(57)【要約】【課題】装置の大形化やコストの上昇を招くことなく、点火時の放電継続時間を長くして点火性能の向上を図ることができるコンデンサ放電式内燃機関用点火装置を提供する。【解決手段】点火コイルに第１の一次コイル１a1と第２の一次コイル１a2を設け、第１の点火用コンデンサ４０１及び第２の点火用コンデンサ５０１を点火コイルの一次側に設ける。第１の点火用コンデンサ４０１を第１の放電用スイッチ４０２と第１の一次コイル１a1とを通して放電させ、第２の点火用コンデンサ５０１を第２の放電用スイッチ５０２と第１の一次コイル１a1及び第２の一次コイル１a2の直列回路とを通して放電させるように、第１及び第２の点火回路４及び５を構成する。第１の放電用スイッチにトリガ信号を与えた後、点火プラグに発生した火花放電が消滅する前に第２の放電用スイッチにトリガ信号を与えるように点火時期制御部１５を構成する。【選択図】    図１
2007120374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグが二次側に接続された点火コイルと、コンデンサ充電用の電圧を発生するコンデンサ充電用電源部と、前記点火コイルの一次側に設けられて前記電源部の出力により一方の極性に充電される第１及び第２の点火用コンデンサと、前記第１及び第２の点火用コンデンサのそれぞれに対して設けられて第１及び第２のトリガ信号がそれぞれ与えられたときに導通して前記第１及び第２の点火用コンデンサに蓄積された電荷を前記点火コイルの一次側を通して放電させる第１及び第２の放電用スイッチと、前記内燃機関の点火時期に前記第１の放電用スイッチに前記第１のトリガ信号を与え、前記第１の放電用スイッチの導通により前記点火プラグに発生した火花放電が消滅する前に前記第２の放電用スイッチに前記第２のトリガ信号を与える点火時期制御部とを備えたコンデンサ放電式内燃機関用点火装置において、
前記点火コイルは、第１の一次コイルと該第１の一次コイルに対して直列に接続された第２の一次コイルとを一次側に備え、
前記第１の放電用スイッチは、導通した際に前記第１の点火用コンデンサに蓄積された電荷を前記第１の一次コイルを通して放電させるように設けられ、
前記第２の放電用スイッチは、導通した際に前記第２の点火用コンデンサに蓄積された電荷を前記第１の一次コイルと第２の一次コイルとの直列回路を通して放電させるように設けられ、
前記点火コイルの第１の一次コイルに対して並列に第１のフライホイールダイオードが接続されるとともに、前記点火コイルの第１の一次コイルと第２の一次コイルとの直列回路に対して並列に第２のフライホイールダイオードが接続されていること、
を特徴とするコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
【請求項２】
内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグが二次側に接続された点火コイルと、コンデンサ充電用の電圧を発生するコンデンサ充電用電源部と、前記点火コイルの一次側に設けられて前記電源部の出力により一方の極性に充電される第１及び第２の点火用コンデンサと、前記第１及び第２の点火用コンデンサのそれぞれに対して設けられて第１及び第２のトリガ信号がそれぞれ与えられたときに導通して前記第１及び第２の点火用コンデンサに蓄積された電荷を前記点火コイルの一次側を通して放電させる第１及び第２の放電用スイッチと、前記内燃機関の点火時期に前記第１の放電用スイッチに前記第１のトリガ信号を与え、前記第１の放電用スイッチの導通により前記点火プラグに発生した火花放電が消滅する前に前記第２の放電用スイッチに前記第２のトリガ信号を与える点火時期制御部とを備えたコンデンサ放電式内燃機関用点火装置において、
前記点火コイルは、一端が接地された第１の一次コイルと該第１の一次コイルの他端に一端が接続されて該第１の一次コイルに対して直列に接続された第２の一次コイルとを一次側に備えていて、前記第１の一次コイルの他端及び第２の一次コイルの他端にそれぞれ前記第１の点火用コンデンサの一端及び第２の点火用コンデンサの一端が接続され、
前記第１の放電用スイッチ及び第２の放電用スイッチはそれぞれ前記第１の点火用コンデンサの他端と接地間及び前記第２の点火用コンデンサの他端と接地間に接続され、
前記点火コイルの第１の一次コイルの他端と接地間にカソードを接地側に向けた第１のフライホイールダイオードが接続されるとともに、前記点火コイルの第２の一次コイルの他端と接地間にカソードを接地側に向けた第２のフライホイールダイオードが接続されていること、
を特徴とするコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
【請求項３】
内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグが二次側に接続された点火コイルと、コンデンサ充電用の電圧を発生するコンデンサ充電用電源部と、前記点火コイルの一次側に設けられて前記電源部の出力により一方の極性に充電される第１及び第２の点火用コンデンサと、前記第１及び第２の点火用コンデンサのそれぞれに対して設けられて第１及び第２のトリガ信号がそれぞれ与えられたときに導通して前記第１及び第２の点火用コンデンサに蓄積された電荷を前記点火コイルの一次側を通して放電させる第１及び第２の放電用スイッチと、前記内燃機関の点火時期に前記第１の放電用スイッチに前記第１のトリガ信号を与え、前記第１の放電用スイッチの導通により前記点火プラグに発生した火花放電が消滅する前に前記第２の放電用スイッチに前記第２のトリガ信号を与える点火時期制御部とを備えたコンデンサ放電式内燃機関用点火装置において、
前記点火コイルは、第１の一次コイルと該第１の一次コイルよりも巻き数が多い第２の一次コイルとを一次側に備え、
前記第１の放電用スイッチは、導通した際に前記第１の点火用コンデンサに蓄積された電荷を前記第１の一次コイルを通して放電させるように設けられ、
前記第２の放電用スイッチは、導通した際に前記第２の点火用コンデンサに蓄積された電荷を前記第２の一次コイルを通して放電させるように設けられ、
前記点火コイルの第１の一次コイルに対して並列に第１のフライホイールダイオードが接続されるとともに、前記点火コイルの第２の一次コイルに対して並列に第２のフライホイールダイオードが接続されていること、
を特徴とするコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサ放電式の内燃機関用点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２輪車に搭載される内燃機関や汎用の内燃機関等を点火するために、コンデンサ放電式の点火装置が用いられている。コンデンサ放電式の点火装置は、点火コイルと、該点火コイルの一次側に設けられて点火用の電源部の出力により一方の極性に充電される点火用コンデンサと、該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放電用スイッチとを備えていて、点火用コンデンサに蓄積された電荷の放電により点火コイルの一次コイルに立上りの速い電流を流して、該点火コイルの二次コイルに点火用の高電圧を誘起させる。
【０００３】
ところで、最近、内燃機関の排気ガス規制の強化に伴って、排気ガスのより一層の浄化を図るために、燃料（混合気）を希薄にして燃焼させることが行なわれるようになっている。一般に、希薄混合気に点火するためには、大きな放電エネルギを有し、放電持続時間が長い火花放電を必要とする。
【０００４】
コンデンサ放電式の内燃機関用点火装置は、点火コイルの二次電圧の立上り時間（ライズタイム）が短いため、点火プラグの汚損（電極へのカーボンの付着等）による漏洩電流に起因する二次電圧の低下が少ないという特長があり、また点火コイルを小形に構成できる等の長所を有しているが、一方では、点火プラグの放電ギャップで生じる放電の継続時間（点火コイルに二次電流が流れている時間）が短いという欠点を有している。
【０００５】
そこで、放電継続時間を長くするための工夫をしたコンデンサ放電式点火装置として、特許文献１に示された装置が提案されている。特許文献１に示された点火装置は、単一の一次コイル及び単一の二次コイルを有する点火コイルと、コンデンサ充電用の電圧を発生するコンデンサ充電用電源部と、点火コイルの一次側に設けられて電源部の出力により一方の極性に充電される第１及び第２の点火用コンデンサと、第１及び第２の点火用コンデンサのそれぞれに対して設けられて第１及び第２のトリガ信号がそれぞれ与えられたときに導通して第１及び第２の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側を通して放電させる第１及び第２の放電用スイッチと、内燃機関の点火時期に第１の放電用スイッチに第１のトリガ信号を与え、第１の放電用スイッチの導通により点火プラグに発生した火花放電が消滅する前に第２の放電用スイッチに第２のトリガ信号を与える点火時期制御部とを備えていて、第１の放電用スイッチの導通により１回目の点火動作を行なわせた後、続いて第２の放電用スイッチの導通により２回目の点火動作を行なわせることにより、放電継続時間を長くするようにしている。
【０００６】
図５は、特許文献１に開示された点火装置の構成を概略的に示したもので、同図において、１は一端が接地された一次コイル１ａ及び二次コイル１ｂを有する点火コイル、２は図示しない内燃機関の気筒に取り付けられて、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、３は点火コイルの一次コイル１ａの両端に接続されたフライホイールダイオードである。また４及び５はそれぞれ第１及び第２の点火回路で、第１及び第２の点火回路４及び５はそれぞれ、点火コイル１の一次コイル１ａの非接地側の端子に一端が共通に接続された第１及び第２の点火用コンデンサ４０１及び５０１と、点火用コンデンサ４０１及び５０１の他端と接地間に接続されて、第１のトリガ信号Ｖt1及び第２のトリガ信号Ｖt2がそれぞれ与えられたときに導通して点火用コンデンサ４０１及び５０１にそれぞれ蓄積された電荷を点火コイル１の一次コイル１ａを通して放電させる第１及び第２の放電用スイッチ４０２及び５０２とにより構成されている。図示の例では、第１及び第２の放電用スイッチ４０２及び５０２がそれぞれサイリスタＴh1及びTh2からなっている。
【０００７】
６は内燃機関により駆動される磁石発電機のステータに設けられたエキサイタコイルで、エキサイタコイル６は、図６（Ａ）に示したように、負の半波の電圧Ｖenと正の半波の電圧Ｖepとからなる１サイクルの交流電圧Ｖeを、機関のクランク軸が１回転する間に１回発生する。
【０００８】
エキサイタコイル６の一端は、アノードをエキサイタコイルの一端側に向けたダイオード７を通して第１及び第２の点火用コンデンサ４０１及び５０１の他端に接続されている。エキサイタコイル６の一端はまた、カソードをエキサイタコイルの一端側に向けたダイオード８を通して接地回路に接続され、エキサイタコイル６の他端はカソードをエキサイタコイルの他端側に向けたダイオード９を通して接地されている。
【０００９】
エキサイタコイル６の他端はまた、アノードをエキサイタコイル６の他端側に向けたダイオード１０を通して電源回路１１の非接地側入力端子に接続されるとともに、アノードをエキサイタコイルの他端側に向けたダイオード１２を通して波形整形回路１３の入力端子に接続されている。
【００１０】
１５はマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）を有する点火時期制御部で、エキサイタコイル６が出力する負の半波の電圧Ｖenが波形整形回路１３を通してマイクロコンピュータに入力されている。波形整形回路１３は、図６（Ｂ）に示すように、負の半波の電圧Ｖenの立上りでパルス信号Ｖpを出力する。この例では、内燃機関のピストンが上死点に達したときのクランク角位置（上死点位置という。）よりも十分に進角したクランク角位置に設定された基準クランク角位置でパルス信号Ｖpが発生するように、磁石発電機のステータとロータとの間の位置関係が設定されている。
【００１１】
電源回路１１はエキサイタコイル６の負の半波の電圧Ｖenを一定のレベルを有する直流電圧Ｖccに変換する。この直流電圧Ｖccは、点火時期制御部１５の電源端子や、波形整形回路１３の電源端子（図示せず。）に与えられる。
【００１２】
図５に示した点火装置においては、エキサイタコイル６が正の半波の電圧Ｖepを出力したときにダイオード７と、点火用コンデンサ４０１及び５０１と、点火コイルの一次コイル１ａ及びフライホイールダイオード３と、ダイオード９とを通して電流が流れて、点火用コンデンサ４０１及び５０１が図示の極性に充電され、図６（Ｃ）及び（Ｄ）に示されているように、コンデンサ４０１及び５０１のそれぞれの両端の電圧Ｖc1及びＶc2が正の半波の電圧Ｖepの波高値（約２００Ｖ）まで上昇していく。
【００１３】
点火時期制御部１５は、エキサイタコイル６が出力する負の半波の電圧Ｖenを波形整形して得たパルス信号Ｖpの発生周期（機関が１回転するのに要する時間）から機関の回転速度を求めて、この回転速度に対して機関の点火時期を計測するために用いる点火時期検出用計時データＴ1を演算する。この点火時期検出用計時データＴ1は、機関のクランク軸が現在の回転速度で基準クランク角位置（パルス信号Ｖpが発生する位置）から点火時期に相当するクランク角位置まで回転するのに要する時間である。
【００１４】
点火時期制御部１５はまた、時刻ｔ1に（基準クランク角位置で）パルス信号Ｖpが発生した時に演算された点火時期検出用計時データＴ1をタイマにセットして、その計測を開始する。そして、タイマが点火時期検出用計時データＴ1の計測を完了した時（点火時期を検出した時）に第１の放電用スイッチ４０２に第１のトリガ信号Ｖt1を与え、続いてタイマが更に設定された遅れ時間Ｔ2を計測したときに第２の放電用スイッチ５０２に第２のトリガ信号Ｖt2を与える。
【００１５】
第１の放電用スイッチ４０２に第１のトリガ信号Ｖt1が与えられると、第１の放電用スイッチ４０２が導通するため、第１の点火用コンデンサ４０１に蓄積された電荷が第１の放電用スイッチ４０２と点火コイルの一次コイル１ａとを通して放電し、図７（Ａ）に示すように立ち上がりが速い一次電流ｉc1が流れる。この一次電流ｉc1がピークを過ぎて減少していく過程で一次コイル１ａに図示の矢印方向（電流ｉc1の減少を妨げる方向）の誘起電圧が発生し、この誘起電圧によりフライホイールダイオード３と一次コイル１ａとを通してフライホイール電流ｉf1が流れる。
【００１６】
上記一次電流ｉc1が流れることにより点火コイルの鉄心中で生じる磁束の変化により、点火プラグ２の放電ギャップの破壊電圧（数十ＫＶ）以上の点火用高電圧が二次コイル１ｂに誘起する。この点火用高電圧は点火プラグ２に印加されるため、点火プラグ２の放電ギャップ間に火花放電が生じ、点火コイルの二次コイル１ｂと点火プラグ２とを通して二次電流ｉ21が流れる。フライホイール電流ｉf1はこの二次電流ｉ21が流れる時間を長くするように作用する。
【００１７】
上記二次電流ｉ21が流れている間に（放電が継続している間に）第２の放電用スイッチ５０２を導通させように、第１のトリガ信号Ｖt1が発生してから第２のトリガ信号Ｖt2が発生するまでの遅れ時間Ｔ2が設定されている。第２の放電用スイッチ５０２に第２のトリガ信号Ｖt2が与えられると、第２の放電用スイッチ５０２が導通するため、第２の点火用コンデンサ５０１に蓄積された電荷が第２の放電用スイッチ５０２と点火コイルの一次コイル１ａとを通して放電し、図７（Ｃ）に示すように一次電流ｉc2が流れる。この一次電流ｉc2がピークを過ぎて減少していく過程で一次コイル１ａに図示の矢印方向（電流ｉc2の減少を妨げる方向）の誘起電圧が発生し、図７（Ｄ）に示すようにこの誘起電圧によりフライホイールダイオード３と一次コイル１ａとを通してフライホイール電流ｉf2が流れる。立ち上がりが速い一次電流ｉc2が流れることにより図７（Ｅ）に示すように二次電流ｉ22′が立ち上がり、点火コイルに二次電流が流れる時間（放電継続時間）が延長される。点火コイルに二次電流が流れている間の点火プラグの放電ギャップ間の電圧は通常２ＫＶ程度である。
【特許文献１】特開平１０−２５２６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記従来のコンデンサ放電式点火装置において、放電継続時間を長くするためには、点火コイルの一次コイルのインダクタンスを大きくすればよいが、二次コイルに放電ギャップの破壊電圧以上の点火用高電圧（数十ＫＶ）を誘起させるためには、一次コイルに大きな電流を流す必要があるため、点火コイルの一次コイルのインダクタンスを大きくするには限界があった。そのため、従来は、点火用コンデンサの静電容量を大きく設定していたが、点火用コンデンサとして静電容量が大きいものを用いると点火装置が大形化したり、コストが高くなったりするという問題が生じる。また点火回路を３個設けることも考えられが、点火回路の数を増加させると点火装置の構造が複雑になる上にコストの上昇を招くため好ましくない。
【００１９】
内燃機関用点火装置としては、コンデンサ放電式の点火装置の他に、点火コイルの一次コイルに流しておいた一次電流を遮断することにより点火用高電圧を誘起させる一次電流遮断式の点火装置が用いられているが、この一次電流遮断式の点火装置で流れる点火コイルの二次電流のピーク値は５０ｍＡ程度である。これに対し、コンデンサ放電式の点火装置で流れる点火コイルの二次電流のピーク値は５００ｍＡ程度である。図５に示した点火装置において、第１の点火回路４の動作時に流れる二次電流のピーク値は５００ｍＡ程度必要であるとしても、放電継続時間を長くするために第２の点火回路５の動作時に流す二次電流のピーク値は、一次電流遮断式の点火装置で流れる二次電流のピーク値と同等でもよい。
【００２０】
ところが、図５に示した従来の点火装置では、第１の点火回路４が動作したときに流れる一次電流ｉc1のピーク値と第２の点火回路５が動作したときに流れる一次電流ｉc2のピーク値とがほぼ同等であるため、点火回路４の動作により二次電流ｉ21が流れている間に点火回路５の動作により流れる二次電流ｉ22のピーク値は、点火回路４が動作したときに流れる二次電流ｉ21のピーク値以上に大きくなる。そのため、従来の点火装置では、点火動作時に流れる二次電流の平均値が大きくなって、点火コイルの二次コイルの温度が高くなるという問題があり、この問題に対処するために、点火コイルの絶縁階級を高くしておく必要があったため、点火コイルのコストが高くなるのを避けられなかった。
【００２１】
本発明の目的は、点火装置の大形化やコストの上昇を招くことなく、点火動作時の放電継続時間を長くして、点火性能の向上を図ることができるようにしたコンデンサ放電式内燃機関用点火装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグが二次側に接続された点火コイルと、コンデンサ充電用の電圧を発生するコンデンサ充電用電源部と、点火コイルの一次側に設けられて電源部の出力により一方の極性に充電される第１及び第２の点火用コンデンサと、第１及び第２の点火用コンデンサのそれぞれに対して設けられて第１及び第２のトリガ信号がそれぞれ与えられたときに導通して第１及び第２の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側を通して放電させる第１及び第２の放電用スイッチと、内燃機関の点火時期に第１の放電用スイッチに前記第１のトリガ信号を与え、第１の放電用スイッチの導通により点火プラグに発生した火花放電が消滅する前に第２の放電用スイッチに第２のトリガ信号を与える点火時期制御部とを備えたコンデンサ放電式内燃機関用点火装置を対象とする。
【００２３】
本発明においては、点火コイルが、第１の一次コイルと該第１の一次コイルに対して直列に接続された第２の一次コイルとを一次側に備えている。第１の放電用スイッチは、導通した際に第１の点火用コンデンサに蓄積された電荷を第１の一次コイルを通して放電させるように設けられ、第２の放電用スイッチは、導通した際に第２の点火用コンデンサに蓄積された電荷を第１の一次コイルと第２の一次コイルとの直列回路を通して放電させるように設けられる。そして、点火コイルの第１の一次コイルに対して並列に第１のフライホイールダイオードが接続されるとともに、点火コイルの第１の一次コイルと第２の一次コイルとの直列回路に対して並列に第２のフライホイールダイオードが接続される。
【００２４】
上記のように構成すると、第１の点火用コンデンサの放電時に流れる一次電流のピーク値を大きくするために第１の点火用コンデンサの放電回路の一部を構成する点火コイルの一次コイル（第１の一次コイル）のインダクタンスを小さくしても、第２の一次コイルの巻数を十分に多くして第２の一次コイルのインダクタンスを大きくすることにより、第２の点火用コンデンサの放電回路の一部を構成する点火コイルの一次コイル（第１の一次コイルと第２の一次コイルとの直列回路）のインダクタンスを十分に大きくすることができる。そのため、第１の点火用コンデンサの放電時に流れる一次電流のピーク値をなんら制限することなく、第２の点火用コンデンサの放電時に流れる一次電流のピーク値を第１の点火用コンデンサの放電時に流れる一次電流のピーク値よりも小さくすることができる。従って、第１の点火用コンデンサの放電時に大きなピーク値を有する二次電流が流れるのを許容しつつ、第２の点火用コンデンサの放電時に流れる二次電流のピーク値を制限して、点火コイルの二次電流の平均値を小さくすることができ、点火コイルの二次コイルの温度上昇を抑制することができ、これにより点火コイルの絶縁階級を従来よりも低くして、そのコストの低減を図ることができる。
【００２５】
一般にコンデンサ放電式の点火装置においては、点火用コンデンサの静電容量を一定とした場合、点火コイルの一次コイルの抵抗ＲとインダクタンスＬとの比Ｒ／Ｌが小さければ小さいほど点火プラグで生じる火花放電の継続時間が長くなる。上記のように構成すると、第１の点火用コンデンサの放電時に流れる一次電流のピーク値を抑制することなく、第２の点火用コンデンサを放電する回路の一部を構成する一次コイルのインダクタンスを大きくしてＲ／Ｌを小さくすることができるため、点火用コンデンサの静電容量を特に大きくしたり、点火回路の数を増やしたりしなくても、放電継続時間を長くすることができる。
【００２６】
本発明の好ましい態様では、点火コイルが、一端が接地された第１の一次コイルと該第１の一次コイルの他端に一端が接続されて該第１の一次コイルに対して直列に接続された第２の一次コイルとを一次側に備えていて、第１の一次コイルの他端及び第２の一次コイルの他端にそれぞれ第１の点火用コンデンサの一端及び第２の点火用コンデンサの一端が接続される。第１の放電用スイッチ及び第２の放電用スイッチはそれぞれ第１の点火用コンデンサの他端と接地間及び第２の点火用コンデンサの他端と接地間に接続され、点火コイルの第１の一次コイルの他端と接地間にカソードを接地側に向けた第１のフライホイールダイオードが接続されるとともに、点火コイルの第２の一次コイルの他端と接地間にカソードを接地側に向けた第２のフライホイールダイオードが接続される。
【００２７】
上記のように、第１の一次コイルと第２の一次コイルとを直列に接続しておくと、第２の点火用コンデンサの電荷を放電させる点火コイルの一次コイルのインダクタンスを大きくすることが容易になる。しかし、本発明は、上記のように第１の一次コイルと第２の一次コイルとを直列に接続する場合に限定されるものではなく、第１の点火用コンデンサ及び第２の点火用コンデンサをそれぞれ第１の一次コイル及び第２の一次コイルを通して放電させるようにしてもよい。
【００２８】
この場合は、点火コイルの一次側に、第１の一次コイルと該第１の一次コイルよりも巻き数が多い第２の一次コイルとが設けられる。第１の放電用スイッチは、導通した際に第１の点火用コンデンサに蓄積された電荷を第１の一次コイルを通して放電させるように設けられ、第２の放電用スイッチは、導通した際に第２の点火用コンデンサに蓄積された電荷を第２の一次コイルを通して放電させるように設けられる。そして、点火コイルの第１の一次コイルに対して並列に第１のフライホイールダイオードが接続され、点火コイルの第２の一次コイルに対して並列に第２のフライホイールダイオードが接続される。
【００２９】
このように構成した場合も、第２の一次コイルの巻数を多くして、そのインダクタンスを十分に大きくしておくことにより、第１の一次コイル及び第２の一次コイルを直列に接続して、第２の点火用コンデンサの電荷を第１の一次コイルと第２の一次コイルとを通して放電させる構成をとる場合と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上のように、本発明によれば、点火コイルに第１の一次コイルと第２の一次コイルとを設けて、第１の点火用コンデンサを第１の一次コイルを通して放電させた後、第２の点火用コンデンサを、インダクタンスが大きい第１の一次コイルと第２の一次コイルとの直列回路を通して放電させるか、または第１の点火用コンデンサを第１の一次コイルを通して放電させた後、第２の点火用コンデンサを第１の一次コイルよりもインダクタンスが大きい第２の一次コイルを通して放電させるようにしたので、第１の点火用コンデンサの放電時に大きなピーク値を有する二次電流が流れるのを許容しつつ、第２の点火用コンデンサの放電時に流れる二次電流のピーク値を制限して、点火コイルの二次電流の平均値を小さくすることができる。従って、点火コイルの二次コイルの温度上昇を抑制して、点火コイルの絶縁階級を従来よりも低くすることができ、コストの低減を図ることができる。
【００３１】
また本発明によれば、第１の点火用コンデンサの放電時に流れる一次電流のピーク値を抑制することなく、第２の点火用コンデンサを放電する回路の一部を構成する一次コイルのインダクタンスを大きくすることができるため、点火用コンデンサの静電容量を特に大きくしたり、点火回路の数を増やしたりしなくても、放電継続時間を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下図１ないし図３を参照して本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。
図１は本実施形態の構成を示した回路図で、同図において、図５に示した従来の点火装置の各部と同等の部分にはそれぞれ同一の符号が付されている。
図１において、１は点火コイルで、この点火コイルは、一端が接地された第１の一次コイル１a1と、第１の一次コイル１a1の他端に一端が接続されて該第１の一次コイルに対して直列に接続された第２の一次コイル１a2とを一次側に備え、二次側には、一端が接地された一つの二次コイル１ｂを備えている。カソードが接地された第１のフライホイールダイオード３０１が点火コイルの第１の一次コイル１a1に対して並列に接続され、同じくカソードが接地された第２のフライホイールダイオード３０２が、点火コイルの第１の一次コイルと第２の一次コイルとの直列回路に対して並列に接続されている。
【００３３】
また第１の一次コイル１a1の他端及び第２の一次コイル１a2の他端にそれぞれ第１の点火用コンデンサ４０１の一端及び第２の点火用コンデンサ５０１の一端が接続され、第１の点火用コンデンサ４０１の他端と接地間及び第２の点火用コンデンサ５０１の他端と接地間にそれぞれ第１の放電用スイッチ４０２及び第２の放電用スイッチ５０２を構成するサイリスタＴh1及びＴh2が、それぞれのカソードを接地側に向けて接続されている。
【００３４】
第１の点火用コンデンサ４０１と第１の放電用スイッチ４０２とにより第１の点火回路４が構成され、第２の点火用コンデンサ４０１と第２の放電用スイッチ４０２とにより第２の点火回路５が構成されている。
【００３５】
６は内燃機関により駆動される磁石発電機のステータに設けられたエキサイタコイルで、エキサイタコイル６は、図２（Ａ）に示したように、負の半波の電圧Ｖenと正の半波の電圧Ｖepとからなる１サイクルの交流電圧Ｖeを、機関のクランク軸が１回転する間に１回だけ発生する。
【００３６】
磁石発電機としては、例えば、機関のクランク軸に取り付けられたフライホイールの外周の一部に設けられた凹部内にフライホイールの径方向に着磁された磁石を取り付けて、該磁石の外側の磁極と、該磁石の両側のフライホイール外周面とにより３極の磁極を構成したフライホイール磁石回転子と、このフライホイール磁石回転子の磁極に対向する磁極部を両端に有する鉄心とこの鉄心に巻回されたエキサイタコイルとからなる固定子とにより構成されるものを用いることができる。このような磁石発電機を用いた場合、図２（Ａ）に示した波形の負の半波の電圧Ｖenに先だって波高値が小さい正の半波の電圧が発生し、正の半波の電圧Ｖepに続いて波高値が小さい負の半波の電圧が発生するが、図２（Ａ）においては、電圧Ｖenの前、及び電圧Ｖepの後に発生する波高値が小さい正負の半波の電圧を無視している。
【００３７】
エキサイタコイル６の一端は、ダイオード７のアノードに接続され、ダイオード７のカソードは、第１及び第２の点火用コンデンサ４０１及び５０１の他端に接続されている。エキサイタコイル６の一端はまた、アノードが接地されたダイオード８のカソードに接続され、エキサイタコイル６の他端は、アノードが接地されたダイオード９のカソードに接続されている。
【００３８】
エキサイタコイル６の他端はまた、アノードをエキサイタコイル６の他端側に向けたダイオード１０を通して電源回路１１の非接地側入力端子に接続されるとともに、アノードをエキサイタコイルの他端側に向けたダイオード１２を通して波形整形回路１３の入力端子に接続されている。波形整形回路１３は、図２（Ｂ）に示すように、負の半波の電圧Ｖenの立上りでパルス信号Ｖpを出力する。本実施形態においても、内燃機関のピストンが上死点に達したときのクランク角位置よりも十分に進角したクランク角位置に設定された基準クランク角位置でパルス信号Ｖpが発生するように、磁石発電機のステータとロータとの間の位置関係が設定されている。波形整形回路１３が発生するパルス信号Ｖpは、点火時期制御部１５内のマイクロコンピュータに入力されている。
【００３９】
電源回路１１は、エキサイタコイル６の負の半波の電圧Ｖenを一定のレベルを有する直流電圧Ｖccに変換して、この直流電圧Ｖccを点火時期制御部１５の電源端子や、波形整形回路１３の電源端子に与える。
【００４０】
図１に示した点火装置においては、エキサイタコイル６が正の半波の電圧Ｖepを出力したときに、エキサイタコイル６−ダイオード７−点火用コンデンサ４０１−一次コイル１a1及びフライホイールダイオード３０１−ダイオード９−エキサイタコイル６の回路と、エキサイタコイル６−ダイオード７−点火用コンデンサ５０１−一次コイル１a2，１a1の直列回路及びフライホイールダイオード３０２−ダイオード９−エキサイタコイル６の回路とに電流が流れて、第１及び第２の点火用コンデンサ４０１及び５０１が図示の極性に充電され、図２（Ｃ）及び（Ｄ）に示されているように、コンデンサ４０１及び５０１のそれぞれの両端の電圧Ｖc1及びＶc2が正の半波の電圧Ｖepの波高値（約２００Ｖ）まで上昇していく。この例では、エキサイタコイル６と、ダイオード７ないし９とにより、コンデンサ充電用の電圧を発生するコンデンサ充電用電源部が構成されている。
【００４１】
点火時期制御部１５は、エキサイタコイル６が出力する負の半波の電圧Ｖenを波形整形して得たパルス信号Ｖpの発生周期から機関の回転速度を求めて、この回転速度に対して機関の点火時期を計測するために用いる点火時期検出用計時データＴ1［機関のクランク軸が現在の回転速度で基準クランク角位置（パルス信号Ｖpが発生する位置）から点火時期に相当するクランク角位置まで回転するのに要する時間］を演算する。
【００４２】
点火時期制御部１５はまた、基準クランク角位置に相当する時刻ｔ1にパルス信号Ｖpが発生した時に演算された点火時期検出用計時データＴ1をタイマにセットして、その計測を開始する。そして、タイマが点火時期検出用計時データＴ1の計測を完了した時（点火時期を検出した時）に第１の放電用スイッチ４０２に第１のトリガ信号Ｖt1を与え、続いてタイマが設定された遅れ時間Ｔ2を計測したときに第２の放電用スイッチ５０２に第２のトリガ信号Ｖt2を与える。
【００４３】
第１の放電用スイッチ４０２に第１のトリガ信号Ｖt1が与えられると、第１の放電用スイッチ４０２が導通するため、第１の点火用コンデンサ４０１に蓄積された電荷が第１の放電用スイッチ４０２とインダクタンスが小さい第１の一次コイル１a1とを通して放電し、図３（Ａ）に示すように立ち上がりが速い一次電流ｉc1が流れる。この一次電流ｉc1がピークを過ぎて減少していく過程で一次コイル１a1に電流ｉc1の減少を妨げる方向の誘起電圧が発生し、この誘起電圧によりフライホイールダイオード３０１と一次コイル１a1とを通してフライホイール電流ｉf1（図３Ｂ）が流れる。
【００４４】
上記一次電流ｉc1が流れることにより点火コイルの鉄心中で生じる磁束の変化により、点火プラグ２の放電ギャップの破壊電圧（数十ＫＶ）以上の点火用高電圧が二次コイル１ｂに誘起する。この点火用高電圧は点火プラグ２に印加されるため、点火プラグ２の放電ギャップ間に火花放電が生じ、図３（Ｅ）に示すように、点火コイルの二次コイル１ｂと点火プラグ２とを通して二次電流ｉ21が流れる。
【００４５】
上記二次電流ｉ21が流れている間に（放電が継続している間に）第２の放電用スイッチ５０２を導通させように、第１のトリガ信号Ｖt1が発生してから第２のトリガ信号Ｖt2が発生するまでの遅れ時間Ｔ2が設定されている。第２の放電用スイッチ５０２に第２のトリガ信号Ｖt2が与えられると、第２の放電用スイッチ５０２が導通するため、第２の点火用コンデンサ５０１に蓄積された電荷が第２の放電用スイッチ５０２と第１の一次コイル１a1と第２の一次コイル１a2との直列回路とを通して放電し、図３（Ｃ）に示すように一次電流ｉc2が流れる。第２の点火用コンデンサ５０１の放電回路の一部を構成する点火コイルの一次コイルは、互いに直列接続された２つの一次コイル１a1及び１a2からなっているため、そのインダクタンスは、第１の一次コイル１a1単体のインダクタンスよりも大きい。従って、第２の点火用コンデンサ５０１が放電させられたときに流れる一次電流ｉc2の波高値は、第１の点火用コンデンサ４０１が放電させられたときに流れる一次電流ｉc1の波高値よりも小さくなる。この一次電流ｉc2がピークを過ぎて減少していく過程で一次コイル１ａに電流ｉc2の減少を妨げる方向の誘起電圧が発生し、この誘起電圧によりフライホイールダイオード３と一次コイル１ａとを通してフライホイール電流ｉf2（図３Ｄ）が流れる。立ち上がりが速い一次電流ｉc2が流れることにより図２（Ｇ）及び図３（Ｅ）に示すように二次電流ｉ22が立ち上がり、点火コイルに二次電流が流れる時間（放電継続時間）が延長される。
【００４６】
本実施形態では、第２の一次コイル１a2の巻数を十分に多くして、そのインダクタンスを十分に大きくしておくことにより、第２の点火用コンデンサ５０１の放電回路の一部を構成する一次コイルのインダクタンスを、図５に示した従来の点火装置における点火コイルの一次コイル１ａのインダクタンスに比べて（２ないし５倍程度に）大きくすることができるため、第２の点火用コンデンサ５０１の放電回路の一部を構成する一次コイルの抵抗ＲとインダクタンスＬとの比Ｒ／Ｌを小さくして、放電継続時間を長くすることができる。
【００４７】
第２の点火用コンデンサの静電容量を一定とした場合、第２の点火用コンデンサを一次コイル１a1及び１a2を通して放電させることにより得られる放電継続時間Ｔ4（図２Ｇ、図３Ｅ）は、図５に示した従来の点火装置において、第２の点火用コンデンサ５０１を一次コイル１ａを通して放電させることにより得られる放電継続時間Ｔ4′（図６Ｇ、図７Ｅ）に比べて大幅に長くすることができるため、点火用コンデンサ５０１の静電容量を特に大きくしなくても点火火花の放電継続時間を十分に長くして点火性能を向上させることができる。
【００４８】
また、第２の点火用コンデンサ５０１を放電させる回路のインダクタンスを大きくすることができるため、第２の点火用コンデンサの放電時に流れる二次電流ｉ22の波高値を低くして、二次電流の平均値を小さくすることができ、二次コイルからの発熱を少なくすることができる。
【００４９】
コンデンサ放電式の点火装置において、点火プラグ２に火花放電が生じているときの二次コイル１ｂの両端の電圧は２ＫＶ程度である。すなわち、点火プラグ２のギャップ間に火花放電を生じさせた後、その放電を持続させるためには、点火コイルの二次コイルに２ＫＶ以上の電圧を発生させるようにすればよい。
【００５０】
一例として、点火用コンデンサ４０１及び５０１の充電電圧を２００Ｖとした場合、点火コイルの第１の一次コイル１a1にはピーク値が６０Ａの一次電流が流れる。このとき二次コイルに２０ＫＶ（二次無負荷電圧）が誘起するとすると、点火用コンデンサ５０１の放電時に一次コイル１a1と１a2との直列回路を通して流れる一次電流が６Ａ以上になるように一次コイル１a2のインピーダンスを設定すれば、二次コイル１ｂに、点火プラグ２での放電を維持するために必要な２ＫＶ以上の電圧を発生させることができる。
【００５１】
上記の実施形態では、第１の一次コイル１a1と第２の一次コイル１a2とを直列に接続したが、図４に示したように、第１の一次コイル１a1と第２の一次コイル１a2とを直列に接続することなく、第１の点火用コンデンサ４０１を第１の放電用スイッチ４０２と第１の一次コイル１a1とを通して放電させ、第２の点火用コンデンサ５０１を第２の放電用スイッチ５０２と第２の一次コイル１a2とを通して放電させるように、第１及び第２の点火回路４及び５を構成してもよい。
【００５２】
図４に示した例では、第１の一次コイル１a1の一端と第２の一次コイル１a2の一端とが接地されて、第１の一次コイル１a1の他端及び第２の一次コイル１a2の他端にそれぞれ第１の点火用コンデンサ４０１の一端及び第２の点火用コンデンサ５０１の一端が接続され、第２の点火用コンデンサ４０１の他端と接地間及び第２の点火用コンデンサ５０１の他端と接地間にそれぞれ第１の放電用スイッチ４０２及び第２の放電用スイッチ５０２を構成するサイリスタＴh1及びＴh2がそれぞれのカソードを接地側に向けて接続されている。
この場合、第２の一次コイル１a2が第１の一次コイル１a1のインダクタンスよりも十分に大きいインダクタンスを持つように、第２の一次コイル１a2が、第１の一次コイル１a1よりも十分に多い巻数をもって巻回されている。そして、点火コイルの第１の一次コイル１a1に対して並列に第１のフライホイールダイオード３０１が接続され、点火コイルの第２の一次コイル１a2に対して並列に第２のフライホイールダイオード３０２が接続されている。
【００５３】
図４に示したように構成した場合も、第１の一次コイル１a1の巻数を少なくしてそのインダクタンスを小さくし、第２の一次コイル１a2の巻数を多くして、そのインダクタンスを十分に大きくしておくことにより、第１の一次コイル及び第２の一次コイルを直列に接続して、第２の点火用コンデンサの電荷を第１の一次コイルと第２の一次コイルとを通して放電させる構成（図１の構成）をとる場合と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
上記の各実施形態では、第１の放電用スイッチ及び第２の放電用スイッチをサイリスタにより構成しているが、これらの放電用スイッチは自己保持機能を有するスイッチであればよく、サイリスタに限定されない。例えば、２つのＭＯＳＦＥＴを組み合わせて、サイリスタと同等の機能を持たせたスイッチを放電用スイッチとして用いてもよい。
【００５５】
上記の実施形態では、エキサイタコイル６と、ダイオード７ないし９とにより、コンデンサ充電用の電圧を発生するコンデンサ充電用電源部を構成したが、コンデンサ充電用電源部の構成はこれに限定されない。例えば、バッテリとその端子電圧を２百数十ボルトまで昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータとによりコンデンサ充電用電源部を構成することもできる。また機関により駆動される磁石発電機内に設けた、比較的巻数が少ない発電コイルと、この発電コイルの誘起電圧を昇圧するチョッパ回路と、該チョッパ回路の出力を整流する整流器とによりコンデンサ充電用電源部を構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示した回路図である。
【図２】図１に示した点火装置の各部の電圧波形及び電流波形を示した波形図である。
【図３】図１に示した点火装置の点火コイルの一次側に流れる電流及び二次電流の波形を示した波形図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の構成を示した回路図である。
【図５】従来のコンデンサ放電式内燃機関用点火装置の構成を示した回路図である。
【図６】図５に示した従来の点火装置の各部の電圧波形及び電流波形を示した波形図である。
【図７】図５に示した従来の点火装置の点火コイルの一次側に流れる電流及び二次電流の波形を示した波形図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  点火コイル
１a1  第１の一次コイル
１a2  第２の一次コイル
１b   二次コイル
２  点火プラグ
３０１  第１のフライホイールダイオード
３０２  第２のフライホイールダイオード
４  第１の点火回路
４０１  第１の点火用コンデンサ
４０２  第１の放電用スイッチ
５  第２の点火回路
５０１  第２の点火用コンデンサ
５０２  第２の放電用スイッチ
６  エキサイタコイル
【図１】
2007120374.tif 000003
【図２】
2007120374.tif 000004
【図３】
2007120374.tif 000005
【図４】
2007120374.tif 000006
【図５】
2007120374.tif 000007
【図６】
2007120374.tif 000008
【図７】
2007120374.tif 000009