JPS6054511B2 - 容量放電式複数火花点火装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、車両の内燃機関の点火装置、ことに容量放
電式複数火花点火装置の改良に関する。

近年、排気循環制御や希薄燃焼等の車輌における排気
ガス対策により、機関の点火栓は汚損しやすい状況にあ
る。このような状況下では、放電火花の立ち上がりが早
い容量放電式の点火装置が本来は有利なはずであるが、
放電特続時間が短いために着火性に問題がある。放電特
続時間は、コンデンサ容量と点火コイル−次インダクタ
ンスとで決定されるので、一次インダクタンスを大きく
とれば（容量の方は充電応答、外形形状等々の実際的制
約からむやみに大きくはできない）、放電特続時間を伸
ばすことはできるが、そのようにすると、点火コイルニ
次電圧の立ち上がりが遅くなり、容量放電式であるがゆ
えの長所がそこなわれてしまう。 そこで、従来からも
、容量放電式の本来的長所、すなわち放電立ち上がり特
性の良好さをそこなわずに等価的に放電特続時間を伸ば
そうということから、一回の点火動作で複数の火花を発
生させる複数火花点火装置が本出願人の手によつても開
示されてきた。

本発明は、方式としては、この種の容量放電式複数火花
発生型の点火装置に係るものであるが、さらに回路的工
夫を施し、放電動作時間ないし単位点火動作当たりの放
電回数を機関の運転状況に応じて変更したい、等の要請
にこたえるために、放電特性の外部制御が可能な回路構
成を持つ点火装置を提供せんとするものである。

以下、添付の図面にそくし、本発明の実施例につき説明
する。

第１図は第一の実施例の回路構成を示しており、電源電
池１の電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ等の直流高
圧電源２の出力は、チョークコイル３、ダイオード４を
経て、放電用エネルギ蓄積コンデンサ５に与えられる。

コンデンサ５の両端には、点火コイル６の一次コイル６
ａと、第一スイッチング素子としてのサイリスタ９の直
列回路が接続され、サイリスタ９には並列逆方向接続の
ダイオード８が抱かされていて、後述の点火動作に伴う
コンデンサ充放電ループを形成している。この充放電ル
ープには、したがつて、点火動作に伴い、双方向性のル
ープ電流１１が流れ（後述）、また、点火コイル６の二
次コイル６ｂには、放電間隙２２が接続されている。充
放電ループを流れる電流を検出して、帰還信号電圧を得
るために、該ループに対して磁気的に結合した検出コイ
ル２３が設けられるが、この第一の実施例では、この検
出コイル２３は、一次コーイル７ａを充放電ループ中に
直列に入れたトランス７の二次コイル７ｂとして形成し
てある。

また、第一スイッチング素子９のトリガ入力ないし制御
入力、この場合のサイリスタ９のゲートに関しては、検
出コイル２３，７ｂ１コンデンサ．２０、抵抗１９、ダ
イオード１８、コンデンサ１４より成る自励発振帰還部
としての放電繰返し指令回路と、放電時間ないし単位点
火動作当たりの放電繰返し回数を外部から制御し得るた
めの放電制御回路としての、第二スイツチング素子（こ
の，場合Ｐｎｐトランジスタ）１６、抵抗１７、コンデ
ンサ１３、ダイオード１２、第三スイッチング素子（こ
の場合、Ｎｐｎトランジスタ）１５より成る回路が設け
られている。そして、各トランジスタ１５，１６のベー
スには、後述する例に見られるような適当な点火制御信
号発生回路２１からの各制御信号Ｓｌ５，Ｓｌ６が与え
られる。なお、サイリスタのゲート、カソード間に入つ
たダイオード１１と抵抗１０の並列回路は、良く用いら
れているように、このサイリスタのゲート保護用である
。点火制御信号発生回路には、機関の回路に同期して所
定の放電火花を生起させるため、断続器等、機関回転に
同期した装置からの点火信号Ｓｐ“が入力される。ここ
では、例えば断続器の閉、開に呼応する信号のように、
点火動作をうながす場合を“発生゛、そうでない場合を
“滅゛として第２図中に示しているが、もちろん、既存
の点火信号Ｓｐの種類に応じて、断続、開閉、オンオフ
、高レベル低レベル、等と読み替えることができる。以
下、第２図の各要部波形の摸式的な説明図も参照して、
この実施例装置の動作を説明するが、この実施例では、
まづ、第二スイツチング素子としてのトランジスタ１６
への制御信号Ｓｌ６は、点火信号Ｓｐの発生と共に、高
レベル（Ｈ）から低レベル（Ｌ）に遷移し、時間Ｔｓ後
に再び発生するパルス幅Ｐｗのパルス信号であり、第三
スイッチング素子としてのトランジスタ１５への制御信
号Ｓｌ５は、点火信号Ｓｐの発生と共にＨレベルからＬ
レベルに向かい、時間Ｔｓを経過後にＬレベルからＨレ
ベルに戻るものと、予め定めておく。

このような信号は、後続の点火制御信号発生回路２１の
一例によらずとも、既存の信号処理技術をして得ること
ができる。まづ、第２図中、左手の波形群に見られるよ
うに、一回の点火動作当たりの放電時間を時間Ｔｓで一
義的に定めておいて、その間の放電繰返し動作から説明
する。

機関が点火位置につき、点火信号Ｓｐが発生すると、制
御信号Ｓｌ５，Ｓｌ６、共にＬレベルとなり、Ｎｐｎト
ランジスタ１５はオフ、Ｐｎｐトランジスタ１６はオン
となる。

すると、抵抗１７、コンデンサ１３を介して、サイリス
タ９のゲート電流１Ｇ９が流れ、当該サイリスタ９はタ
ーン・オンする。これにより、コンデンサ５に高圧電源
２から蓄積された充電電荷は点火コイル６の一次コイル
６ａに放出され、サイリスタアノード電流１Ａ９として
のループ電流１１の正の半サイクルが流れ、点火コイル
６の二次コイル６ｂには高電圧が発生し、第２図中、ギ
ャップ電圧Ｖ２２で示すように、放電間隙２２にはまつ
一発目の火花放電が起きる。この一発目の火花放電を起
こすための最初のサイリスタゲート電流１Ｇ９だけは、
上述のように電源電池１からトランジスタ１６を介して
与えられるが、以下の放電繰返し動作には、最早、トラ
ンジスタ１６の助けは必要とせず、自励発振モードとな
る。逆に、トランジスタ１６は自励発振稼動のきつかけ
となる最初のゲート電流１Ｇ９を与えたなら、以後の動
作には干渉しないように、パルス幅Ｐｗをもつてトラン
ジスタ１６をターンオフするようになつている。上述の
ようにして、最初の火花が飛ぶに伴い、トランス７の二
次コイルないし検出コイル２３にもループ電流検出電圧
が発生し、第１図中で＋，一の極性で示すように、コン
デンサ２０を充電するが、この時にはまだ、この充電電
荷は一方向短絡用ダイオード１８にて短絡されるため、
サイリスタ９のゲートには影響を与えない。

しかし、コンデンサ５の放電電流ないしループ電流１１
は、当該コンデンサ容量とループ内直列インダクタンス
（この場合は点火コイル６及びトランス７の各一次コイ
ルインダクタンス和）とによるＬＣ共振回路の存在によ
り振動的となり、その極性が反転すると、サイリスタ９
はオフとなつてアノード電流１Ａ９も遮断されるが、こ
れと並列になつている逆方向接続のダイオード８に順方
向電流１８が流れ、これがループ電流１１の負の半サイ
クルを構成し、各一次コイル６ａ，７ａを介してコンデ
ンサ５を高圧電源２の出力に重畳的に再充電する。

この時にも、点火コイル６の二次コイルｂには高電圧が
発生し、放電間隙２２に第二の放電火花（−■２２）を
飛ばす。同時に、この時の負の半サイクルのループ電流
１１，１８は、検出コイル２３にて検出されて電圧変換
され、コンデンサ２０を第１図中、−，＋で示す電極に
充電する。すると、このコンデンサ２０を電圧源として
、ダイオード１１を介してコンデンサ１４が充電されて
いき、その両端電位Ｖｌ４は第２図中に示すように上昇
していく。主コンデンサ５の充電電流が零となつて、再
度極性が反転しようとすると、コンデンサ１４に充電さ
れていた電荷がサイリスタ９のゲートに二発目のトリガ
電流として放出され、サイリスタ９がターンオンして、
アノード電流１Ｇ９としてのループ電流■の二回目の正
の半サイクルが流れ、もつて三発目の放電火花が間隙２
２に生ずる。

以下、この動作を繰返し、もつて複数火花を得ることが
できる。

この一連の動作は、予め定めた期間Ｔｓ後に、先に既に
述べて置いたように、制御信号Ｓ，５をＨレベルに戻し
、同時に制御信号Ｓｌ６を再びＬレベル側に発生させれ
ば停止させることができる。すなわち、トランジスタ１
５のターンオンにより形成された電流路を介してダイオ
ード１２を通じ、サイリスタ９のゲートをカソード電位
に引き落とせば良い。以上をかんがみるに、一回の点火
動作中の放電火花数は、信号Ｓｌ６のパルス間隔Ｔｓ及
びこれと同じ時間の信号Ｓｌ５のパルス幅Ｔｓを短くす
れば少なく長くすれば多くすることができる。

尚、第２図中ては、模式的に放電火花数は実際よりもず
つと少なく示してある。しかして、次に、車両加速時等
において、放電時間を長くし、点火エネルギを増加させ
、点火能力を向上させることも、本発明装置のように、
二つの制御用スイッチング素子１５，１６を内蔵してい
れば容易にできることを証する。

すなわち、第２図中の、右半分に示すように、左半分の
時間Ｔｓを加速時に長くしてＴｌｎｃ＝Ｔｓ＋ΔＴとす
ることにより、単位点火動作当たりの放電火花数を増す
ために好適な、点火制御信号発生回路２１の一例につき
第２，３，４図にそくして説明する。

第４図において、点火信号Ｓｐは、第２図中のそれの゜
“発生゛をＨレベルＣ゜滅３５をＬレベルとする。

この信号Ｓｐは、第３図示の点火制御信号発生回路２１
中の波形変換回路２４に入力され、第４図二段目に示す
ように、点火信号Ｓｐの立ち上がりで電源電位Ｅ８から
接地電位Ｅ。

に向けて急速に立ち下がり、点火信号Ｓｐの立ち下がり
までに掃引的に電圧値がリニアに上昇して電源電位ＥＢ
に戻る三角波形Ｓｐ″に変換された後、比較器２５の正
入力（非反転入力）に入力される。一方、第２図中、最
下段に模式的に示すように、非加速時（定速、減速時）
はＬレベルて、加速時にＨレベルを出力する加速信号Ｓ
ｉｎｃは、レベル制限回路ないしレベルシフト回路２６
を介して、第４図中、三段目に示すように、Ｌレベル時
はあるアナログレベルＥ，ｌ、Ｈレベル時は別の、それ
より高いアナログレベルＥＴ２となる変換信号ＳｌｎＣ
″とされ、比較器２５の負入力（反転入力）に入力され
る。

従つて、比較器は、一人力の信号Ｓｉｎｃ″の電位を基
準レベルないししきい値として他人力Ｓｐ″の電位を監
視し、しきい値の上下にわたることによつて出力をＨ，
．Ｌレベル間で反転させるしきい値回路を構成している
。

このしきい値回路２５の出力２５ａは、そのまま、第三
スイッチング素子としてのＮｐｎトランジスタ１５の制
御信号Ｓｌ５として採り出される外、それぞれ立ち上が
りでセットされる一対の単安定マルチバイブレータ２９
ａ，２９ｂに、一方２９ｂにはそのまま、他方２９ａに
はインバータ２７を介して入力される。

両バイブレータ２９ａ，２９ｂの出力Ｓｖａ，Ｓｖｂは
、ノア回路２８を介して、第二スイツチング素子として
のＰｎｐトランジスタ１６への制御信号Ｓｌ６として出
力される。

以下、各制御信号Ｓｌ５，Ｓｌ６が得られるメカニズム
と、それ等に関しての先掲の時間Ｔｓが加速信号の存在
（Ｈ）によりΔＴだけ延長されてＴｉｎｃ＝Ｔｓ＋ΔＴ
となるメカニズムを各説明する。

点火時期が到来して、点火信号Ｓｐが立ち上がり、変換
点火信号Ｓｐ″が立ち下がると、加速信号Ｓｉｎｃがな
い場合、変換加速信号レベルはＥＴｌであり、このレベ
ルをしきい値として当該変換点火信号Ｓｐ″の電位がこ
れを下回るため、比較器出力２５ａは高低遷移を起こし
てＬレベルとなる。この状態は、変換点火信号Ｓｐ″が
電圧上昇傾向にあつて第一しきい値Ｅ，ｌを上回るまで
続けられ、よつて、それまての時間匡Ｓが制御信号Ｓｌ
５の第２図中と同様なパルス幅Ｔｓとなる。逆に言えば
、非加速時に必要な時間Ｔｓが得られるように第一しき
い値ＥＴｌ又は変換点火信号電圧上昇率を設定する。

同時に、比較器２５の出力の立ち下がりはインバータ２
７で反転されて立ち上がりとなり、第一バイブレータ２
９ａをトリガして、このバイブレータに予め与えられて
いる時定数に応じた既述の所望のパルス幅Ｐｗの第一の
出力パルスＳｖａを発せさせる（第４図下から二段目）
。

このパルスＳｖａはノア回路２８でのノアが採れること
により、制御信号Ｓｌ６の一発目のパルスとして出力さ
れる。時Ａｓ経過後に、比較器出力、即ち信号Ｓｌ５が
既述の通り低高遷移を起こすと、この立ち上がりは第二
パイプレータ２９ｂをセットし、同様のパルス幅Ｐｗに
定められているパルスＳｖｂを発する（第４図下から三
段目）。

このパルスＳｖｂは、やはりノア回路２８でのノアを採
つたことから、制御信号Ｓｌ６の後段のパルスとして出
力され、結局、制御信号Ｓｌ６は、所望の通り、パルス
繰返し周期Ｔｓでパルス幅Ｐｗの負論理の一対のパルス
として得られる（第４図最下段：第２図第二段相当）。
しかして、加速信号が存在し、第二しきい値ＥＴ２がし
きい値回路ないし比較器２５の反転しきい値となると、
変換点火信号Ｓｐ″が立ち下がつてからふたたびこの第
二しきい値ＥＴ２を上回るまでに要する時間は先の時間
Ｔｓより確実に長くなり、第４図右半分に示すように、
上記したメカニズムにより発生される制御信号Ｓｌ５の
パルス幅、Ｓｌ６の繰返し周期も長くなる。この延長分
をΔＴとして、これが所望のＴｉｎｃ＝Ｔｓ＋ΔＴを満
たすように第二しきい値ＥＴ２又は変換点火信号電圧上
昇率を調整すれば、所望の延長放電時間ないし単位点火
動作当たりの放電回数増分が得られる。なお、加速信号
は、既存の車両において他の用途に用いられている各種
センサから採り出すことができる。

例えばインテークマニフオルド内の負゛圧を感知するセ
ンサとか、その他点火コイル信号、カム軸、クランク軸
の回転角信号、駆動軸、推進転の角速度信号等を利用で
き、センサ出力の処理も、既存の回路系におけるのはも
ちろん、本出願人が別途開示する純電子的なものでも良
い。また、充放電ループの電流検出コイル２３は、第５
図示の第二実施例のように、点火コイル６の三次巻線と
して構成しても良い。この実施例の他の構成子及び動作
は第一実施例と同じで良いので、図中、第一実施例中と
対応する構成子に同一ｌの符号を付すに留めて説明は省
略する。さらに、第一スイッチング素子はサイリスタに
限らずＧＴＯその他適宜なもので良く、要は自励発振を
行える回路となつていれば良い。

本発明の要旨構成は、従来、外部からの制御という思想
のなかつたこの種点火装置において、自励発振回路中に
起動、停止を制御信号により制御し得る制御用スイッチ
ング素子（この場合、１５，１６）を導入したことにあ
るから、本発明が開示された以上、どのような制御信号
としてどのような制御を行うかは当業者には設計、選択
の問題となる。

例えば、加速信号に替えて、あるいはこれに加えて、登
板信号等の高負荷時検出信号に基づきその時の点火エネ
ルギを増すために放電時間を長くしたり、あるいはまた
、さらに進んで点火制御信号発生回路２１を種々の車両
走行要因、条件に基づいたプログラム制御を行うための
マイクロプロセッサシステムとしても良い。

ともかくも、本発明によれば、単位点火動作当たりの放
電回数ないし放電繰返し時間を外部から変更制御できる
ため、高効率、省エネルギの点火装置とすることができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第一の実施例回路の構成図、第２図は第
一実施例中の要部波形の説明図、第３図は点火制御信号
発生回路の一例の構成図、第４図は第３図示回路の要部
波形の説明図、第５図は第二の実施例回路の構成図、て
ある。 図中、１は電源電池、５はエネルギ蓄積コンデンサ、６
は点火コイル、８はダイオード、９は第一スイッチング
素子、１５，１６は第二スイツチング素子、２１は点火
制御信号発生回路、２３は電流検出コイル、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 放電用エネルギ蓄積コンデンサ５と、点火コイル一
   次巻線６ａと、トリガ入力にトリガ信号を受けた時に導
   通する主スイッチング素子９とを直列に接続して成る閉
   ループと；該閉ループを上記エネルギ蓄積コンデンサに
   関する充放電ループとするため、上記主スイッチング素
   子９に対して逆方向並列に接続されたダイオード８と；
   内燃機関の点火時期に同期して発生する所定時間幅の点
   火信号Ｓｐの当該発生により、上記主スイッチング素子
   ９を最初にトリガする第一の制御用スイッチング素子１
   ６と；該トリガに基づく上記主スイッチング素子９の導
   通による上記エネルギ蓄積コンデンサ５の放電電流が上
   記充放電ループの共振特性により反転した際、当該反転
   電流を検出する検出コイル２３と；該検出コイル２３の
   検出電流により充電され、上記エネルギ蓄積コンデンサ
   ５の放電電流の再反転により、上記主スイッチング素子
   ９の上記トリガ入力に該充電された電圧Ｖ１４をトリガ
   信号として与え、該主スイッチング素子９を再トリガす
   る再トリガ用コンデンサ１４と；外部からの制御信号に
   より、上記再トリガ用コンデンサ１４の充電電荷を放電
   する第二の制御用スイッチング素子１５と；を有するこ
   とを特徴とする容量放電式複数火花点火装置。