JPH0122473B2

JPH0122473B2 -

Info

Publication number: JPH0122473B2
Application number: JP56069393A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Kimura; Akira Endo; Yoichi Kaneko
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-05-11
Filing date: 1981-05-11
Publication date: 1989-04-26
Also published as: JPS57186067A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、エンジンの点火装置に係り、特に、
ガソリンエンジンの点火装置に関する。

一般にガソリンエンジンは、ガソリンと空気の
混合ガスをシリンダ内に吸入し、エンジンの駆動
状態によつて決定される最適点火時期に点火プラ
グによつて高圧火花放電を起して点火し、その燃
焼時の圧力でピストンを押し下げてクランク軸を
回転させるものである。ガソリンは、その性質上
火花放電が生じると必ず着火し、しかも、ガソリ
ンの揮発したガスは激しく燃焼する。この急激な
る燃焼は一般に爆発現象であり、シリンダ内にお
いて燃焼させると爆発による圧力がピストンにか
かるようになる。このようなガソリンの急激なる
燃焼をさせるために用いられるのが点火プラグで
ある。この点火プラグは周知の如く、高電圧火花
放電を利用したものであり、火花の出る電極間が
非常に狭く、広域に渡つて同時に着火することが
難しい。そのため燃焼室全体に火炎が広がるのに
時間を要し、燃焼室形状によつては点火プラグを
２ケ所設置し改良している例もある。

このため広い範囲に火花放電が発生する方式を
用いれば点火プラグを複数個用いる必要もなく、
燃焼効果も改善できる。

また、点火プラグはシリンダ内に突出して設け
られているためガソリン雰囲気中にその電極部が
設けられており、シリンダ内に噴射される燃料が
濃い場合など点火プラグの放電極側が濡れたよう
な状態になると着火できない場合がある。

さらに、電圧火花放電方式をとる点火プラグ
は、雑音を発するという問題を有している。この
雑音に対する対策は種々検討されており、近年改
善されラジオ、テレビ等に与える影響は少なくな
つて来ているが、自動車の電子制御用機器の誤動
作を招く例などもあり、またオートバイについて
はまだ雑音対策が不十分で今後なお検討する問題
を残している。

このように高電圧点火プラグ方式は実績はある
が、改良すべき点も多くあり、また半導体レーザ
を使用した点火プラグも例えば特開昭55−1401号
公報により提案されているが、これに代る点火方
式の検討が一部で望まれている。

本発明の目的は、シリンダ内の全域で混合ガス
を同時に着火させるようにして、エンジンの燃焼
効率を向上させる点火装置を提供することであ
る。

上記目的を達成するために、本発明のエンジン
点火装置は、シリンダ内に吸入される空気流量を
検出する負圧センサと、クランク角を検出するク
ランク角センサと、前記両センサからの信号を取
り込んで負圧進角度と回転数進角度とを比較し、
その比較結果に基づいてタイミングパルスを発生
するタイミング回路と、前記タイミングパルスが
入力された時だけマイクロ波を発振するマイクロ
波発振回路と、前記シリンダ内に突出して設けら
れ、前記マイクロ波によつてシリンダ内に電界を
発生するマイクロ波アンテナと、を備えたことを
特徴とする。

上記構成によれば、負圧センサからの信号とク
ランク角からの信号がタイミング回路に入力さ
れ、タイミング回路では、前記両信号を基にして
負圧進角度と回転数進角度を比較し、その比較結
果によりタイミングパルスを発生する。このタイ
ミングパルスはマイクロ波発振回路に入力され、
マイクロ波発振回路ではタイミングパルスが入力
された時だけマイクロ波を出力する。そして、こ
のマイクロ波によつて、マイクロ波アンテナの先
端よりシリンダ内に電界が発生し、シリンダ内の
混合ガスに点火する。

以下、本発明の実施例について説明する。

第１図には、本発明の一実施例が示されてい
る。

図において、シリンダ１内には、ピストン２が
設けられており、このピストン２は該シリンダ１
内を密に摺動するように構成されている。このシ
リンダ１とピストン２とによつて燃焼室３が形成
されている。また、シリンダ１の内壁上部一方の
隅には混合ガスの吸入孔４と吸入孔開閉弁５が設
けられており、この吸入孔４の内部には空気流量
を検出する負圧センサ６が設けられている。ま
た、シリンダ１の内壁上部の他方の隅の吸入孔４
の反対側には燃焼後のガスを排出する排出孔７と
排出孔開閉弁８が対向する位置に設けられてい
る。また、ピストン２はクランク軸９に連結され
ており、クランク軸９にはクランク角センサ１０
が取付られている。また、燃焼室３の中央上部に
は2GHzで共振する同軸型共振型１１がネジその
他の手段で固定されている。この同軸型共振器１
１の中心導体１２の一方は共振器の壁に直接固定
されており、他方は、絶縁リング１３で支持され
ている。この中心導体１２の先端は耐熱材料を用
いてやや細くし、マイクロ波アンテナ１４として
燃焼室３の中に突出して設けられている。

また、同軸型共振器１１には同軸回路１７が接
続されている。この同軸回路１７内には同軸芯線
１８が設けられており、この同軸芯線１８は、同
軸型共振器１１の中心導体１２に適当な結合条件
で接続され、発振器からの出力のほとんどが同軸
型共振器１１に供給される。この同軸回路１７に
はマイクロ波発振装置１６が接続されている。こ
のマイクロ波発振装置１６は電源１９と負圧セン
サ６およびクランク角センサ１０からの出力をタ
イミング信号にするタイミング回路２０の出力で
動作するように構成されている。

前記同軸型共振器１１の詳細が第２図に示され
ている。すなわち、同軸共振器内空胴２１の空胴
長２２は、発振器の周波数から決る波長をλとす
るとλ／４＋nλ／２の条件になつており、周波数が2G Hzの場合、λ／４＝37.5mmとなり、ｎの選択で小さく製作することもできる。

エンジン取付ネジ２３は点火プラグをエンジン
に取付ける方式と同じようにしたもので、同軸型
共振器１１を小型に製作すれば点火プラグに近い
取扱いをすることができる。

同軸型共振器１１の内部は高周波の損失を最小
限にし、絶縁リング１３は電気的絶縁と同時に燃
焼室の高温、高圧に耐える材質と構造にしておく
必要がある。

また、前記マイクロ波発振装置１６の詳細図が
第３図に示されている。すなわち、同軸回路１７
には、後段増幅器２６の出力端子が接続されてお
り、この後段増幅器２６の入力端子には初段増幅
器２５の出力端子が接続されている。この初段増
幅器２５の入力端子にはマイクロ波発振器２４が
接続されており、このマイクロ波発振器２４には
電源１９が接続されている。また、電源１９には
抵抗Ｒを介してゲート回路２７とコンデンサ２９
が接続されている。このコンデンサ２９の他端は
接地されている。また、ゲート回路２７にはタイ
ミング信号端子２８が設けられている。したがつ
てマイクロ波発振器２４は高周波高出力トランジ
スタと誘電体基板上にストリツプラインによる共
振回路を備えたもので、その出力は、初段増幅器
２５と後段増幅器２６で約100倍増幅される。

このマイクロ波の発振出力は、タイミング信号
端子２８に信号が入力した時だけゲート回路２７
が閉じ、コンデンサー２９にチヤージしていた電
荷が放電し、後段増幅器２６を動作させ、同軸回
路１７に出力される。

この着火タイミングは混合ガスの成分や混合
比、回転数、負荷条件などによつて変化するが、
一般にはピストンの上死点前５〜10度が標準であ
る。

このマイクロ波発振器１６のタイミング信号端
子２８に入力されるタイミング信号を得る回路が
第４図に示されている。すなわち、クランク角セ
ンサ１０には回転数比例電圧回路３０と上死点パ
ルス発生回路３６とがそれぞれ接続されている。
回転数比例電圧回路３０には折線関数発生回路３
１が接続されており、この折線関数発生回路３１
には比較回路３４の一方の入力端子に接続されて
いる。また、前記上死点パルス発生回路３６には
トランジスタ３７のベースが接続されている。こ
のトランジスタ３７のコレクタには抵抗R₁を介
して抵抗R₂と、放電用コンデンサ３５と、比較
回路３８の一方の入力端子が接続されている。抵
抗R₂の他端には比較回路３４の出力端子が接続
されており、放電用コンデンサ３５の他端は接地
されている。また、トランジスタ３７のエミツタ
は接地されている。

また、比較回路３８の他の入力端子には、電源
電圧V_CCを所定量降下した基準電圧が入力するよ
うに構成されている。また、この比較回路３８の
出力端子には、ワンシヨツト回路３９が接続され
ており、このワンシヨツト回路３９に第３図図示
タイミング信号端子２８が接続されている。

一方、負圧センサ６には、負圧出力増幅回路３
２が接続されており、この負圧出力増幅回路３２
には折線関数発生回路３３を介して比較回路３４
の他入力端子が接続されている。

したがつて、クランク角センサ１０の信号は回
転数比例電圧回路３０を経て回転数対電圧比をほ
ぼ任意に選択し、設定できる折線関数発生回路３
１に入力する。

一方負圧センサ６の信号も負圧出力増幅回路３
２を経て折線関数発生回路３３に入力し、負圧に
比例した電圧を任意に選択し、この両者の信号を
比較回路３４に入力して、回転数進角度と負圧進
角度を比較した全体の出力が生じる。この比較回
路３４の出力は放電用コンデンサ３５に蓄積して
おく。

一方ピストンが上死点になるとクランク角セン
サ１０からパルス信号を出すように設定した上死
点パルス発生回路３６の信号がトランジスタ３７
を経て、放電用コンデンサ３５に帯電していた電
荷の放電を促し、あらかじめ基準電圧の入力され
ている比較回路３８に入力信号として入力する。

この比較回路３８の基準電圧は固定ではなく、
必要に応じてクランク角センサ１０や負圧センサ
６の信号などで可変することもできる。

比較回路３８の出力をワンシヨツト回路３９で
タイミングパルス信号にしてタイミング信号端子
２８に出力し、マイクロ波発振装置１６をタイミ
ングパルスに合わせて駆動するように構成してあ
る。

第５図には比較回路３８の入力電圧を時間の変
化と共に表わしたグラフで、発生電圧４０は上死
点で最高になり、放電用コンデンサ３５の放電と
共に低下する。

そしてあらかじめ設定しておいた設定電圧４１
に達すると点火用のタイミング信号が出力される
ようになつている。

その第５図図示グラフは１サイクルの電圧変化
を示したもので点火タイミング時期は上死点の後
になつているが、この点火タイミング信号を次の
サイクルの点火タイミングとして使用することが
できる。

第６図には、第４図図示ワンシヨツト回路３９
の出力電圧波形が示されており、パルス電圧波形
４２のパルス幅、パルス間隔、電圧レベルなどは
調整することができる。

これらの動作を複数気筒のエンジンに行う場合
は、各気筒毎に発振器および同軸型共振器を用意
する方法と、一つの発振器に対して各気筒への回
路を並列に接続しておき、上死点パルス信号に対
応して同時に複数の気筒へマイクロ波電力を送る
方法がある。

上死点パルス信号は圧縮工程時と排気工程時が
あり、排気工程時のマイクロ波電力は無駄にな
る。

現在、国内で一般に使用されている自動車用エ
ンジンは４および６気筒が多く、この場合には各
各半分の気筒がクランク軸回転角にして４気筒の
場合180度、６気筒の場合120度毎に上死点に達す
ることになる。

このように構成されるものであるから、同軸回
路１７の同軸芯線１８は同軸型共振器１１の中心
導体１２に適当な結合条件で接続され、発振器か
らの出力はほとんど同軸型共振器１１に供給され
る。そのため同軸型共振器１１内の高周波電磁界
強度は共振器のＱ（共振器の特性を表わすフアク
ターで共振器内に蓄えられるエネルギーと消費さ
れるエネルギーの比）値倍に上昇する。その結果
マイクロ波アンテナ１４部分は強い電界が分布
し、放電する対向電極が近接して存在しなくても
高周波電弧１５が発生する。

共振器内の電界強度は、入力電力に対して二重
で正比例する関係があり、実験結果をもとに試算
すると、一気圧のもとで600Wのマイクロ波電力
を同軸型共振器１１に入力するとマイクロ波アン
テナ１４の先端部分には約26KV／cmの電界が発
生する。この状態は近接した対向電極がなくても
アンテナ先端では無極放電を生じる。

ところが燃焼室３は混合ガス圧力が約10気圧程
度になるため放電現象は起りにくくなり、さらに
マイクロ波電力を増加してやる必要がある。

電力と電界強度の関係はＰ∝E²となり、10気
圧の条件で放電開始電圧を求めると、無極放電を
生じる電界効果は280KV／cmとなる。

この結果からマイクロ波電力を４倍に増せば電
界強度は約16倍に増加することになり2400Wの入
力によつて416KV／cmの電界がアンテナの先端
に生じ、10気圧の高圧下においても無極放電が生
じる。

しかし、実際は共振器に損失があるため、その
分低下するがＱを高く保つような構造にすれば、
さらにＱ倍電界は高められ、入力を２分の１程度
に下げても目的を達することは可能になる。

したがつて、本実施例によれば、高電圧放電に
よる雑音を生じることがない。

また、本実施例によれば、燃焼室内における放
電範囲が広く、そのため燃焼速度を早くすること
ができる。

さらに、本実施例によれば、燃焼効率を向上す
ることができる。

第７図には、同軸型共振器１１の別な実施例が
示されている。この第７図図示同軸型共振器が第
２図図示同軸型共振器と異る点はマイクロ波発振
装置側はコネクタ形状になつており、発振装置か
らの同軸ケーブルをワンタツチで接続できるよう
になつている。また、外観形状は従来の一般的な
エンジンに用いられている点火プラグに近い形を
しており、シリンダには、シリンダ取付けネジ23
を用いて締付け用六角ヘツド４３を専用のスパナ
で廻し固定する。

また、コネクタと同軸共振器の境は絶縁リング
１３と、マイクロ波の結合孔４４で構成されてお
り、燃焼室３の高圧力と温度に耐えると同時にマ
イクロ波が同軸共振器に入るようになつている。
同軸共振器１１とマイクロ波アンテナ１４の寸法
条件は第２図の実施例と同じである。

したがつて、本実施例によれば、第２図図示同
軸型共振器と同様の効果を得ることができる。

また、本実施例によれば、小形化することがで
きる。

以上説明したように、本発明によれば、シリン
ダ内の混合ガスに広域にわたつて同時に点火する
ことができるので、エンジンの燃焼効率を向上さ
せることができるとともに、負圧センサとクラン
ク角センサからの信号に基づき点火タイミングを
決定しているので、エンジンの状態に合わせた最
適なタイミングで点火を行なうことが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエンジン点火装置の実施
例を示す図、第２図は第１図図示同軸型共振器の
断面図、第３図は第１図図示マイクロ波発振装置
の回路図、第４図は第３図図示マイクロ波発振器
の動作タイミングを得るためのブロツク図、第５
図は第４図図示放電用コンデンサの放電電圧の変
化を示した図、第６図はタイミングパルス電圧波
形を示す図、第７図は第２図図示マイクロ波発振
器の別な実施例を示す断面図である。１……シリンダ、２……ピストン、３……燃焼
室、１１……同軸型共振器、１４……マイクロ波
アンテナ、１６……マイクロ波発振装置。

Claims

【特許請求の範囲】

１シリンダ内に吸入される空気流量を検出する
負圧センサと、クランク角を検出するクランク角
センサと、前記両センサからの信号を取り込んで
負圧進角度と回転数進角度とを比較し、その比較
結果に基づいてタイミングパルスを発生するタイ
ミング回路と、前記タイミングパルスが入力され
た時だけマイクロ波を発振するマイクロ波発振回
路と、前記シリンダ内に突出して設けられ、前記
マイクロ波によつてシリンダ内に電界を発生する
マイクロ波アンテナと、を具備するエンジン点火
装置。