JP2011511211A - Ｃｄｉシステムにおけるエネルギ支援のためのシステム - Google Patents

Abstract

この発明は容量式放電点火システムにエネルギ／電力を発生させるための方法及びシステムに関し、前記システムは、第一巻線（Ｐ）に変圧器（３０）の第二巻線（Ｓ）を介して、火花を発生させるためのエネルギを提供するため、点火電圧変圧器（３０）の第一巻線（Ｐ）へ接続された充電キャパシタ（Ｃ１）を、フライホイールにより、及び第一整流装置（Ｄ１）を介して、充電する少なくとも一つの充電巻線（Ｌ）を備え、電圧制御／切替ユニット（１０）は、前記第一巻線（Ｐ）からのエネルギ出力（Ｏｕｔ２１）を可能にするように配置される。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＣＤＩシステムにエネルギ／電力を発生させるためのシステム及び方法にも関し、前記システムは前記第一巻線に、前記変圧器の第二巻線を介して、火花を発生させるためのエネルギを提供するため、点火電圧変圧器の第一巻線へ接続された充電キャパシタを、フライホイールにより、かつ第一整流装置を介して、充電する少なくとも一つの充電巻線を備える。

今日、容量式又は誘導式解決法などの様々な形式の点火システムが知られ、かつ一般に市場で使用されている。殆どのこれら点火システムは、例えば、米国Ｎｏ６，５５７，５３７や米国Ｎｏ６，０８２，３４４などのある種のバッテリ支援方式を含む解決法を有し、これらは、ある用途では、例えば湿度や温度などの環境的要因に強く影響され、次に性能及び／又は信頼性に関する劇的な結果に至る。バッテリに支援される解決法を利用する場合、コスト、環境及び寿命の側面も考慮する必要がある。

バッテリ支援を利用しない点火システムが知られており、市場で調達もできる。しかし、既知のこれらシステムは、全てバッテリ支援を排除できる機能性に関する妥協案を受け入れるためと想定される一つ以上の欠点を示す。しかし、バッテリ支援の代わりに、付加的費用などのいくつかの欠点を示す別の小型発電機を使用することが知られている。例えば、誘導式点火システムを示す欧州Ｎｏ０７２７５７８のような他の解決法も知られており、この場合、点火時期を制御するため、即ち火花進行制御のための電力は、第一巻線から取られる（バッテリの代わりに）が、所望する他の機能性は何も提供しない。更に、そのようなことで制御回路はむしろ複雑でかつ柔軟性に欠ける。

米国Ｎｏ６，５５７，５３７ 米国Ｎｏ６，０８２，３４４ 欧州Ｎｏ０７２７５７８

この発明の目的は、ＣＤＩシステムにおけるエネルギ／電力を発生させるための改良されたシステムを提供することであり、これは請求項１に規定されるシステムにより達成される。

本発明により、非常に柔軟でかつ費用対効果の良い解決法が達成され、これはバッテリ電力供給システムと同類の機能性がもたらされるが、同時にバッテリ支援システムに関する欠点も排除する。本解決法はバッテリ支援の使用を妨げないことは注目すべきであるが、明らかなように、これはバッテリ支援を省略するというような重要な技術的利点を提供する。

本発明の更なる利点と態様は、以下の詳細記述により明らかになるだろう。

本発明を付属図面を参照して、以下により詳細に述べる。

数種の起動方式の代案が図示される、典型的なＣＤＩシステムに集積された、本発明による電圧制御／切替ユニットを提示する概略配線図を示す。 図１に記載される、本発明による電圧制御／切替ユニットの実施例の、図１に図示される第一代替案をより詳細に示す。 図１に記載される、本発明による電圧制御／切替ユニットの実施例の、図１に図示される第二代替案をより詳細に示す。

図１は、典型的なＣＤＩシステムのやや簡略化された形態に集積された、本発明による電圧制御／切替ユニット１０から構成される概略配線図を示す。

この例で使用される典型的なＣＤＩシステムの概略説明を以下に述べる。ＣＤＩシステムは、４つの従来型配置の巻線Ｌ，Ｔ，ＰおよびＳを設けた鉄心Ｔ１を含み、これら巻線はフライホイールの回転で、鉄心Ｔ１の端部を通過して掃引する、フライホイールに一体化された１つ以上の磁石により磁化される。数個の磁石の変形は（一般的概念から）より強力な発電機を提供するために利用することが可能であり、これは点火電圧発電機としての機能に加えて、例えば燃料噴射システム又はチェーンソー上のハンドル加熱など、他の目的にも利用することもできる。相対的な磁石移動は、以下により巻線Ｌ，Ｔ，Ｐ及びＳに電圧を誘起する。

いわゆる充電巻線Ｌには、そのように、火花発生に使用される電圧が誘起される。充電巻線Ｌは、その一つの端部１を介して、火花が起動するまで、エネルギが蓄積される充電キャパシタＣ１へ、及びサイリスタＱ１へ、整流装置Ｄ１を介して接続される。巻線Ｌの他の端部２はアースへ接続される。

いわゆる起動巻線Ｔは、第一端部７でアースへ接続され、第二端部８は点火制御ユニットＭ１の入力端子Ｉｎ１１へ接続され、この入力端子へフライホイールの位置と速度についての情報を提供し、好ましくは、制御ユニットＭ１、例えばそのプロセッサへ電源も提供する。制御ユニットＭ１は既知の従来の制御ユニットの僅かに改造された型から構成されることに注目すべきである。

第三巻線Ｐは、火花プラグＳＰ１へ点火電圧を発生させるための変圧器３０の第一巻線を構成し、第四巻線Ｓは第二巻線を構成する。第三巻線Ｐの端部４と第四巻線Ｓの端部５はアースへ接続される。

点火電圧が火花プラグへ送られる場合、制御ユニットＭ１上の出力端子Ｏｕｔ１１は、従来の方法で起動される。出力端子Ｏｕｔ１１へ接続される起動電極を有する切替装置（サイリスタ）Ｑ１は、アースへの電流経路を生成し、その結果、キャパシタＣ１にかかる電圧を第一巻線Ｐへ接続する。最初に、サイリスタＱ１の陽極にある接続点１２における非常に高い派生電圧により、過渡電圧が第二巻線Ｓに発生する。その直後に、変圧器３０の状態は、エネルギが切替装置Ｑ１を介してインダクタＰとキャパシタＣ１の間で移動する、減衰する自励振動状態へ変化する。

上記の記載は簡略化されており、本発明の範囲から離れることなく、火花発生用の他の共振及び非共振回路を当業者が予想することは明らかである。

本発明によると、第一巻線Ｐから、Ｏｕｔ２１における電力出力を制御する電圧制御／切替ユニット１０が存在し、その電力が点火システムの外側にある装置（例えば、センサ及び／又はソレノイドなど）を駆動するために使用される。図１に示す実施例で、電圧制御／切替ユニット１０は、２つの入力端子Ｉｎ２１とＩｎ２２及び１つの出力端子Ｏｕｔ２１を有するように表示される。第一入力端子Ｉｎ２２は、点火制御ユニットＭ１上の出力端子Ｉｎ２１へ接続され、第二入力端子Ｉｎ２１は接続点１１を介してキャパシタＣ１へ、及び第一巻線Ｐの端部３へ接続される。切替え（オフモードへの）はフライホイールの１回転の１部の間に行われるのみで、かつ切替ユニット１０は、火花の発生を妨げないため、所望時間（例えば１００μＳ）の間に、オフへ切替えられるように行われることにおいて、切替ユニット１０は重要である。従って、Ｉｎ２１又はＩｎ２２、又はＩｎ２１とＩｎ２２の両方への信号は、切替ユニット１０を起動し、又はこれに作用し、前記火花の発生に対して反対方向に作用しないように、前記制御ユニット（Ｍ１)が前記火花を起動する前に又は同時に、フライホイールの１回転のＩ部の間にオフに切替える。残りの時間、ユニット１０は“オンモード”にあり、これにより２０００ｒｐｍという低いフライホイール速度で、約０．５〜２Ｗの出力がＯｕｔ２１に得られる。

点火制御Ｍ１と電圧制御／切替ユニット１０を接続する任意接続９は、図２に記載される充電キャパシタ１４の充電／負荷レベルに関するフィードバックと情報伝達を可能にし、接続９は回転速度に関する切替周波数等の変化のため、利用することもできる。

本発明による、及び図１と図２に記載される切替ユニット１０の動作と方法は、特定のニーズ／要求に依存して、入力端子Ｉｎ２１とＩｎ２２共にまたは個別に、入力信号からの情報により、切替えが管理／制御されるように行われる。例えば、もしその中のマイクロプロセッサからの情報に基づき、入力信号により起動されるようにシステムが設定され、点火制御ユニットＭ１から入力端子Ｉｎ２２への入力信号が提供されるならば、切替制御１９は、点火制御ユニットＭ１がサイリスタＱ１を開に制御し、これが第一巻線Ｐを介して電流の流れを開始させ、ＳＰ１に火花を発生させる、この種の適用では直前に、オフに切替えるように制御される。火花の終了直後に、制御ユニットＭ１は、再度サイリスタＱ１を閉にし、切替制御１９をオンモードに設定するようにも作動する。

図２は、電圧制御／切替ユニット１０を起動／制御するためのオプションの一つとして、図１に示す、本発明による電圧制御／切替ユニット１０の第一実施例をより詳細に示す。電圧制御／切替ユニット１０は、切替制御１９、ダイオード１３、切替要素１５、および充電キャパシタ１４を備えるように表示される。ダイオード１３の陽極側は入力端子Ｉｎ２１へ接続され、陰極側は切替要素１５の第一コネクタ１６へ接続される。切替要素１５の第二コネクタ１８は、出力端子Ｏｕｔ２１、および充電キャパシタ１４へ接続される。

電圧制御／切替ユニット１０の切替えを制御する切替装置１９は、切替要素１５のコネクタ１７と、入力端子Ｉｎ２２へ接続される。切替要素１５は市場で調達可能な、例えばサイリスタ、トライアック等の様々な構成要素を備えることは、当業者には明らかである。切替制御１９の目的は、火花発生時またはその直前に開始する所望（例えば、制御ユニットＭ１のＣＰＵ内に予め設定される）時間、例えば１００μＳの間に切替要素１５がオフに切替えられるように制御することである。この実施例で切替信号Ｉｎ２２は、ソフトウェアおよび／またはハードウェアおよび点火制御Ｍ１のＣＰＵにより制御され、これは、通常、従来型のＴＴＬ信号、例えば切替要素１５をオフモードにするための火花開始前のＩｎ２１における数μＳのパルス信号、及び電力発生モードへ戻るように切替えるための約１００μＳの期間を意味する。出力端子Ｏｕｔ２１とアース間に接続される充電キャパシタ１４の目的は、切替要素１５がオフの場合、エネルギを外部装置へ提供するため、端子Ｏｕｔ２１からの出力を安定化させることである。

図３はオプションの１つとして、図１に示す本発明による切替ユニット１０の第二実施例をより詳細に示す。トライアックまたはサイリスタまたは他の適切な切替要素２１からなる切替ユニット１０は、火花開始検出ユニット２５、キャパシタ１４及び切替制御１９を備える。その中のトライアック２１の１つの電力端子２２は入力端子Ｉｎ２１（図２のダイオード１３に対応する）へ接続され、第二電力端子２３は、出力端子Ｏｕｔ２１へ接続される。出力端子Ｏｕｔ２１とアース間に接続されるキャパシタ１４は、出力端子Ｏｕｔ２１から出て行く電圧を安定化させ、即ち、制御／切替ユニット１０のオフモードの間に電力を供給する。切替ユニット１０の切替を制御する切替制御１９は、トライアック２１（図２の切替要素１５に対応する）のゲート２４へ接続される。切替制御１９に集積される火花開始検出ユニット２５は、接続Ｓ２１を介して、入力端子Ｉｎ２１へ接続され、これはこの例によると、電圧制御／切替ユニット１０が接続Ｉｎ２１のみを介して、ＣＤＩへ接続されることを意味する。

図３に示す切替ユニット１０の操作と方法は、切替が入力端子Ｉｎ２１上の入力信号からの情報により管理／制御され、これは、火花開始検出ユニット２５により検出される火花発生が開始する場合に生成される第一巻線Ｐの過渡電圧（振幅および／またはパルス波形）により与えられ、次に切替制御１９へ信号を発生させ、これにより、切替制御１９は直ちに電圧制御／切替ユニット１０をオフに切替えるようにする。この実施例における切替要素の主要部は、一定時間、例えば８０〜１２０μＳの範囲の間にオフに切替えるトライアック２１である。この実施例で、オフに切替える信号は火花の発生開始前には発生せず、検出ユニット２５の使用のため、開始後短時間（例えば、≦５μＳ）後に発生する。従って、オフモードでの特定時間は、火花発生が起動される直後に開始する。火花発生が終了すると、電圧制御／切替ユニット１０は電力発生モードへ戻るように切替えられる。

他の既知の火花発生ＣＤＩシステムに従うと、切替えは好ましくは第一巻線Ｐの振幅またはパルス波形により制御されることは明らかであり、この場合、信号と電流の流れは通過するフライホイールの磁気により起こる。従って、例えば、第一巻線Ｐ上の負のパルスの検出を使用して、瞬時の中断、即ち望むならば、場合によってはプリセットされた遅延、又は早発トリガを備える電圧制御／切替ユニット１０の瞬時オフ切替えを起こす。従って、制御ユニット１０は多様な（所望）起動パラメータが柔軟に設定される事実により、非常に柔軟な制御が可能になる。

小型エンジン、（例えばチェーンソー）に関連して、主として使用されることを意図した好適実施例で、本発明によるシステムの構成要素は、本発明により意図されるような機能性を提供するように、広い範囲で選択される。しかし例えば、必要なエネルギ、即ち１〜１５ｍＷの範囲内のエネルギを発生させるのに十分強力は充電巻線Ｌがあるなど、いくつかの基本的要件が存在する。

要約すると、本発明による切替ユニット１０の一つの利点は、電力発生のための第一巻線を利用する能力であり、これはＣＤＩシステムの性能、即ち火花発生および燃焼時間に関しては、点火電圧、エネルギ及びピーク電力などには極僅かな影響しか与えない。発生したエネルギ／電力は、内部および外部ユニット、例えばセンサ、ソレノイドなどを供給するために使用することができる。

本発明は上記実施例により限定されず、付属の特許請求の範囲内で変化する。例えば、数個の外部ユニットがＯｕｔ２１へ接続され、例えばより高い回転速度でより高い出力を生成し、次に更なる外部装置、例えば燃料混合メータ、バッテリ充電、センサまたは他の小電力消費装置などを接続するように配置することができることを当業者は認識している。更に、多くの他の明らかな変形が、例えば所望電圧を達成するため、第一巻線と直列の更なる巻線（または数個の巻線）を使用して、保護される範囲内で行われることを当業者は認識している。

実施例の形態に関係なく、切替ユニット１０は、出力電力を制限するために使用することもできる、これは、次に出力負荷およびエンジン回転速度の両方における変動への反応としての切替ユニット１０のオン／オフにより、出力電圧を調整する電圧制御装置として実施することができる。

Claims (15)

1. 容量式放電点火システムに、エネルギ／電力を発生させるためのシステムであって、前記システムは、変圧器（３０）の第二巻線（Ｓ）を介して、火花を発生させるためのエネルギを第一巻線Ｐに提供するため、点火電圧変圧器（３０）の第一巻線（Ｐ）へ接続される充電キャパシタ（Ｃ１）を、フライホイールにより、及び第一整流装置（Ｄ１）を介して、充電する少なくとも１つの充電巻線（Ｌ）を備え、前記第一巻線（Ｐ）からのエネルギの出力（Ｏｕｔ２１）を可能にし、且つ前記フライホイールの一回転毎の限られた時間内にエネルギ出力（Ｏｕｔ２１）を中断もさせるように配置された電圧制御／切替ユニットを特徴とするシステム。
2. 前記第一巻線（Ｐ）から少なくとも１つの外部装置へ電力を提供することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 以下：
   ａ）ＣＰＵユニット
   ｂ）ソレノイド
   ｃ）センサ
   の少なくとも１つを含む前記外部装置を特徴とする、請求項２に記載のシステム。
4. 前記電圧制御／切替ユニット（１０）を制御する点火制御ユニット（Ｍ１）が存在することを特徴とする、請求項２または３に記載のシステム。
5. バッテリ支援を有しない前記システムを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記電圧制御／切替ユニット（１０）が、起動されることにより前記電力を供給するように制御され、および起動が、火花発生期間のみ維持されるように制御されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
7. 前記電圧制御／切替ユニット（１０）が前記点火制御ユニット（Ｍ１）からの第一信号（Ｉｎ２２）により直接制御されることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
8. 前記電圧制御／切替ユニット（１０）が第一巻線（Ｌ）からの過渡電圧に関係する第二信号（Ｉｎ２１）により間接的に制御されることを特徴とする、請求項６または７に記載のシステム。
9. 前記電圧制御／切替ユニット（１０）が、好ましくは整流ダイオード（１３）またはトライアック（２１）の形の整流素子（１３、２１）を備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 前記電圧制御／切替ユニット（１０）からの出力（Ｏｕｔ２１）へ接続された負荷（１４）を特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のシステム。
11. 前記負荷（１４）がキャパシタまたは類似のエネルギ供給素子であることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記火花を開始又は起動する前、またはその直後のいずれかに、火花発生に関連して短時間にオフに切替えられる前記電圧制御／切替ユニット（１０）を有することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のシステムを制御するための方法。
13. 前記第一巻線（Ｐ）を介して電流の流れを開始し、次に火花を発生させるサイリスタ（Ｑ１）を使用することを特徴とする、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記電圧制御／切替ユニット（１０）を停止させるため、第一巻線（Ｐ）からのパルス（Ｉｎ２１）を使用することを特徴とする、請求項１２に記載のシステム。
15. 点火制御ユニット（Ｍ１）と電圧制御／切替ユニット（１０）を接続し、前記電圧制御／切替ユニット（１０）の充電キャパシタ（１４）の充電／負荷レベルについてのフィードバックと情報伝達を可能にする接続（９）を特徴とする、請求項１２に記載の方法。

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