JP2569852B2 - コンデンサ放電式内燃機関用点火装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、コンデンサ放電式の内燃機関用点火装置に
関するものである。

［従来の技術］ 周知のように、コンデンサ放電式の内燃機関用点火装
置は、点火コイルの１次側に設けられた点火エネルギ蓄
積用コンデンサと、導通した際に点火エネルギ蓄積用コ
ンデンサの電荷を１次側に放電させるように設けられた
サイリスタと、内燃機関の点火時期にサイリスタにトリ
ガ信号を与える点火時期制御回路とにより構成される。

この種の点火装置をバッテリを電源として駆動する場
合には、発振器から得られる駆動パルスによりオンオフ
されるスイッチング素子によりトランスの１次電流を継
続させてバッテリの電圧を昇圧させるDC−DCコンバータ
を設けて、該コンバータの出力によりコンデンサを充電
するようにしている。

コンデンサ放電式の点火装置においては、点火コイル
の２次側に得られる出力電圧が点火エネルギ蓄積用コン
デンサの充電電圧にほぼ比例する。

DC−DCコンバータを用いた従来のコンデンサ放電式点
火装置においては、特開平1-117984号に見られるよう
に、コンバータの出力電圧を検出して該検出電圧を一定
の基準電圧と比較することによって点火エネルギ蓄積用
コンデンサの充電電圧を点火時期の如何に関わらずほぼ
一定の値に制限していた。

［発明が解決しようとする課題］ 一般にピストン式内燃機関においては、機関の所期の
特性を得るために中高速域で点火時期を進ませている。
またオートバイ用２サイクル機関などにおいては第２図
（Ａ）に示すように中速域で点火時期θｉを進ませたの
ち高速域で再び点火時期θｉを遅らせることがある。

ピストン式内燃機関において機関の圧縮行程で点火す
る場合、点火瞬時における気筒内圧力は点火時期が進む
ほど低く、逆に点火時期が遅れるほど高くなる。そのた
め点火プラグの火花電圧（点火装置の所要発生電圧）V2
_sは、第２図（Ｂ）に示すように、同図（Ａ）に示した
点火時期に対応して、点火時期が進んた状態では低く、
逆に点火時期が遅れた状態では高くなる。

他方コンデンサ放電式の点火装置においては、周知の
ように点火コイルの２次側発生電圧が１次側に接続した
点火エネルギ蓄積用コンデンサの充電電圧にほぼ比例す
る。従って点火プラグに所要の点火電圧を供給するため
に必要な点火エネルギ蓄積用コンデンサの充電電圧V_cs
は第２図（Ｃ）に示すように点火時期θｉが進んだ状態
では低く、逆に点火時期θｉが遅れた状態では高くな
る。

従来の点火装置では、点火時期が変化しても点火エネ
ルギ蓄積用コンデンサの充電電圧がほぼ一定値に保持さ
れ、その大きさは点火時期が最も遅れていて点火コイル
の２次側発生電圧の所要値が最も高くなるときに必要な
高い値に選定されていた。

従って従来の点火装置では、点火時期が進んだ状態で
は点火エネルギ蓄積用コンデンサに必要以上の余分なエ
ネルギが蓄積されることになるので、バッテリの電力消
費も大きく、かつ点火コイルやDC−DCコンバータで余分
なエネルギが消費されることになる。とくに点火時期が
進んだ中速域で使用されることが多いオートバイ等では
車速もあまり速くないので走行による点火装置の冷却も
十分ではなく、温度上昇を抑制するために点火コイルや
DC−DCコンバータを大型とせざるを得ないという問題が
あった。

本発明の目的は、余分なエネルギの消費が無く効率良
く動作を行わせることができるコンデンサ放電式の内燃
機関用点火装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、その実施例を示す第１図に見られるよう
に、駆動パルスV_pによりオンオフされるスイッチング素
子10を有する直流電圧昇圧用コンバータ回路８と、点火
コイル１の１次側に設けられてコンバータ回路８の出力
により充電される点火エネルギ蓄積用コンデンサ４と、
導通した際に点火エネルギ蓄積用コンデンサ４の電荷を
点火コイル１の１次コイル1aに放電させるように設けら
れたサイリスタ５と、該サイリスタ５のゲートカソード
間にトリガ信号V_tを与える点火時期制御回路19とを備え
たコンデンサ放電式内燃機関用点火装置に係わるもので
ある。

本発明においては、コンデンサ４の充電電圧を検出し
て該コンデンサの充電電圧に相応したコンデンサ電圧検
出信号V_cdを出力するコンデンサ電圧検出回路24と、機
関の点火時期が進むにしたがって小さくなり該点火時期
が遅れるに従って大きくなるように点火時期に応じて大
きさが変化する電圧設定信号V_r1を出力する電圧設定信
号発生装置20と、コンデンサ電圧検出信号V_cdを電圧設
定信号V_r1と比較してコンデンサ電圧検出信号が電圧設
定信号以下のときに動作指令信号を出力し該コンデンサ
電圧検出信号が設定電圧信号を超えたときに停止指令信
号を出力する指令信号発生回路27と、駆動パルスと指令
信号発生回路27の出力とを入力として動作指令信号が発
生しているときにスイッチング素子に駆動パルスを供給
し停止指令信号が発生しているときに該駆動パルスの供
給を停止する駆動パルス供給制御回路28とを設けた。

［作用］ 上記の構成において、駆動パルス供給制御回路28から
スイッチング素子10に駆動パルスV_pが供給されると、コ
ンバータ回路８が動作してその出力で点火エネルギ蓄積
用コンデンサ４の充電が開始される。コンデンサ４の充
電電圧が上昇して点火に必要な値以上になると充電電圧
の検出信号V_cdが設定信号V_r1以上になり、指令信号発生
回路27から停止指令信号が発生する。この停止指令信号
が発生すると、駆動パルス供給制御回路28がコンバータ
回路への駆動パルスの供給を停止するため、コンデンサ
４の充電電圧の上昇は停止する。設定信号V_r1は各点火
時期においてそのときの点火に必要なコンデンサ４の充
電電圧の大きさに相応した値に設定されているので、点
火時期が進んでいて点火に必要なコンデンサ充電電圧が
低い場合には、コンデンサの充電電圧がその低い値に制
限され、点火時期が遅れて点火に必要なコンデンサの充
電電圧が高くなった場合には、コンデンサの充電電圧が
高い値になる。

このようにコンデンサの充電電圧は点火時期に応じて
適値に制御されるため、コンデンサ４が余分に高い電圧
まで充電されることがない。従って点火コイルやコンバ
ータ回路で必要以上に余分なエネルギが消費されること
が無く、バッテリの電力消費も少なくすることができ
る。

［実施例］ 以下添附図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の実施例を示したもので、同図におい
て１は一端が接地された１次コイル1a及び２次コイル1b
を有する点火コイル、２は図示しない機関の気筒に取付
けられた点火プラグで、この点火プラグ２には点火コイ
ルの２次コイル1bの出力電圧が印加されている。１次コ
イル1aの両端にはカソードを接地側に向けたダイオード
３が並列接続されている。１次コイル1aの非接地側端子
には点火エネルギ蓄積用コンデンサ４の一端が接続さ
れ、該コンデンサ４の他端と接地間にはサイリスタ５が
そのカソードを接地側に向けて接続されている。

点火エネルギ蓄積用コンデンサ４を充電するため、コ
ンバータ主回路６と発振回路７とからなるコンバータ回
路８が設けられている。コンバータ主回路６は、トラン
ス９と、電界効果トランジスタ10と、抵抗器11と、ダイ
オード12とからなっている。トランス９の１次コイルの
一端は負極を接地したバッテリ13の正極に電源スイッチ
14を介して接続され、他端は電界効果トランジスタ10の
ドレインに接続されている。電界効果トランジスタ10の
ソースは接地され、該電界効果トランジスタのゲートと
ソース間に抵抗器11が接続されている。トランス９の２
次コイルの一端は接地され、該２次コイルの他端にダイ
オード12のアノードが接続されている。この例では電界
効果トランジスタ10がコンバータ回路のスイッチング素
子を構成している。

発振回路７は演算増幅器と抵抗器及びコンデンサで構
成された公知の非安定マルチバイブレータからなり、例
えば200kHZ程度の周波数の矩形波パルスを出力する。こ
の発振回路７の出力パルスV′_p（第４図Ｇ）はアンド回
路15を通して電界効果トランジスタ10のゲートに駆動パ
ルスV_pとして供給される。電界効果トランジスタ10はこ
の駆動パルスによりオンオフされてトランス９の１次電
流を継続する。トランス９の１次電流が継続されると、
２次コイルに高い電圧が誘起し、この電圧がダイオード
12により整流されて点火エネルギ蓄積用コンデンサ４に
印加される。これによりコンデンサ４は図示の極性に充
電される。

内燃機関の回路角度情報及び速度情報を得るため、機
関の回転に同期して回転するリラクタ16と該リラクタの
回転に伴って生ずる磁束変化により電圧を誘起する信号
コイル17とを備えた信号発電機が設けられ、信号コイル
17の出力は、バッテリ13の出力電圧を入力として定電圧
を出力する安定化電源回路18を電源とする点火時期制御
装置19に入力されている。点火時期制御装置19は、信号
コイル17から回転角度情報と速度情報とを得て各回路速
度における点火時期を演算して、演算した点火時期でサ
イリスタ５にトリガ信号V_tを供給する。

この例では、第４図（Ａ）に示したように、信号コイ
ル17が、機関の１回転当り１サイクルの信号e_sを出力す
る。この例で用いている信号e_sは、機関の最大進角位置
θ１と最小進角位置θ２との間で発生する負の電圧e_s1
と、最小進角位置θ２で立上る急峻な正の電圧e_s2とか
らなる。この信号e_sは点火時期制御装置19に入力され
る。点火時期制御装置19は信号e_sにより与えられる回転
角度情報と速度情報とに基いて所定の演算を行い、機関
の点火位置θｉよりも僅かに進んだ位置θｉ′で立上る
トリガ信号V_t（第４図Ｂ参照）を発生する。

点火時期制御装置19は機関の点火特性に応じて種々の
構成をとるが、本発明においてこの点火時期制御装置の
構成は任意である。第２図（Ａ）は機関の回転速度Ｎに
対する点火時期θｉの特性の一例を示している。このよ
うな点火時期特性を得る点火時期制御装置は例えば特公
昭62-42155号に示されているように既に公知である。

本発明ではまた、点火時期に応じた電圧設定信号V_r1
を発生する電圧設定信号発生装置20が設けられている。
この電圧設定信号発生装置20は、安定化電源回路18の出
力を電源とし、点火時期制御装置19からその時の点火時
期の情報を含む信号を受け入れて、機関の点火時期に応
じて大きさが変化する電圧設定信号V_r1を発生する。点
火時期に対する電圧設定信号V_r1の変化は例えば第３図
に示す通りで、点火時期が進むにしたがって小さくなり
点火時期が遅れるに従って大きくなる。

尚点火時期は回転速度と相関関係を有するので、電圧
設定信号発生装置20内に回転速度情報を取り入れて、該
回転速度情報に基いて電圧設定信号V_r1を発生させるよ
うにしても良い。その場合でも電圧設定信号V_r1は点火
時期が進むにしたがって小さくなり点火時期が遅れるに
従って大きくなることに変りはない。

点火時期制御装置19及び電圧設定信号発生装置20はマ
イクロコンピュータにより構成できる。

電圧設定信号V_r1は、比較回路21の非反転入力端子に
入力されている。コンデンサ４の充電電圧を検出するた
め、サイリスタ５のアノードカソード間に抵抗器22と可
変抵抗器23との直列回路からなる分圧回路が並列に接続
され、この分圧回路によりコンデンサ充電電圧検出回路
24が構成されている。コンデンサ充電電圧検出回路24は
可変抵抗器23の両端に点火エネルギ蓄積用コンデンサ４
の充電電圧に比例したコンデンサ電圧検出信号V_cdを発
生し、該検出信号が比較回路21の反転入力端子に入力さ
れている。比較回路21はコンデンサ電圧検出信号V_cdと
設定信号V_r1とを比較して、これらの信号の大小関係に
応じて出力信号V1の状態を変化させる。すなわち検出信
号V_cdが電圧設定信号V_r1以下のとき（V_cd≦V_r1のとき）
に出力信号V1が高レベル（論理値が「１」）になり、検
出信号V_cdが電圧設定信号V_r1を超えたとき（V_cd＞V_r1の
とき）に出力信号V1が低レベル（論理値が「０」）にな
る。この例では比較回路21から得られる高レベルの信号
が動作指令信号として用いられ、比較回路21から得られ
る低レベルの信号が停止指令信号として用いられてい
る。

比較回路21の出力信号V1は発振回路７から得られるパ
ルス信号V_p′と共にアンド回路15に入力されている。

また、サイリスタ５のゲートカソード間には、コンデ
ンサ25と抵抗器26とが並列接続され、サイリスタ５のゲ
ートカソード間電圧V_gkが比較回路27の反転入力端子に
入力されている。比較回路27の非反転入力端子には、安
定化電源回路18の出力電圧を抵抗器29及び可変抵抗器30
からなる分圧回路により分圧して得た基準電圧V_r2が入
力されている。比較回路27はサイリスタ５のゲートカソ
ード間の電圧V_gkと基準電圧V_r2とをとを比較して、その
出力信号V2の状態を変化させる。すなわち、信号V2はV
_gk≦V_r2のときに高レベル（論理値が「１」）になり、V
_gk＞V_r2のときに低レベル（論理値が」０」）になる。
この例では比較回路27から得られる高レベルの信号が動
作指令信号として用いられ、比較回路27から得られる低
レベルの信号が停止指令信号として用いられている。基
準電圧V_r2はサイリスタ５のトリガレベルよりも低く設
定され、サイリスタ５のゲートカソード間電圧V_gkがサ
イリスタ５のトリガレベルに達する前に比較回路27の出
力が低レベルになるようになっている。比較回路27の出
力V2はアンド回路15に入力されている。

この例では比較回路21により、コンデンサ電圧検出信
号が電圧設定信号以下のときに動作指令信号を出力し該
コンデンサ電圧検出信号が設定電圧信号を超えたときに
停止指令信号を出力する指令信号発生回路が構成されて
いる。

またアンド回路15により、動作指令信号が発生してい
るときにスイッチング素子（電界効果トランジスタ10）
に駆動パルスを供給し、停止指令信号が発生していると
きに駆動パルスを供給する駆動パルス供給制御回路28が
構成されている。

次に上記実施例の動作を説明する。

サイリスタ５にトリガ信号V_tが与えられていないとき
には、比較回路27の出力V2（第４図Ｆ参照）が「１」の
状態にある。また点火エネルギ蓄積用コンデンサ４の端
子電圧が点火に必要な充電電圧V_cs以下で、充電電圧の
検出信号V_cdが設定信号V_r1よりも低いときには、比較回
路21の出力V1（第４図Ｅ参照）が「１」になっている。
このときには発振回路７がパルスを発生する毎にアンド
回路15のアンド条件が成立するため、該アンド回路15を
通して電界効果トランジスタ10のゲートに駆動パルスV_p
（第４図Ｈ参照）が与えられ、該電界効果トランジスタ
がオンオフを繰返してトランス９の２次コイルに高電圧
を誘起させる。この電圧がダイオード12を通して点火エ
ネルギ蓄積用コンデンサ４に印加されるので、該コンデ
ンサ４が図示の極性に充電され、該コンデンサ４の端子
電圧V_cは第４図（Ｄ）に示すように上昇していく。

コンデンサ４の端子電圧V_cが点火に必要な充電電圧V
_csに達すると検出信号V_cdが設定信号V_r1に達するように
設定されている。従ってコンデンサ４の端子電圧V_cが点
火に必要な充電電圧V_cs以上になると比較回路21の出力
が「０」になり、アンド回路15の出力信号が「０」にな
る。従って電界効果トランジスタ10が遮断状態に保持さ
れてコンバータ主回路６の動作が停止し、コンデンサ４
の充電も停止されて該コンデンサ４の端子電圧は点火に
必要な充電電圧V_csに保持される。

機関の点火時期に点火時期制御装置19がトリガ信号V_t
を発生するとサイリスタ５が導通してコンデンサ４の電
荷を点火コイルの１次コイルに放電させる。これにより
点火コイルの２次コイルに高電圧が発生し、点火プラグ
２に火花が生じて機関が点火される。

サイリスタ５が導通してコンデンサ４が放電すると、
該サイリスタにアノード電流が流れるので、該サイリス
タのゲートカソード間に電圧降下が生じ、該電圧降下に
よりコンデンサ25が充電されるため、サイリスタ５のゲ
ートカソード間電圧V_gkは基準電圧V_r2以上に保たれる。
従って比較回路27の出力が「０」に保たれ、アンド回路
15が駆動パルスの出力を停止する。そのためコンバータ
回路が動作を停止し、コンデンサ４の充電を停止する。
サイリスタ５のアノード電流が消滅してもコンデンサ25
の電荷は抵抗器26を通して一定の時定数で放電して該コ
ンデンサ25の端子電圧は一定時間基準電圧V_r2以上にな
っている。従って比較回路27はサイリスタ５にアノード
電流が流れている間は勿論、該サイリスタのアノード電
流が零になった後も一定時間出力が「０」の状態を継続
する。この間アンド回路15は電界効果トランジスタ10へ
の駆動パルスの供給を停止してコンバータの動作を停止
させるので、サイリスタ５の転流は確実に行われる。

コンデンサ４が放電してその端子電圧が急落し、検出
信号V_cdが設定信号V_r1以下になると、比較回路21の出力
V1が「１」の状態となる。従って、サイリスタ５のゲー
トカソード間電圧V_gkが低下して基準電圧V_r2以下になり
比較回路27の出力V2が再び「１」となると、発振回路７
の出力パルスがアンド回路15を通して電界効果トランジ
スタ10に駆動パルスを供給するので、コンバータは再び
動作を開始して点火エネルギ蓄積用コンデンサ４の充電
が再開される。このようにして点火動作が繰返される。

機関の点火時期が進むと点火時のシリンダ内圧が低く
なるため、点火に必要なコンデンサ４の充電電圧が例え
ばV_cs′まで低下する（第４図Ｄ参照）。このとき電圧
設定信号発生回路20から出力される電圧設定信号V1_rが
電圧V_cs′に対応する電圧V1_r′へと低下する。またコン
デンサ４の端子電圧V_cが電圧V_cs′に達すると検出信号V
_cdが設定信号V_r1′に達するようになっている。従って
点火時期が進み、点火に必要なコンデンサ４の充電電圧
がV_cs′まで低下すると、検出信号V_cdが電圧設定信号V1
_r′に達したときに比較回路21の出力が「０」となって
駆動パルスV_pの出力が停止される。これによりコンバー
タ主回路６の動作が停止し、コンデンサ４の充電電圧が
V_cs′に保たれる。

機関の点火時期が遅れると点火時のシリンダ内圧が高
くなるため点火に必要なコンデンサ４の充電電圧が例え
ばV_cs″まで上昇する（第４図Ｄ参照）。このとき電圧
設定信号発生回路20から出力される電圧設定信号V1_rが
電圧V_cs″に対応する電圧V1_r″へと上昇する。またコン
デンサ４の端子電圧V_cが電圧V_cs″に達すると検出信号V
_cdが設定信号V_r1″に達するようになっている。従って
点火時期が遅れて、点火に必要なコンデンサ４の充電電
圧がV_cs″に上昇すると、検出信号V_cdが電圧設定信号V1
_r″に達したときに比較回路21の出力が「０」となって
駆動パルスV_pの出力が停止される。これによりコンバー
タ主回路６の動作が停止し、コンデンサ４の充電電圧が
V_cs″に保たれる。

上記のように本発明においては、各点火時期において
点火に必要なコンデンサ電圧に対応して設定した電圧設
定信号とコンデンサ電圧検出信号とを比較して、検出信
号が電圧設定信号以上になったときにコンバータの動作
を停止させるようにしたので、コンデンサ４は常に点火
に必要な電圧間で充電され、該コンデンサが必要以上に
高い電圧に充電されることがない。

上記の実施例においては、発振回路７の出力をアンド
回路15を通して電界効果トランジスタ10（コンバータの
スイッチング素子）のゲートに供給しているが、発振回
路７の出力端子を直線電界効果トランジスタ10のゲート
に接続して、アンド回路15の出力が「０」のときに発振
回路７が発生を停止し、アンド回路15の出力が「１」の
ときに発振回路７が発振をするように、アンド回路15に
より発振回路15の発振を制御するようにしても良い。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、各点火時期における
機関の点火に必要な点火エネルギ蓄積用コンデンサの充
電電圧の大きさに対応させて点火時期とともに変化する
ように設定した電圧設定信号と、点火エネルギ蓄積用コ
ンデンサの充電電圧の検出信号とを比較して、該検出信
号が電圧設定信号以上になったときにコンバータ回路へ
の駆動パルスの供給を停止させるるようにしたので、点
火エネルギ蓄積用コンデンサの充電電圧をその時の点火
時期において機関の点火に必要な大きさに制限すること
ができる。従って点火エネルギ蓄積用コンデンサが必要
以上に高い電圧まで充電されるのを防ぐことができ、電
源バッテリの電力消費を少なくすることができる。

また点火回路でのエネルギ消費を少なくできるのでコ
ンバータ回路や点火コイルを小型に構成することができ
る利点があり、効率の高いコンデンサ放電式の内燃機関
用点火装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図は第１図
の実施例により得られる点火特性の一例を示す線図、第
３図は第１図の実施例における点火時期と点火エネルギ
蓄積用コンデンサの充電電圧設定値との関係の一例を示
す線図、第４図は第１図の各部の信号波形を示す波形図
である。 １…点火コイル、２…点火プラグ、４…点火エネルギ蓄
積用コンデンサ、５…サイリスタ、６…コンバータ主回
路、７…発振回路、８…コンバータ回路、９…トラン
ス、10…電界効果トランジスタ（スイッチング素子）、
13…バッテリ、15…アンド回路、17…信号コイル、19…
点火時期制御回路、20…点火時期関数電圧発生回路、21
…比較回路、24…コンデンサ充電電圧検出回路、28…駆
動パルス供給制御回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動パルスによりオンオフされるスイッチ
   ング素子を有する直流電圧昇圧用コンバータ回路と、点
   火コイルの１次側に設けられ前記コンバータ回路の出力
   により充電される点火エネルギ蓄積用コンデンサと、導
   通した際に前記点火エネルギ蓄積用コンデンサの電荷を
   前記点火コイルの１次コイルに放電されるように設けら
   れたサイリスタと、前記サイリスタのゲートカソード間
   にトリガ信号を与える点火時期制御回路とを備えたコン
   デンサ放電式内燃機関用点火装置において、 前記コンデンサの充電電圧を検出して該コンデンサの充
   電電圧に相応したコンデンサ電圧検出信号を出力するコ
   ンデンサ電圧検出回路と、 機関の点火時期が進むにしたがって小さくなり該点火時
   期が遅れるに従って大きくなるように点火時期に応じて
   大きさが変化する電圧設定信号を出力する電圧設定信号
   発生装置と、 前記コンデンサ電圧検出信号を前記電圧設定信号と比較
   してコンデンサ電圧検出信号が電圧設定信号以下のとき
   に動作指令信号を出力し該コンデンサ電圧検出信号が設
   定電圧信号を超えたときに停止指令信号を出力する指令
   信号発生回路と、 前記駆動パルスと前記指令信号発生回路の出力とを入力
   として前記動作指令信号が発生しているときに前記スイ
   ッチング素子に駆動パルスを供給し前記停止指令信号が
   発生しているときに該駆動パルスの供給を停止する駆動
   パルス供給制御回路とを具備したことを特徴とするコン
   デンサ放電式内燃機関用点火装置。