JPS59190479A - 内燃機関点火装置 - 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】 本発明は機械的な配電機構を有しない電気的な一火花の
配電を行なう点火装置に関するものである。

従来のこの種の点火装置としては、１次電流を正、逆交
互に遮断して、２次電圧を高圧ダイオードにより分配す
る電流遮断式のものがあるが、電圧の立上りが遅いこと
や高速回転域での出力電圧が低下する等の欠点がある。

本発明の目的は上記の従来形における欠点に鑑み、機械
的な配電機構のないコンデンサ放電式の点火装置を提供
することにある。

本発明の４気筒エンジンにおいては、１回ごとに極性の
反転する高電圧を発生する１個の点火コイル、該点火コ
イルの２次側の一方の端子には極性の異なる２個の高圧
ダイオードを介して２つの気筒のそれぞれの点火栓にハ
イテンションコードで結線し、他方の端子にも極性の異
なる２個の高圧ダイオードを介して残りの２つの気筒の
それぞれの点火栓にハイテンションコードで結線するよ
うにした点火装置が提供される。

本発明の一実施例として、４気筒内燃機関の点火装置が
第１図に示される。

１はバッテリであり、２はエンジンキースイッチで、運
転時には閉成し、停止時には開放となるものである。３
はトランジスタを自励発振させトランスで昇圧した後、
整流して直流高電圧を供給する周知のＤＣ−ＤＣコンバ
ータで、前記バッテリ１の電圧（１２Ｖ）から約３００
■の電圧を発生するものである。４はコンデンサで前記
ＤＣ・ＤＣコンバーク３の出力電圧を平滑化して蓄え、
後述の過渡的な大電流を供給するためのものである。５
は点火時期検出用のシグナルロータで、エンジン回転数
の１／２の回転数で同期して回転する図示しないシャフ
トに取付けられており、４つの突起部５２を有している
。５３は点火時期検出用のピックアップで、磁性材料よ
りなる磁心５３］のまわりに巻装されたコイル５３３と
永久磁石５３２とから構成されており、前記シグナルロ
ータ５１の突起部５２がピックアップ５３の磁心５３１
と対向したとき閉磁路が形成されるように配置されてお
り、シグナルロータ５１の回転に件なって第３図（１）
に示すような信号を発生ずる。

さらに、シグナルロータ５１とピックアップ５３の位相
関係は、図示しないがエンジン回転数、負荷に応して適
当に変化するようになっており、最適な点火時期が得ら
れるように作動する。６は前記ピックアップ５３の出力
他号を波形整形し、第３図（３）に示すごとく点火時期
に対応したルベルの信号を出力する整形回路である。該
整形回路６は公知であるので説明は省略する。７は気筒
判別用のシグナルロータで、エンジン回転数の１／２の
回転数で同期して回転する図示しないシャフトに取付け
られており、１つの突起部７１を有している。７２は気
筒判別用のピックアップで前記ピックアップ５３と同じ
原理のものであるが、ただ点火時期検出用のピックアッ
プの磁心はシグナルロータ５１の２つの突起部と閉磁路
を形成する構造になっているが、本磁心は開磁路の構造
になっている。また、シグナルロータ７０とピックアッ
プ７２との位相関係は前記シグナルロータ５】とピック
アップ５３とは異なりエンジン回転数、負荷により変化
しなくて固定である。シグナルロータ７０が１回転する
とピンクアップ７２の出力に第３図（２）に示すごとく
１サイクルの出力が発生ずる。この信号の発生位置は第
１気筒の上死点前６０“の位置である。８は整形回路で
前記整形回路６と同じ回路構成であり、ピ・ノクア・ノ
ブ７２の出力信号を波形整形し、第３図（４）に示すご
とくルベルの信号を出力する。

第１図装置におけるトリガ信号発生回路９の詳細を第２
図に示す。端子９０１には前記整形回路６からの信号が
接続される。端子９０２には前記整形回路８からの信号
が接続される。９０５はデコーダ付カウンタで東芝製Ｉ
Ｃ品番ＴＣ４０２２を使用している。そのリセット端子
（Ｒ）には前記整形回路８の出力が人力され、デコーダ
付カウンタ９０５はリセットされる。クロック端子（Ｃ
Ｉ、）には前記整形回路６の出力が入力され、カウント
シていく。リャノ１−されてから１番目の信号によりデ
コーダ付カウンタ９０５の”　１　”出力にはデコード
された信号が第３図（５）のように出される。同様に２
番目の信号により２”出力には第３図（６）の波形が、
３番目の信号により“３パ出力には第３図（７）の波形
が、４番目の信号により４”出力には第３図（８）の波
形がそれぞれ出される。なお“４”出力のルベルの時間
が他の出力より短いのは途中でリセットされるからであ
る。ＯＲゲ−ｌ−９０６の一方の入力は前記カウンタ９
０５の“１”出力に、他方の入力は“３”出力に接続さ
れ、出力には第３図（９）の波形を出す。ＯＲゲート９
０７の一方の入力は前記カウンタ９０５の“２”出力に
、他方の入力は“４゛出力に接続され、出力には第３図
００の波形を出す。９０８はハソファで入力は前記ＯＲ
ゲート９０６に接続され、出力はワンショットマルチ９
０９の入力Ｂに接続される。ワンシａ　ソトマルチ９０
９はＴＩ社製ＩＣ品番７４ＬＳ２２１を使用し前記バッ
ファ９０８の出力の立上りでトリガされ、コンデンサ９
１０、抵抗９１１で定まる一定時間（例えば５μ　５ｅ
ｃ）だけＯレヘルとなる信号を出力Ｇに発生する（第３
図（１１））。この信号は抵抗９１２．９１４を介して
トランジスタ９１３のベースに接続されており、前記ワ
ンショットマルチ９０９のζ出力が０レベルのときトラ
ンジスタ９１３はオンとなり、そのコレクタずなわち出
力端子９０３にルベルの信号を発生する。これをトリガ
信号ＴＲＧ　（Ａ）とする。９２１はバッファでその入
力は前記ＯＲゲート９０７に接続され、出力はワンショ
ットマルチ９１５の人力Ｂに接続される。ワンショ・ノ
１マルヂ９１５はＴＩ社製ＩＣ品番７　４　Ｌ　Ｓ　２
　２　１を使用し、前記バ・ノファ９２１の出Ｖの立上
りでトリガされ、コンデンサ９１１６、抵抗９１７で定
まる一定時間（５μ　ｓｅｃ）だけ０レベルとなる信号
を出力口に発生する〔第３図（１２））。この信号は抵
抗９１８、９２０を介してトランジスタ９１９のベース
に接続されており、前記ワンショ・ノＩ・マルチ９１５
のζ出力がＯレベルのときトランジスタ９１９はオンと
なり、そのコレクタすなわち出力端子９０４にルベルの
信号を発生する。

これをトリガ信号ＴＲＧ　（Ｂ）　とする。

第１図において、１０は駆動回路で前記１１ツ力゛信号
発生器９の出力ＴＲＧ　（Ａ）とＴＲＧ　（Ｂ）信号に
より点火コイル１６を駆動する。

１３は第１のサイリスクでそのアノードは前記コンデン
サ４の子端子に接続されており、カソードは共振用コン
デンサ１５に接続されている。第１のサイリスク１３の
ゲーＩ・には絶縁用のパルストランス１４を介してトリ
ガ信号ＴＲＧ　（Δ）が供給されてり、ダイオード１３
１、抵抗１３２、コンデンサ】３３、抵抗１３４からな
るノイズ防止回路を通してゲートに接続されている。共
振用コンデンサ１５は点火コイル１６の１次コイル１７
に接続されており、コンデンサ４、第１のサイリスタ１
３、共振コンデンサ１５、１次コイル１７からなる１つ
の閉回路を形成する。

点火コイル１６は巻数比１００〜２００程度の１次コイ
ル１７、２次コイル１８とコア】９から成り、１次コイ
ル１７と２次コイル１８はコア１９を介して磁気的に結
合しており、１次コイル１７に発生する電圧を昇圧して
２次コイル１８から出力する。

２０は第２のサイリスクで、そのアノードは前記第１の
サイリスタ１３と共振コンデンサ１５の接続点に接続さ
れζおり、そのカソードは前記点火コイル１６の１次コ
イル１７の一ＤＩ子（ＧＮＤ）に接続されており、１次
コイル１７、共振コンデンサ１５、第２のサイリスク２
０かも成る１つの開回路を形成する。

第２のサイリスタ２０のゲートはパルストランス２１を
介してトリガ信゛号発生回路９からトリガ信号ＴＲＧ　
（Ｂ）か供給されており、ダイオード２０１、抵抗２０
２、コンデンサ２０３、抵抗２０４から成るノイズ防止
回路を通してゲートに接続されている。

点火コイル１６の２次コイル１８の一方の端子は高圧ダ
イオード３０の負極と高圧ダイオード３１の正極に接続
され、他方の端子は高圧ダイオード３２の正極と高圧ダ
イオード３３の負極に接続されている。前記高圧ダイオ
ード３０の正極はノ＼イテンションコードを介して第１
気筒の点火栓４０に接続される。高圧ダイオード３１の
負極はｌ＼イテンションコードを介して第３気筒の点火
栓４１に接続される。高圧ダイオード３２の負極はハイ
テンションコードを介して第４気筒の点火栓４２に接続
される。高圧ダイオード３３の正極はハイテンションコ
ードを介して第２気筒の点火栓４３に接続される。

次に第１図装置の作動について説明する。第３図は各部
の信号を示す波形図である。まず、エンジンキースイッ
チ２をオンにすると、ＤＣ−ＤＣコンバータ３に直流電
源１から電力が供給されコンデンサ４に約３００Ｖの直
流電圧が常時蓋えられる。エンジンの回転に応してシグ
ナルロータ５１が回転し、ピックアップ５３のコイル５
３３に第３図（１）のような波形の起電力が発生する。

この起電力の正から負へきりかわる点が点火時期である
。

同様にシグナルロータ７０が回転し、ピンクアップ７２
の出力には第３図（２）の波形が発生ずる。

この波形の正から負へ切りかわる点が第１気筒のＢＴＤ
Ｃ６０°である。

整形回路６は前記ピックアップ５３の出力を波形整形し
て出力する〔第３図（３１ｅ：同様に整形間１１各８は
前記ピックアップ７２の出力を波形整形して出力する〔
第３図（４）〕。整形回路６．８の出力信号はトリガ信
号発生回路９に入力され、トリガ信号ＴＲＧ　（Ａ）と
ｌ・リガ信号ＴＲＧ（Ｂ）の２つの信号を出力する。Ｔ
ＲＧ　（Ａ）の信号は第１、第４気筒の点火時期に相当
し、ＴＲＧ　（Ｂ）の信号は第３、第２気筒の点火時期
に相当する。

次に高圧発生部の動作を第４図の波形図を参照して説明
する。ＴＲＧ（Ａ）（第４図（１）〕はパルストランス
１４、ノイズ防止回路を介して第１のサイリスタ１３を
トリガする。同様にトリ力信号ＴＲＧ（Ｂ）（第４図（
２）〕はパパルストラランス２１ノイズ防止回１ノδを
介して第２のサイリスタ２０をトリガする。

時間的には先に第１のサイリスタ１３がＩ・リカされて
オンになるので、この動作から説明する。

第１のサイリスタ１３がオンすると、コンデンサ４、第
１のサイリスク１３、コンデンサ１５および１へコイル
１７からなる閉ループに電流が流れる。このとき、コン
デンサ４の容量は、コンデンサ１５の容量に比べて十分
大きいので、コンデンサ４を一定電圧Ｖ（３００Ｖ）の
電源と考えてよい。また、回路の抵抗骨（１次コイル１
７の抵抗および第１のサイリスク１３の抵抗）は十分小
さいため、この第１の閉回路は、コンデンサ１５の容量
Ｃ（例えば１μＦ）と１次コイル１７のインダクタンス
ｆ、　（例えば１ｍＨ）とで決まる条（ｔｌで共振する
。

共振時の電流は第１図におりるコンデンサ４の正極−サ
イリスク１３−コンデンサ１５−１７ＸＪイル１７−コ
ンデンサ４の接地極の方向に流れ、先のＣとＬから旧算
上は次式で表わされる正弦波状となる。

すなわち、ピーク時で約９．５への大電流が流れる〔第
４図（３１）。

この電流をＤＣ−ＤＣコンバータ３で全てまがなうとす
ると、ＤＣ−ＤＣコンバータ３が大きくなってしまう。

ピーク電流の流れる時間は短いので、ふだんはコンデン
サ４に蓄えておいて大電流時にはこのコンデンサ４から
供給するようにするとＤＣ−ＤＣコンバータ３の容量は
少なくてすむため小型化できるという効果がある。

コンデンサ１５に加わる電圧は次式で表わされる。

すなわち、電源電圧■の２倍のピーク値が得られるが、
実際にはエネルギーの消費とか損失があるため約１．５
倍ぐらいとなる〔第４図（４）〕。ｆｆ１４図（４）に
おいて破線は計算値を、実線は実際値をあられず。

１次コイル１７に加わる電圧は、計算上、次式７式％ しかし、この場合も実際の回路では約１．５倍ぐらいで
ある〔第４図（５）〕。第４図（５）において破線は計
算値を、実線は実際値をあらゎず。第１のサイリスク１
３はｉ＞Ｑのときのみオンを持続するがｉ＜Ｑとなると
転流してオフとなる。

本実施例による１次コイル、コンデンサ、第１のスイッ
チング素子、および直流電源を含む回路には（１）式に
示した振動電流が流れるため、自動的に第１のサイリス
タ１３は転流するので特別に転流回路を付加しなくても
よいという特徴がある。

前記（１）式でｉ＝Ｑとなる時間１．は１．＝πＪｒテ
”；　９８　ｔｌ　　ｓｅｃとなり、このときｆｆｉ　
１のサイリスタ１３はオフする。実際に第１のサイリス
タ１３がオフするのは、回路電流が第１のサイリスク１
３の保持電流値（約５０〜］−００ｒｎ　Ａ　）以下と
なった時であり、ｔｌはもう少し短くなる。

第１のサイリスタ１３がオフとなったとき、コンデンサ
１５と１次コイル１７との共振の半周期でボールドされ
た状態となり、コンデンサ４より供給されたエネルギー
は、コンデンサ１５に蓄えられていることになる。この
ときのコンデンサ１５の端子間電圧は理想的には（２）
式より電源電圧■の２倍となるが、実際には回路の損失
分および、ｎイ４しくけ後で述べるか２次コイルを通し
てエネルギーが消費されるので、電ｆｆＥ電圧■の１．
５倍ぐらいとなる。

コンデンサ１５に蓄えられたエネルギーを概算すると、
次式で表わされる。

次に、第２のサイリスク２０がトリガされた場合につい
て説明する。第２のサイリスク２０は、第１のサイリス
タ１３が転流してオフになった後でトリガされるので、
！Ｂ１のサイリスタ１３と第２のサイリスク２０が両方
同時にオンになって、コンデンサ４をショートすること
はない。第２のサイリスク２０がオンすると、１次コイ
ル】７、コンデンサ１５、第２のサイリスク２０から成
る閉回路に、コンデンサ１５に蓄えられていたエネルギ
ーによって先程とは逆向きの第１図にお＋３る１次コイ
ル１７の」−側端子−コンデンサ１５−サイリスク２０
−１次コイル１７の下側端子の方向の振動電流が流れる
。この電流値は計算上は次式％式％ しかし、実際にはこれより少なくなる〔第４図（３）〕
。

コンデンサ１５および１次コイル１７の電圧は第４図（
４）、（５）のλうになる。この場合、電流値および１
次コイル１７の電圧のピーク値は、実際には先程の第１
のサイリスク１３がオンの場合に比べて約１．５倍ぐら
いとなる。第２のサイリスク２０のオン時間は第１のサ
イリスク１３の場合と同しｔ２−１Ｆ「で−９８μ　ｓ
ｅｃより少し短い時間であり、このとき第２のサイリス
ク２０は自動的に転流してオフとなるので、特別な転流
回路は不要である。

この後、連続して第１のサイリスタ１３と第２のサイリ
スク２０を交互にトリガすることにより１次コイル１７
にくり返し逆方向の電流が流れる［第４図（３）〕。回
路の損失がないとすると、回路に流れる電流、コンデン
サ１５の電圧、１次コイル１７の電圧はスイツチングを
くり返すたびに増加して発散していくことになるが、実
際には２次コイル１８を介してエネルギーか消費され、
また各部に損失があるので、最初の２〜３回のくり返し
でほぼ一定のピーク値となる。

ここまでの説明では、点火コイル１６の２次コイル１８
のことは考えていなかったが、１次コイル］７と２次コ
イル１８とはトランス結合しており、その変圧比は１　
：　］、　００であるとすると１次コイル１７の印加電
圧の１００倍の電圧が２次コイルに発生ずる。ただし、
これは理想的な場合であって、実際にはトランスの結合
度および損失等から約７０％程度となる。

２次コイル１８に発生する電圧を計算すると、電＃電圧
Ｖ＝３００ｖ、変圧比１００の場合、次式で表わされる
。

Ｖ　２　＝　３００　Ｘ　１．５　Ｘ　１００　Ｘ　０
．７　＝　３１．５　ＫＶ・・・・・・（６） この電圧は、放電による点火を行なうには十分な電圧で
ある。ただし、１次コイルの電圧波形は第４図（５）に
示すように急峻な部分があるが、２次コイルの出力は、
２次コイルのインダクタンス、分布容量で共振を起こし
第４図（６）のように乱れた波形となる。ただし放電が
起った場合には共振は生じない。

１次コイル１７にくり返し逆方向の電圧、電流が加わる
ので、２次コイル１８にもこれに対応した短周期で正負
交互にくり返す高電圧が発生ずる。

そして、２次コイル１８のａ−５間が負の発生電圧の場
合には第１気筒の点火栓４０−ダイオ−Ｆ　３０−２次
コイル１８−ダイオード３２、第４気筒の点火栓４２の
ループに電流が流れるので点火栓４０と４２が点火する
。正の発生電圧の場合には第２気筒の点火栓４３−ダイ
オード３３−２次コイル１Ｂ−ダイオード３１−第３気
筒の点火栓４１のループに電流が流れるので点火栓４１
と４３が点火する。従って、トリガ信号ＴＲＧ（Ａ）に
おいては第１、第４気筒の点火栓が点火するが、点火に
必要のない一方の点火栓には吸入行程の初期でありほと
んど大気圧であるので、この場合に放電しても問題はな
い。ＴＲＧ　（Ｂ）においては第３、第２気筒の点火栓
が点火する。

なお、本発明の実施にあたっては、前述のほが種々の変
形形態をとることが可能である。例えば前述の実施例に
おいてスイッチング素子としてサイリスクを用いたが、
トランジスタ、ＦＥＴ、真空管、サイラトロン等地のス
イッチング素子を用いることもできる。また、前述の実
施例ではトリ力信号ＴＲＧ　（Ａ）　、ＴＲＧ　（Ｂ）
をパルストランスを介してサイリスクに供給したが、フ
ォトカプラ、音響カプラ等地の伝導手段を用いてもよい
。

さらにトリガ信号Ｂは絶縁する必要はないので、直結し
てもよい。また、前述の実施例では電源としてＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータを用いたが、マグネト−等の比較的高電圧
を発生する発電機を設け、その出力電圧で直接コンデン
サ４を充電するようにしてもよい。

以」二のように本発明においては、コンデンサと１次コ
イルとで共振回路を形成し、第１のスイッチング手段に
よってこの共振回路にエネルギーを供給し、その一部は
２次コイルに高電圧を発生セしめ、さらに第２のスイッ
チング手段で共振状態を反転させて２次コイルに高電圧
を誘起させる。

そして、これらの動作を各気筒の点火時期で行い、該２
次コイルの両端と各気前の点火栓との間に複数個の高圧
ダイオードを挿入し、前記２次コイルの発生電圧の極性
により点火する点火栓を選択することにより、メカニカ
ルな配電機構をなくすことが出来、しかもコンデンサ放
電式点火装置の特性である立上りが速く、高速回転域で
の出力電圧低下をなくすことができるという優れた効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての内燃機関の点火装置
を示す図、第２図は第１図装置におけるトリガ信号発生
回路の構成を示す電気回路図、第３図および第４図は第
１図装置及び第２図のトリガ信号発生回路の各部におけ
る信号の波形を示す波形図である。 １・・・バッテリ、３・・・ＤＣ−ＤＣコンバータ、９
・・・トリガ信号発生回路、１３・・・第１のスイッチ
ング素子をなすサイリスク、１５・・・コンデンサ、１
６・・・点火コイル、１７・・・１次コイル、１８・・
・２次コイル、２０・・・第２のスイッチング素子をな
すサイリスク、３０〜３３・・・高圧ダイオード、４０
〜４３・・・点火栓。 代理人弁理士　岡　部　　　隆 第１頁の続き ０発　明　者　吉永融 西尾市下羽角町岩谷１４番地株式 ％式％ 豊田型トヨタ町１番地トヨタ自 動車株式会社内 ■出　願　人　トヨタ自動車株式会社 豊田市トヨタ町１番地

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流電圧を発生する直流電源、゛１次コイルと２次コイ
   ルを有する点火コイル、該１次コイルに直列に接続され
   たコンデンサ、前記１次コイル、コンデンサおよび直流
   電源を含む閉回路を構成する第１のスイッチング素子、
   前記１次コイル、コンデンサを含む閉回路を構成する第
   ２のスイッチング素子、複数個の点火指示信号に従って
   動作し前記第１のスイッチング素子および第２のスイッ
   チング素子が点火時期のタイミングで交互に導通するよ
   うに通電信号を発生するトリガ信号発生回路、および前
   記点火コイルの２次コイルの両端と内燃機関の各気筒の
   点火栓との間に複数個挿入され、前記コイルの発生電圧
   の極性により点火する点火栓を選択するように構成した
   高圧ダイオードを具備する内燃機関点火装置。