JPH0650098B2 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、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。

［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ー蓄
積用コンデンサと、導通した際に点火エネルギー蓄積用
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
にサイリスタにトリガ信号を与えるサイリスタトリガ回
路とにより構成される。

この種の点火装置をバッテリを電源として駆動する場合
には、発振器から得られる駆動パルスによりオンオフさ
れるスイッチング素子によりトランスの１次電流を断続
させてバッテリの電圧を昇圧させるＤＣ−ＤＣコンバー
タを設けて、該コンバータの出力によりコンデンサを充
電するようにしている。

このようにＤＣ−ＤＣコンバータを用いた点火装置にお
いては、コンバータの保護を図るためにサイリスタの導
通時にコンバータの動作を停止させてコンバータからサ
イリスタを通して大きな短絡電流が流れないようにする
必要があり、またサイリスタの転流の失敗を防止するた
めに、サイリスタの導通時にコンバータの動作を停止さ
せる必要がある。

従来のこの種の点火装置として、特開昭６１−１３２０
８４号に示されたものがあり、この従来の点火装置にお
いては、コンバータの出力電圧を検出する出力電圧検出
回路と、コンデンサの放電回路の途中に挿入した複数の
ダイオードの直列回路の両端電圧から放電電流を検出す
る電流検出回路とを設けて、両検出回路の出力のアンド
条件が成立した時にコンバータのスイッチング素子を駆
動するパルスを発生する発振器の発振を停止させるよう
にしていた。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の点火装置では、サイリスタが実際に導通して
電流が流れてからでないとコンバータの動作を停止でき
ないため、サイリスタが導通を開始した後一定の期間サ
イリスタによりコンバータの出力が短絡され、損失が大
きくなるのを避けられなかった。

また上記従来の装置では、放電回路の途中にダイオード
の直列回路を挿入してその両端電圧により放電電流が流
れたことを検出していたため、このダイオードの直列回
路でも損失が生じ、全体として損失が相当に大きくなっ
て効率が低下するという問題があった。

本発明の目的は、損失を増大させることなく、コンバー
タ回路の保護とサイリスタの転流失敗とを防止して、効
率良くしかも確実な動作を行わせることができるコンデ
ンサ放電式の内燃機関用点火装置を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、その実施例を示す第１図に見られるように、
駆動パルスＶp によりオンオフされるスイッチング素子
１４を有する直流電圧昇圧用コンバータ回路１２と、点
火コイル１の１次側に設けられ、コンバータ回路１２の
出力により充電される点火エネルギー蓄積用コンデンサ
４と、導通した際に点火エネルギー蓄積用コンデンサ４
の電荷を点火コイル１の１次コイル１ａに放電させるよ
うに設けられたサイリスタ５と、該サイリスタ５のゲー
トカソード間にトリガ信号を与えるサイリスタトリガ回
路２９とを備えたコンデンサ放電式内燃機関用点火装置
に係わるものである。

本発明においては、サイリスタ５のゲートカソード間に
並列接続された抵抗３３及びトリガ遅延用コンデンサ３
２と、トリガ遅延用コンデンサの両端の電圧をサイリス
タのトリガレベルよりも低く設定された基準電圧と比較
してトリガ遅延用コンデンサの両端の電圧が基準電圧未
満のときに動作指令信号を出力し、トリガ遅延用コンデ
ンサの両端の電圧が基準電圧以上になったときに停止指
令信号を出力する比較回路３４と、動作指令信号が発生
しているときにスイッチング素子１４に駆動パルスＶp
を供給し停止指令信号が発生したときに駆動パルスの供
給を停止する駆動パルス供給制御回路４５とを設けた。

［作用］ 上記のように、サイリスタのゲートカソード間に抵抗と
トリガ遅延用コンデンサとを並列に接続し、該トリガ遅
延用コンデンサの両端の電圧をサイリスタのトリガレベ
ルより低く設定された基準電圧と比較して、トリガ遅延
用コンデンサの両端の電圧が基準電圧以上になったとき
にコンバータ回路の停止指令信号を発生させるようにす
ると、サイリスタが実際にトリガされる前に停止指令信
号を発生させて、コンバータ回路の動作を停止させるこ
とができるため、サイリスタが導通した際にコンバータ
回路側からサイリスタを通して短絡電流が流れることが
ない。従ってコンバータ回路の保護を図ることができ、
また損失を少なくすることができる。

更に、サイリスタの導通時には、該サイリスタのアノー
ドカソード間を流れる電流によりそのゲートカソード間
に電圧降下が生じ、この電圧降下によりサイリスタのゲ
ートカソード間に接続されたトリガ遅延用コンデンサが
充電されるため、該コンデンサの両端の電圧は基準電圧
以上に保たれる。従って比較回路はサイリスタが導通状
態にある間停止指令信号を継続的に発生し、この間コン
バータはその出力を停止するため、サイリスタの転流は
確実に行われる。

上記のように構成すると、点火エネルギー蓄積用コンデ
ンサの放電回路中に電流検出用のダイオードを挿入する
必要がないため、余分の損失を生じさせることなくサイ
リスタの動作を検出してコンバータ回路の動作を停止さ
せることができ、サイリスタの転流を確実に行わせるこ
とができる。

このように、本発明によれば、従来よりも損失を少なく
してサイリスタの転流失敗の防止とコンバータ回路の保
護とを図ることができ、点火装置の効率を高めることが
できる。

［実施例］ 以下添附図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の実施例を示したもので、同図において
１は一端が接地された１次コイル１ａ及び２次コイル１
ｂ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ている。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
子に点火エネルギー蓄積用コンデンサ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のアノードカソード間には保護用のコンデンサ
６及び抵抗７の直列回路が並列接続されている。

点火エネルギー蓄積用コンデンサ４を充電するため、コ
ンバータ主回路１０と発振回路１１とからなるコンバー
タ回路１２が設けられている。

コンバータ主回路１０はトランス１３と、電界効果トラ
ンジスタ１４と、抵抗１５と、ダイオード１６とからな
っている。トランス１３の１次コイルの一端は負極を接
地したバッテリ１７の正極に電源スイッチ１８を介して
接続され、他端は電界効果トランジスタ１４のドレイン
に接続されている。電界効果トランジスタ１４のソース
は接地され、該電界効果トランジスタのゲートとソース
間に抵抗１５が接続されている。トランス１３の２次コ
イルの一端が接地され、該２次コイルの他端にダイオー
ド１６のアノードが接続されている。この例では電界効
果トランジスタ１４がコンバータ回路のスイッチング素
子を構成している。

発振回路１１は、電界効果トランジスタ１４をオンオフ
させるためのパルスを発生するもので、この例では演算
増幅器１９と抵抗２０ないし２４とコンデンサ１５とに
より構成された公知の非安定マルチバイブレータからな
っている。この発振回路の出力パルスＶp′（第３図Ｇ
参照）はアンド回路２６を通して電界効果トランジスタ
１４のゲートに駆動パルスＶp として供給されている。

電界効果トランジスタ１４はこの駆動パルスによりオン
オフされ、該電界効果トランジスタのオンオフによりト
ランス１３の１次電流が断続させられる。トランス１３
の１次電流が継続させられると、その２次コイルに高い
電圧が誘起し、この電圧がダイオード１６により整流さ
れて点火エネルギー蓄積用コンデンサ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。

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２７と該リラクタの
回転に伴って生じさせられる磁束の変化により電圧を誘
起する信号コイル２８とを備えた信号発電機が設けら
れ、信号コイル２８の出力は、バッテリ１７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３１を電
源とするサイリスタトリガ回路２９に入力されている。

サイリスタトリガ回路２９は、信号コイル２８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にトリガ
信号Ｖt を供給する。この例では、第３図（Ａ）に示し
たように、信号コイル２８は内燃機関の最大進角位置に
対応する時刻ｔ1 及び最小進角位置に対応する時刻ｔ2
にそれぞれスレショールドレベル以上になる信号Ｖs1及
びＶs2を出力し、サイリスタトリガ回路２９は最大進角
位置と最小進角位置との間で発生位置が変化するトリガ
信号Ｖt を出力する。第３図（Ｂ）はこのトリガ信号の
一例を示しており、この例のトリガ信号Ｖt は点火時期
よりも僅かに進んだ時刻ｔｉで立上り、最小進角位置に
相応する時刻ｔ2 で立下る矩形波状の信号である。トリ
ガ信号Ｖt の立上り位置は機関の回転速度に応じて変化
する。点火時期が最小進角位置まで遅れると、トリガ信
号Ｖt の立上り位置とが一致し、トリガ信号が得られな
くなるため、この例では、信号コイル２８からダイオー
ド３０を通してサイリスタ５のゲートカソード間に最小
進角位置でスレショールドレベル以上になる信号Ｖs2を
供給し、最小進角位置ではこの信号Ｖs2によりサイリス
タ５にトリガ信号を与えるようにしている。

サイリスタトリガ回路２９は機関の点火特性に応じて種
々の構成をとるが、本発明においてこのサイリスタトリ
ガ回路の構成は任意である。機関の回転速度Ｎに対する
点火時期θi の特性の一例を第２図に示す。

サイリスタ５のゲートカソード間には、トリガ遅延用コ
ンデンサ３２と抵抗３３とが並列に接続され、コンデン
サ３２の両端の電圧（サイリスタ５のゲートカソード間
電圧）Ｖgkが比較回路３４の逆相入力端子に入力されて
いる。比較回路３４の正相入力端子には、安定化電源回
路３１の出力電圧を抵抗器３５及び可変抵抗器３６から
なる分圧回路により分圧して得た基準電圧Ｖr1が入力さ
れている。比較回路３４はコンデンサ３２の両端の電圧
Ｖgkと基準電圧Ｖr1とを比較して、Ｖr1＞Ｖgkのときに
高レベル（論理状態が「１」）の信号を出力し、Ｖr1≦
Ｖgkのときに低レベル（論理状態が「０」）の信号を出
力する。この例では、比較回路３４から得られる高レベ
ルの信号が動作指令として用いられ、比較回路３４から
得られる低レベルの信号が停止指令信号として用いられ
ている。基準電圧Ｖr1はサイリスタ５のトリガレベルよ
りも低く設定され、コンデンサ３２の両端の電圧Ｖgkが
サイリスタ５のトリガレベルに達する前に比較回路３４
の出力が低レベルになるようになっている。比較回路３
４の出力Ｖ1 はアンド回路２６に入力されている。

またコンバータ回路のトランス１３の２次コイルの非接
地側端子にダイオード３７のアノードが接続され、該ダ
イオード３７のカソードと接地間に抵抗器３８と可変抵
抗器３９との直列回路が接続されている。抵抗器３８と
可変抵抗器３９との直列回路の両端にはコンデンサ４０
が並列接続され、ダイオード３７、抵抗器３８、可変抵
抗器３９及びコンデンサ４０によりコンバータ回路の出
力電圧を検出する出力電圧検出回路４１が構成されてい
る。この出力電圧検出回路４１は可変抵抗器３９の両端
に検出電圧Ｖo を発生し、この検出電圧は比較回路４２
の逆相入力端子に入力されている。比較回路４２の正相
入力端子には安定化電源回路３１の出力電圧を抵抗器４
３及び４４の直列回路からなる分圧回路により分圧して
得た設定電圧Ｖr2が入力されている。比較回路４２は検
出電圧Ｖo と設定電圧Ｖr2とを比較してＶr2＞Ｖo のと
きに高レベル（論理状態が「１」）の信号を出力し、Ｖ
r2≦Ｖo のときに低レベル（論理状態が「０」）の信号
を出力する。この例では、比較回路４２から得られる高
レベルの信号が動作指令信号として用いられ、比較回路
３４から得られる低レベルの信号が停止指令信号として
用いられている。比較回路４２の出力Ｖ2 はアンド回路
２６に入力されている。

この例ではアンド回路２６により、動作指令信号が発生
しているときにスイッチング素子（電界効果トランジス
タ１４）に駆動パルスを供給し停止指令が発生したとき
に駆動パルスの供給を停止する駆動パルス供給制御回路
４５が構成されている。

次に上記実施例の動作を説明する。サイリスタ５にトリ
ガ信号Ｖt が与えられていないときには、比較回路３４
の出力Ｖ1 （第３図Ｆ参照）の論理状態が「１」であ
る。またコンバータ回路の出力電圧が設定値以下で、検
出電圧Ｖo が設定電圧Ｖr2よりも低いとき（コンデンサ
４が未だ十分に充電されていないとき）には、比較回路
４２の出力Ｖ2 （第３図Ｅ参照）の論理状態が「１」に
なっている。このとき発振回路１１がパルスを発生する
毎にアンド回路２６のアンド条件が成立するため、該ア
ンド回路２６を通して電界効果トランジスタ１４のゲー
トに駆動パルスＶp が与えられ、該電界効果トランジス
タがオンオフを繰返してトランス１３の２次コイルに高
電圧を誘起させる。この電圧がダイオード１６を通して
コンデンサ４に印加されるため、該コンデンサ４が図示
の極性に充電され、該コンデンサの端子電圧Ｖc は第３
図（Ｄ）に示すように上昇していく。

コンデンサ４の充電が完了し、コンバータ回路の出力電
圧が設定値以上になり、検出電圧Ｖo が設定電圧Ｖr2以
上になると比較回路４２の出力の論理状態が「０」にな
り、アンド回路２６の出力信号が「０」になる。従って
電界効果トランジスタ１４が遮断状態に保持されてコン
バータ回路の動作が停止し、コンデンサ４の充電が停止
される。このように、本実施例では、コンバータ回路の
出力電圧が設定値を超えるとコンバータ回路の動作が停
止するため、コンデンサ４に過大な電圧が印加されるの
を防止することができ、該コンデンサ４として必要最小
限の耐圧を有するものを用いることができる。

サイリスタトリガ回路２９からサイリスタ５のゲートカ
ソード間にトリガ信号Ｖt が印加されると、該信号によ
りトリガ遅延用コンデンサ３２が充電され、該コンデン
サ３２の両端の電圧Ｖgkは第３図（Ｃ）に示すように該
コンデンサ３２の充電の進行に伴って上昇していく。コ
ンデンサ３２の両端の電圧Ｖgkが基準電圧Ｖr1に達する
と、比較回路３４の出力が低レベルになるため、アンド
回路２６の出力が「０」になり、電界効果トランジスタ
１４への駆動パルスの供給が停止され、コンバータ回路
の動作が停止する。次いでコンデンサ３２の両端の電圧
ＶgkがサイリスタのトリガレベルＶg に達すると、サイ
リスタ５が導通し、コンデンサ４の電荷を点火コイルの
１次コイル１ａに放電させる。このときサイリスタ５に
流れるアノード電流Ｉａを第３図（Ｉ）に示してある。
このコンデンサの放電により点火コイルの鉄心中で大き
な磁束変化が生じ、２次コイルに高電圧が誘起する。こ
の高電圧は点火プラグ２に印加されるため、該点火プラ
グに火花が生じ、機関が点火される。

サイリスタ５が導通しているときには、該サイリスタの
ゲートカソード間に電圧降下が生じ、該電圧降下により
コンデンサ３２が充電されるため、サイリスタ５のゲー
トカソード間電圧Ｖgkは基準電圧Ｖr1以上に保たれる。
サイリスタのアノード電流が消滅してもコンデンサ３２
の電荷は直ぐには放電せず、抵抗３３を通して一定の時
定数で放電して該コンデンサ３２端子電圧が基準電圧Ｖ
r1以下になる。従って比較回路３４はサイリスタ５にア
ノード電流が流れている間は勿論、該サイリスタのアノ
ード電流が零になった後も一定時間論理状態が「０」の
停止指令信号を継続的に出力し、この間アンド回路２６
が電界効果トランジスタ１４への駆動パルスの供給を停
止してコンバータの動作を停止させる。従ってサイリス
タ５の転流を確実に行わせることができる。

尚第３図（Ｃ）に示したコンデンサ３２の両端の電圧Ｖ
gkの波形において、最初に現れる山Ｖa はサイリスタ５
のアノード電流によりそのゲートカソード間に生じる電
圧降下によるものであり、次に現れる山Ｖb は信号コイ
ル２８からダイオード３０を通して与えられる信号Ｖs2
によるものである。

上記の実施例では、コンバータ回路の出力電圧を検出す
る出力電圧検出回路４１と、この検出回路の出力を設定
電圧と比較する比較回路４２とを設けて、コンバータ回
路の出力電圧が設定値以上になったときにコンバータ回
路の動作を停止させるようにしたが、点火エネルギー蓄
積用コンデンサ４の耐圧が問題にならない場合には、こ
れらの回路は省略することができ、その場合にはアンド
回路２６として２入力アンド回路を用いる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、サイリスタのゲートカ
ソード間に抵抗とトリガ遅延用コンデンサとを並列に接
続し、該トリガ遅延用コンデンサの両端の電圧をサイリ
スタのトリガレベルよりも低く設定された基準電圧と比
較して、トリガ遅延用コンデンサの両端の電圧が基準電
圧以上になったときにコンバータ回路の動作を停止させ
るようにしたので、サイリスタが実際にトリガされる前
にコンバータ回路の動作を停止させることができる。従
って、サイリスタが導通した際にコンバータ回路側から
サイリスタを通して短絡電流が流れるのを防いでコンバ
ータ回路の保護を図ることができ、損失を少なくするこ
とができる利点がある。

また本発明においては、サイリスタの導通時に、サイリ
スタのゲートカソード間の電圧降下でトリガ遅延用コン
デンサを充電して該トリガ遅延用コンデンサの両端の電
圧を基準電圧以上に保持し、これにより比較回路から停
止指令信号を継続的に発生させるので、サイリスタが導
通している期間コンバータの出力を停止させた状態に保
持することができ、サイリスタの転流を確実に行わせる
利点がある。

更に本発明によれば、点火エネルギー蓄積用コンデンサ
の放電回路中に電流検出用のダイオードを挿入する必要
がないため、余分の損失を生じさせることなくコンバー
タ回路の保護とサイリスタの転流失敗の防止とを図るこ
とができ、効率が高くしかも動作が確実なコンデンサ放
電式の内燃機関用点火装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図は第１図
の実施例により得られる点火特性の一例を示す線図、第
３図は第１図の各部の信号波形を示す波形図である。 １……点火コイル、２……点火プラグ、４……点火エネ
ルギー蓄積用コンデンサ、５……サイリスタ、１０……
コンバータ主回路、１１……発振回路、１２……コンバ
ータ回路、１３……トランス、１４……電界効果トラン
ジスタ（スイッチング素子、）１７……バッテリ、２６
……アンド回路、２８……信号コイル、２９……サイリ
スタトリガ回路、３２……コンデンサ、３３……抵抗、
３４……比較回路、４５……駆動パルス供給制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動パルスによりオンオフされるスイッチ
   ング素子を有する直流電圧昇圧用コンバータ回路と、点
   火コイルの１次側に設けられ前記コンバータ回路の出力
   により充電される点火エネルギー蓄積用コンデンサと、
   導通した際に前記点火エネルギー蓄積用コンデンサの電
   荷を前記点火コイルの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、前記サイリスタのゲートカソー
   ド間にトリガ信号を与えるサイリスタトリガ回路とを備
   えたコンデンサ放電式内燃機関用点火装置において、 前記サイリスタのゲートカソード間に並列接続された抵
   抗及びトリガ遅延用コンデンサと、 前記トリガ遅延用コンデンサの両端の電圧を前記サイリ
   スタのトリガレベルより低く設定された基準電圧と比較
   して前記トリガ遅延用コンデンサの両端の電圧が基準電
   圧未満のときに動作指令信号を出力し、該トリガ遅延用
   コンデンサの両端の電圧が基準電圧以上になったときに
   停止指令信号を出力する比較回路と、 前記動作指令信号が発生しているときに前記スイッチン
   グ素子に駆動パルスを供給し前記停止指令信号が発生し
   たときに前記駆動パルスの供給を停止する駆動パルス供
   給制御回路とを具備し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。