JPH0115902Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は内燃機関の点火時期を機関回転数に応
じて自動調整するための内燃機関の無接点点火装
置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関の点火装置では、シリンダ内の圧縮混
合気を電気火花によつて点火し、シリンダ内に燃
焼を引き起こし、ピストンを往復駆動する動力を
発生せしめる。そして、かかる点火装置として、
バツテリ式、マグネト式などがあり、このうちの
マグネト式として第１図に示す如き無接点点火装
置が、種々提供されている。

第１図に於いて、１は磁石発電機を構成するロ
ータで、機関の回転軸に取り付けられ、例えばア
ルミ製の非磁性体２に磁石３，４およびポールピ
ース５，６，７を埋設したものからなり、各ポー
ルピース５，６，７はその外周面が、非磁性体２
の外周面側に露出して、これの円弧面に連続する
円弧面を形成している。また、磁石３，４は、中
央のポールピース６が両側のポールピース５，７
に対して異極となる様に、各ポールピース５，
６，７に連結される。

８はロータ１の近傍に設けた発電部で、コ字状
コア９の一方であるロータの回転方向側の脚９ａ
に発電コイル１０を巻装したものからなる。つま
り、ロータ１の回転方向に対しポールピース５が
初めに対向する側の脚９ｂとは反対側の脚９ａに
発電コイル１０が巻装されている。

発電コイル１０の両端には点火制御回路１１が
接続されている。この点火制御回路はダイオード
１２，１３，１４，１５、第１のスイツチング素
子たるサイリスタ１６、第１のコンデンサ１７お
よびイグニシヨンコイル１８を図示の様に接続し
たものからなり、コイル１８の二次側に点火プラ
グ１９が接続されている。

なお、上記第１のコンデンサ１７は上記発電コ
イル１０に誘起した正方向電圧を充電するもので
ある。また、上記第１のスイツチング素子たるサ
イリスタ１６は、上記発電コイル１０に誘起した
負方向電圧に基づくトリガ電圧を受けて導通し、
上記第１のコンデンサ１７の充電電荷をイグニシ
ヨンコイル１８の一次コイルを介して放電せしめ
るものである。

かかる無接点点火装置では、機関運転によつて
ロータ１が矢印Ｘ方向に回転すると、発電コイル
１０には、低速回転域では第２図の実線Ｐに示す
波形の電圧を誘起する。そして、この誘起電圧の
うち、正方向電圧が得られるとき、ダイオード
１３、コンデンサ１７、イグニシヨンコイル１８
の一次側コイルおよびアースを通じて正方向電流
を流し、コンデンサ１７に電荷を充電する。そし
て、上記誘起電圧のうち第２の負方向電圧とな
るときに於いて、サイリスタ１６のゲート・カソ
ード、ダイオード１２の経路に電流が流れ、サイ
リスタ１６のトリガレベルV_Tにその負方向電圧
がθ₁で到達すると、サイリスタ１６は導通状態
となり、コンデンサ１７の充電電荷をサイリスタ
１６のアノード・カソード、ダイオード１４を通
じてイグニシヨンコイル１８の一次側に放電し、
その二次側に高電圧を誘起し、所期の点火火花を
プラグ１９に発生せしめる。

ところで、小形汎用の内燃機関の点火時期は、
燃焼圧力や排気での熱損失などを考慮して上死点
前略30゜近辺に設定されており、これにより最大
出力および最適燃費となる様にしている。

かしながら、機関の始動時や暖機時の様な低速
運転域で、上記点火時期で点火をすると、早期点
火による燃焼により、圧縮工程中の燃焼圧力を生
じて、逆回転しようとする力を生じ、これに伴つ
て振動、振動騒音、排気騒音が著しくなり、回転
伝達系も諸々の機械的負担を強いることになり好
ましくない。また、これに対し点火時期を遅らせ
て、仮に、上死点前5゜〜10゜で点火したとすると、
中、高速運転域の排気行程で熱損失が増加し、十
分な出力が得られず燃費及び加速性能の悪化を招
くことになる。

一方、機関の高速運転域にあつては、発電コイ
ル１０の誘起電圧波形は、第２図に示す様に低速
運転域の実線Ｐに対して遅れた誘起電圧波形の点
線Ｑの様になる。これは発電コイル１０に誘起す
る電流による起磁力の影響、つまり電機子反作用
の影響によるものである。

そして、この電機子反作用の影響は正方向電圧
′直前の第１の負方向電圧′よりも正方向電圧
′直後の第２の負方向電圧′に於いて著しくな
る。

従つて、この第２の負方向電圧′により、サ
イリスタ１６をトリガさせると、低速時に比べて
高速時の点火タイミングがθ₂の様に大きく遅れ
る。この結果、高速運転域に於ける機関出力の低
下、燃費効率の著しい低下を招くという問題があ
つた。

また、機関の過回転域では、機関出力のばらつ
きにより回転数のばらつき並びに設定過回転域以
上の機関運転が継続するという問題があつた。

〔考案が解決しようとする問題点〕

本考案はかかる従来の諸問題点を解決するもの
であり、機関の低速回転域から過回転域までの全
運転域で、良好な出力特性が得られ、燃費および
運転の安定性、安全性にすぐれた内燃機関の無接
点点火装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そして、上記目的達成のため、本考案は、互い
に隣り合うものが異極性の少くとも２個以上のポ
ールピースを有するロータ、該ロータ周辺に配置
されたコ字状コア及び該コ字状コアの脚に巻装し
た発電コイルから構成され、上記コ字状コアと最
初に対向するポールピースの一部をその回転方向
側にくし状に延長してロータ外周に露出させ、こ
の露出したポールピース露出部の表面積を上記ロ
ータの回転方向に向つて徐々に小さくした磁石発
電機と、上記発電コイルに誘起した正方向電圧を
充電する第１のコンデンサ、第２のコンデンサ及
び第３のコンデンサと、上記発電コイルに誘起し
た負方向電圧に基づくトリガ電圧を受けて導通
し、上記第１のコンデンサの充電電荷をイグニシ
ヨンコイルの一次コイルを介して放電せしめる第
１のスイツチング素子と、上記第２のコンデンサ
の充電電荷を所定の時定数で放電させる第１の放
電回路と、上記第２のコンデンサの放電電圧に基
づくトリガ電圧を受けて導通して上記第１のスイ
ツチング素子のトリガ電圧をバイパスする第２の
スイツチング素子と、該第２のスイツチング素子
による上記第１のスイツチング素子のトリガ電圧
のバイパス時に導通して上記第２のスイツチング
素子のトリガ電圧をバイパスする第３のスイツチ
ング素子と、上記第３のコンデンサの充電電荷を
所定の時定数で放電させる第２の放電回路と、該
第２の放電回路による上記第３のコンデンサの放
電時に導通して上記第１のスイツチング素子のト
リガ電圧をバイパスする第４のスイツチング素子
とを備えた構成としたものである。

なお、上記第２のコンデンサ及び第３のコンデ
ンサを単一のコンデンサで兼用してもよいもので
ある。

〔作用〕

本考案によれば、第１のコンデンサ及び第１の
スイツチング素子により基本的な点火動作が行わ
れるが、第２のコンデンサ、第２のスイツチング
素子及び第３のスイツチング素子により発電コイ
ルに誘起した正方向電圧直前の負方向電圧によつ
て点火動作が行われることとなり、これにより電
機子反作用による高速運転域での点火タイミング
の遅れが防止されることとなる。そして、磁石発
電機を構成するロータの所定のポールピースの一
部がその回転方向側にくし状に延長してロータ外
周に露出され、この露出したポールピース露出部
の表面積がロータの回転方向に向かつて徐々に小
さくされているので、発電コイルに誘起される負
方向電圧の立上りが機関回転数の上昇につれて次
第に急になり、このため始動から中速運転域まで
の点火タイミングが徐々に進むこととなる。ま
た、機関の過回転域では、第３のコンデンサ、第
２の放電回路及び第４のスイツチング素子により
急激で連続的な点火タイミングの遅角傾斜角度特
性を得る。

〔実施例〕

第３図は本考案の一実施例を示す無接点点火回
路図であり、第１図に示したものと同一構成部分
には、同一符号を付し、その説明は省略する。

２０はダイオード１２のアノードとサイリスタ
１６のカソードとの間に接続したツエナダイオー
ドである。

また、２１はダイオード、２２は抵抗、２３は
第２のコンデンサ、２４はダイオードで、これら
が発電コイル１０に直列接続されている。なお、
上記第２のコンデンサ２３は発電コイル１０に誘
起した正方向電圧を充電するものである。

２５は第２のスイツチング素子たるサイリスタ
で、アノードが接地され、カソードが第２のコン
デンサ２３とダイオード２４との接続中点Ａに接
続されるとともに、ゲートは抵抗２６を介して抵
抗２２と第２のコンデンサ２３との接続中点Ｂに
接続されており、上記抵抗２６およびサイリスタ
２５のゲート・カソード間が第２のコンデンサ２
３の充電電荷を所定の時定数で放電させる第１の
放電回路を構成している。したがつて、上記サイ
リスタ２５は上記第２のコンデンサ２３の放電電
圧を受けて導通するようになつている。なお、上
記時定数は比較的大きく定められている。２７は
第３のスイツチング素子たるサイリスタで、これ
のアノードは接続中点Ｂに接続され、ゲートは接
続中点Ａに接続され、また、このサイリスタ２７
のカソードはダイオード２８を介してサイリスタ
２７のゲートにおよびツエナダイオード２０のア
ノードにそれぞれ接続されている。すなわち、上
記第２のスイツチング素子たるサイリスタ２５は
導通したときに第１のスイツチング素子たるサイ
リスタ１６のトリガ電圧をサイリスタ２５のアノ
ード・カソード→サイリスタ２７のゲート・カソ
ード→ダイオード１２の経路でバイパスするよう
になつており、また、上記第３のスイツチング素
子たるサイリスタ２７は、上述のサイリスタ２５
によるサイリスタ１６のトリガ電圧のバイパス時
に導通して、上記第２のスイツチング素子たるサ
イリスタ２５のトリガ電圧をバイパスするように
なつている。

また、２９はダイオード、３０は抵抗、３１は
第３のコンデンサで、これらが発電コイル１０お
よびダイオード２１の接続中点と、ダイオード１
２およびダイオード２８の接続中点との間に直列
接続されている。なお、上記第３のコンデンサ３
１は発電コイル１０に誘起した正方向電圧を充電
するものである。また、３２は抵抗、３３は第４
のスイツチング素子たるトランジスタで、抵抗３
２は一端が抵抗３０と第３のコンデンサ３１との
接続中点に接続され、他端がトランジスタ３３の
ベースに接続されている。また、トランジスタ３
３のエミツタは第３のコンデンサ３１とダイオー
ド１２との接続中点に接続され、またコレクタは
接地されている。すなわち、上記抵抗３２及び第
４のスイツチング素子たるトランジスタ３３のベ
ース・エミツタ間が第３のコンデンサ３１の充電
電荷を所定の時定数で放電させる第２の放電回路
を構成している。したがつて、上記第４のスイツ
チング素子たるトランジスタ３３は、上記第２の
放電回路による第３のコンデンサ３１の放電時に
導通して、上記第１のスイツチング素子たるサイ
リスタ１６のトリガ電圧をトランジスタ３３のコ
レクタ・エミツタ→ダイオード１２の経路でバイ
パスするようになつている。

また、ポールピース５Ａは一部に回転方向側に
突出して延びる延長部５ａが設けられ、この延長
部５ａがロータ外周に露出し、この露出したポー
ルピースの露出部５ｂの表面積を、上記ロータ回
転方向に向つて徐々に小さくしてある。なお、実
施例では、露出部５ｂは複数の溝５ｃによつて複
数に分断され、分断された各露出部５ｂの表面積
がロータ回転方向に徐々に小さくしてある。

次に作用について述べる。

先ず、機関の低速回転域では、発電コイル１０
に得られる誘起電圧は、第４図の曲線Ｒに示す如
くなり、正方向電圧″がダイオード１３→コン
デンサ１７→イグニシヨンコイル１８の一次側コ
イルにかかつて、前記経路に電流が流れコンデン
サ１７に電荷を充電する。同時に、ダイオード２
１→抵抗２２→コンデンサ２３→ダイオード２４
の経路にも電流が流れ、コンデンサ２３に電荷を
充電する。このため、抵抗２６を介してサイリス
タ２５のゲートにもトリガ電流が印加され、サイ
リスタ２５はターンオン状態となる。

やがて、コンデンサ２３の電荷は抵抗２６→サ
イリスタ２５のゲート・カソードの経路を通つて
放電する。しかし、このときの放電時定数は機関
回転数が低速でも、第２の負方向電圧″が発生
するまでの間、サイリスタ２５をターンオンし続
ける大きさに選ばれている。

次に、発電コイル１０に第２の負方向電圧″
が誘起されるが、上記時定数によつてサイリスタ
２５がターンオン状態を保持しているため、その
負方向電流はサイリスタ２５のアノード・カソー
ド→サイリスタ２７のゲート・カソード→ダイオ
ード１２の経路を流れる。従つて、ツエナダイオ
ード２０はブレークオーバせずサイリスタ１６の
アノード・カソード間電位が略等しくなり、結局
サイリスタ１６のトリガ電圧がバイパスされるこ
ととなり、このサイリスタ１６はターンオンしえ
ない。

また、このときサイリスタ２７はターンオンす
るため、コンデンサ２３の残留電荷はサイリスタ
２７のアノード・カソード→ダイオード２８の経
路で放電されてしまい、サイリスタ２５のトリガ
電圧がバイパスされることとなる。

かくして、第２の負方向電圧″が得られる時
点では、サイリスタ１６はトリガされず、コンデ
ンサ１７からイグニシヨンコイル１８への点火電
圧の供給がなされない。なお、第４図は発電コイ
ル１０の無負荷と仮定した場合の誘起電圧の波形
を示すもので、第２の負方向電圧″が得られる
ときには実際にはOV付近となるものである。

次に、第１の負方向電圧″が発電コイル１０
に誘起されると、コンデンサ２３にはこのとき既
に電荷がなく、サイリスタ２５がオフとなつてい
るため、サイリスタ１６のゲート・カソード→ツ
エナダイオード２０→ダイオード１２の経路に負
方向電流が流れる。このときサイリスタ１６がタ
ーンオンする。このため、コンデンサ１７の電荷
がイグニシヨンコイル１８の一次側コイルに放電
され、二次側に接続した点火プラグ１９に火花を
発生する。このときのサイリスタ１６の点火タイ
ミングは第４図のθ₃である。

同様に、機関が高速運転される場合にも、上記
の誘起電圧Ｒより遅れた誘起電圧Ｓが得られる
が、このとき点線で示す遅れの大きい第２の負方
向電圧でなく、電機子反作用を受けない第１
の負方向電圧でサイリスタ１６をトリガする
ため、機関が高速回転域で点火タイミングが遅れ
るという問題を解消できる。なお、このときのサ
イリスタ１６のトリガタイミングは第４図のθ₄で
ある。

ところで、ポールピース５Ａは延長部５ａを有
しており、これのロータ外周への露出面積がロー
タ回転方向側に徐々に小さくされている。したが
つて、機関の低速回転域では、第１の負方向電圧
″は、ポールピース５Ａの延長部５ａの長さ、
幅、露出面積に応じて、立上りの緩慢な電圧波形
となつている。そして、機関が低速回転域から
徐々に回転数が増すと、それに応じて発電コイル
１０の誘起電圧のレベルが大きくなるため、第１
の負方向電圧の立上がりが機関の回転速度の上昇
に従つて徐々に急になり、高速回転域では第４図
のに示す如く急しゆんとなる。これに対し、
サイリスタ１６のトリガレベルV_Tはどの回転域
でも一定であるため、機関の低速回転域から高速
回転域にかけて点火タイミングが第４図のθ₃から
θ₄まで早まることとなり、しかも低速側の回転域
ほど点火タイミングが早まる割合が大きいもので
ある。

したがつて、第５図ｃの如く、機関回転数が中
速付近に達するまでは徐々に早く、その回転数以
上（過回転域を除く）では略一定となる。

一方、コンデンサ１７に対する正方向電圧に
充電時には、コンデンサ３１もダイオード２９→
抵抗３０→コンデンサ３１→ダイオード２８→ダ
イオード２４およびツエナダイオード２０→ダイ
オード１４の経路で電流が流れて充電が行われ
る。

そして、コンデンサ３１の充電が完了すると、
コンデンサ３１→抵抗３２→トランジスタ３３の
ベース・エミツタの経路で、充電電荷が放電され
る。この放電時定数は抵抗３２とコンデンサ３１
の大きさで定められ、この放電時定数の大きさが
点火タイミングの遅角開始回転数を決めることに
なる。

第５図ａでは発電コイル１０の上記誘起電圧
V_EX．c.とともに、コンデンサ３１の充放電電圧
V_c31を表わした電圧波形図であり、コンデンサ
３１の充電は発電コイル１０の正方向電圧の誘起
期間に於いて行われ、放電はロータ１の回転によ
つて発電コイル１０に再び誘起される第１の負方
向電圧が得られている期間中まで続く。つま
り、コンデンサ３１の放電時定数が極めて大きく
設定してある。

また、この様な放電時定数は機関回転数つまり
ロータ回転数に関係なく一定であり、一方、発電
コイル１０に誘起される電圧はロータの回転数の
上昇によつて、時間的に進む。つまり、間欠的に
得られる発電電圧相互の時間間隔が、機関回転数
の上昇について次第に縮まつていく。したがつ
て、機関回転数の上昇につれて、充放電電圧が
第１の負方向電圧領域に時間的に次第に深くラツ
プしていくことになる。

ところで、コンデンサ３１の放電期間中は、ト
ランジスタ３３がオン状態であつて、サイリスタ
１６のゲート・カソードおよびツエナダイオード
２０を結ぶ回路が、このトランジスタ回路によつ
て短絡され、サイリスタ１６のトリガ電圧がバイ
パスされることとなり、サイリスタ１６のターン
オンが禁止される。つまり、第１の負方向電圧
によりサイリスタ１６のターンオンが、この負方
向電圧にラツプする充放電電圧によつて禁止
される。結局ラツプの深さ△θが増すほど、つま
り機関回転数が上昇するほど、点火時期が遅れて
いく。また、点火時期の遅れとともに、コンデン
サ１７の充電電荷V_C17を示す第５図ｂの様にコン
デンサ１７の放電タイミングも定常回転時のθ₄よ
りも△θだけ遅れてθ₅となる。

従つて、このラツプする過回転域の機関回転数
N₂に対してそのラツプ量△θ（ロータ回転角θ₅）
を任意に設定すれば、点火タイミングを遅らせ
て、第５図ｃに示す如く、急激で連続的な遅角制
御が行える。この結果、機関回転数もN₂付近よ
り以上の過回転域に突入するのを防止でき、機関
出力のばらつきを防止できる。

こうして、第５図ｃに示す如く、全運転域で機
関回転数に応じた最適の点火タイミングを得るこ
とができる。

第６図は他の実施例の回路図を示す。これが第
３図と異るところは、抵抗３２の一端を抵抗２２
と抵抗２６の接続中点に接続し、トランジスタ３
３のエミツタをコンデンサ２３とダイオード２４
との接続中点に接続するとともに、ダイオード２
９、抵抗３０を省いたことである。すなわち、第
３図における第２のコンデンサ２３及び第３のコ
ンデンサ３１が第６図における単一のコンデンサ
２３で兼用されているのである。これによれば、
回路構成の簡素化に拘わらず、上記同様の遅角特
性を得ることができるものである。

この様に、発電コイル１０が誘起する電圧のう
ち、コンデンサ１７の充電に正方向電圧を使い、
コンデンサ１７の放電用制御信号として第１の負
方向電圧を使うことによつて、機関高速時の発電
コイルに生じる電機子反作用に基づく放電タイミ
ングの遅れをなくすることができるとともに、ポ
ールピース５Ａに延長部５ａを形成することで、
特別の進角制御用の回路等を設けることなく、機
関低速運転域では点火タイミングを遅らせ、中高
速運転域では点火タイミングを適正に進めること
ができ、機関の全運転領域に亘つて、機関出力の
向上、燃費効率の向上、機関の安定動作を図るこ
とができ、さらに、第３のコンデンサ３１、第２
の放電回路及び第４のスイツチング素子たるトラ
ンジスタ３３を設けることで、設定過回転以上の
運転を防止することができる。

〔考案の効果〕 以上説明したように、本考案によれば、電機子
反作用の影響による高速回転域での点火時期の遅
れを回避できるとともに、機関低速時では点火タ
イミングを遅らせ、中高速時では点火タイミング
を適正に進めることができ、機関始動時より定常
運転域の点火タイミングを自動的に最適同整で
き、機関運転の効率化を図ることができる。ま
た、機関の過回転域において連続的で急峻な遅角
特性を得ることができ、出力のばらつき防止設定
過回転域での運転を制限できる。かくして、機関
運転領域の全般に亘つて、安定した燃費改善特
性、出力改善性が確保できる。

また、かかる効果を得るための構成は簡単かつ
安価に得られ、しかもコンパクト化が可能である
ところから、チエーンソーなどの小形機関を有す
る工作機械等に装着して極めて有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の無接点点火装置の説明図、第２
図はその発電コイルの電圧波形図、第３図は本考
案の無接点点火装置の説明図、第４図は同じく発
電コイルの電圧波形図、第５図はａ，ｂ，ｃは回
路各部の波形図および点火時期特性図、第６図は
無接点点火装置の他の実施例の説明図である。 １……ロータ、５Ａ，６，７……ポールピー
ス、５ａ……延長部、５ｂ……露出部、５ｃ……
溝、１０……発電コイル、１６……第１のスイツ
チング素子たるサイリスタ、１７……第１のコン
デンサ、２３……第２のコンデンサ、２５……第
２のスイツチング素子たるサイリスタ、２７……
第３のスイツチング素子たるサイリスタ、３１…
…第３のコンデンサ、３３……第４のスイツチン
グ素子たるトランジスタ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 互いに隣り合うものが異極性の少くとも２個
   以上のポールピースを有するロータ、該ロータ
   周辺に配置されたコ字状コア及び該コ字状コア
   の脚に巻装した発電コイルから構成され、上記
   コ字状コアと最初に対向するポールピースの一
   部をその回転方向側にくし状に延長してロータ
   外周に露出させ、この露出したポールピース露
   出部の表面積を上記ロータの回転方向に向つて
   徐々に小さくした磁石発電機と、上記発電コイ
   ルに誘起した正方向電圧を充電する第１のコン
   デンサ、第２のコンデンサ及び第３のコンデン
   サと、上記発電コイルに誘起した負方向電圧に
   基づくトリガ電圧を受けて導通し、上記第１の
   コンデンサの充電電荷をイグニシヨンコイルの
   一次コイルを介して放電せしめる第１のスイツ
   チング素子と、上記第２のコンデンサの充電電
   荷を所定の時定数で放電させる第１の放電回路
   と、上記第２のコンデンサの放電電圧に基づく
   トリガ電圧を受けて導通して上記第１のスイツ
   チング素子のトリガ電圧をバイパスする第２の
   スイツチング素子と、該第２のスイツチング素
   子による上記第１のスイツチング素子のトリガ
   電圧のバイパス時に導通して上記第２のスイツ
   チング素子のトリガ電圧をバイパスする第３の
   スイツチング素子と、上記第３のコンデンサの
   充電電荷を所定の時定数で放電させる第２の放
   電回路と、該第２の放電回路による上記第３の
   コンデンサの放電時に導通して上記第１のスイ
   ツチング素子のトリガ電圧をバイパスする第４
   のスイツチング素子とを備えてなることを特徴
   とする内燃機関の無接点点火装置。 (2) 第２のコンデンサ及び第３のコンデンサが単
   一のコンデンサで兼用されてなることを特徴と
   する実用新案登録請求の範囲第１項記載の内燃
   機関の無接点点火装置。