JP2002349406A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

内燃機関用点火装置

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JP2002349406A JP2001148864A JP2001148864A JP2002349406A JP 2002349406 A JP2002349406 A JP 2002349406A JP 2001148864 A JP2001148864 A JP 2001148864A JP 2001148864 A JP2001148864 A JP 2001148864A JP 2002349406 A JP2002349406 A JP 2002349406A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】点火ユニット内のアースラインと内燃機関側の
接地電位部との間を接続するアース線が外れているとき
に点火ユニット内で高電圧が発生して絶縁破壊が生じる
のを防止する。 【解決手段】点火コイル1の一次コイル1aと一次電流
制御用スイッチ8との直列回路の両端に、商用電源3の
出力を整流する整流回路7の出力電圧を印加し、一次電
流制御用スイッチ8をオンオフさせることにより点火コ
イルの二次コイルに点火用高電圧を誘起させる。整流回
路7から内燃機関側の接地電位部とアース線15とを通
して整流回路7に戻る経路でチェック電流を流すチェッ
ク電流通電回路を設け、この通電回路を通して流れるチ
ェック電流を検出したときにのみオン状態になる保護用
スイッチ25を点火コイルの一次電流の通電路に挿入し
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、商用電源により駆
動される内燃機関用点火装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】内燃機関を点火する点火装置は、点火コ
イルと該点火コイルの一次電流を制御する一次電流制御
回路とを備えた点火回路と、該点火回路に電源電圧を与
える点火電源部と、内燃機関の点火時期に点火コイルの
一次電流に急激な変化を生じさせるように一次電流制御
回路を制御する点火制御部とを備えていて、点火コイル
の一次電流の変化により該点火コイルの二次コイルに点
火用の高電圧を誘起させ、この高電圧を点火プラグに印
加することにより、点火動作を行わせるようになってい
る。多くの場合、点火電源としては、バッテリや、内燃
機関により駆動される磁石発電機内に設けたエキサイタ
コイル等が用いられるが、内燃機関の用途によっては、
例えば、ガスヒートポンプに用いる内燃機関において
は、商用電源を点火電源として用いる場合がある。
【0003】図4は商用電源を点火電源として用いる従
来の内燃機関用点火装置を示したもので、同図において
1は点火コイル、2は内燃機関の気筒に取り付けられた
点火プラグである。点火コイル1は一次コイル1aと二
次コイル1bとを有していて、その二次コイル1bの一
端が点火プラグ2の非接地側の端子に接続されている。
【0004】3は50Hzまたは60Hzの交流電圧を
出力する商用電源、4は商用電源3の出力電圧を降圧す
るトランス、5はトランス4により降圧された商用電源
の出力を整流する全波整流器、6は整流器5の出力端子
間に接続された平滑用コンデンサで、整流器5とコンデ
ンサ6とにより整流回路7が構成されている。
【0005】また8は点火コイル1とともに点火回路を
構成する一次電流制御用スイッチで、この一次電流制御
用スイッチは、エミッタが整流回路7の負極側出力端子
に接続され、コレクタが一次コイル1aの一端に接続さ
れたNPNトランジスタTR1 と、トランジスタTR1
のベースコレクタ間に、アノードを該トランジスタのベ
ース側に向けて接続されたツェナーダイオードZDと、
トランジスタTR1 のコレクタエミッタ間にアノードを
該トランジスタのエミッタ側に向けて接続されたダイオ
ードD1 と、トランジスタTR1 のベースエミッタ間に
接続された抵抗R1 と、トランジスタTR1 のベースに
一端が接続された抵抗R2 と、整流回路7の出力電圧を
入力として一定の直流電圧を出力する定電圧電源回路1
0の正極側(非接地側)の出力端子と抵抗R2 の他端と
の間に接続された抵抗R3 とからなっている。
【0006】点火コイル1の一次コイル1a及び二次コ
イル1bの他端の間は、アノードを二次コイル1b側に
向けたダイオードDo を通して接続されている。
【0007】11は、内燃機関の点火時期よりも前に一
次電流制御用スイッチ8をオン状態にし、点火時期に該
一次電流制御用スイッチ8をオフ状態にするように制御
する点火制御部で、図示の例では、この点火制御部がマ
イクロコンピュータからなっている。点火制御部11を
構成するマイクロコンピュータの電源端子には電源回路
10から電源電圧Vccが与えられ、その入力ポートA1
,A2 には、図示しない内燃機関に取り付けられた信
号発生装置12から得られるパルス信号が波形整形回路
13を通して入力されている。またマイクロコンピュー
タは、一次電流制御用スイッチ8を制御する制御信号を
発生する出力ポートBo を有していて、該出力ポートB
o に前記抵抗R2 の他端が接続されている。
【0008】整流回路7、一次電流制御用スイッチ8、
電源回路10及び波形整形回路13をそれぞれ構成する
電子部品と、点火制御部11を構成するマイクロコンピ
ュータのチップとは共通の回路基板14に実装され、整
流回路7の負極側出力端子とトランジスタTR1 のエミ
ッタとが接続された共通ライン9と、電源回路10の負
極側出力端子とマイクロコンピュータの接地端子とが基
板14に形成された導電パターンからなる点火ユニット
のアースラインに接続されている。
【0009】図示の信号発生装置12は、機関のクラン
ク軸に取り付けられたロータ12Aと、ロータ12Aの
外周に設けられたリラクタ12aのエッジを検出してパ
ルス信号を発生するパルサ12Bとからなる周知のもの
である。パルサ12Bは、機関の上死点よりも十分に進
角した位置に設定されたクランク軸の第1の回転角度位
置、及び第1の回転角度位置よりも遅角した第2の回転
角度位置でそれぞれ極性が異なる第1のパルス信号P1
及び第2のパルサ信号P2 を発生する。
【0010】これらのパルス信号はクランク軸の特定の
回転角度位置で発生するため、機関の回転情報(回転角
度情報及び回転速度情報)を含んでいる。
【0011】図示の例では、回路基板14とこの基板に
実装された部品とにより点火ユニットUが構成され、回
路基板14に設けられた点火ユニットのアースライン
は、機関の気筒に取り付けられた点火プラグ2の接地側
の端子が接続された内燃機関側の接地電位部にアース線
15を通して接続される。
【0012】点火制御部11を構成するマイクロコンピ
ュータは、パルサ12Bが発生したパルスから機関の回
転情報を得て、点火コイルの一次電流の通電を開始する
時期(通電開始時期)と、該一次電流を遮断する時期
(点火時期)とを演算する。マイクロコンピュータはま
た、演算した通電開始時期の検出と点火時期の検出とを
行い、演算した通電開始時期が検出されたとき(クラン
ク軸の回転角度位置が演算した通電開始時期に相応する
回転角度位置に一致したとき)にそのポートBoの電位
を高レベル(Hレベル)にしてトランジスタTR1 をオ
ン状態にする。これにより、整流回路7−点火コイルの
一次コイル1a−一次電流制御用スイッチ8を構成する
スイッチ素子(トランジスタTR1 )−整流回路17の
経路で点火コイルの一次電流を流す。
【0013】点火制御部11を構成するマイクロコンピ
ュータはまた点火時期を検出したときにポートBo の電
位を低レベル(Lレベル)に変化させ、トランジスタT
R1をオフ状態にしてそれまで流れていた一次電流を遮
断する。これにより、点火コイル1の一次コイル1aに
高い電圧を誘起させ、この高電圧を更に昇圧して、点火
コイルの二次コイル1bに点火用の高電圧を誘起させ
る。この高電圧は点火プラグ2に印加されるため、該点
火プラグで火花が生じて機関が点火される。
【0014】ガスヒートポンプにおいては、点火ユニッ
トが内燃機関から離れた箇所に配置されるため、点火ユ
ニットのアースラインを直接機関のケースに接地する取
り付け方はできない。そのため、図4に示したように、
点火ユニットのアースラインと点火プラグの接地側端子
が接続される接地電位部(内燃機関のケース)との間を
アース線15により接続する必要がある。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】図4に示した点火装置
により内燃機関を点火するガスヒートポンプ等におい
て、設置工事の際のミスでアース線15の配線を忘れた
り、使用中の事故によりアース線15が断線したりし
て、内燃機関の接地電位部と点火ユニットUのアースパ
ターンとの間が切り離された場合には、以下に示すよう
に点火ユニット内部の高電位部とアースラインとの間に
高い電圧が印加されて、絶縁耐力が最も弱い部分で絶縁
破壊が生じるという問題があった。
【0016】図4に示した点火装置において、点火コイ
ルの一次コイルのインダクタンスをL1 、一次電流の遮
断値をI1 とすると、点火コイルの一次電磁エネルギー
W1は下記の式で与えられる。
【0017】 W1 =(1/2)L1 ・I1 …(1) ここで点火コイルの二次側静電容量をC2 、点火プラグ
の放電ギャップの火花電圧をVs 、グロー放電電流をI
g 、グロー放電電圧をVg ,放電継続時間をTd とする
と、放電エネルギーWは、ほぼ下記の式により表すこと
ができる。
【0018】 W=(Cp ・Vs +Vg ・Ig ・Td )/2 …(2) 点火コイルの一次電磁エネルギーをW1 、放電ギャップ
における放電エネルギーW1 と、点火コイルの一次電磁
エネルギーW1 との変換効率をηとすると、WとW1 と
の間には、下記の関係がある。
【0019】 W=η・(1/2)・L1 ・I1 …(3) 図4の点火装置において、内燃機関の接地電位部と点火
ユニットのアースラインとの間が接続されていない場合
には、(2)式及び(3)式より、以下に示す高電圧V
s が、点火ユニット内の高電位部とアースラインとの間
に印加される。
【0020】 Vs =[{(n・L1 ・I1 −Vg ・Ig ・Td )/C2 ]1/2 …(4) 上記の電圧Vs は通常高電圧(数十kV)に達するの
で、点火ユニット内のアースラインと内燃機関側の接地
電位部との間が切り離された状態になった場合に、点火
装置の内部で絶縁破壊が生じて、点火装置の内部のアー
スラインに対する絶縁耐力が最も弱い部分で絶縁破壊が
生じ、点火装置が破損するおそれがあった。
【0021】本発明の目的は、点火ユニット内のアース
ラインと内燃機関側の接地電位部との間が接続されてい
ない場合に、点火ユニットの内部で高電圧が発生して絶
縁破壊が生じるのを防ぐことができるようにした内燃機
関用点火装置を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明は、一次コイルと
二次コイルとを有して、二次コイルの一端が内燃機関の
気筒に取り付けられた点火プラグの非接地側の端子に接
続される点火コイルと、該点火コイルの一次電流を制御
するために用いる構成要素からなる点火ユニットとを備
えた内燃機関用点火装置に係わるものである。
【0023】本発明が対象とする点火装置では、上記点
火ユニットが、点火コイルの一次コイルに対して直列に
接続される一次電流制御用スイッチと、商用電源の出力
を整流して得た直流電圧を点火コイルの一次コイルと一
次電流制御用スイッチとの直列回路の両端に印加する整
流回路と、内燃機関の点火時期よりも前に一次電流制御
用スイッチをオン状態にし、点火時期に該一次電流制御
用スイッチをオフ状態にするように一次電流制御用スイ
ッチを制御する点火制御部とを有していて、点火コイル
の一次コイルと一次電流制御用スイッチとの直列回路の
一端が整流回路の一方の出力端子とともにアースライン
に接続され、点火プラグの接地側の端子が接続される内
燃機関側の接地電位部と上記アースラインとの間がアー
ス線により接続される。
【0024】本発明においては、上記整流回路の他方の
出力端子から内燃機関側の接地電位部とアース線とを通
して整流回路の一方の出力端子に戻る経路でチェック電
流を流すチェック電流通電回路と、点火コイルの一次電
流の通電路の途中に挿入されて、チェック電流を検出し
ているときにオン状態を保持し、チェック電流が検出さ
れないときにオフ状態を保持する保護用スイッチとを設
けた。
【0025】上記のように構成すると、点火ユニットの
アースラインと点火プラグの接地側の端子が接続される
内燃機関側の接地電位部との間がアース線により正しく
接続されているときに、チェック電流通電回路を通して
チェック電流が流れるため、保護用スイッチはオン状態
を保持する。このとき点火コイルの一次電流の通電が妨
げられることがないため、点火動作は支障なく行われ
る。
【0026】これに対し、点火ユニットのアースライン
と点火プラグの内燃機関側の接地電位部との間を接続す
るアース線が接続されていなかったり、断線したりした
場合には、チェック電流通電回路を通して電流が流れな
いため、保護用スイッチはオフ状態を保持する。このと
き点火コイルの一次電流は流れことができず、点火制御
部が一次電流制御用スイッチを制御しても点火コイルの
一次コイル及び二次コイルに高電圧が誘起することはな
いため、点火ユニット内で高電圧が発生して絶縁破壊が
生じるのを防ぐことができる。
【0027】上記保護用スイッチは、励磁コイルがチェ
ック電流により励磁されるように設けられたリレーによ
り構成することができる。
【0028】上記保護用スイッチはまた、点火コイルの
一次電流の通電路にコレクタエミッタ間回路が直列に挿
入されるとともに、チェック電流をベース電流としてオ
ン状態になるようにベース回路がチェック電流通電回路
に接続されたトランジスタにより構成することもでき
る。
【0029】
【発明の実施の形態】図1は本発明に係わる内燃機関用
点火装置の構成例を示したもので、その基本的な構成は
図4に示した従来の点火装置のそれと同様である。図1
に示した点火装置では、励磁コイル20Aと常開接点2
0aとを有するリレー20が設けられていて、このリレ
ー20の励磁コイル20Aの一端が整流器5の正極側出
力端子に接続され、励磁コイル20Aの他端がアース線
21を通して点火プラグ2の接地側端子が接続される内
燃機関側の接地電位部(例えばクランクケース)に接続
されている。リレー20の接点20aは整流回路7の正
極側出力端子と点火コイル1の一次コイル1aの他端
(一次電流制御用スイッチ8と反対側の端子)に接続さ
れている。また励磁コイル20Aの両端には、アノード
を接地側に向けたダイオードD2 が接続されている。
【0030】この例では、整流器5の正極側出力端子と
励磁コイル20Aとの間を接続する配線23と、励磁コ
イル20Aと、該励磁コイルとアース線21の一端を接
続する端子との間を接続する配線24と、アース線21
と、アース線15とにより、整流回路7の他方の出力端
子(非接地側端子)から内燃機関側の接地電位部とアー
ス線15とを通してチェック電流を流すチェック電流通
電回路が構成されている。
【0031】この例では、リレー20により、点火コイ
ル1の一次電流の通電路の途中に挿入されて、上記チェ
ック電流を検出しているときにオン状態を保持し、チェ
ック電流が検出されないときにオフ状態を保持する保護
用スイッチが構成されている。
【0032】リレー20は、その励磁コイル20Aが上
記チェック電流通電回路の途中に挿入されているため、
チェック電流通電回路を流れるチェック電流を検出した
ときに(チェック電流により励磁されたときに)その接
点20aを閉じて点火コイル1に一次電流が流れるのを
許容し、該チェック電流が流れていないときには接点2
0aを開いて、点火コイルに一次電流が流れるのを阻止
する。
【0033】図1に示した点火装置のその他の構成は図
4に示した従来の点火装置と同様である。
【0034】図1のように構成すると、点火ユニットU
のアースラインと内燃機関側の接地電位部との間が正し
くアース線15により接続されているときにはリレー2
0の励磁コイル20Aにチェック電流が流れて該リレー
が励磁されるため、接点20aがオン状態を保持する。
そのため、点火コイル1の一次電流の通電が妨げられる
ことはなく、点火動作は支障なく行われる。これに対
し、アース線15が接続されていなかったり、断線して
いたりした場合には、リレー20の励磁コイルに電流が
流れないため、該リレーは励磁されず、接点20aはオ
フ状態を保持する。そのため、点火動作は行われなくな
り、点火ユニット内で高電圧が生じて絶縁破壊が生じる
のを防ぐことができる。
【0035】図1に示した例では、リレーにより保護用
スイッチを構成したが、図2に示すように、一次電流の
通電路にコレクタエミッタ間の内部回路が直列に挿入さ
れるとともに、チェック電流をベース電流としてオン状
態になるようにベース回路がチェック電流通電回路に接
続されたトランジスタTR2 により保護用スイッチ25
を構成してもよい。図2に示した例では、トランジスタ
TR2 としてPNPトランジスタが用いられていて、こ
のトランジスタのエミッタが整流回路7の正極側出力端
子に接続され、コレクタが点火コイルの一次コイル1a
の他端に接続されている。またトランジスタTR2 のベ
ースエミッタ間に抵抗R5 が接続され、該トランジスタ
のベースとアース線21を接続する端子との間が抵抗R
6 を通して接続されている。図2に示した点火装置のそ
の他の構成は図1に示した例と同様である。
【0036】図2に示した点火装置では、整流器5の正
極側出力端子とトランジスタTR2のエミッタとの間を
接続する配線23と抵抗R5 及びトランジスタTR2 の
エミッタベース間の内部回路と、抵抗R6 と、抵抗R6
とアース線21との間を接続する配線24と、アース線
21と、アース線15とにより、チェック電流通電回路
が構成されている。
【0037】アース線15が正しく接続されていて、上
記チェック電流通電回路を通してチェック電流が流れて
いるときには、トランジスタTR2 にベース電流が流れ
て該トランジスタTR2 がオン状態を保持するため、点
火コイル1の一次コイルの通電は支障なく行われ、点火
動作は支障なく行われる。
【0038】これに対し、アース線15が接続されてい
ないか、または断線しているときには、トランジスタT
R2 がオフ状態を保持するため、点火コイルの一次電流
は流れることができず、点火動作が阻止される。そのた
め点火ユニット内で高電圧が発生するのを防ぐことがで
き、点火ユニットが絶縁破壊するおそれをなくすことが
できる。
【0039】図1及び図2に示した例では、点火制御部
がマイクロコンピュータにより構成さているが、点火制
御部をアナログ回路により構成する場合にも本発明を適
用できるのはもちろんである。
【0040】また上記の例では、単気筒の点火装置の構
成を説明したが、多気筒内燃機関用の点火装置にも、本
発明を適用できるのはもちろんである。各気筒毎に点火
コイルと、各点火コイルの一次電流を制御する回路とを
設ける多気筒内燃機関用点火装置に本発明を適用する場
合、保護用スイッチは各気筒用の点火コイル毎に設けて
もよく、複数気筒用の点火コイルに対して共通に設けて
もよい。保護用スイッチとして多数の接点を有するリレ
ーを用いると、多気筒内燃機関用点火装置の各気筒の点
火コイルに対して設ける保護用スイッチを一つのリレー
により構成することができる。
【0041】上記の構成例では、点火コイルの一次コイ
ルの他端と二次コイルの他端との間をダイオードDo を
通して接続しているが、このダイオードは、一次電流制
御用スイッチがオン状態になった際に点火プラグで火花
が生じるのを防ぐためである。一次電流制御用スイッチ
がオン状態になった際に点火プラグで機関を誤点火する
火花が生じるおそれがない場合には、ダイオードDo を
省略して点火コイルの一次コイルの他端と二次コイルの
他端との間を直結することができる。
【0042】また上記の例では、一次電流制御用スイッ
チ8をアース側に設けているが、図3に示すように、点
火コイルの一次コイル1aの一端を点火ユニット内のア
ースラインに接続するとともに、一次コイル1aの他端
側に一次電流制御用スイッチ8を配置して、該一次電流
制御用スイッチ8を構成するトランジスタTR1 のエミ
ッタを一次コイル1aの他端に接続することにより、該
一次電流制御用スイッチを一次コイル1aに対して直列
に接続し、これら一次コイル1aと一次電流制御用スイ
ッチ8との直列回路の両端に保護用スイッチを介して整
流回路7の出力電圧を印加する構成にしてもよい。この
場合、点火コイルの二次コイル1bの一端を点火ユニッ
トのアースラインに接続し、該二次コイル1bの他端を
点火プラグ2の非接地側端子に接続する。また点火ユニ
ットUのアースラインと内燃機関側のアース電位部との
間をアース線15により接続する。
【0043】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、点火電
源を構成する整流回路の非接地側の出力端子から内燃機
関側の接地電位部とアース線とを通して整流回路の接地
側の出力端子に戻る経路でチェック電流を流すチェック
電流通電回路と、点火コイルの一次電流の通電路の途中
に挿入されて、チェック電流を検出しているときにオン
状態を保持し、チェック電流が検出されないときにオフ
状態を保持する保護用スイッチとを設けたので、点火ユ
ニットのアースラインと内燃機関側の接地電位部との間
がアース線により正しく接続されているときには、点火
動作を支障なく行わせることができ、また該アース線が
接続されていなかったり、断線したりした場合には、点
火動作を阻止して点火ユニット内で高電圧が発生するの
を防ぐことができる。したがって本発明によれば、定常
時の点火動作になんら支障を来すことなく、点火ユニッ
トで絶縁破壊が生じるおそれをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる内燃機関用点火装置の構成例を
示した回路図である。
【図2】本発明に係わる内燃機関用点火装置の他の構成
例を示した回路図である。
【図3】本発明に係わる内燃機関用点火装置の更に他の
構成例を示した回路図である。
【図4】従来の内燃機関用点火装置の構成を示した回路
図である。
【符号の説明】
1…点火コイル、2…点火プラグ、3…商用電源、4…
トランス、5…整流器、6…平滑用コンデンサ、7…整
流回路、8…一次電流制御用スイッチ、TR1…トラン
ジスタ、11…点火制御部、15…アース線。20…リ
レー(保護用スイッチ)、21…アース線、25…保護
用スイッチ、TR2 …トランジスタ、U…点火ユニッ
ト。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一次コイルと二次コイルとを有して、二
    次コイルの一端が内燃機関の気筒に取り付けられた点火
    プラグの非接地側の端子に接続される点火コイルと、 前記点火コイルの一次コイルに対して直列に接続される
    一次電流制御用スイッチと、商用電源の出力を整流して
    得た直流電圧を前記点火コイルの一次コイルと一次電流
    制御用スイッチとの直列回路の両端に印加する整流回路
    と、内燃機関の点火時期よりも前に前記一次電流制御用
    スイッチをオン状態にし、前記点火時期に該一次電流制
    御用スイッチをオフ状態にするように前記一次電流制御
    用スイッチを制御する点火制御部とを有する点火ユニッ
    トと、 を備え、 前記一次コイルと一次電流制御用スイッチとの直列回路
    の一端が前記整流回路の一方の出力端子とともに前記点
    火ユニット内のアースラインに接続され、前記点火プラ
    グの接地側の端子が接続される内燃機関側の接地電位部
    と前記アースラインとの間がアース線により接続される
    内燃機関用点火装置において、 前記整流回路の他方の出力端子から前記内燃機関側の接
    地電位部と前記アース線とを通して前記整流回路の一方
    の出力端子に戻る経路でチェック電流を流すチェック電
    流通電回路と、 前記点火コイルの一次電流の通電路の途中に挿入され
    て、前記チェック電流を検出しているときにオン状態を
    保持し、前記チェック電流が検出されないときにオフ状
    態を保持する保護用スイッチと、 を具備したことを特徴とする内燃機関用点火装置。
  2. 【請求項2】 前記保護用スイッチは、励磁コイルが前
    記チェック電流により励磁されるように設けられたリレ
    ーからなっている請求項1に記載の内燃機関用点火装
    置。
  3. 【請求項3】 前記保護用スイッチは、前記一次電流の
    通電路にコレクタエミッタ間回路が直列に挿入されると
    ともに、前記チェック電流をベース電流としてオン状態
    になるようにベース回路が前記チェック電流通電回路に
    接続されたトランジスタからなっている請求項1に記載
    の内燃機関用点火装置。
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