実施の形態について説明したが、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当該点火装置が必要なあらゆるエンジンに使用できるものであり、サイズにおいても用途に応じて適宜拡大縮小して使用できるものであることはいうまでもなく、この発明の精神に基づき当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ダイオードアレイ化イオン回路構造
【図２】ダイオードアレイ化内燃機関用点火装置
【図３】従来の低圧検出方式イオン電流検出装置の回路図
【図４】従来の高圧検出方式イオン電流検出装置の回路図
【図５】従来の低圧検出方式イオン電流検出装置のイオン電流検出回路構造
【符号の説明】
【００２４】
１  ダイオードアレイ
２  IC
３  セラミック基板
４  イオン電流用ダイオード
５  イオン電流検出抵抗
５１  １次電流遮断素子
５２  制御回路
５３  バッテリー電源
５４  点火コイル
５５  点火プラグ
５６  イオン電流検出用電源回路
５７  イオン電流検出抵抗
５８  電流電圧変換回路
５９  イオン信号波形用電源回路
【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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