カート用2stエンジンのイグナイター(?)について

質問

初めて質問させていただきます．

90年代のものと思われるヤマハのKT100S(型式：7F6)を知人から譲り受けたのですが，イグニッションコイルの1次電流を遮断するための「TCIユニット」と呼ばれるイグナイターユニット(?)が付属していませんでした．

物自体は添付した画像のようなものらしく，コード側が1次コイルの+側と接続され，ケース自体がアースと接続されるようです．
また内部構造としてトランジスタと抵抗とコンデンサ程度の部品からなるようです．

海外ではまだ購入可能なようですが結構高価なので自作したいと思いいろいろ調べているのですが，いくつか不可解な点がありお知恵を拝借したく思います．

1) マグネトで発電された1次電流をピーク時に遮断するという動作をしているとして，遮断信号をどこから入力しているのか？

2) もし遮断信号を入力していないとしてどうやって1次電流のピーク時に回路を遮断しているのか？

何かしらご存知の方いらっしゃいましたらご回答のほどよろしくお願いいたします．

回答No.11

kouki-koureisya

＃９です。

後ピークが上死点後なのですね。
ちょっと分かってきました。
このピークがエンジンをかけるとき（スタート時）のタイミングです。
リコイル（人力）でスタートさせるには、上死点後の方がやり易いからです。
このタイミングは「進角」と呼ばず「始動時遅角」と呼んでいます。
セルスタートのエンジンでも採用しているものもあります。

＞となると後側ピークを遮断するように前側ピークでトランジスタなどを駆動するということになりますでしょうか？（ピーク間の時間差を利用するイメージです．．）

違います。
前回の説明が不十分でしたが、点火タイミングは、「スタート時は後ピーク」、「エンジンがかかれば前ピーク」です。
前ピークの電圧は常に後ピークの電圧より低くなるように、設計・製作されています。

自作の第一歩は、ピーク電圧のどのあたりで一次電流をオフすればよいのか、ということです。
それは、前ピーク電圧よりかなり高い値を“判定レベル”とします。
スタート時は回転数が低いですね。
すると、スタート時は、前ピークを通り越して、後ピークの電圧でタイミングが決まります。
前ピークの電圧で、パワトラは一瞬オンし、そして前ピークが無くなると自然にオフします。
この動作で点火電圧に達しないように設計されています。

エンジンがかかると、つまりアイドリングになると、回転数がスタート時よりは高いので、前ピークも後ピークも電圧は高くなります。
前ピークの電圧が先に決めた“判定レベル”に達した時点で、点火タイミングは前ピークで決まることになります。
つまり、一気に進角したことになります。
これが、アイドリング時なのか、それよりやや高い回転数に設計されているのか、それは実験しなければ分かりません。
いずれにせよ、ある回転数に達すれば前ピークが点火タイミングになります。
コストと実用面から、このようにステップ状に進角させる例は多いです。

前ピークで点火してエンジンが順調に回転する状態になったとき、後ピークはどうなるのか。
後ピークでも前ピークと同様に“判定レベル”に達すると、パワトラがオフして、点火高電圧が発生します。
これは“ムダ火”になります。
スタート時の点火タイミング（上死点後）ですから実害はありません。
プラグ電極が磨耗するくらいのことです。
もし、前ピークの火花で失火した場合には、この後ピークの火花が有効になることもあるでしょう。

繰り返しますが、「前ピークで駆動、後ピークで遮断」ではありません。
パワトラの駆動は、それぞれのピークの立ち上がりの途中、自動的に駆動されます。
パワトラのコレクタエミッタでコイル両端を短絡しても、コイルのインピーダンス（簡単に言えば抵抗）で電圧は発生し、短絡電流（一次コイル電流）が流れます。
この電流が最大値になったとき遮断するとされていますが、正確には、“最大値あたり”で
よいのです。
最大値あたりで遮断したときに二次コイルに生まれる高電圧が、点火に十分であることが重要です。そうなるように設計・製作されています。
そして、かつ遮断したときが点火タイミングであることです。
この両者を満足させることですね。

回答No.10

fxq11011

素人なりの考え。
私の知っている、フライホールマグネトーだとすれば、１次コイルに発生する電気はほとんどパルスです。
だからこそ、電流最大のところで遮断する必要があります、わずかでもずれると、ほとんど利用できません。
したがって、進角の問題はパルスの波形でどうのこうのすれば、肝心の火花エネルギーが得られません。
タイミングはパルス発生のタオ民具そのものを変える必要があります。
次に、１次コイルの電圧（波形）について。
１次コイルの片方はアース、もう一方（＋側は？）、解放のままだと電流が流れず発生した電気はすべて電圧に変換されます。
でも、電流最大のとき遮断ですね、電流を流すためには？＋側もアースに落としてやる必要がありますね（電流最大のときここを遮断）。
となるとコイルの両端はショート状態ですね、電圧はどこにも現れませんません。、アースに落とす前に抵抗かませれば現れますが、その分電流が減ります、せっかく最大時に切るようにしているのに。
NPNトランジスタのコレクタへ電流駆動トランスの１次コイルを通して１次コイルの＋に接続、コレクタから抵抗を介してベースに接続（電源電圧が印加されるとコレクタから抵抗介して＋のベースバイアス＝TR導通）。
※電流駆動トランス＝１次巻き線が少なくほとんど抵抗にならない、その分２次巻き線はたくさん巻き、少ない磁力変化で２次出力確保。
パルス通過時、電流駆動トランス、２次巻き線のマイナス出力をTRのベースに印加すればTRがオフにならばしめたもの。
この２次巻き線のもう一方をどこに接続するか？アースすれば、ベースにマイナスバイアスを与え、コレクタに接続すれば、ベースにさらなる＋バイアスを与えるため、いずれにしても定電圧ダイオードで最高電圧まで阻止するか？。
ただ低電圧ダイオードはツェナ電圧を超えた分しか流れないので、それでTRをオフできるか疑問。
そこで登場するのが、サイリスタ、電流駆動トランス２次出力でコンデンサー充電、上記のツェナ電圧を超えた出力でサイリスタをトリガしてコンデンサーのマイナスをTRのベースに放電。
パワーTR１、μF単位程度？コンデンサー１、低電圧ダイオード（電流駆動トランス２次側最大電圧付近のツェナ電圧）１、TRベースバイアス抵抗１、サイリスタ１、電流駆動トランス＝自作（超小型、フェライトコア、エナメル線）。
ざっと思いつくままのため、規格までの計算はできません。

お礼

ご説明ありがとうございます．

当方あまり電気回路には詳しくないため理解に時間を要していますが，参考にさせていただきます．

ありがとうございました．

回答No.9

kouki-koureisya

＃３の方の回答にある資料ではTCIユニット(イグナイタ)について、内部はきわめてシンプルとした上で
１．トリガー機構を内臓している、つまりユニット自身で点火タイミングを作り出せる
２．内臓されたトランジスタは、トランジスタ自身を流れる電流値を検知できる。
３．ロータがコイル中心と正対したときコイルの発生電圧は最大(ピーク)となる。
４．ピークとなる直前、トランジスタはオフして、二次コイルに高電圧発生し、プラグで飛火する。
と記述されています。
そして、「１本のリード線が一次コイルの＋側に接続されていること」、「オシロスコープの波形」から回路を考えると、下記URLに示す回路でなんとかなりそうです。
確かに単気筒ですから回路そのものはきわめて簡単になります。

http://astamuse.com/ja/published/JP/No/1999270448　270448号　３/12図

マグネトー点火のごく一般的な回路で各社が公表しています。
「マグネトー点火回路」のような用語で画像検索すればいろいろヒットします。

考え方。(図の上半分だけでよい)
１． クランクシャフト端のロータ(磁石)が回転すると、一次コイル(３a2)に電圧が発生する。
２． この電圧でパワトラ9Bがオンするようにする。ドライバトランジスタ10Bは必ずオフしていること。
　　　パワトラがオンすると一次電流が流れる。
　　　回路はあくまでも動作を説明するための参考回路にすぎません。
ゼナーダイオードを利用するとか、トランジスタを増やすとかの工夫が必要です。
動作安定のコンデンサなども当然必要です。
３． 一次コイルの電圧がある値に達したとき、ドライバ10Bがオンするように、直列抵抗の中間点の電位を決める。
パワトラがオフするので、このタイミングが点火タイミングとなる。

これらの条件で部品を選定して定数を決めるのは、一次コイルの電圧波形が必要です。
今のオシロ波形は無負荷時なので電圧値は参考になりません。　コイルに正規の電流が流れている状態の波形が必要です。
同型式のカートがあれば実測できます。
アイドリング時、2000-6000 rpm時の波形でピーク電圧を見ます。
ピークに達する直前にドライバがオンするように直列抵抗の値を決めます。
そして、そのタイミングが上死点TDC何度であるのか、そのタイミングで点火すればよいのかを見極めます。

波形を実測できないのであれば、適当に部品を選定して、まさに試行錯誤を繰り返しながら実験することになります。
パワトラだけは、７Ampクラスの高耐圧品でサージ対策されている高級品を用意しておけばよいでしょう。
電流値が分からないので７Aクラスとしています。
何十年も前のわずかな経験で書いていますので、今の新しいデバイスは知りません。

進角について。
以上の説明は、＋側「二つピーク」のうちのどちらかを特定せずに論じています。
また、－側のピークがあることを無視しています。
よく分かりませんが、必要性があるから＋側に二つのピークがあるはずで、以下推定です。
＋ピークの前ピークは、(後側ピークもそうですが)　回転数が高くなれば電圧も高くなります。
低回転時には、この電圧で点火に必要な一次電流を供給することはできませんが、高回転時には供給できる電圧に達します。（達するはずです。これも実機で確認しておく必要あり）
つまり、高回転時には前ピークで点火されるようになります。
点火進角したことになります。
なお、２サイクルであっても回転数増加に対する点火進角は必要です。

そもそも二つのピークが上死点の前か後か、何度なのかが不明です。
後側のピークが上死点後であれば、リコイルスタート時の点火時期である可能性大です。
この場合、アイドリングを含むエンジン回転中は、前ピークが点火に適した時期となります。
この状態でも、回転数が上がれば、電圧の立ち上がりが早くなるので、わずかですが進角します。

回路設計するには、この前ピークを考慮しておかねばなりません。
－側ピークは、利用する必要はないようです。
回路に影響しないようにカットしておけばよいでしょう。

熱と振動と耐久性を考慮しない条件でもエンジンにマッチングした簡単な回路を自作するのは相当な「時間とカネ」が必要です。
しかし、チャレンジされてもよいでしょう。

お礼

有力情報と分かりやすいご説明ありがとうございます．

部品選定が非常に大変ですが試してみる価値は十分にありそうですね．

また一次電圧の後側のピークは仰る通り上死点後です．
となると後側ピークを遮断するように前側ピークでトランジスタなどを駆動するということになりますでしょうか？
（ピーク間の時間差を利用するイメージです．．）

まずは特許のページを見ながらいろいろ試してみます．
ありがとうございました．

回答No.8

noname#215107

NO.6です。

すみません。どうやら、2ストエンジンの場合は逆で、高回転では「遅角」させる制御となっているようです。
また４ストと違って進角・遅角制御はさほど重要ではないようです。（回りさえすればいいのなら不要)

私が前回の質問での解決方法ですが、点火ユニットをPIT→CDIに他のエンジンから移植して変更しました。ピックアップコイルの位置が変更になったので、フライホイールごと同型他方式の他のエンジンの物に取り換え、メネジを切ってピックアップコイルを新たに取り付けました。

もし難しければ、バッテリー点火方式に変更し、別途コイルを外部に新設し、タイミングだけを既存のマグネトからもらうようにして、マイコンで正確に波形を観測しながら点火時期を制御するプログラムを記述してはいかがでしょうか。（マイコンが便利なのですぐマイコン使用に逃げる私の乏しい発想力をお許しください）

お礼

勉強になります．

最終的にはバッテリー点火方式にするのが簡単かもしれないですね．．
マイコンならある程度扱えるので検討してみます．

ありがとうございます．

回答No.7

fxq11011

ポイント式の場合進角はどうしていた？。
えんしん式で装置そのものの角度を変えていたはず。
トランジスタ式に変更しても、コイル、または磁石のどちらかはクランク軸とともに回転しているので、遠心力で機械的に進角している可能性も高いのでは。

お礼

確かにポイント式の場合進角遅角をどのようにやっているのか知りませんでした．．

ただ今回のカートエンジンにはそのような機構がどうやらないのでユニット側で何かしらしているのだと思われます．

回答No.6

noname#215107

No.1です。

以前、詳細なマニュアルを見つけていたのですが、どこに掲載されていたのか分からなくなりました。
回転数におうじて、「数度」（マニュアルが見れないのでこれが分からない）進角させる制御が必要なのは確かです。
つまり、アイドル回転数からスロットルを開けていく過程で、徐々に点火タイミング（位相）を早くしなければならないようです。どんな小さなエンジンでもこの制御がされているようです。

お礼

何度もありがとうございます．

確かに進角まで考慮しないとですね…
回転数が上がっていくと一次電圧も上がっていくのでこの絶対値を見ているのでしょうか．

もう少し考えてみます．

回答No.5

fxq11011

サイダックなるものを聞いたこともあります。
一定電圧（設定は製造段階でほぼ自由？）以上になると通電。
一次電流をコンデンサーに充電、規定電圧を超えると、一瞬で放電。
こんなのもあるかも知れませんね。

お礼

回答ありがとうございます。

早速調べてみましたがどうも入手が難しそうです。。
しかしこんな素子があるとはおどろきました。
ありがとうございました。

回答No.4

fxq11011

トランジスタ自体のバイアス電源も一次コイルに頼ることになります。
ポイント式のポイント部分に装着されると想定すると。
パワートランジスタとベース駆動用トランジスタ、パワートランジスタがポイントの代わり。
パワーTRはNPN型、ベース駆動TRはPNPを抵抗介してマイナスバイアス（一次電圧発生でON）。
コイル一次から抵抗介してコンデンサー充電、コンデンサープラス側から定電圧ダイオード通してベース駆動TRのベースへ、一定電圧以上になると電流が流れ、マイナスバイアスにプラスが印加されOFになるか？。
ただパワーTRの前に小さな抵抗が必要？。
これだけで作動するとは思えません、これに改良加える必要は十分考えられますが・・。

補足

素晴らしいご提案感謝いたします。

早速回路シミュレータで試してみたいと思います。

おそらくこの回路(http://www.foxvalleykart.com/images/timing1.gif)に近いものかと想像しますが、もしさらに詳細な回路などご提案いただけるようでしたらどうかご協力のほどお願いいたします。

回答No.3

xpopo

今晩は。あまり詳しくありませんがこちら（http://www.foxvalleykart.com/timing1.html）の資料、英語ですがイグニッションコイルの構造と回路についても説明されてますので参考になるんじゃないでしょうか。

お礼

貴重な情報ありがとうございます。

このサイトはすでに見ていたのですが、2ページ目があることに今気づきました(汗)

早速読み進めてみます。
ありがとうございました。

回答No.2

noname#215107

NO.１です。

投げやりになるわけではないですが「それが分かれば苦労しない」というのが、私の知識の限界です。
私の場合農機具エンジンの点火ユニットの自作を考えていました。
海外のサイトでCDI、TCIなど、あらゆるサービスマニュアルや回路を探しましたが、要となるのは電子回路ではなく、エンジンそのものがどのような点火タイミングを必要としているのか、という壁に突き当たりました。

自動進角装置は２つのトランジスタの組み合わせで、ONのタイミングとOFFのタイミングを別々に制御している回路もありました。（これも、農機具用小型エンジンです）

エキサイタコイルのようなものだと思います。多少崩れていますが、基本は＋の山があって、次に―の谷がくるだけです。（極性は置いといて）
ピックアップコイルの出力波形も似たようなものです。

分解すると分かりますが、エキサイタコイルは、９０度分の広さを取っているので、おそらくそのオシロ画面んのパルスの変化開始して、終了するまではクランクがおおよそ９０度回転しているものと思われます。

ピックアップコイルがついている場合は、そのパルスの開始位置についていますので、そのあたりで点火すればなんとか動きそうですね。
点火タイミングを誤ると、エンジン本体が壊れますのでご注意を。

お礼

返答が遅くなってすみません。

TXV12003様の過去のご質問も拝見させていただきました。
昨日アップした波形の3番目のピークの位置がちょうど上死点だったので最初のピークで点火すればうまくいきそうな気がします。
2つのトランジスタを組み合わせる方法も検討してみます。
本当にありがとうございます。