JPS6124545B2 - - 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の直流電圧と
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
電することになり、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御回路と、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ように動作する
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充電されるコ
ンデンサおよびこのコンデンサの充電電圧の大き
さに応じて放電時定数が切替わる放電回路を備
え、このコンデンサの充電電圧によつて前記交流
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、高速回転時においては閉角度拡
大回路により閉角度を拡大し、前記パワートラン
ジスタが定電流制御されている閉角度縮小回路が
動作して常に前記点火コイルの一次電流が丁度所
定の電流に達する様に閉角度制御を行い、低速回
転時においては交流発電機の交流出力が小さく閉
角度拡大回路は動作せず、一方前記と同様に閉角
度縮小回路が動作して常に前記点火コイルの一次
電流が丁度所定の電流に達するべく閉角度制御を
行う様に構成することによつて、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、発熱の少ない、信頼性の
高い内燃機関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、１〜１１、１３〜３１、１
５１〜１５３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、８１〜８８、１５
４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、１１３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、５４、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、９
４、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の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
０がオフ、トランジスタ６２がオン、トランジス
タ６３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かけ下げられており、
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、その時パワー
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。ここで、パ
ワートランジスタ６４が飽和状態で作動している
期間Ｔの間、電流検出抵抗３１に流れる電流の増
大に伴つてその電圧降下に応じた電圧がパワート
ランジスタ６４のコレクタに生じるが、電流検出
抵抗３１の抵抗値は一般的によく知られているよ
うに微少な値（例えば50ｍΩ）に設定してあり、
その電圧降下は最大でも0.5V程度であつて、パ
ワートランジスタ６４の非飽和状態でのコレクタ
電圧（12Vバツテリで9V程度）に対して実質上無
視できる程度のものであるため、第２図ｄでは便
宜上0Vとして表わしてある。そして、この期間
Ｔの間はパワートランジスタ６４のコレクタ電圧
が実質上無視できる程の小さなものであるため、
この電圧によつてコンデンサ９３が充電されるこ
とはない。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、その他の区間は、抵抗１５１〜
１５３、ツエナーダイオード１５４、およびトラ
ンジスタ５７のベース電流として放電し、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５
５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がオフの時トランジスタ
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
中逆方向バイアスを受ける。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が前記の逆方向バイアスＶ１と逆方向バイ
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
よつて決る。すなわち、このトランジスタ５５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、また傾斜がゆるやかな時の発振防止
に効果がある。前記した様に閉角度縮小回路１１
２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５３のオン点、すなわち点火コイル１
０１の通電開始点に順方向バイアスＶ１のみで決
るＱ１点から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Ｖ
２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の点火コイル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。

本発明の特徴の一つは、コンデンサ９３の放電
時定数を充電電圧に応じて切り替える点である
が、これに関して第４図〜第７図を用いて説明す
る。まず、抵抗１５２とツエナーダイオード１５
４との直列回路がない場合における第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。トランジスタ
１４１と１４２の組合せおよびトランジスタ１４
３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１３３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、１３４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に逆方向のバイアスを供給す
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Ve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１
００の交流出力の正極性ピーク電圧Ｖを表わす。
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ピーク電圧は波形周期
に反比例する。波形周期は時間の単位を持ち、時
間幅を表わす量であるから、ピーク電圧は時間ｔ
の関数とみなすことができる。波形ｇはこの関
数、つまり１／ｔの関数を示したものである。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の交流出力が時刻toに相当
する波形周期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時刻ｔに相当する波形周期
の時の交流発電機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９
３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。

本発明では、第１図および第３図の回路に示す
ようにコンデンサ９３の放電回路に抵抗１５２と
ツエナーダイオード１５４の直列回路が挿入され
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４図図示の
波形ｈおよび第５図図示の波形ｉに対しそれぞれ
第６図図示の波形ｊおよび第７図図示の波形ｋの
様にｔが小さい時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り、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８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８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と定電流制
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充電されるコンデンサおよび
このコンデンサの充電電圧の大きさに応じて放電
時定数が切替わる放電回路を備え、このコンデン
サの充電電圧によつ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
が行な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
テリ電圧の低下によつて点火コイルの一次電流の
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、前記閉角度縮小回路を、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
じて充電されるコンデンサの充電電圧によつて前
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構成すれ
ば、簡単かつ安価な回路で閉角度縮小回路を構成
できるという優れた効果がある。

さらに、前記コンデンサの充電電圧の大きさに
応じて放電時定数が切替わる放電回路を介して放
電する様に構成したから、コンデンサの放電カー
ブを交流発電機の交流出力電圧の波形周期に対応
する特性カーブに近づけることができるので、閉
角度の縮小の制御性能が向上し、高速回転から超
低速回転まで応答よく閉角度制御ができるという
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図および第８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６図およ
び第７図はそれぞれ第１図および第３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、６０，６２，６３…
…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、１０１……点
火コイル、１０２……バツテリ、１１１……閉角
度拡大回路、１１２……閉角度縮小回路、１１３
……電流制限回路、１５１〜１５３……放電回路
を構成する抵抗とツエナーダイオード。

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
   機に発生する交流発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
   電流を所定定値以下に制御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御回路と、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
   路に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充
   電されるコンデンサおよび、このコンデンサの充
   電電圧の大きさに応じて放電時定数が切り替わる
   放電回路を備え、前記コンデンサの充電電圧によ
   つ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
   イアスを印加するものよりなる内燃機関用点火装
   置。