JP4816319B2 - コンデンサ放電式エンジン用点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンにより駆動される磁石発電機内に設けられたエキサイタコイルを電源とするコンデンサ放電式のエンジン用点火装置に関するものである。

周知のように、コンデンサ放電式の点火装置は、点火コイルの一次側に設けられた点火用コンデンサと、点火用コンデンサを充電する充電用電源と、点火信号が与えられたときに導通して点火用コンデンサの電荷を点火コイルの１次コイルに放電させるコンデンサ放電用スイッチと、エンジンの点火時期にコンデンサ放電用スイッチに点火信号を与える点火制御部とにより構成される。この種の点火装置では、エンジンの点火時期に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、この高電圧をエンジンの気筒に取りつけられた点火プラグに印加することにより点火動作を行わせる。

点火用コンデンサを充電する充電用電源としては、エンジンにより駆動される磁石発電機内に設けられたエキサイタコイルや、バッテリの両端の電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータが用いられているが、本発明では、エキサイタコイルを充電用電源として用いる形式のコンデンサ放電式点火装置を対象とする。

点火用コンデンサは、少なくとも２００Ｖ程度まで充電する必要があるため、エキサイタコイルのみにより充電用電源を構成し、エキサイタコイルの出力電圧そのものによりコンデンサを充電する構成をとる場合には、エキサイタコイルとして巻数が多いコイルを用いる必要がある。そのため、エキサイタコイルのみにより充電用電源を構成した場合には、発電機が大形になったり、他の発電コイルを巻回するスペースが少なくなったりするという問題が生じる。

そこで、特許文献１に示されているように、エキサイタコイルと、その出力電圧を昇圧する昇圧回路とにより充電用電源を構成して、昇圧回路の出力電圧で点火用コンデンサを充電するようにしたコンデンサ放電式の点火装置が用いられるようになった。昇圧回路は、エキサイタコイルに対して並列に接続された昇圧用スイッチを備えていて、エキサイタコイルが一方の半サイクルの電圧を誘起したときに昇圧用スイッチを導通させてエキサイタコイルを短絡し、エキサイタコイルの出力電圧が一定のレベルに達したときに昇圧用スイッチを遮断状態にして、エキサイタコイルに流れていた短絡電流を遮断する。エキサイタコイルに流れていた短絡電流を遮断すると、エキサイタコイルには、それまで流れていた短絡電流を流し続けようとする極性の高い電圧が誘起する。この誘起電圧を点火用コンデンサに印加することにより、点火用コンデンサを２００Ｖ以上の十分に高い電圧まで充電することができる。

特許文献１にも示されているように、上記のような昇圧回路を備えた点火装置においては、エンジンの回転速度の上昇に伴ってエキサイタコイルに誘起する電圧の立ち上がりが速くなっていくため、エキサイタコイルの短絡電流を遮断した際に誘起する電圧は、エンジンの回転速度の上昇に伴って高くなっていく。そのため、エンジンの低速回転時に点火用コンデンサを所定の電圧まで充電し得るように構成した場合には、エンジンの中高速回転領域で点火用コンデンサの充電電圧が過大になるという問題がある。この問題を解決するため、点火用コンデンサの両端の電圧が設定されたトリガレベルを超えたときにエキサイタコイルの両端を短絡した状態に保って、短絡電流が遮断されるのを阻止する電圧制限回路を設けることにより、点火用コンデンサの充電電圧が過大になるのを防止することが提案された。

しかしながら、このような電圧制限回路を設けると、エンジンの中高速回転時にエキサイタコイルから電圧制限回路を通して大きな短絡電流が流れるため、無駄なエネルギが消費され、エキサイタコイルからの発熱が増大するという問題が生じる。

そこで、特許文献１に示されたコンデンサ放電式点火装置では、昇圧用スイッチとしてトランジスタを用いて、昇圧用スイッチを流れる電流が基準値以下の時に該トランジスタのベース電流を増加させて短絡電流を増加させ、昇圧用スイッチを通して流れる電流が基準値を超えているときにトランジスタのベース電流を減少させて短絡電流を減少させる回路を設けて、エンジンの低速時にエキサイタコイルに高い電圧を誘起させることができるようにしている。特許文献１に示されたコンデンサ放電式点火装置においてはまた、昇圧用スイッチが遮断したときにエキサイタコイルに誘起する電圧を設定値に等しくするために必要な昇圧用スイッチの遮断時期をエキサイタコイルの出力電圧とエンジンの回転速度とに対して演算する演算手段と、この演算手段により演算された遮断時期が検出された時に昇圧用スイッチを遮断する回路とを設けて、エンジンの低速回転時から高速回転時までエキサイタコイルに誘起する電圧をほぼ一定にすることができるようにしている。

このように構成すれば、エキサイタコイルの余分な出力を短絡する電圧制限回路を設けることなく、エンジンの低速回転時から高速回転時までエキサイタコイルの誘起電圧をほぼ一定にすることができるため、無駄なエネルギの消費を抑え、エキサイタコイルからの発熱を抑制することができる。
特開平５−５２１６８号公報

特許文献１に示されたコンデンサ放電式の点火装置では、エキサイタコイルの出力電圧とエンジンの回転速度とに対して昇圧用スイッチの遮断時期を演算する演算手段と、この演算手段により演算された遮断時期を検出する手段とをマイクロプロセッサにより構成する必要があるため、昇圧回路の制御のためにマイクロプロセッサに実行させる処理の内容が多くなり、昇圧回路の制御のために必要な処理時間が長くなるのを避けられなかった。そのため、点火時期の制御や燃料噴射量の制御など、他の制御を行うために必要な処理時間が制限され、これらの制御を簡略化せざるを得ないなどの問題が生じていた。

本発明の目的は、マイクロプロセッサに複雑な処理を行わせることなく、エンジンの低速時に点火用コンデンサの充電が不足するのを防ぐとともに、エンジンの中高速回転時には、無駄なエネルギ消費を伴うことなく昇圧回路の出力電圧をほぼ一定に保って、点火用コンデンサの充電電圧が過大になるのを防ぐことができるようにしたコンデンサ放電式エンジン用点火装置を提供することにある。

本発明は、エンジンにより駆動される磁石発電機内に設けられたエキサイタコイルと、このエキサイタコイルの一方の半波の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、この昇圧回路の出力電圧で充電される点火用コンデンサと、点火信号が与えられたときに導通して点火用コンデンサの電荷を点火コイルの１次コイルに放電させるコンデンサ放電用スイッチと、エンジンの点火時期にコンデンサ放電用スイッチに点火信号を与える点火制御部とを備えたコンデンサ放電式エンジン用点火装置を対象とする。

本発明においては、上記昇圧回路を、エキサイタコイルに対して並列に接続されて、駆動信号が与えられている間導通し得る状態になるスイッチ素子からなっていてエキサイタコイルが一方の半波の出力電圧を発生したときに導通してエキサイタコイルの短絡電流を流す昇圧用スイッチと、昇圧用スイッチに駆動信号を供給する昇圧用スイッチ駆動回路と、昇圧用スイッチに対して直列に接続された電流検出用の第１のシャント抵抗器と、オフ状態にあるときに昇圧用スイッチに駆動信号が与えられるのを許容し、オン状態にあるときに駆動信号を昇圧用スイッチから側路して該昇圧用スイッチを遮断状態にするように設けられていて、第１のシャント抵抗器の両端の電圧が設定されたトリガレベルに達したときにトリガ信号が与えられてオン状態になる遮断制御用スイッチと、抵抗値切換用スイッチを通して第１のシャント抵抗器の両端に並列に接続された第２のシャント抵抗器と、エンジンの回転速度が設定値以下のときに抵抗値切換用スイッチをオン状態に保ち、回転速度が設定値を超えているときに抵抗値切換用スイッチをオフ状態に保つように抵抗値切換用スイッチを制御するスイッチ制御部とを備えた構成とする。

上記のように構成すると、エンジンの低速回転時（回転速度が設定値以下の時）に抵抗値切換用スイッチがオン状態になるため、第１のシャント抵抗器の両端に第２のシャント抵抗器が並列接続される。第１のシャント抵抗器の両端に第２のシャント抵抗器が並列接続されると、第２のシャント抵抗器が切り離されている際に第１のシャント抵抗器の両端の電圧をトリガレベルに到達させる電流よりも更に大きな電流が昇圧用スイッチに流れないと、第１のシャント抵抗器の両端の電圧がトリガレベルに達しないようになるため、遮断制御用スイッチの見かけのトリガレベルを高くして、昇圧用スイッチを遮断状態にした際の電流遮断値を大きくすることができる。従って、エンジンの低速回転時にエキサイタコイルに誘起する電圧を高くして、点火用コンデンサを十分高い電圧まで充電することができ、低速時の点火性能を高めて、エンジンの始動性及び低速時の回転の安定性を向上させることができる。

またエンジンの回転速度が設定値を超えて上昇したときには、第２のシャント抵抗器が第１のシャント抵抗器から切り離されるため、第１のシャント抵抗器の両端に生じる電圧をトリガレベルに到達させるために昇圧用スイッチに流す必要がある電流の大きさを、第２のシャント抵抗器が第１のシャント抵抗器に並列接続されている場合よりも小さくすることができる。従って、エンジンの中高速回転時には、遮断制御用スイッチの見かけのトリガレベルを低くして、昇圧用スイッチを遮断状態にした際の電流遮断値を制限することができ、これによりエキサイタコイルの誘起電圧の上昇を抑えて、点火用コンデンサの充電電圧が過大になるのを防ぐことができる。エンジンの中高速回転時にエキサイタコイルの誘起電圧を抑制する際には、エキサイタコイルの余分な出力を短絡することがないため、無駄なエネルギ消費を伴うことなく、点火用コンデンサの充電電圧が過大になるのを防ぐことができる。

エンジンの極低速時に点火用コンデンサの充電を十分に行わせて点火性能を高め、エンジンの始動性を高めるためには、エキサイタコイルの一方の半波の出力電圧がピークに達したときに遮断制御用スイッチにトリガ信号を与えるピークトリガ回路を更に設けることが好ましい。

このように構成すると、エンジンの回転速度が設定値以下の極低速回転時に、エキサイタコイルの一方の半波の出力電圧がピークに達したときにエキサイタコイルの短絡電流が遮断されるため、短絡電流の遮断値を大きくしてエキサイタコイルに誘起する電圧を高くすることができる。そのため、極低速回転時に点火用コンデンサを十分に高い電圧まで充電して点火性能を高めることができ、エンジンの始動性を向上させることができる。

以上のように、本発明によれば、抵抗値切換用スイッチを通して第１のシャント抵抗器の両端に並列に接続された第２のシャント抵抗器と、エンジンの回転速度が設定値以下のときに抵抗値切換用スイッチをオン状態に保ち、回転速度が設定値を超えているときに抵抗値切換用スイッチをオフ状態に保つように、回転速度に応じて抵抗値切換用スイッチを制御するスイッチ制御部とを設けて、エンジンの低速回転時に第１のシャント抵抗器の両端に第２のシャント抵抗器を並列接続することにより、昇圧用スイッチを遮断状態にした際の電流の遮断値を大きくするようにしたので、エンジンの低速回転時に昇圧回路の出力電圧を高くして、点火用コンデンサを十分高い電圧まで充電することができ、低速時の点火性能を高めて、エンジンの始動性及び低速時の回転の安定性を向上させることができる。

また本発明によれば、エンジンの回転速度が設定値を超えて上昇したときに、エキサイタコイルの出力を短絡することなく、第２のシャント抵抗器を第１のシャント抵抗器から切り離すことにより、昇圧用スイッチを遮断状態にした際の電流遮断値を制限して、昇圧回路が出力する電圧の上昇を抑えるようにしたので、エンジンの中高速回転時に、無駄なエネルギ消費を伴うことなく、点火用コンデンサの過充電を防ぐことができるという利点が得られる。

以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。本発明は任意の気筒数を有するエンジンを点火する点火装置に適用できるが、以下に示す実施形態では説明を簡単にするため、エンジンが単気筒であるとしている。

図１は本発明の実施形態の構成を示したもので、同図において１は図示しないエンジンに取付けられた磁石式交流発電機内に設けられたエキサイタコイル、２はエキサイタコイル１の一方の半波の出力電圧を昇圧する昇圧回路、３は一端が接地された一次コイル３ａ及び二次コイル３ｂを有する点火コイル、４は点火コイルの一次側に設けられて昇圧回路２の出力で充電される点火用コンデンサ、６は点火信号が与えられたときに導通して点火用コンデンサ４の電荷を点火コイルの一次コイル３ａを通して放電させる放電用スイッチ、７はエキサイタコイル１の出力電圧を一定の直流電圧に変換する電源回路、８はエンジンに取りつけられた図示しない信号発生器内に設けられて、エンジンの所定のクランク角位置でパルス信号を発生する信号コイル、９はエンジンの点火時期に放電用スイッチ６に点火信号を与える点火制御部、１０は信号コイル８の出力から得られるエンジンの回転情報に基づいてエンジンの回転速度を検出する回転速度検出部、１１は昇圧回路の昇圧性能を切り換えるための制御を行う昇圧制御部である。

エキサイタコイル１の一端は、アノードが接地されたダイオードＤ1のカソードに接続され、エキサイタコイル１とダイオードＤ1との直列回路の両端にアノードを接地側に向けたダイオードＤ2が接続されている。エキサイタコイル１の他端はアノードをエキサイタコイルの他端側に向けたダイオードＤ3を通して、点火用コンデンサ４の一端に接続され、点火用コンデンサ４の他端は、点火コイル３の一次コイル３ａの非接地側の端子に接続されている。

点火用コンデンサ４の一端と接地間に放電用スイッチ６を構成するサイリスタＴh1が、そのカソードを接地側に向けて接続され、該サイリスタのゲートカソード間に抵抗Ｒ1及びコンデンサＣ1が並列接続されている。サイリスタＴh1の両端には保護用の抵抗Ｒ2が接続され、点火コイルの一次コイル３ａの両端には、ダイオードＤ4が、そのカソードを接地側に向けて接続されている。点火コイルの二次コイル３ｂの非接地側端子は、エンジンの気筒に取りつけられた点火プラグ１２の非接地側端子に高圧コードを通して接続されている。

エキサイタコイル１は、図示の実線矢印方向の正の半波の出力電圧Ｖepと図示の波線矢印方向の負の半波の出力電圧Ｖenとからなる交流電圧をエンジンの回転に同期して発生する。エキサイタコイル１−ダイオードＤ3−点火用コンデンサ４−ダイオードＤ4及び一次コイル３ａ−ダイオードＤ1−エキサイタコイル１の回路により、点火用コンデンサ４を充電するコンデンサ充電回路が構成されている。

電源回路７は、ダイオードＤ2を通して入力されるエキサイタコイル１の負の半波（他方の極性の半波）の出力電圧Ｖenを、点火制御部９や昇圧制御部１０の一部の構成要素を構成するマイクロプロセッサ等を駆動するのに適した一定の（例えば５Ｖの）直流電圧Ｖccに変換する。この電源回路は、例えば、エキサイタコイルの負の半波の出力電圧Ｖenにより充電される電源用コンデンサと、この電源用コンデンサの両端の電圧を一定に保つように制御する制御回路とにより構成される。

図４（Ａ）に示したように、信号コイル８は、エンジンのピストンが上死点ＴＤＣに達するときのクランク角位置（上死点位置）よりも十分に進角した位置に設定された基準クランク角位置θ1で第１のパルス信号Ｖs1を発生し、上死点位置ＴＤＣに近いクランク角位置θ2で第２のパルス信号Ｖs2を発生する。

図３に示したように、第１のパルス信号Ｖs1は、トランジスタＴＲaと、ダイオードＤa及びＤbと、抵抗ＲaないしＲdと、コンデンサＣa及びＣbとからなる公知の波形整形回路１３を通してマイクロプロセッサ１４に与えられる。波形整形回路１３はパルス信号Ｖs1をマイクロプロセッサが認識し得る信号に変換するために設けられたもので、この例では、パルス信号Ｖs1がしきい値レベルＶth以上になっている間トランジスタＴＲaをオン状態にすることにより、パルス信号Ｖs1を図４（Ｂ）に示したような矩形波信号に変換する。マイクロプロセッサは、この矩形波信号の立下りを検出することによりパルス信号Ｖs１が発生したこと（クランク角位置が基準クランク角位置θ1に一致したこと）を認識する。

マイクロプロセッサ１４は、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムを実行することにより、回転速度検出部１０及び点火制御部９を構成する他、後記する昇圧１１のスイッチ制御部１１Ａを構成する。

回転速度検出部１０は、パルス信号Ｖs1が入力される毎に、前回パルス信号Ｖs1が入力されてから今回パルス信号Ｖs1が入力されるまでの時間をタイマにより計測して、パルス信号Ｖs1が検出される周期を求め、この周期（クランク軸が１回転するのに要する時間）からエンジンの回転速度を演算する。

点火制御部９は、回転速度検出部１０が検出した回転速度に対してエンジンの点火時期を演算する点火時期演算手段と、点火時期演算手段により演算された点火時期を検出したときに点火信号Ｖiを出力する点火信号発生手段とにより構成されている。点火時期は、クランク軸が現在の回転速度で基準クランク角位置から点火を行うクランク角位置（点火位置）まで回転する間にタイマに計測させる計時データの形で演算される。マイクロプロセッサは、パルス信号Ｖs1が入力されたときに点火時期演算手段により演算された計時データをタイマにセットしてその計測を開始させ、該タイマが計時データの計測を完了した時にコンデンサ放電用スイッチ６を構成するサイリスタＴh1に点火信号Ｖiを与える。

昇圧回路２は、ＮＰＮトランジスタをダーリントン接続した複合トランジスタからなるエキサイタ短絡用トランジスタＴr1を備え、このトランジスタのコレクタはエキサイタコイル１の他端に接続されている。トランジスタＴr1のベースは抵抗Ｒ3 を通して電源回路７の出力端子に接続され、該トランジスタのエミッタは短絡電流検出用の第１のシャント抵抗器Ｒ4を通して接地されている。この例ではトランジスタＴr1により、エキサイタコイル１に対して並列に接続される昇圧スイッチ１５が構成され、該昇圧スイッチ１５に対して直列に第１のシャント抵抗器Ｒ4が接続されている。

トランジスタＴr1のコレクタとベースとの間にアノードをトランジスタＴr1のベース側に向けたダイオードＤ5が接続され、トランジスタＴr1のエミッタと接地間に抵抗Ｒ5とＲ6との直列回路からなる抵抗分圧回路が接続されている。またトランジスタＴr1のベースと接地間にアノードを該トランジスタのベース側に向けたサイリスタＴh2が接続され、サイリスタＴh2のゲートが抵抗Ｒ5とＲ6の接続点（分圧回路の分圧点）に接続されている。

この例では、電源回路７と抵抗Ｒ3とにより、昇圧用スイッチを構成するトランジスタＴr1に駆動信号（ベース電流）を供給する昇圧用スイッチ駆動回路が構成されている。昇圧用スイッチ１５は、駆動信号が与えられている間導通し得る状態にあり、エキサイタコイル１が正の半波の出力電圧を発生したときに導通状態になってエキサイタコイル１に短絡電流を流す。

またサイリスタＴh2により遮断制御用スイッチ１６が構成され、抵抗Ｒ5及びＲ6からなる抵抗分圧回路により、第１のシャント抵抗器Ｒ4の両端の電圧が設定されたトリガレベルに達したときに遮断制御用スイッチ１６にトリガ信号を与える遮断制御用スイッチトリガ回路が構成されている。

遮断制御用スイッチ１６は、オフ状態にあるときに昇圧用スイッチ１５に駆動信号が与えられるのを許容し、オン状態にあるときに駆動信号を昇圧用スイッチ１５から側路して昇圧用スイッチ１５を遮断状態にするように設けられている。

遮断制御用スイッチ１６を構成するサイリスタＴh2は、昇圧用スイッチ１５を通して流れるエキサイタコイルの短絡電流が所定の大きさになって、第１のシャント抵抗器Ｒ4の両端の電圧が設定されたトリガレベルに達したときにトリガ信号が与えられれてオン状態になる。

サイリスタＴh2はまた、第１のシャント抵抗器Ｒ4の両端の電圧がトリガレベル未満になった後、エキサイタコイル１が負の半波の出力電圧Ｖenを発生して、電源回路７から抵抗Ｒ3を通して該サイリスタＴh2に流れていた電流がダイオードＤ5とエキサイタコイル１とを通してサイリスタ１６から側路されたときに、そのアノード電流が保持電流未満に減衰してオフ状態になる。

昇圧用スイッチ１５を流れているエキサイタコイルの短絡電流が所定の大きさに達し、第１のシャント抵抗器Ｒ4の両端の電圧がトリガレベルに達すると、サイリスタＴh2がオン状態になるため、昇圧用スイッチ１５を構成するトランジスタＴr1に与えられていたベース電流（駆動信号）がサイリスタＴh2を通してトランジスタＴr1から側路される。これによりトランジスタＴr1が遮断状態になるため、エキサイタコイル１の短絡電流が遮断される。エキサイタコイルの短絡電流が遮断されると、それまで流れていた短絡電流を流し続けようとする向きの高い電圧（正の半波の出力電圧と同じ極性の電圧）がエキサイタコイル１に誘起する。このようにして昇圧されたエキサイタコイルの誘起電圧が前述の充電回路を通して点火用コンデンサ４に印加されるため、点火用コンデンサ４が図示の極性に充電される。

また本実施形態では、トランジスタＴr1のエミッタにＰＮＰトランジスタＴr2のエミッタが接続され、このトランジスタＴr2のコレクタが抵抗Ｒ7を通して接地されている。トランジスタＴr2のエミッタベース間には、アノードを該トランジスタＴr2のベース側に向けたダイオードＤ6が接続され、トランジスタＴr2のベースと接地間には、ピーク検出用コンデンサＣ2が接続されている。トランジスタＴr2のエミッタ及びベースはそれぞれＰＮＰトランジスタＴr3のエミッタ及びベースに接続され、トランジスタＴr2がオン状態にあるとき及びオフ状態にあるときにそれぞれトランジスタＴr3がオフ状態及びオン状態になるようになっている。トランジスタＴr3のコレクタは、抵抗Ｒ8を通してサイリスタＴh2のゲートに接続されており、トランジスタＴr2がオフ状態になってトランジスタＴr3がオン状態になったときに、抵抗Ｒ8を通してサイリスタＴh2にトリガ信号が与えられるようになっている。

この例では、トランジスタＴr2及びＴr3と、ピーク検出用コンデンサＣ2と、ダイオードＤ6と、抵抗Ｒ7とにより、ピークトリガ回路１７が構成されている。このピークトリガ回路においては、昇圧用スイッチ１５を構成するトランジスタＴr1がオン状態になったときにトランジスタＴr2のエミッタ、ベースとコンデンサＣ2とを通して電流が流れ、トランジスタＴr2がオン状態になる。トランジスタＴr2がオン状態にある間トランジスタＴr3がオフ状態にあるため、トランジスタＴr3と抵抗Ｒ8とを通してサイリスタＴh2にトリガ信号が与えられることはない。エキサイタコイル１の正の半波の出力電圧Ｖepがピークに達すると、コンデンサＣ2の充電が完了するため、トランジスタＴr2にベース電流が流れなくなり、トランジスタＴr2がオフ状態になる。これによりトランジスタＴr3がオン状態になるため、抵抗Ｒ8を通してサイリスタＴh2にトリガ信号が与えられ、該サイリスタＴh2がオン状態になる。コンデンサＣ2の電荷は、トランジスタＴr3がオン状態になったときに、ダイオードＤ6とトランジスタＴr3と抵抗Ｒ8とサイリスタＴh2のゲートカソード間とを通して放電する。

本実施形態では、第１のシャント抵抗器Ｒ4の両端に、第２のシャント抵抗器Ｒ9が、抵抗値切換用スイッチ１８を通して並列に接続されている。図示の抵抗値切換用スイッチ１８は、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＴr4からなり、このトランジスタのコレクタとトランジスタＴr1のエミッタとの間に第２のシャント抵抗器Ｒ9が接続されている。

抵抗値切換用スイッチ１８を制御するため、回転速度検出部１０により検出されたエンジンの回転速度Ｎが設定値Ｎs以下のときに抵抗値切換用スイッチ１８をオン状態に保ち、回転速度Ｎが設定値Ｎsを超えているときに抵抗値切換用スイッチ１８をオフ状態に保つように、回転速度検出部１０により検出された回転速度に応じて抵抗値切換用スイッチ１８を制御するスイッチ制御部１１Ａが設けられている。上記回転速度の設定値Ｎsは、エンジンの低速回転領域と中速回転領域との境界を与える値に設定される。設定値Ｎsの値は、エンジンの仕様、用途などに応じて適宜に設定する。

また抵抗値切換用スイッチ１８に駆動信号を供給する駆動信号供給回路１１Ｂが設けられ、スイッチ制御部１１Ａがオン指令信号Ｖpを発生したときに、電源回路７から駆動信号供給回路１１Ｂを通して抵抗値切換用スイッチ１８に駆動信号（この例ではトランジスタＴr4のベース電流）が与えられるようになっている。

上記スイッチ制御部１１Ａを構成するためにマイクロプロセッサに実行させるメインルーチンのアルゴリズムの要部を図５に示した。このアルゴリズムによる場合には、エンジン始動用の電源がオン状態にされた後、先ずステップＳ１０１で各部のイニシャライズを行い、このイニシャライズの中でオン指令信号Ｖpを発生させてトランジスタＴr4をオン状態にする。次いでステップＳ１０２で、回転速度検出部１０を構成する別のルーチンで演算された回転速度Ｎに対して点火時期等の演算を行い、ステップＳ１０３で回転速度Ｎが設定値Ｎsを超えているか否かを判定する。その結果、回転速度Ｎが設定値Ｎsを超えていないと判定されたときには、ステップＳ１０４に進んでオン指令を発生したままとし、トランジスタＴr4をオン状態に保持する。その後ステップＳ１０５で点火位置等を制御するために必要なその他の処理を行ってからステップＳ１０２に戻る。ステップＳ１０３で回転速度Ｎが設定値Ｎsを超えていると判定されたときにはステップＳ１０６でトランジスタＴr4をオフ状態にすることを指令するオフ指令を発生してからステップＳ１０５に進む。

図５に示したアルゴリズムによる場合には、ステップＳ１０２により点火時期演算手段が構成され、ステップＳ１０３により回転速度判定手段が構成される。またステップＳ１０１の中のオン指令を発生させる過程と、ステップＳ１０４と、ステップ１０６とにより、オンオフ指令発生手段が構成され、上記回転速度判定手段とオンオフ指令発生手段とによりスイッチ制御部１１Ａが構成される。

図１に示した点火装置において、エンジンのクランキングが行われると、エキサイタコイル１に交流電圧が誘起する。この交流電圧の正の半波において昇圧用スイッチ１５を構成するトランジスタＴr1が導通するため、エキサイタコイル１からトランジスタＴr1と第１及び第２のシャント抵抗器Ｒ4及びＲ9とを通して短絡電流が流れる。

エンジンの極低速時には、エキサイタコイル１の正の半波の出力電圧が低く、該出力電圧がピーク値に達する前にシャント抵抗器Ｒ4の両端の電圧がトリガレベルに達することができないため、エキサイタコイル１の正の半波の出力電圧がピーク値に達してトランジスタＴr3がオン状態になったときにサイリスタＴh2にトリガ信号が与えられて該サイリスタがオン状態になる。これによりトランジスタＴr1が遮断状態になり、それまで流れていたエキサイタコイルの短絡電流が遮断されるため、エキサイタコイル１に２００［Ｖ］以上の高い電圧が誘起し、この電圧により点火用コンデンサ４が充電される。エンジンの点火時期に点火制御部９がサイリスタＴh1に点火信号Ｖiを与えると、サイリスタＴh1が導通するため、点火用コンデンサ４の電荷がサイリスタＴh1と点火コイルの一次コイル３ａとを通して放電する。この放電により点火コイルの二次コイル３ｂに点火用の高電圧が誘起し、この高電圧が点火プラグ１２に印加されるため、点火プラグ１２で火花放電が生じてエンジンが点火される。これによりエンジンの初爆が行われると、エンジンが始動する。

エンジンが始動した後、その回転速度が上昇していくと、エキサイタコイル１の誘起電圧が上昇していくため、やがて、エキサイタコイルの正の半波の出力電圧Ｖepがピークに達する前に、第１のシャント抵抗器Ｒ4の両端の電圧がサイリスタＴh2のトリガレベルに達するようになる。第１のシャント抵抗器Ｒ4の両端の電圧がトリガレベルに達すると、遮断制御用スイッチを構成するサイリスタＴh2がオン状態になり、トランジスタＴr1のベース電流を該トランジスタから側路するため、トランジスタＴr1が遮断状態になり、エキサイタコイル１に高い電圧を誘起させる。この電圧により点火用コンデンサ４が充電されるため、前記と同様にして点火動作が行われる。

本実施形態において、エンジンの回転速度が設定値Ｎs以下のとき（低速回転時）には、抵抗値切換用スイッチを構成するトランジスタＴr4がオン状態になっていて、第１のシャント抵抗器Ｒ4の両端に第２のシャント抵抗器Ｒ9が並列接続されている。第１のシャント抵抗器Ｒ4の両端に第２のシャント抵抗器Ｒ9が並列接続されていると、第２のシャント抵抗器Ｒ9が第１のシャント抵抗器から切り離されている際に第１のシャント抵抗器Ｒ4の両端の電圧をトリガレベルに到達させる電流よりも更に大きな電流が昇圧用スイッチ１５に流れないと、第１のシャント抵抗器Ｒ4の両端の電圧がトリガレベルに達することができないため、遮断制御用スイッチ１６の見かけのトリガレベルを高くして、昇圧用スイッチ１５を遮断状態にした際の電流遮断値を大きくすることができる。従って、エンジンの低速回転時にエキサイタコイルに誘起させる電圧を高くして、点火用コンデンサを十分高い電圧まで充電することができ、低速時の点火性能を高めて、エンジンの始動性及び低速時の回転の安定性を向上させることができる。

エンジンの回転速度が設定値Ｎsを超えると、トランジスタＴr4がオフ状態にされるため、第２のシャント抵抗器Ｒ9が第１のシャント抵抗器Ｒ4から切り離される。第２のシャント抵抗器Ｒ9が第１のシャント抵抗器Ｒ4から切り離されと、第１のシャント抵抗器Ｒ4の両端に生じる電圧をトリガレベルに到達させるために昇圧用スイッチ１５に流す必要がある電流の大きさを、第２のシャント抵抗器Ｒ9が第１のシャント抵抗器Ｒ4に並列接続されている場合よりも小さくすることができる。そのため、エンジンの中高速回転時には、遮断制御用スイッチ１６の見かけのトリガレベルを低くして、昇圧用スイッチ１５を遮断状態にした際の電流遮断値を制限することができ、エキサイタコイルに誘起する電圧の上昇を抑えて、点火用コンデンサ４の充電電圧が過大になるのを防ぐことができる。エンジンの中高速回転時にエキサイタコイルに誘起する電圧を抑制する際には、エキサイタコイルの余分な出力を短絡することは行わないため、無駄なエネルギ消費を伴うことなく、点火用コンデンサの過充電を防ぐことができる。

上記の実施形態のように、エキサイタコイルの正の半波の出力電圧Ｖepがピークに達したときに遮断制御用スイッチ１６にトリガ信号を与えるピークトリガ回路１７を設けておくと、エンジンの回転速度が設定値以下の状態にある極低速回転時に、エキサイタコイル１の正の半波の出力電圧がピークに達したときにエキサイタコイルの短絡電流が遮断されるため、短絡電流の遮断値を大きくして、エンジンの極低速時にエキサイタコイルに誘起する電圧を高くすることができる。そのため、極低速回転時に点火用コンデンサを十分に高い電圧まで充電して点火性能を高めることができ、エンジンの始動性を向上させることができる。

昇圧回路を備えたコンデンサ放電式の点火装置において、点火用コンデンサ４の両端の電圧Ｖcとエンジンの回転速度Ｎとの関係の一例を図２に示した。同図において実線で示した曲線ａは昇圧制御部１１を設けない場合の特性を示し、細かい波線で示した曲線ｂは、上記実施形態の点火装置により得られる特性を示している。これより、エンジンの回転速度か設定値Ｎs以下の領域で、点火用コンデンサの充電電圧Ｖcを高くして、点火性能を高め、エンジンの始動性及び低速時の安定性を高めることができることが分かる。また図２に粗い波線で示した曲線ｃは、昇圧制御部１１及びピークトリガ回路１７を設けない場合の特性である。曲線ｃの特性では、エンジンの低速回転時の点火用コンデンサの充電が不足して点火性能が低下するため、エンジンの始動性が悪くなるのを避けられない。

上記の実施形態では、点火用コンデンサ４が点火コイルの一次コイルに対して直列に接続されているが、点火用コンデンサ４を点火コイルの一次コイルに対して並列に接続する形式のコンデンサ放電式点火装置にも本発明を適用できるのはもちろんである。

上記の実施形態では、遮断制御用スイッチ１６としてサイリスタを用いたが、このスイッチはサイリスタ以外の他のスイッチ素子により構成してもよい。また上記の実施形態では、昇圧用スイッチ１５としてトランジスタＴr1を用いたが、このスイッチは駆動信号が与えられている間オン状態になり得るものであれば良く、ＭＯＳＦＥＴなどのオンオフ制御が可能な他のスイッチ素子を昇圧用スイッチとして用いることもできる。

上記の実施形態では、電源回路７から昇圧用スイッチ１５に駆動信号を与えるように昇圧用スイッチ駆動回路を構成しているが、エキサイタコイル１側から昇圧用スイッチ１５に駆動信号を与えるように、昇圧用スイッチ駆動回路を構成することもできる。

本発明の実施形態の構成を示した回路図である。 本発明の実施形態により得られる充電電圧対回転速度特性を、従来の点火装置で得られる充電電圧対回転速度特性と比較して示した特性曲線図である。 図１に示した実施形態において、信号コイルの出力をマイクロプロセッサに入力する部分の構成を示した回路図である。 図１の実施形態において信号コイルが出力するパルス信号の波形と、このパルス信号を波形整形回路を通して得た信号の波形とを示した波形図である。 本発明の実施形態においてマイクロプロセッサに実行させるプログラムのメインルーチンのアルゴリズムの要部を示したフローチャートである。

符号の説明

１ エキサイタコイル
２ 昇圧回路
３ 点火コイル
４ 点火用コンデンサ
６ 放電用スイッチ
７ 電源回路
８ 信号コイル
９ 点火制御部
１０ 回転速度検出部
１１ 昇圧制御部
１１Ａ スイッチ制御部
１１Ｂ 駆動信号供給回路
１５ 昇圧用スイッチ
１６ 遮断制御用スイッチ
１８ 抵抗値切換用スイッチ
Ｒ4 第１のシャント抵抗器
Ｒ9 第２のシャント抵抗器

Claims (2)

1. エンジンにより駆動される磁石発電機内に設けられたエキサイタコイルと、前記エキサイタコイルの一方の半波の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路の出力電圧で充電される点火用コンデンサと、点火信号が与えられたときに導通して前記コンデンサの電荷を点火コイルの１次コイルに放電させるコンデンサ放電用スイッチと、前記エンジンの点火時期に前記コンデンサ放電用スイッチに点火信号を与える点火制御部とを備えたコンデンサ放電式エンジン用点火装置において、
   前記昇圧回路は、
   前記エキサイタコイルに対して並列に接続されて、駆動信号が与えられている間導通し得る状態になるスイッチ素子からなっていて、前記エキサイタコイルが前記一方の半波の出力電圧を発生したときに導通して前記エキサイタコイルに短絡電流を流す昇圧用スイッチと、
   前記昇圧用スイッチに前記駆動信号を供給する昇圧用スイッチ駆動回路と、
   前記昇圧用スイッチに対して直列に接続された電流検出用の第１のシャント抵抗器と、 オフ状態にあるときに前記昇圧用スイッチに前記駆動信号が与えられるのを許容し、オン状態にあるときに前記駆動信号を前記昇圧用スイッチから側路して該昇圧用スイッチを遮断状態にするように設けられていて、前記第１のシャント抵抗器の両端の電圧が設定されたトリガレベルに達したときにトリガ信号が与えられれてオン状態になる遮断制御用スイッチと、
   抵抗値切換用スイッチを通して前記第１のシャント抵抗器の両端に並列に接続された第２のシャント抵抗器と、
   前記エンジンの回転速度が設定値以下のときに前記抵抗値切換用スイッチをオン状態に保ち、前記回転速度が前記設定値を超えているときに前記抵抗値切換用スイッチをオフ状態に保つように前記抵抗値切換用スイッチを制御するスイッチ制御部と、
   を具備しているコンデンサ放電式エンジン用点火装置。
2. 前記エキサイタコイルの前記一方の半波の出力電圧がピークに達したときに前記遮断制御用スイッチにトリガ信号を与えるピークトリガ回路を更に備えている請求項１に記載のコンデンサ放電式エンジン用点火装置。
   

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