JPS64593B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の点火装置に関するものであ
り、特に低回転から高回転まで高エネルギーの点
火性能を持つ点火装置に関するものである。

従来周知の高エネルギー点火装置としては、特
開昭46−7657号公報に提案されている点火装置が
ある。この特開昭46−7657号公報による点火装置
においては、内燃機関と同期して回転する交流発
電機の交流出力を整流しコンデンサに直流電圧と
して蓄え、この直流電圧を前記交流出力のバイア
ス電圧として加えて波形整形回路に印加すること
により、点火コイルの一次電流を通電している閉
角度を拡大し、点火コイルの一次電流が所定電流
に達すると前記コンデンサの充電電荷を放電させ
る様に負帰還して閉角度、いいかえれば通電開始
時期を修正し、点火コイルの一次電流が丁度所定
の電流値に達した時に点火時期になる様に閉角度
制御をしている。

従つて、機関回転数が低く、交流発電機の交流
出力電圧が小さい時には前記のコンデンサの充電
電圧がほとんど零であるので、前記した様な閉角
度制御は出来ず、交流出力波形で決る閉角度で通
電することにより、余分な時間一次電流が流れ、
点火コイルやパワートランジスタの消費電力が大
きく温度上昇が大きいという問題があつた。

本発明はかかる従来装置の問題を解決すべくな
されたもので、内燃機関と同期して回転する交流
発電機と、この交流発電機に発生する交流電圧に
応動してスイツチングする波形整形回路と、この
波形整形回路の出力に応動して点火コイルの一次
電流をオンオフするパワートランジスタのベース
電流を制御するドライブ回路と、一次電流が所定
の電流値以上にならない様に前記パワートランジ
スタを定電流制御する電流制限回路と、内燃機関
の回転数に応じた電圧を前記波形整形回路に加え
て前記交流電圧に対する前記波形整形回路のスイ
ツチングレベルを変更し、点火コイルの一次電流
が通電している閉角度を拡大する様に動作する閉
角度拡大回路と、前記パワートランジスタが定電
流制御されている時間幅に応じて前記交流電圧に
対する前記波形整形回路のスイツチングレベルを
変更し前記点火コイルの一次電流が通電している
閉角度を縮小する様に動作する閉角度縮小回路
と、前記閉角度拡大回路の出力に無関係に前記閉
角度縮小回路による前記波形整形回路のスイツチ
ングレベルの変更を前記パワートランジスタの導
通期間の間に中断する中断回路とを具備すること
によつて、低速回転から高速回転まで点火コイル
の一次電流が丁度所定の電流に達したとき点火時
期になる様に閉角度制御を行つて高エネルギーの
点火を行い、かつ低速回転時においても点火コイ
ルおよびパワートランジスタの消費電力が少な
く、発熱を少なくでき、さらに波形整形回路の発
振防止をすることができると共に閉角度縮小回路
による点火時期への悪影響を防止して信頼性の高
い内燃機関用点火装置を提供することを目的とす
るものである。

以下図に示す実施例に基づき本発明を説明す
る。第１図は本発明の一実施例を示す回路図であ
る。第１図において、１〜３１は抵抗、４０はサ
ーミスタ、５１〜６３はトランジスタ、６４はパ
ワートランジスタ、７１〜７５はダイオード、８
１〜８８はツエナーダイオード、９１〜９５はコ
ンデンサ、１００は内燃機関と同期して回転する
交流発電機、１０１は点火コイル、１０２はバツ
テリである。また二点鎖線で囲つてある１１１は
閉角度拡大回路、１１２は閉角度縮小回路、１１
３は電流制限回路のそれぞれのおおよその構成要
素が示してある。また、トランジスタ５３，５
４，５９は波形整形回路の主要要素を構成し、ト
ランジスタ６０，６２，６３はドライブ回路の主
要要素を構成している。トランジスタ５１，６１
はそれぞれトランジスタ５３，６２の温度補償を
兼ねたダイオードとして用いてある。コンデンサ
９１，９４，９５は誤動作防止用に用いてある。
そして、本実施例ではパワートランジスタ６４の
定電流制御されている時間幅をパワートランジス
タ６４のコレクタ非飽和出力電圧の時間幅により
検出して閉角度縮小回路１１２を動作させてい
る。

次に、その動作につき説明する。まず、閉角度
拡大回路１１１および閉角度縮小回路１１２を省
いて説明する。交流発電機１００に発生する交流
電圧が正極側の時にはトランジスタ５３がオン
し、トランジスタ５４がオフ、トランジスタ５９
がオフ、トランジスタ６０がオン、トランジスタ
６２がオフ、トランジスタ６３がオン、パワート
ランジスタ６４がオンになり、点火コイル１０１
の一次電流を通電する。そして、点火コイル１０
１の通電電流が上昇すると電流検出用抵抗３１の
端子電圧が上昇し遂に所定の電流値に達すると、
抵抗２５，２６を介してトランジスタ６２のベー
スへ電流が流れ込み、トランジスタ６２，６３お
よびパワートランジスタ６４が活性領域で制御さ
れて、点火コイル１０１の通電電流が所定の電流
値を越えない様に制御される。サーミスタ４０は
トランジスタ６１と同様に電流制限回路１１３の
温度補償用に使用してある。次に、交流発電機１
００に発生する交流電圧が負極性に変化すると、
トランジスタ５３がオフし、トランジスタ５４が
オン、トランジスタ５９がオン、トランジスタ６
３がオフ、パワートランジスタ６４がオフにな
り、点火コイル１０１の一次電流が遮断され図示
しないデイストリビユータを介して点火プラグが
放電する。

また、サージ電圧等でバツテリ電圧が異常に上
昇した場合には、抵抗１８，１９および定電圧ダ
イオード８４で構成した過電圧検出回路によりト
ランジスタ５９がオンし、パワートランジスタ６
４がオフしてこのパワートランジスタ６４の破壊
を防止する。

次に、閉角度拡大回路１１１および閉角度縮小
回路１１２を含めて第２図の波形図を参照して動
作を説明する。第２図において波形図ａは交流発
電機１００の交流出力を示し、波形図ｂはトラン
ジスタ５３のコレクタ出力を示し、波形図ｃは点
火コイル１０１の一次電流波形を示し、波形図ｄ
はパワートランジスタ６４のコレクタ出力を示
し、波形図ｅはトランジスタ５８のコレクタ出力
を示し、波形図ｆはコンデンサ９３の充電電圧波
形を示す。今、内燃機関の回転数が充分高いとす
ると、交流発電機１００の交流出力は充分大き
い。従つて、コンデンサ９２は機関回転数に応じ
た直流電圧で充電され、トランジスタ５３にはエ
ミツタフオロワのトランジスタ５２および抵抗６
を介して順方向バイアスが供給されている。従つ
て、トランジスタ５３が交流発電機１００の交流
出力に対してスイツチングするレベルは、第２図
の波形図ａ図示の様にＶ１だけ下げられており、
トランジスタ５３はＰ１でオフし、Ｑ１でオン
し、Ｐ２でオフする。すなわち波形図ａ図示のＱ
１，Ｐ２間が点火コイル１０１の通電時間にな
る。すなわち、閉角度拡大回路１１１により閉角
度が拡大されている。この通電時間中には点火コ
イル１０１の１次電流は第２図の波形図ｃ図示の
様に一定時間Ｔ後に定電流に達し、この時パワー
トランジスタ６４のコレクタ出力には波形図ｄ図
示の様な非飽和出力電圧が得られる。また、この
パワートランジスタ６４が非飽和領域で作動して
いる時、トランジスタ５４がオフしていてトラン
ジスタ５８がオフしているため、コンデンサ９３
は第２図の波形図ｅ図示の電圧で充電され、第２
図の波形図ｆ図示の様な充電波形となる。そし
て、コンデンサ９３の充電電圧はダーリントン接
続したトランジスタ５６，５７、抵抗１０および
ダイオード７３を介してトランジスタ５３のエミ
ツタ抵抗８に負帰還される。ここで、トランジス
タ５５はトランジスタ５９のコレクタ信号で制御
されるのでトランジスタ５３がオンの時トランジ
スタ５５もオフしており、前記の様に負帰還がか
かりトランジスタ５３が逆方向バイアスを受ける
ことになる。そして、トランジスタ５３がオフの
区間中逆方向バイアスと受ける。このことは、す
なわち第２図の波形図ａのP2点でトランジスタ
５３がオフした後、次にトランジスタ５３がオン
する点Ｑ２が前記の順方向バイアスＶ１の逆方向
バイアスＶ２とによつて決定されることになる。
そして、トランジスタ５３がオンした後はトラン
ジスタ５５もオンするので逆方向バイアスがなく
なり、次のオフ点Ｐ３は順方向バイアスＶ１のみ
によつて決まる。すなわち、このトランジスタ５
５はトランジスタ５３のスイツチングの正帰還作
用を行い、特に低速回転で交流発電機１００の交
流出力が小さく、また傾斜をゆるやかな時の発振
防止に効果がある。さらに、電源電圧の変動等に
よつて点火コイル１０１の一次電流の立上り時間
が変動し、定電流に達する時間も変動してパワー
トランジスタ６４が非飽和領域で作動する時間が
変動し、これによつて、トランジスタ５３に加わ
る逆バイアスＶ２の大きさも変動することになる
が、パワートランジスタ６４が導通している期間
はトランジスタ５５により上記逆バイアスＶ２が
中断されるため、この逆バイアスＶ２の変動によ
る点火時期の変動が防止される。

前記した様に閉角度縮小回路１１２による逆方
向バイアスＶ２はパワートランジスタ６４のコレ
クタ非飽和電圧時間幅に応動し、トランジスタ５
３のオン点、すなわち点火コイル１０１の通電開
始点を順方向バイアスＶ１のみで決まるＱ１から
Ｑ２点に変更して閉角度を縮小する。閉角度を縮
小しすぎた場合には、次の点火サイクルにおける
パワートランジスタ６４のコレクタ非飽和電圧時
間幅が小さくなり、逆バイアスＶ２が小さくなる
結果閉角度の縮小度を修正し、通電時間をほぼＴ
に制御する。

次に、内燃機関の低速回転時につき説明する。
低速回転時においては、交流発電機１００の交流
出力は非常に小さい。従つて、閉角度拡大回路１
１１のコンデンサ９２の充電電圧はほとんど零で
あり、順方向バイアスＶ１はほとんど零であり、
閉角度縮小回路１１２がない場合には交流発電機
１００の交流出力の零クロス点（第２図の波形図
ａの場合は、Ｘ１，Ｙ１点）で決定される点でト
ランジスタ５３がスイツチングする。そして、低
速回転である為その時に点火コイル１０１の通電
時間は時間Ｔに比べ非常に長くなる。従来装置に
おいてはこの場合の閉角度は何ら補正できなかつ
たが、本発明装置においては高速回転時に説明し
たと同様の動作で閉角度縮小回路１１２がトラン
ジスタ５３に逆バイアスを供給し、通電時間をほ
ぼＴに制御する。

第３図は本発明の点火装置に用いる閉角度縮小
回路１１２の他の実施例を示す要部電気回路図で
ある。第３図において、１３１〜１３５は抵抗、
１４１〜１４４はトランジスタであり、これらに
よつて放電電流増幅回路１５０が構成してある。
第３図図示の放電電流増幅回路１５０の動作を第
４図および第５図の波形図を参照して説明する。
まず、トランジスタ１４１と１４２の組合せおよ
びトランジスタ１４３と１４４の組み合わせはそ
れぞれ同一種のトランジスタを用いて温度補償を
行つた電流増幅回路であつて、それぞれ抵抗１３
３と１３４の電圧降下および抵抗１３１と１３２
の電圧降下が等しくなる様に電流増幅する。従つ
て、コンデンサ９３の放電電流が抵抗１３５，１
３４およびトランジスタ１４４を介して流れてい
る限り抵抗１３１、トランジスタ１４１およびダ
イオード７３を介してトランジスタ５３に逆方向
バイアスを供給する。従つて、トランジスタ５３
のエミツタ抵抗８に供給される逆方向バイアス電
圧は、第５図図示の波形ｉの様に初期電圧Voか
ら指数関数カーブで変化する電圧となる。第４図
および第５図において横軸は時間、縦軸は電圧が
とつてある。また、第４図および第５図の波形ｇ
は交流発電機１００の交流出力の正極性ピーク電
圧Ｖを波形間隙ｔに対してプロツトしたものであ
る。一般に交流発電機１００の出力は機関回転数
に対して直線的に増加するので波形ｇは１／ｔの
関数になる。一方、第１図図示の回路の場合に
は、逆方向バイアスはトランジスタ５６，５７に
よるエミツタフオロワおよび抵抗１０、ダイオー
ド７３を介して供給されるので、コンデンサ９３
の充電電圧がトランジスタ５６，５７およびダイ
オード７３の順方向電圧降下分以下になると逆方
向バイアスを供給できなくなる。従つて、実質的
な逆方向バイアスは第４図図示の波形ｈの様に時
刻Toで零になるので、交流発電機１００の交流
出力の波形周期がTo以上の極低速回転時には逆
方向バイアスがかからない。また、一方時刻ｔに
おける逆方向バイアス電圧値が波形周期がｔの交
流発電機１００の交流出力の正極性のピーク電圧
を越えているとトランジスタ５３はオンできず点
火ミスとなる。すなわち第４図および第５図の逆
方向バイアス電圧波形ｈ，ｉは必ず波形ｇの下側
になければならない。従つて、第４図図示の波形
h′の様にコンデンサ９３の放電時定数を大きくす
ると波形h′＞波形ｇの時刻ｔに相当する波形周期
の回転数区間で点火ミスとなる。一方、第５図図
示の波形ｇおよびｉにおいては、波形ｇが１／ｔ
の関数であり、波形ｉは指数関数であるのでその
商は極小値を持つ。従つて、その極小点で波形ｉ
が波形ｇ以上にならない様に回路定数を設定して
おけば前記した様にコンデンサ９３の放電電流が
抵抗１３５，１３４およびトランジスタ１４４を
介して流れている限り、トランジスタ５３に逆方
向バイアスを供給するので、機関の超低速時にお
いても逆方向バイアスによつて閉角度を縮小して
点火コイル１０１の通電時間をほぼＴに制御する
ので制御性が高い。

第６図および第７図は本発明の点火装置に用い
る閉角度縮小回路１１２のさらに他の実施例を示
す要部電気回路図であり、第６図において、１５
１，１５２，１５３は抵抗、１５４はツエナーダ
イオードであり、第７図において、１６１，１６
２は抵抗、１６３はツエナーダイオードである。
第８図および第９図はそれぞれ第７図、第８図図
示の回路動作の説明に供する波形図である。第６
図および第７図の回路では前記した第１図および
第３図図示の回路におけるコンデンサ９３の放電
回路に抵抗１５２又は１６２とツエナーダイオー
ド１５４又は１６３の直列回路が追加された形に
なつている。従つて、コンデンサ９３の充電電圧
がツエナーダイオード１５４又は１６３のツエナ
ー電圧に比して高いか低いかにより放電時定数が
切り替わる。よつて、逆方向バイアスは第６図お
よび第７図の回路に対しそれぞれ第８図図示の波
形ｊおよび第９図図示の波形ｋの様にｔが小さい
ときにより高く設定できる。これはｔが小さい時
すなわち機関の高速回転時に大きな逆方向バイア
スをかけ得ることを示し、高速回転時における制
御性能がより向上する。さらに、本実施例の思想
を応用して逆方向バイアス波形を多段の折れ線近
似曲線にして波形ｇに近づければさらに制御性能
を向上できる。

また、閉角度拡大回路１１１や閉角度縮小回路
１１２の時定数回路では各コンデンサ９２，９３
に並列にサーミスタを配置して温度特性を向上す
ることも可能である。

また、本発明の実施例においては、閉角度拡大
回路１１１は交流発電機１００の交流出力を整流
して内燃機関の回転数と共に変化する直流電圧を
作り順方向バイアスとして波形整形回路のトラン
ジンスタ５３に印加しているが、例えば波形整形
回路の出力の微分信号を整流充電したた、波形整
形回路の出力で単安定マルチバイブレータをトリ
ガしその出力を平滑した直流電圧を順方向バイア
スとしてもよい。

また、本発明の実施例においては、閉角度縮小
回路１１２は、パワートランジスタ６４が定電流
制御されている間のコレクタ非飽和出力電圧の時
間幅によつて動作しているが、電流検出用抵抗３
１の端子電圧によりパワートランジスタ６４が定
電流制御されている間の時間幅を検出して閉角度
縮小回路１１２を動作させてもよい。

また、第１０図は本点火装置に用いる閉角度縮
小回路１１２のさらに他の実施例を示す要部電気
回路である。第１０図において、６５はトランジ
スタ、３２は抵抗である。本実施例ではトランジ
スタ５３のベース電流をトランジスタ６５で抜く
ことによりスイツチングレベルを変更して、トラ
ンジスタ５３に逆バイアスをかけ閉角度を縮小す
るようにしたものである。

以上説明した様に本発明点火装置においては、
内燃機関と同期して回転する交流発電機と、この
交流発電機に発生する交流電圧に応動してスイツ
チングする波形整形回路と、この波形整形回路の
出力に応動して点火コイルの一次電流をオンオフ
するパワートランジスタのベース電流を制御する
ドライブ回路と、一次電流が所定の電流値以上に
ならない様に前記パワートランジスタを定電流制
御する電流制限回路と、内燃機関の回転数に応じ
た電圧を前記波形整形回路に加えて前記交流電圧
に対する前記波形整形回路のスイツチングレベル
を変更し前記点火コイルの一次電流が通電してい
る閉角度を拡大する様に動作する閉角度拡大回路
と、前記パワートランジスタが定電流制御されて
いる時間幅に応じて前記交流電圧に対する前記波
形整形回路のスイツチングレベルを変更し、前記
点火コイルの一次電流が通電している閉角度を縮
小する様に動作する閉角度縮小回路とを具備して
いるから、内燃機関が低速回転動作であつて交流
発電機の交流出力が小さい時においても閉角度縮
小回路が動作して通電時間が所定の時間になる様
に閉角度制御を行い、これによつて低速回転時の
点火コイルおよびパワートランジスタの消費電力
が少なく、発熱が少なく、信頼性が高いという優
れた効果がある。さらに、低速回転から高速回転
まで通電時間が所定の時間になる様に閉角度拡大
回路および閉角度縮小回路の動作で制御するか
ら、点火時期に達した時の点火コイルの一次電流
が所定の電流値に達しており高エネルギーの点火
が行えるという優れた効果がある。また、前記閉
角度縮小回路は前記パワートランジスタが定電流
制御されている間の時間幅に応じて前記交流電圧
に対する前記波形整形回路のスイツチングレベル
を変更し、前記点火コイルの一次電流が通電して
いる閉角度を縮小する様に動作するから、バツテ
リー電圧の低下によつて点火コイルの一次電流に
立上りがゆるやかになつても前記パワートランジ
スタが定電流制御される間まで通電時間が長くな
つて所定の一次電流値まで達することができ、パ
ワートランジスタの発熱を増大させることなく点
火エネルギーを高くできるという優れた効果があ
る。

さらに、前記閉角度拡大回路の出力に無関係に
前記閉角度縮小回路による前記波形整形回路のス
イツチングレベルの変更を前記パワートランジス
タの導通期間の間は中断する中断回路を備えるか
ら、波形整形回路に対して正帰還作用を行つて、
この波形整形回路の発振防止をすることができる
のみならず、電源電圧の変動等によつて閉角度縮
小回路による波形整形回路のスイツチングレベル
の変動があつても、点火時期への悪影響を防止す
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図はその動作説明に供する各部波形図、
第３図、第６図、第７図および第１０図は第１図
図示装置に適用する閉角度縮小回路１１２の他の
実施例をそれぞれ示す要部電気回路図、第４図、
第５図、第８図および第９図はそれぞれ第１図、
第３図、第６図および第７図図示回路の動作説明
に供する特性図である。 ５３，５４，５９……波形整形回路の主要構成
要素としてのトランジスタ、５５……中断回路の
主要構成要素としてのトランジスタ、６０，６
２，６３……ドライブ回路の主要構成要素として
のトランジスタ、６４……パワートランジスタ、
９３……コンデンサ、１００……交流発電機、１
０１……点火コイル、１０２……バツテリ、１１
１……閉角度拡大回路、１１２……閉角度縮小回
路、１１３……電流制限回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 点火コイルと、この点火コイルの一次電流を
   オン、オフするパワートランジスタと、内燃機関
   と同期して回転する交流発電機と、この交流発電
   機に発生する交流電圧に応動してスイツチングす
   る波形整形回路と、この波形整形回路の出力に応
   動して前記パワートランジスタのベース電流を制
   御するドライブ回路と、前記点火コイルの一次電
   流を所定値以下に制限すべく前記パワートランジ
   スタを定電流制御する電流制限回路と、前記内燃
   機関の回転数に応じた電圧を前記波形整形回路に
   加えて前記交流電圧に対する前記波形整形回路の
   スイツチングレベルを変更して前記点火コイルの
   一次電流が通電している閉角度を拡大する様に動
   作する閉角度拡大回路と、前記パワートランジス
   タが定電流制御されている時間幅に応じて前記交
   流電圧に対する前記波形整形回路のスイツチング
   レベルを変更し、前記点火コイルの一次電流が通
   電されている閉角度を縮小する様に動作する閉角
   度縮小回路と、前記閉角度拡大回路の出力に無関
   係に前記閉角度縮小回路による前記波形整形回路
   のスイツチングレベルの変更を前記パワートラン
   ジスタの導通期間の間に中断する中断回路とを具
   備する内燃機関用点火装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の内燃機関用点火
   装置において、前記閉角度縮小回路は前記パワー
   トランジスタが定電流制御されている時間幅に応
   じて前記波形整形回路のトランジスタに逆方向バ
   イアスを印加して前記交流電圧に対する前記波形
   整形回路のスイツチングレベルを変更し、前記点
   火コイルの一次電流が通電している閉角度を縮小
   する様に動作する内燃機関用点火装置。