JPH0133665B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関、特に自動車用内燃機関に用
いる閉角度制御装置付の無接点点火装置に関する
ものである。

従来、この種の無接点点火装置としては、点火
コイルに流れる電流が一定の定電流値icoに達し
ている時間Ti（第１図参照）により、例えばTiが
大きくなると、出力段トランジスタがオンしてい
る時間ToNを短かくするようにし、従つてTiが
小さくなるといつたフイードバツク制御を行い、
常に安定なTiを確保するように出力段トランジ
スタの通電角度（閉角度）制御を行つていた。こ
こで、このフイードバツク制御としては、交流発
電機のバイアスレベルを変化させるものが一般的
であるが、入力信号として矩形波を用い、この矩
形波の出力によつてオフ時間制御回路を動作させ
てフイードバツク制御するものも提案されてい
る。そして、このオフ時間制御回路としては、入
力パルス周波数に応じた傾斜角の三角波と、所定
のスレツシユホールドレベルとを比較して矩形波
出力によつて出力段トランジスタの通電時間の制
御をするものが一般的である。

しかしながら、上述した従来のオフ時間制御回
路を用いるものにおいて、内燃機関の始動時にお
いて、電源投入や、スタータ起動電流などにより
内燃機関がまだ停止している時にオフ時間制御回
路の入力にノイズが混入した場合、このノイズ信
号によつて前記三角波が発生し、この三角波によ
つて、十分な幅を持つ矩形波が発生して、この矩
形波によつて点火コイルの１次電流が断続され、
点火プラグに点火火花が発生する。そして、この
点火火花が発生する時点が内燃機関始動時の圧縮
工程に重なると、内燃機関に逆回転トルクが発生
し、始動ができなくなるという欠点があつた。

本発明は上記の欠点を解消するため、点火タイ
ミングを与える回転角度位置信号そのもので点火
コイルの一次電流を断続すれば所定の火花性能が
保証されるような点火周期の長い場合には閉角度
制御を停止することにより、内燃機関が停止中で
あるにもかゝわらず何らかの原因で入力にノイズ
が混入した場合でもそのノイズ周期が予め設定さ
れた値より長い場合には閉角度制御を行なわず、
点火コイルの一次遮断電流が充分な点火電圧を得
られる程には大きくならず間違つたタイミングで
火花を飛ばさないようにすることを目的とする。

以下本発明を図に示す実施例について説明す
る。第２図は本発明に係る内燃機関用無接点点火
装置の一実施例を示すブロツク図であり、まずこ
のブロツク図を参照して実施例装置の概要を説明
する。内燃機関と同期して回転する交流発電機１
の交流出力を入力とする矩形波整形回路２の矩形
波出力は、該出力の周波数Ｆに応じた出力電流Ｉ
を発生するＦ−Ｉ変換回路３、オフ（OFF）時
間制御回路４、及びOR回路５に加えられる。Ｆ
−Ｉ変換回路３の出力電流はオフ時間制御回路４
及び制御切替回路１５に与えられる。オフ時間制
御回路４はＦ−Ｉ変換回路３の出力に応じて、点
火コイル１２の電流オフ時間を制御する信号を出
力しこの出力は制御切替回路１５に印加される。
制御切替回路１５はＦ−Ｉ変換回路３の出力電流
Ｉに応じ、即ち、周波数Ｆに応じてオフ時間制御
回路４の出力をOR回路５に伝えたり又は遮断す
る制御を行なう。OR回路５は矩形波整形回路２
の出力と制御切替回路１５の出力の論理和をと
り、この論理和出力は出力段バツフア６を通して
出力段トランジスタ１０を駆動し点火コイル１２
の電流icを断続する。

次に、本実施例の動作について詳しく述べる。
最初にどのようなオフ時間により閉角度制御すれ
ば最適な特性が得られるかを述べる。内燃機関に
用いる閉角度制御とはどのようなエンジン回転数
領域に於いても、一定定電流値icoに点火コイル
１２の電流が達して、安定した火花性能を確保す
ることである。出力段トランジスタ１０の発熱は
このトランジスタ１０が活性領域で働らいている
定電流時間Tiの時ほとんど発生し、従つて出力
段トランジスタ１０の温度上昇はTiと周期Ｔの
比Ti／Ｔにほぼ比例する。このため、定電流時間Ti が大きくなりすぎると、出力段トランジスタ１０
の温度上昇が大きくなり破壊に到る。従つて、ど
のようなエンジン回転数領域においても、適度な
Ti／Ｔを確保することが望ましい。閉角度制御とは 数式に表現すると、Ti／Ｔ＝Ko（一定値）となるよ うに制御することであり、Ko≒0.01〜0.1であり、
小さければ小さいほどよい。第１図を参照してオ
フ時間TOFFをどのように制御すればTi／Ｔが一定 になるかを考えると、 TOFF＝Ｔ−Tc−Ti＝Ｔ（１−Tc／Ｔ−Ti／Ｔ） となり、ここで、Ｔは回転数Ｆの逆数（Ｔ＝１／Ｆ） であり、Ti／Ｔは定数Koであるから１−Ti／Ｔも定数 となり、これを定数Kiとし（１−Ti／Ｔ＝１−Ko ＝K1）、変数であるTc／ＴをK2とすれば、 TOFF＝K1−K2／Ｆ で表わすことができる。

従つて、点火コイル１２に流れる電流を電流検
出用抵抗１１を介して検出し、立上がり時間
（Tc）検出回路８にて、Tcパルスを発生させK2
＝Tc／ＴをOFF時間制御回路４に情報量として与え る。オフ時間制御回路４はTOFF＝K1−K2／Ｆよ りなる単安定マルチバイブレータにより構成さ
れ、オフ時間を制御する。この結果Ti／Ｔ＝Koに 成るように閉角度制御され、出力段トランジスタ
１０の発熱が小さく、かつどのようなエンジン回
転数領域においても、一定定電流値icoに達し、
安定な火花性能が得られる。更に、コイル電流の
立上り時間Tcを検出してオフ時間を決定制御し
ているので、使用される点火コイルのばらつきに
関係なく一定のTi／Ｔ＝Koが得られる。コイル電 流の立上り時間Tcはバツテリー１３の電源電圧
により変化するが、従来は電源電圧の変動の結果
を、電源電圧のある関数により、閉角度制御に影
響を与え、補正を行つていた。本発明では、Tc
を検出してきているので、電源電圧による補正回
路は全くいらず、厳密な意味でTi／Ｔ＝Koが得ら れる長所を持つている。更には、従来内燃機関の
気筒数が違うと使用する周波数領域及び点火コイ
ル１２が異なるために、無接点点火装置の閉角度
制御を行なつている時定数を変更することにより
対処してきた。本発明によれば内燃機関の気筒数
が異なつても、使用する周波数領域Ｆと各点火コ
イル１２自体のTcを検出してくるので、同一構
成の無接点点火装置をそのまま用いて異なる気筒
数の内燃機関が制御できるという長所も有してお
り、量産時のコストダウンが計れる。

上述の長所を有するオフ時間制御回路４の出力
は制御切替回路１５、及び、OR回路５を通して
エンジン回転数の中速、高速領域のみで閉角度制
御を行なう。なお、第２図において異常電圧検出
回路９は電源電圧が異常に高圧になつたときに出
力段トランジスタ１０をオフさせるためのもので
ある。

次に、第２図の詳細回路を第３図に、その各部
波形を第４図に示す。矩形波整形回路２は、交流
発電機１の第４図ａで示す交流出力を入力し、抵
抗２０１，２０５〜２０７により決定される閾値
によりコンパレータ２０８を通して第４図ｂで示
す矩形波を発生する。コンデンサ２０２、ツエナ
−ダイオード２０３，２０４はノイズ保護用であ
る。アイドリング程度の低速回転数領域では、こ
の矩形波出力はOR回路５の抵抗５０３，５０
５、トランジスタ５０４，５０８、ダイオード５
０７を経て出力段バツフア６の抵抗６０１，６０
９，６１０、トランジスタ６０２，６０８に印加
され、出力段トランジスタ１０を駆動する。Ｆ−
Ｉ変換回路３は、抵抗３０４、マルチコレクタの
トランジスタ３０５よりなる定電流源（定電流値
＝io）と、抵抗３０９，３１０よりなる基準電圧
源（基準電圧＝Vo）と、コンデンサ３０６（容
量値Co）と、コンデンサ３１５、抵抗３１６、
トランジスタ３１７〜３２０よりなる出力電流発
生回路と、抵抗３０１，３０７，３１３、トラン
ジスタ３０２，３０８，３１１，３１２、ダイオ
ード３０３，３１４よりなるスイツチング回路と
により構成される。そして、波形整形回路２のコ
ンパレータ２０８の出力信号が０レベルになると
トランジスタ３０２，３１２がオフし、このうち
トランジスタ３０２のオフによりコンデンサ３０
６が定電流ioで充電され、このコンデンサ３０６
の充電電圧が抵抗３０９，３１０により決定され
る基準電圧Voより大きくなるとトランジスタ３
０８がオンしてトランジスタ３１１をオンさせ
る。そして、コンパレータ２０８の出力信号が１
レベルになるとトランジスタ３０２，３１２がオ
ンし、トランジスタ３０２のオンによりコンデン
サ３０６の充電電荷が瞬時に放電されてトランジ
スタ３０８，３１１がオフする。これによつて、
トランジスタ３１１，３１２のコレクタには第４
図ｃに示すごとくコンパレータ２０８の出力が０
レベルになるごとにCo・Vo／ioにて決まる一定時 間幅の１レベルの信号が発生する。そして、１レ
ベルの信号が発生しているCo・Vo／ioの一定時間 の間、定電流ioでコンデンサ３１５が充電される
ため、このコンデンサ３１５の充電電圧はコンパ
レータ２０８の周波数即ち、エンジン回転数に応
じた値となり、このコンデンサ３１５の充電電圧
に比例した電流がトランジスタ３１７，３１８，
３１９を介してトランジスタ３２０のコレクタよ
り出力される。即ち、Ｆ−Ｉ変換回路３の出力電
流をi1とすると、コンデンサ３１５に流れる充放
電電流の関係より、 Co・Vo／io＝Ｔ・i1 （Ｔ：コンパレータ２０８の出力パルス周期） 即ち i1＝Co・Vo／Ｔ＝Co・Vo・Ｆ （Ｆ：コンパレータ２０８の出力パルス周波数） で表わされる。

OFF時間制御回路４は前記Ｆ−Ｉ変換回路３
よりの回転数Ｆに比例した電流i1によりTOFF＝
K1−K2／ＦのOFF時間を発生する単安定マルチバ イブレータ回路である。その定電流発生回路は抵
抗４０６，４１１〜４１５，４２５、トランジス
タ４０７〜４１０，４１７，４１８、コンデンサ
４１６により構成され、抵抗４１１に流れる電流
をi2とし、抵抗４１２に流れる電流を（１−Ko）
i2＝K1・i2になるように設定する。Tc検出回路
８のトランジスタ８０５は、点火コイル１２の電
流が立上る時間Tcの時のみオンし、オンした時
抵抗４１３に流れる電流がi2になるように設定す
る。このとき、抵抗４１５に流れる電流i3は、コ
ンデンサ４１６に流れる充放電電流の関係より、
Tc・i2＝Ｔ・i3、即ち、i3＝Tc／Ｔ・i2＝K2・i2と なる。この電流i3と同じ電流i3がトランジスタ４
１８のコレクタ電流として流れるため、抵抗４２
５の抵抗値をR2とすると、コンパレータ４１９
の非反転入力端子に発生する電圧V2は、V2＝R2
（K1・i2−i3）＝R2・i2（K1−K2）となる。また、
コンパレータ２０８の出力により抵抗４０４，４
０５およびトランジスタ４０３を介してトランジ
スタ４０２がオン・オフし、このトランジスタ４
０２がオンのときコンデンサ４０１の充電電荷が
瞬時に放電され、オフのときＦ−Ｉ変換回路３の
定電流i1により充電されるため、コンデンサ４０
１の容量値をCo′とすると、このコンデンサ４０
１には、Ｆ−Ｉ変換回路３の出力定電流i1＝
Co・Vo・Ｆで充電される第４図ｄで示すごとき
三角波形を発生しており、このコンデンサ４０１
の電圧がコンパレータ４１９の反転入力端子に印
加されているので、コンパレータ４１９の出力に
発生するOFF時間TOFFは、 TOFF＝Co′・V2／i1＝Co′・R2・i2（K1−K2）／Co・
Vo・Ｆ となり、 Co≒Co′とすると TOFF＝R2・i2／Vo・K1−K2／Ｆ となる。

以上の制御を行うことにより、Ti／Ｔ＝Ko（抵抗 ４１１と４１２の比によつて与えられる定数Ko）
に成るように閉角度制御され、出力段トランジス
タ１０の発熱が小さく、かつエンジン中速、高速
回転数領域において、一定定電流値icoに達し、
安定な火花性能が得られる無接点点火装置を作る
ことができる。トランジスタ４２０，４２２、抵
抗４２１，４２３，４２４は、抵抗４２３，４２
４によつて決定される電圧V3によつて、コンパ
レータ４１９の非反転入力端子の最低電圧
V2MINがV2になるようにするためのものであ
り、 TOFFMIN＝Co′・V3／i1 となり、 TOFFMIN＝Co′・V3／Co・Vo・Ｆ・Ｔ＝V3／Vo＝定数 とする。

これにより、最高閉角度に限度をもうけてお
り、ノイズなどのいかなる状態においても、閉角
度が過大になりすぎることはない。

オフ時間制御回路４の出力は制御切替回路１５
の抵抗１５５を経てOR回路５に与えられ、Ｆ−
Ｉ変換回路３の出力電流i1は分流回路を構成する
抵抗１５２及び分圧回路を構成する抵抗１５１，
１５３に流れる。周波数Ｆの低い時はi1が小さい
ので抵抗１５１の両端の電圧は低く、抵抗１５
２，１５３で分圧された電圧はトランジスタ１５
６をオンさせることができない為、トランジスタ
１５７が抵抗１５４から流れるベース電流により
オンして、抵抗１５７１，１５７２の接続点が低
レベルとなりトランジスタ１５７４がオンし、抵
抗１５７３，１５５の接続点が連続的に高レベル
になつて、オフ時間制御回路４の出力はOR回路
５に伝えられない。一方、周波数Ｆの高い時はi1
が大きく、抵抗１５１の両端の電圧、及び、抵抗
１５２，１５３で分圧された電圧も高くなりトラ
ンジスタ１５６を充分オンさせるので、トランジ
スタ１５７，１５７４はオフとなりオフ時間制御
回路４の出力は抵抗１５５を経てOR回路５に伝
えられ、この場合にオフ時間制御回路４の出力
は、OR回路５のトランジスタ５０１，５０８、
抵抗５０２、ダイオード５０６を経て、出力段バ
ツフア６の抵抗６０１，６０９，６１０、トラン
ジスタ６０２，６０８に印加され、出力段トラン
ジスタ１０を駆動する。ここで、コンパレータ２
０８の出力信号が０レベルの間はコンデンサ４０
１が充電されないため、トランジスタ５０１のコ
レクタには第４図ｅに示すごとく、コンパレータ
２０８の出力が０レベルの間とTOFF時間とを合
わせた時間だけ０レベルとなる出力が発生する。
そして、コンパレータ２０８の出力信号が０レベ
ルの間第４図ｆに示すごとく１レベルの出力信号
を発生するトランジスタ５０４のコレクタ信号と
上記トランジスタ５０１のコレクタ信号とのOR
をダイオード５０６，５０７でとることによつて
トランジスタ５０８のベースには第４図ｇで示す
信号が印加される。そして、この信号により出力
段トランジスタ１０が最終的に駆動されるため、
この出力段トランジスタ１０のコレクタ電流、即
ち点火コイル１２の１次電流は第４図ｈに示すご
とくなつて、結果的にTOFFのコイルオフ時間が
得られる。

また、点火コイル１２の１次電流が電流検出用
抵抗１１を通して流れることによりこの抵抗１１
には１次電流値に応じた大きさの電圧が発生し、
この電圧が抵抗１１１，１１２を通して定電流制
御回路７に印加される。この定電流制御回路７
は、抵抗７０１，７０３，７０５，７０８，７０
９，７１１、ダイオード７０２，７０４，７１
０、トランジスタ７０６，７０７よりなる差動増
幅器により構成され、抵抗７０１，７０３、ダイ
オード７０２により設定された基準電圧と抵抗７
０９，７１１、ダイオード７１０に印加される１
次電流に応じた電圧との差に応じた出力がトラン
ジスタ７０６のコレクタに表われる。そして、こ
のコレクタ出力に応じて出力段バツフア６のトラ
ンジスタ６０３，６０４、抵抗６０５，６０６、
ダイオード６０７によりトランジスタ６０８のベ
ース電流を増加させることにより、１次電流が所
定値以上になると出力段トランジスタ１０を不飽
和領域で動作させて、１次電流の最大値を所定値
icoに制限する。

Tc検出回路８は抵抗８０１，８０２，８０４、
トランジスタ８０３，８０５より構成され、トラ
ンジスタ６０２がオンしている（トランジスタ５
０８のベース電位が０レベルのときの）TOFF時
間と、トランジスタ６０３が不飽和領域で動作し
ている（１次電流が所定値ico以上あるときの）
時間の間、トランジスタ８０３がオンしてトラン
ジスタ８０５をオフさせ、それ以外のときにはト
ランジスタ８０３がオフしてトランジスタ８０５
がオンする。これによつて、このトランジスタ８
０５のオン、オフ波形は第４図ｉに示すごとく、
点火コイル１２の１次電流の通電が開始されてか
ら所定値icoに達するまでの時間Tcの間オンする
波形となる。

なお、制御切替回路１５のコンデンサ１５９は
矩形波整形回路２の入力等にノイズがのつて本来
は低いはずの周波数から急に高い周波数を検出し
た場合にCR時定数により切替を遅らせ、すぐに
は閉角度制御をさせない為のものであり、ここで
CR時定数はコンデンサ１５９の容量値及び抵抗
１５１，１５２，１５３の各抵抗値により定めら
れる。又、ダイオード１５８は周波数Ｆが高い方
から低い方に変化する時はコンデンサ１５９の充
電電荷を直ちに放電させて直ちにトランジスタ１
５６をオフし、トランジスタ１５７をオンしてオ
フ時間制御回路４の出力をOR回路５に伝えなく
する為のものである。

１４は抵抗１０１，１０３、トランジスタ１０
２、ツエナ−ダイオード１０４、コンデンサ１０
５よりなる定電圧回路で、バツテリー１３の電源
電圧を定電圧にして各回路に印加するためのもの
である。

異常電圧検出回路９は３個の互いに直列接続し
たツエナ−ダイオードよりなり、バツテリー１３
の電源電圧が所定値以上の高電圧になると各ツエ
ナ−ダイオードが導通して出力段バツフア６のト
ランジスタ６０８にベース電流を供給してこのト
ランジスタ６０８を導通させることにより出力段
トランジスタ１０をオフさせる。

また、出力段トランジスタ１０のコレクタベー
ス間に接続したツエナ−ダイオード１２１は、点
火コイル１２の１次コイルに発生するサージ電圧
が所定値以上になると出力段トランジスタ１０を
導通させて、このサージ電圧を吸収するためのも
のであり、またコンデンサ１２２，１２４、抵抗
１２３は出力段トランジスタ１０の発振防止用素
子である。

なお、上述した実施例においては、矩形波整形
回路２の出力をＦ−Ｉ変換回路３に印加して、回
転数Ｆに比例する出力電流i1を得るようにした
が、Ｆ−Ｉ変換回路３中の素子３０１〜３１３を
省略し、交流発電機１の交流出力を抵抗（図示せ
ぬ）を介してダイオード３１４のアノードに接続
し、この交流発電機１の交流出力をダイオード３
１４とコンデンサ３１５とにより直接整流平滑し
て回転数Ｆに比例する出力電流i1を得るようにし
てもよい。

また、上述した実施例においては、交流発電機
１の交流出力を矩形波整形回路２によつて矩形波
に波形整形するようにしたが、内燃機関と同期し
て矩形波パルスを出力する素子、例えばホール素
子、ホトトランジスタ等を使用した矩形波発生回
路を用いれば、交流発電機１および矩形波整形回
路２を省略することもできる。

また、上述した実施例においては、定電流制御
回路７により１次電流の最大値を所定値icoに制
限するようにしたが、本発明においてはコイル１
次電流の通電開始点から所定電流値icoに達する
までの立上り時間Tcを検出しているものである
から、所定電流値icoに達する時点がほぼ点火時
期となるように設定すれば、必ずしも一次電流の
最大値を所定値icoに制限する必要はない。

また、上述の実施例においては制御切替回路１
５のしきい値をトランジスタ１５６のベース・エ
ミツタ間電圧で決定しているが、精度の良い参照
電圧源とコンパレータを用いて温度変化の影響等
をなくすこともできる。また抵抗１５１の端子電
圧を微分して周波数Ｆの変化率を検出し、その変
化率があらかじめ決められた値より大きい時はト
ランジスタ１５７をオンさせるようにして周波数
の高いノイズで閉角度制御をしない様にすること
もできる。また実施例では制御切替回路１５をオ
フ時間制御回路４の後に入れたが、制御切替回路
１５をオフ時間制御回路４の中、例えばコンパレ
ータ４１９の反転入力端子の部分等に入れてオフ
時間制御そのものを止める方法をとつても良い。

以上述べたように本発明装置においては、点火
周期が、あらかじめ設定された値より長い時は閉
角度制御を停止するので上記設定値以上の周期を
もつノイズにより誤動作することがないという優
れた効果があり、猶更に、閉角度制御を点火周期
の変化率に応じた遅れをもつて開始するから、開
始点付近の点火周期の時に間欠的に閉角度制御の
有無が切り替えられることを防止できるという優
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置における点火コイルの１次電
流波形図、第２図は本発明装置の一実施例を示す
ブロツク図、第３図は第２図図示装置の詳細電気
回路図、第４図は第３図図示装置の作動説明に供
する各部波形図である。 ３，４，５……閉角度制御回路を構成するＦ−
Ｉ変換回路、オフ時間制御回路、OR回路、８…
…立上がり時間検出回路、１０……出力段トラン
ジスタ、１１……電流検出用抵抗、１２……点火
コイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 点火コイルの１次電流を断続する出力段トラ
   ンジスタと、前記１次電流を検出する電流検出用
   抵抗と、この電流検出用抵抗よりの出力に応じて
   前記点火コイルの１次電流が所定の値に達するま
   での立上り時間に対応したパルス幅の出力を発生
   する電流検出回路と、機関回転数に同期した矩形
   波のパルス周波数に対応した出力を発生する変換
   回路と、前記機関回転数に同期する矩形波と同期
   し、かつ前記変換回路の出力に応じた傾きをもつ
   三角波と前記電流検出回路の出力パルス幅に対応
   したスレツシユホールド電圧とを比較して前記出
   力段トランジスタのオフ時間を決定するための矩
   形波出力を発生するオフ時間制御回路と、このオ
   フ時間制御回路の矩形波出力と前記機関回転数に
   同期した矩形波パルスとを入力して前記出力段ト
   ランジスタのオン、オフを制御するための矩形波
   出力を発生するOR回路と、点火周期があらかじ
   め設定された値より短い場合のみ前記オフ時間制
   御回路の矩形波出力を前記OR回路に入力する制
   御切替回路とを備え、この制御切替回路は、点火
   周期が前記のあらかじめ設定された値より短くな
   る場合は、前記オフ時間制御回路の矩形波出力の
   前記OR回路への入力を遅れをもつて開始し、周
   期が長くなる場合には前記オフ時間制御回路の矩
   形波出力の前記OR回路への入力を直ちに停止す
   るものよりなる内燃機関用無接点点火装置。