KR100362732B1 - 내연기관의 점화장치 - Google Patents

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KR100362732B1
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booster
ignition
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piezoelectric element
internal combustion
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나오키 무라사와
스미타카 오가와
무츠미 가타야마
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혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
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Abstract

1차측 압전소자(5)와 2차측 압전소자(6)를 조합하여, 두께방향으로 입력전극(7,8)을 배치하고, 길이방향으로 출력전극(9)을 배치한 압전소자로 이루어진 트랜스로 구성된 승압기(2)를 플러그캡(3)에 내장한다. 이 플러그캡(3)을 점화플러그(4)의 일단에 씌운다. 이 상태에서 입력전극(7,8)에 1차전압 발생수단(1)으로부터 압전소자의 고유공진 주파수 또는 이 성분파형과 같은 파형의 1차전압을 인가하면 승압기(2)는 압전효과에 의해 출력전극(9)으로부터 점화플러그(4)에 직접 고압의 2차전압을 인가하고, 연소실내의 방전갭 사이에서 불꽃방전시킨다. 이에 따라 점화장치를 소형이면서 경량으로 할 수 있음과 동시에, 제조원가의 저감을 도모할 수 있다.

Description

내연기관의 점화장치
기술분야
본 발명은 소형경량화한 내연기관의 점화장치에 관한 것이다.
배경기술
일본국 특개소63-314366호에는 압전소자에 기계적 압박을 가하여 고전압을 발생하는 내연기관의 점화장치가 개시되어 있다. 일본국 특공소58-34722호에는 이와 같은 압전소자를 승압코일과 직렬로 조합한 것이 개시되어 있다.
일본국 특개소62-33408호에는 플러그캡에 이그니션 코일을 일체화시킨 것이 도시되어 있다. 같은 것으로는 일본국 특개평4-143461호가 있으며, 여기에는 실린더헤드상에 한 쌍의 캠샤프트를 배설한 더블오버헤드 캠샤프트(DOHC)형 엔진에 있어서, 캠샤프트 사이에 경사지게 형성된 플러그흘내에 플러그캡을 삽입한 것이 개시되어 있다.
또, 미국특허 제2461098호에는 점화플러그에 이그니션 코일을 일체화시킨 것이 개시되어 있다.
또, 일본국 특개소60-190672호에는 점화용 콘덴서의 방전을 이용하여 2차전압을 발생시키는 CDI형식의 점화회로예가 도시되어 있다.
그런데, 상기 압전소자를 이용하는 것은 기계적인 압박수단을 필요로 하며, 또 디스트리뷰터와 고전압용 하이텐션 코드가 필요해진다. 이 때문에 점화장치가전체적으로 대형화 및 중량화되고 복잡해져서 고가화된다.
또, 이그니션 코일을 사용하는 경우에도 마찬가지로 대형화 및 중량화를 피할 수 없다. 더우기, 플러그캡에 일체화된 것은 대형화되거나 발열을 동반하므로, 자동2륜차용으로 구성된 소형 내연기관에 직접 장착하려면 레이아웃이 곤란해진다.
특히, DOHC형식의 엔진에 이그니션 코일 일체형 플러그캡을 사용하는 경우, 밸브삽입각이 커서 캠샤프트의 간격이 넓은 한정된 경우에는 캠샤프트 사이에 이그니션 코일 부분을 배설할 수 있으므로, 캠커버로부터 플러그캡을 그다지 돌출시키지 않도록 할 수 있으나, 이 경우에는 이그니션 코일이 엔진의 고열에 노출되게 된다.
한편, 밸브삽입각이 작아서 캠샤프트의 간격이 좁은 경우에는 캠샤프트 사이에 이그니션 코일 부분을 배설하기 어려워겨서 플러그캡이 캠커버로부터 외부로 크게 돌출되기 쉬워지기 때문에, 엔진의 레이아웃이 곤란해진다.
또한, 점화회로에 있어서의 승압장치로서 압전소자를 이용하기 위해서는 압전소자에 1차전압을 인가하기 위한 특별하고 유리한 1차전압 발생수단이 필요해진다. 본원발명은 이러한 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.
발명의 개시
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에 관한 내연기관의 점화장치는 1차전압을 인가된 압전소자의 전왜효과에 의해 고압 2차전압을 발생하는 압전소자제 트랜스로 승압기를 구성함과 동시에, 1차전압 발생수단은 상기 압전소자가 그 고유공진 주파수로 진동하기 위한 1차전압을 발생하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 승압기를 1차전압에서 고압2차전압을 출력할 수 있는 압전소자제 트랜스로 구성하면, 압전소자를 이용했음에도 불구하고 출력뿐만 아니라 입력도 전기적으로 할 수 있어서, 종래 필요로 했던 입력수단으로서의 기계적 압박수단이나 분배기구도 불필요해진다.
이 때문에 점화장치 전체의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있으므로, 자동2륜차용으로 구성된 소형 내연기관에 장착해도 레이아웃이 용이해짐과 동시에 입력을 전기적으로 할 수 있으므로, 전자제어에 적합한 구조가 된다.
또, 이 승압기를 플러그캡내에 일체화시킬 수도 있으며, 이렇게 하면 점화장치 전체를 좀더 소형, 경량, 또 구조를 간단히 할 수 있음과 동시에, 종래 필요로 하던 분배기구와 점화플러그를 연결하는 고전압용 하이텐션 코드를 생략할 수 있으므로 저렴해진다. 또한, 이 플러그캡을 내열성 탄성재료로 형성하면 플러그캡이 플러그홀내에서 엔진의 고열과 진동에 노출되어도 승압기를 고온 및 진동으로부터 효과적으로 보호할 수 있다.
한편, 이 플러그캡을 DOHC형식의 내연기관에서 평행한 한쌍의 캠샤프트 사이에 형성된 플러그홀내에 삽입하고 캠커버로부터 외부로 돌출시키지 않고 장착할 수도 있다. 즉, 본 발명에 의하면 플러그캡이 충분히 소형이기 때문에 DOHC형식의 엔진에 장착해도 캠커버에서 외부로 돌출되지 않도록 그 내부에 콤팩트하게 수용할 수 있다.
따라서, 밸브삽입각이 적고, 또 한 쌍의 캠샤프트 간격이 좁아서 구멍직경이 비교적 작은 플러그홀에 대해서도 그 내부에 충분히 삽입하여 장착할 수 있기 때문에 엔진의 레이아웃을 제약하는 일이 없어진다.
한편, 승압기를 점화플러그내에 일체화시킬 수도 있는데, 이렇게 하면 플러그캡을 생략할 수 있어서 점화장치 전체를 좀더 소형, 경량화할 수 있으며, 또 구조를 간단히 할 수 있다.
또, 1차전압 발생수단을, 전원에 접속된 발진회로와, 이 발진회로와 승압기의 1차측 사이에 직렬로 접속되어 점화시기 결정회로에 의해 온-오프되는 스위치소자로 구성함과 동시에, 발진회로의 출력주파수를 압전소자의 고유공진 주파수에 일치시킬 수도 있다. 이렇게 하면 CDI방식으로서 종래부터 알려져 있는 점화회로중 배터리전원을 DC-DC컨버터로 승합하여 소정의 1차전압을 얻기 위한 발진회로로서 기존의 발진회로부분을 유용할 수 있다.
한편, 1차전압 발생수단을, 전원과 승압기의 1차측 사이에 직렬로 접속되어 승압기를 구성하는 압전소자의 고유공진 주파수에 일치시킨 주파수를 발생하는 발진회로와, 이 발진회로에 소정의 타이밍과 시간만큼 발진시키기 위한 발진동작신호를 인가하는 점화시기 결정회로로 구성할 수도 있다. 이와 같이, 압전소자의 고유공진 주파수에 일치시킨 주파수를 발생하는 발진회로를 점화시기 결정회로에 의해 직접 소정 타이밍과 시간만큼 발진시키도록 하면 구성을 보다 간단하게 할 수 있다.
또, 1차전압 발생수단을 전원에 접속된 점화용 콘덴서와, 이 점화용 콘덴서와 병렬로 접속된 승압기와, 점화용 콘덴서의 방전회로에 배치되어 점화시기 결정회로에 의해 온·오프되는 스위치소자로 구성함과 동시에, 점화용 콘덴서의 방전회로에 있어서 방전시의 전압하강파형을 결정하는 시정수를 이 하강파형과 압전소자의 고유공진주파수의 성분파형이 일치하도록 결정할 수도 있다. 이렇게 하면 발진회로를 생략할 수 있어서 발진회로에 있어서의 주파수 안정도가 요구되지 않게 된다. 그밖에, 승압기 자체도 콘덴서로서 이용할 수 있으므로, 그만큼 점화용 콘덴서를 보다 소형화할 수 있다. 또, 스위치소자로서 사이리스터를 사용할 수 있음에 따라 점화신호는 펄스신호로 족하고 점화시기 결정회로는 종래의 펄서회로를 그대로 사용할 수 있기 때문에 저렴해진다.
한편, 1차전압 발생수단을 전원에 접속된 점화용 콘덴서와, 이 점화용 콘덴서의 방전회로를 형성하며 점화시기 결정회로에 의해 온·오프되는 스위치소자와, 이 스위치소자와 접지단자 사이에 직렬로 접속된 승압기로 구성함과 동시에, 상기 점화용 콘덴서의 방전에 따라 승압기의 1차측에 발생하는 1차전압의 상승파형을 결정하는 시정수를 상기 전압상승파형과 압전소자의 고유공진 주파수의 성분파형이 일치하도록 결정할 수도 있다. 이렇게 하면 압전소자의 기계적 진동이용은 상기의 감쇠진동을 이용하는 것에 비해 용이해진다.
또, 1차전압발생수단을, 전원에 접속시켜서 점화시기 결정회로에 의해 온 · 오프되는 스위치소자와, 이 스위치소자가 개폐되는 2단자 사이에 병렬로 접속된 승압기로 구성함과 동시에, 스위치소자를 오프로 했을 때의 상기 2단자 사이에 있어서의 전압상승파형을 결정하는 시정수를 상기 전압상승파형과 압전소자의 고유공진주파수 성분파형이 일치하도록 결정할 수도 있다. 이와 같이 회로를 구성하면 종래부터 많이 이용되고 있는 배터리 점화형식회로에 있어서의 기본구성을 이용할 수있다는 이점이 있다.
도면의 간단한 설명
제1도는 실시예에 관한 개념도,
제2도는 승압기의 개념도,
제3도는 구체적인 사용예를 도시한 단면도,
제4도는 다른 형식에 관한 개념도,
제5A도는 1차전압 발생수단에 관한 제1타입의 회로도,
제5B도는 상기 제1타입의 변형예 회로도,
제6도는 제5A도에 도시한 회로에 있어서 각 부의 파형도,
제7도는 제1타입의 다른 구체화한 회로도,
제8도는 1차전압 발생수단에 관한 제2타입의 회로도,
제9도는 상기 회로에 있어서의 파형도,
제10도는 1차전압 발생수단에 관한 제3타입의 회로도,
제11도는 상기 회로에 있어서의 파형도,
제12도는 1차전압 발생수단에 관한 제4타입의 회로도,
제13도는 상기 회로에 있어서의 파형도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
제l도 내지 제3도에 의거해서 플러그캡 일체형으로 구성된 한 형태를 설명한다. 제1도는 실시예의 자동2륜차용 점화장치의 개념도로서, 차에 설치된 배터리(B) 등 적당한 전원에 접속된 1차전압 발생수단(1), 승압기(2)를 내장한 플러그캡(3)및 이 플러그캡이 씌워진 공지의 종래형 점화플러그(4)로 구성되어 있다.
승압기(2)는 피에조소자로 알려진 평판형상의 압전세락믹소자로 이루어진 1차측 압전소자(5)와 2차차측 압전소자(6)를 조합하고, 1차측 압전소자(5)에 입력전극(7)(8)을 배치하고, 또 2차측 압전소자(6)에 출력전극(9)을 배치한 압전소자로 이루어진 트랜스이다.
이 출력전극(9)이 플러그캡(3)을 점화플러그(4)에 씌웠을 때 점화플러그(4)와 도통하며, 출력전극(9)으로부터의 2차전압에 의해 점화플러그(4)가 방전갭 사이에서 화화(火花)방전하도록 되어 있다.
제2도는 승압기(2)의 구성을 개략적으로 도시한 것으로, 1차측 압전소자(5)의 두께방향 양쪽에 입력전극(7)(8)을 배치하고, 또 2차측 압전소자(6)에 있어서 길이방향의 단부중 1차측 압전소자(5)와 접촉하지 않은 쪽에 출력전극(9)을 배치하고 있다.
이 승압기(2)는 1차전압으로서 1차측 압전소자(5)와 2차측 압전소자(6)의 길이방향에서 결정되는 고유공진 주파수의 교류를 입력전극(7)(8)에 가하면 전왜효과에 의해 길이방향으로 강한 기계진동이 발생하여 출력전극(9)으로부터 전기로 재변환되어 고압의 2차전압으로서 출력되게 되어 있다.
이때 2차전압은 1차측과 2차측의 임피던스비에 따라 결정되므로, 설정에 따라 2차측을 불꽃방전에 충분한 높이까지 승압할 수 있는데, 예를들면 1차측 12V에 대해 2차측 10～20KV와 같은 설정을 할 수 있다.
따라서, 1차전압 발생수단(1)은 이와 같은 1차전압을 발생하는 것으로, 후술하는 바와 같이 상기 고유공진 주파수의 교류 또는 그 성분파형을 가진 1차전압을 발생한다.
제3도는 자동2륜차의 DOHC형 엔진에 적용한 구체적인 구조를 나타내며, 실린더헤드(10)의 중심부에는 깊은 플러그홀(11)이 형성되고, 이것을 사이에 두고 흡기밸브(12), 배기밸브(13) 및 이들을 구동하는 한쌍의 캠샤프트(14)(15)가 배설되며, 캠커버(16)로 덮여져 있다.
이 플러그캡(3)은 그 본체부(20)로서 내열성 탄성절연재료로 이루어진 통행상부재가 배설되며, 그 일단에 플랜지부(21)가 형성되어 있다.
플랜지부(21)는 플러그캡(3)을 플러그홀(11)내에 삽입했을 때, 플랜지부(21)에 형성된 홈부(22)가 플러그홀(11)의 상단개구부 가장자리에 형성된 돌출부(17)에 감합되어 위치결정된다.
플러그홀(11)의 상단개구부는 캠커버(16)에 형성된 오목부(16a)에 형성되어 있으나, 플랜지부(21)는 이 근방에 위치하며, 캠커버(16)의 최대돌출부(16b)에서 외부로 불거져 나오지 않아 플러그캡(3) 전체가 캠커버(16) 내부에 수용되어 있다.
또한, 본체부(20)를 구성하는 내열성 탄성절연재료로는 실리콘고무 등 내열성 고무재료가 적당하다.
플랜지부(21)의 중앙부에는 플러그마개(23)가 장착되며, 여기에서 전선(24)이 외부로 연장되어 상기 1차전압발생수단(1)에 접속되어 있다. 이 전선은 종래의 하이텐션 코드와 달리 100～200V 정도의 약전용으로도 충분하다.
본체부(20)의 내측에는 페놀수지 등 적당한 내열절연성수지로 이루어진 콘택트홀더(25)를 통해 승압기(2)가 수용되고, 그 2차측 압전소자(6)의 출력전극(9)은 스프링 부세된 콘택트 피스(26)를 통해 콘택트흘더(25)의 선단에 배치된 캡전극(27)과 접속되어 있다.
캡전극(27)은 점차플러그(4)의 접속단자(4a)와 도통접속하고, 또 본체부(20)의 하단부측은 점화플러그(4)의 절연부(45b)를 덮게 되어 있다.
점화플러그(4)는 승압기(2)의 2차전압에 의해 연소실(18)내로 돌출된 중심전극(4c)과 접지전극(4d) 사이에 형성된 방전갭에 불꽃방전을 발생시키며 연소실(18)내의 연료를 연소하도록 되어 있다.
또, 도면중 부호 19a는 흡기통로, 19b는 배기통로, 19c는 실린더블록, 19d는 피스톤이다.
이와 같이 승압기(2)를 구성하면 출력뿐만 아니라 입력도 전기적으로 할 수 있다. 따라서, 종래 필요로 했던 기계적 입력수단인 압박수단이나 분배기구인 디스트리뷰터를 필요로 하지 않는다.
또, 피에조소자로 이루어진 승압기(2)는 비교적 소형이고 경량이기 때문에 플러그캡(3)내에 일체화할 수 있으며, 또 종래의 하이텐션코드를 생략할 수 있다 이를 위해 점화장치 전체적으로 소형화 · 경량화 및 구조가 간단하여 제조코스트가 저렴해진다.
특히, 제3도에 도시한 바와 같이 DOHC형식의 엔진에 사용할 경우에도 플러그캡(3)이 충분히 소형이기 때문에 캠커버(16)로부터 외부로 돌출하지 않고, 그 내부에 콤팩트하게 수용된다 .
따라서, 흡기밸브(12)와 배기밸브(13)가 이루는 각, 즉 밸브삽입각이 작고, 또 한쌍의 캠샤프트(14)(15)의 간격이 좁아짐으로써 비교적 구멍직경이 작은 플러그홀(11)에 대해서도 그 내부에 거의 전체를 삽입하여 장착할 수 있기 때문에 엔진의 레이아웃을 제약하는 일이 없다.
또, 플러그홀(11)내의 플러그캡(3)은 엔진의 고열과 진동에 노출되게 되지만, 본체부(20)로서 내열성 탄성절연재료를 사용했으므로, 승압기(2)를 고온 및 진동으로부터 효과적으로 보호할 수 있다.
따라서, 자동2륜차용으로 구성된 소형 내연기관에 장착하는 경우에도 레이아웃이 용이해지며, 또 전자제어식 1차전압 발생수단(1)에 의한 점화제어에 적합한 구조가 된다.
제4도는 점화플러그에 일체화시킨 다른 형태의 개념도이다. 이 승압기 일체형 점화플러그(4)는 절연부(4b)내에 제1도와 같은 구조의 승압기(2)를 배설하고 있다. 승압기(2)의 입력전극(7)(8)은 코드(24)를 통해 1차전압 발생수단(1)에 접속되어 있다.
승압기(2)의 출력전극(9)은 점화플러그(4)의 중심전극(4c)에 접속하며, 2차전압에 따라 중심전극(4c)과 접지전극(4d) 사이에 형성된 방전갭(4e)에서 불꽃방전을 발생시키도록 되어 있다.
이와 같이 점화플러그(4)내에 승압기(2)를 내장시키는 것도 가능해지며, 플러그캡을 생략할 수 있으므로, 점화장치 전체를 보다 소형, 경량 또한 간단한 구조로 할 수 있다.
다음에, 1차전압 발생수단(1)의 회로구성예를 설명한다. 제5A도는 그 제1타입으로, 배터리 등의 적당한 직류전원(30)과 승압기(2) 사이에 발진회로(31)와 스위치소자(32)를 직렬로 접속하며, 스위치소자(32)는 점화시기 결정회로(33)에서 온 · 오프한다.
발진회로(31)는 승압기(2)의 고유공진 주파수를 발생하도록 조정되며, 점화시기 결정회로(33)는 공지된 펄서회로 등이 사용되어 소정 타이밍에 스위치소자(32)를 온시키도록 되어 있다.
또, 제5B도에 도시한 바와 같이, 점화시기 결정회로(33)를 승압기(2)의 고유공진 주파수를 발생시키도록 조정된 발진회로(31)에 접속하고, 점화시기 결정회로(33)에 의해 소정의 타이밍과 시간만큼 발진시키기 위한 발진동작신호를 발진회로(31)에 인가하면 같은 효과를 얻을 수 있음과 동시에, 구성을 보다 간단하게 할 수 있다.
제6도는 제5A도에 도시한 회로의 각 부에 있어서의 출력파형으로, A에 도시한 발진회로의 출력은 상기 고주파 교류이며, B에 도시한 스위치소자(32)로부터는 소정 시간의 온신호가 출력되는데, 그 결과 C에 도시한 바와 같이 1차전압은 발진회로의 출력이 스위치소자의 온 사이에 인가됨에 따라 D에 도시한 승압된 2차출력을 얻을 수 있다.
이와 같이 하면, 스위치소자(32)의 온 동안 발진회로(31)의 출력이 승압기(2)에 1차전압으로서 인가되기 때문에, 이 인가시간만큼 2차출력을 얻을 수 있기 때문에, 점화플러그(4)에 있어서의 방전시간이 길어져서 강력한 화화점화가가능해진다.
제7도는 스위치소자(32)로서 사이리스터(SCR)를 사용한 상기 제1타입을 좀더 구체화한 예로서, 이 경우 발진회로(31)와 승압기(2) 사이에 소형트랜스(34)를 직렬로 접속하고, 소형트랜스(34)의 2차측 코일과 접지 사이에 사이리스터(SCR)를 순방향으로 접속하고, 그 게이트에 점화시기 결정회로(33)를 접속하고 있다.
소형트랜스(34)는 예를들면 전원의 12V를 100～200V 정도로 승압하는 아주 소형의 것이다. 또, 사이리스터(SCR)는 게이트전압을 안정시키기 위해 접지 근처에 배설하고 있다.
사이리스터(SCH)로부터 전원측의 회로부분은 후술하는 CDI방식중 배터리전원을 DC-DC 컨버터로 숭압하여 소정의 1차전압을 얻기 위한 발진회로로서 기존의 회로부분을 유용할 수 있다.
제8도는 제2타입으로, 제1타입에서 발진회로를 생략함과 동시에 종래의 콘덴서 충방전형식의 회로를 조합한 것이며, 전원과 순방향으로 접속한 다이오드(D)에 저항(R1)을 직렬로 접속하고, 이것과 접지 사이에 저항(R2), 점화용 콘덴서(C) 및 승압기(2)를 병렬로 접속한다. 저항(R2)에는 사이리스터(SCR)의 애노드를 접속하고, 게이트에 점화시기 결정회로(33)를 접속함과 동시에 캐소드를 접지시킨다.
승압기(2)는 입력전극(7)을 저항(R1)에 접속하고, 출력전극(9)에 점화플러그(4)를 접속한다 점화용 콘덴서(C)의 충전회로는 다이오드(D)와 저항(R1) 및 점화용 콘덴서(C)로 구성되며, 저항(R1)은 천천히 충전하기 위해 사용된다. 방전회로는 점화용 콘덴서(C)와 사이리스터(SCR) 및 저항(R2)으로 구성되며, 충전회로와 방전회로는 별개가 된다.
또, 승압기(2)는 1차측 압전소자(5) 및 2차측 압전소자(6)가 각각 유전체이기 때문에 1종의 콘덴서로 기능하며, 승압기(2)도 점화용 콘덴서(C)와 함께 충방전한다.
제9도는 점화용 콘덴서(C)에 있어서의 충방전특성을 나타내며, 횡축에 시간, 종축에 점화용 콘덴서(C)의 전압을 취하고 있다. 이 도면에서 밝혀진 바와 같이 충전은 비교적 천천히 되며, 한편 점화시기 결정회로(33)에 의해 사이리스터(SCR)가 온되어 트리거 온이 되면 그 시점(T0)에서부터 급속히 방전한다.
그래서, 이 방전시의 하강파형을 승압기(2)의 고유공진 주파수의 성분파형과 일치하도록 방전회로의 시정수를 설정하면 방전시에 승압기(2)의 입력전극(7)(8)에 공진주파수의 교류가 인가되면 같은 결과가 된다. 또, 방전회로의 시정수는 점화용 콘덴서(C), 승압기(2) 및 저항(R2)으로 결정된다.
따라서, 제8도에서 충전을 개시하면 점화용 콘덴서(C)와 승압기(2)가 동시에 충전되고, 승압기(2)는 전체효과에 의해 변형을 축적한다. 그 후, 점화시기 결정회로(33)에 의해 사이리스터(SCR)를 온으로 하면 점화용 콘덴서(C) 및 승압기(2)의 쌍방에 충전되어 있던 전하가 저항(R2)을 통해 방전된다.
이 때, 승압기(2)에서는 변형이 해방되지만, 이 해방은 기계진동으로 감쇠되면서 수속된다, 또, 방전회로의 시정수를 방전파형이 승압기(2)의 공진주파수성분과 일치시키고 있으므로, 해방시의 진동초기에 있어서의 진폭이 충분히 커지고, 만일 충전시의 변형량을 +A라고 하면 -A 근처까지 비뚤어지고, 이 감쇠진동 과정에서출력전극(9)에 고전압을 발생시켜서 점화시킬 수 있다.
또, 방전개시시부터 점화시까지 방전회로를 흐르는 전류방향은 일정하다. 그러므로, 스위치소자로서 사이리스터(SCR)를 이용해도 점화까지 사이리스터(SCR)를 전류(轉流)시킬 우려가 없으므로, 스위치소자에 비교적 저렴한 소자인 사이리스터 사용이 가능해진다.
또한, 발진회로가 불필요해지기 때문에 발진회로에 있어서의 주파수 안정도가 요구되지 않게 된다. 또, 사이리스터(SCR)를 사용할 수 있음에 따라 점화신호는 펄스신호로 충분하며, 점화시기 결정회로(33)는 종래의 펄서회로를 그대로 사용할 수 있기 때문에 이러한 이유로 인해 제조코스트가 저렴해진다.
또, 승압기(2) 자체도 콘덴서로서 이용할 수 있으므로, 방전량은 점화용 콘덴서(C)와 승압기(2)의 각 충전용량의 합계가 되므로, 그만큼 점화용 콘덴서(C)를 소형화할 수 있다.
제10도는 제3타입으로, 제8도의 제2타입에 대해 사이리스터(SCR)의 접속위치를 변경하고 있다. 즉, 앞 예의 저항(R2) 대신에 저항(R3)을 승압기(2)와 병렬로 접속하고, 또 승압기(2) 및 저항(R3)의 결선부와 접지 사이에 사이리스터(SCR)를 순방향으로 접속하고, 그 게이트에 점화시기 결정회로(33)를 접속한 것으로, 그밖의 구성은 동일하다. 저항(R1)(R3)의 값은 요구되는 시정수에 따라 적당히 결정된다.
제11도는 점화용 콘덴서(C) 방전시 승압기(2)의 1차전압 시간변화를 나타낸 그래프로서, 횡축에는 시간, 증축에는 1차전압을 취하고 있다.
이 도면에서 밝혀진 바와 같이, 사이리스터(SCR)는 오프의 상태에서 미리 점화용 콘덴서(C)에 충전해 두고, 그 후 사이리스터(SCR)를 온하면 이 트리거온이 된 시점(T0)으로부터의 점화용 콘덴서(C)에 의한 방전에 의해 승압기(2)의 입력전극(7)에 걸리는 1차전압이 급속하게 상승한다.
그래서, 이 1차전압의 상승파형을 승압기(2)의 고유공진 주파수의 성분파형과 일치하도록 설정해 두면, 승압기(2)의 출력전극(9)으로부터 점화에 충분한 고압 2차전압을 출력할 수 있다.
또, 승압기(2)도 상술한 바와 같이 1종의 콘덴서로 기능하므로, 점화후에는 전류의 진동이 발생하고, 사이리스터(SCR)는 전류에 의해 자동적으로 오프가 되어 방전회로가 차단됨과 동시에, 승압기(2)의 입력전극(7)(8)에 축적된 전하는 저항(R3)을 통해 소비된다.
이와 같이 회로를 구성하면 제2타입과 같은 효과를 얻을 수 있음과 동시에, 피에조소자의 기계적 진동이용은 제2타입의 감쇠진동을 이용하는 것보다 용이해진다.
제12도는 배터리 점화방식을 채용한 것으로, 배터리(B)에 코일(L)을 통해 스위치소자(트랜지스터(Tr))를 접속하고, 또 이 트랜지스터(Tr)와 병렬로 승압기(2)를 접속한 것이다.
이와 같이 하면 트랜지스터(Tr)가 온일 때, 콜렉터(C)와 에미터(E) 사이의 전위차(VEC)는 0이며, 트랜지스터(Tr)가 오프되면 배터리전압(VBT)까지 상승한다. 이 변화는 제13도에 나타냈는데, 횡축에는 시간, 종축에는 상기 전위차(VEC)를 취하고 있다.
이 도면에서 밝혀진 바와 같이, 트랜지스터(Tr)를 오프하면 그 시점(TO)으로부터 전위차(VEC)가 급속하게 상승하여 승압기(2)에의 충전이 개시되고, 이 때의 상승파형은 코일(L)을 포함하는 배터리(B)로부터의 회로와 승압기(2)에서 결정되는 시정수에 따른다.
그래서, 미리 충전회로의 시정수를 작게 해서 상승파형이 승압기(2)를 구성하는 압전소자의 고유공진 주파수의 성분파형과 일치하도록 설정하면 트랜지스터(Tr)의 오프에 다른 전위차(VEC)의 상승시에 고압의 2차전압을 출력전극(9)으로부터 출력할 수 있다.
또, 그 후 트랜지스터(Tr)를 온으로 하면 그 시점(T1)으로부터 승압기(2)의 전하가 트랜지스터(Tr)를 통해 방전되어 전위차(VEC)가 하강한다. 이 때 하강파형도 트랜지스터(Tr)의 주파수나 승압기(2) 등에 의해 결정되는 시정수 및 트랜지스터(Tr)에의 베이스 입력파형 등에 의해 결정된다.
따라서, 이 방전회로의 시정수를 설정함으로써 하강을 비교적 완만하게 할 수 있으므로, 승압기(2)의 진동을 방지할 수 있다. 또, 트랜지스터(Tr)에 있어서 온신호의 상승을 완만하게 하더라도 마찬가지로 승압기(2)로부터의 방전을 완만하게 할 수 있다.
이와 같이 회로를 구성하면 제1 및 제2타입과 같은 효과를 얻을 수 있음과 동시에, 종래부터 많이 이용되고 있는 배터리 점화형식의 회로에 있어서 기본구성을 이용할 수 있다는 이점이 있다.
산업상이용가능성
이상과 같이 본 발명에 관한 내연기관의 점화장치는 소형이면서 경량이므로, 자동차나 자동2륜차 등의 내연기관의 점화장치로 바람직하다.

Claims (10)

  1. 승압기에 1차전압을 인가함으로써 출력되는 고압의 2차전압으로 점화플러그에 불꽃방전시키는 내연기관의 점화장치에 있어서, 1차전압을 인가된 압전소자의 전체효과에 의해 고압 2차전압을 발생하는 압전소자로 이루어진 트랜스로 승압기를 구성함과 동시에, 1차전압 발생수단은 상기 압전소자가 그 고유공진 주파수로 진동하기 위한 1차전압을 발생하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 점화장치.
  2. 제1항에 있어서, 승압기를 플러그캡내에 일체화시킨 것을 특징으로 하는 내연기관의 점화장치.
  3. 제2항에 있어서, 플러그캡을 내열성 탄성절연재료로 형성한 것을 특징으로 하는 내연기관의 점화장치.
  4. 제2항에 있어서, DOHC형식의 내연기관에서 평행한 한 쌍의 캠샤프트 사이에 형성된 플러그흘내에 플러그캡을 삽입하고, 플러그캡을 캠커버에서 외부로 돌출시키지 않고 장착한 것을 특징으로 하는 내연기관의 점화장치.
  5. 제1항에 있어서, 승압기를 점화플러그내에 일체화시킨 것을 특징으로 하는 내연기관의 점화장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 1차전압 발생수단이 전원에 접속된 발진회로와, 이 발진회로와 승압기의 1차측 사이에 직렬로 접속되어 점화시기 결정회로에 의해 온·오프되는 스위치소자를 구비함과 동시에, 발진회로의 출력주파수를 압전소자의 고유공진 주파수에 일치시킨 것을 특징으로 하는 내연기관의 점화장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 1차전압 발생수단이 전원과 승압기의 1차측 사이에 직렬로 접속되고, 승압기를 구성하는 압전소자의 고유공진주파수에 일치시킨 주파수를 발생하는 발진회로와, 이 발진회로에 소정의 타이밍과 시간만큼 발진시키기 위한 발진동작신호를 인가하는 점화시기 결정회로를 구비한 것을 특징으로 하는 내연기관의 점화장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 1차전압 발생수단이 전원에 접속된 점화용 콘덴서와, 이 점화용 콘덴서와 병렬로 접속된 승압기와, 점화용 콘덴서의 방전회로에 배치되어 점화시기 결정회로에 의해 온 · 오프되는 스위치소자를 구성함과 동시에, 점화용 콘덴서의 방전회로에 있어서 방전시의 전압하강파형을 결정하는 시정수를 이 하강파형과 압전소자의 고유공진 주파수의 성분파형이 일치되도록 결정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 점화장치.
  9. 제1항에 있어서, 1차전압 발생수단이 전원에 접속된 점화용 콘덴서와, 이 점화용 콘덴서의 방전회로를 형성하며 점화시기 결정회로에 의해 온 · 오프되는 스위치소자와, 이 스위치소자와 접지단자 사이에 직렬로 접속된 승압기를 구성함과 동시에, 상기 점화용 콘덴서의 방전에 따라 승압기의 1차측에 발생하는 1차전압의 상승파형을 결정하는 시정수를 이 상승파형과 압전소자의 고유공진 주파수의 성분파형이 일치하도록 결정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 점화장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 1차전압발생수단이 전원에 접속되어 점화시기 결정회로에 의해 온 · 오프되는 스위치소자와, 이 스위치소자가 개폐되는 2단자 사이에 병렬로 접속된 승압기를 구성함과 동시에, 스위치소자를 오프했을 때 상기 2단자 사이의 전압상승파형을 결정하는 시정수를 상기 상승파형과 압전소자의 고유공진 주파수의 성분파형이 일치하도록 결정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 점화장치.
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