(57)【要約】【課題】  自動二輪車等の内燃機関用イグニッションコイルの「ソフト・オン」または「ソフト・オフ」を、少ない部品点数でかつ安定して行うことができる内燃機関用点火装置を提供する。【解決手段】  イグニッションコイル１４の一次巻線１４１への通電に先立ってキャパシタＣ1の充電を行い、通電用スイッチＱ1をオンすることでキャパシタＣ1の放電を行なうもので、Ｑ1の制御端子にオン信号が入力されたときは、Ｑ1の制御端子への負帰還によって、Ｃ1の充電電荷を放電回路１３を介して放電し、一次巻線１４１への通電中に、制御端子にオフ信号が入力されたときは、キャパシタＣ1を充電回路１２を介して充電する。【選択図】図２
2011027044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イグニッションコイルの一次巻線に接続された通電用スイッチと、
電源と前記通電用スイッチの制御端子との間に設けられたキャパシタを含み、充電指示信号により動作する充電回路と、
前記キャパシタ、前記通電用スイッチ、前記通電用スイッチの制御信号源、および当該信号源と前記制御端子との間に設けられた抵抗、により構成される放電回路と、
を備え、
前記一次巻線への通電に先立って前記キャパシタの充電を行い、前記通電用スイッチをオンすることで前記キャパシタの放電を行なう内燃機関用点火装置であって、
前記通電用スイッチの制御端子にオン信号が入力されたときは、前記通電用スイッチの制御端子への負帰還によって、前記キャパシタの充電電荷が前記放電回路を介して放電され、
前記イグニッションコイルの一次巻線への通電中に、前記通電用スイッチの制御端子にオフ信号が入力されたときは、前記キャパシタが前記充電回路を介して充電されることを特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項２】
前記キャパシタの前記通電用スイッチの制御端子側とは反対側の端子と、前記通電スイッチの前記イグニッションコイルの一次巻線側の端子との間に、前記イグニッションコイルからの電流を阻止する一方向導通素子を備え、
前記通電用スイッチの制御端子にオン信号が入力されたときに、前記キャパシタの充電電荷が一方向導通素子と前記通電用スイッチと前記放電回路とを介して放電されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項３】
イグニッションコイルの一次巻線に接続された通電用スイッチと、
電源と前記通電用スイッチの制御端子との間に設けられたキャパシタを含み、充電指示信号により動作する第１充電回路と、
前記キャパシタ、前記通電用スイッチ、前記通電用スイッチの制御信号源、および当該信号源と前記制御端子との間に設けられた第１抵抗、により構成される放電回路と、
前記キャパシタおよび前記制御端子とグランドとの間に設けられた第２抵抗を含む第２充電回路と、
を備え、
イグニッションコイルの一次巻線への通電に先立って前記キャパシタの充電を前記第１充電回路により行い、前記通電用スイッチをオンすることで前記キャパシタの放電を行なう内燃機関用点火装置であって、
前記通電用スイッチの制御端子にオン信号が入力されたときは、前記キャパシタの充電電荷が前記放電回路を介して放電することで、前記通電用スイッチの端子電圧が前記キャパシタの値と前記第１抵抗の値とで決まる比率で下降し、
前記イグニッションコイルの一次巻線への通電中に、前記通電用スイッチの制御端子にオフ信号が入力されたときは、前記キャパシタが前記第２充電回路を介して充電することで、前記通電用スイッチの端子電圧が前記キャパシタの値と前記第２抵抗の値とで決まる比率で上昇する、
ことを特徴とする内燃機関用点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動二輪車等の内燃機関用イグニッションコイルに接続されたスイッチを、いわゆる「ソフト・オン」または「ソフト・オフ」するためのイグニッションコイルへの通電技術に関し、少ない部品点数でかつ安定した動作を行うことができる内燃機関用点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動二輪車の内燃機関用イグニッションコイルの点火装置として、図８に示す回路が知られている。図８（Ａ）の点火装置８では、コイル通電信号Ｓ1がＨレベルの状態において、点火信号Ｓ0がＨレベルからＬレベルに変化すると（すなわち、トランジスタＱ02がオフすると）、トランジスタＱ01が急峻に
オンして、イグニションコイル８１の一次巻線８１１に電流（一次電流ＩIGN,1）が流れる。この点火装置８では、図８（Ｂ）の波形図に示すように一次電流ＩIGNが上昇する過程でイグニッションコイルの浮遊容量とインダクタンスによってＬＣ共振振動が発生し、これにより二次電圧ＶIGNが点火電圧ＶＦ（たとえば、１ｋＶ）を超えてしまい、誤点火を起こすことがある。
【０００３】
この不都合を解消するために、たとえば図９（Ａ）の点火装置９が使用される。
この点火装置９では、トランジスタＱ22がオフ、トランジスタＱ31，Ｑ32をオンとすることで、Ｒ11を介してＣ11の充電を行う。これにより、トランジスタＱ11のベース電圧はＲ11×Ｃ11の時定数で徐々に上昇するのでトランジスタＱ11のベース電流もまた緩やかに増加するため、トランジスタＱ11はいわゆるソフト・オンとなる。
【０００４】
点火装置９では、図９（Ｂ）の波形図に示すように、一次電流ＩIGNには振動が生じないので、二次電圧ＶIGNが点火電圧ＶＦを超えることはない（図では二次電圧ＶIGNは９００Ｖ）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、図９（Ａ）の点火装置９は、負帰還構成をとっていないため、構成部品の特性のバラツキの影響が大きく、設計・評価等に手間がかかるという問題がある。たとえば、イグニッションコイル９１が変わるたびに、設計・評価を新たに行う必要がある。
【０００６】
また、点火装置９は回路構成が複雑で、部品点数も多く製造コストが高くなる。また、キャパシタの充電時定数（Ｒ11×Ｃ11）を確保するためには、抵抗Ｒ11，キャパシタＣ11の少なくとも一方を大きくする必要がある。
抵抗Ｒ11の値を大きくしようとすると、トランジスタＱ11のベース電流を保障できなくなる。このため、キャパシタＣ11の値を大きくせざるを得ず、結果として装置が大型化してしまう。
【０００７】
また、図９（Ａ）の点火装置９では、ソフト・オフを行うために設けた放電回路の抵抗（Ｒ51，Ｒ52）を介してベースに流れる電流は、Ｃ11の容量が大きいために、ゼロ近くに減少するまでに時間がかかる（後述する図７（Ｂ）参照）。この結果、トランジスタＱ11のオフに時間がかかり、電力損失が大きくなるし、ラジエータも大型化する。
【０００８】
さらに、上記の回路では、トランジスタとして電流駆動型（バイポーラトランジスタ等）は使用できるが、制御入力に閾値をもった電圧駆動型スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等）の場合、閾値を境にして急激にオンオフするためＬＣ共振振動を抑制するには上記した充電時定数（Ｒ11×Ｃ11）を相当大きくする必要があり実用的ではない。
【０００９】
本発明の目的は、少ない部品点数でかつ安定した動作を行うことができる、「ソフト・オン」または「ソフト・オフ」に適した内燃機関用点火装置を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、上記目的に加えキャパシタを小型化すること、あるいは通電用スイッチを小型化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の内燃機関用点火装置は、（１）または（２）を要旨とする。
（１）
イグニッションコイルの一次巻線に接続された通電用スイッチと、
電源と前記通電用スイッチの制御端子との間に設けられたキャパシタを含み、充電指示信号により動作する充電回路と、
前記キャパシタ、前記通電用スイッチ、前記通電用スイッチの制御信号源、および当該信号源と前記制御端子との間に設けられた抵抗、により構成される放電回路と、
を備え、
前記一次巻線への通電に先立って前記キャパシタの充電を行い、前記通電用スイッチをオンすることで前記キャパシタの放電を行なう内燃機関用点火装置であって、
前記通電用スイッチの制御端子にオン信号が入力されたときは、前記通電用スイッチの制御端子への負帰還によって、前記キャパシタの充電電荷が前記放電回路を介して放電され、
前記イグニッションコイルの一次巻線への通電中に、前記通電用スイッチの制御端子にオフ信号が入力されたときは、前記キャパシタが前記充電回路を介して充電されることを特徴とする内燃機関用点火装置。
【００１２】
（２）
前記キャパシタの前記通電用スイッチの制御端子側とは反対側の端子と、前記通電スイッチの前記イグニッションコイルの一次巻線側の端子との間に、前記イグニッションコイルからの電流を阻止する一方向導通素子を備え、
前記通電用スイッチの制御端子にオン信号が入力されたときに、前記キャパシタの充電電荷が一方向導通素子と前記通電用スイッチと前記放電回路とを介して放電されることを特徴とする（１）に記載の内燃機関用点火装置。
【００１３】
（３）
イグニッションコイルの一次巻線に接続された通電用スイッチと、
電源と前記通電用スイッチの制御端子との間に設けられたキャパシタを含む第１充電回路と、
前記キャパシタ、前記通電用スイッチ、前記通電用スイッチの制御信号源、および当該信号源と前記制御端子との間に設けられた第１抵抗、により構成される放電回路と、
前記電源、前記キャパシタ、前記制御端子とグランドとの間に設けられた第２抵抗により構成される第２充電回路と、
を備え、
イグニッションコイルの一次巻線への通電に先立って前記キャパシタの充電を前記第１充電回路により行い、前記通電用スイッチをオンすることで前記キャパシタの放電を行なう内燃機関用点火装置であって、
前記通電用スイッチの制御端子にオン信号が入力されたときは、前記キャパシタの充電電荷が前記放電回路を介して放電することで、前記通電用スイッチの端子電圧が前記キャパシタの値と前記第１抵抗の値とで決まる比率で下降し、
前記イグニッションコイルの一次巻線への通電中に、前記通電用スイッチの制御端子にオフ信号が入力されたときは、前記キャパシタが前記第２充電回路を介して充電することで、前記通電用スイッチの端子電圧が前記キャパシタの値と前記第２抵抗の値とで決まる比率で上昇する、
ことを特徴とする内燃機関用点火装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、優れた特性の「ソフト・オン」または「ソフト・オフ」が提供できる。
【００１５】
本発明では、通電用スイッチのオン時に、端子電圧が制御端子に負帰還されるように構成されている。また、本発明では、イグニッションコイルへの通電中の通電用スイッチの強制オフ時に、端子電圧が制御端子に負帰還されるように構成されている。したがって、構成部品の特性のバラツキに影響されずに、設計・評価等を行うことができる。
【００１６】
本発明では、回路が簡素化されているので（部品点数が少ないので）、製造コストを低く抑えることができ、またコンデンサの値を小さくできるので小型化に適している。
【００１７】
本発明では、通電用スイッチのオフ時間が短いので、電力損失を小さくすることができる（通電用スイッチを小型化できる）。
本発明では、通電用スイッチとして電流駆動型トランジスタはもちろん、電圧駆動型トランジスタを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の内燃機関用点火装置の第１実施形態を示す基本回路図である。
【図２】第１実施形態の充電時の動作を説明するための回路図である。
【図３】第１実施形態の放電時の動作を説明するための回路図である。
【図４】第１実施形態の動作波形図である。
【図５】本発明の内燃機関用点火装置の第２実施形態を示す基本回路図である。
【図６】第２実施形態の内燃機関用点火装置の通電中止時の動作を説明するための回路図である。
【図７】（Ａ）は第２実施形態の内燃機関用点火装置がソフト・オフするときの動作波形図、（Ｂ）は従来の点火装置がソフト・オフするときの動作波形図である。
【図８】（Ａ）は従来の内燃機関用点火装置の回路図、（Ｂ）は動作波形図である。
【図９】（Ａ）は従来の他の内燃機関用点火装置の回路図、（Ｂ）は動作波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１の内燃機関用点火装置１Ａにおいて、通電用スイッチ回路１１はＮＰＮ型のトランジスタＱ1である。トランジスタＱ1に代えてＦＥＴ等の電圧制御素子を使用することができる。トランジスタＱ1のコレクタはイグニッションコイル１４の一次巻線１４１の一端に接続されており、エミッタは接地（グランドＧＮＤに接続）されている。なお、イグニッションコイル１４の一次巻線１４１の多端は電源端子（電源電圧Ｖbat）に接続されている。
【００２０】
充電回路１２は、抵抗Ｒ3，Ｒ4とトランジスタＱ2からなるスイッチ回路と、上述したキャパシタＣ1と、抵抗Ｒ2とからなる。このスイッチ回路に充電指示信号Ｓ0（信号源Ｇ0）入力されると、トランジスタＱ2がオンし、電源電圧Ｖbatにより抵抗Ｒ2を介してキャパシタＣ1が充電される。
【００２１】
放電回路１３は、抵抗Ｒ1とキャパシタＣ1とを有している。図２では逆流防止用のダイオードＤ2が抵抗Ｒ1のキャパシタＣ1側に設けられている。
放電回路１３と、ダイオードＤ1と、通電用スイッチ回路１１と、コイル通電信号Ｓ1の信号源Ｇ1とにより、キャパシタＣ1の放電経路が形成される。
キャパシタＣ1の負電圧端子は、トランジスタＱ1の制御端子（ベース）に接続されている。本実施形態では、キャパシタＣ1の負電圧端子は抵抗Ｒ5を介して接地（グランドＧＮＤに接続）されている。
【００２２】
以下、図１の回路の動作を図２，図３の回路図、図４の波形図により説明する。
図２は、キャパシタＣ1が充電されるときの回路図である。充電指示信号Ｓ0がＬレベル（たとえば、０Ｖ）からＨレベル（５Ｖ）になると、トランジスタＱ2がオンし（図４のｔ0）、電源電圧ＶbatによりキャパシタＣ1が抵抗Ｒ2を介してバッテリー電圧Ｖbat（たとえば、１２Ｖ）まで充電される（図４のｔ0〜ｔ1）。
【００２３】
図３はキャパシタＣ1が放電されるときの回路図である。充電指示信号Ｓ0がＨレベルからＬレベルに変化し、コイル通電信号Ｓ1がＬレベル（０Ｖ）からＨレベル（たとえば、５Ｖ）に変化すると、トランジスタＱ1がオンし始める。オンの初期には、トランジスタＱ1のコレクタ・エミッタ間電圧（端子電圧Ｖce）は、キャパシタＣ1のフル充電電圧である。
【００２４】
トランジスタＱ1のコレクタ端子電圧がΔＶだけ下降すると、その電圧変化によってダイオードＤ1，キャパシタＣ1を経由して、トランジスタＱ1のベース電位も、ΔＶだけ低下する。これは、トランジスタＱ1の出力が制御端子に負帰還されることを意味し、トランジスタＱ1は急にオンすることができない。
【００２５】
上記の動作に並行して、キャパシタＣ1の充電電荷は、ダイオードＤ1、トランジスタＱ1、信号源Ｓ1、ダイオードＤ2、抵抗Ｒ1の経路で放電する。トランジスタＱ1とキャパシタＣ1とはミラー積分回路を構成しており、トランジスタＱ1のコレクタ・エミッタ間電圧（端子電圧Ｖce）は、キャパシタＣ1の値およびＲ1の値で定まる時定数で直線状に低下する（図４のｔ1〜ｔ2）。
【００２６】
トランジスタＱ1のベース電位はほぼ一定で、ベース電流を無視すると、ダイオードＤ2の順方向電圧をＶf2とするとキャパシタＣ1の放電電流Ｉcは、
Ｉc＝（５Ｖ−Ｖbe−Ｖf2）／Ｒ1・・・（１）
で表される。
したがって、放電電流によるキャパシタＣ1の放電電圧の傾斜は、
ΔＶC1／Δｔ＝Ｉc／Ｃ1・・・（２）
となる。
【００２７】
時刻ｔにおけるトランジスタＱ１のコレクタ・エミッタ間電圧（端子電圧Ｖce）は、ダイオードＤ１の順方向電圧Ｖf1およびＱ1のベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅとすると、
Ｖce＝Ｖbat−Ｉc・ｔ／Ｃ1−Ｖf1＋Ｖbe・・・（３）
である。したがって、
Ｖce＝Ｖbat−（５Ｖ−Ｖbe-Ｖf2）・ｔ／（Ｃ1・Ｒ1）−Ｖf1＋Ｖbe・・・（４）
となる。
【００２８】
（４）式から、Ｃ1またはＲ1の何れかまたは両方を変えることでＶceの下降率を所望の値とすることができる。
すなわち、本実施形態ではトランジスタＱ1をソフト・オンすることができ、これにより、イグニッションコイル１４の一次コイル１４１に流れる電流変化を抑えることができ、結果、容易に、イグニッションコイル１４の二次電圧を抑えることができる。
【００２９】
図５は本発明の内燃機関用点火装置の第２実施形態の基本構成を示す説明図である。
図５の内燃機関用点火装置１Ｃでは、図１に示した内燃機関用点火装置１Ａに第２充電回路１５を追加した構成となっている。すなわち、トランジスタＱ1の制御端子とグランドとの間に抵抗Ｒ5が設けられおり、キャパシタＣ1と抵抗Ｒ5により第２充電回路１５が構成されている。
【００３０】
内燃機関用点火装置１Ｃでは、Ｒ5がＲ1，Ｒ2よりも十分に大きい。したがって、通電用スイッチ１１がソフト・オンするときにはＲ5は無視できるので、内燃機関用点火装置１Ｃのソフト・オン時の動作は、第１実施形態（図１から図４参照）におけると同様である。
【００３１】
以下、図５の回路の動作を図６の回路図および図７（Ａ）の波形図により説明する。
図６は、キャパシタＣ1が充電されるときの回路図である。
イグニッションコイル１４の通電中は、次式で示すような平衡状態が成立する。
Ｖce＋Ｖf＝ＶC1＋Ｖbe・・・（５）
なお、ＶceはトランジスタＱ1の端子電圧、ＶfはダイオードＤ1の電圧降下、ＶC1はキャパシタＣ1の充電電圧、ＶbeはトランジスタＱ1のベース・エミッタ間電圧である。
【００３２】
この状態で、コイル通電信号Ｓ1をＬレベルにする（オフする）と、トランジスタＱ1はベース電圧が下がるのでオフしようとし、端子電圧Ｖceが上昇する。ＶceがΔＶだけ上昇したとすると、上述した平衡状態が崩れ、図６中（ａ）で示す経路でＣ1が充電され、平衡が保たれる。  充電電流の一部は、図６中（ｂ）で示すように、トランジスタＱ1のベース電流となり、コレクタ・エミッタ間電圧Ｖceの上昇を妨げるように作用するので、トランジスタＱ1は急峻にオフすることができない。
【００３３】
上記の動作により、トランジスタＱ1のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖceは、（Ｒ2＋Ｒ5）の値と、Ｃ1の値で定まる時定数で（ほぼ直線的に）上昇する。
Ｒ2＞＞Ｒ5と、Ｒ2，Ｒ5を選べば、時刻ｔにおけるコレクタ・エミッタ間電圧Ｖceは、次式で表される。
Ｖce＝｛Ｖbe／（Ｒ5・Ｃ1）｝・ｔ・・・（５）
【００３４】
したがって、Ｒ5またはＣ1のいずれかまたは両方を変えることで、トランジスタＱ1の上昇時間を所望の値とすることができ、安全にイグニッションコイルの電流を遮断することが可能となる。また、これと同時に、トランジスタＱ1がオフするまでの時間を短かくすることで、電力損失を最小に抑えることもできる。
【００３５】
図７（Ａ）に、内燃機関用点火装置１Ｃのイグニションコイル１４への通電を停止する場合のコイル通電信号Ｓ1、通電電流ＩIGN、コレクタ・エミッタ間電圧Ｖceを示す。また、図７（Ｂ）に、従来の内燃機関用点火装置におけるイグニションコイル１４への通電を停止する場合のコイル通電信号Ｓ1、通電電流ＩIGN、コレクタ・エミッタ間電圧Ｖceを示す。
図７（Ａ），（Ｂ）からわかるように、の内燃機関用点火装置１Ｃでは、従来に比べてソフト・オフ時間を格段に短縮することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１Ａ，１Ｃ  内燃機関用点火装置
１１  通電用スイッチ回路
１２  充電回路  
１３  放電回路（第１放電回路）
１４  イグニッションコイル
１４１  一次巻線
【図１】
2011027044.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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