JP4159050B2 - Engine ignition device - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの点火装置に関し、特に、比較的小型のエンジンに使用される点火装置に関する。 The present invention relates to an ignition device for an engine, and more particularly to an ignition device used for a relatively small engine.
比較的小型のエンジンに使用される点火装置として、エンジンのフライホイールの外周に永久磁石を配置し、このフライホイールの外周に対向する位置に一次コイルおよび二次コイルからなる点火コイル(イグニッションコイル)の一次側を巻装した鉄心を配置する形式の、いわゆる自己トリガ式が広く知られている(実公昭63−21739号公報、特公平5−42629号公報)。 As an ignition device used for a comparatively small engine, a permanent magnet is arranged on the outer periphery of the flywheel of the engine, and an ignition coil (ignition coil) comprising a primary coil and a secondary coil at a position facing the outer periphery of the flywheel. A so-called self-trigger type in which an iron core wound around the primary side is arranged is widely known (Japanese Utility Model Publication No. 63-21739, Japanese Patent Publication No. 5-42629).
自己トリガ形式の点火装置においては、永久磁石をフライホイール等のロータに取り付ける関係から次の(a)〜(c)の対応が必要であり、それぞれに問題点がある。 In the self-trigger type ignition device, the following countermeasures (a) to (c) are necessary because of the attachment of a permanent magnet to a rotor such as a flywheel, and each has problems.
(a)ロータの回転バランスをとるために、永久磁石部分と同等の重量を有するカウンタウェイトを設ける必要があり、ロータが重くなる。 (A) In order to balance the rotation of the rotor, it is necessary to provide a counterweight having a weight equivalent to that of the permanent magnet portion, which makes the rotor heavy.
(b)ロータの高速回転による遠心力に耐えられるように永久磁石やカウンタウェイトの取り付け構造や取り付け方法を工夫する必要がある。 (B) It is necessary to devise the attachment structure and attachment method of the permanent magnet and the counterweight so as to withstand the centrifugal force caused by the high-speed rotation of the rotor.
(c)永久磁石やカウンタウェイト等の取付部はロータの内周寄りに突出する部分を有するので、ロータの内側の空間を利用しにくい。 (C) Since the attachment portions such as the permanent magnet and the counterweight have a portion protruding toward the inner periphery of the rotor, it is difficult to use the space inside the rotor.
上記問題点に対して、本出願人は特開2000−171736号公報に示すように、エンジン回転に同期して回転するロータの外周面に対向する位置に鉄心を配置し、この鉄心に点火用の一次コイルおよび二次コイルを巻装するとともに永久磁石を取り付け、さらにロータ側に誘導子を配置した点火装置を提案している。
特許文献3に記載された点火装置によって、特許文献1,2に記載された点火装置の上記問題点(a)〜(c)は解消されたが、誘起電圧をその誘起範囲の一部を利用して直ちに点火エネルギとして利用するので、点火タイミング範囲の制約が大きく、また大きい点火エネルギが要求される場合に対応が難しいという問題があった。
Although the above-mentioned problems (a) to (c) of the ignition device described in
本発明は、この問題に対してなされたものであり、発電エネルギを有効に活用して、大きい点火エネルギが要求される場合にそれに応えることができる点火装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve this problem, and an object of the present invention is to provide an ignition device that can effectively use generated energy to meet a large ignition energy requirement.
本発明は、エンジンの回転に同期して回転するロータの外周面に対向する位置に配置された鉄心と、この鉄心に巻装されたエキサイタコイルとを有し、前記エンジンの回転に同期する点火タイミングで、前記エキサイタコイルに誘起された発電エネルギで点火動作を行わせるエンジンの点火装置において、前記鉄心に組み込まれた永久磁石と、前記ロータに設けられ、前記永久磁石によって生じる磁束の閉磁路を形成する誘導子と、前記ロータの回転に伴って前記鉄心の対向部分を前記誘導子が通過するときに前記エキサイタコイルに誘起される発電エネルギで充電されるコンデンサを有し、前記点火タイミングで前記コンデンサを放電させて点火動作するように構成された点火回路とを具備した点に第1の特徴がある。 The present invention includes an iron core disposed at a position facing an outer peripheral surface of a rotor that rotates in synchronization with the rotation of the engine, and an exciter coil wound around the iron core, the ignition being synchronized with the rotation of the engine In an engine ignition device that performs an ignition operation with generated power induced in the exciter coil at a timing, a permanent magnet incorporated in the iron core, and a closed magnetic circuit of magnetic flux generated by the permanent magnet provided in the rotor An inductor to be formed, and a capacitor that is charged with the generated energy induced in the exciter coil when the inductor passes through an opposing portion of the iron core as the rotor rotates, and at the ignition timing, the capacitor A first feature is that it includes an ignition circuit configured to discharge a capacitor and perform an ignition operation.
また、本発明は、前記誘導子が、前記ロータの外周面の複数個所に設けられている点に第2の特徴がある。 In addition, the present invention has a second feature in that the inductor is provided at a plurality of locations on the outer peripheral surface of the rotor.
また、本発明は、前記コンデンサの放電トリガを外部信号として前記点火回路に入力するトリガ形成手段を具備した点に第3の特徴がある。 In addition, the present invention has a third feature in that it includes trigger forming means for inputting a discharge trigger of the capacitor as an external signal to the ignition circuit.
上記第1の特徴を有する本発明によれば、エキサイタコイルで発生した発電エネルギでコンデンサに電荷を蓄積し、この蓄積された電荷を点火エネルギとして利用するので、発生した少ないエネルギを有効に活用することができる。 According to the present invention having the first feature described above, electric charge is accumulated in the capacitor with the generated energy generated by the exciter coil, and the accumulated electric charge is used as ignition energy, so that the generated little energy is effectively utilized. be able to.
また、第2の特徴によれば、大型化したエンジン等で大きい点火エネルギが要求される場合であっても、複数の誘導子が鉄心の対向位置を通過する毎に発生するエネルギで電荷を蓄積して簡単に大きいエネルギを得ることができる。したがって、例えば、イグニッションコイルの一次側に大きいエネルギを供給でき、二次側電圧の立ち上がり速度を大きくできる。 Further, according to the second feature, even when large ignition energy is required in a large-sized engine or the like, electric charges are accumulated with energy generated each time a plurality of inductors pass through opposite positions of the iron core. Thus, large energy can be easily obtained. Therefore, for example, large energy can be supplied to the primary side of the ignition coil, and the rising speed of the secondary side voltage can be increased.
また、第3の特徴によれば、点火タイミングの設定を外部信号によって自在に設定することが可能になる。 Further, according to the third feature, the ignition timing can be freely set by an external signal.
以下に図面を参照して本発明を詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態に係る点火装置の要部構成を示す正面図である。図1において、ロータ1は、例えば、図示しないエンジンのクランク軸2に連結されたフライホイールであり、エンジンの回転に同期して矢印Rで示した方向に回転する。ロータ1の外周面に対向する位置にはエキサイタ3が配置される。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view showing a main configuration of an ignition device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a
エキサイタ3の鉄心4は、一端が互いにつながれ、他端が開放されて全体としてアルファベットの「E」形状をなす3本の磁極5,6,7を有する。鉄心4は、前記「E」形状に打ち抜かれた複数枚の電磁鋼板を積層して構成される。鉄心4の中央の磁極6には、エキサイタコイル8が、絶縁性材料からなるボビン9を介して巻装されている。
The iron core 4 of the
磁極5,7の先端寄り、つまりロータ1の外周面寄りには、永久磁石10がそれぞれ埋め込まれている。鉄心4を構成する電磁鋼板の打ち抜き時に永久磁石10を嵌挿可能な孔を同時に成型し、永久磁石10は、鋼板の積層後にこの成型された孔に嵌め込まれる。永久磁石10は、例えば、Nd−Fe−B系(ネオジウム−鉄−ボロン系)など、希土類磁石であるのが望ましい。磁極5,6に組み込まれた永久磁石10,10は、互いの極性が逆方向側になるように配置される。例えば、磁極5内の永久磁石10はロータ1に近い側はS極とし、ロータ1から遠い側をN極とする一方、磁極7内の永久磁石10はロータ1から遠い側をS極とし、ロータ1に近い側をN極とする。
ロータ1の外周面には、磁性板からなる誘導子11が固定される。誘導子11は、ロータ1の位置に応じて、磁極5および6間、あるいは磁極6および7間をつないで永久磁石10による磁束Φ1およびΦ2(磁束Φ2は図2を参照して後述)の閉磁路を形成する。誘導子11は磁極5,6間、あるいは磁極6,7間の開放磁路が同時に閉磁路とならないように、図1に示す長さに設定される。
An
図2は、第2の位置における点火装置の正面図である。図2では、ロータ1が図1に示した第1の位置から矢印Rの方向に回動して、誘導子11が磁極6および7間に対向する第2の位置に至っている。誘導子11がこの第2の位置にあるときは、磁極7に埋め込まれた永久磁石10が磁極7、誘導子11、および磁極6を通る磁束Φ2を形成する。
FIG. 2 is a front view of the ignition device in the second position. In FIG. 2, the
図1および図2で説明した通り、永久磁石10,10の互いの極性の配置によって、エキサイタコイル8内を通過する磁束Φ1およびΦ2の向きは互いに反対になる。したがって、エキサイタコイル8内を通る磁束の向きや磁束数は、鉄心4に対する誘導子11の位置つまりロータ1の回転位置によって変化する。
As described with reference to FIGS. 1 and 2, the directions of the magnetic fluxes Φ <b> 1 and Φ <b> 2 passing through the
図3は、エキサイタコイル8を含む点火回路の一例を示す図である。同図において、エキサイタコイル8の両端はイグニッションコイル12の一次側コイルT1に接続される。エキサイタコイル8とイグニッションコイル12の一次側T1との間にはサイリスタ13が接続される。また、エキサイタコイル8とイグニッションコイル12の一次側コイルT1との間には整流用のダイオード14と逆流防止用のダイオード15とが接続される。サイリスタ13およびダイオード14の接続点と、ダイオード15および一次側コイルT1の接続点との間にはコンデンサ17が接続される。サイリスタ13のゲートにはゲート回路16が接続される。ゲート回路16は、エキサイタコイル8の両端の電圧つまりエキサイタ電圧が予定のゲートトリガ電圧になるとゲートトリガを出力する。このゲートトリガによってサイリスタ13が導通してコンデンサ17の蓄積電荷によりイグニッションコイル12の一次側コイルT1に一次電圧が印加される。イグニッションコイル12の二次側コイルT2はエンジンの点火プラグ18に接続される。一次側コイルT1に流れる電流によって二次側コイルT2には巻線比に応じた高電圧が誘起される。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an ignition circuit including the
図4は、上記点火回路の動作を示すタイミングチャートである。図4を参照して上記点火回路の動作を説明する。スタータモータやスタートロープ等周知のエンジン始動操作手段を使ってクランク軸2を図1,2の矢印Rで示す方向に回転させると、ロータ1も一体で回転する。
FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the ignition circuit. The operation of the ignition circuit will be described with reference to FIG. When the
ロータ1の回転により、誘導子11が鉄心4に接近・離間する。これに伴って鉄心4内の磁束の向きや磁束数が変化する。まず、誘導子11の回転方向先端が磁極5を通過して磁極6に近づくにつれて、図4(a)に示すように、エキサイタコイル8を巻装した磁極6内の磁束Φ1が増大する。そして、誘導子11の回転方向後端が磁極6から離れていくと磁束Φ1は減少する。これとは反対に誘導子11の先端が磁極7に近付くので磁束Φ2は増大し始める。そして、誘導子の回転方向後端が磁極7から離れていくにつれて磁束φ2は減少する。
As the
このような磁束Φ1,Φ2の磁束数の変化や磁束の向きに対応してエキサイタコイル8には逆起電圧つまりエキサイタ電圧Vが生じ、このエキサイタ電圧Vは、図4(b)に示すように磁束数の変化速度に応じて変化する。磁束数が急激に増減すれば誘起される電圧も大きい。コンデンサ17はエキサイタ電圧Vのプラス側電圧V1によって充電される。ゲート回路16のゲートトリガ電圧はマイナス電圧値Vgに設定されていて、エキサイタ電圧Vがマイナス電圧値Vgより低くなったときにゲート回路16はサイリスタ13にゲートトリガをトリガする。
In response to the change in the number of magnetic fluxes Φ1 and Φ2 and the direction of the magnetic flux, a counter electromotive voltage, that is, an exciter voltage V is generated in the
図4(c)はコンデンサ17の電圧変化を示す図である。コンデンサ17はエキサイタ電圧Vがプラス側に転じたときから充電開始される。エキサイタ電圧Vがマイナス電圧値Vgより低くなったときに、サイリスタ13が導通されるので、コンデンサ17の蓄積電荷はイグニッションコイル12の一次側コイルT1に放出され、コンデンサ17の電圧Vcは低下する(実質的にゼロになる)。
FIG. 4C is a diagram showing a change in voltage of the
なお、このゲートトリガ電圧Vgを変更したり、ゲートトリガ回路16内でトリガ信号を遅延させる等により点火位相の調節を簡単に行うことができる。 The ignition phase can be easily adjusted by changing the gate trigger voltage Vg or delaying the trigger signal in the gate trigger circuit 16.
図4(d)は、イグニッションコイル12の二次側電圧を示す図である。コンデンサ17の放電によってイグニッションコイル12の一次側コイルT1に急激に電流が流入し、この電流によって、イグニッションコイル12の二次側コイルT2には図4(d)のような高圧の二次側電圧V2が誘起される。この二次側電圧V2によって点火プラグ18の電極間に放電が生じ、エンジンに点火される。この放電によってイグニッションコイル12の二次側コイルT2内のエネルギは放出され、二次側電圧V2は低下する。
FIG. 4D is a diagram showing the secondary side voltage of the
ロータ1、誘導子11、および鉄心4の位置、ならびにゲートトリガ電圧は、前記イグニッションコイル12の一次側コイルT1へのコンデンサ17の放電が、エンジンの点火に適した時期となるように設定される。
The positions of the
続いて、本発明の第2実施形態を説明する。図5は、第2実施形態に係る点火装置の要部構成を示す正面図、図6は、第2実施形態に係る点火装置の回路図、図7はタイミングチャートである。図5〜図7において図1〜図4と同符号は同一または同等部分である。図5において、ロータ1には、誘導子11が4個設けられている。なお、誘導子の数は4個に限らず複数個であればよい。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a front view showing the main configuration of the ignition device according to the second embodiment, FIG. 6 is a circuit diagram of the ignition device according to the second embodiment, and FIG. 7 is a timing chart. 5 to 7, the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 4 denote the same or equivalent parts. In FIG. 5, the
図6において、ゲート回路15は外部信号によってサイリスタ13にゲートトリガ(放電トリガ)を出力するように構成される。この例では、ロータ1に同期するエンジンのカム軸19に設けられる誘導子20にトリガコイル21を対向して配置させ、ロータ1の1回転毎にトリガコイル21からゲート回路16に外部信号を入力させている。外部信号はこれに限らず、電子制御によってエンジンの回転位置に関して予め設定した点火に適した位置で外部信号を発生させることもできる。
In FIG. 6, the
図7(a)には、ロータ1の1回転中に生じる鉄心4内での磁束Φ1,Φ2の変化を示す。磁束Φ1,Φ2は、誘導子11の個数に応じてロータ1の1回転の間に向きが異なる磁束Φ1,Φ2が4回生じている。
FIG. 7A shows changes in the magnetic fluxes Φ1 and Φ2 in the iron core 4 that occur during one rotation of the
図7(b)には、磁束Φ1,Φ2によるエキサイタ電圧Vの変化を示す。磁束Φ1,Φ2によって生じるエキサイタ電圧Vは、ロータの1回転の間にコンデンサ17を充電可能な4個所のプラス電圧V1を含んでいる。
FIG. 7B shows changes in the exciter voltage V due to the magnetic fluxes Φ1 and Φ2. The exciter voltage V generated by the magnetic fluxes Φ1 and Φ2 includes four positive voltages V1 that can charge the
図7(c)には、コンデンサ17の電圧変化を示し、図7(d)には、ゲートトリガの発生タイミングを示す。また、図7(e)には、イグニッションコイル12の二次側コイルT2の電圧を示す。第1実施形態と異なり、この第2実施形態ではサイリスタ13のゲートトリガはロータ1の1回転に1回だけ発生されるように設定しているので(図7(d)参照)、4個所でプラス電圧V1が発生する毎に、この電圧V1でコンデンサ17に対する充電が行われる。
FIG. 7C shows the voltage change of the
そして、複数回(4回)の充電の積み重ねによってコンデンサ17の電位は高められ、図7(d)に示したタイミングでゲートトリガが供給されたときに、コンデンサ17の放電電圧がイグニッションコイル12の一次側コイルT1に出力される。この放電電圧は、充電の積み重ねによって単一の誘導子11を用いた場合よりも高くなっている。この高い放電電圧がイグニッションコイル12の一次側コイルT1に出力され、点火プラグ18には大きい点火エネルギが加えられる。このように、誘導子11の個数を多くすることによって、大きい点火エネルギの要求に対応することができる。
Then, the potential of the
前記イグニッションコイル12は、エキサイタコイル7が巻装された鉄心4とは別に設けられる鉄心に巻いてもよいし、エキサイタコイル8と共通の鉄心4に巻装してもよい。
The
図8は、イグニッションコイル12をエキサイタコイル8と共通の鉄心4の磁極に巻装したエキサイタの正面図である。図8においてエキサイタコイル8は磁極6の基部近くに巻装され、イグニッションコイル12はエキサイタコイル8に隣接して磁極6の先端側に巻装される。イグニッションコイル12は一次側コイルT1が磁極6の回りに巻かれ、二次側コイルT2がその外周側に絶縁ボビン22を介して配置される。
FIG. 8 is a front view of an exciter in which the
図9は、永久磁石10の設置位置を変形した例を示すエキサイタの正面図である。図9において、永久磁石10,9は磁極5,7内に埋め込まれるのではなく、磁極5,7の先端面に装着されている。
FIG. 9 is a front view of an exciter showing an example in which the installation position of the
図10は、鉄心4を変形したエキサイタの例を示す正面図である。図10において、鉄心4は二つの磁極5,6を備え、磁極5と、エキサイタコイル8を巻装している磁極6とに永久磁石10を埋め込んでいる。
FIG. 10 is a front view showing an example of an exciter in which the iron core 4 is deformed. In FIG. 10, the iron core 4 includes two
鉄心4は、図8〜図10に示したものに限らず、これらを任意に組み合わせて種々変形し得る。例えば、図9,10に示したものにおいて、イグニッションコイル12を図8のようにエキサイタコイル8と共通の磁極に巻装するよう変形することができるし、図10のものにおいて永久磁石10の取り付け位置を磁極の先端面に装着してもよい。
The iron core 4 is not limited to those shown in FIGS. 8 to 10 and can be variously modified by arbitrarily combining them. For example, in the case shown in FIGS. 9 and 10, the
誘導子11も、ロータ1に磁性板を付着するものに限らず、ロータ1と一体で形成することもできる。例えば、ロータ1を鋳鉄で形成して、誘導子11をロータ1と一体で鋳込むことができるし、ロータ1を積層鋼板で形成するようにして、鋼板打ち抜きの際に誘導子11に相当する出っ張り部分を有する形状に鋼板を打ち抜いてもよい。そして、この鋼板を積層して誘導子11を一体で有するロータ1を形成することもできる。また、椀形状のロータ1を絞り加工により成型するようにして、誘導子11に相当する部分を型で押し出し成型することができる。
The
また、ロータ1をアルミニューム等の非磁性体で形成する場合、誘導子11はロータ1の外周面から突出させる必要はなく、ロータ1の外周面にインサート成型で埋め込んでもよい。
When the
なお、ロータ1の外周面を、上述の誘導子に相当する長さに亘って凹ませてもよい。この場合、凹み部分の両端で磁束変化が得られるので、誘導子11を設けるのと同じ効果を得ることができる。
Note that the outer peripheral surface of the
1…ロータ、 2…クランク軸、 3…エキサイタ、 4…鉄心、 5,6,7…磁極、 8…エキサイタコイル、 10…永久磁石、 11…誘導子、 12…イグニッションコイル、 16…ゲート回路、 17…コンデンサ、 18…点火プラグ、 19…カム軸、 21…トリガ回路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記エンジンの回転に同期する点火タイミングで、前記エキサイタコイルに誘起された発電エネルギで点火動作を行わせるエンジンの点火装置において、
前記鉄心に組み込まれた永久磁石と、
前記ロータに設けられ、前記永久磁石によって生じる磁束の閉磁路を形成する誘導子と、
前記ロータの回転に伴って前記鉄心の対向部分を前記誘導子が通過するときに前記エキサイタコイルに誘起される発電エネルギで充電されるコンデンサを有し、前記点火タイミングで前記コンデンサを放電させて点火動作するように構成された点火回路とを具備したことを特徴とするエンジンの点火装置。 An iron core disposed at a position facing the outer peripheral surface of the rotor that rotates in synchronization with the rotation of the engine, and an exciter coil wound around the iron core;
In an ignition device for an engine that performs an ignition operation with generated energy induced in the exciter coil at an ignition timing synchronized with the rotation of the engine,
A permanent magnet incorporated in the iron core;
An inductor provided in the rotor and forming a closed magnetic path of magnetic flux generated by the permanent magnet;
A capacitor charged with generated energy induced in the exciter coil when the inductor passes through the opposite portion of the iron core with the rotation of the rotor, and the capacitor is discharged at the ignition timing to ignite An ignition device for an engine, comprising: an ignition circuit configured to operate.
3. The engine ignition device according to claim 2, further comprising trigger forming means for inputting a discharge trigger of the capacitor as an external signal to the ignition circuit.
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