JPH03500320A - 高電圧スイツチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 高電圧スイッチ 従来の技術 本発明は、例えば内燃機関の点火装置のｊ：めの高電圧スイッチに関する。

内燃機関の点火プラグは、とりわけコールドスタートの際にすすで汚れることは 知られている。また極度に高い発熱量を有する点火プラグが内燃機関で使用され る場合もすすが生じる。点火プラグ表面のカーボン層が短絡路となり、これは点 火プラグにおける点火電圧の上昇中にエネルギの流出を引き起こす。そのため点 火電圧に達しない現象が頻繁におきるため、ミス・ファイヤが生じる。

この問題を解決するために、ガラス管の中へ溶着された電極を備え所定の電圧で スパークを起こさせるような補助スパークギャップが、点火装置内で用いられて いる。しかしこの補助スパークギャップの欠点は、補助スパークギャップの点火 電圧がスパークのたびごとに、さらに補助スパークギャップの耐用年数中に変化 することである。これは電極の燃焼および電極を取り巻くガスが時とともに変化 することに起因する。

ｍ秋Δ それに対して請求項１の特徴部分を有する菅順に述べた形式の本発明による高電 圧スイッチは、点火電圧を非常に正確に前もって選択することができ、さらに点 火プラグにおける短絡路の影響が実際に除去される、という利点を有する。電圧 Ｉ；より制御される電子高電圧スイッチング素子により、選択可能な例えば２０ ｋＶのように高い電圧になって初めて点火電圧が点火プラグに印加される、とい うことが達成される。これにより点火電圧の上昇中に短絡路が作用を及ぼす可能 性はない。また極度に高い発熱量を有するプラグも、たとえコールド・スタート の場合であっても問題なく点火する。

従属形式の請求項に記載された様に請求項１に記載の高電圧スイッチを構成可能 である。

跳躍ダイオード縦統接続体を高電圧スイッチング素子として使用することができ る。個々の跳躍ダイオードにおける応動電圧に応じて、また所望の点火電圧に応 じてこれらのダイオードを１０個から５０個を上下に積層する、例えば点火プラ グのソケットに一体化する。したがって各ダイオードの遮断電圧が１ｋＶで点火 電圧が２０ｋＶの場合、これらの構成素子を２０個直列に接続する。

図面 本発明の実施例が図面を用いて以下に詳細に説明されている。

第１図は点火装置の基本回路図、第２図は第１図ｊこよる点火装置の点火プラグ と点火コイルの２次巻線における電圧特性図を示す。

１（気立且１ この高電圧スイッチは一般に高電圧負荷と接続して使用することができる。以下 にはその実例として自動車の点火装置内での高電圧スイッチの使用について説明 されている。

第１図には点火コイル１が示されており、その１次巻線２は制御トランジスタ３ を介して電圧供給源ＤＢ、例えばここでは図示されていない自動車のバッテリと 接続されている。制御トランジスタ３は公知の様に制御端子４を介して制御装置 により制御される。

点火コイルｌの２次巻線５は、個々の高電圧負荷をこの場合は自動車の点火プラ グ７を制御するディストリビュータ６と接続されている。複数個の点火プラグ一 二二ではそのうちの１つしか示されていない−の入力側に直接、例えば跳躍ダイ オードの縦統接続体８′として構成された、電圧により制御される電気的な高電 圧スイッチング素子がそれぞれ配置されている。

跳躍ダイオードとしては２極のサイリスタが用いられる、つまりゲートとカソー ドがＯΩから閃Ωまでの抵抗を介して相互に接続されているサイリスタのことで ある。ここで述べられている実施例の場合、前記サイリスタの端子間は直接接続 されている。これらの跳躍ダイオードの特性曲線は次のようなサイリスタの特性 曲線に相応する：即ち電圧が上昇しても素子は例えばｌｋＶの特性電圧ＵＫまで 遮断状態であり、次にいわゆる跳躍電圧ＵＫを越えると、素子は急激に導通状態 になり、その場合、順方向電圧は例えばＵＤ〜ＩＶから２ｖ降下するだけである 。複数個のこれらの跳躍ダイオードが直列に接続されているため、その跳躍電圧 は加算されるが、そのため縦統接続体の跳躍電圧を任意に設定することができる 。例えば２０Ｖの跳躍電圧に対してはこれらの跳躍ダイオードを２０個直列に接 続する。

跳躍ダイオードの縦続接続体は、半導体ディスクを両側ともに金属化して積層し 、さらに加熱作用により相互に接合するようにして製造される。２０個の跳躍ダ イオードを直列に接続すべき場合、２０枚のディスクないしウェハを相互に接合 する。続いてこの接合体から、例えば高さ１１０１ＩＩでかつｌＸｌ＋ａｍの断 面積を有する柱体を切り出す。

これらの柱体は点火コイルの２次側の任意の場所に、つまり点火フィルと点火プ ラグとの間のどこかに組み込むことができる。これらの柱体をディストリビュー タ・キャップと点火プラグとの間の領域に組み込む場合は、各シリンダごとに１ つの跳躍ダイオード縦続接続体が必要である。これに対して、点火コイルとディ ストリビュータ・ロータとの間の領域に組み込んだ場合は、１つの跳躍ダイオー ド縦統接続体しか必要とされない。跳躍ダイオード縦統接続体を点火プラグとの より近傍に配置するほど、点火プラグにおいて得うれる電圧の跳躍的変化の高さ と跳躍ダイオード縦続接続体の跳躍電圧の高さとが互いにより等しくなる。縦続 接続体を例えば点火コイルの中に組み込む場合は、そのブレークオーバー電圧を 、点火プラグにおけル所望の電圧の跳躍的変化よりもはるかに高く設定する必要 がある。

そのため有利な組み込み場所は以下のとおりになる１、１つの跳躍ダイオード縦 統接続体をディ７トリビユータ、ロータまｌ；はディストリビュータ・キャップ において用いる場合。

２、　シリンダ数に相応する複数個の跳躍ダイオード縦統接続体を点火プラグに おいて用いる場合、あるいは点火プラグにくらべると点火プラグ・ソケットは消 耗部分ではないので有利には点火プラグ・ソケットにおいて用いる場合。

組み込みに際し、跳躍ダイオード縦続接続体は通常、プラスチックまたはガラス で鋳込まれる。

ｗｃ２図には点火過程中に点火プラグに印加される電圧が破線で示されており、 さらに点火コイルの２次側に生じる電圧が実線で示されている。

高電圧スイッチの動作を以下に詳細に説明する。

点火フィル１の動作およびディストリビュータ６の動作は公知である。そのため これらについては詳；く説明しない。第１図に示されたディ７トリビユータロは 点火プラグ７と点火コイルどを接続している。点火コイル１の１次巻線２を介し て流れる電流が制御トランジスタ３により遮断されると、点火コイルの２次巻線 ５において第２図に実線で示した電圧特性が生じる、この場合、約２０ｉｃｖの 電圧が前提とされいる。この値には４０ｔｒｓの上昇時間で達する。例えば湿気 またはすすによる短絡路を介して上昇時間中に大きな電流が漏れると、点火電圧 にはも１′ｉや到達せずミス・７アイヤが生じる。

跳躍ダイオード縦続接続体を用いることによりいわゆる急峻化効果が達成される ：即ち縦続接続体における電圧は、上下に積層された構成素子の数によって前も って与えられる跳躍電圧につまり点火電圧に達するまで、点火プラグには電圧が 印加されることなく、上昇する。これは跳躍ダイオードの遮断作用による。した がって各跳躍電圧のないし遮断電圧の総和に相応する点火電圧に達するまで、汚 れによる短絡路が作用を及ぼす可能性はない。点火電圧に達するやいなや跳躍ダ イオード縦続接続体は急激に導通接続し、それにより点火電圧が点火プラグに印 加されてスパークが発生する。

跳躍ダイオード縦続接続体は基本的には点火フィルの２次側の任意の個所に配置 することができる。しかし点火プラグまでのケーブルの固有容量のためにケーブ ルの長さが長くなると急峻化効果は小さくなる。そのため縦続接続体を点火プラ グソケットの中に直接設けると有利である。

この急峻化効果を用いることにより、点火プラグに印加される電圧に対して、上 昇時間をＩｏｎｓ〜数１００ｎｓｓ例えば５０ｎｓにすることができる。これに より点火コイルは短絡路に対して応動しなくなり、例えば内燃機関のコールドス タート特性が改善される。

さらにこの跳躍ダイオード縦続接続体を用いることにより点火プラグの発熱量の 値選定は重要ではなくなる。“コールドタイプのプラグ、つまり極度に高い発熱 量を有するプラグは煤が生じやすく、それにより短絡路が生じることは知られて いる。その結果、ミス・ファイヤやコールドスタート時の問題が生じる。点火プ ラグにおける改善された電圧特性によりこの問題が除去される。

本発明による、電圧により制御される電気的な高電圧スイッチにより重量および コストが削減される。従来は点火フィルは、不利な条件下でも即ち短絡路を介し て電流が漏れた場合にも、点火スパークを生じさせるために十分にエネルギを供 給できるよに常に、大きく設計しなければならなかった。これを保証するために 大きくかつ重い点火コイルとともに高い遮断電流が必要とされ、そのためにコス トのかかる高価な装置となっていた。急峻化効果によって、小さくかつエネルギ の少ない点火装置を用いても、点火スパークが確実に発生する。

点火スパークはもはやそれほど多くのエネルギを必要としないので、点火プラグ の電極の消耗も著しく低減される。

点火スパークを発生させるために通常のように、スイッチングトランジスタ３に より制御される点火フィル内の遮断電流が用いられる。既述の跳躍ダイオード圧 の急上昇形成に用いられる。しかしこの跳躍ダイオード縦続接続体は、２ｋｖ以 上の値に達する可能性のある正のスイッチイン電圧パルスを阻止するｔ；めにも 用いられる。この電圧パルスはいわゆる“静止形の７高電圧分配の際に現れる、 即ち回転するディストリビュータ・スパークギャップを用いない場合に生じる。

そのためこの正の電圧が生じた場合にも遮断領域にとどまるような対称な特性曲 線を有する跳躍ダイオードを用いなければならない。

さらに最後に、既述の跳躍ダイオード縦統接続体は車両に最初から装備されて用 いられるだけでなく、簡単にあとから追加して組み込むことができることも付言 とておく。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．例えば内燃機関の点火装置のための高電圧スイッチにおいて、電圧により制 御される電子高電圧素子（８）が設けられており、該電子高電圧素子は前もって 選択可能なまたは前もって設定可能な電圧が加えられると遮断状態から急激に導 通状態へ移行することを特徴とする高電圧スイッチ。
2. ２．高電圧スイッチング素子として跳躍ダイオード縦続接続体（８）が用いられ る請求項１記載の高電圧スイッチ。
3. ３．跳躍ダイオード縦続接続体が複数個のサイリスタから構成されており、それ ぞれゲートとカソードが、半導体チップ内部で実現されている抵抗を介して、接 続されている請求項２記載の高電圧スイッチ。
4. ４．前記抵抗が０ｎの値を有する請求項３記載の高電圧スイッチ。
5. ５．跳躍ダイオード縦続接続体（８）が、両面とも金属化されて相互に接続され ている複数個の半導体素子から成る請求項１から４のいずれか１項記載の高電圧 スイッチ。
6. ６．半導体スイッチを、上下に積層された半導体ウエハから切り出すことができ る請求項５記載の高電圧スイッチ。
7. ７．請求項１から６のいずれか１項記載の高電圧スイッチを、点火コイルの２次 側で、点火コイルと点火プラグの間の任意の個所で用いるようにした高電圧スイ ッチの用途。
8. ８．請求項１から７までのいずれか１項記載の高電圧スイッチング素子の用途に おいて、該高電圧スイッチング素子を、ディストリビュータ・ロータ、ディスト リビユータ中央キャップ、またはディストリビュータキャップソケットの中に鋳 込むようにされていることを特徴とする高電圧スイッチの用途。
9. ９．請求項１から７のいずれか１項記載の高電圧スイッチの用途において、高電 圧素子を点火プラグ内に鋳物込むようにしたことを特徴とする高電圧スイッチの 用途。
10. １０．鋳込み部材としてプラスチック、ガラスまたはセラミックのバテを使用さ れている請求項１から９のいずれか１項記載の高電圧スイフチ。