JP3018989B2 - 内燃機関点火装置 - Google Patents

内燃機関点火装置

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JP3018989B2
JP3018989B2 JP8179876A JP17987696A JP3018989B2 JP 3018989 B2 JP3018989 B2 JP 3018989B2 JP 8179876 A JP8179876 A JP 8179876A JP 17987696 A JP17987696 A JP 17987696A JP 3018989 B2 JP3018989 B2 JP 3018989B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、1次巻線側に設けられ
たスイッチング素子をオン状態からオフ状態に転換する
ことによって2次巻線に発生する電圧で点火プラグを点
火させる形式の内燃機関点火装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の自己バイアス方式の内燃機関点火
装置は、図1に示すように発電機の電機子巻線としての
機能も有している1次巻線1と、この1次巻線1に磁気
コア3を介して電磁結合された2次巻線2と、2次巻線
2に対して直列に接続された点火プラグ4と、1次巻線
1に電流を選択的に流すための点火用スイッチング素子
としての第1のトランジスタ5と、この第1のトランジ
スタ5の駆動手段としての第1の抵抗6と、第1のトラ
ンジスタ5のオフ制御手段としての第2のトランジスタ
7と、オフ時点を決定するための第2及び第3の抵抗
8、9並びにコンデンサ10とから成り、点火プラグ4
を除いて混成集積回路で形成されている。
【0003】点火プラグ4は2次巻線2に対して直列に
接続されており、第1のトランジスタ5がオンからオフ
に転換する時に2次巻線2に誘起する電圧によって火花
放電する。なお、2次巻線2と点火プラグ4との直列回
路は1次巻線1に対して並列に接続されている。第1の
トランジスタ5は1次巻線1に対して並列に接続されて
おり、1次巻線1を流れる電流の経路を形成する。第1
の抵抗6は第1のトランジスタ5のコレクタとベースと
の間に接続されており、自己バイアス方式で第1のトラ
ンジスタ5のベース電流を供給する。第2のトランジス
タ7は第1のトランジスタ5のベース・エミッタ間に接
続されており、選択的にオンになって第1のトランジス
タ5のベース・エミッタ間を短絡してベース電流を遮断
し、第1のトランジスタ5をオフに制御する。第2の抵
抗8は1次巻線1の一端と第2のトランジスタ7のベー
スとの間に接続されており、第2のトランジスタ7のベ
ース電流を供給する。第3の抵抗9は第2のトランジス
タ7のベース・エミッタ間に接続されている。コンデン
サ10は第3の抵抗9に並列に接続されている。
【0004】図2は1次巻線1に電圧を発生させるため
の発電機の構成を示す。発電機の回転子11は内燃機関
の回転軸12に固着された回転体(フライホイール)1
3に永久磁石14を配置することによって構成されてい
る。電機子巻線として機能する1次巻線1は永久磁石1
4の磁路に配置されている。従って、永久磁石14から
発生する磁束が1次巻線1に鎖交した時に1次巻線1に
電圧が誘起する。1次巻線1の電圧は回転体13の回転
速度に比例的に変化する。
【0005】手動によって回転体13の回転が開始し、
1次巻線1に電圧が誘起すると、第1の抵抗6を介して
第1のトランジスタ5にベース電流が流れ、第1のトラ
ンジスタ5がオンになる。この結果、1次巻線1と第1
のトランジスタ5の閉回路が形成されて1次電流I1 が
流れる。1次巻線1はインダクタンスを有するので、1
次電流はインダクタンスに制限されて流れる。1次巻線
1に電圧が発生すると、第2の抵抗8を介してコンデン
サ10の充電が開始する。コンデンサ10の電圧が第2
のトランジスタ7のしきい値以上になると第2のトラン
ジスタ7がオンになり、第1のトランジスタ5がオフに
なり、1次電流が遮断される。1次電流が遮断される
と、1次電流が流れている期間に1次及び2次巻線1、
2とコア3から成るトランスに蓄積された磁気エネルギ
ーの放出が生じ、2次巻線2に点火開始電圧以上の電圧
が発生し、点火プラグ4に火花放電(点火)が生じる。
トランジスタ5、7を順バイアスする向きの電圧は1次
巻線1から間欠的に発生するので、順バイアス方向の電
圧が発生していない期間にコンデンサ10の放電が第3
の抵抗9を介して生じる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】第1のトランジスタ5
による1次電流の遮断は、1次電流が所望値まで立上っ
た時点で実行される。図1の回路では1次電流の遮断時
点が第2のトランジスタ7と第2及び第3の抵抗8、9
とコンデンサ10とで決定される。しかし、第2及び第
3の抵抗値8、9の抵抗値のバラツキ、コンデンサ10
の容量のバラツキ、第1及び第2のトランジスタ7の電
流増幅率hFE、コレクタ・エミッタ間の飽和電圧V
CE(sat)のバラツキ等によって1次電流を所望値で
遮断することは困難であった。従って、1次電流を所望
値で遮断するために例えば第3の抵抗9をファクション
・トリミングすることが必要になり、製造上のコストの
上昇を招いた。また、図1の従来の点火装置では、1次
電流の遮断時点を常に最適にすることが困難であった。
即ち、回転体13の回転速度と1次電流I1 との関係は
図5で実線で示す波形a、b、c、d、eのようにな
る。図5の波形a、b、c、d、eは第1のトランジス
タ5で1次電流I1 を遮断しない場合において回転速度
を順次に高めた場合の電流検出電圧の波形を示し、波形
aが最も低い回転速度の場合の1次電流の検出波形、波
形eが最も高い回転速度の場合の1次電流の検出波形で
ある。これから明らかなように、回転速度が早くなるに
従って1次電流I1のピーク値が高くなり、逆に電流が
流れる時間幅は短くなる。図1の従来の回路において、
コンデンサ10の電圧が第2のトランジスタ7をオンに
することができるまで上昇する時間幅は1次巻線1の電
圧値に対して反比例的に変化し、回転速度が低い時には
長く、回転速度が高い時には短くなる。従って、図5
(A)に示す1次電流検出波形a〜eのそれぞれの立上
りにおいて第1のトランジスタ5をオンにして1次電流
I1 を遮断することが可能になる。しかし、低速から高
速までの種々の回転速度に対応した種々の1次電流の遮
断時点を最適又はこれに近い状態に設定することは困難
であった。なお、点火プラグの汚れの程度は低速回転時
よりも高速回転時において大きくなる。従って、高速回
転時に点火を確実に達成するために低速回転時よりも高
い電圧を2次巻線2から発生させることが必要になる。
図1では1巻線1に発電機で電圧を発生させたが、こ
の代りに直流電源を設け、この直流電源の一端と他端と
の間にトランスの1次巻線を介して点火用スイッチング
素子を接続し、スイッチング素子のオフ時に2次巻線に
誘起した電圧で点火プラグを点火させる方式の点火装置
がある。この場合においても、図1の回路と同様な問題
がある。
【0007】そこで、本発明の目的は、回路素子の特性
のバラツキの影響を受け難い点火装置を提供することに
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、磁石を含む回転子と、前記磁石から発生す
る磁束が鎖交するように配置された1次巻線と、前記1
次巻線に電磁結合された2次巻線と、前記2次巻線に接
続された点火プラグと、前記1次巻線に並列に接続され
た点火用スイッチング素子と、前記回転子の回転に基づ
いて前記1次巻線に誘起した電圧によって前記点火用ス
イッチング素子をオン駆動するための駆動手段と、前記
点火用スイッチング素子を通って流れる電流を検出する
電流検出手段と、前記電流検出手段から得られた前記電
流に対応した検出電圧と比較するための基準電圧を発生
する基準電圧発生手段と、前記検出電圧と前記基準電圧
とを比較する比較手段と、前記比較手段から得られた前
記検出電圧が前記基準電圧に達したことを示す出力に応
答して前記駆動手段による前記点火用スイッチング素子
のオン駆動を禁止するスイッチオフ制御手段とを備えた
内燃機関点火装置であって、前記基準電圧の波形、時
間と共に低下する傾斜部分を有していることを特徴とす
る内燃機関点火装置に係わるものである。また、請求項
に示すように、直流電源から供給する電圧に基づいて
1次巻線に電流を流すことができる。
【0009】
【発明の作用及び効果】各請求項の発明によれば、1次
巻線の電流を電流検出手段で検出し、これと基準電圧
(参照電圧)とを比較して点火用スイッチング素子をオ
フ制御しているので、点火用スイッチング素子による電
流の遮断時点が回路素子の定数又は特性のバラツキの影
響を受け難くなり、回路素子の定数又は特性を正確に設
定又は調整することが不要になる。従って点火装置のコ
ストの低減が可能になる。また、基準電圧の波形が時間
と共に低下する傾斜部分を有しているので、種々の回転
速度において最適又は最適に近い1次電流遮断を実行す
ることが可能になる。また、請求項の発明によれば、
電源電圧が低い時及び高い時のいずれの場合においても
最適又は最適に近い1次電流遮断を実行することが可能
になる。
【0010】
【第1の実施例】次に、図1〜図8を参照して本発明の
第1の実施例の内燃機関点火装置を説明する。但し、図
3において、図1及び図2と実質的に同一の部分には同
一の符号を付してその説明を省略する。図3の点火装置
は、図1の点火装置と同様に発電機の電機子巻線と同様
な機能を有する1次巻線1、これにコア3を介して電磁
結合された2次巻線2、点火プラグ4、点火用スイッチ
ング素子としてのトランジスタ5、及びスイッチ駆動手
段としての抵抗6を有する。
【0011】図3の点火装置は、1次電流遮断時点決定
回路を形成するために、電流検出手段としての電流検出
抵抗20と、基準電圧発生手段21と、比較手段として
の電圧比較器22と、スイッチオフ制御手段としてのサ
イリスタ23とを有する。電流検出抵抗20はトランジ
スタ5と1次巻線1との閉回路に流れる1次電流I1を
検出するためにトランジスタ5に直列に接続されてい
る。即ち、電流検出抵抗20はトランジスタ5のエミッ
タと1次巻線1の下端即ち負側端子との間に接続されて
いる。基準電圧発生手段21はトランジスタ5のベース
と1次巻線1の下端との間に接続されている。比較器2
2の正入力端子は電流検出抵抗20のトランジスタ側端
子に接続され、負入力端子は基準電圧発生手段21の基
準電圧出力ライン24に接続されている。サイリスタ2
3はトランジスタ5のベースと1次巻線1の負側端子と
の間に接続され、且つそのゲートは比較器22の出力端
子に接続されている。なお、比較器22の電源端子は抵
抗27を介してトランジスタ5のベースに接続されてい
る。
【0012】基準電圧発生手段21は、図4に示すよう
にコンデンサCと2つの抵抗R1 、R2 で構成されてい
る。コンデンサCと2つの抵抗R1 、R2 の直列回路は
微分回路を形成するようにトランジスタ5のベースと1
次巻線1の負側端子との間に接続されている。基準電圧
出力ライン24は2つの抵抗R1 、R2 の分圧点に接続
されている。
【0013】図3の点火装置において1次巻線1は図2
の回転子11に対向配置されているので、回転子11が
回転すると1次巻線1に電圧が誘起する。1次巻線1に
トランジスタ5を順方向バイアスする向きの電圧が発生
すると、1次巻線1と抵抗6とトランジスタ5のベース
・エミッタ間と電流検出抵抗20との閉回路でベース電
流が流れ、トランジスタ5がオンになり、1次巻線1と
トランジスタ5と検出抵抗20との閉回路で1次電流I
1が流れる。1次電流I1は図7(C)及び図8(C)
に示すように図7(A)及び図8(A)に示す1次巻線
1の電圧V1の変化に応じて変化し、徐々に増大した後
に徐々に低下する。1次電流I1が徐々に増大すると、
電流検出抵抗20から得られる検出電圧も徐々に増大す
る。検出電圧が基準電圧発生手段21から発生している
基準電圧Vrを横切ると、比較器22の出力電圧が低レ
ベルから高レベルに転換し、サイリスタ23がトリガさ
れ、サイリスタ23がオン状態になる。この結果、トラ
ンジスタ5のベース・エミッタ間が電流検出抵抗20を
介してサイリスタ23で短絡され、ベース電流がサイリ
スタ23にバイパスすることによりトランジスタ5はオ
フになる。トランジスタ5がオフになって1次巻線1の
電流I1が遮断されると、2次巻線2に高電圧(フライ
バック電圧)が発生し、点火プラグ4が点火する。サイ
リスタ23は一度トリガされると、ここを流れる電流が
保持電流よりも低くなるまでオンを保持する。従って、
比較器22の出力の低レベルへの変化に無関係に、1次
巻線1から順方向バイアス電圧が発生している期間の終
了近くまでサイリスタ23はオンを維持し、その後にオ
フに転換する。1次巻線1にトランジスタ5を順方向バ
イアスする向きの電圧が再び発生すると、前述と同一の
動作の繰返しが生じる。
【0014】既に図1に関係して説明したように、図3
においてトランジスタ5をオンにしたままの1次電流I
1 の波形に対応する電流検出電圧Vi は回転子11の回
転速度の変化に応じて図5(A)の波形a〜eに示すよ
うに変化する。1次電流I1の遮断時における2次巻線
2の電圧を高くするためには電流検出波形a〜eのピー
ク近くで1次電流I1 を遮断することが必要になる。図
5(A)において点線で示す基準電圧Vr と各電流検出
波形a〜eが交差する時点で1次電流I1 が遮断された
と仮定すれば、1次電流I1 は図5(B)に示すように
流れ、2次電圧V2 は図6に示すように回転数に応じて
高くなる。なお、図5(A)の基準電圧Vr は理想又は
これに近い波形で示されており、このピ−クよりも後に
時間と共に低下する傾斜部分を有する。
【0015】図5(A)に示す基準電圧Vr 又はこれに
近い波形は図4に示す基準電圧発生手段21に基づいて
形成される。図7は回転子11の回転速度が低い場合に
おける基準電圧Vr の形成を示す図3の各部の波形図で
あり、図8は回転子11の回転速度が高い場合における
基準電圧Vr の形成を示す図3の各部の波形図である。
回転速度の変化によって1次巻線1の電圧V1 は図7
(A)及び図8(A)に示すように変化し、又は遮断し
ない場合の1次電流I1 は図7(C)及び図8(C)に
示すように変化する。しかし、トランジスタ5のベース
と1次巻線1の負側端子との間の電圧Vb は図7(B)
及び図8(B)に示すようにほぼ同一のレベルにクラン
プされる。即ち、電圧Vb はトランジスタ5のベース・
エミッタ間電圧VBEと電流検出抵抗20の抵抗値Rによ
る電圧降下I1 Rの和である。ベース・エミッタ間電圧
BEは約1.2Vの一定値であり、電流検出抵抗20は
例えば0.1Ωのように極めて低く、ここを流れる電流
の最大値は例えば2A程度であるので、ここでの電圧降
下は約0.2Vである。従って、1次電流I1 による電
圧Vb の変化は極めて小さいので、図7(B)及び図8
(B)では電圧Vb がほぼ一定値にクランプされるよう
に示されている。基準電圧発生手段21には回転子11
の回転速度の変化に拘らずほぼ一定の電圧Vb が入力す
るので、基準電圧発生手段21から発生する基準電圧V
r の波形は図7(D)及び図8(D)に示すように回転
速度の変化に応じてさほど変化しない。基準電圧発生手
段21はコンデンサCを含む微分回路であるから、図7
及び図8のt0 時点からの電圧Vb の立上りに同期して
上昇し、トランジスタ5がオンになるt1 時点の直後に
ピークになり、その後徐々に低下する。これにより、回
転速度の変化にさほど影響を受けないで図5に示す点線
の基準電圧Vr に近い波形を得ることができる。基準電
圧Vr の波形と電流検出波形a〜eとの交差点の電圧は
回転速度に比例的に変化している。
【0016】上述から明らかなように本実施例では、1
次電流I1 を電流検出抵抗20で検出してこの遮断時点
を決定しているので、トランジスタ5、抵抗6、サイリ
スタ23等の特性のバラツキの影響をほとんど受けない
で1次電流I1 が所望値になった時にこれを遮断するこ
とができる。従って、図1の従来回路で必要であったフ
ァンクション・トリミングを実行しないで1次電流I1
を所望値又はこの近傍で遮断することが可能になる。ま
た、この実施例ではほぼ一定とみなせる電圧Vb を微分
して基準電圧Vr を形成するので、最適又はこれに近い
基準電圧Vr の波形を容易に得ることができる。また、
比較器22の電源電圧もトランジスタ5のベースの電圧
Vb を使用しているので、比較器22の電源構成が簡単
になる。また、サイリスタ23を使用してトランジスタ
5をオフ制御しているので、サイリスタ23のオン保持
機能を利用してトランジスタ5のオフの保持を容易に達
成することができる。
【0017】
【第2の実施例】次に、図9及び図10を参照して第2
の実施例の点火装置を説明する。但し、図9において図
1及び図3と実質的に同一の部分には同一の符号を付し
てその説明を省略する。図9の点火装置においては、ト
ランスの1次巻線1aが直流電源25の一端と点火用ス
イッチング素子としてのトランジスタ5との間に接続さ
れている。従って、トランジスタ5のオン期間にインダ
クタンスを有する1次巻線1aに直流電源25の電圧V
e が印加され、1次電流I1 が電源25と1次巻線1a
とトランジスタ5と電流検出抵抗20の閉回路に流れ
る。ベース駆動手段としての抵抗6は1次巻線1aを介
して直流電源25に接続されている。また、トランジス
タ5をオン・オフ動作させるための制御スイッチ26が
トランジスタ5のベースとグランドとの間に接続されて
いる。
【0018】図9の点火装置において、制御スイッチ2
6をオフにすると、抵抗6を介してトランジスタ5のベ
ース電流が流れ、1次巻線1aを通って1次電流I1 が
流れる。1次巻線1aはインダクタンスを有するので1
次電流I1 は傾斜を有して増加する。電流検出抵抗20
から得られた検出電圧が基準電圧発生手段21の基準電
圧Vr を横切ると比較器22の出力が低レベルから高レ
ベルに転換し、サイリスタ23がオンになり、トランジ
スタ5がオフになり、1次電流I1 が遮断される。これ
により、2次巻線2に高電圧が発生し、点火プラグ4が
点火する。その後、制御スイッチ26をオンにすると、
サイリスタ23がオフになり、次の点火の準備が完了
し、再び制御スイッチ26をオフにすることにより前述
と同一の点火動作が生じる。
【0019】外部電源25で点火する場合においては電
源25の電圧変化に基づく1次電流I1 の波形変化が問
題になる。自動車の場合には、電源25が蓄電池であ
り、ここにセルモータ(図示せず)が接続される。エン
ジンスタート時にセルモータが駆動されている時には電
源25に大きな電流が流れるので、電源電圧Ve の低下
が生じる。図10の電流検出波形a、b、c、dは電源
25の電圧Ve が4段階に変化した場合を示し、波形a
が電圧Ve が最も低い場合を示し、波形dが電圧Ve が
最も高い場合を示す。なお、電流検出波形a〜dは検出
電圧Vi で示されている。電圧Ve が低い時には1次電
流が小さいため電流検出電圧Vi と基準電圧Vr との交
差点を低くし、Ve が高い時には電流検出電圧Vi と基
準電圧Vrとの交差点を高くしたい。このためには、基
準電圧Vr を図5と同様に微分波形にすることが望まし
い。従って、図9の基準電圧発生手段21を図4と同様
に構成することにより、図10で点線で示すような基準
電圧Vr を発生させる。この基準電圧Vr の波形はピ−
クを有し、その後徐々に低下する傾斜部分を有し、電流
検出波形a〜dに対しては傾斜部分で交差する。この交
差点の電圧は電源電圧Ve に比例的に変化している。こ
の結果、波形aに示す電源電圧Ve が低い場合には1次
電流I1 の流れる期間が長くなり、波形dに示す電源電
圧Ve が高い場合には1次電流I1 の流れる期間が短く
なる。この結果、電源電圧Ve の変動に拘らずトランジ
スタ5を適切な電流値にて遮断させることができる。ま
た、1次電流I1 の検出に基づいて1次電流I1 の遮断
時点を決定しているので、回路素子の特性又は定数のバ
ラツキに実質的に関係なく1次電流I1 を所望時点で遮
断することが可能になり、第1の実施例と同様な作用効
果を得ることができる。
【0020】
【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 (1) トランジスタ5を電界効果トランジスタ、サイ
リスタ等の半導体スイッチとすること、サイリスタ23
をトランジスタ、電界効果トランジスタ又はこれを含む
スイッチ回路にすることができる。 (2) 基準電圧発生手段21を図3及び図9の比較器
電源ラインの抵抗27の下端に接続することができる。 (3) 2次巻線2と点火プラグ4との間に逆電圧阻止
用ダイオードを接続することができる。即ち、トランジ
スタ5のオン期間に2次巻線2に発生する電圧を阻止す
るダイオードを付加することができる。 (4) 電流検出手段として抵抗20の代りにCT又は
ホール素子のような磁電変換素子を設けることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の点火装置を示す回路図である。
【図2】発電機部分を原理的に示す平面図である。
【図3】本発明の第1の実施例の点火装置を示す回路図
である。
【図4】図3の基準電圧発生手段及びこの近傍を示す回
路図である。
【図5】図3の点火装置における電流検出波形と基準電
圧との関係及び遮断した状態の1次電流I1を示す波形
図である。
【図6】回転子の回転数と2次電圧の関係を示す図であ
る。
【図7】回転速度の低い場合の図3の各部の状態を示す
波形図である。
【図8】回転速度の高い場合の図3の各部の状態を示す
波形図である。
【図9】 第2の実施例の点火装置を示す回路図である。
【図10】 図9の点火装置における電源電圧の変化によ
る電流検出波形の変化及び基準電圧を示す波形図であ
る。
【符号の説明】
1 1次巻線 2 2次巻線 4 点火プラグ 5 トランジスタ 20 電流検出抵抗 21 基準電圧発生手段 22 比較器 23 サイリスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02P 1/00 - 17/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁石を含む回転子と、 前記磁石から発生する磁束が鎖交するように配置された
    1次巻線と、 前記1次巻線に電磁結合された2次巻線と、 前記2次巻線に接続された点火プラグと、 前記1次巻線に並列に接続された点火用スイッチング素
    子と、 前記回転子の回転に基づいて前記1次巻線に誘起した電
    圧によって前記点火用スイッチング素子をオン駆動する
    ための駆動手段と、 前記点火用スイッチング素子を通って流れる電流を検出
    する電流検出手段と、 前記電流検出手段から得られた前記電流に対応した検出
    電圧と比較するための基準電圧を発生する基準電圧発生
    手段と、 前記検出電圧と前記基準電圧とを比較する比較手段と、 前記比較手段から得られた前記検出電圧が前記基準電圧
    に達したことを示す出力に応答して前記駆動手段による
    前記点火用スイッチング素子のオン駆動を禁止するスイ
    ッチオフ制御手段とを備えた内燃機関点火装置であっ
    て、 前記基準電圧の波形が、時間と共に低下する傾斜部分を
    有していることを特徴とする内燃機関点火装置。
  2. 【請求項2】 直流電源と、 その一端が前記直流電源の一端に接続されたトランスの
    1次巻線と、 前記1次巻線に電磁結合された2次巻線と、 前記2次巻線に接続された点火プラグと、 前記1次巻線の他端と前記直流電源の他端との間に接続
    された点火用スイッチング素子と、 前記直流電源に基づいて前記点火用スイッチング素子を
    オン駆動するための駆動手段と、 前記点火用スイッチング素子を通って流れる電流を検出
    する電流検出手段と、 前記電流検出手段から得られた前
    記電流に対応した検出電圧と比較するための基準電圧を
    発生する基準電圧発生手段と、 前記検出電圧と前記基準電圧とを比較する比較手段と、 前記比較手段から得られた前記検出電圧が前記基準電圧
    に達したことを示す出力に応答して前記駆動手段による
    前記点火用スイッチング素子のオン駆動を禁止するスイ
    ッチオフ制御手段とを備えた内燃機関点火装置であっ
    て、 前記基準電圧の波形が、時間と共に低下する傾斜部分を
    有している ことを特徴とする内燃機関点火装置。
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