JP2005061380A

JP2005061380A - コンデンサ放電式内燃機関用点火装置

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Publication number: JP2005061380A
Application number: JP2003296118A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kimura; 賢司木邨
Original assignee: Kokusan Denki Co Ltd
Current assignee: Mahle Electric Drive Systems Co Ltd
Priority date: 2003-08-20
Filing date: 2003-08-20
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2023-08-20
Also published as: JP4337470B2

Abstract

【課題】内燃機関の始動性を損なうことなく、バッテリレスのコンデンサ放電式内燃機関用点火装置に機関の逆転を防止する機能を持たせる。
【解決手段】機関と同期回転する主リラクタ２r1及び補助リラクタ２r2のエッジを検出してパルスを発生するパルス信号発生器３が出力する一連のパルスをコントローラ５に与えて点火位置の制御を行わせる。パルス信号発生器の出力パルスで点火回路４にトリガ信号を与えるトリガ信号供給回路９を設け、マイクロコンピュータが起動する前にトリガ信号供給回路９から点火回路４にトリガ信号を与えて機関の始動性を向上させる。パルス信号発生器の出力パルスから機関の逆転を検出したときに点火回路へのトリガ信号の供給を阻止するトリガ信号側路スイッチ１０をトリガ信号供給回路９の出力側に設けることによりパルス信号発生器の出力パルスがコントローラ５に支障なく入力されるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロコンピュータを用いて点火時期を制御するバッテリレスのコンデンサ放電式の内燃機関用点火装置に関するものである。

オフロード車などの、軽量化を図ることを重視する内燃機関駆動車両においては、バッテリを搭載しないため、内燃機関に取り付けられた発電機の出力で各種の電装品を駆動している。そのため、内燃機関用点火装置においても、バッテリを用いずに、機関により駆動される発電機の出力でマイクロコンピュータを動作させて、点火時期を制御することが行われている。

また近年、内燃機関用の点火装置においては、内燃機関の高回転域での運転性能を向上させるために、点火時期の進角幅を広くとることが要求されるようになっている。更に始動装置としてリコイルスタータやキック式スタータを用いる内燃機関においては、機関の始動時にピストンが押し戻されて、いわゆるキックバックが生じるのを防止するために、点火装置に機関の逆回転を防止する機能を持たせることが要求される。内燃機関の逆回転を防止するコンデンサ放電式の内燃機関用点火装置として、特許文献１に示されたものがある。

コンデンサ放電式の内燃機関用点火装置は、特許文献１に示されているように、内燃機関により駆動される交流発電機内に設けられたエキサイタコイルと、点火コイルの一次側に設けられてエキサイタコイルの正の極性の半波の出力電圧により一方の極性に充電される点火用コンデンサと、トリガ信号が与えられたときに導通して点火用コンデンサに蓄積された電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させるように設けられた放電用スイッチと、内燃機関のクランク軸に取り付けられたロータに設けられたリラクタの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出して極性が異なる前端エッジ検出パルス及び後端エッジ検出パルスを発生するパルス信号発生器と、このパルス信号発生器の出力パルスから機関の回転情報を得て放電用スイッチへのトリガ信号の供給を制御するコントローラと、エキサイタコイルを電源としてコントローラを駆動するための一定の直流電圧を出力する電源部とを備えている。

この種の点火装置では、内燃機関の点火時期にコントローラから放電用スイッチにトリガ信号が与えられたときに、点火用コンデンサの電荷が放電用スイッチと点火コイルの一次コイルとを通して放電して点火コイルの一次コイルに急激に電流が流れるため、点火コイルの鉄心中で大きな磁束変化が生じ、この磁束変化により、点火コイルの二次コイルに点火用高電圧が誘起する。この点火用高電圧は機関の気筒に取り付けられた点火プラグに印加されるため、該点火プラグで火花放電が生じて機関が点火される。

コントローラは、パルス信号発生器が出力するパルスの発生間隔から機関の回転速度を演算し、演算した回転速度に対して点火時期を演算する。この点火時期は、パルス信号発生器が前端エッジ検出パルスを発生するクランク角位置を基準位置として、該基準位置から点火時期に相当するクランク角位置までクランク軸が回転するのに要する時間の形で演算される。コントローラは、パルス信号発生器が前端エッジ検出パルスを発生したことを検出したときに、点火タイマをスタートさせて演算した点火時期の計測を開始し、該点火タイマが点火時期の計測を完了したときに放電用スイッチにトリガ信号を与える。このような制御を行う点火装置においては、パルス信号が前端エッジ検出パルスを発生してから後端エッジ検出パルスを発生するまでの角度（リラクタの極弧角）が点火時期の最大進角幅となる。すなわち、パルス信号発生器が前端エッジ検出パルスを発生するクランク角位置が機関の点火位置の最大進角位置になり、パルス信号発生器が後端エッジ検出パルスを発生するクランク角位置が最小進角位置（始動時の点火位置）となる。

一般に内燃機関においては、機関の始動時に行程変化に伴うクランク軸の回転速度変動が大きいため、機関の始動時に演算した点火時期を正確に検出することは困難である。そのため、この種の点火装置においては、パルス信号発生器がリラクタの後端側エッジを検出して後端エッジ検出パルスを発生するクランク角位置を機関の始動時の点火位置として適した位置に設定しておいて、機関の始動時には該後端エッジ検出パルスを機関の点火時期を定める信号として用い、該後端エッジ検出パルスが発生したときにコントローラから放電用スイッチにトリガ信号を与えるようにしている。

特許文献１に示された点火装置においては、内燃機関の逆転を防止する機能を持たせるために、エキサイタコイルが正の極性の半波の出力電圧を発生しているときにオン状態になってパルス信号発生器からコントローラに与えられるパルス信号を該コントローラから側路するパルス信号側路用スイッチを設けている。また同特許文献に示された点火装置では、機関の正回転時に後端エッジ検出パルス（始動時の点火時期を定めるパルス）がエキサイタコイルの出力電圧の負の半波の期間に発生し、機関の逆回転時に該後端エッジ検出パルスがエキサイタコイルの出力電圧の正の半波の期間に発生するように、エキサイタコイルの出力とパルス信号発生器の出力との位相関係が設定されている。

このように構成すると、機関の正回転時には、後端エッジ検出パルスがコントローラに支障なく入力されるため、機関の始動時に機関が正回転しているときには点火動作が支障なく行われ、機関の始動が支障なく行われる。これに対し、機関の始動時にピストンが上死点を越えることができずに押し戻されたとき（機関が逆回転しようとしたとき）には、パルス信号発生器が出力する後端エッジ検出パルスがパルス信号側路用スイッチを通してコントローラから側路されるため、コントローラは放電用スイッチにトリガ信号を与えることができなくなり、点火動作が停止させられる。

このように、特許文献１に示された点火装置では、機関が逆回転しようとしたときに点火動作を停止させることができるため、機関の始動時にピストンが上死点を越えることができずに押し戻されたときに、機関が逆回転するのを防ぐことができる。

また特許文献２に示されているように、機関と同期回転するロータに極弧角が異なる２つのリラクタを設けて、これらのリラクタのエッジを検出してパルスを発生させた場合に、一連のパルス相互間の間隔の長短の関係が機関の正回転時と逆回転時とで異なることを利用して機関の回転方向を判別して、機関の始動時に機関が正回転していると判別されたときにのみ点火動作を行わせることにより、機関の逆転を防止するようにしたものもある。
実公平３−１１４２１号公報特開平５−１８７３４７号公報

特許文献１に記載された点火装置によれば、機関の逆転を防止することができるが、同特許文献に示された点火装置では、エキサイタコイルの半波の期間にパルス信号発生器から前端エッジ検出パルス及び後端エッジ検出パルスを発生させていたため、前端エッジ検出パルスが発生してから後端エッジ検出パルスが発生するまでの角度を広くとることができず、点火位置の進角幅を広くとることができないという問題があった。
更に特許文献１に示された点火装置では、パルス信号発生器の出力をコントローラに入力して、該コントローラが後端エッジ検出パルスを検出したときに放電用スイッチにトリガ信号を与えるようにしていたため、機関の始動時にコントローラの電源が確立してからでないとトリガ信号を発生させることができなかった。そのため、機関の始動時に機関のクランキング速度を十分に高くすることができない場合には、点火動作を行わせることができず、機関の始動に失敗するという問題があった。
また特許文献２に示された点火装置では、機関の始動時にパルス信号発生器が出力する一連のパルスから機関の回転方向を判別して、機関が正回転していると判別された場合にのみ点火動作を行わせるようにしていたが、この点火装置によった場合には、機関が１回転しないと回転方向の判別を行うことができず、またバッテリが設けられていない場合には、マイクロコンピュータの電源が確立してからでないと回転方向の判別及び点火動作を行わせることができないため、特許文献１に示された点火装置と同様に機関の始動時に点火動作が開始されるのが遅れ、機関の始動性が悪くなるという問題があった。

本発明の目的は、機関の逆転を防止する機能を持たせて、しかも点火時期の進角幅を広くとることができるようにしたバッテリレスのコンデンサ放電式内燃機関用点火装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、機関の始動時にコントローラの電源が確立する前の状態でも放電用スイッチにトリガ信号が与えられるようにして、機関の始動性を損なうことなく機関の逆転を防止する機能を持たせることができるようにしたバッテリレスのコンデンサ放電式内燃機関用点火装置を提供することにある。

本発明は、内燃機関により駆動される交流発電機内に設けられたエキサイタコイルと、点火コイルの一次側に設けられてエキサイタコイルの一方の極性の半波の出力電圧により充電される点火用コンデンサと、トリガ信号が与えられたときに導通して点火用コンデンサに蓄積された電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させる放電用スイッチと、マイクロコンピュータを用いて放電用スイッチへのトリガ信号の供給を制御するコントローラと、エキサイタコイルを電源としてコントローラに与える電源電圧を出力する電源部とを備えたコンデンサ放電式内燃機関用点火装置を対象とする。

本発明においては、エキサイタコイルの出力電圧の一方の半サイクルの期間に相当する角度よりも大きい極弧角を有する主リラクタと該主リラクタよりも極弧角が小さい補助リラクタとを、内燃機関と同期回転する回転体に前記補助リラクタを主リラクタに対して前記内燃機関の正回転方向の前方側に位置をずらした状態で設けた信号発生用ロータと、主リラクタの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出して第１極性の主パルス及び第２極性の主パルスを発生し、補助リラクタの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出して第１極性の補助パルス及び第２極性の補助パルスを発生するパル信号発生器と、パルス信号発生器が出力する第１極性の主パルス及び補助パルスをマイクロコンピュータに入力する第１のパルス入力回路と、パルス信号発生器が出力する第２極性の主パルス及び補助パルスをマイクロコンピュータに入力する第２のパルス入力回路と、パルス信号発生器が第２極性のパルスを発生したときに電源部から放電用スイッチにトリガ信号を与える第１のトリガ信号供給回路と、オン状態にあるときに第１のトリガ信号供給回路から放電用スイッチに与えられるトリガ信号を該放電用スイッチから側路するように設けられていて、エキサイタコイルの出力電圧の波形と一定の位相関係をもってオン状態になる期間とオフ状態になる期間とを持つようにエキサイタコイルの出力により制御されるトリガ信号側路スイッチと、点火阻止指令が発生したときに第１のトリガ信号供給回路が放電用スイッチにトリガ信号を与えるのを阻止する点火阻止回路と、点火指令が発生したときに放電用スイッチにトリガ信号を与える第２のトリガ信号供給回路とが設けられる。

またコントローラに設けられるマイクロコンピュータは、第２極性の主パルスが発生するクランク角位置から第１極性の主パルスが発生するクランク角位置までの角度を最大進角幅として前記内燃機関の点火位置を演算して演算した点火位置が検出されたときに前記点火指令を発生し、パルス信号発生器が出力するパルス相互間の間隔に含まれる前記内燃機関の回転方向の情報から内燃機関が逆回転していることを検出したときに点火阻止指令を発生するようにプログラムされる。

そして、パルス信号発生器は、内燃機関が正回転しているときに第２極性の補助パルス及び第２極性の主パルスをそれぞれトリガ信号側路スイッチがオン状態になる期間及びオフ状態になる期間に発生し、内燃機関が逆回転しているときには、第２極性の補助パルス及び第２極性の主パルスを共にトリガ信号側路スイッチがオン状態になる期間に発生するように設けられている。

上記のように主リラクタと該主リラクタよりも極弧角が小さい補助リラクタとを設けて、パルス信号発生器がこれらのリラクタの両端のエッジを検出して極性が異なる対のパルス信号（前端エッジ検出パルス及び後端エッジ検出パルス）を発生するようにしておくと、機関の正回転時には、補助リラクタの両端のエッジで発生する対のパルスが狭い発生間隔をもって検出された後に、主リラクタの両端のエッジでそれぞれ発生する対のパルスが広い発生間隔を持って検出され、機関の逆回転時には、主リラクタの両端のエッジでそれぞれ発生する対のパルスが広い発生間隔を持って検出された後に補助リラクタの両端のエッジでそれぞれ発生する対のパルスが狭い発生間隔をもって検出されるため、各リラクタの前端エッジ及び後端エッジでそれぞれ発生する対のパルスの発生間隔を計測して、発生間隔が狭い対のパルスと発生間隔が広い対のパルスの何れが先に発生したかを見ることにより（パルス発生間隔の長短が検出される順序から）、機関の回転方向を判別することができる。
なお第１のトリガ信号供給回路は、第２極性の主パルスが与えられたときにオン状態になって電源部から放電用スイッチにトリガ信号を供給するスイッチ回路により構成できるため、マイクロコンピュータの電源が確立する前の状態でも該トリガ信号供給回路からトリガ信号を出力させることは容易にできる。

上記のように構成すると、機関の始動時には、パルス信号発生器が第２極性の主パルスを発生したときに第１のトリガ信号供給回路から放電用スイッチにトリガ信号が供給されるため、電源部の出力電圧がマイクロコンピュータを動作させる電圧に達する前の状態でも、第２極性の主パルスが発生すれば放電用スイッチにトリガ信号を供給することができる。従って、機関の始動時にクランキング速度が電源部の出力電圧を確立させる値まで上昇する前に（電源電圧がマイクロコンピュータを動作させる値に安定する前に）最初の点火動作を行わせて、機関の始動性を向上させることができる。

機関の回転速度が上昇し、電源部の出力電圧が確立した後は、マイクロコンピュータが回転方向を判定し、機関が逆転していると判定したときには、直ちに点火動作を停止させるため、機関の始動過程で外力の作用などにより機関が逆回転しようとしたときにその逆転を確実に防止することができる。

また本発明では、主リラクタの極弧角をエキサイタコイルの出力の半波の期間に相当する角度よりも大きく設定するので、第１極性の主パルスと第２極性の主パルスの発生間隔を広くして点火時期の進角幅を広くとることができ、機関の高速回転域での運転性能を高めるために点火時期の進角幅を広くすることが要求される場合にその要求に容易に応えることができる。

以上のように、本発明によれば、トリガ信号側路スイッチを動作させるために必要な信号の位相関係を損なうことなく、点火時期の最大進角幅を決めるパルスの発生間隔をエキサイタコイルの半波の期間よりも広くすることができるため、機関の逆転を防止する機能を持たせて、しかも点火時期の進角幅を広くとることができるバッテリレスのコンデンサ放電式内燃機関用点火装置を得ることができる。

また本発明によれば、機関の始動時にコントローラの電源が確立する前の状態でも放電用スイッチにトリガ信号を与えることができるため、機関の始動性を向上させることができる。

図１は本発明の好ましい実施形態の構成を示した回路図で、同図において１は内燃機関により駆動される磁石式交流発電機である。発電機１は、機関のクランク軸に取りつけられたカップ状のフライホイール２の周壁部の内周に永久磁石（図示せず。）を取りつけて構成した磁石回転子と、機関のケース等に取りつけられた固定子とからなり、発電機１の固定子にはエキサイタコイルＬｅ等の発電コイルが設けられている。エキサイタコイルＬｅには、図示の実線矢印方向の一方の極性の半波の電圧Ｖe1と、破線矢印方向の他方の半波の電圧Ｖe2とからなる交流電圧が機関の回転に同期して誘起する。以下一方の極性の半波の電圧Ｖe1を正の半波の電圧と呼び、他方の極性の半波の電圧Ｖe2を負の半波の電圧と呼ぶ。エキサイタコイルＬｅが出力する交流電圧の波形の一例を図４（Ａ）に示した。

発電機１の磁石回転子のヨークを構成するフライホイール２の外周には、エキサイタコイルＬｅの出力電圧の一方の半サイクルの期間に相当する角度よりも大きい極弧角を有する主リラクタ２r1と、主リラクタ２r1よりも極弧角が小さい補助リラクタ２r2とが設けられている。これらのリラクタはフライホイールの周壁部の一部を径方向の外側に打ち出すことにより形成した突起からなっていて、補助リラクタ２r2が主リラクタ２r1に対して内燃機関の正回転方向（図示の矢印ＣＬ方向）の前方側に位置をずらした状態で設けられている。この例では、フライホイール２とリラクタ２r1及び２r2とにより信号発生用ロータが構成されている。本実施形態では、発電機１の回転子のヨーク（フライホイール）をリラクタを設ける回転体として用いているが、信号発生用ロータを構成する回転体は機関と同期回転するものであればよく、フライホイール２と別個の回転体にリラクタを形成することにより信号発生用ロータを構成してもよい。内燃機関が４サイクル機関である場合に、発電機１の回転子と別個に信号発生用ロータを設ける場合には、該ロータをカム軸に取りつけるようにしてもよい。

図１において３は、信号発生用ロータのリラクタに対向する磁極部を有する鉄心と該鉄心に巻回された信号コイルＬｓと、該鉄心に磁気結合された永久磁石とを備えたパルス信号発生器で、このパルス信号発生器は、各リラクタの回転方向の両端のエッジを検出してその信号コイルＬｓから極性が異なるパルスを発生する。図示のパルス信号発生器３は、主リラクタ２r1の回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出して第１極性の主パルスＰm1及び第２極性の主パルスＰm2を発生し、補助リラクタ２r2の回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出して第１極性の補助パルスＰa1及び第２極性の補助パルスＰa2を発生する。ここでは、パルス信号発生器が発生する第１極性のパルスＰm1，Ｐa1を負極性のパルスとし、第２極性のパルスＰm2，Ｐa2を正極性のパルスとする。上記信号発生用ロータとパルス信号発生器３とにより、パルス信号発生装置が構成されている。内燃機関が正回転しているときにパルス信号発生器３が出力するパルスの波形を図２（Ｂ）に概略的に示した。

図１において４はコンデンサ放電式の点火回路で、この点火回路は、一端が共通接続された一次コイルｗ1及び二次コイルｗ2を有する点火コイルＩＧと、点火コイルＩＧの一次側に設けられてエキサイタコイルＬｅの一方の極性の半波の出力電圧により充電される点火用コンデンサＣｉと、トリガ信号Ｓｔが与えられたときに導通して点火用コンデンサＣｉに蓄積された電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させる放電用スイッチとしてのサイリスタＴh1とを備えている。

図示の例では、点火コイルの一次コイルｗ1の一端に点火用コンデンサＣｉの一端が接続され、該点火用コンデンサの他端と接地間にサイリスタＴh1がそのカソードを接地側に向けて接続されている。点火用コンデンサＣｉの他端はまたカソードを該点火用コンデンサ側に向けたダイオードＤ1を通してエキサイタコイルＬｅの一端に接続され、点火用コンデンサＣｉの一端と接地間にカソードを接地側に向けたダイオードＤ2が接続されている。また点火コイルの二次コイルｗ2の他端は、図示しない機関の気筒に取りつけられた点火プラグＰＬの非接地側端子に接続されている。エキサイタコイルＬｅの一端と接地間及び他端と接地間にはそれぞれアノードを接地側に向けた電流帰還用ダイオードＤ3及びＤ4が接続されている。

また５はマイクロコンピュータを備えて、点火回路のサイリスタ（放電用スイッチ）Ｔh1へのトリガ信号の供給を制御するコントローラ、６はエキサイタコイルＬｅを電源としてコントローラ５及び後記する各回路に与える電源電圧を出力する電源部、７はパルス信号発生器３が出力する負極性（第１極性）の主パルスＰm1及び補助パルスＰa1をコントローラのマイクロコンピュータのポートＡ1に入力する第１のパルス入力回路、８はパルス信号発生器３が出力する正極性（第２極性）の主パルスＰm2及び補助パルスＰa2をマイクロコンピュータのポートＡ2に入力する第２のパルス入力回路で、マイクロコンピュータはパルス信号発生器３から第１及び第２のパルス入力回路７及び８を通して入力される信号から機関の回転情報（回転方向、回転速度、クランク角度などの情報）を取得する。

コントローラ５に設けられるマイクロコンピュータは、正極性の主パルスＰm2が発生するクランク角位置から負極性の主パルスＰm1が発生するクランク角位置までの角度を最大進角幅として内燃機関の点火位置を演算して演算した点火位置が検出されたときにポートＢ1から点火指令を発生し、パルス信号発生器が出力するパルス相互間の間隔に含まれる前記内燃機関の回転方向の情報から内燃機関が逆回転していることを検出したときにポートＢ2から点火阻止指令を発生するようにプログラムされている。

また９はパルス信号発生器３が正極性のパルスを発生したときに電源部６からサイリスタ（放電用スイッチ）Ｔh1にトリガ信号Ｓｔを与える第１のトリガ信号供給回路、１０は、オン状態にあるときに第１のトリガ信号供給回路９からサイリスタＴh1に与えられるトリガ信号を該サイリスタから側路するように設けられていて、エキサイタコイルの出力電圧の波形と一定の位相関係をもってオン状態になる期間とオフ状態になる期間とを持つようにエキサイタコイルの出力により制御されるトリガ信号側路スイッチ、１１はマイクロコンピュータがポートＢ2から点火阻止指令を発生したときに第１のトリガ信号供給回路９がサイリスタＴh1にトリガ信号を与えるのを阻止する点火阻止回路、１２はマイクロコンピュータがポートＢ1から点火指令を発生したときにサイリスタＴh1にトリガ信号を与える第２のトリガ信号供給回路である。

電源部６は、ダイオードＤ5と、コンデンサＣ1と、サイリスタＴh2と、ツェナーダイオードＺＤ1と、抵抗器Ｒ1ないしＲ3とを備えた電源回路６ａと、電源回路６ａから出力される直流電圧を入力として一定の直流電圧を出力するレギュレータ６ｂと、レギュレータ６ｂの出力端子間に接続された電源コンデンサＣ2とからなっている。電源回路６ａにおいては、エキサイタコイルＬｅの負の半波の出力電圧Ｖe2によりダイオードＤ5とダイオードＤ3とを通してコンデンサＣ1が図示の極性に充電される。コンデンサＣ1の両端の電圧が設定値を超えると、ツェナーダイオードＺＤ1が導通してサイリスタＴh2にトリガ信号を与えるため、該サイリスタＴh2が導通状態になってエキサイタコイルの負の半波の電圧を短絡し、コンデンサＣ1の充電を停止させる。従って、エキサイタコイルの負の半波の出力電圧が設定値を超えているときには、コンデンサＣ1の両端に設定値に等しい電圧が得られる。レギュレータ６ｂはコンデンサＣ1の両端の電圧を入力として、電源コンデンサＣ2の両端にマイクロコンピュータを駆動するのに適した大きさの一定の直流電圧を生じさせる。この直流電圧は、マイクロコンピュータの電源端子ｔ1，ｔ2間に電源電圧として印加される。

第１のパルス入力回路７は、トランジスタＴＲ1と、ダイオードＤ7と、コンデンサＣ3と、抵抗器Ｒ4ないしＲ7とからなっていて、パルス信号発生器３が負極性（第１極性）のパルスＰa1，Ｐm1を発生したときにダイオードＤ6の両端に生じる順方向電圧降下によりトランジスタＴＲ1のベースエミッタ間を逆バイアスして該トランジスタＴＲ1をオン状態からオフ状態にすることにより、図２（Ｃ）に示すように、ＬレベルらＨレベルに立ち上がるパルス信号Ｐa1´，Ｐm1´をマイクロコンピュータに入力する。

第２のパルス入力回路８は、トランジスタＴＲ2と、ダイオードＤ8と、コンデンサＣ4と、抵抗器Ｒ8ないしＲ11とからなっていて、パルス信号発生器３が正極性（第２極性）のパルスＰa2，Ｐm2を発生している間だけトランジスタＴＲ2をオン状態にすることにより、マイクロコンピュータに図２（Ｃ）に示すようにＨレベルからＬレベルに立ち下がる波形のパルスＰa2´，Ｐm2´を入力する。

第１のトリガ信号供給回路９は、トランジスタＴＲ3と、ダイオードＤ9と、抵抗器Ｒ12及びＲ13とからなっていて、パルス信号発生器３が正極性のパルスを発生して、第２のパルス入力回路８のトランジスタＴＲ1がオン状態になったときに、トランジスタＴＲ3がオン状態になって、電源部６からトランジスタＴＲ3のエミッタ及びコレクタを通してサイリスタ（放電用スイッチ）Ｔh1にトリガ信号Ｓｔを与える。

トリガ信号側路スイッチ１０は、エミッタが接地され、コレクタがダイオードＤ9を通してサイリスタＴh1のゲートに接続されたＮＰＮトランジスタＴＲ4と、トランジスタＴＲ4のベースエミッタ間及びベースと電源部６の出力端子間にそれぞれ接続された抵抗器Ｒ14及びＲ15と、トランジスタＴＲ4のベースとエキサイタコイルＬｅの一端との間に接続されたダイオードＤ10とからなっている。このトリガ信号側路スイッチにおいては、エキサイタコイルＬｅが正の半波の出力電圧を発生しているとき、及びエキサイタコイルの負の半波において電源回路６ａのサイリスタＴh2がオン状態になるまでの間トランジスタＴＲ4のベースエミッタ間の電圧Ｖbeが、図２（Ａ）に示すようにＨレベルに保たれるため、トランジスタＴＲ4がオン状態になり、第１のトリガ信号供給回路９からサイリスタＴh1に与えられるトリガ信号Ｓｔを該サイリスタから側路する。エキサイタコイルの出力電圧の負の半波の電圧が設定値を超えてサイリスタＴh2がオン状態になると、エキサイタコイルＬｅがサイリスタＴh2とダイオードＤ3とを通して短絡されるため、トランジスタＴＲ4のベースエミッタ間の電圧ＶbeはＬレベルに低下し、トランジスタＴＲ4が遮断状態になる。トランジスタＴＲ4が遮断状態にあるときには、第１のトリガ信号供給回路９から出力されるトリガ信号がトランジスタＴＲ4を通して側路されることがないため、トリガ信号供給回路９から出力されるトリガ信号はサイリスタＴh1に与えられる。

点火阻止回路１１は、ＰＮＰトランジスタＴＲ5と、抵抗器Ｒ16ないしＲ18とからなっていて、マイクロコンピュータがポートＢ2の電位をＬレベルにして点火阻止指令を発生したときにトランジスタＴＲ5をオン状態にすることにより、トランジスタＴＲ3を強制的にオフ状態にして、第１のトリガ信号供給回路９がサイリスタＴh1にトリガ信号を与えるのを阻止する。

第２のトリガ信号供給回路１２は、トランジスタＴＲ6と、ダイオードＤ11と、抵抗器Ｒ19ないしＲ22とからなっていて、マイクロコンピュータがポートＢ1の電位をＬレベルにして該ポートＢ1から点火指令を発生したときにトランジスタＴＲ6がオン状態になってサイリスタＴh1にトリガ信号を与える。

パルス信号発生器は、内燃機関が正回転しているときに、負極性（第２極性）の補助パルス及び正極性（第２極性）の主パルスをそれぞれトリガ信号側路スイッチがオン状態になる期間及びオフ状態になる期間に発生し、内燃機関が逆回転しているときには、負極性の補助パルス及び正極性の主パルスを共にトリガ信号側路スイッチがオン状態になる期間に発生するように設けられている。

図１に示した点火装置において、上記のようにパルス信号発生器を設けるには、機関の正回転時に、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、トリガ信号側路スイッチ９を構成するトランジスタＴＲ3のベースエミッタ間の電圧ＶbeがＨレベルにあるとき（トリガ信号側路スイッチが導通し得る状態にあるとき）及び該電圧ＶbeがＬレベルにあるとき（トリガ信号側路スイッチが導通し得ない状態にあるとき）にそれぞれ正極性（第２極性）の補助パルスＰa2及び正極性の主パルスＰm2が発生し、機関の逆回転時には、図３（Ａ），（Ｂ）に示したように、トリガ信号側路スイッチ９を構成するトランジスタＴＲ3のベースエミッタ間の電圧ＶbeがＨレベルにあるときに正極性（第２極性）の補助パルスＰa2及び正極性の主パルスＰm2が発生するように、パルス信号発生器の配設位置を設定する。

本実施形態では、図４（Ｂ）に示したように、補助リラクタの極弧角が１７°、主リラクタの極弧角が６０°に設定され、補助リラクタの回転方向の前端側エッジから主リラクタの回転方向の前端側エッジまでの角度が９０°に設定されるとともに、機関の正回転時にエキサイタコイルの出力電圧が負の半波から正の半波に移行する際に生じる零点付近で負極性（第１極性）の補助パルスが発生するように、パルス信号発生器が設けられている。なお本実施形態では、発電機１の磁石回転子が８極に構成されていて、エキサイタコイルの出力電圧の半波の期間に相当するクランク角が４５°になっている。

図１に示した点火装置において、機関を始動するため、機関のクランク軸を回転させると、エキサイタコイルＬｅが交流電圧を出力し、パルス信号発生器３がパルス信号を発生する。エキサイタコイルＬｅが正の半波の電圧Ｖe1を出力すると、エキサイタコイルＬｅからダイオードＤ1，Ｄ2及びＤ4を通して点火用コンデンサＣｉが図示の極性に充電される。

機関の始動時には最初発電機の出力電圧が電源部６の出力電圧の設定値Ｖccを超え期間が短いため、コンデンサＣ1の両端の電圧Ｖc1は、図２（Ｅ）に示したように、エキサイタコイルの負の半波の電圧により充電される間上昇して設定値Ｖccを超え、エキサイタコイルの負の半波の電圧のピークが過ぎて充電が停止すると所定の割合で低下していき、エキサイタコイルの次の負の半波の電圧により充電されると再度上昇していく波形を示す。
コンデンサＣ1の両端の電圧が設定値Ｖccよりも低くなっているときには、図２（Ｆ）に示すようにマイクロコンピュータのリセット信号ＲｅｓがＬレベルになるため、マイクロコンピュータはリセットされる。この状態ではマイクロコンピュータが演算を行うことができないため、マイクロコンピュータによる点火位置の制御は行われない。

機関が正回転しているときには、パルス信号発生器３がパルスＰa1，Ｐa2，Ｐm1及びＰm2を順次発生する。これらのパルスのうち、正極性のパルスＰa2及びＰm1が発生すると、第１のトリガ信号供給回路９のトランジスタＴＲ3がオン状態になってトリガ信号Ｓｔを出力するが、図４に示したように、機関の正回転時に正極性の補助パルスＰa2が発生したときには、トランジスタＴＲ3のベースエミッタ間電圧ＶbeがＨレベルにあって、該トランジスタが導通してトリガ信号供給回路から出力されるトリガ信号ＳｔをサイリスタＴh1から側路するため、補助パルスＰa2によってサイリスタＴh1にトリガ信号が与えられることはない。

これに対し、正極性の主パルスＰm2が発生して第１のトリガ信号供給回路９がトリガ信号Ｓｔを出力したときには、トランジスタＴＲ3のベースエミッタ間電圧ＶbeがＬレベルになっていて、該トランジスタＴＲ3はオフ状態に保持されているため、正極性の主パルスＰm2の発生時にトリガ信号供給回路９から出力されるトリガ信号Ｓｔ（図２Ｇ）はサイリスタＴh1に与えられる。サイリスタＴh1にトリガ信号が与えられると、該サイリスタＴh1が導通状態になるため、点火用コンデンサＣｉに蓄積された電荷がサイリスタＴh1と点火コイルの一次コイルｗ1とを通して放電する。これにより、点火コイルの一次コイルに急激に電流が流れ、その二次コイルに点火用高電圧が誘起する。この高電圧は点火プラグＰＬに印加されるため、該点火プラグで火花放電が生じ、機関が点火される。

電源部６の出力電圧がマイクロコンピュータを動作させる電圧値Ｖcc(例えば５Ｖ）よりも低い状態にあるときでも第１のトリガ信号供給回路９を通してサイリスタＴh1にトリガ信号を供給することができるように、トランジスタＴＲ3を選定しておく。

上記のように、本発明においては、機関の始動操作を開始した後、マイクロコンピュータが起動する前の状態で、パルス信号発生器３の出力パルスにより第１のトリガ信号供給回路９を通してサイリスタＴh1にトリガ信号を供給することができるため、始動操作を開始した後早期に（機関が１回転する前に）最初の点火を行わせて機関の始動性を向上させることができる。

機関の始動時にピストンが上死点を越えることができず、逆転しようとしたときには、図３に示したようにパルス信号発生器３が正極性のパルスＰa2及びＰm2を発生したときにトランジスタＴＲ3のベースエミッタ間電圧ＶbeがＨレベルにあって、該トランジスタがオン状態にあるため、パルスＰa2及びＰm2が発生したときにトリガ信号供給回路９を通して出力されるトリガ信号はすべてトランジスタＴＲ3を通してサイリスタＴh1から側路される。このように、機関の始動時に機関が逆転しようとしたときには、点火動作が行われないため、機関が逆転することはない。

機関の回転速度が低く、エキサイタコイルＬｅの出力電圧が低い間は、電源部６の出力電圧が設定値Ｖccを超える期間と設定値Ｖccを下回る期間とが生じ、電源電圧が設定値Ｖccを下回るとマイクロコンピュータのリセット信号Ｒｅｓが図２（Ｆ）に示すようにＬレベルになる。このときマイクロコンピュータは、リセット信号ＲｅｓがＬレベルになっている期間リセットされた状態に保持されるため、演算を行うことができず、該マイクロコンピュータから点火指令を発生させることはできないが、前述のように、パルス信号発生器３が正極性の主パルスＰm2を発生したときに第１のトリガ信号供給回路９を通してサイリスタＴh1にトリガ信号が与えられて点火動作が行われるため、機関の始動は支障なく行われる。

機関が始動した後、エキサイタコイル１の出力電圧が十分に高くなると、電源部６が設定値Ｖccに等しい電圧を継続的に出力するようになるため、マイクロコンピュータはリセットされることがなくなり、正常な動作を開始する。本発明においては、トリガ信号側路スイッチ１０が第１のトリガ信号供給回路９の出力側に設けられているため、パルス信号発生器３が出力するパルスが該トリガ信号側路回路によりマイクロコンピュータから側路されることはなく、パルス信号発生器が出力するパルスのすべてがマイクロコンピュータに入力される。

マイクロコンピュータは、パルス信号発生器３からパルス入力回路７及び８を通して入力されるパルスから得た機関の回転方向の情報を基に機関の回転方向を検出して、機関の回転方向が正方向であることを検出したときにポートＢ2の電位をＨレベルにしてトランジスタＴＲ5をオフ状態にし、パルス信号発生器３からパルス入力回路８とトリガ信号供給回路９とを通してサイリスタＴh1にトリガ信号Ｓｔが与えられるのを許容する。マイクロコンピュータが起動した後に、何らかの原因により機関が逆転したときには、マイクロコンピュータがそのポートＢ2の電位をＬレベルにして点火阻止回路１１のトランジスタＴＲ5をオン状態にするため、トリガ信号供給回路９のトランジスタＴＲ3がオフ状態になり、サイリスタＴh1へのトリガ信号Ｓｔの供給が阻止される。

なお図１に示したように、補助リラクタ及び主リラクタのそれぞれのエッジを検出して発生させたパルスから機関の回転方向を検出する手法は、例えば、特許文献２に示されているように既に公知であるので、その検出の手法についての詳細な説明は省略する。

マイクロコンピュータはまた、パルス信号発生器３から与えられるパルスから得た機関の回転速度等の回転情報に基づいて、負極性(第１極性）の主パルスＰm1が発生してから正極性（第２極性）の主パルスＰm2が発生するまでの角度を最大進角幅として、機関の点火位置（点火動作を行うクランク角位置）を演算する。この点火位置は、負極性の主パルスＰm1が発生するタイミングから、点火位置に相当するタイミングまでの間に点火タイマに計測させる時間の形で演算される。

機関の回転速度Ｎが上昇して、進角回転速度Ｎ1に達すると、マイクロコンピュータは、ポートＢ2の電位をＬレベルとして第１のトリガ信号供給回路９からサイリスタＴh1にトリガ信号が与えられるのを禁止し、負極性の主パルスＰm1が発生したときに点火位置を検出するために点火タイマに計測させる時間をセットして、その計測を開始させ、その計測が完了したときにポートＢ1の電位をＬレベルにして第２のトリガ信号供給回路１２のトランジスタＴＲ6をオン状態にする。トランジスタＴＲ6がオン状態になると、電源部６からトランジスタＴＲ6と抵抗器Ｒ19とダイオードＤ11とを通してサイリスタＴh1にトリガ信号が与えられるため、該サイリスタが導通して点火動作が行われる。マイクロコンピュータは、機関の回転速度が進角開始速度Ｎ1から進角終了速度Ｎ2（＞Ｎ1）まで上昇する間機関の点火位置θiを回転速度の上昇に伴って例えば直線的に進角させ、回転速度が進角終了回転速度Ｎ2を超える領域では点火位置を最大進角位置θ2に固定する。このように点火位置を制御した場合、図６に示すような点火特性が得られる。

上記のように、本発明においては、点火位置の進角幅を決定する主リラクタの極弧角をエキサイタコイルの出力電圧の半波の期間に相当する角度よりも大きく設定するため、点火位置の最大進角幅を広くとることができる。

なお点火特性は図６に示したものに限られるものではなく、機関の形式や用途に応じて適宜の点火特性を持たせるように点火位置を制御することができる。

上記の実施形態では、単気筒の内燃機関を点火する場合を例にとったが２気筒以上の多気筒内燃機関を点火するコンデンサ放電式内燃機関用点火装置にも本発明を適用することができる。多気筒内燃機関用点火装置に本発明を適用する場合には、例えば、機関の各気筒毎に点火回路４を設けるとともに、パルス信号発生器３を機関の各気筒に対応させて（気筒数分）設けて、各気筒に対応するパルス信号発生器が出力するパルス信号に基づいて各気筒の点火回路を制御するようにすればよい。

本発明の一実施形態の構成を示した回路図である。図１の点火装置において内燃機関が正回転しているときの各部の信号波形を機関のクランク角に対して示した波形図である。図１の点火装置において内燃機関が逆回転したときの各部の信号波形を機関のクランク角に対して示した波形図である。図１の点火装置において内燃機関が正回転しているときにエキサイタコイルが出力する電圧とパルス信号発生器が出力するパルスとの位相関係の一例を示した波形図である。図１の点火装置において内燃機関が逆回転したときにエキサイタコイルが出力する電圧とパルス信号発生器が出力するパルスとの位相関係の一例を示した波形図である。本発明の実施形態の点火装置により得られる点火特性の一例を示したグラフである。

符号の説明

１交流発電機
２フライホイール
２r1 主リラクタ
２r2 補助リラクタ
３パルス信号発生器
４点火回路
５コントローラ
６電源部
７第１のパルス入力回路
８第２のパルス入力回路
９第１のトリガ信号供給回路
１０トリガ信号側路スイッチ
１１点火阻止回路
１２第２のトリガ信号供給回路

Claims

内燃機関により駆動される交流発電機内に設けられたエキサイタコイルと、点火コイルの一次側に設けられて前記エキサイタコイルの一方の極性の半波の出力電圧により充電される点火用コンデンサと、トリガ信号が与えられたときに導通して前記点火用コンデンサに蓄積された電荷を前記点火コイルの一次コイルを通して放電させる放電用スイッチと、マイクロコンピュータを用いて前記放電用スイッチへのトリガ信号の供給を制御するコントローラと、前記エキサイタコイルを電源として前記コントローラに与える電源電圧を出力する電源部とを備えたコンデンサ放電式内燃機関用点火装置において、
前記エキサイタコイルの出力電圧の一方の半サイクルの期間に相当する角度よりも大きい極弧角を有する主リラクタと前記主リラクタよりも極弧角が小さい補助リラクタとを、前記内燃機関と同期回転する回転体に前記補助リラクタを主リラクタに対して前記内燃機関の正回転方向の前方側に位置をずらした状態で設けてなる信号発生用ロータと、前記主リラクタの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出して第１極性の主パルス及び第２極性の主パルスを発生し、前記補助リラクタの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出して第１極性の補助パルス及び第２極性の補助パルスを発生するパル信号発生器と、前記パルス信号発生器が出力する第１極性の主パルス及び補助パルスを前記マイクロコンピュータに入力する第１のパルス入力回路と、前記パルス信号発生器が出力する第２極性の主パルス及び補助パルスを前記マイクロコンピュータに入力する第２のパルス入力回路と、前記パルス信号発生器が前記第２極性のパルスを発生したときに前記電源部から前記放電用スイッチにトリガ信号を与える第１のトリガ信号供給回路と、オン状態にあるときに前記第１のトリガ信号供給回路から前記放電用スイッチに与えられるトリガ信号を該放電用スイッチから側路するように設けられていて、前記エキサイタコイルの出力電圧の波形と一定の位相関係をもってオン状態になる期間とオフ状態になる期間とを持つように前記エキサイタコイルの出力により制御されるトリガ信号側路スイッチと、点火阻止指令が発生したときに前記第１のトリガ信号供給回路が前記放電用スイッチにトリガ信号を与えるのを阻止する点火阻止回路と、点火指令が発生したときに前記放電用スイッチにトリガ信号を与える第２のトリガ信号供給回路とを具備し、
前記マイクロコンピュータは、前記第２極性の主パルスが発生するクランク角位置から第１極性の主パルスが発生するクランク角位置までの角度を最大進角幅として前記内燃機関の点火位置を演算して演算した点火位置が検出されたときに前記点火指令を発生し、前記パルス信号発生器が出力するパルス相互間の間隔に含まれる前記内燃機関の回転方向の情報から前記内燃機関が逆回転していることを検出したときに点火阻止指令を発生するようにプログラムされ、
前記パルス信号発生器は、前記内燃機関が正回転しているときに前記第２極性の補助パルス及び第２極性の主パルスをそれぞれ前記トリガ信号側路スイッチがオン状態になる期間及びオフ状態になる期間に発生し、前記内燃機関が逆回転しているときには、前記第２極性の補助パルス及び第２極性の主パルスを共に前記トリガ信号側路スイッチがオン状態になる期間に発生するように設けられていることを特徴とするコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。