JP2744256B2

JP2744256B2 - エンジンの点火装置

Info

Publication number: JP2744256B2
Application number: JP63275029A
Authority: JP
Inventors: 祐治濱井; 博之山本; 賀雄堀田; 正五渡辺
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1988-10-31
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: JPH02123282A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はエンジンの点火装置に関し、より詳しくは１
つの爆発行程で断続的に繰り返して放電を行なうように
したものに関する。

（従来技術）混合気の希薄限界拡大のために、特開昭60−153464号
公報には、磁場を利用して燃焼室内の混合気の活性化を
図るようにしたものが提案されている。また、特開昭59
−147874号公報には、１つの爆発行程において、１つの
点火プラグから周期的に放電を行わせることにより、放
電回数に応じた数の火炎中心を形成して、燃焼速度を増
大させることが提案されており、吸気の流動性が強くな
る状態のときはより放電回数を多くする（火炎中心の数
を多くする）ことが開示されている。この特開昭59−14
7874号公報に記載のものでは、火炎中心が各放電毎に確
実に形成される（各放電毎に確実に着火される）という
ことが前提となる。

ところで、１つの火炎中心の確実な形成つまり確実な
着火という点に着目してみると、前述した混合気の活性
化というものに着目して、混合気の活性化のために１つ
の爆発行程において複数回の放電を行うマルチストライ
ク式の点火ということが考えられる。つまり、１回目の
放電によって混合気を活性化して、２回目以降の放電で
この活性化された混合気に対して確実に着火させようと
するものである。

このマルチストライク方式のものによれば、長期にわ
たって高エネルギの付与がなされるため、混合気の活性
化及びその活性化領域の拡大により、着火確率の増大及
び着火遅れ時間の短縮が図られて、例えば希薄燃焼に適
用したときには、希薄限界が拡大するという利点を備え
ている。ちなみに、実験的には希薄限界が空燃比（A/
F）で３乃至５拡大することが確認されている。勿論、
連続放電によっても同時の効果が得られると考えられる
が、この場合点火に要するエネルギが、マルチストライ
ク方式に比べて増大する欠点がある。換言すればマルチ
ストライク方式は、相対的に少ないエネルギで着火性の
改善等を図れるという利点がある。

（問題点を解決するための手段、作用）しかしながら、例えばスワール、スキッシュ等のよう
に燃焼室内に大きな混合気の流れを積極的に形成させる
エンジンにこれを適用した場合、以下のような問題があ
る。

すなわち、マルチストライク方式によれば、２回目以
後の放電は、前回の放電で活性化された混合気の塊を通
って行なわれるため、燃焼室内の混合気の流動が大きい
ときには、放電経路が長くなりすぎて、その後の放電が
維持できなくなる等、効率が低下するという問題が生ず
る。

そこで、本発明はマルチストライク方式の点火装置を
前提として、着火性の改善効果等を各運転状態で効率的
に得るようにしたエンジンの点火装置を提供することに
ある。

（問題点を解決するための手段）前記目的を達成するため、本発明にあっては次のよう
な構成としてある。すなわち、エンジンの燃焼室に臨ませて配設された点火プラグ
と、１つの火炎中心の形成のために、燃焼室内の混合気が
活性化するように前記点火プラグを介して燃焼室内に１
つの爆発行程で断続的に複数回の放電を行わせると共
に、１つの爆発行程における各放電時の電圧を回数が増
えるにしたがって次第に降下させる点火手段と、燃焼室内に積極的に混合気の流動を起こさせるか否か
を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、燃焼室内
に積極的に混合気の流動を起こさせる運転状態と判断し
たとき、他の運転状態のときに比べて、放電間隔を短縮
させる放電状態変更手段と、を備えているような構成としてある。

以上構成を前提として、低負荷ほど混合気の流動とな
るスワールが強く生成されるようにし、前記放電状態変
更手段がスワールが強いほど前記放電間隔を短縮させ
る、ようにすることができる。

（発明の効果）請求項１によれば、燃焼室内に積極的に混合気の流動
を起こさせる運転状態では、断続的に行われる放電の間
隔を短縮することで、放電経路が長くなるのを防止で
き、放電経路を所定距離に保つことができることにな
る。すなわち、１回の放電で活性化された混合気の塊が
点火プラグから大きく離れる前に次の放電を行わせるこ
とで、この活性化された混合気で形成される放電経路が
長くなるのを防止でき、これによって１つの火炎中心を
形成する場合における放電つまり着火の確実性を確保で
きることになる。また、放電回数が増えるにしたがって
放電電圧を降下させるので、無駄な点火エネルギ消費を
防止する上でも好ましいものとなる。

請求項２によれば、負荷に応じた好ましいスワールの
強さに対応して、適切な放電間隔として、請求項１に対
応した効果を十分発揮させることができる。

（実施例）以下、本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明
する。

第１図は第１実施例を示すものである。本図におい
て、１はエンジン本体で、エンジン本体１はピストン２
がシリンダ３内を往復動する、いわゆる往復型エンジン
とされて、ピストン２の上方には燃焼室４が画成され、
この燃焼室４に臨んで点火プラグ５が配設され、この点
火プラグ５はその電極間隔が大きい、いわゆるワイドキ
ャップのものとされている。また、燃焼室４には吸気ポ
ート６と排気ポート７とが開口されて、吸気ポート６は
吸気弁８により開閉され、排気ポート７は排気弁９によ
り開閉される。

上記吸気ポート６に連なる主吸気通路10には、上流側
からエアクリーナ11、スロットルバルブ12、スワール切
換えバルブ13が配設されている。また、この主吸気通路
10には、上記スワール切換えバルブ13をバイパスするス
ワール生成吸気通路14が付設され、このスワール生成吸
気通路14は、上記主吸気通路10よりも小さな通路断面積
とされて、その下流端は吸気弁８の直上流に開口され、
このスワール生成吸気通路14を通って燃焼室６内へ流入
する吸気によって、燃焼室６にスワールを生成するよう
にされている。

前記スワール切換えバルブ13は、連結ロッド15を介し
てそのアクチュエータとしてのダイヤフラム16に連結さ
れ、このダイヤフラム16は導気管17によって導かれる吸
気負圧によって作動される。いま、吸気負圧が大きいと
き、つまり、低負荷運転状態にあるときには、連結ロッ
ド15が同図中下方動してスワール切換えバルブ13が閉弁
され、吸気はスワール生成吸気通路14を通って燃焼室４
内に導入されて、この燃焼室４にスワールが生成され
る。一方、吸気負圧が小さいとき、つまり高負荷運転状
態にあるときには、連結ロッド15が上方動してスワール
切換えバルブ13が開弁され、吸気は主吸気通路10を通っ
て燃焼室４内に導入される。

第１図中、Ａはマルチストライクの点火回路、20は点
火タイミングスイッチ、21はイグニッションキースイッ
チで、上記点火回路Ａ中、一次側コイルL₁は、ここでは
L₁′とL₁″とに２分割されて、コイルL₁″には前記連結
ロッド15が挿入され、連結ロッド15はその挿入部15aが
上下に透磁率の異なる部材で構成されて、これにより、
点火回路Ａの回路定数変更手段Ｂが構成されている。

すなわち、上記点火回路Ａにおいて、その２次側の電
流i₂は、近似的に下記の式で表わされる。

i₂＝−Ia（１−ｅ^μｔ）＋KAe^λｔsin（νｔ＋θ）・・・（１）で表わされる。従って放電電流は、振動数νで周期的に
生じ、またｅ^−λｔで減衰していく（第４図参照、なお
第４図において１次側電圧とあるのは、実質的に２次側
電圧と同じことである）。

尚、上記式において、 L₁：一次側コイル L₂：二次側コイル M:相互インダクタンスである。

Ia:アーク電流値又はグロー電流値上記回路Ａにおいてパルス数（放電回数）（第４図
中、〜）を一定に保ったまま、放電間隔（τ）を変
化させるのは、上記λを変えて減衰時間を変えるととも
に、放電の振動数νもそれに応じて変えていく必要があ
る。λを変えるには上記（２）式により抵抗Ｒあるいは
インダクタンスＬを変える必要があり、νを変えるには
上記（３）式によりインダクタンスＬあるいはキャパス
タンスＣを変える必要がある。

つまり、一つの爆発行程で混合気に付与する全エネル
ギを同一として、このエネルギの分配状態を変えるに
は、ＬあるいはＣを変えればよいことになる。

このことを前提として、本実施例では前記の構成、つ
まり回路定数変更手段Ｂにより、スワール切換バルブ13
の開閉度合に応じて、一次側コイルL₁′のインダクタン
スL₁を変更することとされ、これにより、スワール比に
応じたインダクタンスL₁を得ることで、上記式（２）、
（３）のλとνとが、同時に変更されることになる。

そして、ここでは、スワールが強いとき、つまり低負
荷域では同一の放電回数でその放電間隔（τ）を短縮す
るようにされており、これにより放電経路が長くなるの
を防止できることになる。尚、インダクタンスＬを可変
にする代りに、抵抗Ｒを変化させることも考えられる
が、この場合にはエネルギ消費が大きいとう欠点があ
る。

第２図以後の図面は本発明の他の実施例を表すもので
あり、以下の説明において、上記第１実施例と同一の要
素には同一の符号を付すことによりその説明を省略し、
各実施例の特徴部分についてのみ説明を加えることとす
る。

第２図は第２実施例を示す。この実施例は前記回路定
数変更手段Ｂの変形例と、制御条件の変形例とを示すも
のである。

回路定数変更手段Ｂは、ここでは、一次側コイルL₁の
コイル長さを適宜変更する構成とされて、そのインダク
タンスを変えることとされ、この理論的背景は前述の式
による。そして、この一次側コイルL₁のコイル長さの変
更はコントロールユニットＵからの制御信号に基づくも
のとされて、高回転高負荷運転状態では、同一の放電回
数の下で、第４図に示す放電完了時間Ｔを短縮化するよ
うにされている。

つまり、一つの爆発行程で放出するエネルギの分配
を、他の運転状態のときに比べて、高回転高負荷状態の
ときには短時間で完了するようにされている。

すなわち、高回転高負荷運転状態では着火遅れ時間が
短いため、これに対応して上記放電完了時間を短縮化す
ることにより、点火コイルに蓄えられたエネルギを上記
着火遅れ期間中に全て放出させて、点火エネルギの無駄
を無くするようにされている。尚、同図中、符号50は吸
気通路10に拡大室を形成するサージタンク、51は燃焼噴
射弁である。

尚、本実施例ではコントロルユニットＵにエンジン回
転数（r.p.m）、吸入空気量等の信号が入力されて、こ
れらの情報に基づいて高負荷、高回転状態を判別するよ
うにされているが、これに代えて、燃焼室４に着火セン
サ（例えば光ファイバ）を設ける、あるいは点火プラグ
５の回りにイオンセンサを設けて、これにより着火遅れ
時間を直接的に検出し、これを学習値として保存してお
いて、この学習値に基づいて、上記回路定数変更手段Ｂ
を制御するようにしてもよい。尚、上記着火センサ、イ
オンセンサは既知であるので、その詳しい説明は省略す
る。

第３図は第３実施例を示す。この実施例においても前
記回路定数変更手段Ｂの変形例と、制御条件の変形例と
を示すものである。

回路定数変更手段Ｂは、ここでは、コンデンサC₁のキ
ャパンタンスを変更することで構成されている。そし
て、このキャパンタンスの変更は、エンジン負荷状態に
応じて行なわれ、極低負荷時では、第５図に示すよう
に、キャパンタンスが大きくなるように調整するように
なっており、その理論的背景は前述の式に基づくもので
ある。

これにより、極低負荷では、点火完了時間Ｔが一定の
ままで、放電間隔τ（第４図参照）が拡大され、１回当
りの放電エネルギが増大されることになる。

つまり、一つの爆発行程で放出するエネルギの分配
を、他の運転状態のときに比べて、極低負荷域では数少
ない分配回数で行なうようにして、１回の放電エネルギ
を増大するようにされている。

これにより、燃料の気化、霧化が悪いなどの理由で、
着火性に乏しいアイドル運転のような極低負荷運転での
着火性が向上される。尚、着火性が悪いという点では冷
間時も同様であり、したがってエンジンが冷えていると
きには上述の手法により放電間隔τを増大させて、一回
当りの放電エネルギを増大させるようにしてもよい。

第６図以後の図面はワイドギャップとされた点火プラ
グの変形例を示すものである。尚、以下の説明において
も第１実施例と同一に要素には同一ほ参照符号を付すこ
とによりその説明を省略し、各実施例の特徴部分につい
てのみ説明を加えることとする。

第６図はマルチストライク方式の点火装置において、
点火プラグの電極5a、5b間の間隔Ｌに関する実施例を示
す。すなわち、電極5a、5bの間隔（ギャップ長）Ｌは大
きくされて、いわゆるワイドギャップとされているが、
このギャップ長Ｌは下記の式に基づいて設定されてい
る。

Ｌ2nτν ここで、n:放電回数 τ：放電間隔 ν：初期火炎伝播速度の平均値すなわち、ギャップ長Ｌは１回目の放電で形成された火
炎核30の成長速度に基づいて設定するようにしてある。
つまり、放電エネルギは未然ガスに対して付与されるべ
きであり、既燃ガスに付与したとしても何らの意味をも
たず、無駄となる。したがって、第１回目の放電で形成
された火炎核30が最後の放電までに成長する大きさより
も、ギャップ長Ｌの方が等しいか、もしくはそれよりも
大きければ、最後の放電まで無駄なく、未燃ガスの活性
化に寄与させることができる。これにより、放電エネル
ギの全てを初期火炎の成長に役立てることが可能とな
る。

第７図以後の実施例は、点火プラグのギャップ長をエ
ンジン負荷状態に応じて可変とする実施例を示すもので
ある。これら実施例の具体的な構成を説明に先立ってギ
ャップ長を可変とする必要性について説明する。

点火プラグに印加する電圧は高ければ高い程、着火性
は向上する。そして、この着火性の要求は低負荷（軽負
荷を含む）ほど強い。すなわち、混合気の密度が小さい
程着火しにくいため、高電圧を印加する必要がある。し
かしながら、点火プラグのギャップ長を大きくしたとき
に、空気密度が小さい程放電し易いということが知られ
ている。換言すれば、空気密度の大きい高負荷運転状態
では放電が起こりにくいということになる。

したがって、点火プラグのギャップ長を大きくしたと
きには、高負荷運転状態で放電がなされる状態まで印加
電圧を高めてやる必要があり、このため点火プラグに印
加する電圧は高負荷運転状態で規定される。

しかしながら、電圧を大きくすれば大きくする程、点
火プラグ以外の箇所で放電してしまう（フラッシュオー
バの発生）おそれが大となるため、電圧を大きくするに
してもおのずと限界がある。

そこで、放電し易い低負荷運転状態では大きなギャッ
プ長として、未燃ガスの活性化領域を大きくする一方、
放電しにくい高負荷運転状態では小さなギャップ長とし
て、印加すべき電圧が相対的に小さくても済むようにし
たものである。

以下に、このギャップ長を可変とする具体例を第７図
以後の図面に基づいて説明する。

第７図に示す実施例では、点火プラグ40が２つの電極
40a、40bを備えるものとされ、このギャップ長l₂は、点
火タイミング時に位置するピストン２の頂面と電極40a
（40b）との間隔l₁よりも小さな値に設定されている。
そして、一の電極40aは２次電源41に接続され、他の電
極は、スイッチS₁を介して２次電源41に接続可能とさ
れ、またスイッチS₂を介して接地可能とされている。こ
れらスイッチS1とS2とはコントロールユニットＵによっ
て開閉され、コントロールユニットＵには負荷信号が入
力されて、高負荷時にはスイッチS1がOFFとされ、スイ
ッチS2がONされる。これにより、高負荷時には電極40a
と40bとの間で放電されることとなる（有効ギャップ長l
₂（小））。一方低負荷時にはスイッチS1がONされ、ス
イッチS2がOFFされて、電極40aと40bとに同一の電圧が
印加される、これにより低負荷時には電極40a（40b）と
ピストン２との間で放電されることとなる（有効ギャッ
プ長l₁（大））。

第８図に示す実施例は、一の点火プラグ42と他の点火
プラグ43とが設けられ、一の点火プラグ42は２つの電極
42aと42b（アース電極）とを有し、他の点火プラグ43は
一本の電極43aで構成されている（実質はアース電
極）。そして、一の点火プラグ42のギャップ長l₁は、一
の点火プラグ42と他の点火プラグ43との間のギャップ長
l₂よりも大きな値に設定されている。

そして、その他の点火プラグ43は、高負荷時にスイッ
チS1がOFFされ、スイッチS2がONされて、接地される。
これにより、高負荷時には有効ギャップ長がl₂（小）と
されることとなる。

一方低負荷時にはスイッチS1がONされスイッチS2がOF
Fされて、他の点火プラグ43に電圧が印加される。これ
により、低負荷時には一の点火プラグ42の電極42aと42b
との間で放電されることとなる（有効ギャップ長l
₁（大））。

第９図に示す実施例では点火プラグ45が一本の電極45
aで構成されて、放電はシリンダヘッド46又はピストン
２との間で行なわれるようになっている。すなわち、点
火タイミングは、既知のように負荷状態に応じて低負荷
時には進み側に、一方高負荷時には遅れ側に調整される
（第10図参照）。したがって、低負荷時にはピストン２
がシリンダヘッド46よりも離れた位置で点火がなされ、
逆に低負荷時にはピストン２がシリンダヘッド40に接近
した位置（上死点近傍）で点火がなされる。このことを
利用して、点火プラグ45は、その電極45aとシリンダヘ
ッド46との間隙l₁が、高負荷時の点火タイミングに位置
するピストン２との間隙l₂よりも大きな値となるように
設定されている。

これにより、第11図に示すように、低負荷時にはシリ
ンダヘッド46との間で放電がなされる（有効ギャップ長
l₁（大））。一方高負荷時にはピストン２との間で放電
がなされることとなる（有効ギャップ長l₂（小））。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の全体系統図、第２図は第２実施例の全体系統図、第３図は第３実施例の全体系統図、第４図はマルチストライク方式の点火状態を表す説明
図、第５図は第３実施例の作用説明図、第６図は第４実施例を示すもので、点火プラグのギャッ
プ長さの設定基準を表わす説明図、第７図は第５実施例の全体系統図、第８図は第６実施例の全体系統図、第９図は第７実施例の全体系統図第10図及び第11図は第７実施例の作用説明図である。 1:エンジン本体 4:燃焼室 5:点火プラグ 13:スワール切換えバルブ 14:スワール生成吸気通路 A:マルチストライクの点火回路 B:回路定数変更手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺正五広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (56)参考文献特開昭59−147874（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−140475（ＪＰ，Ａ) 実開昭56−157382（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの燃焼室に臨ませて配設された点
火プラグと、１つの火炎中心の形成のために、燃焼室内の混合気が活
性化するように前記点火プラグを介して燃焼室内に１つ
の爆発行程で断続的に複数回の放電を行わせると共に、
１つの爆発行程における各放電時の電圧を回数が増える
にしたがって次第に降下させる点火手段と、燃焼室内に積極的に混合気の流動を起こさせるか否かを
検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、燃焼室内に
積極的に混合気の流動を起こさせる運転状態と判断した
とき、他の運転状態のときに比べて、放電間隔を短縮さ
せる放電状態変更手段と、を備え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において、低負荷ほど混合気の流動となるスワールが強く生成さ
れ、前記放電状態変更手段が、スワールが強いほど前記放電
間隔を短縮させる、ことを特徴とするエンジンの点火装置。