(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次コイルと二次コイルとを有して、二次コイルの一端が内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグの非接地側の端子に接続される点火コイルと、
前記点火コイルの一次コイルに対して直列に接続される一次電流制御用スイッチと、商用電源の出力を整流して得た直流電圧を前記点火コイルの一次コイルと一次電流制御用スイッチとの直列回路の両端に印加する整流回路と、内燃機関の点火時期よりも前に前記一次電流制御用スイッチをオン状態にし、前記点火時期に該一次電流制御用スイッチをオフ状態にするように前記一次電流制御用スイッチを制御する点火制御部とを有する点火ユニットと、
を備え、
前記一次コイルと一次電流制御用スイッチとの直列回路の一端が前記整流回路の一方の出力端子とともに前記点火ユニット内のアースラインに接続され、前記点火プラグの接地側の端子が接続される内燃機関側の接地電位部と前記アースラインとの間がアース線により接続される内燃機関用点火装置において、
前記整流回路の他方の出力端子から前記内燃機関側の接地電位部と前記アース線とを通して前記整流回路の一方の出力端子に戻る経路でチェック電流を流すチェック電流通電回路と、
前記点火コイルの一次電流の通電路の途中に挿入されて、前記チェック電流を検出しているときにオン状態を保持し、前記チェック電流が検出されないときにオフ状態を保持する保護用スイッチと、
を具備したことを特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項２】
前記保護用スイッチは、励磁コイルが前記チェック電流により励磁されるように設けられたリレーからなっている請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項３】
前記保護用スイッチは、前記一次電流の通電路にコレクタエミッタ間回路が直列に挿入されるとともに、前記チェック電流をベース電流としてオン状態になるようにベース回路が前記チェック電流通電回路に接続されたトランジスタからなっている請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用電源により駆動される内燃機関用点火装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関を点火する点火装置は、点火コイルと該点火コイルの一次電流を制御する一次電流制御回路とを備えた点火回路と、該点火回路に電源電圧を与える点火電源部と、内燃機関の点火時期に点火コイルの一次電流に急激な変化を生じさせるように一次電流制御回路を制御する点火制御部とを備えていて、点火コイルの一次電流の変化により該点火コイルの二次コイルに点火用の高電圧を誘起させ、この高電圧を点火プラグに印加することにより、点火動作を行わせるようになっている。多くの場合、点火電源としては、バッテリや、内燃機関により駆動される磁石発電機内に設けたエキサイタコイル等が用いられるが、内燃機関の用途によっては、例えば、ガスヒートポンプに用いる内燃機関においては、商用電源を点火電源として用いる場合がある。
【０００３】
図４は商用電源を点火電源として用いる従来の内燃機関用点火装置を示したもので、同図において１は点火コイル、２は内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグである。点火コイル１は一次コイル１ａと二次コイル１ｂとを有していて、その二次コイル１ｂの一端が点火プラグ２の非接地側の端子に接続されている。
【０００４】
３は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電圧を出力する商用電源、４は商用電源３の出力電圧を降圧するトランス、５はトランス４により降圧された商用電源の出力を整流する全波整流器、６は整流器５の出力端子間に接続された平滑用コンデンサで、整流器５とコンデンサ６とにより整流回路７が構成されている。
【０００５】
また８は点火コイル１とともに点火回路を構成する一次電流制御用スイッチで、この一次電流制御用スイッチは、エミッタが整流回路７の負極側出力端子に接続され、コレクタが一次コイル１ａの一端に接続されたＮＰＮトランジスタＴＲ1 と、トランジスタＴＲ1 のベースコレクタ間に、アノードを該トランジスタのベース側に向けて接続されたツェナーダイオードＺＤと、トランジスタＴＲ1 のコレクタエミッタ間にアノードを該トランジスタのエミッタ側に向けて接続されたダイオードＤ1 と、トランジスタＴＲ1 のベースエミッタ間に接続された抵抗Ｒ1 と、トランジスタＴＲ1 のベースに一端が接続された抵抗Ｒ2 と、整流回路７の出力電圧を入力として一定の直流電圧を出力する定電圧電源回路１０の正極側（非接地側）の出力端子と抵抗Ｒ2 の他端との間に接続された抵抗Ｒ3 とからなっている。
【０００６】
点火コイル１の一次コイル１ａ及び二次コイル１ｂの他端の間は、アノードを二次コイル１ｂ側に向けたダイオードＤo を通して接続されている。
【０００７】
１１は、内燃機関の点火時期よりも前に一次電流制御用スイッチ８をオン状態にし、点火時期に該一次電流制御用スイッチ８をオフ状態にするように制御する点火制御部で、図示の例では、この点火制御部がマイクロコンピュータからなっている。点火制御部１１を構成するマイクロコンピュータの電源端子には電源回路１０から電源電圧Ｖccが与えられ、その入力ポートＡ1 ，Ａ2 には、図示しない内燃機関に取り付けられた信号発生装置１２から得られるパルス信号が波形整形回路１３を通して入力されている。またマイクロコンピュータは、一次電流制御用スイッチ８を制御する制御信号を発生する出力ポートＢo を有していて、該出力ポートＢo に前記抵抗Ｒ2 の他端が接続されている。
【０００８】
整流回路７、一次電流制御用スイッチ８、電源回路１０及び波形整形回路１３をそれぞれ構成する電子部品と、点火制御部１１を構成するマイクロコンピュータのチップとは共通の回路基板１４に実装され、整流回路７の負極側出力端子とトランジスタＴＲ1 のエミッタとが接続された共通ライン９と、電源回路１０の負極側出力端子とマイクロコンピュータの接地端子とが基板１４に形成された導電パターンからなる点火ユニットのアースラインに接続されている。
【０００９】
図示の信号発生装置１２は、機関のクランク軸に取り付けられたロータ１２Ａと、ロータ１２Ａの外周に設けられたリラクタ１２ａのエッジを検出してパルス信号を発生するパルサ１２Ｂとからなる周知のものである。パルサ１２Ｂは、機関の上死点よりも十分に進角した位置に設定されたクランク軸の第１の回転角度位置、及び第１の回転角度位置よりも遅角した第２の回転角度位置でそれぞれ極性が異なる第１のパルス信号Ｐ1 及び第２のパルサ信号Ｐ2 を発生する。
【００１０】
これらのパルス信号はクランク軸の特定の回転角度位置で発生するため、機関の回転情報（回転角度情報及び回転速度情報）を含んでいる。
【００１１】
図示の例では、回路基板１４とこの基板に実装された部品とにより点火ユニットＵが構成され、回路基板１４に設けられた点火ユニットのアースラインは、機関の気筒に取り付けられた点火プラグ２の接地側の端子が接続された内燃機関側の接地電位部にアース線１５を通して接続される。
【００１２】
点火制御部１１を構成するマイクロコンピュータは、パルサ１２Ｂが発生したパルスから機関の回転情報を得て、点火コイルの一次電流の通電を開始する時期（通電開始時期）と、該一次電流を遮断する時期（点火時期）とを演算する。マイクロコンピュータはまた、演算した通電開始時期の検出と点火時期の検出とを行い、演算した通電開始時期が検出されたとき（クランク軸の回転角度位置が演算した通電開始時期に相応する回転角度位置に一致したとき）にそのポートＢo の電位を高レベル（Ｈレベル）にしてトランジスタＴＲ1 をオン状態にする。これにより、整流回路７−点火コイルの一次コイル１ａ−一次電流制御用スイッチ８を構成するスイッチ素子（トランジスタＴＲ1 ）−整流回路１７の経路で点火コイルの一次電流を流す。
【００１３】
点火制御部１１を構成するマイクロコンピュータはまた点火時期を検出したときにポートＢo の電位を低レベル（Ｌレベル）に変化させ、トランジスタＴＲ1 をオフ状態にしてそれまで流れていた一次電流を遮断する。これにより、点火コイル１の一次コイル１ａに高い電圧を誘起させ、この高電圧を更に昇圧して、点火コイルの二次コイル１ｂに点火用の高電圧を誘起させる。この高電圧は点火プラグ２に印加されるため、該点火プラグで火花が生じて機関が点火される。
【００１４】
ガスヒートポンプにおいては、点火ユニットが内燃機関から離れた箇所に配置されるため、点火ユニットのアースラインを直接機関のケースに接地する取り付け方はできない。そのため、図４に示したように、点火ユニットのアースラインと点火プラグの接地側端子が接続される接地電位部（内燃機関のケース）との間をアース線１５により接続する必要がある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示した点火装置により内燃機関を点火するガスヒートポンプ等において、設置工事の際のミスでアース線１５の配線を忘れたり、使用中の事故によりアース線１５が断線したりして、内燃機関の接地電位部と点火ユニットＵのアースパターンとの間が切り離された場合には、以下に示すように点火ユニット内部の高電位部とアースラインとの間に高い電圧が印加されて、絶縁耐力が最も弱い部分で絶縁破壊が生じるという問題があった。
【００１６】
図４に示した点火装置において、点火コイルの一次コイルのインダクタンスをＬ1 、一次電流の遮断値をＩ1 とすると、点火コイルの一次電磁エネルギーＷ1 は下記の式で与えられる。
【００１７】
Ｗ1 ＝（１／２）Ｌ1 ・Ｉ1 ２                                  …（１）
ここで点火コイルの二次側静電容量をＣ2 、点火プラグの放電ギャップの火花電圧をＶs 、グロー放電電流をＩg 、グロー放電電圧をＶg ，放電継続時間をＴd とすると、放電エネルギーＷは、ほぼ下記の式により表すことができる。
【００１８】
Ｗ＝（Ｃp ・Ｖs ２  ＋Ｖg ・Ｉg ・Ｔd ）／２                  …（２）
点火コイルの一次電磁エネルギーをＷ1 、放電ギャップにおける放電エネルギーＷ1 と、点火コイルの一次電磁エネルギーＷ1 との変換効率をηとすると、ＷとＷ1 との間には、下記の関係がある。
【００１９】
Ｗ＝η・（１／２）・Ｌ1 ・Ｉ1 ２                              …（３）
図４の点火装置において、内燃機関の接地電位部と点火ユニットのアースラインとの間が接続されていない場合には、（２）式及び（３）式より、以下に示す高電圧Ｖs が、点火ユニット内の高電位部とアースラインとの間に印加される。
【００２０】
Ｖs ＝［｛（ｎ・Ｌ1 ・Ｉ1 ２  −Ｖg ・Ｉg ・Ｔd ）／Ｃ2 ］１／２  …（４）
上記の電圧Ｖs は通常高電圧（数十ｋＶ）に達するので、点火ユニット内のアースラインと内燃機関側の接地電位部との間が切り離された状態になった場合に、点火装置の内部で絶縁破壊が生じて、点火装置の内部のアースラインに対する絶縁耐力が最も弱い部分で絶縁破壊が生じ、点火装置が破損するおそれがあった。
【００２１】
本発明の目的は、点火ユニット内のアースラインと内燃機関側の接地電位部との間が接続されていない場合に、点火ユニットの内部で高電圧が発生して絶縁破壊が生じるのを防ぐ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。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一次コイルと二次コイルとを有して、二次コイルの一端が内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグの非接地側の端子に接続される点火コイルと、該点火コイルの一次電流を制御するために用いる構成要素からなる点火ユニットとを備えた内燃機関用点火装置に係わるものである。
【００２３】
本発明が対象とする点火装置では、上記点火ユニットが、点火コイルの一次コイルに対して直列に接続される一次電流制御用スイッチと、商用電源の出力を整流して得た直流電圧を点火コイルの一次コイルと一次電流制御用スイッチとの直列回路の両端に印加する整流回路と、内燃機関の点火時期よりも前に一次電流制御用スイッチをオン状態にし、点火時期に該一次電流制御用スイッチをオフ状態にするように一次電流制御用スイッチを制御する点火制御部とを有していて、点火コイルの一次コイルと一次電流制御用スイッチとの直列回路の一端が整流回路の一方の出力端子とともにアースラインに接続され、点火プラグの接地側の端子が接続される内燃機関側の接地電位部と上記アースラインとの間がアース線により接続される。
【００２４】
本発明においては、上記整流回路の他方の出力端子から内燃機関側の接地電位部とアース線とを通して整流回路の一方の出力端子に戻る経路でチェック電流を流すチェック電流通電回路と、点火コイルの一次電流の通電路の途中に挿入されて、チェック電流を検出しているときにオン状態を保持し、チェック電流が検出されないときにオフ状態を保持する保護用スイッチとを設けた。
【００２５】
上記のように構成すると、点火ユニットのアースラインと点火プラグの接地側の端子が接続される内燃機関側の接地電位部との間がアース線により正しく接続されているときに、チェック電流通電回路を通してチェック電流が流れるため、保護用スイッチはオン状態を保持する。このとき点火コイルの一次電流の通電が妨げられることがないため、点火動作は支障なく行われる。
【００２６】
これに対し、点火ユニットのアースラインと点火プラグの内燃機関側の接地電位部との間を接続するアース線が接続されていなかったり、断線したりした場合には、チェック電流通電回路を通して電流が流れないため、保護用スイッチはオフ状態を保持する。このとき点火コイルの一次電流は流れことができず、点火制御部が一次電流制御用スイッチを制御しても点火コイルの一次コイル及び二次コイルに高電圧が誘起することはないため、点火ユニット内で高電圧が発生して絶縁破壊が生じるのを防ぐことができる。
【００２７】
上記保護用スイッチは、励磁コイルがチェック電流により励磁されるように設けられたリレーにより構成することができる。
【００２８】
上記保護用スイッチはまた、点火コイルの一次電流の通電路にコレクタエミッタ間回路が直列に挿入されるとともに、チェック電流をベース電流としてオン状態になるようにベース回路がチェック電流通電回路に接続されたトランジスタにより構成することもできる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係わる内燃機関用点火装置の構成例を示したもので、その基本的な構成は図４に示した従来の点火装置のそれと同様である。図１に示した点火装置では、励磁コイル２０Ａと常開接点２０ａとを有するリレー２０が設けられていて、このリレー２０の励磁コイル２０Ａの一端が整流器５の正極側出力端子に接続され、励磁コイル２０Ａの他端がアース線２１を通して点火プラグ２の接地側端子が接続される内燃機関側の接地電位部（例えばクランクケース）に接続されている。リレー２０の接点２０ａは整流回路７の正極側出力端子と点火コイル１の一次コイル１ａの他端（一次電流制御用スイッチ８と反対側の端子）に接続されている。また励磁コイル２０Ａの両端には、アノードを接地側に向けたダイオードＤ2 が接続されている。
【００３０】
この例では、整流器５の正極側出力端子と励磁コイル２０Ａとの間を接続する配線２３と、励磁コイル２０Ａと、該励磁コイルとアース線２１の一端を接続する端子との間を接続する配線２４と、アース線２１と、アース線１５とにより、整流回路７の他方の出力端子（非接地側端子）から内燃機関側の接地電位部とアース線１５とを通してチェック電流を流すチェック電流通電回路が構成されている。
【００３１】
この例では、リレー２０により、点火コイル１の一次電流の通電路の途中に挿入されて、上記チェック電流を検出しているときにオン状態を保持し、チェック電流が検出されないときにオフ状態を保持する保護用スイッチが構成されている。
【００３２】
リレー２０は、その励磁コイル２０Ａが上記チェック電流通電回路の途中に挿入されているため、チェック電流通電回路を流れるチェック電流を検出したときに（チェック電流により励磁されたときに）その接点２０ａを閉じて点火コイル１に一次電流が流れるのを許容し、該チェック電流が流れていないときには接点２０ａを開いて、点火コイルに一次電流が流れるのを阻止する。
【００３３】
図１に示した点火装置のその他の構成は図４に示した従来の点火装置と同様である。
【００３４】
図１のように構成すると、点火ユニットＵのアースラインと内燃機関側の接地電位部との間が正しくアース線１５により接続されているときにはリレー２０の励磁コイル２０Ａにチェック電流が流れて該リレーが励磁されるため、接点２０ａがオン状態を保持する。そのため、点火コイル１の一次電流の通電が妨げられることはなく、点火動作は支障なく行われる。これに対し、アース線１５が接続されていなかったり、断線していたりした場合には、リレー２０の励磁コイルに電流が流れないため、該リレーは励磁されず、接点２０ａはオフ状態を保持する。そのため、点火動作は行われなくなり、点火ユニット内で高電圧が生じて絶縁破壊が生じるのを防ぐことができる。
【００３５】
図１に示した例では、リレーにより保護用スイッチを構成したが、図２に示すように、一次電流の通電路にコレクタエミッタ間の内部回路が直列に挿入されるとともに、チェック電流をベース電流としてオン状態になるようにベース回路がチェック電流通電回路に接続されたトランジスタＴＲ2 により保護用スイッチ２５を構成してもよい。図２に示した例では、トランジスタＴＲ2 としてＰＮＰトランジスタが用いられていて、このトランジスタのエミッタが整流回路７の正極側出力端子に接続され、コレクタが点火コイルの一次コイル１ａの他端に接続されている。またトランジスタＴＲ2 のベースエミッタ間に抵抗Ｒ5 が接続され、該トランジスタのベースとアース線２１を接続する端子との間が抵抗Ｒ6 を通して接続されている。図２に示した点火装置のその他の構成は図１に示した例と同様である。
【００３６】
図２に示した点火装置では、整流器５の正極側出力端子とトランジスタＴＲ2 のエミッタとの間を接続する配線２３と抵抗Ｒ5 及びトランジスタＴＲ2 のエミッタベース間の内部回路と、抵抗Ｒ6 と、抵抗Ｒ6 とアース線２１との間を接続する配線２４と、アース線２１と、アース線１５とにより、チェック電流通電回路が構成されている。
【００３７】
アース線１５が正しく接続されていて、上記チェック電流通電回路を通してチェック電流が流れているときには、トランジスタＴＲ2 にベース電流が流れて該トランジスタＴＲ2 がオン状態を保持するため、点火コイル１の一次コイルの通電は支障なく行われ、点火動作は支障なく行われる。
【００３８】
これに対し、アース線１５が接続されていないか、または断線しているときには、トランジスタＴＲ2 がオフ状態を保持するため、点火コイルの一次電流は流れることができず、点火動作が阻止される。そのため点火ユニット内で高電圧が発生するのを防ぐことができ、点火ユニットが絶縁破壊するおそれをなくすことができる。
【００３９】
図１及び図２に示した例では、点火制御部がマイクロコンピュータにより構成さているが、点火制御部をアナログ回路により構成する場合にも本発明を適用できるのはもちろんである。
【００４０】
また上記の例では、単気筒の点火装置の構成を説明したが、多気筒内燃機関用の点火装置にも、本発明を適用できるのはもちろんである。各気筒毎に点火コイルと、各点火コイルの一次電流を制御する回路とを設ける多気筒内燃機関用点火装置に本発明を適用する場合、保護用スイッチは各気筒用の点火コイル毎に設けてもよく、複数気筒用の点火コイルに対して共通に設けてもよい。保護用スイッチとして多数の接点を有するリレーを用いると、多気筒内燃機関用点火装置の各気筒の点火コイルに対して設ける保護用スイッチを一つのリレーにより構成することができる。
【００４１】
上記の構成例では、点火コイルの一次コイルの他端と二次コイルの他端との間をダイオードＤo を通して接続しているが、このダイオードは、一次電流制御用スイッチがオン状態になった際に点火プラグで火花が生じるのを防ぐためである。一次電流制御用スイッチがオン状態になった際に点火プラグで機関を誤点火する火花が生じるおそれがない場合には、ダイオードＤo を省略して点火コイルの一次コイルの他端と二次コイルの他端との間を直結することができる。
【００４２】
また上記の例では、一次電流制御用スイッチ８をアース側に設けているが、図３に示すように、点火コイルの一次コイル１ａの一端を点火ユニット内のアースラインに接続するとともに、一次コイル１ａの他端側に一次電流制御用スイッチ８を配置して、該一次電流制御用スイッチ８を構成するトランジスタＴＲ1 のエミッタを一次コイル１ａの他端に接続することにより、該一次電流制御用スイッチを一次コイル１ａに対して直列に接続し、これら一次コイル１ａと一次電流制御用スイッチ８との直列回路の両端に保護用スイッチを介して整流回路７の出力電圧を印加する構成にしてもよい。この場合、点火コイルの二次コイル１ｂの一端を点火ユニットのアースラインに接続し、該二次コイル１ｂの他端を点火プラグ２の非接地側端子に接続する。また点火ユニットＵのアースラインと内燃機関側のアース電位部との間をアース線１５により接続する。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、点火電源を構成する整流回路の非接地側の出力端子から内燃機関側の接地電位部とアース線とを通して整流回路の接地側の出力端子に戻る経路でチェック電流を流すチェック電流通電回路と、点火コイルの一次電流の通電路の途中に挿入されて、チェック電流を検出しているときにオン状態を保持し、チェック電流が検出されないときにオフ状態を保持する保護用スイッチとを設けたので、点火ユニットのアースラインと内燃機関側の接地電位部との間がアース線により正しく接続されているときには、点火動作を支障なく行わせることができ、また該アース線が接続されていなかったり、断線したりした場合には、点火動作を阻止して点火ユニット内で高電圧が発生するのを防ぐことができる。したがって本発明によれば、定常時の点火動作になんら支障を来すことなく、点火ユニットで絶縁破壊が生じるおそれをなくすことができる。
【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構成例を示した回路図である。
【図２】本発明に係わる内燃機関用点火装置の他の構成例を示した回路図である。
【図３】本発明に係わる内燃機関用点火装置の更に他の構成例を示した回路図である。
【図４】従来の内燃機関用点火装置の構成を示した回路図である。
【符号の説明】
１…点火コイル、２…点火プラグ、３…商用電源、４…トランス、５…整流器、６…平滑用コンデンサ、７…整流回路、８…一次電流制御用スイッチ、ＴＲ1 …トランジスタ、１１…点火制御部、１５…アース線。２０…リレー（保護用スイッチ）、２１…アース線、２５…保護用スイッチ、ＴＲ2 …トランジスタ、Ｕ…点火ユニット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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