JPS6245973A - 内燃機関用点火装置 - 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〕 この発明は内燃機関用点火装置に関し、特に高エネルギ
一点火装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、自動車用エンジンの燃費低減と排ガス浄化の両立
を計るため、点火装置には種々の改良が加えられており
、特にリーンバーンエンジンには高エネルギーの点火装
置が必須となっている。

ところで、通常、内燃機関の点火装置としては電流遮断
型の点火装置が広く使用されている。この種の点火装置
は点火コイルの１次電流による磁束が鉄心に蓄えられ、
火花エネルギーは基本的にこの蓄えられた磁束によるエ
ネルギーによって決まる。このため、より大きいエネル
ギーを得るには、鉄心を大きくして１次電流または１次
巻線を大きくする必要があり、装置が大型化するという
欠点があった。

またＤＣ−ＤＣコンバータを利用して通常の点火装置の
エネルギー増加をねらったもの（例えば特開昭５５−９
８６７１号公報）や、点火装置を複数個使用してコイル
の２次側を足し合わせたもの（例えば米国特許第３，２
８０，８０９号明細書の第５図）が種々提案されている
が、高価な高圧ダイオードが必要なことや、装置が大型
化することおよびコストが大幅に高くなるという欠点が
あった。

さらに、コンデンサ放電型点火装置と通常の電流遮断型
点火装置を１次側で足し合わせたもの（例えば米国特許
第３，２８０．８０９号明細書の第４図、第６図）も提
案されてはいるが、」−記従来例と同じで装置の大型化
やコストが高くなる欠点がある。

一方、通常の点火コイルを使用して、１次コイルを４ケ
のパワートランジスタのオン、オフにより交番励磁する
ことにより火花エネルギーを増大する方式が１是案され
ている（例えば特開昭５４−７０３０号公報）。この方
式は一方の一対のｌ・ランジスタがＯＦＦすることによ
り通常の電流遮断型点火装置の火花エネルギーが得られ
、このエネルギーに、他方の一対のトランジスタをＯＮ
して巻数比倍の電圧を２次側に発生させて重ね合せるこ
とにより、エネルギーの増加をねらったものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、この装置は高価なＰＮＰパワー１ヘランジス
タを２ケ、ＮＰＮパワートランジスタが２ケ、１次ダイ
オードが２ケ、それぞれ必要で、コストが高いという問
題ある。

さらに通常の点火コイルは１次コイルと２次コイルとの
巻数比が約１００倍程度である。これは巻数比が高いと
（例えば２００倍程度、つまり１次側は入力エネルギー
が一定とすれば１次コイルの巻数は変えられないから）
、２次コイルの巻数が多くなり、この結果、２次コイル
のインピーダンスが高く、漏洩抵抗特性が悪くなり、点
火プラグのくすぶり時に性能が低下することや、点火コ
イル通電時に２次コイルに発生ずる電圧で着火する可能
性があるためである。

ところで、通常の点火システムは点火コイルの２次側高
圧出力はディストリビュータおよび抵抗入り高圧コード
を介して各点火プラグに接続されている。ここで、各点
火プラグの放電維持電圧はＩＫＶ程度であるが、抵抗入
り高圧コードやディストリビュータ等でも電圧が印加さ
れることにより電圧降下が生じるので、点火コイルの２
次出力はこれらの電圧降下を考慮して最低２ＫＶ以−１
−の放電維持電圧が必要である。さらに点火プラグの放
電維持電圧はエンジン回転および負荷により変動する。

またエンジンのバッテリ電圧Ｖｌ］　も回転数、負荷に
よってＶＢ＝１０〜１６Ｖまで変化するので、重ね合せ
の２次出力電圧に影響する。従って、特開昭５４−７０
３０号公報の例のように通常の点火コイル（巻数比１０
０倍程度）を使用すると一対のトランジスタが導通時に
発生ずる２次電圧ば１２ＶＸ　１００＝１．２ＫＶ程度
であり、コノ電圧でエネルギーを足し合せることば困難
である。このように２次コイル出力の放電維持電圧はエ
ンジン回転数や負荷の影響を受け、さらに重ね合せのた
めの２次出力電圧は電源電圧の影響を受けることを考え
ると、このような重ね放電式のものは、点火コイルの巻
数比が２００〜４００倍程度必要である。ところが、通
常の点火コイルをこのような高巻数比にすることは前述
のようにコイルインピーダンスが高くなることや、１次
コイル通電時に飛火する可能性があるという問題がある
。

本発明は上記問題を解決するもので、ｉｍ常の電流遮断
型点火装置に簡単な回路を加えることにより、安価でか
つ小型の高エネルギ一点火装置を提供することを目的と
するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため本発明は、 鉄心とこの鉄心に巻線された１次、２次コイルとを有す
る点火コイル、およびこの点火コイルの１次電流を断続
する１次電流断続手段を含み、この１次電流断続手段に
よる１次電流遮断時に前記２次コイルに高電圧を発生さ
せる電流遮断型点火装置と、 前記１次コイルに対し発生磁束が逆方向となるように前
記鉄心に巻線されると共に、前記１次コイルより巻数が
少ない１次補助コイルと、前記１次コイルの電流遮断時
に前記１次補助コイルの通電回路を形成するための１次
補助電流断続用トランジスタと、 前記１次補助コイルの通電回路中に前記１次補助電流断
続用トランジスタと直列に接続され、前記１次補助コイ
ルに逆方向電流が流れるのを防止する逆流防１）―素子
と、 バッテリ電圧を検出して前記１次補助電流断続用１ヘラ
ンジスタの動作電圧を限定する電圧応動回路とを備える
内燃機関用点火装置を提供するものである。

〔作　用〕

これにより、点火コイル１の１次電流遮断時に、鉄心に
予め貯えられていた点火エネルギーによって２次コイル
に高電圧が誘起されて、点火プラグで放電してアーク電
流が流れる。また、１゛次電流遮断時に１次補助電流断
続用トランジスタが導通して１次補助コイルに電流が流
れ、１次電流遮断によるアークエネルギーに１次補助コ
イルの１ｕｌｌ電によるエネルギーが足し合わされる。

ここで、１次補助コイルの巻数が１次コイルの巻数より
少ないことによって、１次補助コイルと２次コイルとの
巻数比が１次、２次コイルの巻数比より高くなることに
よって、１次補助コイルへのＪ　電時に点火プラグの放
電維持電圧よりも高い２次電圧が得られる。また、１次
電流遮断時に１次補助コイルに誘起される電圧により１
次補助コイルに逆方向電流が流れるのを、逆流防止素子
により防止して、１次電流遮断時に２次コイルに誘起さ
れる２次電圧が低下するのを防止する。

さらに、バッテリ電圧に応動して電圧応動回路が動作し
て１次補助電流遮断用トランジスタの動作電圧を限定す
る。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例に従って説明する。

１はマイナス端子を接地した１２Ｖ定格のバッテリ、１
００は通常の電流遮断型点火装置でその点火コイル１０
８の２次コイル１）１の高電圧出力端子は抵抗入り高圧
コード７ａ〜７ｅおよびディストリビュータ２を介して
各点火プラグ３，４゜５．６に接続されている。

次いで、通常の電流遮断型点火装置１００について簡単
に説明する。内燃機関の回転に同期して出力信号を発生
するポインＩ−１０１は抵抗１０２を介して１〜ランジ
スタ１０４のベースに接続され、このトランジスタ１０
４のベースは抵抗１０３を介してバッテリ１のプラス端
子に接続されている。

また、このトランジスタ１０４のエミッタはバッテリ１
のプラス端子に接続され、このコレクタは抵抗１０５を
介して接地されるとともに抵抗１０６を介して１次電流
断続手段をなすバヮートランスタ１０７のベースに接続
されている。さらに、このパワートランジスタ１０７の
エミッタは接地され、そのコレクタば点火コイル１０８
の１次コイル１０９を介してバッテリ１のプラス端子に
接続されている。１２０はバッテリ電圧が２０〜３０Ｖ
以上の過電圧になるとパワー１〜ランジスタ１０７のベ
ースを短絡する過電圧保護回路で、抵抗１２１、ツェナ
ーダイオード１２２およびトランジスタ１２３よりなる
。

２００は火花エネルギー増大回路で、次にその詳細を説
明する。２１０ばトランジスタ１０４のコレクタに接続
され、このコレクタ信号を反転するインバータである。

２２０ば単安定回路をなす単安定マルチバイブレークで
例えば東芝製ＴＣ４０４７を用いて構成でき、詳細な説
明は省略するが、トランジスタ１０４のコレクタ信号を
インバータ２１０を介して入力とし、このインバータ２
１０の出力信号の立上りに同期して２ｍｓ程度幅の高レ
ベルの出力を発生し、その出力は１）℃抗２０１を介し
てトランジスタ２０２のベースに接続される。このトラ
ンジスタ２０２のエミッタは接地され、そのコレクタは
抵抗２０３を介してトランジスタ２０４のベースに接続
されている。この１−ランジスタ２０４のエミッタはバ
ッテリ１のプラス端子に接続され、そのコレクタは抵抗
２０５を介して接地されるとともに抵抗２０６を介して
パワートランジスタ２０７のベースに接続されている。

このパワートランジスタ２０７のエミッタは接地され、
そのコレクタはダイオード２０８のカソードに接続され
、ダイオード２０８のアノードは１次補助コイル２０９
を介してバッテリのプラス端子に接続されている。

ここで、１次補助コイル２０９４；ｌ：　１次コイル１
０９と磁束が逆方向となるよう鉄心１）０−１−に巻か
れており、また）ｍ常の点火コイル１０８において鉄心
１）０ｊ−に巻かれる１次コイル１０９と２次コイル１
）１の巻数］１農、１：　１００倍程であるが、１次補
助コイル２０９と２次コイル１）１の巻数Ｊｔハ２００
・〜４００拍程度占いている。つまり１次コイル１０９
と２次コイル１）１の定数値は３’ｆＱ常の点火コイル
と同じｔ）のであり、それに１次二１イル１０９の１／
２〜１／４程度の巻数の１次補助コイル２０９がイ」加
されている。２３０は電圧応動回路をなす過電圧保護回
路で、バッテリ電圧が１６ｖ以−にの過電圧になるとパ
ワートランジスタ２０７のベースを短絡するもので、抵
抗２１２゜ツェナーダイオード２１３．２］５およびト
ランジスタ２１４よりなる。

次に、上記構成においてその動作について説明する。機
関の回転に同期してポイント１０１が閉じるとトランジ
スタ１０４が導通ずるとともにパワートランジスタ１０
７が導通し、１次コイル１０９に電流が流れる。そして
、所定の点火時期になるとポインｌ−１０１が開き、１
次コイル１０９の電流が急激に遮断されるので、２次コ
イル１）１に高電圧が発生し、ディストリビュータ２お
よび各点火プラグ３．４，５．６で放電しアーク電流が
流れる。

ここまでは通常の電流遮断型点火装置と同じ動作である
が、パワートランジスタ１０７が遮断した時点から単安
定マルチバイブレーク２２０より所定の時間（約２ｍ５
）高レベルの信号が出力され、この時間だけパワートラ
ンジスタ２０７を導通させる（ここで、ダイオード２０
８はパワートランジスタ２０７の逆流防止用である）。

ところで、１次補助コイル２０９は１次コイル１０９の
巻数の１／２〜１／４程度の巻数、つまり１次補助コイ
ル２０９と２次コイル１）１との巻数比は２００〜４０
０倍程度である。また、パワートランジスタ２０７が導
通した時に１次補助コイル２０９に流れる電流により鉄
心１）０に発生ずる磁束の向きは、パワートランジスタ
１０７が導通した時の１次コイル１０９の電流による磁
束の向きとは逆方向となるよう巻かれている。ここで、
鉄心１）０において、１次コイル１０９の電流が通電中
の磁束の方向と１次コイル１０９の電流が遮断直後の磁
束の方向とは一般に知られているように互いに逆方向で
あるから、１次コイル１０９の電流遮ＩｔＪ？後の磁束
の方向と１次補助コイル２０９の通電中の磁束の方向と
は同方向となり、１次コイル１０９の電流遮断によるア
ークエネルギーに１次補助コイル２０９の通電によるエ
ネルギーを足し合せることが可能である。

しかして、点火プラグの放電維持電圧は前述のようにエ
ンジンの回転数および負荷により影響され、かつ１次補
助コイル２０９の通電による２次電圧はバッテリ電圧に
も影響されるが、本実施例では、１次補助コイル２０９
と２次コイル１）１との巻数比を、１次コイル１０９と
２次コイル１）１との巻数比（１００倍程度）より高い
２００〜４００倍としているので、バッテリ電圧が低い
時にも点火プラグの放電維持電圧よりも高い２次電圧が
得られる。かつ、１次コイル１０９および２次コイル１
）１は通常の点火コイルと同等のものを用いているので
、コイルインピーダンスの増大や、通電時飛火といった
不具合は全くない。

本実施例の動作を第２図の各部動作波形に従ってさらに
詳細に説明する。ポイント１０１の開閉〔第２図（ａ）
〕に伴って時刻ｔ。で通電が開始された１次コイル１０
９の電流〔第２図（２）の（ａ）〕は時刻１．で遮断さ
れる。これにより、２次コイル１）１に高電圧が発生し
、ディストリビュータ２および各点火プラグ３〜６で放
電しアーク電流〔第２図（５）の（ｂ）〕が流れる。こ
の時、鉄心１）０中の磁束〔第２図（６）〕はＸ。から
ｘｌまで変化し、１次コイル電流に対応したエネルギー
が貯えられる。

また、時刻ｔ、において単安定マルチパイプレーク２２
０に高レベルの出力信号〔第２図（３）〕が発生し、１
次補助コイル電流〔第２図（４）〕が流れるが、この１
次補助コイル電流は第２図（４）の［０１と（ｅｌに分
けられ、この・うち（Ｃ１が第２図（５）のアーク電流
の（ｄ＋に対応する。この時、鉄心１）０の磁束θはＸ
、からｘ２まで変化し、一度零となるが、時刻ｔ２から
ｔ３までは１次補助コイル電流のうち（ｅ）に相当する
電流が逆方向に磁束φを形成し、Ｘ２〜Ｘ３まで変化す
る。時刻１２〜１３間に鉄心１）０に貯えられた磁束は
時刻ｔ３〜ｔ４の間にパワートランジスタ１０７が逆方
向に導通して、１次コイル１０９を介して１次コイル電
流の第２図（２）の（ｆｌに対応する逆方向電流が流れ
た後零となる。

ここで、時刻ｔ２〜ｔ３の間は１次補助コイル電流が鉄
心１）０に磁束を貯えながら所定の電流値（例えば１次
補助コイル２０９の直流抵抗値＝１次コイル１０９と同
じ程度に、コイル線径によって設定される：で制限され
る電流値）に達するまでの時間で、１次コイル電流１）
が所定値となる時刻ｔ。−ｔｌの間の約１／２〜１／４
である（１次補助コイル２０９の巻数は１次コイ月４０
９の巻数の１／２〜１／４なので、そのインダクタンス
は１／４〜１／１６となり、所定電流までに要する立上
り時間は１次コイルの１／２〜Ｉ／４となる）。この結
果、単安定マルチハイブレーク２２０の出力パルス幅（
１＋〜ｔ３）は１次補助コイル電流が磁束を貯える電流
のみとなる時間（ｔｌ”ｔ３）に設定されるのが最も効
率的である。

本実施例は通常の点火コイル１０８の鉄心１）０上に２
次コイル巻数の１．／２００〜１／４００程度の１次補
助コイル２０９を１次コイル１０９と逆方向に巻いただ
けで、かつパワートランジスタ２０７、逆電流防止ダイ
オード２０８および単安定マルチバイブレーク２２０等
を加えたきわめて簡単な回路構成で、アークエネルギー
を約２倍にすることができるというすぐれた特長を有す
る。

また、１次補助コイル２０９として１次コイル１０９の
巻数の１／２〜１／４程度のものを用いたにもかかわら
ず、１次補助コイル２０９の直流抵抗値を、線径の小さ
なものを用いることによって、１次コイル１０９とほぼ
同じ程度にすることによって、１次補助コイル２０９の
パワートランジスタ２０７の電流容量を、１次コイル１
０９のパワートランジスタ】０７の電流容量上回じにで
きる。

ここで、点火コイル１０Ｂの１次、２次コイル１０９．
１）１および１次補助コイル２０９の具体例について述
べると、１次コイル１０９として、線径０．７５　ｍｍ
の銅線を２８０回巻いて、その直流抵抗値が１．４８Ω
のものを用い、２次コイル１）１として線径０．０６ｍ
ｍの銅線を２８０００回巻いてその直流抵抗値が１．３
．５　ＫΩのものを用いて、１次、２次コイル１０９．
１）１の巻数比が１゜０倍の通常の点火コイルの場合に
は、１次補助コイル２０９として線径０．４５ｍｍの銅
線を９３回巻いてその直流抵抗値が１．４８Ωのものを
用いて、１次補助コイル２０９．２次コイル１）１の巻
数比が約３００倍としである。

さらに、通常の電流遮断型点火装置１００はバッテリ電
圧が異常に上昇した時（例えば電圧レギュレータが故障
した場合）はトランジスタ１０７や１次コイル１０９に
高い電圧が印加され発熱するので、通常バッテリ電圧が
２０〜３０Ｖ以上で過電圧保護回路１２０が作動してト
ランジスタ１０７の動作を停止する。ここで、１次補助
コイル２０９やトランジスタ２０７もバッテリ電圧が高
い時には高い電圧が印加され発熱するので、１〜ランジ
スタ２０７の動作を停止する必要がある。ところで、通
常バッテリ電圧の動作最大電圧は１６Ｖであるので、バ
ッテリ電圧が１６Ｖ以上で過電圧保護回路２３０が作動
してトランジスタ２０７の通電を停止する。

従って、バッテリ電圧が１６Ｖから２０〜３０Ｖの時に
は、電流遮断型点火装置１００のみで、点火プラグ３〜
６に飛火して点火エネルギー増大回路２００は動作しな
い。このため、点火エネルギー増大回路２００のトラン
ジスタ２０７ば、容量が小さい物で充分であり、１６Ｖ
以上は動作しないようになっているため、電源ラインに
重畳するサージ電圧によるトランジスタ２０７の破壊も
防止することができる。

なお、上述した実施例については、１次補助コイル電流
は１次補助コイル２０９の直流抵抗値で電流制限される
が、パワートランジスタ２０７を定電流制御することで
制限して４）よい。

また、」−述した実施例においては、Ｑｊ安定マルチバ
イブレーク２２０は一定時間の出力を有するものとした
が、この時間をエンジン回転数、負荷等により任意に可
変してアークエネルギーを変えることも可能で、さらに
火花エネルギー増大回路２００によるアークエネルギー
の重ね合せは、ディストリビュータ２や）点火プラグ３
〜６の消耗を防ぐため、始動時あるいは、低回転、軽狛
荷時のみ作動するようにしてもよい。

また、前記実施例ではバッテリ電圧が１６Ｖ以上でトラ
ンジスタ２０７の通電を停止する構成としたが、バッテ
リ電圧が低下した時は補助コイル２０９の通電によるエ
ネルギーの足し合せは期待できないので、バッテリ電圧
が低下した時も動作を停止するようにしてもよい。第３
図はこの点に鑑メで構成された本発明の他の実施例を示
すものであって、２４０はバッテリ電圧が８Ｖ以下のと
きパワートランジスタ２０７のベースを短絡する過小電
圧応動回路で、抵抗２４１，２４５．ツェナーダイオー
ド２４２およびトランジスタ２４３゜２４６よりなる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明においては、点火コイルの１次
電流遮断時に１次補助コイルの３ｍ電によるエネルギー
が足し合わされ、かつ１次補助コイルの巻数が１次コイ
ルの巻数より小さいことによって、１次補助コイルと２
次コイルとの巻数比が１次、２次コイルの巻数比より高
くなって、１次補助コイルへの通電時に点火プラグの放
電維持電圧よりも高い２次電圧が得られるから、通常の
電流遮断型点火装置に、１次コイルより巻数の少ない１
次補助コイルと、この補助コイルへの通電を断続する１
次補助電流断続手段等を付加するのみの簡単な回路構成
によって、安価かつ小型で点火エネルギーを良好に増大
することができるという優れた効果がある。

さらに、バッテリ電圧に応動して電圧応動回路が動作し
て１次補助電流断続用トランジスタの動作電圧を限定す
るから、過電圧による１次補助コイルや１次補助電流断
続用トランジスタの発熱・電源ラインに重畳するサージ
電圧による補助電流１）７　続出トランジスタの破壊な
どを防止する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図は本発明装置の一実施例を示す電気回路図、第２
図は第１図図示装置の作動説明に供する各部波形図、第
３図は本発明装置の他の実施例を示す要部電気回路図で
ある。 １００・・・電流遮断型点火装置、１０７・・何次電流
断続手段をなすパワートランジスタ、１０８・・・点火
コイル、１０９・・何次コイル、１）０・・・鉄心。 １）１・・・２次コイル、２０７・・・１次補助電流断
続用パワートランジスタ、２０８・・・逆流防止素子を
なすダイオード、２０９・・・１次１ｉｆｔ助コイル、
２３０．２４０・・・電圧応動回路を構成する過電圧保
護回路と過小電圧応動回路。 第２図 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄心とこの鉄心に巻線された１次、２次コイルと
   を有する点火コイル、およびこの点火コイルの１次電流
   を断続する１次電流断続手段を含み、この１次電流断続
   手段による１次電流遮断時に前記２次コイルに高電圧を
   発生させる電流遮断型点火装置と、 前記１次コイルに対し発生磁束が逆方向となるように前
   記鉄心に巻線されると共に、前記１次コイルより巻数が
   少ない１次補助コイルと、 前記１次コイルの電流遮断時に前記１次補助コイルの通
   電回路を形成するための１次補助電流断続用トランジス
   タと、 前記１次補助コイルの通電回路中に前記１次補助電流断
   続用トランジスタと直列に接続され、前記１次補助コイ
   ルに逆方向電流が流れるのを防止する逆流防止素子と、 バッテリ電圧を検出して前記１次補助電流断続用トラン
   ジスタの動作電圧を限定する電圧応動回路とを備える内
   燃機関用点火装置。
2. （２）前記１次補助コイルの巻数を前記１次コイルの巻
   数の１／２〜１／４に設定してなる特許請求の範囲第１
   項記載の内燃機関用点火装置。
3. （３）前記バッテリ電圧の定格値を１２Ｖに設定すると
   共に、前記動作電圧を８Ｖから１６Ｖまでの範囲に設定
   した特許請求の範囲第１項記載の内燃機関用点火装置。