JPH02123282A - エンジンの点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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） 近時、混合気の希薄限界の拡大のために、例え４ｆ　４
？開閉６０−１５３４６４号公報に見られるように、燃
焼室内の混合気に大きなエネルギを付与してその活性化
を図るようにしたものが知られている。その具体的な一
例として、一つの爆発行程で放電を断続的に短い周期で
繰り返して行なう、いわゆるマルチストライク方式と呼
ばれるものがある。すなわち１点火プラグに対してパル
ス状に高電圧を印加して、複数回数、断続的に放電を行
なうものである。

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ｒ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、作用）上記の技術的課
題を達成すべく、本発明にあっては。

エンジンの燃焼室に臨ませて配設された点火プラグと、 該点火プラグを１つの爆発行程で断続的に放電を繰り返
させる点火手段と、を有する、いわゆるマルチストライ
ク方式の点火装置を前提として、エンジンの運転状態を
検出する運転状態検出手段と、 エンジンの運転状態に応じて、前記点火プラグの放電状
態を変更する放電状態変更手段と、を備える構成としで
ある。

そして具体的な構成として、例えば燃焼室にスワール等
の混合気の流動を積極的に行なわせる運転状態では、断
続的に行なわれる放電の間隔を短縮することで、放電経
路が長くなくのを防止し、放電経路を所定距離に保つよ
うにしである。

すなわち、一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なわせること
で、この活性化された混合気で形成される放電経路が長
くなるのを防止し、これによって放電の確実性を確保す
るようにしである。

（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、
ｌ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には吸気ボート
６と排気ポート７とが開口されて、吸気ボート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。

上記吸気ボート６に連なる主吸気通路１０には、上流側
からエアクリーナｉｔ、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、っまり、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が下方
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、−次側コイルＬ　は、ここ
ではり、′とり、″とに２分割されて、コイルＬ、′″
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１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
１２は、近似的に下記の式で表わされる。

−終ｔ ｉ２　　＝−Ｉ　ａ　　（１−ｅ　　　　）−人ｔ　。

＋ＫＡｅ　　　ｓ＋ｎ（ｙｔ　＋θ）−−−（１）ここ
で、 で表わされる。従って放電電流は、振動数νで周−入を 期的に生じ、またｅ　　で減衰していく（第４図参照） 尚、上記式において、 Ｌｌ　ニー次側コイル Ｌ２：二次側コイル Ｍ：相互インダクタンスである。

工ａ：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、上記入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。

入を変えるには上記（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あるいはキヤパスタン
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、−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Ｌ、を得ることで、上記式
（２）、（３）の入と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
費が太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、−次側コイルＬ、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−次側コイルＬ、のコイル長さの
変更はコントロールユニッ）Ｕからの制御信号に基づく
ものとされて、高回転負荷運転状態では、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２０は吸
気通路ｌＯに拡大室を形成するサージタンク、２１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／りを設ける。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、
キャパンタンスが太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が一足のま
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は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１点
火プラグの電極５ａ、５ｂ間の間隔りに関する実施例を
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、このギャップ長りは下記の式に基づいて設定され
ている。

Ｌ≧２ｎτν ここで、ｎ：放電回数 τ：放電間隔 シ：初期火炎伝播速度の平均値 すなわち、ギャップ長りは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である
。つまり、放電エネルギは未燃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、ギャップ長り
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回以後の実施例は１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）はど強い、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１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ｆ
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１．よりも小さな値に
設定されている。そして、−の電極４０ａは２次電源４
１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５２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）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（有効ギャップ長文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４０
ａ（４０ｂ）とピストン２との間で放電されることとな
る（有効キャップ長文１（大））。

第８図に示す実施例は、−の点火プラグ４２と他の点火
プラグ４３とが設けられ、−の点火プラグ４２は２つの
電極４２ａと４２ｂ　（７−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、−の点火プラグ４２のギャップ１．ｌｔは、−
の点火プラグ４２と他の点火プラグ４３との間のギヤツ
ブ長文２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ＳＬ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ｆ
Ｌ２　（小）とされることと蹴る。

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、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−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
ギャップ長文！（大））。

第９図に示す実施例では点火プラグ４５が一本の電極４
５ａ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）、シたがって、低負荷時にはピス
トン２がシリンダへラド４６よりも離れた位置で点火が
なされ、逆に高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４５
ａとシリンダヘッド４６との間隙１１が、高負荷時の点
火タイミングに位置するピストン２との間隙文２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
ンダへラド４６との間で放電がなされる（有効ギャップ
長文１　（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（有効ギヤツブ長文２　（
小））。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように１本発明によれば、運転
状態に応じた放電状態を形成することが可能であるため
、マルチストライク方式の点火によって得られる着火性
の改善及び着火遅れ時間の短縮効果を各運転状態で効率
的に確保することができる。

【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
。 ｌ：エンジン本体 ４：燃焼室 ５：点火プラグ １３ニスワール切換えバルブ １４ニスワ一ル生成吸気通路 Ａ：マルチストライクの点火回路 Ｂ：回路定数変更手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （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、 該点火プラグを１つの爆発行程で断続的に放電を繰り返
   させる点火手段と、を有するエンジンの点火装置におい
   て、 エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、 エンジンの運転状態に応じて、前記点火プラグの放電状
   態を変更す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。
2. （２）請求項（１）のものにおいて、 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、他の運転状態のときに比べて、放電間隔を短縮さ
   せるもの。
3. （３）請求項（１）のものにおいて、 高回転高負荷運転状態では、他の運転状態のときに比べ
   て、全ての放電が完了する放電完了時間を短縮するもの
   。
4. （４）請求項（１）のものにおいて、 着火性の悪い運転状態では、他の運転状態のときに比べ
   て、一回の放電エネルギを増大するもの。