JP6177719B2 - 点火装置および点火システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の点火プラグに点火する点火装置および点火システムに関する。

図６に示すように、従来の点火装置１０Ｘは、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１がツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧より低い場合には、サイリスタＳＣＲ３を介してバッテリーＢの電圧（例えば１２Ｖ）でコンデンサＣ１を充電する。コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１は、バッテリーＢの電圧とほぼ等しくなる。また、点火装置１０Ｘにおいて、昇圧回路１２Ｘは、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１（バッテリーＢの電圧）を昇圧して点火用コンデンサＣ０を設定電圧（例えば４００Ｖ）に充電し、点火用スイッチング素子ＳＣＲ４は、内燃機関の回転に応じた点火タイミングで点火用コンデンサＣ０を放電させる。点火用コンデンサＣ０が放電すると、イグニッションコイルＴ０を介して内燃機関の点火プラグ３に点火される。
このような点火装置１０Ｘに関連して、例えば、特許文献１に記載の点火装置も知られている。

特開２０１０−６５６０６号公報

上記従来の点火装置１０Ｘでは、図７に示すように、内燃機関の回転数が高くなると、点火用コンデンサＣ０を充電できる時間が短くなるため、点火用コンデンサＣ０を設定電圧まで充電できなくなる。即ち、点火用コンデンサＣ０の充電電圧Ｖｃ０が低下する。充電電圧Ｖｃ０が低下すると、点火時の火花が弱くなるため、内燃機関の着火性が低下する可能性がある。

ここで、点火用コンデンサＣ０の容量を小さくすれば、内燃機関の回転数が高い場合にも充電電圧Ｖｃ０の低下を防止できる。しかし、この場合には点火時の火花放電時間が短くなるため、内燃機関の燃焼性が低下する可能性がある。

そこで、本発明は、内燃機関の回転数が高い場合の内燃機関の着火性及び燃焼性を改善できる点火装置および点火システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る点火装置は、
内燃機関により駆動されて交流出力端子から交流を出力する交流発電機と、前記交流発電機からの交流出力を整流してバッテリーを充電し、前記バッテリーの電圧が第１閾値電圧以上の場合に充電を停止するレギュレータと、に接続される点火装置であって、
前記交流発電機の前記交流出力端子に接続される入力端子と、
前記入力端子の電圧を昇圧して直流に変換する第１の昇圧回路と、
点火用容量素子を有し、前記第１の昇圧回路からの前記直流を昇圧して前記点火用容量素子を充電する第２の昇圧回路と、
前記点火用容量素子を放電させることにより、点火コイルを介して、前記内燃機関に設けられた点火プラグに点火する点火用スイッチング素子と、
前記内燃機関の点火タイミングに合わせて前記点火用スイッチング素子をオンに制御する点火制御回路と、を備える
ことを特徴とする。

また、前記点火装置において、
前記第１の昇圧回路は、
前記入力端子に一端が接続されたインダクタと、
前記インダクタの他端にアノードが接続された第１の整流素子と、
前記第１の整流素子のカソードに一端が接続され、当該一端から前記直流を出力し、他端が接地された容量素子と、
前記インダクタの他端にアノードが接続された第２の整流素子と、
前記第２の整流素子のカソードと接地との間に接続され、スイッチング動作により前記入力端子の電圧を昇圧する昇圧用スイッチング素子と、を有してもよい。

また、前記点火装置において、
前記第２の昇圧回路は、
一端に前記直流が供給される一次側コイルと、二次側コイルと、を有する昇圧用トランスと、
前記昇圧用トランスの前記二次側コイルにアノードが接続され、前記点火用容量素子にカソードが接続された第３の整流素子と、を有し、
前記昇圧用スイッチング素子は、前記昇圧用トランスの前記一次側コイルの他端に接続され、スイッチング動作により前記入力端子の電圧及び前記直流を昇圧してもよい。

また、前記点火装置において、
前記入力端子と前記インダクタの一端との間に接続されたスイッチ回路と、
前記インダクタの一端と接地との間に接続された第４の整流素子と、
前記昇圧用スイッチング素子と前記スイッチ回路とを同期してスイッチング動作させ、前記直流の電圧値が第２閾値電圧以上である場合に、前記直流の電圧値が高いほど前記スイッチ回路がオンする期間を前記昇圧用スイッチング素子がオンする期間より短縮する制御回路と、を備えてもよい。

また、前記点火装置において、
前記スイッチ回路は、
前記入力端子にアノードが接続された第５の整流素子と、
前記第５の整流素子のカソードと前記インダクタの一端との間に接続されたトランジスタと、
前記第５の整流素子のカソードと前記トランジスタの制御端子との間に接続された抵抗と、を有し、
前記制御回路は、前記トランジスタの制御端子にスイッチ回路制御信号を供給して前記トランジスタをオン又はオフに制御してもよい。

また、前記点火装置において、
前記点火用容量素子の充電電圧を検出する電圧検出回路を備え、
前記制御回路は、前記電圧検出回路の検出結果に応じて、前記充電電圧が設定電圧以上である場合に、前記昇圧用スイッチング素子をオフに制御し、一方、前記充電電圧が前記設定電圧未満である場合に、前記昇圧用スイッチング素子をスイッチング動作させてもよい。

また、前記点火装置において、
前記制御回路は、前記点火制御回路が前記点火用スイッチング素子をオンに制御する前後において、前記昇圧用スイッチング素子をオフに制御してもよい。

本発明の一態様に係る点火システムは、
内燃機関により駆動されて交流出力端子から交流を出力する交流発電機と、
前記交流発電機からの交流出力を整流してバッテリーを充電し、前記バッテリーの電圧が第１閾値電圧以上の場合に充電を停止するレギュレータと、
前記交流出力端子に入力端子が接続された点火装置と、
前記点火装置に接続された一次側コイルと、二次側コイルと、を有する点火コイルと、
前記点火コイルの前記二次側コイルに接続され、前記内燃機関に設けられた点火プラグと、を備え、
前記点火装置は、
前記入力端子の電圧を昇圧して直流に変換する第１の昇圧回路と、
前記点火コイルの前記一次側コイルに接続された点火用容量素子を含み、前記第１の昇圧回路からの前記直流を昇圧して前記点火用容量素子を充電する第２の昇圧回路と、
前記点火用容量素子を放電させることにより、前記点火コイルを介して前記点火プラグに点火する点火用スイッチング素子と、
前記内燃機関の点火タイミングに合わせて前記点火用スイッチング素子をオンに制御する点火制御回路と、を有する
ことを特徴とする。

本発明によれば、交流発電機に接続される入力端子の電圧を昇圧して直流に変換し、この直流を昇圧して点火用容量素子を充電するようにしている。直流の電圧値はバッテリーの電圧より高いので、より短時間で点火用容量素子を設定電圧まで充電できる。また、レギュレータがバッテリーの充電を停止している時、内燃機関の回転数が高くなると、交流発電機の交流出力が高くなり、これにより直流の電圧値は更に高くなるため、更に短時間で点火用容量素子を設定電圧まで充電できる。従って、内燃機関の回転数が高い場合の内燃機関の着火性及び燃焼性を改善できる。

第１の実施形態に係る点火システムの概略構成を示す回路図である。 図１の点火システムの充電電圧Ｖｃ０と点火用スイッチング素子ＳＣＲ４の放電波形とを示す波形図である。 図１の点火システムの各部の波形図である。 第２の実施形態に係る点火システムの概略構成を示す回路図である。 図４の点火システムの各部の波形図である。 従来の点火システムの概略構成を示す回路図である。 図６の点火システムの充電電圧Ｖｃ０と点火用スイッチング素子ＳＣＲ４の放電波形とを示す波形図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。これらの実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る点火システムの概略構成を示す回路図である。この点火システムは、例えば自動二輪車等の車両用の内燃機関に点火するために用いられる。図１に示すように、点火システムは、交流発電機ＡＣＧと、ピックアップコイル１と、レギュレータ／レクチファイア（以下、レギュレータと称す）２と、バッテリーＢと、ランプスイッチＳＷと、ランプＬＡＭＰと、点火装置１０と、点火コイルＴ０と、点火プラグ３と、を備える。

交流発電機ＡＣＧは、図示しない内燃機関により駆動されて発電し、発電コイルＬ０を介して交流出力端子Ｔａｃから単相の交流を出力する。ピックアップコイル１は、内燃機関のクランク軸の回転位置を検出して、その回転位置を表すクランク位置信号を出力する。

レギュレータ２は、交流発電機ＡＣＧからの交流出力を整流してバッテリーＢを充電し、バッテリーＢの電圧が第１閾値電圧（例えば１２Ｖ）以上の場合に充電を停止する。また、レギュレータ２は、交流発電機ＡＣＧからの交流出力の負電圧をランプＬＡＭＰに供給する。具体的には、レギュレータ２は、アノードが交流出力端子Ｔａｃに接続され、カソードがバッテリーＢに接続されたサイリスタＳＣＲ１と、アノードがランプスイッチＳＷを介してランプＬＡＭＰに接続され、カソードが交流出力端子Ｔａｃに接続されたサイリスタＳＣＲ２と、サイリスタＳＣＲ１，ＳＣＲ２を制御するサイリスタ制御回路４と、を有する。

バッテリーＢは、充放電可能な二次電池である。このバッテリーＢには、図示しない各種負荷が接続されている。

ランプＬＡＭＰは、ランプスイッチＳＷがオンの時に、レギュレータ２からの電力が供給されて点灯する。ランプＬＡＭＰは、例えば、自動二輪車のヘッドライトである。

点火装置１０は、ＣＤＩ点火装置であり、交流発電機ＡＣＧからの交流出力を電源として、点火コイルＴ０を介して点火プラグ３に点火する。つまり、第１の実施形態は、点火装置１０の電源として、バッテリーＢからの電圧ではなく、内燃機関の回転数が高くなるに従いエネルギーが高くなる交流発電機ＡＣＧからの交流出力を用いている点を特徴の１つとしている。

点火コイルＴ０は、イグニッションコイルとも称され、一次側コイルＴ０１と、二次側コイルＴ０２と、を有する。一次側コイルＴ０１は、一端が点火装置１０に接続され、他端が接地されている。二次側コイルＴ０２は、一端が点火プラグ３に接続され、他端が接地されている。

点火プラグ３は、点火コイルＴ０の二次側コイルＴ０２と接地との間に接続されている。点火プラグ３は、内燃機関に設けられ、内燃機関に点火する。

点火装置１０は、入力端子Ｔｉｎと、クランク位置信号入力端子Ｔｃと、出力端子Ｔｏｕｔと、接地端子Ｔｇと、第１の昇圧回路１１と、第２の昇圧回路１２と、点火用スイッチング素子ＳＣＲ４と、発振制御回路（制御回路）１３と、点火制御回路１４と、電圧検出回路１５と、を備える。

入力端子Ｔｉｎは、交流発電機ＡＣＧの交流出力端子Ｔａｃに接続されている。これにより、入力端子Ｔｉｎには、交流発電機ＡＣＧからの交流出力が供給される。

第１の昇圧回路１１は、入力端子Ｔｉｎの電圧を昇圧して直流電圧（直流）Ｖｃ１に変換する。第１の昇圧回路１１は、インダクタ（チョークコイル）Ｌ１と、第１の整流素子Ｄ１と、容量素子（コンデンサ）Ｃ１と、第２の整流素子Ｄ２と、昇圧用スイッチング素子Ｑ１と、を有する。

インダクタＬ１は、一端が入力端子Ｔｉｎに接続されている。第１の整流素子Ｄ１は、ここではダイオードであり、インダクタＬ１の他端にアノードが接続されている。

容量素子Ｃ１は、第１の整流素子Ｄ１のカソードに一端が接続され、当該一端から直流電圧Ｖｃ１を出力し、他端が接地端子Ｔｇを介して接地されている。即ち、直流電圧Ｖｃ１は、容量素子Ｃ１に充電された電圧である。

第２の整流素子Ｄ２は、ここではダイオードであり、インダクタＬ１の他端にアノードが接続されている。

昇圧用スイッチング素子Ｑ１は、ここではＮ型ＭＯＳトランジスタであり、第２の整流素子Ｄ２のカソードと接地との間に接続されている。つまり、昇圧用スイッチング素子Ｑ１のドレインが第２の整流素子Ｄ２のカソードに接続され、ソースが接地されている。

発振制御回路１３は、直流電圧Ｖｃ１が動作可能電圧以上の場合に直流電圧Ｖｃ１を電源として動作し、発振動作により生成したスイッチング制御信号を昇圧用スイッチング素子Ｑ１のゲートに供給する。これにより、昇圧用スイッチング素子Ｑ１は、スイッチング動作して入力端子Ｔｉｎの電圧を昇圧する。

第２の昇圧回路１２は、昇圧用トランスＴ１と、第３の整流素子Ｄ３と、点火用容量素子（点火用コンデンサ）Ｃ０と、を有し、第１の昇圧回路１１からの直流電圧Ｖｃ１を昇圧して点火用容量素子Ｃ０を充電する。

昇圧用トランスＴ１は、一次側コイルＴ１１と、二次側コイルＴ１２と、を有する。一次側コイルＴ１１は、一端に直流電圧Ｖｃ１が供給される。二次側コイルＴ１２は、一端が接地されている。

第３の整流素子Ｄ３は、ここではダイオードであり、昇圧用トランスＴ１の二次側コイルＴ１２の他端にアノードが接続され、点火用容量素子Ｃ０の一端にカソードが接続されている。

点火用容量素子Ｃ０は、他端が出力端子Ｔｏｕｔを介して点火コイルＴ０の一次側コイルＴ０１の一端に接続されている。

昇圧用スイッチング素子Ｑ１は、昇圧用トランスＴ１の一次側コイルＴ１１の他端に接続され、スイッチング動作により入力端子Ｔｉｎの電圧及び直流電圧Ｖｃ１を昇圧する。つまり、昇圧用スイッチング素子Ｑ１のドレインは、第２の整流素子Ｄ２のカソードと一次側コイルＴ１１の他端とに共通に接続されている。

このように、昇圧用スイッチング素子Ｑ１は、入力端子Ｔｉｎの電圧の昇圧と直流電圧Ｖｃ１の昇圧とにおいて共用されているので、回路素子数及び回路面積を削減できる。

点火用スイッチング素子ＳＣＲ４は、ここではサイリスタであり、オン時に点火用容量素子Ｃ０を放電させることにより、点火コイルＴ０を介して点火プラグ３に点火する。点火用スイッチング素子ＳＣＲ４は、アノードが第３の整流素子Ｄ３のカソードに接続され、カソードが接地され、制御端子が点火制御回路１４により駆動される。

点火制御回路１４は、ピックアップコイル１からクランク位置信号入力端子Ｔｃを介して供給されたクランク位置信号に応じて、内燃機関の点火タイミングに合わせて点火用スイッチング素子ＳＣＲ４をオンに制御する。点火制御回路１４は、点火用スイッチング素子ＳＣＲ４をオンに制御する前後において、停止信号を発振制御回路１３に出力する。

電圧検出回路１５は、点火用容量素子Ｃ０の充電電圧Ｖｃ０を検出し、検出結果を発振制御回路１３に出力する。発振制御回路１３は、電圧検出回路１５の検出結果に応じて、充電電圧Ｖｃ０が設定電圧以上である場合に、昇圧用スイッチング素子Ｑ１をオフに制御し、一方、充電電圧Ｖｃ０が設定電圧未満である場合に、昇圧用スイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させる（オン又はオフに制御する）。

また、発振制御回路１３は、点火制御回路１４が点火用スイッチング素子ＳＣＲ４をオンに制御する前後において、点火制御回路１４からの停止信号により、昇圧用スイッチング素子Ｑ１をオフに制御し、スイッチング動作させない。これにより、安定した点火動作を行うことができる。

次に、この点火システムの動作を、直流電圧Ｖｃ１が十分に低い状態から説明する。

まず、交流発電機ＡＣＧが発電すると、交流の正電圧がインダクタＬ１と第１の整流素子Ｄ１とを介して容量素子Ｃ１に供給され、容量素子Ｃ１が充電される。容量素子Ｃ１が充電されて直流電圧Ｖｃ１が高くなり、発振制御回路１３が動作可能になると、昇圧用スイッチング素子Ｑ１がオンする。

この時、昇圧用トランスＴ１の一次側コイルＴ１１には、容量素子Ｃ１に充電された直流電圧Ｖｃ１により、オンした昇圧用スイッチング素子Ｑ１を介して電流ｉ１が流れる。また、交流発電機ＡＣＧからの交流の正電圧により、インダクタＬ１と第２の整流素子Ｄ２とオンした昇圧用スイッチング素子Ｑ１とを介して電流ｉ２が流れる。

次に、発振制御回路１３の発振周期に応じて昇圧用スイッチング素子Ｑ１がオフすると、電流ｉ１は遮断されるため、昇圧用トランスＴ１の二次側コイルＴ１２に電流が流れ、点火用容量素子Ｃ０が充電される。即ち、第２の昇圧回路１２が昇圧を行う。

このとき、第２の整流素子Ｄ２が設けられていることにより、一次側コイルＴ１１からインダクタＬ１と第１の整流素子Ｄ１との接続ノードへの電流ｉ１の経路も存在しないので、電流ｉ１を確実に遮断することができ、第２の昇圧回路１２は確実に昇圧できる。

また、電流ｉ２も遮断されるため、インダクタＬ１に蓄積されたエネルギーにより、第１の整流素子Ｄ１、容量素子Ｃ１、発電コイルＬ０、インダクタＬ１に電流ｉ３が流れ、容量素子Ｃ１が充電される。これにより、直流電圧Ｖｃ１は、例えば６０Ｖ程度の高い電圧に昇圧される。つまり、直流電圧Ｖｃ１はバッテリーＢの電圧より高くなる。

第２の昇圧回路１２は、この高い直流電圧Ｖｃ１を更に昇圧するので、点火用容量素子Ｃ０を短時間で充電できる。

図２は、図１の点火システムの充電電圧Ｖｃ０と点火用スイッチング素子ＳＣＲ４の放電波形とを示す波形図である。図２には、従来技術の点火システムの充電電圧Ｖｃ０の波形も破線で示している。本実施形態では、充電電圧Ｖｃ０が従来技術よりも短時間で設定電圧まで上昇するため、従来技術と異なり、内燃機関が高回転数の場合にも充電電圧Ｖｃ０は設定電圧に達することができる。従って、点火用スイッチング素子ＳＣＲ４の放電波形は、低回転時と高回転時とにおいて、ほぼ同じ波形となる。

図３は、図１の点火システムの各部の波形図である。図３は、充電電圧Ｖｃ０、昇圧用スイッチング素子Ｑ１のゲート波形（スイッチング制御信号）、直流電圧Ｖｃ１、及び、交流発電機ＡＣＧからの交流出力の正電圧を示している。

前述のように、内燃機関の運転中には、バッテリーＢの充電状態に応じてレギュレータ２のサイリスタＳＣＲ１がオン又はオフに制御される。従って、図３の時刻ｔ１〜ｔ２の期間のように、バッテリーＢの満充電時やバッテリーＢの負荷の急変時には、バッテリーＢの電圧が第１閾値電圧以上に上昇し、サイリスタＳＣＲ１がオフする。つまり、レギュレータ２はバッテリーＢの充電を停止する。

サイリスタＳＣＲ１がオフしているこの期間では、交流発電機ＡＣＧの負荷は軽負荷になるため、サイリスタＳＣＲ１がオンする時刻ｔ１までの期間よりも交流出力の正電圧が高電圧になる。これにより、直流電圧Ｖｃ１は、サイリスタＳＣＲ１がオンする期間よりも高くなる。従って、図３に示すように、より高速に充電電圧Ｖｃ０を上昇させることができる。

サイリスタＳＣＲ１がオフするタイミングは、図３の時刻ｔ１〜ｔ２のタイミングに限らない。そのため、例えば、充電電圧Ｖｃ０が放電された直後にサイリスタＳＣＲ１がオフした場合には、図３の例よりも高速に充電電圧Ｖｃ０が上昇することになる。

また、時刻ｔ２〜ｔ４のうちの大部分の期間のように、点火用容量素子Ｃ０の充電電圧Ｖｃ０が設定電圧に達すると、昇圧用スイッチング素子Ｑ１はオフに制御されるため、電流ｉ１は流れない。そのため、時刻ｔ３〜ｔ４の期間のように、昇圧用スイッチング素子Ｑ１がオフし、且つ、サイリスタＳＣＲ１がオフしている場合には、交流発電機ＡＣＧからの高い交流出力が容量素子Ｃ１に直接的に印加されるようになる。これにより、直流電圧Ｖｃ１は、時刻ｔ１〜ｔ２の期間より高くなる。

以上で説明したように、第１の実施形態によれば、交流発電機ＡＣＧに接続される入力端子Ｔｉｎの電圧を昇圧して直流電圧Ｖｃ１に変換し、この直流電圧Ｖｃ１を昇圧して点火用容量素子Ｃ０を充電するようにしている。直流電圧Ｖｃ１はバッテリーＢの電圧より高いので、より短時間で点火用容量素子Ｃ０を設定電圧まで充電できる。

また、レギュレータ２がバッテリーＢの充電を停止している時、内燃機関の回転数が高くなると、交流発電機ＡＣＧの交流出力が高くなり、これにより直流電圧Ｖｃ１の電圧値は更に高くなるため、更に短時間で点火用容量素子Ｃ０を設定電圧まで充電できる。

また、従来技術よりも直流電圧Ｖｃ１を高くできるので、昇圧用トランスＴ１の二次側コイルＴ１２の巻数を少なくしても、点火用容量素子Ｃ０を設定電圧まで充電できる。即ち、二次側コイルＴ１２のインピーダンスを小さくできる。よって、二次側コイルＴ１２に流れる電流を大きくできるので、より短時間で点火用容量素子Ｃ０を設定電圧まで充電できる。
以上より、内燃機関の回転数が高い場合の内燃機関の着火性及び燃焼性を改善できる。

ところで、第１の実施形態では、レギュレータ２がバッテリーＢの充電を停止している時には直流電圧Ｖｃ１が上昇するため、点火システムの信頼性を高めるためには、容量素子Ｃ１等として、直流電圧Ｖｃ１の最大値に対応可能な高耐圧な素子を用いる必要がある。そのため、直流電圧Ｖｃ１の最大値が必要以上に高い場合には、点火装置１０のコストが増加する可能性がある。

そこで、以下に説明する第２の実施形態では、コスト増加を抑えた上で点火システムの信頼性を高めるようにしている。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る点火システムの概略構成を示す回路図である。図４では、図１と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。図４に示すように、この点火システムは、第１の実施形態の構成に加え、スイッチ回路１６と、第４の整流素子Ｄ４と、を更に備える。

スイッチ回路１６は、入力端子ＴｉｎとインダクタＬ１の一端との間に接続され、入力端子ＴｉｎとインダクタＬ１の一端とを導通させるか否か切り替える。

図４の例では、スイッチ回路１６は、第５の整流素子Ｄ５と、トランジスタＱ２と、２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２と、を有する。

第５の整流素子Ｄ５は、ここではダイオードであり、入力端子Ｔｉｎにアノードが接続されている。トランジスタＱ２は、ここではｐｎｐ型バイポーラトランジスタであり、第５の整流素子Ｄ５のカソードとインダクタＬ１の一端との間に接続されている。つまり、トランジスタＱ２のエミッタが第５の整流素子Ｄ５のカソードに接続され、コレクタがインダクタＬ１の一端に接続されている。

抵抗Ｒ１は、第５の整流素子Ｄ５のカソードとトランジスタＱ２の制御端子（ベース）との間に接続されている。抵抗Ｒ２は、一端がトランジスタＱ２の制御端子に接続され、他端に発振制御回路（制御回路）１３ａからスイッチ回路制御信号が供給される。

第４の整流素子Ｄ４は、ここではダイオードであり、インダクタＬ１の一端と接地との間に接続されている。

発振制御回路１３ａは、第１の実施形態の発振制御回路１３の機能に加え、昇圧用スイッチング素子Ｑ１とスイッチ回路１６とを同期してスイッチング動作させる。発振制御回路１３ａは、抵抗Ｒ２を介してトランジスタＱ２のベースにスイッチ回路制御信号を供給してトランジスタＱ２をオン又はオフに制御する。

また、発振制御回路１３ａは、直流電圧Ｖｃ１の電圧値が第２閾値電圧以上である場合に、直流電圧Ｖｃ１の電圧値が高いほどスイッチ回路１６がオンする期間を昇圧用スイッチング素子Ｑ１がオンする期間より短縮する。例えば、発振制御回路１３ａは、第２閾値電圧以上の電圧値とスイッチ回路１６がオンする期間との関係を表すテーブルを有し、このテーブルと直流電圧Ｖｃ１の電圧値とに基づいてスイッチ回路１６がオンする期間を決定してもよい。

発振制御回路１３ａは、第１の実施形態と同様に、直流電圧Ｖｃ１が動作可能電圧以上の場合に動作し、昇圧用スイッチング素子Ｑ１とトランジスタＱ２のスイッチング動作を制御するが、直流電圧Ｖｃ１が動作可能電圧未満の場合には、動作しない。発振制御回路１３ａが動作していない場合には、スイッチ回路制御信号はローレベルになっているため、トランジスタＱ２はオンできる。

次に、図５を参照して点火システムの動作を説明する。
図５は、図４の点火システムの各部の波形図である。図５は、昇圧用スイッチング素子Ｑ１のゲート波形（スイッチング制御信号）、トランジスタＱ２のベース波形（スイッチ回路制御信号）、及び、直流電圧Ｖｃ１を示している。

まず、時刻ｔ１１において昇圧用スイッチング素子Ｑ１とトランジスタＱ２がオンし、その後、時刻ｔ１２において昇圧用スイッチング素子Ｑ１とトランジスタＱ２がオフする。これにより、第１の実施形態で説明したように、時刻ｔ１２の後、直流電圧Ｖｃ１が昇圧される。但し、第１の実施形態とは異なる経路で電流ｉ３が流れる。即ち、インダクタＬ１に蓄積されたエネルギーにより、第１の整流素子Ｄ１、容量素子Ｃ１、第４の整流素子Ｄ４に電流ｉ３が流れ、容量素子Ｃ１が充電される。つまり、第４の整流素子Ｄ４は、スイッチ回路１６がオフしている時に電流ｉ３を流すために設けられている。

図５の例では、この昇圧動作により、直流電圧Ｖｃ１の電圧値が第２閾値電圧以上になったとする。そこで、発振制御回路１３ａは、直流電圧Ｖｃ１の電圧値に応じて、スイッチ回路１６がオンする期間を決定する。

次に、時刻ｔ１３において昇圧用スイッチング素子Ｑ１とトランジスタＱ２がオンする。次に、発振制御回路１３ａにより決定されたスイッチ回路１６がオンする期間を経過すると、時刻ｔ１３ａにおいてトランジスタＱ２がオフする。これにより、電流ｉ３が流れて直流電圧Ｖｃ１は昇圧されるが、インダクタＬ１に電流が流れていた期間が時刻ｔ１１からｔ１２までの期間より短いため、図５に破線で示すように直流電圧Ｖｃ１の昇圧量（昇圧レベル）を小さくできる。

ここで、このような制御を行わず、時刻ｔ１３ａより後の時刻ｔ１４においてトランジスタＱ２がオフすると仮定すると、直流電圧Ｖｃ１は、実線の波形となり、破線の波形よりも昇圧量が大きくなる。

前述のように、直流電圧Ｖｃ１の電圧値が高いほどスイッチ回路１６がオンする期間を昇圧用スイッチング素子Ｑ１がオンする期間より短縮するので、直流電圧Ｖｃ１の電圧値が高いほど直流電圧Ｖｃ１の昇圧量を小さくできる。

スイッチ回路１６がオンする期間の制御の有無に拘わらず、昇圧用スイッチング素子Ｑ１は、時刻ｔ１４までオンし続ける。

第２閾値電圧は、例えば、図３の時刻ｔ１〜ｔ２の間の直流電圧Ｖｃ１の最大値と、時刻ｔ３〜ｔ４の間の直流電圧Ｖｃ１の最大値との間に設定してもよい。これにより、内燃機関の回転数が高くなると、交流発電機ＡＣＧの交流出力が高くなり、これにより直流電圧Ｖｃ１の電圧値も更に高くなる効果を得た上で、直流電圧Ｖｃ１の電圧値が上昇し過ぎないようにできる。

なお、第５の整流素子Ｄ５により、トランジスタＱ２の制御端子に供給されるスイッチ回路制御信号がハイレベルであり、入力端子Ｔｉｎの電圧が低い時、交流発電機ＡＧＣ側へ電流が流れることを防止できる。

以上で説明したように、第２の実施形態によれば、直流電圧Ｖｃ１の電圧値が第２閾値電圧以上である場合に、直流電圧Ｖｃ１の電圧値が高いほどスイッチ回路１６がオンする期間を昇圧用スイッチング素子Ｑ１がオンする期間より短縮するようにしている。これにより、交流発電機ＡＣＧからの交流出力の正電圧値が高くなり、直流電圧Ｖｃ１の電圧値が高くなった場合に、交流発電機ＡＣＧからの交流出力が第１の昇圧回路１１に供給される期間を短縮できる。

従って、交流発電機ＡＣＧの負荷の変動により点火装置１０ａに加えられる電圧が過渡的に上昇しても、直流電圧Ｖｃ１の電圧値が必要以上に上昇し過ぎないようにできるため、容量素子Ｃ１等として必要以上に高耐圧な素子を用いる必要がない。よって、コストアップを抑えた上で、高い信頼性で点火動作を行うことができる。
また、第１の実施形態と同様の効果も得られる。

これに対して、スイッチ回路１６の代わりに、交流出力の正電圧が高い時に交流出力の電力を消費させる保護回路を設けて、直流電圧Ｖｃ１の電圧値が上昇し過ぎないようにする構成も考えられる。しかし、この場合、保護回路における損失と発熱が大きいという問題がある。第２の実施形態では、スイッチ回路１６がオフしている期間には、トランジスタＱ２のベースに電流が流れない。従って、スイッチ回路１６における損失と発熱を殆ど生じないようにできる。

なお、第１及び第２の実施形態では、昇圧用スイッチング素子Ｑ１が第１の昇圧回路１１と第２の昇圧回路１２とにおいて共用されている一例について説明したが、第１の昇圧回路１１と第２の昇圧回路１２のそれぞれに昇圧用スイッチング素子を設けてもよい。

また、第１から第５の整流素子Ｄ１〜Ｄ５はダイオードである一例について説明したが、これに限らず、整流機能を有している他の素子でもよい。

また、点火用スイッチング素子ＳＣＲ４はサイリスタである一例について説明したが、これに限らず、スイッチング機能を有しているトランジスタ等の他の素子でもよい。

また、昇圧用スイッチング素子Ｑ１はＮ型ＭＯＳトランジスタである一例について説明したが、これに限らず、スイッチング機能を有しているバイポーラトランジスタ等の他の素子でもよい。

さらに、トランジスタＱ２はｐｎｐ型バイポーラトランジスタである一例について説明したが、これに限らず、スイッチング機能を有しているＭＯＳトランジスタ等の他のスイッチング素子でもよい。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

ＡＣＧ 交流発電機
Ｂ バッテリー
Ｔ０ 点火コイル
１ ピックアップコイル
２ レギュレータ／レクチファイア（レギュレータ）
３ 点火プラグ
１０，１０ａ 点火装置
Ｔｉｎ 入力端子
１１ 第１の昇圧回路
１２ 第２の昇圧回路
１３，１３ａ 発振制御回路（制御回路）
１４ 点火制御回路
１５ 電圧検出回路
１６ スイッチ回路
ＳＣＲ４ 点火用スイッチング素子
Ｌ１ インダクタ
Ｃ０ 点火用容量素子
Ｃ１ 容量素子
Ｄ１ 第１の整流素子
Ｄ２ 第２の整流素子
Ｄ３ 第３の整流素子
Ｄ４ 第４の整流素子
Ｄ５ 第５の整流素子
Ｑ１ 昇圧用スイッチング素子
Ｑ２ トランジスタ
Ｔ１ 昇圧用トランス
Ｔ１１ 一次側コイル
Ｔ１２ 二次側コイル
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗

Claims (7)

1. 内燃機関により駆動されて交流出力端子から交流を出力する交流発電機と、前記交流発電機からの交流出力を整流してバッテリーを充電し、前記バッテリーの電圧が第１閾値電圧以上の場合に充電を停止するレギュレータと、に接続される点火装置であって、
   前記交流発電機の前記交流出力端子に接続される入力端子と、
   前記入力端子の電圧を昇圧して直流に変換する第１の昇圧回路と、
   点火用容量素子を有し、前記第１の昇圧回路からの前記直流を昇圧して前記点火用容量素子を充電する第２の昇圧回路と、
   前記点火用容量素子を放電させることにより、点火コイルを介して、前記内燃機関に設けられた点火プラグに点火する点火用スイッチング素子と、
   前記内燃機関の点火タイミングに合わせて前記点火用スイッチング素子をオンに制御する点火制御回路と、を備え、
   前記第１の昇圧回路は、
   前記入力端子に一端が接続されたインダクタと、
   前記インダクタの他端にアノードが接続された第１の整流素子と、
   前記第１の整流素子のカソードに一端が接続され、当該一端から前記直流を出力し、他端が接地された容量素子と、
   前記インダクタの他端にアノードが接続された第２の整流素子と、
   前記第２の整流素子のカソードと接地との間に接続され、スイッチング動作により前記入力端子の電圧を昇圧する昇圧用スイッチング素子と、を有し、
   前記第２の昇圧回路は、
   一端に前記直流が供給される一次側コイルと、二次側コイルと、を有する昇圧用トランスと、
   前記昇圧用トランスの前記二次側コイルにアノードが接続され、前記点火用容量素子にカソードが接続された第３の整流素子と、を有し、
   前記昇圧用スイッチング素子は、前記昇圧用トランスの前記一次側コイルの他端に接続され、スイッチング動作により前記入力端子の電圧及び前記直流を昇圧する
   ことを特徴とする点火装置。
2. 内燃機関により駆動されて交流出力端子から交流を出力する交流発電機と、前記交流発電機からの交流出力を整流してバッテリーを充電し、前記バッテリーの電圧が第１閾値電圧以上の場合に充電を停止するレギュレータと、に接続される点火装置であって、
   前記交流発電機の前記交流出力端子に接続される入力端子と、
   前記入力端子の電圧を昇圧して直流に変換する第１の昇圧回路と、
   点火用容量素子を有し、前記第１の昇圧回路からの前記直流を昇圧して前記点火用容量素子を充電する第２の昇圧回路と、
   前記点火用容量素子を放電させることにより、点火コイルを介して、前記内燃機関に設けられた点火プラグに点火する点火用スイッチング素子と、
   前記内燃機関の点火タイミングに合わせて前記点火用スイッチング素子をオンに制御する点火制御回路と、を備え、
   前記第１の昇圧回路は、
   前記入力端子に一端が接続されたインダクタと、
   前記インダクタの他端にアノードが接続された第１の整流素子と、
   前記第１の整流素子のカソードに一端が接続され、当該一端から前記直流を出力し、他端が接地された容量素子と、
   前記インダクタの他端にアノードが接続された第２の整流素子と、
   前記第２の整流素子のカソードと接地との間に接続され、スイッチング動作により前記入力端子の電圧を昇圧する昇圧用スイッチング素子と、を有し、
   前記点火装置は、
   前記入力端子と前記インダクタの一端との間に接続されたスイッチ回路と、
   前記インダクタの一端と接地との間に接続された第４の整流素子と、
   前記昇圧用スイッチング素子と前記スイッチ回路とを同期してスイッチング動作させ、前記直流の電圧値が第２閾値電圧以上である場合に、前記直流の電圧値が高いほど前記スイッチ回路がオンする期間を前記昇圧用スイッチング素子がオンする期間より短縮する制御回路と、をさらに備える
   ことを特徴とする点火装置。
3. 前記スイッチ回路は、
   前記入力端子にアノードが接続された第５の整流素子と、
   前記第５の整流素子のカソードと前記インダクタの一端との間に接続されたトランジスタと、
   前記第５の整流素子のカソードと前記トランジスタの制御端子との間に接続された抵抗と、を有し、
   前記制御回路は、前記トランジスタの制御端子にスイッチ回路制御信号を供給して前記トランジスタをオン又はオフに制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載の点火装置。
4. 前記点火用容量素子の充電電圧を検出する電圧検出回路を備え、
   前記制御回路は、前記電圧検出回路の検出結果に応じて、前記充電電圧が設定電圧以上である場合に、前記昇圧用スイッチング素子をオフに制御し、一方、前記充電電圧が前記設定電圧未満である場合に、前記昇圧用スイッチング素子をスイッチング動作させる
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の点火装置。
5. 前記制御回路は、前記点火制御回路が前記点火用スイッチング素子をオンに制御する前後において、前記昇圧用スイッチング素子をオフに制御する
   ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の点火装置。
6. 内燃機関により駆動されて交流出力端子から交流を出力する交流発電機と、
   前記交流発電機からの交流出力を整流してバッテリーを充電し、前記バッテリーの電圧が第１閾値電圧以上の場合に充電を停止するレギュレータと、
   前記交流出力端子に入力端子が接続された点火装置と、
   前記点火装置に接続された一次側コイルと、二次側コイルと、を有する点火コイルと、 前記点火コイルの前記二次側コイルに接続され、前記内燃機関に設けられた点火プラグと、を備え、
   前記点火装置は、
   前記入力端子の電圧を昇圧して直流に変換する第１の昇圧回路と、
   前記点火コイルの前記一次側コイルに接続された点火用容量素子を含み、前記第１の昇圧回路からの前記直流を昇圧して前記点火用容量素子を充電する第２の昇圧回路と、
   前記点火用容量素子を放電させることにより、前記点火コイルを介して前記点火プラグに点火する点火用スイッチング素子と、
   前記内燃機関の点火タイミングに合わせて前記点火用スイッチング素子をオンに制御する点火制御回路と、を有し、
   前記第１の昇圧回路は、
   前記入力端子に一端が接続されたインダクタと、
   前記インダクタの他端にアノードが接続された第１の整流素子と、
   前記第１の整流素子のカソードに一端が接続され、当該一端から前記直流を出力し、他端が接地された容量素子と、
   前記インダクタの他端にアノードが接続された第２の整流素子と、
   前記第２の整流素子のカソードと接地との間に接続され、スイッチング動作により前記入力端子の電圧を昇圧する昇圧用スイッチング素子と、を有し、
   前記第２の昇圧回路は、
   一端に前記直流が供給される一次側コイルと、二次側コイルと、を有する昇圧用トランスと、
   前記昇圧用トランスの前記二次側コイルにアノードが接続され、前記点火用容量素子にカソードが接続された第３の整流素子と、を有し、
   前記昇圧用スイッチング素子は、前記昇圧用トランスの前記一次側コイルの他端に接続され、スイッチング動作により前記入力端子の電圧及び前記直流を昇圧する
   ことを特徴とする点火システム。
7. 内燃機関により駆動されて交流出力端子から交流を出力する交流発電機と、
   前記交流発電機からの交流出力を整流してバッテリーを充電し、前記バッテリーの電圧が第１閾値電圧以上の場合に充電を停止するレギュレータと、
   前記交流出力端子に入力端子が接続された点火装置と、
   前記点火装置に接続された一次側コイルと、二次側コイルと、を有する点火コイルと、 前記点火コイルの前記二次側コイルに接続され、前記内燃機関に設けられた点火プラグと、を備え、
   前記点火装置は、
   前記入力端子の電圧を昇圧して直流に変換する第１の昇圧回路と、
   前記点火コイルの前記一次側コイルに接続された点火用容量素子を含み、前記第１の昇圧回路からの前記直流を昇圧して前記点火用容量素子を充電する第２の昇圧回路と、
   前記点火用容量素子を放電させることにより、前記点火コイルを介して前記点火プラグに点火する点火用スイッチング素子と、
   前記内燃機関の点火タイミングに合わせて前記点火用スイッチング素子をオンに制御する点火制御回路と、を有し、
   前記第１の昇圧回路は、
   前記入力端子に一端が接続されたインダクタと、
   前記インダクタの他端にアノードが接続された第１の整流素子と、
   前記第１の整流素子のカソードに一端が接続され、当該一端から前記直流を出力し、他端が接地された容量素子と、
   前記インダクタの他端にアノードが接続された第２の整流素子と、
   前記第２の整流素子のカソードと接地との間に接続され、スイッチング動作により前記入力端子の電圧を昇圧する昇圧用スイッチング素子と、を有し、
   前記点火装置は、
   前記入力端子と前記インダクタの一端との間に接続されたスイッチ回路と、
   前記インダクタの一端と接地との間に接続された第４の整流素子と、
   前記昇圧用スイッチング素子と前記スイッチ回路とを同期してスイッチング動作させ、前記直流の電圧値が第２閾値電圧以上である場合に、前記直流の電圧値が高いほど前記スイッチ回路がオンする期間を前記昇圧用スイッチング素子がオンする期間より短縮する制御回路と、をさらに備える
   ことを特徴とする点火システム。

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