JP3059084B2 - 内燃機関点火制御装置 - Google Patents

内燃機関点火制御装置

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JP3059084B2 JP7254203A JP25420395A JP3059084B2 JP 3059084 B2 JP3059084 B2 JP 3059084B2 JP 7254203 A JP7254203 A JP 7254203A JP 25420395 A JP25420395 A JP 25420395A JP 3059084 B2 JP3059084 B2 JP 3059084B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は小型の二輪自動車
等に用いて好適な内燃機関点火制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、自動二輪車用の内燃機関(以下エ
ンジンと称する)の点火制御装置としては、AC−CD
I(交流−キャパシタ・ディスチャージ・イグナイタ)
が広く用いられてきた。CDIは、コンデンサに充電し
た電荷を瞬時に放電し、その放電電流をイグニション・
コイルの1次側巻線に流し、2次側巻線に高電圧を発生
させてスパーク・プラグをスパークさせるものである。
AC−CDIは、その際コンデンサを充電するための高
電圧を交流発電機内に設けられたエキサイター・コイル
で発生する交流電圧から得るものである。この交流発電
機はエンジンのクランク軸に連結されて回転され、バッ
テリや他の電気負荷に電力を供給するために設けられて
いるものである。
【0003】一方、近年半導体技術の進歩によって、バ
ッテリ電源すなわち直流12Vの電源をDC−DCコン
バータで昇圧して高電圧を発生し、コンデンサを充電す
るDC−CDI(直流−キャパシタ・ディスチャージ・
イグナイタ)がAC−CDIに代えて採用されるように
なってきている。DC−CDIを使用すると、エキサイ
ター・コイルが不要となり、エキサイター・コイルの出
力を取り出すための構成も省略できるので、AC−CD
Iを用いる場合に比べシステムとして信頼性の向上や小
型化を図ることができる。
【0004】図4は、原動機付き自転車等の小型の二輪
自動車に適用されている現行のDC−CDI及びその周
辺部の構成を示す回路図である。図4において、1はD
C−CDI、2は図示していないエンジンに連結されて
いる交流発電機(ACG、巻線部のみ図示している)、
3は交流発電機2の出力を整流しかつその電圧を調整す
る電圧調整器(REG−REC)、4は電圧調整器3の
出力が接続されているバッテリ(BAT)である。5は
電圧調整器3の出力端子に一方の端子が接続されてい
て、ブレーキレバーやブレーキペダルの操作に連動して
オンオフするスイッチ(SW)であり、6はストップラ
ンプ(S/L)である。なお、電圧調整器3の出力端
子、バッテリ4の正極端子及びスイッチ5の一方の端子
は、DC−CDI1の入力端子Bに接続されている。
【0005】7はイグニッション・コイルであり、その
1次巻線7aはDC−CDI1の出力端子Iに接続され
ている。そして、2次巻線7bはスパークプラグ8に接
続されている。また、交流発電機2、バッテリ4、スト
ップランプ6、イグニッション・コイル7及びスパーク
プラグ8はそれぞれ、他方の端子が接地接続されてい
る。
【0006】DC−CDI1は、過電圧保護回路10、
DC−DCコンバータ20、サイリスタ40及びコンデ
ンサ30から構成されていてる。そして、入力端子Bか
ら入力された直流電圧を昇圧してコンデンサ30を充電
し、図示していない外部からゲート端子40Gに供給さ
れるトリガ信号に応じてサイリスタ40を点弧すること
で、出力端子Iに接続されているイグニッション・コイ
ル7の1次巻線7aに放電電流を流すよう動作する。
【0007】過電圧保護回路10は、例えばこの図に示
すように端子Bにアノードが接続されているサイリスタ
11と、端子Bに一方の端子が接続されている抵抗12
と、抵抗12の他方の端子にカソードが接続されアノー
ドが接地されているツェナーダイオード13と、ツェナ
ーダイオード13のカソードにアノードが接続されカソ
ードがサイリスタ11のゲートに接続されているダイオ
ード14と、サイリスタ11のゲート、カソード間に接
続されている抵抗15と、サイリスタ11のカソードに
正極が接続され負極が接地されている電解コンデンサ1
6とから構成されている。
【0008】この過電圧保護回路10は、例えばバッテ
リ4の正極端子が外れた時に交流発電機2から発生され
るロードダンプサージやその他のスパイク電圧等による
通常80〜100V程度の過電圧から後段の回路を保護
するため、電解コンデンサ16の端子電圧がツェナーダ
イオード13のツェナー電圧とダイオード14の順方向
電圧とサイリスタ11のゲート、カソード間順方向電圧
を加えたものより大きくなったときにサイリスタ11を
オフさせるように動作する。一般に過電圧保護回路10
では、約20Vを超える電圧が入力された場合にサイリ
スタ11がオフするように各素子の定数が設定されてい
る。
【0009】DC−DCコンバータ20は、1次巻線2
1aと2次巻線21bとからなる昇圧トランス21と、
1次巻線21aの一方の端子にドレインが接続されソー
スが接地されているFET(電界効果トランジスタ)2
2と、FET22のゲートを高周波で駆動制御するゲー
ト駆動回路23と、1次巻線21aのFET22と接続
されていない側の端子及び過電圧保護回路10のサイリ
スタ11のカソードとFET22のゲートとの間に接続
されている抵抗24と、2次巻線21bの一方の端子に
アノードが接続されているダイオード25とから構成さ
れている。なお、2次巻線21bの他方の端子は接地さ
れていて、またダイオード25のカソードは上述したサ
イリスタ40のアノード及びコンデンサ30の一方の端
子に接続されている。
【0010】また、ゲート駆動回路23は発振器231
と過電圧保護用のツェナーダイオード232から構成さ
れている。この発振器231は所定周波数の連続パルス
波を発生し、これをFET22のゲート、ソース間に印
加することでFET22をオンオフ制御する。この場
合、FET22のゲートは抵抗24を介し過電圧保護回
路10から出力される直流電圧で常時プルアップされて
いるので、FET22は、例えば発振器231の出力段
がハイインピーダンス(オフ)状態となったときオン
し、逆に発振器231の出力段がローインピーダンス
(オン)状態となったときオフする。
【0011】なお、発振器231は例えば図示していな
い昇圧トランス21の複巻線を用いる自励式回路として
構成したり、あるいは独立したCR発振器等を用いる他
励式回路として構成することができる。また、サイリス
タ40が点弧している期間及びサイリスタ40が完全に
オフに移行するまでの期間(転流ターンオフ時間)は発
振器231を休止することで転流失敗も防止できる。
【0012】以上のような構成によってDC−DCコン
バータ20では、FET22がスイッチング駆動されて
昇圧トランス21の1次巻線21aにパルス列状の電流
が流れ、2次巻線21bの端子間に昇圧した交流電圧が
発生される。そして、この2次巻線21bの出力がダイ
オード25で半波整流され、この半波整流された電流が
コンデンサ30を充電する。
【0013】ここで上述した図4に示すDC−CDI1
の最低動作電圧つまりスパークプラグをスパークさせる
ために必要な最低の入力電圧について説明する。なお、
図4においてサイリスタ11のアノード端子を端子
1、カソード端子を端子T2として以下の説明を行う。
DC−DCコンバータ20の動作に必要な最低の電圧
は、FET22のゲート、ソース間のオン電圧に依存し
て決定され、汎用の回路素子を用いる場合には、抵抗2
4を含めた端子T2−グランド間の電圧で約1.5Vと
なる。
【0014】一方、過電圧保護回路10の動作に必要な
最低の電圧はサイリスタ11がオフからオンとなる起動
時に、ダイオード14の順方向電圧、サイリスタ11の
ゲート電圧、抵抗12及び15の抵抗値によって決定さ
れ、一般的な値としては端子T1−T2間の電圧で約2.
7Vとなる。ただし、一旦サイリスタ11が起動した後
は、端子T1−T2間の電圧はサイリスタ11のオン電圧
と等しくなり約0.8Vとなる。したがって、起動時に
は、端子T1−グランド間すなわち入力端子Bの端子電
圧で約4.2V(1.5V+2.7V)の電圧がDC−
CDI1の最低動作電圧となる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】ところで、小型の二輪
自動車では、エンジンを始動するための装置として通常
セルフモータとともにキックペダルが備えられている。
例えば図4に示す回路においてバッテリ4が過放電の状
態、バッテリ4が劣化している状態、バッテリ4の端子
が外れているような状態においてはセルモータを駆動す
ることはできないので、運転者はキックペダルを用いて
エンジンを始動させることになる。その際、DC−CD
I1へは、バッテリ4からではなくキックペダルの踏み
込みにともなって回転する交流発電機2の出力が直接入
力電源として供給されることになる。
【0016】一方、キックペダルによるエンジンの始動
の際には、多くの場合運転者はブレーキペダルを握った
状態(スイッチ5がオンの状態)でペダルを踏み込む操
作をする。したがって、キックペダルの操作で交流発電
機2が駆動され、発電を開始した時、交流発電機2の出
力にはストップランプ6が電気負荷となって接続される
ことになる。このような場合には交流発電機2の出力が
十分上昇せず、DC−CDI1の入力電圧が上述の最低
動作電圧に達しなくなりエンジンを始動することができ
ない場合が発生する。
【0017】下表はDC−CDI1の入力電圧とキック
ペダルの操作の強さ及びストップランプ6の容量との関
係を実測した値の一例をまとめたものである。なお、下
表の測定値はバッテリ4を取り外して測定したものであ
る。また、キックペダルの踏み込みの強さは、女性によ
る平均的な値を中キック、男性による平均的な値を強キ
ックとして表している。
【0018】
【表1】
【0019】このように上述した従来のDC−CDIで
は、キックペダルの踏み込み時に入力電圧が不足し、D
C−CDIの各内部回路が起動することができず、した
がってスパークプラグにスパークを発生させることがで
きなくなり、エンジンを始動することができない場合が
発生するという問題があった。
【0020】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、従来の装置では起動することができなかった
低い入力電圧で起動可能となる内燃機関点火制御装置を
提供することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1記載の発明は、第1の半導体スイッチング
手段を有し、外部からの電源入力部に接続されて、過電
圧が入力されたときに該第1の半導体スイッチング手段
を遮断することで過電圧が通過しないようにする過電圧
保護手段と、第2の半導体スイッチング手段と該第2の
半導体スイッチング手段の駆動手段とを有し、過電圧保
護手段と直列に接続されて該過電圧保護手段の出力電圧
を昇圧して出力する昇圧手段と、半導体スイッチング手
段を備えず構成され、電源入力部と昇圧手段の第2の半
導体スイッチング手段の駆動手段とを第1のスイッチン
グ手段を通さずに接続する並列接続手段と、昇圧手段の
出力によって充電される充電手段と、充電手段に充電さ
れた電荷を外部からの指令に応じて放電する放電手段と
を具備することを特徴としている。
【0022】請求項2記載の発明は、上記過電圧保護手
段がさらに電源入力部に一端が接続された抵抗素子と該
抵抗素子の他端に接続された過電圧吸収素子とを有し、
上記並列接続手段が抵抗素子を介して電源入力部と昇圧
手段の第2の半導体スイッチング手段の駆動手段とを第
1のスイッチング手段を通さずに接続することを特徴と
している。
【0023】請求項3記載の発明は、第1のサイリスタ
を有し、外部からの電源入力部に接続されて、過電圧が
入力されたときに該第1のサイリスタを遮断することで
該過電圧から後段の回路を保護する過電圧保護回路と、
過電圧保護回路の出力端子に直列に接続された昇圧トラ
ンス及びFET並びに該FETのゲート駆動回路を有
し、該過電圧保護回路から出力される直流電圧を昇圧し
て直流電圧を出力するDC−DCコンバータと、半導体
スイッチング素子を持たずに構成され、電源入力部とゲ
ート駆動回路とを、第1のサイリスタを通さずに接続す
る並列接続部と、DC−DCコンバータの出力によって
充電されるコンデンサと、外部からの制御信号に応じて
点弧し、コンデンサの電荷を放電する第2のサイリスタ
とを具備することを特徴としている。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、図1を参照してこの発明の
第1の実施の形態について説明する。図1はこの発明の
一実施の形態によるDC−CDI(内燃機関点火制御装
置)の構成を示す回路図であり、この図において図4の
各部に対応する部分には同一の符号を付けその説明を省
略する。なお、1AはDC−CDI、20AはDC−D
Cコンバータ、23Aはゲート駆動回路であり、それぞ
れ図4に示すDC−CDI1、DC−DCコンバータ2
0、ゲート駆動回路23と同様の機能を有するものであ
る。
【0025】50は並列接続部であり、本発明により図
4に示す抵抗24に代えてDC−CDI1A内に新たに
設けられたものである。並列接続部50は直列接続され
ているダイオード51と抵抗52とからなり、過電圧保
護回路10を介さずに直接入力端子BとFET22のゲ
ート及びゲート駆動回路23Aとを接続している。この
ように本実施の形態では並列接続部50を過電圧保護回
路10と並列に設けることによって、入力端子Bからサ
イリスタ11を通さずにゲート駆動回路23Aへ直接電
源電圧を供給する。
【0026】したがって、本実施の形態によれば、入力
端子Bの電圧がダイオード51の順方向電圧(端子T1
−T3間の電圧)約0.65Vと端子T3−グランド間の
電圧約1.5V(図4の端子T2−グランド間の電圧と
同様のもの)とを加えた約2.15Vの電圧以上である
ときDC−DCコンバータ20Aが動作準備可能すなわ
ちFET22が導通可能な状態となるので、DC−CD
I1Aの起動時に必要な入力端子Bでの最低電源電圧
は、過電圧保護回路10の起動に必要な電圧で決定され
ることになる。つまり起動時に入力端子Bにて必要な最
低の電源電圧は2.7Vとなる。なお、これらの電圧値
は常温における代表的な値の一例である。
【0027】この場合並列接続部50において、ダイオ
ード51は負極性の外来サージからゲート駆動回路23
A及びFET22のゲートを保護するために設けられた
ものであり、抵抗52はゲート駆動回路23A内のツェ
ナーダイオード232とともに作用して正極性の過電圧
から発振器231とFET22のゲートを保護するため
に設けられたものである。この抵抗52は、上述した1
00V程度の過電圧をツェナーダイオード232で吸収
させる際の抵抗となるものであるから、ツェナーダイオ
ード232のサージ許容定格を抑えるため、ある程度大
きな値とすることが望ましい。一方、FET22のゲー
トを駆動するための電源はこの抵抗52を介して供給さ
れることになるから、抵抗値を大きくするとFET22
のスイッチング速度が遅くなるという問題が発生する。
ただし、FET22は電圧駆動型のスイッチング素子で
あるため抵抗値がある程度大きくてもオンオフ動作自体
には問題は生じない。
【0028】なお、負極性サージの吸収にはツェナーダ
イオード232の順方向特性を使用することも可能であ
る。また、FET22のドレイン、ソース間に掛かる過
電圧に対しては従来と同様に過電圧保護回路11での保
護が働くため、FET22には従来と同様の規格の素子
を用いることができる。
【0029】以上述べたように本実施の形態によれば過
電圧保護回路10と並列に並列接続部50を設けたの
で、DC−CDI1Aの起動時に必要な最低の電源電圧
を約2.7Vとすることができ、図4を参照して説明し
た従来例の4.2Vに比べ低くすることができる。した
がって、上記の表にまとめたような条件において交流発
電機2に電気負荷が掛かっている状態でかつキックペダ
ルを中程度の強さで踏み込んだ場合においても、DC−
CDI1Aは起動することができ、出力端子Iから放電
電流を出力することが可能となる。よって、そのような
場合においてもスパークプラグ8でスパークを発生する
ことができ、エンジンを始動させることが可能となる。
【0030】つぎに、図2を参照して本発明による第2
の実施の形態について説明する。図2において、20
B、23B、及び50Bはそれぞれ図1に示すDC−D
Cコンバータ20A、ゲート駆動回路23A、及び並列
接続部50に対応する構成であり本実施の形態の特徴と
なる構成である。また、その他の各部は図1に示す同一
の符号を付した各部と同様に構成されている。第2の実
施の形態では、第1の実施の形態と異なり、並列接続部
50Bの入力側の接続点が過電圧保護回路10内の抵抗
12とツェナーダイオード13の接続点であり、並列接
続部50Bが抵抗52Bのみから構成されていて、そし
て、DC−DCコンバータ20Bはゲート駆動回路23
1のみから構成されている。つまり、第1の実施の形態
と比べ、DC−DCコンバータ20Bではサージ吸収用
のツェナーダイオードが、並列接続部50Bではサージ
吸収用のダイオードがそれぞれ省略されている。抵抗5
2Bの抵抗値は第1の実施例の抵抗52と同様のもので
よい。
【0031】ツェナーダイオード13は過電圧保護回路
10における動作上の要求から通常十分なサージ許容定
格を有しているので、上記のような構成とすることで正
負両極性のサージをツェナーダイオード13で吸収さ
せ、第1の実施の形態で設けていた各サージ吸収素子を
省略することができる。本実施の形態においては第1の
実施の形態に比べ、一方では抵抗12を介してゲート駆
動回路23Aへ電源が供給されるためこの抵抗12によ
る電圧降下の分ゲート駆動回路23Aの起動時の最低動
作電圧が高くなるが、他方では並列接続部50Bからダ
イオードを省略したことによりその分ゲート駆動回路2
3Aの起動時の最低動作電圧が低くなる。結果として、
DC−CDI1B全体としての起動時に必要な最低電圧
は、入力端子Bにて2.7V程度となる。
【0032】つぎに、図3を参照して本発明による第3
の実施の形態について説明する。この図に示すDC−C
DI1Cが図2に示すDC−CDI1Bと異なる点は、
並列接続部50Bの入力側が過電圧保護回路10内のダ
イオード14のカソード側に接続されている点である。
本実施の形態によれば、第2の実施の形態と比較してダ
イオード14による電圧降下の分入力端子Bからゲート
駆動回路23Bまでの電圧降下が増加することになり、
DC−CDI1C全体としての起動時に必要な電圧は第
1、第2の実施の形態より大きくなり、3.5V程度と
なる。しかし、この場合においても図4を参照して説明
した従来の装置で必要な電圧4.2Vより低い電圧で動
作を開始することができる。
【0033】なお、図1〜図3を参照して説明した第1
〜第3の実施の形態における各サージ吸収素子の配置は
上記のものに限定される必要はなく、例えば、図1にお
けるダイオード51の省略、図2、図3の回路例におい
て図1と同様にツェナーダイオード231を追加するこ
と、各部にコンデンサー等の素子を追加する等の変更を
行うことが可能である。
【0034】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、半導体ス
イッチング手段を備えず構成されている並列接続手段が
電源入力部と昇圧手段の第2の半導体スイッチング手段
の駆動手段とを第1の半導体スイッチング手段を通さず
に接続するので、従来に比べてより低い電圧で昇圧手段
を起動することが可能となる。
【0035】請求項2記載の発明によれば、過電圧保護
手段が抵抗素子と過電圧吸収素子とを備え、並列接続手
段が抵抗素子を介して電源入力部と昇圧手段の第2の半
導体スイッチング手段の駆動手段とを第1のスイッチン
グ手段を通さずに接続するので、過電圧保護手段の過電
圧吸収素子を用いて第2の半導体スイッチング手段の駆
動手段に過電圧が印加されないようにすることができ
る。
【0036】請求項3記載の発明によれば、半導体スイ
ッチング素子を持たずに構成されている並列接続部が電
源入力部とゲート駆動回路とを第1のサイリスタを通さ
ずに接続し、またFETを用いてDC−DCコンバータ
を構成しているので、ゲート駆動回路がゲート駆動のた
めに必要な電流の値を小さくすることができ、したがっ
て従来に比べてより低い電圧でDC−DCコンバータを
起動できるとともに、並列接続部の構成の小型化等を容
易に図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態によるDC−CD
I及びその周辺部の回路構成を示す回路図である。
【図2】この発明の第2の実施の形態によるDC−CD
I及びその周辺部の回路構成を示す回路図である。
【図3】この発明の第3の実施の形態によるDC−CD
I及びその周辺部の回路構成を示す回路図である。
【図4】従来のDC−CDI及びその周辺部の回路構成
を示す回路図である。
【符号の説明】
1A,1B,1C DC−CDI 10 過電圧保護回路 20A,20B DC−DCコンバータ 23A,23B ゲート駆動回路 30 コンデンサ 40 サイリスタ 50,50B 並列接続部 51 ダイオード 52 抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02P 3/08 301

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の半導体スイッチング手段を有し、
    外部からの電源入力部に接続されて、過電圧が入力され
    たときに該第1の半導体スイッチング手段を遮断するこ
    とで過電圧が通過しないようにする過電圧保護手段と、 第2の半導体スイッチング手段と該第2の半導体スイッ
    チング手段の駆動手段とを有し、前記過電圧保護手段と
    直列に接続されて該過電圧保護手段の出力電圧を昇圧し
    て出力する昇圧手段と、 半導体スイッチング手段を備えず構成され、前記電源入
    力部と前記昇圧手段の第2の半導体スイッチング手段の
    駆動手段とを前記第1のスイッチング手段を通さずに接
    続する並列接続手段と、 前記昇圧手段の出力によって充電される充電手段と、 前記充電手段に充電された電荷を外部からの指令に応じ
    て放電する放電手段とを具備することを特徴とする内燃
    機関点火制御装置。
  2. 【請求項2】 前記過電圧保護手段がさらに前記電源入
    力部に一端が接続された抵抗素子と該抵抗素子の他端に
    接続された過電圧吸収素子とを有し、 前記並列接続手段が前記抵抗素子を介して前記電源入力
    部と前記昇圧手段の第2の半導体スイッチング手段の駆
    動手段とを前記第1のスイッチング手段を通さずに接続
    することを特徴とする請求項1記載の内燃機関点火制御
    装置。
  3. 【請求項3】 第1のサイリスタを有し、外部からの電
    源入力部に接続されて、過電圧が入力されたときに該第
    1のサイリスタを遮断することで該過電圧から後段の回
    路を保護する過電圧保護回路と、 前記過電圧保護回路の出力端子に直列に接続された昇圧
    トランス及びFET並びに該FETのゲート駆動回路を
    有し、該過電圧保護回路から出力される直流電圧を昇圧
    して直流電圧を出力するDC−DCコンバータと、 半導体スイッチング素子を持たずに構成され、前記電源
    入力部と前記ゲート駆動回路とを、前記第1のサイリス
    タを通さずに接続する並列接続部と、 前記DC−DCコンバータの出力によって充電されるコ
    ンデンサと、 外部からの制御信号に応じて点弧し、前記コンデンサの
    電荷を放電する第2のサイリスタとを具備することを特
    徴とする内燃機関点火制御装置。
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