(57)【要約】【課題】人力によりエンジンを始動させるエンジンの始動操作性を向上する。【解決手段】エンジンには燃焼室に供給される混合気を点火させるための点火プラグ２９が設けられており、点火装置は電源に接続される一次コイル３６ａと点火プラグ２９に接続される二次コイル３６ｂとを有するイグニッションコイル３６を備えている。電源としては、クランク軸により駆動される発電機と発電機の出力を静電エネルギーとして蓄えるコンデンサとを備えたコンデンサ放電式の発電機３７が使用されている。エンジンの始動は、リコイルスタータなどの人力操作により行われ、点火プラグ２９には圧電体４０の出力端子が接続され、ケース３９には圧電体４０に圧力を加える圧電体アクチュエータ４１が組み込まれている。圧電体４０に圧力を加えるタイミングは、トリガー機構４２により設定される。【選択図】    図３
2004239125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの往復動により回転するクランク軸が設けられたエンジン本体と、エンジン始動時に前記クランク軸を人力により回転する回転体とを有するエンジンの点火装置であって、
電源に接続される一次コイルおよび点火プラグに接続される二次コイルを有するイグニッションコイルと、
前記点火プラグに出力端子が接続される圧電体と、
前記圧電体に圧力を加える圧電体アクチュエータと、
前記回転体の回転に同期してエンジン始動時に前記圧電体アクチュエータを作動させるトリガー手段とを有することを特徴とするエンジンの点火装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの点火装置において、前記電源は前記クランク軸により駆動される発電機と、当該発電機の出力を静電エネルギーとして蓄えるコンデンサとを有し、当該コンデンサから前記一次コイルに電力を供給することを特徴とするエンジンの点火装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のエンジンの点火装置において、前記トリガー手段は前記ピストンが上死点に達した後に前記圧電体アクチュエータを作動することを特徴とするエンジンの点火装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は人力によりエンジンを始動させるリコイルスタータやキックスタータを有するエンジンの点火装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの点火装置は電気回路の過渡現象を利用して高電圧を発生させるイグニッションコイルを備えている。イグニッションコイルは、電源から一次電流が供給される一次コイルと、一次コイルとの巻数比により高電圧を発生させて点火プラグに電圧を供給する二次コイルとを有している。点火装置は一次エネルギーをイグニッションコイルの一次電流による磁気エネルギーとして蓄える電流遮断式と、コンデンサを数百Ｖに充電したときの静電エネルギーとして蓄えるコンデンサ放電式（ＣＤＩ）とに大別することができ、さらに一次コイルに対する点火エネルギーをバッテリから供給するバッテリ点火式と、発電機出力をそのまま用いるマグネット点火式とがある。バッテリを点火エネルギーとする点火装置には、たとえば特許文献１および２に記載されるように、圧電体を利用して高電圧を発生させるようにしたものがある。
【０００３】
一方、発電機や動力噴霧器などの動力源として使用される汎用エンジンや小型船舶用エンジンには、手動操作によりエンジンを始動させるためにリコイルスタータが装着されるものがあり、二輪自動車には運転者の足による踏み込み操作によってエンジンを始動させるためのキックスタータが装着されるものがある。汎用エンジンのうちバッテリを電源とした点火装置が設けられないエンジンには、マグネットを有する発電機により発電した電気エネルギーを静電エネルギーとしてコンデンサに蓄え、コンデンサからの放電により点火プラグに電圧供給を行うようにしたＣＤＩが装着される。このようなＣＤＩが装着されたエンジンを始動させるには、クランク軸の１回目の回転でコンデンサに充電させ、２回転目でスパークプラグに放電して圧縮混合気を点火させることになるので、クランク軸つまりエンジンを少なくとも２回転させなければ点火させることができない。ＣＤＩが装着されるエンジンとしては、クランク軸が２回転で１サイクルを構成する４サイクルエンジンのみならず、１回転で１サイクルを構成する２サイクルエンジンにも装着されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２１３１１８号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平６−２１３１１９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
エンジンを停止させるために点火プラグへの電圧供給を停止させると、たとえば、４サイクルエンジンの場合には、ピストンが圧縮行程のもとで上死点（ＴＤＣ）を乗り越えられない状態となって停止する場合が多い。ピストンが上死点前となってエンジンが停止している状態のもとでエンジンを始動させると、ＣＤＩ式点火装置を有するエンジンにおいては、クランク軸の１回転目ではエンジンを始動させることができないだけでなく、２回転目のクランク軸の回転速度が足りずに２回転目でも始動させることができないことがある。たとえば、点火進角を持たせてピストンが上死点となる前に点火プラグで圧縮混合気を点火させるようにしたエンジンでは、２回転目の回転速度が遅いと、ケッチン現象が発生してクランク軸は逆転方向に戻されることになる。
【０００７】
したがって、リコイルスタータやキックスタータを有し人力操作により始動させるようにしたエンジンにおいては、始動時にクランク軸を高速に回転させなければならない。始動操作性の向上のためには、エンジン始動時の人力操作によるクランク軸回転数を低下させることが重要であり、回転数を高めることなく、短時間にエンジンを始動させることができるようにすることが、重要な解決課題となっている。
【０００８】
本発明の目的は、人力によりエンジンを始動させるエンジンの始動操作性を向上することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のエンジンの点火装置は、ピストンの往復動により回転するクランク軸が設けられたエンジン本体と、エンジン始動時に前記クランク軸を人力により回転する回転体とを有するエンジンの点火装置であって、電源に接続される一次コイルおよび点火プラグに接続される二次コイルを有するイグニッションコイルと、前記点火プラグに出力端子が接続される圧電体と、前記圧電体に圧力を加える圧電体アクチュエータと、前記回転体の回転に同期してエンジン始動時に前記圧電体アクチュエータを作動させるトリガー手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明のエンジンの点火装置は、前記電源が前記クランク軸により駆動される発電機と、当該発電機の出力を静電エネルギーとして蓄えるコンデンサとを有し、当該コンデンサから前記一次コイルに電力を供給することを特徴とする。また、前記トリガー手段は前記ピストンが上死点に達した後に前記圧電体アクチュエータを作動することを特徴とする。
【００１１】
本発明のエンジンの点火装置にあっては、リコイルスタータを有する汎用エンジンのように、人力によりエンジンを始動させる場合に、圧電体から高電圧を点火プラグに供給するようにしたので、電源から点火プラグに供給される高電圧により点火されなくとも、圧電体からの電圧によりイグニッションコイルを介して点火プラグを点火させ迅速にエンジンを始動させることができる。圧電体により点火プラグに高電圧が供給されるタイミングをピストンが上死点に達した後に行うことにより、確実に点火させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるエンジンの点火装置を有する汎用エンジンを示す概略図であり、図２は図１に示された汎用エンジンの動弁機構を示す概略図である。
【００１３】
図１に示されるように、この汎用エンジンはクランク軸１０が回転自在に装着されるクランクケース１１と、これに取り付けられるシリンダ１２を有しており、シリンダ１２のシリンダボア１３内に上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）との間を往復動自在にピストン１４が組み込まれ、ピストン１４はクランク軸１０にコネクティングロッド１５を介して連結されている。このエンジンは単気筒の４サイクルガソリンエンジンであり、シリンダ１２に取り付けられたシリンダヘッド１６とクランクケース１１とシリンダ１２とによりエンジン本体１７が形成されている。
【００１４】
シリンダヘッド１６には、図２に示されるように、シリンダ１２内の燃焼室１８に混合気を供給するための吸気ポート１９が形成され、燃焼室１８内の燃焼排ガスを外部に排出するための排気ポート２０が形成されている。吸気ポート１９と排気ポート２０とをそれぞれ開閉するために、シリンダヘッド１６には吸気弁２１と排気弁２２とが装着されており、これらの弁２１，２２を駆動するために、図１に示すように、エンジン本体１７に回転自在に装着されたカムシャフト２３にはスプロケット２４が固定され、クランク軸１０に固定されたスプロケット２５との間にはチェーン２６が掛け渡されている。したがって、エンジンが駆動されたクランク軸１０が回転すると、クランク軸１０の回転に同期してカムシャフト２３が回転駆動されることになる。
【００１５】
図２に示すように、カムシャフト２３には吸気弁２１を駆動するためのカム２３ａと、排気弁２２を開閉するためのカム２３ｂとが設けられており、それぞれロッカシャフト２７ａ，２８ａに揺動自在に支持されたロッカアーム２７，２８を介してカム２３ａ，２３ｂにより吸気弁２１と排気弁２２とがそれぞれ駆動されるようになっている。クランク軸１０が２回転すると、カムシャフト２３は１回転し、吸気弁２１と排気弁２２は、クランク軸１０の２回転によりそれぞれ１回開閉動作することになる。シリンダヘッド１６には、燃焼室１８内に供給された混合気を点火するために、点火プラグ２９が取り付けられている。
【００１６】
クランク軸１０にはエンジンを始動させるために、図１に示されるように、リコイルプーリ３１が回転自在に装着され、このリコイルプーリ３１にはリコイルノブ３２が先端に取り付けられたリコイルロープ３３が巻き付けられており、図示しないばねによりリコイルプーリ３１にはリコイルロープ３３を巻き付ける方向のばね力が加えられている。リコイルプーリ３１に隣接させてクランク軸１０には回転体３４が固定され、この回転体３４とリコイルプーリ３１との間には、リコイルロープ３３を引き出してリコイルプーリ３１を回転させたときに回転体３４に係合する係合爪（図示省略）が設けられており、この係合爪を介してリコイルプーリ３１の回転はクランク軸１０に伝達されることになる。このように、回転体３４はエンジン始動時にクランク軸１０を人力により回転する部材として機能する。
【００１７】
この汎用エンジンを用いて発電機を駆動する場合には、クランク軸１０には発電機が組み込まれることになり、動力噴霧器を駆動する場合にはクランク軸１０に噴霧器のシャフトが連結されることになる。なお、クランク軸１０にはエンジン本体１７に向けて冷却風を生成するための冷却ファン３５が取り付けられている。
【００１８】
図３は点火プラグ２９に高電圧を供給するための点火装置を示す概略図であり、点火装置は電源に接続される一次コイル３６ａと、点火プラグ２９に接続される二次コイル３６ｂと、これらがそれぞれ巻き付けられる鉄心とを備えたイグニッションコイル３６を有している。一次コイル３６ａに電気エネルギーを供給する電源としては、コンデンサ放電式（ＣＤＩ）の発電機３７が使用されている。この発電機３７は公知の構造であり、マグネットが設けられてクランク軸１０により回転駆動されるロータと、コイルが設けられたステータと、発生した電気エネルギーを静電エネルギーとして蓄えるコンデンサとを有しており、これらの部材は図示省略されている。
【００１９】
したがって、エンジンの通常回転時には、ＣＤＩ式の発電機３７からイグニッションコイル３６に供給される電力により点火プラグ２９には高電圧が供給されてエンジンが回転駆動される。点火プラグ２９による混合気の点火タイミングは、ピストン１４が圧縮行程のもとで上死点に達する前に設定されており、点火進角を持っている。
【００２０】
この点火装置はエンジン始動時に点火プラグ２９に高電圧を供給して始動をアシストするための始動点火機構３８を有している。この始動点火機構３８はケース３９内に取り付けられて、歪みエネルギーを電気エネルギーに変換して電圧を発生させる圧電体４０と、ケース３９内に摺動自在に組み込まれて圧電体４０に圧力を加える圧電体アクチュエータ４１とを備えており、圧電体４０の出力端子は点火プラグ２９に接続されている。
【００２１】
圧電体４０から点火プラグ２９に高電圧が供給されるタイミングは、ピストン１４が圧縮行程のもとで上死点に達した後、つまり上死点の位置またはこの位置から所定の遅角となったときに設定されている。そのタイミングで圧電体アクチュエータ４１を作動させて圧電体４０に圧力を加えてこれを歪ませるために、圧電体アクチュエータ４１にはトリガー機構４２がトリガー手段として設けられている。このトリガー機構４２によってエンジン始動時のみに圧電体４０に圧力が加えられるようになっている。
【００２２】
したがって、図１および図２に示したエンジンを始動させるには、作業者がリコイルノブ３２を手に持ってこれを引っ張ることによりリコイルプーリ３１を回転させると、リコイルプーリ３１が係合する回転体３４を介してクランク軸１０がリコイルプーリ３１により回転駆動される。クランク軸１０の回転によりピストン１４が圧縮行程のもとで上死点に向けて移動すると、クランク軸１０の１回目の回転ではＣＤＩ式の発電機３７のコンデンサに静電エネルギーが蓄えられることになり、点火プラグ２９にはイグニッションコイル３６からは高電圧が供給されることはないが、ピストン１４が上死点を過ぎると、圧電体４０からは点火プラグ２９に高電圧が供給されることになる。これにより、リコイルロープ３３を引き始めたときの初期の段階で点火プラグ２９にスパークを発生させてエンジンを始動させることができる。
【００２３】
図４はトリガー機構４２の一例を示し、（Ａ）は（Ｂ）における４Ａ−４Ａ線に沿う断面図であり、（Ｂ）は（Ｃ）における４Ｂ−４Ｂ線に沿う断面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）における４Ｃ−４Ｃ線に沿う断面図である。ケース３９内には前述したように圧電体４０と圧電体アクチュエータ４１が組み込まれており、圧電体アクチュエータ４１を所定のタイミングで作動させるために、このトリガー機構４２はカムシャフト２３に固定された円板４３を有している。この円板４３の一方面にはスラストストッパ４４がピン４３ａにより固定されており、円板４３とスラストストッパ４４の間には、フライウエイト４５が揺動自在に組み込まれている。
【００２４】
このフライウエイト４５には、カムシャフト２３に形成された切り欠き部４６内に組み込まれる軸部４５ａが設けられており、この軸部４５ａは円板４３の内周面と切り欠き部４６とにより形成される空間内で回動自在となっている。フライウエイト４５にその先端部をカムシャフト２３に接近させる方向のばね力を加えるために、ピン４３ａに巻き付けられたばね材４７の一端部がフライウエイト４５に当接し、他端部が円板４３の軸部外周に当接している。フライウエイト４５の軸部４５ａには一体に作動部４５ｂが設けられており、この作動部４５ｂは圧電体アクチュエータ４１を作動するようになっている。
【００２５】
フライウエイト４５はカムシャフト２３が停止しているときには、ばね材４７のばね力により、図４（Ｃ）に実線で示されるように、カムシャフト２３に向けて最接近しており、このときには、作動部４５ｂは圧電体アクチュエータ４１に衝突する位置となっている。カムシャフト２３が所定の回転数以上となると、図４（Ｃ）に二点鎖線で示されるように、フライウエイト４５は円板４３に設けられたストッパ４８に接触する位置まで揺動することになり、このときには、図４（Ａ）に示すように、作動部４５ｂが、二点鎖線で示されるように、フライウエイト４５により圧電体アクチュエータ４１に衝突しない位置まで回動する。
【００２６】
図４に示す構造のトリガー機構４２を有するエンジンの点火装置においては、クランク軸１０によりカムシャフト２３が所定の回転数に達するまでは作動部４５ｂがカムシャフト２３の外方に突出して圧電体アクチュエータ４１を作動することになる。これにより、圧電体４０に圧力が加えられて点火プラグ２９には高電圧が供給される。一方、エンジンが始動してカムシャフト２３が所定の回転数に達すると、フライウエイト４５が図４（Ｃ）において二点鎖線で示すようにストッパ４８に接触する位置まで揺動し、作動部４５ｂは圧電体アクチュエータ４１と衝突しない位置まで回動する。
【００２７】
図５はトリガー機構４２の変形例を示す概略図であり、エンジン本体１７に取り付けられるケース５１には手動操作ロッド５２が軸方向に移動自在に組み込まれている。この手動操作ロッド５２の端部には押しボタン５３が設けられ、この手動操作ロッド５２を押し戻す方向にばね力を加えるためにケース５１内にはコイルばね５４が組み込まれている。押しボタン５３を操作して手動操作ロッド５２が押し込まれたときに押込位置で手動操作ロッド５２を停止させるために、手動操作ロッド５２には係合爪５５が固定され、ケース５１には係合爪５５と係合するストッパ５６が軸方向に移動自在に装着されており、ストッパ５６にはコイルばね５７により手動操作ロッド５２に向かう方向のばね力が加えられている。
【００２８】
ケース５１内に込み込まれた圧電体４０に圧力を供給するための圧電体アクチュエータ４１が手動操作ロッド５２に固定されており、手動操作ロッド５２が押し込まれて係合爪５５がストッパ５６に係合した状態のもとで、ストッパ５６をコイルばね５７のばね力に抗して移動させて係合爪５５とストッパ５６との係合を解くと、手動操作ロッド５２に設けられた圧電体アクチュエータ４１が圧電体４０を叩いてこれに圧力を加えることになる。したがって、図５に示すトリガー機構４２を有するエンジンにおいては、エンジン始動時に作業者が押しボタン５３を押し込んだ状態とすることになる。この状態のもとでリコイルノブ３２を引っ張ると、所定の遅角のタイミングのもとでストッパ５６が駆動されて点火プラグ２９に圧電体４０から高電圧が供給されることになる。
【００２９】
係合爪５５に係合した状態のストッパ５６の駆動は、カムシャフト２３によって行うようにしても良く、回転体３４により駆動される部材を介してストッパ５６を駆動するようにしても良い。
【００３０】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、図１および図２に示す汎用エンジンは４サイクルエンジンであるが、２サイクルエンジンにも本発明を適用することができ、汎用エンジンのみならず小型船舶用エンジンや二輪自動車用のエンジンにも適用することができ、二輪自動車の場合には、クランク軸に固定されことになる回転体３４はキックペダルにより回転駆動される。また、トリガー機構４２としてはクランク軸１０により駆動されるカムシャフト２３によってトリガーのタイミングを設定しているが、クランク軸１０の回転によってトリガーのタイミングを設定して圧電体アクチュエータ４１を駆動するようにしても良い。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、リコイルスタータを有する汎用エンジンのように、人力によりエンジンを始動させる場合に、圧電体から高電圧を点火プラグに供給するようにしたので、電源から点火プラグに供給される高電圧により点火されなくとも、圧電体からの電圧により迅速にエンジンを始動させることができる。圧電体により点火プラグに高電圧が供給されるタイミングをピストンが上死点に達した後に行うことにより、確実に点火させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるエンジンの点火装置を有する汎用エンジンを示す概略図である。
【図２】図１に示された汎用エンジンの動弁機構を示す概略図である。
【図３】点火プラグに高電圧を供給するための点火装置を示す概略図である。
【図４】トリガー機構の一例を示し、（Ａ）は（Ｂ）における４Ａ−４Ａ線に沿う断面図であり、（Ｂ）は（Ｃ）における４Ｂ−４Ｂ線に沿う断面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）における４Ｃ−４Ｃ線に沿う断面図である。
【図５】トリガー機構の他の例を示す概略図である。
【符号の説明】
１０    クランク軸
１４    ピストン
１７    エンジン本体
１８    燃焼室
２３    カムシャフト
２９    点火プラグ
３１    リコイルプーリ
３２    リコイルノブ
３４    回転体
３６    イグニッションコイル
３６ａ  一次コイル
３６ｂ  二次コイル
３７    発電機
３８    始動点火機構
４０    圧電体
４１    圧電体アクチュエータ
４２    トリガー機構
【図１】
2004239125.tif 000003
【図２】
2004239125.tif 000004
【図３】
2004239125.tif 000005
【図４】
2004239125.tif 000006
【図５】
2004239125.tif 000007