JPH0694865B2 - オツトー型四行程エンジン用点火装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は各シリンダー用に少なくとも一つの発火プラグ
を備えている多気筒オツトー型四行程エンジンに関する
もので、その点火装置は各スパークプラグに対してエン
ジン内で該スパークプラグへとケーブルなしでほぼ接続
しうる点火装置を含んでおり、その点火装置はまた、エ
ンジン運転条件に応答して信号を送り、与えられた順に
スパークプラグらにスパークをトリガーするようにする
制御装置をも含んでいる。

本発明は、電気的低圧ブロツクと電気的高圧ブロツクと
を含む容量的点火装置に応用されるのが好ましい。

容量的点火装置は自動車を推進している多気筒四行程エ
ンジンには何ら大きな用途が今迄はなかつた。これの理
由は、そうしたエンジンに対しては、支配的な誘導点火
装置がより安価だつたし、また、それらへ今迄に課され
ていた技術的要求の大多数に合致し得たからである如く
思われる。従つて、多気筒オツトー型四行程エンジンの
容量法点火装置の公知の応用は、スポーツ的ドライブ、
即ち、大幅に高エンジン負荷と高エンジン回転数でのド
ライブを意図する自動車に限られていた。そうしたきつ
いドライブでは、エンジンの燃焼室内での熱応力は増大
し、燃焼系列の間のいわゆるノツキングを避けるのに、
良好な熱伝導の点火プラグ、いわゆる冷点火プラグを用
いることが重要である。しかしながら、低エンジン負荷
では、冷点火プラグの絶縁物上へ煤の堆積と湿気との危
険が増大し、従つてまた、点火プラグらの電極の間での
火花形成が絶縁物をよぎる漏洩電流のせいでだめになる
危険も増大する。従来の誘導的点火装置と比較して、容
量性点火装置は、点火電圧の非常に短い立上り時間で火
花形成をする。そしてこれが、高負荷および高エンジン
回転数で正確な点火を可能にするだけでなくて、煤付き
のプラグに対しても、アイドリングの間に起る低エンジ
ン負荷とr.p.m.に付してもまた満足な点火を可能ならし
める。

自動車エンジンで今迄に使用された容量性点火装置は、
点火変圧器としても知られている点火コイルからの点火
電圧が分配器と高圧点火ケーブルとを経てそれぞれのス
パークプラグへ取込まれていたような型のものであつ
た。そうした設計はしかし、若干の欠点がある。何故な
らば、容量性点火装置の比較的に高い点火電圧レベルへ
の短かい立上り時間が、装置の高電圧ブロツクの満足な
遮蔽を妥当なコストで得ることについて問題を生じてい
るからである。同じ理由のために、分配器および点火ケ
ーブルでのフラツシユオーバの危険もまた増加し、点火
電流の電圧レベルに対する制限的因子を構成している、
かくて、高圧縮圧でシリンダー内に圧縮された空燃混合
物の完全点火を呈せしめうるスパークを生ずる見込も減
少する。その上更に、フラツシユオーバの危険が増大し
たことは、例えばサービス間などの、点火装置への手動
運転での慎重さを大きく要することになる。

他の型の内燃機関、例えば動力の事などのためのオツト
ー型二行程エンジンにおいては、点火コイルはスパーク
プラグに接続されており、スパークプラグへ直接に取付
けうる単位装置に組み立てられている容量性点火装置を
使用することが公知である。この種の容量性点火装置は
点火タイミング調節を欠いており、その上更に、ラジオ
遮蔽性、役立ち可能性などに欠点を持つている。

本発明は、少なくとも一個のスパークプラグを各シリン
ダーに対して備えた多気筒オツトー型四行程エンジンに
対して諸論で開示した種類の点火装置を取付け、該点火
装置は各スパークプラグに対して、エンジン内でほぼケ
ーブルなしに該スパークプラグに連結しうる点火装置を
含んでいるようにすることを目的としていて、本発明
は、少なくとも二個の隣接スパークプラグに対する点火
装置らが共通の手動可能な装置で、いわゆる、点火カセ
ツト中に含まれている点で際立つている。

更に本発明は、点火装置が容量性の型で、電気的低圧ブ
ロツク（２）と電気的高圧ブロツクとを含んでいること
で目立つており、高圧ブロツクが一つ以上の点火カセツ
ト内に含まれていることを特徴としている。なるべく
は、エンジン内総てのスパークプラグへの点火装置は単
一の共通装置内に含まれるようにし、それで装置を完全
かつ便利に取扱えるようにし、他方、高圧ケーブルと分
配器を存在せぬようにして良好なラジオ遮蔽を可能にし
ている。

発明の解決策では、高圧ブロツクをスパークプラグへほ
ぼ直結してあつて、それにより短かい立上り時間を持つ
高い点火電圧がスパークプラグへ伝達され得るように確
実ならしめている。これにより、スパークプラグはスパ
ークがジヤンプし損うことの危険なしに、大きなスパー
ク間隙を持つように作られることが出来る。そうした比
較的大なるスパークギヤツプによつて、シリンダー内の
空燃混合物の完全燃焼が容易化され、他方、特に、排気
中の炭化水素（HC）の含量もかくて制限されよう。本発
明の有利な実施態様では、エンジンには、1.0mmを超え
るスパークギヤツプを有するスパークプラグが設けられ
ている。

本発明の他の際立つた特徴は、下記の請求の範囲および
下記した本発明の例示した実施態様から明かであろう。
記述は付図を参照して行われているが、それでは、 第１図は自動車用の本発明容量性点火装置を略図的に描
いている。

第２図は点火装置の高圧ブロツクを含む点火カセツトの
断面である。

第３図は第２図による点火カセツトの一部の平面図であ
る。

第１図から見られる如くに、本発明による容量性点火装
置は高電圧ブロツク１と低電圧ブロツク２とに分割され
ていて、それらはお互いに、また、電流供給装置３へと
電導接続されている。自動車蓄電池（図示せず）が後者
内に含まれていて、それから低電圧電流が連結部25を介
し、低電圧ブロツク２内に含まれる電圧安定器４へ供給
され、また、連結部20を介して、高電圧ブロツク１内に
含まれる充電装置９へと供給される。低圧ブロツク２は
12ボルトまでの低電圧電流でほぼ動作する部品らを含ん
でおり、他方、高電圧ブロツク１はそれより上の電流電
圧で働作する部品を含んでいる。

電圧安定器４とは別に、低電圧ブロツク２を主として、
エンジン上に配置された若干個のトランスジユーサ5,6,
7とをエンジン運転状況感知用に含み、また、トリガ回
路15とコンピユーターの形になつた電子制御装置８とを
含んでいる。トランスジユーサ５〜７は制御装置８に電
導接続され、これが連結部30を経て、電圧安定器４から
電流を得ている。また、トリガ回路15も連結部51を経て
電圧安定器４から電流を得ている。

高電圧ブロツク１は、充電装置９とは別に、点火蓄電器
と放電回路16〜19および点火回路21〜24をもまた、エン
ジンの四つのスパークプラグ11〜14の各々に対して含ん
でいる。充電装置９内に含まれた電圧変換器（図示せ
ず）は低電圧を200および600ボルトの間の充電電圧へと
変える。蓄電器10は充電装置９から出ている二つの連結
部35,45の間に配置されていて、充電装置９と共に充電
回路を形成し点火エネルギーを貯える。電圧調整器（図
示せず）が充電装置９内に含まれていて、予め選定され
た電圧レベルにて蓄電器の充電を中断する。

蓄電器10は、連結部35,45の間に平行に接続されている
四つの充電回路16〜19と共同動作するように置かれてい
る。各充電回路16〜19は点火変圧器31〜34の一次巻線26
〜29と一次巻線26〜29に直列に接続された無接触スイツ
チ36〜39とを含んでいて、このスイツチはいわゆるトラ
イアツクである。各点火変圧器31〜34の二次巻線41〜44
はエンジン内のそれぞれのスパークプラグ11〜14へと接
続されている。

各トライアツク素子すなわち各スイツチ36〜39は平行に
接続された二つの反対に指向されたサイリスターの形に
なつた半導体素子からなつている。そうしたトライアツ
ク素子は、低電圧ブロツクの制御装置８からいわゆるト
リガー接続46〜49のそれぞれを経てトライアツク素子へ
印加される外部制御信号に応答して電流通過を許容する
開放状態と電流通過を許容しない閉止状態との間に変る
ようにさせられることができる。制御装置８からトリガ
ー接続46〜49、例えば接続部46への出力信号に応答し
て、トライアツク素子36は閉止状態をとる。一次巻線26
とトライアツク素子36とを経て、点火蓄電器10は充電電
圧レベル、例えば接続部35上の400ボルトから接続部45
上の約12ボルトの供給電圧レベルへとかくして放電され
る。点火変圧器31の二次巻線41内には、かくて変圧器の
巻線比に比例する点火電圧が誘導され、またこの点火電
圧は点火回路21を経てスパークプラグ11へと印加され、
それの電極らの間にスパークを発生する。

制御装置８は、点火タイミングを制御し、またエンジン
上のトランスジユーサー5,6,7から来る従来様の入力信
号に応答して出力信号をトリガ接続46〜49へと頒布す
る。トランスジユーサー５はエンジンフライホイール
（図示せず）上にお互いから180゜に置かれた二つのマ
ークを感知し、それに相当する信号を接続40を経て制御
装置８へ送る。この信号は四角波の形に適切になつてい
て、それが、頂部死中心〔TDC〕に対するピストン位置
の情報も、更にまたエンジンr.p.mの情報をも与える。
トランスジユーサー６はエンジンカムシヤフト（図示せ
ず）上のマークを感知し、それに相当する信号を接続50
を経て制御装置８へ送る。この信号はいつ与えられたシ
リンダーが点火する立場にあるかの情報を与える。トラ
ンスジユーサー７はエンジンへの取入圧力を感知し、そ
れに相当した信号を接続60を経て制御装置８へ送る。

制御装置８からトライアツク素子36〜39へのトリガー接
続46〜49は低電圧ブロツク１内に含まれたトリガー回路
を通過し、そこで制御装置８からのトリガー信号は波
されて適合され、トライアツク素子36〜39を制御する。
この目的を考慮すると、トリガー回路15はいわゆるオプ
ト・カプラーを含んでいると有利で、それがトリガー信
号の擾乱のない正確な伝達を許すようにする。

第２および３図に描かれた実施態様では、第１図に描か
れた高電圧ブロツクは、いわちる点火カセツトの形にな
つた組合された装置に集積されている。これは外には金
属ケーシング71で形成され、二つの縦の側方パネル81,8
2となるべくはアルミニウムで中間部材として形成され
ている上部部分72とを含んでおり、また、点火カセツト
70の底部分上に取付けられた四つのシユー76も設けられ
ている。点火カセツト70内には四つの点火装置61,62
が、各スパークプラグ11〜14に対し一つ宛含まれてお
り、これらの点火装置61,62はお互いと、上部部分72へ
と金属ケーシング71を経て接続されている。

各点火装置61,62は代つて点火変圧器31〜34を含んでい
る。放電回路16〜19内に含まれた点火蓄電器10とトライ
アツク素子36〜39とは、中間部材として形成された上部
部分72内に総て含まれ、そこには点火装置の高電圧ブロ
ツク１内に含まれた総ての電子部品が、点火装置61,62
を除いて総て含まれている。上部部分72の頂部側は冷却
用フイン８が備えられている金属桿77として形成されて
おり、このバー77は点火カセツトの全体に沿つて伸びて
おり、上部部分72内に発生した熱の消費を可能にしてい
る。

バー77は二つの縦の垂れ下つたフランジ80をつけて形成
されていて、それに向つて、側部パネル81,82がねじ85
の助けで固定されており、バー77はその上更に孔明き縦
側部フランジ79が設けられていて、点火カセツト70を隣
接エンジン部分へねじの助けで取付け可能にしている。

各側部パネル81,82の下部は、それぞれの点火装置61,62
の外側上に形成された迫台91,92上にばね付けされた金
属ケーシング71から切り出された舌86,87により、それ
ぞれの点火装置61,62に連結されている。側部パネル81,
82により形成された端壁の各々は、前者の一つは第３図
に描かれているが、側部パネル81,82のどちらかの折り
たたまれた端により閉め切られている。金属ケーシング
71は描かれていない底板を含んでいて、若干個の切り欠
き（図示せず）をつけて形成されていて、点火装置61,6
2がスパークプラグ11〜14と接触を維持しうるようにな
つている。

上部部分72にある点火蓄電器10とトライアツク素子36〜
39とは、ケーブル66,67によつて点火変圧器31〜34の一
次巻線26〜29に接続されており、ケーブルらはそれの端
に普通の電気接続装置が設けられている。ケーブル66,6
7は単に200と600ボルトの間の充電電圧のみを運ぶのみ
であり、点火電圧絶縁を必要としない。

各点火変圧器31〜34の二次巻線41〜44は従来の接続手段
73によつてスパークプラグ11〜14の中央電極（図示せ
ず）と連絡を得るよう意図されている。点火カセツト70
はエンジンに剛性に取付けらるべきであるから、点火装
置61,62をそれぞれのスパークプラグ11〜14に接続手段7
3中に含まれているスプリング74により連結すれば充分
であり、それにより接触板75がスパークプラグ11〜14の
中央電極と係合に入るのを確実ならしめる。個々の接続
手段73はカセツト70内に含まれたシュー76により保護さ
れる。スパークプラグ11〜14の所の位置に取付けられた
時に、各シュー76はそれぞれのスパークプラグ11〜14の
絶縁物に向けて封止している。点火変圧器31〜34を外側
からの損傷に対して保護するために、各点火装置61〜62
はいわゆる“ソリツド・ステート”の組具立てを有し、
それでは点火変圧器31〜34はプラスチツク材料中に全く
包埋されている。

上部部分72の電子回路もまた、該“ソリツド・ステー
ト”技法によりプラスチツク体中に完全または部分的に
包埋されている。該プラスチツク体は代つて、バー77上
の縦の垂れ下つたフランジ80の間にモールドはめされて
いる。

そのように得られた点火カセツト70は点火装置高圧ブロ
ツク１の極めて単純で安全な取扱いを可能ならしめる。
今日の点火装置らは、非常に多数の高電圧ケーブルや分
離した点火分配器が明白に危険の元になつていて、それ
の不注意な操作に伴つて可成りの危険があるが、それは
実質的に減少された。カセツト70はサービス用にも、エ
ンジンの始めの組立の間も双方共に、急速にはめ込んだ
り取外したり出来る。スパークプラグ、点火分配器およ
び点火コイルに対して従来の点火装置が必要とする多く
の遮蔽用細部は、本発明の点火装置では点火カセツト70
を取巻く金属ケーシング71により完全に置換えうる。か
くして遮蔽はより安価にもより有効にも共になるだろ
う。

高電圧ブロツク１を含んでいる点火カセツト70を本質的
にケーブルの使用なしでスパークプラグ11〜14に接続す
ることにより、スパークプラグ11〜14への最大点火電圧
の伝達が確実化される。長いケーブル接続を欠くこと
と、高電圧ブロツク１の緊密な道具立ても、点火装置へ
の容量性負荷を制限する。これは点火電圧に対する著し
く高い周波数とそれに対しての該当する短かい立上り時
間との結果になる。かくて、大熱伝導度をもつスパーク
プラグ、いわゆるコールドプラグの利用が可能にされ
る、何故ならば、例えばコールド・スターテイングの間
のスパーク事故に対する危険は、点火電圧の短かい立上
り時間のせいで実際上ほぼ減少されるからである。

このことは、“コールド”スパークプラグを高エンジン
負荷とr.p.m.で使用することに伴う利点が、通常のドラ
イブにもまた利用されうることを意味する。コールドス
パークプラグの大熱伝導性は、エンジンが重負荷され、
また／あるいは、アルコール含有燃料が使用される時の
非制御燃焼、即ちノツキングに対してマージンを増加す
る結果となる。これは、ある与えられたエンジンに対し
他の場合にエンジンに適用しうるものよりもより高い圧
縮化を選択してもよく、その結果、エンジンは供給エネ
ルギーを一層有利に利用でき、すなわち、より低い燃料
消費になることを意味している。

これに更に、点火電圧の短かい立上り時間は制御装置８
における電子的点火分布と共に、高エンジン回転数での
点火タイミングも最適燃料消費および／または動力出力
に対して正確に制御されうる結果となる。

高電圧レベルへの短かい立上り時間は、容量性点火装置
においては点火電圧の急速な降下を伴つている。従つ
て、スパークプラグ電極間のスパークの継続も、たと
え、伝達された点火エネルギーが可成りのものであつた
としても、短かくなろう。スパークと空燃混合物との間
の可能な接触はかくして制限され、その結果、不完全燃
焼の危険が伴う。特に、排気ガス中の未燃焼炭化水素の
含量は増加する傾向になりうる。しかしながら、スパー
クプラグ11〜14内の電極ギヤツプを増大するとスパーク
容積は増加し、それにより空燃混合物の完全点火の可能
性を増大し、かつ、それにより完全燃焼して、排気ガス
中には制限された炭化水素混離物となる。

発明の点火装置を旅客自動車用の四シリンダーオツトー
型四行程エンジンにつけて行われた実用試験では、使用
されたスパークプラグでの電極間隔は1.0mmを越え、1.1
と1.5mmの間で有利であつた。この間隔は誘導点火装置
における約0.7mmの電極間隔と比較出来る。上記の実用
試験におけるエンジン排気ガス中の夾雑物含量は政府規
制中に設定された制限値以下に良好な幅をつけて降下し
た。

本発明を例示する実施態様の上の記述においては、点火
装置61,62とそれぞれのスパークプラグ11,14との間はほ
ぼケーブルなしの接続になつていると述べられている。
しかしながら、このことは点火装置61,62とスパークプ
ラグ11〜14との間に短かいケーブルを利用する可能性を
排除するものではない。

発明の点火装置において、トリガー信号を繰返す回路の
ついた制御装置８を提案することもまた可能であり、こ
の回路は二つ以上のトリガー信号を同じトライアツク素
子36〜39へ、それぞれのエンジンシリンダーに対する点
火点から近接し継続して送るが、しかし、それにして
も、点火蓄電器10に対し充分な時間間隔があつて、前の
放電後に充電される時間を有するようにする。かくの如
くにして、例えば、点火装置はエンジンが低稼動温度
で、低回転数、例えば2000r.p.m.以下で運転するかぎ
り、また事情がその外に、ただ一つのスパークで空燃混
合物の点火を確実ならしめない時に、例えば二つの連続
スパークを送ることができる。ここで注目すべきこと
は、従来の誘導的点火装置におけるスパークに対するス
パーク持続時間、即ち1ms以上の時間の間に、発明の容
量的点火装置は少なくとも三つの連続的スパークを発生
する時間を有することである。

記述された実施態様は本発明を制限すると考えうるべき
ではなく、本発明は発明の概念および下記請求の範囲内
において、複数個の代替実施態様に修正することができ
るものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−2471（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−44743（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−13031（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−21036（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−45128（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−53132（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−30129（ＪＰ，Ｕ)

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各シリンダーごとに少なくとも一個のスパ
   ークプラグを備えた多気筒オットー型四行程エンジン用
   点火装置であって、この点火装置には蓄電池電圧が供給
   され、かつエンジンに在るスパークプラグ（11〜14）に
   実質的にケーブルなしで接続しうる点火変圧器（31〜3
   4）を各スパークプラグが有し、更に前記スパークプラ
   グ（11〜14）におけるスパークを所定の順序でトリガー
   するようにエンジンの運転条件に応答して信号を送る制
   御装置（８）を含んでいる多気筒オットー型エンジン用
   点火装置において、 少なくとも二つの隣接するスパークプラグ（11〜14）の
   点火変圧器（31〜34）は手で取り扱うことのできる共通
   ユニットである点火カセット（70））内に設けられ、こ
   の点火カセット（70）は隣接するエンジンの部分に取り
   付けることが出来、 前記点火カセット（70）は各点火変圧器に対して少なく
   とも一つの半導体スイッチ素子（36〜39）を備えてい
   て、これらの半導体スイッチ素子は前記点火変圧器（31
   〜34）の一次巻線（26〜29）に接続されており、これら
   の半導体スイッチ素子は前記制御装置（８）からの前記
   信号によりトリガーされるようになっており、 エンジンに取り付けられる前記点火カセット（70）は前
   記蓄電池の電圧レベル以上の電圧で作動するすべての点
   火装置部品および点火電圧の誘導を行うスイッチのすべ
   てを備えている ことを特徴とする多気筒オットー型エンジン用点火装
   置。
2. 【請求項２】低電圧ブロック（２）と高電圧ブロック
   （１）とを有する容量性型の点火装置であり、前記高電
   圧ブロックは蓄電池電圧レベルより上の電流電圧で作動
   する点火蓄電器（10）およびこのコンデンサーの充電装
   置（９）を含むすべての部品を含んでいる請求の範囲第
   １項に記載の点火装置。
3. 【請求項３】エンジンに在るすべてのスパークプラグに
   対する点火変圧器（31〜34）は単一の共通の点火カセッ
   ト（70）内に含まれている請求の範囲第１項または第２
   項に記載の点火装置。
4. 【請求項４】前記高電圧ブロック（１）は12ボルトを越
   す電圧で作動するようになされた点火装置部品を含んで
   いる請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか一に記載の
   点火装置。
5. 【請求項５】半導体スイッチ素子および点火蓄電器（1
   0）がソリッド・ステートの態様でプラスチック材料で
   含まれている請求の範囲第２項に記載の点火装置。
6. 【請求項６】点火カセット（70）は高電圧ブロック
   （１）のラジオ擾乱遮蔽用金属ケーシング（71）を備え
   ており、各点火変圧器（31〜34）はエンジンに在るスパ
   ークプラグの中央電極と弾性的に係合するように配置さ
   れている一方点火カセットに含まれたシュー（76）がそ
   れぞれのスパークプラグの絶縁物に対して封止している
   請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか一に記載の点火
   装置。