(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的接続用の複数の端子を持つコネクタ部を備えたケース部にスイッチング用半導体素子と当該スイッチング用半導体素子の電流を制御する電流制限回路とを内蔵する単一シリコン半導体素子が装着され、当該単一シリコン半導体素子によってイグニッションコイル部への電力の供給を制御するよう構成されており、前記イグニッションコイル部が収納されるコイルケース部の一端部に前記単一シリコン半導体素子が収納される前記ケース部が形成されている内燃機関用点火装置において、
前記単一シリコン半導体素子の制御信号入力端子とアースとの間に、前記スイッチング用半導体素子の信号端子の電位をクランプするためのダイオードを前記単一シリコン半導体素子には内蔵しないで設けた内燃機関用点火装置。
【請求項２】
前記ダイオードは、前記コネクタ部の端子の内、前記制御信号端子に接続される端子と前記アースに接続される端子との２本の端子間に電気的に接続され、機械的に保持されている請求項１記載の内燃機関用点火装置。
【請求項３】
前記ダイオードの前記アース側の端子と、前記単一シリコン半導体素子のアース側の端子は、共通のアース端子に接続され、前記ダイオードの制御信号入力側端子と、前記単一シリコン半導体素子の前記制御信号入力側端子は、共通の端子に接続されている請求項１又は２記載の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、イグナイタユニットとイグニッションコイル部とを一体にして、内燃機関の各シリンダのヘッド部に取付けるタイプの内燃機関用の点火装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の内燃機関の点火装置としては、実開平４−６２３５９号公開抄録に開示されている点火装置がある。この点火装置は、イグニッションコイルの一次電流を断続通電するパワースイッチとイグニッションコイルとを一体化して点火装置を構成し、該点火装置のイグニッションコイルを内燃機関の各シリンダヘッド部に設けたプラグホール内に装着するものである。
この従来技術では、制御装置と点火装置の信号端子とを接続する信号線の断線の検出については考慮されていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の点火装置では、スイッチング用半導体の制御信号入力端子と制御装置とを接続し、制御信号を入力する信号線が断線した場合、検出し難かった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、制御装置と点火装置の信号端子とを接続する信号線の断線の検出がしやすい内燃機関の点火装置を得ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明に係る内燃機関用点火装置は、電気的接続用の複数の端子を持つコネクタ部を備えたケース部にスイッチング用半導体素子と当該スイッチング用半導体素子の電流を制御する電流制限回路とを内蔵する単一シリコン半導体素子が装着され、当該単一シリコン半導体素子によってイグニッションコイル部への電力の供給を制御するよう構成されており、前記イグニッションコイル部が収納されるコイルケース部の一端部に前記単一シリコン半導体素子が収納される前記ケース部が形成されている内燃機関用点火装置において、前記単一シリコン半導体素子の制御信号入力端子とアースとの間に、前記スイッチング用半導体素子の信号端子の電位をクランプするためのダイオードを、単一シリコン半導体素子には内蔵しないで設けたことを特徴としている。
【０００５】
そして、本発明の具体的な態様としては、前記ダイオードは、前記コネクタ部の端子の内、前記制御信号端子に接続される端子と前記アースに接続される端子との２本の端子間に電気的に接続され、機械的に保持されていることを特徴としている。
このように構成された本発明に係る内燃機関用点火装置は、スイッチング用半導体の制御信号入力端子とアースとの間に設けたスイッチング用半導体の信号端子の電位をクランプするためのダイオードにより、信号端子の入力電圧が変動しても一定レベルでクランプされる。このため、一定レベルを超える電圧変動が生じると信号線の断線と判断することができる。
【０００６】
また、ツェナーダイオード等のダイオードは、イグナイタケースのコネクタ部の端子の内の２本の端子間に保持されているので、該２本の端子間へのダイオードの固定、接続が容易になり、イグナイタケース内にダイオードをコンパクトに収納できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、本実施形態の点火装置１０を内燃機関１のシリンダヘッド部２に装備した状態を示す断面図である。
【０００８】
前記内燃機関１のシリンダヘッド部２には、内燃機関１の燃焼室３にその先端４ａが突出する点火プラグ４が装着され、該点火プラグ４の上部のプラグホール５には、本実施形態の点火装置１０が装着されされている。前記点火プラグ４の他端４ｂは前記点火装置１０の下部のゴムブーツ２５に挿入され、前記点火装置１０と電気的に接続されている。前記点火装置１０の上部は、取付ボルト６で前記シリンダヘッド部２のカバー部に取付固定されている。
【０００９】
図２は、本実施形態の点火装置１０の断面図であり、図３は、図２の点火装置１０を矢視III方向から見た平面図である。前記点火装置１０の中心部には、センタコア（開磁路鉄心）１７が配置され、該センタコア１７は珪素鋼板をプレス積層したもので構成されている。前記センタコア１７の外周には一次ボビン１１が嵌合し、該一次ボビン１１の外周にはエナメル線等から成る一次コイル１２が巻層されている。
【００１０】
更に、前記一次ボビン１１の外側には二次ボビン１３が嵌合し、該二次ボビン１３には間隔をおいて多数の分割された二次コイル１４が巻層されている。前記二次ボビン１３の外周には、外装ケース１５が嵌合している。更に、前記外装ケース１５のコイルケース部１５ｂの外側には、薄い珪素鋼板を管状に形成したサイドコア（外装鉄心）１８が配置されている。
【００１１】
前記コイル部ケ−ス１５ｂの内燃機関１のシリンダヘッド部２のカバ−と接する部分には、シ−ル用のシ−ルゴム２６が設けられていると共に、前記外装ケース１５の上部には、電気的接続用のコネクタ部３４とイグナイタケース１５ａとが配置され、該イグナイタケース１５ａのコイル上部部分には、イグナイタユニット３０が設置されている。
【００１２】
そして、前記外装ケース１５のイグナイタケース１５ａは、コネクタ３４の衝撃強度、寸法精度を確保することからポリブチレンテレフタレートで形成され、図２のように、イグナイタユニット３０の収納部とコネクタ３４を兼ねたコップ状になっており、コイル部ケース１５ｂとの接合部には段付き部、位置決め用突起が設けてある。一方、コイル部ケース１５ｂは、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）に変性ポリフェニレンオキサイド（変性ＰＰＯ）をたとえば約２０％混ぜ合わせた材料で形成されている。
【００１３】
前記イグナイタユニット３０は、銅、鉄またはアルミ製の金属製ベ−ス３６上に載置される後述（図５参照）するスイッチング用半導体であるインシュレーテッドバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）３１ａと電流制限回路３１ｂとを組込み内蔵した単一シリコンチップの半導体素子３１と、接続中継端子３２と、該接続中継端子３２上に装着されている入力電圧クランプ機能を担うツェナダイオード３３とで構成され、前記金属製ベース３６上には、シリコンゲルが充填されている。
【００１４】
単一シリコンチップの半導体素子３１は、図４の（ａ）（ｂ）に示すような外観をしており、銅等の前記金属製ベース３６にはんだ（例えば、鉛とスズを８０〜９０％：１０〜２０％の割合、もしくは、Ｓｎ：Ｓｂ：Ｎｉ：Ｐを９０〜９７：４〜８：０．３〜０．９：０．０１〜０．２の割合）接合し、モールディングしたものである。前記単一シリコンチップの半導体素子３１は、３本（場合によっては３〜６本）のリード端子３１ｃが突出成形され、該リード端子３１ｃは接続中継端子３２に圧入、はんだ付け、溶接、接着等の手段によって接合されている。リード端子３１ｃは、イグナイタケース１５ａのコネクタ部３４に対面している。
【００１５】
また、前記単一シリコンチップの半導体素子３１は、消費電力の増大、環境温度の高温化等を配慮して前記金属製ベース３６と共にイグナイタケース１５ａにネジ３１ｄで止められるか、場合によっては、はんだ接合、接着剤（たとえば導電性、絶縁性の）等により固定される。
【００１６】
前記接続中継端子３２は、外部機器とのコネクトの為に、接続コネクタのコネクタ端子３５ａ、３５ｂと溶接もしくは圧着により固定するとともに、一次コイル１２の巻き始めの端部３５ｄを固定接合している。コネクタ端子３５ｃは一次コイル１２の他の端部３５ｅに固定されている。
前記ツェナーダイオード３３は、前記接続中継端子３２の上部に装着配置されている。
【００１７】
図５は、本実施形態の点火装置１０の点火制御回路を示したものであり、該点火装置１０は、概略、一次コイル１２と二次コイル１４から成り筒状に形成されるイグニッションコイル部１０ａ、前記単一シリコンチップの半導体素子３１、及び、ツェナーダイオード３３とを備え、前記単一シリコンチップの半導体素子３１には、インシュレーテッドバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）３１ａと電流制限回路３１ｂとが組込み内蔵されている。内燃機関の制御装置９からの点火制御信号は、前記ＩＧＢＴ３１ａの入力信号としてベースからエミッタへのベース電流を断続するものであり、該ベース電流の出力としてコレクタからエミッタに電流を流すこと、即ち、電源であるバッテリー８からイグニッションコイル部１０ａの一次コイル１１に電流を流して磁界を発生させる。
【００１８】
点火プラグ４の点火に当たっては、前記制御装置９から前記ＩＧＢＴ３１ａへの点火信号によって前記一次コイル１１への電流を切ることで、前記一次コイルの磁界を零にして、一次側に大きな電圧の起電力を発生させ、該起電力の発生により前記イグニッションコイル部１０ａの二次コイル１３に更に高い電圧を発生させて、点火プラグ４をスパークさせる。
【００１９】
前記ツェナーダイオード３３は、入力電圧のクランプ機能を担うもので、通常作動時のＩＧＢＴ３１ａへの入力部電圧と、制御装置９と点火装置１０との間の信号線９ａが、何等かの原因で断線したときの該ＩＧＢＴ３１ａへの入力部電圧との差を大きくして、前記制御装置９側の前記断線の検出機能部であるコンパレータ（図示省略）の設定基準電圧値の設定を明確にできるようにして前記断線の検出を容易にするものであり、本点火制御回路に必要な素子である。
【００２０】
前記構成の如く、本実施形態の内燃機関用点火装置は、イグナイタユニット３０の主要部のスイッチング用半導体であるＩＧＢＴ３１ａと電流制限回路３１ｂとを組込み内蔵した単体シリコンチップの半導体３１としたので、イグナイタユニット３０の必要面積を小さくでき、結果として、前記イグナイタケース１５ａのイグナイタ収納部を小形化し、かつ、軽量化することができるので、内燃機関の振動に対して強い外装ケース１５の点火装置１０を供給することができる。
【００２１】
そして、接続中継端子３２を前記イグナイタ収納部内に配置することで、前記単体のシリコンチップの半導体素子３１のリード端子３１ｃ、３１ｃ、３１ｃと、外部電気接続のコネクタ側端子３５ａ、３５ｂ、３５ｃとの接続を、前記接続中継端子３２を介して行うことができ、該端子間の接続を容易にし、ツェナーダイオード３３を前記接続中継端子３２の上部に装着配置したことによって、前記イグナイタ収納部内に前記ツェナーダイオード３３をコンパクトに収納できると共に、接続中継端子３２を利用することで、配線及び接合等も容易になる。
【００２２】
また、前記ツェナーダイオード３３は、前記単一シリコンチップの半導体素子３１の内に一体として組込み内蔵することも可能であるが、組込んだ場合には、前記ツェナーダイオード３３がパワー系素子であるために、それなりの大きな面積を必要とすることから、結果として前記シリコンチップの半導体素子３１の面積が大きくなるばかりでなく、一体に組込む場合には、製造コストも高くなり、かつ、該素子の標準化も図りづらいとの問題があり、別体とすることが好ましいものである。
【００２３】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記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された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において、種々の変更ができるものである。
例えば、本発明の前記シリコンチップの半導体素子３１の前記イグナイタケース１５ａへの装着に当たっては、金属製ベースを用いずに、図６に示すように、直接、前記シリコンチップの半導体素子３１を前記イグナイタケース１５ａへ装着する構造とすることもできる。この場合、接続中継端子３２も直接イグナイタケース１５ａに装着することとなる。
【００２４】
また、前記実施形態においては、一次コイルのボビン１１の外側に二次コイルのボビン１３を配置した点火装置１０について説明したが、本発明は、二次コイルのボビンの外側に一次コイルのボビンを配置した点火装置にも適用できるものである。
更に、前記実施形態においては、前記単一シリコンチップの半導体素子に組込み内蔵するスイッチング用半導体を、インシュレーテッドバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）としたが、他のパワートランジスタを用いることもできる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明の内燃機関用点火装置は、スイッチング用半導体への入力部電圧と、制御装置と点火装置との間の信号線が、何等かの原因で断線したときの断線検出機能の精度が高まり、異常状態の発見が早い点火装置が得られる。また、ダイオードはイグナイタケースのコネクタ部の端子の内の２本の端子間に保持される構成なので、ダイオードの接続、固定が容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の点火装置を装備した内燃機関のシリンダヘッド部の断面図。
【図２】図１の内燃機関用点火装置の縦断面図。
【図３】図２の内燃機関用点火装置の矢視III方向から見たイグナイタケースの平面図。
【図４】図２の内燃機関用点火装置に装備される単体シリコンチップの半導体素子であって、（ａ）は該半導体素子の平面図、（ｂ）は側面図。
【図５】図２の内燃機関用点火装置の点火制御回路図。
【図６】本発明の他の実施形態の内燃機関用点火装置のイグナイタケースの平面図。
【符号の説明】
１…内燃機関、４…点火プラグ、８…バッテリー、９…制御装置、９ａ…信号線、１０…点火装置、１０ａ…イグニッションコイル部、１１…一次ボビン、１２…一次コイル、１３…二次ボビン、１４…二次コイル、１５…外装ケース、１５ａ…イグナイタケース、１５ｂ…コイル部ケース、１７…センタコア、１８…サイドコア、３０…イグナイタユニット、３１…単一シリコンチップの半導体素子、３１ａ…スイッチング用半導体（インシュレーテッドバイポーラトランジスタ）、３１ｂ…電流制限回路、３１ｃ…リード端子、３２…接続中継端子、３３…ツェナーダイオード、３４…コネクタ部、３５…コネクタ端子、３６…金属製ベース
【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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