JPS6235904Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関用点火回路に関し、更に詳し
くはマグネトの点火コイルの一次巻線に流れる短
絡電流をパワートランジスタによつて遮断するこ
とにより二次巻線に接続された点火プラグに火花
放電を生ぜしめるトランジスタ点火回路の改良に
関する。

トランジスタ回路を用いた無接点式の内燃機関
用点火回路は今日までに種々のものが開発され実
用化されているが、多くは一次短絡電流を一定値
で遮断する回路方式となつているため、マグネト
の回転速度がある回転数以上にならないと安定し
た火花放電が行なわれないという問題を含んでい
た。

この問題を改善する方策として一次短絡電流遮
断用のパワートランジスタの遮断制御回路にコン
デンサを利用した時定数回路を備えた回路方式と
することも試みられ、いくつか実例も知られてい
るが、部品点数の多い複雑な回路構成であるだけ
でなく、コンデンサに正逆の充電が行なわれるた
めタンタルコンデンサ等の有極性コンデンサを用
いるとその寿命が短かくなる欠点があり、また時
定数回路の作用で逆に正常な回転速度域で点火時
期の遅れが生じたり、高速回転時に二次発生電圧
が高くなりすぎたり、さらには一次短絡電流値の
検出用の抵抗が0.2〜0.5Ωと比較的高いのでその
電圧降下による一次電流の減少で低速回転時の点
火性能が依然として不足するなど、種々の解決す
べき欠点を残していた。

本考案はこのような欠点を除去すべくなされた
もので、コンタクトプレーカ方式のものと同等の
低速回転から火花放電が確実でしかも高速回転時
の火花放電を安定に行なうことのできるトランジ
スタ点火回路を最少の部品点数で構成できるよう
にし、且つ使用するコンデンサに有極性のものを
用いてもその耐久性を損ねることのないようにす
ると共に電流検出用抵抗も例えば0.05Ωのように
従来より桁違いに低い抵抗値のものですむように
することを目的としている。

すなわち本考案では、マグネトの点火コイルの
一次短絡電流をパワートランジスタのスイツチン
グ動作によつて急激に遮断することにより前記点
火コイルの二次側の点火プラグに火花放電を生ぜ
しめるようにした内燃機関用点火回路において、 導通することにより前記パワートランジスタを
遮断状態にスイツチングさせる制御スイツチング
素子を前記パワートランジスタのベース・エミツ
タ間に接続し、 一次短絡電流値に対応した電圧を生じる電流検
出素子と、一次短絡電流によつて予じめ定められ
た充電時定数で充電され且つ前記充電時定数より
大なる放電時定数で放電されるコンデンサを含む
時定数回路とを、前記電流検出素子の検出電圧と
前記コンデンサの充電電位との和が前記制御スイ
ツチング素子を導通させるためのトリガ電圧とな
るように設けたことを特徴としている。

本考案においては、前記電流検出素子を一次短
絡電流が流れる主回路に挿入した電流検出抵抗と
した場合、スイツチングのための前記トリガ電圧
がこの電流検出抵抗両端の電圧降下と前記コンデ
ンサの充電電位との和となるようにしたので、電
流検出抵抗はその電圧降下が例えば0.1V程度の
小電圧でよいから小抵抗値（例えば0.05Ω程度）
のもので済み、これによつて一次短絡電流の減少
（損失）が殆んど無くなり、従つて低速性能の低
下が防止できるようになつている。内燃機関の回
転速度が例えば300〜1000RPMの低速域にある場
合、マグネト点火コイルの一次電流は比較的低電
流でゆるやかな変化をするため、電流検出素子の
検出電圧は低いけれどもその周期が長く、従つて
充電時定数との関係で前記のゆるやかな一次電流
によつて時定数回路のコンデンサがスムースに充
電され、その充電電位と前記検出電圧との和が制
御スイツチング素子のトリガレベルを超えたとき
に、制御スイツチング素子の導通によつてパワー
トランジスタが遮断され、パワートランジスタに
流れていた一次短絡電流が急激に遮断されること
により二次巻線に接続されている点火プラグに有
効な飛火が行なわれる。

また本考案においては前記時定数回路のコンデ
ンサはその充電時定数より大なる放電時定数で放
電され、これは例えばコンデンサに高抵抗を並列
接続することで果される。

内燃機関の回転速度が例えば1000RPM以上の
中速域に入つてくると、コンデンサの充放電周期
が短かくなつてくるので、コンデンサの充電電荷
が完全に放電されるに至らなくなり、次の充電始
めのサイクルになつても前回の充電電荷の放電未
了分が残留電荷として残り、これが次のサイクル
のトリガ電圧の一部になることとなる。このよう
にして中速域以上では、電流検出素子の検出電圧
とコンデンサの充電電位との和で与えられるトリ
ガ電圧を、制御スイツチング素子の導通に充分な
トリガレベルにまで上昇するに必要な一次電流が
低速時に比べて少なくてすむようになる。

さらに内燃機関の回転速度が2000RPMを超え
る高速域になると前述のコンデンサの残留電荷の
レベルがさらに増加し、制御スイツチング素子の
導通に充分なトリガレベルにまで前記和に相当す
るトリガ電圧が上昇するに必要な一次電流値がさ
らに少なくてすむようになり、従つて高速回転に
なればなるほぼ一次短絡電流遮断値が徐々に抑制
されてゆき、その点火時期も進角することにな
る。

このように本考案では、例えば2000RPM以上
の高速回転時には一次短絡電流の遮断時の値が抑
制されて減少傾向になるので、点火コイルの二次
巻線に生じる二次電圧も過大になることはない。
一般に高速回転時の内燃機関の点火に要求される
二次電圧は数KVと比較的低くてよいから前記高
速時における一次短絡電流遮断値の抑制による二
次電圧の減少は機関の性能に悪影響を及ぼすもの
ではなく、かえつて高速時に点火時期が進角する
ことによつて機関の出力の向上に寄与するもので
あり、また高速時に一次電流を必要以上に増加さ
せないようにすることは点火コイルやパワートラ
ンジスタなどに加わる負荷を軽減することにもな
つて有利である。

本考案の実施例を示せば以下の通りである。

第１図は本考案の一実施例を示す回路図で、パ
ワートランジスタQ₁のコレクタ・エミツタ回路
は、エミツタ側に電流検出素子としての抵抗R₁
を介して、マグネトの点火コイルＴの一次巻線
N₁の両端間に接続されている。このパワートラ
ンジスタQ₁のコレクタ・エミツタ回路および電
流検出抵抗R₁の直列回路には、前記マグネトの
回転動作による一次電流の大部分が流れることに
なり、この一次電流をそのピーク点近傍でパワー
トランジスタQ₁の遮断動作によつて急激に断つ
ことにより点火コイルＴの二次巻線N₂に高電圧
を誘起させ、点火プラグＰに火花放電を生じさせ
るようになつている。

パワートランジスタQ₁は例えば図例の如くダ
ーリントン接続パワートランジスタなどの電流増
幅率が充分に高いトランジスタであり、一次電流
から分流してベースバイアス抵抗R₄を介して流
れる極くわずかなベース電流でそのコレクタ・エ
ミツタ間をほぼ短絡状態にすることができ、従つ
てそのコレクタ・エミツタ回路には実質的な一次
短絡電流が流れることになる。

パワートランジスタQ₁のベースは、制御スイ
ツチング素子としてのサイリスタＱ_2aをして抵抗
R₁と一次巻線N₁との接続点に接続されており、
サイリスタＱ_2aが導通することでパワートランジ
スタQ₁のベース電位を短絡して該パワートラン
ジスタQ₁を強制的に遮断状態にするようにして
ある。

時定数回路はコンデンサＣと抵抗R₂，R₃およ
びダイオードD₁からなり、コンデンサＣの充電
は逆流阻止用のダイオードD₁と抵抗R₃との直列
回路を介して行なわれ、また放電は並列抵抗R₂
により行なわれる。この場合、ダイオードD₁の
逆流阻止によりコンデンサＣはマグネトの回転で
一次巻線N₁に誘起される交番電流のうち順方向
の一次電流のみによつて充電され、逆極性の充電
は受けることがない。

この時定数回路はパワートランジスタQ₁のコ
レクタとエミツタとの間に接続され、丁度一次巻
線N₁の両端間にこの時定数回路とパワートラン
ジスタQ₁との並列回路に電流検出抵抗R₁を直列
接続したものが接続された形になつている。コン
デンサＣと抵抗R₃との接続点には前記サイリス
タＱ_2aのゲートが接続され、電流検出抵抗R₁の両
端間に現われる電圧降下とコンデンサＣの端子間
電圧すなわち充電電位との和に相当する電圧がサ
イリスタＱ_2aのゲートにトリガ電圧として与えら
れるようになつている。

時定数回路の充電時定数R₃・Ｃと放電時定数
R₂・Ｃとはマグネトの回転速度が300RPM程度で
も点火プラグＰに火花放電が可能なように設定さ
れるが、放電時定数R₂・Ｃは充電時定数R₃・Ｃ
よりも大きく、すなわち抵抗R₂は抵抗R₃より高
抵抗に選ばれている。

300RPM程度の低速回転時における一次電流の
波高値は比較的低く、第３ａ図に示すように電流
検出抵抗R₁の両端間に現われる電圧降下も低い
が、コンデンサＣへの充放電の周期が長いため、
コンデンサＣはそのゆるやかに増加する一次電流
により充電され、第３ｂ図に示すようにコンデン
サＣの端子間電圧はサイリスタＱ_2aのトリガレベ
ル近くにまで上昇し、電流検出抵抗R₁の電圧降
下との和でサイリスタＱ_2aがトリガされて導通
し、第３ｃ図の如く一次電流がそのピーク点近傍
で急激に遮断されて点火プラグＰに火花放電が行
なわれる。サイリスタＱ_2aの遮断復帰はマグネト
の回転で一次巻線N₁に誘起される電圧の極性が
逆になると果され、これにより次の順方向一次電
流の発生までの間にパワートランジスタQ₁も導
通可能状態にされ、一方コンデンサＣの充電電荷
は次の順方向一次電流の発生までのうちに高抵抗
R₂によつて放電される。

マグネトの回転が例えば1000RPM程度の中速
域になると、一次電流の波高値も高くなつてくる
ので、第４ａ図に示すように電流検出抵抗R₁の
両端間に現われる電圧降下も高くなり、またコン
デンサＣへの充放電の周期も短かくなる。ここで
時定数回路の充電時定数に比べて放電時定数を大
きくしてあることとダイオードD₁による逆流阻
止の機能により、各充電サイクルの始めにコンデ
ンサＣには前回の充電電荷が放電しきれずに残留
しており、第４ｂ図に示すようにコンデンサＣの
端子間電圧は或る残留電位から充電により上昇す
るようになる。このため充放電時定数の適当な設
定により前述の低速域での点火性能を確保したう
えでさらにこの中速域で最高の二次電圧を得るよ
うな遮断動作点を与えることができ、第４ｃ図に
示す如く一次電流をほぼピーク点において遮断し
て、小形内燃機関で最も高い二次電圧の要求され
る1000〜2000RPMでの始動時の点火性能を良好
にすることができる。

さらに2000RPM以上の高速域になると一次電
流の波高値はさらに高くなり、電流検出抵抗R₁
の両端間に現れる電圧降下も第５ａ図の如く高
く、周期も短いものとなる。またコンデンサＣの
端子間電圧も第５ｂ図のように残留電位が殆んど
となつており、従つて電流検出抵抗R₁の電圧降
下の立上りでそれがピーク点に達する前にサイリ
スタＱ_2aのトリガが行なわれ、第５ｃ図の如く一
次電流がそのピーク点に達する前の進角した時点
で遮断され、。抑制された二次電圧で点火プラグ
Ｐの火花放電が行なわれる。

すなわち本考案の方式では低速回転時に制御ス
イツチング素子のトリガに多く関与するのはコン
デンサＣの充電電位であり、これが高速回転にな
るほど電流検出素子の検出電圧が多く関与するよ
うになる。従つて時定数回路の定数を適当に選ぶ
ことで、300RPM程度の低速回転時でも火花放電
が確実で、小形内燃機関において最も二次電圧が
要求される始動時の回転域1000〜2000RPMで最
高の二次電圧が得られるようにすることができ、
さらに2000RPM以上の高速域ではむやみに一次
電流を増加させずに二次電圧を必要最低限に抑え
ることが可能であり、点火コイルやパワートラン
ジスタに加わる負荷を軽減することが可能であ
る。

第６図は本考案の点火回路を用いて実測した点
火コイルの二次電圧V₂と点火時期（上死点前の
点火角度θ）との機関回転数に対する変化を示す
線図で、二次電圧V₂は低速域から上昇してきて
2000RPM近傍でピークとなり、回転速度が速く
なるに従つて下降する傾向を示し、また点火時期
は回転速度の上昇につれて進角する傾向を示して
いる。

尚、第１図に示した実施例では、制御スイツチ
ング素子としてサイリスタＱ_2aを用いているが、
これは第２図に示す如くコレクタ側に保護用の逆
流阻止ダイオードD₂を挿入したスイツチングト
ランジスタＱ_2bに置き換えてもよく、さらにはそ
の他の三端子スイツチング素子を用いることもで
きる。また周囲の温度変化に対して制御スイツチ
ング素子のトリガレベルが変化するのを補償する
ために、抵抗R₃を正の温度特性をもつた感温抵
抗素子としたり、または抵抗R₄を負の温度特性
をもつた感温抵抗素子としたりすることは好まし
いことである。

以上に述べたように本考案によれば、点火コイ
ルの一次巻線側にわずか８〜９点の部品を接続し
てなる点火回路が得られると共にこの点火回路に
よつて低速回転域から確実な火花放電が達成さ
れ、低速域から例えば2000RPM程度の中速域に
かけて一次電流の増加に従つて一次短絡電流遮断
値も増加させて始動時の二次電圧を高くすること
により点火を確実に行なわせるようにすることが
でき、また高速回転時には一次短絡電流遮断値を
減少傾向にして二次電圧が過大になるのを防止す
ると共に点火時期を進角させることができるもの
である。また時定数回路はコンデンサを含むが、
このコンデンサは一次短絡電流のみによつて充電
され、逆極性の充電を受けないので、いわゆる無
極性コンデンサでなくとも有極性の安価なコンデ
ンサを用いることができ、その寿命を短かくする
ことがない。さらに電流検出素子も制御スイツチ
ング素子のトリガ電圧の一部を分担するだけでよ
いから、例えば0.05Ω程度の微小抵抗で済み、一
次電流の損失を極小にすることができるものであ
る。なおまた本考案によれば高速回転時の一次短
絡電流遮断値を抑制するので二次電圧が過大にな
らず、また一次巻線に誘起される電圧も高くなら
ないから、点火コイルの耐圧が高くなくてもよい
し、パワートランジスタにＶ_CEO（コレクタ・エ
ミツタ間最大電圧）の低いものを用いることがで
きて有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す回路図、第２
図は別の実施例を示す回路図、第３ａ，３ｂおよ
び３ｃ図は低速回転時の検出電圧、コンデンサ充
電電位および一次電流の各波形図、第４ａ，４ｂ
および４ｃ図は中速回転時の同様の各波形図、第
５ａ，５ｂおよび５ｃ図は高速回転時の同様の各
波形図、第６図は機関回転数に対する点火コイル
二次電圧と点火時期の関係を示す実施例の線図で
ある。 Ｐ：点火プラグ、Ｔ：点火コイル、N₁：一次
巻線、N₂：二次巻線、Q₁：パワートランジス
タ、Ｑ_2a：サイリスタ、Ｑ_2b：スイツチングトラ
ンジスタ、R₁：電流検出抵抗、R₂：放電用抵
抗、R₃：充電用抵抗、R₄：バイアス抵抗、Ｃ：
コンデンサ、D₁，D₂：ダイオード。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 マグネトの点火コイルの一次短絡電流をパワー
   トランジスタのスイツチング動作によつて急激に
   遮断することにより前記点火コイルの二次側の点
   火プラグに火花放電を生ぜしめるようにした内燃
   機関用点火回路において、 導通することにより前記パワートランジスタを
   遮断状態にスイツチングさせる制御スイツチング
   素子を前記パワートランジスタのベース・エミツ
   タ間に接続し、 一次短絡電流値に対応した電圧を生じる電流検
   出素子と、一次短絡電流によつてのみ予じめ定め
   られた充電時定数で充電され且つ前記充電時定数
   より大なる放電時定数で放電されるコンデンサを
   含む時定数回路とを、前記電流検出素子の検出電
   圧と前記コンデンサの充電電位との和が前記制御
   スイツチング素子を導通させるためのトリガ電圧
   となるように設けてなることを特徴とする内燃機
   関用点火回路。