JP2011185163A - Ignition device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンコントロールユニットから出力される点火信号に応じて、点火コイルに流れる一次電流を通電・遮断制御することで、コイル二次側に高電圧を発生させるイグナイタを備える内燃機関用点火装置に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine ignition device including an igniter that generates a high voltage on a secondary side of a coil by energizing / cutting off a primary current flowing through an ignition coil in accordance with an ignition signal output from an engine control unit. About.
内燃機関用点火装置は、エンジンの各気筒ごとに配置され、絶縁ケース内に、一次コイル、この一次コイルの外側に配設される二次コイル、この二次コイルおよび一次コイルを磁気的に結合する鉄心からなる点火コイルと、この点火コイルの一次コイルに流れる一次電流を制御するパワートランジスタを備えるイグナイタと、を収容したユニット状に構成される。 An ignition device for an internal combustion engine is disposed for each cylinder of an engine, and a primary coil, a secondary coil disposed outside the primary coil, and the secondary coil and the primary coil are magnetically coupled in an insulating case. And an igniter including a power transistor that controls a primary current flowing in the primary coil of the ignition coil.
ここで、従来の内燃機関用点火装置のイグナイタ、例えば、1チップ型のイグナイタは、一次コイルに流れる一次電流の通電・遮断を制御するパワートランジスタと、一次コイルに流れる一次電流を制限する回路素子とが一つの半導体チップ内に展開されて構成されている。パワートランジスタは、エンジン制御装置に接続されるゲート部と、アースに接続されるエミッタ部と、一次コイルに接続されるコレクタ部とを備えている。また、回路素子は、パワートランジスタのコレクタ部からエミッタ部へ流れる電流を制限し、パワートランジスタを保護するものである。 Here, a conventional igniter for an internal combustion engine ignition device, for example, a one-chip type igniter, includes a power transistor that controls energization / cutoff of a primary current flowing through a primary coil, and a circuit element that limits the primary current flowing through the primary coil. Are developed in one semiconductor chip. The power transistor includes a gate portion connected to the engine control device, an emitter portion connected to the ground, and a collector portion connected to the primary coil. The circuit element protects the power transistor by limiting the current flowing from the collector part to the emitter part of the power transistor.
上記イグナイタは、回路素子により、連続通電状態が回避されることで異常発熱を防ぎ、構成部品であるパワートランジスタの劣化、破壊を防いで、ひいては、内燃機関用点火コイルの溶損、発火を防ぐために、回路内電流の流量や発熱温度が規定値になると流量を制限したり強制的に回路を遮断する機能をイグナイタに設けた発明が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 The igniter prevents abnormal heat generation by avoiding a continuous energization state by a circuit element, prevents deterioration and destruction of a power transistor as a component, and thus prevents melting and ignition of an ignition coil for an internal combustion engine. Therefore, an invention has been proposed in which an igniter is provided with a function of restricting the flow rate or forcibly shutting off the circuit when the flow rate of the current in the circuit or the heat generation temperature reaches a specified value (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載した発明では、パワートランジスタにおけるコレクタ部とエミッタ部との間で何らかの短絡(故障)が生じたような場合、回路素子の保護機構が働くことがないので、過大電流の制限や強制遮断が行われず、連続通電状態となって異常発熱し、内燃機関用点火コイルの溶損、発火やエンジンの不調をもたらすという問題がある。特に、最悪の場合、過大電流による異常発熱によって車輌ヒューズが溶断してしまうと、エンジンシステムの車輌ヒューズが通常1系統であるために、エンジンが停止し再始動することができない危険な状態に陥る可能性がある。 However, in the invention described in Patent Document 1, when any short circuit (failure) occurs between the collector part and the emitter part in the power transistor, the protection mechanism of the circuit element does not work. There is a problem in that no restriction or forced shut-off is performed, abnormal heating occurs due to a continuous energization state, causing melting of an ignition coil for an internal combustion engine, ignition, and engine malfunction. In particular, in the worst case, if the vehicle fuse blows due to abnormal heat generation due to excessive current, the vehicle fuse of the engine system is usually one system, so that the engine stops and cannot be restarted. there is a possibility.
そこで、本発明は、イグナイタ内部の異常に起因して過電流が発生しても、このイグナイタ内部における暴走を確実に阻止できる内燃機関用点火装置の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine ignition device that can reliably prevent runaway in the igniter even if an overcurrent occurs due to an abnormality in the igniter.
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、エンジンコントロールユニットから出力される点火信号に応じて、点火コイルに流れる一次電流を通電・遮断制御することで、コイル二次側に高電圧を発生させるイグナイタを備える内燃機関用点火装置であって、前記イグナイタを構成する半導体チップ上における電極部分にヒューズエレメントを用い、イグナイタが素子の短絡等により制御不能な状態に陥った場合にヒューズエレメントが機能することで、過電流が断続的に流れるのを防ぐようにしたことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is characterized in that the primary current flowing through the ignition coil is energized / interrupted in accordance with the ignition signal output from the engine control unit, so that the coil secondary side is increased. An ignition device for an internal combustion engine including an igniter for generating a voltage, wherein a fuse element is used for an electrode portion on a semiconductor chip constituting the igniter, and the fuse is turned into an uncontrollable state due to a short circuit of the element or the like It is characterized in that an overcurrent is prevented from flowing intermittently by the function of the element.
また、請求項2に係る発明は、上記請求項1に記載の内燃機関用点火装置において、前記イグナイタのヒューズエレメントは、半導体チップ上に形成する薄膜電極に、過大な電流が流れた場合に溶断する狭路構造の溶断部を設けたことを特徴とする。
The invention according to
請求項1に係る発明によれば、前記イグナイタを構成する半導体チップ上における電極部分にヒューズエレメントを用い、イグナイタが素子の短絡等により制御不能な状態に陥った場合にヒューズエレメントが機能することで、過電流が断続的に流れるのを防ぐようにしたので、イグナイタの内部回路の動作異常によって過電流が生じても、ヒューズエレメントが機能することで点火コイルに過大な電流が流れつづけることによる溶損不具合を未然に防ぐことができ、更には、車輌ヒューズ溶断によるエンジンストップや再始動不能状態に陥ることを確実に回避できる。 According to the first aspect of the present invention, a fuse element is used for an electrode portion on a semiconductor chip constituting the igniter, and the fuse element functions when the igniter falls into an uncontrollable state due to a short circuit of the element or the like. Since the overcurrent is prevented from flowing intermittently, even if an overcurrent occurs due to an abnormal operation of the internal circuit of the igniter, the fuse element functions, so that an excessive current continues to flow through the ignition coil. It is possible to prevent damages and malfunctions, and it is possible to reliably avoid an engine stop or a restart impossible state caused by a blown vehicle fuse.
また、請求項2に係る発明によれば、前記イグナイタのヒューズエレメントは、半導体チップ上に形成する薄膜電極に、過大な電流が流れた場合に溶断する狭路構造の溶断部を設けたので、半導体の薄膜形成技術により半導体チップ上にヒューズエレメントを形成でき、イグナイタの製造工程が複雑化することもないし、溶断部による確実な回路遮断も可能となる。
Further, according to the invention according to
次に、本発明に係る内燃機関用点火装置の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。 Next, an embodiment of an ignition device for an internal combustion engine according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本実施形態に係る内燃機関用点火装置1は、図1に示すように、エンジンコントロールユニット2からの点火制御信号に応じて、点火コイル3の一次コイル31に流れる一次電流の通電・遮断を制御するイグナイタ4を備える。このイグナイタ4の通電制御により、バッテリー電源5から一次コイル31への電流を制御し、鉄心33を介して磁気結合する二次コイル32の誘起電力を制御し、放電ギャップに電気火花を発生させる。なお、内燃機関用点火装置1は各気筒毎に設けてあるが、バッテリー電源5と各内燃機関用点火装置1との間には1系統の車輌ヒューズ6を設けるものとし、過電流により車輌ヒューズ6が溶断すると、全気筒への電源供給がストップする。
As shown in FIG. 1, the internal combustion engine ignition device 1 according to the present embodiment controls energization / interruption of the primary current flowing through the
上記イグナイタ4はパワートランジスタ41を備え、パワートランジスタ41のベース41Bにエンジンコントロールユニット2から点火制御信号が入力されると、コレクタ41C−エミッタ41E間の通電・遮断が制御されることとなる。
The igniter 4 includes a
ここで、パワートランジスタ41のエミッタ41Eには、ヒューズエレメント7を介してエミッタ導通端子8と導通させるものとし、パワートランジスタ41のコレクタ41C−エミッタ41E間に大電流が流れて異常高温になると、ヒューズエレメント7が溶断し、パワートランジスタ41のエミッタ41Eとエミッタ導通端子8とが遮断され、パワートランジスタ41が動作しなくなるので、点火コイル3に過大な電流が流れつづけることによる溶損不具合を未然に防ぐことができ、更には、車輌ヒューズ6の溶断によるエンジンストップや再始動不能状態に陥ることを確実に回避できる。
Here, it is assumed that the
上述したヒューズエレメント7としては、低融点可溶合金製の電極体をチップ上に貼り付けるようにしても良いが、公知既存の薄膜形成技術を用いて、図2および図3に示すように、パワートランジスタ4を形成する半導体チップ9(半導体基板91に導電層92や絶縁層93を積層して電子回路を構成した小型チップ)上の薄膜電極として形成すれば、ヒューズエレメント7を設けることでイグナイタ7の製造工程が複雑化することを抑制できる。なお、薄膜電極構造のヒューズエレメント7とエミッタ導通端子8とは、ワイヤボンディングにより形成するアルミワイヤ42を介して導通させる。
As the
また、薄膜電極構造のヒューズエレメント7は、過電流発生時に半導体チップ9の絶縁層92上にて溶断することにより、確実な回路の切断が可能となるので、ヒューズエレメント7を均等幅の導電路構造とせずに、過電流発生時に溶断し易い溶断部を設けるようにしても良い。
Further, the
例えば、図4(a)に示す第1構成例のヒューズエレメント71のように、一部流路を細長い狭路構造とした溶断部71aを設けたり、図4(b)に示す第2構成例のヒューズエレメント72のように、一部の導体幅を極端に狭めて狭路構造とした溶断部72aを設ければ、過大な電流が流れたときに溶断部71a,72aが速やかに溶断し、回路遮断を確実に行わせることが可能となる。なお、薄膜電極における一部の厚さを薄くすることで、狭路構造の溶断部を設けても良い。
For example, like the
しかも、昨今の高レベルな薄膜形成技術を用いて、薄膜電極のヒューズエレメント7を形成すれば、電極形状の精度(特に、溶断部の精度)を高めることができるので、ヒューズエレメント7の溶断条件に極端なバラツキが生ずることを抑制でき、装置としての信頼性を担保できる。
In addition, if the thin film
以上、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、公知既存の等価な技術手段を転用することにより実施しても構わない。例えば、1枚の半導体チップに制御回路を集積したいわゆる1チップ型イグナイタのみならず、パワートランジスタと制御回路を分離したマルチチップ型や、制御回路を混載集積基板上に形成したハイブリツド型等、パワートランジスタのエミッタ電極にヒューズエレメントを形成できれば、何れにも適用可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described based on the accompanying drawing, this invention is not limited to this embodiment, You may implement by diverting well-known existing equivalent technical means. . For example, not only a so-called one-chip igniter in which a control circuit is integrated on a single semiconductor chip, but also a multi-chip type in which a power transistor and a control circuit are separated, a hybrid type in which a control circuit is formed on a mixed integrated substrate, and the like. The present invention is applicable to any transistor as long as a fuse element can be formed on the emitter electrode of the transistor.
1 内燃機関用点火装置
2 エンジンコントロールユニット
3 点火コイル
31 一次コイル
32 二次コイル
33 鉄心
4 イグナイタ
41 パワートランジスタ
41B ベース
41C コレクタ
41E エミッタ
42 アルミワイヤ
5 バッテリー電源
6 車輌ヒューズ
7 ヒューズエレメント(薄膜電極)
8 エミッタ導通端子
9 半導体チップ
91 半導体基板
92 導電層
93 絶縁層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ignition device for
8
Claims (2)
前記イグナイタを構成する半導体チップ上における電極部分にヒューズエレメントを用い、イグナイタが素子の短絡等により制御不能な状態に陥った場合にヒューズエレメントが機能することで、過電流が断続的に流れるのを防ぐようにしたことを特徴とする内燃機関用点火装置。 In accordance with an ignition signal output from an engine control unit, an ignition device for an internal combustion engine including an igniter that generates a high voltage on a secondary side of a coil by controlling energization / cutoff of a primary current flowing through an ignition coil,
When a fuse element is used for the electrode part on the semiconductor chip constituting the igniter, and the igniter falls into an uncontrollable state due to a short circuit of the element or the like, the fuse element functions so that overcurrent flows intermittently. An ignition device for an internal combustion engine, characterized in that it is prevented.
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