JP5136743B2 - 内燃機関の無接点点火制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の運転中にストップスイッチを操作することによって、前記内燃機関を失火制御に導くための内燃機関の無接点点火制御装置に関する。

従来から、内燃機関の回転に同期して誘起された誘起起電力に基づき、制御された所定のタイミングで点火プラグに火花を発生させて内燃機関の運転を継続させ、一方、ストップスイッチ操作によって内燃機関を失火制御に導き、内燃機関を自動停止させる内燃機関の無接点点火制御装置が提案されている（例えば、引用文献１参照）。

図４は、かかる従来の内燃機関の無接点点火制御装置を概念的に示すブロック図である。図４において、発電コイル３１にはＣＤＩ型の点火制御回路３２および点火回路３３が順に接続されており、発電コイル３１にはストップスイッチ３４が並列接続されている。

前記ストップスイッチ３４は内燃機関の運転中は開かれた状態を維持しており、内燃機関を失火させて運転停止にする場合には、人為操作によって閉じられる。前記ストップスイッチ３４の閉時には、発電コイル３１の両端子が短絡状態になり、点火制御回路３２等への電力供給が停止されて、内燃機関の点火も停止される。

ところで、内燃機関は、噴霧機、農薬散布機、草刈機などの動力源として広く用いられ、前記ストップスイッチ３４の閉操作時に点火制御回路による内燃機関の失火制御によって、前記機器を停止可能にしている。

一方、前記機器では、ストップスイッチ３４が噴霧器等におけるポンプ、ブロワー、回転刃などとともに前記発電コイル３１から離れて、手元操作可能な、例えば支持部材の端部付近に設けられるのが一般的である。

また、内燃機関の無接点点火装置の小型化、ユニット化のために、発電コイル３１や点火制御回路３２などは樹脂モールドされることがあり、該樹脂モールドされた発電コイル３１や点火制御回路３２が前記噴霧機等の本体の一部または全部とともにプラスチックのケーシングに収められる場合がある。

しかし、ストップスイッチ３４や該ストップスイッチ３４を接続する配線の一部は、スイッチ操作を可能にするために、前記ケーシングの外に設置される。このため、少なくとも前記ストップスイッチ３４の端子（一般に、コネクタ端子）は外部に露出することとなる。

ところで、前記ような従来の内燃機関の無接点点火制御装置では、前記噴霧機等の内燃機関の運転中において、前記ストップスイッチ３４が開状態であり、ブロワー等により送出される空気との摩擦によって前記ケーシング表面に蓄積された静電気が、前記ストップスイッチ３４の前記端子や該端子に接続された配線に飛び込むことがある。この場合には、前記静電気はサージ電流となって発電コイル３１や点火制御回路３２内の電子部品に流れ、これらの絶縁を破壊させたり、誤作動を惹き起こさせたりする。

これに対して、前記ストップスイッチ３４に、図４に鎖線で示すようなサージ吸収素子３５を並列接続した無接点点火制御回路が提供されている。該構成によれば、前記ケーシング表面に蓄積された前記静電気や、外部からの静電ノイズあるいは電磁ノイズがストップスイッチの前記端子や配線に飛び込んでも、サージ吸収素子３５が発電コイル３１や点火制御回路３２等へのサージ電流の進入を吸収（阻止）し、電子部品の絶縁破壊や誤動作を未然に防止できる。
特開２０００‐２４０５４９号公報

しかしながら、前記のような従来の内燃機関の無接点点火制御装置では、前記点火制御回路における電子部品の絶縁破壊や誤動作を防止するために、前記ストップスイッチ３４に高電圧用の、つまり耐電圧値の大きいサージ吸収素子３５を並列接続する必要があり、このため、電子回路を搭載する回路基板等における前記サージ吸収素子３５のサイズが大きくなり、点火制御回路および無接点点火制御装置全体の小型化およびローコスト化を妨げるという問題があった。

本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、無接点点火制御回路等の電子部品を被うケーシング表面に蓄積された前記静電気が、ストップスイッチの端子や配線に飛び込んだ場合にも、小型で耐電圧値の小さいサージ吸収素子を用いて、前記静電気に基づく前記点火制御回路等へのサージ電流の侵入を阻止でき、該サージ電流による前記電子部品の絶縁破壊や回路の誤動作を確実に回避することができる内燃機関の無接点点火制御装置を得ることを目的とする。

前記目的達成のために、本発明にかかる内燃機関の無接点点火制御装置は、内
燃機関の回転に同期して電圧を誘起する発電コイルと、内燃機関の回転に同期して、前記発電コイルが誘起する電圧より低レベルの電圧を誘起するトリガコイルと、前記発電コイルの誘起電圧を充電する点火用充放電コンデンサと、該点火用充放電コンデンサに充電された電荷を放電してイグニッションコイルに供給するスイッチング素子と、前記トリガコイルにダイオードを介して接続され、前記トリガコイルが誘起する電圧のみ充電するトリガ制御用コンデンサと、前記トリガコイルに誘起される電圧が正から負に変化する際に、前記トリガ制御用コンデンサの放電電圧をベースに受けてオンとなることで、そのトリガコイルの両端子をシャントするトランジスタと、前記スイッチング素子のトリガ回路に接続され、オン操作されることで前記トリガコイルの誘起電圧にもとづき前記スイッチング素子に前記発電コイルをショーとさせるストップスイッチと、該ストップスイッチに並列接続され、該ストップスイッチの開状態において、前記発電コイル、前記トリガコイルおよび前記スイッチング素子を含む点火制御回路を包むプラスチックのケーシング表面に蓄積された静電気にもとづき前記点火制御回路に流れるサージ電流を吸収するためのサージ吸収素子と、を備えることを特徴とする。

前記構成により、ストップスイッチが開状態である内燃機関の運転状態において、ケーシング表面に帯電した静電気がストップスイッチの端子や、該端子と点火制御回路の各電子部品とを結ぶ配線に飛び込んだ場合にも、前記静電気に基づくサージ電流を低電圧回路側にある前記点火制御回路の電子部品に流すことなく、速やかにアースに落すことができる。このため、低電圧型で、小型かつローコストのサージ吸収素子を使いながら、電子部品の絶縁破壊や誤作動を確実に回避することができる。

本発明によれば、内燃機関の運転中にストップスイッチの端子や該ストップスイッチに接続された配線に、噴霧機等の本体ケーシング表面に蓄積された静電気が飛び込むようなことがあっても、小型のサージ吸収素子の使用によって、前記静電気に基づくサージ電流が点火制御回路の電子部品へ侵入するのを阻止でき、該電子部品の絶縁破壊や誤作動を確実かつローコストに防止することができる。

以下、本発明の実施一形態の一例を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明における内燃機関の無接点点火装置を構成する発電コイル１およびトリガコイル２のロータ３に対する配置関係を示す説明図である。同図において、ロータ３は、例えばアルミなどの非磁性体４内に、磁石５を挟むようにして一対の磁極６，７を埋設したものからなる。また、前記各磁極６，７はロータ３の外周面に一部が図示のように露出しており、ロータ３の回転中にコ字状のコア８の脚８ａ、８ｂの端面に対向可能とされている。

また、前記脚８ａ，８ｂにはそれぞれ前記発電コイル１およびトリガコイル２が巻装されている。なお脚８ａ，８ｂのロータ３との対向面は円弧状に形成されて、ロータ３との距離を一定に保つようになされている。

ここで、前記発電コイル１は、大容量の点火エネルギを点火用充放電コンデンサ１０に充電する必要から、高電圧を誘起するように構成される。一方、トリガコイル２は、前記点火用充放電コンデンサ１０の放電を瞬時に行わせるために、低レベルの制御用電圧を誘起するように構成される。従って、このトリガコイル２を中心とする点火制御回路の電子部品の耐電圧を低く抑えることができる。

図２は、本発明の内燃機関の無接点点火装置を示す回路図である。同図においては、発電コイル１にダイオード９、点火用充放電コンデンサ１０およびイグニッションコイル１１の一次コイル１１ａが直列接続され、これらは発電コイル１が誘起する正の電圧を点火用充放電コンデンサ１０に充電する充電回路を構成している。

また、点火用充放電コンデンサ１０は、第１のスイッチング素子としてのサイリスタ１２のアノード・カソードおよびイグニッションコイル１１の一次コイル１１ａとともに直列接続されて、これらが点火用充放電コンデンサ１０の充電電荷を放電する放電回路を構成している。該放電回路は、サイリスタ１２がトリガされて導通したとき、前記点火用充放電コンデンサ１０の充電電荷をイグニッションコイル１１に放出するように機能する。

前記イグニッションコイル１１の二次コイル１１ｂには点火プラグ１３が接続されている。また、前記サイリスタ１２のアノード・カソード間には、イグニッションコイル１１の一次側のＬＣ発振用ダイオード１４が接続されている。一方、トリガコイル２の一端および接地間には、ダイオード１５およびコンデンサ１６が直列接続されている。

また、前記トリガ制御用コンデンサ１６の一端は接地され、他端にはこれとともに時定数回路を形成する抵抗１７を介して、第２のスイッチング素子としてのトランジスタ１８のベースが接続されている。該トランジスタ１８のコレクタは、前記トリガコイル２の他端とサイリスタ１２のゲートとを結ぶ回路の途中に接続されている。

前記トランジスタ１８のエミッタは、ダイオード１９を介してトリガコイル２の一端とダイオード１５とを結ぶ回路の途中に接続されている。

前記トランジスタ１８のベースと接地との間には、ストップスイッチ２０が接続され、該ストップスイッチ２０にはサージ吸収素子２１が並列接続されている。サージ吸収素子２１としては、例えばバリスタやツェナダイオードなどが用いられる。このストップスイッチ２０およびサージ吸収素子２１には、市場に多く流通し、汎用性が高く、ローコストのものが用いられる。

次に、前記内燃機関の無接点点火制御装置の動作について説明する。まず、内燃機関が作動し、ロータ３が図１において矢印Ａ方向に回転すると、このロータ３に対向するコア８上の発電コイル１およびトリガコイル２には、図３（ａ）、（ｂ）に示す波形の電圧がそれぞれ誘起される。そして、この発電コイル１の誘起電圧のうち、正の誘起電圧は、ダイオード９、点火用充放電コンデンサ１０を介してイグニッションコイル１１の一次コイル１１ａに印加されて、点火用充放電コンデンサ１０に電荷が充電される。この充電電圧波形は、図３（ｃ）に示す通りである。

一方、トリガコイル２の誘起電圧のうち、正の誘起電圧は、発電コイル１の、正の誘起電圧の立ち上がりより所定周期ｔだけ早く立ち上がり、該電圧はダイオード１５を介してトリガ制御用コンデンサ１６を充電する。該トリガ制御用コンデンサ１６の充電電圧波形を、図３（ｄ）に示す。

また、前記点火用充放電コンデンサ１０の充電後に前記サイリスタ１２のゲートの電位が設定レベル、つまり、トリガコイル２の誘起電圧が図３（ａ）に示す最初のトリガレベルＴＬに達すると、前記サイリスタ１２はターンオンして、点火用充放電コンデンサ１０の電荷を、前記サイリスタ１２を通じてイグニッションコイル１１へ供給する。

このため、前記イグニッションコイル１１から点火プラグ１３に点火電圧が印加されて、内燃機関における燃焼室内の混合気に点火が行われる。この動作の繰り返しによって、内燃機関の起動およびこれに続く回転数の上昇が促され、さらに点火時期の進角によってエンジン出力である馬力が増す。

また、トリガコイル２の誘起電圧が正から負に変化する過程で、トリガ制御用コンデンサ１６に充電された図３（ｄ）に示す充電電圧波形の電荷が、該トリガ制御用コンデンサ１６とともに時定数回路を構成する抵抗１７を通じて放電され、トランジスタ１８がオンとなる。このため、これまでトリガコイル２、サイリスタ１２のゲート・カソードおよびダイオード１９を通じて流れていたトリガ電流が、トリガ制御用コンデンサ１６の放電の所定時間分、トランジスタ１８のターンオンによってシャントされ、この間サイリスタ１２のトリガが禁止されてオフ状態となる。

従って、前記トランジスタ１８のオンによるトリガ電流のシャントは、内燃機関が予め設定された常用回転数を超えて高速回転すると、トリガコイル２の誘起電圧が次のトリガレベルＴＬに達する時点にまで続くことになり、従ってサイリスタ１２の次回のトリガが回避されることとなって、点火時期の遅角が始まる。つまり、内燃機関の回転数が常用回転数を超えると、点火時期が徐々に遅れることとなり、結果として、内燃機関の過回転を防止できる。

一方、無接点点火制御装置の前記動作において、ストップスイッチ２０は、オフ状態を維持している。そこで、内燃機関を持つ噴霧機等の動作を停止させる場合には、前記ストップスイッチ２０をオン操作する。これにより、前記ストップスイッチ２０を通じてトリガコイル２の誘起電圧がサイリスタ１２のゲートおよびカソードに流れ続け、この間サイリスタ１２はオン状態になり、発電コイル１の両端がシャントされる。このため、内燃機関は直ちに失火状態に陥って、停止する。

前記ストップスイッチ２０は、前述のような手元操作を可能にするために、チェンソーや噴霧機などの回転刃やブロワーから離れた指示部材の端部に取り付けられており、また、樹脂モールドされた発電コイル１、トリガコイル２および点火制御回路等を包むケーシングの外に設けられる。このため、前記ケーシング表面に蓄積された静電気がストップスイッチ２０およびこのストップスイッチ２０に接続された配線の一部に前述のように飛び込む。

前記の場合には、その静電気がサージ電流となって前記発電コイル１や点火制御回路内の電子部品に流れ込もうとするが、前記ストップスイッチ２０に並列接続されたサージ吸収素子２１がそのサージ電流を吸収することとなる。このため、前記サージ電流による電子部品の絶縁破壊や誤動作を確実に回避することができる。

本発明では、前記ストップスイッチ２０が、トリガコイル２が誘起する比較的低電圧を電源として動作する点火制御回路に設置される。このため、ストップスイッチ２０およびこれに接続された配線を流れる電流に乗るサージ電流もまた相対的に低レベルになり、該サージ電流を吸収するサージ電流吸収素子も耐電圧が低いものを用いることが可能になる。

従って、このような耐電圧の低いサージ吸収素子２１として、従来、発電コイル１に並列接続されたものに比べて格段に小型で、汎用性の高い安価なものを使用することができ、点火制御回路基盤への搭載が容易になるほか、装置全体の小型化を実現することができことになる。

以上のように、本実施形態では、発電コイル１の誘起電圧を点火用充放電コンデンサ１０に充電し、点火用充放電コンデンサ１０に充電された電荷をスイッチング素子１２のトリガにより放電してイグニッションコイル１１に供給し、前記スイッチング素子１２のトリガ回路に接続されたストップスイッチ２０のオン操作時に、前記スイッチング素子をオンさせることにより前記発電コイル１をショート可能にするとともに、前記ストップスイッチ２０にサージ吸収素子２１を並列接続したことにより、前記ストップスイッチ２０が開状態である内燃機関の運転状態において、ケーシング表面に帯電した静電気がサージ（パルス状の高レベルのノイズ）電流としてストップスイッチ２０の端子や、この端子と点火制御回路とを結ぶ配線に飛び込んだ場合にも、このサージ電流を低電圧回路側にある点火制御回路の電子部品に流すことなく速やかにアースに落すことができる。このため、低電圧型で、小型かつローコストのサージ吸収素子２１を使いながら、電子部品の絶縁破壊や誤作動を確実に回避することができる。

本発明の内燃機関の無接点点火制御装置は、無接点点火制御回路の電子部品を被うケーシング表面に蓄積された静電気が、ストップスイッチの端子や配線に飛び込んだ場合にも、小型で耐電圧値の小さいサージ吸収素子を用いて、前記静電気に基づく点火制御回路等へのサージ電流の侵入を阻止でき、該サージ電流による前記電子部品の絶縁破壊や回路の誤動作を確実に回避することができるという効果を有し、ストップスイッチを操作することによって、前記内燃機関を失火制御に導くための内燃機関の無接点点火制御装置等に有用である。

本発明の実施形態による内燃機関の無接点点火制御装置を構成するロータとコアを一部破断して示す正面図である。 本発明の実施形態による内燃機関の無接点点火制御装置を示す回路図である。 図２に示す回路各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。 従来の内燃機関の無接点点火制御装置を概念的に示すブロック図である。

符号の説明

１ 発電コイル
２ トリガコイル
９、１５、１９ ダイオード
１０ 点火用充放電コンデンサ
１１ イグニッションコイル
１２ サイリスタ（第１のスイッチング素子）
１３ 点火プラグ
１６ トリガ制御用コンデンサ
１７ 抵抗
１８ トランジスタ（第２のスイッチング素子）
２０ ストップスイッチ
２１ サージ吸収素子

Claims (1)

1. 内燃機関の回転に同期して電圧を誘起する発電コイルと、内燃機関の回転に同期して、前記発電コイルが誘起する電圧より低レベルの電圧を誘起するトリガコイルと、前記発電コイルの誘起電圧を充電する点火用充放電コンデンサと、該点火用充放電コンデンサに充電された電荷を放電してイグニッションコイルに供給するスイッチング素子と、前記トリガコイルにダイオードを介して接続され、前記トリガコイルが誘起する電圧のみ充電するトリガ制御用コンデンサと、前記トリガコイルに誘起される電圧が正から負に変化する際に、前記トリガ制御用コンデンサの放電電圧をベースに受けてオンとなることで、そのトリガコイルの両端子をシャントするトランジスタと、前記スイッチング素子のトリガ回路に接続され、オン操作されることで前記トリガコイルの誘起電圧にもとづき前記スイッチング素子に前記発電コイルをショートさせるストップスイッチと、
   該ストップスイッチに並列接続され、該ストップスイッチの開状態において、前記発電コイル、前記トリガコイルおよび前記スイッチング素子を含む点火制御回路を包むプラスチックのケーシング表面に蓄積された静電気にもとづき前記点火制御回路に流れるサージ電流を吸収するためのサージ吸収素子と、を備えることを特徴とする内燃機関の無接点点火装置。

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