JPS62228815A - 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】 産業上の利用分野 本発明はガス、石油などの各種燃料を点火する直列イン
バータを応用した点火装置に関し、例えば、ライター、
ガス・レンジ、暖房機器、各機関などに用いる点火装置
、特に内燃機関用として最適な点火装置を提供するもの
である。

従来技術 公知技術として第２図に示す点火方式が知られている。

図中で１１は直流電源、２と３はサイリスタ、４はコン
デンサ（転流用）、１２は、１次コイル１２ａと２次コ
イル１２ｂを有する点火コイル、１０は点火用放電ギャ
ップ（点火プラグも含む。）である。

尚、外部から与えられる点火信号に基づいてサイリスタ
２，３を交互にターン・オンするトリガー信号を出力す
るトリガー信号発生回路は図示していない。

この点火方式は第３図に示す直列インバータを利用した
ものである。

《参考：１９６４年、ジョン・ウィリィ・アンド・サン
ズ社（Ｊｈｏｎ　Ｗｉｌｅｙ＆　Ｓｏｎｓ、Ｉｎｃ．）
出版の『プリンシプルズ・オブ・インバータ・サーキッ
ツ（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　Ｉｎｖｅｒｔ−ｅｒ
　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）』、訳本：１９６８年、コロナ社
出版の『インバータ回路』》図中で１３は転流リアクト
ル、１４は負荷である。（このトリガーは図示せず） 以下、この直列インバータの動作について簡単に述べる
。

このトリガー回路（図示せず。）がサイリスタ２，３を
交互にトリガーすると、コンデンサ４と転流リアクトル
１３が形成する直列共振回路によって負荷１４にほぼ正
弦波状のプラス、マイナスの電流が交互に断続的に流れ
る。

個々で、特に注意しなければならないことは、サイリス
タ２，３が同時にオン状態になると、直流電源１１の出
力を短絡してしまうことである。これは絶対に避けなけ
ればならない。

そこで、各サイリスタ２，３あのオンによって負荷１４
に電流が流れる期間と期間の間に休止期間を設けて、一
方のサイリスタ２あるいは３がターン・オフした後少し
時間を置いて、もう一方のサイリスタ３あるいは２をタ
ーン・オンさせるようにしている。

そうなるように前記トリガー回路が一定のタイミングで
各サイリスタ２，３のトリガー信号を出力する。

こうして、サイリスタ２，３は休止期間中にそれぞれタ
ーン・オフを完了させる。

さて、第２図の点火回路は、点火コイル１２の１次コイ
ル１２ａを第３図の負荷１４としてこの直列インバータ
に接続し、さらに、この点火コイル１２が転流リアクト
ル１３の役目を果たすので、転流リアクトル１３を省略
したものと考えることができる。

あるいは、転流リアクトル１３の磁気エネルギーを電気
エネルギーに戻して取り出すために、転流リアクトル１
３の代わりに点火コイル１２に取り換え、負荷１４は無
駄なので抵抗ゼロとしたと考えることもできる。

ただし、この点火回路の場合、外部から与えられる点火
信号に基づく点火期間の間そのインバータ動作を行う。

また、この点火回路がスパークを発生する動作は、ＣＤ
Ｉ（コンデンサ放電点火）方式と同様になるが、この点
火回路ではコンデンサ４の放電時だけでなく、重電磁に
もスパークを発生する。

従って、サイリスタ２，３を交互にトリガーし続ければ
、直流電源１１の供給エネルギによって全体のスパーク
期間をいくらでも延ばすことができる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、直列インバータの説明のところで述べた
通り、電源短絡を防ぐために負荷１４（この場合は１次
コイル１２ａ）に電流が流れる期間と期間の間に休止期
間を設けなければならないので、スパークの発生が断続
的となる。

しかも、個々のスパーク期間は、点火コイル１２を１次
側からみたインダクタンスとコンデンサ４のキャパシタ
ンスで決まる共振周期のほぼ半分になり、この半周器が
、前記インダクタンスと前記キャパシタンスのばらつき
、温度変化及び経時変化などにより長くなると、その分
だけ休止期間は短くなるので、休止期間は長く設定した
い。

これは、この半周器とこの休止期間の加が前記トリガー
信号のタイミングによって固定されているため、この半
周期が長くなれば、この休止期間は短くなる、からであ
る。

一方、点火性能の面からすると休止期間はできるだけ短
く設定したい。できれば休止期間を無くしてスパークの
発生を連続的にしたい。

とういう訳で両方を満足させることができない。

そこで、電源短絡を起こさずに休止期間をできるだけ短
くすることが望まれる。

問題点を解決するための手段 両方がつくる磁界の方向が同じになるように後述の２つ
の整流器と共に接続される２つの１次コイルと、２次コ
イルを有する点火コイルと、 直流電源と、 コンデンサと、 両方がオン状態のときに該２つの１次コイルを含む第１
の環路（ループ、ＬＯＯＰ）を形成する前述の整流器と
、 オン状態のときに該直流電源、該コンデンサ、該一方の
整流器、及び該一方の１次コイルを含む第２の環路を形
成するスイッチング手段ＳＷ１と、 オン状態のときに該コンデンサ、該もう一方の整流器、
及び該もう一方の１次コイルを含む第３の環路を形成す
るスイッチング手段ＳＷ２と、 外部から与えられる点火信号に基づいて該スイッチング
手段ＳＷ１，ＳＷ２を交互にオン状態にするスイッチン
グ制御信号を出力するスイッチング制御手段、 を有することを特徴とする点火装置。

作用 第１図（イ）に基づいてその作用を説明する。第１図（
イ）、（ロ）は前記構成の２つの例を簡略化した各回路
である。図中で、１は直流電源、５〜６はダイオード、
７は、２次コイル７ｃと２つの１次コイル７ａ，７ｂを
有する点火コイルである。

スイッチング制御手段に相当するトリガー信号発生回路
は省略したが、外部から与えられる点火信号に基づく点
火期間の間、このトリガー信号発生回路が各サイリスタ
２，３にそれぞれのトリガー信号を交互に出力する。

以下、第１図（イ）の回路を中心にその動作について述
べる。

尚、分かり易くするために図中の各回路部品の機能は理
想的なものであるとする。

また、１次コイル７ａ，７ｂの巻き数は同じである必要
はないが、分かり易くするために同じとする。

第４図は、第１図（イ）の各部動作波形を示したもので
、左側の（イ）はサイリスタ２がオン状態にあるときの
各部動作波形であり、右側の（ロ）はサイリスタ３がオ
ン状態にある時の各部動作波形である。

１次コイル７ａ、７ｂの電圧波形は同じになる。第１図
（イ）において黒丸印の付いた方の、１次コイル７ａ，
７ｂの端子の電位を基準にして、１次コイル７ａ，７ｂ
の電圧を表わしており、それらの電流は、ダイオード５
，６の順方向の向きをプラスとして表わしてある。

まず、サイリスタ２がトリガーされて、ターン・オンす
ると、直流電源１，１次コイル７ａ，ダイオード５，コ
ンデンサ４を含む環路が形成されるので、コンデンサ４
の充電の際に伴う高電圧が２次コイル７ｃに誘起され、
点火用放電ギャップ１０でスパークが発生する。

そして、コンデンサ４の電圧が直流電源１の電圧と同じ
になると、１次コイル７ａ，７ｂの電圧がゼロになり、
それまで逆印加電圧のためにオフ状態にあったダイオー
ド６がオン状態に移行するので、ダイオード５，６はフ
ライホイール（ＦＬＹＷＨＥＥＬ）ダイオードの役目を
果たす。

その結果、点火コイル７に蓄えらえた磁気エネルギーに
よる１次側の電流は、１次コイル７ａだけでなく、１次
コイル７ｂにも流れ、さらに、ダイオード５，６を流れ
るので、コンデンサ４とサイリスタ２に流れていた電流
は途切れ、コンデンサ４は直流電源１の電圧以上には充
電されない。

この間の各部動作波形は第４図（イ）の（１）〜〔５〕
の様になる。

１次コイル７ａ，７ｂは、第４図（ イ）の様に一旦直流電源１の電圧 の大きさまで上がった後、コンデンサ４の電圧がゼロか
ら直流電源１の電圧に充電されるのに伴い、下降するが
、この電圧の下降は前記フライホイール・ダイオードの
作用によりゼロで止まる。

１次コイル７ａの電流は第４図（イ）の（２）のように
そのピークまではコンデンサ４と点火コイル７の共振回
路によって決まる電流となる。

その後、ダイオード５，６によるフライホイール・ダイ
オードの作用が行われるとき、点火コイル７の１次側に
流れる電流は、１次コイル７ａだけでなく１次コイル７
ｂにも流れるので、その１次側の巻数は２倍になったの
と同じになり、その１次側のインダクタンスは４倍にな
る。

一般的に、コイルの蓄電エネルギーは、Ｅ＝ＬＩ２　／
２，（Ｅ：蓄積エネルギー、Ｌ：コイルのインダクタン
ス、Ｉ：コイルに流れている電流。）、である。

点火コイル７の蓄積エネルギーの境界条件を満足するた
めに、１次側のインダクタンスが４倍になれば、１次側
の電流は半分になる。（実際には２次側にも電流が流れ
ているから多少異なる。） 従って、１次コイル７ａの電流はそのピーク値に達した
直後、その半分に落ちる。

それから、１次コイル７ａの電流は、その電流ピーク値
の半分の値と、その電流経路内のインダクタンスと抵抗
の時定数で決まる期間の間流れ続け、ゼロになる。

１次コイル７ｂの電流は第４図（イ）の（３）の様に前
記フライホイール・ダイオードの作用が行われるまでは
電流が流れないのでゼロである。（実際には逆方法電流
がダイオード６に少し流れるのでゼロではない。）この
作用が行われているときは、１次コイル７ａと同じ電流
が１次コイル７ｂに流れるので、１次コイル７ｂの電流
波形はこの電流波形と同じになる。

サイリスタ２の電流は前述したとおり途中で切れるので
、第４図（イ）の（４）の様になり、この途切れる時点
火らサイリスタ２はそのターン・オフ・タイムを経てタ
ーン・オフする。

従って、このターン・オフ動作は、サイリスタ２のター
ン・オンによって発生したスパークが終了するかなりま
えに始まるので、次のスパークの開始（サイリスタ３の
ターン・オン）までにこのターン・オフ動作を完了させ
るために設ける休止期間を短くすることができる。

さらに、サイリスタ２にターン・オフ・タイムの短い高
速用サイリスタを使えば、この休止期間を無くすること
ができる。

《問題点の半分を解決。》 従来の点火装置（第２図）では１次コイル１２ａの電流
が切れた時点火らサイリスタ２または３のターン・オフ
動作が始まるので、高速用サイリスタを用いてもスパー
クが発生している期間と期間の間に必ず休止期間が必要
である。

次に、サイリスタ３がトリガーされてターン・オンする
と、コンデンサ４，ダイオード６，１次コイル７部を含
む環路が形成されるので、コンデンサ４の放電の際に伴
う高電圧が２次コイル７ｃに誘起され、点火用放電ギャ
ップ１０でスパークが発生する。

そして、コンデンサ４の電圧がゼロになると、１次コイ
ル７ａ，７ｂの電圧がゼロになり、それまで逆印加電圧
のためにオフ状態にあったダイオード５がオン状態に移
行するので、ダイオード５，６はフライホイール・ダイ
オードの役目を果たす。

その結果、点火コイル７に蓄えられた磁気エネルギーに
よる１次側の電流は、１次コイル７ｂだけでなく１次コ
イル７ａにも流れ、さらに、ダイオード５，６を流れる
ので、コンデンサ４とサイリスタ３に流れていた電流は
途切れ、コンデンサ４は反対向きに充電されない。

この間の各部動作波形は第４図（ロ）の（１）〜（５）
のようになる。

１次コイル７ａ、７ｂの電圧は、第４図（イ）の（１）
の様に一旦コンデンサ４の充電電圧（直流電流１の電圧
の大きさと同じ。）の大きさに上がった後、コンデンサ
４が放電するのに伴い、下降するが、この電圧の下降は
前記フライホイール・ダイオードの作用によりゼロで止
まる。

１次コイル７ｂの電流は、第４図（ロ）の（３）の様に
そのピークまではコンデンサ４と点火コイル７の共振回
路によって決まる電流となる。

その後、ダイオード５，６によるフライホイール・ダイ
オードの作用が行われるとき、前述した様に点火コイル
７の１次側のインダクタンスが４倍に増えるために、１
次コイル７ｂの電流はその電流ピーク値からその半分に
落ちる。

それから、１次コイル７ｂの電流は、その半分の値と、
その電流経路内のインダクタンスとの抵抗の時定数で決
まる期間の間流れ続け、ゼロになる。

１次コイル７ａの電流は、第４図（ロ）の（２）の様に
前記フライホイール・ダイオードの作用が行われるまで
は電流が流れないのでゼロである。

この作用が行われているときは、１次コイル７ｂと同じ
電流が流れるので、１次コイル７ａの電流波形はこの電
流波形と同じになる。

サイリスタ３の電流は前述した通り途中で切れるので、
第４図（ロ）の（５）の様になり、この途切れる時点火
らサイリスタ３はそのターン・オフ・タイムを経てター
ン・オフする。

従ってこのターン・オフ動作は、サイリスタ３のターン
・オンによって発生したスパークが終了するかなり前に
始まるので、次のスパークの開始（サイリスタ２のター
ン・オン）までにこのターン・オフ動作を完了させるた
めに設ける休止期間を短くすることができる。

さらに、サイリスタ３のターン・オフ・タイムの短い高
速用サイリスタを使えば、この休止期間をなくすことが
できる。

《問題点の残り半分を解決。》 後は同様に前述のトリガー信号発生回路（図示せず。）
がトリガー信号を出力する回数に応じてスパークが繰り
返される。

以上の動作を極端にいえば、前記フライホイール・ダイ
オードの作用が行われ、１次コイル７ａ、７ｂに電流が
少し流れているときでも、一方のサイリスタ２あるいは
３がオフ状態にあれば、点火コイル７の鉄心が飽和しな
い限り、もう一方のサイリスタ３あるいは２をターン・
オンしても大丈夫なのである。

ところで、一次コイル７ａ，７ｂに流れる電流は常に同
一方向の磁界を発生するように流れる脈流になるので、
直流成分と交流成分を含む。

この交流成分の一部を除き、残りの交流成分がスパーク
の発生、維持に寄与する。そして、この直流成分はエネ
ルギーの無駄使いとなる。

尚、説明を分かり易くするために直流電源１，ダイオー
ド５，６，及びサイリスタ２，３などの回路部品の機能
は一部理想的なものとし、また、一次コイル７ａ，７ｂ
の電流の直流成分などを無視して、説明してきたが、実
際には、この直流成分などやスイッチング損失や電圧降
下などがあるので、各部動作波形は多少違う。

しかし、休止期間を短くできるという本発明の効果は少
しも損われない。

それから、第１図の直流電源１と第２図の直流電源１１
は同じではなく、それらの電源電圧は異なる。

第２図の点火回路ではその１次側の振動電圧の振幅、つ
まり、一次コイル１２ａのピーク電圧の大きさは、直列
インバータ（第３図）の転流リアクトル１３のそれがそ
うである様に、直流電源１１の電圧の大きさの数倍に達
する。

一方、第１図の点火回路では一次コイル７ａ，７ｂの電
圧振幅は前述したとおり直流電源１の電圧の大きさとほ
ぼ同じになる。

従って、一次コイル７ａ，７ｂ、１２ａの巻き数が同じ
で、そのほかの点において点火コイル７，１２が同じに
なるような場合、１次コイル７ａ，７ｂ、１２ａの電圧
振幅を同じにするならば、直流電源１の電圧は直流１ １の電圧の数倍に設定しなければならない。

実施例 以下、本発明の実施例について説明する。

第５図（イ）、（ロ）にその回路を分けて示す。第５図
（イ）はこの実施例の高圧発生部で、第１図（イ）の回
路を変形している。

第５図（ロ）はこの実施例のトリガ−信号発生回路でス
イッチング制御手段に相当し、スイッチング制御信号と
してトリガー信号を出力する。

１５はプラス１２ボルトの直流電源、Ｓ１は電源スイッ
チ、ｃ１，ｃ２は電源コンデンサ、１６はプラス５ボル
トの３端子レギュレータ（７０８５）である。

端子ＣＴ１は端子ＣＴ１′と、端子ＣＴ２は端子ＣＴ２
′と、端子ＣＴ４は端子ＣＴ４′と、という具合にそれ
ぞれを接続する。端子ＣＴ３に点火信号を入力する。

トランジスタＴＲ４、ＴＲ５を中心に非安定マルチバイ
ブレータを形成している。

この非安定マルチバイブレータの発振動作を制御するの
が、トランジスタＴＲ３を中心とするスイッチング回路
である。さらに、このスイッチング回路は前記点火信号
とトランジスタＴＲ５の出力信号によって制御される。

この出力信号は、前記点火信号の立ち下がりによって後
述のトリガー信号のタイミングが狂わないように、この
スイッチング回路のオフ動作を前期非安定マルチバイブ
レータの発振周期に同期させている。

前記非安定マルチバイブレータの各出力の変化（立ち下
がり）をとらえるのが、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ３，及
び、抵抗Ｒ１６とコンデンサＣ６などが形成する各微分
回路である。

前記非安定マルチバイブレータと前記各微分回路などに
よって動作するトランジスタＴＲ１，ＴＲ７が、時間を
おいて交互にパルス状のトリガー信号を出力する。

１７はマイナス出力（約マイナス３２５ボルト）の■Ｃ
−Ｃ■コンバータで、電源コンデンサＣＢ（３．３マイ
クロ・ファラッドを４個並列接続。）と共に直流電源１
（第１図）を構成する。

抵抗Ｒ２４、Ｒ２５（各１オーム）は、万が一、点火ノ
イズなどによって電源短絡が起きた場合の、サイリスタ
２，３｛各ＳＨ１６Ｊ１３、（株）東芝製｝の保護抵抗
である。

コンデンサＣ９、Ｃ１０（各０．１〜０．２マイクロ・
ファラッド）、Ｃ１１（０．１マイクロ・ファラッド、
１キロ・ボルト耐圧）は点火ノイズなどに対する対策で
ある。

この他にも、シールドなどの点火ノイズ対策が必要であ
る。

特に、ダイオード５，６｛ＥＲ■２７−１０、ＥＲ■７
７−１０、富士電機（株）製｝とコンデンサＣ１１を含
め、点火コイル１８｛日本電装〔株〕製、０２９７００
−５５５１，トヨタ自動車（株）の部品番号９０９１９
−０２１４６｝と点火用放電ギャップ１０をシールドし
、コンデンサ４（１マイクロ・ファラッドを２個直列接
続。）に接続する。

点火コイル１８のリード線を慣通コンデンサを通して取
り出す方法が効果的である。

尚、ダイオード■９，■１０に１Ｓ１５８８｛（株）東
芝製｝、抵抗Ｒ２１、Ｒ２６に５１オーム、抵抗Ｒ２２
、Ｒ２３に７５０オーム、をそれぞれ用いた。

効果 第５図（イ）、（ロ）の実施例の端子ＣＴにパルス幅約
１．３ミリ・セカンド、周期約６．１ミリ・セカンドの
点火信号を入力すると、２次コイル１ＢＣの電流は第６
図の（イ）と（ロ）の様になる。

第６図′（イ）と（ロ）では前期非安定マルチバイブレ
ータの発振周期が違っており、（イ）の方が長い。

第６図（イ）では休止期間（電流ゼロのところ）が、ス
パークが発生している期間と期間の間にあるが、第６図
（ロ）ではこの休止期間はかなり短くなっており、ある
いは、全くなかったりして、本発明の効果をはっきりと
表している。

この作用については『作用』の項で述べた通りである。

また、この電流波形の記録に際しては、第５図（イ）の
点火用放電ギャップ１０とアース間に抵抗１０オームを
挿入し、この両端の電圧波形を慣通コンデンサを通して
シールドの外に取り出した。

尚、第５図の実施例ではスイッチング手段ＳＷ１，ＳＷ
２として２つのサイリスタを用いる例を示したが、トラ
ンジスタを使ったスイッチング回路を２つ用いる方法も
可能である。

この場合、スイッチング制御手段は、これらのスイッチ
ング回路をオン、オフさせるオン・オフ信号を出力する
オン・オフ信号発生回路となる。

例えば、このオン・オフ信号発生回路は、第５図（ロ）
の非安定マルチバイブレータの各出力によって２つの単
安定マルチバイブレータを駆動し、それぞれの駆動期間
を第４図の、（イ）の（４）と（ロ）の（５）に示す各
電流の通電期間にあわせ、それぞれの単安定マルチバイ
ブレータの出力信号に従って前記各スイッチング回路を
動作させるように、構成すればよい。

【図面の簡単な説明】 第１図（イ）、（ロ）それぞれは本発明の一例の簡略化
した回路を示す回路図、 第２図は従来の点火装置の、簡略化した回路を示す回路
図、 第３図はよく知られている直列インバータの、簡略化し
た回路を示す回路図、 第４図は、第１図（イ）に示す回路の各部動作波形を説
明する説明図、 第５図（イ）、（ロ）は本発明の実施例を示す回路図、 第６図（イ）、（ロ）は、この実施例に含まれる２次コ
イル１８ｃの電流波形を示す波形図、である。 （符号の説明） １，１１，１５・・・直流電源、２，３・・・サイリス
タ、４・・・コンデンサ（転流用）、５〜６・・・ダイ
オード、７、１２、１８・・・点火コイル、７ａ、７ｂ
、１２ａ、１８ａ、１８ｂ・・・１次コイル、７ｃ、１
２ｂ、１８ｃ・・・２次コイル、１０・・・点火用放電
ギャップ、１３・・・転流リアクトル、１４・・・負荷
、１６・・・３端子レギュレータ、１７・・・■Ｃ−Ｃ
■コンバータ（マイナス出力）、Ｓ１・・・電源スイッ
チ、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ８・・・・電源コンデンサ、Ｃ３〜
Ｃ６，Ｃ９〜Ｃ１１・・・コンデンサ、ＣＴ１〜ＣＴ４
、ＣＴ１′、ＣＴ２′、ＣＴ４′・・・端子、ＴＲ１〜
ＴＲ７・・・トランジスタ、Ｒ１〜Ｒ１９，Ｒ２１〜Ｒ
２６・・・抵抗、■１〜■１０・・・ダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 両方がつくる磁界の方向が同じになるよう に後述の２つの整流器と共に接続される２つの１次コイ
   ルと、２次コイルを有する点火コイルと、 直流電源と、 コンデンサと、 両方がオン状態のときに該２つの１次コイルを含む第１
   の環路を形成する前述の２つの整流器と、 オン状態のときに該直流電源、該コンデンサ、該一方の
   整流器、及び該一方の１次コイルを含む第２の環路を形
   成するスイッチング 手段ＳＷ１と、 オン状態のときに該コンデンサ、該もう一方の整流器、
   及び該もう一方の１次コイルを含む第３の環路を形成す
   るスイッチング手段ＳＷ２と、 外部から与えられる点火信号に基づいて該スイッチング
   手段ＳＷ１、ＳＷ２を交互にオン状態にするスイッチン
   グ制御信号を出力するスイッチング制御手段、 を有することを特徴とする点火装置。