JP2018009461A - 点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点火コイルの一次巻線を高温からより確実に保護できる点火装置を提供すること。【解決手段】点火コイル２と、スイッチング素子３と、温度センサ４と、サーマルシャット回路５とを備える。点火コイル２の一次巻線２１は、直流電源１１とスイッチング素子３とに接続している。温度センサ４は、スイッチング素子３の温度を測定するために設けられている。サーマルシャット回路５は、スイッチング素子３の温度が、予め設定された強制オフ温度Ｔoffよりも高くなった場合に、スイッチング素子３を強制的にオフする。サーマルシャット回路５は、直流電源１１の電源電圧Ｖbが低下したときに、強制オフ温度Ｔoffを下げるよう構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の点火プラグを点火するための点火装置に関する。

内燃機関の点火プラグを点火するための点火装置として、一次巻線及び二次巻線を備えた点火コイルと、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子とを備えるものが知られている（下記特許文献１参照）。上記一次巻線の一方の端部は直流電源に接続している。また、一次巻線の他方の端部とグランドとの間に、上記スイッチング素子が接続している。点火コイルの二次巻線には、上記点火プラグが接続している。

点火プラグを点火する際には、まず、スイッチング素子をオンし、一次巻線に一次電流を流す。その後、スイッチング素子をオフし、一次電流を遮断する。このとき二次巻線に生じる高い二次電圧を利用して、点火プラグを点火するよう構成されている。スイッチング素子のオンオフ動作は、ＥＣＵ等の制御装置によって制御される。

上記制御装置から、スイッチング素子をオンする信号が送られた後、何らかの異常が発生して、長時間、オフする信号に切り替わらないことがある。この場合、スイッチング素子がオンし続け、一次電流が長時間流れてしまう。上記点火装置では、一次電流を一定値に制限し、特に高い一次電流が流れることを防止しているが、一次電流が流れる時間が長くなると、発熱によってスイッチング素子及び一次巻線が高温になり、これらが故障する可能性がある。そのため、上記点火装置には、スイッチング素子の温度を測定する温度センサと、サーマルシャット回路とが設けられている。サーマルシャット回路は、スイッチング素子の測定温度が、予め定められた温度（強制オフ温度）よりも高くなった場合に、スイッチング素子を強制的にオフさせる。これにより、一次電流を強制的に停止し、スイッチング素子及び一次巻線を高温から保護している。

特開２００６−１９７００号公報

しかしながら、上記点火装置のサーマルシャット回路は、スイッチング素子の温度を測定しているため、スイッチング素子は保護できるものの、一次巻線を高温から充分に保護できない可能性がある。すなわち、上述したように、スイッチング素子を長時間オンすると、一次電流によって、スイッチング素子と一次巻線とが両方とも発熱する。上記点火装置では、電源電圧が低下したときに、スイッチング素子と一次巻線との発熱バランスが崩れ、一次巻線の方が高温になることがある。

その理由について説明する。上記点火装置では、スイッチング素子の温度が強制オフ温度に達するまで、一次電流を一定値に制限しながら通電を継続させる。電源電圧が低下した場合、スイッチング素子の損失が低下して、発熱量が低下する。そのため、電源電圧が高いときよりも、スイッチング素子の温度は低くなりやすく、強制オフ温度に達するまでに長い時間が必要となる。一方、一次電流は一定値に制御されているため、一次巻線の発熱量は、電源電圧が低下しても大きく下がらない。

このように、電源電圧が低下すると、スイッチング素子と一次巻線との発熱バランスが崩れ、一次巻線の方が高温になる場合がある。上記点火装置では、強制オフ温度を、電源電圧によらず常に一定にしている。そのため、電源電圧が低下したときに、一次巻線は高温になっているものの、スイッチング素子の温度が比較的低く、強制オフ温度に到達しないことがあり得る。この場合、スイッチング素子をオフできないため、一次巻線の温度が更に高くなってしまう可能性が考えられる。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、点火コイルの一次巻線を高温からより確実に保護できる点火装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、点火プラグ（１０）を点火するための点火装置（１）であって、
直流電源（１１）に接続した一次巻線（２１）と、上記点火プラグに接続した二次巻線（２２）とを有する点火コイル（２）と、
上記一次巻線の、上記直流電源に接続した側とは反対側の端部（２１２）に接続したスイッチング素子（３）と、
該スイッチング素子の温度を測定する温度センサ（４）と、
上記スイッチング素子の温度が、予め定められた強制オフ温度（Ｔ_off）よりも高くなった場合に、上記スイッチング素子を強制的にオフするサーマルシャット回路（５）とを備え、
該サーマルシャット回路は、上記直流電源の電源電圧（Ｖ_b）が低下したときに、上記強制オフ温度を下げるよう構成されている、点火装置にある。

上記点火装置のサーマルシャット回路は、直流電源の電源電圧が低下したときに、上記強制オフ温度を下げるよう構成されている。
そのため、電源電圧が低下したとき、電源電圧が高い時と比べてスイッチング素子の温度が低くなっても、該温度が強制オフ温度に到達できるようになり、スイッチング素子をオフすることが可能になる。したがって、スイッチング素子を低い温度でオフできるため、一次巻線が高温になりすぎる前に一次電流を停止でき、一次巻線を高温から確実に保護できる。

以上のごとく、上記態様によれば、点火コイルの一次巻線を高温からより確実に保護できる点火装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、点火装置の回路図。 実施形態１における、電源電圧と基準電圧との関係を表したグラフ。 実施形態１における、ダイオードの順方向電圧および基準電圧と、スイッチング素子の温度との関係を表したグラフ。 実施形態１における、電源電圧と強制オフ温度との関係を表したグラフ。 実施形態１における、電源電圧が所定値より高いときでの、点火信号と、スイッチング素子の温度と、ダイオードの順方向電圧と、基準電圧と、比較器の出力電圧と、ゲート電圧との波形図。 実施形態１における、電源電圧が所定値より低いときでの、点火信号と、スイッチング素子の温度と、ダイオードの順方向電圧と、基準電圧と、比較器の出力電圧と、ゲート電圧との波形図。 実施形態１における、電源電圧が所定値より高いときでの、スイッチング素子と一次巻線との温度変化を表したグラフ。 実施形態１における、電源電圧が所定値より低いときでの、スイッチング素子と一次巻線との温度変化を表したグラフ。 実施形態１における、イグナイタの内部を示す平面図。 実施形態１における、点火装置の断面図。 実施形態２における、点火装置の回路図。 実施形態２における、電源電圧と基準電圧との関係を表したグラフ。 実施形態２における、電源電圧と強制オフ温度との関係を表したグラフ。 実施形態３における、点火装置の回路図。 実施形態３における、電源電圧と基準電圧との関係を表したグラフ。 実施形態３における、電源電圧と強制オフ温度との関係を表したグラフ。 実施形態４における、イグナイタの内部を示す平面図。 実施形態５における、イグナイタの内部を示す平面図。 実施形態６における、点火装置の回路図。 実施形態７における、点火装置の回路図。 比較形態における、電源電圧が低いときでの、スイッチング素子と一次巻線との温度変化を表したグラフ。

上記点火装置は、車両に搭載するための、車載用点火装置とすることができる。

（実施形態１）
上記点火装置に係る実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。図１に示すごとく、本形態の点火装置１は、点火コイル２と、スイッチング素子３と、温度センサ４と、サーマルシャット回路５とを備える。点火コイル２は、一次巻線２１と二次巻線２２とを備える。一次巻線２１の一方の端部２１１は、直流電源１１に接続している。本形態の直流電源１１は、鉛蓄電池である。また、一次巻線２１の、直流電源１１に接続した側とは反対側の端部２１２と、グランドとの間に、スイッチング素子３が接続している。二次巻線２２には、点火プラグ１０が接続している。

温度センサ４は、スイッチング素子３の温度を測定するために設けられている。
サーマルシャット回路５は、スイッチング素子３の温度が、予め定められた強制オフ温度Ｔ_offよりも高くなった場合に、スイッチング素子３を強制的にオフする。
サーマルシャット回路５は、直流電源１１の電源電圧Ｖ_bが低下したときに、強制オフ温度Ｔ_offを下げるよう構成されている。

図１に示すごとく、本形態では、スイッチング素子３としてＩＧＢＴを用いている。このスイッチング素子３の表面（図９参照）に、温度センサ４を形成してある。本形態の温度センサ４は、ダイオード４_dである。また、スイッチング素子３のゲート端子３１は、駆動回路１５に接続している。駆動回路１５の入力端子１５１には、図示しないＥＣＵから点火信号が入力される。この点火信号に従って、スイッチング素子３をオンオフ動作するよう構成されている。また、上記サーマルシャット回路５は、駆動回路１５に接続している。

点火プラグ１０を点火する際には、まず、スイッチング素子３をオンし、一次巻線２１に一次電流を流す。その後、スイッチング素子３をオフすると、二次巻線２２に高い二次電圧が発生する。この二次電圧を利用して、点火プラグ１０に火花放電を発生するよう構成されている。

ＥＣＵからの点火信号がＨになり、スイッチング素子３がオンになった後、何らかの異常が発生して、長時間、点火信号がＬに切り替わらないことがある（図５参照）。この場合、スイッチング素子３がオンし続けるため、一次巻線２１とスイッチング素子３とが一次電流によって発熱し、温度が上昇する。これらの温度が上昇しすぎることを、サーマルシャット回路５によって防止している。

すなわち、ダイオード４_dによって測定したスイッチング素子３の温度が、強制オフ温度Ｔ_offよりも高くなった場合、サーマルシャット回路５によって、駆動回路１５の出力電圧（ゲート電圧Ｖ_g）を強制的にＬにする。そのため、スイッチング素子３がオフする。図７に示すごとく、強制オフ温度Ｔ_offにおいてスイッチング素子３をオフさせると、一次電流による発熱が停止し、スイッチング素子３及び一次巻線２１の温度が次第に低下する。そのため、これらが強制オフ温度Ｔ_off以上にならないよう保護される。

上述したように、本形態のサーマルシャット回路５は、電源電圧Ｖ_bが低下した場合に、強制オフ温度Ｔ_offを低くするよう構成されている。すなわち、電源電圧Ｖ_bが所定値より高いときは、図７に示すごとく、強制オフ温度Ｔ_offを相対的に高い値（第１強制オフ温度Ｔ_off1）にし、電源電圧Ｖ_bが所定値より低下したときは、図８に示すごとく、強制オフ温度Ｔ_offを相対的に低い値（第２強制オフ温度Ｔ_off2）にする。

電源電圧Ｖ_bが高いときは、図７に示すごとく、一次巻線２１の温度は、スイッチング素子３の温度よりも低い。しかしながら、電源電圧Ｖ_bが低下すると、図８に示すごとく、一次巻線２１とスイッチング素子３との発熱バランスが変化し、一次巻線２１の方がスイッチング素子３よりも高温になる。このような現象が生じる理由について、以下に説明する。

一次電流をＩ₁（図１参照）とし、一次巻線２１の抵抗値をＲ_L1としたとき、一次巻線２１の消費電力Ｐ_L1は、以下の式によって表すことができる。
Ｐ_L1＝Ｒ_L1Ｉ₁ ²
また、スイッチング素子３には、電源電圧Ｖ_bから一次巻線２１の電圧降下Ｒ_L1Ｉ₁を減算した電圧（Ｖ_b−Ｒ_L1Ｉ₁）が加わる。そのため、スイッチング素子３の消費電力Ｐ_SWは、以下の式によって表すことができる。
Ｐ_SW＝（Ｖ_b−Ｒ_L1Ｉ₁）Ｉ₁

ここで、Ｒ_L1＝０．５Ω、Ｉ_１＝１０Ａとする。直流電源１１が十分充電されており、電源電圧Ｖ_bが高い値、例えば１４Ｖになっている場合、一次巻線２１の消費電力Ｐ_L1とスイッチング素子３の消費電力Ｐ_SWとは、それぞれ以下の値になる。
Ｐ_L1＝Ｒ_L1Ｉ₁ ²＝０．５×１０²＝５０（Ｗ）
Ｐ_SW＝（Ｖ_b−Ｒ_L1Ｉ₁）Ｉ₁＝（１４−０．５×１０）×１０＝９０（Ｗ）

又、直流電源１１が放電して電源電圧Ｖ_bが低下し、７Ｖになったとする。この場合でも、点火装置１は、一次電流Ｉ₁を一定の値（１０Ａ）にするよう制御する。そのため、Ｐ_L1とＰ_SWとは、それぞれ以下の値になる。
Ｐ_L1＝Ｒ_L1Ｉ₁ ²＝０．５×１０²＝５０（Ｗ）
Ｐ_SW＝（Ｖ_b−Ｒ_L1Ｉ₁）Ｉ₁＝（７−０．５×１０）×１０＝２０（Ｗ）

このように、スイッチング素子３の消費電力Ｐ_SWには電源電圧Ｖ_bの項があるため、電源電圧Ｖ_bが低下すると、消費電力Ｐ_SWが低下する。そのため、スイッチング素子３の温度は上昇しにくくなる。これに対して、一次巻線２１の消費電力Ｐ_L1には電源電圧Ｖ_bの項が無く、また、一次電流Ｉ₁が一定値に制御されるため、電源電圧Ｖ_bが低下しても、消費電力Ｐ_L1は殆ど変化しない。そのため、電源電圧Ｖ_bが低下すると、一次巻線２１の方がスイッチング素子３よりも高温になりやすい。

本形態では、電源電圧Ｖ_bが低下し、一次巻線２１が高温になる場合でも、一次巻線２１を充分に保護できるようにしてある。すなわち、図８に示すごとく、電源電圧Ｖ_bが低下したときは、強制オフ温度Ｔ_offを、相対的に低い値（第２強制オフ温度Ｔ_off2）にする。このようにすると、スイッチング素子３を、電源電圧Ｖ_bが高い場合（図７参照）よりも低い温度（第２強制オフ温度Ｔ_off2）でオフすることができる。したがって、一次巻線２１の温度が高くなりすぎる前に一次電流を停止でき、一次巻線２１を高温から保護することができる。

ここで仮に、電源電圧Ｖ_bにかかわらず強制オフ温度Ｔ_offを一定にしたとすると、電源電圧Ｖ_bが低くなったときに、一次巻線２１を高温から充分に保護できなくなる可能性がある。すなわち、図２１に示すごとく、電源電圧Ｖ_bが低くなると、スイッチング素子３は、コレクタ損失が下がり、発熱量が低下するが、一次巻線２１は、一次電流が一定に制御されているため発熱量は大きく変化しない。そのため、スイッチング素子３の温度が強制オフ温度Ｔ_offに達する時点で、一次巻線２１の温度が高くなりすぎてしまう可能性がある。また、スイッチング素子３の温度が低く、強制オフ温度Ｔ_offに到達しない可能性もある。そのため、スイッチング素子３がオフされず、一次巻線２１の発熱が継続して、温度が上昇し過ぎる可能性がある。これに対して、図８に示すごとく、本形態のように、電源電圧Ｖ_bが低下したときに強制オフ温度Ｔ_offを低下させれば、スイッチング素子３の温度を強制オフ温度Ｔ_offに到達させることができる。そのため、一次巻線２１が高温になりすぎる前に、スイッチング素子３をオフでき、一次電流を停止できる。したがって、一次巻線２１を高温から保護することができる。

なお、上記第１強制オフ温度Ｔ_off1は、スイッチング素子３をリードフレーム１６２（図９参照）に接続するはんだの溶融温度よりも低い値に設定される。例えば、はんだの溶融温度が２２０℃の場合、第１強制オフ温度Ｔ_off1は、２００℃程度に設定することができる。また、第２強制オフ温度Ｔ_off2は、例えば１６０℃程度に設定することができる。

次に、サーマルシャット回路５の構成について説明する。図１に示すごとく、サーマルシャット回路５は、比較器６（コンパレータ）と、定電圧回路１３と、定電流回路１４と、第１抵抗Ｒ₁と、第２抵抗Ｒ₂と、基準電圧シフト回路７とを備える。

定電流回路１４は、ダイオード４_dに一定の電流を流している。このときダイオード４_dに生じる順方向電圧Ｖ_fが、比較器６の反転入力端子６１に加わる。また、比較器６の非反転入力端子６２には基準電圧Ｖ_sが加わる。比較器６は、順方向電圧Ｖ_fと基準電圧Ｖ_sとを比較する。順方向電圧Ｖ_fが基準電圧Ｖ_sより低くなった場合に、出力電圧Ｖ_oがＨになる。その結果、スイッチング素子３のゲート電圧Ｖ_gがＬになり、スイッチング素子３がオフになる。

比較器６及び駆動回路１５の動作について、より詳細に説明する。図１に示すごとく、比較器６は、定電圧回路１３に接続している。比較器６は、基準電圧Ｖ_sとダイオード４の順方向電圧Ｖ_fとの差（Ｖ_s−Ｖ_f）を電圧利得Ａ_v倍した値を出力する。すなわち、下記の出力電圧Ｖ_Oを出力する。
Ｖ_O＝Ａ_v（Ｖ_s−Ｖ_f）
しかし、電圧利得Ａ_vは非常に大きな値であり、かつ定電圧回路１３の電圧Ｖ_iが出力電圧Ｖ_Oの上限値になるため、Ｖ_s−Ｖ_f＞０のときは、出力電圧Ｖ_O＝Ｖ_iとなる。つまり、出力電圧Ｖ_OがＨレベルになる。したがって、駆動回路１５内のＮＯＴゲート１５２にＨが入力され、ＮＯＴゲート１５２の出力がＬになる。そのため、ＡＮＤゲート１５３の２個の入力端子１５４，１５５のうち一方の入力端子１５４がＬになり、他方の入力端子１５５にＥＣＵからＨが入力されていても、ＡＮＤゲート１５３の出力は必ずＬになる。したがって、スイッチング素子３にゲート電圧が加わらなくなり、スイッチング素子３はオフになる。

また、Ｖ_s−Ｖ_f＜０のときは、比較器６の出力電圧Ｖ_Oは０（Ｖ）になる。すなわち、出力電圧Ｖ_OはＬレベルになる。そのため、ＮＯＴゲート１５２にＬが入力され、ＮＯＴゲート１５２の出力がＨになる。そのため、ＡＮＤゲート１５３の一方の入力端子１５４がＨになり、他方の入力端子１５５にＥＣＵからＨが入力されたときに、ＡＮＤゲート１５３の出力はＨになる。そのため、スイッチング素子３がオンになる。

図３に示すごとく、ダイオード４_dの順方向電圧Ｖ_fは、温度が上昇すると低下する特性を有する。そのため、スイッチング素子３が発熱し、温度が強制オフ温度Ｔ_off温度を超えると、順方向電圧Ｖ_fが基準電圧Ｖ_s以下（Ｖ_f＜Ｖ_s）になる。すなわち、Ｖ_s−Ｖ_f＞０になる。そのため、比較器６の出力電圧Ｖ_OはＨになる。したがって、駆動回路１５（図１参照）のＡＮＤゲート１５３の一方の入力端子１５４はＬになり、他方の入力端子１５５にＥＣＵからＨが入力されても、ＡＮＤゲート１５３の出力はＬになる。そのため、スイッチング素子３はオフになる。つまり、ＥＣＵからの指令に関わらず、スイッチング素子３は強制的にオフにされる。

また、図１に示すごとく、本形態のサーマルシャット回路５は、基準電圧シフト回路７を備える。基準電圧シフト回路７は、電源電圧Ｖ_bが低下した場合、基準電圧Ｖ_sを、相対的に低い値（第１基準電圧Ｖ_s1：図３参照）から、相対的に高い値（第２基準電圧Ｖ_s2）に切り替える。つまり、基準電圧シフト回路７は、電源電圧Ｖ_bが低下した場合、スイッチング素子３をオフする温度を、相対的に高い第１強制オフ温度Ｔ_off1から、相対的に低い第２強制オフ温度Ｔ_off2に切り替える。

図１に示すごとく、基準電圧シフト回路７は、ツェナーダイオード７１と、抵抗器７２と、トランジスタ７０と、第３抵抗Ｒ₃とを備える。ツェナーダイオード７１の降伏電圧Ｖ_zは、電源電圧Ｖ_bの最高値よりも低く設定されている。例えば、電源電圧Ｖ_bの最高値が１４Ｖの場合、ツェナーダイオード７１の降伏電圧Ｖ_zは、８Ｖ程度に設定することができる。また、第３抵抗Ｒ₃は、第２抵抗Ｒ₂に並列に接続している。トランジスタ７０は、第３抵抗Ｒ₃に直列に接続している。３個の抵抗Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃によって分圧回路５１が構成されている。

基準電圧Ｖ_sは、定電圧回路１３の電圧Ｖ_iを分圧回路５１によって分圧した値になる。すなわち、２個の抵抗Ｒ₂,Ｒ₃の接続点５２からグランドまでの抵抗をＲ_pとすると、基準電圧Ｖ_sは、以下の式によって表すことができる。
Ｖ_s＝Ｖ_iＲ_p／（Ｒ₁＋Ｒ_p） ・・・（１）

また、電源電圧Ｖ_bが、トランジスタ７０のベースエミッタ間電圧Ｖ_beと降伏電圧Ｖ_zとの和（Ｖ_z＋Ｖ_be）よりも高い場合は、ツェナーダイオード７１が降伏し、トランジスタ７０がオンする。そのため、上記接続点５２からグランドまでの抵抗Ｒ_pは、以下の値になる。
Ｒ_ｐ＝Ｒ₂Ｒ₃／（Ｒ₂＋Ｒ₃） ・・・（２）

電源電圧Ｖ_bがＶ_z＋Ｖ_beより低くなった場合、ツェナーダイオード７１が降伏しなくなり、トランジスタ７０がオフする。そのため、接続点５２からグランドまでの抵抗値Ｒ_pは、第２抵抗Ｒ₂と等しくなる。
Ｒ_p＝Ｒ₂ ・・・（３）

このように、電源電圧Ｖ_bがＶ_z＋Ｖ_beより高い場合は、抵抗値Ｒ_pが相対的に低くなり、式（１）によって表される基準電圧Ｖ_sが相対的に低くなる。また、電源電圧Ｖ_bがＶ_z＋Ｖ_beより低い場合は、抵抗値Ｒ_pが相対的に高くなり、基準電圧Ｖ_sが相対的に高くなる。したがって、電源電圧Ｖ_bと基準電圧Ｖ_sとの関係は、図２のグラフのようになる。

なお、図２において、第１基準電圧Ｖ_s1は、式（２）を式（１）に代入した値であり、下記式によって表される。
Ｖ_s1＝Ｖ_iＲ₂Ｒ₃／（Ｒ₁Ｒ₂＋Ｒ₁Ｒ₃＋Ｒ₂Ｒ₃）
また、第２基準電圧Ｖ_s2は、式（３）を式（１）に代入した値であり、下記式によって表される。
Ｖ_s2＝Ｖ_iＲ₂／（Ｒ₁＋Ｒ₂）

図５に示すごとく、何らかの異常が発生して、例えば上記点火信号が長時間Ｈになった場合、スイッチング素子３の温度が上昇する。これに伴い、ダイオード４_dの順方向電圧Ｖ_fが、温度特性により低下する。上述したように本形態では、電源電圧Ｖ_bがＶ_z＋Ｖ_beより高い場合は、基準電圧Ｖ_sを、相対的に低い第１基準電圧Ｖ_s1にする。そのため、順方向電圧Ｖ_fがより低くなってから、すなわちスイッチング素子３が相対的に高い温度（第１強制オフ温度Ｔ_off1）になってから、比較器６の出力電圧Ｖ_oがＨに切り替わり、スイッチング素子３のゲート電圧Ｖ_gがＬになる。そのため、スイッチング素子３がオフになり、温度が次第に低下する。

なお、スイッチング素子３がオフになって温度が低下すると、順方向電圧Ｖ_fが次第に上昇する。そのため、順方向電圧Ｖ_fの方が基準電圧Ｖ_sより高くなる。しかし、本形態では、比較器６にヒステリシス回路（図示しない）を設けているため、出力電圧Ｖ_oがＨになった後は、順方向電圧Ｖ_fの方が基準電圧Ｖ_sより高くなっても、暫くＨを出力し続ける。

また、図６に示すごとく、電源電圧Ｖ_bがＶ_z＋Ｖ_beより低い場合は、上述したように、基準電圧Ｖ_sが相対的に高い値（第２基準電圧Ｖ_s2）に切り替わる。そのため、図５の場合と比較して、順方向電圧Ｖ_fが高いとき、すなわちスイッチング素子３の温度が低い（第２強制オフ温度Ｔ_off2）ときに、比較器６の出力電圧Ｖ_oがＨになり、スイッチング素子３がオフになる。

次に、点火装置１の立体的な構造について説明する。図９に示すごとく、本形態では、スイッチング素子３と、制御ＩＣ１２とを纏めて一つの部品（イグナイタ１６）にしてある。制御ＩＣ１２には、上記駆動回路１５、サーマルシャット回路５等が形成されている。制御ＩＣ１２は、直流電源１１（図１参照）から供給される電力によって動作する。スイッチング素子３の表面には、上述したように、ダイオード４_dが形成されている。スイッチング素子３および制御ＩＣ１２は、ヒートシンクを兼ねたリードフレーム１６２に搭載されている。

また、図１０に示すごとく、本形態では、点火コイル２とイグナイタ１６とを纏めて一部品にしてある。点火コイル２は、コア２３と、一次巻線２１と、二次巻線２２とを備える。点火コイル２とイグナイタ１６とは、絶縁樹脂からなる封止部材１７によって封止されている。イグナイタ１６の端子１６９は、入力コネクタ１９のコネクタ端子１９１に接続している。また、二次巻線２２の端部２２２は、出力コネクタ２９のコネクタ端子２９１に接続している。

次に、本形態の作用効果について説明する。本形態のサーマルシャット回路５は、直流電源１１の電源電圧Ｖ_bが低下したときに、図８に示すごとく、強制オフ温度Ｔ_offを下げるよう構成されている。
そのため、電源電圧Ｖ_bが低下したとき、スイッチング素子３の測定温度が低くても、強制オフ温度Ｔ_offに到達できるようになり、スイッチング素子３をオフすることが可能になる。したがって、電源電圧Ｖ_bが低下した場合に、一次巻線２１の方がスイッチング素子３よりも温度が高くなったとしても、スイッチング素子３を低い温度でオフできるため、一次巻線２１が高温になりすぎる前に一次電流を停止できる。そのため、一次巻線２１を高温から確実に保護できる。

また、本形態では、温度センサ４としてダイオード４_dを用いている。図１に示すごとく、サーマルシャット回路５は、比較器６と基準電圧シフト回路７とを備える。比較器６は、ダイオード４_dの順方向電圧Ｖ_fと基準電圧Ｖ_sとを比較し、順方向電圧Ｖ_fの方が基準電圧Ｖ_sよりも低くなった場合に出力電圧Ｖ_oをＨにする。これにより、スイッチング素子３を強制的にオフする。また、基準電圧シフト回路７は、電源電圧Ｖ_bが低下したときに基準電圧Ｖ_sを上げるよう構成されている。これにより、強制オフ温度Ｔ_offを下げる（図５、図６参照）よう構成されている。
そのため、電源電圧Ｖ_bが低下したときに、強制オフ温度Ｔ_offを確実に下げることができる。

また、図４に示すごとく、本形態では、電源電圧Ｖ_bが低下するに伴って、強制オフ温度Ｔ_offを段階的に低下させるよう構成されている。
後述するように、電源電圧Ｖ_bが低下するに伴って、強制オフ温度Ｔ_offを連続的に低下させることも可能であるが、回路構成が複雑になりやすい。そのため、点火装置１の製造コストが上昇しやすくなる。これに対して、本形態のように、強制オフ温度Ｔ_offを段階的に低下すれば、サーマルシャット回路５の回路構成を簡素にできる。そのため、点火装置１の製造コストを低減できる。

また、図９に示すごとく、本形態の温度センサ４は、スイッチング素子３に設けられている。
そのため、温度センサ４によって、スイッチング素子３の温度を正確に測定することができる。

以上のごとく、本形態によれば、点火コイルの一次巻線を高温からより確実に保護できる点火装置を提供することができる。

以下の実施形態においては、図面に用いた符号のうち、実施形態１において用いた符号と同一のものは、特に記さない限り、実施形態１と同様の構成要素等を表す。

（実施形態２）
本形態は、基準電圧シフト回路７の数を変更した例である。図１１に示すごとく、本形態の点火装置１は、複数の基準電圧シフト回路７（７_a〜７_c）を備える。個々の基準電圧シフト回路７は、実施形態１と同様に、ツェナーダイオード７１と、抵抗器７２と、第３抵抗Ｒ₃（Ｒ_3a〜Ｒ_3c）と、トランジスタ７０とを備える。

個々のツェナーダイオード７１の降伏電圧Ｖ_zは、互いに異なる。第１ツェナーダイオード７１_aの降伏電圧Ｖ_zaは最も高く、第３ツェナーダイオード７１ｃの降伏電圧Ｖ_zcは最も低い。また、第２ツェナーダイオードの降伏電圧Ｖ_zbは、Ｖ_zaとＶ_zcとの中間の値である。これらの降伏電圧Ｖ_zは、実施形態１と同様に、電源電圧Ｖ_bよりも低い値に設定されている。

電源電圧Ｖ_bが低下すると、まず第１ツェナーダイオード７１_aが降伏しなくなる。そのため、第１基準電圧シフト回路７_aのトランジスタ７０_aがオフになり、この第１基準電圧シフト回路７_aの第３抵抗Ｒ_3aに電流が流れなくなる。そのため、接続点５２からグランドまでの抵抗値Ｒ_pが高くなり、基準電圧Ｖ_sが高くなる。さらに電源電圧Ｖ_bが低下すると、第２ツェナーダイオード７１_b、第３ツェナーダイオードが順次降伏しなくなり、基準電圧Ｖ_sが段階的に高くなる。

図１２に示すごとく、電源電圧Ｖ_bの低下に伴い、降伏しなくなるツェナーダイオード７１の数が増えるたびに、基準電圧Ｖ_sが段階的に高くなる。また、基準電圧Ｖ_sが高くなると、強制オフ温度Ｔ_offが低下する。従って、図１３に示すごとく、電源電圧Ｖ_bが低下するに伴って、強制オフ温度Ｔ_offが複数回、段階的に低下する。

本形態の作用効果を説明する。本形態では、図１３に示すごとく、電源電圧Ｖ_bが低下するに伴って、強制オフ温度Ｔ_offが複数回、低下するよう構成してある。そのため、電源電圧Ｖ_bが若干低下して、スイッチング素子３よりも一次巻線２１の方が僅かだけ高温になったときは、強制オフ温度Ｔ_offを僅かだけ低下させることができる。また、電源電圧Ｖ_bが大きく低下して、スイッチング素子３と一次巻線２１との温度差が大きくなった場合は、強制オフ温度Ｔ_offを大きく低下させることができる。したがって、スイッチング素子３と一次巻線２１との温度差に応じて、強制オフ温度Ｔ_offをより適切な値にすることができる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施形態３）
本形態は、基準電圧シフト回路７の構成を変更した例である。図１４に示すごとく、本形態の基準電圧シフト回路７は、減算回路７９と分圧回路７７とを備える。分圧回路７７は、互いに直列接続された２個の抵抗Ｒ_e，Ｒ_fからなる。分圧回路７７には、電源電圧Ｖ_bが加わる。分圧回路７７を用いて、電源電圧Ｖ_bの分圧値Ｖ_b’を取得できるようにしてある。ここで、分圧値Ｖ_b’は、以下の式により表すことができる。
Ｖ_b’＝Ｖ_bＲ_f／（Ｒ_e＋Ｒ_f）

また、減算回路７９は、オペアンプ７８と、複数の抵抗Ｒ_a〜Ｒ_dとによって構成されている。オペアンプ７８の非反転入力端子７８１は、定電圧回路１３に接続している。また、オペアンプ７８の反転入力端子７８２は、分圧回路７７に接続している。減算回路７９の出力は、基準電圧Ｖ_sとして、比較器６に入力される。抵抗Ｒ_a〜Ｒ_dの値を調整することにより、減算回路７９の出力、すなわち基準電圧Ｖ_sを、例えば、定電圧回路１３の電圧Ｖ_iから分圧値Ｖ_b’を減算した値とすることができる。つまり、
Ｖ_s＝Ｖ_i−Ｖ_b’
＝Ｖ_i−Ｖ_bＲ_f／（Ｒ_e＋Ｒ_f）
とすることができる。

このようにすると、図１５に示すごとく、電源電圧Ｖ_bの低下に伴って、基準電圧Ｖ_sを連続的に増加させることができる。したがって、図１６に示すごとく、電源電圧Ｖ_bの低下に伴って、強制オフ温度Ｔ_offを連続的に低下させることができる。

本形態の作用効果について説明する。本形態では、図１６に示すごとく、電源電圧Ｖ_bの低下に伴って、強制オフ温度Ｔ_offが連続的に低下するよう構成してある。そのため、電源電圧Ｖ_bの低下量に応じて、強制オフ温度Ｔ_offを連続的に変化させることができ、強制オフ温度Ｔ_offを最適な値にすることができる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施形態４）
本形態は、温度センサ４を設ける位置を変更した例である。図１７に示すごとく、本形態では、温度センサ４を制御ＩＣ１２に形成してある。制御ＩＣ１２は、スイッチング素子３に隣り合う位置に設けられている。温度センサ４はスイッチング素子３の温度を直接検知することはできないが、スイッチング素子３に隣り合う位置に配置されているため、相関をもってスイッチング素子３の温度を検知することができる。そのため、制御ＩＣ１２に温度センサ４を設けても、スイッチング素子３の温度を測定することができる。なお、本形態では、実施形態１と同様に、温度センサ４としてダイオード４_dを用いている。

本形態の作用効果について説明する。実施形態１のように、温度センサ４をスイッチング素子３に形成する（図９参照）場合は、ワイヤ１６３を用いて温度センサ４と制御ＩＣ１２とを電気接続する必要があるが、本形態では図１７に示すように、温度センサ４を制御ＩＣ１２に形成してあるため、これらを接続するワイヤ１６３が不要になる。そのため、ワイヤ１６３の本数を低減することができる。ワイヤ１６３はＡｕ等によって形成されるため、ワイヤ１６３の本数を低減することにより、点火装置１の製造コストを大幅に低減することが可能になる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施形態５）
本形態は、スイッチング素子と制御ＩＣ１２との構成を変更した例である。図１８に示すごとく、本形態では、制御ＩＣ１２とスイッチング素子３とを一部品化して一つの半導体チップ１００を構成してある。温度センサ４は、スイッチング素子３に設けられている。また、サーマルシャット回路５は、制御ＩＣ１２に形成されている。

上記構成においては、制御ＩＣ１２はスイッチング素子３と同一の半導体チップ１００に形成されているため、温度センサ４をスイッチング素子３に設けても、または制御ＩＣ１２に設けても、スイッチング素子３の温度を検知することが可能である。
また、上記構成にすると、制御ＩＣ１２とスイッチング素子３とを一部品化しているため、部品点数を低減できる。さらに、制御ＩＣ１２とスイッチング素子３とを接続するためのワイヤ１６３（図９参照）を設ける必要がないため、イグナイタ１６の製造コストを低減できる。さらには、制御ＩＣ１２およびスイッチング素子３に接続用のパッド１６８（図９参照）を設ける必要がなくなるため、チップ面積を低減でき、イグナイタ１６を小型化できる。そのため、点火装置１を小型化できるという更なる作用効果がある。

なお、本形態では温度センサ４をスイッチング素子３に設けたが、本発明はこれに限るものではなく、温度センサ４を制御ＩＣに設けてもよい。また、サーマルシャット回路５をスイッチング素子３に形成してもよい。

（実施形態６）
本形態は、制御ＩＣ１２の回路構成を変更した例である。図１９に示すごとく、本形態においても、スイッチング素子３に温度センサ４が形成され、制御ＩＣ１２に、サーマルシャット回路５及び基準電圧シフト回路７が形成されている。
また、本形態では、制御ＩＣ１２に、サーマルシャット回路５及び基準電圧シフト回路７の他に、電流制限回路１２１と、動作レベル設定回路１２２とを形成してある。制御ＩＣ１２の入力端子１２９には、図示しないＥＣＵから点火信号が入力される。本形態では、実施形態１と異なり、直流電源１１の電力によって制御ＩＣ１２を駆動していない。本形態では、上記点火信号を制御ＩＣ１２の電源として利用しており、点火信号がＨになったときに、この点火信号がスイッチング素子３に加わってオンになるよう構成してあると共に、点火信号そのものの電圧を利用して、サーマルシャット回路５等を動作させている。そのため、点火装置１を小型化できるという更なる作用効果がある。

（実施形態７）
本形態は、サーマルシャット回路５の構成を変更した例である。図２０に示すごとく、本形態のサーマルシャット回路５は、デジタル制御部５０と、分圧回路５１とを備える。デジタル制御部５０は、Ａ／Ｄコンバータ５０１と、ＣＰＵ５０２と、ＲＯＭ５０３と、ＲＡＭ５０４とを備える。ＲＯＭ５０３には、制御用のプログラム５０５が書き込まれている。ＣＰＵ５０２は、プログラム５０５を読み出して実行する。これにより、強制オフ温度Ｔ_offの制御を行うよう構成されている。

Ａ／Ｄコンバータ５０１は、分圧回路５１による電源電圧Ｖ_bの分圧値Ｖ_b’と、ダイオード４_dの順方向電圧Ｖ_fとをデジタル値に変換する。ＣＰＵ５０２は、順方向電圧Ｖ_fを用いて、スイッチング素子３の温度を算出する。また、ＣＰＵ５０２は、分圧値Ｖ_b’が低下したときに、強制オフ温度Ｔ_offを下げる制御を行う。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。

１ 点火装置
１０ 点火プラグ
１１ 直流電源
２ 点火コイル
２１ 一次巻線
３ スイッチング素子
４ 温度センサ
５ サーマルシャット回路
Ｔ_off 強制オフ温度
Ｖ_b 電源電圧

Claims (7)

1. 点火プラグ（１０）を点火するための点火装置（１）であって、
   直流電源（１１）に接続した一次巻線（２１）と、上記点火プラグに接続した二次巻線（２２）とを有する点火コイル（２）と、
   上記一次巻線の、上記直流電源に接続した側とは反対側の端部（２１２）に接続したスイッチング素子（３）と、
   該スイッチング素子の温度を測定する温度センサ（４）と、
   上記スイッチング素子の温度が、予め定められた強制オフ温度（Ｔ_off）よりも高くなった場合に、上記スイッチング素子を強制的にオフするサーマルシャット回路（５）とを備え、
   該サーマルシャット回路は、上記直流電源の電源電圧（Ｖ_b）が低下したときに、上記強制オフ温度を下げるよう構成されている、点火装置。
2. 上記温度センサはダイオード（４_d）であり、上記サーマルシャット回路は、上記ダイオードの順方向電圧（Ｖ_f）と基準電圧（Ｖ_s）とを比較し、上記順方向電圧の方が上記基準電圧よりも低くなった場合に上記スイッチング素子を強制的にオフする比較器（６）と、上記電源電圧が低下したときに上記基準電圧を上げることにより、上記強制オフ温度を下げる基準電圧シフト回路（７）とを備える、請求項１に記載の点火装置。
3. 上記温度センサは上記スイッチング素子に設けられている、請求項１又は請求項２に記載の点火装置。
4. 上記サーマルシャット回路は、上記スイッチング素子の動作制御を行う制御ＩＣ（１２）に形成され、該制御ＩＣは上記スイッチング素子と隣り合う位置に配され、上記温度センサは上記制御ＩＣに設けられている、請求項１又は請求項２に記載の点火装置。
5. 上記サーマルシャット回路は、上記スイッチング素子の動作制御を行う制御ＩＣに形成され、該制御ＩＣと上記スイッチング素子とを一部品化して一つの半導体チップ（１００）を構成してあり、上記温度センサは上記制御ＩＣ又は上記スイッチング素子に設けられている、請求項１又は請求項２に記載の点火装置。
6. 上記サーマルシャット回路は、上記電源電圧の低下に伴って、上記強制オフ温度を段階的に下げるよう構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の点火装置。
7. 上記サーマルシャット回路は、上記電源電圧の低下に伴って、上記強制オフ温度を連続的に下げるよう構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の点火装置。

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