JPS59113262A - 内燃機関の点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、通常の点火回路に加えて点火コイルの二次
側に点火エネルギを注入するトランス形のＤＣ−ＤＣコ
ンバータを具備した内燃機関の点火装置の改良技術に関
する。

従来のこの種の点火装置としては、例えば特開昭５２−
１１３４２号公報等に記載されているようなものがある
。

この従来装置の基本構成の概略を第１図を参照して説明
すると、点火コイル１の一次巻線１ａ側には、タイミン
グ信号発生装置２から出力される機関の回転速度に応じ
たタイミング信号（点火信号）に基づいて一次電流を断
続するスイッチング回路３を設けている。

一方、点火コイル１の二次巻線１ｂの一端には、点火プ
ラグ４を、他端にはトランス形のＤＣ−ＤＣコンバータ
５を夫々接続している。

そして、制御回路６は、タイミング信号発生装置２から
のタイミング信号に基づいて、スイッチング回路３が点
火コイル１の一次電流を遮断する毎に所定期間ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ５を起動させる。

そして、その作用は、スイッチング回路３によって点火
コイル１の一次巻線１ａに流れる一次電流を遮断する毎
に、二次巻線１ｂに高電圧が発生するため、この高電圧
によって点火プラグ４の電極間が絶縁破壊されて火花放
電が開始され、しかもこの火花放電が開始された時には
ＤＣ−ＤＣコンバータ５も起動されているので、このＤ
Ｃ−ＤＣコンバータ５の高圧出力が一定期間点火コイル
１の二次巻線１ｂを介して点火プラグ４の導通状態にあ
る電極間に注入され、それによって持続放電がなされて
点火エネルギが強化される。

なお、この点火エネルギの強化によって機関性能の向上
、特に燃費の向上や希薄混合気による運転時及び排気還
流（ＥＧＲ）運転時の燃焼の安定化等を図ることができ
る。

しかしながら、上記のようなトランス形のＤＣ−ＤＣコ
ンバータを具備した点火装置にあっては、点火プラグを
点火コイルの相互誘導による高電圧によってブレークダ
ウンさせる時点で、ＤＣ−ＤＣコンバータを起動させる
ようになっていたため、次のような問題があった。

すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータにおける昇圧トランス
の二次発生電圧の発振立上りが、昇圧トランスの量産時
の製作上の電気的特性のバラツキによって一次側の自己
発振始動時点より通常１５０〜５００μｓｅｃ程度遅れ
るが、この遅れがあると、機関の燃焼室内のガス流動に
よって、あるいは機関要求点火時期の燃焼室内圧力が高
い時に火花放電が途切れた場合、ＤＣ−ＤＣコ／バータ
による点火エネルギの注入効果がなくなってしまう。

何故なら、相互誘導による高電圧（−１５〜２５ＫＶ）
　　によって点火プラグが第２図（イ）に示す時点ＬＯ
でブレークダウンすると、点火（放電）電流ｉＢ　は直
ちに急激に立上るが、短期間に減少するため、ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータがらリアルタイムで高圧（−１〜−４ＫＶ
）が出力されないと、放電を長く維持することができず
、第２図（イ）に示す時点ｔｘで放電が一旦途切れると
、ＤＣ−ＤＣコンバータから高圧が印加されてもこの高
圧では点火プラグがブレークダウンしないからである。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータの高電圧出力が遅れると、
第２図（ロ）に示すように放電が変動することがあるが
この変動が発生すると、混合気の着火時期と初期火炎核
の大きさが変化するため、燃焼が変動して機関の毎サイ
クルの仕事量、すなわちトルクが変化してしまう。

この発明は、上記のような背景に鑑みてなされたもので
あり、トランス形のＤＣ−ＤＣコンバータの高電圧出力
が立上る時点と点火プラグがブレークダウンされる時点
とが常に一致するようにして、上記諸問題の解決を図る
ことを目的とする。

そのため、この発明による内燃機関の点火装置は、点火
コイルにおける一次電流の遮断タイミングを決定するた
めの点火信号に基づいて、その遮断タイミングより予め
定めた時間だけ前の進みタイミングを決定して、その決
定した進みタイばングでトランス形のＤＣ−ＤＣコンバ
ータを作動させるようにしている。

以下、この発明の実施例を図面の第３図以降を参照しな
がら説明する。

第３図は、この発明の第一実施例を示す回路構成図であ
る。

同図において、バッテリ７はイグニッションスイッチ８
がオンすると、後述する各部に直流電圧を供給する。

点火コイル９は、−次巻線９ａと二次巻線９ｂとが互い
に分離された四端子型で閉磁路型のものを使用し、−次
巻線９ａの一端をイグニッションスイッチ８を介してバ
ッテリ７に、他端を後述するスイッチング回路１４のパ
ワートランジスタＴｒ２を介してアースに夫々接続して
いる。

マタ、二次巻線９ｂの一端をセンタコ−ドラ介してディ
ストリビュータ１０の中心電極に、他端を高圧線を介し
て後述するトランス形のＤＣ−ＤＣコンバータ１８の高
圧出力端子ＯＵＴに夫々接続している。

ディストリビュータ１０は１点火コイル９の二次巻線９
ｂに発生する誘導高電圧やＤＣ−ＤＣコンバータ１８か
らの高電圧をへイテンショ／ケーブルを介して機関の各
気筒毎の点火プラグ１１に配電する。

シグナルジェネレータとも呼称される点火信号発生装置
１２は、例えばディス）　ＩＪピユータ１０のシャフト
（４気筒機関の場合、機関回転速度の１／２で回転する
）によって回転するロータ１２ａの各突起部１２ａ１〜
１２ａ４　が、その外周に近接して設けたピックアップ
コイル１２ｂの磁極板突起部１２ｔ）＋〜１２ｂ４　と
相対的に離接することによって、第４図（イ）に示すよ
うな立上りが急峻で立下りが緩慢な点火信号ＳＦを出力
する。

なお、ロータ１２ａとしては、図示のように回転方向側
に面する面を鋭く、その反対側の面をなだらかにした形
状のものの他に、両面を対称的にした正弦波形状のもの
を用いても良い。

また、この点火信号発生装置１２から出力される機関の
回転速度に同期した点火信号ＳＦは、点火コイル９の一
次電流の遮断タイミングを決定するための信号であり、
導通時間制御用の第１の比較回路１３と上記遮断タイミ
ングより予め定めた時間だけ前の進みタイピング決定用
の第２の比較器１５とに夫々出力される。

第１の比較回路１３は、バッテリ７の電圧を分圧して第
４図（イ）に示すような基準値Ｓｒｌを形成する抵抗Ｒ
１，Ｒ２と、点火信号ＳＦと基準値Ｓｒ１とを比較する
オペアンプＯＰｌとからなり、ＳＦ≧Ｓｒ１の時にのみ
ハイレベル５Ｈ“となる第４図←）に示すような導通角
信号Ｓ＋を出力する。

すなわち、この第１の比較回路１３は、点・火信号ＳＦ
を基準値Ｓｒｌによって定められた導通時間τｌ　（第
４図（ロ）参照）だけハイレベル＼＼Ｈ〃となる導通角
信号Ｓ１に波形整形する作用をなしている。

スイッチング回路１４は、第１の比較回路１３からの導
通角信号Ｓ１を反転するインバータＧ。

と抵抗Ｒ３〜Ｒ５とパワートランジスタＴｒ１．Ｔｒ２
とからなり、第１の比較回路１３からの導通角信号ｓ１
がハイレベルＶ″Ｈ〃の間、第４図（ハ）に示すように
点火コイル９の一次巻線９ａに一次電流りを流すと共に
、導通角信号Ｓ１がゝゝＨ〃から１Ｌ“に立下る時点ｔ
ｎ、ｔｎｌ、・・・毎に・−次電流Ｉｌを遮断する。

そして、このスイッチング回路１４によって、点火コイ
ル９の一次電流１が遮断される時点ｔｎ、ｔｎヒ・・毎
に、二次巻線９ｂには第４図例に示すような相互誘導に
よる高電圧ＶＰ（−１５〜−２５ＫＶ）が発生する。

そして、この高電圧Ｖｐによってその発生時にディスト
リビュータ１０により選択されている点火プラグ１１の
電極間がブレークダウン（絶縁破壊）されるため、容量
放電とそれに引き続く誘導放電が起こる。

次に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の作動制御に就て述べ
る。

第２の比較回路１５は、バッテリ１の電圧を分圧して第
４図（イ）に示すような基準値５ｒｚ（Ｓｒ２＞５ｒｔ
）を形成する抵抗Ｒ６，Ｒ７と、点火信号ＳＦと基準値
Ｓｒ２とを比較するオペアンプＯＰ２とからなり、ＳＦ
≧Ｓｒ２　　の時にのみハイレベル“Ｈ“となる進みタ
イミング決定用のタイミングパルス信号Ｓ２（第４図に
）参照）全出力する。

すなわち、この第２の比較回路１５は、点火信号ＳＦに
基づいて基準値Ｓｒ２とＳｒｔとの差５ｒ２−．Ｓｒｔ
　と点火信号ＳＦの立下り特性とで定まる時間τ２だけ
点火コイル９の一次電流１１　の遮断タイミングｔｎ　
、　ｔｎｌ・・・　より前の進みタイミングｔｎ−ｔ　
、　ｔｎｌ−１、・・・で夫々ゝゝＨ“がらゝゝＬ”に
立下るタイミングパルス信号Ｓ２を形成している。

なお、時間τ２の値としては、ＤＣ−ＤＣコンバータ１
８の発振立上り遅れ時間１５０〜５００μｓｅｃを考慮
して、例えば５００μ８ｅｅ〜１　ｍ　ｓｅｃの範囲の
値を適宜選ぶ。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の発振期間決定用の単安定マ
ルチパイプレーク（Ｍ／Ｍ　）　１６は、抵抗Ｒ８と、
インバータＧｌ、アンドゲートＧ２．及びフリップフロ
ップ回路ＦＦからなる日立社製のｒＨＤ７４１２１Ｊと
称せられるＭ／Ｍ専用ＩＣと、パルス幅を決定するため
の時定数設定用の抵抗Ｒ９及びコンデンサＣ１とからな
り、第２の比較回路１５からのタイミングパルス信号Ｓ
２の各立下りでトリガされて、第４図（ホ）に示すよう
な各進みタイミングｊｎ−１，ｔｎｌ−ｓ　、・・・か
ら時間τ３だけハイレベル１Ｈ“となる制御信号Ｓ３を
出力する。

なお、時間τ３の値としては、ＤＣ−ＤＣコンバータ１
８による点火エネルギの注入効果が機関のアイドル運転
時（５００〜８００ｒｐｍ）に顕著であり、且つその時
の注入時間が３〜６　ｍ　ｓｅｃの場合に最も有効であ
ることから、３〜６　ｍ　ｓｅｃの値を選ぶ。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の作動制御手段であるスイッ
チングトランジスタＴｒａは、制御信号Ｓ３によってオ
ン・オフされ、制御信号Ｓ３が第４図（ホ）に示すよう
に各進みタイピングｔｎ−１、ｔｒ＋＋−１，−でゝゝ
Ｌ“からゝゝＨ“に立上る毎にオンして、コイルＣＬと
コンデンサＣ２，Ｃ３とからなるノイズ吸収用フィルタ
回路１７を介してコレクタに印加されているバッテリＴ
の電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ１８に時間τ３の間供給
する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１８は、ロイヤ回路にブリッジ整
流回路を組み合わせた自己発振型コンバータによって構
成してあり、次のように作用する。

すなわち、昇圧トランスＴの一次巻線Ｌ１のセンタタッ
プと帰還巻線Ｌｆのセンタタップに、抵抗ＲＩＯ，Ｒ１
１及びコンデンサＣ４を介して電圧を印加すると、−次
巻線Ｌ１の両端とアース間に夫々介挿したトランジスタ
Ｔｒ４　、Ｔｒ５が帰還巻Ｉ　Ｌｆ（０作用によって交
互にオン・オフして昇圧トランスＴの励磁電流の方向を
交互に逆転し、それによって二次巻線Ｌ２の両端に高電
圧の交番信号が発生し、この交番信号をブリッジ整流器
ＲＦＣによって直流に変換した後、コンデンサＣ５に充
電することによって、高圧出力端子ＯＵＴから直流高電
圧Ｖｏ　　（例えば−１〜−４ＫＶ　）が出力される。

なお、抵抗Ｒ１２はイグニッションスイッチ８がオフの
時にコンデンサＣ５の充電電荷を徐々に放電させるため
のものである。

したがって、スイッチングトランジスタＴｒ３が第４図
（ホ）に示す各進みタイはングｔｎ−＋　、　Ｌｎ＋−
４，・・・毎にオンしてバッテリ７の電圧が一次巻線Ｌ
１と帰還巻ｍＬｆの各センタタップに印加されると、ロ
イヤ回路の発振の立上り遅れによって時間τ２後、すな
わち点火コイル９の一次電流の遮断タイミングｊｎ、　
ｔｎ＋　、・・・（第４図（→参照）において第４図（
へ）に示すような無負荷発振電圧ＶＮＬが発生する。

そして、遮断タイミングｔｎ　、　ｔｎｔ　、・・・で
前述したように点火プラグ１１がブレークダウンして誘
導放電が開始されると、無負荷発振電圧ＶＮＬは第４図
（へ）に示す負荷発振電圧ＶＬに変わり、スイッチング
トランジスタ’ｌ’ｒ３がオンしている間、両発振電圧
によってチャージされるコンデンサＣ５がら直流高電圧
Ｖｏが点火プラグ１１の電極間に印加されるため、持続
放電がなされる。

そして、スイッチングトランジスタＴｒ３がオフすると
、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の発振は停止するが、高電
圧でチャージされたコンデンサｃ５からの自然放電電荷
によって点火プラグ１１の放電が第４図（ト）に示すよ
うにさらに時間τ４だげ延長されるため、放電時間はト
ータルで時間τ８、例えば３〜６　ｍ　ｓｅｃ　　とな
る。

このように、点火プラグ１１がブレークダウンすると直
ちに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８から高電圧Ｖｏが出力
されるため、放電が途切れることがなく、第４図（ト）
に斜線を施して示すような量の点火エネルギをＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ１８から注入することができるばかりか、
放電が第２図（ロ）に示すように変動することもなくな
る。

第５図は、この発明の第二実施例を示す一部省略した回
路構成図である。

なお、第５図及び第６図に示す信号波形図において、第
３図及び第４図に示す信号波形図と対応する部分及び信
号名には同一符号を付してそれ等の説明を省略する。

この第二実施例の特徴は、第一実施例ではＤＣ−ＤＣコ
ンバータ１８の作動（発振）時間を時間τ３　に固定し
ていたのに対し、機関の回転速度の上昇に応じて時間τ
３を短縮するようにした点にある。

すなわち、第３図の単安定マルチバイブレータ１６と時
定数設定用の抵抗とコンデンサの値のみが異なる単安定
マルチバイブレータ２０は、第２の比較回路１５からの
タイミングパルス信号ｓ２（第６図に）参照）の各立下
りでトリガされて、第６図（ホ）に示すようなパルス信
号Ｓ４を出力する。

一方、バッテリ７の電圧を分圧して第６図（イ）に示す
ような基準値５ｒ３（Ｓｒ３　＜　Ｓｒ１　＜　Ｓｒ２
　）を形成する抵抗Ｒ１３，Ｒ１４と、点火信号ＳＦと
基準値Ｓｒ３とを比較するオペアンプＯＰａとからなる
第３の比較回路１９が、ＳＦ≧Ｓｒ３　　の時にのみハ
イレベルゝゝＨ〃となる第６図（へ）に示すようなタイ
ミングパルス信号Ｓ５を出力すると、単安定マルチバイ
ブレータ２０と同様の時定数を有する単安定マルチバイ
ブレータ２１がその各立下りでトリガされて、第６図（
ト）に示すようなパルス信号Ｓ６を出力する。

プリセット端子ＰＲとクリア端子ＣＬとを有するＤ型フ
リップフロップ回路（例えば日立社製の「ＨＤ７４７４
」）２２は、Ｄ端子とクロック端子Ｃをアースしている
ため、プリセット端子ＰＲとクリア端子ＣＬとに夫々パ
ルス信号Ｓ４　、　Ｓ６をインバータＧ３．Ｇ４で反転
させたパルス信号Ｓ４．Ｓ６を入力すると、出力端子Ｑ
からは第６図（ト）に示すような遮断タイミングｔｎ、
ｔｎｌ、・・・（第６図（／→参照）より前の進みタイ
ミングｔｎ−ｔ　、　ｔｎ＋−ｓ　＋・・・から時間τ
３だけハイレベルゝゝＨ“となる制御信号Ｓ７が出力さ
れる。

このようにして形成した制御信号Ｓ７のパルス幅を示す
時間τ３は、機関の回転速度が上昇して点火信号ＳＦの
周波数が高くなる程短かくなるから、この制御信号Ｓ７
によってスイッチングトランジスタＴｒ３をオン・オフ
すれば、第二実施例と同様な効果を奏するばかりか、機
関の要求に合った放電時間の放電を行なうことができろ
。

なお、第３の比較回路１９における基準値Ｓｒ３として
は、機関がアイドル運転（５００〜８００　ｒｐｍ）状
態にある時に、時間τ３が３〜６　ｍ　ｓｅｃとなるよ
うな値を選ぶ。

また、第５図における抵抗Ｒ１９は、バッテリ７の電圧
を落して、Ｄ型フリップフロップ回路２２の電源端子Ｖ
ｃｃに所定の電圧を供給するためのものである。

さらに、第３図の第一実施例において、単安定マルチバ
イブレータ１６の抵抗Ｒ９又はコンデンサＣ１の値を機
関の回転速度に応じて可変するようにすれば、第５図の
第二実施例と同様な効果を奏する。

さらにまた、上記各実施例において、制御信号Ｓ３．Ｓ
７を例えば機関が低負荷又は低回転（２０００ｒｐｍ以
下）の時にのみ有効とするような論理回路を設ければ、
これらの運転状態で、点火時期を進角制御あるいは気薄
燃焼させたときでも安定した運転ができるなど機関の要
求に叶った点火エネルギの注入を行なうことができる。

なお、上記各実施例において、バッテリ７、イグニッシ
ョンスイッチ８　ｚ　ディストリビュータ１０゜点火プ
ラグ１１．及び点火信号発生装置１２を除く各構成要素
を一体的にモールド成形するようにしても良い。

以上説明したように、この発明による内燃機関の点火装
置にあっては、トランス形のＤＣ−ＤＣコンバータの高
電圧出力が立上る時点と、点火プラグがブレークダウン
される時点とが常に一致するようにしたので、従来のよ
うに放電が途切れることがなくなるため、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータによる点火エネルギの注入効果を如何なく発揮
することができる。

また、燃焼変動が抑制されるので、発生トルクが均一に
なる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の内燃機関の点火装置の一例を示すブロ
ック構成図、 第２図（イ）（ロ）は、夫々第１図の装置の問題点の説
明に供する波形図、 第３図は、この発明の第一実施例を示す回路構成図、 第４図（イ）〜（ト）は、夫々第３図の動作説明に供す
る各部の信号波形図、 第５図は、この発明の第二実施例を示す一部省略した回
路構成図、 第６図（イ）〜（ホ）は、夫々第５図の動作説明に供す
る各部の信号波形図である。 ９・・・点火コイル　　　９ａ・・・−次巻線９ｂ・・
・二次巻線　　１０・・・ディストリビュータ１１・・
・点火プラグ　１２・・・点火信号発生装置１３・・・
第１の比較回路 １４・・・スイッチング回路 １５・・・第２の比較回路（タイミング決定手段）１６
．２０．２１・・・単安定マルチバイプレータ１８・・
・ＤＣ−ＤＣコンバータ １９・・・第３の比較回路 ２２・・・Ｄ型フリップフロップ回路 Ｔｒ３・・・スイッチングトランジスタ（作動制御手段
）１９− 第１図 第２図 １０ム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　通常の点火回路に加えて点火コイルの二次側に点火
   エネルギを注入するトランス形のＤＣ−ＤＣコンバータ
   を具備した内燃機関の点火装置において、前記点火コイ
   ルにおける一次電流の遮断タイミングを決定するための
   点火信号に基づいて、前記遮断タイミングより予め定め
   た時間だけ前の進みタイミングを決定するタイミング決
   定手段と、このタイミング決定手段によって決定された
   進みタイミングで前記ＤＣ−ＤＣコンバータを作動させ
   る作動制御手段とを設けたことを特徴とする内燃機関の
   点火装置。