JPH07279803A - 交流点火装置 - Google Patents
交流点火装置Info
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Abstract
を発生する振動回路コンデンサC、点火コイルの一次巻
線電流を制御する半導体スイツチT、及びこの半導体ス
イッチTに対して並列に接続されるエネルギ回収ダイオ
ードDを持つ交流点火装置において、エネルギ回収ダイ
オードDを通る通電が半導体スイツチTの制御信号とし
て役立ち、この制御信号がトリガ信号として半導体スイ
ツチTをターンオンさせる。 【効果】 半導体スイツチを制御する簡単な回路を持ち
かつ確実な運転を保証する交流点火装置が得られる。
Description
を持つ点火コイル、一次巻線に対して直列に接続される
半導体スイツチ、双極の交流を発生するため一次巻線と
共に振動回路を形成する振動回路コンデンサ、及び半導
体スイツチに対して並列に設けられるエネルギ回収ダイ
オードから成る少なくとも1つの点火最終段を有する交
流点火装置に関する。
和国特許出願公開第3928726号明細書から公知で
あり、従来の点火装置例えば常に高電圧が分布されるい
わゆるトランジスタ点火装置に対して、小さく従つて安
価な点火コイルを使用できるという利点を持つている。
それによりμs範囲で点火時点へ速やかに達する。更に
上記の刊行物によれば、全燃焼期間にわたつて点火装置
が回転数に関係なく作用し、その間点火装置が双極の火
花電流を発生することによつて、最適な点火が保証され
る。
に示されている。ここで符号Zを付けられている点火最
終段は、一次巻線及び二次巻線を持つ点火コイルTr、
一次巻線に対して直列に接続される半導体スイツチT、
振動回路コンデンサC、及び一次巻線に対して直列に接
続されるエネルギ回収ダイオードDから成つている。更
に半導体スイツチTに対して直列に、一次巻線電流の実
際値を検出する電流測定抵抗R1が設けられている。制
御回路1は制御電極を介して半導体スイツチTの制御を
引き受け、そのため抵抗R1の電圧降下及び半導体スイ
ツチTに現れる電圧UTが接続点Aを介して制御回路1
へ供給される。制御回路1には、点火信号を含む制御信
号が端子Ustを介して供給される。図1に示されてな
い回路網部分が180Vの供給電圧UBを発生し、この
供給電圧が点火コイルTrの一次巷線へ印加される。こ
の回踏網部分は車載畜電池から給電される。
ち一次巻線を通る電流が特定の値に達するまで、半導体
スイツチTがターンオンされる。この特定の値に達した
時点に半導体スイツチTがターンオフされるので、一次
巻線に蓄えられているエネルギがコンデンサCを充電す
ることができる。これにより半導体スイツチTにかかる
電圧はほぼ正弘波状に推移する。その際振動の負の半波
はダイオードDにより小さい電圧振幅に制限される。ダ
イオードDを電流が通るこの段階中に、半導体スイツチ
Tが再びターンオンされるようにする。この時点に半導
体スイツチにかかる電圧はほぼ零の値を持つているの
で、ターンオン損失も非常に小さい。
折R1の電圧降下を介して測定される。電流が目標値に
達した後、半導体スイツチがターンオフされるので、抵
折R1の電圧は非常に速く低下する。半導体スイツチが
直ちに再びターンオンされるのを防止するため、種々の
手段が公知である。
生ずる電圧UTの値を求めることである。このため図1
によれは、半導体スイツチTと点火コイルTrの一次巻
線との接続点Aが制御回路1へ導かれて、そこで値を求
められる。しかしこの手段は、供給電圧UBより大きい
電圧UTの値で姶めて半導体スイツチの再ターンオンを
防止できるという欠点を持つている。従つて電圧UTが
供給電圧UBの値に達するまでの期間振動を防止するた
め、例えば時限素子を介して付加的な阻止を行わねばな
らない。しかしこのように簡単に実現される時限素子の
欠点は、一次電流のターンオフ閾値が影響を受けること
である。複数の一次回路が存在すると、別の欠点とし
て、点火装置全体について1回だけ一次電流の値が求め
られても、半導体スイツチTに生ずる電圧UTの検出
を、一次回路毎に少なくとも1回行わねばならない。
ツチTの再ターンオンを阻止するため、単安定トリガ回
賂(モノフロツプ)を使用することである。所定の時間
遅れを持つこの手段は、選ばれる時間遅れが、選ばれる
一次電流に関係すると共に、点火コイルの二次側で火花
間隙の閃絡が起つたか否かにも関係するという、欠点を
持つている。最後に、時間を決定するすべての素子の公
差も選ばれる時間遅れへ入り込む。従つてこの手段で
は、すべての場合に点火最終段へ確実な運転を保証する
ことはできない。
体スイツチを制御する簡単な回路を持ちかつ点火装置の
確実な運転を保証する、最初にあげた種類の交流点火装
置を提示することである。
本発明によれば、エネルギ回収ダイオードを通る通電が
半導体スイツチの制御信号として使用される。従つてエ
ネルギ回収ダイオードを通つて始まる通電が半導体スイ
ツチの再ターンオン用のトリガ信号として役立つ。この
時点に小さい電圧しか半導体スイツチにかからず、それ
によりターンオンを電気的損失なしに行うことかでき
る。それから電流は、コンデンサ及び一次巻線により生
ずる振動の零点通過の際半導体スイツチに引継がれる。
ルギ回収ダイオードに対して直列に接続される抵抗によ
り検出されるのがよい。
は、振動回路コンデンサが半導体スイツチに対して並列
に接続されている。
並列に接続されていると、特に有利な実施態様が得られ
る。それによりコンデンサにかかる電圧は約20%減少
するので、安価な素子を使用可能である。
持ち、すべての点火最終段がそれぞれエネルギ回収ダイ
オードを持つている。本発明のこのような実施態様で
は、ダイオードがワイヤードOR回路を形成するように
接続されて、そのダイオード電流をただ1つの抵抗に導
き、この抵抗の電圧降下を半導体スイツチの再ターンオ
ン用トリガ信号として使用することができる。それによ
り点火装置全体について1回だけダイオード電流を求め
ればよく、個々のチヤネルについて求める必要がない。
イツチにかかる電圧を制限するためクランプ回路が設け
られ、このクランブ回路が分圧器とその後に接続される
比較器とから構成され、この分圧器が、半導体スイツチ
と一次巻線とを接続する接続点に接続され、比較器の出
力端が半導体スイツチの制御電極へ導かれている。この
ようなクランプ回路により、半導体スイツチ、エネルギ
回収ダイオード及び振動回路コンデンサにおける最大許
容電圧の超過を碓実に防止することができる。なぜなら
ば、このようなクランプ回路がないと、公差を補償する
ため、最大許容値からそれに応じた大きい安全間隔を維
持せねばならず、その結果使用される素子に関して不利
になるからである。クランプ回路により、半導体スイツ
チにかかる電圧は最大許容値より僅かだけ小さい値に制
限される。それにより使用される素子をその負荷限界の
近くまで利用することができる。
イオードの使用に比較して、集積回路技術で回路を実現
する際、わずかなチツプ面積しか使用しないという利点
を生ずる。なぜならば、交流点火装置に生ずるkV範囲
の高い電圧では、非常に多くのツエナダイオードが必要
になるので、大きいチツプ面積を使用することになるか
らである。
バイポーラトランジスタ、電力用MOS電界効果トラン
ジスタ又はIGBTトランジスタ(絶縁ゲートバイポー
ラトランジスタ)を使用することが公知である。本発明
の有利な実施態様は、半導体スイツチとしてのMOS制
御サイリスタ(MCT)によつても得られる。このよう
なMCTは、高い絶縁耐力、僅かな導通損失及び大きい
電流負担能力のような有利な性質と、これまで使用され
た電力用半導体のターンオフ能力の性質とを合わせ持つ
ている。
る。図2による交流点火装置の回路図は、図1による回
路図に比較して、エネルギ回収ダイオードDに対して直
列に接続される抵折R2を示している。このダイオード
を通る電流は、コンデンサCと点火コイルTrの一次巻
線とにより生ずる電圧振動の負の半波で流れ姶める。そ
の時この抵折R2に生ずる電圧降下は制御回路1へ供給
されるので、この電圧信号は半導体スイツチの再ターン
オン用のトリガ信号として使用することができる。この
時点には半導体スイツチTに小さい電圧しか加わらない
ので、電気的損失なしにターンオンを行うことができ
る。振勤の零点通過の際、電流は半導体スイツチTに引
継がれる。抵抗R2の値は低オーム値に定められるの
で、この抵抗にかかる電圧は電子スイツチ例えばバイポ
ーラトランジスタを駆動するのに充分である。従つて図
1による回路に対して、半導体スイツチTを一次巻線に
接続する接続点と制御回路1との間の導線をなくすこと
ができる。
は、振動回路コンデンサCが点火コイルTrの一次巻線
に対して並列に接続され、更に半導体スイツチTとして
MOS制御サイリスタ(MCT)が使用されるという点
で、相違している。このようなMCTは、高い絶縁耐
力、僅かな導通損失及び大きい電流負担能力のような有
利な性質と、例えばバイポーラトランジスタ、電力用M
OS電界効果トランジスタ又はIGBTトランジスタの
ようなこれまで使用された電力用半導体のターンオン能
力の性質とを合わせ持つている。
接続により得られる利点は、このコンデンサに加わる電
圧が約20%減少するので、安価な素子を使用可能なこ
とである。
圧降下が制御回路1へ供給されて、一次巻線電流の実際
値を検出する。
交流点火装置を示している。これらの点火巌終段の各々
は、点火コイルTr1〜Tr4、一次巻線に対して並列
に接続される振動回路コンデンサC1〜C4、一次巻線
に対して直列に接続される半導体スイツチT1〜T4、
及び半導体スイツチに対して並列に接続されるエネルギ
回収ダイオードD1〜D4を持つている。これらのダイ
オードD1〜D4の陰極は、半導体スイツチを一次巻線
に接続する接続点に接続され、それらの陽極はただ1つ
の抵抗R2へ導かれ、この抵抗は基準電位に接続されて
いる。ダイオードD1〜D4により実現されるワイオー
ドOR回路により、ダイオード電流は交流点火装置全体
について1回だけ求めればよく、各チヤネルについて個
々に求める必要はない。
1により半導体スイツチT1〜T4のソース電極につい
ても実現され、この抵抗の電圧降下はすべての点火最終
段Z1〜Z4の一次巻線電流の実際値を求めるのに役立
つ。
線に対して並列接続する代りに、符号C1′〜C4′で
示すように、半導体スイツチT1〜T4に対しても並列
に接続することができる。
設けられる振動回路コンデンサC′を持つか又は図3の
ように一次巻線に対して並列に設けられる振動回路コン
デンサCを持つ交流点穴装置を示している。図2及び3
による交流点火装置とは異なり、この図5による交流点
火装置は半導体スイツチTにかかる電圧を制限するクラ
ンプ回路2を含んでいる。このクランプ回路2は、ダイ
オードD及び振動回路コンデンサC又はC′の半導体ス
イツチTにかかる電圧が最大許容値を超過するのを防止
する。このようなクランプ回路がないと、公差を補償す
るため、それに応じた高い安全間隔を最大許容値に対し
て維持せねばならない。その際振動回路コンデンサC又
はC′の容量公差、点火コイルTrのインダクタンスの
公差、電流制御の公差、及び点火コイルの二次側におけ
る負荷条件の公差のような主要な公差を考慮せねばなら
ない。これらの公差をすべて考慮すると、非常に大きい
安全間隔従つてそれに応じた高い費用になる。従つてク
ランプ回路2により、例えば半導体スイツチTに生ずる
電圧UTが最大許容値より僅かだけ小さい値に制限され
る。それにより高価な素子従つて半導体スイツチT、振
動回路コンデンサC又はC′及びエネルギ回収ダイオー
ドDをその負荷限界の近くまで利用することができる。
R4,R5とこの後に接続される比較器Kとから構成さ
れている。分圧器R4,R5は、半導体スイツチTを一
次巻線に接続する接続点Aに接続され、比較器Kの出力
端は半導体スイツチTの制御電極へ直接接続されると共
に、抵担R6を介して制御回路1の出力端に接続されて
いる。精確で温度に対して安定な基準電圧Urefは、
比較器Kの非反転入力端へ供給されることにより、半導
体スイツチTに生ずる電圧UTを制限するための比較基
準として役立つ。比較器Kの反転入力端には、分圧器R
4,R5のタツプが接続されている。半導体スイツチT
に生じる電圧UTはこの分圧器R4,R5により分圧さ
れ、比較器Kにより基準電圧Urefと比較される。比
較器Kの出力端は半導体スイツチTを制御し、それによ
り制限電圧の高い精度及び長い時定数が得られる。
が図6に示され、ここで比較器Kはnpnトランジスタ
T5とpnpトランジスタT6とにより構成されてい
る。トランジスタT5のベース電極は分圧器R4,R5
に接続され、そのエミツタ電極は抵抗R7を介して基準
電圧Urefに接続され、そのコレクタ電極はトランジ
スタT6のベース電極に接続されている。更にトランジ
スタT6のベース電極は、一方では抵抗R8にを介して
基準電位に接続され、他方では抵抗R9を介してトラン
ジスタT6のコレクタ電極に接続されている。更にトラ
ンジスタT6のエミツタ電極は電池電圧UBatに接続
されている。トランジスタT6のコレクタ電極は比較器
Kの出力端を形成している。トランジスタT5のベース
電圧が、そのベース−エミツタ電圧と基準電圧Uref
との和より大きい値に上昇すると、このトランジスタT
5が導通する。それによりトランジスタT5のコレクタ
電流がトランジスタT6をトリガし、このトランジスタ
T6が電流を増幅し、それにより半導体スイツチTをト
リガする。抵抗R7〜R9を持つ抵抗回路は、オーバシ
ユート及びアンダシユートなしに急速な応答が行われる
ように構成されている。
として構成されると、ツエナダイオードの通常の使用に
比較して、僅かなチツプ面積しか使用しないという利点
を与える。なぜならば、ツエナダイオードを使用する
と、交流点火の際生ずるkV範囲の高い電圧のため、非
常に多くのツエナダイオードが必要になるからである。
集積回路技術によりこのツエナダイオードを実現する
と、大きいチツプ面積を必要とする。
も、半導体スイツチTのためにMOS制御サイリスタを
使用することができる。更に4による点火装置におい
て、すべての点火最終段Z1〜Z4のために、図5又は
6によるクランプ回路2をそれぞれ設けることができ
る。
図である。
持つ交流点火装置の第2実施例の接続図である。
施例の接続図である。
の接続図である。
る。
Claims (7)
- 【請求項1】 一次巻線及び二次巻線を持つ点穴コイル
(Tr,Tr1〜Tr4)、一次巻線に対して直列に接
続される半導体スイツチ(T,T1〜T4)、双極の交
流を発生するため一次巻線と共に振動回路を形成する振
動回路コンデンサ(C,C1〜C4)、及び半導体スイ
ツチ(T,T1〜T4)に対して並列に設けられるエネ
ルギ回収ダイオード(D,D1〜D4)から成る少なく
とも1つの点火最終段(Z,Z1〜Z4)を有するもの
において、エネルギ回収ダイオード(D,D1〜D4)
を通る通電が半導体スイツチ(T,T1〜T4)の制御
信号として使用されることを特徴とする、交流点火装
置。 - 【請求項2】 通電がエネルギ回収ダイオード(D,D
1〜D4)に対して直列に接続される抵抗(R2)によ
り検出されることを特徴とする、請求項1に記載の交流
点火装置。 - 【請求項3】 振励回路コンデンサ(D,C1〜C4)
が半導体スイツチ(T,T1〜T4)に対して並列に接
続されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載
の交流点穴装置。 - 【請求項4】 振動回路コンデンサ(C,C1〜C4)
が点火コイル(T,T1〜T4)に対して並列に接続さ
れていることを持徴とする、請求項1又は2に記載の交
流点火装置。 - 【請求項5】 少なくとも2つの点火最終段(Z1〜Z
4)を有し、エネルギ回収ダイオード(D1〜D4)が
共通な接続点に接続され、これらのエネルギ回収ダイオ
ードを通る電流の値が、エネルギ回収ダイオードの接続
点に接続されるただ1つの抵抗(R2)により求められ
ることを特徴とする、請求項1ないし4の1つに記載の
交流点火装置。 - 【請求項6】 半導体スイツチ(T,T1〜T4)にか
かる電圧(UT)を制限するためクランプ回路(2)が
設けられ、このクランプ回路(2)が分圧器(R4,R
5)とその後に接続される比較器(K)とから構成さ
れ、この分圧器(R4,R5)が、半導体スイッチ
(T,T1〜T4)と一次巻線とを接続する接続点に接
続され、比較器(K)の出力端が半導体スイツチ(T,
T1〜T4)の制御電極へ導かれていることを特徴とす
る、請求項1ないし5の1つに記載の交流点火装置。 - 【請求項7】 半導体スイツチ(T,T1〜T4)とし
てMOS制御サイリスタ(MCT)が使用されることを
特徴とする、請求項1ないし6の1つに記載の交流点火
装置。
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