内燃機関用点火制御装置
【課題】二次電圧の高圧化および点火応答時間の短縮と、遮断ノイズ低減との両立を図る。
【解決手段】一次コイル１１への通電と遮断を制御するメインＩＧＢＴ３１（点火用スイッチング素子）と、メインＩＧＢＴ３１のコレクタＣｍとゲートＧｍ間に接続され、コレクタＣｍの電圧をゲートＧｍへ印加して帰還させるか否かを制御するサブＩＧＢＴ３２（帰還用スイッチング素子）と、を備える。そして、メインＩＧＢＴ３１のオフ作動に伴いコレクタＣｍに生じた遮断ノイズ電圧により、サブＩＧＢＴ３２のコレクタＣｓ（帰還入力端子)とゲートＧｓ（帰還導通制御端子）間に存在する寄生コンデンサＣｐａｒａが充電され、この充電によりゲートＧｓの制御電圧が上昇してサブＩＧＢＴ３２はオン作動し、かつ、寄生コンデンサＣｐａｒａが放電することにより前記制御電圧が下降してサブＩＧＢＴ３２はオフ作動するように構成する。
【解決手段】一次コイル１１への通電と遮断を制御するメインＩＧＢＴ３１（点火用スイッチング素子）と、メインＩＧＢＴ３１のコレクタＣｍとゲートＧｍ間に接続され、コレクタＣｍの電圧をゲートＧｍへ印加して帰還させるか否かを制御するサブＩＧＢＴ３２（帰還用スイッチング素子）と、を備える。そして、メインＩＧＢＴ３１のオフ作動に伴いコレクタＣｍに生じた遮断ノイズ電圧により、サブＩＧＢＴ３２のコレクタＣｓ（帰還入力端子)とゲートＧｓ（帰還導通制御端子）間に存在する寄生コンデンサＣｐａｒａが充電され、この充電によりゲートＧｓの制御電圧が上昇してサブＩＧＢＴ３２はオン作動し、かつ、寄生コンデンサＣｐａｒａが放電することにより前記制御電圧が下降してサブＩＧＢＴ３２はオフ作動するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に搭載された点火コイルの一次コイルへの通電と遮断を制御する、内燃機関用点火制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の点火装置は、一次コイルへの通電をＩＧＢＴ（点火用スイッチング素子）で遮断することにより、二次電圧を昇圧して火花放電させる構成が一般的であるが、一次コイルの通電を遮断させることに伴い、電気ノイズ（遮断ノイズ）が生じる。
【０００３】
この遮断ノイズは、一次電流Ｉ１の遮断速度Ｉ１／ｄｔを遅くすることで低減できる。そこで従来では、ＩＧＢＴのゲートへの通電オフを開始した後、ＩＧＢＴのコレクタ電位がゲート電位よりも所定以上高くなった時に、ＩＧＢＴのコレクタからゲートへ帰還電流を流す回路（帰還回路）を設けている（特許文献１参照）。これによれば、ゲート通電オフの後、帰還電流によりゲート電位が持ち上げられるので、ゲート通電オフを開始してからゲート電圧がゼロになるまでのゲート電圧低下速度が遅くなる。そのため、前記遮断速度Ｉ１／ｄｔを遅くすることができ、ひいては遮断ノイズの低減を実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９１７８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の帰還回路では、遮断ノイズが瞬時的に発生した後においても帰還電流を流すようになるので、遮断速度Ｉ１／ｄｔを遅くする期間が過剰に長くなっていると言える。その結果、遮断ノイズを確実に低減できるものの、遮断速度Ｉ１／ｄｔが遅いことに起因して二次電圧が低くなり、火花放電安定化の妨げとなる。また、このように遮断速度Ｉ１／ｄｔが遅くなると、ＩＧＢＴのゲートへの通電をオフしてから火花放電が為されるまでに要する時間（点火応答時間）が長くなる。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、二次電圧の高圧化および点火応答時間の短縮と、遮断ノイズ低減との両立を図った内燃機関用点火制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００８】
請求項１記載の発明では、点火コイルを構成する一次コイルへの通電と遮断を制御する点火用スイッチング素子と、前記点火用スイッチング素子の入力端子と導通制御端子との間に接続され、前記入力端子の電圧を前記導通制御端子へ印加して帰還させるか否かを制御する帰還用スイッチング素子と、を備える。
【０００９】
そして、前記点火用スイッチング素子のオフ作動に伴い前記入力端子に生じた遮断ノイズ電圧により、前記帰還用スイッチング素子の帰還入力端子および帰還導通制御端子間に存在する寄生コンデンサが充電され、この充電により前記帰還導通制御端子の制御電圧が上昇して前記帰還用スイッチング素子はオン作動するように構成され、かつ、前記寄生コンデンサが放電することにより前記制御電圧が下降して前記帰還用スイッチング素子はオフ作動するように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
以下、点火用スイッチング素子および帰還用スイッチング素子にＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を採用した図１の例を参照して、上記発明について説明する。
【００１１】
上記発明は、点火用スイッチング素子（メインＩＧＢＴ３１）の入力端子（コレクタＣｍ）から導通制御端子（ゲートＧｍ）へ帰還電流を流すにあたり、帰還用スイッチング素子（サブＩＧＢＴ３２）の寄生コンデンサＣｐａｒａを次のように利用したものである。
【００１２】
すなわち、メインＩＧＢＴ３１のオフ作動に伴い、一次コイルによって誘起される遮断ノイズ電圧がコレクタＣｍに生じるが、この遮断ノイズ電圧により寄生コンデンサＣｐａｒａが充電され、この充電により帰還導通制御端子（ゲートＧｓ）の制御電圧が上昇してサブＩＧＢＴ３２はオン作動するように構成されている。
【００１３】
そのため、メインＩＧＢＴ３１のオフ作動に伴いサブＩＧＢＴ３２がオン作動して、メインＩＧＢＴ３１のコレクタＣｍからゲートＧｍへ帰還電流が流れる。その結果、ゲートＧｍの電位が持ち上げられてゲートＧｍの電圧低下速度が遅くなり、ひいては一次電流の遮断速度Ｉ１／ｄｔが遅くなる。よって、遮断ノイズの低減を図ることができる。
【００１４】
さらに上記発明では、寄生コンデンサＣｐａｒａが充電された後、寄生コンデンサＣｐａｒａが放電することによりサブＩＧＢＴ３２のゲートＧｓの制御電圧が下降して、サブＩＧＢＴ３２はオフ作動するように構成されている。
【００１５】
そのため、遮断ノイズが生じると寄生コンデンサＣｐａｒａの充電によりサブＩＧＢＴ３２がオン作動して帰還電流が流れ、その後直ぐに寄生コンデンサＣｐａｒａが放電することにより、サブＩＧＢＴ３２がオフ作動して帰還電流が流れなくなる。したがって、遮断ノイズが生じている瞬間だけ帰還電流が流れるようになるので、一次電流の遮断速度Ｉ１／ｄｔを遅くする期間を、遮断ノイズの発生時に合わせることができる。そのため、遮断ノイズの発生終了以降にも帰還電流を流す従来の手法に比べて、二次電圧の高圧化および点火応答時間の短縮を図ることができる。
【００１６】
以上により、上記発明によれば、遮断ノイズの発生時に合わせて帰還電流を流すので、二次電圧の高圧化および点火応答時間の短縮と、遮断ノイズ低減との両立を図ることができる。
【００１７】
請求項２記載の発明では、前記寄生コンデンサのうち前記帰還導通制御端子の側から、前記帰還用スイッチング素子の帰還出力端子へ放電されるよう構成されており、前記帰還導通制御端子および前記帰還出力端子間に接続され、前記寄生コンデンサからの前記放電を抑制する放電抑制手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
ここで、上記放電抑制手段を備えずに帰還導通制御端子と帰還出力端子をショートすると、サブＩＧＢＴ３２のコレクタ側に遮断ノイズ電圧が印加されても、寄生コンデンサＣｐａｒａのゲート側の電荷が蓄えられることなくそのまま放電していくおそれがある。すると、寄生コンデンサＣｐａｒａへの充電が十分に為されなくなり、サブＩＧＢＴ３２のゲートＧｓにおける制御電圧を十分に上昇できなくなり、サブＩＧＢＴ３２を確実にオン作動させることが困難になる。この点を鑑みた上記発明によれば、放電抑制手段（例えば図１に例示する抵抗Ｒ２）を備えることにより、寄生コンデンサＣｐａｒａへの充電を十分にして、サブＩＧＢＴ３２のゲートＧｓにおける制御電圧を十分に上昇できるようになるので、サブＩＧＢＴ３２を確実にオン作動させることが可能になる。
【００１９】
ちなみに、放電抑制手段は抵抗Ｒ２に限られるものではなく、例えばスイッチング素子を放電抑制手段として採用してもよく、この場合には、寄生コンデンサＣｐａｒａへの充電期間にはスイッチング素子（放電抑制手段）をオフ作動し、放電期間にはオン作動させればよい。
【００２０】
請求項３記載の発明では、前記点火用スイッチング素子と前記帰還用スイッチング素子が、同一のチップ上に形成されていることを特徴とする。また、請求項４記載の発明では、前記点火用スイッチング素子と前記帰還用スイッチング素子が、同一のヒートシンク上に配置されていることを特徴とする。
【００２１】
ここで、寄生コンデンサを利用した請求項１記載の発明に反して、メインＩＧＢＴ３１のコレクタ−ゲート間に実際のコンデンサおよび抵抗を設けることによっても、遮断ノイズ電圧により前記コンデンサに充電して帰還電流を流すようにでき、ひいては遮断ノイズの発生時に合わせて帰還電流を流すようにできることを本発明者らは見出した。しかしながら、このようにコンデンサを設ける構成にすると、メインＩＧＢＴ３１と同一のチップ上に前記コンデンサを形成することは困難となる。
【００２２】
これに対し、サブＩＧＢＴ３２の寄生コンデンサＣｐａｒａを利用した請求項１記載の発明によれば、上記請求項３記載の如く、メインＩＧＢＴ３１と同一のチップ上にサブＩＧＢＴ３２を形成することを容易に実現でき、ひいては内燃機関用点火制御装置の搭載スペースを小さくできる。また、上記請求項４記載の如く、メインＩＧＢＴ３１とサブＩＧＢＴ３２を同一のヒートシンク上に配置することを容易に実現でき、ひいては内燃機関用点火制御装置の搭載スペースを小さくできる。
【００２３】
請求項５記載の発明では、前記導通制御端子から、前記帰還用スイッチング素子を通じて、前記入力端子へ電流が流れることを制限する制限手段を備えることを特徴とする。
【００２４】
ここで、上記発明に反して、制限手段を廃止すると、メインＩＧＢＴ３１のゲートＧｍの電位がコレクタＣｍの電位より高くなった時に、ゲートＧｍからサブＩＧＢＴ３２を通じてコレクタＣｍへ電流が逆流することが懸念される。この点を鑑み、上記発明では、導通制御端子から、前記帰還用スイッチング素子を通じて、前記入力端子へ電流が流れることを制限する制限手段（例えば図５に例示するダイオード３３）を備えるので、上記懸念を解消できる。
【００２５】
ちなみに、制限手段はダイオード３３に限られるものではなく、例えばスイッチング素子を制限手段として採用してもよく、この場合には、メインＩＧＢＴ３１のゲートＧｍの電位がコレクタＣｍの電位より高くなった時にスイッチング素子（制限手段）をオフ作動し、それ以外の時にはオン作動させればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる点火制御装置と、当該制御装置の制御対象である点火装置を示す回路図。
【図２】図１のサブＩＧＢＴ３２の作動を説明する図。
【図３】第１実施形態において、遮断ノイズ発生の一瞬だけ帰還電流を流すように作動した時の各種変化を示すタイムチャート。
【図４】図３（ｂ）（ｃ）の拡大図。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる点火制御装置を示す回路図。
【図６】本発明の第３実施形態にかかる点火制御装置を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。また、以下に説明する各実施形態は、車両に搭載された内燃機関の点火装置を制御対象としている。
【００２８】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態にかかる点火制御装置と、当該制御装置の制御対象である点火装置を示す回路図である。点火装置は、一次コイル１１および二次コイル１２を有して構成される点火コイル１０、および点火プラグ１３を備える。そして、車両に搭載された直流のバッテリ２０から一次コイル１１へ通電し、その通電を遮断することにより、二次コイル１２に誘起電圧（二次電圧Ｖ２）を生じさせて、その二次電圧Ｖ２を点火プラグ１３に印加して火花放電させる。なお、バッテリ２０からは車両に搭載された各種電気機器２１へも電力供給されるよう、各種電気機器２１および点火装置は並列接続されている。
【００２９】
一次コイル１１への通電と遮断の切り替えは、メインＩＧＢＴ３１（点火用スイッチング素子）により制御される。そして、メインＩＧＢＴ３１のオンオフ作動は、モノシリック集積回路（ＭＩＣチップ４０）が有するゲート駆動回路４１から出力されるゲート信号により制御される。また、ゲート駆動回路４１は、電子制御ユニット（ＥＣＵ５０）から出力される点火信号により制御される。
【００３０】
ＥＣＵ５０は、内燃機関の出力回転速度や内燃機関の負荷等に応じて目標点火時期を算出し、その目標点火時期に点火コイル１０で火花放電することとなるよう、点火信号をゲート駆動回路４１へ出力する。
【００３１】
点火信号は５Ｖのパルス信号であり、点火信号のパルスの立ち上がりタイミングで、ゲート駆動回路４１はゲート信号を出力し、抵抗Ｒ１により電圧調整されたゲート信号（ゲート電圧ＶＧｍ）がメインＩＧＢＴ３１のゲートＧｍ（導通制御端子）へ印加される。その結果、メインＩＧＢＴ３１のコレクタＣｍ（入力端子）からエミッタＥｍ（出力端子）へ電流Ｉ１が流れるようにメインＩＧＢＴ３１はオン作動し、一次コイル１１へバッテリ２０から供給される電流（一次電流Ｉ１）が流れる。
【００３２】
一方、点火信号のパルスの立ち下がりタイミングで、ゲート駆動回路４１はゲート信号の出力を停止し、ゲートＧｍへ印加されていたゲート電圧ＶＧｍが遮断される。その結果、メインＩＧＢＴ３１はオフ作動して一次電流Ｉ１が遮断され、二次電圧Ｖ２が点火プラグ１３へ印加されて火花放電する。
【００３３】
なお、点火制御装置には、一次電流Ｉ１が所定値以上にならないように制限する電流制限回路４２が備えられており、図１に示す例では、電流制限回路４２とゲート駆動回路４１を同一のモノシリック集積回路（ＭＩＣチップ４０）上に設けている。また、メインＩＧＢＴ３１は、以下に説明するサブＩＧＢＴ３２および抵抗Ｒ２（放電抑制手段）と同一の集積回路（ＩＧＢＴチップ３０）上に設けられている。そして、ＩＧＢＴチップ３０およびＭＩＣチップ４０は同一の筐体に収容されてイグナイタＩｇを構成しており、このイグナイタＩｇと点火コイル１０は、１つの組付体（点火コイルアッシーＡｓ）としてユニット化されている。
【００３４】
また、イグナイタＩｇはノイズ除去用のコンデンサＣを備えており、このコンデンサＣは、イグナイタＩｇの外部から伝播してくるノイズを除去するよう機能するとともに、イグナイタＩｇの内部で生じたノイズを除去して外部へ伝播することを抑制するよう機能する。
【００３５】
サブＩＧＢＴ３２は、メインＩＧＢＴ３１のコレクタＣｍとゲートＧｍの間に接続され、コレクタＣｍの電圧（つまり一次コイル１１に印加される一次電圧Ｖ１）をゲートＧｍへ印加して帰還させるか否かを制御する。
【００３６】
つまり、サブＩＧＢＴ３２のゲートＧｓ（帰還導通制御端子）への印加電圧（ゲート電圧ＶＧｓ）が閾値Ｖｔｈ以上になると、サブＩＧＢＴ３２のコレクタＣｓ（帰還入力端子）からエミッタＥｓ（帰還出力端子）へ電流Ｉｒｅｔが流れるようにサブＩＧＢＴ３２はオン作動する。その結果、メインＩＧＢＴ３１のコレクタＣｍからゲートＧｍへ帰還電流Ｉｒｅｔが流れる。一方、サブＩＧＢＴ３２のゲート電圧ＶＧｓが閾値Ｖｔｈ未満になると、サブＩＧＢＴ３２はオフ作動して帰還電流Ｉｒｅｔが遮断される。
【００３７】
ここで、メインＩＧＢＴ３１へのゲート信号をオフして一次コイル１１への一次電流Ｉ１を遮断すると、その遮断した一瞬だけ、メインＩＧＢＴ３１のコレクタＣｍに大きな電圧が遮断ノイズとして生じる。すると、電気機器２１および点火コイル１０等にバッテリ２０から電力供給する電気経路上に存在する寄生コイルＬｐａｒａ、及び先述したコンデンサＣにより遮断ノイズがＬＣ共振して、点火コイルアッシーＡｓに接続されるワイヤハーネスＷ等を流れて各種の電気機器２１へ伝播することが懸念される。
【００３８】
このような遮断ノイズは、一次コイル１１の遮断速度を遅くして一次電圧（つまりメインＩＧＢＴ３１のコレクタ電圧ＶＣｍ）の低下速度を遅くすることで低減できる。そこで、ゲート信号をオフして一次電流Ｉ１を遮断する一瞬だけ帰還電流Ｉｒｅｔを流すことで、メインＩＧＢＴ３１のゲート電圧ＶＧｍの低下速度を遅くする。これにより、コレクタ電圧ＶＣｍ（一次電圧Ｖ１）の遮断時の低下速度を遅くすることができ、ひいては遮断ノイズの低減を実現できる。
【００３９】
但し、一次電圧Ｖ１の低下速度を遅くする期間を長くするほど、二次電圧Ｖ２が低くなり、点火プラグ１３での火花放電安定化の妨げとなる。また、このように遮断速度を遅くする期間を長くするほど、点火信号をパルスオフさせてゲート信号をオフしてから、点火プラグ１３で火花放電するまでに要する時間（点火応答時間）が長くなり、目標点火時期で火花放電させることを高精度で制御できなくなる。
【００４０】
したがって、一次電流Ｉ１を遮断する一瞬だけサブＩＧＢＴ３２をオン作動させて帰還電流Ｉｒｅｔを流すようにすれば、二次電圧Ｖ２の高圧化および点火応答時間の短縮と、遮断ノイズ低減との両立を図ることができる。そこで本実施形態では、以下に説明する寄生コンデンサＣｐａｒａおよび抵抗Ｒ２により、遮断の一瞬だけサブＩＧＢＴ３２のゲート電圧ＶＧｓを印加してオン作動させることを実現させている。
【００４１】
すなわち、図１および図２に示すように、サブＩＧＢＴ３２のゲートＧｓとエミッタＥｓの間には、抵抗Ｒ２が接続されている。また、図１では図示を省略しているが、図２に示すように、サブＩＧＢＴ３２のコレクタＣｓとゲートＧｓの間には、寄生コンデンサＣｐａｒａが存在している。
【００４２】
そのため、メインＩＧＢＴ３１をオフ作動させると、その瞬間に生じた遮断ノイズ電圧（コレクタＣｍ，Ｃｓの電圧）により寄生コンデンサＣｐａｒａが充電されることとなる（図２（ａ）参照）。ちなみに、抵抗Ｒ２を廃止してゲートＧｓとエミッタＥｓをショートさせると、寄生コンデンサＣｐａｒａのうちゲートＧｓ側の電荷はエミッタＥｓへそのまま移動するだけであり、サブＩＧＢＴ３２のゲート電圧ＶＧｓを高くすることができない。よって、遮断ノイズ電圧によりコレクタＣｍ，Ｃｓの電圧が高くなってもサブＩＧＢＴ３２はオン作動しない。
【００４３】
一方、遮断ノイズ電圧が無くなり、コレクタＣｍ，Ｃｓの電圧が低下していくと、寄生コンデンサＣｐａｒａから放電されることとなる（図２（ｂ）参照）。具体的には、寄生コンデンサＣｐａｒａに充電された電荷が、抵抗Ｒ２により制限されながらエミッタＥｓへ徐々に移動していく。つまり、ゲート電圧ＶＧｓは徐々に低下していく。
【００４４】
したがって、抵抗Ｒ２の抵抗値が大きいほど、遮断ノイズが無くなった後におけるサブＩＧＢＴ３２のゲート電圧ＶＧｓの低下速度が遅くなり、その結果、メインＩＧＢＴ３１のゲート電圧ＶＧｍの低下速度が遅くなり、一次コイル１１の遮断速度が遅くなる。つまり、抵抗Ｒ２の抵抗値を調整することで、ゲート電圧ＶＧｓの低下速度を調整でき、ひいてはゲート電圧ＶＧｍの低下速度を調整して一次コイル１１の遮断速度を調整できると言える。要するに、二次電圧Ｖ２の高圧化および点火応答時間の短縮と、遮断ノイズ低減とのバランスを最適にする前記抵抗値を試験等により決定して、抵抗Ｒ２を選定すればよい。
【００４５】
図３は、上述の如く遮断ノイズ発生の一瞬だけ帰還電流Ｉｒｅｔを流すように作動した時のタイムチャートである。図中の（ａ）はＥＣＵ５０から出力される点火信号、（ｂ）はメインＩＧＢＴ３１のゲート電圧ＶＧｍ、（ｃ）はメインＩＧＢＴ３１のコレクタ電圧ＶＣｍ、（ｄ）は一次電流Ｉ１、（ｅ）はワイヤハーネスＷを流れる電流Ｉｗ、（ｆ）はイグナイタＩｇに設けられたバッテリ供給端子の電圧ＶＢ、（ｇ）は二次電圧Ｖ２の変化を示す。
【００４６】
先ず、ｔ１時点で点火信号のパルスオンがＥＣＵ５０から出力されると（（ａ）参照）、ゲート電圧ＶＧｍは徐々に上昇していく（（ｂ）参照）、そして、ゲート電圧ＶＧｍがバッテリ電圧＋Ｂに達したｔ２時点で、メインＩＧＢＴ３１がオン作動して、コレクタＣｍからエミッタＥｍへ一次電流Ｉ１が流れはじめる。つまり、ｔ２時点でコレクタ電圧（一次電圧Ｖ１）は接地電圧とほぼ同じ電位にまで低下し（（ｃ）参照）、一次電流Ｉ１および電流Ｉｗは上昇を開始する（（ｄ）（ｅ）参照）。
【００４７】
その後、ｔ３時点で点火信号のパルスオンがＥＣＵ５０から出力されると（（ａ）参照）、ゲート電圧ＶＧｍは徐々に下降していきく（（ｂ）参照）。そして、ゲート電圧ＶＧｍが所定の閾値まで低下したｔ４時点で、メインＩＧＢＴ３１がオフ作動を開始するとともに、一次電圧Ｖ１に遮断ノイズＮが発生する（（ｃ）参照）。
【００４８】
図４は図３（ｂ）（ｃ）の拡大図であり、図中の（ｈ）はサブＩＧＢＴ３２のゲート電圧ＶＧｓ、（ｉ）はサブＩＧＢＴ３２の作動状態変化を示す。そして、遮断ノイズＮが生じたｔ４時点で、寄生コンデンサＣｐａｒａが充電されてサブＩＧＢＴ３２のゲート電圧ＶＧｓが持ち上げられて（（ｈ）参照）、サブＩＧＢＴ３２がオン作動を開始する（（ｉ）参照）。その後、寄生コンデンサＣｐａｒａからの放電に伴いゲート電圧ＶＧｓが下降していき、ゲート電圧ＶＧｓが所定の閾値Ｖｔｈにまで低下したｔ５時点で、サブＩＧＢＴ３２はオフ作動に切り替わる。
【００４９】
したがって、遮断ノイズＮが生じたｔ４時点から、寄生コンデンサＣｐａｒａの放電がある程度為されるｔ５時点までの期間に、メインＩＧＢＴ３１のゲートＧｍに帰還電流Ｉｒｅｔが流れ込むこととなり、前記期間ｔ４〜ｔ５におけるゲート電圧ＶＧｍの低下速度（一次電流Ｉ１の遮断速度（Ｉ１／ｄｔ））を遅くしている。
【００５０】
ちなみに、先述した特許文献１等に記載の従来手法による帰還電流の流し方では、図４中の点線に示すように、遮断ノイズＮが無くなった後のｔ６時点までサブＩＧＢＴ３２をオン作動させてしまい、帰還電流を流す期間ｔ４〜ｔ６が過剰に長くなっていると言える。
【００５１】
以上により、本実施形態によれば、寄生コンデンサＣｐａｒａおよび抵抗Ｒ２により、遮断ノイズＮの電圧でサブＩＧＢＴ３２をオン作動させるようにできるので、遮断ノイズＮが発生している瞬間（ｔ４〜ｔ５の期間）だけ帰還電流Ｉｒｅｔを流すようにできる。
【００５２】
よって、遮断ノイズＮが発生していない時にまで帰還電流Ｉｒｅｔを流す特許文献１記載の装置に比べ、一次電流Ｉ１の遮断速度を速くすることができるので、二次電圧Ｖ２を高圧化して火花放電の安定化を図ることができる。また、点火信号をパルスオフさせるｔ３時点から、二次電圧Ｖ２がピークに達するｔ７時点までに要する応答遅れ（点火応答時間）を短縮でき、目標点火時期で火花放電させることを高精度で制御できる。
【００５３】
それでいて、遮断ノイズＮが発生している瞬間ｔ４〜ｔ５については、帰還電流Ｉｒｅｔが流れて一次電流Ｉ１の遮断速度が遅くなるので、遮断ノイズ低減を図ることができる。具体的には、ワイヤハーネスＷの電流Ｉｗおよびバッテリ供給端子の電圧ＶＢが、図３（ｅ）（ｆ）に示すように遮断ノイズＮのＬＣ共振により脈動する度合いを低減できる。以上により、二次電圧Ｖ２の高圧化および点火応答時間の短縮と、遮断ノイズ低減との両立を図ることができる。
【００５４】
しかも、抵抗Ｒ２の抵抗値を調整することで、帰還電流Ｉｒｅｔが流れる期間ｔ４〜ｔ５の終了時期ｔ５を容易に調整できるので、遮断ノイズＮが発生している瞬間だけ帰還電流Ｉｒｅｔが流れるようにすることを容易に実現できる。
【００５５】
（第２実施形態）
図５に示す本実施形態では、サブＩＧＢＴ３２のエミッタＥｓとメインＩＧＢＴ３１のゲートＧｍとの間に、ダイオード３３（制限手段）を接続させている。なお、ダイオード３３を設けた以外の点については、本実施形態にかかる点火制御装置は上記第１実施形態と同じである。
【００５６】
上記ダイオード３３は、メインＩＧＢＴ３１のコレクタＣｍからゲートＧｍへ帰還電流Ｉｒｅｔを流すことを許容し、その逆向きの電流（図５中の符号Ｉａ参照）を流すことは阻止する向きに接続されている。具体的には、ダイオード３３のアノード側がエミッタＥｓに接続され、カソード側がゲートＧｍに接続されている。
【００５７】
以上により、本実施形態によれば、メインＩＧＢＴ３１のゲートＧｍの電位がコレクタＣｍの電位よりも高くなったとしても、ダイオード３３が備えられているので、メインＩＧＢＴ３１のゲートＧｍからコレクタＣｍへ、サブＩＧＢＴ３２を通じて電流Ｉａが流れることを阻止できる。
【００５８】
（第３実施形態）
図６（ａ）に示す本実施形態では、メインＩＧＢＴ３１を構成する集積回路（ＩＧＢＴチップ３０）上に、サブＩＧＢＴ３２を設けている。したがって、メインＩＧＢＴ３１に取り付けられているヒートシンク３１Ｈは、サブＩＧＢＴ３２の放熱にも利用される。なお、図６では図示を省略しているが、抵抗Ｒ２およびダイオード３３の少なくとも一方はＩＧＢＴチップ３０上に設けられている。
【００５９】
ここで、本発明者らは、寄生コンデンサＣｐａｒａに替えてコンデンサを実装させることを検討した。しかし、コンデンサはＩＧＢＴチップ３０上に設けることが困難であるため、ＩＧＢＴチップ３０とは別にコンデンサの収容スペースが必要になるので、イグナイタＩｇの大型化を招く。
【００６０】
これに対し、寄生コンデンサＣｐａｒａを利用した本発明によれば、本実施形態の如く、サブＩＧＢＴ３２をメインＩＧＢＴ３１と同一のチップ３０上に設けることを容易に実現できるので、イグナイタＩｇの小型化を図ることができる。さらに本実施形態によれば、メインＩＧＢＴ３１のヒートシンク３１ＨをサブＩＧＢＴ３２の放熱にも利用するので、サブＩＧＢＴ３２専用のヒートシンクを備えさせる場合に比べて、イグナイタＩｇの小型化を促進できる。
【００６１】
図６（ｂ）は、図６（ａ）の変形例を示す図であり、メインＩＧＢＴ３１を構成するＩＣチップ３０Ａと、サブＩＧＢＴ３２を構成するＩＣチップ３０Ｂとを別々に設けている。この場合、抵抗Ｒ２はサブＩＧＢＴ３２と同一のＩＣチップ３０Ｂ上に設けることが望ましい。
【００６２】
なお、このように別々のＩＣチップ３０Ａ，３０Ｂを設けた場合であっても、図６（ｂ）に示すように、両方のＩＣチップ３０Ａ，３０Ｂを共通のヒートシンク３１Ｈで放熱させて、イグナイタＩｇの小型化を図ることが望ましい。
【００６３】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
【００６４】
・上記各実施形態では、点火用スイッチング素子および帰還用スイッチング素子に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を採用しているが、これらのスイッチング素子の少なくとも一方に、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を採用してもよい。
【００６５】
・上記各実施形態では、放電抑制手段に抵抗Ｒ２を採用しているが、例えばスイッチング素子を放電抑制手段として採用してもよい。この場合には、遮断ノイズＮ発生時にはスイッチング素子（放電抑制手段）をオフ作動させて寄生コンデンサＣｐａｒａへ充電させ、遮断ノイズＮ発生終了後または発生期間中に、スイッチング素子オン作動させて寄生コンデンサＣｐａｒａの放電を開始させればよい。
【００６６】
・上記各実施形態では、制限手段にダイオード３３を採用しているが、例えばスイッチング素子を制限手段として採用してもよい。この場合には、メインＩＧＢＴ３１のゲートＧｍの電位がコレクタＣｍの電位より高くなった時に、スイッチング素子（制限手段）をオフ作動させて図５中の符号Ｉａに示す逆流を防ぎ、それ以外の時にはオン作動させればよい。
【符号の説明】
【００６７】
１１…一次コイル、３０…ＩＧＢＴチップ、３１…メインＩＧＢＴ（点火用スイッチング素子）、３１Ｈ…ヒートシンク、３２…サブＩＧＢＴ（帰還用スイッチング素子）、３３…ダイオード（制限手段）、Ｃｍ…コレクタ（点火用スイッチング素子の入力端子）、Ｇｍ…ゲート（点火用スイッチング素子の導通制御端子）、Ｃｓ…コレクタ（帰還用スイッチング素子の帰還入力端子）、Ｇｓ…ゲート（帰還用スイッチング素子の帰還導通制御端子）、Ｃｐａｒａ…寄生コンデンサ、Ｉｒｅｔ…帰還電流、Ｒ２…抵抗（放電抑制手段）、ＶＧｓ…ゲート電圧（制御電圧）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に搭載された点火コイルの一次コイルへの通電と遮断を制御する、内燃機関用点火制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の点火装置は、一次コイルへの通電をＩＧＢＴ（点火用スイッチング素子）で遮断することにより、二次電圧を昇圧して火花放電させる構成が一般的であるが、一次コイルの通電を遮断させることに伴い、電気ノイズ（遮断ノイズ）が生じる。
【０００３】
この遮断ノイズは、一次電流Ｉ１の遮断速度Ｉ１／ｄｔを遅くすることで低減できる。そこで従来では、ＩＧＢＴのゲートへの通電オフを開始した後、ＩＧＢＴのコレクタ電位がゲート電位よりも所定以上高くなった時に、ＩＧＢＴのコレクタからゲートへ帰還電流を流す回路（帰還回路）を設けている（特許文献１参照）。これによれば、ゲート通電オフの後、帰還電流によりゲート電位が持ち上げられるので、ゲート通電オフを開始してからゲート電圧がゼロになるまでのゲート電圧低下速度が遅くなる。そのため、前記遮断速度Ｉ１／ｄｔを遅くすることができ、ひいては遮断ノイズの低減を実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９１７８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の帰還回路では、遮断ノイズが瞬時的に発生した後においても帰還電流を流すようになるので、遮断速度Ｉ１／ｄｔを遅くする期間が過剰に長くなっていると言える。その結果、遮断ノイズを確実に低減できるものの、遮断速度Ｉ１／ｄｔが遅いことに起因して二次電圧が低くなり、火花放電安定化の妨げとなる。また、このように遮断速度Ｉ１／ｄｔが遅くなると、ＩＧＢＴのゲートへの通電をオフしてから火花放電が為されるまでに要する時間（点火応答時間）が長くなる。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、二次電圧の高圧化および点火応答時間の短縮と、遮断ノイズ低減との両立を図った内燃機関用点火制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００８】
請求項１記載の発明では、点火コイルを構成する一次コイルへの通電と遮断を制御する点火用スイッチング素子と、前記点火用スイッチング素子の入力端子と導通制御端子との間に接続され、前記入力端子の電圧を前記導通制御端子へ印加して帰還させるか否かを制御する帰還用スイッチング素子と、を備える。
【０００９】
そして、前記点火用スイッチング素子のオフ作動に伴い前記入力端子に生じた遮断ノイズ電圧により、前記帰還用スイッチング素子の帰還入力端子および帰還導通制御端子間に存在する寄生コンデンサが充電され、この充電により前記帰還導通制御端子の制御電圧が上昇して前記帰還用スイッチング素子はオン作動するように構成され、かつ、前記寄生コンデンサが放電することにより前記制御電圧が下降して前記帰還用スイッチング素子はオフ作動するように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
以下、点火用スイッチング素子および帰還用スイッチング素子にＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を採用した図１の例を参照して、上記発明について説明する。
【００１１】
上記発明は、点火用スイッチング素子（メインＩＧＢＴ３１）の入力端子（コレクタＣｍ）から導通制御端子（ゲートＧｍ）へ帰還電流を流すにあたり、帰還用スイッチング素子（サブＩＧＢＴ３２）の寄生コンデンサＣｐａｒａを次のように利用したものである。
【００１２】
すなわち、メインＩＧＢＴ３１のオフ作動に伴い、一次コイルによって誘起される遮断ノイズ電圧がコレクタＣｍに生じるが、この遮断ノイズ電圧により寄生コンデンサＣｐａｒａが充電され、この充電により帰還導通制御端子（ゲートＧｓ）の制御電圧が上昇してサブＩＧＢＴ３２はオン作動するように構成されている。
【００１３】
そのため、メインＩＧＢＴ３１のオフ作動に伴いサブＩＧＢＴ３２がオン作動して、メインＩＧＢＴ３１のコレクタＣｍからゲートＧｍへ帰還電流が流れる。その結果、ゲートＧｍの電位が持ち上げられてゲートＧｍの電圧低下速度が遅くなり、ひいては一次電流の遮断速度Ｉ１／ｄｔが遅くなる。よって、遮断ノイズの低減を図ることができる。
【００１４】
さらに上記発明では、寄生コンデンサＣｐａｒａが充電された後、寄生コンデンサＣｐａｒａが放電することによりサブＩＧＢＴ３２のゲートＧｓの制御電圧が下降して、サブＩＧＢＴ３２はオフ作動するように構成されている。
【００１５】
そのため、遮断ノイズが生じると寄生コンデンサＣｐａｒａの充電によりサブＩＧＢＴ３２がオン作動して帰還電流が流れ、その後直ぐに寄生コンデンサＣｐａｒａが放電することにより、サブＩＧＢＴ３２がオフ作動して帰還電流が流れなくなる。したがって、遮断ノイズが生じている瞬間だけ帰還電流が流れるようになるので、一次電流の遮断速度Ｉ１／ｄｔを遅くする期間を、遮断ノイズの発生時に合わせることができる。そのため、遮断ノイズの発生終了以降にも帰還電流を流す従来の手法に比べて、二次電圧の高圧化および点火応答時間の短縮を図ることができる。
【００１６】
以上により、上記発明によれば、遮断ノイズの発生時に合わせて帰還電流を流すので、二次電圧の高圧化および点火応答時間の短縮と、遮断ノイズ低減との両立を図ることができる。
【００１７】
請求項２記載の発明では、前記寄生コンデンサのうち前記帰還導通制御端子の側から、前記帰還用スイッチング素子の帰還出力端子へ放電されるよう構成されており、前記帰還導通制御端子および前記帰還出力端子間に接続され、前記寄生コンデンサからの前記放電を抑制する放電抑制手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
ここで、上記放電抑制手段を備えずに帰還導通制御端子と帰還出力端子をショートすると、サブＩＧＢＴ３２のコレクタ側に遮断ノイズ電圧が印加されても、寄生コンデンサＣｐａｒａのゲート側の電荷が蓄えられることなくそのまま放電していくおそれがある。すると、寄生コンデンサＣｐａｒａへの充電が十分に為されなくなり、サブＩＧＢＴ３２のゲートＧｓにおける制御電圧を十分に上昇できなくなり、サブＩＧＢＴ３２を確実にオン作動させることが困難になる。この点を鑑みた上記発明によれば、放電抑制手段（例えば図１に例示する抵抗Ｒ２）を備えることにより、寄生コンデンサＣｐａｒａへの充電を十分にして、サブＩＧＢＴ３２のゲートＧｓにおける制御電圧を十分に上昇できるようになるので、サブＩＧＢＴ３２を確実にオン作動させることが可能になる。
【００１９】
ちなみに、放電抑制手段は抵抗Ｒ２に限られるものではなく、例えばスイッチング素子を放電抑制手段として採用してもよく、この場合には、寄生コンデンサＣｐａｒａへの充電期間にはスイッチング素子（放電抑制手段）をオフ作動し、放電期間にはオン作動させればよい。
【００２０】
請求項３記載の発明では、前記点火用スイッチング素子と前記帰還用スイッチング素子が、同一のチップ上に形成されていることを特徴とする。また、請求項４記載の発明では、前記点火用スイッチング素子と前記帰還用スイッチング素子が、同一のヒートシンク上に配置されていることを特徴とする。
【００２１】
ここで、寄生コンデンサを利用した請求項１記載の発明に反して、メインＩＧＢＴ３１のコレクタ−ゲート間に実際のコンデンサおよび抵抗を設けることによっても、遮断ノイズ電圧により前記コンデンサに充電して帰還電流を流すようにでき、ひいては遮断ノイズの発生時に合わせて帰還電流を流すようにできることを本発明者らは見出した。しかしながら、このようにコンデンサを設ける構成にすると、メインＩＧＢＴ３１と同一のチップ上に前記コンデンサを形成することは困難となる。
【００２２】
これに対し、サブＩＧＢＴ３２の寄生コンデンサＣｐａｒａを利用した請求項１記載の発明によれば、上記請求項３記載の如く、メインＩＧＢＴ３１と同一のチップ上にサブＩＧＢＴ３２を形成することを容易に実現でき、ひいては内燃機関用点火制御装置の搭載スペースを小さくできる。また、上記請求項４記載の如く、メインＩＧＢＴ３１とサブＩＧＢＴ３２を同一のヒートシンク上に配置することを容易に実現でき、ひいては内燃機関用点火制御装置の搭載スペースを小さくできる。
【００２３】
請求項５記載の発明では、前記導通制御端子から、前記帰還用スイッチング素子を通じて、前記入力端子へ電流が流れることを制限する制限手段を備えることを特徴とする。
【００２４】
ここで、上記発明に反して、制限手段を廃止すると、メインＩＧＢＴ３１のゲートＧｍの電位がコレクタＣｍの電位より高くなった時に、ゲートＧｍからサブＩＧＢＴ３２を通じてコレクタＣｍへ電流が逆流することが懸念される。この点を鑑み、上記発明では、導通制御端子から、前記帰還用スイッチング素子を通じて、前記入力端子へ電流が流れることを制限する制限手段（例えば図５に例示するダイオード３３）を備えるので、上記懸念を解消できる。
【００２５】
ちなみに、制限手段はダイオード３３に限られるものではなく、例えばスイッチング素子を制限手段として採用してもよく、この場合には、メインＩＧＢＴ３１のゲートＧｍの電位がコレクタＣｍの電位より高くなった時にスイッチング素子（制限手段）をオフ作動し、それ以外の時にはオン作動させればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる点火制御装置と、当該制御装置の制御対象である点火装置を示す回路図。
【図２】図１のサブＩＧＢＴ３２の作動を説明する図。
【図３】第１実施形態において、遮断ノイズ発生の一瞬だけ帰還電流を流すように作動した時の各種変化を示すタイムチャート。
【図４】図３（ｂ）（ｃ）の拡大図。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる点火制御装置を示す回路図。
【図６】本発明の第３実施形態にかかる点火制御装置を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。また、以下に説明する各実施形態は、車両に搭載された内燃機関の点火装置を制御対象としている。
【００２８】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態にかかる点火制御装置と、当該制御装置の制御対象である点火装置を示す回路図である。点火装置は、一次コイル１１および二次コイル１２を有して構成される点火コイル１０、および点火プラグ１３を備える。そして、車両に搭載された直流のバッテリ２０から一次コイル１１へ通電し、その通電を遮断することにより、二次コイル１２に誘起電圧（二次電圧Ｖ２）を生じさせて、その二次電圧Ｖ２を点火プラグ１３に印加して火花放電させる。なお、バッテリ２０からは車両に搭載された各種電気機器２１へも電力供給されるよう、各種電気機器２１および点火装置は並列接続されている。
【００２９】
一次コイル１１への通電と遮断の切り替えは、メインＩＧＢＴ３１（点火用スイッチング素子）により制御される。そして、メインＩＧＢＴ３１のオンオフ作動は、モノシリック集積回路（ＭＩＣチップ４０）が有するゲート駆動回路４１から出力されるゲート信号により制御される。また、ゲート駆動回路４１は、電子制御ユニット（ＥＣＵ５０）から出力される点火信号により制御される。
【００３０】
ＥＣＵ５０は、内燃機関の出力回転速度や内燃機関の負荷等に応じて目標点火時期を算出し、その目標点火時期に点火コイル１０で火花放電することとなるよう、点火信号をゲート駆動回路４１へ出力する。
【００３１】
点火信号は５Ｖのパルス信号であり、点火信号のパルスの立ち上がりタイミングで、ゲート駆動回路４１はゲート信号を出力し、抵抗Ｒ１により電圧調整されたゲート信号（ゲート電圧ＶＧｍ）がメインＩＧＢＴ３１のゲートＧｍ（導通制御端子）へ印加される。その結果、メインＩＧＢＴ３１のコレクタＣｍ（入力端子）からエミッタＥｍ（出力端子）へ電流Ｉ１が流れるようにメインＩＧＢＴ３１はオン作動し、一次コイル１１へバッテリ２０から供給される電流（一次電流Ｉ１）が流れる。
【００３２】
一方、点火信号のパルスの立ち下がりタイミングで、ゲート駆動回路４１はゲート信号の出力を停止し、ゲートＧｍへ印加されていたゲート電圧ＶＧｍが遮断される。その結果、メインＩＧＢＴ３１はオフ作動して一次電流Ｉ１が遮断され、二次電圧Ｖ２が点火プラグ１３へ印加されて火花放電する。
【００３３】
なお、点火制御装置には、一次電流Ｉ１が所定値以上にならないように制限する電流制限回路４２が備えられており、図１に示す例では、電流制限回路４２とゲート駆動回路４１を同一のモノシリック集積回路（ＭＩＣチップ４０）上に設けている。また、メインＩＧＢＴ３１は、以下に説明するサブＩＧＢＴ３２および抵抗Ｒ２（放電抑制手段）と同一の集積回路（ＩＧＢＴチップ３０）上に設けられている。そして、ＩＧＢＴチップ３０およびＭＩＣチップ４０は同一の筐体に収容されてイグナイタＩｇを構成しており、このイグナイタＩｇと点火コイル１０は、１つの組付体（点火コイルアッシーＡｓ）としてユニット化されている。
【００３４】
また、イグナイタＩｇはノイズ除去用のコンデンサＣを備えており、このコンデンサＣは、イグナイタＩｇの外部から伝播してくるノイズを除去するよう機能するとともに、イグナイタＩｇの内部で生じたノイズを除去して外部へ伝播することを抑制するよう機能する。
【００３５】
サブＩＧＢＴ３２は、メインＩＧＢＴ３１のコレクタＣｍとゲートＧｍの間に接続され、コレクタＣｍの電圧（つまり一次コイル１１に印加される一次電圧Ｖ１）をゲートＧｍへ印加して帰還させるか否かを制御する。
【００３６】
つまり、サブＩＧＢＴ３２のゲートＧｓ（帰還導通制御端子）への印加電圧（ゲート電圧ＶＧｓ）が閾値Ｖｔｈ以上になると、サブＩＧＢＴ３２のコレクタＣｓ（帰還入力端子）からエミッタＥｓ（帰還出力端子）へ電流Ｉｒｅｔが流れるようにサブＩＧＢＴ３２はオン作動する。その結果、メインＩＧＢＴ３１のコレクタＣｍからゲートＧｍへ帰還電流Ｉｒｅｔが流れる。一方、サブＩＧＢＴ３２のゲート電圧ＶＧｓが閾値Ｖｔｈ未満になると、サブＩＧＢＴ３２はオフ作動して帰還電流Ｉｒｅｔが遮断される。
【００３７】
ここで、メインＩＧＢＴ３１へのゲート信号をオフして一次コイル１１への一次電流Ｉ１を遮断すると、その遮断した一瞬だけ、メインＩＧＢＴ３１のコレクタＣｍに大きな電圧が遮断ノイズとして生じる。すると、電気機器２１および点火コイル１０等にバッテリ２０から電力供給する電気経路上に存在する寄生コイルＬｐａｒａ、及び先述したコンデンサＣにより遮断ノイズがＬＣ共振して、点火コイルアッシーＡｓに接続されるワイヤハーネスＷ等を流れて各種の電気機器２１へ伝播することが懸念される。
【００３８】
このような遮断ノイズは、一次コイル１１の遮断速度を遅くして一次電圧（つまりメインＩＧＢＴ３１のコレクタ電圧ＶＣｍ）の低下速度を遅くすることで低減できる。そこで、ゲート信号をオフして一次電流Ｉ１を遮断する一瞬だけ帰還電流Ｉｒｅｔを流すことで、メインＩＧＢＴ３１のゲート電圧ＶＧｍの低下速度を遅くする。これにより、コレクタ電圧ＶＣｍ（一次電圧Ｖ１）の遮断時の低下速度を遅くすることができ、ひいては遮断ノイズの低減を実現できる。
【００３９】
但し、一次電圧Ｖ１の低下速度を遅くする期間を長くするほど、二次電圧Ｖ２が低くなり、点火プラグ１３での火花放電安定化の妨げとなる。また、このように遮断速度を遅くする期間を長くするほど、点火信号をパルスオフさせてゲート信号をオフしてから、点火プラグ１３で火花放電するまでに要する時間（点火応答時間）が長くなり、目標点火時期で火花放電させることを高精度で制御できなくなる。
【００４０】
したがって、一次電流Ｉ１を遮断する一瞬だけサブＩＧＢＴ３２をオン作動させて帰還電流Ｉｒｅｔを流すようにすれば、二次電圧Ｖ２の高圧化および点火応答時間の短縮と、遮断ノイズ低減との両立を図ることができる。そこで本実施形態では、以下に説明する寄生コンデンサＣｐａｒａおよび抵抗Ｒ２により、遮断の一瞬だけサブＩＧＢＴ３２のゲート電圧ＶＧｓを印加してオン作動させることを実現させている。
【００４１】
すなわち、図１および図２に示すように、サブＩＧＢＴ３２のゲートＧｓとエミッタＥｓの間には、抵抗Ｒ２が接続されている。また、図１では図示を省略しているが、図２に示すように、サブＩＧＢＴ３２のコレクタＣｓとゲートＧｓの間には、寄生コンデンサＣｐａｒａが存在している。
【００４２】
そのため、メインＩＧＢＴ３１をオフ作動させると、その瞬間に生じた遮断ノイズ電圧（コレクタＣｍ，Ｃｓの電圧）により寄生コンデンサＣｐａｒａが充電されることとなる（図２（ａ）参照）。ちなみに、抵抗Ｒ２を廃止してゲートＧｓとエミッタＥｓをショートさせると、寄生コンデンサＣｐａｒａのうちゲートＧｓ側の電荷はエミッタＥｓへそのまま移動するだけであり、サブＩＧＢＴ３２のゲート電圧ＶＧｓを高くすることができない。よって、遮断ノイズ電圧によりコレクタＣｍ，Ｃｓの電圧が高くなってもサブＩＧＢＴ３２はオン作動しない。
【００４３】
一方、遮断ノイズ電圧が無くなり、コレクタＣｍ，Ｃｓの電圧が低下していくと、寄生コンデンサＣｐａｒａから放電されることとなる（図２（ｂ）参照）。具体的には、寄生コンデンサＣｐａｒａに充電された電荷が、抵抗Ｒ２により制限されながらエミッタＥｓへ徐々に移動していく。つまり、ゲート電圧ＶＧｓは徐々に低下していく。
【００４４】
したがって、抵抗Ｒ２の抵抗値が大きいほど、遮断ノイズが無くなった後におけるサブＩＧＢＴ３２のゲート電圧ＶＧｓの低下速度が遅くなり、その結果、メインＩＧＢＴ３１のゲート電圧ＶＧｍの低下速度が遅くなり、一次コイル１１の遮断速度が遅くなる。つまり、抵抗Ｒ２の抵抗値を調整することで、ゲート電圧ＶＧｓの低下速度を調整でき、ひいてはゲート電圧ＶＧｍの低下速度を調整して一次コイル１１の遮断速度を調整できると言える。要するに、二次電圧Ｖ２の高圧化および点火応答時間の短縮と、遮断ノイズ低減とのバランスを最適にする前記抵抗値を試験等により決定して、抵抗Ｒ２を選定すればよい。
【００４５】
図３は、上述の如く遮断ノイズ発生の一瞬だけ帰還電流Ｉｒｅｔを流すように作動した時のタイムチャートである。図中の（ａ）はＥＣＵ５０から出力される点火信号、（ｂ）はメインＩＧＢＴ３１のゲート電圧ＶＧｍ、（ｃ）はメインＩＧＢＴ３１のコレクタ電圧ＶＣｍ、（ｄ）は一次電流Ｉ１、（ｅ）はワイヤハーネスＷを流れる電流Ｉｗ、（ｆ）はイグナイタＩｇに設けられたバッテリ供給端子の電圧ＶＢ、（ｇ）は二次電圧Ｖ２の変化を示す。
【００４６】
先ず、ｔ１時点で点火信号のパルスオンがＥＣＵ５０から出力されると（（ａ）参照）、ゲート電圧ＶＧｍは徐々に上昇していく（（ｂ）参照）、そして、ゲート電圧ＶＧｍがバッテリ電圧＋Ｂに達したｔ２時点で、メインＩＧＢＴ３１がオン作動して、コレクタＣｍからエミッタＥｍへ一次電流Ｉ１が流れはじめる。つまり、ｔ２時点でコレクタ電圧（一次電圧Ｖ１）は接地電圧とほぼ同じ電位にまで低下し（（ｃ）参照）、一次電流Ｉ１および電流Ｉｗは上昇を開始する（（ｄ）（ｅ）参照）。
【００４７】
その後、ｔ３時点で点火信号のパルスオンがＥＣＵ５０から出力されると（（ａ）参照）、ゲート電圧ＶＧｍは徐々に下降していきく（（ｂ）参照）。そして、ゲート電圧ＶＧｍが所定の閾値まで低下したｔ４時点で、メインＩＧＢＴ３１がオフ作動を開始するとともに、一次電圧Ｖ１に遮断ノイズＮが発生する（（ｃ）参照）。
【００４８】
図４は図３（ｂ）（ｃ）の拡大図であり、図中の（ｈ）はサブＩＧＢＴ３２のゲート電圧ＶＧｓ、（ｉ）はサブＩＧＢＴ３２の作動状態変化を示す。そして、遮断ノイズＮが生じたｔ４時点で、寄生コンデンサＣｐａｒａが充電されてサブＩＧＢＴ３２のゲート電圧ＶＧｓが持ち上げられて（（ｈ）参照）、サブＩＧＢＴ３２がオン作動を開始する（（ｉ）参照）。その後、寄生コンデンサＣｐａｒａからの放電に伴いゲート電圧ＶＧｓが下降していき、ゲート電圧ＶＧｓが所定の閾値Ｖｔｈにまで低下したｔ５時点で、サブＩＧＢＴ３２はオフ作動に切り替わる。
【００４９】
したがって、遮断ノイズＮが生じたｔ４時点から、寄生コンデンサＣｐａｒａの放電がある程度為されるｔ５時点までの期間に、メインＩＧＢＴ３１のゲートＧｍに帰還電流Ｉｒｅｔが流れ込むこととなり、前記期間ｔ４〜ｔ５におけるゲート電圧ＶＧｍの低下速度（一次電流Ｉ１の遮断速度（Ｉ１／ｄｔ））を遅くしている。
【００５０】
ちなみに、先述した特許文献１等に記載の従来手法による帰還電流の流し方では、図４中の点線に示すように、遮断ノイズＮが無くなった後のｔ６時点までサブＩＧＢＴ３２をオン作動させてしまい、帰還電流を流す期間ｔ４〜ｔ６が過剰に長くなっていると言える。
【００５１】
以上により、本実施形態によれば、寄生コンデンサＣｐａｒａおよび抵抗Ｒ２により、遮断ノイズＮの電圧でサブＩＧＢＴ３２をオン作動させるようにできるので、遮断ノイズＮが発生している瞬間（ｔ４〜ｔ５の期間）だけ帰還電流Ｉｒｅｔを流すようにできる。
【００５２】
よって、遮断ノイズＮが発生していない時にまで帰還電流Ｉｒｅｔを流す特許文献１記載の装置に比べ、一次電流Ｉ１の遮断速度を速くすることができるので、二次電圧Ｖ２を高圧化して火花放電の安定化を図ることができる。また、点火信号をパルスオフさせるｔ３時点から、二次電圧Ｖ２がピークに達するｔ７時点までに要する応答遅れ（点火応答時間）を短縮でき、目標点火時期で火花放電させることを高精度で制御できる。
【００５３】
それでいて、遮断ノイズＮが発生している瞬間ｔ４〜ｔ５については、帰還電流Ｉｒｅｔが流れて一次電流Ｉ１の遮断速度が遅くなるので、遮断ノイズ低減を図ることができる。具体的には、ワイヤハーネスＷの電流Ｉｗおよびバッテリ供給端子の電圧ＶＢが、図３（ｅ）（ｆ）に示すように遮断ノイズＮのＬＣ共振により脈動する度合いを低減できる。以上により、二次電圧Ｖ２の高圧化および点火応答時間の短縮と、遮断ノイズ低減との両立を図ることができる。
【００５４】
しかも、抵抗Ｒ２の抵抗値を調整することで、帰還電流Ｉｒｅｔが流れる期間ｔ４〜ｔ５の終了時期ｔ５を容易に調整できるので、遮断ノイズＮが発生している瞬間だけ帰還電流Ｉｒｅｔが流れるようにすることを容易に実現できる。
【００５５】
（第２実施形態）
図５に示す本実施形態では、サブＩＧＢＴ３２のエミッタＥｓとメインＩＧＢＴ３１のゲートＧｍとの間に、ダイオード３３（制限手段）を接続させている。なお、ダイオード３３を設けた以外の点については、本実施形態にかかる点火制御装置は上記第１実施形態と同じである。
【００５６】
上記ダイオード３３は、メインＩＧＢＴ３１のコレクタＣｍからゲートＧｍへ帰還電流Ｉｒｅｔを流すことを許容し、その逆向きの電流（図５中の符号Ｉａ参照）を流すことは阻止する向きに接続されている。具体的には、ダイオード３３のアノード側がエミッタＥｓに接続され、カソード側がゲートＧｍに接続されている。
【００５７】
以上により、本実施形態によれば、メインＩＧＢＴ３１のゲートＧｍの電位がコレクタＣｍの電位よりも高くなったとしても、ダイオード３３が備えられているので、メインＩＧＢＴ３１のゲートＧｍからコレクタＣｍへ、サブＩＧＢＴ３２を通じて電流Ｉａが流れることを阻止できる。
【００５８】
（第３実施形態）
図６（ａ）に示す本実施形態では、メインＩＧＢＴ３１を構成する集積回路（ＩＧＢＴチップ３０）上に、サブＩＧＢＴ３２を設けている。したがって、メインＩＧＢＴ３１に取り付けられているヒートシンク３１Ｈは、サブＩＧＢＴ３２の放熱にも利用される。なお、図６では図示を省略しているが、抵抗Ｒ２およびダイオード３３の少なくとも一方はＩＧＢＴチップ３０上に設けられている。
【００５９】
ここで、本発明者らは、寄生コンデンサＣｐａｒａに替えてコンデンサを実装させることを検討した。しかし、コンデンサはＩＧＢＴチップ３０上に設けることが困難であるため、ＩＧＢＴチップ３０とは別にコンデンサの収容スペースが必要になるので、イグナイタＩｇの大型化を招く。
【００６０】
これに対し、寄生コンデンサＣｐａｒａを利用した本発明によれば、本実施形態の如く、サブＩＧＢＴ３２をメインＩＧＢＴ３１と同一のチップ３０上に設けることを容易に実現できるので、イグナイタＩｇの小型化を図ることができる。さらに本実施形態によれば、メインＩＧＢＴ３１のヒートシンク３１ＨをサブＩＧＢＴ３２の放熱にも利用するので、サブＩＧＢＴ３２専用のヒートシンクを備えさせる場合に比べて、イグナイタＩｇの小型化を促進できる。
【００６１】
図６（ｂ）は、図６（ａ）の変形例を示す図であり、メインＩＧＢＴ３１を構成するＩＣチップ３０Ａと、サブＩＧＢＴ３２を構成するＩＣチップ３０Ｂとを別々に設けている。この場合、抵抗Ｒ２はサブＩＧＢＴ３２と同一のＩＣチップ３０Ｂ上に設けることが望ましい。
【００６２】
なお、このように別々のＩＣチップ３０Ａ，３０Ｂを設けた場合であっても、図６（ｂ）に示すように、両方のＩＣチップ３０Ａ，３０Ｂを共通のヒートシンク３１Ｈで放熱させて、イグナイタＩｇの小型化を図ることが望ましい。
【００６３】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
【００６４】
・上記各実施形態では、点火用スイッチング素子および帰還用スイッチング素子に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を採用しているが、これらのスイッチング素子の少なくとも一方に、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を採用してもよい。
【００６５】
・上記各実施形態では、放電抑制手段に抵抗Ｒ２を採用しているが、例えばスイッチング素子を放電抑制手段として採用してもよい。この場合には、遮断ノイズＮ発生時にはスイッチング素子（放電抑制手段）をオフ作動させて寄生コンデンサＣｐａｒａへ充電させ、遮断ノイズＮ発生終了後または発生期間中に、スイッチング素子オン作動させて寄生コンデンサＣｐａｒａの放電を開始させればよい。
【００６６】
・上記各実施形態では、制限手段にダイオード３３を採用しているが、例えばスイッチング素子を制限手段として採用してもよい。この場合には、メインＩＧＢＴ３１のゲートＧｍの電位がコレクタＣｍの電位より高くなった時に、スイッチング素子（制限手段）をオフ作動させて図５中の符号Ｉａに示す逆流を防ぎ、それ以外の時にはオン作動させればよい。
【符号の説明】
【００６７】
１１…一次コイル、３０…ＩＧＢＴチップ、３１…メインＩＧＢＴ（点火用スイッチング素子）、３１Ｈ…ヒートシンク、３２…サブＩＧＢＴ（帰還用スイッチング素子）、３３…ダイオード（制限手段）、Ｃｍ…コレクタ（点火用スイッチング素子の入力端子）、Ｇｍ…ゲート（点火用スイッチング素子の導通制御端子）、Ｃｓ…コレクタ（帰還用スイッチング素子の帰還入力端子）、Ｇｓ…ゲート（帰還用スイッチング素子の帰還導通制御端子）、Ｃｐａｒａ…寄生コンデンサ、Ｉｒｅｔ…帰還電流、Ｒ２…抵抗（放電抑制手段）、ＶＧｓ…ゲート電圧（制御電圧）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火コイルを構成する一次コイルへの通電と遮断を制御する点火用スイッチング素子と、
前記点火用スイッチング素子の入力端子と導通制御端子との間に接続され、前記入力端子の電圧を前記導通制御端子へ印加して帰還させるか否かを制御する帰還用スイッチング素子と、
を備え、
前記点火用スイッチング素子のオフ作動に伴い前記入力端子に生じた遮断ノイズ電圧により、前記帰還用スイッチング素子の帰還入力端子および帰還導通制御端子間に存在する寄生コンデンサが充電され、この充電により前記帰還導通制御端子の制御電圧が上昇して前記帰還用スイッチング素子はオン作動するように構成され、
かつ、前記寄生コンデンサが放電することにより前記制御電圧が下降して前記帰還用スイッチング素子はオフ作動するように構成されていることを特徴とする内燃機関用点火制御装置。
【請求項２】
前記寄生コンデンサのうち前記帰還導通制御端子の側から、前記帰還用スイッチング素子の帰還出力端子へ放電されるよう構成されており、
前記帰還導通制御端子および前記帰還出力端子間に接続され、前記寄生コンデンサからの前記放電を抑制する放電抑制手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火制御装置。
【請求項３】
前記点火用スイッチング素子と前記帰還用スイッチング素子が、同一のチップ上に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用点火制御装置。
【請求項４】
前記点火用スイッチング素子と前記帰還用スイッチング素子が、同一のヒートシンク上に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関用点火制御装置。
【請求項５】
前記導通制御端子から、前記帰還用スイッチング素子を通じて、前記入力端子へ電流が流れることを制限する制限手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関用点火制御装置。
【請求項１】
点火コイルを構成する一次コイルへの通電と遮断を制御する点火用スイッチング素子と、
前記点火用スイッチング素子の入力端子と導通制御端子との間に接続され、前記入力端子の電圧を前記導通制御端子へ印加して帰還させるか否かを制御する帰還用スイッチング素子と、
を備え、
前記点火用スイッチング素子のオフ作動に伴い前記入力端子に生じた遮断ノイズ電圧により、前記帰還用スイッチング素子の帰還入力端子および帰還導通制御端子間に存在する寄生コンデンサが充電され、この充電により前記帰還導通制御端子の制御電圧が上昇して前記帰還用スイッチング素子はオン作動するように構成され、
かつ、前記寄生コンデンサが放電することにより前記制御電圧が下降して前記帰還用スイッチング素子はオフ作動するように構成されていることを特徴とする内燃機関用点火制御装置。
【請求項２】
前記寄生コンデンサのうち前記帰還導通制御端子の側から、前記帰還用スイッチング素子の帰還出力端子へ放電されるよう構成されており、
前記帰還導通制御端子および前記帰還出力端子間に接続され、前記寄生コンデンサからの前記放電を抑制する放電抑制手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火制御装置。
【請求項３】
前記点火用スイッチング素子と前記帰還用スイッチング素子が、同一のチップ上に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用点火制御装置。
【請求項４】
前記点火用スイッチング素子と前記帰還用スイッチング素子が、同一のヒートシンク上に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関用点火制御装置。
【請求項５】
前記導通制御端子から、前記帰還用スイッチング素子を通じて、前記入力端子へ電流が流れることを制限する制限手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関用点火制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１１１８１（Ｐ２０１３−１１１８１Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４２７７９（Ｐ２０１１−１４２７７９）
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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