CN106170621A

CN106170621A - 点火装置

Info

Publication number: CN106170621A
Application number: CN201480002871.5A
Authority: CN
Inventors: 大崎真吾
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2034-06-06
Also published as: JP5912208B1; JPWO2015186254A1; WO2015186254A1; CN106170621B

Abstract

点火装置10包括:对点火用开关元件SCR1进行控制的点火控制电路11；利用来自受内燃机驱动的交流发电机ACG的交流输出Vac向点火控制电路11供给电源的电源供给电路12。电源供给电路12具有：对交流输出Vac进行整流的第二整流元件D2；一端被供给来自第二整流元件D2的输出电压，控制端子被供给来自第二整流元件D2的输出电压经由第一电阻R1，且从另一端供给电源的第一开关元件Q1；与第一开关元件Q1的另一端相连接的第一电容元件C1；在电源电压在第一电压以上的情况下，使第一开关元件Q1的控制端子的电压降低到固定电压的开关元件控制电路121。

Description

点火装置

技术领域

本发明涉及一种对内燃机的火花塞(Plug)进行点火的点火装置。

背景技术

如图6(a)所示，在将来自交流发电机ACG的励磁线圈(Exciter Coil)L0的交流输出Vac作为电源的AC-CDI(以下称为点火装置)10X中，采用价格低廉的单线输入式结构(例如，参照专利文献一)。在这样的点火装置10X中，利用交流输出Vac的正半波，实行对点火用电容元件(点火用电容器(Condenser))C0的充电和向点火控制电路11的电源供给。

向点火控制电路11的电源供给是通过图6(b)的控制电源供给电路12Xa实行的。即，通过交流输出Vac，电容元件C1X经由二极管(Diode)D2X以及电阻R1X被充电，电源则从电容元件C1X被供给。电源的电压Vout通过齐纳二极管(Zener diode)ZD1X被限制。这里，在应对点火控制电路11的消耗电力很大的情况时，必须减小控制电源供给电路12Xa的电流限制电阻R1X。但是，通过这样控制电源供给电路12Xa的阻抗(Impedance)变低，导致点火用电容元件C0的充电电压Vc下降。

为了防止点火用电容元件C0的充电电压Vc下降，想到采用如图6(c)所示的具有双极型晶体管(Bipolar Transistor)Q1X的控制电源供给电路12Xb。在该控制电源供给电路12Xb中，由于双极型晶体管Q1X的基极(Base)电压变为齐纳二极管ZD1X的齐纳电压，因此在电源的电压Vout变为恒定值时，双极型晶体管Q1X关闭(Off)，流过双极型晶体管Q1X的电流被截断。通过这样，在内燃机的转速较低时，产生通过励磁线圈L0的跳变(Kickback)电压从而导致交流输出Vac变高。另外，当双极型晶体管Q1X关闭(Off)时，由于控制电源供给电路12Xb的阻抗变高，便能够升高充电电压Vc。因此，即便在点火控制电路11的消耗电力很大的情况下，也能够防止点火用电容元件C0的充电电压Vc下降。

先行技术文献

专利文献

特开平03-164568号公报

发明内容

然而，即便采用图6(c)的控制电源供给电路12Xb，在紧接着内燃机起动之后的低转速范围内，存在点火用电容元件C0的充电电压Vc不够充足的情况。

因此，本发明的目的为提供一种在内燃机的转速较低时，能够升高点火用电容元件的充电电压的点火装置。

本发明的一个形态涉及的点火装置包括：

对来自受内燃机驱动的交流发电机的交流输出进行整流的第一整流元件，

用来自所述第一整流元件所输出的电压进行充电的点火用电容元件，

通过使所述点火用电容元件放电，经由点火线圈，从而对被设置在所述内燃机中的火花塞进行点火的点火用开关元件，

配合所述内燃机的点火正时从而将所述点火用开关元件控制为开启的点火控制电路，

以及利用所述交流输出从而向所述点火控制电路供给电源的电源供给电路，

所述电源供给电路具有：

对所述交流输出进行整流的第二整流元件，

一端被供给来自所述第二整流元件的输出电压，控制端子被来自所述第二整流元件的输出电压经由第一电阻而供给，且从另一端供给所述电源的第一开关元件，

与所述第一开关元件的另一端相连接的第一电容元件，

在所述电源电压变为在第一电压以上的情况下，使所述第一开关元件的控制端子的电压降低到固定电压的开关元件控制电路。

另外，在所述点火装置中，

所述开关元件控制电路具有：

一端与所述第一开关元件的控制端子相连接，另一端与所述固定电压相连接的第二开关元件，

对所述第一开关元件的另一端与所述第二开关元件的控制端子之间的电压进行限制的电压限制元件亦可。

另外，在所述点火装置中，

所述第二开关元件是双极型晶体管，

所述电压限制元件将所述第一开关元件的另一端与所述双极型晶体管的基极之间的电压限制为第二电压，

所述第一电压是所述双极型晶体管的基极·发射极间的电压与所述第二电压的和。

另外，在所述点火装置中，

所述电压限制元件是齐纳二极管，所述第二电压是齐纳电压亦可。

另外，在所述点火装置中，

所述开关元件控制电路具有被连接在所述第二开关元件的控制端子与所述电压限制元件之间的第二电阻亦可。

另外，在所述点火装置中，

所述开关元件控制电路具有被连接在所述第二开关元件的控制端子与所述固定电压之间的第二电容元件亦可。

另外，在所述点火装置中，

所述第一电阻的阻抗值是所述第一开关元件开启时的阻抗的10倍以上亦可。

本发明的另一个形态涉及的点火装置包括：

所述电源供给电路具有：

对所述交流输出进行整流的第二整流元件，

一端被供给来自所述第二整流元件的输出电压的第一电阻，

集电极被供给来自所述第二整流元件的输出电压，基极与所述第一电阻的另一端相连接，且从发射极将所述电源进行供给的第一NPN型双极型晶体管，

被连接在所述第一NPN型双极型晶体管的发射极与固定电压之间的第一电容元件，

集电极与所述第一NPN型双极型晶体管的基极相连接，发射极与所述固定电压相连接的第二NPN型双极型晶体管，

以及被连接在所述第一NPN型双极型晶体管的发射极与所述第二NPN型双极型晶体管的基极之间的齐纳二极管。

发明效果

根据本发明，由于在电源电压变为在第一电压以上的情况下，能够使第一开关元件的控制端子的电压降低到固定电压，因此在内燃机的转速较低时，通过第一开关元件关闭而产生的跳变电压不会影响第一开关元件的控制端子的电压。通过这样，即便产生跳变电压也能够更高速地使第一开关元件关闭，因此便能够更高速地将流过第一开关元件的电流截断。于是，便能够进一步升高跳变电压。

因此，便能够在内燃机的转速较低时，升高点火用电容元件的充电电压。

简单附图说明

【图1】是显示第一实施方式涉及的点火系统(System)的基本结构的电路图。

【图2】是显示图1的控制电源供给电路的基本结构的电路图。

【图3】是图1的点火装置的各个信号的波形图。

【图4】是显示在采用图2的控制电源供给电路、图6(b)的控制电源供给电路、或者图6(c)的控制电源供给电路的点火电路中，充电电压Vc与内燃机的转速Ne之间的关系的图。

【图5】是显示第二实施方式涉及的控制电源供给电路的基本结构的电路图。

【图6】(a)是显示以往的点火系统的基本结构的电路图，(b)、(c)是显示以往的控制电源供给电路的基本结构的电路图。

【图7】是采用图6(c)的以往的控制电源供给电路的点火装置的各个信号的波形图。

具体实施方式

以下，将参照附图对本发明的实施方式进行说明。这些实施方式并不被限定于本发明。

(第一实施方式)

图1是显示第一实施方式涉及的点火系统的基本结构的电路图。该点火系统是被用于对例如摩托车等的车辆用内燃机(未作图示)实行点火。如图1所示，点火系统包括：交流发电机ACG，拾波线圈1，点火装置10，点火线圈T0，以及火花塞2。

交流发电机ACG受内燃机驱动从而进行发电。交流发电机ACG具有一端被接地的励磁线圈L0，被发电生成的交流输出Vac从励磁线圈L0另一端被输出。另外，交流发电机ACG在内燃机起动时，能够通过由用户(User)对油门踏板(Kick Pedal)的踩踏(Kick)从而进行发电。

拾波线圈1对内燃机的曲(Crank)轴的旋转位置进行检测，从而将表示该旋转位置的曲轴位置信号输出。

单线输入式的点火装置10将来自交流发电机ACG(即，励磁线圈L0)的交流输出Vac作为电源，经由点火线圈T0对火花塞2进行点火。

点火线圈T0也被称为点火线圈(Ignition Coil)，具有：一次线圈T01，二次线圈T02。一次线圈T01的一端与点火装置10相连接，另一端被接地。二次线圈T02的一端与火花塞2相连接，另一端被接地。

火花塞2被连接在点火线圈T0的二次线圈T02与接地之间。火花塞2被设置在内燃机上，对内燃机进行点火。

点火装置10包括：第一整流元件D1，第三整流元件D3，点火控制电路11，控制电源供给电路(电源供给电路)12，点火用开关元件SCR1，以及点火用电容元件C0。

第一整流元件D1是二极管，对来自交流发电机ACG的交流输出Vac进行整流。第一整流元件D1的阳极(Anode)与励磁线圈L0的另一端相连接，阴极(Cathode)与点火用电容元件C0的一端相连接。

第三整流元件D3是二极管，阳极被接地，阴极与第一整流元件D1的阳极相连接。第三整流元件D3在使来自励磁线圈L0的负半波不被输入到点火装置10的同时，成为在点火用电容元件C0放电时产生的反电动势的路径。

点火用电容元件C0用来自第一整流元件D1所输出的电压进行充电。点火用电容元件C0的另一端与点火线圈T0的一次线圈T01的一端相连接。将点火用电容元件C0的一端的电压称为充电电压Vc。

点火用开关元件SCR1是晶闸管(Thyristor)，通过在开启时使点火用电容元件C0放电，经由点火线圈T0，从而对被设置在内燃机中的火花塞2进行点火。点火用开关元件SCR1的阳极与第一整流元件D1的阴极相连接，阴极被接地，控制端子通过点火控制电路11被驱动。

点火控制电路11根据从拾波线圈1被供给的曲轴位置信号，配合内燃机的点火正时(Time)从而将点火用开关元件SCR1控制为开启。在本实施方式中，由于点火控制电路11是利用微型电子计算机(Micom)而被构成的，因此消耗电力比较大。

控制电源供给电路12利用来自交流发电机ACG(即，励磁线圈L0)的交流输出Vac从而向点火控制电路11供给直流电源。以下，将进行更详细的说明。

图2是显示图1的控制电源供给电路12的基本结构的电路图。如图2所示，控制电源供给电路12具有：第二整流元件D2，第一开关元件Q1，第一电阻R1，第一电容元件C1，以及开关元件控制电路121。

第二整流元件D2是二极管，对被供给到阳极的交流输出Vac进行整流。第一电阻R1的一端被供给来自第二整流元件D2的输出电压。

第一开关元件Q1是第一NPN型双极型晶体管，集电极(Collector)(一端)被供给来自第二整流元件D2的输出电压，基极(控制端子)与第一电阻R1的另一端相连接，且将电源从发射极(Emitter)供给到点火控制电路11。即，来自第二整流元件D2的输出电压经由第一电阻R1还被供给到第一开关元件Q1的基极。

第一电容元件C1被连接在第一开关元件Q1的发射极与接地电压(固定电压)之间。

开关元件控制电路121在电源电压Vout变为在第一电压以上的情况下，使第一开关元件Q1的基极电压降低到接地电压。具体而言，开关元件控制电路121具有：第二开关元件Q2，电压限制元件ZD1。

第二开关元件Q2是第二NPN型双极型晶体管，集电极(一端)与第一开关元件Q1的基极相连接，发射极(另一端)与接地电压相连接。

电压限制元件ZD1是齐纳二极管，阴极与第一开关元件Q1的发射极相连接，阳极与第二开关元件Q2的基极(控制端子)相连接。即，电压限制元件ZD1将第一开关元件Q1的发射极与第二开关元件Q2的基极之间的电压限制为齐纳电压(第二电压)。

所述第一电压是第二开关元件Q2的基极·发射极间的电压与齐纳电压的和。

第一电阻R1的阻抗值与第一开关元件Q1开启时的集电极·发射极间的阻抗相比要高。第一电阻R1的阻抗值是第一开关元件Q1开启时的集电极·发射极间的阻抗的10倍以上较为理想。

接着,将参照图3对点火装置10的动作进行说明。

图3是图1的点火装置10的各个信号的波形图。图3是关于内燃机的转速较低的情况(例如，1000r/min以下)，显示充电电压Vc，交流输出Vac，电源电压Vout，以及输入电流Iin。

在时刻t1中，点火用开关元件SCR1开启，从而点火用电容元件C0进行放电。因此，充电电压Vc约为0V。

接着，在时刻t2中，当交流输出Vac从0V开始上升时，第一开关元件Q1变为开启，输入电流Iin流过第二整流元件D2以及第一开关元件Q1。通过这样，第一开关元件Q1被充电，电源电压Vout上升。

接着，在时刻t3中，当电源电压Vout变为在第一电压以上时，第二开关元件Q2开启，从而第一开关元件Q1的基极电压降低到接地电压。通过这样，第一开关元件Q1变为关闭，且其集电极电流被截断。

当集电极电流被截断时，在时刻t3之后，通过励磁线圈L0产生电感性跳变电压。因此，由于交流输出Vac上升，充电电压Vc也上升。

此时，即便通过跳变电压交流输出Vac上升，由于第二开关元件Q2开启，因此第一开关元件Q1的基极电压能够大致保持为接地电压。因此，跳变电压的产生对第一开关元件Q1的关闭没有影响。

另外，通过第一开关元件Q1变为关闭，电源供给电路12的阻抗变高。是因为第一电阻R1的阻抗值与第一开关元件Q1开启时的阻抗相比要高。这也有助于交流输出Vac的上升。

之后，电源电压Vout开始下降。当电源电压Vout未满第一电压时，第二开关元件Q2变为关闭。

接着，在时刻t4中，当交流输出Vac再次上升时，第一开关元件Q1变为开启，电源电压Vout再次上升。

时刻t4之后的动作与从时刻t2直到t4的动作同样。

这里，将对本领域技术人员所知的在采用如图6(c)所示的以往的控制电源供给电路12Xb的点火装置10X中，由于不能充分升高跳变电压，因此不能充分升高交流输出Vac这一技术进行说明。

图7是采用图6(c)的以往的控制电源供给电路12Xb的点火装置10X的各个信号的波形图。在图7和图3中，横轴与纵轴的刻度(Scale)相同，内燃机的转速也相同。

在图7中，在时刻t4X之后，当电源电压Vout上升时，由于在时刻t5X中双极型晶体管Q1X关闭，导致产生跳变电压，交流输出Vac上升。通过交流输出Vac的上升，流过齐纳二极管ZD1X的电流增加。通过这样，齐纳二极管ZD1X的齐纳电压变高，因此双极型晶体管Q1X再次微弱开启。因此，由于电流再次流过双极型晶体管Q1X从而电源电压Vout进一步上升，导致双极型晶体管Q1X再次变为关闭。由于重复这样的动作，导致双极型晶体管Q1X的关闭速度变慢。即，输入电流Iin逐渐减少。因此，不能将流过双极型晶体管Q1X的电流高速截断，便不能够充分提高电感性跳变电压。

本发明人根据这样的本领域技术人员所知的技术，完成了上述的本实施方式的控制电源供给电路12的结构。

当将图3与图7相比较时，可知在本实施方式中的充电电压Vc相比于从前技术更高。该理由是因为在本实施方式中，交流输出Vac由于相比于从前技术更高的跳变电压而变高。

图4是显示在采用图2的控制电源供给电路12、图6(b)的控制电源供给电路12Xa、或者图6(c)的控制电源供给电路12Xb的点火电路中，充电电压Vc与内燃机的转速Ne之间的关系的图。

在图4中，在转速Ne为2000r/min以下的范围中，产生由于跳变电压而引起的交流输出Vac上升，和由于第一开关元件Q1关闭而阻抗变高从而引起的交流输出Vac上升两种情况。因此，在该范围中，相比于图6(b)，(c)的控制电源供给电路12Xa，12Xb，在本实施方式中充电电压Vc更高。

在从内燃机的脚踏起动(Kick Start)时起怠速空转(Idling)时的起动时间中，转速Ne例如为1000r/min以下。在本实施方式中，特别是由于能够在该范围中升高充电电压Vc，因此在起动时的转速较低时，能够相比于从前技术更加切实地对内燃机进行点火。

在转速Ne高于2000r/min的范围中，转速Ne越高，由励磁线圈L0的特性而引起的跳变电压就越低。因此，通过由跳变电压引起的交流输出Vac的上升变小、阻抗变高而引起的交流输出Vac的上升成为主导。因此，转速Ne越高，本实施方式的充电电压Vc就接近于图6(b)，(c)的控制电源供给电路12Xa，12Xb的充电电压Vc。然而，即便在该范围中，相比于图6(b)，(c)的控制电源供给电路12Xa，12Xb，在本实施方式中充电电压Vc也更高。

如以上说明所示，根据第一实施方式，在开关元件控制电路121在电源电压Vout变为第一电压以上的情况下，使第一开关元件Q1的基极电压降低到接地电压。因此，内燃机的转速较低时，通过第一开关元件Q1关闭而产生的跳变电压不会影响第一开关元件Q1的基极电压。通过这样，即便产生跳变电压也能够相比于从前技术更高速地使第一开关元件Q1关闭，因此便能够更高速地将流过第一开关元件Q1的电流截断。于是，便能够进一步升高跳变电压。

因此，便能够在内燃机的转速较低时，升高点火用电容元件C0的充电电压Vc。

(第二实施方式)

在第二实施方式中，控制电源供给电路12a的开关元件控制电路121a的电路结构与第一实施方式不同。

图5是显示第二实施方式涉及的控制电源供给电路12a的基本结构的电路图。在图5中，，对与图2共通的结构部分使用相同的符号，且以下以不同点为中心进行说明。

如图5所示，控制电源供给电路12a的开关元件控制电路121a除了图2中第一实施方式的结构之外，还包括：第二电阻R2，第二电容元件C2。

第二电阻R2被连接在第二开关元件Q2的基极与电压限制元件ZD1的阳极之间。通过这样，能够限制第二开关元件Q2的基极电流不会过大，能够提高控制电源供给电路12a的可靠性。

第二电容元件C2被连接在第二开关元件Q2的基极与接地电压之间。通过这样，由于能够保持第二开关元件Q2的基极电压，因此能够在电源电压Vout变为未满第一电压之前的期间内，更切实地将暂时变为开启的第二开关元件Q2保持开启。因此，能够更切实地将暂时变为关闭的第一开关元件Q1保持关闭，便能够使跳变电压不会下降。

因此，便能够在内燃机的转速较低时，更切实地升高点火用电容元件C0的充电电压Vc。

另外，在第一及第二实施方式中，关于第一至第三整流元件D1～D3是二极管的一个示例作了说明，但是并不仅限于此，其他具有整流功能的元件亦可。

另外，关于第一及第二开关元件Q1，Q2是NPN型双极型晶体管的一个示例作了说明，但是并不仅限于此，其他具有开关功能的元件亦可。

另外，关于点火用开关元件SCR1是晶闸管的一个示例作了说明，但是并不仅限于此，其他具有开关功能的晶体管等元件亦可。

本发明的形态不仅被限定与上述各个实施方式，还包括本领域技术人员能联想到的各种变形，发明效果也并不被本发明的上述内容所限定。即，在不脱离权利要求所规定的内容及其等同物所引出的与本发明相同的概念性思想和主旨的范围内能够进行各种追加、变更以及部分的删减。

符号说明

ACG 交流发电机

L0 励磁线圈

1 拾波线圈

2 火花塞

T0 点火线圈

10 点火装置

11 点火控制电路

12,12a 控制电源供给电路(电源供给电路)

121,121a 开关元件控制电路

C0 点火用电容元件

SCR1 点火用开关元件

D1 第一整流元件

D2 第二整流元件

D3 第三整流元件

Q1 第一开关元件

Q2 第二开关元件

R1 第一电阻

R2 第二电阻

C1 第一电容元件

C2 第二电容元件

ZD1 电压限制元件

Claims

1.一种点火装置，其特征在于，包括：

配合所述内燃机的点火正时从而将所述点火用开关元件控制为开启的点火控制电路，以及

利用所述交流输出从而向所述点火控制电路供给电源的电源供给电路，

所述电源供给电路具有：

对所述交流输出进行整流的第二整流元件，

与所述第一开关元件的另一端相连接的第一电容元件，以及

2.根据权利要求1所述的点火装置，其特征在于：

其中，所述开关元件控制电路具有：

对所述第一开关元件的另一端与所述第二开关元件的控制端子之间的电压进行限制的电压限制元件。

3.根据权利要求2所述的点火装置，其特征在于：

其中，所述第二开关元件是双极型晶体管，

4.根据权利要求3所述的点火装置，其特征在于：

其中，所述电压限制元件是齐纳二极管，所述第二电压是齐纳电压。

5.根据权利要求2～4中任一项所述的点火装置，其特征在于：

其中，所述开关元件控制电路具有被连接在所述第二开关元件的控制端子与所述电压限制元件之间的第二电阻。

6.根据权利要求2～5中任一项所述的点火装置，其特征在于：

其中，所述开关元件控制电路具有被连接在所述第二开关元件的控制端子与所述固定电压之间的第二电容元件。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的点火装置，其特征在于：

其中，所述第一电阻的阻抗值是所述第一开关元件开启时的阻抗的10倍以上。

8.一种点火装置，其特征在于，包括：

所述电源供给电路具有：

对所述交流输出进行整流的第二整流元件，

一端被供给来自所述第二整流元件的输出电压的第一电阻，

集电极与所述第一NPN型双极型晶体管的基极相连接，发射极与所述固定电压相连接的第二NPN型双极型晶体管，以及

被连接在所述第一NPN型双极型晶体管的发射极与所述第二NPN型双极型晶体管的基极之间的齐纳二极管。