JPS6056910B2 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関用点火装置に係り、特に、機関の回
転数や負荷状態などの運転状態に応じて点火コイルニ次
側ての放電持続時間を制御することにより、放電エネル
ギを制御し、もつて理想的かつ効率的な放電特性を持つ
ように改良して電流しや断容量放電複合式点火装置に関
する。

内燃機関の点火装置における火花放電特性として、火
花の飛び始め部分（容量性放電）と飛び続け部分（誘導
性放電）とがあり、前者は燃料への着火性能に、後者は
着火後の燃焼性能にそれぞれ影響を与える因子であると
いわれ、歴史的には点火コイルの一次電流をしや断した
ときに生ずる高電圧を利用する電流しや断書式（二次分
布容量からの容量放電と一次インダクタンスからの誘導
放電とが連続して起こる）や、コンデンサに充電された
電荷を点火コイルの一次側に放出したときに生ずる高電
圧を利用する容量放電方式から、両者の特性を相補した
電流しや断容量放電複合式へと゜順次、発展してきた。

こうした電流しや断容量放電複合式点火装置では、容
量放電方式の早い立ち上がり特性と、電流しや断書式の
長い放電持続時間を持つた、ほぼ理想的な放電特性が得
られるが、従来は、それぞれ・の特性が固定的で、機関
の運転状態の変化、例えば高負荷低速運転と一定高速運
転、あるいは加速時と減速時などのように、そのときど
きでの要求放電特性が変化したとしても、これに追従さ
せて放電特性を制御することはできす、ないしはそのＪ
思想がなく、常に要求される最大の放電エネルギを供給
するように設計されていたため、効率が悪く、最大エネ
ルギを要しない運転状況下ではエネルギの無駄を生んで
いた。本発明はこの点にかんがみて成されたもので、原
理的に優れている上述の電流しや断容量放電複合方式の
点火装置において、さらにエネルギの有効利用を図るた
め、最大放電エネルギを要しないときにまで最大エネル
ギを供給する不合理を除くべく、機関運転状況に応じて
放電特性を制御せんとするものである。

電流しや断容量放電複合点火装置（以下、単に複合式点
火装置）において、本発明の思想を実現するためには、
点火コイルの二次側放電電流の持続時間を機関運転状況
に応じて可変制御すれば良い。

もちろん、以下の実施例中において顕かになるように、
そのためには、点火コイルー次電流のしや断している時
間を制御するか、当該一次電流の値を制御する回路を含
んで良い。第１図から第４図までに示す本発明の第一の
実施例は、既述の誘導放電部分の放電持続時間ｔ１を、
点火コイルの一次電流のしや断から強制導通まての時間
を制御することによつて制御するものて、第１図は特に
概略構成を示している。

まず、通常の複合式点火装置と同様で良い部分、ないし
複合式点火装置の基本構成となる部分を列挙すると、１
は電源電池、２は電池電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバ
ータ、３は充放電用コンデンサ、４は容量放電用として
の第一のスイツチンーグ素子であるサイリスタ、５は電
流遮断用としての第二のスイッチング素子であるトラン
ジスタ、６は点火コイル、８はサイリスタ４のゲートト
リガ回路、９はトランジスタ５のベース制御回路、１０
は機関回転に従つて回路８及び９を駆動する！回転信号
入力端子、１１は通常、図示していない配電器や図示さ
れている点火栓などを含む火花放電回路である。

本発明のこの第一の実施例では、上述の公知構成に加え
て、第二スイツチング素子５のドライブー回路９を介し
て当該第二スイツチング素子５を制御する放電持続時間
制御回路１２を設け、入力端子１３への機関運転状態信
号に応じて第二スイツチング素子の非導通ないししや断
時間、ひいては点火コイルー次電流のしや断している時
間を制御クするが、この要部に就いては後述し、周知で
はあるが念のため、この種複合式点火装置の一般的な動
作から説明する。

入力端子１０から入つた機関回転信号によつてベース制
御回路９が電流しや断用トランジスタ５を導通状態にし
ているとき、ＤＣ−ＤＣコンバータ２で昇圧された電圧
は点火コイルの一次巻線を通じて充放電用コンデンサ３
を充電している。

点火時期になると、機関回転信号が変化し、トランジス
タ５を遮断状態にすると同時に、ゲートトリガ回路８が
容量放電用サイリスタ４をトリガして導通させる。この
ため、コンデンサの電荷は点火コイルの一次巻線に放出
される。トランジスタ５の１しや断によつて一次巻線に
発生する電圧の極性と、サイリスタ４の導通によつて一
次巻線に発生する電圧の極性とは同相であるため、二次
側には合成された高電圧が現れ、火花放電回路１１に放
電火花を飛ばす。こうした動作による火花放電回路中の
放電間隙１１への火花放電電流１の波形を示すと、それ
は第３図Ｂのようになる。

すなわち、当初、立ち上がりの早い、ただし継続時間た
の短い容量放電波形部分に続いて、継続時間ｔ１の誘導
放電波形部分が得られるものとなる。

この波形と時間軸ｔに囲まれた斜線領域が放電エネルギ
に相当する。しかして、この第３図Ｂの波形は、誘導放
電電流がぜん減して零にまて時間ｔ１＝Ｔｍａｘをかけ
て戻る最大エネルギ波形を示しているものと言うことが
できる。

逆に言うと、上述した公知基本構造のままの従来点火装
置では、機関の運転状況のいかんにかかわらず、常にこ
の一定エネルギの波形を得ていたのであり、しかも、そ
の一定エネルギは最大要求エネルギとしていたのである
から、軽負荷時とか定速乃至減速回転時にはエネルギの
無駄を生じていたのである。本発明のこの実施例は、第
３図Ｂの放電電流波形を最大エネルギ要求時のそれとす
るなら、第３図Ｃ，Ｄに示すように、機関の運転状況に
応じて、誘導放電電流が自動的に零に戻るのを待たず、
強制的に時刻Ｔ２，ｔ３などて零に引き戻すものてある
。

すなわち、これにより、第３図各図中の斜線部分が示す
ように、放電エネルギ量を可変とするものである。第１
図示の回路系において、仮想線■−■より右手の部分を
第２図に取り出して、放電エネルギ制御回路２０として
のこの実施例ての誘導放電部分持続時間制御回路１２の
一例を挙け、説明する。

先の基本動作説明中において、この種複合式点火装置の
誘導放電のために必要な第二スイツチング素子としての
パワートランジスタ５のドライバ回路９には、これも公
知装置に良く見られるように、小信号スイッチングトラ
ンジスタが用いられており、回転信号入力端子１０とし
てのそのトランジスタのベースには、回転信号発生器と
して最も一般性ある機関回転同期断続器１０１が接続さ
れている。

もつとも、後述の本実施例要部回路との回路分離のため
、ダイオード１２２が挿入されている。スイッチング下
ライバトランジスタ９のベースには、後述のように選択
的にベース電流路を閉成するスイッチングトランジスタ
１２６のコレクターエミッタ間通路が抵抗を介して接続
され、一方、このトランジスタ１２６のベースには、コ
ンデンサ１２５と可変抵抗回路１２３とによる可変時定
数回路が接続され、さらに、コンデンサ１２５に対して
は、この蓄積電荷を断続器動作に応じて選択的に放電し
、蓄積電荷量零の初期状態に戻すダイオード１２７が接
続されている。

断続器１０１が閉の時は、端子１０からダイオード１２
２を介してドライバトランジスタ９をベース電流が流れ
るので、パワートランジスタ５はオン状態となり、点火
コイル６には一次電流が流れている。

断続器１０１が機関回転状態に応じて開となると、既述
のメカニズムによる容量放電に引き続いて、ドライバト
ランジスタ９のターンオフ、したがつてパワートランジ
スタ５のターンオフにともなう一次電流しや断による誘
導放電電流が点火コイル６の二次側に得られる。

一方、断続器開と同時に、本実施例の放電持続時間制御
回路１２が稼動し始める。

断続器が開となることにより、ダイオード１２７がフロ
ートされ、電源１（第１図）からの電流が可変抵抗回路
１２３を介してコンデンサ１２５に流入し始め、当該可
変抵抗回路１２３のその時の抵抗値Ｒｌ２３とコンデン
サ１２５の容量値Ｃｌ２５とて定まるその時のＣＲ時定
数に応じて、その端子電圧■Ｃが上昇し始める。

この電圧Ｖｃの波形を時間ｔの関数とし、連続的な可変
抵抗値の中から大、中、小の三つを採り出して、それぞ
れ、抵抗値大、すなわち時定数大ないし最大の場合を実
線のカーブＣ１、時定数中を一点鎖線カーブＣ２、時定
数小を二点鎖線カーブＣ３で示すと第３図Ａのようにな
る。

しかして、このコンデンサ端子電圧をそのベースに受け
るスイッチングトランジスタ１２６がターンオンするベ
ース順方向電圧をいき値電圧■ＢＥＳと考えると、各カ
ーブにしたがつて上昇するコンデンサ端子電圧■Ｃが、
このいき値電圧″■ＢＥＳを越えると、スイッチングト
ランジスタ１２６がターンオフし、電源１から接地に至
る電流路が該トランジスタのコレクターエミッタ間を通
じて閉成され、その電流の一部がドライバトランジスタ
９に流れ込んで当該トランジスタ９を強制導通させ、同
じくパワートランジスタ５を強制導通させて点火コイル
６に一次電流を流し、その時にまだ二次放電電流が流れ
ているのなら、これを強制的に零とするのである。

したがつて可変抵抗回路１２３を、機関運転状況に応じ
て制御し、その抵抗値をそのときどきに適当な所望の値
になるようにすれば、それに応じて点火コイルニ次側放
電持続時間が制御され、そのときどきに適当な放電エネ
ルギが得られるようになる。

たとえば、可変抵抗回路１２３の制御入力端子１３に、
機関加速回転モード信号が入つた時に最大放電エネルギ
を得ようとするなら、この時の可変抵抗回路の抵抗値が
十分に大きくなるようにして、たとえば第３図Ａ中、実
線のカーブＣ１で示すように、この時の時定数が十分大
きく、したがつて断続器開の初期時点（ｔ＝ｏ）から時
間Ｔ１が経過してコンデンサ端子電圧Ｖｃが時刻ｔ１で
スイッチングトランジスタ１２６をオンとする以前に、
第３図Ｂに示すように、容量放電時間分Ｔｃと最大誘導
放電時間分ｔ１＝Ｔｍａｘとの和から成る時間分にかけ
て、放電電流１が完了されているようにすれば良い。

逆に、たとえば機関回転が減速モードに入つたならば、
その信号を端子１３で受けて、可変抵抗回路１２３がそ
の抵抗値を減少させていくように構成すれば、時定数も
それに応じて小さくなつていき、第３図Ａ中のカーブＣ
２，Ｃ３にかけて示すように、コンデンサ端子電圧の立
ち上がりも急傾斜となつていくから、たとえばカーブＣ
２にしたがえば、放電が完了する以前の時刻Ｔ２におい
て、いき値ＶＢＥＳを越え、先のメカニズムにより強制
的にパワートランジスタを導通させるをもつて第３図Ｃ
に示すように、当該時刻Ｔ２で放電電流１は零に引き戻
され、放電エネルギ（図中の斜線部分）は小さくなり、
カーブＣ３では、同様のメカニズムにより、第３図Ｄに
示すように、さらに早い時刻Ｔ３で放電電流を帰零でき
る。

ここでたとえば、カーブＣ１を最大エネルギ要求時、力
ぶブＣ３をアイドリング時など、最少で良いエネルギ要
求時とするなら、その間のカーブＣ２は離散的、段階的
に切替えるようにしても良いし、連続可変としても良く
、いづれの場合も公知技術の援用で当業者ならばその目
的に応じた可変抵抗回路１２３などを設計することがで
きる。

念のため、ここで連続可変とする場合の可変抵抗回路１
２３の構成例を挙げれば、たとえば第４図Ａに示すよう
なものとなる。今、機関の回転数ＲＰＭが高くなればそ
れに連れて第３図示のカーブが実線のカーブＣ１に近付
くように、すなわち放電エネルギが大となるように図り
、かつまた、機関の回転数信号が車両に搭載の公知各種
のセンサから周波数対電圧変換など、これも公知既存の
処理を施して回転数に比例して上昇する電圧信号■＝ｆ
（ＲＰＭ）として入力端子１３に与えられるものとする
と、第４図Ａに示された回路１２３は次のように働く。

入力電圧ｖが第４図Ｂ中、時刻Ｔ３からＴ４にかけての
間に示すように上昇過程となると、適当なドライバ１２
３ａを介して発光ダイオード１２３ｂなどの電圧対光強
度変換器１２３ｂがその電圧変化に追従して発光量を増
大させていく。

すると、仮想線の枠で囲つて示すように、この発光素子
１２３ｂと一種のフォトカプラを構成すると良い光導電
素子１２３ｃがその抵抗値を受光量に応．じて低下させ
ていく。この光導電素子１２３ｃは、ＣｄＳｅｌＴｅな
どの高速応答性のものが望ましいが、上記のようにその
抵抗値が低下していくと、この素子と抵抗１２３ｄで組
んでいる分圧回路の出力電圧ＶＯがちよ・うと、入力電
圧Ｖと逆方向比例的な関係て低下する。

すなわち、入力電圧■は電源電位■Ｃｃと接地電位との
間での変化となるのに対し、分圧回路出力ＶＯは、第４
図Ｂ中、カーブＶＯで示すように、暗電流時の最大抵抗
における電源電圧■Ｃｃの最大分圧電圧ＶＯｍａｘと接
地電位間で同じ正領域て入力電圧変化方向とは方向が１
８００異なるアナログインバータ出力となる。

この出力ＶＯを適当なドライバ１２３ｅを介して先と同
様で良い第二のフォトカプラ構造内の第二の発光素子１
２３ｆに加え、これを受ける、やはり先と同様て良い光
導電素子１２３ｇを、第２”図中の回路部分１２３とし
て挿入すれは、結局、入力電圧Ｖの上昇、すなわち回転
数上昇に応じてこの可変抵抗体１２３ｇの抵抗値が上が
り、コンデンサ１２５（第２図）の容量値との間で構成
する時定数τも第４図Ｂ中に示すように大きくなるから
、第３図Ａ中のカーブは実線のカーブＣ１に近付く方向
となり、点火エネルギが増大していく。

時刻Ｔ５以降に示すように、機関回転数ＲＰＭが低下す
れば、上記した所と逆の動作、すなわち電圧ＶＯの上昇
、抵抗体１２３ｇの抵抗値の低下、時定数の減少、第３
図Ａ中のカーブの急傾斜下が生起し、放電エネルギが低
減されていく。

なお、この実施例では別途の直流バイアスを嫌つたが、
通常の逆相増幅器ないしバッファを全系が接地電位に対
してフロートされるようにバイアスすれば、ダイナミッ
クマージンは狭まるが、その出力を直接にドライバ１２
３ｅに入力させても同様の動作ができ、前段のフォトカ
プラ構造及び前段バッファ１２３ａは省略することがで
きる。もちろん、既存のセンサ系から回転数、または負
荷量に逆比例する電圧範囲内の電圧出力が得られるのな
らそれを当然利用でき、この電圧信号に基いて発光素子
１２３ｆをドライブするなどが可能となる。また、可変
抵抗回路１２３としては、離散的なものも簡単に構成す
ることができる。

たとえば三つの直列抵抗を用いて上記抵抗１２３ｇに対
応させ、二つのいき値回路と二つのアナログスイッチを
用いれば、三段階の時定数変化が得られる。すなわち、
既述の回転数に比例した電圧信号■が低下してくにした
がつて、いき値回路が一つづつ動作していくことにより
、アナログスイッチが一つづつオンになつていき、抵抗
を一つづつ、短絡していくようにすれば、要求放電エネ
ルギの低下に伴つて時定数も小さくしていくことができ
る。第５図以降には本発明の第二の実施例が示されてい
る。この実施例も、点火コイルニ次側における放電持続
時間を制御するという点では第一実施例とその原理を共
通にするが、それは、点火コイルの一次電流の値を制御
した結果として得られるものとなるように改変されてい
る。第５図は、この第二実施例の基本構成を示している
が、点火コイル６の一次電流を電流検出抵抗１６を介し
て電圧変換して取り出すなどして検出し、一方で入力端
子１３に加えられる機関運転状態信号に応じ、電流しや
断用スイッチング素子を流れる一次電流を、ドライバ９
の制御を介して制御する。

先と同様に、第５図中、■−■線より右手の部分を取り
出して第６図に示し、その中からこの実施例のエネルギ
制御回路２０としての一次電流制御による二次側放電持
続時間制御回路１７を取り挙げ、これについて説明する
。

通常のドライバ９としてのＰｎｐトランジスタ９から電
流しや断用トランジスタとしてのＮｐｎパワートランジ
スタ５のベースに至る回路中に、当該パワートランジス
タ５のベース電流をバイパスする回路として、この実施
例の一次電流制御ないし放電持続時間制御回路１７を入
れる。

こうした場合、従来の基本構成においてドライバ９から
流れ込む一定ベース電流をＩＢＴとするなら、本回路で
は、パワートランジスタ５へのベース電流１Ｂ５と本回
路へのバイパス電流１１７との和がこの電流値に相当す
る。すなわち、ＪＢＴ＝ＪＢ５＋Ｉｌ７である。したが
つて、高放電エネルギを要求する時には、バイパス電流
１１７を減らすことにより、パワートランジスタ５へ多
くの一次電流１″を流しておき、これをしや断すること
によつて二次側に大きな放電電流を流せば良いし、それ
程の放電エネルギを要しない時には、バイパス電流１１
７を増し、ベース電流１Ｂ５を減らして一次電励″を減
らせば良い。そのためにまず、バイパス電流路としての
Ｎｐｎトランジスタ１７３のコレクターエミッタ間をパ
ワートランジスタ５のベースに対して側路的に設け、一
方、そのトランジスタ１７３のベースには、電流検出抵
抗１６からの電圧を固定抵抗１７１と可変抵抗１７２と
で分圧した分圧電位を与えるようにする。

そして、この可変抵抗１７２を、たとえば先掲の実施例
で挙げた高速応答光導電素子とし、これと望ましくはフ
ォトカプラ構成を採る発光ダイオード１７４にてこの素
子をドライブするようにし、この発光ダイオードに、た
とえば機関回転数ＲＰＭに比例した電圧値■＝ｆ（ＲＰ
Ｍ）をドライバ１７５を介して与えるようにする。

第７図Ａに示すように、機関回転数ないしその対応電圧
信号■が、高放電エネルギを要求する比較的高い値から
徐々に低下していく過程を考えると、縦軸を任意スケー
ルとして、この曲線Ｖに発光ダイオード光量は比例的に
変化するので、時刻ＴｌＯをサンプルして示すように、
十分な電圧Ｖが端子１３に与えられている時には、可変
抵抗１７２の値は十分高く、したがつてバイパス用トラ
ンジスタ１７３のベース電圧■１７は図示のように十分
、低い。

そのため、同じく図示のように、バイパス電流１１７は
十分、小さく、パワートランジスタ５へのベース電流１
Ｂ５は十分に流れ、その結果、一次電流１″も十分な大
きさとなり、電流しや断に伴う二次放電エネルギも大き
なものとなる。

対して、時刻Ｔｌｌで示すように、それ程には高放電エ
ネルギを要さない相対的な低回転数モードとなると、電
圧信号■の値も低減し、発光ダイオード１７４の発光量
も低減して、可変抵抗１７２の値が増加し、分圧回路出
力電圧■１７が上昇することによつて、バイパストラン
ジスタ１７３を流れるバイパス電流１１７が増加し、パ
ワースイッチングトランジスタ５へのベース電流が相補
的に減つて、結局は二次放電電流１が小さなものとなる
。

上記両者の場合の放電波形をそれぞれ相対的に第７図Ｂ
，Ｃに示す所からも顕らかなように、最大の、あるいは
それ程には一次電流を制限されていない時の同図Ｂに示
される放電電流波形に対し、それよりは制限されている
時の同図Ｃの放電電流波形は、誘導放電部分における電
流値が低下しているのみならず、結果として誘導放電持
続時間Ｔｌ２が上記同図Ｂの場合のそれＴｌｌに比し、
短くなつている。すなわち、この実施例では、放電持続
時間を制御することにより、放電エネルギを制御すると
いう基本思想においは第４図までの第一実施例と同一て
あるものの、間接的過程として、点火コイルー次電流の
値の制御という概念が入つている点て第一実施例とは異
なつている。以上、二つの実施例に就き詳記したが、も
ちろん、各回路部の具体的構成は任意設計的に得ること
ができる。たとえば可変抵抗部には通常の電子ボリュー
ム構成などを援用することができるし、電流注入型のバ
イパス回路制御部なども構成できる。また、本出願人が
別途開示する走行状態検出ないし機関状態検出回路も当
該機関運転状態信号を得るために要部に採用することが
できる。

いづれにしても、本発明によれば、電流しや断容量放電
複合式の点火装置において、機関の運転状態検出センサ
から得た機関運転状態信号に応じ、点火コイルの二次電
流（放電電流）持続時間を制御するをもつて、そのとき
どきに適当なる放電エネルギを得ることができ、したが
つて電力の浪費を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明点火装置の第一の実施例の概略構成図、
第２図は第一実施例要部回路の一例の概略構成図、第３
図は第一実施例の動作の説明図、第４図は第一実施例中
の要部構成およびその動作の説明図、第５図は本発明点
火装置の第二の実施例の概略構成図、第６図は第二実施
例要部回路の一例の概略構成図、第７図は第二実施例動
作の説明図、である。 図中、３は容量放電用エネルギ蓄積コンデンサ、４は容
量放電用第一スイッチング素子、５は電流しや断用第二
スイツチング素子、６は点火コイル、９は第二スイツチ
ング素子制御回路、１１は火花放電回路ないし放電間隙
、１２は放電持続時間制御回路、１３は機関運転状態信
号入力端子、１７は一次電流制御回路、２０は全体とし
ての放電エネルギ制御回路、てある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エネルギ蓄積コンデンサに蓄積されていた蓄積電荷
   を点火コイルの一次側へ放出すると共に当該点火コイル
   の一次電流をしや断することにより、該点火コイルの二
   次側において、容量放電部分とこれに引き続く誘導放電
   部分とから成る放電エネルギを得る内燃機関用の電流し
   や断容量放電複合式点火装置であつて、機関運転状態信
   号に基づき、上記誘導放電部分の放電持続時間を制御す
   る回路を有し、もつて機関運転状態に応じ、点火コイル
   二次側に得られる上記放電エネルギを制御することを特
   徴とする内燃機関用点火装置。