JP4037032B2 - 内燃機関の気化器用ヒーターの通電制御回路 - Google Patents

内燃機関の気化器用ヒーターの通電制御回路 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環境温度が所定温度以下であり、且つ、エンジンの回転に伴って交流発電機が発電する場合に内燃機関部品用ヒーターに通電する内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自動車、自動二輪車等のエンジン(内燃機関)には気化器等の内燃機関の部品にヒーターが装着されており、該ヒーターは寒冷地など環境温度が低い条件下で自動車等を使用する場合にその作動を確実にするために設けられている。例えば、気化器に設けられるヒーターは気化器内の空気中の水分が氷結してエンジンの動作に支障をきたすことを防止している。該ヒーターは通常バッテリーからの電流により作動するが、バッテリーからは数Aもの大電流が流れるため、頻繁に使用するとバッテリーの電力が著しく消費される。このためヒーターは必要な時にのみ使用されることが好ましい。
【0003】
ところで、バッテリーはエンジン回転に伴い発電する発電機(ジェネレーター)により電力が充電されるため、エンジンが回転している限りはヒーターの使用によるバッテリーへの負荷は小さい。しかし、エンジンを作動させずにライトやラジオを使用する等の場合にはバッテリーへの負荷が大きいためバッテリー上がり等の問題が生じることがある。すなわち、メインスイッチのみがオンの状態でエンジンが回転していないため、発電機からの電力の供給(充電)がないままバッテリーの電力が消費されるためである。
【0004】
このような問題を解決する手段として、本発明者は、先に特願平10−349446号において、所定の環境温度判別手段(A)と、所定の発電判別手段(B)と、所定のヒーター通電制御手段(C)とを有し、ヒーター通電制御手段(C)は、環境温度判別手段(A)からの信号と発電判別手段(B)からの信号とが共に入力される場合に内燃機関の部品用ヒーターに通電するものである内燃機関の部品用ヒーターの通電制御装置を提案している。該発明によれば、イグニッション信号のようなパルス状の波形の信号でなくエンジンの回転に伴って発電機が出力する信号で発電判別手段(B)によりエンジン回転の有無を判断するため、回路構成が簡単で信頼性、コンパクト性に優れ、低コストな通電制御装置が得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自動車等が船等で輸出される場合には、通常、バッテリーが外されている。そこで、自動車等の積み込み方法としては外部電源でエンジンを始動して自動車等を移動させる方法が採用されているが、この場合、上記通電制御装置には超大容量コンデンサーとして機能するバッテリーが接続されておらず、エンジン回転に伴う交流発電機からの交流電流が簡単な半波整流回路で整流されただけの尖塔値電圧の大きな信号が流れてしまう。このため、バッテリーが外された上記通電制御装置においては、耐電圧値が小さいヒーター通電制御手段(C)に過大な電圧が印加され、ヒーター通電制御手段(C)が破損するおそれがあった。
【0006】
例えば、交流発電機は、通常、充電用半波整流回路を経た後にバッテリー電圧に対応する電圧を発生するように設計されている。このため、12Vバッテリーの最大電圧が14〜16V程度であることから、最悪の場合、これに半波整流で失われる分(2倍)及び実効値の分(√2倍)を乗じた14〜16Vの2√2倍、すなわち、39〜45V程度もの過大な電圧が上記ヒーター通電制御手段(C)に印加されるおそれがある。一方、ヒーター通電制御手段(C)としては、通常、最大でも耐電圧30V程度のFET(電界効果トランジスタ)が用いられていることが多い。このため、通電制御装置に上記のような過大な電圧が印加されると、ヒーター通電制御手段(C)が破損するおそれが大きいという問題があった。
【0007】
なお、バッテリーが外された状態でも、上記充電用半波整流回路が十分な平滑作用を有していたり、リミッターが組み込まれたりしていれば、上記のような過大な電圧が印加されないためヒーター通電制御手段(C)の破損は避けられる。しかし、通常はコストが高くなることからこのように措置は行われておらず、またたとえ行われていても平滑作用が十分でない場合が多いため、上記通電制御装置のヒーター通電制御手段(C)が破損するおそれがあるという問題は解決されていなかった。
【0008】
従って、本発明の目的は、エンジンの回転に伴い前記交流発電機が回転していること及び環境温度が所定温度以下であることを示す信号が入力されたときのみ導通して前記ヒーターに通電する内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路が、バッテリーを外された状態でエンジンを作動した場合においても、エンジン回転に伴う交流発電機からの出力でスイッチング素子が破壊されない内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者は鋭意検討を行った結果、内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路において、充電用半波整流回路とヒーター通電制御手段(C)である第1スイッチング素子との間と、第1スイッチング素子の入力端子との間に、第1スイッチング素子の耐電圧未満の所定電圧が印加されたときに第1スイッチング素子を導通させる信号を出力する第1スイッチング素子保護回路を形成すれば、バッテリーが外された状態でエンジンを作動した場合においても、エンジン回転に伴う交流発電機からの高電圧が非導通状態の第1スイッチング素子に直接印加されることがなく、第1スイッチング素子が第1スイッチング素子保護回路からの信号により導通するため破壊されることがない内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路を得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0010】
すなわち、本発明は、交流発電機、充電用半波整流回路及びバッテリーが該充電用半波整流回路と該バッテリーの正極とが接続されるように構成されたバッテリー充電用回路と、前記充電用半波整流回路と前記バッテリーの正極との間に一端が接続される第1スイッチング素子と、該第1スイッチング素子の他端に接続されると共に前記交流発電機と前記バッテリーの負極との間に接続されるヒーターとを含み、且つ、前記第1スイッチング素子はエンジンの回転に伴い前記交流発電機が回転していること及び環境温度が所定温度以下であることを示す信号が入力されたときのみ導通して前記ヒーターに通電する内燃機関の気化器用ヒーターの通電制御回路であって、前記充電用半波整流回路と前記第1スイッチング素子との間と、該第1スイッチング素子の入力端子との間に、前記第1スイッチング素子の耐電圧未満の降伏電圧値を有するツェナーダイオードが、カソード側で前記充電用半波整流回路と前記第1スイッチング素子との間に接続されると共に、アノード側で前記ツェナーダイオードを介した入力信号がある場合に前記第1スイッチング素子を導通させる信号を出力する第2スイッチング素子の入力端子に接続される第1スイッチング素子保護回路を形成することを特徴とする内燃機関の気化器用ヒーターの通電制御回路を提供するものである。
また、本発明は、交流発電機、充電用半波整流回路及びバッテリーが該充電用半波整流回路と該バッテリーの正極とが接続されるように構成されたバッテリー充電用回路と、前記充電用半波整流回路と前記バッテリーの正極との間に一端が接続される第1スイッチング素子と、該第1スイッチング素子の他端に接続されると共に前記交流発電機と前記バッテリーの負極との間に接続されるヒーターとを含み、且つ、前記第1スイッチング素子はエンジンの回転に伴い前記交流発電機が回転していること及び環境温度が所定温度以下であることを示す信号が入力されたときのみ導通して前記ヒーターに通電する内燃機関の気化器用ヒーターの通電制御回路であって、前記充電用半波整流回路と前記第1スイッチング素子との間と、該第1スイッチング素子の入力端子との間に、前記第1スイッチング素子の耐電圧未満の降伏電圧値を有するツェナーダイオードが、カソード側で前記充電用半波整流回路と前記第1スイッチング素子との間に接続されると共に、アノード側で前記ツェナーダイオードを介した入力信号が所定電圧以上である場合に前記第1スイッチング素子を導通させる信号を出力する比較器に接続される第1スイッチング素子保護回路を形成することを特徴とする内燃機関の気化器用ヒーターの通電制御回路を提供するものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【0012】
図1は、本発明の第1の実施の形態における内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路の回路図である。図1中、11は交流発電機、12は充電用半波整流回路、13はバッテリー、14は第1スイッチング素子、15はヒーター、21はバッテリー充電用回路、31は第1スイッチング素子保護回路、32は第1スイッチング素子14の耐電圧未満の降伏電圧値を有するツェナーダイオード、33は第2スイッチング素子、FET1は第1スイッチング素子14の具体的構成であるPチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタ、FET2は第2スイッチング素子33の具体的構成であるNチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタ、FET3はNチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタ、ZD1及びZD2はツェナーダイオード、THはサーミスタである。また、10は第1分岐点、20は第2分岐点、30は第3分岐点、40、50及び60は分岐点である。
【0013】
図1において、バッテリー充電用回路21は、交流発電機11、ダイオードD5とコンデンサーC6とでなる充電用半波整流回路12、及び正極が充電用半波整流回路12側に接続されるバッテリー13がこの順に接続され、さらに、バッテリー13の負極は充電用半波整流回路12が接続されていない側の交流発電機11に接続されて回路を構成する。該回路21は、バッテリー13が装着された通常の使用状態において、交流発電機11が発生する交流電流を半波整流・平滑化してバッテリー13に充電する作用がある。
【0014】
一方、バッテリー13と充電用半波整流回路12との間には第1分岐点10が設けられ、第1分岐点10には第1スイッチング素子14、ヒーター15がこの順に接続されると共に、ヒーター15はバッテリー13の負極と充電用半波整流回路12の反対側の交流発電機11の端子とに接続される。従って、上記第1スイッチング素子14等の間には、バッテリー13、第1スイッチング素子14、ヒーター15の順に構成される回路と、交流発電機11、充電用半波整流回路12、第1スイッチング素子14、ヒーター15の順に構成される回路とが形成される。
【0015】
第1スイッチング素子14としては、Pチャンネルノーマリーオフ形(ディプレッション形ともいう)電界効果トランジスタFET1が用いられる。Pチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタは通常ソースSドレインD間が非導通の状態にあり、ゲートGにローレベル信号が入力されるとソースSドレインD間が導通するものである。FET1は、ソースSが第1分岐点を経てバッテリー13の正極及び充電用半波整流回路12に接続されると共に、ドレインDがヒーター15に接続される。FET1は、このように接続されることにより、ゲートGにローレベル信号が入力されるとソースSドレインD間が導通し、バッテリー13又は整流された交流発電機11からの電流がヒーター15に通電されるようになっている。
【0016】
図1に示す第1の実施の形態では、上記回路以外に、第1スイッチング素子14(FET1)がエンジンの回転に伴い交流発電機11が回転していること及び環境温度が所定温度以下であることを示す信号が入力されたときのみ導通して前記ヒーターに通電する以下の回路が形成される。すなわち、交流発電機11は、充電用半波整流回路12との間に設けられた第2分岐点20、ダイオードD1、抵抗R7、抵抗R8等を介してNチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタFET2のゲートGに接続される。Nチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタは通常ソースSドレインD間が非導通の状態にあり、ゲートGにハイレベル信号が入力されるとソースSドレインD間が導通するものである。
【0017】
また、抵抗R7と抵抗R8との間の分岐点には不測の交流成分入力を短絡させるコンデンサC3が接続されると共に、抵抗R8とFET2のゲートGとの間の分岐点にはFET2のゲートG電圧がしきい値以上になるような抵抗R9が接続される。一方、FET2はソースSがアースされると共にドレインDが基準抵抗R2に接続される。FET2は、このように接続されることにより、交流発電機11からの整流された正電圧の信号があると、抵抗R9の両端によりしきい値以上の電圧が発生し、その電圧信号がゲートGに入力されてソースSドレインD間が導通し、ドレインD側の基準抵抗R2がFET2を介して実質的にアースされるようになっている。
【0018】
基準抵抗R2は、抵抗R1に直列に接続されると共に、抵抗R1との間に設けられた分岐点50を経て比較器IC1の非反転入力端子3に接続される。ここで抵抗R1は、抵抗R6とコンデンサーC1とからなる平滑回路、半波整流回路12をこの順に介して交流発電機11に接続されている。一方、比較器IC1の反転入力端子1は、アースされた所定の負の温度係数を有するサーミスタTHと抵抗R3との間に設けられた分岐点60に接続され、抵抗R3は抵抗R1と同様に抵抗R6とコンデンサーC1とからなる平滑回路に接続される。
【0019】
このような接続により、基準抵抗R2には、交流発電機11からの交流電圧が平滑化された直流電流が抵抗R1を介して流れるようになっており、抵抗R2の両端に発生した電圧は分岐点50を経て比較器IC1の非反転入力端子3に印加される。一方、比較器IC1の反転入力端子1には、アースされた所定の負の温度係数を有するサーミスタTHと抵抗R3との間に設けられた分岐点60が接続され、分岐点60には、サーミスタTHでの電圧降下分の電圧が比較器IC1の反転入力端子1に印加される。
【0020】
比較器IC1は、FET2の導通により一端がアースされた基準抵抗R2に発生する電圧と、一端がアースされたサーミスタTHに発生する電圧とを比較し、非反転入力端子3の電圧のほうが反転入力端子1の電圧よりも高ければハイレベル電圧を、逆に反転入力端子1の電圧のほうが非反転入力端子3の電圧よりも高ければローレベル電圧を端子4から出力する。また、比較器IC1には、帰還抵抗R4が非反転入力端子3に接続される。これにより、サーミスタTHが高温から低温になる際に比較器IC1がローレベル電圧を出力する温度T1 と、サーミスタTHが低温から高温になる際に比較器IC1がハイレベル電圧を出力する温度T2 との間にT1 <T2 の関係が成立し、サーミスタTHの抵抗値の増加又は減少に対する比較器IC1のスイッチング動作にヒステリシス特性が付与されている。比較器IC1の出力端子4は抵抗R10を介してFET1のゲートGに接続されると共に、出力端子4と抵抗R10との間の分岐点には、アノード側がアースされた保護用のダイオードD3がカソード側で接続される。
【0021】
図1に示す第1の実施の形態では、上記回路以外に、充電用半波整流回路12と第1スイッチング素子14との間に第3分岐点30が設けられ、第3分岐点30と第1スイッチング素子14(FET1)の入力端子(ゲートG)との間に、第1スイッチング素子14の耐電圧未満の所定電圧が印加されたときに第1スイッチング素子14を導通させる信号を出力する第1スイッチング素子保護回路31が形成される。
【0022】
第1スイッチング素子保護回路31は、第1スイッチング素子14の耐電圧未満の降伏電圧値を有するツェナーダイオード32(ZD1)が、カソード側で充電用半波整流回路12と第1スイッチング素子14との間の第3分岐点30に接続されると共に、アノード側でツェナーダイオード32(ZD1)を介した入力信号がある場合に第1スイッチング素子14を導通させる信号を出力する第2スイッチング素子33の入力端子に接続されることにより構成されるものである。ツェナーダイオード32(ZD1)としては、例えば、降伏電圧値が22V程度のものを用いることができる。
【0023】
ツェナーダイオード32(ZD1)のアノード側に接続される第2スイッチング素子33としては、Nチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタFET3が用いられ、ツェナーダイオード32(ZD1)はFET3のゲートGに接続される。ここで、Nチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタは上記のように通常ソースSドレインD間が非導通の状態にあり、ゲートGにハイレベル信号が入力されるとソースSドレインD間が導通するものである。また、ツェナーダイオード32(ZD1)のアノード側とFET3のゲートGとの間には、一端がアースされた抵抗R20が分岐点40で接続されており、ツェナーダイオードZD1に電流が流れたときにFET3のゲートG電圧が抵抗R20の電圧降下によりしきい値以上になるように構成される。
【0024】
FET3はソースSがアースされ、ドレインDが抵抗R10を介してFET1のゲートGに接続される。FET3はこのように接続されることにより、ツェナーダイオード32(ZD1)に電流が流れると、抵抗R20の両端に発生する電圧がFET3のしきい値以上になるため、FET3のソースSドレインD間が導通してアースされる。この結果、FET1のゲートGの電圧はローレベル電圧となる。また、第2スイッチング素子33としては、Nチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタ以外に、バイポーラトランジスタ等を用いることができるが、回路をよりシンプルなものとする観点から、Nチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタFET3が好ましい。
【0025】
FET1のゲートGとソースSの間には、抵抗R5と、ソースS側にアノードが接続されるツェナーダイオードZD2とが並列に接続される。抵抗R5は、バイアス電圧を与える抵抗であり、ZD2はFET1のゲートGとソースSとの間に加わる電圧が所定値以上とならないように機能するものである。
【0026】
第1の実施の形態においては、必要により以下の素子等を組み込んだ回路が形成されていてもよい。すなわち、第1分岐点10と第3分岐点30との間に分岐してアースされるバリスタZ1は、ツェナーダイオード32(ZD1)と同様にFET1に過大な電圧が印加されたときに電流を強制的にグランドに流すために用いられるFET1の保護素子である。なお、バリスタは容量の点でツェナーダイオード32(ZD1)よりも大きいがレスポンスの点でツェナーダイオード32よりも遅いため、ツェナーダイオード32と併用すると様々な過大電圧の入力に対応できるため好ましい。また、コンデンサC5は、パルス状の高電圧を吸収する機能を有するものである。
【0027】
次に第1の実施の形態の動作について説明する。まず、環境温度が所定値以上のためIC1の出力がハイレベルであり、且つ、FET1が非導通である場合について説明する。この場合、バッテリー13が外された状態で外部電源等によりエンジン(図示せず)が回転すると、これに伴って交流発電機11が交流信号を発生し、該信号は充電用半波整流回路12及び第1分岐点10を経た後FET1のソースSに供給される。一方、FET1のドレインDはヒーター15を介してアースされ、しかもFET1は導通していないため、FET1のソースSドレインD間に印加される電圧は実質的にFET1のソースSに供給される信号の電圧となる。
【0028】
この電圧がツェナーダイオードZD1の降伏電圧値と抵抗R20の電圧降下との和以上となった場合、ツェナー効果により高電圧の信号がツェナーダイオードZD1をカソード側からアノード側へ流れ、一方、FET1のソースSドレインD間にはZD1の降伏電圧値と抵抗R20の電圧降下との和と同等の電圧が印加される。ZD1を流れた信号によりアースされた抵抗R20の両端に電圧が発生すると、この電圧によるハイレベル信号がFET3のゲートGに入力され、FET3のソースSドレインD間が導通する。FET3のソースSドレインD間が導通すると、FET3のソースSがアースされていることから、FET1のゲートGにはZD1の降伏電圧値と抵抗R20の電圧降下との和であるFET1のソースSドレインD間電圧を抵抗R5及び抵抗R10で分割した抵抗R5分の電圧の信号が入力される。抵抗R5は抵抗R10との組み合わせによりFET1のゲートG電圧がソースSに対してしきい値以下になるように抵抗値が選択されているため、FET3が導通するとFET1のゲートG電圧がしきい値以下になりFET1が導通されてヒーターが加熱され、過電圧分の余分な電力が熱エネルギーに変換される。なお、このヒーターへの通電は、半波整流された交流信号のうちのピーク部分の信号のみによるものであるため、短時間ずつの断続的な導通であり実質的にはヒーターをさほど加熱するものではない。以上のヒーター15への通電を目的としないFET1の断続的な導通は環境温度に関係なく行われる。
【0029】
上記のようにFET1のソースSドレインD間に印加される電圧がツェナーダイオードZD1の降伏電圧値と抵抗R20の電圧降下との和以上となった場合において、さらに環境温度が所定温度以下であるときは、後述のようにFET1のゲートG電圧がローレベルになるため、ZD1を電流が流れてFET3が導通するか否かに関わらずFET1のソースSドレインD間が導通しヒーター15に通電される。また、上記のFET1のソースSドレインD間に印加される電圧がツェナーダイオードZD1の降伏電圧値と抵抗R20の電圧降下との和以上となった場合において、環境温度が所定温度を越えるときは、後述のようにIC1の出力がハイレベルになるため、FET1は通常導通せず、電流がZD1を流れてFET3が導通する瞬間にのみ断続的にヒーター15に通電される。
【0030】
なお、FET1のソースSドレインD間に印加される電圧がツェナーダイオードZD1の降伏電圧値と抵抗R20の電圧降下との和未満である場合は、ZD1にはほとんど電流が流れず、FET1のソースSには半波整流された信号がこのまま供給される。この際、環境温度が所定温度以下である場合は、後述のようにFET1のゲートG電圧がローレベルになるため、FET1のソースSドレインD間が導通しヒーター15が通電される。また、環境温度が所定温度を越える場合は、後述のようにFET1のゲートG電圧がハイレベルになるため、FET1のソースSドレインD間が導通せずヒーター15には通電されない。
【0031】
次に、第1スイッチング素子14が、エンジンの回転に伴い交流発電機11が回転していること及び環境温度が所定温度以下であることを示す信号が入力されたときのみ導通してヒーター15に通電する動作について、以下に説明する。
【0032】
エンジンの回転に伴い交流発電機11が回転していること及び環境温度が所定温度以下を示す信号がある場合において、エンジン(図示せず)が回転すると、これに伴って交流発電機11が交流信号を発生し、該信号は第2分岐点20を経た後ダイオードD1を経て半波整流された後、抵抗R8等を経て一端がアースされた抵抗R9に流れる。この結果、抵抗R9の両端に発生した電圧がハイレベル信号としてFET2のゲートGに入力される。FET2はハイレベル信号の入力によりソースSドレインD間が導通し、基準抵抗R2の一端がアースされる。この導通により、比較器IC1は分岐点50で測定されるアースに対して基準抵抗R2で発生する電圧と、分岐点60で測定されるアースに対してサーミスタTHで発生する電圧とを比較し、非反転入力端子3の入力電圧が高ければハイレベル信号を、反転入力端子1の入力電圧が高ければローレベル信号を出力する。ここで、サーミスタTHは負の温度係数を有しているため、環境温度が所定温度以下であるとサーミスタTHの抵抗値が所定値以上となり、これにより分岐点60の電圧が高くなり、比較器IC1はローレベル信号を出力する。この結果、FET1のゲートGがローレベルとなり、これによりFET1のソースSドレインD間が導通してヒーター15に通電される。
【0033】
なお、エンジンの回転に伴い交流発電機11が発電していない場合には、FET2が導通しないため、基準抵抗R2に電流が流れないと共に抵抗R1にも実質的に電流が流れず、抵抗R1の電圧降下は実質的にない。このため分岐点50の電位は、交流発電機11が充電用半波整流回路12及び微小な抵抗値の抵抗R6を経ただけの分岐点90と実質的に同じ電位のためハイレベルになっている。一方、分岐点60には、分岐点90に対し抵抗R3で発生する電圧降下分だけ低下した電位が発生する。このため、分岐点50と分岐点60との電位を比較すると、環境温度により変化するサーミスタTHで発生する電圧に関わらず、抵抗R3で発生する電圧降下分だけ常に分岐点50の電位が分岐点60の電位よりも高くなるから、比較器IC1は常にハイレベル信号を出力する。このため、FET1は導通せず、ヒーターは通電されない。
【0034】
また、エンジンの回転に伴い交流発電機11が発電していても環境温度が所定温度を越える場合は、サーミスタTHの抵抗値が小さくなるに伴いサーミスタTHで発生する電圧も小さくなるため、分岐点60の電位が分岐点50の電位よりも低くなる。この結果、比較器IC1はハイレベル信号を出力するため、FET1は導通せず、ヒーターは通電されない。
【0035】
次に本発明の第2の実施の形態について図2を参照して説明する。図2中、図1と同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。すなわち、図2に示す第2の実施の形態において図1に示す第1の実施の形態と異なる点は、第1スイッチング素子保護回路31を、前記ツェナーダイオード32が、カソード側で充電用半波整流回路12と第1スイッチング素子14との間の第3分岐点30に接続されると共に、アノード側でツェナーダイオード32を介した入力信号が所定電圧以上である場合に第1スイッチング素子14を導通させる信号を出力する比較器34に接続されるものに変更したことにある。図2中、ZD4は前記ツェナーダイオード32と同様のツェナーダイオード、34及びIC2は入力信号が所定電圧以上である場合に第1スイッチング素子14を導通させる信号を出力する比較器である。
【0036】
ツェナーダイオードZD4は、アノード側で一端がアースされた抵抗R21に直列に接続されると共に、抵抗R21との間に設けられた分岐点70を経て比較器34(IC2)の反転入力端子6に接続される。一方、比較器IC2の非反転入力端子5には、第3分岐点30に接続される抵抗R12と該抵抗R12に直列に接続され一端がアースされる抵抗R13との間に設けられた分岐点80が接続される。また、第3分岐点30と第1分岐点10との間には、平滑回路を構成する抵抗R6とコンデンサーC1とが配置される。従って、第2の実施の形態では、FET1のソースSドレインD間電圧が、ツェナーダイオード32(ZD4)の降伏電圧値と抵抗R21の電圧降下と抵抗R6の電圧降下との和以上である場合に、ツェナーダイオードZD4に電流が流れる。
【0037】
比較器IC2は、ツェナーダイオードZD4の導通により一端がアースされた抵抗R21に発生する電圧と、一端がアースされた抵抗R13に発生する電圧とを比較し、分岐点80の電位が分岐点70の電位に比較して高ければハイレベル信号を出力し、低ければローレベル信号を出力する。また、比較器IC2には、分岐点70と分岐点80との電圧の比較において、ヒステリシス特性を持たせるために帰還抵抗R14が非反転入力端子5に接続される。比較器IC2の出力端子7は比較器IC1の出力端子4と直接に接続され、抵抗R10を介してFET1のゲートGに接続される。なお、図2中、比較器IC2は比較器IC1と共に構成されるデュアルICであり電源を比較器IC1の端子8端子4間から取っているが、比較器IC1と別の単体のICとしてもよい。
【0038】
次に第2の実施の形態の動作について説明する。第2の実施の形態と第1の実施の形態との動作の相違点は、第1スイッチング素子保護回路31の構成が異なる点にのみ基づき、これ以外は同様であるため、この点についてのみ説明し他の動作についての説明は省略する。
【0039】
バッテリー13が接続されていない状態において、交流発電機11の回転により、FET1のソースSドレインD間に印加される電圧がツェナーダイオードZD4の降伏電圧値と抵抗R21の電圧降下と抵抗R6の電圧降下との和以上となった場合、第1スイッチング素子保護回路31では、ツェナー効果により第3分岐点30を経た高電圧の信号がツェナーダイオードZD4を流れると共に、ZD4と並列に接続される抵抗R12にも流れる。一方、FET1のソースSドレインD間にはツェナーダイオードZD4の降伏電圧値と抵抗R21の電圧降下と抵抗R6の電圧降下との和の電圧が印加される。ZD4はツェナー降伏すると抵抗が極めて小さくなるため、分岐点70の電圧は抵抗R21の電圧降下分となる。この状態において、抵抗R12と抵抗R13は、抵抗R21で発生する電圧、すなわち分岐点70の電位が抵抗R13で発生する電位よりも高くなるように設定されている。従って、ZD4に電流が流れると、分岐点70の電位が分岐点80の電位よりも高くなる。この結果、比較器IC2の出力端子7よりローレベル信号が出力される。該ローレベル信号により、第1の実施の形態と同様にFET1が断続的に導通してヒーター15に通電され、過電圧分の余分な電力がヒーター15において熱エネルギーに変換される。
【0040】
なお、第1の実施の形態では、FET3等の電界効果トランジスタの動作の立ち上がりが第2の実施の形態の比較器IC2等に比べて急峻でないため、FET1のスイッチング動作がシャープに行われず、その間に流れてしまう高電圧電流によりFET1が異常に発熱し破壊されるおそれが使用状況によってはありうるが、第2の実施の形態では、FET3に代えて比較器IC2を用いておりIC2からの出力のレベルの変化が瞬間的であることからFET1のスイッチング動作も瞬間的に行われるため、FET1のソースSドレインD間の導通が極めて短時間で行われることにより、FET1が破壊されるおそれがほとんどない点でより好ましい。なお、上記のようにFET1のソースSドレインD間に印加される電圧がツェナーダイオードZD4の降伏電圧値と抵抗R21の電圧降下と抵抗R6の電圧降下との和以上である場合における、環境温度が所定温度以下であるとき又は環境温度が所定温度を越えるときの動作は、第1の実施の形態と同様である。
【0041】
一方、第2の実施の形態において、バッテリー13が接続されておらず、且つ、交流発電機11が回転しており、FET1のソースSドレインD間に印加される電圧がツェナーダイオードZD4の降伏電圧値と抵抗R21の電圧降下と抵抗R6の電圧降下との和未満である場合は、第1の実施の形態と同様に、ZD4には実質的に電流が流れず、FET1のソースSには半波整流された信号がこのまま供給される。この状態では、第1スイッチング素子保護回路31はツェナーダイオードZD4で回路が切断された状態となるため、抵抗R12で電圧は発生せず、分岐点80が分岐点70より電位が高くなる。このため、比較器IC2では出力端子7よりハイレベル信号が出力され、第1の実施の形態と同様にFET1はソースSドレインD間が導通せず、ヒーター15は通電されない。なお、上記のようにFET1のソースSドレインD間に印加される電圧がツェナーダイオードZD4の降伏電圧値と抵抗R21の電圧降下と抵抗R6の電圧降下との和未満である場合における、環境温度が所定温度以下であるとき又は環境温度が所定温度を越えるときの動作は、第1の実施の形態と同様である。
【0042】
本発明の内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路は、例えば、自動車、自動二輪車等のエンジン(内燃機関)用の気化器等の内燃機関部品用ヒーター及びその制御に用いることができる。
【0043】
【発明の効果】
本発明の通電制御回路によれば、エンジンの回転に伴い交流発電機が回転していること及び環境温度が所定温度以下であることを示す信号が入力されたときのみ導通してヒーターに通電する内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路を備える自動車等を、バッテリーが外された状態でエンジンを作動させても、ツェナーダイオードが過電圧を検出しスイッチング素子に印加される過電圧をスイッチング素子の導通によりヒーターに通電して逃がすため、交流発電機が発生する尖塔値の大きい半波整流信号によってスイッチング素子が耐圧オーバーで破壊されることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す回路図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態を示す回路図である。
【符号の説明】
10 第1分岐点
11 交流発電機
12 充電用半波整流回路
13 バッテリー
14 第1スイッチング素子
15 ヒーター
20 第2分岐点
21 バッテリー充電用回路
30 第3分岐点
31 第1スイッチング素子保護回路
32 第1スイッチング素子の耐電圧未満の降伏電圧値を有するツェナーダイオード
33 第2スイッチング素子
34 比較器
FET1 Pチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタ
FET2、FET3 Nチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタ
ZD1〜ZD4 ツェナーダイオード
IC1、IC2 比較器
TH サーミスタ
Z1 バリスタ

Claims (2)

  1. 交流発電機、充電用半波整流回路及びバッテリーが該充電用半波整流回路と該バッテリーの正極とが接続されるように構成されたバッテリー充電用回路と、前記充電用半波整流回路と前記バッテリーの正極との間に一端が接続される第1スイッチング素子と、該第1スイッチング素子の他端に接続されると共に前記交流発電機と前記バッテリーの負極との間に接続されるヒーターとを含み、且つ、前記第1スイッチング素子はエンジンの回転に伴い前記交流発電機が回転していること及び環境温度が所定温度以下であることを示す信号が入力されたときのみ導通して前記ヒーターに通電する内燃機関の気化器用ヒーターの通電制御回路であって、前記充電用半波整流回路と前記第1スイッチング素子との間と、該第1スイッチング素子の入力端子との間に、前記第1スイッチング素子の耐電圧未満の降伏電圧値を有するツェナーダイオードが、カソード側で前記充電用半波整流回路と前記第1スイッチング素子との間に接続されると共に、アノード側で前記ツェナーダイオードを介した入力信号がある場合に前記第1スイッチング素子を導通させる信号を出力する第2スイッチング素子の入力端子に接続される第1スイッチング素子保護回路を形成することを特徴とする内燃機関の気化器用ヒーターの通電制御回路。
  2. 交流発電機、充電用半波整流回路及びバッテリーが該充電用半波整流回路と該バッテリーの正極とが接続されるように構成されたバッテリー充電用回路と、前記充電用半波整流回路と前記バッテリーの正極との間に一端が接続される第1スイッチング素子と、該第1スイッチング素子の他端に接続されると共に前記交流発電機と前記バッテリーの負極との間に接続されるヒーターとを含み、且つ、前記第1スイッチング素子はエンジンの回転に伴い前記交流発電機が回転していること及び環境温度が所定温度以下であることを示す信号が入力されたときのみ導通して前記ヒーターに通電する内燃機関の気化器用ヒーターの通電制御回路であって、前記充電用半波整流回路と前記第1スイッチング素子との間と、該第1スイッチング素子の入力端子との間に、前記第1スイッチング素子の耐電圧未満の降伏電圧値を有するツェナーダイオードが、カソード側で前記充電用半波整流回路と前記第1スイッチング素子との間に接続されると共に、アノード側で前記ツェナーダイオードを介した入力信号が所定電圧以上である場合に前記第1スイッチング素子を導通させる信号を出力する比較器に接続される第1スイッチング素子保護回路を形成することを特徴とする内燃機関の気化器用ヒーターの通電制御回路。
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