JP2011236763A - コンデンサ放電式内燃機関用点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関停止用スイッチを通して侵入するサージにより誤動作を生じたり、回路素子が破損したりするおそれを生じさせることなく、必要時に機関を確実に停止させることができるコンデンサ放電式の内燃機関用点火装置を提供する。
【解決手段】機関の回転に同期して交流電圧を誘起するエキサイタコイル１の一方の極性の半サイクルの出力電圧により点火用コンデンサ３を充電し、このコンデンサに蓄積された電荷を点火コイル２の一次コイル２ａを通して放電させることにより点火用の高電圧を得るコンデンサ放電式の内燃機関用点火装置において、機関停止時にオフ状態にされる機関停止スイッチ１０を点火用コンデンサの充電回路に挿入し、エキサイタコイルの誘起電圧を一定値以下に制限する動作を行う定電圧回路２２をエキサイタコイルの両端に接続した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、機関に取り付けられた磁石発電機の出力で点火用コンデンサの充電を行う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。

この種の点火装置は、例えば図９に示されているように、内燃機関により駆動される磁石発電機内に設けられて、機関の回転に同期して交流電圧を誘起するエキサイタコイル１と、一次コイル２ａ及び二次コイル２ｂを有する点火コイル２と、点火コイルの一次側に設けられた点火用コンデンサ３と、エキサイタコイル１の一方の極性の半サイクルの誘起電圧でダイオード４と点火コイル２の１次コイルとを通して点火用コンデンサ３を図示の極性に充電する充電回路と、点火信号Ｖiが与えられた時にオン状態になって点火用コンデンサ３に蓄積された電荷を点火コイルの１次コイル２ａを通して放電させる点火用スイッチとしてのサイリスタ５と、機関の点火時期にサイリスタ５に点火信号Ｖiを与える点火制御部６とを備えている。点火コイル２の２次コイルには、機関の気筒に取り付けられた点火プラグ７が接続される。図９は、特許文献１に示されたコンデンサ放電式の点火装置の構成をほぼそのまま示している。この種の点火装置においては、点火制御部６を動作させるために直流電源を必要とするが、点火制御部６の電源電圧としては、バッテリの出力電圧を定電圧化して得た電圧を用いる場合と、エキサイタコイルの出力を利用して得た直流定電圧を用いる場合とがある。

図９に示したようなコンデンサ放電式の点火装置においては、機関の点火時期よりも前のタイミングでエキサイタコイル１の一方の極性の半サイクルの出力電圧で点火用コンデンサ３を充電した後、機関の点火時期にサイリスタ（点火用スイッチ）５をオン状態にして点火用コンデンサ３の電荷を点火コイルの一次コイル２ａを通して放電させる。点火用コンデンサの電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させると、点火コイルの一次コイル２ａに高い電圧が誘起し、この電圧が点火コイルの１次、２次間の昇圧比で更に昇圧されることにより、点火コイルの二次コイル２ｂに点火用の高電圧が誘起する。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７に印加されるため、点火プラグ７で火花放電が生じて機関が点火される。

コンデンサ放電式の点火装置により点火される内燃機関を停止するためには、点火装置の動作を停止させる必要がある。バッテリを電源として点火制御部を動作させる点火装置においては、キースイッチが設けられるため、キースイッチを開くことにより点火動作を停止させることができる。しかしながら、バッテリを用いずに、エキサイタコイルの出力を整流して得た直流電圧を点火制御部の電源電圧とする場合（バッテリレスの構成を有する場合）には、キースイッチが設けられないため、点火動作を停止するために何らかの工夫をする必要がある。バッテリレスのコンデンサ放電式点火装置の点火動作を停止させる方法としては、機関の運転中オフ状態に保たれ、機関の停止時にオン状態にされる短絡停止型の機関停止スイッチを用いて、この機関停止スイッチにより点火装置の構成要素の一部を短絡することにより点火動作を停止させる方法と、機関の運転中オン状態に保持され、機関の停止時にオフ状態にされる開放停止型の機関停止スイッチを点火装置を構成する回路に挿入しておいて、この機関停止スイッチにより点火装置の回路の一部を切り離すことにより、点火動作を停止させる方法とが知られている。

通常、機関停止スイッチは、固定接点及び可動接点等のスイッチの構成要素を絶縁樹脂製のケース内に収容して、押しボタンやノブ等の操作部を外部から操作可能な状態で絶縁ケースに取り付けた構造を有し、そのケースが、機関を駆動源とする装置の操作しやすい箇所に取り付けられる。機関停止スイッチのケースは外部に露呈されているため、大気が乾燥している状態で機関停止スイッチが風にさらされたり、作業者の衣服がスイッチのケースをこすったりすると、スイッチのケースに静電気が帯電して、機関停止スイッチの接点を通して点火装置内にサージ電流が侵入することがある。

短絡停止型の機関停止スイッチを用いた場合には、機関の運転中、機関停止スイッチがオフ状態に保持されるため、機関停止スイッチのケースが帯電したときに、当該スイッチの接点を通して点火装置内にサージ電流が侵入することがあり、このサージ電流により点火制御部が誤動作をして点火装置が異常な動作をしたり、エキサイタコイル１の電位が上昇して絶縁破壊が生じたりするおそれがある。

上記のような問題が生じるのを防ぐため、特許文献１に示されたコンデンサ放電式の点火装置においては、図９に示されているように、点火用スイッチを構成するサイリスタ５のゲートに点火信号を与える点火制御部６とは別に、エキサイタコイル１から抵抗８とダイオオード９とを通してサイリスタ５のゲートにトリガ信号を与える回路を設けるとともに、ダイオード９のアノードとアース間に開放停止型の機関停止スイッチ１０を接続する構成をとっている。機関停止スイッチ１０がオフ状態にあるときに、サージが侵入するのを防ぐため、機関停止スイッチ１０の両端には、サージ吸収素子１１が接続されている。

特許文献１に示された点火装置では、機関の運転中機関停止スイッチ１０をオン状態に保つことにより、エキサイタコイル１側から抵抗８とダイオード９とを通してサイリスタ５にトリガ信号が与えられるのを阻止する。これにより、点火制御部６から出力される点火信号Ｖiのみをサイリスタ５に与えて機関の点火動作を支障なく行わせる。機関を停止する際には、機関停止スイッチ１０をオフ状態にすることにより、エキエキサイタコイル１からサイリスタ５にトリガ信号を与えるようにする。この状態では、エキサイタコイルが点火用コンデンサ３を充電する極性の電圧を発生すると同時にサイリスタ５がオン状態になってエキサイタコイルの出力を短絡するため、点火用コンデンサ３の充電が行われなくなり、点火動作が停止する。このように構成すると、機関の運転中に機関停止スイッチ１０の接点を通してサージ電流が侵入したときに、そのサージ電流をオン状態にある機関停止スイッチ１０を通してアースに逃がすことができるため、点火制御部６にサージ電流が侵入したり、エキサイタコイル１にサージ電流が侵入したりするのを防ぐことができる。

特許文献１に示された点火装置のように、サイリスタのトリガ回路に機関停止スイッチ１０を接続する構成をとる場合には、機関停止スイッチ１０のオフ時に機関停止スイッチ１０を通してサージが侵入すると、サイリスタ５のゲート回路や点火制御部６にサージが侵入して、サイリスタ５や点火制御部６が破損するおそれがあるため、機関停止スイッチ１０をオフ状態にした際に侵入する可能性があるサージに対して対策を講じておく必要がある。そのため、特許文献１に示された点火装置においては、機関停止スイッチ１０の両端にサージ吸収素子１１を接続して、機関停止スイッチ１０のオフ時に侵入するサージをサージ吸収素子１１により吸収するようにしている。

特開２００８−７５５０２号公報（図２）

上記のように、特許文献１に示された点火装置においては、機関停止スイッチ１０がオフ状態にされたときに、機関停止スイッチ１０を通してサイリスタ５のゲートや点火制御部６にサージが侵入するのを防ぐために、機関停止スイッチ１０の両端にサージ吸収素子１１を接続する必要がある。しかしながら、機関停止スイッチ１０の両端にサージ吸収素子１１を接続した場合には、サージ吸収素子１１が短絡破損（短絡状態になる破損）を起したときに機関停止スイッチ１０に対して並列に電流通路が形成されるため、機関停止スイッチ１０が機能しなくなって機関を停止させることができなくなるという問題が生じる。

本発明の目的は、機関停止スイッチを通して侵入するサージにより誤動作が生じたり、回路素子が破損したりするおそれを生じさせることなく、機関運転時の正常な点火動作を保証しつつ、必要時には確実に機関を停止させることができるようにした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、内燃機関の回転に同期して交流電圧を誘起するエキサイタコイルと、点火コイルと、点火コイルの一次側に設けられた点火用コンデンサと、エキサイタコイルの一方の極性の半サイクルの誘起電圧で点火用コンデンサを充電する充電回路と、内燃機関の点火時期にオン状態にされて点火用コンデンサに蓄積された電荷を点火コイルの１次コイルを通して放電させる点火用スイッチ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、充電回路の途中に挿入されてオン状態にあるときにエキサイタコイルから点火用コンデンサに充電電流が流れるのを許容し、オフ状態にされたときにエキサイタコイルから点火用コンデンサに流れる充電電流を遮断する機関停止スイッチと、予め設定された一定の電圧値を制御値として、エキサイタコイルに誘起する前記一方の極性の電圧を制御値以下に制限する制御を行う定電圧回路とを設けた。

点火用コンデンサの充電電圧が不足すると、点火コイルの二次コイルに誘起する点火用高電圧が低くなり、所期の点火性能を得ることができなくなる。したがって当然のことながら、上記電圧の制御値は、点火動作に支障を来さない範囲の値で、かつ点火装置を構成する回路素子の内、エキサイタコイルの一方の極性の誘起電圧が印加される素子に過大な負担を与えることがない値に設定する。通常点火用コンデンサの充電に必要とされる電圧は２００〜２００数十ボルトである。

上記のように構成すると、機関を運転する際には機関停止スイッチをオン状態に保持することにより点火用コンデンサを充電することができるため、点火動作を支障なく行わせることができる。また機関停止スイッチをオフ状態にすることにより、点火用コンデンサが充電されるのを阻止することができるため、点火動作を停止させて機関を直ちに停止させることができる。

上記のように、エキサイタコイルの出力で点火用コンデンサに充電電流を流す回路に機関停止スイッチを挿入する場合には、機関停止スイッチがオフ状態にされたときに静電気等により機関停止スイッチを通してサージ電流が侵入したとしても、点火用スイッチの制御端子や点火制御部にサージが侵入するおそれがないため、機関停止スイッチに対して並列にサージ吸収素子を接続したおく必要がない。したがって、サージ吸収素子の破損により機関停止スイッチが短絡された状態になって機関を停止させることができなくなる事態が生じるのを防ぐことができ、信頼性を向上させることができる。

上記のように、エキサイタコイルの出力で点火用コンデンサを充電する回路に機関停止スイッチを挿入した場合、エキサイタコイルから点火用コンデンサに充電電流が流れている状態で機関停止スイッチがオフ状態にされると、それまで流れていた充電電流を流し続けようとする極性の高い電圧がエキサイタコイルに誘起し、この高電圧が機関停止スイッチに印加されるため、機関停止スイッチとして耐電圧が高い高価なものを用いる必要があり、コストが高くなるのを避けられない。また機関停止スイッチが開いた際にエキサイタコイルに誘起する高電圧により、機関停止スイッチの接点間にアークが生じると、充電回路や点火用スイッチにも高電圧が印加されるため、これらの構成要素が破損するおそれもある。

このような問題が生じるのを防ぐため、本発明では、エキサイタコイルに誘起する一方の極性の電圧（点火用コンデンサを充電するために用いる電圧）を一定の制御値以下に制限する制御を行う定電圧回路を設けている。このような定電圧回路を設けておくと、機関停止スイッチをオフ状態にした際にエキサイタコイルに高電圧が誘起するのを防ぐことができ、機関停止スイッチが破損したり、点火装置の構成要素が破損したりするのを防ぐことができる。

本発明の好ましい態様では、エキサイタコイルの一端が、アノードを接地側に向けた電流帰還用ダイオードを通して接地され、充電回路は、エキサイタコイルの一方の極性の半サイクルの誘起電圧をエキサイタコイルの他端側にアノードを向けた整流用ダイオードを通して点火用コンデンサに印加して点火用コンデンサを充電するように構成される。この場合、機関停止スイッチは、エキサイタコイルの他端と整流用ダイオードのアノードとの間に挿入するのが好ましい。

上記定電圧回路は、エキサイタコイルの両端の電圧を検出する電圧検出回路と、エキサイタコイルに対して並列に接続されてエキサイタコイルが前記一方の極性の誘起電圧を発生している状態でトリガ信号が与えられたときにオン状態になって、エキサイタコイルが前記一方の極性の誘起電圧を発生している間オン状態を保持するエキサイタ短絡用スイッチと、電圧検出回路により検出された電圧が前記制御値に達したときにエキサイタ短絡用スイッチにトリガ信号を与えるエキサイタ短絡用スイッチトリガ回路とを備えた構成とすることができる。

本発明によれば、エキサイタコイルの出力で点火用コンデンサに充電電流を流す回路に機関停止スイッチを挿入して、機関停止スイッチがオフ状態にあるときに静電気等により機関停止スイッチを通してサージ電流が侵入したとしても、点火用スイッチの制御端子や点火制御部にサージが侵入するおそれがないようにしたので、機関停止スイッチに対して並列にサージ吸収素子を接続しておく必要がない。したがって、サージ吸収素子の破損により機関停止スイッチが短絡された状態になって機関を停止させることができなくなる事態が生じるのを防ぐことができ、信頼性を向上させることができる。

また本発明においては、エキサイタコイルに誘起する一方の極性の電圧を一定の制御値以下に制限する制御を行う定電圧回路を設けたので、機関停止スイッチをオフ状態にした際にエキサイタコイルに高電圧が誘起するのを防ぐことができ、機関停止スイッチが破損したり、充電回路の構成要素が破損したりするといった問題を生じさせることなく、必要なときに機関を確実に停止させることができる点火装置を得ることができる。

本発明に係わるコンデンサ放電式内燃機関用点火装置の一実施形態の構成を概略的に示したブロック図である。 図１に示したコンデンサ放電式内燃機関用点火装置の具体的な構成の一例を示した回路図である。 図１及び図２の実施形態で用いる磁石発電機の構成を概略的に示した正面図である。 図３に示した磁石発電機内に設けられたエキサイタコイルから得られる交流電圧の無負荷時の波形を示した波形図である。 図２に示した点火装置のエキサイタコイルの一方の極性の半サイクルの出力電圧の動作時の波形を模式的に示した波形図である。 図２に示した点火装置の点火用コンデンサの両端の電圧波形を模式的に示した波形図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は図２に示した点火装置の波形整形回路の動作を説明するための波形図である。 本発明に係わる点火装置の他の実施形態の構成を示した回路図である。 従来の点火装置の構成を示した回路図である。

以下図面を参照して、本発明の実施形態につき詳細に説明する。図１は本発明に係わる点火装置の一実施形態の単気筒当たりの構成を概略的に示したものである。同図において、１は内燃機関により駆動される磁石発電機内に設けられた発電コイルからなるエキサイタコイル、２は一次コイル２ａ及び二次コイル２ｂを有する点火コイル、３は点火コイル２の一次側に設けられた点火用コンデンサである。また４は、エキサイタコイル１の一方の極性の半サイクルの電圧を点火用コンデンサ３に供給する整流用ダイオード、５は点火信号Ｖiが与えられたときにオン状態になって点火用コンデンサ３の電荷を点火コイル２の一次コイル２ａを通して放電させる点火用スイッチとしてのサイリスタ、６は内燃機関の点火時期にサイリスタ５のゲートに点火信号Ｖiを与える点火制御部、７は図示しない機関の気筒に取り付けられて、点火コイル２の二次コイル２ｂに接続された点火プラグである。

本実施形態で用いる磁石発電機は、図３に示したように、カップ状または円板状に形成された鉄製のフライホイール１００の外周に設けた凹部１０１内に永久磁石１０２を取り付けて、永久磁石１０２をフライホイール１００の径方向に着磁した構成を有する磁石回転子１０３と、磁石回転子１０３の磁極にギャップを介して対向する磁極部１０５ａ，１０５ｂを有する鉄心１０５にエキサイタコイル１を巻回した固定子１０６とからなっている。磁石回転子１０３は、フライホイール１００の軸心部に設けられたボス部１００ａを図示しない内燃機関のクランク軸に嵌合させて該クランク軸に固定することにより、機関に取り付けられる。また固定子１０６は、鉄心１０５を機関のケースやカバーなどに設けられた固定子取付部に固定することにより内燃機関に取り付けられる。

この磁石発電機においては、永久磁石１０２の外周側の磁極（図示の例ではＮ極）と、凹部１０１の周方向の両端にそれぞれ隣接する領域に導出された２つの磁極（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。図示のエキサイタコイル１には、クランク軸が回転する間に、図４に示したように、１山の正極性の半サイクルの電圧（以下正極性電圧という。）Ｖ1と、この正極性の半サイクルの電圧Ｖ1の前後にそれぞれ発生する第１及び第２の負極性の半サイクルの電圧（以下第１及び第２の負極性電圧という。）Ｖ21及びＶ22とからなる交流電圧が誘起する。本実施形態では、これらの電圧のうち、正極性電圧（一方の極性の半サイクルの電圧）Ｖ1を点火用コンデンサを充電するために用い、第１及び第２の負極性電圧（他方の極性の半サイクルの電圧）Ｖ21及びＶ22を、機関の回転速度情報やクランク角情報を得るための信号電圧として用いる。

図１に示した点火装置においては、点火コイル２の一次コイル２ａ及び二次コイル２ｂの一端が接地され、二次コイル２ｂの非接地側の端子が点火プラグ７の非接地側端子に接続されている。また一次コイル２ａの非接地側の端子に点火用コンデンサ３の一端が接続され、コンデンサ３の他端がダイオード４のカソードに接続されている。エキサイタコイルに誘起する負極性電圧Ｖ21及びＶ22を点火制御を行う際に必要な機関の回転情報を得るための信号電圧として用いることを可能にするため、エキサイタコイル１の一端と接地間及びエキサイタコイル１の他端と接地間に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２０及び２１が接続され、エキサイタコイル１の他端と整流用ダイオード４のアノードとの間に機関停止スイッチ１０が挿入されている。

機関停止スイッチ１０は、機関を運転する際にオン状態に保持され、機関を停止する際に運転者により操作されてオフ状態にされるスイッチであり、オン状態にあるときにエキサイタコイル１から点火用コンデンサ３に充電電流が流れるのを許容し、オフ状態にされたときにエキサイタコイル１から点火用コンデンサ３に充電電流が流れるのを阻止するスイッチである。本発明において、機関停止スイッチ１０として用いるスイッチの形式は特に限定しないが、機関が停止した後も機関停止スイッチ１０がオフ状態になったままの状態に保持されるのを防ぐためには、モメンタリー型の押ボタンスイッチやロッカースイッチのように、操作部に力を加えている間だけオフ状態になり、操作部に加えていた力を除去したときにオン状態に復帰する形式のスイッチを機関停止スイッチ１０として用いるのが好ましい。

本実施形態ではまた、エキサイタコイル１の他端と接地間に定電圧回路２２が接続されている。この定電圧回路は、予め設定された一定の電圧値を制御値として、エキサイタコイル１に誘起する一方の極性の電圧（正極性電圧）Ｖ1を制御値以下に制限する制御を行う回路である。定電圧回路２２は、例えば、エキサイタコイル１の両端の電圧を検出する電圧検出回路と、エキサイタコイル１に対して並列に接続されてエキサイタコイル１が一方の極性の誘起電圧Ｖ1を発生している状態でトリガ信号が与えられたときにオン状態になって、エキサイタコイル１が一方の極性の誘起電圧を発生している間そのオン状態を保持するエキサイタ短絡用スイッチと、電圧検出回路により検出された電圧が制御値に達したときにエキサイタ短絡用スイッチにトリガ信号を与えるエキサイタ短絡用スイッチトリガ回路とにより構成することができる。定電圧回路２２をこのように構成した場合、エキサイタコイルに誘起する一方の極性の半サイクルの電圧は、制御値まで立ち上がったところで零レベルまで立ち下がり、以後一方の極性の半サイクルの期間が終了するまで零レベルの状態を維持する波形を示す。

図１に示した点火装置ではまた、エキサイタコイル１の一端が波形整形回路２３の入力端子と電源回路２４の入力端子とに接続されている。波形整形回路２３は、エキサイタコイル１が発生する第１及び第２の負極性電圧Ｖ21及びＶ22（図４参照）を点火制御部６を構成するマイクロプロセッサが認識し得る波形の第１の信号Ｓ21及び第２の信号Ｓ22に変換して、これらの信号Ｓ21及びＳ22を点火制御部６に与える。

本実施形態のように、エキサイタコイル１が発生する正極性電圧Ｖ1を点火用コンデンサの充電用電圧として用い、負極性電圧を点火時期の制御に用いる信号電圧として用いる場合には、点火時期の制御を行うのに適したクランク角位置でエキサイタコイル１が正極性電圧Ｖ1と負極性電圧Ｖ21及びＶ22とを発生するように、磁石発電機の回転子１０３と固定子１０５との位置関係が設定される。

本発明において、エキサイタコイルが正極性電圧Ｖ1及び負極性電圧Ｖ21，Ｖ22を発生するクランク角位置をどのように設定するかは任意であるが、本実施形態では、機関のピストンが上死点に達するクランク角位置（上死点位置という。）よりも十分に進角した位置で第１の負極性電圧Ｖ21が発生し、上死点位置付近に設定されたクランク角位置（一般には機関の始動時の点火位置として適したクランク角位置）で第２の負極性電圧Ｖ22を発生するように、磁石発電機の回転子１０３と固定子１０５との位置関係が設定されているものとし、負極性電圧Ｖ21が発生するクランク角位置を、点火時期の計測を開始する基準クランク角位置として用いるものとする。

電源回路２４は、エキサイタコイル１が発生する第１及び第２の負極性電圧を一定のレベルを有する直流電圧Ｖccに変換して、この直流電圧を点火制御部６を構成するマイクロプロセッサの電源端子や波形整形回路２３の電源端子に電源電圧として与える回路である。電源回路２４は例えば、エキサイタコイル１が発生する第１及び第２の負極性電圧により充電される電源コンデンサと、この電源コンデンサの両端の電圧Ｖccを一定に保つように電源コンデンサの充電を制御する回路とにより構成することができる。エキサイタコイル１から電源回路２４に流入して電源コンデンサを充電する電流は、ダイオード２１を通してエキサイタコイル１に帰還する。電源回路２４としては、バッテリレスのコンデンサ放電式点火装置に従来から用いられている周知の構成を有するものを用いることができる。

本実施形態では、エキサイタコイル１−機関停止スイッチ１０−ダイオード４−点火用コンデンサ３−点火コイルの一次コイル２ａ−ダイオード２０−エキサイタコイル１の閉回路により、エキサイタコイル１の一方の極性の半サイクルの誘起電圧で点火用コンデンサ３を一方の極性に充電する充電回路が構成されている。また本実施形態では、点火用スイッチを構成するサイリスタ５に対して並列に、該サイリスタ５と逆方向のダイオード２５が接続されている。このダイオード２５は、点火時に点火用コンデンサ３の放電の持続時間を延ばして、火花の持続時間を長くするために設けられている。

点火制御部６は、例えば、波形整形回路から得られる第１及び第２の信号Ｓ21及びＳ22の発生間隔から機関の回転速度を演算する回転速度演算手段と、演算された回転速度における点火時期を決定する点火時期決定手段と、決定された点火時期を検出するために、第１の信号Ｓ21が発生した時刻から点火時期までの間に点火タイマに計測させる時間を演算する点火タイマ計測時間演算手段と、点火タイマが演算された計測時間の計測を完了した時にサイリスタ５に点火信号を与える点火信号Ｖiを発生する点火信号発生手段とを備えていて、機関の各回転速度において最適の点火時期に機関を点火するべく、サイリスタ５に点火信号を与える時期を制御する。上記の各部により、バッテリレスのコンデンサ放電式内燃機関用点火装置が構成されている。

図１に示した点火装置においては、機関を運転する際に機関停止スイッチ１０がオン状態に保持される。この状態でエキサイタコイル１が正極性電圧Ｖ1を発生すると、エキサイタコイル１から機関停止スイッチ１０と、ダイオード４と、点火用コンデンサ３と、点火コイルの一次コイル２ａと、ダイオード２０とを通して充電電流が流れて、点火用コンデンサ３が図示の極性に充電される。本実施形態においては、エキサイタコイル１が出力する正極性電圧を予め定めた一定の制御値以下に制限する定電圧回路２２が設けられているため、点火用コンデンサ３は毎回一定の電圧値まで充電される。点火制御部６が、機関の点火時期を検出したときにサイリスタ５に点火信号を与えると、サイリスタ５がオン状態になるため、点火用コンデンサ３に蓄積された電荷がサイリスタ５と点火コイル２の一次コイル２ａとを通して放電し、点火コイルの二次コイル２ｂに点火用高電圧が誘起する。この高電圧は点火プラグ７に印加されるため、点火プラグ７で火花放電が生じ、機関が点火される。

定電圧回路２２の制御値は、点火コイル２の二次コイルに誘起する点火用高電圧の波高値を、点火プラグで火花放電を生じさせるために必要な最低値以上とするために必要とされる点火用コンデンサ３の充電電圧値の下限値よりも高く、かつ機関停止スイッチ１０やサイリスタ５等、エキサイタコイル１の正極性電圧が印加される素子（機関停止スイッチ１０、サイリスタ５、ダイオード４，２１及び２５）の耐電圧値以下の値（通常は２００〜２００数十ボルトの範囲の適当な値）に設定する。

機関を停止する際には、機関停止スイッチ１０をオフ状態にする。機関停止スイッチ１０をオフ状態にすると、点火用コンデンサ３の充電が行われなくなるため、点火動作が行われなくなり、機関は直ちに停止する。

上記のように、本実施形態の点火装置においては、機関を運転する際に機関停止スイッチ１０をオン状態に保持することにより点火用コンデンサを充電することができるため、点火動作を支障なく行わせることができる。また機関停止スイッチ１０をオフ状態にすることにより、点火用コンデンサが充電されるのを阻止することができるため、点火動作を停止させて機関を停止させることができる。

上記のように、点火用コンデンサの充電回路に機関停止スイッチ１０を挿入する構成をとる場合には、機関停止スイッチ１０がオフ状態にされたときに静電気等により機関停止スイッチを通してサージ電流が侵入したとしても、サイリスタ５のゲート（点火用スイッチの制御端子）や点火制御部６にサージが侵入するおそれがないため、機関停止スイッチ１０に対して並列にサージ吸収素子を接続したおく必要がない。したがって、サージ吸収素子の短絡破壊により機関停止スイッチ１０が短絡された状態になって機関を停止させることができなくなる事態が生じるのを防ぐことができ、信頼性を向上させることができる。

エキサイタコイル１から点火用コンデンサ３に充電電流が流れている状態で機関停止スイッチ１０がオフ状態にされた場合には、それまで流れていた充電電流を流し続けようとする極性の高い電圧がエキサイタコイル１に誘起しようとするが、本実施形態では、定電圧回路２２がエキサイタコイルの正極性の誘起電圧を一定値以下に制限する働きをするため、機関停止スイッチ１０をオフ状態にした際にエキサイタコイル１に過大な電圧が誘起するのを防ぐことができる。したがって、機関停止スイッチ１０がオフ状態にされたときにエキサイタコイル１に過電圧が誘起して、充電回路の構成要素やサイリスタ５が破損したり、これらの素子として高い耐電圧性能を有する高価な素子を用いることが必要とされる等の問題を生じさせることなく、必要な時に機関を確実に停止させることができるコンデンサ放電式の内燃機関用点火装置を得ることができる。

図２を参照すると、図１に示された点火装置の定電圧回路２２と、波形整形回路２３の具体的構成の一例が示されている。図２に示された定電圧回路２２は、エキサイタコイル１の他端（点火用コンデンサ側の端子）と接地間に接続された抵抗器Ｒ1及びＲ2の直列回路からなる分圧回路と、同じくエキサイタコイル１の他端と接地間にカソードを接地側に向けて接続されたサイリスタＴh1と、抵抗器Ｒ1とＲ2との接続点とサイリスタＴh1のゲートとの間に、アノードをサイリスタＴh1のゲート側に向けて接続されたツェナーダイオードＺＤ1とにより構成されている。

本実施形態では、抵抗器Ｒ1とＲ2との直列回路からなる分圧回路により、エキサイタコイル１の両端の電圧を検出する電圧検出回路が構成され、サイリスタＴh1により、エキサイタコイルに対して並列に接続されてエキサイタコイル１が一方の極性（本実施形態では正極性）の誘起電圧を発生している状態でトリガ信号が与えられたときにオン状態になって、エキサイタコイルが一方の極性の誘起電圧を発生している間オン状態を保持するエキサイタ短絡用スイッチが構成されている。またツェナーダイオードＺＤ1により、電圧検出回路により検出された電圧が制御値に達したときにエキサイタ短絡用スイッチにトリガ信号を与えるエキサイタ短絡用スイッチトリガ回路が構成されている。

本実施形態の定電圧回路２２においては、エキサイタコイル１に誘起する正極性電圧Ｖ1が、抵抗器Ｒ1とＲ2とからなる分圧回路(電圧検出回路）の分圧比とツェナーダイオードＺＤ1のツェナー電圧とにより決まる一定の制御値Ｖsを超えたときに、ツェナーダイオードＺＤ1がオン状態になってサイリスタＴh1にトリガ信号が与えられる。これによりサイリスタＴh1がオン状態になって、正極性電圧が発生する半サイクルの残りの期間エキサイタコイル１を短絡するため、エキサイタコイル１が誘起する正極性電圧Ｖ1は一定の制御値Ｖs以下に制限される。

図５は、定電圧回路２２の制御動作によりエキサイタコイル１に誘起する正極性電圧Ｖ1が制御値Ｖs以下に制限される様子を示している。図５に示した例では、定電圧回路２２が設けられていない場合に、同図に破線で示したように、エキサイタコイル１に誘起する正極性電圧Ｖ1が制御値Ｖsよりも高いピーク値Ｖpまで上昇するが、定電圧回路２２が設けられている場合には、制御値Ｖs以下に制限される。図６は、このエキサイタコイル１の正極性電圧Ｖ1により充電される点火用コンデンサ３の両端の電圧Ｖcを示している。点火用コンデンサ３の両端の電圧は、エキサイタコイル１の正極性電圧の上昇に伴って制御値Ｖsまで上昇した後、点火時期ｔ1まで制御値Ｖsに等しい値を保つ。点火時期にサイリスタＴhiに点火信号が与えられると、サイリスタＴhiがオン状態になって点火用コンデンサ３の電荷を点火コイルの１次コイルとを通して放電させるため、点火用コンデンサ３の両端の電圧Ｖcは点火時期ｔ1に零に立ち下がる。点火用コンデンサ３の両端の電圧の点火時期以降の波形は、実際には振動波形を示すが、図５においては、その詳細な図示を省略している。

図２に示した波形整形回路２３は、アノードがエキサイタコイル１の一端に接続されたダイオードＤaと、ダイオードＤaのカソードに一端が接続された抵抗器ＲaとコンデンサＣaとの並列回路と、抵抗器ＲaとコンデンサＣaとの並列回路の他端に抵抗器Ｒbを通してベースが接続され、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＴＲaと、トランジスタＴＲaのコレクタと電源回路２４の出力端子との間に接続された抵抗器Ｒcとにより構成され、トランジスタＴＲaのコレクタエミッタ間に得られる信号電圧が点火制御部６に入力されている。

図２に示された波形整形回路２３においては、エキサイタコイル１が発生する第１及び第２の負極性電圧Ｖ21及びＶ22によりコンデンサＣaが抵抗器ＲbとトランジスタＴＲaのベースエミッタ間とを通して充電され、コンデンサＣaに蓄積された電荷は、抵抗器Ｒaを通して一定の時定数で放電していく。したがって、コンデンサＣaの両端には、図７（Ａ）に波線で示したように、負極性電圧Ｖ21が立ち上がる毎に所定レベルまで立ち上がった後一定の傾きで低下していく波形を示すしきい値電圧Ｖaが得られる。トランジスタＴＲaは、負極性電圧Ｖ21及びＶ22がしきい値電圧Ｖaを超えている期間のみベース電流が流れてオン状態になるため、トランジスタＴＲaのコレクタエミッタ間には、図７（Ｂ）に示すように、負極性電圧Ｖ21及びＶ22がそれぞれしきい値電圧Ｖaを超えている期間の間だけ零レベルを示す信号電圧が得られる。点火制御部６を構成するマイクロプロセッサは、負極性電圧Ｖ21がしきい値電圧Ｖaを超えた時に発生する信号電圧の立ち下がりを第１の信号Ｓ21として認識し、負極性電圧Ｖ22が電圧Ｖaを超えた時に発生する信号電圧の立ち下がりを第２の信号Ｓ22として認識する。

本実施形態では、上死点位置に対して十分に進角したクランク角位置で第１の信号Ｓ21が発生し、上死点位置付近に設定されたクランク角位置で第２の信号Ｓ22が発生する。点火制御部６は、第１の信号Ｓ21が発生する時刻ｔaから第２の信号Ｓ22が発生する時刻ｔbまでの時間から機関の回転速度を演算し、演算された回転速度に対して機関の点火時期を演算する。点火時期制御部はまた、第１の信号Ｓ21が発生した時に、既に演算されている点火時期（１回転前に演算された点火時期）を検出するために点火タイマに計測させる時間を演算して、演算した時間を点火タイマにセットしてその計測を開始させ、点火タイマがセットされた時間の計測を完了したときにサイリスタ５に点火信号を与える。

上記の実施形態では、エキサイタコイル１が発生する負極性電圧を、機関の回転速度やクランク角位置の情報を得るための信号として用いるとしたが、機関の回転速度情報やクランク角位置情報を得るための信号を発生する信号発生器を別個に設ける場合にも本発明を適用することができる。

図８は、エキサイタコイルの他に機関の回転情報を含む信号を発生する信号発生器を設ける場合の実施形態を示している。本実施形態においては、エキサイタコイル１を設ける磁石発電機の他に、予め設定されたクランク角位置でパルス信号を発生する信号発生器３０が設けられ、信号発生器３０の出力が波形整形回路２３を通して点火制御部６に与えられている。信号発生器３０は、機関のピストンの上死点位置よりも十分に進角した位置で第１のパルス信号を発生し、上死点位置付近に設定されたクランク角位置で第２のパルス信号を発生する。波形整形回路２４は信号発生器３０が発生する第１及び第２のパルス信号をマイクロプロセッサが認識し得る信号に変換して点火制御部６に与える。その他の構成は図１に示した実施形態と同様である。

上記の実施形態では、図３に示したように、回転子が３極の磁石界磁を有する磁石発電機にエキサイタコイルを設けるとしたが、図８に示すようにエキサイタコイルと別個に信号発生器３０を設ける場合には、任意の極数の磁石界磁を有する回転子を備えた磁石発電機内にエキサイタコイルを設けることができる。

上記の各実施形態では、マイクロプロセッサを備えた点火制御部６により点火時期を制御するとしたが、マイクロプロセッサを用いないで機関の点火時期を決定する点火信号をサイリスタ５に与える構成をとる場合にも本発明を適用することができるのはもちろんである。

上記の各実施形態では、エキサイタコイル１の他端と整流用ダイオード４のアノードとの間に機関停止スイッチ１０を挿入したが、機関停止スイッチ１０はエキサイタコイル１の出力で点火用コンデンサを充電する充電回路の途中に挿入されればよく、機関停止スイッチ１０の挿入位置は上記の例に限定されない。

１ エキサイタコイル
２ 点火コイル
２ａ 一次コイル
２ｂ 二次コイル
３ 点火用コンデンサ
４ 整流用ダイオード
５ サイリスタ（点火用スイッチ）
６ 点火制御部
７ 点火プラグ
１０ 機関停止スイッチ
２２ 定電圧回路
２３ 波形整形回路
２４ 電源回路

Claims (3)

1. 内燃機関の回転に同期して交流電圧を誘起するエキサイタコイルと、点火コイルと、前記点火コイルの一次側に設けられた点火用コンデンサと、前記エキサイタコイルの一方の極性の半サイクルの誘起電圧で前記点火用コンデンサを充電する充電回路と、前記内燃機関の点火時期にオン状態にされ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１次コイルを通して放電させる点火用スイッチ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、
   前記充電回路の途中に挿入されてオン状態にあるときに前記エキサイタコイルから点火用コンデンサに充電電流が流れるのを許容し、オフ状態にされたときに前記エキサイタコイルから点火用コンデンサに流れる充電電流が流れるのを阻止する機関停止スイッチと、
   予め設定された一定の電圧値を制御値として、前記エキサイタコイルに誘起する前記一方の極性の電圧を前記制御値以下に制限する制御を行う定電圧回路と、
   を具備してなるコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
2. 前記エキサイタコイルの一端は、アノードを接地側に向けた電流帰還用ダイオードを通して接地され、
   前記充電回路は、前記エキサイタコイルの前記一方の極性の半サイクルの誘起電圧を、前記エキサイタコイルの他端側にアノードを向けた整流用ダイオードを通して前記点火用コンデンサに印加して前記点火用コンデンサを充電するように構成され、
   前記機関停止スイッチは、前記エキサイタコイルの他端と前記整流用ダイオードのアノードとの間に挿入されていること、
   を特徴とする請求項１に記載のコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
3. 前記定電圧回路は、前記エキサイタコイルの両端の電圧を検出する電圧検出回路と、前記エキサイタコイルに対して並列に接続されて前記エキサイタコイルが前記一方の極性の誘起電圧を発生している状態でトリガ信号が与えられたときにオン状態になって、前記エキサイタコイルが前記一方の極性の誘起電圧を発生している間オン状態を保持するエキサイタ短絡用スイッチと、前記電圧検出回路により検出された電圧が前記制御値に達したときに前記エキサイタ短絡用スイッチにトリガ信号を与えるエキサイタ短絡用スイッチトリガ回路とを具備してなる請求項１または２に記載のコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。

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