JP3003951B2 - 無接点式点火装置 - Google Patents
無接点式点火装置Info
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Description
る無接点式点火装置に係り、更に詳細には、点火コイル
の1次コイル電流を増幅するパワー半導体、1次コイル
電流を規定値に制限するための回路等を備えた無接点式
点火装置に関する。
無接点式点火装置は、1次コイル電流増幅用のパワー半
導体(例えばパワートランジスタ)などの回路素子の保
護のため、点火コイルの1次コイル電流が規定値を超え
ないようにしてある。
点火装置では、図示されないコントロールユニットから
入力抵抗30を介してパワー半導体(パワートランジス
タ)31の入力電極(ベース)に1次コイル電流の通電
信号が入力されると、点火コイル32の1次コイルに流
れる電流をパワートランジスタ31が増幅する。パワー
トランジスタ31のコレクタ(1次コイル側電極)は1
次コイルに接続され、エミッタ(アース側電極)はアー
ス側に接続される。
パワートランジスタ31のエミッタとアース間に接続さ
れ、この電流検出抵抗33の1次電流通電時の電圧降下
によって検出される1次コイル電流検出信号が電流制限
用のトランジスタ34に入力され、1次コイル電流が規
定値以上になるとトランジスタ34がオンして、規定値
以上の1次コイル電流が流れないようフィードバック制
御される。
ば特公昭44−8545号公報に開示されるようにオー
プンループ形のものもある。
トランジスタのベース・アース間に複数のダイオードを
直列に接続し、このダイオードを順方向に通るほゞ一定
の電流により生じるダイオードの一定の電圧降下(端子
電圧)で駆動トランジスタのベースとアース間の電圧を
定めて、一次コイル電流の制限を行っている。
ち、クローズドループ形の1次コイル電流制限回路で
は、フィードバック制御時に発振するおそれがあるため
パワーパワートランジスタ31のベース・エミッタ間に
発振防止用コンデンサ35を介在させており、発振防止
用コンデンサ35,トランジスタ34などを必要とする
ため、部品点数が増え装置が大形化する傾向がある。
コイル電流値の温度特性については充分な配慮がなされ
ていなかった。例えば、前述したオープンループ形の点
火装置では、点火コイル駆動トランジスタのベース・ア
ース間に複数のダイオードが直列接続(通常、ダイオー
ド1つあたりの電圧降下が0.7Vであり、このベース
・アース間電圧は2V程度確保するため3個程度のダイ
オードが直列接続される)されるが、各ダイオードの温
度係数は−0.2mV/℃程度で3個直列接続の場合に
は−0.6mV程度の温度係数となる。一方、駆動トラ
ンジスタは、通常、トランジスタのベース・エミッタ電
圧VBEの温度係数が−0.2mVで2段に接続された場
合には−0.4mVとなる。
トランジスタのベース・エミッタ電圧VBEの温度係数以
上になると、点火コイルの1次コイル電流値の温度特性
が高温時に負の温度特性になる(負の温度特性になるの
は、実施例の項で説明する式(5)の関係であり、これ
については参照されたい)。
ワー半導体の熱的負担が大きくなる。その理由を図8に
より説明する。
ジスタ)の1次コイル電流(コレクタ電流Ic)とコレ
クタ・エミッタ電圧VCEを示し、横軸に時間tを示し、
Icoが1次コイル電流の規定値とする。1次コイル電
流値が立上り時に規定値Icoに達するとVCEはステッ
プ状にあるレベルまで高くなる。そして、パワー半導体
で消費される電力(IcとVCEの積)が熱的負担とな
る。1次コイル電流値Icが高温時に負の温度特性にな
ると、IcoはIco1だけレベルダウンし、その分V
CEの立ち上がりが(イ)のように早まるためIcとVCE
との積算量が増し熱的負担が増加し、特に自動車エンジ
ンルームのような高温環境により使用される点火装置に
おいてはその改善が望まれる。
で、その目的とするところは、無接点式点火装置の1次
コイル電流制限回路をオープンループ形にして部品点数
の削減,装置(基板)の小形化,製作コストの低減を図
ると共に、1次コイル電流の温度特性を改善してパワー
半導体にかかる熱的負担を軽減させることにある。
するために、基本的には次にように構成する。内容の理
解を容易にするため、実施例たる図面の一部を引用して
説明する。
の1次コイル電流の通電信号を入力する入力電極,1次
コイル電流を通流する1次コイル側電極及びアース側電
極とを有する1次コイル電流増幅用のパワー半導体3
と、1次コイル電流が規定値を超えないよう電流制限す
る回路6とを備えてなる無接点式点火装置において、パ
ワー半導体3のアース側電極とアース間に1次コイル電
流制限回路6の回路素子となる低抵抗素子9を接続する
と共に、パワー半導体3の入力電極とアース間に定電圧
源となるツェナーダイオード8を接続してオープンルー
プ形の1次コイル電流制限回路6を構成し、且つ点火コ
イル1の1次コイル電流値の温度特性が高温時に正側に
なるよう設定してなる〔例えば、ツェナーダイオード8
及びパワー半導体3として、点火コイル1の1次コイル
電流値の温度特性が高温時に正側になるような温度係数
を有する素子を用いて回路構成する。すなわち、ツェナ
ーダイオードの場合、実施例でも詳述するように温度係
数dVz/dtを−1.2mV/℃とすることが可能で
あり、一方、パワー半導体の温度係数dVBE/dtは一
般に−2mV/℃であるが、このようにツェナーダイオ
ード8の温度係数dVBE/dt(換言すればパワー半導
体3のベース・アース間)がパワー半導体3の温度係数
dVBE/dt以下であると、点火コイルの1次コイル電
流値の温度特性が高温時に正の温度特性になる。この点
は実施例で式に基づいて説明するので参照されたい〕。
すごとく1次コイル電流制限回路6にはツェナーダイオ
ード8と共に定電圧源の一部となるPNPトランジスタ
11を付加し、このPNPトランジスタ11のエミッタ
をパワー半導体3の入力電極に、コレクタをアースに、
ベースをツェナーダイオード8のカソードに接続し、ツ
ェナーダイオード8のアノードをアースに接続する。
コイル電流制限回路6にはツェナーダイオード8と共に
定電圧源の一部となるNPNトランジスタ12を付加
し、ツェナーダイオード8のカソードをパワー半導体3
の入力電極に、アノードをNPNトランジスタ12のベ
ースに接続し、NPNトランジスタ12のコレクタをパ
ワー半導体3の入力電極に、エミッタをアースに接続す
る。
半導体3の入力電極の電位Vaはツェナーダイオードに
より一定に保たれる(Va=Vz)。そして、電位Va
は、例えばパワー半導体3がトランジスタの場合には、
そのVBEと抵抗9の電圧降下(Ic×Ro)との和であ
るから、1次コイル電流値IcがVzにより抑制され規
定値を超えないよう制限される。
高温時に正の温度特性となる。これを図8により説明す
ると、1次コイル電流値Icが高温時に正の温度特性に
なると、IcoはIco2だけレベルアップし、その分
VCEの立ち上がりが(ロ)のように遅まるためIcとV
CEとの積算量が減り熱的負担が減少する。
て、1次コイル電流制限回路の定電圧源としてツェナー
ダイオード8にPNPトランジスタ11を付加したもの
については実施例の項の第2実施例に、或いはNPNト
ランジスタ12を付加したものについては第4実施例に
述べてあるので、これを参照されたい。
図である。
と2次コイルとで構成され、1次コイルの一方はバッテ
リ2(電源)に、他方は点火コイル駆動用のパワー半導
体となるダーリントントランジスタ(NPNトランジス
タ)3の2段目のトランジスタのコレクタ(1次コイル
側電極)に接続されている。上記2段目のトランジスタ
のエミッタ(アース側電極)は1次コイル電流制限回路
6の回路素子となる電流調整用の低抵抗素子9を介して
アースに接続される。
ース(入力電極)には、入力抵抗4を介して制御ユニッ
ト5からの点火信号(1次コイル通電信号)が入力され
る。制御ユニット5はエンジン運転状態に応じて1次コ
イル電流の通電時間を演算して点火制御を行う。3はノ
イズ除去用コンデンサである。
用のツェナーダイオード8及び電流調整用の低抵抗素子
9などから構成される。
タ3の入力電極とアース間に接続されて、オープンルー
プ形の1次コイル電流制限回路6を構成する。
ンジスタ3のベースに1次コイル電流の通電信号が入力
されると、ダーリントントランジスタ3によって1次コ
イルに流れる電流(1次コイル電流)が増幅され、1次
コイル電流遮断時に点火コイル1の2次コイルに発生し
た2次電圧が点火プラグ10に印加されてスパークす
る。
トントランジスタ3のベース電圧Vaは、次のように表
される。◆
BE(NPN)はダーリントントランジスタ3のベース・
エミッタ間電圧、Icは1次コイル電流、Roは抵抗9
の抵抗値である。式(1),(2)より、Icが規定電
流値以上になるのが抑制され、また次の式(3)が求め
られる。◆
◆
る。◆
1次コイル電流Icは7AでRo×Ic≒1Vと決める
と、Ro=1/7=0.14Ωとなる。
dVz/dt=−1.2mV/℃とすることが可能であ
り、またダーリントントランジスタ3のVBEの温度特性
は一般にdVBE(NPN)=−2mV/℃であるから、
これらの数値を入れて式(5)を解くと、dIc/dt
≒20mA/℃となる。
ル電流値Icは+20mAだけ増え、100℃変化(上
昇)すると、1次コイル電流値7A(Ta=25℃)の
ものが7A+20mA×100=9Aとなり正側の温度
特性を示す。
路6は、フィードバック回路となっていないため、原理
的に駆動トランジスタによる発振がおこならい。そのた
め、例えばダーリントントランジスタのhFE選別や発振
防止用のコンデンサ,電流制限用トランジスタ等が不要
となる。具体的には、従来の電流制限回路に用いる回路
素子は9個であったのを5個に削減できた。
性となるために、発明の作用の項にて図8により述べた
ようにダーリントントランジスタの熱的負担を軽減でき
る。そして、この正の温度特性もオープンループの電流
制限回路に用いるツェナーダイオード8を用いることで
達成できるので、回路構成の合理化を図ることができ
る。
する。なお、図2における実施例において第1実施例と
同一符号は同一或いは共通する要素を示す(図3以降の
その他の実施例の符号も同様である)。
リントントランジスタ3の入力電極(ベース)とアース
間に接続される定電圧源をツェナーダイオード8とPN
Pトランジスタ11とで構成したことにある。すなわ
ち、PNPトランジスタ11のエミッタをダーリントン
トランジスタ3の入力電極と接続し、そのコレクタをア
ースに接続すると共に、ベースをツェナーダイオード8
のカソード側と接続し、ツェナーダイオード8のアノー
ドをアースに接続している。
ード8とPNPトランジスタ11により定電圧化し、点
火コイルの1次コイル電流値Ic2の温度特性が高温時
に正側でより一層フラットに改善される利点がある。
エミッタ間電圧、VBE(NPN)はダーリントントラン
ジスタ3のベース・エミッタ間電圧である。式(1)
´,(2)´より、1次コイル電流Ic2が規定電流値
以上になるのが抑制され、また式(3)´が求められ
る。◆
o×Ic2=1Vとなるよう決めてあるため、RoはR
o=1/7=0.14Ωとなる。前述したように、ダー
リントントランジスタ3のVBEの温度係数dVBE/dt
が−2mV/℃、ツェナーダイオード8の温度係数はd
Vz/dt=−1.2mV/℃で、またトランジスタ1
1の温度係数dVBE/dtが−2mV/℃であるから、
これらを式(5)´に代入すると、dIc/dt=5.
7mV/℃となる。
電流値Icは+5.7mAだけ増え、100℃まで変化
(上昇)しても、1次コイル電流値7A(Ta=25
℃)のものは7A+5.7mA×100=7.57Aと
なり第1実施例の場合よりも、72%も正側かつフラッ
トな温度特性を示す。
を奏し、さらに1次コイル電流の正の温度特性がよりフ
ラットとなる。なお、1次コイル電流制限回路の部品点
数については、従来の9個より6個に削減できた。
施例の変形例である。
が、第2実施例と異なる点は、定電圧源の一部となるP
NPトランジスタ11のコレクタを直接アースに接続せ
ずにダーリントントランジスタ3のエミッタと抵抗9と
の間に接続した点にある。
圧によってPNPトランジスタ11のコレクタ・エミッ
タ間電圧VCEを第2実施例よりも小さくできる。具体的
には、第2実施例の場合にはトランジスタ11に2.5
VのVCE電圧がかかるにが、第3実施例の場合には1.
5VのVCE電圧がかかる。
タ11における熱負荷を小さくできより高温の周囲温度
で使える利点がある。
すが、異なる点は1次コイル電流制限回路6の定電圧源
をツェナーダイオード8とNPN形のトランジスタ12
で構成し、ダーリントントランジスタ3の入力電極(ベ
ース)をツェナーダイオード8のカソード及びトランジ
スタ12のコレクタと接続し、ツェナーダイオード8の
アノードをトランジスタ12のベースに接続し、トラン
ジスタ12のエミッタをアースに接続したことにある。
点火コイル1の1次コイル電流値Ic2の温度特性が高
温時に正側でよりフラットに改善される利点がある。部
品点数の削減については、第2実施例と同様である。
ある。
導体としてダーリントントランジスタ3に代えてパワー
MOS・FET3´を用いたもので、その他の構成にに
ついては第1実施例と同様の構成をなす。
した場合の利点であるが、ダーリントントランジスタ
(バイポーラトランジスタ)3のベース・アース間電圧
VB・E(VBE+V9,V9は抵抗9の電圧降下)−コ
レクタ電流Ic特性とパワーMOS・FET3´のゲー
ト・アースVG・E(VGS+V9)−ドレイン電流Id
特性を比較すると図9の通りである。
峻でVB・Eの変化に大変敏感であるが、パワーMOS
・FETの立ち上がりは比較的緩やかである。
調整公差にも寛大となる。更にパワーMOS・FETは
ゲート電圧で素子を駆動するため、ベース電流で素子を
駆動するダーリントントランジスタに較べ駆動電流が格
段に少なくてすむ(ダーリントンが数10mAであるの
に対し、MOS・FETは数mA)。このため、これま
で用いられてきたパワー半導体の駆動回路(コントロー
ルユニットからの点火信号を増幅する回路)が不要にな
る。
ース間に浮遊容量CGSが存在するので、点火信号オン時
の立ち上がり波形がなまりソフトオンとなるために、プ
レイグニション現象の発生が防止でき、これまで点火コ
イルの2次側に設けられていたプレイグニション防止用
ダイオードが廃止できる効果がある。
ある。
火コイル方式を採用したもので、全体としては、点火コ
イル1a,1b,1c,1d,1e,1fと、それに対
応したダーリントントランジスタ3a,3b,3c,3
d,3e,3fと、共通の電源となるバッテリ2と、入
力抵抗4a,4b,4c,4d,4e,4fと、コント
ロールユニット5と、1次コイル電流制限回路6−1,
6−2と、ノイズ除去用コンデンサ7a,7b,7c,
7d,7e,7fと、1次コイル電流制限回路6−1側
の回路素子となるツェナーダイオード8−1,抵抗9−
1,トランジスタ11a,11b,11cと、1次コイ
ル電流制限回路6−2の回路素子となるツェナーダイオ
ード8−2,抵抗9−2,トランジスタ11d,11
e,11fと、点火プラグ10a,10b,10c,1
0d,10e,10fとで構成される。
1f及びパワー半導体(ダーリントントランジスタ)3
a〜3fを3気筒を1ブロックとして計2ブロックと
し、各ブロックにて定電圧源用ツェナーダイオード8−
1,8−2及び電流検出用抵抗9−1,9−2を3気筒
ずつ共用化させてある。
電流を高温時に正の温度特性とし、しかも、1次コイル
電流制限回路の部品点数の削減をさらに一層促進でき
る。トータルでは、従来の1次コイル電流制限回路の部
品点数が54個であったのを28個とすることができ
た。
ジンに1プラグ1点火方式の点火装置で、定電圧源用ツ
ェナーダイオード8−1,8−2及び電流検出用抵抗9
−1,9−2を3気筒ずつ共用化させてあり、異なる点
は、ダーリントントランジスタ3a〜3fに代えてパワ
ーMOS・FET3a´〜3f´を使用した例である。
図中の6気筒中の1気筒分について説明する。
ジスタ3の場合と変わりはない。パワーMOS・FET
3´のスレッシュホールド電圧VTHはおよそ1.5V〜
2V程度である。ここでは1.5Vとして説明する。ソ
ース側に設ける抵抗9の電圧降下V9を例えばドレイン
電流(1次コイル電流)Idが7Aの時に1Vになるよ
うに決めれば、抵抗9の値は0.14Ωとなる。そうす
ると、ゲート電圧とアース間の電圧VG・Eを、VG・E
=VGS+V9=1.5+1.0=2.5Vにコントロー
ルすれば、電流制限が7Aでかかることになる。VG・
Eを2.5Vとするためには、PNPトランジスタ11
aのVBEとツェナーダイオード8aのVzの和を2.5
Vとすればよい。通常、VBEは0.7V程度であるか
ら、Vzが1.8Vのツェナーダイオードを用いればよ
い。
1,9−2やツェナーダイオード8−1,8−2の数は
スイッチング素子数の数により限定されるものではな
い。例えば、本例では3気筒で1個の電流制限用抵抗と
ツェナーダイオードを有しているが、1気筒ごとに1個
ずつ用いてもよいし、6気筒で1個ずつしか用いなくと
もよい。
点火装置の1次コイル電流制限回路の定電圧源としてツ
ェナーダイオードを用いることで、オープンループ形の
無接点式点火装置を実現することができ、部品点数の削
減及び装置の小形化,コスト低減を図ることができ、し
かも、1次コイル電流を高温時に正の温度特性にしてパ
ワー半導体の熱的負担を軽減する効果を奏することがで
きる。
イル電流Icの温度特性とコレクタ・エミッタ間電圧の
関係を示す説明図。
パワーMOS・FETのドレイン電流Idの特性を示す
説明図。
置の一例を示す説明図。
スタ) 3´(3a´〜3f´)…パワー半導体(パワーMOS
・FET) 5…コントロールユニット 6,6−1,6−2…1次コイル電流制限回路 8,8−1,8−2…電流制限用のツェナーダイオード 9,9−1,9−2…低抵抗素子 10(10a〜10f)…点火プラグ 11…PNPトランジスタ 12…NPNトランジスタ
Claims (6)
- 【請求項1】点火コイルの1次コイル電流の通電信号を
入力する入力電極,1次コイル電流を通流する1次コイ
ル側電極及びアース側電極とを有する1次コイル電流増
幅用のパワー半導体と、1次コイル電流が規定値を超え
ないよう電流制限する回路とを備えてなる無接点式点火
装置において、前記パワー半導体のアース側電極とアー
ス間に1次コイル電流制限回路の回路素子となる低抵抗
素子を接続すると共に、前記パワー半導体の入力電極と
アース間に定電圧源となるツェナーダイオードを接続し
てオープンループ形の1次コイル電流制限回路を構成
し、且つ前記点火コイルの1次コイル電流値の温度特性
が高温時に正側になるよう設定してなることを特徴とす
る無接点式点火装置。 - 【請求項2】請求項1において、前記パワー半導体はダ
ーリントントランジスタ又はパワーMOS・FETより
なることを特徴とする無接点式点火装置。 - 【請求項3】請求項1又は請求項2において、前記ツェ
ナーダイオード及びパワー半導体は、前記点火コイルの
1次コイル電流値の温度特性が高温時に正側になるよう
な温度係数を有する素子により構成してなることを特徴
とする無接点式点火装置。 - 【請求項4】請求項1ないし請求項3のいずれか1項に
おいて、前記1次コイル電流制限回路には前記ツェナー
ダイオードと共に定電圧源の一部となるPNPトランジ
スタが付加され、このPNPトランジスタのエミッタが
前記パワー半導体の入力電極に、コレクタがアースに、
ベースが前記ツェナーダイオードのカソードに接続さ
れ、前記ツェナーダイオードのアノードがアースに接続
されてなることを特徴とする無接点式点火装置。 - 【請求項5】請求項1ないし請求項3のいずれか1項に
おいて、前記1次コイル電流制限回路には前記ツェナー
ダイオードと共に定電圧源の一部となるNPNトランジ
スタが付加され、前記ツェナーダイオードのカソードが
前記パワー半導体の入力電極に、アノードが前記NPN
トランジスタのベースに接続され、前記NPNトランジ
スタのコレクタが前記パワー半導体の入力電極に、エミ
ッタがアースに接続されてなることを特徴とする無接点
式点火装置。 - 【請求項6】請求項1ないし請求項5のいずれか1項に
おいて、前記点火コイル,パワー半導体は多気筒エンジ
ンの気筒ごとに備え、且つこれらの複数の点火コイル,
パワー半導体を1以上のブロックにまとめて、これらの
ブロックごとに前記1次コイル電流制限回路の前記低抵
抗素子及びツェナーダイオードを共通化させた回路構成
としてなることを特徴とする無接点式点火装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3009536A JP3003951B2 (ja) | 1991-01-30 | 1991-01-30 | 無接点式点火装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP3009536A JP3003951B2 (ja) | 1991-01-30 | 1991-01-30 | 無接点式点火装置 |
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JPH04255571A JPH04255571A (ja) | 1992-09-10 |
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1991
- 1991-01-30 JP JP3009536A patent/JP3003951B2/ja not_active Expired - Fee Related
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