JPS6017943B2 - 内燃機関の火花点火装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の火花点火装置に関するものであり、
更に詳しくは公知の可変磁気抵抗ピックアップを用いた
信頼性のある火花点火装置に関するものである。

従来、可変磁気抵抗ピックアップはその出力波形の持続
時間及び振幅が機関の回転数の変化により大幅に変化す
るという根本的な欠点があった。

すなわち機関が低速回転の時は、ピックアップの出力波
形は、比較的小さな振幅であるがその持続時間は長い。
一方、高速回転の時は、その振幅は大きいが、持続時間
は比較的短い。従って、火花点火装置に可変磁気抵抗ピ
ックアップを用いた場合、機関のクランクシャフトが特
定の位置に到達したことは通常の簡単な構成のスレッシ
ュホールド・レベル検出器を使用したのでは決定できな
い。すなわち、機関が低速回転の時は検出器の出力電圧
はスレッシュホールド・レベルには全く達しないし、又
高速回転に於ては、そのレベルにすぐ達してしまう。本
発明の公知例としては、例えばアメリカ合衆国特許第３
７９１３６４号に開示の装置が知られている。

この装置は、検出器回路に駆動される単安定回路が開示
されている。その単安定回路に於ては例えばフリップ・
フロツプ回路でそうであるように再スイッチング可能な
様に２つのトランジスタのベースは交差接続されている
。従って、火花点火回路は単安定回路が半安定状態にな
った時のみ駆動され、その他の時は駆動されない。この
装置では火花を発生すべき実際のタイミングは、ィンパ
ルス（出力信号）がダイオード２２を通過する時に純粋
に依頼することになる。しかしこの様な構成は、スパイ
ク・ノイズ等のスプリアスによる誤動作が非常に発生し
やすいという欠点がある。従って本発明は上記欠点に鑑
みなされたものであり、特に、クランクシャフトの特定
位置に於て、可変磁気抵抗トランスジューサの出力がゼ
ロ電圧となる及びその出力の各半サイクルの時間積分は
エンジン回転速度に無関係に一定である点に注目したも
のである。この点に関し、本発明には２つの回路構成を
開示している。本発明は点火火花を発生すべき瞬間に極
性の変化する出力信号を発生する可変磁気抵抗ピックア
ソプと、前記出力信号により駆動される点火火花発生回
路と、前記可変磁気抵抗ピックアップと前記点火火花発
生回路とを接続する制御回路とを備えた内燃機関の火花
点火層に於て、前記制御回路は、反転増幅器と、前記ピ
ックアップと前記反転増幅器の入力とを直接接続してい
る入力抵抗と、直列接続された抵抗とコンデンサからな
り反転増幅器の入出力間を接続しているＡＣ、負帰還を
有しており、前記反転増幅器が飽和状態から導適状態に
変化した時、火花点火回路がスパーク火花を発生するよ
うに構成してある。

以下添付図面を用いて本発明を詳細に説明する。第１お
よび第２図において、車両に積載したバッテリー１０１
の負側はアース線１０２に、またその正側は給電線１０
３にそれぞれ接続されており、正個はさらに抵抗１０４
とッェナーダィオード１０５を介して前記アース線１０
２に接続してある。該抵抗１０４とッェナーダィオード
１０５との接合点から正側の給電線１０６にパワーを供
給する。該給電線１０６は抵抗１０７を介してｎ−ｐ−
ｎトランジスタ１０８のコレク夕に接続してあり、該ト
ランジスタのェミッタは抵抗１０９とこれに直列接続し
た可変磁気抵抗ピックアップ１１０を介してアース線１
０２に接続してある。前記トランジスタ１０８のベース
は抵抗１１１を介してアース線１０２、またｐ−ｎ−ｐ
トランジスタ１１２のコレクタおよびｎ−ｐ−ｎトラン
ジスタ１１３のベースにそれぞれ接続してあり、該トラ
ンジスタ１１３のェミッタは抵抗１１４を介してアース
線１０２に接続してある。前記トランジスター１２のベ
ースはｐ−ｎ−ｐトランジスタ１１５のベースおよびコ
レクタに接続されており、トランジスタ１１２．１１５
のエミツタはいずれも給電線１０６に接続されている。
トランジスタ１１３のコレクタは抵抗１１６を介して給
電線１０６に、該コレク外まさらにｎ−ｐ−ｎトランジ
スタ１１７のベースに接続され「該トランジスタのエミ
ツタはｎ−ｐ−ｎトランジスター１８のベースに接続さ
れている。これら両トランジスタ１１７，１１８のコレ
クタは給電線１０６に接続してある。トランジスタ１１
８のコレクタはｎ−ｐ−ｎトランジスタ１１９のコレク
タに接続され、該トランジスタのェミッタはｎ−Ｐ−ｎ
トランジスタ１２１のベースに接続してある。さらにト
ランジスタ１２１のコレクタは抵抗１２２を介して給電
線１０６に接続してある。トランジスタ１１９のベース
はトランジスタ１０８のコレクタに、トランジスタ１１
８のェミッ夕は抵抗１２５を介してｎ−ｐ−ｎ型トラン
ジスタ１２３のコレクタおよびベースに接続され「該ト
ランジスタ１２３のェミッ夕はアース線１０２に接続し
てある。前記トランジスタ１２３のベースはｎ−Ｐ−ｎ
トランジスタ１２４のベースに、該トランジスタ１２４
のェミッタはアース線１０２に、またそのコレクタはト
ランジスター１２，１１５のベースに接続してある。ト
ランジスタ１２１のコレクタはさらにｎ−ｐ−ｎトラン
ジスタ１３１のベースおよび抵抗１３２コンデンサ１３
３を介してアース線１０２に接続してある。

前記トランジスタ１３１のコレクタは抵抗１３４を介し
て給電線１０６に、またｎ−ｐ−ｎトランジスター３７
のベースに接続してある。給電線１０６とアース線１０
２の間にはさらに一対の抵抗１３８，１３９が直列接続
されており、両抵抗の接合点がｎ−ｐ−ｎトランジスタ
１４１のベースに接続され、該トランジスタのコレクタ
は給電線１０６に後続されている。トランジスタ１３１
，１４１のェミツタは抵抗１４２を介してアース線１０
２に、さらに直列接続のコンデンサ１４３と抵抗１４４
を介してトランジスタ１０８のェミッタにそれぞれ後続
してある。トランジスタ１３７のェミツタは給電線１０
６に、またそのコレクタは抵抗１５１を介してアース線
１０２に接続してある。トランジスタ１３７のコレクタ
は点火回路１８６に入力を印加するものである。

抵抗１５１はコンデンサ１５２と抵抗１５３に橋絡して
ある。コンデンサ１５２と抵抗１５３との接合点がｐ−
ｎ−ｐトランジスタ１５４のベースに接続されており、
該トランジスタのェミツタは給電線１０６に、またその
コレクタは直列接続の抵抗１５５，１５６を介してアー
ス線１０２に接続してある。前記抵抗１５６，１５６の
接合点はｎ−ｐ−ｎトランジスター５７のベースに接続
されており、該トランジスタのェミッタはアース線１０
２に、またそのコレクタは抵抗１５８を介して給電線１
０３に接続してある。トランジスタ１５７のコレクタは
さらにｎ−ｐ−ｎトランジスタ１５９のベースにも接続
してあり、該トランジスタ１５９のェミッタはアース線
１０２に、またそのコレクタは抵抗１６１を介して給電
線１０３にそれぞれ接続してある。さらにトランジスタ
１５９のコレクタはｎ−ｐ−ｎトランジスタ１６２のベ
ースに接続されており、該トランジスタのェミツタはｎ
−Ｐ−ｎトランジスタ１６３のベースに接続してあり、
該トランジスター６３のェミッタはアース線１０２に接
続してある。トランジスタ１６２，１６３の各コレクタ
は点火トランス１６５の１次巻線１６４を介して給電線
１０３に接続されており、該トランスの２次巻線１６６
は公知のディストリビュータを経てエンジンのプラグに
接続されているものとする。ピックアップ１１０は第２
図ａに示す様に正の半サイクルに続いて負の半サイクル
からなる出力を発生する。

ピックアップ１１０もこより検出されるノイズ信号は常
に非常に持続時間の短い大きな振幅の振動変化するスパ
イク信号である。この様なスパイク信号は第２図ａに示
した波形に重畳される。ピックアップ１１０の出力を十
分に長い積分時間定数を有する反転積分器を用いて積分
することにより第２図ｂに示すような波形が得られる。
ここで注目すべきことは、ピックアップ出力波形に重畳
された任意のノイズ信号（スパイク信号）は時間積分す
ることにより、積分された全体の波形からすれば認識で
きない程少さなものとなってしまう。積分器は公知のオ
ベレーショナル・アンプ（トランジスタ１０８，１１２
，１１３，１１５，１１７，１１８，１１９，１２１，
１２３，１２４，１３１及び関連する素子）から構成さ
れている。

トランジスタ１１７，１１８，１１９及び１２１は、オ
ペレーショナルアンプの一部である差動アンプを形成し
ている。

トランジスタ１０８，１１３がオベレーショナル・アン
プの入力段、１３１が出力段を形成している。トランジ
スタ１１２，１１５，１２３及び１２４は入力段及び差
動アンプ段にバイアス電流を供孫舎している。トランジ
スタ１０８のヱミツタは、オベレーシヨナル・アンプの
反転入力を形成しており、直列接続されたコンデンサ１
４３及び抵抗１４４は、入力に対するフィードバックを
形成している。抵抗１０９，１４４及びコンデンサ１４
３の値は低い周波数、すなわち、ピックアップ出力周波
数に於て、抵抗１０９の抵抗及びコンデンサ１４３の容
量で決定される時定数を有する積分器として動作する。
これらの周波数に於て、抵抗１４４は無視することがで
きる。しかし高い周波数に於て、すなわちスパーク・ノ
イズ等の周波数に於ては、コンデンサ１４３は非常に低
いインピーダンスなので、オベレーショナル・アンプは
抵抗１４４及び１０９の比により決定される（この値は
この周波数に於ては非常に小さな利得に決定されている
）利得を有するＡＣ比例増幅器として動作する。静状態
すなわちピックアップ１１０の出力がゼロの時、オベレ
ーショナル・アンプには直流負帰環が印加されていない
ので、オベレーシヨナル・アンプの出力のトランジスタ
１３１は完全にターン・オンし、よって、トランジスタ
１３７を完全にターンオンする。従ってコンデンサ１５
２の左側極板はトランジスタ１３７のヱミッ夕・コレク
タ間を介してほぼ線１０６の電圧に、その右側極板がト
ランジスター５４のベース・ェミッタ間電圧により決定
される電圧よりわずかに低い電圧に充電される。トラン
ジスタ１５４は抵抗１５３を流れる電流により導適状態
が保たれており、従ってトランジスター５７は導適状態
が保たれており、トランジスタ１５９は不導適状態が保
たれている。トランジスター６２及び１６３は一次巻線
１６４に電流が流れるように導適している。ピックアッ
プからの信号の正の半サイクルが入力されるとオベレー
ショナル・アンプは積分アンプとして動作いさじめる。

すなわち、電流が巻線１１０から抵抗１０９に流れると
、公知のオベレーショナル・アンプ動作により、（トラ
ンジスタ１０８はターン・オフしようとする傾向となり
、従って、トランジスタ１１９，１２１の導適状態を促
進しようとするのでトランジスタ１３１のベース電流が
減少する。よって、トランジスタ１３１はターン・オフ
し‘まじめる。）トランジスタ１３１のェミッタから得
られるオペ・アンプの出力は、コンデンサー４３を流れ
る電流が抵抗ｌｏ９を流れる電流とほぼ等しくなるよう
に降下し、よってコンデンサ１４３の電圧はピックアッ
プ１１川こよって発生された電圧の時間積分に従って時
間の経過と共に増加する。トランジスタ１３１のェミツ
タ電圧は、よって、抵抗１３８，１３９により決定され
たクランプ・レベルに達するまで降下する。

このクランプ・レベルに達すると、トランジスタ１４１
は導通いまじめ、ｌ・ランジスタ１３１の状態とは無関
係に抵抗１４２の一定電流を維持する。オベレーシヨナ
ル・アンプの出力が、クランプされると、トランジスタ
１０８のエミツタにはそれ以上の負帰環が印加されない
ので、トランジスター３１のェミッタの電圧変化比率は
フイード・バックには補償されなくなり、トランジスタ
１３１‘ま完全にターン・オフする。

第２図ｃ及び第２図ｄにはトランジスター３１のェミッ
タ電圧及びコレクタ電流が示されている。トランジスタ
１３１がターンオフしトランジスタ１３７もターンオフ
しても、トランジスタ１３７のコレクタの電圧は急には
ゼロには降下しない。

というのは、コンデンサ１５２の両端には前記した様に
わずかに電圧があるからである。しかし、コンデンサー
５２は抵抗１５１を介して、その抵抗１５１側電極が第
１図で示す線１０２の電圧まで放電される。トランジス
タ１３７のコレク夕霞圧が第２図ｅに示されている。ト
ランジスター４１が導通していても、コンデンサ１４３
の電圧は、その左側極板がピックアップ１１０の出力電
圧に対して殆ど遅れることなく、すなわち電圧がピーク
に達しそしてゼロというふうに変化する。

ピック・アップ１１０１こより発生された信号の樋性が
正から負に反転すると、トランジスタ１３１は再び急激
にターン・オンし、アンプは積分アンプとして動作する
。

トランジスタ１３１がターンオンすると電流が抵抗１３
４、トランジスタ１３１のコレクタ・ェミッタ間及び抵
抗１４２を介して流れるが、この時の抵抗１４２とトラ
ンジスタ１４１のェミッタとの接合点の電位はクランプ
・レベルより高くトランジスタ１３１の出力は飽和状態
であり、一方、オベレーショナル・アンプ自体は積分器
として動作しているので、トランジスタ１３１の飽和出
力状態が確実に保証される。

すなわち、オベレーショナル・アンプは、その出力状態
とは、独立して入力信号に対して積分器として動作する
。トランジスタ１３１がターンオンしトランジスタ１３
７がターンオンすると、トランジスタ１３７はコンデン
サー５２の左側極板の電圧を線１０６にほぼ等しい電圧
に充電するのでトランジスタ１５４は、逆バイアスされ
る。そして前記コンデンサ１５２の右側極板の電荷は抵
抗１５３を介して放電しはじめ、トランジスタ１５４は
この放電プロセスの終端に於て、ターンオンする。従っ
て点火コイル一次巻線１６４の電流は、トランジスタ１
３１がターン・オン（トランジスタ１５４がターン・オ
ン）した瞬間に中断され、この状態は、コンデンサ１５
２が放電されるまで維持される。この中断の開始時点で
一次巻線に於て点火火花が発生される。ピツク・アップ
１１０より発生された信号が負からゼロに変化してもオ
ベレーショナル・アンプの出力トランジスタ１３１は完
全にターンオンした状態であり、トランジスタ１３７も
完全にターンオンした状態を維持している。

そして再びピックアップからのゼロから正に遷移する信
号が供給されると前記したオベレーショナル・アンプの
動作が繰り返される。

上記したアンプの周波数応答に於て、ピックアップ１１
０の出力に重畳された周期的に発生する高周波スパイク
信号は点火・システムの動作には全く影響を与えない。

すなわちピックアップ１ １０の出力がゼロの時発生す
るスパイク信号はその信号の時間積分値が非常に４・さ
し、ので、トランジスター４１をスイッチ・オンさせる
だけ十分にトランジスタ１３１のェミッタを負に変位さ
せることができない。更に、積分器としてアンプが動作
している間、すなわち、ピックアップが出力を発生して
いる時は、スパイク・ノイズの積分値は、ピックアップ
の積分値からすれば無視できる程小さくかつアンプのＡ
Ｃ利得は非常に少さし、ので、スパイクノイズ電圧は完
全に劣性となっている。

一方トランジスター３１はアンプの飽和期間中は完全に
ターン・オフしているのでスパイク・ノイズには影響を
受けない。第１図に示した構成に於て、ピック・アップ
１１０を接地することにより点火回路と装置との接続を
簡便にできる。

第２図ｆにはトランジスタ１５４のベース電圧が示され
ており、一方第２図ｇには同じトランジスタ１５４のコ
レクタ電圧が示されている。

点火火花はトランジスタ１５４がスイッチ・オフした時
に発生する。つぎに第３図について説明すると、バッテ
リー２０１は、その正極が抵抗２０４を介して給電線２
０６に、その負極がアース線２０２にそれぞれ接続して
ある。

両線２０６，２０２の間にはツェナダイオード２０５が
配談されていて、これによって給電線２０６の電圧が調
整されている。可変磁気抵抗ピックアップ２１０の一端
がアース線に接続され、池端は抵抗２７０を介してダイ
オード２７１のカソード‘こ接続され、該ダイオードの
アノードはアース線２０２に接続されている。ダイオー
ド２７２のカソードは前記ダイオード２７１のカソード
に接続してあり、該ダイオード２７２のアノードはｎ−
ｐ−ｎトランジスタ２７４のベースに接続されている。
またダイオード２７２と並列に抵抗２７３が接続されて
いる。このダイオード２７２はダイオード接続されたト
ランジスタとすることができる。トランジスタ２７４の
ベースは抵抗２７５を介して給電線２０６に、そのコレ
クタは抵抗２７６を介して給電線２０６に、またそのェ
ミツタはアース線２０２にそれぞれ接続してある。トラ
ンジスタ２７７のベースはトランジスタ２７４のコレク
タに、またトランジスタ２７７のコレクタは直列接続の
抵抗２７８および２７９を介して給電線２０６に、また
そのェミッタは抵抗２８０を介してアース線２０２にそ
れぞれ接続してある。トランジスタ２７４，２７７によ
って構成される増幅器は、コンデンサ２８１とトランジ
スタ２７７のエミツタとトランジスタ２７４のベース間
に配した抵抗２８２からなるＡ．Ｃ．負帰還回路をして
いる。ダイオード２８３のアノードはトランジスタ２７
７のエミツタに、カソードはトランジスタ２７４のベー
スにそれぞれ接続してある。ｐ−ｎ−ｐトランジスタ２
８４のェミツ外ま給電線２０６に、そのコレクタは抵抗
２８５を介してアース線２０２にそれぞれ線続してある
。該トランジスタ２８４のベースは抵抗２７８，２７９
の接合部に接続してあり、そのコレクタはさらに第１図
図示の実施例に符号１８６で示したのと同様な構成を有
する火花発生回路２８６に接続してある。ダイオード２
７２及びトランジスタ２７４は抵抗２７５を介してバイ
アスされており、ピックアップ２１０が出力を発生して
いない時は、トランジスタ２７４，２７７が導適状態、
トランジスタ２８４が飽和状態に維持されている。

そして、トランジスタ２７７のェミッタを抵抗２８０と
の接続点はダイオード２８３を介してトランジスタ２７
４のベースに接続されている。ピックアップ２１０から
正の半サイクルの信号が入力されると、ダイオード２７
２は逆バイアスとなり、従って、トランジスタ２７４は
飽和状態へと動作点が移動し飽和増幅器として動作する
。

従ってトランジスタ２７７はそのベース電位が低下する
のでターン・オフ方向へ動作点が移動し、同様にトラン
ジスタ２８４もターン・オフする傾向となる。従って、
トランジスタ２７４の導適状態を保証していたトランジ
スタ２７７のェミッタと抵抗２８０の接続点の電位は低
下し、ダイオード２８３はカット・オフ状態となる。そ
して、コンデンサ２８１及び抵抗２８２から構成される
負婦環回路は、トランジスタ２７４及び２７７の変化を
防止するように動作するが、結局はトランジスタ２７４
は飽和し、トランジスタ２７７及び２８４はターン・オ
フする。そして、抵抗２８５上に負方向立ち上がりパル
スが発生する。以下、火花点火回路２８６は第１図にて
説明したと同様に動作するが第３図を用いた説明では省
略する。次に、ピックアップ２１０からの出力が正の半
サイクルからゼロを通過し負の半サイクルに変化すると
、ダイオード２７２は順バイアスとなり抵抗２７３が短
絡される。従って、トランジスタ２７４はカット・オフ
する方向へと（飽和状態から導適状態へと）動作点が急
激に移動し、よってトランジスタ２７７及び２８４が急
激にターン・オンする。この時、コンデンサ２８１の電
圧は、オベアンプが積分器として動作する様に設けた交
流負帰環回路の積分時定数に従って、上昇する。そして
抵抗２８５上に正方向立ち上がりパルスが現われる。抵
抗２８０上の電圧がトランジスタ２７４のベース電圧を
超えると、トランジスタ２７４のベース電圧は、ダイオ
ード２８３がターン・オンするのでクランプされ、トラ
ンジスタ２７４の導適状態が維持・保証される。上記し
た構成に於て、オベレーショナル・アンプの機能は、ダ
イオード２７２の状態により変化する。

すなわち、ダイオード２７２が正バイアスされており抵
抗２７３が短絡されている場合、オベレーシヨナル・ア
ンプはピックアップ２１０の出力に対して比例する比例
増幅器として動作し、一方逆バイアスされている場合に
は、積分器及び低利得増幅器として動作する。この伝達
関数の変化は、ピックアップ出力がゼロ点を交差する時
に発生し、この瞬間はスパーク出力を、必要とする瞬間
である。次に、ピックアップ２１０の出力信号が負から
ゼロとなっても、ダイオード２７２は抵抗２７５を流れ
る電流によりわずかに逆バイアスされているので、オベ
レーショナル・アンプは積分器及び低利得増幅器として
動作しており、トランジスタ２７４，２７７が導適状態
、トランジスタ２８４が飽和状態に維持されている。そ
して、トランジスタ２７７のェミッタと抵抗２８０の接
続点の電位がトランジスタ２７４のベース電位を超える
と、ダイオード２８３により直流負帰環が印加され、ト
ランジスタ２７７の導適状態が保証される。以上述べた
様に本発明は、ピックアップからの出力信号が１つの樋
性内の時は、すなわち、正の半サイクルの時は、反転増
幅器の出力は比較的ゆっくりと飽和する方向に増加し、
飽和した後ピックアップの出力信号が変化した時は比較
的急速に、駆動される様構成し、かっこの変化信号を、
点火火花回路に供給することにより、反転増幅器が飽和
状態以外の時、すなわちピック・アップ出力が正の半サ
イクルから負の半サイクルに遷移する事に応動して変化
する時点火火花を発生する様に動作するものである。

以上本発明を２つの実施例を用いて説明したが本発明は
これらの実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲を蓮脱しない範囲で種々変更可能なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を示す回路図、第２図
は、第１図図示の回路の各部における波形を示す図、第
３図は、本発明の他の実施例を示す回路図である。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 点火火花を発生すべき瞬間に極性の変化する出力信
   号を発生する可変磁気抵抗ピツクアツプと、前記出力信
   号により駆動される点火火花発生回路と、前記可変磁気
   抵抗ピツクアツプと前記点火火花発生回路とを接続する
   制御回路とを備えた内燃機関の火花点火装置に於て、前
   記制御回路は、反転増幅器と、前記ピツクアツプと前記
   反転増幅器の入力とを直接接続している入力抵抗と、直
   列接続された抵抗とコンデンサからなり反転増幅器の入
   出力間を接続しているＡ．Ｃ．負帰還を有しており、前
   記反転増幅器が飽和状態から導通状態に変化した時火花
   点火回路がスパーク火花を発生することを特徴とする内
   燃機関の火花点火回路。