CN110630423B - 点火装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种点火装置。在点火装置(14)中，磁轭(28)的端部(28a)的从周向的一端到另一端的轭端宽度(W2)相对于设置在飞轮(20)的外周面上的永久磁铁(22)的从周向的一端到另一端的磁铁宽度(W1)的比率为60～100％。此外，磁铁宽度(W1)相对于一对磁轭(28)之间的磁轭间隔(IN)的比率为95～100％。

Description

点火装置
技术领域
本发明涉及在通用的内燃装置(发动机)中使用的点火装置。
背景技术
在内燃装置(发动机)中，有些情况下会应用使用永久磁铁发电的磁铁发电机。磁铁发电机具有点火线圈和用于驱动该点火线圈的点火驱动电路。
点火线圈具有铁芯、卷绕在铁芯的外周侧的1次线圈、以及卷绕在1次线圈的外周侧的2次线圈。点火驱动电路使用在1次线圈中感应出的1次电压，在点火线圈中流过1次电流，并切断该1次电流，在2次线圈中感应出点火用的2次电压。
作为这样的磁铁发电机，在日本特开平01-219356号公报中公开了带提前角的晶体管点火装置。该带提前角的晶体管点火装置使流过点火线圈的电流的切断峰值电流值根据发动机转速的上升而减少，由此使高速旋转时的火花产生能量大致恒定。
发明内容
但是，在日本特开平01-219356号公报的带提前角的晶体管点火装置中，不能大幅移动提前角的宽度。因此，难以在发动机的高输出、低能耗化方面得到充分的效果，因而可预见到内燃装置的低输出化。
本发明就是考虑到这样的课题而完成的，其目的在于提供能够提高内燃装置的起动性并实现高输出化的点火装置。
本发明的方式是一种点火装置，其具有：铁芯，其配置在飞轮的外侧；点火单元，其设置在所述铁芯上；以及一对磁轭，它们以所述点火单元位于所述一对磁轭之间的方式相互隔开间隔，从所述铁芯的一端侧和另一端侧向所述飞轮延伸，所述点火单元具有：1次线圈，其卷绕在所述铁芯的外周侧；2次线圈，其卷绕在所述1次线圈的外周侧；点火驱动电路，其使用在所述1次线圈感应的1次电压而向所述1次线圈流过1次电流，切断所述1次电流而在所述2次线圈感应2次电压；控制电路，其控制所述点火驱动电路；以及电源电路，其具有对所述1次电压进行升压的升压部，并使用升压后的所述1次电压生成用于驱动所述控制电路的驱动电压，所述一对磁轭的各自的端部沿所述飞轮的周向向离开所述铁芯的一侧突出，所述磁轭的端部的从所述周向的一端到另一端的轭端宽度相对于设置在所述飞轮的外周面上的永久磁铁的从所述周向的一端到另一端的磁铁宽度的比率为60～100％，所述磁铁宽度相对于所述一对磁轭之间的磁轭间隔的比率为95～100％。
根据本发明，能够提高内燃装置的起动性，并且能够实现内燃装置的高输出化。
通过参照附图描述的以下的实施方式的说明，可以容易地理解上述的目的、特征和优点。
附图说明
图1是示出内燃装置的一部分的图。
图2是以剖面示出图1的一部分的图。
图3是示出磁轭与现有的磁轭的形状的差异的图。
图4是示出点火装置的电路结构的图。
图5是示出1次电压波形的图。
图6是示出实施例1的1次电压波形的图。
图7是示出实施例2的1次电压波形的图。
具体实施方式
以下，列出优选的实施方式，参照附图对本发明进行详细说明。
使用图1和图2对内燃装置10的结构进行说明。内燃装置10是使用通过在气缸内燃烧燃料而获得的气体作为工作流体的原动机，其具有磁铁旋转体12和点火装置14。
磁铁旋转体12是转子，具有飞轮20和永久磁铁22。飞轮20形成为环状，安装在内燃装置10中的未图示的曲轴上，与曲轴的旋转连动地旋转。在该飞轮20的外周的一部分上形成有凹部20a。
永久磁铁22被固定在飞轮20的凹部20a内，从而被设置在飞轮20的外周面上。永久磁铁22以磁化方向朝向飞轮20的径向的方式被磁化。另外，在飞轮20的周向上相对的凹部20a的两端部分被永久磁铁22磁化，在该两端部分被磁化的磁极与永久磁铁22的外周侧的磁极相反。
点火装置14是定子，具有铁芯24、点火单元26(参照图2)以及一对磁轭28。铁芯24是形成为棒状的芯部件，被配置在飞轮20的外侧。铁芯24在与曲轴的轴向和飞轮20的径向大致垂直的状态下大致笔直地延伸。
如图2所示，点火单元26包括壳体30、设置在壳体30内部的1次绕线管32、1次线圈34、2次绕线管36、2次线圈38和基板39。1次绕线管32设置在铁芯24的外周侧，1次线圈34通过1次绕线管32而卷绕在铁芯24的外周侧。2次绕线管36设置在1次线圈34的外周侧，2次线圈38通过2次绕线管36而卷绕在1次线圈34的外周侧。基板39在2级线圈38的外周侧被支承在2次绕线管36上。在该基板39上设置有后述的点火装置14的电路。
2级线圈38和设置在壳体30的外部的火花塞40(参照图4)通过电线42连接起来。在2级线圈38中感应的点火用的2级电压通过电线42而被施加给火花塞40。另外，壳体30被固定在内燃装置10的壳体等上，在该壳体30的内部填充有环氧树脂等的树脂。
一对磁轭28以点火单元26位于它们彼此之间的方式相互隔开间隔地与铁芯24连结，并分别从铁芯24的一端侧和另一端侧向飞轮20延伸。另外，在图1和图2所示的例子中，一对磁轭28和铁芯24连结为大致为“C”的形状。
一对磁轭28的各自的端部28a与飞轮20隔开微小的间隙而分离，并且沿着飞轮20周向向离开铁芯24的端部的一侧突出。另外，如图3中的双点划线所示，以往，一对磁轭的各自的端部大多为不向远离铁芯24的端部的一侧突出的形状。
在本实施方式的情况下，轭端宽度W2相对于磁铁宽度W1的比率为60～100％，磁铁宽度W1相对于磁轭间隔IN的比率为95～100％。通过设定这样的比率，能够在提高内燃装置10的起动性的同时实现高输出化。关于这一点在后面叙述。
另外，磁铁宽度W1是设置在飞轮20的外周面上的永久磁铁22的从飞轮20的周向的一端到另一端之间的直线距离。轭端宽度W2是磁轭28的端部28a的从飞轮20的周向的一端到另一端之间的直线距离。磁轭间隔IN是相互分离配置的一对磁轭28之间的直线距离。
接着，使用图4对点火装置14的电路结构进行说明。点火装置14作为设置在点火单元26的基板39上的电路而主要具有电源电路50、起动信号检测电路52、控制电路54和点火驱动电路56。另外，图4所示的1次线圈34、2次线圈38和火花塞40不是设置在基板39上的电路。
电源电路50是根据在1次线圈34中感应的1次电压而生成用于驱动控制电路54的驱动电压的电路。该电源电路50具有：升压部60，其对在1次线圈34中感应的1次电压进行升压；过电压保护部62，其对升压后的1次电压成为过电压的情况进行抑制；以及恒压部64，其将升压后的1次电压作为大致固定的驱动电压输出。
起动信号检测电路52是根据在1次线圈34中感应的1次电压来检测旋转角的电路。该起动信号检测电路52将旋转角的检测结果作为起动信号输出给控制电路54。
控制电路54由从电源电路50供给的驱动电压而进行驱动。控制电路54在进行驱动时，根据从起动信号检测电路52输出的起动信号来控制点火驱动电路56。
点火驱动电路56是使用在1次线圈34中感应的1次电压，在点火单元26中流过1次电流，并切断该1次电流，在2次线圈38中感应2次电压的电路。该点火驱动电路56具有晶体管Tr、绝缘开关70、自动点火部72、开关驱动器74、1次电压限制部76和1次电流限制部78。
晶体管Tr用于使1次电流流过1次线圈34。该晶体管Tr的基极与开关驱动器74连接，晶体管Tr的集电极与接地连接，晶体管Tr的发射极与1次线圈34的一端侧连接。另外，1次线圈34的一端侧是1次线圈34的两端中的与接地连接的一侧的端相反的一端侧。
绝缘开关70处于与控制电路54电绝缘的状态，并且输出与由该控制电路54提供的点火指令对应的开关信号。另外，作为绝缘开关70的具体例，可以举出光电耦合器等。
在1次线圈34中感应的1次电压跨越规定的阈值时，自动点火部72开始使1次电流流过1次线圈34的动作。该阈值为比驱动控制电路54所需的最小限度电压低的值。因此，即使由于飞轮20低速旋转而无法确保由电源电路50生成的驱动电压为最小限度的电压，也能够使1次电流流过1次线圈34。所谓“1次电压跨越规定的阈值时”例如是指在1次电压成为规定的阈值以上后成为规定的阈值以下时，或者在1次线圈34中开始流过1次电流后，1次电压成为规定的阈值以上时等。
具体而言，在1次线圈34中感应的1次电压跨越规定的阈值时，自动点火部72生成驱动信号并输出给开关驱动器74。另一方面，在利用由电源电路50生成的驱动电压而由控制电路54进行驱动的情况下，从绝缘开关70向自动点火部72提供开关信号。当从绝缘开关70提供了开关信号时，自动点火部72在被提供该开关信号的期间，代替驱动信号而将开关信号输出给开关驱动器74。
开关驱动器74根据驱动信号或开关信号来驱动晶体管Tr。即，开关驱动器74在被提供了驱动信号时，根据该驱动信号使晶体管Tr进行导通动作或截止动作。另外，开关驱动器74在被提供了开关信号时，根据该开关信号使晶体管Tr进行导通动作或截止动作。当晶体管Tr进行导通动作时，1次电流从晶体管Tr的集电极流向发射极，从而1次电流流向1次线圈34。另一方面，当晶体管Tr进行截止动作时，1次电流向1次线圈34的流动被切断。
1次电压限制部76限制1次电压，以使在2次线圈38中感应的2次电压不超过规定值。该1次电压限制部76设置在晶体管Tr的基极和接地之间。另外，作为1次电压限制部76，例如可以使用齐纳二极管或缓冲电路等。
1次电流限制部78限制流过1次线圈34的1次电流，以使1次电流的最大值为规定值以下。该1次电流限制部78设置在晶体管Tr的发射极与1次线圈34的一端之间。另外，作为1次电流限制部78，例如可以使用具有适当值的电阻等。
接着，使用图5对在1次线圈34中感应的1次电压进行说明。飞轮20与曲轴的旋转连动地旋转，当位于该飞轮20的外周面上的永久磁铁22接近点火单元26时，在1次线圈34中在规定的旋转角之间感应出副电压(正方向的1次电压)V1。
随着飞轮20的旋转进一步进行而永久磁铁22朝向点火单元26侧，在1次线圈34中代替副电压V1而在规定的旋转角之间感应出主电压(负方向的1次电压)V2。当飞轮20的旋转进一步进行时，在1次线圈34中在规定的旋转角之间再次感应出副电压V3以代替主电压V2。当飞轮20的旋转进一步进行而永久磁铁22离开点火单元26时，副电压V3消失。
接着，使用图4对点火装置14的动作进行说明。如上所述，在1次线圈34中感应出副电压V1、V3时，在1次线圈34中从另一端侧(接地侧)向一端侧(接地侧的相反侧)流过电流。此时，在点火装置14中，电源电路50生成驱动电压，基于该驱动电压，控制点火驱动电路56的控制电路54进行驱动。
另一方面，当在1次线圈34中感应出主电压V2时，在1次线圈34中从一端侧(与接地侧相反的一侧)向另一端侧(接地侧)流过电流。此时，控制电路54处于基于在感应出主电压V2之前感应出的副电压V1进行驱动的状态，根据起动信号来控制点火驱动电路56。即，控制电路54驱动点火驱动电路56的晶体管Tr而使1次电流流过1次线圈34，并且在达到规定的旋转角时使晶体管Tr停止，切断流过1次线圈34的1次电流。由此，在2级线圈38中感应出点火用的2次电压。
另外，在起动时等的低速旋转时感应出的副电压V1、V3变小。在本实施方式中，电源电路50具有升压部60，因而即使副电压V1、V3较小，也能够驱动控制电路54而使1次电流流过1次线圈34。因此，能够提高低速旋转时的起动性。
另外，在相比低速旋转时相对更低的极低速旋转时，即使由升压部60对副电压V1、V3升压，有时也无法生成针对控制电路54的驱动电压。在这种情况下，根据本实施方式，由于点火驱动电路56具有自动点火部72，因此能够使1次电流流过1次线圈34。因此，能够提高低速旋转时的起动性和稳定性。
在本实施方式中，在1次线圈34中感应的1次电压跨越规定的阈值时，自动点火部72开始使1次电流流过1次线圈34的动作。由此，在无法生成针对控制电路54的驱动电压的情况下，自动点火部72能够使1次电流流过1次线圈34。特别地，在成为规定阈值以上的1次电压成为规定的阈值以下时，自动点火部72开始在1次线圈34中流过1次电流的动作的情况下，即使转速因起动后产生的负荷而降低，从而成为极低速旋转时，也能够抑制失火，能够进一步提高低速旋转时的起动性和稳定性。
[实施例]
[实施例1]
在实施例1中，将轭端宽度W2相对于磁铁宽度W1的比率固定为70％，对于磁铁宽度W1相对于磁轭间隔IN的比率为105％、97.5％、90％时的各种情况的1次电压波形进行了测定。图6是示出该测定结果的图。另外，图6所示的1次电压波形是在没有上述点火驱动电路56中的1次电流限制部78的状态下测定的。
如图6所示，在磁铁宽度W1相对于磁轭间隔IN的比率为90％的1次电压波形中，相比该比率为97.5％的1次电压波形而言，副电压降低。另一方面，在磁铁宽度W1相对于磁轭间隔IN的比率为105％的1次电压波形中，相比该比率为97.5％的1次电压波形而言，主电压的峰值宽度较窄，提前角宽度较小。
根据在对能够有效地满足提高1次电压波形中的副电压以及扩大主电压的提前角宽度这两者的磁铁宽度W1相对于磁轭间隔IN的比率进行验证的结果，可知该比率为95～100％。另外，图6的1次电压波形示出验证的一部分。
即，如果磁铁宽度W1相对于磁轭间隔IN的比率为95～100％，则能够在确保用于驱动控制电路54的电源的同时，也确保放电能量。因此，能够在不降低内燃装置10的起动性的情况下实现内燃装置10的高输出化。
[实施例2]
在实施例2中，将磁铁宽度W1相对于磁轭间隔IN的比率固定为100％，对轭端宽度W2相对于磁铁宽度W1的比率为40％、60％、80％、100％时的各种情况下的1次电压波形进行了测定。图7是示出该测定结果的图。另外，图7所示的1次电压波形是在横轴为机械角(°)以及具有上述点火驱动电路56中的1次电流限制部78的状态下测定的。因此，图7所示的1次电压波形的形状与图6所示的1次电压波形的形状稍有不同。
在图7中，将能够充分确保能够用于点火的主电压的区域、即只要在该区域内就能够在任意部位进行点火控制的机械角宽度设定为点火控制宽度θw。如图7所示，在轭端宽度W2相对于磁铁宽度W1的比率为60％以上的1次电压波形中，在从以1次电压从V1切换到V2时为基准而设定的基准角度θ0到规定的点火控制宽度θw的范围内产生主电压。与此相对，在轭端宽度W2相对于磁铁宽度W1的比率为40％的1次电压波形中，在点火控制宽度θw的范围内存在不产生主电压的角度(时间)。可知在该不产生主电压的角度(时间)中，轭端宽度W2相对于磁铁宽度W1的比率小于60％。另外，在轭端宽度W2相对于磁铁宽度W1的比率超过100％的区域中，虽然能够产生较大的主电压，但会导致装置的大型化。因此，能够在确保点火控制宽度θw的范围内的主电压的同时，确保适当的装置的大小。
即，如果轭端宽度W2相对于磁铁宽度W1的比率为60～100％，就能够较宽地确保提前角宽度。因此，能够实现内燃装置10的高输出化。
另外，由图7可知，如果轭端宽度W2相对于磁铁宽度W1的比率为60～100％，则与该比率小于60％的情况相比，能够提高副电压。因此，能够提高内燃装置10的起动性。
这样，如果轭端宽度W2相对于磁铁宽度W1的比率为60～100％，则能够提高内燃装置10的起动性，并且能够实现内燃装置10的高输出化。
[从实施方式得到的技术思想]
以下描述能够从上述实施方式和实施例掌握的技术思想。
点火装置(14)具有：铁芯(24)，其配置在飞轮(20)的外侧；点火单元(26)，其设置在铁芯(24)上；以及一对磁轭(28)，它们以点火单元(26)位于彼此之间的方式相互隔开间隔，从铁芯(24)的一端侧和另一端侧向飞轮(20)延伸。
点火单元(26)具有：1次线圈(34)，其卷绕在铁芯(24)的外周侧；2次线圈(38)，其卷绕在1次线圈(34)的外周侧；点火驱动电路(56)，其使用在1次线圈(34)感应的1次电压而向1次线圈(34)流过1次电流，切断1次电流而在2次线圈(38)感应2次电压；控制电路(54)，其控制点火驱动电路(56)；以及电源电路(50)，其具有对1次电压进行升压的升压部(60)，并使用升压后的1次电压生成用于驱动控制电路(54)的驱动电压。
一对磁轭(28)的各自的端部(28a)沿飞轮(20)的周向向离开铁芯(24)的一侧突出。
在该点火装置(14)中，端部(28a)的从周向的一端到另一端的轭端宽度(W2)相对于设置在飞轮(20)的外周面上的永久磁铁(22)的从周向的一端到另一端的磁铁宽度(W1)的比率为60～100％。此外，磁铁宽度(W1)相对于一对磁轭(28)之间的磁轭间隔(IN)的比率为95～100％。
根据这种的点火装置(14)，能够在提高副电压(V1、V3)的同时较大地确保提前角宽度，因而能够在提高内燃装置(10)的起动性的同时实现高输出化。
此外，由于电源电路(50)具有升压部(60)，因此即使1次电压较小，也能够驱动控制电路(54)而使1次电流流过1次线圈(34)。因此，能够进一步提高低速旋转时的起动性。
另外，在现有技术中，在提高低速旋转时的起动性的情况下，为了使其具有升压部60的功能而设置了与1次线圈、2次线圈和电源电路分体的大的电源。与此相对，在点火装置(14)中，通过电源电路(50)的升压部(60)和卷绕在1次线圈(34)的外周侧的2次线圈(38)而能够提高低速旋转时的起动性。因此，与以往的情况相比，能够减少点火装置(14)中的部件数量，实现小型化。
点火驱动电路(56)也可以具有限制1次电压的1次电压限制部(76)。这样，由于能够防止向火花塞(40)施加过度的2次电压，因此能够减轻火花塞(40)的劣化。
点火驱动电路(56)也可以具有限制流过在1次线圈(34)中流动的1次电流的1次电流限制部(78)。这样，由于能够防止过度的1次电流流过点火驱动电路(56)和1次线圈(34)，因此能够减轻点火驱动电路(56)的电路部件的劣化以及点火单元(26)中的发热引起的劣化。
点火驱动电路(56)也可以具有自动点火部(72)，在1次线圈(34)中感应出的1次电压跨越规定的阈值时，该自动点火部(72)开始向1次线圈(34)流过1次电流的动作。这样，能够进一步提高低速旋转时的起动性。另外，能够抑制产生负荷而转速降低、成为极低速旋转时失火的情况。

Claims (5)

1.一种点火装置(14)，其具有：
铁芯(24)，其配置在飞轮(20)的外侧；
点火单元(26)，其设置在所述铁芯上；以及
一对磁轭(28)，它们以所述点火单元位于所述一对磁轭(28)之间的方式相互隔开间隔，从所述铁芯的一端侧和另一端侧向所述飞轮延伸，
所述点火单元具有：
1次线圈(34)，其卷绕在所述铁芯的外周侧；
2次线圈(38)，其卷绕在所述1次线圈的外周侧；
点火驱动电路(56)，其使用在所述1次线圈感应的1次电压而向所述1次线圈流过1次电流，切断所述1次电流而在所述2次线圈感应2次电压；
控制电路(54)，其控制所述点火驱动电路；以及
电源电路(50)，其具有对所述1次电压进行升压的升压部(60)，并使用升压后的所述1次电压生成用于驱动所述控制电路的驱动电压，
所述一对磁轭的各自的端部(28a)沿所述飞轮的周向向离开所述铁芯的一侧突出，
所述磁轭的端部的从所述周向的一端到另一端的轭端宽度(W2)相对于设置在所述飞轮的外周面上的永久磁铁(22)的从所述周向的一端到另一端的磁铁宽度(W1)的比率为60～100％，
所述磁铁宽度相对于作为所述一对磁轭之间的直线距离的磁轭间隔(IN)的比率为95～100％。
2.根据权利要求1所述的点火装置，其中，
所述点火驱动电路具有限制所述1次电压的1次电压限制部(76)。
3.根据权利要求1所述的点火装置，其中，
所述点火驱动电路具有限制在所述1次线圈中流动的所述1次电流的1次电流限制部(78)。
4.根据权利要求2所述的点火装置，其中，
所述点火驱动电路具有限制在所述1次线圈中流动的所述1次电流的1次电流限制部(78)。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的点火装置，其中，
所述点火驱动电路具有自动点火部(72)，在所述1次线圈感应的所述1次电压跨越规定的阈值时，该自动点火部(72)开始向所述1次线圈流过所述1次电流的动作。
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