JP6775080B2 - エンジンの点火方法及びエンジン用点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンデンサ放電式のエンジン点火方法及びエンジン用点火装置に関するものである。

コンデンサ放電式のエンジン用点火装置は、例えば特許文献１に示されているように、エンジンにより駆動される磁石発電機内に設けられて、エンジンの回転に伴って交流電圧を誘起するエキサイタコイルと、一次コイル及び二次コイルを有する点火コイルと、点火コイルの一次側に設けられて、エキサイタコイルに誘起する電圧で一方の極性に充電される点火用コンデンサと、オン状態になった際に点火用コンデンサに蓄積された電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させるように設けられたサイリスタと、エンジン（内燃機関）の点火時期にサイリスタをオン状態にするように制御する制御回路とにより構成される。

磁石発電機は、エンジンのクランク軸に取り付けられた磁石回転子と、磁石回転子の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心及び該電機子鉄心に巻回されたエキサイタコイルを有する固定子とを備えていて、エンジンの回転に伴ってエキサイタコイルに交流電圧を誘起する。特許文献１に示された点火装置においては、エキサイタコイルが巻回された電機子鉄心に点火コイルも巻回されていて、磁石回転子の回転に伴って点火コイルの一次コイルに誘起する電圧によっても点火用コンデンサが充電される。

この種の点火装置においては、エンジンの点火時期よりも前のタイミングで点火用コンデンサが充電され、点火時期にサイリスタがオン状態にされる。サイリスタがオン状態にされると、点火用コンデンサに蓄積されていた電荷がサイリスタと点火コイルの一次コイルとを通して放電するため、点火コイルの一次側に周波数が高い振動電流が流れる。この一次電流により点火コイルの鉄心に高い周波数で変化する振動波形の磁束が流れる。この磁束の変化により点火コイルの二次コイルに振動波形の高電圧が誘起し、この高電圧が点火プラグの放電ギャップに印加される。これにより点火プラグの放電ギャップ間で絶縁破壊が生じて火花放電が生じるため、エンジンが点火される。

点火用コンデンサに蓄積された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誘起させた高電圧を、点火プラグの放電ギャップ間に印加した際に生じる放電は、容量放電と呼ばれる。容量放電は、点火コイルの二次コイルに誘起する立ち上がりが非常に速い高電圧により行われるため、コンデンサ放電式の点火装置によれば、点火プラグの放電ギャップの破壊電圧の如何に関わりなく、点火用高電圧が発生すると同時に確実に点火を行わせることができ、エンジンの高速回転時など、点火プラグの放電ギャップの破壊電圧が安定しない状態にあるときでも、点火時期を安定させることができる。しかしながら、点火用コンデンサに蓄積されたエネルギの放出は短時間で終了するため、容量放電はごく短時間の間しか継続させることができない。そのため、コンデンサ放電式の点火装置によった場合には、火花放電の継続時間を長くして、点火性能の更なる向上を図ることを求められたときにその要請に応えることが難しいという問題があった。

エンジン用点火装置としては、点火コイルの一次コイルに流しておいた電流を遮断することにより点火コイルの鉄心中で生じさせた急激な磁束変化により二次コイルに高電圧を誘起させて、この高電圧を点火プラグに印加することにより点火動作を行わせるようにした誘導型（電流遮断型）の点火装置も知られている。誘導型の点火装置では、点火コイルの一次コイルに電流を流していた間に点火コイルに蓄積されたエネルギを放出させることにより点火プラグで放電を生じさせるが、点火コイルに蓄積されたエネルギの放出は比較的ゆっくりと行われるため、誘導型の点火装置によった場合には、火花放電の継続時間を長くすることができる。誘導型の点火装置により点火プラグの放電ギャップで生じる放電は、誘導放電と呼ばれる。

誘導型の点火装置によった場合には、点火プラグに生じる火花放電の継続時間を長くすることができるため、気筒内の燃料に十分な熱エネルギを与えて、燃料の燃焼を確実に行わせることができるという利点が得られる。しかしながら、誘導型の点火装置によった場合には、点火コイルの二次電圧の立ち上がりが遅いため、点火プラグの放電ギャップの破壊電圧が安定しないエンジンの高速回転時に、点火プラグで放電が開始されるタイミングがばらつくという問題が生じ、エンジンの高速回転時に点火時期を安定させることが難しいという問題が生じる。

上記のように、コンデンサ放電式の点火装置も、誘導型の点火装置も、一長一短があり、何れの点火装置によった場合にも、立ち上がりが速く、継続時間が長い理想的な点火火花を得ることは難しい。そこで、特許文献２に示されているように、コンデンサ放電式の点火装置により得られる特性と、誘導型点火装置により得られる特性とを併せ持つ特性を得ることを狙ったエンジン用点火装置が提案されている。

特許文献２に示された点火装置は、直流高電圧電源の出力で充電される点火用コンデンサと、点火コイルの一次コイルに対して直列に接続されて一次コイルを流れる電流をオンオフするトランジスタスイッチと、オン状態になった際に点火用コンデンサの電荷を点火コイルの一次コイルと一次電流制御用スイッチとを通して放電させるサイリスタと、点火コイルの一次コイルと一次電流制御用スイッチとを通して一次電流を流すための電圧を与えるバッテリとを備えている。この点火装置においては、直流高電圧電源と点火用コンデンサとサイリスタとトランジスタスイッチとによりコンデンサ放電式の点火回路を構成し、点火コイルの一次コイルとトランジスタスイッチとバッテリとにより誘導型の点火回路を構成して、コンデンサ放電式の点火装置により得られる特性と、誘導型点火装置により得られる特性とを併せ持つ特性を得ることを狙っている。

特許文献２に示された点火装置においては、エンジンの点火時期に、トランジスタスイッチを導通させた状態でサイリスタをオン状態にして、点火用コンデンサをサイリスタと点火コイルの一次コイルとトランジスタスイッチとを通して放電させることにより点火プラグで容量放電を行わせた後、トランジスタスイッチをオフ状態にし、これによりバッテリから点火コイルの一次コイルとトランジスタスイッチとを通して流しておいた電流を遮断して、点火プラグで誘導放電を行わせている。

特開昭５９−２２９０５５号公報 特開２０１４−１９６６７４号公報

従来のコンデンサ放電式点火装置によった場合には、点火プラグでごく短い時間の間しか火花放電を生じさせることができないため、エンジンの動作状態によっては、点火エネルギが不足して、気筒内の燃料の燃焼を完全に行わせることができない事態が生じるおそれがあった。

特許文献２に示されたように、誘導型の点火回路とコンデンサ放電式の点火回路とを組み合わせた構成を採用することにより、火花放電の継続時間を延ばすことも考えられるが、特許文献２に示された構成によった場合には、誘導型の点火回路を構成するためにバッテリを必要とするため、エンジンにより駆動される装置がバッテリを搭載しない場合に適用することができないという問題が生じる。

エンジンに最適な動作を行わせるためには、エンジンの回転速度やエンジンの温度などの種々の制御条件に対して、エンジンの点火を最適なタイミングで行わせるように制御する必要がある。一般には、エンジンの圧縮行程においてピストンが上死点に達するときのクランク軸の回転位置を圧縮行程の上死点位置として、この上死点位置よりも所定の角度進角したクランク軸の回転位置を最大進角位置とし、この最大進角位置よりも所定の角度遅れたクランク軸の回転位置を最大遅角位置として、エンジンの点火を行うクランク位置をこれら最大進角位置と最小進角位置との間に設定するようにしている。

本明細書では、エンジンのクランク軸の回転位置（rotational position）をクランク角位置と称し、エンジンの点火動作を開始するクランク角位置及び点火動作を開始するタイミングをそれぞれ点火位置及び点火時期と称する。またエンジンの圧縮行程の終了時及び排気行程の終了時にエンジンのピストンが上死点に達した時のクランク角位置をそれぞれ圧縮行程の上死点位置及び排気行程の上死点位置と呼ぶ。

コンデンサ放電式の点火装置により点火されるエンジンの点火時期の制御、即ち点火位置の制御は、点火用コンデンサの放電を行わせるスイッチ（一般にはサイリスタ）をオン状態にするタイミングを制御することにより行われる。点火時期を制御する際には、エンジンのクランク角位置の情報と、回転速度の情報とが必要になる。特許文献１に示された点火装置では、磁石発電機内に設けられているコイルに誘起する電圧の波形の零クロス点又はピーク点が検出されるタイミング及びこれらの点が検出される周期からそれぞれエンジンのクランク位置の情報及び回転速度の情報を得て、エンジンの点火時期を制御している。またエンジンのクランク位置が設定された位置に一致した時にパルス信号を発生するパルス信号発生器をエンジンに取り付けて、このパルス信号発生器が発生するパルス信号からエンジンのクランク位置及び回転速度の情報を得て点火時期を制御することも一般に行われている。

上記のように、磁石発電機内に設けた発電コイルに誘起する電圧の波形や、エンジンに取り付けたパルス信号発生器が出力するパルス信号からエンジンの回転速度情報やクランク軸の回転位置情報を得て点火時期を制御するように点火装置を構成した場合には、クランク軸が１回転する毎に、上死点位置付近で点火動作が行われることになるため、エンジンが４サイクル機関である場合には、圧縮行程の上死点位置付近に設定された正規の点火位置だけでなく、排気行程の上死点位置付近でも点火動作が行われることになる。

正規の点火により膨張行程で燃料の燃焼が完全に行われる場合には、排気行程の上死点位置付近でエンジンを点火してもエンジンの動作に支障を来さないが、膨張行程での燃焼が不十分であった場合には、排気行程の上死点位置付近で点火動作を行わせると、気筒内に残留した燃料が燃焼してアフターファイアが生じ、機関が損傷するおそれがある。また膨張行程の上死点位置付近及び圧縮行程の上死点位置付近の双方で点火動作を行わせた場合には、点火プラグで火花が生じる頻度が高くなるため、点火プラグの寿命が短くなるという問題もあった。

本発明の主な目的は、誘導型の点火回路を構成するための回路要素を付加することなく、またバッテリを用いることなく、エンジンの点火時期に立ち上がりが速く、しかも放電継続時間が長い火花放電を点火プラグの放電ギャップ間に生じさせて点火エネルギの増大を図ることができるコンデンサ放電式のエンジン点火方法及びエンジン用点火装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、エンジンのピストンが上死点に達することにより終了する行程が排気行程であるのか圧縮行程であるのかを判別して、エンジンの圧縮行程の上死点位置付近に設定されるエンジンの正規の点火時期にのみ点火動作を行わせることができるコンデンサ放電式のエンジン点火方法及びエンジン用点火装置を提供することにある。

本発明は、エンジンの気筒に取り付けられた点火プラグで火花放電を生じさせてエンジンを点火する方法を対象とする。

本発明に係る点火方法においては、エンジンにより駆動される磁石回転子と、エキサイタコイルと点火コイルの一次コイル及び二次コイルとを含む複数のコイルを発電コイルとして電機子鉄心に巻回した固定子とを有してエンジンの回転に伴って発電コイルに交流電圧を誘起する磁石発電機と、点火用コンデンサと、点火コイルの二次コイルの誘起電圧が印加される点火プラグとを設けて、エキサイタコイルの誘起電圧で点火用コンデンサを一方の極性に充電した後エンジンの点火時期に点火用コンデンサに蓄積された電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させて点火プラグの放電ギャップ間で第１の火花放電を生じさせ、次いで磁石回転子から電機子鉄心に入力される磁束の変化に伴って点火コイルの二次コイルに誘起する電圧を第１の火花放電により絶縁が破壊された状態にある点火プラグの放電ギャップ間に印加することにより当該放電ギャップ間で第２の火花放電を生じさせ、上記第１の火花放電と第２の火花放電とにより前記エンジンを点火する。

従来のコンデンサ放電式の点火装置では、点火用コンデンサに蓄積されていたエネルギが放出しきるまでのきわめて短い時間の間しか火花放電を生じさせることができなかったため、点火エネルギが不足するおそれがあった。

本発明の点火方法では、点火コイルをエキサイタコイルと共に磁石発電機の電機子鉄心に巻回して、磁石回転子の回転に伴って点火コイルの二次コイルにも電圧を誘起させるようにしておいて、点火用コンデンサの放電により点火プラグで第１の火花放電を生じさせた後、この第１の火花放電により放電ギャップ間の絶縁が破壊された状態にある点火プラグに、磁石回転子から電機子鉄心に入力される磁束の変化に伴って点火コイルの二次コイルに誘起する電圧を印加して、該点火プラグの放電ギャップ間で第２の火花放電を生じさせるため、火花放電の継続時間を延ばすことができる。

本発明によれば、点火時期に先ず立ち上がりが速い第１の火花放電を生じさせた後、点火コイルの二次コイルから点火プラグの放電ギャップ間にしきい値以上の電圧が印加されている間第２の火花放電を発生させるため、立ち上がりが速く、しかも継続時間が長い火花放電を生じさせて、点火時期の安定化と、点火エネルギの増大とを図ることができる。

上記第２の火花放電は、磁石回転子の回転に伴って電機子鉄心中で生じる磁束の変化により点火コイルの二次コイルに誘起する電圧が、絶縁破壊された状態にある点火プラグの放電ギャップ間に印加されることにより生じる放電であり、点火コイルの二次コイルにしきい値（絶縁が破壊された放電ギャップ間で放電を生じさせるために該放電ギャップ間に印加することが必要な電圧の下限値）以上の電圧が発生している間継続する点で、誘導型点火装置によった場合に、点火コイルに蓄積されていたエネルギが放出しきるまでの間だけ生じる誘導放電とは相違する。

本発明の点火方法を実施するためには、第１の火花放電を発生させた後、点火プラグの放電ギャップ間の絶縁が破壊された状態にある間に、該放電ギャップ間で第２の火花放電を生じさせるために必要なレベルの電圧を、点火コイルの二次コイルに確実に誘起させる必要がある。

第２の火花放電を生じさせるための電圧を二次コイルに確実に誘起させるためには、第１の火花放電を生じさせた直後に、磁石回転子から電機子鉄心に入力される磁束と電機子鉄心に巻かれた発電コイルから電機子鉄心に流入する磁束とが合成されることにより、電機子鉄心内を流れる磁束が減少させられたり、磁石回転子の回転に伴って電機子鉄心内で生じる磁束の変化が妨げられたりする現象（電機子反作用）が極力起こらないようにしておく必要がある。そのためには、第２の火花放電を生じさせる際に、磁石発電機の電機子鉄心に巻回された発電コイルのうち少なくともエキサイタコイル及び一次コイルを通しては電流が流れないようにしておくことが好ましい。

本発明はまた、エンジンの気筒に取り付けられた点火プラグに高電圧を印加して該点火プラグで火花放電を生じさせるエンジン用点火装置を対象とする。本発明に係るエンジン用点火装置は、エンジンのクランク軸に取り付けられたフライホイールの外周に３極の磁石界磁を形成した構造を有する磁石回転子と、磁石回転子の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心にエキサイタコイルと点火コイルの一次コイル及び二次コイルとを含む複数のコイルが発電コイルとして巻回された固定子とを有してクランク軸が１回転する間に第１の半波の電圧と該第１の半波の電圧と極性が異なる第２の半波の電圧と前記第１の半波の電圧と同極性の第３の半波の電圧とを順次発電コイルから出力する磁石発電機と、点火コイルの一次側に設けられた点火用コンデンサと、エキサイタコイルに第２の半波の電圧が誘起したときにオン状態になって前記第２の半波の電圧で点火用コンデンサを充電する回路を形成するように設けられた充電用スイッチと、オン状態になった際に点火用コンデンサに蓄積された電荷を一次コイルを通して放電させる放電回路を形成するように設けられた点火用スイッチと、エンジンの点火時期を検出した時に点火信号を発生する点火時期検出手段と、点火時期が検出された時に点火プラグで第１の火花放電を生じさせるべく点火用スイッチをオン状態にする手段と第１の火花放電により点火プラグの放電ギャップ間の絶縁が破壊された状態にある間に点火用スイッチ及び充電用スイッチの双方が開放された状態を生じさせるように前記点火用スイッチ及び充電用スイッチを制御する手段とを備えたスイッチ制御手段とを備えることにより構成され、第１の火花放電により点火プラグの放電ギャップ間の絶縁が破壊された状態にある間に磁石回転子から電機子鉄心に入力される磁束の変化に伴って点火コイルの二次コイルに誘起する電圧により前記点火プラグで第２の火花放電を生じさせるように構成される。

本発明の好ましい一態様では、エキサイタコイルに誘起する電圧の波形の特定の点を検出してエンジンのピストンが上死点に達するときのクランク角位置の手前の位置に設定された基準位置で発生する回転検出信号を含む複数の回転検出信号を出力する回転検出回路と、この回転検出回路が出力する複数の回転検出信号の中から基準位置で発生した回転検出信号を基準信号として識別する基準信号識別手段とが設けられ、前記点火時期検出手段は、基準信号が発生したタイミングを基準にして点火時期を検出して点火信号を発生するように構成される。

なお本明細書においてエキサイタコイルに誘起する電圧の波形の「特定の点」とは、電圧波形の各部のうち、他の部分と区別して特定し得る点であり、例えば、ゼロクロス点、ピーク点或いは瞬時値が設定された閾値レベルに達する点などである。

本発明の他の態様では、基準信号が発生したときのエンジンの行程が圧縮行程であるのか排気行程であるのかを判別する行程判別手段が設けられる。この場合スイッチ制御手段は、行程判別手段により基準信号が発生したときのエンジンの行程が圧縮行程であると判別されているときにのみ点火時期検出手段により検出された点火時期に点火用スイッチをオン状態にする制御を行うように構成される。

上記行程判別手段は、二次コイルの一部から点火プラグの放電ギャップ間の電圧の情報を含む電圧信号を得る絶縁破壊電圧検出回路を備えて、点火プラグの放電ギャップ間の絶縁が破壊された状態にあるときに絶縁破壊電圧検出回路から得られる電圧信号の大きさがエンジンの排気行程と圧縮行程とで異なることに基づいて行程の判別を行うように構成することができる。

点火コイルの二次コイルに誘起する高電圧の影響を受けずに点火プラグの絶縁破壊電圧を検出するには、例えば、二次コイルの途中からタップを引き出して、このタップを通して二次コイルの一部に誘起する電圧を検出するように絶縁破壊電圧検出回路を構成するのが好ましい。

上記のように行程判別手段を設けて、この行程判別手段により、基準信号が発生したときのエンジンの行程が圧縮行程にあると判別されているときにのみ、点火時期検出手段により検出された点火時期に点火用スイッチをオン状態にする制御を行うようにスイッチ制御部を構成しておくと、排気行程の終期に点火動作が行われるのを防ぐことができるため、エンジンの急加減速時などに膨張行程で燃料が完全に燃焼しなかったために排気行程で気筒内に未燃焼ガスが残留していた場合に、その燃焼が行われてアフタファイヤが発生するのを防ぐことができる。

また上記のように行程判別手段を設けておくと、排気行程の終期に無駄な点火を行わないので、点火時期までの間に点火用コンデンサを十分に高い電圧まで充電することができ、点火用コンデンサの充電電圧の不足により点火性能が低下するのを防ぐことができる。

また上記のように構成しておくと、排気行程の終期に無駄な点火が行われることがないため、点火プラグの電極が無用の消耗をするのを防いで、点火プラグの寿命を延ばすことができる。

エンジンのクランク軸に取り付けられたフライホイールの外周に３極の磁石界磁が形成された磁石回転子を備えた磁石発電機を用いる場合、第１の半波の電圧ないし第３の半波の電圧のうち、波高値が最も高い電圧は第２の半波の電圧である。従ってスイッチ制御手段は、エキサイタコイルに誘起する第２の半波の電圧がピークに向けて変化していく期間に点火時期を設定して、該点火時期に点火用スイッチをオン状態にするように構成しておくのが好ましい。このように構成しておくと、点火プラグで第１の火花放電を発生させた後、点火用スイッチ及び充電用スイッチの双方を開放状態にした際に、点火コイルの二次コイルから点火プラグにしきい値以上の電圧を確実に印加して、第２の火花放電を確実に生じさせることができる。

また上記のような磁石発電機を用いる場合、エキサイタコイルに誘起する第１の半波ないし第３の半波の電圧のうち、幅が最も広い半波は第２の半波であるため、第２の半波の電圧がピークに向けて変化していく期間に点火時期を設定しておくと、第１の火花放電を生じさせた後、点火コイルの二次コイルから点火プラグに磁石発電機の出力電圧を印加する時間を長くして、第２の火花放電が生じる時間を長くすることができ、大きな点火エネルギを得ることができる。

本発明に係る点火装置の好ましい態様では、点火用コンデンサが一方の極性に充電された状態にあるときに点火用コンデンサの両端の電圧がアノードカソード間に逆方向に印加される向きに向けられたダンパダイオードが点火用コンデンサの両端に並列に接続される。

上記のように点火用コンデンサと並列にダンパダイオードを接続しておくと、点火用コンデンサを放電させた際に点火コイルの二次コイルに誘起する高電圧の最初の半波の期間を長くすることができるため、第１の火花放電と第２の火花放電とを連続的に発生させるための設定を容易にすることができる。

本発明に係る点火装置の好ましい態様では、エキサイタコイルに誘起する第１の半波の電圧及び第３の半波の電圧を電源電圧として制御用直流電圧を発生する電源回路が設けられ、この電源回路が発生する制御用直流電圧を電源電圧として動作するＣＰＵが設けられて、予め作成されたプログラムを上記ＣＰＵが実行することによりスイッチ制御手段及び行程判別手段が構成される。

上記のように構成しておくと、バッテリが搭載されないエンジン駆動機器にも本発明を適用することができる。

本発明に係る点火装置の他の好ましい態様では、点火コイルの一次コイルが前記電機子鉄心に取り付けられた一次ホビンに巻回され、一次ホビンを取り囲むように二次ボビンが配置されて、該二次ボビンに点火コイルの二次コイルとエキサイタコイルとが巻回される。また二次コイル及びエキサイタコイルは、二次ボビンに１本の導体を巻回することにより構成される。

上記のように構成すると、点火コイル及びエキサイタコイルの巻回を容易にすることができるため、製造コストの低減を図ることができる。

本発明に係る点火装置の好ましい態様では、エキサイタコイルが、同方向に巻回されて互いに並列に接続された一対のコイルにより構成される。

このようにエキサイタコイルを構成しておくと、エキサイタコイルの抵抗値が小さくなり、点火用コンデンサを充電する回路の損失が小さくなるため、点火用コンデンサをより高い電圧まで充電することができる。

本発明の他の態様については、以下に記載する、発明を実施するための形態の説明の中で明らかにされる。

本発明によれば、エンジンの点火時期に点火用コンデンサに蓄積された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プラグで第１の火花放電を生じさせた後、この第１の火花放電により放電ギャップ間の絶縁が破壊された状態にある点火プラグに、磁石回転子から電機子鉄心に入力される磁束の変化により点火コイルの二次コイルに誘起させた電圧を印加することにより、点火プラグで引き続き第２の火花放電を生じさせるようにしたので、立ち上がりが速く、しかも従来のコンデンサ放電式の点火装置によった場合よりも継続時間が大幅に長い火花放電を生じさせて、点火時期の安定化と、点火エネルギの増大とを図ることができ、エンジン用点火装置の性能の向上を図ることができる。

また本発明において、点火時期を検出する際の基準位置を検出するために用いる基準信号が発生したときにエンジンの行程が圧縮行程であるのか排気行程であるのかを判別する行程判別手段を設けて、行程判別手段により基準信号が発生したときのエンジンの行程が圧縮行程であると判別されているときにのみ、点火時期検出手段により検出された点火時期に点火用スイッチをオン状態にする制御を行うようにスイッチ制御部を構成した場合には、エンジンの急加減速時などに膨張行程で燃料の燃焼が不完全であった場合に排気行程で燃焼が行われてアフタファイヤが発生するのを防ぐことができる。また排気行程の終期に点火プラグで無駄な放電が行われることがなくなるので、点火プラグの寿命を延長することができる。更に、エンジンの行程の判別は、カムセンサ等の電気機械的なセンサを用いることなく、点火コイルの二次コイルから検出した電圧がエンジンの排気行程と圧縮行程とで異なることに基づいて行うので、点火装置のコストの上昇を招くことなく行程判別機能を持たせることができる。

図１は、本発明に係るエンジン点火装置の一実施形態のハードウェアの構成を、一部断面して示した正面図である。 図２は、図１の実施形態の要部の構成を示した断面図である。 図３は、本発明の実施形態で用いることができる磁石回転子の変形例を示した半部の断面図である。 図４は、図１に示した実施形態の点火装置の回路構成の一例を示した回路図である。 図５は、図１に示した実施形態の点火装置の回路の他の構成例を示した回路図である。 図６は、図１に示した実施形態の点火装置の回路の更に他の構成例を示した回路図である。 図７は、本実施形態で用いるマイクロコンピュータの構成を示したブロック図である。 本実施形態で用いる制御部の構成を示したブロック図である。 図９は、図４に示した実施形態の動作を説明するためのタイミングチャートである。 図１０は、図１に示した実施形態で用いるマイクロコンピュータが実行するプログラムの全体的な流れを示したフローチャートである。 図１１は、図１に示した実施形態で用いるマイクロコンピュータが実行する初期化処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。 図１２は、図１に示した実施形態で用いるマイクロコンピュータが実行するメイン処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。 図１３は、図１に示した実施形態で用いるマイクロコンピュータが実行する回転検出信号割込処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。 図１４は、図１に示した実施形態で用いるマイクロコンピュータが実行するタイマ１割込処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。 図１５は、図１に示した実施形態で用いるマイクロコンピュータが実行するタイマ０割込処理のアルゴリズムの一部を示したフローチャートである。 図１６は、図１に示した実施形態で用いるマイクロコンピュータが実行するタイマ０割込処理のアルゴリズムの他の部分を示したフローチャートである。

＜本発明に係る点火方法について＞
前述のように、コンデンサ放電式の点火方法によった場合には、立ち上がりが速い点火用高電圧を点火プラグに印加することができるため、点火プラグの放電ギャップの破壊電圧の如何に関わりなく、点火用高電圧が発生すると同時に確実に点火を行わせることができ、点火時期を安定させることができる。しかし、点火用コンデンサに蓄積されたエネルギの放出は短時間で終了し、点火用コンデンサの放電により得られる火花放電（容量放電）は、ごく短時間の間しか継続させることができないため、コンデンサ放電式の点火方法によった場合には、誘導放電による場合のように大きな点火エネルギを得ることができない。

そこで本発明者は、点火コイルを磁石発電機の電機子鉄心に巻回しておいて、点火用コンデンサの放電により点火コイルの二次コイルに誘起させた高電圧によって点火プラグで第１の火花放電（容量放電）を生じさせた後、この火花放電により点火プラグの放電ギャップ間の絶縁が破壊された状態（放電ギャップ間に比較的低い電圧を印加するだけで放電を生じさせることができる状態）にある間に、磁石回転子から電機子鉄心に入力される磁束の変化により点火コイルの二次コイルに誘起させた電圧を点火プラグに印加してやれば、第１の火花放電に続いて第２の火花放電を生じさせて、火花放電の継続時間を大幅に延ばすことができるのではないかと考えた。

本発明は上記のような着想に基づいてなされたもので、本発明に係る点火方法においては、エンジンにより駆動される磁石回転子と、少なくともエキサイタコイルと点火コイルの一次コイル及び二次コイルとを含む複数のコイルを発電コイルとして電機子鉄心に巻回した固定子とを有してエンジンの回転に伴って各発電コイルに交流電圧を誘起する磁石発電機と、点火用コンデンサと、点火コイルの二次コイルに誘起する電圧が印加される点火プラグとを設けて、エキサイタコイルの誘起電圧で点火用コンデンサを一方の極性に充電した後、エンジンの点火時期に点火用コンデンサに蓄積された電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させて点火プラグの放電ギャップ間で第１の火花放電を生じさせ、次いで磁石回転子から電機子鉄心に入力される磁束の変化に伴って点火コイルの二次コイルに誘起する電圧を第１の火花放電により絶縁が破壊された状態にある点火プラグの放電ギャップ間に印加することにより当該放電ギャップ間で第２の火花放電を生じさせて、これら第１の火花放電と第２の火花放電とによりエンジンを点火する。

本発明によれば、点火時期（点火開始時）に先ず立ち上がりが速い容量放電を生じさせて点火プラグで速やかに火花放電を生じさせた後、点火コイルの二次コイルから磁石発電機の出力電圧が点火プラグの放電ギャップ間に印加されている間、火花放電を継続させることができるため、立ち上がりが速く、しかも継続時間が長い火花放電を生じさせて、点火時期の安定化と、点火エネルギの増大とを図ることができる。

上記第２の火花放電は、磁石回転子の回転に伴って点火コイルの二次コイルに誘起する電圧が絶縁破壊された状態にある点火プラグの放電ギャップ間に印加されることにより生じる放電であり、点火コイルの二次コイルにしきい値以上の電圧が誘起している間継続する点で、誘導型点火装置によった場合に、点火コイルに蓄積されていたエネルギが放出しきるまでの間だけ生じる誘導放電とは相違する。

本発明に係る点火方法について種々の実験を行ったところ、単にコンデンサ放電式の点火装置の点火コイルを磁石発電機の電機子鉄心に巻回する構成をとっただけでは、容量放電に続いて、点火に寄与する継続時間が長い火花放電を確実に生じさせることはできないことが明らかになった。

そこで更に検討を行った結果、点火コイルを磁石発電機内に設けて、点火コイルの二次コイルに磁石発電機の出力電圧を誘起させるように構成しても容量放電しか生じさせることができない理由は、点火用コンデンサを放電させた直後に点火コイルの二次コイル以外の発電コイルを通して流れる電流によって生じる電機子反作用により、点火用コンデンサを放電させた直後に点火コイルの二次コイルにしきい値以上の（絶縁破壊された放電ギャップ間で放電を生じさせるために必要な電圧の下限値以上の）電圧を誘起させることができないことにあると推察された。

上記のことから、本発明に係る点火方法を実施する際には、第２の火花放電を生じさせる際に、磁石発電機で電機子反作用を極力生じさせないようにするために、点火コイルの二次コイル以外の発電コイルの内、少なくとも点火コイルの一次コイルとエキサイタコイルとを通しては電流が流れないようにしておくことが好ましいことが明らかになった。

上記のように、第２の火花放電を生じさせる際には、点火コイルの二次コイルにしきい値以上の電圧を誘起させるために、点火コイルの二次コイル以外の発電コイルのうち、少なくともエキサイタコイル及び点火コイルの一次コイルを通しては電流が流れない状態にしておくことが好ましい。この場合、エキサイタコイルを通して電流が流れないようにするための制御は、第２の火花放電を生じさせる直前に行ってもよく、点火用コンデンサの充電が完了するタイミングから第２の火花放電を生じさせるタイミングまでの間の期間に設定した任意のタイミングで行ってもよい。

＜本発明に係る点火装置の実施形態で用いる磁石発電機の構成例＞
次に、本発明に係る点火方法を実施する点火装置の実施形態について説明する。
なお本発明は単気筒エンジンにも、多気筒エンジンに適用することができるが、以下に示す実施形態では、説明を簡単にするためにエンジンが単気筒であるとする。
図１ないし図４は、本発明に係るエンジン用点火装置の一実施形態を示したもので、図１は本実施形態で用いる磁石発電機の要部の構成を一部断面して示した正面図、図２は図１の磁石発電機の要部を拡大して示した断面図、図３は本発明に係る点火装置で用いることができる磁石発電機の回転子の変形例を示した断面図、図４は本実施形態に係るエンジン用点火装置の回路構成を示す回路図である。

図１において、１は本実施形態で用いる外磁石形の磁石発電機である。図示の発電機１は、磁石回転子２と固定子３とにより構成されている。磁石回転子２は、図示しないエンジンのクランク軸に取り付けられたフライホイール２０１と、フライホイール２０１の外周部に取り付けられた永久磁石２０２とにより構成されている。フライホイール２０１は、少なくとも外周部が鉄等の強磁性材料により構成されていて、その外周部に凹部２０３が形成され、凹部２０３内に弧状の永久磁石２０２が接着等により取り付けられている。永久磁石２０２は、フライホイール２０１の径方向に着磁され、永久磁石２０２の外周側の磁極（図示の例ではＮ極）２ｂと、永久磁石２０２の内周側から凹部２０３の両側のフライホイール外周部にそれぞれ導出された磁極（図示の例ではＳ極）２ａ及び２ｃとからなる３つの磁極により、フライホイールの外周部に３極の磁石界磁が構成されている。

固定子３は、鋼板の積層体からなっていて磁石界磁の磁極２ａ〜２ｃに対向する磁極部３ａ及び３ｂを両端に有する電機子鉄心３Ａと、電機子鉄心３Ａに巻回されたコイルユニット３Ｂとにより構成されている。後述するように、本実施形態では、エンジン用点火装置を構成する電子ユニット４がコイルユニット３Ｂに一体化されている。

更に詳細に説明すると、電機子鉄心３Ａは、Ｉ字形のコイル巻回部３０１と、コイル巻回部３０１の両端に結合された一対の突極部３０２ａ，３０２ｂとによりほぼＵ字形を呈するように構成されている。突極部３０２ａ及び３０２ｂの先端にそれぞれ磁極部３ａ及び３ｂが形成され、これらの磁極部が磁石回転子２の磁石界磁の磁極２ａ〜２ｃにギャップを介して対向させられる。

コイルユニット３Ｂは、図２にも示されているように、電機子鉄心３Ａのコイル巻回部３０１を囲むように設けられた一次ボビン３０３と、一次ボビン３０３に巻回された点火コイルの一次コイルＬ１と、一次ホビンの主要部を内側に収容した状態で電機子鉄心に取り付けられた二次ボビン３０４と、二次ボビン３０４に巻回された複数のコイルと、二次ボビン３０４に巻回されたコイルの外側に配置された電子ユニット４とをケース３０６内に収納して、ケース３０６内に充填した絶縁樹脂３０９によりケース３０６内に収容した部品をモールドした構造を有している。二次ボビン３０４には、点火コイルの二次コイルＬ２を構成する第１及び第２の二次コイルＬ21及びＬ22と、エキサイタコイルＬexとが巻回されている。

一次ボビン３０３は、コイル巻回用胴部３０３ａと、コイル巻回用胴部３０３ａの軸線方向の一端側及び他端側にそれぞれ設けられた鍔部３０３ｂ及び３０３ｃとを有し、胴部３０３ａの外周に一次コイルＬ１が巻回されている。

二次ボビン３０４は、一次コイルＬ１を取り囲むように配置された第１のコイル巻回用胴部３０４ａと、第１のコイル巻回用胴部３０４ａの軸線方向の一端に形成された鍔部３０４ｂと、第１のコイル巻回用胴部胴部３０４ａの軸線方向の他端に隣接させて形成された第２のコイル巻回用胴部３０４ｃと、第１のコイル巻回用胴部３０４ａと第２のコイル巻回用胴部３０４ｃとの間を仕切る鍔部３０４ｄと、第２のコイル巻回用胴部３０４ｃに隣接する位置に、該胴部３０４ｅよりも内径側に位置をずらせて設けられた第３のコイル巻回用胴部３０４ｅと、第２のコイル巻回用胴部３０４ｃと第３のコイル巻回用胴部３０４ｅとの間を仕切る鍔部３０４ｆと、第３のコイル巻回用胴部３０４ｅの鍔部３０４ｆと反対側の端部に形成された鍔部３０４ｇとを一体に有している。第１のコイル巻回用胴部３０４ａ及び第２のコイル巻回用胴部３０４ｂにそれぞれ第１の二次コイルＬ21及び第２の二次コイルＬ22が巻回され、第３のコイル巻回用胴部３０４ｅにエキサイタコイルＬexが巻回されている。

本実施形態では、第１及び第２の二次コイルＬ21及びＬ22が、１本の導体を連続的に巻回することにより形成されている。第２の二次コイルＬ22は第１の二次コイルＬ21よりも少ない巻数を有し、図４に示されているように、両二次コイルの接続点からタップＢが引き出されている。第１の二次コイルＬ21のタップＢと反対側の端部から二次コイルの非接地側出力端子Ａが引き出され、第２の二次コイルＬ22のタップＢと反対側の端部から二次コイルの接地側出力端子Ｃが引き出されている。

なお図示の例では、エキサイタコイルＬexを二次ボビンに巻回しているが、エキサイタコイルを一次ホビンに巻回するように構成することもできる。

電子ユニット４は、回路基板４０１にエンジン用点火装置の電子回路部を構成する電子部品４０２を実装することにより構成されている。電子ユニット４は、その回路基板４０１の主面（最も面積が大きい面）を一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２の軸線に沿う方向に向けた状態で配置されている。図示の例では、二次ボビン３０４の鍔部３０４ｄ，３０４ｆ及び３０４ｇのそれぞれの外周部の一部に径方向の外側に突出した突出部３０４d1，３０４f1及び３０４g1が設けられ、回路基板４０１は、これらの突出部に接着等の適宜の手段により固定されることにより二次ボビン３０４に対して支持されている。

ケース３０６は、一次ボビン３０３に巻回された一次コイルＬ１と二次ボビン３０４に巻回された二次コイル及びエキサイタコイルと電子ユニット４とを収容する有底のケース本体３０６ａと、ケース本体３０６ａの開口部を閉じる蓋板３０６ｂとを有している。蓋板３０６ｂの外周部には、高圧コード５の一端を保持する高圧コード保持部３０６ｃが一体に設けられ、点火コイルの二次コイルＬ２の非接地側出力端子Ａ（図４参照）から引き出された出力線３０７が、高圧コード保持部３０６に保持された高圧コード５の心線の一端に接続されている。高圧コード５の心線の他端は、エンジンの気筒に取り付けられた点火プラグの非接地側端子に接続される。回路基板４０１のアース端子からアースリード３０８が引き出され、このアースリードはケースの蓋板部３０６ｂを貫通して外部に導出されている。ケース３０６内には絶縁樹脂３０９が充填され、この樹脂によりケース３０６内に収容された部品がモールドされている。

電機子鉄心３Ａは、そのコイル巻回部３０１を、蓋板３０６ｂに設けられた鉄心貫通孔ｈ1と、一次ボビン３０３のコイル巻回用胴部３０３ａと、二次ボビン３０４のコイル巻回用胴部３０４ｅと、ケース本体３０６ａの底部に設けられた鉄心貫通孔ｈ2 とを貫通させた状態で配置され、電機子鉄心３Ａとコイルユニット３Ｂとにより固定子３が構成されている。

本実施形態では、エンジンが単気筒であるとしているが、エンジンが多気筒エンジンである場合には、固定子３がエンジンの各気筒に対して設けられ、磁石回転子２の磁極部２ａ〜２ｃが各気筒に対して設けられた固定子３の磁極部３ａ及び３ｂの位置を通過する際に各気筒で点火動作が行われる。各固定子３は、対応する気筒で点火動作を行わせるのに適した位置に配置されて、エンジンのケースなどに設けられた固定子取付部に固定される。

図１に示した例では、電機子鉄心の突極部３０２ａ，３０２ｂをそれぞれ貫通させて取付孔３０２a1及び３０２b1が設けられ、これらの取付孔を貫通させたネジにより、固定子３が固定子取付部に締結される。固定子３を固定子取付部に固定した状態で、突極部３０２ａ及び３０２ｂの先端に形成された磁極部３ａ及び３ｂが、回転子２の外周部の磁極２ａ〜２ｃが設けられた領域にギャップを介して対向させられる。

本実施形態で用いる磁石発電機においては、エキサイタコイルＬexと点火コイルの一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２とが電機子鉄心３Ａに巻かれているため、エキサイタコイルＬexに磁石発電機の出力電圧が誘起するだけでなく、点火コイルの一次コイルＬ１及びＬ２にも磁石発電機の出力電圧が誘起する。

図示の磁石発電機においては、磁石回転子２が１回転する過程で、電機子鉄心３Ａ中を流れる磁束φに図９（Ａ）に示すような変化が生じる。この磁束の変化により、エキサイタコイルＬexに、図９（Ｂ）に示すように、第１の半波の電圧Ｖ１と、該第１の半波の電圧と逆極性の第２の半波の電圧Ｖ２と、第１の半波の電圧Ｖ１と同極性の第３の半波の電圧Ｖ３とが順次誘起する。点火コイルの一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２にもエキサイタコイルＬexに誘起する電圧と同様に第１ないし第３の半波の電圧からなる波形の電圧が誘起する。

図９に示した例では、エキサイタコイルＬexに誘起する第１の半波の電圧Ｖ１及び第３の半波の電圧Ｖ３が負極性の電圧からなり、第２の半波の電圧Ｖ２が正極性の電圧からなるように図示されているが、エキサイタコイルの巻方向を逆にすることにより、第１の半波の電圧Ｖ１及び第３の半波の電圧Ｖ３を正極性の電圧とし、第２の半波の電圧Ｖ２を負極性の電圧とすることもできる。点火コイルの一次コイル及び二次コイルに誘起する電圧についても同様である。

本実施形態では、エキサイタコイルＬexが、点火コイルの一次コイルＬ１と同方向に巻回されている。従って、エキサイタコイルＬex及び一次コイルＬ１には、クランク軸の回転に伴って同位相の電圧が誘起する。点火コイルの二次コイルＬ２の巻方向は任意であるが、本実施形態では、二次コイルＬ２にエキサイタコイルＬexに誘起する電圧と同位相の電圧が誘起するように２次コイルＬ２の巻方向が設定されている。

図１に示した例では、エンジンのクランク軸に取り付けられたフライホイール２０１の少なくとも外周部を強磁性体材料により形成して、フライホイール２０１の外周部に設けた凹部２０３内に永久磁石２０２を取り付けることにより回転子の磁石界磁を構成しているが、磁石発電機の構成は図１に示した例に限定されない。

例えば図１に示した例と同様に、磁石発電機を外磁石形に構成する場合、図３に示すように構成された磁石回転子２′を用いることができる。図３に示した磁石回転子２′は、アルミニュウム等の非磁性材料からなるフライホイール２１０と、フライホイール２１０内に埋設された一対の永久磁石２１１，２１２と、永久磁石２１１，２１２と共にフライホイール２１０内に埋設されて永久磁石２１１，２１２の磁極をフライホイールの外周に導出する磁極構成部材２１３〜２１５とにより構成されている。磁極構成部材２１３〜２１５は鋼板の積層体により構成されていて、フライホイール２１０の周方向に所定の距離を隔てて配置される側面（鋼板の積層面）とフライホイールの外周面と同じ曲率半径を有する外周面（鋼板の積層面）とを有する形状に形成されている。

永久磁石２１１，２１２は、厚み方向に着磁された板状の磁石からなっていて、両磁石の一方の極性の磁極（図示の例ではＮ極）どうしをフライホイール２１０の周方向に対向させた状態で（フライホイールの周方向に所定の距離を隔てた状態で）配置されてフライホイール内に埋設されている。磁極構成部材２１３は、その一方の側面２１３ａを永久磁石２１１の他方の極性の磁極（図示の例ではＳ極）に添わせ、外周面２１３ｃをフライホイール２１０の外周に露呈させた状態で配置されている。この磁極構成部材２１３により永久磁石２１１の他方の極性の磁極（Ｓ極）がフライホイールの外周に導出されている。

磁極構成部材２１４は、永久磁石２１１，２１２の間に配置されてその両側面２１４ａ，２１４ｂを磁石２１１，２１２の一方の極性の磁極（Ｎ極）に添わせ、外周面２１４ｃをフライホイール２１０の外周に露呈させた状態でフライホイール２１０内に埋設されている。この磁極構成部材２１４により永久磁石２１１，２１２の一方の極性の磁極（図示の例ではＮ極）がフライホイールの外周に導出されている。

また磁極構成部材２１５は、その一方の側面２１５ａを磁石２１２の他方の極性の磁極（図示の例ではＳ極）に添わせ、外周面２１５ｃをフライホイールの外周に露呈させた状態でフライホイール内に埋設されている。この磁極構成部材２１５により永久磁石３１２の他方の極性の磁極（図示の例ではＳ極）がフライホイール２１０の外周に導出されている。磁極構成部材２１３〜２１５の外周面により、フライホイール２１０の外周部に３極の磁極が構成されている。

＜本実施形態の点火装置の回路構成例＞
次に図４を参照して、本実施形態のエンジン用点火装置の電気的な構成について説明する。
図４において、Ｌ１およびＬ２はそれぞれ点火コイルＩＧの一次コイル及び二次コイル、Ｌexはエキサイタコイルであり、これらは既に述べたように、エンジンにより駆動される磁石発電機１内に設けられている。本実施形態では、点火コイルの一次コイルＬ１の一端が電機子鉄心３に接続されて接地され、一次コイルＬ１及びエキサイタコイルＬexが電子ユニット４に接続されている。

図４に示された電子ユニット４は、点火回路４Ａと、充電回路４Ｂと、点火回路４Ａ及び充電回路４Ｂを制御するマイクロコンピュータ４Ｃと、マイクロコンピュータ４Ｃ等に電源電圧を与える電源回路４Ｄと、エキサイタコイルＬexに誘起する電圧の波形の特定の点を検出してエンジンのピストンが上死点に達するときのクランク角位置の手前の位置に設定された基準位置で発生する回転検出信号を含む複数の回転検出信号を出力する回転検出回路４Ｅと、絶縁破壊電圧検出回路４Ｆとから構成されている。

更に詳細に説明すると、点火回路４Ａは、点火コイルの一次コイルＬ１の一端に一端が接続された点火用コンデンサＣ１と、アノードを一次コイルＬ１の一端側に向けた状態で点火用コンデンサＣ１の両端に並列に接続されたダンパダイオードＤ１と、点火用コンデンサＣ１の他端と一次コイルＬ１の他端との間を接続するように設けられた点火用スイッチＳＷｉとからなっている。図示の例では、ドレインが点火用コンデンサＣ１の他端に接続され、ソースが一次コイルＬ１の他端に接続されたＭＯＳＦＥＴ Ｔ１により点火用スイッチＳＷｉが構成され、ＭＯＳＦＥＴ Ｔ１のゲートに駆動信号が与えられているときに、点火用スイッチＳＷｉがオン状態になる。点火用スイッチＳＷｉを構成するＭＯＳＦＥＴ Ｔ１のドレインソース間には寄生ダイオードＤf1 が形成されている。

充電回路４Ｂは、エミッタが点火用コンデンサＣ１の他端に接続されたＮＰＮトランジスタＴ２と、トランジスタＴ２のコレクタにカソードが接続され、アノードがエキサイタコイルＬexの一端に接続されたダイオードＤ２と、トランジスタＴ２のベースにカソードが接続されたダイオードＤ３と、ダイオードＤ２のアノードとダイオードＤ３のアノードとの間に接続された抵抗Ｒ１と、ダイオードＤ３のアノードにアノードが接続され、回路基板に設けられたアースラインＥＬにカソードが接続されたサイリスタＳ１と、アースラインＥＬ（サイリスタＳ１のカソード）にアノードが接続され、カソードがエキサイタコイルＬexの他端に接続されるダイオードＤ４とにより構成されている。

図示の例では、トランジスタＴ２と抵抗Ｒ１とダイオードＤ２，Ｄ３とにより充電用スイッチＳＷｃが構成され、サイリスタＳ１により充電用スイッチＳＷｃをターンオフするターンオフ回路が構成されている。充電用スイッチＳＷｃを構成するトランジスタＴ２は、エキサイタコイルＬexに図示の矢印方向の第２の半波の電圧Ｖ２が発生したときにベース電流が与えられてオン状態になり、サイリスタＳ１のゲートにトリガ信号が与えられてサイリスタＳ１がオン状態になったときに上記ベース電流がサイリスタＳ１を通してトランジスタＴ２から側路されることによりオフ状態になる。

マイクロコンピュータ４Ｃは、電源端子Ｖccと、ポートＡ０ 〜Ａ２と、アナログ信号入力端子Ａ／Ｄと、アース端子ＧＮＤとを有するＣＰＵを備えていて、ＣＰＵのポートＡ１からサイリスタＳ１のゲートにトリガ信号ｓｔを与え、ポートＡ２からＭＯＳＦＥＴ Ｔ１のゲートに駆動信号（点火信号）ｓiを与える。ＣＰＵのアース端子ＧＮＤは、回路基板に設けられたアースラインＥＬに接続されている。

電源回路４Ｄは、エキサイタコイルＬexの他端にアノードが接続されたダイオードＤ５と、ダイオードＤ５のカソードに抵抗Ｒ２を通して一端が接続され、他端がアースラインＥＬに接続された電源コンデンサＣ２と、このコンデンサの両端にアノードをアースライン側に向けて並列接続されたツェナーダイオードＺ１と、アースラインＥＬにアノードが接続され、カソードがエキサイタコイルＬexの他端に接続されるダイオードＤ６とにより構成されている。電源回路４Ｄは、電源コンデンサＣ２の両端からツェナーダイオードＺ１のツェナー電圧により決まる一定（例えば５Ｖ）の制御用直流電圧を出力する。電源回路４Ｄから得られる直流電圧は、マイクロコンピュータ４ＣのＣＰＵの電源端子Ｖccとアース端子ＧＮＤとの間に印加されている。

回転検出回路４Ｅは、エキサイタコイルＬexの他端にアノードが接続されたダイオードＤ７と、ダイオードＤ７のカソードに一端が接続されたコンデンサＣ３と、コンデンサＣ３の両端に並列に接続された抵抗Ｒ３と、エミッタがアースラインＥＬに接続され、コレクタが抵抗Ｒ４を通して電源回路４Ｄの非接地側出力端子に接続されたＮＰＮトランジスタＴ３と、トランジスタＴ３のベースと電源回路４Ｄの非接地側出力端子との間に接続された抵抗Ｒ５と、トランジスタＴ３のベースとコンデンサＣ３の他端との間に接続された抵抗Ｒ６とからなっており、トランジスタＴ３のコレクタ（回転検出回路の出力端子）がＣＰＵのポートＡ０に接続されている。

図示の回転検出回路４Ｅにおいては、コンデンサＣ３と抵抗Ｒ３及びＲ６とにより積分回路が構成されていて、エキサイタコイルＬexに図示の破線矢印方向の第１の半波の電圧Ｖ１及び第３の半波の電圧Ｖ３により一度コンデンサＣ３が図示の極性に充電されると、以後コンデンサＣ３の両端に一定の微小電圧が残留しているように積分回路の回路定数が設定されている。エキサイタコイルＬexに誘起する第１の半波の電圧Ｖ１及び第３の半波の電圧Ｖ３が、コンデンサＣ３の両端の電圧を超えると、トランジスタＴ３にベース電流が流れてトランジスタＴ３がオン状態になり、そのコレクタの電位がステップ状に低下する。第１の半波の電圧Ｖ１及び第３の半波の電圧Ｖ３がコンデンサＣ３の両端電圧以下になるとトランジスタＴ３にベース電流が流れなくなるため、トランジスタＴ３がオフ状態になり、そのコレクタの電位がステップ状に上昇する。上記積分回路は、ノイズによりトランジスタＴ３がオン状態になって誤信号が発生するのを防ぐために設けられている。

回転検出回路４ＥのトランジスタＴ３のコレクタエミッタ間には、図９（Ｃ）に示すように、第１の半波の電圧Ｖ１が立ち上がる際及び第３の半波の電圧Ｖ３が立ち上がる際に電源電圧からステップ状に立ち下がり、第１の半波の電圧Ｖ１が立ち下がる際及び第３の半波の電圧Ｖ３が立ち下がる際に電源電圧までステップ状に立ち上がるパルス波形の信号が得られ、この信号の各立ち下がりが回転検出信号ｓnとしてＣＰＵにより認識される。

本実施形態で用いている回転検出回路４Ｅは、クランク軸が１回転する間にエキサイタコイルＬexが発生する第１の半波の電圧Ｖ１が立ち上がるクランク角位置と、第３の半波の電圧Ｖ３が立ち上がるクランク角位置との２箇所のクランク角位置で回転検出信号ｓnを発生する。本実施形態では、これらのクランク角位置のうち、第１の半波の電圧Ｖ１が立ち上がるクランク角位置を点火時期を検出する際の基準位置として用い、この基準位置で発生した回転検出信号ｓnを基準信号として用いる。ＣＰＵは、各回転検出信号ｓnを認識する毎に、今回発生した回転検出信号ｓnが基準信号であるか否かを識別する処理を行い、今回発生した回転検出信号ｓnが基準信号であると識別した時に、その時のクランク軸の回転速度でクランク軸が基準位置から点火位置まで回転するのに要する時間を点火時期検出用計測時間Ｔigとして演算する。ＣＰＵは、この点火時期検出用計測時間Ｔigをタイマに計測させて、タイマがその計測を完了したときに点火用スイッチＳＷｉに駆動信号を与える。

絶縁破壊電圧検出回路４Ｆは、第１の二次コイルＬ21と第２の二次コイルＬ22との接続点から引き出されたタップＢとアースラインＥＬとの間にアノードをアースライン側に向けて接続されるダイオードＤ８と、タップＢにアノードが接続されるダイオードＤ９と、一端がダイオードＤ９のカソードに抵抗Ｒ７を通して接続され、他端がアースラインＥＬに接続されたコンデンサＣ４と、コンデンサＣ４の両端に抵抗Ｒ８を通して並列接続された抵抗Ｒ９とからなっている。

絶縁破壊電圧検出回路４Ｆは、点火コイルの第２の二次コイルＬ21の両端に現れる電圧のピーク値にほぼ等しい直流電圧信号Ｖｂを抵抗Ｒ９の両端に発生する。この電圧信号Ｖｂは、絶縁破壊電圧検出信号としてＣＰＵのアナログ信号入力端子Ａ／Ｄに入力される。マイクロコンピュータ４ＣのＣＰＵは、点火用コンデンサＣ１の放電により点火コイルの二次コイルに誘起した点火用の高電圧により点火プラグで第１の火花放電が生じたときに第２の二次コイルＬ22の両端から検出される電圧信号Ｖｂを、絶縁が破壊された状態にある点火プラグの放電ギャップ間の電圧（絶縁破壊電圧）として検出する。この絶縁破壊電圧は、エンジンの行程が排気行程にあって、シリンダ内の圧力が低いときに小さい値を示し、エンジンの行程が圧縮行程にあって、シリンダ内の圧力が高いときに大きな値を示す。

図４に示した電子ユニット４を構成する電子部品は、回路基板４０１に実装されている。回路基板の一端には、点火用コンデンサＣ１の一端に接続された端子電極ａと、アースラインＥＬに接続された端子電極ｂ及びｃと、ダイオードＤ４のカソードに接続された端子電極ｄと、ダイオードＤ６のカソードに接続された端子電極ｅと、ダイオードＤ９のアノードに接続された端子電極ｆとが設けられ、磁石発電機の固定子３を組み立てる際に、端子電極ｂ及びｃがそれぞれ接地電位部である電機子鉄心３Ａ及び二次コイルの接地側端子Ｃに接続される。更に端子電極ａと端子電極ｂとの間に点火コイルの一次コイルＬ１が接続され、端子電極ｄと端子電極ｅとの間にエキサイタコイルＬexが接続される。また点火コイルの二次コイルＬ２の非接地側の端子Ａが高圧コードを通して点火プラグＰの非接地側の端子に接続される。

図４に示した点火装置の制御は、マイクロコンピュータ４ＣのＣＰＵに所定のプログラムを実行させることにより行われる。図７に示すように、マイクロコンピュータ４Ｃには、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭの他、タイマ０、タイマ１及びタイマ２が設けられていて、ＣＰＵのポートＡ０に回転検出回路４Ｅの出力が入力され、アナログ信号入力端子Ａ／Ｄに絶縁破壊電圧検出回路４Ｆの出力が入力されている。またＣＰＵのポートＡ１から充電用スイッチＳＷｃをターンオフする回路を構成するサイリスタＳ１にトリガ信号が与えられ、ポートＡ２から点火用スイッチＳＷｉを構成するＭＯＳＦＥＴ Ｔ１のゲートに駆動信号が与えられる。

タイマ０〜２のうち、タイマ０は、点火時期に点火用スイッチＳＷ１に駆動信号を与えた後、点火プラグＰの放電ギャップ間の絶縁が破壊された状態になるまでの時間Ｔｙを計測するために用いられ、タイマ１は点火時期を検出するための時間Ｔigを計測するために用いられる。

またタイマ２は、回転検出回路４Ｅが回転検出信号ｓnを発生する間隔を計測するタイマで、回転検出信号ｓnが発生する毎にリセットされて計時動作を再開する動作を繰り返すようにＣＰＵにより制御される。ＣＰＵは、タイマ２をリセットする直前にその計測値を読み取ることにより、図９（Ｃ）に示したように、エキサイタコイルが出力する第１の半波の電圧Ｖ１の立ち上がりで回転検出信号ｓnが発生してから第３の半波の電圧Ｖ３の立ち上がりで回転検出信号ｓnが発生するまでの時間Ｔxaと、第３の半波の電圧Ｖ３の立ち上がりで回転検出信号ｓnが発生してから次の第１の半波の電圧Ｖ１の立ち上がりで回転検出信号ｓnが発生するまでの時間Ｔxbとを検出する。

＜ＣＰＵにより構成される機能実現手段＞
マイクロコンピュータ４Ｃは、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムをＣＰＵに実行させることにより、各種の機能実現手段を構成して、本発明の点火方向を実施するべく、点火用コンデンサＣ１に充電電流を流す充電用スイッチＳＷｃと、点火用コンデンサＣ１の放電を行う点火用スイッチＳＷｉとを制御する。

図８は、マイクロコンピュータ４Ｃにより構成される各種の機能実現手段を用いて、図４の点火装置の構成を表現したブロック図である。本実施形態では、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムをＣＰＵに実行させることにより、基準信号識別手段４１と、点火時期演算手段４２と、行程判別手段４３と、タイマ１セット手段４４と、点火信号発生手段４５と、スイッチターンオン手段４６と、タイマ０セット手段４８と、スイッチターンオフ手段４９とを構成している。

図８において、基準信号識別手段４１は、回転検出回路４Ｅが各回転検出信号ｓnを発生する毎にタイマ２の計測値を読み込んで、今回読み込んだタイマ２の計測値が、前回回転検出信号が発生した際に読み込んだタイマ２の計測値よりも大きい時に、今回発生した回転検出信号を第１の半波の電圧の立ち上がりで発生した基準信号であると識別する。基準信号識別手段４１は例えば、図９（Ｃ）の時刻ｔ4で読み込んだ計測値Ｔxbが前回読み込んだ計測値Ｔxaよりも大きいことから、時刻ｔ4で読み込んだ回転検出信号ｓnを基準信号として識別する。基準信号はクランク軸が１回転する間に１回だけ発生する。本実施形態では、この基準信号が発生したときのクランク角位置を、タイマ１に点火時期検出用計測時間Ｔigの計測を開始させる基準位置として用いる。

点火時期演算手段４２は、回転検出信号が検出される毎にリセットされて計時動作を再開する動作を繰り返すタイマ２の計測値から、クランク軸が１回転するのに要した時間Ｔｘ（＝Ｔxa＋Ｔxb）を検出して、この時間Ｔｘから得られるエンジンの回転速度の情報を用いて、基準信号が検出されたクランク角位置（基準位置）からエンジンの点火を行うクランク角位置までの角度θxを求めるとともに、クランク軸が現在の回転速度で基準位置から角度θｘだけ回転するのに要する時間を点火時期検出用計測時間Ｔigとして演算する手段である。

行程判別手段４３は、点火用スイッチＳＷｉをオン状態にした際に行われる点火用コンデンサＣ１の放電により点火コイルの二次コイルに誘起した高電圧によって点火プラグで第１の火花放電が生じた際に二次コイルＬ２の一部から絶縁破壊電圧検出回路４Ｆを通して検出される絶縁破壊電圧（絶縁破壊された状態にある点火プラグの放電ギャップ間の電圧）が、エンジンの行程が排気行程にあるときと圧縮行程にあるときとで異なることを利用して、各基準信号が発生したときのエンジンの行程が排気行程であるのか圧縮行程であるのかを判別する手段である。

エンジンの行程が圧縮行程にあるときの点火プラグの放電ギャップの絶縁破壊電圧は、エンジンの行程が排気行程にあるときの絶縁破壊電圧よりも高いため、各点火時期に点火プラグで第１の火花放電を生じさせた際に検出された絶縁破壊電圧を前回の点火時期に点火プラグで第１の火花放電を生じさせた際に検出された絶縁破壊電圧と比較する電圧判定過程を行うことにより、各基準信号が検出された行程が圧縮行程であるのか排気行程であるのかを判別することができる。

行程の判別を確実に行わせるため、行程判別手段４３は、上記電圧判定過程を複数回行った結果から最終的に各基準信号が検出された行程が圧縮行程であるのか排気行程であるのかを判定するように構成しておくのが好ましい。エンジンが４サイクルエンジンである場合、圧縮行程で発生する基準信号の検出と排気行程で発生する基準信号の検出とがクランク軸の回転に伴って交互に行われるため、行程判別手段４３による行程の判別は、エンジンを始動した直後に行っておけば、その後は機械的に行うことができる。

タイマ１セット手段４４は、タイマ１に点火時期検出用計測時間Ｔigをセットして、セットした時間Ｔigの計測を開始させる手段である。タイマ１セット手段４４は、エンジンを始動した直後で、行程判別手段４３が未だ行程判別を完了していない状態にあるときには、基準信号が発生して点火時期演算手段４２が点火時期検出用計測値Ｔigを演算する毎に、その計測値Ｔigをタイマ１にセットしてその計測を開始させ、行程判別手段４３が行程の判別を完了した後は、基準信号が発生したときのエンジンの行程が圧縮行程である場合にのみ点火時期検出用計測値Ｔigをタイマ１にセットしてその計測を開始させる。

点火信号発生手段４５は、タイマ１がセットされた計測値Ｔigの計測を完了した時に点火信号を発生する手段であり、スイッチターンオン手段４６は点火信号が発生したときにＭＯＳＦＥＴ Ｔ１に駆動信号を与えて点火用スイッチＳＷｉをオン状態にする手段である。

本実施形態では、点火時期演算手段４２と、タイマ１セット手段４４と、タイマ１と、点火信号発生手段４５とにより、エンジンの点火時期を検出したときに点火信号を発生する点火時期検出手段４７が構成されている。

タイマ０セット手段４８は、点火用スイッチＳＷｉに点火信号を与えた後、点火プラグの放電ギャップ間で第１の火花放電が生じて点火プラグの放電ギャップ間の絶縁が破壊された状態になるまでの時間として予め設定された時間Ｔｙをタイマ０にセットしてその計測を開始させる手段である。時間Ｔｙは、点火用スイッチＳＷｉに点火信号を与えた後、点火プラグで第１の火花放電が生じるまでの時間を計測する実験の結果に基づいて適切な値に設定しておく。

スイッチターンオフ手段４９は、タイマ０がセットされた時間Ｔｙの計測を完了した時に点火用スイッチＳＷｉ及び充電用スイッチＳＷｃをオフ状態にする手段である。スイッチターンオフ手段４９は、タイマ０がセットされた時間Ｔｙの計測を完了した時にＭＯＳＦＥＴ Ｔ１に与えていた駆動信号を除去することによりＭＯＳＦＥＴ Ｔ１をオフ状態にするとともに、サイリスタＳ１にトリガ信号を与えることによりトランジスタＴ２をオフ状態にする。これにより、点火コイルの一次コイルＬ１及びエキサイタコイルＬexに電流が流れない状態を生じさせて磁石発電機に電機子反作用が生じるのを防いだ状態で、磁石回転子から電機子鉄心に入力した磁束の変化により点火コイルの二次コイルに誘起させた電圧を第１の火花放電により放電ギャップ間の絶縁が破壊された状態にある点火プラグＰに印加して、点火プラグＰで第２の火花放電を生じさせる。

＜本実施形態の点火装置の動作＞
ここで、図４に示された点火装置の動作を図９を参照して説明する。図９は、エンジンの行程判別が完了した後の状態での本実施形態の動作を示すタイムチャートであり、横軸には時間ｔ［sec］をとってある。図９の上部に示された符号ＥＸＨ、ＩＮＴ，ＣＯＭ及びＥＸＰはそれぞれエンジンの行程が排気行程、吸気行程、圧縮行程及び膨張行程にあることを示している。また「３６０°（ＣＡ）」の「（ＣＡ）」はクランク角を意味し、ＴＤＣ及びＢＴＤＣはそれぞれピストンの上死点及び下死点を示している。

図９（Ａ）は磁石回転子の回転に伴って電機子鉄心中で生じる磁束φの変化を示しており、同図（Ｂ）は、磁束φの変化に伴ってエキサイタコイルＬexに誘起する電圧の無負荷時の波形を示している。エキサイタコイルは、この磁束φの変化により、第１の半波の電圧Ｖ１と、第２の半波の電圧と極性が異なる第２の半波の電圧Ｖ２と、第１の半波の電圧Ｖ１と同極性の第３の半波の電圧Ｖ３とが順次現れる交流波形の電圧を、クランク軸が１回転する間に１回だけ、排気行程の上死点位置（ピストンが上死点に達したときのクランク角位置）の手前の位置及び圧縮行程の上死点位置の手前の位置で発生する。エキサイタコイルが電圧を発生する位置は、磁石発電機の固定子の取り付け位置により適宜に調整できる。

図４に示された点火装置においては、エキサイタコイルＬexが第２の半波の電圧Ｖ２を発生したときにトランジスタＴ２にベース電流が与えられて、このトランジスタがオン状態になるため、エキサイタコイルＬexが第２の半波の電圧Ｖ２を発生している間にエキサイタコイルＬex→ダイオードＤ２→トランジスタＴ２→点火用コンデンサＣ１→一次コイルＬ１→ダイオードＤ４→エキサイタコイルＬexの経路で点火用コンデンサＣ１が図示の極性に充電され、点火用コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃが図９（Ｆ）のように変化する。

またエキサイタコイルＬexが電圧を発生すると、回転検出回路４ＥからＣＰＵに図９（Ｃ）に示すような波形の信号が入力される。ＣＰＵは、回転検出回路４Ｅから与えられる信号の時刻ｔ1 ，ｔ4 ，… で生じる立ち下がり、及び時刻ｔ3，ｔ8，…生じる立ち下がりをそれぞれ回転検出信号ｓnとして認識し、これらの回転検出信号のうち、時刻ｔ1，ｔ4,…で第１の半波の電圧Ｖ１が立ち上がった際に生じる回転検出信号ｓnを基準信号として識別する。

エンジンの行程判別が完了しているとすると、ＣＰＵは、エンジンの行程が圧縮行程にある時刻ｔ4 で基準信号が発生した時にタイマ１に点火時期検出用計測時間Ｔigをセットしてその計測を開始させ、時刻ｔ6 でタイマ１が時間Ｔigの計測を完了した時に点火信号ｓiを発生させて、点火用スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ Ｔ１）をオン状態にする。これにより点火用コンデンサＣ１→ＭＯＳＦＥＴ Ｔ１→一次コイルＬ１→点火用コンデンサＣ１の経路で、点火用コンデンサに蓄積された電荷を放電させる。この放電により点火コイルの二次コイルＬ２に点火用の高電圧を誘起させて、点火プラグＰで第１の火花放電を生じさせる。

ＣＰＵは、点火用コンデンサＣ１を放電させた後、第１の火花放電が生じて点火プラグの放電ギャップ間の絶縁が破壊された状態になるまでの微小時間Ｔｙが経過した時刻ｔ7で点火信号ｓi（図９Ｅ参照）を消滅させてＭＯＳＦＥＴ Ｔ１（点火用スイッチ）への駆動信号の供給を停止することにより、ＭＯＳＦＥＴ Ｔ１をオフ状態にして一次コイルＬ１→ダンパダイオードＤ１→ＭＯＳＦＥＴ Ｔ１→一次コイルＬ１の経路で一次コイルに電流が流れるのを阻止すると同時に、サイリスタＳ１にトリガ信号ｓt（図９Ｄ参照）を与えてこのサイリスタをオン状態にすることにより、トランジスタＴ２（充電用スイッチ）をオフ状態にして、エキサイタコイルＬex→ダイオードＤ２→トランジスタＴ２→ＭＯＳＦＥＴ Ｔ１→ダイオードＤ４→エキサイタコイルＬexの経路及びエキサイタコイルＬex→ダイオードＤ２→トランジスタＴ２→コンデンサＣ１→一次コイルＬ１→ダイオードＤ４→エキサイタコイルＬexの経路でエキサイタコイルＬexに電流が流れるのを阻止した状態にする。これにより、一次コイルを流れる電流及びエキサイタコイルを流れる電流により磁石発電機に電機子反作用が生じるのを防いだ状態で、磁石回転子から電機子鉄心に入力される磁束の変化により二次コイルＬ２に誘起させた電圧を第１の火花放電により絶縁が破壊された状態にある点火プラグＰに印加することにより、点火プラグＰで第２の火花放電を生じさせる。

図９（Ｇ），（Ｈ）及び（Ｉ）はそれぞれ、点火コイルの一次電流ｉg1 ，二次電圧Ｖg2及び二次電流ｉg2 の波形を模式的に示している。図９（Ｈ）に示した点火コイルの二次電圧Ｖg2の波形の各部のうち、符号Ｖ2aで示した部分は、点火用コンデンサの放電により生じた振動波形の点火用高電圧の波形であり、符号Ｖ2bで示した部分は、点火コイルの二次コイルに磁石発電機の出力電圧が誘起しているときの二次電圧波形である。また図２（Ｉ）に示した二次電流波形のうち、符号ｉ2aで示した部分は、第１の火花放電が生じているときに流れる放電電流波形であり、符号ｉ2bで示した部分は、点火コイルの二次コイルから点火プラグに磁石発電機の出力電圧が印加されているときに流れる放電電流波形である。

従来のコンデンサ放電式の点火装置においては、点火用コンデンサを放電させた際に生じる電圧Ｖ2aを点火プラグに印加した際に生じる火花放電のみによりエンジンを点火していたため、火花放電の継続時間がきわめて短く、点火エネルギが不足することがあったが、本発明によった場合には、電圧Ｖ2aに続いて電圧Ｖ2bが発生して第２の火花放電を生じさせるため、点火火花の継続時間を長くして点火エネルギの増大を図ることができる。

行程判別手段４３は、第１の火花放電が生じたときに点火コイルの二次コイルＬ２の一部から絶縁破壊電圧検出回路４Ｆを通して検出される点火プラグの放電ギャップ間の絶縁破壊電圧が排気行程と圧縮工程とで異なることを利用して、エンジンの行程が圧縮行程にあるのか排気行程にあるのかを判別する処理を行う。この処理を完了するためには、エンジンを始動した後所定の時間がかるため、本実施形態では、エンジンの始動時には、圧縮行程の上死点位置付近に設定された正規の点火位置だけでなく、排気行程の上死点位置付近に設定された点火位置でも点火を行わせる。エンジンの始動後所定の時間が経過して、エンジンの行程が圧縮行程にあるのか排気行程にあるのかを判別する処理が完了した後は、圧縮行程の上死点位置付近に設定された正規の点火位置でのみ点火動作を行わせる。

図４に示した実施形態において、ダンパダイオードＤ１は、点火用コンデンサＣ１を放電させた後、点火用コンデンサＣ１が逆方向に充電された後に、点火コイルの一次側に、コンデンサＣ１を放電させる直列共振回路が形成されないようにするとともに、点火コイルの一次コイルＬ１に蓄積されたエネルギをダイオードＤ１とＭＯＳＦＥＴ Ｔ１とを通して時間をかけて放出させることにより、点火用コンデンサの放電後点火コイルの二次コイルＬ２に誘起する高電圧の最初の半波の期間を長くして、第１の火花放電の継続時間を長くするために設けられている。

本発明に係る点火装置の電気回路の構成は図４に示した例に限定されない。図５は、本発明に係る点火装置の他の回路構成例を示したもので、この例では、電源回路４Ｄ及び回転検出回路４Ｅが図４に示した例と異なる構成を有する。またエキサイタコイルＬexは、同方向に巻回されて互いに並列に接続された一対のコイルＬex1及びＬex2からなっていて、二次コイルＬ２とエキサイタコイルＬexとが直列に接続されている。

図５に示された電源回路４Ｄは、アースラインＥＬにアノードが接続されたダイオードＤ５と、ダイオードＤ５のカソードに一端が接続されたコンデンサＣ５と、コンデンサＣ５の他端とダイオードＤ２のアノードとの間にアノードをコンデンサＣ５側に向けて接続されたダイオードＤ６と、カソードをダイオードＤ５側に向けてコンデンサＣ５の両端に並列接続されたツェナーダイオードＺ２と、コンデンサＣ５とダイオードＤ５のカソードとの接続点にアノードが接続されたダイオードＤ１０と、ダイオードＤ１０のカソードとアースラインＥＬとの間に接続された電源コンデンサＣ２と、電源コンデンサＣ２の両端にアノードをアースライン側に向けて並列接続されたツェナーダイオードＺ１とにより構成されている。

図５に示された電源回路４Ｄにおいては、エキサイタコイルＬexが第１の半波の電圧Ｖ１を発生したとき及び第３の半波の電圧Ｖ３を発生したときにコンデンサＣ５が図示の極性に充電され、このコンデンサＣ５の両端の電圧により電源コンデンサＣ２が図示の極性に充電される。

図５に示された回転検出回路４Ｅにおいては、トランジスタＴ３のベースエミッタ間にアノードをアースラインＥＬに接続したダイオードＤ１１が接続され、トランジスタＴ３のベースと、エキサイタコイルＬexの二次コイルＬ２と反対側の端子につながるラインとの間に、抵抗Ｒ６とコンデンサＣ３及び抵抗Ｒ３の並列回路と、アノードをこの並列回路側に向けたダイオードＤ７とを直列に接続して構成した積分回路が接続されている。

図５に示した例では、回路基板４０１の一端に点火用コンデンサＣ１の一端につながる端子電極ａと、アースラインＥＬに接続された端子電極ｂ及びｄと、ダイオードＤ９のアノードに接続された端子電極ｆと、充電回路のダイオードＤ２のアノードにつながるラインに接続された端子電極ｅとが形成され、端子電極ａ，ｂ間に点火コイルの一次コイルＬ１が接続されている。また端子電極ｂが接地電位部である電機子鉄心３Ａに接続され、端子電極ｄ，ｅ間にエキサイタコイルＬexが接続されている。また端子電極ｆが点火コイルの二次コイルのタップＢに接続され、二次コイルＬ２の一部の電圧がタップＢを通して絶縁破壊電圧検出回路４Ｆに入力されている。図５に示した実施形態のその他の構成は、図４に示した実施形態と同様である。

図５に示された回転検出回路４Ｅにおいては、エキサイタコイルＬexが第１の半波の電圧Ｖ１及び第３の半波の電圧Ｖ３を発生していないときに電源回路４Ｄ側から抵抗Ｒ５を通してトランジスタＴ３にベース電流が与えられるためトランジスタＴ３がオン状態にあり、トランジスタＴ３のコレクタの電位はほぼ接地電位にある。エキサイタコイルＬexが発生する第１の半波の電圧Ｖ１及び第３の半波の電圧Ｖ３がコンデンサＣ３の両端の電圧を超えている間ダイオードＤ１１を通して電流が流れて、このダイオードＤ１１の両端の電圧が低下するためトランジスタＴ３がオフ状態になり、トランジスタＴ３のコレクタエミッタ間の電圧が上昇する。従って、トランジスタＴ３のコレクタエミッタ間には、第１の半波の電圧Ｖ１及び第３の半波の電圧がそれぞれ立ち上がった際にほぼ電源電圧までステップ状に立ち上がり、第１の半波の電圧Ｖ１及び第３の半波の電圧がそれぞれ立ち下がった際にステップ状に立ち下がる信号が得られる。ＣＰＵはこの信号の各立ち上がりを回転検出信号ｓnとして認識し、第１の半波の電圧Ｖ１の立ち上がりで生じる回転検出信号を基準信号として認識する。その他の点は図４に示した実施形態と同様である。

上記のように、同方向に巻回されて互いに並列に接続された一対のコイルＬex1及びＬex2によりエキサイタコイルＬexを構成しておくと、点火用コンデンサＣ１を充電する回路の損失が小さくなるため、点火用コンデンサをより高い電圧まで充電することができる。

図６は、本発明に係る点火装置の他の構成例を示したもので、この例では、点火回路４Ａ及び充電回路４Ｂが図４に示した例及び図５に示した例と異なる構成を有している。図６に示された点火回路４Ａは、一端が一次コイルＬ１の一端に接続された点火用コンデンサＣ１と、コンデンサＣ１の他端にドレインが接続され、ソースがアースラインＥＬに接続されたＭＯＳＦＥＴ Ｔ１と、コンデンサＣ１の両端に接続されたダンパダイオードＤ１とからなっている。また充電回路４Ｂは、エキサイタコイルＬexの一端にアノードが接続され、カソードが点火用コンデンサＣ１の一端に接続されたダイオードＤ２と、点火用コンデンサＣ２の他端にドレインが接続され、アースラインＥＬにソースが接続されたＭＯＳＦＥＴ Ｔ２とからなっている。ＭＯＳＦＥＴ Ｔ２のドレインソース間には寄生ダイオードＤf2が形成されている。その他の点は図５に示した例と同様に構成されている。

図６に示した例では、回路基板４０１の一端に点火用コンデンサＣ１の一端につながる端子電極ａと、ＭＯＳＦＥＴ Ｔ１のドレインに接続された端子電極ｂと、アースラインＥＬに接続された端子電極ｄと、ダイオードＤ９のアノードに接続された端子電極ｆと、充電回路のダイオードＤ２のアノードにつながるラインに接続された端子電極ｅとが形成され、端子電極ａ，ｂ間に点火コイルの一次コイルＬ１が接続されている。また端子電極ｄが接地電位部である電機子鉄心３Ａに接続されるとともにエキサイタコイルＬexと二次コイルＬ２との接続点Ｃに接続され、端子電極ｅはエキサイタコイルＬexの二次コイルＬ２と反対側の端子Ｄに接続されている。

図６に示した実施形態においては、図９に示された時刻ｔ1,ｔ4,…で基準信号が発生したときにＣＰＵがＭＯＳＦＥＴ Ｔ２に駆動信号ｓtを与える。ＭＯＳＦＥＴ Ｔ２は時刻ｔ2及びｔ5でエキサイタコイルＬexが第２の半波の電圧Ｖ２を発生したときにオン状態になり、エキサイタコイルＬex→ダイオードＤ２→点火用コンデンサＣ１→ＭＯＳＦＥＴ Ｔ２→エキサイタコイルＬexの経路で点火用コンデンサＣ１に充電電流を流す。

ＣＰＵが点火時期に点火信号ｓiを発生すると、ＭＯＳＦＥＴ Ｔ１に駆動信号が与えられるため、このＭＯＳＦＥＴがオン状態になり、点火用コンデンサＣ１に蓄積された電荷が、点火用コンデンサＣ１→一次コイルＬ１→ＭＯＳＦＥＴ Ｔ1→ＭＯＳＦＥＴ Ｔ２の寄生ダイオードＤf2→点火用コンデンサＣ１の経路で放電する。これにより点火コイルの二次コイルに高電圧が誘起し、点火プラグで第１の火花放電が発生する。ＣＰＵは点火時期から時間Ｔｙが経過したときに点火信号を除去してＭＯＳＦＥＴ Ｔ１をオフ状態にすると同時にＭＯＳＦＥＴ Ｔ２に与えていた駆動信号を除去してＭＯＳＦＥＴ Ｔ１をオフ状態にして点火コイルの一次コイルＬ１及びエキサイタコイルＬexを通して電流が流れない状態を生じさせ、磁石回転子から電機子鉄心に入力される磁束の変化により二次コイルＬ２に誘起させた電圧を第１の火花放電により放電ギャップ間の絶縁が破壊された点火プラグに印加して第２の火花放電を生じさせる。

＜ＣＰＵが実行するプログラについて＞
図８に示した基準信号識別手段４１、点火時期演算手段４２、行程判定手段４３、タイマ１設定手段４４、点火信号発生手段４５、スイッチターンオン手段４６、タイマ０セット手段４８及びスイッチターンオフ手段４９は、マイクロコンピュータのＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵに実行させることにより構成される。

図８に示した機能実現手段を構成するためにＣＰＵに実行させるプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートを図１０ないし図１６に示した。図１０はマイクロコンピュータの電源が確立した後に実行される処理の流れを概略的に示したフローチャート、図１１はマイクロコンピュータの電源が確立した後に最初に実行される初期化処理の流れを示したフローチャートである。また図１２は初期化処理が完了した後に実行されるメイン処理のアルゴリズムを示したフローチャート、図１３は、回転検出回路４Ｅが回転検出信号を発生する毎に実行される回転検出信号割込処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。更に、図１４は、タイマ１がセットされた時間Ｔigの計測を完了した時に実行されるタイマ1割込処理の流れを示したフローチャートであり、図１５はタイマ０がセットされた時間Ｔｙの計測を完了した時に実行されるタイマ０割込処理の流れの一部を示したフローチャート、図１６は、タイマ０割込処理の流れの他の部分を示したフローチャートである。

図１０ないし図１６に示したアルゴリズムに従う場合には、エンジンの始動操作が行われ、マイクロコンピュータの電源が確立したときに先ず図１０のステップＳ００１においてマイクロコンピュータの各部の初期化処理（図１１）を行い、初期化処理が完了したときに図１０のステップＳ００２に示されているメイン処理（図１２）を行う。

図１１に示された初期化処理においては、先ずステップＳ１０１においてＣＰＵの各ポートや各種の内部機能の初期化を行い、次いでステップＳ１０２において点火用スイッチＳＷｉを開放状態（オフ状態）にする。次いでステップＳ１０３に進んで充電用スイッチＳＷｃをオンし得る状態（駆動信号を与えて両端に電圧が印加されれば直ちにオンする状態）にし、ステップＳ１０３で充電用スイッチＳＷｃを構成するスイッチ素子（図４及び図５に示した例ではトランジスタＴ２、図６に示した例ではＭＯＳＦＥＴ Ｔ２）に駆動信号を与えて、充電用スイッチＳＷｃに電圧が印加されれば充電用スイッチＳＷｃが直ちにオンし得る状態にする。次いでステップＳ１０４で［演算許可フラグ］を０にクリアし、ステップＳ１０５で［行程判別完了フラグ］を０にクリアする。またステップＳ１０６で［行程フラグ］を０にクリアし、ステップＳ１０７で［行程判別バイト］を［０００ ０００］にセットする。更にステップＳ１０８でその他のユーザメモリを初期化し、ステップＳ１０９でタイマ２をスタートさせた後初期化処理を終了する。

図１１の初期化処理を終了した後、図１２のメイン処理を行う。このメイン処理では、先ずステップＳ２０１でウォッチドッグタイマをクリアし、ステップＳ２０２で［演算許可フラグ］が１にセットされているか否かを判定する。その結果［演算許可フラグ］が１にセットされていないと判定されたときにはステップＳ２０１に戻り、［演算許可フラグ］が１にセットされていると判定されたときにはステップＳ２０３で［演算許可フラグ］を０にクリアした後、ステップＳ２０４で、回転検出信号ｓnが発生する毎に読み込んでいるタイマ２の前回の計測値Ｔx-1に含まれるエンジンの回転速度情報を用いて、基準信号が発生したクランク角位置（基準位置）からエンジンを点火するクランク角位置である点火位置までの角度θｘを求める演算を行う。角度θｘは例えば、Ｔx-1とθxとの関係を与えるマップを検索して補完演算を行うことにより求める。

回転検出信号ｓｎが発生する毎に図１３に示す回転検出信号割込処理を行う。この割込処理では、先ずステップＳ３０１でタイマ２の計測値（図９Ｃに示したＴxaまたはＴxb）を読み込んでメモリ［Ｔｘ］に格納し、タイマ２をリセットした後再スタートさせる。次いで、ステップＳ３０２で今回の回転検出信号ｓｎが基準信号であるか否かの識別を行う。この識別は、今回読み込んだタイマの計測値が、回転検出信号が前回発生した際に読み込んだタイマ２の計測値よりも大きいか否かを判定することにより行う。即ち今回読み込んだタイマの計測値が、前回読み込んだタイマ２の計測値よりも大きいとき（今回読み込んだ計測値がＴxbであるとき）に、今回発生した回転検出信号を第１の半波の電圧の立ち上がりで発生した基準信号であると識別する。

ステップＳ３０２で今回の回転検出信号ｓｎが基準信号であるか否かの識別を行った結果、基準信号でないと判定されたときには、以後何もしないでこの処理を抜ける。ステップＳ３０２で今回の回転検出信号ｓｎが基準信号であると識別されたときには、ステップＳ３０３に進んで［演算許可フラグ］を１にセットし、次いでステップＳ３０４で、メイン処理で演算したθｘと、ステップＳ３０１でメモリに格納したＴｘとを用いて、基準信号が発生したクランク角位置（現在のクランク角位置）から角度θｘだけ（点火位置まで）回転するのに要する時間を点火時期検出用計測時間Ｔigとして演算する。次いでステップＳ３０５でタイマ１に点火時期検出用計測時間Ｔigをセットして直ちにその計測を開始させた後メイン処理に復帰する。

タイマ１がセットされた計測値Ｔigの計測を完了したときに図１４に示したタイマ１割込処理を行う。この割込処理では、ステップＳ４０１で［行程判別フラグ］が１にセットされているか否か（行程判定処理が完了しているか否か）を判定する。その結果［行程判別フラグ］が１にセットされている（行程判定処理が完了している）と判定された場合には、ステップＳ４０２に進んで［行程フラグ］が１にセットされているか否か（現在の行程が圧縮行程であるか否か）を判定する。その結果［行程フラグ］が１にセットされている（現在の行程は圧縮行程である）と判定された場合には、ステップＳ４０３に進んで［行程フラグ］を０にクリアし、次いでステップＳ４０４で点火信号を発生させて点火用スイッチをオン状態にし、これにより点火用コンデンサの放電を行わせて、点火プラグで第１の火花放電を生じさせる。次いでステップＳ４０５でタイマ０に時間Ｔｙをセットした後この処理を抜ける。時間Ｔｙは、点火信号を発生させて点火用コンデンサＣ１の放電を開始した後、点火プラグの放電ギャップの絶縁が破壊された状態になるまでに要する時間である。ステップＳ４０２で［行程判別フラグ］が１にセットされていない（行程判定処理が未だ完了していない）と判定された場合には、ステップＳ４０６に進んで［行程判別フラグ］を１にセットした後メイン処理に復帰する。

点火用コンデンサＣ１の放電を行った後、タイマ０がセットされた計測値Ｔｙの計測を完了したときに、図１５及び図１６に示したタイマ０割込処理が行われる。この割込処理では、先ず図１５のステップＳ５０１で充電用スイッチＳＷｃをオフ状態（開放状態）にし、次いでステップＳ５０２で点火用スイッチＳＷｉをオフ状態にする。次いでステップＳ５０３で［行程判別完了フラグ］が１にセットされているか否か（行程判別が完了しているか否か）を判定する。その結果［行程判別完了フラグ］が１にセットされていない（行程判別が完了していない）と判定されたときには、ステップＳ５０４に進んで今回の処理が最初の処理であるか否かを判定する。この判定で今回の処理が最初の処理であると判定されたときにはステップＳ５０５に進んで、絶縁破壊電圧検出回路４Ｆの出力信号をＣＰＵのＡ／Ｄ入力端子から読み込み、読み込んだ値を［Output NEW］に格納した後、この処理から抜ける。

ステップＳ５０４で今回の処理は最初の処理ではないと判定されたときには、図１６のステップＳ５０６に進んで［Output NEW］の内容を［Output OLD］に格納し、次いでステップＳ５０７でＣＰＵのＡ／Ｄ入力ポートに入力されたデータを［Output NEW］に格納する。次いでステップＳ５０８に進んで［行程判別バイト］を２倍した後（左シフトした後）、ステップＳ５０９に進んで［Output NEW］と［Output OLD］とを比較する。その結果、［Output NEW］≧［Output OLD］であると判定されたときには、ステップＳ５１０に進んで［行程判別バイト］をインクリメントし、ステップＳ５１１で［行程判別バイト］が［1010 1010］に一致しているか否かを判定する。この判定の結果、［行程判別バイト］が［1010 1010］に一致していないと判定されたときには、以後何もしないでこの処理を抜ける。ステップＳ５１１で［行程判別バイト］が［1010 1010］に一致していると判定されたときには、ステップＳ５１２に進んで、次にタイマ０割込処理が行われる際にエンジンの行程が圧縮行程であるとの判定が行われるようにするために、［行程フラグ］を１にセットし、更に行程判別処理が完了したことを示すために［行程判別完了フラグ］を１にセットしてこの処理を抜ける。

図１０ないし図１６に示したアルゴリズムによる場合には、図１３の処理のステップＳ３０２を行う過程により基準信号識別手段４１が構成され、図１２の処理のステップＳ２０４を行う過程と、図１３の処理のステップＳ３０４を行う過程とにより点火時期演算手段４２が構成される。また図１４のタイマ１割込処理のステップＳ４０１ないしＳ４０３及びＳ４０６を実行する過程と、図１５及び図１６のタイマ０割込処理のステップＳ５０３ないしＳ５１２を実行する過程とにより行程判別手段４３が構成され、図１３の回転検出信号割込処理のステップＳ３０５を実行する過程によりタイマ１セット手段４４が構成される。更に図１４のタイマ１割込処理のステップＳ４０４により点火信号発生手段４５及びスイッチターンオン手段４６が構成され、図１４の処理のステップＳ４０５によりタイマ０セット手段４８が構成される。また図１５及び図１６に示したタイマ割込処理のステップＳ５０１及びＳ５０２によりスイッチターンオフ手段４９が構成される。

以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の技術思想から逸脱しない範囲で種々の変形を加えることができるのはもちろんである。

例えば、上記の各実施形態では、エンジンのクランク軸に取り付けられたフライホイールの外周に３極の磁石界磁が設けられた磁石回転子を備えた外磁石形の磁石発電機を用いたが、本発明に係る点火方法を実施するために用いる磁石発電機は、エンジンにより回転駆動される磁石回転子と、該磁石回転子から磁束が入力される電機子鉄心を有して該電機子鉄心に点火コイルとエキサイタコイルとが巻回された固定子とを備えた磁石発電機であればよく、外磁石形のものに限定されない。

また本発明に係る点火装置で用いる点火用スイッチ及び充電用スイッチを構成するスイッチ素子は、オンオフ制御を自在に行うことができるスイッチ素子であればよく、ＭＯＳＦＥＴや、バイポーラトランジスタに限定されない。

本発明に係る点火装置は、種々の内燃機関を点火する点火装置として利用可能である。本発明によれば、立ち上がりが速く、しかも継続時間が長い火花放電を点火プラグで生じさせることができるため、点火時期の安定化と点火エネルギの増大とを図って、エンジンの性能の向上を図ることができる。

１ 磁石発電機
２ 磁石回転子
２０１ フライホイール
２０２ 永久磁石
２ａ，２ｂ 磁石回転子の磁極
３ 固定子
３Ａ 電機子鉄心
３ａ，３ｂ 電機子鉄心の磁極部
３Ｂ コイルユニット
３０３ 一次ホビン
３０４ 二次ボビン
Ｌ１ 一次コイル
Ｌ２ 二次コイル
Ａ 二次コイルの非接地側出力端子
Ｂ 二次コイルから引き出されたタップ
Ｃ 二次コイルの接地側出力端子
Ｌex エキサイタコイル
４ 電子ユニット
４０１ 回路基板
４Ａ 点火回路
４Ｂ 充電回路
４Ｃ マイクロコンピュータ
４Ｄ 電源回路
４Ｅ 回転検出回路
４Ｆ 絶縁破壊電圧検出回路
Ｃ１ 点火用コンデンサ
ＳＷｉ 点火用スイッチ
ＳＷｃ 充電用スイッチ
Ｔ１ 電界効果トランジスタ
Ｔ２ トランジスタ
Ｓ１ サイリスタ
Ｄ１ ダンパダイオード
Ｐ 点火プラグ

Claims (5)

1. エンジンの気筒に取り付けられた点火プラグに高電圧を印加して該点火プラグで火花放電を生じさせるエンジン用点火装置であって、
   前記エンジンのクランク軸に取り付けられたフライホイールの外周に３極の磁石界磁が形成された磁石回転子と、前記磁石回転子の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心にエキサイタコイルと点火コイルの一次コイル及び二次コイルとを含む複数のコイルが発電コイルとして巻回された固定子とを備えて、前記クランク軸が１回転する間に第１の半波の電圧と該第１の半波の電圧と極性が異なる第２の半波の電圧と前記第１の半波の電圧と同極性の第３の半波の電圧とを順次前記発電コイルから出力する磁石発電機と、
   前記点火コイルの一次側に設けられた点火用コンデンサと、
   前記エキサイタコイルに前記第２の半波の電圧が誘起したときにオン状態になって前記第２の半波の電圧で前記点火用コンデンサを充電する回路を形成するように設けられた充電用スイッチと、
   オン状態になった際に前記点火用コンデンサに蓄積された電荷を前記一次コイルを通して放電させる放電回路を形成するように設けられた点火用スイッチと、
   前記エンジンの点火時期を検出した時に点火信号を発生する点火時期検出手段と、
   前記点火時期が検出された時に前記点火プラグで第１の火花放電を生じさせるべく前記点火用スイッチをオン状態にする手段と前記第１の火花放電により前記点火プラグの放電ギャップ間の絶縁が破壊された状態にある間に前記点火用スイッチ及び充電用スイッチの双方が開放状態にある状態を生じさせるように前記点火用スイッチ及び充電用スイッチを制御する手段とを備えたスイッチ制御手段と、
   を具備し、
   前記第１の火花放電により前記点火プラグの放電ギャップ間の絶縁が破壊された状態にある間に前記磁石回転子から前記電機子鉄心に入力される磁束の変化に伴って前記点火コイルの二次コイルに誘起する電圧により前記点火プラグで第２の火花放電を生じさせるように構成されているエンジン用点火装置。
2. 前記エキサイタコイルに誘起する電圧の波形の特定の点を検出して前記エンジンのピストンが上死点に達するときのクランク角位置の手前の位置に設定された基準位置で発生する回転検出信号を含む複数の回転検出信号を出力する回転検出回路と、前記回転検出回路が出力する複数の回転検出信号の中から前記基準位置で発生した回転検出信号を基準信号として識別する基準信号識別手段とが設けられ、
   前記点火時期検出手段は、前記基準信号が発生したタイミングを基準にして前記点火時期を検出して点火信号を発生するように構成されている請求項１に記載のエンジン用点火装置。
3. 前記基準信号が発生したときの前記エンジンの行程が圧縮行程であるのか排気行程であるのかを判別する行程判別手段が設けられ、
   前記スイッチ制御手段は、前記行程判別手段により前記基準信号が発生したときの前記エンジンの行程が圧縮行程であると判別されているときにのみ、前記点火時期検出手段により検出された点火時期に前記点火用スイッチをオン状態にする制御を行うように構成されている請求項２に記載のエンジン用点火装置。
4. 前記行程判別手段は、前記二次コイルの一部から前記点火プラグの放電ギャップ間の電圧の情報を含む電圧信号を得る絶縁破壊電圧検出回路を備えて、前記点火プラグの放電ギャップ間の絶縁が破壊された状態にあるときに前記絶縁破壊電圧検出回路から得られる電圧信号の大きさが前記エンジンの排気行程と圧縮行程とで異なることに基づいて行程の判別を行うように構成されている請求項３に記載されたエンジン用点火装置。
5. 前記二次コイルの途中からタップが引き出され、前記絶縁破壊電圧検出回路は、前記タップを通して前記二次コイルの一部に誘起する電圧を検出するように構成されている請求項４に記載のエンジン用点火装置。

Images