JP2000337237A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低速時の点火性能を損なうことなく過回転防止
機能を持たせることができるようにした内燃機関用点火
装置を提供する。 【解決手段】点火コイル２の一次コイルに電圧が誘起し
たときに単安定マルチバイブレータから発生させた矩形
波信号ＶT を積分回路１０に与えて三角波形の回転数検
出電圧ＶN を発生させる。また矩形波信号ＶT が発生し
ている期間所定の傾きで上昇する積分電圧Ｖc を発生さ
せ、比例・積分演算器１３から目標点火時期電圧Ｖθを
発生させる。積分電圧Ｖc と目標点火時期電圧Ｖθとの
大小関係に応じて回転数制御用点火制御スイッチ１５を
オンオフ制御し、機関の回転数が目標制限回転数以上に
なったときに本来の点火時期よりも遅れた位置で回転数
制御用点火制御スイッチ１５を遮断状態にして点火時期
を遅角させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の回転数
が制限回転数を超えて過回転となるのを防止できるよう
にした内燃機関用点火装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関が運転中に急に負荷が軽くなっ
たり無負荷になったりすると、機関の回転数が急上昇し
て許容最大回転数を超える過回転状態になって、負荷装
置や機関が破壊するおそれがある。このような危険が生
ずる恐れがある場合には、機関の点火装置から得られる
回転数情報に基づいて、回転数が設定値を超えたときに
機関の点火時期を大きく遅らせたり、あるいは機関の回
転数を制御する補助装置を制御したりすることによっ
て、回転数が設定値を超えて上昇するのを抑制する過回
転防止装置が用いられている。

【０００３】例えば、特開平２−５７４３号に開示され
た従来の過回転防止装置では、前段及び後段の２つの単
安定マルチバイブレータが設けられていて、前段の単安
定マルチバイブレータは点火装置の一次電流の立上がり
時点を起点として、内燃機関が設定回転数のときの１サ
イクルの時間幅に等しい基準時間（Ｔ1 ）よりも短い遅
れ時間（Ｔ2 ）後に立下がる予備信号（Ｖ5 ）を発生
し、後段の単安定マルチバイブレータは予備信号の立下
がり時点から時間（Ｔ1 −Ｔ2 ）の間基準信号（Ｖ1 ）
を出力する。この基準信号（Ｖ1 ）と、一次電流の立ち
上がりから得た探索信号（Ｖ2 ）とがコンパレータに入
力され、該コンパレータは基準信号（Ｖ1）と探索信号
（Ｖ2 ）とが同時に発生した時に、該両信号の重なり時
間幅に対応した時間だけ点火装置の点火時期を遅角させ
るための駆動信号を出力する。従って、内燃機関の回転
数が設定回転数を超えると点火時期が遅角して回転数の
上昇を抑制し、内燃機関の過回転を防止する。

【０００４】上記トリガ回路、単安定マルチバイブレー
タ及びコンパレータの駆動電力は、点火装置に発生する
一次電圧の逆電圧を入力とする安定化電源回路の出力に
より与えられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】過回転防止装置を備え
た従来の内燃機関用点火装置では、点火コイルの一次電
流の立ち上がりを検出することにより単安定マルチバイ
ブレータのトリガ信号と探索信号とを得るようにしてい
る。

【０００６】そのため、従来の点火装置では、点火コイ
ルの一次電流の通電路に一次電流検出用の抵抗器を直列
に挿入する必要があった。そのため、特に機関の低速回
転時に一次電流の大きさが減少して点火コイルの二次発
生電圧が低くなり、点火性能が低下するという問題があ
った。

【０００７】更に従来の点火装置では、２つの単安定マ
ルチバイブレータを設ける必要があったため、回路構成
が複雑になってコストが高くなるだけでなく、各単安定
マルチバイブレータを構成する部品の特性の差により生
じる遅角特性のバラツキを調整するための調整作業が複
雑になるという問題もあった。

【０００８】また過回転防止機能を持たせた従来の点火
装置では、内燃機関の回転数が設定された制限回転数を
超えるたときに、予め定められた一定の遅角量だけ点火
時期をステップ状に遅角させるようにしていた。そのた
め、同じ点火装置を異なる内燃機関に装着したり、内燃
機関の運転条件が異なる場合には、回転数制限時に機関
の回転数の応答特性が異なって円滑な回転数制限動作が
行われないことがあった。

【０００９】本発明の目的は、低速時の点火性能を損な
うことなく、かつコストの上昇を招くことなく過回転防
止機能を持たせることができるようにした内燃機関用点
火装置を提供することにある。

【００１０】本発明の他の目的は、異なる内燃機関に適
用したり、機関の運転条件が異なったりする場合でも、
回転数制限時に機関の回転数の応答特性を良好にするこ
とができるようにした内燃機関用点火装置を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明が対象とする内燃
機関用点火装置は、一次コイルと二次コイルとを有し、
少なくとも一次コイルが内燃機関により駆動される磁石
発電機内に設けられて、内燃機関の回転に同期して一方
の極性の第１の半サイクルの電圧と他方の極性の第２の
半サイクルの電圧と一方の極性の第３の半サイクルの電
圧とが順次現れる交流電圧を内燃機関の１回転当たり１
回だけ一次コイルに誘起する点火コイルと、前記点火コ
イルの一次コイルに第２の半サイクルの電圧が誘起した
ときに導通して該一次コイルに電流を流す一次電流制御
用スイッチと、一次電流が設定値に達したときに一次電
流制御用スイッチを遮断状態にする遮断制御回路とを備
えたものである。

【００１２】本発明においては、点火コイルの一次コイ
ルに第１の半サイクルの電圧が誘起したときにトリガさ
れて内燃機関の１回転当たり１回だけ設定された時間幅
を有する矩形波信号を発生する単安定マルチバイブレー
タと、該矩形波信号が発生している間積分コンデンサを
一定の時定数で充電し、矩形波信号が消滅している期間
積分コンデンサを一定の時定数で放電させて該積分コン
デンサの両端に三角波形の回転数検出電圧を発生する第
１の積分回路と、矩形波信号が発生している間第２の積
分コンデンサを充電し、矩形波信号が消滅する際に該第
２の積分コンデンサを瞬時に放電させて積分電圧を発生
する第２の積分回路と、回転数検出電圧と内燃機関の目
標制限回転数を与える設定電圧との偏差に比例、積分演
算を施して下限値及び上限値が制限された目標点火時期
電圧を得る比例・積分演算器と、積分電圧を目標点火時
期電圧と比較して積分電圧が目標点火時期電圧を超えて
いるときに出力が第１の状態になり積分電圧が目標点火
時期電圧以下のときに出力が第２の状態になる比較器
と、一次コイルに対して並列に設けられていて、比較器
の出力が第２の状態にあるときに導通して一次コイルを
短絡し、比較器の出力が第１の状態にあるときに遮断状
態になるように比較器の出力に応じてオンオフ制御され
る回転数制御用点火制御スイッチとを設ける。内燃機関
の回転数が目標制限回転数未満のときには、遮断制御回
路が一次電流制御用スイッチを遮断状態にする位置より
も進んだ位置で積分電圧が目標点火時期電圧を超え、内
燃機関の回転数が目標制限回転数以上になったときに
は、遮断制御回路が一次電流制御用スイッチを遮断状態
にする位置よりも遅れた位置で積分電圧が目標点火時期
電圧を超えるように、目標点火時期電圧の下限値及び上
限値を設定する。

【００１３】上記のように構成すると、内燃機関の回転
数が上昇していくにつれて、目標点火時期電圧は下限値
と上限値との範囲内で高くなっていくので、第２の積分
回路で発生する積分電圧が目標点火時期電圧を超えて回
転数制御用点火制御スイッチが遮断状態になる位置は、
回転数が上昇するにつれて遅れた位置になる。内燃機関
の回転数が目標制限回転数未満の状態のときには、回転
数制御用点火制御スイッチは一次電量制御用スイッチが
遮断状態になる位置よりも進んだ位置で遮断されるの
で、一次電流は一次電流制御用スイッチが遮断状態にな
る位置で遮断されて点火動作が行われる。

【００１４】内燃機関の回転数が目標制限回転数以上に
なると、回転数制御用点火制御スイッチは一次電量制御
用スイッチの遮断位置よりも遅れた位置で遮断状態にな
り、一次電流は回転数制御用点火制御スイッチの遮断位
置で遮断されるようになって、点火位置が遅れてくる。
点火位置の遅角量は、内燃機関の回転数と目標制限回転
数との偏差が大きいほど大きくなり、また遅角量の最大
値は目標点火時期電圧の設定上限値に対応した値に制限
される。

【００１５】上記のように、本発明では、内燃機関の回
転数が目標制限回転数を超えると自動的に該両回転数の
偏差量に応じた遅角量で点火時期が遅角し、機関の回転
数を低下させて目標制限回転数に近づけるように動作す
るので、点火装置が装着される内燃機関や該内燃機関の
運転条件が異なる場合でも、回転速度制限時の内燃機関
の応答性を良好にすることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下図１ないし図５を参照して、
本発明の実施の形態を説明する。

【００１７】図１は、本発明に係る内燃機関用点火装置
の回路構成の一例を示したブロック図である。同図にお
いて、１は点火回路で、この点火回路は、磁石発電機内
に設けられた一次コイル２ａ及び二次コイル２ｂを有す
る点火コイル２と、一次電流制御用スイッチ３及び遮断
制御回路４とにより構成されている。一次コイル２ａ
は、図４（Ａ）に示すように、内燃機関の回転に同期し
て一方の極性（図示の例では負極性）の第１の半サイク
ルの電圧Ｖ11と他方の極性（図示の例では正極性）の第
２の半サイクルの電圧Ｖ12と一方の極性の第３の半サイ
クルの電圧Ｖ13とが順次現れる交流電圧を内燃機関の１
回転当り１回だけ発生する。この例では、一次電流制御
用スイッチ３と遮断制御回路４とにより一次電流制御回
路５が構成されていて、一次コイル２ａに図示の実線矢
印方向の正極性の第２の半サイクルの電圧Ｖ12を発生し
たときに一次電流制御用スイッチ３が導通して一次コイ
ル２ａに一次電流を流し、該一次電流が設定値に達した
ときに遮断制御回路４が一次電流制御用スイッチ３を遮
断状態にして点火コイルの一次電流を遮断する。この一
次電流の遮断により、点火コイルの二次コイル２ｂに点
火用高電圧を誘起させる。６は内燃機関の気筒に取り付
けられた点火プラグで、点火コイルの二次コイル２ｂに
接続されている。

【００１８】７は点火回路１の一次端子１ａ、１ｂ間に
接続された回転数制限回路部で、この回転数制限回路部
は、安定化電源回路８と、単安定マルチバイブレータ９
と、第１の積分回路１０及び第２の積分回路１１と、目
標制限回転数設定回路１２と、比例・積分演算器１３
と、比較器１４と、回転数制御用点火制御スイッチ１５
とにより構成されている。

【００１９】安定化電源回路８は、各部に与える電源電
圧を発生する電源回路と単安定マルチバイブレータに与
えるトリガ信号を発生するトリガ信号発生回路とを兼ね
る回路で、一次コイル２ａの図示の破線矢印方向の第１
及び第３の半サイクルの電圧を入力として各部の回路の
電源電圧となる直流定電圧Ｖccを発生するとともに、一
次コイル２ａが一方の極性の半サイクルの電圧を発生し
ている期間と他方の極性の半サイクルの電圧を発生して
いる期間とでレベルを異にする矩形波電圧Ｖtを一次コ
イル２ａの誘起電圧に同期して発生する。矩形波電圧Ｖ
t は例えば、点火コイルの一次コイルが発生する交流電
圧の第１の半サイクルが開始される際、第２の半サイク
ルが開始される際、第３の半サイクルが開始される際及
び該第３の半サイクルが終了する際にそれぞれ高レベル
から低レベルへの立下り、または低レベルから高レベル
への立上りのエッジが現われる矩形波状の電圧となる。

【００２０】単安定マルチバイブレータ９は、点火コイ
ルの一次コイル２ａが第１の半サイクルの電圧を発生し
たときに現われる矩形波電圧Ｖt のエッジによりトリガ
されて、内燃機関の１回転当り１回だけ設定された時間
幅を有する矩形波信号ＶT を発生する。

【００２１】第１の積分回路１０は、矩形波信号ＶT が
発生している間第１の積分コンデンサを一定の時定数で
充電し、矩形波信号ＶT が消滅している期間第１の積分
コンデンサを一定の時定数で放電させて第１の積分コン
デンサの両端に三角波形の回転数検出電圧ＶN を発生す
る。

【００２２】第２の積分回路１１は、矩形波信号ＶT が
発生している間第２の積分コンデンサを充電し、矩形波
信号が消滅する際に該第２の積分コンデンサを瞬時に放
電させて積分電圧Ｖc を発生する。

【００２３】目標制限回転数設定回路１２は、内燃機関
の目標制限回転数を与える設定電圧としての目標制限回
転数電圧ＶNrを発生する回路で、この目標制限回転数電
圧ＶNrは、回転数検出電圧ＶN とともに比例・積分演算
器１３に与えられている。

【００２４】比例・積分演算器１３は、回転数検出電圧
ＶN と目標制限回転数電圧ＶNrとの偏差に比例、積分演
算を施して下限値及び上限値が制限された目標点火時期
電圧Ｖθを発生する。

【００２５】比較器１４は、積分電圧Ｖc と目標点火時
期電圧Ｖθとを比較して、積分電圧Ｖc が目標点火時期
電圧Ｖθを超えているときに第１の状態（例えば低レベ
ルの状態）になり、積分電圧Ｖc が目標点火時期電圧Ｖ
θ以下のときに第２の状態（例えば高レベルの状態）に
なる出力電圧Ｖs を発生する。

【００２６】回転数制御用点火制御スイッチ１５は、一
次コイル２ａに対して並列に接続されたスイッチ素子を
備えていて、該スイッチ素子は、比較器１４の出力電圧
Ｖsが第１の状態にあるときに遮断状態になり、比較器
１４の出力電圧Ｖs が第２の状態にあるときに導通状態
になるように、比較器１４の出力電圧Ｖs に応じてオン
オフ制御される。

【００２７】図１の点火装置においては、内燃機関の回
転数が目標制限回転数に達したときに、遮断制御回路４
が一次電流制御用スイッチ３を遮断状態にする位置で積
分電圧Ｖｃが目標点火時期電圧Ｖθを超える状態になる
ように、目標制限回転数電圧ＶNrの値が設定されてい
る。

【００２８】また、内燃機関の回転数が目標制限回転数
未満のときには遮断制御回路４が一次電流制御用スイッ
チ３を遮断状態にする位置よりも進んだ位置で積分電圧
Ｖcが目標点火時期電圧Ｖθを超えるように、目標点火
時期電圧Ｖθの下限値が設定されている。

【００２９】更に内燃機関の回転数が目標制限回転数以
上になったときに、遮断制御回路４が一次電流制御用ス
イッチ３を遮断状態にする位置よりも十分遅れた位置に
設定された最大遅角位置で積分電圧Ｖc が目標点火電圧
Ｖθの上限値を超える状態になるように、該目標点火時
期電圧Ｖθの上限値が設定されている。

【００３０】従って、内燃機関の回転数が目標制限回転
数未満のときには、遮断制御回路４が一次電流制御用ス
イッチ３を遮断状態にする位置よりも進んだ位置で積分
電圧Ｖc が目標点火時期電圧Ｖθを超えて、回転数制御
用点火制御スイッチ１５が遮断状態になるため、点火コ
イル２の一次電流は、一次電流制御用スイッチ３が遮断
状態になる位置で該スイッチの遮断により遮断される。
そのため、回転数制御用点火制御スイッチ１５は点火時
期に何の影響も与えない。

【００３１】内燃機関の回転数が目標制限回転数以上に
なったときには、一次電流制御用スイッチ３が遮断状態
になる位置よりも遅れた位置まで回転数制御用点火制御
スイッチ１５が導通状態を保持するようになるため、該
回転数制御用点火制御スイッチ１５が遮断状態になる位
置で一次電流が遮断される。回転数制御用点火制御スイ
ッチ１５の遮断により一次電流が遮断される位置（点火
時期）は、内燃機関の回転数と目標制限回転数との偏差
量に応じて、一次電流制御用スイッチ３が遮断状態にな
る位置と最大遅角位置との間で変化する。

【００３２】図２は及び図３は、図１の各部の回路を具
体化した例を示したもので、図２は点火回路部１の具体
的回路構成例を、また図３は回転数制限回路部７の具体
的回路構成例をそれぞれ示している。

【００３３】また、図４は図２及び図３の回路の各部の
電圧波形を内燃機関のクランク軸の回転角θに対して示
している。同図において破線で示した波形［記号にダッ
シュ（´）を付して示す］は、回転数が制限回転数未満
のときの波形であり、実線で示した波形は回転数が制限
回転数を超えているときの波形である。

【００３４】図２及び図３において、点火回路１は一次
電流制御用スイッチ３としてトランジスタを用いたトラ
ンジスタ式点火回路であって、点火コイル２は図示しな
い内燃機関により駆動される磁石発電機内に設けられて
いる。磁石発電機は、例えばフライホイールの外周部に
設けた凹部内に永久磁石を取り付けて、該永久磁石をフ
ライホイールの径方向に着磁することにより、３極の磁
石界磁を形成した周知のフライホイール磁石回転子と、
該磁石回転子の磁極に対向する磁極部をそれぞれ先端に
有する対の脚部と該対の脚部の後端部側を互いに連結す
る継鉄部とを有するほぼＵ字形の電機子鉄心に、一次コ
イル２ａ及び二次コイル２ｂを巻回して構成した点火コ
イル２とからなっていて、内燃機関の回転に同期してそ
の一次コイル２ａに図示の破線矢印方向の一方の極性の
第１の半サイクルの電圧Ｖ11と、図示の実線矢印方向の
他方の極性の第２の半サイクルの電圧Ｖ12と、図示の破
線矢印方向の一方の極性の第３の半サイクルの電圧Ｖ13
とが順次現れる交流電圧を内燃機関の１回転当たり１回
だけ誘起する。

【００３５】図示の例では、一次電流制御用スイッチ３
がダーリントン接続されたＮＰＮ形のトランジスタＴＲ
1 からなっていて、該トランジスタＴＲ1 のコレクタエ
ミッタ間回路が、コレクタを接地側に向けた状態で一次
コイル２ａに対して並列に接続されている。

【００３６】遮断制御回路４は、トランジスタＴＲ1 の
コレクタベース間に接続された抵抗Ｒ1 と、トランジス
タＴＲ1 のベースエミッタ間にアノードをベース側に向
けて接続されたサイリスタＴh1と、一端がそれぞれトラ
ンジスタＴＲ1 のコレクタとエミッタに接続され、他端
がサイリスタタＴh1のゲートに共通に接続された抵抗Ｒ
2 及びＲ3 とによって構成されている。一次電流制御用
スイッチ３と遮断制御回路４とにより一次電流制御回路
５が構成されている。

【００３７】図示の点火回路１においては、点火コイル
の一次コイル２ａに図示の実線矢印方向の第２の半サイ
クルの電圧が誘起したときにトランジスタＴＲ1 に抵抗
Ｒ1を通してベース電流が与えられて該トランジスタＴ
Ｒ1 が導通状態になり、点火コイル２に一次電流が流れ
る。この一次電流の上昇に伴ってトランジスタＴＲ1の
コレクタエミッタ間電圧が上昇する。トランジスタＴＲ
1 のコレクタエミッタ間電圧が設定値に達すると、抵抗
Ｒ3 の両端の電圧がサイリスタＴh1のトリガ電圧に達す
るため、該サイリスタＴh1が導通する。サイリスタＴh1
が導通すると、トランジスタＴＲ1 のベース電流がサイ
リスタＴh1を通して側路されるため、トランジスタＴＲ
1 が遮断状態になる。

【００３８】内燃機関の回転数が設定された制限回転数
未満の状態にあるときには、トランジスタＴＲ1 が遮断
状態になる前に回転数制限回路７の回転数制御用点火制
御スイッチ１５が遮断状態になるため、トランジスタＴ
Ｒ1 が遮断状態になったときに点火コイル２の一次電流
が遮断される。これにより二次コイル２ｂに点火用高電
圧が誘起し、点火プラグ６に火花が発生して機関が点火
される。

【００３９】図４（Ａ）は一次コイル２ａの両端に生ず
る一次電圧Ｖ1 の波形を示したもので、内燃機関の回転
角度位置θ1 で第１の半サイクルの電圧が立ち上がり、
回転角度位置θi1でトランジスタＴＲ1 が遮断状態にな
る。

【００４０】回転数制限回路７の安定化電源回路８は、
一次コイルの非接地側の端子から引き出された一次端子
１ｂにつながる共通ラインＣＬにアノードを接続したダ
イオードＤ1 と、ダイオードＤ1 のカソードに一端を接
続したコンデンサＣ1 と、点火回路の一次端子１ａにつ
ながる接地ラインＧＬにカソードを接続し、アノードを
コンデンサＣ1 の他端に接続したダイオードＤ2 と、ダ
イオードＤ1 のアノードとダイオードＤ2 のアノードと
の間に接続された抵抗Ｒ4 と、コンデンサＣ1の一端に
アノードが接続されたダイオードＤ3 と、ダイオードＤ
3 のカソードと一次端子１ｂとの間に接続されたコンデ
ンサＣ2 と、コンデンサＣ2 の両端に接続されたツェナ
ーダイオードＺＤ1 とからなっている。

【００４１】この電源回路８においては、一次コイル２
ａに図示の破線矢印方向の第１及び第３の半サイクルの
電圧が誘起したときにコンデンサＣ1 が図示の極性に充
電され、コンデンサＣ1 の両端の電圧によりダイオード
Ｄ3 と抵抗Ｒ4 とを通してコンデンサＣ2 が充電され
る。コンデンサＣ2 の充電電圧は、ツェナーダイオード
ＺＤ1 のツェナー電圧に保たれる。

【００４２】コンデンサＣ2 の両端に得られる直流定電
圧Ｖccは、単安定マルチバイブレータ９と、第１及び第
２の積分回路１０及び１１と、目標制限回転数設定回路
１２と、比較器１４とに電源電圧として与えられてい
る。

【００４３】図示の安定化電源回路８はトリガ信号発生
回路を兼ねていて、ダイオードＤ1のカソードから引き
出された端子８ａがトリガ信号出力端子となっている。
トリガ信号出力端子８ａと点火回路の一次端子１ｂにつ
ながる共通ラインＣＬとの間に得られる電圧は、一次コ
イル２ａが第１の半サイクルの電圧Ｖ11及び第３の半サ
イクルの電圧Ｖ13を発生してコンデンサＣ1 の充電が開
始される際に、ダイオードＤ1 の順方向電圧降下に相当
する低いレベルにまで落ち込んでコンデンサＣ1 に充電
電流が流れている間該低いレベルを維持し、コンデンサ
Ｃ1 の充電が完了したときにコンデンサＣ2 の端子電圧
にほぼ等しいレベルまで上昇する。

【００４４】従って、トリガ信号出力端子８ａと共通ラ
インＣＬとの間には、図４（Ｂ）に示すように、一次コ
イル２ａが第１及び第３の半サイクルの電圧Ｖ11及びＶ
13をそれぞれ発生する回転角度位置θ1 及びθ2 で立ち
下がる矩形波電圧Ｖt が得られる。この例では、矩形波
電圧Ｖt の回転角度位置θ1 における立下りの電圧変化
がトリガ信号Ｖt1として単安定マルチバイブレータ９の
トリガ端子に与えられている。

【００４５】単安定マルチバイブレータ９は、タイミン
グパルス遅延時間発生用のタイマＩＣ９Ａ（例えば日立
製ＨＡ１７５５５または同等の機能を有するもの）と、
直流定電圧Ｖccにより抵抗Ｒ5 を通して充電される第２
の積分コンデンサＣ3 と、タイマＩＣ９Ａの電源端子
と出力端子との間に接続されて出力端子の出力レベ
ルを安定させるための抵抗Ｒ6 と、一端がタイマＩＣ９
Ａのコントロール電圧端子に接続されたノイズ防止用
コンデンサＣ4 とを有し、タイマＩＣ９Ａの接地端子
及びコンデンサＣ4 の他端は、点火回路１の一次端子１
ｂにつながる共通ラインＣＬに接続され、タイマＩＣ９
Ａのスレッシュホールド端子及びディスチャージ端子
は抵抗Ｒ5 とコンデンサＣ3 の接続点に接続されてい
る。タイマＩＣ９Ａのリセット端子は電源端子に接
続され、電源端子に直流定電圧Ｖccが供給されてい
る。この例では、抵抗Ｒ5 と第２の積分コンデンサＣ3
とにより第２の積分回路１１が構成されている。

【００４６】タイマＩＣ９Ａのトリガ端子にパルス電
圧Ｖt が加えられていないときには、第２の積分コンデ
ンサＣ3 がタイマＩＣ９Ａの内部のディスチャージトラ
ンジスタによって放電させられている。

【００４７】内燃機関の回転角度位置θ1 で矩形波電圧
Ｖt の立ち下りの変化がトリガ信号Ｖt1（図４Ｂ参照）
としてタイマＩＣ９Ａのトリガ端子に印加されると、
タイマＩＣ９Ａの内部のフリップフロップ回路がセット
されて出力端子の出力が高レベルになり、第２の積分
コンデンサＣ3 が抵抗Ｒ5 を通して一定の時定数τ（＝
Ｒ5 ・Ｃ3 ）で充電される。コンデンサＣ3 の両端の電
圧がスレッシュホールド電圧に達するとフリップフロッ
プ回路がリセットされてコンデンサＣ3 が瞬時に放電さ
せられ、出力端子の出力は再び低レベルの状態に戻
る。従って、タイマＩＣ９Ａは、その出力端子から、
図４（Ｃ）に示すように単安定時間である一定の時間幅
Ｔを有する矩形波信号ＶT を出力し、コンデンサＣ3 の
両端に、図４（Ｅ）に示す波形の積分電圧Ｖc が発生す
る。

【００４８】タイマＩＣ９Ａは、回転角度位置θ1 で一
度単安定動作に入ると、単安定期間中の回転角度位置θ
2 でパルス電圧Ｖt2が加えられても再トリガはされるこ
とはない。矩形波信号ＶT の一定の時間幅Ｔは、この例
ではＴ＝１．１×Ｒ5 ・Ｃ3となる。

【００４９】第１の積分回路１０は抵抗Ｒ7 及び第１の
積分コンデンサＣ5 からなり、第１の積分コンデンサＣ
5 は矩形波信号ＶT が発生している間該矩形波信号によ
り一定の時定数で充電され、矩形波信号ＶT が消滅して
いる間一定の時定数で放電する。従って、コンデンサＣ
5 の両端には図４（Ｄ）に示すような三角波形の回転数
検出電圧ＶN が発生する。単安定マルチバイブレータ９
から出力される矩形波信号ＶT の時間幅Ｔが一定の場合
には、内燃機関の回転数が高くなるほど第１の積分コン
デンサＣ5 の放電時間が短くなるため、第１の積分回路
１０で発生する三角波形の回転数検出電圧ＶN のレベル
は内燃機関の回転数が高くなるほど高くなる。

【００５０】目標制限回転数設定回路１２は、抵抗Ｒ8
とＲ9 の直列回路からなる分圧回路からなっていて、一
定の直流電圧Ｖccを分圧して抵抗Ｒ8 と抵抗Ｒ9 の接続
点と共通ラインＣＬとの間に目標制限回転数電圧ＶNrを
発生する。

【００５１】第１の積分回路１０が発生する回転数検出
電圧ＶN は、目標制限回転数設定回路１２で得られる目
標制限回転数電圧ＶNrとともに比例・積分演算器１３に
入力されている。比例・積分演算器１３は、回転数検出
電圧ＶN と目標制限回転数電圧ＶNrとの差を演算して、
機関の回転数と目標回転数との偏差（回転数偏差）を与
える回転数偏差信号ＶNd（＝ＶN −ＶNr）を得るととも
に、該回転数偏差信号ＶNdに比例定数Ｋp を乗ずる演算
を行って比例制御信号ＶNp＝ＶNd×Ｋp を得る比例演算
器と、回転数偏差信号ＶNdを時間積分して積分制御信号
ＶNi＝Ｋi ∫ＶNd・dt（Ｋi は積分定数）を得る積分器
と、積分制御信号ＶNiの上限値及び下限値をそれぞれ制
限する回路とを有している。比例・積分演算器１３は、
機関の回転数と目標回転数との偏差を零また許容範囲以
下に抑制するために必要な点火時期を与える目標点火時
期電圧Ｖθを出力する。

【００５２】図示の比例・積分演算器１３は、回転数検
出電圧ＶN と目標制限回転数電圧ＶNrとが入力される演
算増幅器ＯＰ1 と、演算増幅器ＯＰ1 の出力が入力され
る演算増幅器ＯＰ2 と、積分コンデンサＣ6 と、抵抗Ｒ
10ないしＲ18と、ダイオードＤ4 及びＤ5 とにより構成
されている。

【００５３】演算増幅器ＯＰ1 の正相入力端子は抵抗Ｒ
10を介して第１の積分回路１０の出力端子に接続され、
該演算増幅器ＯＰ1 の逆相入力端子は抵抗Ｒ11を介して
目標制限回転数設定回路１２の抵抗Ｒ8 とＲ9 との接続
点に接続されている。演算増幅器ＯＰ1 の出力端子は抵
抗Ｒ12の一端に接続され、該抵抗Ｒ12の他端と一次端子
１ｂにつながる共通ラインＣＬとの間に積分コンデンサ
Ｃ6 が接続されている。抵抗Ｒ12の他端は、出力端子と
逆相入力端子との間が直結された演算増幅器ＯＰ2 の正
相入力端子に接続され、該演算増幅器ＯＰ2 の出力端子
が抵抗Ｒ13を通して演算増幅器ＯＰ1 の正相入力端子に
接続されている。演算増幅器ＯＰ1 の出力端子と逆相入
力端子との間には帰還抵抗Ｒ14が接続されている。

【００５４】演算増幅器ＯＰ1 と抵抗Ｒ10、Ｒ11及びＲ
14とにより比例演算器が構成されていて、演算増幅器Ｏ
Ｐ1 の出力端子に得られる比例制御信号が抵抗Ｒ12及び
積分コンデンサＣ5 からなる積分回路で時間積分され
る。その積分電圧はボルテージホロワを構成する演算増
幅器ＯＰ2 を通して演算増幅器ＯＰ1 の入力側に帰還さ
れ、該演算増幅器ＯＰ1 の出力端子に目標点火時期電圧
Ｖθが得られる。

【００５５】目標点火時期電圧Ｖθの上限値及び下限値
を制限するため、直流定電圧Ｖccを抵抗Ｒ15とＲ16で分
圧して分圧電圧ＶH を得る分圧回路と、直流定電圧Ｖcc
を抵抗Ｒ17とＲ18で分圧して分圧電圧ＶL を得る分圧回
路とが設けられ、演算増幅器ＯＰ1 出力端子に抵抗Ｒ12
を通して接続されたコンデンサＣ6 の一端が該コンデン
サＣ6 側にアノードを向けたダイオードＤ4 を通して抵
抗Ｒ15とＲ16との接続点に接続されている。コンデンサ
Ｃ6 の一端はまた該コンデンサ側にカソードを向けたダ
イオードＤ5 を通して抵抗Ｒ17とＲ18との接続点に接続
されている。これより、演算増幅器ＯＰ1 の出力端子に
得られる目標点火時期電圧Ｖθの上限値は分圧電圧ＶH
に制限され、下限値は分圧電圧ＶL に制限される。

【００５６】目標点火時期電圧Ｖθ及び第２の積分回路
１１から得られる積分電圧Ｖc がそれぞれ比較器１４の
正相入力端子及び逆相入力端子に入力される。比較器１
４は、積分電圧Ｖc を目標点火時期電圧Ｖθと比較（図
４Ｅ参照）して、積分電圧Ｖc が目標点火時期電圧Ｖθ
を超えているときにその出力端子の電位Ｖs を第１の状
態（この例では低レベルの状態）とし、積分電圧Ｖc が
目標点火時期電圧Ｖθ以下のときにその出力端子の電位
Ｖs を第２の状態（この例では高レベルの状態）とする
（図４Ｆ参照）。

【００５７】図示の回転数制御用点火制御スイッチ１５
は、接地ラインＧＬ及び共通ラインＣＬにそれぞれコレ
クタ及びエミッタが接続されたＮＰＮトランジスタＴＲ
2 と、比較器１４の出力端子にアノードが接続されたダ
イオードＤ6 と、ダイオードＤ6 のアノードと電源回路
８の出力端子との間に接続された抵抗Ｒ19と、ダイオー
ドＤ6 のカソードとトランジスタＴＲ2 のベースとの間
に接続された抵抗Ｒ20と、カソードがダイオードＤ６の
カソードに接続され、アノードがトランジスタＴＲ2 の
エミッタに接続されたダイオードＤ7 とにより構成され
ており、抵抗Ｒ19と、ダイオードＤ6 と抵抗Ｒ20とによ
り、トランジスタＴＲ2 にベース電流を与えるベース電
流供給回路が構成されている。トランジスタＴＲ2 は、
比較器１４の出力が第１の状態（低レベルの状態）にあ
るときに遮断状態となり、比較器１４の出力が第２の状
態（高レベルの状態）にあるときに導通状態となるよう
に、比較器１４の出力に応じてオンオフ制御される。

【００５８】図示の点火装置では、内燃機関の回転数が
目標制限回転数に達したときに、一次電流制御用スイッ
チ３が遮断状態になる角度位置θi1にほぼ等しい角度位
置で積分電圧Ｖc が目標点火時期電圧Ｖθを超えるよう
に、目標制限回転数電圧ＶNrの設定値が設定されてい
る。

【００５９】また、回転数検出電圧ＶN が目標制限回転
数電圧ＶNrよりも低いとき（このとき演算増幅器ＯＰ1
の出力端子の電位が負になる）に目標点火時期電圧Ｖθ
が下限値ＶL になって、内燃機関の回転数が目標制限回
転数未満の状態のときに一次電流制御用スイッチ３が遮
断状態になる角度位置θi1よりも進んだ位置（例えば図
４Ｅにおける角度位置θi ´で積分電圧Ｖc ´が目標点
火時期電圧Ｖθ´を超えるように、該下限値ＶL の値が
選定されている。

【００６０】したがって、内燃機関の回転数が目標制限
回転数未満の状態のときには、一次電流制御用スイッチ
３が遮断状態になる位置θi1よりも進んだ位置で回転数
制限用点火制御スイッチ１５が遮断状態になるので、点
火コイル２の一次電流は一次電流制御用スイッチ３が遮
断状態になる角度位置θi1で遮断されて、この位置で機
関が点火される。

【００６１】内燃機関の回転数が目標制限回転数を超え
た状態にあるときには、機関の回転数が高いほど回転数
検出電圧ＶN と目標制限回転数電圧ＶNrとの偏差が大き
くなって目標点火時期電圧Ｖθが大きくなり、積分電圧
Ｖc が目標点火時期電圧Ｖθを超える位置θi は、図４
Ｅに示したように、一次電流制御用スイッチ３が遮断状
態になる角度位置θi1よりも遅れた位置θi となる。

【００６２】したがって、内燃機関の回転数が目標制限
回転数を超えた状態のときには、一次電流制御用スイッ
チ３が遮断状態になる位置θi1よりも遅れた位置θi で
回転数制限用点火制御スイッチ１５が遮断状態になって
点火コイル２の一次電流が遮断される。そのため、点火
時期は本来の点火時期よりも遅れた角度位置θi まで遅
角する。点火時期の遅角量（θi −θi1）は、回転数検
出電圧ＶN と目標制限回転数電圧ＶNrとの偏差（ＶN −
ＶNr）が大きいほど大きくなるが、目標点火時期電圧Ｖ
θが上限値ＶH に制限されているので、点火時期の最大
遅角位置は目標点火時期電圧Ｖθが上限値ＶH のときの
点火時期θi2に制限される。

【００６３】なお、点火コイルの一次コイルに他方の極
性の第２の半サイクルの電圧Ｖ12が誘起する位置より遅
れた位置に最大遅角位置θi2が設定されている場合に
は、点火時期が最大遅角位置θi2になったときに点火用
高電圧が発生しないため、機関は失火状態となる。

【００６４】図５は、上記の例における内燃機関の回転
数Ｎに対する点火時期θi の変化を示した点火進角特性
で、回転数Ｎが目標制限回転数Ｎs 未満の領域では、点
火時期θi がほぼ一定の角度位置θi1に保たれる。回転
数Ｎが目標制限回転数Ｎs を超える領域では、点火時期
θi がθi1から最大遅角位置θi2までの範囲内で、回転
数Ｎに応じて変化する。

【００６５】機関の回転数Ｎが目標制限回転数Ｎs を超
えて上昇したときには、機関の回転数Ｎと目標制限回転
数Ｎs との偏差（Ｎ−Ｎs ）の大きさに応じた遅角量で
機関の点火時期が遅れ、これにより機関出力が低下して
回転数を低下させるように作用する。回転数が低下して
目標制限回転数Ｎs に近づくにつれて遅角量も減少して
いき、機関の回転数が目標制限回転数Ｎs あるいはそれ
に近い回転数になった状態で落ちつく。そのため、出力
の大きさが異なる内燃機関や、あるいは機関の運転条件
が異なる場合であっても、応答性が良好な回転数制限動
作あるいは機関の調速動作を自動的に行わせることがで
きる。

【００６６】上記の例では、目標制限回転数電圧ＶNrを
発生する目標制限回転数設定回路１２を、固定抵抗Ｒ8
とＲ9 との直列回路からなる分圧器で構成したが、該分
圧器を構成する抵抗Ｒ8 及び抵抗Ｒ9 のいずれか一方に
可変抵抗器を用いたり、あるいは分圧点可動のポテンシ
ョメータを用いて、目標制限回転数電圧ＶNrの設定値を
手動操作により変えることができるようにしておけば、
内燃機関の目標制限回転数を可変とすることができる。

【００６７】上記の例では、点火回路１の一次端子１
ａ、１ｂに回転数制限回路部７を接続するだけで回転数
制限機能をもった内燃機関用点火装置を構成することが
できるだけでなく、点火回路１を備えた出力が異なる内
燃機関にも同じ回転数制限回路部７を用いて良好な回転
数制限特性を得ることができる。

【００６８】上記の例においては、回転数制御用点火制
御スイッチ１５が一次コイル２ａに対して並列に設けら
れていて、該回転数制御用点火制御スイッチのトランジ
スタＴＲ2 が、一次電流制御用スイッチ３を構成するト
ランジスタＴＲ1 とともに一次コイル２ａに並列に接続
されているが、回転数制限回路部７を点火回路１と一体
に構成することにより、トランジスタＴＲ2 を省略して
該トランジスタＴＲ2の機能をトランジスタＴＲ1 に兼
ねさせることもできる。

【００６９】すなわち、回転数制御用点火制御スイッチ
１５のトランジスタＴＲ2 を除去して、一端がダイオー
ドＤ6 のカソードに接続された抵抗Ｒ20の他端を点火回
路１の一次電流制御用スイッチを構成するトランジスタ
ＴＲ1 のベースに接続するとともに、トランジスタＴＲ
1 のベースとサイリスタＴｈ1 のアノードとの間にカソ
ードをトランジスタＴＲ1 のベース側に向けたダイオー
ドを追加接続して、トランジスタＴＲ1 とダイオードＤ
6 及びＤ7 と抵抗Ｒ19及びＲ20とにより回転数制御用点
火制御スイッチ１５を構成する。

【００７０】このように構成すると、内燃機関の回転数
が目標制限回転数Ｎs 未満の状態であって角度位置θi1
よりも進んだ位置で比較器１４の出力Ｖs ´が低レベル
になった場合には、トランジスタＴＲ1 が一次コイル２
ａの両端の電圧により抵抗Ｒ1 を通してベース電流が与
えられて導通し、角度位置θi1でサイリスタＴh1が導通
したときに遮断状態になって点火動作が行われる。内燃
機関の回転数が目標制限回転数Ｎs を超えた状態でなっ
て角度位置θi1よりも遅れた位置（例えば図４Ｆの角度
位置θi ）で比較器１４の出力Ｖs が低レベルの状態に
なる場合には、該角度位置θi でトランジスタＴＲ1 が
遮断状態にされて点火動作が行われる。上記のようにト
ランジスタＴＲ2 を省略した場合には、回転数制限回路
部７を点火回路１と一体に構成する必要があるが、回転
数制限機能をもった内燃機関用点火装置を低コストで構
成することができる。

【００７１】また上記の内燃機関用点火装置において、
目標制限回転数の設定値を手動により調節することがで
きるようにすると、スロットルバブル等の燃料供給量調
節装置を操作する機械式あるいは電気式の調速装置を用
いる場合に比べて、応答性及び制御性が良い調速機能を
もった内燃機関用点火装置を低コストで構成することが
できる。

【００７２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、内燃機
関の回転数が目標制限回転数を超えたときに機関の点火
時期を遅角させることにより回転数の上昇を制限するよ
うにした内燃機関用点火装置において、機関の回転数と
目標制限回転数との偏差の大きさに応じて、点火時期の
遅角量が設定された最大遅角量以下の範囲内で自動的に
制御されるようにしたので、同じ点火装置を出力の異な
る内燃機関に使用する場合や、機関の運転条件が異なる
場合であっても、回転数制限特性を適確に得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる内燃機関用点火装置の基本的な
回路構成を示したブロック図である。

【図２】本発明に係わる点火装置で用いる点火回路部の
具体例を示した回路図である。

【図３】本発明に係わる点火装置で用いる回転数制限回
路部の具体例を示した回路図である。

【図４】図２及び図３の回路の各部の電圧波形の一例を
示した波形図である。

【図５】本発明に係わる点火装置で得られる点火特性の
一例を示した線図である。

【符号の説明】

１…点火回路、２…点火コイル、２ａ…一次コイル、２
ｂ…二次コイル、３…一次電流制御用スイッチ、４…遮
断制御回路、５…一次電流制御回路、６…点火プラグ、
７…回転数制限回路、８…安定化電源回路、９…単安定
マルチバイブレータ、９Ａ…タイマＩＣ、１１…第１の
積分回路、１２…第２の積分回路、１３…目標制限回転
数設定回路、１４…比例・積分演算器、１５…比較器、
１６…回転数制御用点火制御スイッチ、ＯＰ1 …演算増
幅器、ＯＰ2 …演算増幅器、Ｃ3…第２の積分コンデン
サ、Ｃ5 …第１の積分コンデンサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 剛 静岡県沼津市大岡3744番地 国産電機株式 会社内 Ｆターム(参考） 3G019 AB01 BA01 BA06 CB22 DA01 DA02 DA10 DB03 DB04 DB07 DC01 FA02 FA34 GA05

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次コイルと二次コイルとを有し、少な
   くとも一次コイルが内燃機関により駆動される磁石発電
   機内に設けられて、内燃機関の回転に同期して一方の極
   性の第１の半サイクルの電圧と他方の極性の第２の半サ
   イクルの電圧と一方の極性の第３の半サイクルの電圧と
   が順次現れる交流電圧を内燃機関の１回転当り１回だけ
   一次コイル誘起する点火コイルと、 前記点火コイルの一次コイルに前記第２の半サイクルの
   電圧が誘起したときに導通して該一次コイルに一次電流
   を流す一次電流制御用スイッチと、前記一次電流が設定
   値に達したときに前記一次電流制御用スイッチを遮断状
   態にする遮断制御回路とを備えた内燃機関用点火装置に
   おいて、 前記一次コイルに前記第１の半サイクルの電圧が誘起し
   たときにトリガされて内燃機関の１回転当たり１回だけ
   一定の時間幅を有する矩形波信号を発生する単安定マル
   チバイブレータと、 前記矩形波信号が発生している間第１の積分コンデンサ
   を一定の時定数で充電し、前記矩形波信号が消滅してい
   る期間前記第１の積分コンデンサを一定の時定数で放電
   させて前記第１の積分コンデンサの両端に三角波形の回
   転数検出電圧を発生する第１の積分回路と、 前記矩形波信号が発生している間第２の積分コンデンサ
   を充電し、矩形波信号が消滅する際に該第２の積分コン
   デンサを瞬時に放電させて積分電圧を発生する第２の積
   分回路と、 前記回転数検出電圧と内燃機関の目標制限回転数を与え
   る設定電圧との偏差に比例、積分演算を施して下限値及
   び上限値が制限された目標点火時期電圧を得る比例、積
   分演算器と、 前記積分電圧を前記目標点火時期電圧と比較して前記積
   分電圧が目標点火時期電圧を超えているときに出力が第
   １の状態になり前記積分電圧が目標点火時期電圧以下の
   ときに出力が第２の状態になる比較器と、 前記一次コイルに対して並列に設けられていて、前記比
   較器の出力が第２の状態にあるときに導通して前記一次
   コイルを短絡し、前記比較器の出力が第１の状態にある
   ときに遮断状態になるように前記比較器の出力に応じて
   オンオフ制御される回転数制御用点火制御スイッチとを
   具備し、 前記内燃機関の回転数が前記目標制限回転数未満のとき
   には、前記遮断制御回路が前記一次電流制御用スイッチ
   を遮断状態にする位置よりも進んだ位置で前記積分電圧
   が前記目標点火時期電圧を超え、前記内燃機関の回転数
   が前記目標制限回転数以上になったときには、前記遮断
   制御回路が前記一次電流制御用スイッチを遮断状態にす
   る位置よりも遅れた位置で前記積分電圧が前記目標点火
   時期電圧を超えるように、前記目標点火時期電圧の下限
   値及び上限値が設定されていることを特徴とする内燃機
   関用点火装置。