JPH02199229A - 点火装置および点火方法 - Google Patents

点火装置および点火方法

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JPH02199229A
JPH02199229A JP1295180A JP29518089A JPH02199229A JP H02199229 A JPH02199229 A JP H02199229A JP 1295180 A JP1295180 A JP 1295180A JP 29518089 A JP29518089 A JP 29518089A JP H02199229 A JPH02199229 A JP H02199229A
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spark
energy
inductor
unidirectional
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John Frus
ジョン・フラス
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Unison Industries LLC
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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 この発明は一般には点火装置、特に幅広い種類の周囲状
態にて使用する単極点火に関するものである。
従来の技術 タービンエンジンに燃料を点火する点火装置は１９５０
年以来幅広く使用されているが、非常に多種類の点火装
置が今日は有り、いま迄にこれら点火装置は本質的に変
わらずに止どまっている。
１つの理由は、長年に亙る基本的変化が経験されない点
火装置の設計が、点火装置の電子装置が激しい環境すな
わち幅広い範囲の温度、混合比、湿度および圧力等にて
確実に作動しなければならないので、タービンエンジン
の実際の点火装置の設計が十分な挑戦を表すことである
６作動タービンは例えば、数十分の一気圧の低い圧力や
或は十気圧はどの高い圧力等の両極端で経験できる０例
えば、作動中の燃焼が高度のタービン燃料の再点火を必
要と出来る。この様な高度では、圧力は屡々大気圧の数
十分の一気圧だけである。同様に、温度は極度の冷たさ
（例えば−６５°Ｆ）から、例えば燃焼機の高温度が３
００°Ｆに達する周囲に励磁機の電子モジュールを浸す
時に非常な熱さ迄の範囲に出来る。
発明が解決しようとする問題点 一般的な点火装置は３つの構成部材、すなわち励磁機箱
と点火リード線と点火プラグとから成っている。点火プ
ラグはエアーギャップか或は半導体ギャップの２９の型
の内の１つにすることが出来る。エアーギャップは、ギ
ャップをイオン化するよう非常に高い電圧（例えば１５
ＫＶ）を高圧または湿気の状態が必要とするために高電
圧点火装置と連動される。半導体プラグは僅かに２〜５
ＫＶで確実に作動するために低電圧点火装置と連動され
る。併し、半導体型プラグは僅かに１〜２ＫＶ（低電圧
）の電圧が供給される時に火花を発生するが、この電圧
は比較的長い時間に互って作用される。半導体プラグに
おいて、“半導体”はエアーギャップを横切る電気分流
通路を設ける材料である。この材料は圧力とは別に一定
の低電圧（−殻内にＩＫＶ）で導通する。低電圧に伴う
小電流は半導体表面上に燃料混合物をイオン化するよう
助けて、電弧が爾後に形成される。電弧が発生すると、
半導体材料は電弧が一層低い抵抗であるために導通せず
、電弧は僅か約３０ボルトである。高電圧点火装置と一
緒に半導体プラグを使用するよう出来るが、これは過度
な摩滅を生じたり時には半導体材料の破壊を生じること
が当業者に知られている。５〜８ＫＶのピーク電圧を供
給する成る種の低電圧装置においてはプラグの半導体部
材を損傷することが有る。
点火プラグにて発生される火花の型による点火装置の類
別では、二極と単極の２９の型の点火装置が有る。二極
点火装置では、点火プラグにて約５〜８ＫＶにエネルギ
蓄積装置において比較的低電圧を上げる出力変成器によ
って出力が設けられる。出力変成器が使用されるために
、点火プラグに転換されるエネルギは比較的高周波数が
一般的である交流によって必然的に特徴付けられる。エ
ネルギは高ピーク電力を持った一連の幅狭いパルスとし
てプラグに供給される１幅狭いパルスの様なエネルギの
供給の結果、半導体ギャップを有したプラグは、高電圧
の幅狭いパルスがプラグ電極間に電弧を形成する前に半
導体材料内に大きな破壊電流を生じるために、激しい応
力を受ける。更に、励磁機の部材とプラグに延びる点火
リード線は二極放電にて損失部材として表れて、タービ
ン燃料混合物を点火するための火花ギャップに伝達され
るエネルギを低減してしまう、また、二方向特性の電弧
電流は半導体プラグの内部および外部円筒状電極に摩滅
を生じる。
火花を発生する基本的に異なった手段のために、単極点
火装置は二極点火装置に適用できるものよりも実質的に
異なった設計の考慮が必要である。
例えば、単極点火装置はその出力側において変成器を使
用せず、従って二極点火装置の電流によって生じられる
同一の利点によって特徴付けられない、単極点火装置は
、２〜３ＫＶのピーク電圧を有するように制御される振
動のない単一パルスを生じる。この“低圧”電圧は半導
体プラグには安全であり、パルスの期間は二極点火装置
のパルスと比較して比較的に長い。更に、二極点火装置
の多パルスは、もし供給されるエネルギが同一であるな
らば、単極パルスの単一ピークよりも高いピークを夫々
持たねばならない、これら高ピークのために、電子と二
極点火装置の点火リード線との損失は単極点火装置にお
けるよりも実質的に大きい。また、単極点火装置は、ソ
リッドステートスイッチが直流を取扱うよう必要とされ
るだけのために、ソリッドステートスイッチが単一特性
に出来るので、ソリッドステートスイッチの使用に従う
ことが出来る。半導体プラグにおける単方向電弧電流は
大きな外側の同心の電極に主に摩滅を生じるようにして
、常に物理的質量が小さな内側の小さな電極の腐食を低
減するように出来る。
出願人は定量的な比較データを知らないが、エネルギ蓄
積装置に蓄積されたエネルギの相当大きなパーセント部
分を単極点火装置が点火プラグのギャップに供給するこ
とを、点火装置技術分野の相当部分が確信している。単
極点火装置が蓄積エネルギの大きなパーセント部分を電
弧に供給するものとすれば、単極点火装置はより効率的
で、同一寸法の二極点火装置よりも一層効果的である。
単極点火装置が二極点火装置よりも多数の利点を奏し、
且つ長年に互って基本的に変化されないとしても、この
様な点火装置の火花特性を改良するように出来、これに
よって改良された実施の確実性を提供するように出来る
。
この発明の目的は単極励磁機において当業者に知られて
いる以上の高特性の火花を設ける点火装置を提供するこ
とにある。
この発明の別の目的は、小形の構成を許し、多くのエネ
ルギが火花によって熱に変換される高効率の単極点火装
置を提供することにある。
この発明の更に詳しい目的は、通常の単極励磁機から発
生される火花よりも熱くて且つ長期間の燃料点火火花装
置を提供することにある。この発明の関連した目的は、
不都合な状ｖＡ（例えば冷たく乃至は湿った周囲空気）
の下で長期間の熱い火花を確実に提供することにある。
この発明の他の目的は、構成部材の損傷なく比較的長期
間に互って長く且つ熱い火花を繰返し発生する励磁機を
提供することにある。
この発明の更に別の目的は、半導体部材の寿命を延長す
るよう低電圧および電流にすることが出来る長期間イオ
ン化パルスを半導体プラグに提供することにある。この
発明の関連した目的は、半導体上のギャップにプラズマ
を形成した後に迅速に開始する電弧に高出力パルスを提
供することにある。
この発明のまた他の目的は、点火のための点火プラグを
損傷することなく始動の際の燃料の初期燃焼のための機
会を最大にするタービンエンジンの作動の間繰返される
単極または二極点火を提供することにある。これに関連
して、この発明の更に詳しい目的は、正確な時限の点火
のためのタービンエンジンの始動手順全体にて点火装置
を一体化すべく出来る適合制御能力を有する点火装置を
提供することにある。
この発明の更にまた別の目的は、整備中または飛行中の
いずれにても診断使用のための点火装置の作動状態の瞬
間的表示を提供することにある。
問題点を解決するための手段 概略的には、この発明のソリッドステート単極点火装置
は、エネルギがエネルギ蓄積装置から火花ギャップに単
方向に転換される時に磁気可飽和鉄心が飽和される様に
磁気可飽和鉄心に巻かれた誘導子を有するよう構成され
ている。エネルギ転換の開始においては、誘導子の磁気
可飽和鉄心、は未だ飽和されず、インダクタンスは相対
的に非常に高い、この初期の高いインダクタンスのため
に、電流はソリッドステートスイッチおよび半導体点火
器を介してゆっくり増大する。誘導子の鉄心が飽和に達
すると、誘導子の有効インダクタンスは低下して、新し
く形成されたプラズマを介して十分大きな値に電流を増
大するように出来る。この様な可飽和誘導子はエアーギ
ャップを横切る長く熱い火花を設けると同時に、エネル
ギ放出を開始するソリッドステート装置の保“護を設け
ている。
更に、可飽和誘導子は、エネルギ放出の特質が正確に且
つ容易に認識できることの診断回路の基本を設けている
。
単極点火装置のソリッドステートスイッチのための保護
を設けることに関連して、ソリッドステートスイッチが
オンに切換えられる時に起こる初期放電電流を作用する
点火装置に可飽和鉄心誘導子が配置される。ＳＣＲから
成るソリッドステートスイッチは、オフ状態から、高電
流または電流増大率（ｄｉ／ｄｔ）の適用が十分な損失
を生じてＳＣＲにて応力を作用する際の十分なオフ状態
への変化時間を有している。初期電流と、オフ状態から
オン状態へのＳＣＨの変化の際の電流増大率ｄｉ／ｄｔ
の制限によって、出力誘電子の初期高インダクタンスは
ＳＣＲが受取り難い厳しい電子環境を成す正常な寿命の
予期を実現するように許す。
併し、初期低電流と、ＳＣＲスイッチの適切な作用のた
めに必要な電流増大率ｄｉ／ｄｔは燃料混合物の好適な
点火に必要な正反対の型の電流である。
単極点火装置のＳＣＲの好適な作用と燃料の好適な点火
とのための明らかに矛盾した条件は、鉄心が飽和されて
インダクタンスを好適に低下して一層高い電流増大率ｄ
ｉ／ｄｔを許す出力誘導子を設けることによって対応さ
れる。実際に、可飽和鉄心誘導子はＳＣＨの変化時間の
際の高インダクタンス装置と、その直後の低インダクタ
ンス装置として作用する。ＳＣＲが十分オンに切換えら
れて激しい電流流れを受けることが出来るので、誘導子
の鉄心が飽和されて電流がピークに急速に増大する。こ
の様な迅速に増大する電流は速くて確実な点火に最も適
した型の電流である。ソリッドステートスイッチと単極
点火装置の通常の誘導子の使用はソリッドステートスイ
ッチの変化時間の際の高電流増大率ｄｉ／ｄｔに起因す
る。変化状態の際のこの高電流増大率ｄｉ／ｄｔはＳＣ
Ｒに応力を掛けるだけでなく、ＳＣＲにて加熱するよう
変換される火花ギャップにて好適であるエネルギを生じ
、これによって火花の特質を低下する。
この発明によって設けられる電流波形の特性は、インダ
クタンスが一定でないために所要の特性に適合できるが
、可飽和誘導子の巻線を介した直流電流の大きさに基づ
いて変化する。適切な材料、鉄心容積、形状、ターンの
数、巻線ゲージ等の選択によって、高電流増大率ｄｉ／
ｄｔが続けられる初期低電流の所要特性が達成できる。
この発明の単極点火装置にソリッドステートスイッチを
設けることによって、点火装置のエネルギ蓄積装置は静
的に十分充電された状態にて不明確に残ることが出来る
。スイッチのオン切換えによる蓄積エネルギの放電は、
エネルギ蓄積装置での固定された放電の到達に全体的に
独立した入力信号に応答できる。この発明のこの特長は
、燃料混合物を点火するよう最も導電する物理的な周囲
パラメータによって決められる点火時限の際の火花の点
火を許す。
この発明の関連した特長は、火花放電の比較的弛るい変
化率を用いるエンジン作動の際の連続状態での点火装置
を作動すべく設けられる。しかし、燃焼を始めるために
、点火装置は、エンジン作動の期間に亙ってもし続けら
れ−ば点火プラグを相当に腐食する量に火花放電量を増
大する。この様な損傷を避けるために、増大された量の
火花放電が短時間の間だけ起こる。最後に説明した特長
による様に、この発明のこの特長は単極および二極点火
の両方に適用出来る。
好適には、この発明は半導体型の点火プラグを用いてい
る。出願人は、この発明によって構成された低初期電流
がプラグに課せられる応力を大いに低減し、これによっ
てプラグの有効寿命を十分増大することを確信している
。低初期電圧は、火花の発生を饗す低電流を導くよう半
導体材料に十分なバイアスを与える。低電流は、火花の
発生の前に半導体材料を通って高電流が流れることによ
りプラグに不必要に応力を掛けること無くプラグの適切
な作用に必要とされる様に半導体材料上の空気をプラグ
がイオン化するよう許す、遅れた高電流がプラグに到達
すると、半導体材料上の空気はイオン化されて電流を半
導体材料から運び去るように出来、これによってプラグ
における応力を低減すると共にプラグ表面への熱の導入
による損失を低減する。
この発明を推奨実施例に就いて詳細に説明するが、この
発明がこの様な詳細に制限されるものでないことを意図
しているのが理解されよう。更に、添付された特許請求
の範囲によって規定される様に、この発明の精神と範囲
内に在る総ての変形、変更および同等物を包含するよう
に意図されている。
実　　施　　例 図面を参照して先ず第１図に就いて説明するに、単極点
火装置回路は直流−直流変換機１１と論理回路１３とソ
リッドステートスイッチ１５とを有している。比較的低
電圧、例えば２８ボルトの直流電源１７から、直流−直
流変換機１１は約２５００ボルトの電流を第６図に示さ
れる様なコンデンサが最も一般的であるエネルギ蓄積装
置１９に供給する。広帯域フィルタ２０が直流電源１７
と直流−直流変換機１１との間に設けられて直流電力入
力を介し漏出する励磁機により生じられる高周波数雑音
を防止する。また、広帯域フィルタ２０は航空機電力装
置に表れる過渡から直流−直流変換機１１を保護する。
当業者周知の多くの型の直流−直流変換機がこの発明の
点火装置に使用できる。“帰線”型変換機として当業者
に知られた１つの型の直流−直流変換機は、多数の充電
サイクルに互ってエネルギ蓄積装置に電圧を築成するよ
うに充電ポンプ技術を用いている。充電サイクルがエネ
ルギ蓄積装置１９にて電圧を予定の値に築成すると、充
電ポンプが中断されて、エネルギ蓄積装置１９は点火装
置の半導体点火プラグ２１に放電する。第６図に示され
る直流−直流変換機１１の実施例は先に述べた特性を有
する帰線型変換機であるが、他の種々な帰線変換機や他
の型の直流−直流変換機がこの発明の精神を逸脱するこ
となく取換え出来ることが点火装置の設計において当業
者には明らかであろう。
いま、論理回路１３を説明するに、エネルギ蓄積装置１
９が直流−直流変換機１１からの予定量のエネルギで充
電される時に、エネルギセンサ２３が応答して、トリガ
回路２５を作動してソリッドステートスイッチ１５をオ
ンに切換えて、市販の好適な半導体点火プラグ２１を含
む出力回路にエネルギ蓄積装置１９のエネルギを転換す
るように成す。また、出力回路は可飽和誘導子２７とフ
リーホイーリングダイオード２９とを有する。可飽和誘
導子２７は、電流サージが起こる前にプラズマを形成す
るために半導体点火プラグ２１の火花ギャップにて先ず
電圧が表れるように電圧と電流との間の位相遅れを導く
。フリーホイーリングダイオード２９は単極放電電流に
起因する振動を防止する。また、エネルギセンサ２３は
直流−直流変換機１１を無能化するタイマ３０を始動す
るので、点火装置はエネルギ蓄積装置を同時に放電およ
び充電するようには試みず、次の火花の前に遅れを設け
るように無能化されたエネルギ蓄積装置を維持している
。
タイマ３０によって達成される火花量は、タービンを点
火するよう適切な火花量と、長い点火プラグ寿命を確実
にするよう十分な低火花量との間の妥協として選ばれね
ばならない、また、近年の安全基準は悪天候や航空機の
臨界的作動状態の際の点火装置の連続作動を増大的に必
要とする。連続作動は、もし突然消炎が起こっても再着
火を確実にする。
この発明の推奨実施例における重要な特長の１つに従え
ば、これら束縛を満足するために任意の火花バースト回
路３１が追加されて第７図に就いて説明されるようにタ
イマ３０により設定される火花量を変える０点火（始動
）順序が始まる時に、火花バースト回路３１はタイマ３
０を高パルス量状態に切換える。正常な点火が行われる
よう十分な時間が経過した後、火花バースト回路３１は
タイマ３０を低火花（維持）量に戻すように切換えて、
点火プラグの早過ぎる摩滅なく安全のために連続的に作
動出来る。また、低火花量は、励磁機部材が連続する高
火花量が存在する程の高い熱応力を持たないので、励磁
機部材を小さくするように出来る。より一般的に、火花
バースト回路３１は、点火が起こった後に連続する平均
値の繰返しよりも大きな平均値の繰返しを成す予定時間
火花の繰返しを生じる。
この発明の推奨実施例における重要な特長は、火花バー
スト回路３１がスイッチ３２の閉路による点火装置への
直流電源１７からの電力の供給にて作動されることであ
る。従って、火花順序は、特別な電線の接続を必要とす
ることなく２９を自動的に同期するエンジン始動順序に
対して一定時間にて始められる。また、火花バースト回
路３１は、電力が遮断されたり或は再適用される時にい
つでも再作動される。これは、半導体点火プラグ２１の
早まった摩滅無しに再着火能力を設ける低火花量が後に
続くエンジンを始動するための高火花量を設ける。
ソリッドステートスイッチを用いる単極点火装置の設計
において、相い入れない面に表れる要件が調和されねば
ならない０点火プラグ２１の火花を確実にするために、
環境状態の変化、例えば冷たい乃至湿った状態において
燃料を確実に点火するために必要とされる適切な特性を
有し、火花を通過する高速流の混合物によって比較的高
い割合の電流上昇率（ｄｉ／ｄｔ）が必要とされる。併
し、大きな電流上昇率（ｄｉ／ｄｔ）は、数マイクロ秒
が一般的であるスイッチの切換え時間と火花電流の上昇
時間が同一等級の大きさであるので、ソリッドステート
スイッチ１５に容認出来ない応力を作用するように出願
人によって見出された。
この発明の推奨実施例における別の重要な特長に従えば
、可飽和誘導子２７は可飽和鉄心を有しており、これに
よって放電電流を制御してソリッドステートスイッチ１
５を保護すると共に、総ての種類の環境状態の下での燃
料の信頼出来る点火を確実にしている。先ず、可飽和誘
導子２７は高コンデンサと同様に作用し、ソリッドステ
ートスイッチ１５が閉路された後の最初の数マイクロ秒
電流上昇率（ｄｉ／ｄｔ）を制限する。電流上昇率（ｄ
ｉ／ｄｔ）の制限によって、ソリッドステートスイッチ
１５は全電流が達成される前に切換えるように時間が与
えられる。これはソリッドステートスイッチ１５の見積
もった寿命予測を短縮する程度にソリッドステートスイ
ッチ１５を圧迫しない電流上昇率（ｄｉ／ｄｔ）を確実
にする。誘導子２７が飽和される時に、誘導子２７の有
効インピーダンスは減少され、これによって混合物を確
実に点火するギャップで高パルスを設ける。更に、最初
の高インダクタンスは半導体点火プラグ２１のギャップ
にて電圧と高電流の間に大いに所要される伸長された遅
れを設ける。半導体点火プラグ２１における火花現象の
完全な理解が当業者に理解されないが、遅れが幾つかの
所要の効果を生じることを出願人は仮定する。特に、電
流サージが起こる前に電離位相が完了され、従って電磁
が半導体材料上のプラズマ内に形成されて点火プラグと
半導体に対して表面状態によって少しの熱が失われる。
また、電力の僅かな急激な適用は偏かな音響的（衝撃的
）、光学的および電磁的放射損失に起因しており、従っ
て有効な熱に対する一層の転換を成す。
更に、電子部材が適当な切換え時間を有しているので、
これらの損失が最小にされて、後続する高電流が火花に
対して全エネルギの大きなパーセントを供給する。プラ
ズマが一層複雑に形成されるので、アーク抵抗が低く（
アーク電圧における様に）、これは低ピーク電力に起因
し、節約が長期間に転換される。放電電流を時間を越え
て一層均等に供給することによって、幅広い範囲の環境
状態に亙って燃料を一層確実に点火することにおいて優
れた火花が得られることを出願人は確信している。単極
点火において、この発明に従って、エネルギ蓄積装置１
９が十分放電された後に火花を維持するよう第１図の７
リーホイーリングダイオード２９の様な単向装置と可飽
和誘導子２７が連動する６エネルギ蓄積装置１９の放電
の際に可飽和誘導子２７に蓄積されるエネルギはエネル
ギ蓄積装置１９による放電の完了で単向性のフリーホイ
ーリングダイオード２９を介して放出される。
第２図を参照して、半導体点火プラグ２１にて費やされ
たエネルギは、ソリッドステートスイッチ１５と可飽和
誘導子２７を介して初期放電電流ループ１１を形成する
エネルギ蓄積装置１つを最初は源としている。エネルギ
蓄積装置１９が十分に放電された後に、可飽和誘導子２
７は単向性のフリーホイーリングダイオード２９と連動
してソリッドステートスイッチ１５とエネルギ蓄積装置
１９からの放電電流を効果的に分路して第２の電流ルー
プＩ２を形成する。エネルギ蓄積装置１９の分路によっ
て、エネルギ蓄積装置１９と可飽和誘導子２７の間の“
リンギングが防止されて単極出力を計数し、火花の全寿
命における電流をソリッドステートスイッチ１５が扱う
ようには必要とされない。第２図の可飽和誘導子２７と
関連した説明的な正負の符号によって示される様に、半
導体点火プラグ２１を介した放電電流が電流ループＩ＋
から電流ループＩ２に変化する時に、可飽和誘導子２７
の有効極性が逆転する。フリーホイーリング電流■２に
おいて、可飽和誘導子２７は、電流ループＩ、における
様な受動的部材よりもエネルギ源として作用する。可飽
和誘導子の有効極性の変化は実質的に瞬間的で、フリー
ホイーリングダイオード２９のバイアスが打勝つと、電
流はエネルギ蓄積装置１９から７リーホイーリングダイ
オード２９を経て非常に迅速に逆転される。
第３ａ図および第３ｂ図によって示される様に、通常の
誘導子（第３ａ図）によって示される特性電流上昇率（
ｄｉ／ｄｔ）は可飽和鉄心（第３ｂ図）を有した誘導子
の電流上昇率（ｃｊｉ／ｄｔ）と実質的に異なっている
。通常の誘導子に基づく電流波形では、電流上昇率（ｄ
ｉ／ｄｔ）は非常に高く始まり、電流上昇率（ｄｉ／ｄ
ｔ）が零に減少する様に徐々にピークに到達する０通常
の誘導子における理想波形の電流上昇率（ｃｈｉ／ｄｔ
）の単調な減少に比較して、可飽和誘導子鉄心は最初に
単調に増大する電流上昇率（ｄｉ／ｄｔ）によって特徴
付けられ、この状態は誘導子が飽和するまで存在するよ
う続けられる。この特徴ない形状を生じるファクタはｄ
Ｌ／ｄｉで、鉄心材料の飽和に基づく電流に関するイン
ダクタンスの変化である。誘導子の鉄心が飽和する時に
、インダクタンスは低下し、正味電流上昇率（ｄｉ／ｄ
ｔ）は飽和工程の間は実質的に増大する。鉄心が十分に
飽和される時に、電流上昇率（ｄｉ／ｄｔ）は、ピーク
電流が達成される時に零に成るよう単調に減少する値に
戻る。第３ｂ図にて、理想波形は初期低電流および低電
流上昇率（ｄｉ／ｄｔ）時間と次続の高電流および高電
流上昇率（ｄｉ／ｄｔ）時間とに分けられる０分岐線に
直ちに先行する期間にて、誘導子の鉄心は飽和され、誘
導子の有効インダクタンスは減少されて電流上昇率（ｄ
ｉ／ｄｔ）が増大するように成る。飽和の後、インダク
タンスの値は最早変わらず、ｄＬ／ｄｔ＝　Ｏで、電流
は固定インダクタンスにて予期される正常指数曲線に従
って増大し続ける。
第４図の実験電流波形Ａ、Ｂを参照して、波形Ａはこの
発明に従った可飽和鉄心誘導子を用いる点火装置の点火
プラグにおける電流である。波形Ａの考察から理解され
る様に、波形は第３ｂ図に関連して述べた特性形状を持
っている。飽和の前の期間の間、電流上昇率（ｄｉ／ｄ
ｔ）は小さく、点火装置のソリッドステートスイッチは
切換える時に比較的低電流値だけを経験する。誘導子の
鉄心が飽和に達する時に、電流はインダクタンスが小さ
くなるように相対的に迅速に増大するように始める。
可飽和鉄心誘導子の代わりに通常の誘導子を用いて波形
Ｂが得られる。ソリッドステートスイッチの有害な加熱
と点火装置の早過ぎる損傷を避けるために、波形Ｂによ
り供給されるピークエネルギは波形Ａからのピークエネ
ルギよりも十分に小さくなるように制限されねばならな
い。もし、通常の誘導子からのピークエネルギが理想波
形Ｃによって示される様に可飽和鉄心誘導子によって設
けられるピークエネルギに等しいと、速い初期電流上昇
率（ｄｉ／ｄｔ）はソリッドステートスイッチがオフか
らオンに変換を完了する前に比較的高い電流値を生じる
。これら高電流値はソリッドステートスイッチを破壊す
るほどに加熱して、この発明とは関連しない通常の単極
点火の使用のための非実用的装置を造ってしまう。
可飽和鉄心誘導子２７は閉路した磁路または非常に小さ
い空気ギャップを有する。誘導子の鉄心を成す磁気透過
性材料の環状形状が飽和鉄心の形成に好適に働くことが
当業者に知られている。
鉄心の構成に好適である多数の材料が有り、達成される
電流上昇率（ｃ（ｉ／ｄｔ）特性に選択が影響を及ぼす
、この発明の推奨実施例にては、非常に高密度の鉄粉末
鉄心が環状体に使用された。高密度は環状体に高透磁率
（例えば７５）を与えて、巻線の与えられた寸法および
ターン数における非常に高い初期インダクタンスを賀す
。材料の幾つかの他の特性が良好な選択を成す。第１に
、フェライトや金属合金の様な他の材料と比較して比較
的安価な材料である。第２に、点火における大電流のた
めに適した高飽和値を有している。これは−緒に圧縮さ
れる分離鉄粒子の非均質特性に基づく鉄粉末鉄心の分布
されたギャップ特性に基づいている。第３に、点火装置
によって経験される大きな温度範囲に互って終始一定し
て特性が公正に残っている。
エンジンと点火プラグ特性の間の幅広い特性に基いて、
他の材料が幾つかの点火装置に好適で、またこれら材料
の使用がこの発明の範囲内に在ることを出願人は確信す
る。
この発明の実施において、第５図に示される様に環状体
と主巻線３３は３つの状態が出会うように造られねばな
らない。第１に、プラグのギャップにおけるエネルギの
放出の際にピーク電流を制御するように誘導子の飽和さ
れたインダクタンスが選ばれねばならない。第２に、電
流上昇率（ｄｉ／　ｄｔ）の値の制限によって比較的小
さい値に初期電流を制限するように誘導子の初期インダ
クタンスが十分大きくされねばならない。誘導子によっ
て達成されねばならない第３の状態は、可飽和誘導子が
蓄積できるエネルギに如何はど影響する環状体の物理的
大きさに関連している。点火プラグにおける高電圧の初
期出現とプラグにおける高電流上昇率（ｄｉ／ｄｔ）の
発生との間の遅れはエネルギを吸収放出する誘導子能力
に起因している。
可飽和誘導子がプラグギャップにおける火花電流の通路
内に直接在るために、誘導子の可飽和鉄心は火花特性と
時間における反応の監視を設けるように使用できる。こ
の発明の別の重要な特長に従えば、第５図に示される様
に１つまたは２９だけのターンの二次巻線３５を設ける
ことに依って、火花電流の状態を監視するために感知装
置が実現できる。二次巻線３５からの信号が火花電流の
波形と重複しないので、火花の特質の決定や半導体点火
プラグ２１の状態や励磁機回路および汎用燃焼／点火工
程の実施等を可能にする具合に二次信号が電流波形に相
互に関連できる。
高電圧装置の測定電流が潜在的に危険で、注意深い絶縁
の配慮を必要とすることが周知の実験室の問題であるの
で、測定信号が接地電位付近に維持できる。−殻内に、
補助電流乃至電圧変成器がこの目的のために使用される
が、この様な変成器は挿入損失を常に生じると共に点火
装置の励磁機回路の様な回路への設置を物理的に困難に
する付加的な機械部材である。更に、適宜な監視点での
補助変成器の配置は波形の監視だけの代わって波形に不
都合に影響を及ぼすように成る。併し、第５図に示され
る様な同一可飽和鉄心誘導子２７への二次巻線３５の付
加は、安全且つ低電圧で誘導子や点火装置の反応に応答
する絶縁された信号を賀す、好適には、可飽和誘導子の
主巻線３３と感知装置の二次巻線３５との間の絶縁とし
てテープ３６が可飽和誘導子２７の環状体の回りに巻か
れる。
この発明の点火装置において、可飽和誘導子の主巻線３
３は一般に多数のターン（例えば６８）を有している。
もし、二次巻線３５が１つのターンを有するのであれば
、逓降比は１／６８である。
従って、２．５００ボルトの出力電圧にて、二次巻線か
らの診断出力は約３６ボルトに制限される。
診断装置によって設けられる分析結果は火花電流の実施
を示したり、或は管理または点火装置の取換えに必要な
信号を発信するように使用出来る。
特に、簡略化された形において、診断装置は以下の状態
を区別できる。
１）開放回路として表れる損傷したプラグ、２）火花期
間に基づいた実施表示、 ３）短絡回路として表れるリード線の損傷またはプラグ
の激しい汚染、 ４）出力パルスの無いことに基づく励磁機の損傷。
この発明に従った点火装置回路の特別な実施例の図示が
第６．７．８図に見られる。この特別な実施例は今の出
願人の設計選択であるが、他の特別な設計の単極点火装
置がこの発明に等しく良好に適用できることが当業者に
明らかであろう。
第６図に示される点火装置の作動の詳細な説明を参照す
るに、点火装置が直流電源１７に先ず接続される時に、
コンデンサＣ１を充電する広帯域フィルタ２０によって
直流−直流変換機１１にｒ過された電力が供給される。
小電流がコンデンサＣ１から抵抗Ｒ２、ツェナダイオー
ドＺ１、抵抗Ｒ１、更に地面に流れる。これはトランジ
スタＱ１のゲートに正のバイアスを掛けてこのバイアス
を一部転換して電流がトランジスタＱ１のドレンとソー
スの間に流れるようにする。トランジスタＱ１から、電
流は抵抗Ｒ１を介して地面に流れる。
トランジスタＱ１は電力ＭＯＳＦＥＴ、Ｎ−チャネル増
強モード装置が好適である。
変成器Ｔ１の二次巻線Ｎ２はフィードバック巻線で、抵
抗Ｒ５およびコンデンサＣ２を経てＭＯＳＦＥＴ）ラン
ジスタＱ１のベースに正の電圧がフィードバックされる
ように成す。正の電圧のフィードバックはＭＯＳＦＥＴ
）ランジスタＱ１がハード順方向バイアスによって十分
に転換されるように成す１Ｍ０８ＦＥＴトランジスタＱ
１のゲートソース接続を保護するために、ツェナダイオ
ードＺ１は、ＭＯ８ＦＥＴトランジスタＱ１のゲートソ
ース接続の定格値（Ｖｇｓ）を越えない値で巻線Ｎ２か
らのフィードバック電圧を捕らえる。
ＭＯＳＦＥＴ）ランジスタＱｌが転換される時間の間、
変成器Ｔ１の二次巻線Ｎ２、Ｎ３からの出力の極性は正
である。二次巻！ｉＮ２、Ｎ３の出力からの正の電位は
ダイオードＤ４と協同して、直流−直流変換機１１（変
成器Ｔ１の一次および二次巻線を含む）を第６図のコン
デンサＣ５である点火装置のエネルギ蓄積装置１９から
効果的に離脱するように成す。新しい充電サイクルが始
まる時に、ダイオードが正の電圧（例えば約１，０００
ボルト）であることが注意されるべきである。
図示の点火回路において、主蓄積コンデンサＣ５は負の
高電圧（例えば−２，５００ボルト）に充電される様に
成り、従って充電サイクルの終りに、ダイオードＤ４が
位置エネルギの全範囲（例えば、少なくとも１．ＯＯＯ
＋２，５００ボルトまたは３　、ＯＯＯボルト）を完全
に阻止しなければならない。
直流−直流変換機１１のフライバックサイクルを設定す
るために、直流−直流変換機は変成器Ｔ１の一次巻線Ｎ
１を介して電流に比例する電圧交差抵抗Ｒ１に応答する
。電流が３アンペアに達する時に、電流感知抵抗Ｒ１を
横切る電圧は約０゜７５ボルトで、抵抗Ｒ３、Ｒ４の電
圧分岐網を介してトランジスタＱ２に切換えるよう十分
である。
トランジスタＱ２の切換えによって、ＭＯ３ＦＥＴトラ
ンジスタＱ１のゲートは低く押さえられ、従ってトラン
ジスタＱ１をオフに切換え、これによって電流を３アン
ペアに制限する。この技術は電流モード制御として当業
者に知られている。
変成器Ｔ１の一次巻線Ｎ１を経た電流の遮断によって、
巻線Ｎｌ、Ｎ２、Ｎ３を連結する磁場は壊れ、−次巻線
Ｎ１に蓄積されたエネルギは二次巻線Ｎ２、Ｎ３に転換
される。二次巻線Ｎ２、Ｎ３は一般的にタップを持った
単一巻線である。−送電流が遮断されて一次巻線Ｎ１に
蓄積されたエネルギが二次巻線Ｎ２、Ｎ３に転換される
時に、二次巻線に蓄積されたエネルギの極性は逆転され
、これによって二次巻線の出力が負の電位を取るように
する。二次巻線Ｎ３からの出力電圧は主蓄積コンデンサ
Ｃ５の負のプレートに対して予定された電圧にダイオー
ドＤ４によって捕らえられる。
従って、二次巻線Ｎ３の出力における負の電位は、負の
方向にコンデンサＣ５を充電する出力電流を生じる。
二次巻線Ｎ２、Ｎ３間のタップ出力は、論理回路１３に
よるエネルギ源として使用されるコンデンサＣ４に比較
的低電圧を供給する。電圧Ｖ、＋２は、第７図に示され
るトリガー回路２５に関連して後に検討される様にダイ
オードＤ５および抵抗Ｒ８を介して抵抗Ｃ４を予定され
た電圧（例えば−８０ボルト）に充電される。また、二
次巻ｍＮ２、Ｎ３間の中央タップにおける電圧は抵抗Ｒ
５およびコンデンサＣ２を介して直流−直流変換機１１
内のＭＯＳ　Ｆ　ＥＴ　）ランジスタＱ１に戻し連結さ
れる。ＭＯＳＦＥＴ）ランジスタＱ１の初期のオフ切換
えにおける二次巻線Ｎ２、Ｎ３からのこの負の電圧はト
ランジスタＱ１のゲートへのハード負電圧の供給により
トランジスタＱ１のオフ切換えを完了するよう作用し、
これによって二次巻線Ｎ２、Ｎ３の全エネルギが主蓄積
コンデンサＣ５に転換される迄ＭＯ８ＦＥＴトランジス
タＱ１がオフに止どまることを確実にしている。
第７図を参照するに、エネルギセンサ回路２３は電圧分
圧器Ｒ１１、Ｒ１２によってエネルギ蓄積コンデンサＣ
５における電圧を感知する１図示実施例において、コン
デンサＣ５の負の端子における電圧が予定値（例えば−
２，５００ボルト）に達した時に、ソリッドステートス
イッチ１５が閉じられてコンデンサＣ５に蓄積されたエ
ネルギが火花ギャップに転換されるように成る。ソリッ
ドステートスイッチ１５は、第８図に示される様にパル
ス変成器３９によって附勢される単一の５ＣＲ４１また
は一連の５ＣＲ４１が好適である。
コンデンサＣ５が予定値に向かって充電される時に、第
７図の抵抗ＲＩ　Ｏ，Ｒ１１、Ｒ１２から成る電圧分圧
器網はＮチャネルＪＦＥＴトランジスタＱ６のゲートを
オンに残すようにバイアスを掛ける。このオン状態で、
ＪＦＥＴ）ランジスタＱ６は、ＪＦＥＴ）ランジスタＱ
６がトランジスタＱ４の実効分流回路を設けるためにト
ランジスタＱ４をオフ状態に維持する。ＪＰＥＴ）ラン
ジスタＱ６のゲート−ソース電圧が蓄積コンデンサＣ５
の充電の間は負に成る様に、ＪＦＥＴ）ランジスタＱ６
はカットオフ状態に達する。ＪＦＥＴトランジスタＱ６
のオフ切換えにおいて、トランジスタＱ４、Ｑ５から成
るトリガ回路２５のスイッチが閉じられて、コンデンサ
Ｃ４に蓄積されたエネルギを第８図のソリッドステート
スイッチ１５のパルス変成器３９に放電するように出来
る。
蓄積コンデンサＣ５の電圧が予定の十分充電された値に
達する時に、ＪＦＥＴ）ランジスタＱ６のゲート−ソー
ス電圧はＪＦＥＴ）ランジスタＱ６をオフに切換えるよ
うに十分に負にされ、これによって抵抗ＲＩＯとツェナ
ダイオードＺ３を介してトランジスタＱ４のベースに電
流を流すように出来る。トランジスタＱ４がオンに切換
えられる時に、トランジスタＱ５もまたオンに切換えら
れる。トランジスタＱ４のコレクタ、エミッタおよびベ
ースの変更バイアスは、トランジスタＱ５がオンに切換
えられてトランジスタＱ４のオン切換えを加速するよう
にトランジスタＱ５のバイアスを補足する。結果として
、トランジスタＱ４、Ｑ５の組合せはコンデンサＣ４が
十分に充電されるまでオン状態にラッチされる。実際に
、トランジスタＱ４、Ｑ５と抵抗Ｒ１６、Ｒ１７は、第
８図に示される様に前述したパルス変成器３９を介して
ソリッドステートスイッチ１５を構成する５ＣＲ４１に
トリガ信号を供給するＳＣＲ型装置として作用する。
トリガ回路２５の活性化に応答して、放電電流はコンデ
ンサＣ４から発展されて、タイマ回路３０の抵抗Ｒ９と
ツェナダイオードＺ２を経て流れねばならない、抵抗Ｒ
９とツェナダイオードＺ２と協同する放電電流はタイマ
回路３０にパルスが表れるようにする。タイマ回路は抵
抗Ｒ６とコンデンサＣ３とから成るＲＣ網である。コン
デンサＣ３はダイオードＤ３を介してパルスによって充
電される。併し、ダイオードＤ３はコンデンサＣ３が抵
抗Ｒ６を介してのみ充電できるように成している。充電
されたコンデンサＣ３はＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ３
をオンに切換える。コンデンサＣ３の電圧が抵抗Ｒ６を
介して放電される時に、ＭＯ８ＦＥＴトランジスタＱ３
はオフに切換えられる。ＭＯ８ＦＥＴトランジスタＱ３
がオンの間は、タイマ回路３０は無能化信号を第６図の
直流−直流変換機１１に送る。
また、第７図には、最適な火花バースト回路３１がＭＯ
ＳＦＥＴトランジスタＱ３のゲートにてタイマ回路３０
に接続されているのが示されている。第１図に関連して
検討された様に、火花バースト回路３１は火花量を急激
的か或は徐々のいずれかにて変更するので、エンジンを
始動する時に一時的に大火花量に成って、以後は小火花
量が続く、第７図にて、ＥＭＩフィルタを経た直流入力
電力の到達は点火順序が始まることを表示するように使
用される。抵抗Ｒ１８とコンデンサＣ９から成るＲＣタ
イミング網に電圧が供給される。電圧が供給される時に
、抵抗Ｒ１８とコンデンサ９の接合部は供給される電圧
にて瞬間的に上がり、抵抗Ｒ１８がコンデンサ９を充電
するように地面に向かってゆっくりと減衰する。接合部
における電圧の初期上昇はＭＯＳＦＥＴ）ランジスタＱ
７のゲートに接続されて、強く引張られるゲートによっ
て直ちにオンに切換える。接合部電圧が零に向かって減
衰する時に、定格電圧ｖ１．オフが達成されて（すなわ
ち１〜２ボルト）、トランジスタＱ７がオフに切換わる
まで、ゲート−ソース電圧は減少する。
トランジスタＱ７がオンである時間（すなわち約５〜３
０秒）の間、タイマ回路３０はトランジスタＱ３のゲー
トがトランジスタＱ７によって引張られるために無能に
成る。オフにされたトランジスタＱ３によって、直流−
直流変換機１１は無能にされず、連続的に作動する。こ
れは励磁機を高い値で充電して附勢する。トランジスタ
Ｑ７がオフに切換わると、ドレン−ソース回路の高イン
ピーダンスはタイマ回路からトランジスタを切離す。
火花バースト時間遅れのための他の構成が可能であり、
火花バーストをトリガする入力が外部信号、例えばＥＣ
Ｕから出来ることが当業者に明らかであろう、また、予
め設定された数の火花が固定の高い値で起こって次いで
小さい値に切換える交番デジタル法が予測されるのが注
意すべきである。この様な実行は予設定デジタルカウン
タの形を取るよう出来るし、また点火装置の完全な論理
作用を行うマイクロコントローラの適宜な指令順序によ
って実行できる。
第８図に示される様に、点火装置のソリッドステートス
イッチ１５は一連の接続された５ＣＲ４１によって好適
に実現され、各５ＣＲ４１は高スタンドオフ電圧と非常
に高いパルス電流容量とを有している。１つのＳＣＲを
使用するのが好適であるが、必要な電圧（例えば２．５
００ボルト）に決められたＳＣＲを見い出すよう見込み
のないことを出願人は注意している。直列接続されたＳ
ＣＲの附勢にて、蓄積コンデンサＣ５に蓄積されたエネ
ルギが可飽和誘電子２７を介して半導体点火プラグ２１
に放電される。ＳＣＲがトリガ回路２５によって附勢さ
れる時に、コンデンサｃ５の負のプレートは電気的地面
に効果的に引張られ、これによってコンデンサｃ５の正
のプレートが接地電位から高い正の電圧（例えば直流＋
２，５゜Ｏボルト）に揺れるように成す。
コンデンサＣ５の正の電圧はダイオードＤ９のバイアス
を逆転し、これにより点火装置のハウジングの電位によ
って一般的に決められる接地電位からコンデンサの正の
プレートを切離す、コンデンサＣ５の正のプレートにお
ける高い電位は可飽和誘電子２７によって点火プラグ２
１に作用される。
火花（ＣＶ２）の発生のためのエネルギは初めに電気的
な電位としてコンデンサｃ５に蓄積され、次いで可飽和
誘電子２７に転換されて磁気エネルギ（Ｌ１２）として
蓄積される。コンデンサｃ５が十分に放電される時に、
ダイオードＤ９は前方向にバイアスされて点火プラグ２
１のギャップを横切ってダイオードＤ９と可飽和誘電子
２７を介して電流を維持する。コンデンサＣ５の全放電
によって、ソリッドステートスイッチ１５は最早電流通
路の部分に無い。
この発明の点火装置の可飽和鉄心誘電子の存在は他の点
で必要な幾っがの激しい作動条件のｓｃＲを除去するが
、装置全体効率と信頼性はそれにも拘わらすＳＣＲにお
ける控え目な選択に一部起因している。第８図において
、コンデンサｃ５が充填される最大電圧にＳＣＲが耐え
るように出来ねばならないことがＳＣＨに親しい者に明
らがであろう、多数のＳＣＲが図示実施例における様に
直列状態に使用される時に、これらの実効スタンドオフ
電圧が直列状態の多数の装置によって増大される。ソリ
ッドステートスイッチ１５のための他の装置の使用を出
願人は予期するが、ＳＣＲはその能力のために選ばれた
この時にオン状態で高電流サージを取扱いオフ状態で高
電位に抵抗するように成る。一般に、選ばれたソリッド
ステートスイッチ１５は繰返される熱サイクルに抵抗出
来る良好な物理的構成を持たなければならない。５ＣＲ
４１は、サージ電流が非常に高くて効率がソリッドステ
ートスイッチ１５の損失によって妥協されるので、低い
順方向電圧低下を与えるよう適宜なチップ領域を有しな
ければならない。ソリッドステートスイッチ１５のこれ
らパラメータは意図した利用の全温度および圧力範囲に
互って維持されなければならない。更に、ソリッドステ
ートスイッチ１５のオン切換え時間は可飽和鉄心誘導子
２７から有効な遅れに対して速くされなければならない
、併し、ソリッドステートスイッチ１５が損傷を最も受
は易い時に、電流上昇率がオン切換え中に可飽和鉄心誘
導子によって制御されるので、ＳＣＲの電流上昇率（ｄ
ｉ／ｄｔ）は重要ではない。
第９図に示されるこの発明の別の実施例を参照するに、
成る高性能タービンにおいて、点火時限（火花が点火を
最も好適に生じる時の時間間隔）は非常に短く、固定さ
れた量の火花が理想時間の直前直後に容易に起こり得る
。最も一般的な点火装置と同様に第１図の点火装置にお
いて、所要量の火花エネルギＣ■２が蓄積される値にエ
ネルギ蓄積装置１つの電圧が到達する時に、火花放電が
自動的に起こる。通常の火花ギヤツブ管励磁機において
、この値は、十分に充電されたエネルギ蓄積コンデンサ
の存在にてオフ状態を維持できない火花ギャップの破壊
電圧によって固定される。励磁機電流の充電時間が直流
入力電圧（例えば１０〜３０ボルト）の値と、火花の開
始が相当に変化するまでの直流出力の適用からの間隔と
に基づいているので、点火装置の励磁機電流への直流出
力の適用のタイミングは、点火時限内に火花を配置する
ための許容される解決ではない。
第９図に示される様に、エネルギセンサ２３が直流−直
流変換機１１を無能化するが、トリガ回路２５がソリッ
ドステートスイッチ１５を直ちに作動しない構成を設け
るように第１図の論理回路１３を変更出来る。代わりに
、外部入力からの指令まで、ソリッドステートスイッチ
１５の作動が遅らせられる。エネルギ蓄積装置１９が十
分なエネルギに到達した後に、直流−直流変換機１１は
第１図に関連して説明された様に無能化される。
併し、この変形実施例に従って、トリガ回路２５はエン
ジン制御装置（ＥＣＵ）４３からの同期指令を待たねば
ならない。エンジン制御装置４３は一般にエンジンを始
動するよう作動順序を行う。
順序は一般に次の通りである。１）励磁機回路に直流電
圧を供給し、２）全速度の数パーセントにタービンを加
速するよう始動機電動機を接続し、３）燃料噴霧を開始
し、４）最良点火状態の正確な瞬間にて点火装置を点火
作動し、５）点火装置を点火作動し続けるか、或は点火
装置を点火装置自体の割合で続けるようにする。エンジ
ン制御装置はタービンエンジンの作動を制御する市販の
有用な装置で、高度、トルク、回転数および操縦者から
の指令に応答して燃料流れを最も一般的に制御する。こ
のエンジン制御装置は理に適うよう構成され、実施を適
切にするよう点火装置に指令を与えることが出来る。エ
ンジン制御装置が発生できる他の有効な信号は、如何な
特別な値にてもエネルギ蓄積装置１つの充電を停止する
ようエネルギセンサ２３を直接制御できる“火花エネル
ギ′。
指令信号である。この様な信号の例は、高い高度におけ
る一層難しい点火を予測して一層のエネルギを要求する
高度に基づくものである。第１図と第９図の比較から、
２９の図面の同一符号はこの発明の再実施例に共通であ
ることが明らかであろう、これら共通の装置は第９図の
実施例において再度詳細に説明する必要はない。
第９図の論理回路１３の別の実施例を参照するに、火花
を開始するトリガ回路２５への信号は２９の状態に基づ
いて生じられる。第１には、エネルギ蓄積装置１９がエ
ンジン制御装置４３によって指令された値に充電される
ことをエネルギセンサ２３が指示しなければならない、
第２には、高度（混合物）のための正しい燃料流が達成
されてエンジンが適切な始動速度に到達される迄、エン
ジン制御装置からの同期した“点火”指令が発信されて
、エンジン制御装置がこの指令を遅らせることである。
この時に、混合物を点火するよう最初の火花のための状
態が最適にされる。第９図のアンドゲート４５は最初の
火花のための２９の状態の条件を決めると共に、エンジ
ン制御装置４１が幾つかの任意な手段によって連続火花
を制御するよう許す、もし、エンジン制御装置４１が１
つの火花を丁度発するよう必要とすれば、“点火”指令
ラインをオフ状態に戻して、ラインを単に一般的にする
。もし、エンジン制御装置が装置自体のタイミングによ
って制御される別の火花を決めれば、火花が所要される
夫々の時に“火花”指令を連続的に発信して、励磁機が
エネルギ蓄積装置を再充電するよう十分な時間許される
。もし、エネルギ制御装置が予め決められた割合で火花
を発生できるよう決められ１ば、“火花１指令ラインを
オン状態に残す、如何なアンド作用にても真実であるよ
うに、もしアンドゲート４５の１つの入力がオン状態に
維持され）ば、他の入力は変えられない出力に転換され
る。従って、エンジン制御装置インタフェース無し、或
はもしエンジン制御装置が励磁機に対する制御を供給す
れば、シリガ回路２５は第１図に就いて説明された様に
エネルギセンサ２３に応答して、エネルギ蓄積装ｆ１９
が再充電されることをエネルギセンサ２３が決める夫々
の時に火花を発生する。
以上から、通常の点火装置、特にタービンエンジンの単
極点火、に対する改良された実施を設ける点火装置が説
明されたことが明らかであろう。
この発明はソリッドステートスイッチを用い、ソリッド
ステート部材を圧迫することなく信頼出来る点火を確実
にする高エネルギ火花電流特性を有する大いに多用な点
火装置を提供するように制御する。これに関連して、火
花電流特性は半導体型点火プラグの応力を低減してプラ
グの寿命を効果的に延長するよう考えられる。ソリッド
ステート切換えおよび制御の利用によって、この発明は
、エンジンの制御装置からの時限信号の様な外部信号に
応答することによって点火順序の正確な時限を提供する
。また、ソリッドステート装置は、エンジン燃料を点火
するために火花をバーストしてバーストの平均量よりも
少ない平均量で火花の連続した繰返しが続け、られる点
火順序を提供する。
終わりに、点火装置の飽和出力誘導子は、プラグの火花
量を表示する診断信号を設けるよう好適に使用される。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の点火装置の第１の実施例に従ったブ
ロック図、第２図は火花の発生の際に点火装置に形成さ
れる２９の電流ループを示すこの発明の点火装置による
火花の発生の際の電流の流れを示す概要図、第３ａ、３
ｂ図は出力誘導子を通って点火装置の火花ギャップを横
切って流れる電流の理想波形を、２９の電流波形が非可
飽和鉄心と可飽和鉄心とを夫々有する誘導子に基づいて
示す図、第４図は出力誘導子を通って点火装置の火花ギ
ャップを横切って流れる実際の電流（Ａ、Ｂ）と理想電
流（Ｃ）を示す３つの電流波形を示す図で、波形Ａ、Ｃ
は非可飽和誘導子鉄心に基づき波形Ｂは可飽和誘導子鉄
心に基づく図、第５図は診断に使用するための誘導子と
関連した感知装置を示すこの発明に従った点火装置の出
力誘導子の斜視図、第６図は火花ギャップへの高エネル
ギの源を設けるための低電圧−高電圧変換機およびエネ
ルギ蓄積装置のこの発明の実施例に従った回路図、第７
図はエネルギ蓄積装置から点火装置の火花ギャップへの
エネルギの転換を始めるためのトリガ回路のこの発明の
実施例に従った回路図、第８図は直流−直流変換機と第
６．７図のトリガ回路と使用するための単極点火装置の
出力回路の実施例に従った回路図、第９図はタービンの
始動サイクルに対して火花タイミングを同期するために
タービンエンジンの制御に応答するための構成と協同す
る第２の実施例に従ったこの発明の点火装置のブロック
図である０図中、１１：直流−直流変換機、１３：論理
回路、１５：ソリッドステートスイッチ、１７：直流電
源、１９：エネルギ蓄積装置、２０：広帯域フィルタ、
２１：半導体点火プラグ、２３：エネルギセンサ、２５
：トリガ回路、２７：可飽和誘導子、２９：フリーホイ
ーリングダイオード、３０：タイマ、３１：火花バース
ト回路、３２：スイッチ、３３＝主巻線、３５：二次巻
線、３６：テープ、３９：パルス変成器、４１：５ＣＲ
１４３：エンジン制御装置、４５：アンドゲート。 ＦＩＧ、３ａ ＦＩＧ、　３ｂ Ｉｌ＆’　＠（Ｐ−為どト）

Claims (37)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）点火装置電源から低電圧を受けてこれを高直流出
    力電圧に変える電圧変換機、 電圧変換機から供給されたエネルギを蓄積するために電
    圧変換機に接続されたコンデンサ、磁気的に飽和可能な
    鉄心の回りに巻かれて火花ギャップ装置に直列に接続さ
    れた誘導子、 （ａ）火花ギャップ装置の電圧がプラズマを生じ（ｂ）
    第１段から第２段へのスイッチ装置の変換の際に比較的
    弛い電流上昇率（ｄｉ／ｄｔ）が始められ（ｃ）磁気飽
    和鉄心の飽和が起こり相対的に速い電流上昇率（ｄｉ／
    ｄｔ）が火花ギャップ装置を横切って起こる様な順序で
    、直列接続された誘導子および火花ギャップ装置にコン
    デンサから予定されたエネルギを変換するスイッチ装置
    を有するソリッドステート装置、 直列接続された誘導子および火花ギャップ装置と並列に
    接続された単向装置、 を備えたエンジン燃料点火装置の単向点火装置。
  2. （２）火花ギャップ装置が半導体点火プラグである請求
    項１記載の単向点火装置。
  3. （３）予定された時間に火花ギャップ装置にて火花を繰
    り返し発生してエンジン燃料の点火を始めて爾後に予定
    された時間の際に平均量の火花よりも少ない平均量にて
    火花の繰り返しを続ける装置をソリッドステート装置が
    有している請求項１記載の単向点火装置。
  4. （４）スイッチは、エンジン状態が点火に最も好適な時
    に一度に少なくとも点火順序の初期火花を発生すべく火
    花の外部の装置に応答する請求項１記載の単向点火装置
    。
  5. （５）鉄心が高透磁性の鉄粉末材料で造られた請求項１
    記載の単向点火装置。
  6. （６）ソリッドステート装置は、コンデンサが直列接続
    された誘電子および火花ギャップ装置に接続される様に
    スイッチ装置を閉じるためにコンデンサに蓄積された予
    定されたエネルギの存在に応答する論理回路を有してい
    る請求項１記載の単向点火装置。
  7. （７）論理回路は、連続火花間に遅れを設けるために電
    圧変換機を不能化する出力を有している請求項６記載の
    単向点火装置。
  8. （８）誘電子は、火花ギャップ装置へのエネルギ転換の
    期間の際に直列接続誘電子および火花ギャップ装置に起
    こる現象を表す診断信号を設けるセンサと協同する請求
    項１記載の単向点火装置。
  9. （９）飽和鉄心は環状体で、センサは環状体に巻かれて
    誘電子の巻線から隔てられた１つ以上のターンである請
    求項８記載の単向点火装置。
  10. （１０）火花ギャップ装置と直列に接続された磁気飽和
    鉄心回りに巻かれた誘電子によって火花ギャップ装置に
    エネルギを供給する蓄積装置と、直列接続された誘電子
    および火花ギャップ装置と並列に接続された単向点火装
    置とを有する単向点火装置を使用するエンジン燃料を点
    火する点火装置において、 エネルギを蓄積装置に供給し、 予定量のエネルギを蓄積装置から直列接続された誘電子
    および火花ギャップ装置に転換し、プラズマを生じるよ
    うに十分な時間火花ギャップ装置を横切って高直流電圧
    を供給し、 磁気飽和鉄心を飽和するようにプラズマと誘電子を通っ
    て比較的低直流電流を初めに流して爾後にプラズマを通
    って高直流電流を流すようにし、蓄積装置から誘電子お
    よび火花ギャップ装置を通つてエネルギを伝達して実質
    的に全エネルギが蓄積装置から放出されるまで誘電子に
    エネルギを集め、 誘電子に蓄積エネルギが火花ギャップ装置および単向装
    置を通って放出される様に全エネルギが蓄積装置から放
    出される時に誘電子の極性の実際の瞬間的逆転を設ける
    、 ことから成る方法。
  11. （１１）予定された時間に論理回路における工程を繰り
    返してエンジン燃料の点火を始め、 予定時間の際に平均量の繰り返しよりも少ない平均量で
    予定の時間の後に論理回路における工程を繰り返す、 連続工程を有する請求項１０記載の方法。
  12. （１２）蓄積装置から直列接続された誘電子および火花
    ギャップ装置にエネルギを転換する工程が単向点火装置
    の外部の予定状態の検知に応答して起こる請求項１０記
    載の方法。
  13. （１３）予定量のエネルギが達成された時に蓄積装置へ
    のエネルギの供給を停止して予定時間の遅れの後に蓄積
    装置へのエネルギの供給を続ける工程を有する請求項１
    ０記載の方法。
  14. （１４）点火装置電源から低電圧を受けてこれを高直流
    電圧に変える電圧変換機、 電圧変換機から供給されたエネルギを蓄積するために電
    圧変換機に接続されたコンデンサ、火花ギャップと直列
    に接続された誘導子、 コンデンサによって誘導子および火花ギャップに蓄積さ
    れたエネルギを転換するためにコンデンサと直列接続誘
    導子と火花ギャップとの間に挿入されたソリッドステー
    トスイッチ、 コンデンサが実質的に十分充電された後にソリッドステ
    ートスイッチから離れてエネルギを向けるために直列接
    続誘導子および火花ギャップと並列に接続された単向装
    置、 コンデンサが予定されたエネルギ値を越えて充電されな
    いように電圧変換機を不能化するためにコンデンサにて
    予定されたエネルギ値に応答するエネルギ感知装置、 ソリッドステートスイッチによってコンデンサから直列
    接続誘導子および火花ギャップへのエネルギの転換を始
    めるために単向点火から外部の信号に応答する論理回路
    、 を備えたエンジン燃料を点火する装置の単向点火装置。
  15. （１５）外部信号源は、ギャップにおける火花が点火を
    最も適切に生じる時に点火時限を決定するための装置か
    ら成っている請求項１４記載の単向点火装置。
  16. （１６）点火時限決定装置は、燃料が単向点火によって
    点火されるエンジンのエンジン制御装置から成る請求項
    １５記載の単向点火装置。
  17. （１７）単向点火装置は磁気飽和鉄心を有している請求
    項１４記載の単向点火装置。
  18. （１８）磁気飽和鉄心は高透磁性の鉄粉末材料から成っ
    ている請求項１７記載の単向点火装置。
  19. （１９）直列接続誘導子および火花ギャップを介して放
    電されるエネルギの電流は、電流上昇率（ｄｉ／ｄｔ）
    が単調的に初めに上昇して爾後に零に成る単調減少率に
    転換する特性波形を有している請求項１７記載の単向点
    火装置。
  20. （２０）初期増大率（ｄｉ／ｄｔ）の電流は、コンデン
    サから直列接続誘導子および火花ギュップへのエネルギ
    転換を防止するオフ状態からエネルギを転換するオン状
    態にソリッドステートテイッチの転換の際にソリッドス
    テートスイッチが実質的に歪の無いことを確実にするよ
    うな大きさを成している請求項１９記載の単向点火装置
    。
  21. （２１）燃料の燃焼を最も確実にする予定された期間に
    点火プラグでの火花放電の繰返しによって点火を繰返し
    、 該予定期間の間の火花放電の平均量よりも少ない平均量
    で予定期間の後に点火プラグにおける火花放電の繰返し
    を続ける、 工程から成るエンジンの燃料を点火する点火プラグを用
    いる点火装置における点火の方法。
  22. （２２）火花放電の繰返しを続ける工程はエンジンがオ
    フに切換えられるか或は点火作動が再開されるまで維持
    される請求項２１記載の点火の方法。
  23. （２３）火花放電の繰返しを続ける工程が常にほゞ一定
    に維持される瞬間的割合で起こる請求項２１記載の点火
    の方法。
  24. （２４）各火花は、零で終わる電流上昇率（ｄｉ／ｄｔ
    ）の単調減少が続けられる電流上昇率（ｄｉ／ｄｔ）の
    単調増大率を有した特性電流波形を有する請求項２１記
    載の点火の方法。
  25. （２５）点火の初期がエンジンの予定された状態に応答
    している請求項２１記載の点火の方法。
  26. （２６）各火花の発生がエンジンの予定された状態に応
    答している請求項２１記載の点火の方法。
  27. （２７）点火の初期が点火装置への出力の適用に応答し
    ている請求項２１記載の点火の方法。
  28. （２８）各火花放電と関連した診断信号を設ける工程を
    有する請求項２１記載の点火の方法。
  29. （２９）エネルギ源、 エネルギ蓄積装置、 エネルギ源からエネルギ蓄積装置にエネルギを転換する
    第１装置、 誘導装置と直列な点火プラグ、 エネルギ蓄積装置から誘導装置および点火プラグにエネ
    ルギを転換する第２装置、 点火プラグにて起こる現象を表す診断信号を設ける誘導
    装置内にて協同するセンサー、 を備えたエンジン燃料を点火する装置の点火装置。
  30. （３０）誘導装置が誘導子である請求項２９記載の点火
    装置。
  31. （３１）誘導子が磁気飽和鉄心回りに巻かれている請求
    項３０記載の点火装置。
  32. （３２）磁気飽和鉄心が高透磁性の鉄粉末材料で造られ
    た請求項３１記載の点火装置。
  33. （３３）センサは、磁気飽和鉄心回りに巻かれ誘導子の
    巻線から電気的に絶縁された巻線を有している請求項３
    １記載の点火装置。
  34. （３４）センサは、磁気的に巻かれて誘導子から電気的
    に絶縁された巻線である請求項３０記載の点火装置。
  35. （３５）点火装置が、直流−直流変換機を有する第１装
    置と、直列接続誘導子および点火プラグにエネルギ蓄積
    装置を選択的に接続するスイッチを有する第２装置とを
    有した単極点火装置である請求項３０記載の点火装置。
  36. （３６）スイッチが点火装置の外部の信号に応答してい
    る請求項３５記載の点火装置。
  37. （３７）第２装置は、第１予定期間の点火プラグにて一
    連の火花を生じるように複数回に直流接続誘導装置と点
    火プラグにエネルギを転換して爾後に該一連の火花の平
    均量よりも少ない平均量で点火プラグにおいて火花の繰
    返しを続けることによって点火を開始する装置を有して
    いる請求項２９記載の点火装置。
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