CN105658952A - 内燃机用点火装置 - Google Patents
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Abstract
在不具备电池的通用发动机的无触点点火装置中，初级线圈和充电线圈双方具有所期望的电感以及阻抗，并且使点火装置成为小型、简单且可靠性高的结构。在贯穿插入有磁轭的初级线圈骨架(57)上卷绕初级线圈(L1)和充电线圈(LCH)来构成线圈部(L)。将初级线圈用并联连接的多个线圈(L11、L12)构成，将初级线圈和充电线圈串联连接。充电线圈和由多个线圈构成的初级线圈通过如下方式构成，不在中途对一根导线在切断，而将导线的中间部有选择地捆在形成于初级线圈骨架的多个端子(63a～63c)。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机用点火装置，尤其涉及适合一体形成有发电线圈时的内燃机用点火装置。
背景技术
在具有不使用现有的电池等的点火装置的通用发动机中，在与发动机的曲柄轴连结的飞轮等的周向的一个部位安装永久磁铁，并且与飞轮的外周对置地设置磁铁发电机。磁铁发电机具有点火线圈，在点火线圈中，在磁芯的外周卷绕初级线圈，并在该初级线圈的外周侧卷绕次级线圈。利用被点火线圈的初级线圈感应的电压，使次级线圈产生高电压，并施加于火花塞。
这种磁性方式的无触点点火装置大体分为感应放电型和电容放电型。感应放电型是由晶体管使由点火线圈的初级线圈产生的感应电流间断，在发电时暂且进行短路而流动电流并以规定的时间段将该电流进行切断，从而使次级线圈产生过渡电压。另一方面，电容放电型是将点火线圈的初级线圈的输出暂且向电容器进行充电，并以规定的时间段在初级线圈中急剧地流动电流，使次级线圈产生过渡电压。
专利文献1记载了感应放电型的点火装置的现有例。在该公报记载的点火装置中，从与点火线圈的初级绕组并设的触发线圈检测旋转速度。并且，当成为初级绕组电压的电压量为使飞溅的火花持续的值以上的条件时，则按照数据输出点火信号。
专利文献2记载了电容放电型的点火装置的现有例。在该公报记载的电容器放电式内燃机点火装置中，将点火线圈与励磁线圈一起设于磁铁发电机内，利用励磁线圈所产生的电压和点火线圈的初级线圈所产生的电压之和的电压对点火能储存用的电容器进行充电。并且，将卷绕有线圈的第一、第二线圈架部在轴向上排列而一体化，在第一线圈架部上卷绕励磁线圈，在第二线圈架部上卷绕初级线圈。为了制作初级线圈以及励磁线圈，使用相同线径的线圈导体，并绕向相同地进行卷绕，从而用同一绕线机自动进行卷绕作业。
再有，专利文献3记载了如下技术：在用于点火装置的点火线圈中，为了小型化和提高输出，相比现有情况提高向点火线圈供给的驱动电流，将合计截面积与现有的初级线圈的一根卷的初级导线的截面积相同的多根初级导线以多根并列集中的方式卷绕在线圈骨架上。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009－156203号公报
专利文献2：日本特开平10－196503号公报
专利文献3：日本特开2002－260938号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在割灌机等所使用的通用发动机中，出于进一步小型化、低成本化的观点，作为电源不使用电池而使用在设于飞轮的永久磁铁和点火线圈之间产生的电力。在这种无电池的发动机中，一旦起动，则能够使用感应电压，因此在其后的运转控制中，能够进行使用了微机等的控制设备的高度的控制。
于是，为了在发动机的低速旋转时稳定地点火，例如在专利文献1中，与点火线圈分开地设置触发线圈，以便即使在低速时也能够确保电源。该触发线圈比初级绕组的初级绕组电压还小，但输出同步的触发线圈电压，所产生的电力向微机、周期信号产生部进行供给。这样，触发线圈的作用与点火线圈的初级线圈不同，因而一般地使用适合于其用途的线径，未必与初级线圈的线径相同。因此，有制造工时变多、引起成本增大的担忧。
在专利文献2的点火装置中，用同一线径的导线构成在轴向上排列配置的初级线圈和励磁线圈，并用同一绕线机对它们进行卷绕，提高操作性。但是，专利文献2记载的点火装置的励磁线圈和初级线圈是由相同线径的线圈导体且绕向也相同地进行卷绕。由此，在初级线圈需要更大的电流量时，需要将初级线圈的线径加粗。或者，需要使用以下记载的专利文献3的方法以使多根绕线为相同绕向的方式将线端进行接合。
在前者的方法中，虽然没有必要但励磁线圈的壳体直径也成为大径，点火装置大型化。后者的情况，由于需要使多根绕线的绕向相同，所以需要重复多次地进行一次切断并重绕的作业或者将多根导体同时进行卷绕的作业以及装置，导致操作性的降低以及装置的复杂化。也就是说，该专利文献2记载的点火装置由于初级线圈和与该初级线圈串联连接的线圈发挥不同或者相反的作用，未构成为在一体化线圈骨架上卷绕初级线圈和其它线圈。
再有，专利文献3所记载的点火线圈中记载了为了小型化而将点火线圈进行所谓的双重绕的方案。但是，该公报记载的线圈同时用多根导线构成，并不是使能够利用正向电压而作为控制用电源的线圈与初级线圈为相同线径并能够用同一绕线机进行卷绕的方案。
本发明鉴于上述现有技术的不良情况而完成，其目的是，不需要电池的简单结构的通用发动机的无触点点火装置中的初级线圈和充电线圈分别容易得到所期望的电感以及阻抗，并做成小型、简单且可靠性高的结构。另外，其它目的是，由自身的点火线圈的感应电压得到微机或者CPU的电源，并且对于各个能够进行微机控制时的初级线圈以及充电线圈来说，容易得到所期望的电感以及阻抗，并做成简单且可靠性高的结构。
用于解决课题的方案
为了实现上述目的，本发明是不需要电池的无触点方式内燃机用无触点点火装置，特征在于，在贯穿插入有磁轭的初级线圈骨架上卷绕初级线圈和充电线圈来构成线圈部，将卷绕次级线圈的次级线圈骨架配设在该线圈部的外周侧，由并联连接的多个线圈构成上述初级线圈，将上述初级线圈和上述充电线圈串联连接，上述充电线圈和由上述多个线圈构成的初级线圈通过如下方式构成，不在中途对一根导线进行切断，而将上述导线的中间部有选择地捆在形成于上述初级线圈骨架的多个端子。
实现上述目的的本发明的其它特征是，一种内燃机用点火装置，是无触点方式的内燃机用点火装置，在与发动机的曲柄轴连结的飞轮的外周安装永久磁铁，使用与该永久磁铁对置配置的充电线圈的输出，向点火线圈的初级绕组给予急剧的电流变化，在上述点火线圈的次级绕组产生高电压，使与该次级绕组连接的火花塞产生火花放电来进行点火，上述内燃机用点火装置的特征在于，与上述初级线圈在同轴上地形成上述充电线圈，并且将上述初级线圈和上述充电线圈由一根连续的同一导线构成，并将上述初级线圈用多个并联线圈构成。
并且，在该特征中，可以不在中途对上述导线进行切断，并使构成上述初级线圈的多个线圈中的至少两个线圈为并联线圈连接，期望由上述初级线圈和上述充电线圈构成线圈部并将该线圈部卷绕在初级线圈骨架上，并以上述线圈部在发电时成为高电感、在点火动作时成为低阻抗的方式来决定形成上述初级线圈的多个线圈的匝数和上述充电线圈的匝数。
发明效果
根据本发明，将通用发动机的无触点点火装置的初级线圈由同一线径的一根连续导线做成多个线圈，在该多个线圈中的一个线圈的中间部具有抽头，所以能够容易做成具有所期望的阻抗以及电感的初级线圈和充电线圈。与此同时，能够小型且使结构简单。再有，能够将由充电线圈感应的正向电压作为微机或者CPU的电源，所以能够实现在微机或者CPU的控制，使初级线圈成为简单且可靠性高的结构。
附图说明
图1是本发明的内燃机用点火装置的一个实施例的主视剖视图。
图2A是图1所示的内燃机用点火装置的电路图。
图2B是在图2A中的端子63b感应的电压波形的例子。
图3是表示图1所示的点火装置的初级侧线圈的详细结构的剖视图以及侧视图。
图4是表示图1所示的点火装置的初级侧线圈的其它实施例的详细结构的剖视图以及侧视图。
图5是本发明的内燃机用点火装置的其它实施例的电路图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的内燃机用点火装置100的一实施例进行说明。图1是将内燃机用点火装置100设于与通用的内燃机(发动机)的曲柄轴连接的飞轮的外周侧的主视剖视图。在本实施例操作的通用的内燃机的排气容量大概为1000cc以下，能够用于割灌机、割草机、船外机等。
另外，点火装置100不具备电池等的外部电源，采用拉动绳索等进行起动的卷簧起动方式或者反冲起动方式等的手动起动方式。由于利用这些手动起动方式，以及成为小型且简单的结构，因此未搭载电池。
例如，在卷簧起动方式的内燃机中，通过拉动绳索，与内燃机连结的曲柄轴1进行旋转。在曲柄轴1上安装铁制的飞轮2。在形成于飞轮2的外周的一部分的凹部5内沿周向仅在一个部位固定地设置有在飞轮2的径向上起磁的永久磁铁4。飞轮2和永久磁铁4构成磁铁转子。在磁铁转子中，由永久磁铁4的外侧的磁极(在图1中为N极)和在凹部5的两侧导出的一对磁极(在图1例子中为S极)构成三级的磁铁磁场。
另一方面，在内燃机的外壳、罩等固定有作为定子的点火装置100，并与磁铁转子10对置。点火装置100在前端部具有与磁铁转子10的磁极对置的磁极部13、14，并具有相互分离地配置的磁轭15、16和与该磁轭大致直角地连接的方杆形状的磁芯12。用磁芯12和磁轭15、16形成C字形。
在磁芯12上安装有两端部形成为凸缘形状的初级线圈骨架57。线圈骨架上多层地卷绕线圈L。线圈L构成该点火装置100的初级线圈L1和充电线圈LCH，详细结构在后面叙述。在线圈L的外周侧配设有多层地卷绕有该点火装置100的次级线圈L2的次级线圈骨架58。在次级线圈骨架58的轴向中间部形成有隔开部分，并形成控制基板55的安装座。初级线圈骨架57以及次级线圈骨架58、卷绕在初级、次级线圈骨架57、58上的线圈L、次级线圈L2容纳于外壳11内。
图2A表示该点火装置100的电路图。与点火线圈部所具有的两个初级线圈L11、L12串联地连接充电线圈LCH，来构成线圈部L。充电线圈LCH的一端侧与端子63a连接，另一端与端子63b连接。两个初级线圈L11、L12的一端侧与端子63b连接，另一端侧与端子63a连接，构成初级线圈L1。两个初级线圈L11、L12并联连接。次级线圈L2的一端侧经由磁轭12与端子63a侧连接。次级线圈L2的另一端侧如上所述与火花塞22连接。
初级线圈L1的一端侧还与功率晶体管Tr的集电极侧连接。功率晶体管Tr的发射极侧与端子63a侧连接，功率晶体管Tr的基极侧与包含ROM、RAM的CPU(微机)42连接。
CPU42连接有转速检测电路41以及电源电路。电源电路是电容器C1和齐纳二极管ZD1的并联电路。转速检测电路41以及电源电路分别连接有二极管D2、D3。此外，在上述电路图中，为了便于说明，省略了部分电阻等的图示。
以下，对这样构成的内燃机用点火装置100的动作进行说明。在卷簧起动方式的内燃机中，通过拉动与起动机连结的绳索，曲柄轴旋转。如果曲柄轴旋转，则如图1所示，磁通因位于在曲柄轴上安装的飞轮2的外周侧的永久磁铁4和点火装置100的线圈部L的相互作用而发生变化，在初级线圈L1和充电线圈LCH产生感应电压。
即、如果曲柄轴的旋转角成为永久磁铁4到达磁轭前端部的磁极部13的角度，则在永久磁铁4和磁极部12之间利用相互感应而在初级线圈L1以及充电线圈LCH感应到正向电压。并且，如果曲柄轴继续旋转，则感应电压在上升之后减少。再有，如果曲柄轴进行旋转且永久磁铁4到达级线圈L1，则与之前相反地，在初级线圈L1以及充电线圈LCH感应到负向电压。负向感应电压随着曲柄转角θ增大，其绝对值增加，但不久绝对值减少，并从负向感应电压向正向感应电压发生变化。之后，如果该永久磁铁4超过磁轭16的磁极部14，则感应电压消失。
利用曲柄轴的旋转而在磁芯12产生的磁通变化使卷绕在磁芯12的外周的初级线圈L11、L12以及充电线圈LCH产生感应电压。在图1所示的实施例中具备图2A所示的电路结构，所以在这些线圈L11、L12、LCH产生的感应电压VB成为图2B所示的电压波形。这里，感应电压VB是以图2A中的端子63a为基准的端子63b的值。
在图2B中，横轴表示时间t，是与曲柄轴的旋转角θ对应的值。用周期T表示与曲柄轴的旋转一周所对应的值。如果设于飞轮2的外周的永久磁铁4到达安装在磁芯12上的另一个磁轭15，则在卷绕于磁芯12的初级线圈L11、L12和充电线圈LCH产生感应电压，在图2A所示的端子63b中，产生负向感应电压vb1。
如上所述，初级线圈L11、L12和充电线圈LCH的卷绕方向构成为，在产生负向感应电压时，流动电流的方向全部朝向同一方向。其结果，因感应电压而在从端子63b到初级线圈L11、L12、接着到端子63a、充电线圈LCH、端子63c的路径流动电流。
换言之，如果以端子63b为基准，则因初级线圈L11、L12而使端子63a的电压比端子63b高，如果以端子63a为基准，则因充电线圈LCH而使端子63c的电压比端子63a高。此时，不形成从端子63a、端子63c朝向端子63b的简单的电流路径，主要以充电线圈LCH为电源，电流在从端子63c到二极管D3、接着到电容器C1、端子63a的路径流动，电容器C1得以充电。这里，齐纳二极管ZD1起到将电容器C1保持在固定电压以下的作用。
如上所述，如果永久磁铁4因曲柄轴的旋转而接近各线圈L11、L12、LCH，则利用由上述感应电压产生的电流，可确保连接有电容器C1的CPU42的驱动电源。与此同时，还在从端子63c到与旋转检测电路41连接的二极管D2、接着到旋转检测电路41、端子63a的路径也流动电流。由此，旋转检测电路41能够将旋转脉冲信号供给至CPU42。
CPU42基于从旋转检测电路41输出的旋转脉冲信号，来运算曲柄轴的转速。从CPU42输出旋转速度信号的时刻开始，CPU42向晶体管Tr供给基极电流。由此，晶体管Tr成为动作状态接通。
在图2B中，在由端子63b感应的电压vb在正向的感应电压vb2的范围内，通过该感应电压vb2，形成依次从端子63c到充电线圈LCH、端子63a、初级线圈L11、L12、端子63b流动电流的路径。换言之，以端子63c为基准，因充电线圈LCH而使端子63a的电压比端子63c高，以端子63a为基准，因初级线圈L11、L12而使端子63b的电压比端子63a高。此时，不形成从端子63b和端子63a朝向端子63c的电流路径。因此，在感应电压vb为正向的情况下，所形成的电流路径仅是以初级线圈L11、L12为电源从端子63b流向晶体管Tr、端子63a的路径。
如上所述，CPU42初始将晶体管Tr维持为接通状态，并以与对从旋转检测电路41输出的旋转脉冲信号进行运算所得的曲柄轴的转速相应的时间段，来切断向晶体管Tr的基极的供给电流。由此，晶体管Tr被断开。如果晶体管Tr成为断开状态，则初级线圈L11、L12的通电电流被急剧切断。并且，由于相互感应作用，在次级线圈L2产生感应电压，火花塞22被施加该感应电压，火花塞22因绝缘击穿而进行点火。
在本实施例中，并联地构成初级线圈L11、L12，并在并联构成的初级线圈L11、L12串联地构成充电线圈LCH。而且，对于各线圈L11、L12、LCH、L2的绕线方法采用与现有不同的新方法。以下，对该绕线方法进行详细叙述。
使用图3以及图4对各线圈L11、L12、LCH、L2的绕线方法进行说明。图3是初级线圈骨架57和线圈部L的一个实施例的图，该图(a)是其左视图，该图(b)是主视剖视图，该图(c)是图3(b)的A部放大图。
初级线圈骨架57是在左右两侧具有凸缘部的空心方柱形状，空心部72与磁芯12嵌合。在初级线圈骨架57的另一个凸缘部以上下大致等间隔的方式形成有三个端子63a～63c，如图2所示，并连接有构成线圈部L的各线圈L11、L12、LCH的各端部。
这里，作为本发明的特征结构，由初级线圈L11、L12以及充电线圈LCH构成的线圈部L由一根相同的导线构成。即、由未图示的线圈绕线机将一根导线供给到初级线圈骨架57。并且，将与初级线圈L11相当的部分从图2A所示的电路图的端子63a开始卷绕。此时，在引板端子63a上捆上绕线始端之后，将设定好的匝数以多层卷绕在初级线圈骨架57上。图3(c)的卷绕在初级线圈骨架57上的白色圆的底层与其相当。其后，将导线捆在引板端子63b上。
捆在引板端子63b上的导线反向地仅以设定好的匝数并仅以多层卷绕在初级线圈骨架57上。图3(c)的阴影线的圆部与其相当。该线圈层构成初级线圈L12。如果仅以规定匝数将导线卷绕在初级线圈骨架57上，则再次捆在引板端子63a上。由此，形成由绕向不同的两个初级线圈L11、L12构成的初级线圈L1。
此外，在图3(c)中，使初级线圈L11、L12的层数为两层，但该图是个示例，层数不过是由作为初级线圈L11、L12最佳的匝数来决定。如上所述，对于初级线圈L1要求使次级线圈L2产生规定的感应电压以及感应电流，所以构成初级线圈L1的各线圈L11、L12以成为两个并联线圈的方式连接，并且预先决定导线直径以及匝数，以便作为初级线圈L1具有所需的电感和阻抗。也就是说，根据导线直径的大小，多次重复上述绕线方法，来对电感以及阻抗进行调整。
接下来，对于捆在引板端子A上的导线，使绕线方向反转，将充电线圈LCH形成于初级线圈L1的外侧。图3(c)时的外侧的白色圆与其相当。仅以所需匝数进行卷绕并将末端捆在引板端子63c上，直至成为充电线圈LCH所要求的电感以及阻抗。在图3(c)中，将充电线圈LCH仅卷绕一层，但这是例示的表示，如上所述，仅以可得到CPU42所需的电源电力和旋转检测电路41的产生脉冲所需的电力的匝数进行卷绕。即、以线圈部L在发电时成为高电感、在点火动作时成为低阻抗的方式决定形成初级线圈L1的多个线圈L11、L12的匝数和充电线圈LCH的匝数。其后，将捆在引板端子63a～63c上的导线接合于控制基板55的规定部。由此，能够最优地利用各线圈L11、L12、LCH的各发电特性。
图4表示线圈部L的其它绕线方式。图4(a)是初级线圈骨架59和线圈部L的左视图，该图(b)是主视剖视图，该图(c)是图4(b)的B部放大图，该图(d)是图4(b)的C部放大图。图4所示的实施例的充电线圈LCH的绕线位置与图3所示的实施例不同。由此，构成初级线圈的线圈L11、L12成为同心多层这一点与图3的实施例相同，但其轴向位置发生改变。
即、在初级线圈骨架59中，在贯通插入磁轭12的轴向的中间部形成隔开部，相比隔开部在图的左侧形成充电线圈LCH，相比隔开部在右侧形成初级线圈L1。在初级线圈骨架59的隔开部或者左右任一凸缘部形成引板端子63a～63c形成。以与图3所示的实施例相同的基准，将以规定次数卷绕初级线圈L11、L12以及充电线圈LCH后的导线的端部捆在这些引板端子63a～63c的任一个上。
在本实施例中，将初级线圈L11、L12卷绕在初级线圈骨架59上直至成为初级线圈L1所要求的电感以及阻抗为止，在初级线圈骨架59上卷绕成为供给线圈LCH所要求的阻抗以及电感。另外，这些线圈L11、L12、LCH以具有上述电气特性的方式由同一导线不在中途切断地形成。
如上述各实施例所示，将初级线圈以多个线圈的并联结构实现。具体来说，在卷绕最初的初级线圈达到绕线末端时，切换绕线方向反卷地卷绕，在最初的初级线圈的绕线始端在之后的时候进行接合。此时，不切断线圈的导线而以所规定的绕向卷绕充电线圈。由此，能够将用途不同的初级线圈和充电线圈用一根导线以及一个线圈骨架构成。再有，能够使初级线圈和充电线圈双方具有各线圈所需要的最佳阻抗以及电感。由此，不仅能提高内燃机用点火装置的生产率还能够实现点火装置的小型化以及低廉化。
符号说明
2—飞轮，4—永久磁铁，5—凹部，11—外壳，12—磁芯，13、14—磁极部，15、16—磁轭，21—高压线，22—火花塞，41—旋转检测电路，42—CPU(微机)，55—控制基板，57—初级线圈骨架，58—次级线圈骨架，59—初级线圈骨架，63a～63c—端子，72—贯通孔，100—点火装置，C1～C3—电容器，D1～D6—二极管，L—线圈部，L1、L11、L12—初级线圈，L2—次级线圈，LCH—充电线圈，R1—电阻，Th1—晶闸管，Tr—功率晶体管，ZD1—齐纳二极管，θ—曲柄转角。
Claims (4)
1.一种内燃机用点火装置，是不需要电池的无触点方式的内燃机用无触点点火装置，上述内燃机用点火装置的特征在于，
在贯穿插入有磁轭的初级线圈骨架上卷绕初级线圈和充电线圈来构成线圈部，将卷绕次级线圈的次级线圈骨架配设在该线圈部的外周侧，由并联连接的多个线圈构成上述初级线圈，将上述初级线圈和上述充电线圈串联连接，上述充电线圈和由上述多个线圈构成的初级线圈通过如下方式构成，不在中途对一根导线进行切断，而将上述导线的中间部有选择地捆在形成于上述初级线圈骨架的多个端子。
2.一种内燃机用点火装置，是无触点方式的内燃机用点火装置，在与发动机的曲柄轴连结的飞轮的外周安装永久磁铁，使用与该永久磁铁对置配置的充电线圈的输出，向点火线圈的初级绕组给予急剧的电流变化，在上述点火线圈的次级绕组产生高电压，使与该次级绕组连接的火花塞产生火花放电来进行点火，上述内燃机用点火装置的特征在于，
与上述初级线圈在同轴上地形成上述充电线圈，并且将上述初级线圈和上述充电线圈由一根连续的同一导线构成，并将上述初级线圈用多个并联线圈构成。
3.根据权利要求2所述的内燃机用点火装置，其特征在于，
不在中途对上述导线进行切断，并使构成上述初级线圈的多个线圈中的至少两个线圈为并联线圈连接。
4.根据权利要求3所述的内燃机用点火装置，其特征在于，
由上述初级线圈和上述充电线圈构成线圈部并将该线圈部卷绕在初级线圈骨架上，并以上述线圈部在发电时成为高电感、在点火动作时成为低阻抗的方式来决定形成上述初级线圈的多个线圈的匝数和上述充电线圈的匝数。
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