(57)【要約】【課題】交流負荷及び直流負荷の両方とも安定して駆動させることが可能な内燃機関の負荷駆動装置を提供する。【解決手段】エキサイタコイル１１にて誘起された交流電圧の正極性側の電圧をダイオード１２により取り出し該電圧に基づいて点火用コンデンサ１４を充電するとともに、その負極性側の電圧をダイオード１３により取り出し該電圧に基づいて電源回路３０を充電する。そして、電源回路３０に蓄えられた電気エネルギーにより点火時期制御回路２０に対して給電を行う。この点火時期制御回路２０から出力される点火信号に基づき、点火用コンデンサ１４に蓄積された電荷が放電され、点火プラグ１７に火花放電が生じる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の回転により発電する交流発電機から交流電圧の給電を受け、その交流電圧に基づき交流負荷及び直流負荷を駆動する内燃機関の負荷駆動装置において、
前記交流電圧を誘起する発電用コイルの同一端に、前記交流電圧の正極性側を取り出すための第１整流器と、同交流電圧の負極性側を取り出すための第２整流器とを接続し、
前記第１の整流器により正極性側の電圧が取り出される電気経路に前記交流負荷を接続する一方、
前記第２の整流器により負極性側の電圧が取り出される電気経路に、同負極性側の電圧に基づいて電気エネルギーを蓄える直流電源回路を接続し、該直流電源回路から前記直流負荷に対して給電を行うことを特徴とする内燃機関の負荷駆動装置。
【請求項２】
前記直流電源回路は、前記負極性側の電圧により電荷が蓄えられる電源コンデンサを有し、
前記電源コンデンサの充電電圧を前記直流負荷に対して印加することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の負荷駆動装置。
【請求項３】
前記電源コンデンサの充電電圧が所定の充電完了値を超えた場合に前記電源コンデンサへの充電を休止する手段を有することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の負荷駆動装置。
【請求項４】
前記交流発電機からの給電により点火を行うようにした点火装置に適用され、
前記交流発電機からの給電により点火エネルギーを蓄える点火用コンデンサを前記交流負荷として用いるとともに、
前記点火用コンデンサの放電による点火タイミングを制御するための点火時期制御回路を前記直流負荷として用い、
前記点火時期制御回路は前記直流電源回路からの給電により駆動されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の内燃機関の負荷駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の負荷駆動装置にかかり、特にコンデンサ充放電式の内燃機関用点火装置に具体化したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンのクランク軸の回転に伴い周期的に充電と放電とを繰り返して発電を行う交流発電機を備え、例えば、交流負荷である点火用コンデンサや直流負荷である点火時期制御回路に対して、交流発電機で発電された電力を供給するようにした技術が提案されている。
【０００３】
コイルと負荷との接続方法として以下に述べる二方式がある。一つはコイルの一端に直流負荷が接続され他端に交流負荷が接続される方式であり、もう一つはコイルの一端に直流負荷と交流負荷の両方が接続され他端が接地される方式である（後者は、特許文献１に開示されている）。後者の方式は、前者の方式と比べて小型化且つ低コスト化が容易であり、エンジンが小排気量である自動二輪車に搭載されるコンデンサ充放電式点火装置などに実用化されている。この従来例を、図４を用いて説明する。
【０００４】
図４に示す点火装置４０において、エンジン点火用の電気を供給するエキサイタコイル４１はエンジンのクランク軸の回転に同期して正負両極性の交流電圧を出力する。ここで、エキサイタコイル４１が正極性の交流電圧を出力している期間を「正サイクル」とし、負極性の交流電圧を出力している期間を「負サイクル」とする。
【０００５】
正サイクルにおいて、エキサイタコイル４１から出力される交流電圧はダイオード４２により整流され正の半波電圧のみが取り出される。この正の半波電圧により、点火用コンデンサ４３が図示の極性にて充電される。そして、所定のタイミングで放電用サイリスタ４４が導通されることにより、点火用コンデンサ４３が電荷を放出し、その電荷が点火コイル４５に流れることで点火プラグ４６に火花放電が生じる。点火時期制御回路５０は、パルサコイル５１から出力されるタイミング信号に同期して放電用サイリスタ４４のゲートへ点火信号を出力する。
【０００６】
また、点火装置４０には、直流電源回路としての電源コンデンサ５２が設けられている。電源コンデンサ５２は、ダイオード４２のカソードから出力される正の半波電圧により図示の極性にて充電される。これにより、電源コンデンサ５２から保護抵抗５３を経由して点火時期制御回路５０の電源端子に直流電圧が印加され、点火時期制御回路５０が駆動可能となる。
【０００７】
ところで、点火装置４０の場合、正サイクルの開始から点火までの期間において、点火用コンデンサ４３と電源コンデンサ５２の双方に電荷が蓄積される。ここで、電源コンデンサ５２に流れる充電電流の大きさは、その直流負荷として接続される点火時期制御回路５０の駆動態様により変動する。エンジンが高速回転するなどして点火時期制御回路５０の消費電流が増加すると、電源コンデンサ５２に蓄えられている電荷が減少するため、これを補うべく電源コンデンサ５２への充電電流が増加する。一方、エキサイタコイル４１から出力される正の半波電流は、電源コンデンサ５２への充電電流の増加に追従しきれないため、点火用コンデンサ４３に分配される充電電流は減少する。この結果、点火用コンデンサ４３の放電時に点火コイル４５に流れる放電電流が減少し、点火プラグ４６に印加される電圧が低下するおそれがあった。
【特許文献１】特開平４−２８９７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、交流負荷及び直流負荷を共に安定して駆動させることが可能な内燃機関の負荷駆動装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明における負荷駆動装置では、交流電圧を誘起する発電用コイルの同一端に、同コイルにて誘起される交流電圧の正極性側を取り出すための第１整流器と、同交流電圧の負極性側を取り出すための第２整流器とが接続されている。また、第１の整流器により正極性側の電圧が取り出される電気経路に交流負荷が接続される一方、第２の整流器により負極性側の電圧が取り出される電気経路に、同負極性側の電圧に基づいて電気エネルギーを蓄える直流電源回路が接続されている。そして、この直流電源回路から直流負荷に対して給電が行われる。
【００１０】
本構成によれば、交流電圧の正極性側の電圧が取り出される期間にて交流負荷が駆動される一方、同交流電圧の負極性側の電圧が取り出される期間にて直流電源回路に電気エネルギーが蓄えられる。そして、直流電源回路の電気エネルギーにより直流負荷が駆動される。この場合、交流負荷に対する給電の期間と直流電源回路に対する給電の期間とが相異なるので、一方の負荷に対する給電量を他方の負荷の駆動態様によらず安定させることができる。以上により、交流負荷及び直流負荷を共に安定して駆動させることが可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、直流電源回路において、発電用コイルにて誘起された交流電圧の負極性側の電圧により電源コンデンサに電荷（電気エネルギー）が蓄えられ、この電源コンデンサの充電電圧が直流負荷に対して印加される。本構成によれば、電源コンデンサに対する給電期間と交流負荷に対する給電期間とが相異なるので、電源コンデンサを充電するための電気エネルギーを安定して確保することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、電源コンデンサの充電電圧が所定の充電完了値を超えた場合に電源コンデンサの充電が休止されるので、直流負荷に対して印加される電圧を限界電圧以下に維持することができる。従って、直流負荷を安定して駆動させることが可能となる。
【００１３】
請求項４に記載の発明における負荷駆動装置は、交流発電機からの給電により点火を行うようにした点火装置に適用される。この負荷駆動装置においては、交流発電機からの給電により点火エネルギーを蓄える点火用コンデンサが交流負荷として用いられるとともに、点火用コンデンサの放電による点火タイミングを制御するための点火時期制御回路が直流負荷として用いられる。また、点火時期制御回路は直流電源回路からの給電により駆動される。
【００１４】
本構成によれば、発電用コイル（エキサイタコイル）にて誘起される交流電圧の正極性側の電圧により点火用コンデンサが充電される。また、同交流電圧の負極性側の電圧により直流電源回路に電気エネルギーが蓄えられるとともに、同直流電源回路の電気エネルギーにより点火時期制御回路が駆動される。
【００１５】
この構成では、点火用コンデンサに対する給電の期間と直流電源回路に対する給電の期間とが相異なるので、点火用コンデンサ及び直流電源回路がそれぞれ安定した状態で電気エネルギーを蓄えることができる。従って、点火用コンデンサの充電電圧を点火時期制御回路の駆動態様によらず安定させることができる一方、点火時期制御回路から出力される点火信号の出力タイミング等を点火用コンデンサの充電態様によらず安定させることができる。上述のとおり、点火用コンデンサの充電と点火時期制御回路の駆動とを共に安定して行うことができるため、エンジンの点火制御を適正に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明にかかる内燃機関の負荷駆動装置につき自動二輪車用のエンジン点火装置に具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。まず、図１により点火装置１０の基本構成を説明する。
【００１７】
点火装置１０において、交流発電機内に設けられているエキサイタコイル１１は、エンジンのクランク軸の回転に同期して正負両極性の交流電圧を出力する。ここで、エキサイタコイル１１が正極性の交流電圧を出力している期間を「正サイクル」とし、負極性の交流電圧を出力している期間を「負サイクル」とする。
【００１８】
エキサイタコイル１１は、一端がダイオード１２のアノードとダイオード１３のカソードとに接続され、他端が接地されている。エキサイタコイル１１から出力される交流電圧は、ダイオード１２により整流されて正の半波電圧がダイオード１２のカソードから取り出されるとともに、ダイオード１３によっても整流されて負の半波電圧がダイオード１３のアノードから取り出される。
【００１９】
点火用コンデンサ１４は、点火エネルギーを蓄えるための大容量のコンデンサである。点火用コンデンサ１４の一端にはダイオード１２のカソードが接続され、他端には点火コイル１５の１次コイル１５ａが接続されている。正サイクルにおいて、点火用コンデンサ１４は図示の極性にて充電される。
【００２０】
点火コイル１５において、１次コイル１５ａにはダイオード１６のアノードが接続され、２次コイル１５ｂには点火プラグ１７が接続されている。点火用コンデンサ１４からの放電電流が１次コイル１５ａに流れると、それに伴い２次コイル１５ｂに高電圧が生じ、その高電圧が点火プラグ１７に印加される。これにより、点火プラグ１７に火花放電が生じる。
【００２１】
放電用サイリスタ１８のアノードは、点火用コンデンサ１４の一端と接続されており、放電用サイリスタ１８のアノード〜カソード間が導通される場合には、点火用コンデンサ１４に蓄積された電荷が放電される。
【００２２】
点火時期制御回路２０は、パルサコイル２１と接続されるＰＩＮ端子、放電用サイリスタ１８のゲートに接続されるＰＯＵＴ端子、駆動用の直流電圧が入力されるＤＣＩＮ端子、及び基準電位が入力されるＧＮＤ端子を有する。ＰＯＵＴ端子から点火信号が出力されることにより放電用サイリスタ１８が導通される。この点火信号が出力されるタイミングは、図示しない雰囲気温度、エンジンの回転速度、及び冷却水温等を考慮して調整することが可能である。
【００２３】
本実施の形態において、点火用コンデンサ１４が交流負荷に相当し、点火時期制御回路２０が直流負荷に相当する。また、ダイオード１２が第１整流器に相当し、ダイオード１３が第２整流器に相当する。
【００２４】
正サイクルにおいて、パルサコイル２１は、エンジンの所定回転位置に対応したパルス状をなすタイミング信号を点火時期制御回路２０に出力する。点火時期制御回路２０は、同タイミング信号に同期させて正極性の点火信号（トリガ信号）を放電用サイリスタ１８に出力する。その場合、該点火信号の立ち上がりエッジに同期して放電用サイリスタ１８が導通されるため、点火用コンデンサ１４に蓄積された電荷の放電が開始される。この放電電流は、点火用コンデンサ１４から放電用サイリスタ１８、ダイオード１９、接地電位（車体）、１次コイル１５ａを経て点火用コンデンサ１４に至る経路で流れる。ここで、エキサイタコイル１１への放電電流の流れ込みはダイオード１２により防止される。この放電電流がピークに達すると、１次コイル１５ａには自己誘導による起電力が生じるため、１次コイル１５ａの両端に誘起される電圧の極性が反転する。従って、１次コイル１５ａからダイオード１６に順方向電圧が印加されるので、１次コイル１５ａからダイオード１６に放電電流が流れる。この放電電流は、上記の点火動作終了後は徐々に減衰する。
【００２５】
電源回路３０は、点火時期制御回路２０に対し正極性の直流電圧を印加するため設けられる。電源回路３０は、交流電圧を入力するＡＣＩＮ端子、同交流電圧により生成された直流電圧を出力するＤＣＯＵＴ端子、及び車体接地用のＧＮＤ端子を有する。電源回路３０のＡＣＩＮ端子は、ダイオード１３及びダイオード１９のアノード、点火時期制御回路２０のＧＮＤ端子と接続されている。このＡＣＩＮ端子には、エキサイタコイル１１から出力される交流電圧のうち、ダイオード１３により整流された負の半波電圧が入力される。
【００２６】
以下、図２により、電源回路３０の詳細について説明する。電源回路３０は、正負サイクルに拘らずＤＣＯＵＴ端子より所定の直流電圧を出力し続ける構成となっている。
【００２７】
電源回路３０において、ＡＣＩＮ端子とＧＮＤ端子との間には電源コンデンサ３１及びダイオード３２が直列に接続されている。電源コンデンサ３１は負の半波電圧によって図示の極性にて充電される。また、電源コンデンサ３１の他端はＤＣＯＵＴ端子に接続されており、所定の直流電圧を出力する。ダイオード３２は、電源コンデンサ３１が図示の極性と逆の充電動作を行わないよう、充電電流の逆流防止機能を有する。
【００２８】
また、ＡＣＩＮ端子とＧＮＤ端子との間には、ツェナダイオード３３及び抵抗３４からなる直列回路と、サイリスタ３５とが並列に接続されており、サイリスタ３５のゲートがツェナダイオード３３のアノードに接続されている。上記のツェナダイオード３３、抵抗３４、及びサイリスタ３５によって、ＡＣＩＮ端子とＧＮＤ端子とを電気的に短絡する回路を構成する（以下、「ＡＣＩＮ短絡回路」とする。）。本実施の形態において、ＡＣＩＮ短絡回路が充電休止手段に相当する。
【００２９】
電源コンデンサ３１の充電動作について詳述する。負サイクルにおいて、ＡＣＩＮ端子の電位が負極性になると、接地電位からダイオード３２、電源コンデンサ３１を経てＡＣＩＮ端子に至る経路で充電電流が流れ始める。これにより、電源コンデンサ３１は図示の極性にて充電され始める。一方、ＡＣＩＮ端子の電位が所定値を下回った場合、上記ＡＣＩＮ短絡回路が動作を開始する。ツェナダイオード３３は、負サイクルの開始当初はカソード側が接地電位でアノード側が負極性の電位となる。ＡＣＩＮの負極性の電位が徐々に降下することにより、ツェナダイオード３３のアノード〜カソード間電圧が降伏電圧に達すると、ツェナダイオード３３が導通して、ツェナダイオード３３から抵抗３４を経てＡＣＩＮ端子に至る経路で降伏電流Ｉ１が流れ始める。上記降伏電流により抵抗３４の両端には電位差が生じる。これにより、サイリスタ３５のゲート〜カソード間にも電位差が生じて電流が流れる。このサイリスタ３５のゲート〜カソード間電流により、サイリスタ３５が導通してＡＣＩＮ端子とグランドとが電気的に短絡される。従って、ＡＣＩＮ端子の電位は接地電位（車体）に徐々に近づく。以降、正サイクルを経て再び負サイクルが来るまで、ＡＣＩＮ端子の電位は接地電位のまま維持される。
【００３０】
ＡＣＩＮ端子と車両とが電気的に短絡されて以降、電源コンデンサ３１には充電電流が流れなくなる。このため、ＤＣＯＵＴ端子の電位は接地電位に対し所定の電位だけ高い状態が維持される。以降、正サイクルを経て次の負サイクルが来るまで、ＤＣＯＵＴ端子から点火時期制御回路２０のＤＣＩＮ端子に対し正極性の直流電圧が印加され続ける。ここで、ＤＣＯＵＴ端子の電位は僅かながら減少し続けるが、その減少が点火時期制御回路２０の動作に影響を与えないよう、電源コンデンサ３１の静電容量は充分大きな値に設定されている。
【００３１】
次に、図１に示した点火装置１０における基本動作を、図３のタイムチャートを用いて説明する。
【００３２】
エキサイタコイル１１から出力される交流電圧は、エンジン回転に同期した周期で正側及び負側に変動する。例えば、タイミングｔ０〜ｔ３の期間では正極性（正サイクル）となり、タイミングｔ３〜ｔ６の期間では負極性（負サイクル）となる。
【００３３】
正サイクルにおいて、タイミングｔ１〜ｔ２の期間では、パルサコイル２１から負極性のタイミング信号が出力され、このタイミング信号に同期して、正極性の点火信号（トリガ信号）が点火時期制御回路２０のＰＯＵＴ端子から出力される。このとき、タイミングｔ１では、点火時期制御回路２０からの点火信号の立ち上がりエッジに同期して放電用サイリスタ１８が導通される。これにより、点火用コンデンサ１４が放電されその充電電圧Ｖａがゼロとなる。タイミングｔ２では、点火信号が接地電位に戻されるために放電用サイリスタ１８が再び非導通とされる。以降、タイミングｔ３にて正サイクル終了後、負サイクルを経過してタイミングｔ６から再び正サイクルになると、再び上記の点火動作が開始される。
【００３４】
次に、電源回路３０における動作を、同じく図３のタイムチャートを用いて説明する。
【００３５】
負サイクルにおいて、タイミングｔ３からＡＣＩＮ端子の電位が降下し始める。同時にタイミングｔ３から電源コンデンサ３１には充電電流が流れ始め、充電電圧Ｖｂが徐々に増加していく。
【００３６】
タイミングｔ４において、ツェナダイオード３３の両端電圧が、ＡＣＩＮ端子の電位降下により降伏電圧に達すると、サイリスタ３５が導通されて降伏電流Ｉ１が流れ始める。上記降伏電流Ｉ１により抵抗３４の両端には電位差が生じる。これにより、サイリスタ３５のゲート〜カソード間には電流が流れ始め、該電流値がタイミングｔ５で所定値以上となるとサイリスタ３５が導通される。
【００３７】
タイミングｔ５においてサイリスタ３５が導通された以降は、電源コンデンサ３１の充電電流が流されなくなるため、充電電圧Ｖｂの増加もまた停止される。従って、電源コンデンサ３１から点火時期制御回路２０に対し印加される電圧を限界電圧以下に維持でき、点火時期制御回路２０を安定して駆動させることが可能となる。
【００３８】
タイミングｔ５以降も、電源コンデンサ３１は点火時期制御回路２０に対して直流電圧を印加し続けるため、充電電圧Ｖｂは徐々に減少し始める。他方、ＡＣＩＮ端子の電位は、接地電位（車体）に徐々に近づくため、ツェナダイオード３３は再び非導通となる。従って、抵抗３４両端の電位差も再びゼロとなる。
【００３９】
タイミングｔ６にて正サイクルに移ると、ＡＣＩＮ端子の電位は接地電位のまま維持される。また、電源コンデンサ３１の充電電圧Ｖｂは、引き続き点火時期制御回路２０に対して直流電圧を印加し続けるため徐々に減少していく。
【００４０】
図３に示すように、点火用コンデンサ１４は正サイクルにおけるタイミングｔ０からｔ１の間で充電され、電源コンデンサ３１は負サイクルにおけるタイミングｔ３からｔ４の間で充電される。この場合、各コンデンサ１４，３１の充電期間が相異なるため、それら各コンデンサ１４，３１が互いに干渉すること無く安定した状態で充電される。
【００４１】
また、点火時期制御回路２０は、電源コンデンサ３１の充電電圧Ｖｂが印加される構成であるため、電源電圧の変動に起因した点火信号の送出タイミング変動若しくは出力信号へのノイズの重畳等が生じること無く安定して駆動される。更に、点火用コンデンサ１４の充電電流は点火時期制御回路２０の駆動態様によって変化しないため、点火用コンデンサ１４の充電電圧を安定にすることができ、ひいては安定した点火動作が実現できる。
【００４２】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００４３】
ダイオード１２により取り出された交流電圧の正極性側の電圧による点火用コンデンサ１４の充電期間と、ダイオード１３により取り出された交流電圧の負極性側の電圧による電源コンデンサ３１の充電期間とが相異なる構成にした。これにより、各コンデンサ１４，３１を効率良く充電させることを可能にした。
【００４４】
上記の構成に加え、電源コンデンサ３１から点火時期制御回路２０に対して給電を行う構成にした。これにより、点火用コンデンサ１４の充電電圧を点火時期制御回路２０の駆動態様によらず安定させることを可能にする一方、点火時期制御回路２０から出力される点火信号の出力タイミング等も点火用コンデンサ１４の充電態様によらず安定させることを可能にした。
【００４５】
以上により、点火用コンデンサ１４の充電と点火時期制御回路２０の駆動とを共に安定させられることにより、エンジンの点火制御を適正に行うことを可能にした。
【００４６】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。
【００４７】
上記実施の形態では、負サイクルにおいてＡＣＩＮ端子とＧＮＤ端子との電位差が所定値（もしくは、電源コンデンサ３１の充電電圧が所定値）に達した時点で、これらの端子間をＡＣＩＮ短絡回路により電気的に短絡していたが、この構成を変更しても良い。例えば、ＡＣＩＮ端子とＧＮＤ端子との間にスイッチング素子を設け、このスイッチング素子を点火時期制御回路２０からの制御信号に応じてオンオフさせても良い。この短絡信号は、電源コンデンサ３１の充電電圧が所定値に達してから負サイクルが終了するまでの期間に出力されるよう点火時期制御回路２０により制御される。この構成によっても、ＡＣＩＮ短絡回路と同様の機能を得ることが可能である。
【００４８】
上記実施の形態では、ツェナダイオード３３の両端電圧が降伏電圧に達した時点でＡＣＩＮ短絡回路により電源コンデンサ３１の充電を停止させていたが、この構成を変更しても良い。例えば、一端が接地されたスイッチング素子を、エキサイタコイル１１の出力端とダイオード１３のカソードとの間に設けても良い。すなわち、負サイクルにおいて、エキサイタコイル１１の出力端における電圧が所定値を下回った時点で、エキサイタコイル１１の出力端とグランドとをスイッチング素子を介して短絡させる。このスイッチング素子は、点火時期制御回路２０からの制御信号に応じてオンオフされる。この構成によっても、電源コンデンサ３１の充電を停止させることが可能である。
【００４９】
上記実施の形態では、本発明の負荷駆動装置をコンデンサ充放電式点火装置として具体化した事例を説明したが、他の負荷駆動装置への適用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジン点火装置の回路構成を示す図。
【図２】電源回路の回路構成を示す図。
【図３】エンジン点火装置の点火動作及び電源回路の充放電動作を示すタイムチャート。
【図４】エンジン点火装置の従来例を示す図。
【符号の説明】
【００５１】
１０…点火装置、１１…エキサイタコイル、１２…ダイオード（第１整流器）、１３…ダイオード（第２整流器）、１４…点火用コンデンサ（交流負荷）、１８…放電用サイリスタ、２０…点火時期制御回路（直流負荷）、３０…電源回路（直流電源回路）、３１…電源コンデンサ、３３…ツェナダイオード、３４…抵抗、３５…サイリスタ。
【図１】
2007321713.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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