JP4408232B2 - エンジンの点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの点火装置に関し、特に、目標点火時期で適正に点火できるようにタイミングを検出する検出手段の構成を簡素化することができる
エンジンの点火装置に関する。

各種作業機の動力源として汎用的に使用されるエンジンは、比較的小型であるので、点火装置として電力消費の少ない容量放電点火方式（ＣＤＩ方式）のものが広く使用されている。このＣＤＩ方式では、例えば、特開平８−２２６３６８号公報に記載されているように、エンジンのフライホイールの一部に回転位置検出用の突起を設けてこの突起をピックアップコイルで検出し、その検出信号を点火タイミング信号として使用している。

一方、自動車用エンジンなどで使用されるフルトランジスタ点火方式（フルトラ点火方式）では、圧縮上死点前の所定角度でＢＴＤＣ信号を出力するピックアップセンサとクランク軸の所定回転角度毎にクランクパルスを出力するセンサを設け、これらのセンサの出力に基づいて通電時間の決定と進角制御とを行っている。
特開平８−２２６３６８号公報

上記ＣＤＩ方式では、クランク角の検出系統を簡素化することができる。しかし、ある程度大きい出力が要求される場合には、コンデンサを充電するために高電圧が必要とされ、そのためにコンバータを使った昇圧手段を設けるなど、高電圧を得るための対策を講じなけらばならない。

また、フルトラ点火方式は、回路は簡素なものであるが、ピックアップセンサおよび回転角度センサを必要とするほか、回転角度センサの検出対象となるギヤなどの規則的な凹凸形状を有する部分をクランク軸に形成しなければならないので、各種作業機に汎用的に使用されるエンジンには不向きであるという問題点がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的小型のエンジン作業機に使用されるエンジンに好適な点火装置を提供することである。

本発明は、アウタロータ型多相磁石発電機を駆動するエンジンの点火装置において、前記発電機の多相出力のうち、１相の出力位相をパルス列信号に変換する波形整形手段と、前記発電機のアウタロータに形成されたリラクタを検出してエンジン回転の基準位置を示す基準位置信号を形成する基準位置検出手段と、前記パルス列信号のパルス数を計数し、前記基準位置信号によってリセットされるカウンタ手段とを備え、前記エンジンの点火時期を、前記カウンタ手段が出力するパルス数が予定値になった時点からの経過時間として設定する点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記点火時期は点火コイルに対する通電終了によって点火プラグが点火される時期であり、前記経過時間が、前記点火コイルに対する所定通電時間および目標点火時期によって決定される点に第２の特徴がある。

また、本発明は、前記経過時間から所定の通電時間を減じた時間が設定され、前記パルス数が前記予定値になった時点で始動されるとともに、設定された前記時間経過後にタイムアップして前記通電を開始させる通電開始タイマを備えた点に第３の特徴がある。

また、本発明は、前記発電機が、多相固定子巻線の出力を所定周波数の交流に変換して出力する制御手段と、前記制御手段の負荷状態を検出する負荷検出手段とを備え、前記点火時期が、前記パルス列信号に基づいて算出されたエンジン回転数、および前記制御手段の負荷状態に基づいて決定されたものである点に第４の特徴がある。

また、本発明は、前記基準位置信号が検出されたときに、その時のエンジン回転数で前記通電時間を補正するように構成された点に第５の特徴がある。

本発明によれば、エンジンで駆動される発電機のアウタロータを利用して基準位置信号を形成するためのリラクタを設けるとともに、発電機の出力に基づいて前記基準位置信号を基準にした点火時期タイミングを得ることができるので、構造の簡単な点火装置を提供することができる。

第２，３の特徴によれば、目標点火時期と所定の通電時間から通電開始時を正確に設定することができる。

第４の特徴によれば、発電機の制御手段の機能を利用して検出できる負荷を考慮に入れて点火時期を制御することができる。

第５の特徴によれば、点火直前のエンジン回転数によって回転変動等に起因して生じる点火時期のずれを補正することができる。

以下、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を含むエンジン発電機のシステム構成を示すブロック図である。同図において、エンジン１は発電機の駆動源として使用されるものである。エンジン１にはエンジン温度を検出するための温度センサ２が設けられる。温度センサ２は、例えば、シリンダヘッド２ａに設けられる。さらにシリンダヘッド２ａには、点火プラグ３、吸気弁４および排気弁５が設けられる。

吸気弁４が設けられた吸気管６には、キャブレータ７が接続される。キャブレータ７は下流側に配置されたスロットルバルブ８と、その上流に配置されたチョークバルブ９とを備える。スロットルバルブ８はステッピングモータ１０で駆動されて開閉され、チョークバルブ９はステッピングモータ１１で駆動されて開閉される。

エンジン１の出力軸は、固定子巻線が３相で、アウタロータ磁極が３０極のアウタロータ型多相（３相）磁石発電機（以下、単に「発電機」という）１２に連結される。発電機１２はエンジン１で駆動されて交流を発生する。この交流は一旦整流された後、インバータ１３で所定周波数（５０もしくは６０Ｈｚの商用周波数）に制御され商用電源電圧の電力として出力される。

発電機１２は、エンジン１の始動用モータ（スタータモータ）を兼用する。発電機１２のアウタロータ１２ａは、エンジン１のクランク軸１ａつまり出力軸に結合されるフライホイールと、その内周部分に取り付けられる３０個のマグネットとからなる。アウタロータ１２ａの内側には、３相の発電コイルが巻回されたステータ１２ｂが設けられる。クランク軸１ａには手動始動のためのリコイルスタータ（図示せず）を連結することができる。

発電機１２のアウタロータ１２ａには点火時期算出のための基準位置検出用のリラクタ１４が設けられ、アウタロータ１２ａには、リラクタ１４を感知して基準位置である上死点前所定位置の検出信号（基準位置信号）を出力するＢＴＤＣセンサ１５が設けられる。リラクタ１４は、基準位置信号が上死点前３０°以上（本実施形態では３１°）で出力されるようにＢＴＤＣセンサ１５との相対位置関係を決定して設けられる。

点火プラグ３の点火時期およびチョークバルブ９の開度は運転制御部１６で制御される。チョーク制御部１７は温度センサ２で検出されるエンジン温度およびエンジン回転数に従ってステッピングモータ１１を駆動して、温度に対応した適度な空燃比を得られるようにチョークバルブ９を作動させる。エンジン回転数は後述するパルス列信号のパルス周期によって計算することができる。

負荷が変動してもエンジン回転数を所定の基準回転数に維持するよう電子ガバナによってステッピングモータ１０が制御されてスロットル開度θＴＨが決定される。したがって、スロットル開度θＴＨによってインバータ１３の出力側に接続される電気負荷が判断される。また、インバータ１３の出力電力は負荷に応じて変化するので、インバータ１３の出力電力によっても負荷の大きさを判断することができる。

点火制御部１８は、ＢＴＤＣセンサ１５および発電機１２の交流出力波形に基づいて点火時期を最適に制御する。波形整形部１９，２０は、それぞれＢＴＤＣセンサ１５の出力波形および発電機１２の交流出力波形を整形する。点火時期は波形整形部１９，２０から供給される波形のタイミングによって後述のように制御される。

電源部２１は、運転制御部１６に必要な電源を形成するものであり、バッテリ２５および発電機１２の整流後電圧（インバータ１３の入力側電圧）を所定電圧の制御電源とするためのレギュレータを含む。運転制御部１６には、発電機１２の運転状態などを表示する液晶ディスプレイ２２を設けることができる。また、発電機１２を遠隔制御できるように、リモコン装置２３を接続するためのインタフェース２４を設けることもできる。なお、チョーク制御部１７や点火制御部１８は、マイクロコンピュータで構成できる。

次に、点火制御部１８による点火制御を説明する。図２は、点火制御部１８の機能を示すブロック図であり、図３は、点火制御部１８による点火制御のタイミングチャートである。両図において、波形整形部２０は、ステータ１２ｂの３相出力のうち１相を波形整形してパルス列信号を生成する。このパルス列信号はクランク軸１ａの１回転につき１０個のパルスを含む。つまり、パルスの１周期がクランク角３６°に相当する。

前記パルス列信号はカウンタ２６に入力され、カウンタはパルス列信号のパルス数を計数する。波形整形部１９はＢＴＤＣセンサ１５の出力波形を整形して基準位置信号としてカウンタ２６に入力する。基準位置信号はクランク軸１ａの１回転につき１回出力され、この基準位置信号の立ち下がり（タイミングｔ１）でカウンタ２６によるパルスの計数値は「０」にリセットされる。したがって、カウンタ２６の計数値は上死点前の所定クランク角を基準位置とした３６°毎のクランク角を表す。

カウンタ２６は、予定のパルス数を計数したところで所定の処理を実行させる。この例では、カウンタ２６は、第１のパルス数として７パルスを計数したとき（そのパルスの立ち下がりつまりタイミングｔ２）に点火時期計算部２７を付勢し、点火時期つまり点火プラグ３で点火すべきクランク角を計算する。この点火時期つまりクランク角は、角度・時間変換部２８で時間に換算され、その時間は通電開始タイマ２９にセットされる。

そして、カウンタ２６は、第２のパルス数として８パルスを計数したとき（そのパルスの立ち下がりつまりタイミングｔ３）に通電開始タイマ２９を始動する。通電開始タイマ２９には、点火コイル３１に対する通電を開始する時期が設定される。通電開始時期は、点火時期から必要な通電時間を差し引いて計算される。

通電開始タイマ２９がタイムアップしたとき（タイミングｔ４）に点火コイル３１に通電が開始され、通電タイマ３０が始動される。そして、通電タイマ３０がタイムアップしたとき（タイミングｔ５）に通電が終了され、点火プラグ３で点火される。

なお、通電の終了時期は次のように修正できる。通電時間内に検出されるＢＴＤＣセンサ１５の出力の立ち上がりで、より正確に点火時期を再計算し、この時間に対応した時間を計数する点火タイマ（図示せず）を始動させ、この点火タイマのタイムアップ時に通電を終了して点火プラグに点火する。再計算では、ＢＴＤＣセンサ１５の出力立ち上がり時点のエンジン回転数によりエンジン回転数が予定回転数より高い時は通電時間を短くし、エンジン回転数が低い時には通電時間を長くして点火時期が適正になるように補正する。

前記点火時期計算部２７は、点火時期を求めるためのマップを有することができる。図４は、エンジン回転数および発電機１２の負荷（インバータの出力電力）をパラメータとして点火時期（進角量）を得るマップの例である。図４に示すように、エンジン回転数ＮＥおよび負荷（ＶＡ）に応じて点火時期が決定される。

なお、上述のように、発電機１２の負荷はスロットルバルブの開度を決定するためステッピングモータ１０に供給されるパルス数（ステップ数）によって判断できるので、点火時期は、負荷（ＶＡ）に代えてスロットル開度θＴＨを代表するパルス数とエンジン回転数をパラメータとして決定するのであってもよい。

本発明の一実施形態に係る点火装置を含むエンジン駆動発電機のシステム構成を示すブロック図である。 点火装置の要部機能を示すブロック図である。 発電機出力に対応する点火時期のタイミングチャートである。 エンジン回転数と発電機負荷とで決定される点火時期のマップである。

符号の説明

１…エンジン、 ２…温度センサ、 ６…吸気管、 ７…キャブレータ、 ８…スロットルバルブ、 ９…チョークバルブ、 １１…ステッピングモータ、 １２…発電機、 １３…インバータ、 １５…ＢＴＤＣセンサ、 １７…チョーク制御部、 １８…点火制御部、 １９，２０…波形整形部、 ２６…カウンタ

Claims (5)

1. アウタロータ型多相磁石発電機を駆動するエンジンの点火装置において、
   前記発電機の多相出力のうち、１相の出力位相をパルス列信号に変換する波形整形手段と、
   前記発電機のアウタロータに形成されたリラクタを検出してエンジン回転の基準位置を示す基準位置信号を形成する基準位置検出手段と、
   前記パルス列信号のパルス数を計数し、前記基準位置信号によってリセットされるカウンタ手段とを備え、
   前記エンジンの点火時期を、前記カウンタ手段が出力するパルス数が予定値になった時点からの経過時間として設定することを特徴とするエンジンの点火装置。
2. 前記点火時期は点火コイルに対する通電終了によって点火プラグが点火される時期であり、
   前記経過時間が、前記点火コイルに対する所定通電時間および目標点火時期によって決定されることを特徴とする請求項１記載のエンジンの点火装置。
3. 前記点火時期は点火コイルに対する通電終了によって点火プラグが点火される時期であり、
   前記経過時間から所定の通電時間を減じた時間が設定され、前記パルス数が前記予定値になった時点で始動されるとともに、設定された前記時間経過後にタイムアップして前記通電を開始させる通電開始タイマを備えたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの点火装置。
4. 前記発電機が、多相固定子巻線の出力を所定周波数の交流に変換して出力する制御手段と、
   前記制御手段の負荷状態を検出する負荷検出手段とを備え、
   前記点火時期が、前記パルス列信号に基づいて算出されたエンジン回転数、および前記制御手段の負荷状態に基づいて決定されたものであることを特徴とする請求項１記載のエンジンの点火装置。
5. 前記基準位置信号が検出されたときに、その時のエンジン回転数で前記通電時間を補正するように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの点火装置。

Images