JPS5820391B2 - 内燃機関用無接点点火装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関、特に自動車用内燃機関に用いる閉角
度制御装置付の無接点点火装置に関するものである。

従来、この種の無接゛点点火装置としては、特開昭４６
−７６５７号公報に示すように、点火コイルに流れる電
流が一定の定電流値ｉｃｏに達している時間Ｔｉ （第
１図参照）により、例えばＴｉが大きくなると、出力段
トランジスタがオンしている時間Ｔｏｎを短かくするよ
うにし、従ってＴｉが小さくなるといったフィードバッ
ク制御を行い、常に安定なＴｉを確保するように出力段
トランジスタの通電角度（閉角度）制御を行っていた。

ここで、点火コイルに流れる電流が零より一定値ｉｃｏ
に達するまでの立上がり時間をＴｃとすると、点火コイ
ルの製造上のインダクタンス成分のばらつきがＴｃのば
らつきとしてそのまま表われ、上述した従来のものでは
、ＴＣのばらつきをＴｉのフィードバック機能により吸
収補正を行っていた。

ところが、上述した従来のものにおいて、Ｔｉのフィー
ドバック機能とは、出力段トランジスタがオフしている
時間Ｔ。

ＦＦとオンしている時間ＴＯＮとを合わせた周期をＴと
すると、 ＴＯＦＦ／Ｔ＝ｆ （Ｔｉ／Ｔ）の単調増加関数ｆによ
りＴｉ が大きくなればＴＯＦＦを大きくすることによ
りＴＯＮを減少させてＴｉを小さくすることである。

従って、点火コイルのインダクタンス成分が設計値より
少なくなってＴｃが少なくなってＴｉが標準値より大き
くなると、ＴＯＦＦが大きくなって、Ｔｉを小さくしよ
うとするが、Ｔｉがある程度小さくなることにより、Ｔ
ＯＦＦの増大が抑えられるので、結局Ｔｉ は標準値よ
り大きな値で安定状態となる。

この事は、点火コイルのインダクタンスが製造上のばら
つきにより、設計値より；小さいと、Ｔｉが実質上大き
くなり出力段トランジスタ及び、点火コイルの発熱が大
きくなり温度上昇が大きくなることを意味する。

このばらつきのために、出力段トランジスタの放熱フィ
ンを無接点点火装置の標準発熱指標よりかなり大きくと
；る必要があり、小型化への難点となっていた。

逆に、点火コイルのインダクタンスが設計値より太きい
と、ＴＯＦＦが小さくなって、Ｔｉを太きくしようとす
るが、Ｔｉがある程度大きくなることにより、ＴＯＦＦ
の減少が抑えられるので、結局Ｔｉは標準値より小さな
値で安定状態になり、最悪の場合は点火コイルの電流が
一定値ｉｃｏに達せず、所定の火花性能が得らないとい
う欠点があった。

本発明はかかる欠点を解消するために、点火コイルの立
上がり時間ＴＣを、点火コイルに流れる電流ｉｃを検出
する電流検出用抵抗を介して検出して、点火コイルの閉
角度を制御することにより、点火コイルのインダクタン
スのばらつきがあっても、１次電流が所定値ある時間（
所定の定電流時間Ｔｉ ）を確保するようにし、製造
上安定な火花性能を保障する内燃機関用無接点点火装置
を提供することを目的とするものである。

以下本発明を図に示す実施例について説明する。

まず、第２図に示すブロック図に於いて説明する。

内燃機関と同期して回転する交流発電機１の交流出力を
入力とする矩形波整形回路２の出力は、アイドリング程
度の低速回転数領域においてＯＲ回路５および出力段バ
ッファ６を通して直接出力段トランジスター０を駆動し
、点火コイル１２の電流ｉｃを断続する。

エンジン中速、高速回転数領域においてをＪ入力周波数
に応じた出力電流を発生するＦ−Ｉ変換回路３及びオフ
（ＯＦＦ）時間制御回路４により、閉角度制御している
。

最初にどのようなオフ時間により閉角度制御すれば最適
な特性が得られるかを述べる。

内燃機関に用いる閉角度制御とはどのようなエンジン回
転数領域に於いても、一定定電流値ｉｃｏに点火コイル
１２の電流が達して、安定した火花性能を確保すること
である。

出力段トランジスタ１００発熱はこのトランジスタ１０
が活性領域で働らいている定電流時間Ｔｉの時はとんど
発生し、従って出力段トラｉ ンジスタ１０の温度上昇はＴｉと周期Ｔの比−にほぼ比
例する。

このため、定電流時間Ｔｉが犬き（なりすぎると、出力
段トランジスター０の温度上昇が大きくなり破壊に致る
。

従って、とのよＴｉ うなエンジン回転数領域においても、適度な一を確保す
ることが望ましい。

閉角度制御とは数式に表現すると、−−Ｋｏ（一定値）
となるように制御することであり、Ｋｏ−＝：０．０１
〜０．１であり、小さげれば小さいほどよい。

第１図を参照しＴｉ 。

てオフ時間’Ｉ”ＯＦＦをどのように制御すれば−か一
定になるかを考えると、 Ｔｃ Ｔｉ ＴＯＦＦ＝Ｔ Ｔｃ Ｔｉ ＝Ｔ （１−−−−）
Ｔ となり、ここで、Ｔは回転数Ｆの逆数（Ｔ−一）Ｔｉ
Ｔｉ であり、−は定数狗であるからｌ−一も定数Ｔ
Ｔ ｉ となり、これを定数に１ としく１−−＝１−Ｔｃ ＫＯ＝ Ｋｌ ） 、変数であるーをに２ とすれば、
Ｋ、 −に２ Ｔ’ｏＦＦ−□で表わすことができる。

従って、点火コイル１２に流れる電流を電流検出用抵抗
１１を介して検出し、立上がり時間（Ｔｃ）検出回路８
にて、Ｔｃパルスを発生させＴｃ Ｋ２−一をＯＦＦＦＦ時間制御回路４報量として与える
。

オフ時間制御回路４はＴＯＦＦ ＝□ヨ’） ｔ、；６
単安定ｚ７１ｚｆパイ’７” Ｌ／ −Ｉ Ｋ ヨＴｉ り構成され、オフ時間を制御する。

この結果−＝Ｋ。

に成るように閉角度制御され、出力段トランジスタ１０
の発熱が小さく、かつどのようなエンジン回転数領域に
おいても、一定定電流値ｉｃ。

に達し、安定な火花性能が得られる。

更に、コイル電流の立上り時間Ｔｃを検出してオフ時間
を決定制御しているので、使用される点火コイルのばＴ
ｉ らつきに関係なく一定の一−Ｋ。

が得られる。コイル電流の立上り時間Ｔｃはバッテリー
１３の電源電圧により変化するが、従来は電源電圧の変
動の効果を、電源電圧のある関数により、閉角度制御に
影響を与え、補正を行っていた。

本発明では、Ｔｃを検出してきているので、電源電圧に
よＴｉ る補正回路は全くいらず、厳密な意味で一一Ｋｏが得ら
れる長所を持っている。

更には、従来内燃機関の気筒数が違うと使用する周波数
領域及び点火コイル１２が異なるために、無接点点火装
置の閉角度制御を行なっている時定数を変更することに
より対処してきた。

本発明によれば内燃機関の気筒数が異なっても、使用す
る周波数領域Ｆと各点火コイル１２自体のＴｃを検出し
てくるので、同一構成の無接点点火装置をそのまま用い
て異なる気筒数の内燃機関が節類できるという長所も有
しており、量産時のコストダウンが計れる。

上述の長所を有するオフ時間制御回路４の出力はＯＲ回
路５を通してエンジン回転数の中速、高速領域の閉角度
制御を行なう。

なお、第２図において異常電圧検出回路９は電源電圧が
異常に高圧になったときに出力段トランジスタ１０をオ
フさせるためのものである。

次に、第２図の詳細回路を第３図に、その各部波形を第
４図に示す。

矩形波整形回路２は、交流発電機１の第４図ａで示す交
流出力を入力し、抵抗２０１，２０５〜２０７により決
定される閾値によりコンパレータ２０８を通して第４図
すで示す矩形波を発生する。

コンデンサ２０２、ツェナーダイオード２０３，２０４
はノイズ保護用である。

アンドリング程度の低速回転数領域では、この矩形波出
力がＯＲ回路５の抵抗５０３，５０５、トランジスタ５
０４．５０８、ダイオード５０７を経て出力段バッファ
６の抵抗６０Ｌ６０９゜６１０、トランジスタ６０２，
６０８に印加され、出力段トランジスタ１０を駆動する
。

Ｆ−■変換回路３は、抵抗３０４、マルチコレクタのト
ランジスタ３０５よりなる定電流源（定電流値−１゜）
と、抵抗３０９，３１０よりなる基準電圧源（基準電圧
−■。

）と、コンデンサ３０６（容量値Ｃｏ ）と、コンデ
ンサ３１５、抵抗３１６、トランジスタ３１７〜３２０
よりなる出力電流発生回路と、抵抗３０１．３０７．３
１３、トランジスタ３０２，３０８，３１１．３１２、
ダイオード３０３．３１４よりなるスイッチング回路と
により構成される。

そして、波形整形回路２のコンパレータ２０８の出力信
号が０レベルになるとトランジスタ３０２，３１２がオ
フし、このうちトランジスタ３０２のオフによりコンデ
ンサ３０６が定電流ｉ。

で充電され、このコンデンサ３０６の充電電圧が抵抗３
０９，３１０により決定される基準電圧Ｖ。

より太き（なるとトランジスタ３０８がオンしてトラン
ジスタ３１１をオンさせる。

そして、コンパレータ２０８の出力信号カルベルになる
とトランジスタ３０２．３１２がオンジ、トランジスタ
３０２０オンによりコンデンサ３０６の充電電荷が瞬時
に放電されてトランジスタ３０８，３１１がオフする。

これによって、トランジスタ３１１，３１２のコレクタ
には第４図Ｃに示すごとくコンパレータ２０８の出力が
Ｏｃｏ、■。

レベルになるごとに−一一にて決まる一定時間Ｏ 幅のルベルの信号が発生する。

そして、ルべｃｏ、Ｖ。

ルの信号が発生している一一一の一定時間の間、０ 定電流ｉ。

でコンデンサ３１５が充電されるため、・このコンデン
サ３１５の充電電圧はコンパレータ２０８の周波数即ち
、エンジン回転数に応じた値となり、このコンデンサ３
１５の充電電圧に比例した電流がトランジスタ３１７，
３１８，３１９を介してトランジスタ３２０のコレクタ
より出力；される。

即ち、Ｆ−Ｉ変換回路３の出力電流を１１ とすると
、コンデンサ３１５に流れる充放電電流の関係より、 Ｃ−■ 一−：−−−ｔ □ ＝ Ｔ−ｉ １ Ｏ （Ｔ：コンパレータ２０８の出力パルス周期）ｃｏ−Ｖ
。

ｉｌ−□−Ｃ６・■ｏ−Ｆ ν Ｔ （Ｆ：コンパレータ２０Ｂの出力パルス周波数）で表わ
される。

ＯＦＦ時間ＴＪ昨回路４は前記Ｆ−Ｉ変換回路３１より
の回転数Ｆに比較した電流１１ によりに１−に２ ＴＯＦＦ−□のＯＦＦ時間を発生する単安定マルチバイ
ブレータ回路である。

その定電流発生回路は抵抗４０６，４１１〜４１５ 、
４２５、ノトランジスタ４０７〜４１０，４１７，４１
８、コンデンサ４１６により構成され、抵抗４１１に流
れる電流を１２ とし、抵抗４１２に流れる電流を（Ｉ
Ｋｏ ） １２＝Ｋｔ ” １２になるように設定
する。

Ｔｃ検出回路８のトランジスタ８０５は、点火コイル１
２の電流が立上る時間Ｔｃの時のみオンし、オンした時
抵抗４１３に流れる電流が１２になるように設定する。

このとき、抵抗４１５に流れる電流ｉ３は、コンデンサ
４１６に流れる充放電電流の関係より、Ｔｃ−１２＝Ｔ
−ｉ３． ｉ３＝夏、ｉ、−に２．ｉ、ニオ。

ｊ （７）電流ｉ３工。電流ｉ３がトランジスタ４１８
のコレクタ電流として流れるため、抵抗４２５の抵抗値
をＲ２とすると、コンパレータ４１９の非反転入力端子
に発生する電圧ｖ２ハ、Ｖ２＝Ｒ２（Ｋ１ ・１２−ｉ
３ ） ＝Ｒ２・１２（Ｋ１−に２）となる。

また、コンパレータ２０８の出力により抵抗４０４，４
０５およびトランジスタ４０３を介してトランジスタ４
０２がオンオフし、このトランジスタ４０２がオンのと
きコンデンサ４０１の充電電荷が瞬時に放電され、オフ
のときＦ−Ｉ変換回路３の定電流１１ により充電され
るため、コンデンサ４０１の容量値をＣ８′とすると、
このコンデンサ４０１には、Ｆ−Ｉ変換回路３の出力定
電流１１＝ｃｏ−ｖｏ−Ｆ、′で充電される第４図ｄで
示すごとき三角波形を発生しており、このコンデンサ４
０１の電圧がコンパレータ４１９の反転入力端子に印加
されているので、コンパレータ４１９の出力に発生する
ＯＦＦ時間ＴＯＦＦは、 Ｃ１２・Ｖ２Ｃｏ′・Ｒ２・１２（Ｋ１−に２）ＴＯＦ
Ｆ−、−ｍ＝□ １１ Ｃｏ−ｖｏ−Ｆ となり、 ＣｏキＣ６′とすると Ｒ２・１２ Ｋ１−に２ ＴＯＦＦ ＝ ” Ｖｏ Ｆ となる。

ｉ 以上の制御を行うことにより、−−Ｋ。

（抵抗４１１と４１２の比によって与えられる定数Ｋ。

）に成るように閉角度制御され、出力段トランジスタ１
０の発熱が小さく、かつエンジン中速、高速回転数領域
において、一定定電流値ｉｃｏに達し、安定な火花性能
が得られる無接点点火装置を作ることができる。

トランジスタ４２０，４２２、抵抗４２１，４２３，４
２４は、抵抗４２３゜４２４によって決定される電圧Ｖ
３によって、コンパレータ４１９の非反転入力端子の最
低電圧Ｖ２ＭＩＮが■３になるようにするためのもので
あり、 Ｃ１２・ｖ３ ＴＯＦＦＭＩＮ−。

１ となり、 Ｃ１２・Ｖ３ ｖ３ ＴＯＦＦＭＩＮ−＝−一定数 Ｃｏ ”Ｖｏ ”Ｆ ’Ｔ Ｖ。

とする。

これにより、最高閉角度に限度をもうけており、ノイズ
などのいかなる状態においても、閉角度が過大に成りす
ぎることはない。

オフ時間制御回路４の出力はＯＲ回路５のトランジスタ
５０Ｌ５０８、抵抗５０２、ダイオード５０６を経て、
出力段バッファ６の抵抗６０１゜６０９．６１０、トラ
ンジスタ６０２，６０８に印加され、出力段トランジス
タ１０を駆動する。

ここで、コンパレータ２０８の出力信号が０レベルの間
はコジデンサ４０１が充電されないため、トランジスタ
５０１のコレクタには第４図ｅに示すごとく、コンパレ
ータ２０８の出力が０レベルの間とＴＯＦＦ時間とを合
わせた時間だけＯレベルとなる出力が発生する。

そして、コンパレータ２０８の出力信号が０レベルの間
第４図ｆに示すごとくルベルの出力信号を発生するトラ
ンジスタ５０４のコレクタ信号と上記トランジスタ５０
１のコレクタ信号とのＯＲをダイオード５０６．５０７
でとることによってトランジスタ５０８のベースには第
４図ｇで示す信号が印加される。

そして、この信号により出力段トランジスタ１０が最終
的に駆動されるため、この出力段トランジスタ１０のコ
レクタ電流、即ち点火コイル１２０１次電流は第４図り
に示すとと（になって、結果的にＴ。

ＦＦのコイルオフ時間が得られる。また、点火コイル１
２０１次電流が電流検出用抵抗１１を通して流れること
によりこの抵抗１１には１次電流値に応じた大きさの電
圧が発生し、この電圧が抵抗１１１，１１２を通して定
電流制両回路７に印加される。

この定電流制御回路７は、抵抗７０１．７０３，７０５
，７０８．７０９゜７１１、ダイオード７０２，７０４
，７１０、トランジスタ７０６，７０７よりなる差動増
幅器により構成され、抵抗７０１．７０３、ダイオード
７０２により設定された基準電圧と抵抗７０９゜７１１
、ダイオード７１０に印加される１次電流に応じた電圧
との差に応じた出力がトランジスタ７０６のコレクタに
表われる。

そして、このコレクタ出力に応じて出力段バッファ６の
トランジスタ６０３，６０４、抵抗６０５．６０６、ダ
イオード６０７によりトランジスタ６０８のベース電流
を増加させることにより、１次電流が所定値以上になる
と出力段トランジスタ１０を不飽和領域で動作させて、
１次電流の最大値を所定値ｉｃｏに制限する。

Ｔｃ検出回路８は抵抗８０１，８０２，８０４゜トラン
ジスタ８０３，８０５より構成され、トランジスタ６０
２がオンしている（トランジスタ５０８のベース電位が
０レベルのときの）ＴＯＦＦ時間と、トランジスタ６０
３が不飽和領域で動作している（１次電流が所定値ｉｃ
ｏ以上あるときの〕時間の間、トランジスタ８０３がオ
ンしてトランジスタ８０５をオフさせ、それ以外のとき
にはトランジスタ８０３がオフしてトランジスタ８０５
がオンする。

これによって、このトランジスタ８０５のオン、オフ波
形は第４図ｉに示すごとく、点火コイル１２０１次電流
の通電が開始されてから所定値ｉｃｏに達するまでの時
間Ｔｃオンする波形となる。

１４は抵抗１０１，１０３、トランジスタ１０２、ツェ
ナーダイオード１０４、コンデンサ１０５よりなる定電
圧回路で、バッテリー１３の電源電圧を定電圧にして各
回路に印加するためのものである。

異常電圧検出回路９は３個の互いに直列接続したツェナ
ーダイオードよりなり、バッテリー１３の電源電圧が所
定値以上の高電圧になると各ツェナーダイオードが導通
して出力段バッファ６のトランジスタ６０８にベース電
流を供給してこのトランジスタ６０８を導通させること
により出力段トランジスタ１０をオフさせる。

また、出力段トランジスタ１０のコレクタ・ベース間に
接続したツェナーダイオード１２１は、点火コイル１２
０１次コイルに発生するサージ電圧が所定値以上になる
と出力段トランジスター０を導通させて、このサージ電
圧を吸収するためのものであり、またコンデンサ１２２
，１２４、抵抗１２３は出力段トランジスター０（’）
発振防止用素子である。

なお、上述した実施例においては、゛矩形波形整形回路
２の出力をＦ〜■変換回路３に印加して、回転数Ｆに比
例する出力電流１１を得るようにしだが、Ｆ−Ｉ変換回
路３中の素子３０１〜３１３を省略し、交流発電機１の
交流出力を抵抗（図示せぬ）を介してダイオード３１４
のアノードに接続し、この交流発電機１の交流出力をダ
イオード３１４とコンデンサ３１５とにより直接整流平
滑して回転数Ｆに比例する出力電流１１を得るようにし
てもよい。

また、上述した実施例においては、交流発電機１の交流
出力を矩形波形整形回路２によって矩形波に波形整形す
るようにしたが、内燃機関と同期して矩形波パルスを出
力する素子、例えばホール素子、ホトトランジスタ等を
使用した矩形波発生回路を用いれば、交流発電機１およ
び矩形波形整形回路２を省略することもできる。

また、上述した実施例においては、定電流制御回路７に
より１次電流の最大値を所定値ｉｃｏに制限するように
したが、本発明においてはコイル１次電流の通電開始点
から所定電流値ｉｃｏに達するまでの立上がり時間Ｔｃ
を検出しているものであるから、所定電流値ｉｃｏに達
する時点がほぼ点火時期となるように設定すれば、必ず
しも一次電流の最大値を所定値ｉｃｏに制限する必要は
ない。

以上述べたように本発明装置においては、点火コイルの
立上がり時間Ｔｃを検出して点火コイルの閉角度制御を
するから、１次電流値が所定値ｉｃｏある時間（出力段
トランジスタの定電流時間）Ｔｉ Ｔｉのデユーティ（Ｄｕｔｙ）−がいつも一定になるよ
うに制御することが可能であり、このため、出力段トラ
ンジスタおよび点火コイルの発熱が小さくなるように制
御でき、かつどのような回転領域においても、点火コイ
ルの１次電流が一定定電流値ｉｃｏに達するので、安定
な火花性能が得られるという優れた効果がある。

更には、点火コイルの立上がり時間Ｔｃを検出するもの
であるから、点火コイルの製造上のばらつきがあって立
上がり時間Ｔｃがばらついても、１次電流値が所定値ｉ
ｃｏある時間（一定定電流時間）Ｔｉのデユープｉ イーが一定値に、になるように側脚することが可能であ
るという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置における点火コイルの１次電流波形図
、第２図は本発明装置の一実施例を示すブロック図、第
３図は第２図１ｆｌｌｙｒ装置の詳細電気回路図、第４
図は第３図図示装置の作動説明に供する各部波形図であ
る。 ３．４，５・・・・・・閉角度制御回路を構成するＦ−
■変換回路、オフ時間制御回路、ＯＲ回路、８・・・・
・・立上がり時間検出回路、１０・・・・・・出力段ト
ランジスタ、１１・・・−・・電流検出用抵抗、１２・
・・・・一点火コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 点火コイルの１次電波を検出する電流検出用抵抗と
   、この電流検出用抵抗よりの出力に応じて前記点火コイ
   ルの１次電流が所定値ｉｃｏに達するまでの立上がり時
   間Ｔｃを検出する立上がり時間検出回路と、この立上が
   り時間検出回路により検出した立上がり時間Ｔｃに応じ
   て前記点火コイ。 ルの閉角度を制御する閉角度！ｌＪ＃回路とを備え、こ
   の閉角度制御回路は、機関回転数Ｆに応じた出力を発生
   する変換回路と、この変換回路の機関回転数Ｆに応じた
   出力と前記立上がり時間検出回路により検出した立上が
   り時間Ｔｃとを入力とし、ＴＯＦＦ−（Ｋｌ−に２）／
   ＦＣただし、Ｋ１は１−（Ｔｉ／Ｔ）により予め設定し
   た定数、Ｋ２はＴ ｃ ／ Ｔにより変化する変数であ
   り、ここで、Ｔは周期、Ｔｉは点火コイルの１次電流が
   所定値ｉｃｏある時間である〕にて出力段トランジスタ
   のオフ時間ＴＯＦＦを制御するオフ時間制御回路とを含
   んでなる内燃機関用無接点点火装置。