JP4273874B2 - コンデンサ放電式内燃機関用点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関により駆動される交流発電機の整流出力をＤＣ−ＤＣコンバータで昇圧して得た電圧で点火用コンデンサを充電するようにした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。

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、点火コイルの一次側に設けられて点火電源部の出力により充電される点火用コンデンサと、点火信号が与えられたときに導通して、点火用コンデンサに蓄積された電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させる放電用スイッチと、内燃機関の点火位置で放電用スイッチに点火信号を与える点火制御部とにより構成され、点火用コンデンサの放電により点火コイルの一次コイルに急激な電流を流して、その二次コイルに点火用の高電圧を誘起させる。

コンデンサ放電式の点火装置の点火電源部としては、機関により駆動される磁石発電機内に設けられたエキサイタコイルの交流出力の半波で点火用コンデンサを充電するＡＣ式のものと、機関により駆動される交流発電機の整流出力またはバッテリの出力をＤＣ−ＤＣコンバータにより昇圧して得た電圧で点火用コンデンサを充電するＤＣ−ＤＣコンバータ式のものとが用いられている。

交流発電機の整流出力をＤＣ−ＤＣコンバータにより昇圧して得た電圧で点火用コンデンサを充電する場合には、機関の高速回転時に発電機の出力が上昇するとコンバータの出力が過大になり、点火回路の構成部品が破損する。そのため、交流発電機の整流出力をＤＣ−ＤＣコンバータにより昇圧する構成をとる場合には、特許文献１に示されているように、交流発電機の出力を整流、調整してほぼ一定の調整値（例えば１２Ｖ）に保たれた直流電圧を出力するレギュレータを設けて、このレギュレータの出力電圧をＤＣ−ＤＣコンバータにより昇圧するようにしている。

この種の点火装置で用いる、ＤＣ−ＤＣコンバータは、例えば特許文献２に示されているように、電源から一次電流が供給される昇圧トランスと、該昇圧トランスの一次電流をオンオフするチョッパ用スイッチと、昇圧トランスの二次電流がしきい値未満になったことが検出されたときにチョッパ用スイッチをオン状態にし、昇圧トランスの一次電流を検出して、該一次電流が設定値に達したときにチョッパ用スイッチをオフ状態にするようにチョッパ用スイッチを制御するチョッパ用スイッチ制御回路とにより構成される。このようなＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧は、該コンバータの昇圧トランスの一次側に与えられる電源電圧により決まる。従来の点火装置では、一定値に調整された電圧を出力するレギュレータから昇圧トランスの一次側に電圧が与えていたため、ＤＣ−ＤＣコンバータから得られる出力電圧はほぼ一定であった。

上記の点火装置において、ＤＣ−ＤＣコンバータは、チョッパ用スイッチがオフ状態になる毎にほぼ一定の波高値のパルス状高電圧を昇圧トランスの二次側に発生する。点火用コンデンサはＤＣ−ＤＣコンバータが順次出力するパルス状高電圧により段階的に充電されていくため、点火用コンデンサを所定の電圧まで充電するためには、ある程度の時間を必要とする。点火用コンデンサを充電するために用いることができる時間は、機関の回転速度の上昇に伴って短くなっていくため、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が低いと、機関の高速時に点火用コンデンサの充電電圧が不足し、点火性能が低下してしまう。そのため、この種の点火装置では、機関の高速時に、短い充電可能時間内に点火用コンデンサを十分に充電することができるように、高出力のＤＣ−ＤＣコンバータを用いていた。
実開平３−９９８７０号公報 特許第３２９３４４２号公報

上記のように、機関により駆動される発電機の出力を一定の直流電圧に変換するレギュレータと、該レギュレータの出力電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータとを用いて点火用コンデンサを充電する点火装置においては、機関の高速時に点火用コンデンサの充電が不足するのを防ぐために、高出力のＤＣ−ＤＣコンバータを用いていたが、高出力のＤＣ−ＤＣコンバータは、大形の昇圧トランスを用いる必要がある上に、昇圧トランスの一次電流をオンオフするチョッパ用スイッチとして電流容量が大きいのものを用いる必要があるため、大形で高価になるという問題があった。

本発明の目的は、レギュレータとＤＣ−ＤＣコンバータとを用いて点火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おいて、小形で安価なＤＣ−ＤＣコンバータを用いて、機関の低速時から高速時まで満足な点火性能を得ることができるようにすることにある。

本発明は、内燃機関により駆動される交流発電機の出力を入力として調整値以下に調整された直流電圧を出力するレギュレータと、レギュレータの出力電圧を昇圧して点火用コンデンサ充電用の電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、点火コイルの一次側に設けられてＤＣ−ＤＣコンバータの出力で充電される点火用コンデンサと、点火信号が与えられたときに導通して点火用コンデンサに蓄積された電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させる放電用スイッチと、内燃機関の点火位置で放電用スイッチに点火信号を与える点火制御部とを備えたコンデンサ放電式内燃機関用点火装置を対象とする。

本発明においては、上記ＤＣ−ＤＣコンバータとして、レギュレータから一次電流が供給される昇圧トランスと、該昇圧トランスの一次電流をオンオフするチョッパ用スイッチと、前記昇圧トランスの二次電流がしきい値未満になったことが検出されたときにチョッパ用スイッチをオン状態にし、前記昇圧トランスの一次電流が設定値に達したことが検出されたときにチョッパ用スイッチをオフ状態にするようにチョッパ用スイッチを制御するチョッパ用スイッチ制御回路とを備えたものを用い、上記点火制御部に、内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、この回転速度検出手段により検出された回転速度が低いときにレギュレータの調整値を低くし、回転速度が高いときにレギュレータの調整値を高くするように回転速度検出手段により検出された回転速度に応じてレギュレータの調整値を切り換える調整値切換部とを設ける。

昇圧トランスの一次電流が設定値に達したことが検出されたときにチョッパ用スイッチをオフ状態にするようにしたＤＣ−ＤＣコンバータにおいては、入力電圧を高くすると、昇圧トランスの一次電流の立上がりが急峻になり、該一次電流が設定値に達する時間が短くなるため、該コンバータの出力電圧の波高値が高くなるとともに、該コンバータの発振周波数が高くなり、コンバータが単位時間当たりに出力電圧を発生する回数が多くなる。そのため、上記のように構成すると、機関の高速時には、点火用コンデンサに低中速時よりも高い電圧を、低中速時より短い間隔で繰り返し印加して、該コンデンサを限られた時間で所要の電圧まで支障なく充電することができる。

なお、昇圧トランスの一次電流が設定値に達したときにチョッパ用スイッチをオフ状態にするように構成されたＤＣ−ＤＣコンバータでは、入力電圧を上昇させても昇圧トランスの一次電流が過大になるおそれはないため、昇圧トランス及びチョッパ用スイッチに過電流が流れることはない。また、昇圧トランスの一次電流の遮断値が一定であるため、該一次電流の遮断時に一次コイルに誘起する電圧が過大になることがなく、チョッパ用スイッチに過電圧が印加されることはない。

このように、本発明によれば、機関の回転速度に応じてレギュレータの調整値を切り換える調整値切換部を設けて、機関の高速回転時にＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧を高い値に切り換えるようにしたので、低中速時も高い電圧を出力する過剰品質のＤＣ−ＤＣコンバータを用いることなく、小形で安価なＤＣ−ＤＣコンバータを用いて、機関の低速時から高速時まで満足な点火性能を得ることができる。

本発明の好ましい態様では、回転速度検出手段により検出された回転速度が設定値以下のときに調整値を低い値に保ち、回転速度検出手段により検出された回転速度が設定値を超えたときに調整値を高い値に切り換えるように上記調整値切換部が構成される。

内燃機関与より駆動される発電機としては、磁石式交流発電機が多く用いられる。このような発電機が用いられる場合には、レギュレータとして、発電機の出力を整流する整流回路と、発電機の出力電圧が調整値を超えたときに短絡指令を発生する短絡指令発生回路と、短絡指令が発生したときに発電機の出力を短絡する出力短絡用スイッチとを備えたものを用いることができる。

このようなレギュレータが用いられる場合、前記調整値切換部は、調整値切換指令が与えられていないときにレギュレータの調整値を低い値とし、調整値切換指令が与えられたときにレギュレータの調整値を高い値に切り換える調整値切換回路と、回転速度検出手段により検出された回転速度が設定値を超えたときに調整値切換回路に調整値切換指令を与える調整値切換指令発生手段とにより構成することができる。

本発明の他の態様では、上記点火制御部に、点火用コンデンサの両端の電圧を検出する充電電圧検出部と、内燃機関の最も進角した点火位置よりも更に進角したクランク角位置に設定された充電電圧判定クランク角位置が検出されたときに充電電圧検出部により検出された点火用コンデンサの両端の電圧を設定値と比較して、検出された点火用コンデンサの両端の電圧が設定値以上であるときにレギュレータの調整値を低い値とし、検出された点火用コンデンサの両端の電圧が設定値未満であるときに調整値を高い値に切り換える調整値切換部とが設けられる。この場合も、ＤＣ−ＤＣコンバータとしては前記と同じものが用いられ、発電機とＤＣ−ＤＣコンバータとの間には前記と同様のレギュレータが設けられる。

このような構成をとる場合には、内燃機関のクランク角位置が機関の最も進角した点火位置よりも十分に進角したクランク角位置に設定された基準クランク角位置に一致したときにパルスを発生するパルス信号発生器を設けて、基準クランク角位置を充電電圧判定クランク角位置とするように調整値切換部を構成するのが好ましい。

以上のように、本発明によれば、機関の回転速度に応じてレギュレータの調整値を切り換える調整値切換部を設けて、機関の高速回転時にＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧を高い値に切り換えることにより、コンバータの出力電圧の波高値を高めるとともに該コンバータの発振周波数を高くして、点火用コンデンサを短時間で充電できるようにしたので、低中速時も高い電圧を出力する過剰品質のＤＣ−ＤＣコンバータを用いることなく、小形で安価なＤＣ−ＤＣコンバータを用いて、機関の低速時から高速時まで満足な点火性能を得ることができる。

以下図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は本発明に係わる点火装置の一実施形態を示したもので、同図において、１は図示しない内燃機関により駆動される磁石式交流発電機、２は機関の所定のクランク角位置でパルスを発生するパルス信号発生器、３は発電機１の出力を入力として調整値以下に調整された直流電圧を出力するレギュレータ、４はレギュレータの調整値を切り換える調整値切換回路、５はレギュレータ３の出力電圧を昇圧して点火用コンデンサ充電用の電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータ、６は点火回路、７は点火制御部を構成するマイクロコンピュータ、８及び９はそれぞれパルス信号発生器２が異なるクランク角位置で発生する第１パルスＶs1及び第２パルスＶs2をマイクロコンピュータ７に入力する第１及び第２のパルス入力回路である。

磁石式交流発電機１は、図示しない内燃機関のクランク軸に取りつけられたカップ状のフライホイール１０１の内周に永久磁石１０２を取りつけて構成した磁石回転子１０３と、磁石回転子１０３の磁極に対向する磁極部を有する鉄心１０４及び該鉄心に巻回された発電コイル１０５からなる固定子１０６とを備えていて、機関の回転に同期して発電コイル１０５に交流電圧を誘起させる。

パルス信号発生器２は、フライホイール１０１の外周に形成された円弧状の突起からなるリラクタｒの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出して極性が異なる第１パルスＶs1及び第２パルスＶs2を発生するもので、リラクタｒに対向し得る磁極部を有する鉄心２０１と、該鉄心に巻回された信号コイルＬｓと、鉄心２０１に磁気結合された永久磁石（図示せず。）とからなっている。この例では、第１パルスＶs1が負極性のパルスからなり、第２パルスＶs2が正極性のパルスからなっている。本実施形態では、機関の点火位置（点火動作が行われるクランク角位置）の最大進角位置よりも十分に進角した位置に設定された基準クランク角位置で第１パルスＶs1が発生し、機関の極低速時の点火位置として適したクランク角位置で第２パルスＶs2が発生するように、パルス信号発生器２とリラクタとが設けられている。第１パルスＶs1は、機関の回転速度情報を得たり、点火位置の計測を開始するタイミングを定めたりするために用いられ、第２パルスＶs2は、機関の極低速時の点火位置を定めるために用いられる。

第１パルスＶs1は、ダイオードＤ1を通して第１のパルス入力回路８に入力されてマイクロコンピュータが認識し得る波形の信号に変換された後、抵抗Ｒ1を通して第１の割込み信号Ｖint1としてマイクロコンピュータ７の第１の割込み信号入力ポートＩＮＴＰ１に入力されている。第２のパルスＶs2は、ダイオードＤ2を通して第２のパルス入力回路９に入力されてマイクロコンピュータが認識し得る波形の信号に変換された後、抵抗Ｒ2を通して第２の割込み信号Ｖint2としてマイクロコンピュータ７の第２の割込み信号入力ポートＩＮＴＰ２に入力されている。

レギュレータ３は、ダイオードＤｕ，Ｄｖ及びＤｘ，Ｄｙのブリッジ回路からなる単相ブリッジ全波整流回路と、この整流回路のブリッジの下辺を構成するダイオードＤｘ，Ｄｙに逆並列接続されたサイリスタＴhx，Ｔhyと、発電コイルの一端及び他端にアノードが接続され、カソードが共通接続されたダイオードＤ3及びＤ4と、ダイオードＤ3，Ｄ4のカソードの共通接続点にエミッタが接続され、コレクタが抵抗器Ｒ3及びＲ4を通してサイリスタＴhx，Ｔhyのゲートに接続されたＰＮＰトランジスタＴＲ1と、トランジスタＴＲ1のエミッタベース間に接続された抵抗器Ｒ5と、トランジスタＴＲ1のベースに一端が接続された抵抗器Ｒ6と、抵抗器Ｒ6の他端と接地間にアノードを接地側に向けて接続されたツェナーダイオードＺＤ1とにより構成されている。レギュレータ３の正極性側出力端子はバッテリ１１の正極端子に接続され、レギュレータ３の負極側出力端子はバッテリ１１の負極端子とともに接地されている。

図示のレギュレータにおいては、ダイオードＤ3，Ｄ4と、トランジスタＴＲ1と、抵抗器Ｒ3ないしＲ6と、ツェナーダイオードＺＤ1とにより、発電機の出力電圧が調整値を超えたときに短絡指令を発生する短絡指令発生回路が構成され、サイリスタＴhx及びＴhyにより、短絡指令が発生したときに発電機１の出力を短絡する出力短絡用スイッチが構成されている。本実施形態では、発電機の出力電圧（ピーク値）が第２の調整値Ｖ2（例えば２０Ｖ）を超えたときにツェナーダイオードＺＤ1がオン状態になるように、抵抗器Ｒ5及びＲ6の抵抗値と、ツェナーダイオードＺＤ1のツェナー電圧とが選定されている。

調整値切換回路４はレギュレータ３の調整値を切り換える回路で、図示の調整値切換回路４は、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＴＲ2と、トランジスタＴＲ2のコレクタにアノードが接続され、カソードが抵抗器Ｒ7を通してレギュレータのトランジスタＴＲ1のベースに接続されたツェナーダイオードＺＤ2と、トランジスタＴＲ2のベースエミッタ間に接続された抵抗器Ｒ8と、トランジスタＴＲ2のベースに一端が接続された抵抗器Ｒ9と、抵抗器Ｒ9の他端と電源回路１２の出力端子との間に接続された抵抗器Ｒ10とからなっている。トランジスタＴＲ2のベースは、抵抗器Ｒ9を通してマイクロコンピュータ７のポートＰ1に接続されている。本実施形態では、発電機の出力電圧（ピーク値）が第２の調整値Ｖ2よりも低い第１の調整値Ｖ1（例えば１２Ｖ）を超えたときにツェナーダイオードＺＤ2がオン状態になるように、抵抗器Ｒ5及びＲ7の抵抗値と、ツェナーダイオードＺＤ2のツェナー電圧とが選定されている。

レギュレータ３は、発電機１の出力を整流してその出力端子間に直流出力電圧Ｖregを発生する。ここで調整値切換回路４のトランジスタＴＲ2がオフ状態にあるとすると、発電機の出力電圧が第２の調整値Ｖ2を超えたときにツェナーダイオードＺＤ1が導通してトランジスタＴＲ1にベース電流を流すため、該トランジスタＴＲ1がオン状態になり、サイリスタＴhx，Ｔhyにトリガ信号（短絡指令）が与えられる。これによりサイリスタＴhy，Ｔhyのうち、アノードカソード間に順方向電圧が印加されているサイリスタがオン状態になり、サイリスタＴhyとダイオードＤｘとからなる短絡回路及びサイリスタＴhxとダイオードＤｙとからなる短絡回路を通して発電コイル１０５の出力電圧が短絡される。これにより、発電コイル１０５の出力電圧が第２の調整値Ｖ2以下になると、トランジスタＴＲ1がオフ状態になり、サイリスタＴhx及びＴhyへのトリガ信号の供給が停止するため、サイリスタＴhx及びＴhyは、それぞれのアノード電流が保持電流以下になったときにオフ状態になる。これによりレギュレータの出力電圧が上昇していく。これらの動作の繰り返しにより、レギュレータ３の出力電圧Ｖregは第２の調整値Ｖ2以下に保たれる。

また調整値切換回路４のトランジスタＴＲ2がオン状態にあるときには、発電機１の出力電圧が第２の調整値Ｖ2よりも低い第１の調整値Ｖ1を超えたときにツェナーダイオードＺＤ2がオン状態になってトランジスタＴＲ1にベース電流を流すため、前記の動作により、レギュレータ３の出力電圧Ｖregは第１の調整値Ｖ1以下に保たれる。

図示の例では、レギュレータ３の出力電圧がバッテリ１０に印加され、レギュレータ３の出力によりバッテリ１０が充電される。レギュレータ３の出力端子間の電圧Ｖregは電源スイッチ１１を通してＤＣ−ＤＣコンバータ５に入力されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ５は、レギュレータ３から一次電流が供給される昇圧トランス５ａと、昇圧トランス５ａの一次コイルに対して直列に接続されて該昇圧トランスの一次電流をオンオフするチョッパ用スイッチ５ｂと、昇圧トランスの一次電流及び二次電流をそれぞれを検出する一次電流検出部５ｃ及び二次電流検出部５ｄと、二次電流検出部５ｄにより昇圧トランスの二次電流がしきい値未満になったことが検出されたときにチョッパ用スイッチ５ｂをオン状態にし、一次電流検出部５ｃにより昇圧トランスの一次電流が設定値に達したことが検出されたときにチョッパ用スイッチ５ｂをオフ状態にするようにチョッパ用スイッチ５ｂを制御するチョッパ用スイッチ制御回路５ｅと、昇圧トランス５ａの二次コイルに誘起する電圧を整流するダイオード５ｆとにより構成されている。図示の例では、チョッパ用スイッチ５ｂとしてＭＯＳＦＥＴが用いられている。

図示のコンバータ５においては、昇圧トランス５ａの二次電流がしきい値未満の時に制御回路５ｅからチョッパ用スイッチ５ｂに駆動信号が与えられて該チョッパ用スイッチがオン状態にされ、レギュレータ３から昇圧トランス５ａの一次コイルを通して一次電流が流れる。昇圧トランスの一次電流が設定値に達したことが検出されると、制御回路５ｅが駆動信号の出力を停止してチョッパ用スイッチ５ｂをオフ状態にするため、昇圧トランスの一次電流が遮断され、該昇圧トランスの二次コイルに昇圧された電圧が誘起する。この電圧は、ダイオード５ｆを通して点火回路６に与えられるため、昇圧トランスの二次コイルに電流が流れる。二次電流検出部５ｄにより昇圧トランスの二次電流がしきい値未満になったことが検出されると、制御回路５ｅが再びチョッパ用スイッチ５ｂに駆動信号を与えるため、チョッパ用スイッチ５ｂが再びオン状態になって昇圧トランスに一次電流が流れる。これらの動作が繰り返されてＤＣ−ＤＣコンバータが発振する。

なお上記のようにチョッパ用スイッチの制御を行うＤＣ−ＤＣコンバータは、特許文献２にも示されているように既に公知であるので、その具体的回路構成についての説明は省略する。

本実施形態においては、レギュレター３の出力電圧がスイッチ１１を通して電源回路１２に印加され、電源回路１２から調整値切換回路４と、マイクロコンピュータ７と、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の制御回路５ｅとに電源電圧Ｖcc（５Ｖ）が与えられるようになっている。

点火回路６は、点火コイルＩＧと、点火コイルの一次側に設けられた点火用コンデンサＣｉと、点火信号が与えられたときに導通して点火用コンデンサＣｉに蓄積された電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させる放電用スイッチとしてのサイリスタＴhiと、点火コイルの一次コイルに対して並列に接続されたダイオードＤｉとを備えた周知の回路からなっている。

図示の点火回路においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力電圧でダイオードＤｉを通して点火用コンデンサＣｉが図示の極性に充電される。サイリスタＴhiのゲートに点火信号Ｓｉが与えられると、該サイリスタが導通するため、点火用コンデンサＣｉに蓄積されていた電荷がサイリスタＴhiと点火コイルＩＧの一次コイルとを通して放電し、点火コイルの二次コイルに点火用の高電圧が誘起する。この高電圧は、機関の気筒に取りつけられた点火プラグＰＬに印加されるため、該点火プラグの電極間に火花放電が生じて機関が点火される。

マイクロコンピュータ７は、所定のプログラムを実行することにより、内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、回転速度検出手段により検出された回転速度に対して点火位置を演算する点火位置演算手段と、演算された点火位置が検出されたときに点火回路４に点火信号Ｓiを与える点火信号供給手段とを構成するとともに、回転速度検出手段により検出された回転速度が設定値を超えたときに調整値切換回路に調整値切換指令を与える調整値切換指令発生手段を構成する。

回転速度検出手段は、パルス信号発生器２が第１パルスＶs1を発生する毎に（割り込み信号入力端子ＩＮＴＰ1に割り込み信号Ｖint1が入力される毎に）前回同じパルスＶs1が発生してから今回パルスＶs1が発生するまでの時間をタイマから読み取って、読み取った時間（クランク軸が１回転するのに要する時間）から機関の回転速度を演算する。

また点火位置演算手段は、回転速度検出手段により検出された回転速度に対して点火位置演算用マップを検索して補間演算を行うことにより、各回転速度に対する点火位置を演算する。点火位置は、クランク軸が第１パルスＶs1の発生位置（基準クランク角位置）から点火位置まで回転するのに要する時間（点火時位置検出用計測時間）の形で演算される。

点火信号供給手段は、パルス信号発生器２が第１パルスＶs1を発生したことを検出したとき（割り込み信号入力端子ＩＮＴＰ1に信号が入力されたとき）に点火タイマに既に演算されている点火位置検出用計測時間をセットしてその計測を開始させ、該点火タイマがセットされた時間の計測を完了したときにマイクロコンピュータのポートＰoから抵抗器Ｒ11とダイオードＤ5とを通して点火回路のサイリスタＴhiに点火信号Ｓiを与える。

調整値切換指令発生手段は、回転速度検出手段により検出された回転速度が設定値以下のときにマイクロコンピュータのポートＰ1の電位をＨレベル（ハイレベル）として（調整値切換指令を発生せずに）調整位置切換回路９のトランジスタＴＲ2をオン状態に保つ。このときレギュレータの調整値はツェナーダイオードＺＤ2により決まるため、該レギュレータの調整値は第１の値Ｖ1を示す。

調整値切換指令発生手段はまた、検出された回転速度が設定値を超えたときにポートＰ1の電位をＬレベル（ローレベル）とすることにより調整値切換回路４に調整値切換指令を与えてトランジスタＴＲ2をオフ状態にする。このとき、レギュレータの調整値はツェナーダイオードＺＤ1により決まるため、該調整値は第２の値Ｖ2となる。

従って、機関の回転速度が設定値以下のときにはレギュレータ３の調整値が第１の値Ｖ1となり、機関の回転速度が設定値を超えたときにレギュレータの調整値が第２の値Ｖ2（＞Ｖ1）に切り換えられる。

本実施形態では、マイクロコンピュータ７により構成される調整値切換指令発生手段と、調整値切換回路４とにより、機関の回転速度が低いときにレギュレータの調整値を低くし、回転速度が高いときにレギュレータの調整値を高くするように回転速度検出手段により検出された回転速度に応じてレギュレータの調整値を切り換える調整値切換部が構成されている。またこの調整値切換部と、マイクロコンピュータにより構成される前記回転速度検出手段、点火時期演算手段及び点火信号供給手段とにより点火制御部が構成されている。

本実施形態において、マイクロコンピュータ７が実行するメインルーチンのアルゴリズムの要部を示すフローチャートを図２に示した。このアルゴリズムによる場合には、ステップ１で各部のイニシャライズを行った後、ステップ２で別のルーチンで演算された回転速度に対して点火位置等の演算を行い、ステップ３で回転速度Ｎが設定値Ｎsを超えているか否かを判定する。その結果回転速度が設定値Ｎsを超えていない（設定値以下である）と判定されたときには、ステップ４に進んでマイクロコンピュータのポートＰ1の電位をＨレベルとしてレギュレータ３の調整値を第１の値Ｖ1（この例では１２Ｖ）とし、ステップ５で点火位置を制御するために必要なその他の処理を行わせた後、ステップ２に戻る。またステップ３で回転速度Ｎが設定値Ｎｓを超えていると判定されたときには、ステップ６に進んでマイクロコンピュータのポートＰ1の電位をＬレベルとしてレギュレータの調整値を第２の値Ｖ2（この例では２０Ｖ）とした後、ステップ５に移行してその他の処理を行わせる。

このアルゴリズムによる場合には、ステップ３，４とステップ６とにより調整値切換指令発生手段が構成される。

図１に示した点火装置において、パルス信号発生器２が出力する第１パルスＶs1及び第２パルスＶs2の波形を横軸に時間ｔをとって図３（Ａ）に示し、機関の回転速度Ｎの変化の一例を図３（Ｂ）に示した。マイクロコンピュータは第１パルスの発生間隔から機関の回転速度Ｎを検出し、検出した回転速度に対して点火位置を演算する。図３（Ｃ）においてｔiは各点火位置に相当するタイミング（点火時期）を示している。マイクロコンピュータはまた第１パルスＶs1の発生位置で既に演算されている点火位置検出用計測値を点火タイマにセットして、該点火タイマに計測動作を開始させ、その計測動作が完了したとき（点火時期ｔiが検出されたとき）にポートＰoから抵抗器Ｒ11とダイオードＤ5とを通してサイリスタＴhiに点火信号Ｓiを与える。これによりサイリスタＴhiが導通するため、点火用コンデンサＣｉの充電電圧Ｖｃはほぼ瞬時に零に立下がる。このとき点火コイルＩＧの一次コイルに急激に電流が流れるため、点火コイルの二次コイルに点火用高電圧が誘起する。

回転速度Ｎが図３（Ｂ）のように上昇していくと、パルスＶs1，Ｖs2の発生間隔が短くなっていく。ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力電圧により点火用コンデンサＣｉが充電され、点火時期ｔiに該コンデンサが放電させられるため、点火用コンデンサの端子電圧（充電電圧）Ｖｃは図３（Ｃ）のように変化する。

なお図３（Ｃ）においては、点火用コンデンサの充電電圧Ｖｃが直線的に上昇していくように図示されているが、実際には、ＤＣ−ＤＣコンバータ５がパルス状の出力電圧を発生する毎に段階的に上昇していく。

本実施形態においては、図３（Ｄ）に示したように、機関の回転速度Ｎが設定値Ｎｓ以下のときにマイクロコンピュータのポートＰ1の電位をＨレベルとして図３（Ｅ）に示したようにレギュレータ３の出力電圧Ｖreg（ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧）を第１の値Ｖ1（１２Ｖ）とし、回転速度Ｎが設定値Ｎｓを超えたときにポートＰ1の電位をＬレベルとしてレギュレータの出力電圧Ｖregを第２の値Ｖ2（２０Ｖ）に切り換える。

レギュレータ３の出力電圧を変化させて、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧を変化させると、昇圧トランス５ａの一次電流の立上がりが変化するため、昇圧トランスの一次電流Ｉ1が設定値に達するまでの時間が変化し、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力電圧の発生間隔と波高値とが変化する。

図４の直線ａ，ｂ及びｃはそれぞれ、レギュレータの出力電圧ＶregをＶr1，Ｖr2，Ｖr3（Ｖr1＜Ｖr2＜Ｖr3）としたときの一次電流Ｉ1の時間的な変化を示したもので、Ｉ1sは、ＤＣ−ＤＣコンバータの制御回路５ｅがチョッパ用スイッチをオフ状態にするときの一次電流値を与える設定値を示している。即ち、制御回路５ｅは、一次電流Ｉ1が設定値Ｉ1sに達したことを検出したときにチョッパ用スイッチ５ｂをオフ状態にして昇圧値動作を行わせる。

図４に示したように、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧が高くなるに従って昇圧トランスの一次電流Ｉ1の立上がりが速くなり、チョッパ用スイッチがオン状態になった後、一次電流Ｉ1が設定値Ｉ1sに達するまでの時間が短くなるため、ＤＣ−ＤＣコンバーの入力電圧の上昇に伴ってその発振周波数が高くなっていき、昇圧動作が行われる間隔が短くなっていく。また入力電圧の上昇に伴って、一次電流の立上がりが速くなり、一次電流の時間的な変化率が大きくなるため、チョッパ用スイッチがオフ状態になったときに昇圧トランスの二次コイルに誘起する電圧の波高値が高くなる。

図５の折れ線ａ，ｂ及びｃはそれぞれ、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧をＶr1，Ｖr2及びＶr3としたときの点火用コンデンサの充電電圧Ｖｃの回転速度Ｎに対する変化を模式的に示したものである。入力電圧をＶr1とした場合には、回転速度がＮ1に達するまでの間点火用コンデンサの充電電圧Ｖｃが規定値Ｖcnを維持するが、回転速度がＮ1を超えると点火用コンデンサの充電電圧Ｖｃが規定値Ｖcnよりも低下していく。入力電圧をＶr2とすると、充電電圧Ｖｃが規定値を維持する回転速度をＮ2（＞Ｎ1）まで上昇させることができ、入力電圧をＶr3とすると充電電圧Ｖｃが規定値を維持する回転速度を更に高くすることができる。

なお図４及び図５に示した電圧値Ｖr1，Ｖr2及びＶr3は例えば、Ｖr1＝１２Ｖ，Ｖr2＝１６Ｖ及びＶr3＝２０Ｖである。

従って、図５に示した回転速度の設定値Ｎｓを図５に示した回転速度Ｎ1に等しくし、レギュレータの調整値の第１の値及び第２の値をそれぞれＶr1及びＶr3に等しくして、回転速度が設定値Ｎｓ以下のときにレギュレータの調整値を第１の値とし、回転速度が設定値Ｎｓを超えたときにレギュレータの調整値を第２の値とすると、機関の低速時から高速時まで点火用コンデンサを満足に充電することができる。

上記のように、本発明によれば、機関の回転速度に応じてレギュレータの調整値を切り換える調整値切換部を設けて、機関の高速回転時にＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧を高い値に切り換えることにより、コンバータの出力電圧の波高値を高めるとともに該コンバータの発振周波数を高くして、点火用コンデンサを短時間で充電できるようにしたので、小形で安価なＤＣ−ＤＣコンバータを用いて、機関の低速時から高速時まで満足な点火性能を得ることができる。

上記の実施形態では、機関の回転速度を検出して、回転速度が設定値を超えたときにレギュレータ３の調整値を高い値に切り換えるようにしたが、点火用コンデンサの充電電圧Ｖｃを検出する手段を設けて、点火位置よりも前のクランク角位置で検出した充電電圧が設定値以下になったときにレギュレータの調整値を高い値に切り換えるようにしてもよい。

このように、点火用コンデンサの充電電圧Ｖｃに応じてレギュレータの調整値を切り換える場合には、点火用コンデンサＣｉの両端の電圧を検出する充電電圧検出部と、内燃機関の最も進角した点火位置よりも更に進角したクランク角位置に設定された充電電圧判定クランク角位置が検出されたときに充電電圧検出部により検出された点火用コンデンサの両端の電圧Ｖｃを設定値Ｖcsと比較して、検出された点火用コンデンサの両端の電圧が設定値Ｖcs以上であるときにレギュレータの調整値を低くい値とし、検出された点火用コンデンサの両端の電圧が設定値Ｖcs未満であるときに調整値を高い値に切り換える調整値切換部とを点火制御部に設ける。

充電電圧検出部は、例えば、サイリスタＴhiの両端に接続した抵抗分圧回路と、この抵抗分圧回路の出力電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器とにより構成することができる。

この場合、図１に示した点火装置のように、内燃機関のクランク角位置が機関の最も進角した点火位置よりも十分に進角した位置に設定された基準クランク角位置に一致したときにパルスを発生するパルス信号発生器２が設けられている場合には、基準クランク角位置を充電電圧判定クランク角位置とするように調整値切換部を構成することができる。

上記のように、点火用コンデンサの充電電圧に応じてレギュレータの調整値を切り換えるように制御する場合にマイクロコンピュータ７に実行させるプログラムのアルゴリズムの要部を示すフローチャートを図６に示し、パルス信号発生器の出力波形、点火用コンデンサの充電電圧波形、レギュレータの出力電圧波形等を図７に示した。

図６は、パルス信号発生器２が第１パルスＶs1を発生して、図７（Ｂ）に示すようにマイクロコンピュータ７に割込み信号Ｖint1を与えたときに実行される第１パルス割込みルーチンを示している。図６に示したアルゴリズムによる場合には、先ずステップ１で点火用コンデンサＣｉの充電電圧Ｖｃを設定値Ｖcsと比較する。その結果Ｖｃ≧Ｖcsであると判定されたときには、ステップ２に移行してマイクロコンピュータのポートＰ1の電位をＨレベルにしてレギュレータの調整電圧を第１の値Ｖ1（この例では１２Ｖ）とし、次いでステップ３において、第１パルスの発生間隔を計測しているタイマの計測値の読み込み、回転速度の演算、点火タイマのセットなどの、その他の必要処理を行った後メインルーチンに復帰する。

ステップ１においてＶｃ＜Ｖcsであると判定されたときには、ステップ４に進んでマイクロコンピュータのポートＰ1の電位をＬレベルにしてレギュレータの調整値を第２の値Ｖ2（この例では２０Ｖ）とした後、ステップ３に移行してその他の必要処理を行う。

図６に示したアルゴリズムによる場合には、同図のステップ１，２，３及び４と、図１に示した調整値切換回路４とにより前記調整値切換部が構成される。

なお上記の各実施形態では、レギュレータ３の出力端子間にバッテリ１０が接続されているが、バッテリが搭載されない車両等を駆動する内燃機関にも本発明を適用することができる。バッテリが設けられない場合には、レギュレータ３の両端にコンデンサを接続しておく。

上記の実施形態では、レギュレータの調整値を２段階に切り換えているが、調整値切換回路４において、抵抗器Ｒ7とツェナーダイオードＺＤ2とトランジスタＴＲ2とからなる回路を追加することにより、レギュレータの調整値を更に多段階に切り換えるようにすることもできる。

本発明に係わる点火装置のハードウェアの構成例を示した回路図である。 本発明の一実施形態においてマイクロコンピュータに実施させるプログラムのメインルーチンの要部のアルゴリズムを示したフローチャートである。 図２のアルゴリズムによりレギュレータの調整値を切り換える制御を行わせた場合の図１の回路の各部の信号波形を示した波形図である。 ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧トランスの一次電流の時間的な変化を、該コンバータの入力電圧をパラメータとして模式的に示したグラフである。 点火用コンデンサの充電電圧の回転速度に対する特性をＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧をパラメータとして模式的に示したグラフである。 本発明の他の実施形態においてマイクロコンピュータに実施させるプログラムの要部のアルゴリズムを示したフローチャートである。 図６のアルゴリズムによりレギュレータの調整値を切り換える制御を行わせた場合の図１の回路の各部の信号波形を示した波形図である。

符号の説明

１ 磁石式交流発電機
２ パルス信号発生器
３ レギュレータ
４ 調整値切換回路
５ ＤＣ−ＤＣコンバータ
６ 点火回路
Ｃｉ 点火用コンデンサ
Ｔhi サイリスタ（放電用スイッチ）
ＩＧ 点火コイル
７ マイクロコンピュータ

Claims (5)

1. 内燃機関により駆動される交流発電機の出力を入力として調整値以下に調整された直流電圧を出力するレギュレータと、前記レギュレータの出力電圧を昇圧して点火用コンデンサ充電用の電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、点火コイルの一次側に設けられて前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力で充電される点火用コンデンサと、点火信号が与えられたときに導通して前記点火用コンデンサに蓄積された電荷を前記点火コイルの一次コイルを通して放電させる放電用スイッチと、前記内燃機関の点火位置で前記放電用スイッチに前記点火信号を与える点火制御部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ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記レギュレータから一次電流が供給される昇圧トランスと、該昇圧トランスの一次電流をオンオフするチョッパ用スイッチと、前記昇圧トランスの二次電流がしきい値未満になったことが検出されたときにチョッパ用スイッチをオン状態にし、前記昇圧トランスの一次電流が設定値に達したことが検出されたときにチョッパ用スイッチをオフ状態にするようにチョッパ用スイッチを制御するチョッパ用スイッチ制御回路とを備え、
   前記点火制御部は、前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、回転速度が低いときに前記レギュレータの調整値を低くし、回転速度が高いときに前記レギュレータの調整値を高くするように前記回転速度検出手段により検出された回転速度に応じて前記レギュレータの調整値を切り換える調整値切換部とを備えていること、
   を特徴とするコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
2. 前記調整値切換部は、前記回転速度検出手段により検出された回転速度が設定値以下のときに前記調整値を低い値に保ち、前記回転速度検出手段により検出された回転速度が設定値を超えたときに前記調整値を高い値に切り換えるように構成されている請求項１に記載のコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
3. 前記発電機は磁石式交流発電機からなり、
   前記レギュレータは、前記発電機の出力を整流する整流回路と、前記発電機の出力電圧が調整値を超えたときに短絡指令を発生する短絡指令発生回路と、前記短絡指令が発生したときに前記発電機の出力を短絡する出力短絡用スイッチとを備え、
   前記調整値切換部は、調整値切換指令が与えられていないときに前記レギュレータの調整値を低い値とし、調整値切換指令が与えられたときに前記レギュレータの調整値を高い値に切り換える調整値切換回路と、前記回転速度検出手段により検出された回転速度が設定値を超えたときに前記調整値切換回路に前記調整値切換指令を与える調整値切換指令発生手段とにより構成されていること、
   を特徴とする請求項２に記載のコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
4. 内燃機関により駆動される交流発電機の出力を入力として調整値以下に調整された直流電圧を出力するレギュレータと、前記レギュレータの出力電圧を昇圧して点火用コンデンサ充電用の電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、点火コイルの一次側に設けられて前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力で充電される点火用コンデンサと、点火信号が与えられたときに導通して前記点火用コンデンサに蓄積された電荷を前記点火コイルの一次コイルを通して放電させる放電用スイッチと、前記内燃機関の点火位置で前記放電用スイッチに前記点火信号を与える点火制御部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ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記レギュレータから一次電流が供給される昇圧トランスと、前記昇圧トランスの一次電流をオンオフするチョッパ用スイッチと、前記昇圧トランスの二次電流がしきい値未満になったことが検出されたときにチョッパ用スイッチをオン状態にし、前記昇圧トランスの一次電流が設定値に達したことが検出されたときにチョッパ用スイッチをオフ状態にするように前記チョッパ用スイッチを制御するチョッパ用スイッチ制御回路とを備え、
   前記点火制御部は、前記点火用コンデンサの両端の電圧を検出する充電電圧検出部と、 前記内燃機関の最も進角した点火位置よりも更に進角したクランク角位置に設定された充電電圧判定クランク角位置が検出されたときに前記充電電圧検出部により検出された点火用コンデンサの両端の電圧を設定値と比較して、検出された点火用コンデンサの両端の電圧が設定値以上であるときに前記レギュレータの調整値を低くい値とし、検出された点火用コンデンサの両端の電圧が設定値未満であるときに前記調整値を高い値に切り換える調整値切換部と、
   を具備してなるコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
5. 前記内燃機関のクランク角位置が機関の最も進角した点火位置よりも十分に進角した位置に設定された基準クランク角位置に一致したときにパルスを発生するパルス信号発生器が設けられ、
   前記前記調整値切換部は、前記基準クランク角位置を前記充電電圧判定クランク角位置とするように構成されている請求項４に記載のコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
   

Images