JP3116964B2

JP3116964B2 - エンジンの点火装置

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Publication number: JP3116964B2
Application number: JP03089495A
Authority: JP
Inventors: 亮拿佐藤
Original assignee: 亮拿佐藤
Priority date: 1991-03-26
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 2000-12-11
Anticipated expiration: 2015-12-11
Also published as: JPH07103121A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はエンジンの点火装置に
関し、特にマルチアーク点火を行って燃焼効率を大幅に
向上したものに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年自動車においては、エンジン内での
燃焼性向上の観点から点火時期や燃料噴射量の最適制
御、さらには空燃比，圧縮比の最適化等が行われてお
り、また上記と同様な観点から点火プラグや点火コイル
など点火装置の改良も行われている。

【０００３】図８は従来の一般的なガソリン自動車の点
火装置を示しており、図８(a) は点火装置の回路構成
図、図８(b) はイグニッションコイルの閉磁路タイプの
鉄芯を示す図、図８(c) はイグニッションコイルの開磁
路タイプの鉄芯を示す図、図８(d) は点火プラグの断面
構造を示す図である。図において、１０はイグニッショ
ンコイルで、閉磁路型鉄芯７１に１次コイル１２，２次
コイル１３をそれぞれ巻回して構成されている。上記１
次コイル１２の一端は、その駆動トランジスタ１４を介
して接地されており、該トランジスタ１４のベースは制
御回路１５に接続されている。この制御回路１５は、イ
グニッションコイル１０をエンジン回転と同期して点火
制御するよう構成されている。また、上記２次コイル１
３の一端は点火プラグ７２の中央電極７３に接続されて
いる。また上記１次コイル１２，２次コイル１３の他端
側は共通接続されており、該共通接続点は電流調整抵抗
１６を介してイグニッションスイッチ３０に接続されて
いる。さらにイグニッションスイッチ３０の他端は、バ
ッテリ４０に接続されている。

【０００４】ここで５０はイグニッションスイッチ３０
と接地との間に接続された、始動時エンジンを回転させ
るスターター、３１は上記電流制限抵抗１６と並列に接
続され、始動時上記制御回路１５からの信号によって該
抵抗１６の両端を短絡する短絡回路であり、この短絡に
よりイグニッションコイルの遮断電流を強くすることが
できる。また１７はイグニッションコイル１０の２次側
に存在している漂遊容量で、これは点火プラグでのアー
ク放電のトリガーとなるものである。

【０００５】なお、鉄芯には上記図８(b) に示す閉磁路
型鉄芯の他に、図８(c) に示すような開磁路型鉄芯７６
もあり、この鉄芯は、コイルを巻回するための鉄芯部分
７６ａと、該鉄芯部分７６ａの外枠ケース７６ｂとから
構成されており、ここでは該外枠ケース７６ｂも磁路と
して利用している。

【０００６】次に動作について説明する。イグニッショ
ンスイッチ３０をオンにすると、上記点火装置はバッテ
リ４０から電源を供給され、さらにイグニッションスイ
ッチ３０によってスターター５０を駆動しエンジンを回
転させると、イグニッションコイル１０は制御回路１５
によってエンジン回転に同期してオン，オフ制御され
る。このときイグニッションコイル１０の２次コイルに
発生した高電圧によって上記漂遊容量１７が充電され、
これら高電圧が点火プラグ７２に供給され、シリンダ内
に連続的にアークが発生する。

【０００７】この時、上記イグニッションコイル１０の
２次側の高電圧波形は図１(e) ，(f) に一点鎖線Ｓ１で
示すように、初期の微小期間Ｙにおいて、漂遊容量１７
の作用によりピークレベルＶ₁まで急峻に立上がり、直
ちに所定レベルＶ₂まで急激に降下し、その後減衰期間
Ｘでゆっくりと減衰していく（波形平坦部分）。なお、
ａ_pは立上がり時間である。

【０００８】また図９(a) は従来の他のエンジンの点火
装置の回路構成を示しており、この構成では、イグニッ
ションコイル１０に直列に２つの気筒の点火プラグ７
６，７７及びダイオード１０１を接続し、１つのイグニ
ッションコイルによって、２つの点火プラグを作動させ
るようにしている。ここで上記２つの気筒は、４気筒の
エンジンでは１８０°ストロークがずれている第１，第
３気筒あるいは第２，第４気筒とする。その他の構成は
図８(a) に示すものと同一である。

【０００９】このような回路構成では、排気工程にある
気筒と、圧縮工程にある気筒で同時に点火プラグがスパ
ークすることとなるが、排気工程にある気筒は空気圧が
小さいので難無く放電し、回路としての抵抗が無視で
き、また排気工程であるから爆発しない。一方の圧縮工
程にある気筒の点火プラグは、排気側の点火プラグにア
ークが出て放電回路を形成しているので、アークが瞬間
遅れて発生するが圧縮点火の工程にあるため爆発を起こ
しエンジンが自動運転する。

【００１０】ところが、上記のような点火装置では、漂
遊容量によるアーク放電は１０^-6秒オーダー単位の極め
て短時間であり、実際にガソリンの点火に有効な部分は
エネルギーの小さい上記波形平坦部分Ｘであり、つまり
この部分の電圧は３００〜５００Ｖでその期間は２／10
00秒前後であるため、ガソリンの点火が十分ではなかっ
た。このためガソリンの燃焼効率は現状では３０％台と
低く、７０％弱は不完全燃焼で排ガスとなり空気を汚染
しており、また燃焼効率が悪いため、ガソリンの消費量
の割りにパワーがでないという問題があった。

【００１１】また、上記イグニッションコイルの鉄芯７
１は、その中央脚７１ａの幅Ｗ_Cと両側の側脚７１ｂ，
７１ｃの幅Ｗ_Sが同程度または非常にロスの大きい開磁
路型となっており、つまりそれらの断面積や磁路に大き
なロスがあり、このため中央脚７１ａでは磁束が過密に
なり、発熱等によりロスが生じ、またこの場合コイルの
巻数も多くしなければならないという問題があり、これ
が立ち上がり時間を長くするという不合理があった。ま
た中央脚７１ａの一部にギャップを形成して磁束漏洩型
アーク発生装置となっている。

【００１２】さらに上記従来の点火プラグ７２では、接
地電極７５の先端部７５ａが中央電極７３の先端部７３
ａ上に覆い被さるように位置しているため、図９(b) に
示すように接地電極先端部７５ａがスパークしたアーク
Ｆの広がりを遮ることとなり、その影になった部分での
燃料の着火が遅れたり不十分となったりするという問題
があった。ここでＥはエンジンの周壁である。

【００１３】またさらに２つの点火プラグを１つのイグ
ニッションコイルで点火する構成では、排気工程での点
火プラグのスパークは、圧縮工程の点火爆発には差し支
えないが、排気工程の気筒で無用のアーク発生があるの
で、点火プラグの寿命が短くなるという欠点がある。

【００１４】そこでこれらの問題を解決するため、本願
発明者はエンジンの燃料効率を従来の約３０％から飛躍
的に向上することができ、燃費を向上し、かつ排気ガス
の低減をも行うことのできるエンジンの点火装置につい
て発明し、すでに出願している（特願平２−２３８１１
８号）。

【００１５】これはイグニッシッンコイルの２次側と点
火プラグとの間に波形処理回路を設け、上記２次側高電
圧波形を、その立上りピークを抑え、該抑えた分のエネ
ルギーを上記立上りピークに続く滑らかに減衰する波形
平坦部分に移行させてこの波形平坦部分を長くした波形
とするようにしたもので、これにより点火プラグのアー
クが燃料の着火に寄与する時間が増大するとともに、ア
ークのエネルギーが増大することとなり、その結果エン
ジンでの燃焼が充分かつ確実に行われることとなり、ひ
いてはエンジンでの燃料効率が飛躍的に向上し、エンジ
ン出力の増大を図るとともに燃費や排ガス対策の問題を
解決することができるものである。

【００１６】また、イグニッションコイルに、中央脚の
断面積をその両側側脚の断面積のほぼ２倍に設定した完
全閉磁路型鉄芯を用いたもので、これにより中央脚部で
磁束が過密状態になることはなく、効率よく高電圧を発
生し、鉄芯での発熱も防止できる。また上記完全閉磁路
型鉄芯はギャップのない構造であるので、１次，２次と
もに大幅に巻数を減らすことができ、いたずらに磁束の
漏れが生ずることはない。この結果上記鉄芯内で発生し
た磁束が有効に電磁変換に寄与することとなり、鉄芯内
でのエネルギーロスを低減することができる。しかも巻
数が少ないので、インピーダンスも少なくでき、立ち上
がり時間が少なく高速化の対応に有利である。また漂遊
容量による１０^-6〜１０^-9秒という短時間のむだな放電
のエネルギーを抑えることができるものである。

【００１７】また点火プラグの中央電極及び接地電極
を、該両電極の先端が点火プラグの取付位置でのシリン
ダ内壁面の法線と垂直な平面内に含まれるよう構成した
もので、これにより従来のように発火核の広がりを邪魔
することなくスパークしたアークがシリンダ内に均一に
広がり、燃料の着火を素早くかつ充分に行うことがで
き、これにより燃焼効率を向上することができるもので
ある。

【００１８】また高電圧をその極性を所定のタイミング
で反転させてイグニッションコイルの２次側に発生し、
２つの点火プラグをそれぞれ所定極性の高電圧によりス
パークするようにしたもので、これにより２つの点火プ
ラグが同時にスパークすることはなくなり、つまり爆発
工程の気筒でのスパークにともなう排気工程の気筒での
スパークはなくなり、各気筒の爆発工程でのみスパーク
することとなり、これにより点火プラグの消耗を抑制す
ることができるものである。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記先願に
かかる発明をさらに発展させてなされたもので、エンジ
ン内での燃料の着火を素早くかつ確実，十分に行うこと
ができ、エンジンの燃焼効率を飛躍的に向上させること
のできるエンジンの点火装置を得ることを目的としてい
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この発明に係るエンジン
の点火装置は、３以上の複数の電極が絶縁体内を通して
固定されており且つ前記電極の各先端が互いに等間隔と
なるように配置された点火プラグを備えており、前記点
火プラグを点火させるに当たり、急峻な波形の多相高電
圧を生成して前記複数の電極に印加する構成となってい
ることを特徴としている。具体的には、入力された直流
電圧に基づいて垂下特性を有した多相電圧を生成する多
相変換電源装置と、多相変換電源装置の出力電圧を各相
毎に高圧化し前記複数の電極に各々印加する複数のイグ
ニッションコイルと、前記点火プラグをエンジンの回転
と同期して点火させるために前記イグニッションコイル
の１次側電流をオンオフ制御する点火回路とを具備した
構成にすると良い。

【００２１】このような構成による場合、点火プラグに
より、パワーの大きなアークが発生するだけでなく、回
転磁界によるエネルギーも発生することから、燃焼効率
が飛躍的に増大する。

【００２２】より好ましくは、前記電極に印加すべき電
圧を急峻に立ち上がった後、引き続いて滑らかに減衰す
るような波形にするために、前記イグニッションコイル
の出力電圧に、矩形波状低電圧と、立ち上がりの急峻な
パルス波電圧とを重畳する構成にすることが望ましい。
また、前記イグニッションコイルの出力電圧に、立ち下
がり傾斜が小さい矩形波低電圧と、当該電圧より少し進
相した立ち上がりの急峻なパルス波電圧とを重畳する構
成にしても良い。更に、前記電極に印加すべき電圧を急
峻に立ち上がった後、引き続いて滑らかに減衰するよう
な波形にするために、前記イグニッションコイルの後段
に波形処理回路が各々接続された構成にしてもかまわな
い。

【００２３】このような構成による場合、アークの発生
時間が長くなることから、燃料の着火及び燃焼が確実に
行われ、不完全燃焼を防止することが可能となる。

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【実施例】以下この発明の一実施例を図について説明す
る。この発明の実施例によるエンジンの点火装置の構成
は、大きく分けて、エンジンの点火回路系の構成と、直
流電源より３相電源を形成する電源装置の構成と、３電
極よりなる点火プラグに３相電源を印加してマルチアー
クを発生させるマルチアーク系の構成とからなるもので
ある。

【００２９】（Ｉ）まず、エンジンの点火回路系の構成
について説明する。図１はこの発明の一実施例によるガ
ソリン自動車のエンジンの点火装置の１相分の構成を示
し、図１(a) は１相分の点火回路系の構成図、図１(b)
はイグニッションコイルの鉄芯を示す図、図１(c) ，
(d) は点火プラグの断面構造及び平面配置を示す図、図
１(e) ，(f) はその動作を説明するための波形図であ
る。

【００３０】図１(a) において、図８(a) と同一符号は
同一又は相当部分を示し、６０はイグニッショコイル１
０の２次側高電圧の立上りピークを抑え、該抑えた分の
エネルギーを波形の滑らかに減衰する波形平坦部分に加
算するとともに、この波形平坦部分を延長する波形処理
回路で、上記イグニッションコイル１０の２次側コイル
１３の一端はこの波形処理回路６０を介して点火プラグ
２０の電極２１に接続されている。６１は該回路６０を
構成する第１の直列接続体で、第１の抵抗６１ａと第１
のコイル６１ｂが直列に接続されてなる。また６２は第
２の直列接続体で、第１のコンデンサ６２ａと第２の抵
抗６２ｂと第２のコイル６２ｃを直列に接続してなり、
上記第１の直列接続体６１と並列に接続されている。ま
た６３は上記第１の直列接続体６１と並列に接続され
た、上記第１のコンデンサ６２ａに比べてかなり容量が
小さい第２のコンデンサである。

【００３１】図１(b) は上記イグニッションコイル１０
の鉄芯１１を示し、ここでこの鉄芯１１は閉磁路型のも
のであり、その中央脚１１ａの幅Ｗ_COは左右の側脚１１
ｂ，１１ｃの幅Ｗ_Sに比べてほぼ２倍となっており、つ
まり中央脚１１ａは側脚１１ｂ，１１ｃの約２倍の断面
積を有している。

【００３２】また図１(c) は上記点火プラグの断面構造
を示し、２１ａ，２１ｂ，２１ｃは電極となる金属製芯
材で、その各々はセラミックなどの絶縁性部材２２で被
覆されているとともに相互に絶縁されている。これら３
つの電極棒２１ａ，２１ｂ，２１ｃはその先端がその相
互間にアークを発生可能なように相互に近接して配置さ
れるとともに、図１(d) に示すように平面から見ると相
互に１２０°間隔で円錐形状の側面上に位置するように
配置されている。２３は絶縁性部材２２に装着された、
シリンダにとりつけるためのネジ部２４を有する金属製
部材である。

【００３３】次にまず１相分の点火回路の動作について
説明する。イグニッションスイッチ３０をオンした後、
エンジンが自動運転状態となるまでの動作は、従来と同
一であるので省略し、ここでは、イグニッションコイル
１０の２次側の高圧波形を処理する波形処理回路６０の
動作を説明する。

【００３４】まず、イグニッションコイル１０の２次コ
イル１３から高電圧が上記波形処理回路６０に供給され
ると、第２のコンデンサ６３は比較的短時間で高電圧に
充電され、その電圧を点火プラグ２１に供給する。この
とき第２のコンデンサ６３に比べて大きな容量を持つ第
１のコンデンサ６２ａでは第２の抵抗６２ｂと第２のコ
イル６２ｃの作用により徐々に充電が行われる。さらに
第１の直列接続体６１では特に第１のコイル６１ｂによ
りイグニッションコイルの２次コイル１３で発生した高
電圧の急激な立上りピークを抑えて点火プラグ２０に２
次電圧を供給する。

【００３５】このような波形処理回路６０の動作によっ
て２次電圧の立上り部分での形状は図１(e) ，(f) の実
線Ｓ０で示すように、ピークレベルが従来のＶ₁（２万
数千ボルト）からＶ₀（１万数千ボルト）にまで抑えら
れ、またイグニッションコイルの鉄芯は巻数が少なく、
しかも効率のよい完全閉磁路形であるから、より急峻に
大きなエネルギーが立ち上がることとなり、波形は垂下
特性を持つので、ガソリン発火核の形成エネルギーがよ
り大となる。ここでａ₁は立ち上がり時間であり、従来
のａ_Pに比べ短くなっている。

【００３６】そしてこのように波形が立ち上がった後波
形が減衰していく過程では、まず、大容量の第１のコン
デンサ６２ａに蓄えられた電荷が放電され、さらにその
後第１，第２のコイル６１ｂ，６２ｃの作用により一定
レベルでの電流供給が引き延ばされることとなる。この
ため波形の滑らかに減衰する波形平坦部分Ｘ₀，つまり
燃焼に寄与する部分は図（ｆ）に示すように、従来のも
のＸに比べそのエネルギーが大きく持続時間が長いもの
となる。この結果としてシリンダー内ではこのような波
形のアークが発生することとなる。

【００３７】このように本回路では、イグニッションコ
イル１０の２次コイル１３と点火プラグ２０との間に波
形処理回路６０を設け、イグニッションコイル１０の２
次側高電圧波形を、そのピークを抑え、その分のエネル
ギーを上記立上りピークに続く滑らかに減衰する波形平
坦部分に上乗せして、波形の持続時間及び該波形平坦部
分でのエネルギーを増大したので、シリンダー内でのア
ークの持続時間が増大するとともに、スパークが強力な
ものとなる。また上記波形処理回路６０の第１，第２の
直列接続体６１，６２にはコイルを含んでいるため、ア
ークに垂下特性を持たせることができ、より着火時間と
発火核形成エネルギーを大きくでき、エンジンの高速回
転での着火を確実なものとできる。この結果エンジンの
低速あるいは高速回転状態にかかわらず、燃料の着火が
確実かつ十分に行われることとなり、これにより燃焼効
率が増大するとともに、不完全燃焼のガスが減少するこ
ととなる。なお、波形処理回路は最も分かり易いＬＣ回
路で説明したが、この他の半導体を含む回路でアーク発
生が垂下特性を含む合理的な方法で行うことができ、発
火核形成エネルギーを大とするようにすればよい。

【００３８】また、本回路ではイグニッションコイル１
０の鉄芯１１を、その中央脚１１ａが側脚１１ｂ，１１
ｃの約２倍の断面積を有しかつギャップのない構造とし
たので、イグニッションコイルを効率のよいトランスと
することができる。すなわち、トランスとしての磁気抵
抗が著しく低減し、発生磁力線数が増大する。さらに飽
和電流が大きくなり、１次コイルの巻数を従来の３分の
１以下に、また２次コイルの巻数も従来の３０％近く少
なくでき、軽量，コンパクト化を図り、効率よい大容量
のアークの発生が可能となる。またこのように巻数を少
なくしたことにより時定数Ｌ／Ｒが小さくなって立ち上
がりがより急峻になるとともに、時間的な電流変化が大
きくなり、高速状態での燃料の着火の確実性を増大でき
る。

【００３９】また、点火プラグ２０を３つの電極２１
ａ，２１ｂ，２１ｃの先端を相互に近接して配置したの
で、従来のようにアーク発生時接地電極がアークの広が
りを遮ぎることがなく、シリンダ内にスパークの影の部
分を生ずることがない。従ってこれによっても着火の確
実性を向上することができる。なお、マルチアークによ
って強力なアークが発生され、確実な着火，燃焼が行わ
れる点については後に詳細に説明する。

【００４０】なお、上記実施例では、イグニッションコ
イルの１次側にはバッテリ電圧の１２ボルトをそのまま
供給するようにしているが、これは図２(b) に示すよう
に、イグニッションスイッチ３０とバッテリ４０との間
にダイオード・ロータ式の昇圧回路７０を設け、１２ボ
ルトの電圧を４００ボルト程度に昇圧し、このような高
電圧を１次コイルに供給するようにしてもよい。この場
合イグニッションコイルの負担が軽くなり、このためコ
イルの巻数を低減することが可能となり、軽量，コンパ
クトでしかも高性能なイグニッションコイルを提供する
ことができる。

【００４１】また波形処理回路は図１(a) に示す構成の
ものに限るものではなく、原理的には図２(a) に示すよ
うに、２次側高電圧波形を遅延する容量成分６０ａと、
その立ち上がりピークを抑えて垂下特性を持たせる誘導
成分６０ｂと、上記電流を減衰する抵抗成分６０ｃとが
相互に並列に接続された回路構成であればよい。

【００４２】ただし、図２(c) に示すような、誘導成分
を有しない回路６５も場合によっては用いることもでき
る。この回路では、第２の直列接続体６２を容量の大き
な第１のコンデンサ６２ａ及び第２の抵抗６２ｂから構
成し、この直列連続体６２に第１の抵抗６１と容量の小
さい第２のコンデンサ６３とをともに並列に接続してい
る。

【００４３】この場合アークに垂下特性を持たせること
はあまり期待できないが、イグニッションコイルの２次
側で発生される高電圧の立ち上がりピークを抑えて、波
形平坦部分でのエネルギーの増大や該波形平坦部分の延
長ができる効果が得られる。

【００４４】また上記第１の実施例において、点火プラ
グと並列に、コンデンサとコイルを並列接続してなるＬ
Ｃ回路を接続してもよく、この場合、磁歪共振や共振現
象を利用してアークの持続時間をさらに増大することが
できる。

【００４５】図２(d) は本発明の第２の実施例によるエ
ンジンの点火装置を説明するための図であり、ここでは
第１の実施例の回路構成において波形処理回路６０と点
火プラグ２０との間にさらに付加抵抗６を直列に接続し
た構成とし、上記付加抵抗６を点火プラグ２０の電極２
１の一部に組み込んでいる。その他の構成は第１の実施
例と同一である。

【００４６】この場合上記付加抵抗６によって電磁雑音
の低減とともに、アーク持続時間の増大を図ることがで
きる効果がある。

【００４７】（II）次に電源装置の構成について説明す
る。自動車に搭載した１２Ｖ等のバッテリより３相交流
を得るためには本願発明者が開発し、既に出願している
特願平２−２８８８７８号記載の電源装置を用いる。

【００４８】図４(a) はこの直流−三相交流変換電源装
置の構成を、図４(b) はその出力波形を示し、図におい
て、４０１は直流電源、４０２は直流電力を交流電力に
変換する変換部で、直流電源４０１の正及び負電圧に接
続された正側及び負側接点４２４ａ〜４２４ｃを有し、
該正側及び負側接点のオン，オフあるいは正側，負側接
点間での切換が可能なスイッチ回路４２１ａ〜４２１ｃ
と、該スイッチ回路４２１に接続されたリアクタンス回
路４２２ａ〜４２２ｃとからなる。また４０６ａ〜４０
６ｃは上記変換部４０２の出力端子である。

【００４９】また４０３は上記スイッチ回路４２１の切
換周期Ｔ₀の１／３の位相差（１／３Ｔ₀）でもって各
スイッチ回路を切換制御する制御回路である。

【００５０】次に動作について説明する。まず１相のみ
について考える。制御回路４０３により１つのスイッチ
回路４２１の切換動作を所定のタイミングで行うと、リ
アクタンス回路４２２には誘導起電力が発生し、これに
よって出力端子４０６にはニュートラル端子４０７に対
し、図４(c) に示すように所定周期の垂下特性を持った
鋸歯状の電流が誘導されることとなる。そしてこれを制
御回路４０３により３相分のすべてにつき、一周期Ｔ₀
の１／３の位相差（１／３Ｔ₀）でもって行うと、各出
力端子４０６ａ〜４０６ｃにはニュートラル電極４０７
に対し、図４(b) に示すような３相交流が出力されるこ
ととなる。ここで、３相出力の垂下特性の形，即ち立下
りの遅速の程度はリアクタンス回路４２２ａ〜４２２ｃ
のインダクタンスの値を変えることにより変えることが
でき、ほとんど矩形波に近い出力をも得ることができる
ものである。

【００５１】（III ）次にマルチアーク系の構成につい
て説明する。マルチアークというのは、３本，６本等３
Ｎ（Ｎは整数）本の電極をその先端を相互に近接させて
相互に１２０°間隔，６０°間隔等，等間隔に円錐の側
面上に配置し、これらに３相，６相等の電源の各相電圧
を印加することにより上記電極先端間に複数のアーク放
電を発生させ、全体として非常に強力なマルチアーク炎
を発生させることができるものであり、溶接等の分野に
利用されて非常に強大な効果を発揮するものである。本
マルチアークは本発明者の発明になるもので、特公昭５
３−３２３５３，特公昭５３−３９３７７，特公昭５４
−４１５５１，特公昭５５−４９９５０，特公昭５５−
５１６７０，特公昭５６−１８３１２，特公昭５６−３
０１１３，特公昭５６−３１１８４，特公昭５６−３１
１８６，特公昭５６−３１１８８，特公昭５６−４９６
６５，特公昭５７−５６２６，特公昭５７−５６２７，
特公昭５７−５２１４９，特公昭６０−１３４３８，実
開昭５２−６５１１９，特開昭６３−１３０２６９，特
開昭６４−２２９３号，特開昭６４−７３０６６等に開
示されている。

【００５２】本願発明はこのマルチアークを点火プラグ
の点火に用いたもので、そのマルチアーク系の構成は図
３に示される。図３(a) に示すように、３相交流電源３
００の出力３００ａ，３００ｂ，３００ｃを先端を近接
して相互に１２０°間隔で配置した３つの電極３０１，
３０２，３０３の各々に印加すると、各隣接する電極３
０１，３０２，３０３間に３本のアークが発生し、全体
で非常に強力なマルチアーク炎が得られるものである。
また図３(b) に示すように６本の電極３０１〜３０６を
その先端を相互に近接させて相互に６０°間隔で配置
し、そのうちの相対向する一対の電極に３相の各相ａ，
ｂ，ｃの出力を印加すると、各電極間に計６本のアーク
が発生し、強力なマルチアーク炎が得られる。また図３
(c) に示すように、３相電源３００をＹ結線の構成と
し、上記６電極に加えてニュートラル電極３０７を設
け、これをＹ結線のニュートラルに接続する構成として
もよく、この場合各電極間に６本，各電極とニュートラ
ル電極間に６本、計１２本のアークが得られ、より一層
強力なアーク炎が得られることとなる。

【００５３】また、３相電源と同様の原理で６相電源を
構成し、６電極の各々に各相電圧を印加するようにして
もよく、この場合も各電極間に６本，ニュートラル電極
を設ければ計１２本のアークが得られ、非常に強力なア
ーク炎が得られることとなる。

【００５４】以上いずれの例の場合も、電極の先端を相
互に近接させて配置しているので，上記３本，６本，あ
るいは１２本のアークは融合して一体のアーク雰囲気を
形成するものである。このマルチアークのさらなる主要
な特徴は以下のとおりである。

【００５５】(1) 電極の先端に回転磁界が発生するた
め、燃料に対する電気的撹拌作用が期待できる。 (2) ３の倍数で相数，電極数を増やすことが可能であ
る。 (3) ３相、６相等の多相交流を用いており、各相の合計
電流は常に０となり、アース線は不要である。ただし上
述のように複数の電極の中心部にニュートラル電極を設
けることにより、より強力なアークを発生させることが
できる。

【００５６】本願発明はこのマルチアークをエンジンに
おける点火プラグの点火に用いたもので，その構成は自
動車に搭載した図４(a) のバッテリ４０１から電源装置
４００により３相交流出力４０６ａ〜４０６ｃ（図４
(b) に示す波形）を得、一方図１(a) の点火回路の構成
を電源４０と点火プラグ２０を除いて３相分設け、上記
各相の交流出力４０６ａ〜４０６ｃを各相分のイグニッ
ションコイル１０の一次側に印加し、その２次側出力を
図１(c) ，(d) に示す点火プラグ２０の各電極２１ａ，
２１ｂ，２１ｃに接続することにより、点火プラグの各
電極と他の電極あるいはニュートラル電極間に点火アー
クを発生させて燃料の着火を行わせるものであり、これ
は従来の単相, 直流による点火方式に比し、以下の効果
が得られる。

【００５７】(1) ３相交流を用いているので、アークの
発生時間を３倍に長くとれ、燃料の着火，燃焼を充分に
行うことができる。 (2) 用いている電源装置が、直流電源からインバータ方
式を利用して３相交流を得るものであるため、電源装置
の出力の波形（出力時間）を調整することにより、アー
ク時間の長短を調整することができる。 (3) １２０°間隔，６０°間隔で配置した３本又は６本
の電極に３相交流を印加しているので，電極棒の先端近
傍には回転磁界が発生し、周辺の燃料を撹拌し、活性を
与えるので、燃料の着火，燃焼をより十分にできる効果
がある。

【００５８】従って本発明実施例のエンジンの点火装置
では、直流電力を３相交流に変換する電源装置と、３電
極又は６電極を有する点火プラグと、３相分のイグニッ
ションコイルとを備え、エンジンの点火にマルチアーク
点火を用いることにより、点火時間を単相の場合に比し
約３倍と長くすることができ、着火及び燃焼をより確実
に行うことができ、燃焼効率を飛躍的に向上できるとと
もに燃費を大きく向上でき、しかも排気ガスの有害成分
をも大きく減少できるものである。

【００５９】また、イグニッションコイルの２次側高電
圧波形を立ち上がりの急峻なパルス波部分と低電圧で持
続時間の長い平坦部分とを重畳した波形としたので、着
火に続く燃焼の維持時間を十分にとることができ、やは
り燃焼効率を大幅に向上できる効果がある。

【００６０】（Ｉ−２）次にイグニッションコイルの２
次側に、上記実施例と同様の趣旨で、立上りの急峻な、
ピーク電圧の非常に高いパルス電圧と、放電維持のため
の低電圧矩形出力との重畳波を発生するようにした、本
発明の他の実施例について説明する。

【００６１】図５はこの発明の他の実施例におけるイグ
ニッションコイルの２次側に得られる波形，及びこれを
得るための構成を示し、図５(a) において、５００Ａ，
５００Ｂはトランス、５１２Ａ，５１２ＢはＡトラン
ス、Ｂトランスのイグニッションコイルの１次側コイル
でともに１００ターンであり、印加電圧は４Ｖである。
５１３Ａ，５１３Ｂはイグニッションコイルの２次コイ
ルで、それぞれ２０００ターン、６００ターンであり、
出力される電圧はイグニッション回路をオフしたときに
でる絶縁破壊電圧１万Ｖ，および定電流が流れている状
態ででる維持電圧６０Ｖである。ここで、コイルの巻き
数は電極間のギャップ等のプラグの構造によって変化す
るものである。５０１はＡトランス側の１次側に設けら
れた進相用コンデンサー、５０２はＢトランス側の１次
側に設けられた遅相用インダクタンスである。５０３は
Ａトランスの２次側に設けられた絶縁破壊電圧の立下り
に垂下特性を持たせるための遅相用インダクタンスであ
る。５０４はＢトランス側の２次側に設けられた維持電
圧の立下りに垂下特性を持たせるための遅相用インダク
タンスである。５０５はＡトランス側の１次側に設けら
れ、基準時ｔ₀より 1. 5 ／1000秒後にオフとなるタイ
マースイッチ、５０６はＢトランス側の１次側に設けら
れ、基準時ｔ₀より6 ／1000秒後にオフとなるタイマー
スイッチである。５１４は点火プラグのスパークギャッ
プであり、両コイル５１３Ａ，５１３Ｂはこれに対し並
列に接続されている。

【００６２】また図５(c) において、５２０はＡトラン
スにより発生する波高値１万Ｖの空気絶縁を破るための
パルス波で、その立ち上がり時間は進相用コンデンサー
５０１により基準時ｔ₀より 1／1000秒前とされ、その
立ち下がりの傾斜はインダクタンス５０３により若干ス
ロープを持ち、ｔ₀後のパルス時間はタイマースイッチ
５０５により 1．5 ／1000秒で、全体のパルス時間は約
2．5 ／1000秒である。５２１はＢトランスにより発生
する電圧値６０Ｖのアーク維持電圧で、時間ｔ₀で発生
し、インダクタンス５０２，５０４により立上りに若干
スロープを持つようにされ、タイマースイッチ５０６に
より全体で約 6／1000秒のパルス時間を持つようにされ
ている。

【００６３】図５(d) は３相分全体での点火パルス波形
を示し、図５(d) において、３相交流の周波数は２００
サイクルであり、上記図５(c) の波形が 1．67／1000秒
おきに３つ発生されている。

【００６４】図５(e) は６相６電極の場合の点火パルス
波形を示し、図において、６相交流の周波数は２００サ
イクルであり、上記図５(c) の波形が 0．83／1000秒お
きに６つ発生されている。

【００６５】なお、その他の本第２の実施例の点火回路
の構成は、図１(a) の波形処理回路６０が不要である点
を除いて図１(a) の回路と同様である。また本実施例で
は点火プラグおよび電源装置の構成は上記第１の実施例
のそれと同じである。

【００６６】このような本実施例においては、Ａトラン
スのイグニッションコイルの２次側に、コンデンサ５０
１により 1／1000秒進相され、イグニッションコイルの
１次コイルのオフ時に瞬時に波高値１万Ｖまで立ち上が
り、その立下りがインダクタンス５０３により若干スロ
ープとされ、 1. 5 ／1000秒後にタイマースイッチ５０
５により完全に断とされる空気絶縁を破るためのアーク
５２０と、ｔ₀に立ち上がり、インダクタンス５０２，
５０４により若干スロープを持ち、イグニッションコイ
ルの巻数比４０ターン：６００ターンにより波高値６０
Ｖを持ち、タイマースイッチ５０６により 6／1000秒後
にオフとされるアーク維持電圧とが重畳された図５(c)
に示す波形が得られる。しかもこれがマルチアーク点火
の構成になっているため点火プラグにおける点火パルス
の波形は図５(d) のように３つの連続した波形が得られ
ることとなる。また６相６電極構成とした場合は６相電
源波形（図示省略）に対応し、図５(e) のように１周期
内に６つの波形が連続したものが得られる。従って上記
のような重畳波形によって第１の実施例の波形処理回路
６０によるのと同様に、アーク発生のあとの維持電圧が
十分とれることによって着火のあとの燃焼を確実かつ十
分に得られるとともに、マルチアーク点火の構成によっ
てさらに有効なアークパワーが増大され、燃焼効率を飛
躍的に向上できるという効果が得られる。

【００６７】なお、図５(b) は図５(a) の１次側を共通
とした回路構成である。図中同一符号は相当部分を示
し、５０７は図１(a) の制御回路１５に相当し、エンジ
ン回転に同期してイグニッションコイルを点火制御する
点火制御スイッチである。なお図５(a) においては、５
０１と５０２，５０３と５０４のどちらか一方のみを設
ければよいものである。

【００６８】図６はこの発明の他の実施例による６電極
構成の点火プラグを示し、(a) は断面図、(b) は平面図
である。図において、６０１〜６０６は電極、６０８は
セラミックなどの絶縁性部材、６０９は該絶縁性部材６
０８に装着された、シリンダにとりつけるためのネジ部
６１０を有する金属製部材である。

【００６９】図７はこの発明のさらに他の実施例による
６電極にニュートラル電極を加えた７電極構成の点火プ
ラグを示し、(a) は断面図、(b) は平面図である。図に
おいて、６０７はニュートラル電極であり、他の符号は
図６と全く同じである。

【００７０】なお、上記第１の実施例では点火回路の構
成において波形処理回路を持つものとしたが、マルチア
ーク点火の構成を用いたものにおいてはこれはなくとも
よいものである。

【００７１】また上記第２の実施例におけると同様に、
２次側高電圧波形を立ち上がりピーク部と平坦波形部分
とを有する波形としたもの、あるいは該第２の実施例に
おけるように、Ａ，Ｂトランスを用いて少しその立ち上
がり時間をずらせた構成のものは、これ自身の構成によ
っても十分な着火燃焼の改善が得られるもので、マルチ
アーク点火の構成は必ずしも同時に用いなくてもよいも
のである。

【００７２】

【発明の効果】以上、本発明の請求項１、２に係るエン
ジンの点火装置による場合、点火プラグの各電極間に急
峻な波形の多相電圧が印加される構成となっているの
で、単相電圧が印加される場合に比べてパワーの大きな
アークが発生する。しかも回転磁界によるエネルギーも
発生することから、燃焼効率が飛躍的に増大する。

【００７３】本発明に係る請求項３、４、５に係るエン
ジンの点火装置による場合、アークの発生時間が長くな
る構成となっているので、燃料の着火及び燃焼が確実に
行われ、不完全燃焼を防止することが可能となる。この
結果、燃費を大きく向上させることができ、排気ガスの
有害成分も大幅に減少させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) はこの発明の一実施例によるガソリン自動
車のエンジンの点火装置の１相分の回路構成を示す図、
(b) はそのイグニッションコイルの鉄芯を示す図、(c)
は点火プラグの断面構造を示す図、(d) はその平面図、
(e) ，(f) は上記実施例および従来の点火装置の動作を
説明するための波形図である。

【図２】(a) は波形処理回路の他の例を含む本発明の他
の実施例の点火装置を示す回路構成図、(b) ，(c) ，
(d) はさらに他の実施例の回路の構成図である。

【図３】(a) はこの発明の一実施例によるエンジンの点
火装置の点火プラグの電極とその電源間のマルチアーク
系の構成を示す図、(b) は他の実施例のこれに対応する
構成を示す図、(c) はさらに他の実施例のこれに相当す
る図である。

【図４】(a) は上記実施例の点火装置に用いる３相交流
を形成する電源装置の構成を示す図、(b) はその出力波
形を示す図、(c) はその１相の出力波形を示す図であ
る。

【図５】(a) はこの発明の他の実施例によるエンジンの
点火装置のイグニッションコイルの２次側波形を出力す
るための構成を示す図、(b) はこの構成の変形例の回路
構成を示す図、(c) はその１相分の点火パルス波形図、
(d) は３相分の点火パルス波形図、(e) は６相６電極構
成の場合の点火パルス波形図である。

【図６】(a) はこの発明の他の実施例による６電極構成
の点火プラグの断面図、(b) はその平面図である。

【図７】(a) はこの発明による７電極構成の点火プラグ
の断面図、(b) はその平面図である。

【図８】従来のエンジンの点火装置を説明するための図
である。

【図９】(a) は従来の他のエンジンの点火装置を説明す
るための図、(b) は従来の点火装置におけるスパークプ
ラグの問題点を説明するための図である。

【符号の説明】

１０イグニッションコイル１２１次側コイル１３２次側コイル２０点火プラグ２１中央電極６０波形処理回路６１第１の直列接続体６２第２の直列接続体６３第２のコンデンサ１１イグニッションコイルの鉄芯２１ａ，２１ｂ，２１ｃ金属製芯材（電極）４０１直流電源４０２直流電力を交流電力に変換する変換部４２４ａ〜４２４ｃ正側接点４２５ａ〜４２５ｃ負側接点４２１ａ〜４２１ｃスイッチ回路４２２ａ〜４２２ｃリアクタンス回路４０６ａ〜４０６ｃ変換部の出力端子４０３制御回路３００３相交流電源３０１，３０２，３０３３つの電極５００Ａ，５００Ｂトランス５１２Ａ，５１２Ｂイグニッションコイルの１次コ
イル５１３Ａ，５１３Ｂイグニッションコイルの２次コ
イル５２０点火プラグのスパークギャップ６０１〜６０６６つの電極６０７ニュートラル電極３０７

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02P 15/08 301 F02P 3/00 F02P 3/045 312

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】３以上の複数の電極が絶縁体内を通して
固定されており且つ前記電極の各先端が互いに等間隔と
なるように配置された点火プラグを備えており、前記点
火プラグを点火させるに当たり、記電極の各先端が互い
に等間隔となるように配置された点火プラグを備えてお
り、急峻な波形の多相高電圧を生成して前記複数の電極
に印加する構成となってい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、入力された直流電圧に基づいて垂下特性を有した
多相電圧を生成する多相変換電源装置と、多相変換電源
装置の出力電圧を各相毎に高圧化し前記複数の電極に各
々印加する複数のイグニッションコイルと、前記点火プ
ラグをエンジンの回転と同期して点火させるために前記
イグニッションコイルの１次側電流をオンオフ制御する
点火回路とを具備したことを特徴とするエンジンの点火
装置。
【請求項３】請求項２記載のエンジンの点火装置にお
いて、前記電極に印加すべき電圧を急峻に立ち上がった
後、引き続いて滑らかに減衰するような波形にするため
に、前記イグニッションコイルの出力電圧に、矩形波状
低電圧と、立ち上がりの急峻なパルス波電圧とを重畳す
る構成となっていることを特徴とするエンジンの点火装
置。
【請求項４】請求項２記載のエンジンの点火装置にお
いて、前記電極に印加すべき電圧を急峻に立ち上がった
後、引き続いて滑らかに減衰するような波形にするため
に、前記イグニッションコイルの出力電圧に、立ち下が
り傾斜が小さい矩形波低電圧と、当該電圧より少し進相
した立ち上がりの急峻なパルス波電圧とを重畳する構成
となっていることを特徴とするエンジンの点火装置。
【請求項５】請求項２記載のエンジンの点火装置にお
いて、前記電極に印加すべき電圧を急峻に立ち上がった
後、引き続いて滑らかに減衰するような波形にするため
に、前記イグニッションコイルの後段に波形処理回路が
接続された構成となっていることを特徴とするエンジン
の点火装置。