JPH0953554A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

内燃機関用点火装置

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JPH0953554A
JPH0953554A JP7211541A JP21154195A JPH0953554A JP H0953554 A JPH0953554 A JP H0953554A JP 7211541 A JP7211541 A JP 7211541A JP 21154195 A JP21154195 A JP 21154195A JP H0953554 A JPH0953554 A JP H0953554A
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JP
Japan
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ignition
signal
internal combustion
combustion engine
voltage
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JP7211541A
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English (en)
Inventor
Katsuaki Fukatsu
克明 深津
Noboru Sugiura
登 杉浦
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Hitachi Ltd
Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Car Engineering Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】IGBTを用いた内燃機関用点火装置におい
て、故障診断を行うための出力信号線を用いずに、か
つ、電源線をも必要とせず故障診断機能をもつ内燃機関
用点火装置を提供すること。 【構成】IGBTとそのゲート電圧を電源として動作す
るコンパレータとディレイ回路とRSフリップフロップ
より構成される故障診断回路を設けた。 【効果】外部接続端子を増やすことなく点火装置の故障
診断を確実に、かつ、小形,低コストで故障診断が可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関用点火装置に
係り、特に、パワーMOSFET,IGBTを用いて故障診断
をするのに好適な内燃機関用点火装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来技術としては、特開昭61−255275に
開示されているものがあるが、点火モニタ信号を点火信
号線とは別に出力される構成となっている。これによれ
ば、点火モニタ信号出力線が必要である上に、その回路
図からもわかるように、信号発生回路には電源線の入力
も必要である。よって、接続個所(外部接続)が少なく
とも5個所(点火コイルの負側,GND,点火信号入
力,電源,点火モニタ信号出力)必要となる。又、従来
技術では点火コイルの二次側が短絡や接地による失火の
検出が目的である。本発明では、スイッチング素子のシ
ョート,オープン,点火コイルの一次コイルオープン,
ショート,二次コイルのリーク,レアショートが検出
し、かつ、電源線を必要としないため3端子(点火コイ
ルの負側,GND,点火信号入力線兼故障診断出力線)で故
障診断機能付き内燃機関用点火装置を構成できる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、点
火信号入力線,GND,点火コイルの負側のほかに電源
及び点火モニタ信号出力線が必要であったのに対し、電
源線と点火モニタ信号出力線を必要とせず、故障診断機
能付き内燃機関点火装置を1チップ化又は、パワー部と
故障診断回路部の2チップ化とすることで小形化する。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的は、一次電流
が、スイッチング素子の故障や点火コイルの故障時に正
常時と異なる波形を示すことを用いて、正常時と異なる
波形を検出する故障検出回路部と点火信号にディレイを
もたせた信号を用いて一般的なセット,リセットのフリ
ップフロップにより、点火信号が出力されていないタイ
ミングの点火信号線に正常時,異常時で異なる信号を出
力し、この信号をECUにより判定することにより達成
される。又、スイッチング素子にIGBTを用いること
により、ゲート入力信号が定低電圧源として使用できる
ため故障診断回路に必要な電源を外部から専用で取り込
むことは必要ない。これにより、電源及び診断信号出力
線を不要とすることができる。
【0005】
【作用】本発明では、スイッチング素子にIGBTを用
いた、内燃機関用点火装置に、接続端子を増やさず故障
診断回路を具備することが可能となり、かつ、1チップ
または2チップのパッケージ化が可能となることから、
小形,低コストの内燃機関用点火装置を供給できること
から点火コイルとの1パッケージ化やECU内部への内
蔵等が容易に達成できるなどの技術展開ができる。
【0006】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
説明する。
【0007】図2は、図1を用いた点火システムの構成
でありECU1より入力された点火信号は制御回路24
を介し、IGBT3に入力される。IGBT3の内部は
図1に詳細を書くため省略する。IGBT3は点火信号
によりON,OFFし点火コイル30の一次コイルにI
cを通電,遮断し、その二次側に高電圧を誘起し点火プ
ラグ31に放電する。32はバッテリである。次に図1
は本発明の一実施例である故障診断機能付き内燃機関用
点火装置の回路構成を示す。ECU1は、点火信号を点
火装置2に出力し、この信号によりIGBT3のゲート
に入力され、IGBT3をスイッチングする。ここで、
IGBT3は、たとえば、10000個のセルをもつF
ETの、9000セルで構成されるFET6と、100
0セルで構成されるFET8の並列構成となっている。
これにより、一次コイルに流す電流をFET6≫FET
8となるように分流し、FET8とGND間に設けた電
流検出抵抗12により、電圧に変換する。FET6とG
ND間に電流検出抵抗を設けないことでコレクタライン
のドロップを低減でき、かつ、FET8に流す電流を小
さくすることで電流検出抵抗12の抵抗値を数百Ω〜数
KΩとすることが可能となり低抵抗を用いないため作り
込みやすくなる。ツェナーダイオード10は5〜7Vの
ポリシリコンダイオードからなるクランプダイオードで
あり一次電圧を約380〜440Vでクランプし、か
つ、温度特性に優れる。ツェーナーダイード9,7は寄
生アバランシェダイオードであり、一次側交流振幅電圧
(約−300V)をクランプしIGBTが破壊に至るこ
とを防止する。ツェナーダイオード9はバッテリの逆接
続時の逆電流を流さず、かつ、無声放電時の一次側交流
振幅電圧をクランプするため13〜60Vのツェナー電
圧を持つ。また、バッテリを2段で逆接続する場合を想
定すると26V以上とすることが望ましい。又、ツェナ
ーダイオード11は、IGBTのゲートとコレクタ間に
構成されダイオード10の順方向を介してゲートからコ
レクタへゲート電圧が漏れることを防止するため5V以
上のツェナーで構成される。コンパレータ17(CO
1)は一次電流制限回路として抵抗13と14により構
成される。抵抗13,14で作られる基準電圧は、入力
点火信号により引き込むことで、点火信号HIGHが入
力される間は、定電圧源元となる。故障診断回路は、抵
抗15,16,コンパレータ18(CO2),点火信号
ディレイ回路19,RSフリップフロップ20,抵抗2
1,22,コンパレータ23(CO3)により構成され
る。故障診断回路の動作は次の図3〜図6を用いて説明
する。図3は、正常動作時の動作タイミングを示す。点
火信号Aと同期したタイミングで一次電流Icが通電,
遮断をするIcは、IGBT3のコレクタを介しFET
6とFET8に分流される。メインの大電流は、FET
6を介してGNDに流れるが、FET8を介して流れた
電流は抵抗12によりCの電圧に変換される。Cの電圧
は、コンパレータ18(CO2)で抵抗15,16によ
り作られる基準電圧Eと比較される。CO2の出力は、
E<Cとなった電圧となる。正常動作時は、一次コイル
の抵抗とリアクタンスにより、一定の時定数を持ち、立
ち上がるため、点火信号Aの立上りより遅れて立上り、
一方立ち下がりはAの信号とほぼ同期する。点火信号デ
ィレイ回路19はAの点火信号にディレイタイム(数十
μS)を持たせている。このCO2の出力の立上りをR
Sフリップフロップ20のセット信号、ディレイ回路1
9の立上りをリセット信号とすることで、Qは図のよう
なパルス信号となる。このQの出力と、抵抗21と22
により作られる基準電圧Fをコンパレータ23(CO
3)により比較するとIGBTのゲートには、Bの信号
が出力される。この出力された電圧Bは、IGBTのゲ
ート電圧より低く設定されるため、この信号により、IG
BTがON,OFFすることはない。このBの信号を、E
CU内部に設定する故障検出回路により、故障を検出す
る。この検出タイミングは、図示のように点火信号がO
FFする前のtの時間にBの信号を検出し、HIGHで
あれば正常点が行われていると判定する。図4は、スイ
ッチング素子(IGBT)がショートモードで故障した
ときの動作タイミングを示す。Icは連続HIGHとな
るため、Cの電圧は、Eの基準電圧を常時超えるため、
コンパレータ18の出力は連続HIGHとなる。これによ
り、RSフリップフロップ20のリセット信号が入らな
いためQの出力はセットされたままHIGHとなるため
Bの電圧は点火信号のOFFする前のtの時間はLOW
となり、ECUにより異常と検出される。図5は、スイ
ッチング素子であるIGBT、又は、点火コイルの一次
側がオープンモードで故障したときの動作タイミングを
示す。Icは連続LOWとなるためCの電圧も連続LO
Wとなり、基準電圧Eを下回るため、コンパレータ18
の出力は連続LOWとなる。これにより、やはり、RS
フリップフロップ20のリセット信号が入力されないた
めショートモード故障と同様にBの電圧はLOWとなり
異常が検出される。図6では、点火コイルの二次コイル
がレーク又はレアショートしたときの動作タイミングを
示す。Icは、図示のように、電流の立上り時、二次コ
イルのリークまたはレアショートによりリアクタンスが
変化するためV′の電圧だけジャンプする。図7に示す
ようにディストリビュータ点火方式では、ロータの配電
角により前点火の放電電圧V2と次の通電開始が重なる
ことにより二次コイルが故障しなくてもIcはジャンプ
し、また、同時点火方式の電子配電でも点火信号間隔が
せまく点火コイルの立上りが遅いため前点火の放電電圧
と次の通電開始が重なることにより二次コイルが故障し
なくてもジャンプし、故障と判別が付かない場合があ
る。しかし、独立点火方式の電子配電に用いると、通電
間隔が長く点火コイルの立上りが速いため一次電流のジ
ャンプ=点火コイルの二次コイルのリークまたは、レア
ショートであることが明らかである。このジャンプした
Icは、Cの電圧に変換されAの点火信号とほぼ同期し
たタイミングで基準電圧Eを超えるためコンパレータ1
8の出力は、点火タイミングとほぼ同期したパルス信号
として出力される。一方、ディレイ回路19の出力信号
は点火信号に一定のディレイを設けた信号となっており
それぞれがRSフリップフロップ20のリセット,セッ
トに入力されるためQの出力は図のようになる。基準電
圧Fと比較されたQはBのような出力となり、HIG
H,LOWのパルスとなるが、点火タイミングのOFF
の前tの時間のポイントでは、LOWとなり故障である
ことが明らかに判別できる。以上が、IGBTと組合
せ、点火信号線による故障診断信号出力ができる回路の
一実施例である。
【0008】図8には、本発明の点火装置を1チップI
GBTの中に組込パッケージした一例を示す。1チップ
IGBT25を端子27の上にはんだ付け等の方法によ
り固定し端子28,29とワイヤにより接続し、樹脂2
6により封止パッケージしている。図9には、パワー部
をIGBT25に、制御回路部を別のIC33により構
成する2チップタイプの一例を示す。図10には、一次
電流が立上り時、点火コイルの抵抗とリアクタンスのL
R共振による振動により発生する正側の二次電圧を示
す。しかし、IGBTを用いた点火装置の特徴として
は、IGBTのゲートとエミッタ間に約3000pFの
容量を持つためLR共振を減衰する効果があり、正側火
花を減少させることで点火コイルの二次側に挿入してい
る逆ダイオードを廃止することもできる。図11にはI
GBTの半導体チップの縦構造の一例を示す。ツェナー
ダイオード7,9は寄生アバランシェダイオードであ
り、図1の回路と対応している。
【0009】
【発明の効果】本発明によれば、より点火装置として使
用しやすいIGBTを提供できる上に点火装置の故障診
断が、信号線及び電源線を増やすことなく、容易に、よ
り多くの故障モードを検出可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路構成図。
【図2】本発明の点火システムの構成図。
【図3】正常動作時の動作タイミング波形図。
【図4】故障(IGBTのショートモード)時の動作タ
イミング波形図。
【図5】故障(IGBTのオープンモード)時の動作タ
イミング波形図。
【図6】故障(二次コイルのレアショート,リーク)時
の動作タイミング波形図。
【図7】放電電圧と重なりによる一次電流のジャンプ波
形図。
【図8】本発明を用いたパッケージ構造例図。
【図9】本発明を用いたパッケージ構造例図。
【図10】一次電流立上りによる正側火花波形図。
【図11】IGBTの縦構造図。
【符号の説明】
1…エンジンコントロールユニット(ECU)、2…I
GBTを用いた内燃機関用点火装置、3,25…IGB
T、4,12,13,14,15,16,21,22…
抵抗、5…PNPトランジスタ、6,8…FET、7,
9,10,11…ツェナーダイオード、17,18,2
3…コンパレータ、19…ディレイ回路、20…RSフ
リップフロップ、24…制御回路、26…パッケージ樹
脂、27,28,29…端子、30…点火コイル、31
…点火プラグ、32…バッテリ、33…ICチップ、A
…点火信号、B…故障診断信号、C…電流検出部電圧、
D,E,F…基準電圧。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】点火コイルの一次電流を通電,遮断し、点
    火コイルの二次側に高電圧を誘起するスイッチング素子
    と、エンジンコントロールユニット(以下「ECU」とい
    う。)により制御された点火信号により、前記スイッチ
    ング素子を制御する駆動回路とを具備した内燃機関用点
    火装置において、前記点火コイル及び前記スイッチング
    素子の故障を前記点火コイルの一次電流により検出し、
    前記検出された故障信号を点火信号が入力されないタイ
    ミングで点火信号線に出力することを特徴とする内燃機
    関用点火装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記スイッチング素子
    は、IGBTであり、かつ、パワー部と電流検出部の2
    系統からなる1チップ素子で構成されることを特徴とす
    る内燃機関用点火装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、故障検知用のコンパレ
    ータ回路と点火信号にディレイをもたせるディレイ回路
    と一般的なRSフリップフロップにより構成された診断
    回路を設けたことを特徴とする内燃機関用点火装置。
  4. 【請求項4】請求項3において、回路部の電源は、点火
    信号入力がHIGHのタイミングの点火信号電圧、又は
    IGBTのゲート電圧を用い、駆動電圧とする構成とし
    たことを特徴とする内燃機関用点火装置。
  5. 【請求項5】請求項1において、前記故障信号はIGB
    TがONするゲート電圧未満の電圧で出力されることを
    特徴とする内燃機関用点火装置。
  6. 【請求項6】請求項1において、パワー部と電流検出部
    を2チップで構成し1パッケージとすることを特徴とす
    る内燃機関用点火装置。
JP7211541A 1995-08-21 1995-08-21 内燃機関用点火装置 Pending JPH0953554A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998049444A1 (en) * 1997-04-25 1998-11-05 Hitachi, Ltd. Ignition system
JP2014023345A (ja) * 2012-07-20 2014-02-03 Rohm Co Ltd スイッチ制御回路、イグナイタ、エンジン点火装置、車両

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