JP2006328959A

JP2006328959A - エンジン用点火装置

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Publication number: JP2006328959A
Application number: JP2005149408A
Authority: JP
Inventors: Yasukazu Hatano; 靖一波多野
Original assignee: Kokusan Denki Co Ltd
Current assignee: Mahle Electric Drive Systems Co Ltd
Priority date: 2005-05-23
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】磁石発電機内に設けられた点火コイルの一次コイルに誘起する電圧で点火コイルに一次電流を流して、この一次電流を遮断することにより点火用の高電圧を得る電流遮断形のエンジン用点火装置において、点火位置の進角幅を従来よりも拡大すること。
【解決手段】点火コイル１の一次側に設けられたコンデンサＣ1と、点火コイルの一次コイル１ａの正方向誘起電圧でコンデンサＣ1を充電する充電回路と、コンデンサＣ1の放電回路を構成するスイッチ８及び９と、エンジンの点火位置よりも位相が進んだ位置でスイッチ８及び９を順次オン状態にし、点火位置でスイッチ８及び９をオフ状態にするようにスイッチ８及び９を制御する制御装置１２とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁石発電機を電源として用いるエンジン用点火装置に関するものである。

一般に、刈払機等に用いる小形の汎用エンジンを点火する点火装置では、コストの低減を図るために、バッテリー等の外部電源を用いずに、エンジンにより駆動される磁石発電機を点火電源として用いている。点火装置に用いる磁石発電機としては、フライホイールの外周に磁石を取り付けて３極の磁石界磁を構成した磁石回転子と、該磁石回転子の磁極に対向する磁極部を両端に有する鉄心に点火コイルを巻回して構成した固定子とを備えたものが多く用いられている。磁石回転子はエンジンのクランク軸に取り付けられ、固定子は、エンジンのケースやカバー等に取り付けられて、その磁極部が磁石回転子の磁極に対向させられる。

この種の発電機においては、その固定子側に設けられた点火コイルの一次コイルが点火電源用のコイルとして用いられる。磁石回転子が３極に構成されているため、点火コイルの一次コイルには、正方向電圧と該正方向電圧の前後にそれぞれ発生する第１及び第２の負方向電圧とからなる１サイクル半の交流電圧が、エンジンの１回転当たり１回誘起する。

上記のような発電機を電源として用いる点火装置においては、点火コイルの一次コイルに対して並列に一次電流制御用スイッチを接続して、一次コイルに正方向電圧が誘起したときに該一次電流制御用スイッチを導通させることにより点火コイルの一次コイルから一次電流制御用スイッチを通して一次電流を流し、エンジンの点火位置で該一次電流制御用スイッチを遮断状態にすることにより点火コイルの二次コイルに点火用の高電圧を誘起させている。この種の点火装置は例えば特許文献１に示されている。
特開平１−２１９３５６号公報

最近では、小形の汎用エンジンにおいても、点火性能を向上させ、エンジンの性能を向上させるために、点火火花の放電持続時間を長くするとともに、点火位置の進角幅を広くとることが必要とされるようになっている。

電流遮断形の点火装置は、火花放電の持続時間を１msec程度まで長くすることができるという特長を有するが、上記のような磁石発電機を電源とした場合には、点火コイルの一次コイルに正方向電圧が誘起している区間でしか点火コイルに一次電流を流すことができず、その間に一次電流を遮断して点火動作を行なわせる必要があるため、点火位置をクランク角で５〜８°程度しか変化させることができず、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。

なおコンデンサ放電式の点火装置を用いてエンジンを点火するようにすれば、磁石発電機が正方向電圧を発生している区間から外れたクランク角位置でも点火動作を行なわせることができるため、進角幅を広くとることができるが、コンデンサ放電式の点火装置は、火花の放電持続時間が短い（約１００μsec）という問題を有している。

本発明の目的は、磁石発電機内に設けた点火コイルの一次コイルを電源コイルとして点火動作を行なわせる電流遮断形の点火装置において、点火位置の進角幅を広くとることができるようにすることにある。

本発明は、エンジンにより駆動される磁石発電機の固定子側に一次コイルが設けられてエンジンの回転に同期して正方向電圧と該正方向電圧の前後にそれぞれ発生する第１及び第２の負方向電圧とからなる交流電圧を一次コイルにエンジンの１回転当たり１回誘起する点火コイルと、点火コイルの一次コイルに流しておいた一次電流をエンジンの点火位置で遮断することにより点火コイルの二次コイルに点火用の高電圧を誘起させる電流遮断形の一次電流制御回路とを備えたエンジン用点火装置を対象とする。

本発明は、点火コイルの一次コイルに誘起する正方向電圧により充電されるコンデンサを点火コイルの一次側に設けて、このコンデンサから点火コイルに一次電流を流すことにより、点火コイルの一次コイルに正方向電圧が誘起する区間に限定されることなく、点火位置の変化幅を拡大して、点火位置の進角幅を広くとることができるようにしたことを特徴としている。

そのため本発明においては、上記一次電流制御回路が、点火コイルの一次側に設けられたコンデンサと、一次コイルに誘起する正方向電圧によりコンデンサを一方の極性に充電するコンデンサ充電回路と、オンオフ制御が可能な一次電流制御用スイッチを備えて、該一次電流制御用スイッチがオン状態にあるときにコンデンサに蓄積された電荷を一次電流制御用スイッチと点火コイルの一次コイルとを通して放電させることにより点火コイルに一次電流を流す一次電流通電回路と、エンジンの点火位置よりも位相が進んだクランク角位置で一次電流制御用スイッチをオン状態にし、点火位置で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制御手段とを備えている。

上記のように構成すると、点火コイルの一次コイルに正方向電圧が誘起している区間を過ぎたクランク角位置でも点火動作を行なわせることができるため、点火位置の変化範囲を広げて点火位置の進角幅を広くとることができる。

本発明の好ましい態様では、上記一次電流制御回路が、点火コイルの一次側に設けられたコンデンサと、一次コイルの一端とコンデンサの一端との間に接続された第１の充電用整流素子と一次コイルの他端とコンデンサの他端との間に接続された第２の充電用整流素子とを有して一次コイルに誘起する正方向電圧で第１及び第２の充電用整流素子を通してコンデンサを一方の極性に充電するコンデンサ充電回路と、一次コイルの他端とコンデンサの他端との間に設けられて一次コイルに対して直列に接続されたオンオフ制御が可能な第１のスイッチと、コンデンサの一端と一次コイルの一端との間に設けられて、オン状態になったときにコンデンサの両端の電圧を一次コイルと第１のスイッチとの直列回路に印加するオンオフ制御が可能な第２のスイッチと、一次コイルに負方向電圧が誘起したときに該負方向電圧が順方向に印加される向きの逆流阻止用整流素子と該逆流阻止用整流素子に対して直列に接続された電流制限素子とを備えて、一次コイルが負方向電圧を誘起しているときに該一次コイルに対して並列な通電路を形成する並列通電路形成回路と、点火位置の直後のクランク角位置から一次コイルが正方向電圧を発生するクランク角位置までの区間に設定された第１のクランク角位置で第１のスイッチをオン状態にし、エンジンの点火位置よりも位相が進み前記正方向電圧が発生するクランク角位置よりは位相が遅れた第２のクランク角位置で第２のスイッチをオン状態にし、点火位置で第１のスイッチ及び第２のスイッチの少なくとも一方をオフ状態にするように第１のスイッチ及び第２のスイッチを制御する制御手段とを備えている。

上記の構成では、第１のスイッチ及び第２のスイッチが一次電流制御用スイッチを構成している。上記のように、並列通電路形成回路を設けるとともに、第１のスイッチと第２のスイッチとにより一次電流制御用スイッチを構成して、一次コイルが正方向電圧を発生するクランク角位置よりも位相が進んだ第１のクランク角位置で第１のスイッチをオン状態にし、エンジンの点火位置よりも位相が進み第１のクランク角位置よりは位相が遅れた第２のクランク角位置で第２のスイッチをオン状態にし、点火位置で第１のスイッチ及び第２のスイッチの少なくとも一方をオフ状態にするように第１のスイッチ及び第２のスイッチを制御する制御手段を設けると、点火コイルの一次コイルに第１の負方向電圧が誘起したときに第１のスイッチと並列通電路形成回路とを通して制限された一次電流を流して、点火コイルの二次コイルに誘起する電圧を制限することができるため、点火コイルに第１の負方向電圧が発生したときに、該負方向電圧が点火コイルにより昇圧されて点火プラグに火花が生じるのを防ぐことができる。

本発明の好ましい態様では、上記第１のスイッチ及び第２のスイッチがトランジスタにより構成される。この場合一次電流制御回路は、点火コイルの一次側に設けられたコンデンサと、一次コイルの一端とコンデンサの一端との間に接続された第１の充電用整流素子と一次コイルの他端とコンデンサの他端との間に接続された第２の充電用整流素子とを有して一次コイルに誘起する正方向電圧で第１及び第２の充電用整流素子を通してコンデンサを一方の極性に充電するコンデンサ充電回路と、一次コイルの他端にコレクタが接続され、コンデンサの負極側端子にエミッタが接続されて一次コイルに対して直列に接続された第１のトランジスタと、コンデンサの正極性側の端子と一次コイルの一端との間に接続されて、オン状態になったときにコンデンサの両端の電圧を一次コイルと第１のトランジスタとの直列回路の両端に印加するように設けられた第２のトランジスタと、一次コイルに負方向電圧が誘起したときに該負方向電圧が順方向に印加される向きの逆流阻止用整流素子と該逆流阻止用整流素子に対して直列に接続された電流制限素子とを有して一次コイルに対して並列な通電路を形成する並列通電路形成回路と、点火位置の直後のクランク角位置から一次コイルが正方向電圧を発生するクランク角位置までの区間に設定された第１のクランク角位置で第１のトランジスタをオン状態にし、エンジンの点火位置よりも位相が進み前記正方向電圧が発生するクランク角位置よりは位相が遅れた第２のクランク角位置で第２のトランジスタをオン状態にし、点火位置で第１のトランジスタ及び第２のトランジスタの少なくとも一方をオフ状態にするように第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを制御する制御手段とを備えることにより構成される。

以上のように、本発明によれば、点火コイルの一次コイルに誘起する正方向電圧により充電されるコンデンサを点火コイルの一次側に設けて、このコンデンサから点火コイルに一次電流を流す構成をとることにより、点火コイルの一次コイルに正方向電圧が誘起する区間を過ぎた区間でも点火コイルに一次電流を流すことができるようにしたので、一次コイルに正方向電圧が誘起する区間を過ぎた区間まで点火位置を変化させることができ、点火位置の進角幅を従来よりも大幅に拡大することができる。従って本発明によれば、点火コイルを内蔵した磁石発電機を用いてコストの低減を図りながら、点火火花の放電持続時間が長く、かつ点火位置の進角幅を広くとることができる電流遮断形のエンジン用点火装置を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１及び図２は本発明の第１の実施形態の構成を示したもので、図１はその回路構成を示す回路図、図２は点火装置の外観を概略的に示した構成図である。図１において、１は一次コイル１ａ及び二次コイル１ｂを鉄心に巻回してなる点火コイルで、本発明においてはこの点火コイルがエンジンにより駆動される磁石発電機内に設けられている。点火コイル１が設けられる磁石発電機は、図２に示したように、エンジンのクランク軸２に取り付けられた磁石回転子３と、エンジンのケースやカバー等に固定された固定子４とにより構成されている。

図示の磁石回転子３は、クランク軸２に取り付けられた鉄製のフライホイール３０１と、フライホイール３０１の外周の一部に形成された凹部３０２内に固定されてフライホイールの径方向に着磁された永久磁石３０３とを備えている。この磁石回転子においては、永久磁石３０３の外側の磁極（図示の例ではＮ極）と、凹部３０２の両側に導出された１対の磁極（図示の例ではＳ極）とにより３極の磁石界磁が構成されている。

また固定子４は、磁石回転子の磁極に対向する磁極部４０１ａ，４０１ｂを両端に有するコの字形やＵ字形の鉄心４０１と、鉄心４０１に巻回された一次コイル１ａ及び１ｂ（図２には図示せず。）とにより構成されている。図示の例では、鉄心４０１に巻回された一次コイル１ａ及び二次コイル１ｂが樹脂からなるモールド部４０２で被覆され、このモールド部内に、両コイルとともに後記する一次電流制御回路の構成部品が埋設されている。モールド部４０２の一端から点火コイルの二次コイルにつながる高圧コード５が導出され、点火コイルの二次コイルの誘起電圧が、高圧コード５を通してエンジンの気筒に取り付けられた点火プラグ６に印加される。

図３（Ａ）に示すように、点火コイル１の一次コイル１ａには、エンジンの回転に伴って、一つの正方向電圧Ｖpと、正方向電圧Ｖpの前後にそれぞれ発生する第１及び第２の負方向電圧Ｖn1及びＶn2とからなる１サイクル半の交流電圧が誘起する。なお図３において、横軸にはエンジンのクランク角θをとっている。本実施形態では、一次コイルに第１の負方向電圧Ｖn1が発生してから第２の負方向電圧Ｖn2が消滅するまでの角度θ1が約３０°に設定されている。

図１に示したように、点火コイル１の一次コイル１ａの一端及び二次コイル１ｂの一端が共通接続されている。一次コイル１ａの一端はアノードを該一次コイル側に向けた第１の充電用整流素子Ｄ1を通してコンデンサＣ1の一端（コンデンサＣ1の正極側端子）に接続され、一次コイル１ａの他端はカソードを該一次コイル側に向けた第２の充電用整流素子Ｄ2を通してコンデンサＣ1の他端（コンデンサＣ1の負極側端子）に接続されている。この例では、一次コイル１ａ→整流素子Ｄ1→コンデンサＣ1→整流素子Ｄ2→一次コイル１ａの閉回路により、一次コイルに誘起する正方向電圧でコンデンサを一方の極性に充電するコンデンサ充電回路が構成されている。

一次コイル１ａの他端にはダーリントン接続された複合トランジスタからなるＮＰＮ型の第１のトランジスタＴＲ1のコレクタが接続され、このトランジスタＴＲ1のエミッタはコンデンサＣ1の他端と共に共通ライン（アースライン）７に接続されている。トランジスタＴＲ1のベースエミッタ間及びコレクタエミッタ間にはそれぞれ抵抗Ｒ1及び抵抗Ｒ2が接続されている。本実施形態では、この第１のトランジスタＴＲ1により、一次コイル１ａの他端とコンデンサＣ1の他端との間に設けられて一次コイル１ａに対して直列に接続されたオンオフ制御が可能な第１のスイッチ８が構成されている。

またコンデンサＣ1の一端にＰＮＰ型の第２のトランジスタＴＲ2のエミッタが接続され、この第２のトランジスタＴＲ2のコレクタが整流素子Ｄ3を通して一次コイル１ａの一端に接続されている。トランジスタＴＲ2のベースは抵抗Ｒ3を通してＮＰＮトランジスタＴＲ3のコレクタに接続され、トランジスタＴＲ3のエミッタは共通ライン７に接続されている。トランジスタＴＲ3のベースエミッタ間には抵抗Ｒ4が接続されている。

この例では、第２のトランジスタＴＲ2により、コンデンサＣ1の一端と一次コイル１ａの一端との間に設けられて、オン状態になったときにコンデンサＣ1の両端の電圧を一次コイル１ａと第１のスイッチ８との直列回路に印加するオンオフ制御が可能な第２のスイッチ９が構成され、トランジスタＴＲ3と抵抗Ｒ3及びＲ4とにより、第２のスイッチ９の駆動信号（ベース電流）をオンオフするスイッチ回路が構成されている。本実施形態では、第１のスイッチ８と第２のスイッチ９とが、一次電流制御用スイッチを構成している。

トランジスタＴＲ1のエミッタには、共通ライン７を通して逆流阻止用整流素子Ｄ4のアノードが接続され、この整流素子のカソードと一次コイル１ａの一端との間に電流制限素子としての抵抗Ｒ5が接続されている。

この例では、一次コイルに負方向電圧が誘起したときに該負方向電圧が第１のスイッチ８を通して順方向に印加される向きの逆流阻止用整流素子Ｄ4と抵抗Ｒ5とにより、一次コイルが負方向電圧を誘起していて、第１のスイッチ８がオン状態にあるときに、一次コイルと第１のスイッチ８との直列回路に対して並列な通電路を形成する並列通電路形成回路１０が構成されている。

コンデンサＣ1の一端と整流素子Ｄ1のカソードとの接続点に、アノードを該接続点側に向けた整流素子Ｄ5を通して第１の電源コンデンサＣ2の一端が接続され、このコンデンサＣ2の他端が共通ライン７を通して一次コイル１ａの他端に接続されている。コンデンサＣ2の一端にはＮＰＮトランジスタＴＲ4のコレクタが接続され、このトランジスタＴＲ4のベースと共通ライン７との間に、カソードをトランジスタＴＲ4側に向けたツェナーダイオードＺＤ1が接続されている。トランジスタＴＲ4のエミッタと共通ライン７との間に第２の電源コンデンサＣ3が接続され、トランジスタＴＲ4のコレクタベース間に抵抗Ｒ6が接続されている。電源コンデンサＣ2及びＣ3とトランジスタＴＲ4とツェナーダイオードＺＤ1と抵抗Ｒ6とにより電源回路１１が構成されている。

この電源回路においては、一次コイル１ａが正方向電圧Ｖpを誘起したときに整流素子Ｄ1及びＤ5を通して第１の電源コンデンサＣ2が図示の極性に充電される。第１の電源コンデンサＣ2の両端の電圧が第２の電源コンデンサＣ3の両端の電圧よりも高いときにトランジスタＴＲ4が導通してコンデンサＣ2の両端の電圧でコンデンサＣ3を充電する。コンデンサＣ2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が導通してトランジスタＴＲ4に与えられるベース電流を該トランジスタＴＲ4から側路するため、トランジスタＴＲ4がオフ状態になり、第２の電源コンデンサＣ3の両端の電圧を設定値に保つ。従って、第２の電源コンデンサＣ3の両端に一定の直流電圧Ｖccが得られる。この電圧は、マイクロプロセッサを備えた制御装置１２の電源端子に与えられている。

また一次コイル１ａの一端に整流素子Ｄ6のアノードが接続され、この整流素子のカソードに抵抗Ｒ7とコンデンサＣ4とを通してＮＰＮトランジスタＴＲ5のベースが接続されている。トランジスタＴＲ5のコレクタは制御装置１２の入力端子Ａ1に接続されるとともに、プルアップ抵抗Ｒ8を通して電源回路１１の出力端子に接続されている。

一次コイル１ａの誘起電圧がクランク角位置θsで負の半波から正の半波に移行すると、一次コイル１ａから整流素子Ｄ6と抵抗Ｒ7とコンデンサＣ4とを通してトランジスタＴＲ5にベース電流が流れる。これによりトランジスタＴＲ5がオン状態になり、そのコレクタの電位が低下する。その後コンデンサＣ4の充電が完了すると、トランジスタＴＲ5にベース電流が流れなくなるため、該トランジスタがオフ状態になり、そのコレクタの電位が上昇する。従って、トランジスタＴＲ5のコレクタには、図３（Ｂ）に示すように、一次コイル１ａの誘起電圧が負の半波から正の半波に移行する際の零クロス点θsで高レベルから低レベルに立下った後高レベルに復帰する波形の基準信号Ｖsoが得られ、この基準信号Ｖsoが制御装置１２に入力される。本実施形態では、一次コイル１ａの誘起電圧が負の半波から正の半波に移行する際の零クロス点θsを基準位置として用いる。この例では、トランジスタＴＲ5とコンデンサＣ4と抵抗Ｒ7と整流素子Ｄ6とにより、基準位置検出回路１３が構成されている。

制御装置１２は、所定のクランク角位置で高レベルの第１の駆動信号Ｖs1及び第２の駆動信号Ｖs2をそれぞれ出力する第１及び第２の駆動信号出力端子Ｂ1及びＢ2を有している。第１の駆動信号出力端子Ｂ1は、抵抗Ｒ9を通してトランジスタＴＲ1のベースに接続され、第１の駆動信号出力端子Ｂ1から高レベルの第１の駆動信号Ｖs1が出力されている間トランジスタＴＲ1がオン状態を保持するようになっている。また第２の駆動信号出力端子Ｂ2が抵抗Ｒ10を通してトランジスタＴＲ3のベースに接続されていて、第２の駆動信号出力端子Ｂ2から高レベルの第２の駆動信号Ｖs2が出力されている期間トランジスタＴＲ3がオン状態になり、このトランジスタＴＲ3がオン状態になっている期間トランジスタ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ようになっている。

制御装置１２は、マイクロプロセッサに所定のプログラムを実行させることにより、第１のスイッチ８（第１のトランジスタＴＲ1）及び第２のスイッチ９（第２のトランジスタＴＲ2）を制御する制御手段を構成する。この制御手段は、一次コイルが正方向電圧を発生する第１のクランク角位置（基準位置θs）で第１のスイッチ８をオン状態にし、エンジンの点火位置よりも位相が進み正方向電圧が発生するクランク角位置よりは位相が遅れたクランク角位置θbで第２のスイッチ９をオン状態にし、点火位置θiで第１のスイッチ８及び第２のスイッチ９をオフ状態にするように第１のスイッチ及び第２のスイッチを制御するように構成されている。

制御装置１２は、基準位置θsで基準信号Ｖsoが発生したときに実行する割込み処理において、基準信号発生回路１２が出力する基準信号Ｖsoの発生周期（クランク軸が１回転する時間）からエンジンの回転速度を演算する。この回転速度を演算する過程により回転速度演算手段が構成される。制御装置１２は、マイクロプロセッサが繰り返し実行するメインルーチンにおいて、この回転速度と必要に応じて考慮する他の制御条件とに対してエンジンの点火位置θiを演算する。この点火位置θiは、基準位置θsからの角度の形で演算される。この点火位置を演算する過程により点火位置演算手段が構成される。

制御装置１２はまた、基準信号Ｖsoが発生したときに実行する割込み処理において、高レベルの第１の駆動信号Ｖs1を出力してトランジスタＴＲ1（第１のスイッチ）をオン状態にするとともに、基準位置θsから既に演算されている点火位置θiまでの角度θ2の区間（図３Ｄ参照）をクランク軸が回転するのに要する時間を点火位置計時データとして、この点火位置計時データをその時の回転速度を用いて演算し、演算した点火位置計時データを点火タイマにセットしてその計測を開始させる。

更に制御装置１２は、基準信号Ｖsoが発生したときに実行する割込み処理において、基準位置θsから第２の駆動信号Ｖs2の発生位置（第２のクランク角位置）θbまでの角度θ3（図３Ｃ参照）をクランク軸が回転するのに要する時間を第２の駆動信号発生位置計時データとして演算して、この計時データの計測をタイマに開始させ、該タイマが第２の駆動信号発生位置計時データの計測を完了した時に（クランク角位置θbで）出力端子Ｂ2から高レベルの第２の駆動信号Ｖs2を出力して、トランジスタＴＲ3をオン状態にする。このようにしてトランジスタＴＲ3がオン状態になることにより、トランジスタＴＲ2にベース電流が流れ、該トランジスタＴＲ2（第２のスイッチ）がオン状態になる。トランジスタＴＲ2がオン状態になることにより点火コイルの一次コイル１ａに一次電流Ｉ1が流れる。

制御装置１２はまた、点火位置θiで、点火タイマがセットされた計時データの計測を終了したときに、第１の駆動信号Ｖs1及び第２の駆動信号Ｖs2の出力を停止させる。これによりトランジスタＴＲ1と、トランジスタＴＲ2及びＴＲ3とをオフ状態にして、点火コイルの一次電流を遮断し、点火コイルの二次コイルに点火用の高電圧を誘起させる。

上記のようにして第１の駆動信号Ｖs1及び第２の駆動信号Ｖs2を発生させる過程により、一次コイルが正方向電圧を発生する第１のクランク角位置（基準位置）θsで第１のスイッチ８をオン状態にし、エンジンの点火位置よりも位相が進み正方向電圧が発生するクランク角位置よりは位相が遅れた第２のクランク角位置θbで第２のスイッチ９をオン状態にし、点火位置θiで第１のスイッチ８及び第２のスイッチ９をオフ状態にするように第１のスイッチ及び第２のスイッチを制御する制御手段が構成される。

本実施形態において制御装置１２が発生する第１及び第２の駆動信号Ｖs1及びＶs2の波形をそれぞれ図３（Ｄ）及び（Ｃ）に示した。また点火コイルの一次電流Ｉ1の波形を図３（Ｅ）に示し、コンデンサＣ1の両端の電圧Ｖc1及び電源コンデンサＣ2の両端の電圧Ｖc2の波形をそれぞれ図３（Ｆ）及び（Ｇ）に示した。これらの図を用いて本実施形態に係わる点火装置の動作を説明すると下記の通りである。

点火コイルの一次コイル１ａが第１の負方向電圧Ｖn1を発生すると、一次コイル１ａ→抵抗Ｒ2→整流素子Ｄ4→抵抗Ｒ5→一次コイル１ａの経路で制限された一次電流Ｉ1が流れる。このように、一次コイル１ａに負方向電圧が誘起したときに制限された一次電流を流すようにしておくと、負方向電圧Ｖn1が昇圧されて点火コイルの二次コイルに高電圧が誘起するのを防ぐことができる。

基準位置（第１のクランク角位置）θsで一次コイル１ａが正方向電圧Ｖpを発生すると、制御装置１２が第１の駆動信号Ｖs1を発生するため、トランジスタＴＲ1がオン状態になる。またこの正方向電圧Ｖpで充電用整流素子Ｄ1及びＤ2を通してコンデンサＣ1が図示の極性に充電され、コンデンサＣ1の両端の電圧Ｖc1が図３（Ｆ）に示すように上昇する。正方向電圧Ｖpがピークに達すると、コンデンサＣ1の充電が止まる。次いでエンジンのクランク角位置が第２のクランク角位置θbに一致すると、制御装置１２が第２の駆動信号Ｖs2を発生するため、トランジスタＴＲ3がオン状態になり、トランジスタＴＲ2がオン状態になる。トランジスタＴＲ2がオン状態になると、コンデンサＣ1に蓄積された電荷がトランジスタＴＲ2と一次コイル１ａとトランジスタＴＲ1とを通して放電するため、点火コイルに一次電流Ｉ1が流れる。エンジンのクランク角位置が点火位置θiに一致すると、第１の駆動信号Ｖs1及び第２の駆動信号Ｖs2が消滅するため、トランジスタＴＲ1及びＴＲ2がオフ状態になり、一次電流が遮断される。これにより点火コイルの二次コイル１ｂに点火用の高電圧が誘起する。この高電圧はエンジンの気筒に取り付けられた点火プラグ６に印加されるため、該点火プラグで火花放電が生じ、エンジンが点火される。

上記の説明では、点火位置で第１のスイッチ８及び第２のスイッチ９の双方をオフ状態にするようにしたが、いずれか一方をオフ状態にすれば一次電流は遮断されるので、点火位置では、第１のスイッチ８及び第２のスイッチの一方のみをオフ状態にするようにしても良い。即ち、点火位置では、第１のスイッチ８及び第２のスイッチの少なくとも一方をオフ状態にするように制御装置を構成すればよい。

また上記の例では、一次コイルに正方向電圧Ｖpが発生するクランク角位置を第１のクランク角位置として、該第１のクランク角位置で第１のスイッチ８（トランジスタＴＲ1）をオン状態にするようにしているが、第１のスイッチ８をオン状態にするタイミングは、点火位置θiの直後のクランク角位置（点火動作が完了したクランク角位置）から正方向電圧Ｖpが発生するクランク角位置までの間の区間の任意の位置とすることができる。例えば、第１の負方向電圧Ｖn1が発生するクランク角位置を第１のクランク角位置（基準位置θs）としてもよい。

即ち、制御装置は、点火位置θiの直後のクランク角位置から一次コイル１ａが正方向電圧Ｖｐを発生するクランク角位置までの区間に設定された第１のクランク角位置で第１のスイッチ８をオン状態にし、エンジンの点火位置θiよりも位相が進み正方向電圧が発生するクランク角位置よりは位相が遅れた第２のクランク角位置で第２のスイッチ９をオン状態にし、点火位置θiで第１のスイッチ８及び第２のスイッチ９の少なくとも一方をオフ状態にするように第１のスイッチ８及び第２のスイッチ９を制御すればよい。

磁石発電機内に設けた点火コイルの一次コイルを電源として動作する従来の電流遮断形の点火装置においては、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、一次コイルが正方向電圧Ｖpを発生している区間しか一次電流Ｉ1を流すことができなかったため、一次コイルに第１負方向電圧Ｖn1が発生するクランク角位置と第２の負方向電圧Ｖn2が消滅するクランク角位置との間の角度θ1を３０°とした場合、点火位置の変化範囲はせいぜい５°ないし８°であり、図８に示すように、エンジンの回転速度に対する点火位置の進角範囲は５°ないし８°以下であった。

これに対し、本発明においては、点火コイル１の一次コイルに誘起する正方向電圧Ｖpにより充電されるコンデンサＣ1を点火コイルの一次側に設けて、このコンデンサから点火コイルに一次電流を流すようにしたので、一次電流を遮断する位置を点火コイルの一次コイルに正方向電圧Ｖpが誘起する区間に限定することなく、第２の負方向電圧Ｖn2が消滅するクランク角位置よりも更に遅れたクランク角位置まで遅らせることができる。そのため、点火位置の変化幅を従来よりも広げて、図４に示すように、広い進角幅αをとることができる。本発明による場合、進角幅αは、一次コイルに第１負方向電圧Ｖn1が発生するクランク角位置と第２の負方向電圧Ｖn2が消滅するクランク角位置との間の角度θ1（上記の例では３０°）よりも大きくすることが可能である。

上記の実施形態では、２つのトランジスタ（スイッチ）ＴＲ1とＴＲ2とにより一次電流制御用スイッチを構成したが、本発明においては、一次電流制御回路が、点火コイルの一次側に設けられたコンデンサと、一次コイルに誘起する正方向電圧によりコンデンサを一方の極性に充電するコンデンサ充電回路と、オンオフ制御が可能な一次電流制御用スイッチを備えて、該一次電流制御用スイッチがオン状態にあるときにコンデンサに蓄積された電荷を一次電流制御用スイッチと点火コイルの一次コイルとを通して放電させることにより点火コイルに一次電流を流す一次電流通電回路と、エンジンの点火位置よりも位相が進んだクランク角位置で一次電流制御用スイッチをオン状態にし、点火位置で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制御手段とを備えていればよく、いずれか一方のトランジスタ（スイッチ）のみにより一次電流制御用スイッチを構成することもできる。

例えば図５に示すように、トランジスタＴＲ2（スイッチ９）のみにより一次電流制御用スイッチを構成することもできる。図５に示した点火装置の構成は、図１に示された点火装置からトランジスタＴＲ1と、整流素子Ｄ2と、抵抗Ｒ1及びＲ2とを省略したものに相当する。この場合、制御装置１２は、トランジスタＴＲ3に与える駆動信号Ｖs2のみを出力する。図５に示した点火装置の各部の信号波形を図６（Ａ）ないし（Ｆ）に示した。

図５に示した点火装置においては、一次コイル１ａに負方向電圧Ｖn1が発生したときに一次コイル１ａ→整流素子Ｄ4→抵抗Ｒ5→一次コイル１ａの経路で制限された一次電流Ｉ1が流れる。一次コイル１ａに正方向電圧Ｖpが発生すると、充電用整流素子Ｄ1を通してコンデンサＣ1が充電される。制御装置１２は、基準位置θsから角度θ3離れたクランク角位置θbで高レベルの駆動信号Ｖs2をトランジスタＴＲ3に与える。これによりトランジスタＴＲ3がオン状態になるため、トランジスタＴＲ2がオン状態になり、コンデンサＣ1からトランジスタＴＲ2と整流素子Ｄ3とを通して点火コイルに一次電流Ｉ1が流れる。制御装置１２は点火位置θiで駆動信号Ｖs2を消滅させる。駆動信号Ｖs2が消滅するとトランジスタＴＲ3がオフ状態になり、これによりトランジスタＴＲ2がオフ状態になるため、点火コイルの一次電流Ｉ1が遮断され、点火コイルの二次コイル１ｂに点火用の高電圧が誘起する。

図５に示したように、一つのスイッチ９のみにより一次電流制御用スイッチを構成すると、一次電流制御回路の構成を簡単にすることができる。

本発明の第１の実施形態の構成を示した回路図である。同実施形態の点火装置の外観を示した構成図である。図１の点火装置の動作を説明するための波形図である。図１の点火位置により得られる進角特性を示したグラフである。本発明の第２の実施形態の構成を示した回路図である。図５の点火装置の動作を説明するための波形図である。従来装置の電流遮断式の点火装置の動作を説明するための波形図である。図７の点火装置により得られる進角特性を示したグラフである。

符号の説明

１点火コイル
２クランク軸
３磁石回転子
４固定子
６点火プラグ
８第１のスイッチ
９第２のスイッチ
１２制御装置
１３基準位置検出回路
Ｃ1 コンデンサ
ＴＲ1 第１のトランジスタ
ＴＲ2 第２のトランジスタ
ＴＲ3 トランジスタ
Ｄ1 整流素子
Ｄ2 整流素子

Claims

エンジンにより駆動される磁石発電機の固定子側に一次コイルが設けられて前記エンジンの回転に同期して正方向電圧と該正方向電圧の前後にそれぞれ発生する第１及び第２の負方向電圧とからなる交流電圧を前記一次コイルに前記エンジンの１回転当たり１回誘起する点火コイルと、前記点火コイルの一次コイルに流しておいた一次電流を前記エンジンの点火位置で遮断することにより前記点火コイルの二次コイルに点火用の高電圧を誘起させる電流遮断形の一次電流制御回路とを備えたエンジン用点火装置において、
前記一次電流制御回路は、
前記点火コイルの一次側に設けられたコンデンサと、
前記一次コイルに誘起する前記正方向電圧により前記コンデンサを一方の極性に充電するコンデンサ充電回路と、
オンオフ制御が可能な一次電流制御用スイッチを備えて、該一次電流制御用スイッチがオン状態にあるときに前記コンデンサに蓄積された電荷を前記一次電流制御用スイッチと前記点火コイルの一次コイルとを通して放電させることにより前記点火コイルに一次電流を流す一次電流通電回路と、
前記エンジンの点火位置よりも位相が進んだクランク角位置で前記一次電流制御用スイッチをオン状態にし、前記点火位置で前記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制御手段と、
を備えているエンジン用点火装置。
エンジンにより駆動される磁石発電機の固定子側に一次コイルが設けられて前記エンジンの回転に同期して、前記一次コイルの一端の電位を他端の電位よりも高くする正方向電圧と該正方向電圧の前後にそれぞれ発生する第１及び第２の負方向電圧とからなる交流電圧を前記一次コイルに前記エンジンの１回転当たり１回誘起する点火コイルと、前記点火コイルの一次コイルに流しておいた一次電流を前記エンジンの点火位置で遮断することにより前記点火コイルの二次コイルに点火用の高電圧を誘起させる電流遮断形の一次電流制御回路とを備えたエンジン用点火装置において、
前記一次電流制御回路は、
前記点火コイルの一次側に設けられたコンデンサと、
前記一次コイルの一端と前記コンデンサの一端との間に接続された第１の充電用整流素子と前記一次コイルの他端と前記コンデンサの他端との間に接続された第２の充電用整流素子とを有して前記一次コイルに誘起する前記正方向電圧で前記第１及び第２の充電用整流素子を通して前記コンデンサを一方の極性に充電するコンデンサ充電回路と、
前記一次コイルの他端と前記コンデンサの他端との間に設けられて前記一次コイルに対して直列に接続されたオンオフ制御が可能な第１のスイッチと、
前記コンデンサの一端と前記一次コイルの一端との間に設けられて、オン状態になったときに前記コンデンサの両端の電圧を前記一次コイルと第１のスイッチとの直列回路に印加するオンオフ制御が可能な第２のスイッチと、
前記一次コイルに負方向電圧が誘起したときに該負方向電圧が順方向に印加される向きの逆流阻止用整流素子と該逆流阻止用整流素子に対して直列に接続された電流制限素子とを備えて、前記一次コイルが負方向電圧を誘起しているときに、前記一次コイルに対して並列な通電路を形成する並列通電路形成回路と、
前記点火位置の直後のクランク角位置から前記一次コイルが正方向電圧を発生するクランク角位置までの区間に設定された第１のクランク角位置で前記第１のスイッチをオン状態にし、前記エンジンの点火位置よりも位相が進み前記正方向電圧が発生するクランク角位置よりは位相が遅れた第２のクランク角位置で前記第２のスイッチをオン状態にし、前記点火位置で前記第１のスイッチ及び第２のスイッチの少なくとも一方をオフ状態にするように前記第１のスイッチ及び第２のスイッチを制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とするエンジン用点火装置。
エンジンにより駆動される磁石発電機の固定子側に一次コイルが設けられて前記エンジンの回転に同期して、前記一次コイルの一端の電位を他端の電位よりも高くする正方向電圧と該正方向電圧の前後にそれぞれ発生する第１及び第２の負方向電圧とからなる交流電圧を前記一次コイルに前記エンジンの１回転当たり１回誘起する点火コイルと、前記点火コイルの一次コイルに流しておいた一次電流を前記エンジンの点火位置で遮断することにより前記点火コイルの二次コイルに点火用の高電圧を誘起させる電流遮断形の一次電流制御回路とを備えたエンジン用点火装置において、
前記一次電流制御回路は、
前記点火コイルの一次側に設けられたコンデンサと、
前記一次コイルの一端と前記コンデンサの一端との間に接続された第１の充電用整流素子と前記一次コイルの他端と前記コンデンサの他端との間に接続された第２の充電用整流素子とを有して前記一次コイルに誘起する前記正方向電圧で前記第１及び第２の充電用整流素子を通して前記コンデンサを一方の極性に充電するコンデンサ充電回路と、
前記一次コイルの他端にコレクタが接続され、前記コンデンサの負極側端子にエミッタが接続されて前記一次コイルに対して直列に接続された第１のトランジスタと、
前記コンデンサの正極性側の端子と前記一次コイルの一端との間に接続されて、オン状態になったときに前記コンデンサの両端の電圧を前記一次コイルと第１のトランジスタとの直列回路の両端に印加するように設けられた第２のトランジスタと、
前記一次コイルに負方向電圧が誘起したときに該負方向電圧が順方向に印加される向きの逆流阻止用整流素子と該逆流阻止用整流素子に対して直列に接続された電流制限素子とを有して前記一次コイルに対して並列な通電路を形成する並列通電路形成回路と、
前記点火位置の直後のクランク角位置から前記一次コイルが正方向電圧を発生するクランク角位置までの区間に設定された第１のクランク角位置で前記第１のトランジスタをオン状態にし、前記エンジンの点火位置よりも位相が進み前記正方向電圧が発生するクランク角位置よりは位相が遅れた第２のクランク角位置で前記第２のトランジスタをオン状態にし、前記点火位置で前記第１のトランジスタ及び第２のトランジスタの少なくとも一方をオフ状態にするように前記第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とするエンジン用点火装置。