JPS5840030B2 - 点火装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、点火装置に関し、特に点火プラグを長時間は
ぼ連続的に放電させるものに関する。

従来火花点火式エンジンに用いられる点火装置は、点火
コイルと断続器から構成されており、エンジンの１回の
燃焼に対して点火プラグを瞬間的に放電させ、放電によ
り生じる電気火花で圧縮された混合気を着火させている
。

ところが、上記従来装置では、混合気を希薄化したり多
量の排気ガス再循環を行った場合には、十分な着火能力
が得られず、エンジンの燃費が悪化したり、排気ガス有
害成分が多量に排出されるという問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、簡潔な構成
でもって磁気モードによるトリガ高電圧とトランスモー
ドによる持続放電電圧とを周期的に発生させることによ
り、トリガ高電圧でまず点火プラグをトリガして放電を
開始させ、その後、持続放電電圧で点火プラグを持続放
電させる火花放電動作を周期的に繰返すことになって、
十分な着火能力が得られ、点火プラグの火花放電により
燃料が着火燃焼するエンジン等燃焼装置の燃費向上及び
排気ガス有害成分の排出量低減を達成し得る点火装置を
提供することを目的とする。

特に本発明では、中間端子付トランス、ダイオード及び
トランジスタを有機的に接続して動作させることにより
上記問題に対処しようとするものである。

以下本発明を図に示す実施例により説明する。

第１図において、点火プラグ１は模式的に示したがそれ
ぞれ中心電極と接地電極を有する公知のもので、エンジ
ン各気筒のシリンダヘッドに装着されている。

エンジンは図示しないが自動車駆動用の４気筒４サイク
ル火花点火式エンジンである。

点火プラグ１は、ディストリビュータ１０を経て本発明
になる点火装置２０から高電圧が印加されるよう構成さ
れており、点火プラグ１とディストリビュータ１０とは
４本の高圧ケーブル２によって、またディストリビュー
タ１０と点火装置２０とは１本の高圧ケーブル３によっ
て接続されている。

ディストリビュータ１０は、同一間隔で同一円周上に配
列された受電電極１１と、エンジンのクランク軸と同期
してクランク軸２回転で１回転する回転電極１２とを備
える公知のもので、受電電極１１の一つと回転電極１２
とが対向すると点火プラグ１の一つに点火装置２０の高
電圧が印加される。

また、ディストリビュータ１０には、回転電極１２と一
体的に回転する４山カム１３及びこの４山カム１３によ
って開閉される断続器１４が設けられており、断続器１
４のオン・オフ信号は放電（点火）開始時期と放電終了
時期を示す信号として点火装置２０に入力される。

点火装置２０は、直流電源をなす車載バッテリ４から直
流１２Ｖ程度の電圧が入力されており、この直流電圧が
２０ＫＶ程度の高電圧を発生する。

次に第２図により点火装置２０について詳細に説明する
。

波形整形回路２１は、入力信号を方形波パルス信号に波
形整形する公知の回路で、入力信号として断続器１４の
オン・オフ信号が入力されている。

発振回路２２は、公知の無安定マルチバイブレークで構
成されており、５ＫＨｚ程度の一定周波数の方形波パル
ス信号を発生する。

ＡＮＤゲート２３は、波形整形回路２１と発振回路２２
の出力信号のＡＮＤ論理をとる回路で、波形整形回路２
１がルベル信号を出力している間発振回路２２の出力パ
ルス信号を通過させ、波形整形回路２１が０レベル信号
を出力すると常に０レベル信号を出力する。

ＡＮＤゲート２４は、波形整形回路２１の出力信号と、
発振回路２２の出力信号を反転させるインバータ２５の
出力信号とのＡＮＤ論理をとる回路で、波形整形回路２
１がルベル信号を出力している間インバータ２５の出力
パルス信号を通過させ、波形整形回路２１がＯレベル信
号を出力すると常に０レベル信号を出力する。

ＮＰＮ型パワートランジスタ２６．２７は、それぞれＡ
ＮＤゲー）２３．２４の出力によりプッシュプル動作を
行うよう結線されており、トランジスタ２６のベースは
抵抗２８を介してＡＮＤゲート２３の出力端子に接続さ
れ、他方トランジスタ２７のベースは抵抗２９を介して
ＡＮＤゲート２４の出力端子に接続されている。

また、トランジスタ２６．２７は、それぞれダイオード
３１゜３２を介してトランス４０に接続されており、各
コレクタがそれぞれダイオード３１．３２のカソードに
接続されている。

さらに、トランジスタ２６．２７のエミッタは、導線Ｌ
１によりバッテリ４のマイナス端子Ｎに接続されている
。

トランス４０は、巻線比１００程度の一次コイル４１及
び二次コイル４２を有し、−次コイル４１に発生する電
圧を昇圧して二次コイル４２から出力するもので、−次
コイル４１の端子４３゜４４はダイオード３１．３２の
アノードに接続され、中間端子４５は導線Ｌ２によりバ
ッテリ４のプラス端子Ｐに接続されている。

また、二次コイル４２の端子４６はディストリビュータ
１０の回転電極１２に接続され、端子４７は接地されて
いる。

また、−次コイル４１及び二次コイル４２は、第３図に
示すようにボビンに巻かれた状態で閉磁路を形成する１
対のＵ字形状のフェライトコア４８に巻装されており、
またこのフェライトコア４８で形成される磁気回路中に
は約０．２５ｍ７１程度のギャップ４９が２個形成され
ている。

上記構成において、エンジンの作動中、ディストリビュ
ータ１０の４山カム１３は回転し続けており、断続器１
４の接点がオン・オフを繰り返すため、点火装置２０の
波形整形回路２１は第４図ａに示すような方形波パルス
信号を出力する。

即ち波形整形回路２１は、断続器１４の接点がオンから
オフになるとルベルの信号を、オフからオンになると０
レベルの信号を出力する。

一方、発振回路２２は５ ＫＨｚ程度の一定周波数で第
４図すに示すような方形波パルス信号を発振し、またイ
ンバータ２５はこのパルス信号を反転したパルス信号を
出力する。

したがって、ＡＮＤゲート２３は、第４図Ｃに示すよう
な合成パルス信号を出力し、他方ＡＮＤゲート２４は第
４図ｄに示すような合成パルス信号を出力する。

パワートランジスタ２６．２７はそれぞれＡＮＤゲ゛−
）２３．２４の出力に応じてオン、オフするが、第４図
の期間Ｔにおいては両パワートランジスタ２６．２７の
ベースに互いに逆位相のパルス信号が加わり、これによ
りパワートランジスタ２６．２７はオン、オフを繰返し
行つ０ 第５図Ａは期間Ｔにおける第４図ｄに示す波形の時間軸
を拡大したものであるが、時刻ｔ１においてＡＮＤゲ゛
−ト２４の出力がＯレベルからルベルに立上がると、パ
ワートランジスタ２６はオン状態からオフ状態となり、
他方パワートランジスタ２７はオフ状態からオン状態と
なる。

このパワートランジスタ２６がオフ状態になっても、今
までダイオード３１及びパワートランジスタ２６を経て
流れていた一次コイル電流は、瞬時には零にならず、こ
のため−次コイル４１の端子４３．４４間には第２図の
矢印Ｘ方向に逆起電力が発生する。

ここで、ダイオード３２がなければ、−次コイル電流は
、パワートランジスタ２７のベース−コレクタ間を通じ
て流れ、−次コイル４１の端子４３には低いスパイク電
圧が発生するだけであるが、本発明のようにダイオード
３２が端子４４とトランジスタ２７の間に接続されてい
ると、パワートランジスタ２６がオフ状態になったとき
、このダイオード３２がパワートランジスタ２７のベー
ス−コレクタ間の導通を阻止するため、第５図Ｂで示す
ように一次コイル４１の端子４３にトリガ高電圧■１が
発生し、その後バッテリ電圧の２倍程度の電圧■２まで
低下する。

また、時刻ｔ２において、方形波パルスがルベルから０
レベルになると、パワートランジスタ２６がオフ状態か
らオン状態となり、パワートランジスタ２７がオン状態
からオフ状態となる。

したがって、ダイオード３２及びパワートランジスタ２
７を経て流れていた一次コイル電流はしゃ断され、−次
コイル４１には第２図の矢印Ｙ方向に逆起電力が発生す
る。

このため、−次コイル４１の端子４３には負のトリガ高
電圧■３が発生し、その後アース電位となる。

以下上述の作動を繰り返し、第５図Ｂに示すような波形
の一次電圧が発生する。

この−次電圧に対応してトランス４０の二次コイル４２
に昇圧された二次電圧が発生し、エンジンの点火プラグ
１に加えられる。

ここで、二次コイル４２の端子４６には、無負荷時に第
５図Ｃに示すような波形の二次電圧が発生し、点火プラ
グ１を接続した場合二次電圧は第５図りに示すような波
形となる。

そして、断続器１４のオン、オフで決まる期間Ｔの間は
、ディストリビュータ１０の回転電極１２と配電電極１
１の一つとが対向しており、点火プラグ１の一つに点火
装置２０の高電圧が印加される。

これにより点火プラグ１は一次電圧■１に対応した二次
電圧により容量放電し、その後−次電圧■２に対応した
二次電圧により長期間持続放電する。

以下これが繰り返され、各点火プラグ１はエンジン各気
筒の１回の燃焼に対して長時間はぼ連続かつ安定的に放
電して混合気を確実に着火する。

このため、エンジンへ供給する混合気を希薄化したり多
量の排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行った場合にも着火能
力が低下せず、エンジンの燃費が向上し排気ガス有害成
分の排出量が低減される。

このうち燃費の向上性を示したのが第６図で、エンジン
の回転数１４０ ＱｒＰｒｒＬ％負荷１．２に９−ｍの
エンジン条件で実験を行った場合において、空燃比Ａ／
Ｆを理論空燃比（１４，８）とすると、通常の点火装置
では曲線Ａで示すように燃費率Ｆが４６０（ｇ／ＰＳ−
Ｈ）程度であったが、本発明装置では曲線Ｂで示すよう
に４２５（ｇ／ＰＳ・Ｈ）程度となり良好なる結果が得
られた。

また、第６図に示すように通常の点火装置では空燃比が
１８以上で失火領域となり、エンジンが運転不能となっ
たが、本発明装置では失火領域を空燃比２０以上とする
ことができ、着火能力の向上がこれによっても理解され
る。

なお、上記実施例では、パワートランジスタ２６．２７
にＮＰＮ型を用いたが、第７図に示すようにダイオード
３１．３２の接続方向及びバッテリ４の接続を逆にすれ
ばＰＮＰ型トランジスタを用いることができる。

また上記実施例では、ディストリビュータ１０を用いて
高電圧を点火プラグ１に分配するようにしたが、２気筒
エンジンであれば第８図に示すようにトランス４０の端
子４６．４７に直接点火プラグ１を接続するようにして
もよい。

もちろん、この方式でもトランス４０を２組設ければ４
気筒エンジンにも適用可能である。

また、本発明の点火装置はエンジンの点火用のみならず
、ガスタービン、ボイラー等の点火用にも使用できるこ
とはいうまでもない。

以上述べたように本発明では、点火プラグが容量放電す
るよりは十分低くかつ持続放電が可能な程度の二次電圧
をトランス作用により発生する巻数比となした中間端子
付トランスと１対のパワートランジスタとダイオードと
を発振回路とを有機的に接続したから、トランスの閉磁
路を形成するコアにギャップを設けることにより一次コ
イル通電時の磁気エネルギーがトランスに蓄えられ、次
コイル電流遮断時に一次コイルに発生する逆起電力によ
る電流が流れるのをダイオードによって阻止し、もって
トランスの磁気エネルギーによるトリガ高電圧を発生さ
せ、このトリガ高電圧とトランスのトランス作用による
持続放電電圧とをパルス発生周期に応じて周期的に発生
させることができ、これにより磁気エネルギーによるト
リガ高電圧でまず点火プラグをトリガして放電を開始さ
せ、その後トランス電圧で点火プラグを持続放電させる
ことになるので、十分な着火能力が得られ点火プラグの
火花放電により燃料が着火燃焼するエンジン等の燃焼装
置の燃費を向上できると共に、排気ガスの有害成分の排
出量を低減できるのみならず、トランスによりかなりの
高電圧を加えているのではなく、まずトリガとして磁気
エネルギー高電圧を加え、その後は放電を維持し得る程
度の高電圧を加えているのでエネルギー的にも無駄がな
く、かつ燃焼気流が激しくて点火プラグの火花放電が吹
き消えそうになっても発振回路のパルス発生周期に応じ
て磁気エネルギーによるトリガ高電圧が周期的に加わる
ので火花が消えて着火に失敗するというこうもなく、確
実に着火することができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図は
第１図図示の点火装置を示す電気回路図、第３図は第２
図図示のトランスを示す断面図、第４図及び第５図は本
発明の作動説明に供する各部電圧波形図、第６図は空燃
比と燃費率の関係を示すグラフ、第７図及び第８図は本
発明の他の実施例を示す電気回路図である。 ４・・・・・・直流電源をなすバッテリ、２１・・・・
・・発振回路、２６．２７・・・・・・パワートランジ
スタ、３１゜３２・・・・・・ダイオード、４０・・・
・・・トランス、４１・・・・・・−次コイル、４２・
・・・・・二次コイル、４３，４４・・・・・・端子、
４５・・・・・・中間端子、４８・・・・・・コア、４
９・・・・・・ギャップ、Ｌｌ、Ｌ２・・・・・・導線
、Ｐ、Ｎ・・・・・・出力端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ギャップを介して閉磁路を形成するコア、このコア
   に巻装され１対の端子と中間端子とを有する一次コイル
   及び前記コアに前記−次コイルと同心的に巻装された二
   次コイルを有し、点火プラグが容量放電する電圧よりは
   十分低く、かつこの点火プラグに持続放電が可能な程度
   の二次電圧に一次電圧をトランス作用により昇圧する巻
   数比となしたトランスと、このトランスの二次コイルに
   接続され、火花放電によりエンジン等燃焼装置の燃料を
   着火燃焼させる前記点火プラグと、１対の出力端子を有
   する直流電源と、周期的にパルスを発生する発振回路と
   、この発振回路から互いに逆位相のパルスがベースに加
   えられ、このパルスによって交互にオン、オフする１対
   のトランジスタと、この両トランジスタの両方のエミッ
   タと前記直流電源の一方の出力端子とを接続する導線と
   、前記−次コイルの中間端子と前記直流電源の他方の出
   力端子とを接続する導線と、前記両トランジスタのコレ
   クタと前記−次コイルの端子との間に挿入接続され、前
   記両トランジスタのオンからオフへの切換わり時に前記
   −次コイルに発生する逆起電力による電流が前記両トラ
   ンジスタのベース・コレクタ間を通して流れるのを阻止
   するダイオードとを備え、前記パルスの立上りおよび立
   下り時における前記トランスの磁気エネルギーによるト
   リガ高電圧と前記トランスのトランス作用による持続放
   電電圧とを周期的に発生するようにしたことを特徴とす
   る点火装置。