JP2797748B2 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流電源の出力を昇圧
する昇圧回路を備えて、該昇圧回路の出力で点火エネル
ギ蓄積用コンデンサを充電するコンデンサ放電式内燃機
関用点火装置に関するものである。

【０００２】

【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点火コイルの１次コイル
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を導通させる点火信号を与える
点火信号発生回路とにより構成されている。

【０００３】この種の点火装置をバッテリ等の直流電源
により駆動する場合には、発振器から得られるトリガパ
ルスによりオンオフされるスイッチ素子によりトランス
の１次電流を断続させて直流電源の電圧を昇圧させる直
流昇圧回路を設けて、該昇圧回路の出力によりコンデン
サを充電するようにしている。

【０００４】直流電源により駆動される従来のこの種の
点火装置では、発振器から供給されてスイッチ素子を導
通させるトリガパルスの時間幅は一定であって、トラン
スの１次電流の通電時間は、点火エネルギ蓄積用コンデ
ンサの充電の程度の如何にかかわらず充電過程中常に一
定であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】周知のように、直流昇
圧回路のトランスの２次側に点火エネルギ蓄積用コンデ
ンサが接続されている場合には、トランスの１次側から
見たインダクタンスＬはコンデンサの充電の状態によっ
て異なってくる。すなわち、コンデンサが放電したのち
再び充電が開始される充電の初期では、コンデンサの充
電電圧が低くて充電電流が大きいので、トランスの１次
インダクタンスＬは小さい。充電の進行に伴って充電電
圧が上昇していき、充電電流が低下するにつれて１次イ
ンダクタンスＬは大きくなってくる。

【０００６】また、トランスの１次電流の通電時間をＴ
d 、トランスの１次側に印加される直流電源の電圧をＥ
とすると、スイッチ素子を通して流れるトランスの１次
電流の波高値（スイッチ素子がオフされる直前の電流
値）Ｉ1pは近似的にＩ1p＝（Ｅ／Ｌ）×Ｔd で表わされ
る。

【０００７】従って、１次電流の通電時間Ｔd をコンデ
ンサの充電進行中一定とした従来の点火装置では、トラ
ンスの１次側のインダクタンスＬが小さい各充電サイク
ルの初期において１次電流の波高値Ｉ1pが著しく大きく
なる。そのため大形のスイッチ素子を使用することが必
要になったり、スイッチ素子の温度上昇が大きくなった
りするので、これを抑制するために大形のスイッチ素子
を使用せざるを得ず、スイッチ素子の放熱板を大形化せ
ざるを得なかった。また、１次インダクタンスＬを大き
くして１次電流の波高値Ｉ1pを小さくしようとすると、
トランスを大形化する必要があった。

【０００８】本発明の目的は、直流昇圧回路のトランス
を大形化することなく、点火エネルギ蓄積用コンデンサ
の充電初期の１次電流波高値Ｉ1pが過大になるのを抑制
して小形のスイッチ素子の使用を可能にし、小形化と効
率の向上とを図ったコンデンサ放電式内燃機関用点火装
置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、その実施例を
示す図１に見られるように、直流電源１０から昇圧トラ
ンス８の１次コイル８ａに供給した１次電流Ｉ1 を断続
させて昇圧トランスの２次コイル８ｂに高い電圧を誘起
させる昇圧回路を点火エネルギ蓄積用コンデンサ４の充
電電源としたコンデンサ放電式内燃機関用点火装置にお
いて、点火エネルギ蓄積用コンデンサ４の充電開始時に
は昇圧トランスに１次電流Ｉ1 を流す時間を短くし、点
火エネルギ蓄積用コンデンサ４の充電の進行に伴って昇
圧トランスに１次電流Ｉ1 を流す時間を長くしていくよ
うに、昇圧トランスの１次電流Ｉ1 の通電時間Ｔd を制
御する１次電流制御回路１３を備えたものである。

【００１０】１次電流制御回路１３は、昇圧トランスの
１次コイル８ａに直列に接続されてトリガパルスに応答
してオンオフするスイッチ素子１４と、充電開始信号が
与えられたときにスイッチ素子に一連のトリガパルスＶ
ptを与えるスイッチ素子トリガ回路１５とにより構成で
きる。スイッチ素子トリガ回路１５には、充電開始時に
はスイッチ素子１４を導通させる時間を短くし、点火エ
ネルギ蓄積用コンデンサの充電の進行に伴ってスイッチ
素子１４を導通させる時間を順次長くしていくように時
間の経過に伴ってトリガパルスＶptの時間幅Ｔd を調節
するパルス幅調節回路１９を設けておく。

【００１１】

【作用】上記のように、点火エネルギ蓄積用コンデンサ
の充電開始時には、昇圧トランスに１次電流を流す時間
を短くし、点火エネルギ蓄積用コンデンサの充電の進行
に伴って昇圧トランスに１次電流を流す時間を長くして
いくようにすると、昇圧トランスの１次インダクタンス
が小さい充電の初期に１次電流の波高値が過大になるこ
とがない。従って、昇圧トランスや該昇圧トランスの１
次電流を断続させるスイッチ素子を大形化することなく
スイッチ素子の温度上昇を抑制することができる。した
がって本発明によれば、小形で効率が高いコンデンサ放
電式の内燃機関用点火装置を得ることができる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の実施例の構成を示したもの
で、同図において、１は一端が接地された１次コイル１
ａ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、１次コイル
１ａの非接地側端子に点火エネルギ蓄積用コンデンサ４
の一端が接続されている。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、該サイリスタ５のゲートカソード間にはコン
デンサ６と抵抗器７とが並列接続されている。

【００１３】点火エネルギ蓄積用コンデンサ４を充電す
るため、１次コイル８ａ及び２次コイル８ｂを有する昇
圧トランス８が設けられている。昇圧トランスの２次コ
イル８ｂの一端は接地され、他端はダイオード９を介し
て点火エネルギ蓄積用コンデンサ４の他端に接続されて
いる。昇圧トランスの１次コイル８ａの一端は負極を接
地したバッテリからなる直流電源１０の正極に電源スイ
ッチ１１を介して接続され、１次コイル８ａの他端は該
１次コイルを流れる１次電流Ｉ1 の断続を制御する１次
電流制御回路１３に接続されている。本実施例において
は、上記の昇圧トランス８とダイオード９と１次電流制
御回路１３とにより昇圧回路が構成されている。

【００１４】１次電流制御回路１３は、昇圧トランスの
１次コイル８ａに対して直列に接続されてトリガパルス
に応答してオンオフするスイッチ素子１４と、該スイッ
チ素子１４に一連のトリガパルスＶptを与えるスイッチ
素子トリガ回路１５とにより構成されている。

【００１５】スイッチ素子トリガ回路１５は、一定周波
数の三角波圧Ｖp を出力する三角波発生回路１６と、点
火エネルギ蓄積用コンデンサ４の充電電圧Ｖc が設定電
圧を超えたときに低レベルの信号を出力し、充電電圧Ｖ
c が設定電圧以下のときに高レベルの信号を出力する充
電電圧検出回路１７と、サイリスタ５のゲートカソード
間電圧ＶGKが基準電圧以上のときに低レベルの信号を出
力し、電圧ＶGKが基準電圧未満のときに高レベルの信号
を出力するゲート電圧検知回路１８と、充電検知回路１
７及びゲート電圧検知回路１８の出力信号と三角波発生
回路１６の出力とを入力して、スイッチ素子１４に与え
るトリガパルスＶptを出力するパルス幅調節回路１９と
により構成されている。このスイッチ素子トリガ回路１
５は、直流電源１０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１２を電源として作動する。

【００１６】パルス幅調節回路１９は、ゲート電圧検知
回路１８から高レベルの信号が出力されたときに、この
信号を充電開始信号として、スイッチ素子１４をオンオ
フさせる一連のトリガパルスＶptを出力する。パルス幅
調節回路１９は、点火エネルギ蓄積用コンデンサ４の充
電開始時にスイッチ素子１４を導通させる時間を短く
し、コンデンサ４の充電の進行に伴ってスイッチ素子１
４を導通させる時間を長くしていくように時間の経過に
伴ってトリガパルスＶptの時間幅を調節する。

【００１７】スイッチ素子トリガ回路１５からのトリガ
パルスＶptでスイッチ素子１４がオンオフされて昇圧ト
ランス８の１次電流Ｉ1 が断続されると、昇圧トランス
の２次コイル８ｂに高い電圧が誘起し、この電圧がダイ
オード９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。点火エネルギ蓄積用コンデンサ４の充
電電圧Ｖc が設定値を超えると、充電電圧検知回路１７
の出力信号が低レベルとなり、この低レベルの信号がパ
ルス幅調節回路１９に充電停止信号として入力されて、
該パルス幅調節回路からのトリガパルスＶptの発生が停
止される。したがって、点火エネルギ蓄積用コンデンサ
４の充電が停止して充電電圧が過大になるのを防止す
る。

【００１８】内燃機関の回転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２０と
該リラクタの回転に伴って生じさせられる磁束変化によ
り電圧を誘起する信号コイル２１とを備えた信号発電機
Ｇs が設けられ、信号コイル２１の出力は安定化電源回
路１２を電源とする点火時期制御回路２２に入力され
る。

【００１９】点火時期制御回路２２は、信号コイル２１
から回転角度情報と速度情報とを得て各回転速度におけ
る点火時期を演算し、演算した点火時期にサイリスタ５
のゲートにトリガ信号Ｖt を供給する。点火時期制御回
路２２は機関の点火特性に応じて種々の構成をとるが、
本発明においてはこの点火時期制御回路の構成は任意で
ある。

【００２０】サイリスタ５にトリガ信号が与えられると
該サイリスタが導通し、充電されていた点火エネルギ蓄
積用コンデンサ４の電荷が点火コイル１の１次コイル１
ａを通して放電する。これにより、２次コイル１ｂに高
電圧が誘起されて点火プラグ２に火花が飛び、機関が点
火される。。

【００２１】図２は、１次電流制御回路１３の各部の回
路構成を更に具体的にして示した本発明の実施例であ
る。同図において１４はスイッチ素子を構成する電界効
果トランジスタで、そのドレンは昇圧トランスの１次コ
イル８ａの他端に接続され、ソースが接地されている。
電界効果トランジスタ１４のゲートはパルス幅調節回路
１９の出力端に接続されている。

【００２２】三角波発生回路１６は、比較回路２３、ダ
イオード２５，２６及び抵抗器２７〜３２により構成さ
れ、安定化電源回路１２の出力を電源とする公知の三角
波電圧発生回路で、コンデンサ２４とダイオード２５と
抵抗器２９との直列回路及びダイオード２６と抵抗器３
０との直列回路を通してそれぞれ充電と放電が交互に繰
返して行われ、コンデンサ２４の端子間電圧Ｖp は図３
（Ｅ）に示すように波底値Ｖp1と波頂値Ｖp2との間で変
化する三角波となり、この三角波電圧Ｖp が三角波発生
回路１６から出力される。三角波電圧の波頂値Ｖp2は抵
抗器２７及び２８からなる分圧回路の分圧電圧で定ま
り、波底値Ｖp1は抵抗器２７と抵抗器２８及び３１の並
列回路とからなる分圧回路の分圧電圧で定まる。

【００２３】充電電圧検知回路１７は、エミッタを接地
したＮＰＮトランジスタ３２と、抵抗器３３及び３４か
らなり点火エネルギ蓄積用コンデンサ４の充電電圧Ｖc
を分圧する分圧回路と、該分圧回路の分圧点にカソード
を接続しアノードをトランジスタ３３のベースに接続し
たツェナーダイオード３５と、トランジスタ３３のベー
スエミッタ間にそれぞれ並列接続したコンデンサ３６及
び抵抗器３７とにより構成され、点火エネルギ蓄積用コ
ンデンサ４の充電電圧Ｖc が設定電圧Ｖcrに対してＶc
≦Ｖcrのときに、トランジスタ３２のコレクタ端子に現
われる出力電圧が高レベルとなり、Ｖc ＞Ｖcrとなると
出力電圧が低レベルとなってこの低レベルの出力電圧が
充電停止信号となる。

【００２４】ゲート電圧検知回路１８は、抵抗器３８及
び抵抗器３９からなる分圧回路と、該分圧回路により安
定化電源回路１２の出力電圧を分圧して得た基準電圧Ｖ
Grが非反転入力端子に入力された比較回路４０とからな
る。比較回路４０の反転入力端子にはサイリスタ５のゲ
ートカソード間電圧ＶGkが入力されている。比較回路４
０は、サイリスタ５のゲートカソード間電圧ＶGkと基準
電圧ＶGrとを比較して、ＶGk＜ＶGrの時に高レベル（論
理状態が「１」）の信号を出力し、ＶGk≧ＶGrの時に低
レベル（論理状態が「０」）の信号を出力する。この例
では、比較回路４０から得られる高レベルの信号が点火
エネルギ蓄積用コンデンサ４の充電開始信号として用い
られている。基準電圧ＶGr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ＶGkがトリガレベルに達する前に比較回路４０の
出力が低レベルになるようになっている。

【００２５】パルス幅調節回路１９は、抵抗器４１及び
４２からなっていて安定化電源回路１２の出力電圧を分
圧する分圧回路と、該分圧回路により得られる分圧電圧
で充電されるように抵抗器４２に並列接続されたコンデ
ンサ４３と、該コンデンサ４３にエミッタコレクタ回路
が並列接続されていて導通した際にコンデンサ４３の電
荷を放電させるように設けられたトランジスタ４４と、
一端側がトランジスタ４４のベースに接続され他端側が
充電電圧検知回路１７の出力端子及びゲート電圧検知回
路１８の出力端子に共通に接続された抵抗器４５と、反
転入力端子が三角波発生回路１６の出力端子に接続さ
れ、非反転入力端子がコンデンサ４３の非接地側端子に
接地された比較回路４６と、各一端がそれぞれトランジ
スタ４４のベースと比較回路４６とに接地され、各他端
が安定化電源回路１２の出力端子に共通に接続された抵
抗器４７及び４８とにより構成されている。

【００２６】比較回路４６の出力端子はまたスイッチ素
子１４を構成する電界効果トランジスタのゲートに接続
されている。比較回路４６は、コンデンサ４３の端子電
圧Ｖr と三角波発生回路１６から出力される三角波電圧
Ｖp とを比較してＶp ＜Ｖrの時に高レベル（論理状態
が「１」）の信号を出力し、Ｖp ≧Ｖr の時に低レベル
（論理状態が「０」）の信号を出力する。比較回路４６
から出力される信号はスイッチ素子１４をオンオフさせ
るトリガパルスＶptとなる。

【００２７】次に上記実施例について、各部における波
形を示した図３を参照しながらその動作を説明する。

【００２８】図３に示す時刻ｔ＝ｔ1 でサイリスタ５に
トリガパルスＶt が与えられて該サイリスタが導通する
と、点火エネルギ蓄積用コンデンサ４が放電して充電電
圧検知回路１７の出力が高レベルになる。コンデンサ４
の放電が終了してサイリスタ５のゲートカソード間電圧
ＶGk（図３（Ａ）参照）が低下して時刻ｔ2 でＶGk＜Ｖ
Grになると、ゲート電圧検知回路１８の出力も高レベル
となる。従って、パルス幅調節回路１９の信号入力端子
（抵抗器４５の他端側）に入力される信号Ｖsは図３
（Ｃ）に示すように時刻ｔ＝ｔ2 で高レベルとなる。

【００２９】入力信号Ｖs が高レベルとなると、トラン
ジスタ４４が遮断されてコンデンサ４３の充電が開始さ
れ、該コンデンサ４３の端子電圧Ｖr は抵抗器４１及び
４２の抵抗値とコンデンサ４３の静電容量とで定まる時
定数をもって図３（Ｄ）に示すように上昇していく。コ
ンデンサ４３の初期端子電圧Ｖr1の値は、トランジスタ
４４の導通状態におけるエミッタコレクタ間電圧降下で
定まる。

【００３０】比較回路４６はコンデンサ４３の端子電圧
Ｖr と三角波発生回路１６から出力される三角波電圧Ｖ
p とを比較し、図３（Ｅ）にＶr とＶp との波形を重ね
て示したように、期間ｔ3 〜ｔ4 ，ｔ5 〜ｔ6 ，…の間
Ｖp ＜Ｖr となってこの各期間中比較回路４６から高レ
ベルのトリガパルスＶptが出力される。

【００３１】コンデンサ４３の端子電圧Ｖr は時間経過
に伴って上昇していくので、各トリガパルスＶptの時間
幅Ｔd は図３（Ｆ）に示すように時間経過に伴って長く
なっていく。三角波電圧Ｖp の波底値Ｖp1はコンデンサ
４３の初期端子電圧Ｖr1より大きく、かつＶp ＝Ｖr と
なるまでの時間Ｔ0 （図３（Ｅ）参照）はサイリスタ５
のターンオフタイム程度に選定されていて、トリガパル
スＶptはサイリスタ５がターンオフした後に生じ始める
ようになっている。またコンデンサ４３の充電終了後の
端子電圧Ｖr2は三角波電圧Ｖp の波頂値Ｖp2より小さく
選定されており、コンデンサ４３の端子電圧Ｖr がＶr2
に達した後は比較回路４６から出力されるトリガパルス
Ｖptの時間幅Ｔd が一定値となる。

【００３２】一連のトリガパルスＶptが電界効果トラン
ジスタ（スイッチ素子）１４のゲートに印加されると該
トランジスタ１４がオンオフし、昇圧トランス８の１次
コイル８ａを通る１次電流Ｉ1 が断続されて２次コイル
８ｂに誘起した高い電圧で点火エネルギ蓄積用コンデン
サ４が充電され、コンデンサ４の充電電圧Ｖc は図３
（Ｂ）に示すように上昇していく。トリガパルスＶptに
応答して断続される昇圧トランスの１次電流Ｉ1 は、図
３（Ｇ）に示すように、該１次電流Ｉ1 が流れている時
間Ｔd は点火エネルギ蓄積用コンデンサ４の充電開始時
には短く、点火エネルギ蓄積用コンデンサ４の充電の進
行に伴って１次電流Ｉ1 が流れている時間Ｔd は長くな
っていく。従って、昇圧トランス８の１次インダクタン
スＬが小さい点火エネルギ蓄積用コンデンサ４の充電初
期においても１次電流Ｉ1 の波高値Ｉ1pは過大になるこ
とがない。

【００３３】時刻ｔ＝ｔn において点火エネルギ蓄積用
コンデンサ４の充電電圧Ｖc が設定電圧Ｖcrに達した
後、更にＶc ＞Ｖcrになると、充電電圧検知回路１７の
出力電圧が低レベルとなる。この低レベルの出力が充電
停止信号となり、パルス幅調節回路１９の入力信号Ｖs
が低レベルとなってトランジスタ４４が導通する。トラ
ンジスタ４４の導通によりコンデンサ４３が放電してそ
の端子電圧Ｖr がＶr1まで低下するので、比較回路４６
からのトリガパルスＶptが停止し、点火エネルギ蓄積用
コンデンサ４の充電が停止する。このため、コンデンサ
４の充電電圧Ｖcは設定電圧Ｖcrに維持されて過大にな
ることがない。

【００３４】上記の実施例においては、直流電源１０と
してバッテリを用いたが、この直流電源としては、磁石
発電機の交流出力を整流及び電圧調整して直流出力を得
るようにしたものを用いることもできる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、点火エ
ネルギ蓄積用コンデンサの充電開始時には昇圧トランス
に１次電流を流す時間を短くし、充電の進行に伴って昇
圧トランスに１次電流を流す時間を長くするようにした
ので、昇圧トランスの１次インダクタンスが小さい充電
初期において、断続される昇圧トランスの１次電流の波
高値が過大になることがない。そのため、昇圧トランス
や該昇圧トランスの１次電流を断続させるスイッチ素子
を大形化することなくスイッチ素子の温度上昇を抑制で
き、小形で効率の高いコンデンサ放電式内燃機関用点火
装置を構成することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示す回路図である。

【図２】図１の各部を更に具体的にした実施例を示す回
路図である。

【図３】図２の各部の波形を示す波形図である。

【符号の説明】

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、８…昇圧トランス、
８ａ…１次コイル、８ｂ…２次コイル、１０…直流電
源、１３…１次電流制御回路、１４…スイッチ素子（電
界効果トランジスタ）、１５…スイッチ素子トリガ回
路、１６…三角波発生回路、１７…充電電圧検知回路、
１８…ゲート電圧検知回路、１９…パルス幅調節回路。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源から昇圧トランスの１次コイル
   に供給した１次電流を断続させて該昇圧トランスの２次
   コイルに高い電圧を誘起させる昇圧回路を点火エネルギ
   蓄積用コンデンサの充電電源としたコンデンサ放電式内
   燃機関用点火装置において、 前記点火エネルギ蓄積用コンデンサの充電開始時には前
   記昇圧トランスに１次電流を流す時間を短くし、点火エ
   ネルギ蓄積用コンデンサの充電の進行に伴って昇圧トラ
   ンスに１次電流を流す時間を長くしていくように、前記
   昇圧トランスの１次電流の通電時間を制御する１次電流
   制御回路を備え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。
2. 【請求項２】 前記１次電流制御回路は、前記昇圧トラ
   ンスの１次コイルに対して直列に接続されてトリガパル
   スに応答してオンオフするスイッチ素子と、充電開始信
   号が与えられたときに前記スイッチ素子に一連のトリガ
   パルスを与えるスイッチ素子トリガ回路とを具備し、 前記スイッチ素子トリガ回路は、充電開始時には前記ス
   イッチ素子を導通させる時間を短くし、点火エネルギ蓄
   積用コンデンサの充電の進行に伴ってスイッチ素子を導
   通させる時間を順次長くしていくように時間の経過に伴
   って前記トリガパルスの時間幅を調節するパルス幅調節
   回路を備えていることを特徴とする請求項１に記載のコ
   ンデンサ放電式内燃機関用点火装置。