JPH07501866A - 高性能点火装置および方法 - 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】 高性能点火装置および方法 本発明は内燃機関用の点火装置に関し、特に、点火コイルの１次巻線を経てのキ ャパシタの振動性放電および／または再充電により、点火デバイスへ、制御可能 な連続エネルギー放電を与えるための方法および装置に関する。

従来技術の説明 従来の点火装置は、蓄電池と、点火コイルと、コンデンサ（キャパシタ）と、ブ レーカポイントと、配電器と、を有する。これらの装置は、耐久性および性能に 関し、いくつかの欠点を有することが知られている。例えば、代表的な点火装置 においては、火花を作るために利用できる電圧は、無負荷速度において最大とな り、機関速度（または点火周波数）が増大するほど減少する。火花のために利用 できる電圧は、点火周波数が高（なるほど高くなることが好ましい。

固体電子工学の進歩により、トランジスタ化された電子点火装置が利用されつる ようになり、自動車の製造業者は今では通常、誘導性または容量性の放電点火装 置を製品に用いている。誘導性放電点火装置は、点火コイルの１次巻線内を流れ る電流をカッ１へ才）するためにトランジスタを用いる。容量性放電点火装置は 通常、前に充電されたキャパシタを点火コイルの１次巻線を経て放電させるため に、シリコン制御整流器を用いる。従来の点火コイルにおけると同様に、電子点 火装置において点火プラグに印加される電圧は、機関速度が増大すると通常減少 する。

上述の点火装置における火花の持続時間は通常比較的短い（５０マイクロ秒と１ ５０マイクロ秒との間）ので、点火プラグがシリンダ内へ供給するエネルギーの 量は制限される。さらに、もし空気対燃料比が、この極めて短い火花持続時間中 における燃焼に対して理想的なものでなければ、燃焼は起こらないか、または部 分的にのみ完全なものとなる。従って点火プラグは汚れて不点火となり、頻繁な りリーニンフ゛または交換がゼ・要となる。

最近、燃料混合物に点火するための高エネルギープラズマの使用への、また多大 化および拡張点火装置の使用への、ある発展があった。しかし、プラズマ点火装 置は、他の形式の点火装置に比し、コストが高く、耐久性が制限され、エネルギ ー要求が高くなることがわかり、かつ、それらは通常特別に製造された、極めて 寿命の短いプラズマプラグを必要とする。これらの装置はまた、それぞれのシリ ンダ内において、燃料の実質的に全ての可燃成分に点火し、かつ十分に燃焼さ・ 　せることを保証するための、十分な長さの持続時間の点火エネルギニを供給し ないことかわかった。

発明の要約 通常の火花プラグの使用中を含む、内燃機関のそれぞれのシリンダの全動力行程 の任意の所望部分、または全動力行程に達するまで、または全動力行程を超えて 、の全体を通じて連続的なプラズマ放電を作り出す方法および装置が開示される 。ディジタル電子装置が、大規模な機関の改変または特殊な火花プラグを必要と することなく点火動作を制御する。

特に、本発明は、点火コイルの１次巻線を経ての、キャパシタの制御可能な放電 を与える。ある実施例においては、キャパシタは、点火コイルの１次巻線を経て 振動状に放電および再充電される。キャパシタのこのような振動性の放電および 再充電により、エネルギーは点火プラグへ放電および再充電の両サイクル中に供 給され、それによって放電エネルギーは点火プラグへ実質的に連続的に供給され るようになる。

ここで開示される装置は、運転のために点火を必要とする任意の内燃機関に適用 可能である。それは、従来の高エネルギー点火装置よりも少ないエネルギーを受 け、全動力行程の全体を通して点火放電を与えることができ、従って、より完全 な燃料の燃焼、少ない汚染発生、および機関効率の増大を可能ならしめる。放電 は通常の配電器、クランクトリガまたは他の正確なタイミング信号の発生源、か らの信号により制御される。

ここで説明される本発明は、連続的燃料点火装置として標準的な点火プラグを用 い、それは低コストかつ容易に改造可能であるので、通常の内燃機関に特によく 適する。開示される本発明はまた、ディーゼル機関または通常点火装置を使用し ない他の機関の動作をも改善する。

図面の簡単な説明 本発明は、下記の図面を参照する時、実施例に関する詳細な説明により以下にお いてさらによく理解されるはずである。図面において、第１図は、本発明の１実 施例を示すブロック図であり、第１Ａ図は、キャパシタの振動性放電および再充 電を行うように構成された第１図の実施例を示すブロック図であり、第２図は、 本発明のさまざまな実施例における典型的な信号波形を示すタイミング図であり 、 第３図は、本発明の第２実施例を示すブロック図であり、第４図は、本発明の第 ３実施例を示すブロック図であり、第５図は、本発明の第４実施例を示すブロッ ク図である。

実施例の詳細な説明 第１図を参照しつつ、本発明の第１実施例を説明する。機関ＩＯに通常の配電器 、クランクトリガまたは池の源により接続され、点火「ポイント」により、また は磁気的または光学的手段によりトリガされうるピックアップデバイス１２は、 ピストン位置を示すタイミングパルス２６の系列を発生する。分離形センサ１３ は、シリンダｌ内におけるピストンの位置を示す信号２７を発生する。これら２ つの信号により、任意のシリンダピストンの正確な位置が決定されつる。

配電回路２０は、タイミングパルス２６および信号２７の直列流を受ける。回路 ２０はその後、並列出力線２４−１ないし２４−８上へ信号を発生し、それぞれ のシリンダにおける点火プラグの点火を制御する。第１図において、配電回路２ ０は、シリンダｌないし８におけるプラズマ放電を制御するための８つの並列出 力線２４−１ないし２４−８を有するように示されている。もちろん、本発明は 、任意数のシリンダを存する機関に対して適用されうる。

出力＃ｉ？２４−１ないし２４−８の各１つは、クロックおよびタイミング回路 ２２に結合する。実施例においては、それぞれのシリンダは、自身のクロックお よびタイミング回路２２を有する。シリンダ１に対するタイミング回路２２は、 オン信号を必要とする時、それを出力線２４−１から受け、シリンダ２に対する タイミング回路２２は、そのオン信号を適正な時刻に出力線２４−２から受け、 以下同様となる。第１図を参照しつつ説明される実施例においては、オフ信号は 、選択された次の、または池の、シリンダのオン信号である。例えば、もし８シ リンダ機関において１８０°のクランク角の全動力行程に対し連続的点火放電か 所望されるならば、シリンダｌに対するオフ信号はシリンダ３に対するオン信号 となり、シリンダ２に対するオフ信号はシリンダ４に対するオン信号となり、以 下同様となる。他の組合せもまた可能であり、例えば、もしシリンダ２のオン信 号がシリンダ１の点火を終了させれば、点火は動力行程の半分（９０°）の間存 在し、もしシリンダ４のオン信号かシリンダ１に対するオフ信号であれば、点火 は全動力行程とｊＪＦ気行程の半分との和（２７０°）の間持続する。これらの 関係は、機関の速度にかかわらず成立しかつ正確である。第２図の波形Ａは、本 発明に従って運転する典型的なシリンダのクロックおよびタイミング回路２２に おけるオン／オフ期間を表す。

それぞれのクロックおよびタイミング回路２２内において、クロック４０はフリ ップフロップ４１に結合している。クロックかオンになると、回路２２は、特定 のシリンダにおける点火を制ｍｉ−るパルスおよびブラットホームを発生する。

第２図において、波形Ｂのパルス７０およびブラットホーム７２は、タイミング 出力線４４上に現れる電圧を示す。パルスＩＯは、第１図の点７０における（シ リンダ２のスイッチＳＷＩにおける）電圧を示し、通常は約１５マイクロ秒持続 する。ブラットホーム７２は、第１図の点７２におＪ、゛る（シリンダ２のスイ ッチＳＷ２における）電圧を示し、２００から１３００マイクロ秒まで持続しつ る。タイミング回路２２が線２４〜１上のオン信号を受けると、波形Ｂに示され ているパルス７０およびブラットホーム７２の系列が開始される。

ブラットホーム７２か高電圧にある時は、スイッチＳＷ２か閉じ、キャパシタＣ ２が点火コイル４６を経て放電し、点火プラグ５０における振動性放電を生せし める。第２図の波形Ｃは点火コイル４６の１次巻線における電圧を表し、波形り は点火コイル４６の２次巻線における電流を表す。電流波形りは、電圧波形Ｃか ら９０°位相外れになっていることに注意す・＼きである。

ブラットホームム７２は、パルス７０により周期的に中断され、キャパシタＣ２ を再充電されつるようにする。いったんオフ信号を受けると、スイッチＳＷ２は 次のオン信号を受けるまでは開かれたままになり、従って、キャパシタＣ２を充 電されたままとする。オン信号を受けた後、オフ信号を受けるまで、クロックお よびタイミング回路２２は、キャパシタＣ２をして点火コイル４６の１次巻線を 経て放電せしめる制御１３号を発生する。

スイッチＳＷＩは、電圧ｖ１をインダクタＬｌに結合せしめ、これは次にダイオ ード４３を経てキャパシタＣ２および第２スイツチＳＷ２の入力に結合せしめら れる。電圧Ｖｌは、好ましくは２００ポルトと３００ボルトどの間の電圧を供給 する直流電圧＃６２に接続された電圧調整器６０により制御される。（直流電圧 源は本技術分野において公知であり、例えば、整流器を存する同期発電機を含み うる）。インダクタＬ１およびキャパシタＣ２は、スイッチＳＷＩか閉した時に キャパシタＣ２の電圧が、通常４００ホルトと６００ボルトとの間にある電圧■ １の約２倍まで上昇するように構成されている。

電圧調整器６０は、機関速度、負荷、または燃料入力を含む任意の所望の関数ま たは変数に基づいて、電圧ｖＩを調節しつる。例えば、電圧調整器６０は、毎分 回転数（ＲＰＭ）を単位とする機関速度により測定される速度に比例する電流ま たは電圧によって、または、絞り位置または燃料噴射器への信号により測定され る燃料入力に比例する電流または電圧によって、制御されうる。

第１図に示されている実施例においては、それぞれのシリンダは、それ自身のス イッチＳＷｌおよびＳＷ２と、インダクタＬｌと、キャパシタＣ２と、点火コイ ル４６と、点火プラグ５０と、それ自身のタイミング回路２２と、を有する。

さらに、キャパシタＣ２が最大ピーク電圧まで充電されるのを保証するために、 ダイオード４３がインダクタＬｌとキャパシタＣ２との間に介在せしめられる。

点火プラグおよび点火コイルは、産業上容易に入手できる標準的な形式のもの、 または特定の応用による他の形式のものでありうる。他の実施例においては、機 関の形式および特定の所望の運転特性により、１つより多くの点火プラグ５０が ｔＢ一点火コイルに接続されうる。

点火プラグ５０の放電を制御するディノタル信号を発生する論理回路は、ＴＴＬ またはＣＭＯＳＭＯＳ論理リアミリて通常のものであり、特定の成分は本技術分 野にと熟した者により容易に選択されつる。例えば、スイッチＳＷＩおよびＳＷ ２は、ノリコンυ７＆Ｂ整流器またはＭＯＳＦＥＴまたは／＜４ポーラトランシ スタてあり得る。第１図のシリンダ２に関して、より詳細に示されているスイ・ ソチについては、１つの可能な実施例が示されており、そこではスイ・ソチはシ リコン制御整流器（ＳＣＲ）８１および８２を含み、５ＣＲ８２の両端間に接続 されたダイオード８３は、電流が双方向に流れうるようにする。第１図に示され ているように、ＳＣＲ，８１および８２に対する制御信号は、変成器の一方の１ 次巻線リードを経て印加され、変成器の他方の１次巻線リートは接地される。

キャパシタＣ１は、その電圧が、運転中の機関により該電圧に課せられる要求に よらず比較的一定に保たれるように、十分なキャノくシタンスを有すべきである 。

実際には、約４７０マイクロフアラツドのキヤ、（シタがこの用途のために適切 であることがわかっているが、一般的には、それは、特定の機関および応用の要 求によって決定されるところに従って、約２００マイクロフアラ・ソトと２００ ０マイクロフアラツドとの間にありうる。

キャパシタＣ２は、そのキャパシタンス値と、負荷される点火コイル４６の正味 のインダクタンス値とが、回路をして約２ないし１５ｋＨｚの周波数におし）で 共振せしめるように選択される。キャパシタＣ２に対しては、約１．　５マイク ロフアラツドのキャパシタンスが適切であることかわかっているが、それは、約 ０゜５マイクロファラッドから１０マイクロフアラツドまての範囲にありえ、キ ャノくシタＣ２のキャパシタンスの最適値は、特定の回路および応用の特定の要 求による。

第２図の波形ＣおよびＤは、キャパシタＣ２がスイッチＳＷ２により点火コイル ４６の１次巻線を経て点火プラグ５０に接続された時発生する、電圧および電流 の振動を示す。これらの波形は、波形列をなして繰返す、指数関数的に減少する 正弦波である。それぞれの動力行程における時間が減少するのに伴って、この波 形列の波形数は減少する。すなわち、キャノくシタの放電数は減少する。実際、 最高の機関速度（機関の特定の応Ｆ旧こより、５０００ＲＰＭ以上８０００ＲＰ Ｍまて）においては、単一放電のみの時間しかなくなる。

次に、第１Ａ図を参照しつつ、点火コイル４６の１次巻線を経てのキャノ々シタ Ｃ２の振動性放電および再充電か、放電エネルギーを点火プラグ５０へ実質的（ こ連続的に供給するために用いられる、本発明の実施例をここて説明する。

第１Ａ図の実施例は、第１図の実施例と本質的に以下の点で異なる。キャノくシ タＣ２およびスイッチＳＷ２の位置が交換されている（スイ・ソチＳＷ２はさら に、ＳＣＲが変成器なしに制御されつるように簡単化されている）：またインダ クタＬｌおよびダイオード４３が削除されている。第１Ａ図の実施例の基本動作 およびタイミングは第１図のそれと同様であるが、以下で議論されるように第１ Ａ図の実施例においては、キャパシタＣ２の振動性放電および再充電により、追 加の利点および有利性が得られる。

キャパシタＣ２の放電中は、スイッチＳＷＩが開かれ、スイ・ノチＳＷ２が閉じ られている。キャパシタＣ２の放電および再充電中における、点火コイル４６の １次巻線の電圧と、点火コイル４６の２次巻線内に誘起される電流（一般に反射 直流変位はない）と、をそれぞれ表す第２図の波形ＥおよびＦにより示されて（ するように、キャパシタＣ２は点火コイル４６の１次巻線を経て振動状に放電す る。

Ｃ２の振動性放電の周波数は、主としてキャパシタＣ２のキャパシタンスおよび 点火コイル４６の１次巻線により与えられる反射負荷によって決定される。キャ パシタＣ２の再充電中は、スイッチＳＷ１が閉じられ、スイ・ソチＳＷ２が開か れている。第１Ａ図に示されているように、キャパシタＣ２と点火コイル４６の １次巻線とが直列接続されている場合は、キャノくシタＣ２は点火コイル４６の １次巻線を経てやはり振動状に、再び主としてキャパシタＣ２のキャノくシタン スおよび点火コイル４６の１次巻線により与えられる反射負荷によって決定され る振動性放電の周波数により、再充電される。

再び第２図の波形ＥおよびＦを参照すると、第１Ａ図の実施例により、キャノく シタＣ２の放電中および再充電中の双方において振動性の点火プラグ放電が実現 されうろことがわかる。キャパシタＣ２における放電および再充ｉｔ流の使用は 、点火プラグ放電の持続時間をかなり延長し、本発明の装置の点火能力を増大さ せ、そのエネルギー効率を増加させる。

第１Ａ図に示されている実施例においては、スイ、ノチＳＷＩおよびＳＷ２に印 加されるタイミングおよび制御信号は通常、第２図に示されているものから調節 されるので、実施例においては、最適の動作のための正確なタイミング関係は特 定の応用によって変化しつるが、放電および再充電の持続時間はほぼ同しになる 。

次に、第３図を参照しつつ、クランク角によって測定されるそれぞれのシリンダ における点火放電の持続時間を選択する実施例をここで説明する。この実施例は 、機関の回転速度によらないオンおよびオフ信号を発生する。第１図を参照しつ つ詳述したように、ピックアップデバイス１１２は線１２６に沿ってタイミング パルスの連続系列を発生し、これは、通常のピックアップまたは池の識別素子＋ １５から発生したシリンダｌ識別パルス１２７と共に、オン信号配電回路１２０ への入力となり、この回路は次に、個々のシリンダの点火回路へ送られる個々の オンパルス１２４の系列を、適正な所定のシーケンスによって発生する。

第３図の実施例においては通常、ピックアップデバイス＋１２と同し形式の第２ ピツクアツプデバイス１１４が、第１ビツクアツブデ／＜イス＋１２の後ろの、 ある所望のクランク角の度数の所（好ましくは機関により１５°から３３０°ま で）に物理的に位置せしめられる。ピックアップデバイス１１４は、オフタイミ ングパルス１３６の第２系列を発生し、これらのパルスは、対応するオンタイミ ングパルス１２６の後の、選択されたクランク角の度数の所で発生する。第３図 の実施例におけるシリンダの点火およびスイッチング電子装置は、第１図または 第１Ａ図の実施例のそれらと同様のものでありうる。

オフタイミングパルス＋３６の連続系列は、ノリンダｌ識別（ガスと共に、オフ パルス配電回路１３０への入力となる。この回路は、オン配電回路＋２０と同様 に、オンパルスによってターンオンされる対応するシリンダ点火回路へ供給され るオフパルス１３４の系列を発生する。従って、例えば、もし連続的な点火放電 かオンパルス１２４−１によりシリンダ１において開始されれば、それは、シリ ンダ１オフパルス１３・ト刊によりターンオフされうる。第３図に示されて（鬼 るタイミング装置は、点火放電間隔かクランク角度において任意の所望持続時間 をイｆするよう選（バされることを可能ならしめる。

第１１図には、第１図に関連して説明されブこタイミング回路２２と同様なタイ ミング回路２２２に対するタイミングパルスを発生するために、通常の配電器２ １８を用いる本発明の実施例か示されている。しかし、配電器２１８は、例えは 第１図、第１Ａ図、および第３図に関連して１ｉｉｒ述された分離形配電回路に 対立するものとして、点火エネルギーを個々のシリンダへ適正なシーケンスによ って分配する。

この実施例においては、配電器２１８は、単一のタイミング回路２２２を制御す るオンおよびオフタイミングパルスを発生ずる、機械的「ポイント」または磁気 的または光学的オンおよびオフセンサ２１２および２１４を存し、タイミング回 路２２２は、単一の点火エネルギー発生回路２２３を制御する。回路２２３は、 第１図に示されている実施例に関連して説明された点火回路と同様のものである 。

しかし、第４図の実施例においては、第１図の実施例におけるようにシリンダ毎 の点火回路ではなく、１つの点火回路のみか必要とされる。単一の点火コイル２ ５０からの出力は、配電器２＋８の回転子および配電器キャップにより、適正な 時刻に適切なシリンダへ分配される。回転子「ブレード」２１６は、点火エネル ギーを固定子電極２１７により広い角にわたって個々の点火プラグへ分配するよ うに十分に広げられている。この実施例においては、点火エネルギーは、それぞ れのシリンダ内へ、例えば約４５°ないし７０°のクランク軸角にわたって供給 されうる。この実施例は、同し機関に対して以前用いられていた従来の高エネル ギー点火装置よりも消費する燃料は８％少ないが、１２％の増加である４０多い 馬力を発生することか動力計により証明されている。

予期しなかつたことであるか、試験の結果、実際的な機関条件下で動作する本発 明の点火装置においては、ピストンが−Ｌ心にくる１００°前までの点火の進み は、機関におけるノッキングまたは早点火を含む望ましくない異常爆発を起こさ ず、一方、この装置の比較対象である従来の点火装置においては、ピストンが上 心にくる３７°前においてノッキングか起こる、二とがわかった。さらに、この 装置による機関の効率は、ピストンが８Ｌ心にくる前３２°ないし４７°の範囲 にわたり本質的に一定であるものとして測定されているが、一方、比較によると 、従来の点火装置は効率の鋭いピークを示し、最大効率に達するためには、機関 のタイミングをそのピークに正確に適合させなくてはならなかった。２０％まで の排気ガス再循環（ｒＥＧＲｌ　）の条件下において、本発明の点火装置は、上 死点の１ｉｉｔ４ｏ°ないし１００°の点火タイミング回路にわたり本質的に一 定の出力および燃料消費を示した。同しＥＧＲ条件下において、従来の火花点火 装置は、最大効率を実現するために機関か正確に適合せしめられるへき、点火タ イミングの数度の狭い範囲内においてのみ動作しうる。本発明の点火装置の採用 は、機関におけるタイミング制御と、ハイテストまたはハイオクタンガソリンの 必要性との双方を実質的になくすことができる。

第５図には、電子点火装置の別の実施例が示されている。上述の実施例のいずれ かによって発生せしめられたオンおよびオフ信号は、入力論理プロセッサ３００ において増幅されかつ尖鋭化され、該プロセッサは波形発生器３１０をターンオ ンして波形３１５を発生せしめる。波形３１５は５ＣＲ３２０のゲートに印加さ れ、５ＣＲ３２０はキャパシタＣ２を放電させるためのスイッチとして作用する 。キャパシタＣ２は、常態においてオン状態にある発振器３２５、バッファ３３ ０、および増幅器３３５の整流された出力によって高い直流電圧まで充電される 。５ＣＲ３２０が導電状態にある時は、５ＣＲ３２０と、キャパシタＣ２と、点 火コイル３４０の１次巻線とを含む回路を流れる電流により電圧が検知される。

この電圧は増幅器３４５により増幅され、バッファ３３０をターンオフする作用 をもつ。

波形３１５の電圧が低レベルの時は５ＣＲ３２０は導電状態になく、発振器３２ ５、バッファ３３０、および増幅器３３５は、再びキャパシタＣ２を再充電する ために全電力で働くので、それは、５ＣＲ３２０のゲートが、波形３１５の次の 高電圧プラットホームによりターンオンされた時再び放電せしめられつる。発振 器３２５は、１８キロヘルツと１００キロヘルツとの間の周波数、実施例におい ては約９０キロヘルツの周波数で連続的に発振する。

第５図に示されている実施例は、発振器３２５、バッファ３３０、増幅器３３５ を含む連鎖の瞬間的カットオフおよび瞬間的再開の利点を有し、その結果キャパ シタＣ２の高速再充電か行われつる。発振器３２５が連続的に発振するので、以 前の容量性放電点火装置において通常のものである自動インバータを用いる時に 存在するような始動の遅延はない。この実施例のもう１つの利点は、ターンオフ とターンオンとが、バッファ段において低電力レベルで実現されることであり、 これにより全ての制御は、ＴＴＬおよびＣＭＯ３論理素子を用いて低電力レベル で行われつる。

第２図の波形ＣおよびＤは、指数関数的に減衰する正弦波形である。パルスまた は火花は存在しない。２次回路の電流波形りを１次回路の電圧波形Ｃと比較する と、印加電圧と［点火」プラグ電流との双方が本質的に同じ形状を示すことがわ かる。連続的な電流波形は、放電が、燃焼を安定化し、かつ最適の燃焼を実現す るために理想的である長く続くプラズマを発生させていることを証明する。

次に、第２図の波形ＥおよびＦを参照しつつ、本発明のこの実施例により発生せ しめられる波形を詳細に論する。第２図の波形Ｅは、第２図の波形ＣおよびＤを 拡大したもので、プラットホーム３１５により発生せしめられた、第５図におけ るキャパシタＣ２の振動性放電間の時間間隔内において、キャパシタＣ２を再充 電する電流がさらに点火コイル３４００１次巻線を通過することを示している。

この整流された、しかしフィルタされない直流電流は、第５図の増幅器３３５に より発生せしめられた高周波交流成分により、キャパシタＣ２の振動性再充電中 に追加の点火プラグ放電を発生せしめつる振動成分をも有する。振動性再充電の 周波数成分は、主として増幅器３３５の出力により、従って、一般に、放電中の 共振周波数には関係かなく、かつ該共振周波数とは異なることに注意すべきであ る。さらに、第２図の波形は、特に第５図に関連して上述されたような実施例に おいては、例えば他の周波数成分おらび／または調波を含みうる、実際に発生す るもっと複雑な波形を一般化したものであることにも注意すべきである。いずれ にせよ、第１Ａ図に関連して上述された実施例におけるように、また第２図の波 形ＥおよびＦによりそれぞれ示されているように、キャパシタＣ２の振動性放電 および再充電は、点火コイル３４０の１次巻線に（波形Ｅに示されているような ）振動性の電圧を誘起し、またそれに対応して点火コイル３４０の２次巻線に（ 波形Ｆに示されているような）振動性の電流を誘起する。

増幅器３３５からの高周波成分は、望ましくは、例えば、第５図に示されている ように接続された適切なキャパシタＣ３により、増幅器３３５の出力をフィルタ することによって発生せしめられる。増幅器３３５からのほぼ理想的な方形波出 力により、ブリッジ整流器Ｒ１は、わずかな交流成分を有する直流信号を発生す る。しかし、キャパシタＣ３により、増幅器３３５の方形波出力から高調波が除 去され、その結果整流器Ｒ１の出力にかなりの交流信号成分か発生せしめられる 。あるいは、発振器３２５、バッファ３３０、および増幅器３３５、および適切 な制御回路において選択された適切な成分により、増幅器からの信号出力のデユ ーティサイクルか、理想的な方形波における５０％のデユーティサイクル以外で あるように制μｓされ、これによっても、整流器Ｒ１の出力にかなりの交流信号 成分か発生せしめられる。適切な交流成分を発生させる他の方法は、本技術分野 に習熟した者にとっては明らかであるはずである。

このようにして、第５図に示されている本発明の実施例もまた、キャパシタＣ２ の放電中および再充電中の双方において、第２図の波形ＥおよびＦによって示さ れている点火プラグ放電を発生させるようにされつる。第１Ａ図の実施例におけ るように、放電および再充電電流の使用は、点火プラグ放電の持続時間をかなり 延長し、本発明の装置の点火能力を増大させ、そのエネルギー効率を増加させる 。

以上においては本発明のいくつかの実施例を図示し、かつ説明したが、本技術分 野に習熟した者にとってはさまざまな変更および改変か明らかなはずであること 、そのような変更か以下の請求の範囲により定められる本発明の範囲から逸脱す ることなく行われうること、はもちろんである。

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Claims (36)

【特許請求の範囲】
1. １．機関のシリンダ内におけるピストンの位置を表す信号を発生するセンサ手段 と、 該センサ手段からの前記信号に応答して１つまたはそれ以上の制御信号を発生す る手段と、 第１キャパシタと第２キャパシタとに結合せしめられ、前記制御信号の少なくと も１つにより制御される第１スイッチング手段であって、該第１スイッチング手 段の第１位置が、前記第１キャパシタが前記第２キャパシタをある電圧まで充電 することを可能にし、前記第１スイッチング手段の第２位置が、前記第１キャパ シタが前記第２キャパシタを所定電圧へ変化させることを可能にするようになっ ている、前記第１スイッチング手段と、前記第２キャパシタと点火コイルとに結 合せしめられ、前記制御信号の少なくとも１つにより制御される第２スイッチン グ手段であって、該第２スイッチング手段の第１位置が、前記第２キャパシタが 前記点火コイルを経て放電することを可能にし、前記第２スイッチング手段の第 ２位置が、前記第２キャパシタが前記第１キャパシタにより充電されることを可 能にするようになっている、前記第２スイッチング手段と、を含み、 前記点火コイルが機関シリンダの点火プラグに結合せしめられている、点火装置 。
2. ２．前記第１キャパシタの前記電圧が、機関の動作に関連する１つまたはそれ以 上の変数により制御される、請求項第１項記載の点火装置。
3. ３．１つまたはそれ以上の制御信号を発生する前記手段が、前記第１スイッチン グ手段を閉じかつ前記第２スイッチング手段を開くことにより、前記第２キャパ シタの充電を可能ならしめ、次に、前記第１スイッチング手段を開きかつ前記第 ２スイッチング手段を閉じることにより、前記第２キヤパシタの放電を可能なら しめる、請求項第２項記載の点火装置。
4. ４．前記センサ手段が前記機関のクランク角位置を決定する、請求項第３項記載 の点火装置。
5. ５．前記センサ手段が前記機関の配電器回転子の位置を決定する、請求項第３項 記載の点火装置。
6. ６．前記第１および第２スイッチング手段が、導電路と制御電極とを有する半導 体スイッチングデバイスである、請求項第２項記載の点火装置。
7. ７．ピストン位置の関数であるタイミング信号を得るステップと、該タイミング 信号を用いて１つまたはそれ以上の制御信号を発生せしめることにより第１スイ ッチを制御し、それによって放電キヤパシタのある電圧までの充電を可能ならし め、かつ、第２スイッチを制御し、それによって前記放電キャパシタの点火コイ ルを経ての放電を可能ならしめるステップと、を含み、前記点火コイルがシリン ダの点火プラグに結合せしめられている、シリンダ内の燃料混合物に点火する方 法。
8. ８．前記放電キャパシタが前記第１スイッチにより蓄電キャパシタに結合せしめ られており、該蓄電キャパシタの電圧が機関回転数または燃料入力の増加に比例 して増加せしめられる、請求項第７項記載の方法。
9. ９．前記放電キャパシタが、誘導性充電により前記帯電キャパシタの電圧の約２ 倍まで充電される、請求項第８項記載の方法。
10. １０．前記蓄電キャパシタのキャパシタンスが、前記点火装置の動作中に実質的 に一定の電圧を保持するのに十分であり、前記放電キヤパシタのキヤパシタンス および前記点火コイルのインダクタンスが、前記点火コイルに指数関数的に減少 する正弦波形を発生するための、所定周波数における共振を生じうる、請求項第 ８項記載の方法。
11. １１．前記放電キャパシタが前記所定の共振周波数で放電することにより、該周 波数の指数関数的に減少する正弦波形を有する前記点火プラグを通る電流を生ぜ しめる、請求項第１０項記載の方法。
12. １２．シリンダ内の燃料混合物に点火する装置であって、スイッチにより点火コ イルに結合せしめられた放電キャパシタを含み、該放電キャパシタと該点火コイ ルとを含む回路が、前記スイッチが閉じられた時に複数の対数関数的に減衰する 正弦波形を含む電圧を前記点火コイルに発生させる共振周波数を有する、シリン ダ内の燃料混合物に点火する装置。
13. １３．点火コイルの第１巻線に結合せしめられた点火プラグと、電圧源を前記点 火コイルの第２巻線に結合せしめるスイッチング手段と、機関センサから受けた タイミング信号に同期して前記電圧源を前記点火コイルに結合せしめるために前 記スイッチング手段を開閉する制御手段と、を含み、前記電圧源が複数の指数関 数的に減衰する正弦波形を含む電圧を前記点火コイルに対して発生する、 点火装置。
14. １４．第１シリンダ内において点火を開始するために、該第１シリンダ内におけ るピストンの位置を示す第１信号を発生するステップと、第２シリンダ内におい て点火を開始するために、該第２シリンダ内におけるピストンの位置を示す第２ 信号を発生するステップと、前記第１シリンダ内における点火を終了せしめるた めに前記第２信号を用いるステップと、 を含む、機関のシリンダ内の燃料混合物に点火する方法。
15. １５．波形の列であって、該列内のそれぞれの要素か指数関数的に減衰する正弦 波形であり、かつそれぞれの列が１つまたはそれ以上のそのような波形を含む、 前記波形の列を点火プラグへ供給するステップ、を含む、内燃機関内の爆発を減 少せしめる方法。
16. １６．前記波形の列が、点火コイルに結合せしめられた放電キャパシタにより供 給され、前記正弦波形の周波数が、該放電キャパシタのキャパシタンスと、前記 点火コイルのインダクタンスとにより決定される、請求項第１５項記載の方法。
17. １７．点火コイルと電圧源とに結合せしめられたキャパシタと、導電路と、前記 キャパシタおよび前記点火コイルに結合せしめられた該導電路を経ての伝導を制 御するための制御電極と、を有する半導体スイッチングテバイスと、 該スイッチングテバイスをターンオンおよびターンオフするための、前記制御電 極に結合せしめられる制御信号と、を含み、前記スイッチングテバイスが伝導し ている時前記キャパシタが前記点火コイルを経て放電し、前記スイッチングテバ イスか伝導していない時前記キャパシタが前記電圧源により充電される、 シリンダ内の空気一燃料混合物に点火する装置。
18. １８．前記電圧源が発振器から受けた信号を増幅する緩衝増幅器を含み、前記ス イッチが前記キャパシタの放電を可能ならしめた時該緩衝増幅器がオフになり、 前記スイッチが前記キャパシタの充電を可能ならしめた時該緩衝増幅器がオンに なる、請求項第１７項記載の装置。
19. １９．点火コイルの２次巻線に結合せしめられた燃料点火器により燃料に点火す る方法であって、該点火コイルがさらに１次巻線を有し、該方法が、前記点火コ イルの前記１次巻線を経てキャパシタを振動状に放電するステップと、 前記点火コイルの前記１次巻線を経て前記キャパシタを振動状に再充電するステ ップと、を含み、 該キャパシタの該放電および再充電の双方中に前記燃料点火器によりエネルギー が放電されるようになっている、 燃料に点火する方法。
20. ２０．前記燃料の点火を開始する時刻の決定力を有する第１タイミング信号を発 生せしめるステップと、 前記燃料の点火を終了する時刻の決定力を有する第２タイミング信号を発生せし めるステップと、をさらに含み、 前記第１タイミング信号に応答して前記キャパシタの前記放電ステップおよび前 記再充電ステップが繰返して行われ、前記第２タイミング信号に応答して前記放 電ステップおよび前記再充電ステップの行われることが終了するようになってい る、 請求項第１９項記載の方法。
21. ２１．前記キャパシタの前記放電が、第１特性周波数の減衰正弦波電圧信号を前 記点火コイルの前記１次巻線に対して発生する、請求項第１９項記載の方法。
22. ２２．前記キヤパシタの前記再充電が、第２特性周波数の減衰正弦波電圧信号を 前記点火コイルの前記１次巻線に対して発生する、請求項第１９項記載の方法。
23. ２３．前記キャパシタの前記放電が、第１特性周波数の減衰正弦波電圧信号を前 記点火コイルの前記１次巻線に対して発生し、前記キャパシタの前記再充電が、 第２特性周波数の減衰正弦波電圧信号を前記点火コイルの前記１次巻線に対して 発生する、請求項第１９項記載の方法。
24. ２４．前記第１特性周波数が前記第２特性周波数と実質的に同じである、請求項 第２３項記載の方法。
25. ２５．前記キャパシタの前記再充電が、該キャパシタに振動成分を有する信号を 印加することにより行われる、請求項第１９項記載の方法。
26. ２６．１次巻線および２次巻線を有する点火コイルと、該点火コイルの該２次巻 線に結合せしめられた、燃料に点火するための燃料点火器と、 前記点火コイルの前記１次巻線に結合せしめられたキャパシタと、該キャパシタ に結合せしめられた充電電圧源と、前記キャパシタを前記点火コイルの前記１次 巻線を経て制御可能に放電させ、前記キャパシタの該放電が振動状に行われるよ うにするための、また、前記キャパシタを前記点火コイルの前記１次巻線を経て 前記充電電圧源により制御可能に再充電し、前記キャパシタの該再充電も振動状 に行われるようにするための、タイミングおよびスイッチング手段と、 を含む、燃料に点火する装置。
27. ２７．前記キヤパシタの前記放電が、第１特性周波数の減衰正弦波電圧信号を前 記点火コイルの前記１次巻線に対して発生する、請求項第２６項記載の装置。
28. ２８．前記キャパシタの前記再充電が、第２特性周波数の減衰正弦波電圧信号を 前記点火コイルの前記１次巻線に対して発生する、請求項第２６項記載の装置。
29. ２９．前記キャパシタの前記放電が、第１特性周波数の減衰正弦波電圧信号を前 記点火コイルの前記１次巻線に対して発生し、前記キャパシタの前記再充電が、 第２特性周波数の減衰正弦波電圧信号を前記点火コイルの前記１次巻線に対して 発生する、請求項第２６項記載の装置。
30. ３０．前記第１特性周波数が前記第２特性周波数と実質的に同じである、請求項 第２９項記載の装置。
31. ３１．前記充電電圧源か、 電圧出力を有する直流電源と、 該直流電源の該電圧出力と基準電位との間に結合せしめられたキャパシタと、入 力と調整された電圧出力とを有する電圧調整器であって、該電圧調整器の該入力 が前記直流電源の前記電圧出力に結合せしめられており、該電圧調整器の前記出 力が前記前記キャパシタに結合せしめられている、前記電圧調整器と、を含む、 請求項第２６項記載の装置。
32. ３２．前記充電電圧源か、前記直流電源の前記電圧出力と基準電位との間に結合 せしめられたキャパシタをさらに含む、請求項第３１項記載の装置。
33. ３３．前記燃料か内燃機関内において点火され、前記電圧調整器が該内燃機関の 運転特性により可変である、請求項第３１項記載の装置。
34. ３４．前記タイミングおよびスイッチング手段が、第１および第２タイミング信 号を含むタイミング信号を発生する制御回路手段と、 前記キャパシタを前記点火コイルの前記１次巻線に結合せしめる第１スイッチ手 段であって、該第１スイッチ手段がさらに前記制御回路手段に結合せしめられて おり、前記点火コイルの前記１次巻線を経ての前記キャパシタの放電が前記第１ タイミング信号に応答して開始されるようになっている、前記第１スイッチ手段 と、 前記キャパシタを前記充電電圧源に結合せしめる第２スイッチ手段であって、該 第２スイッチ手段がさらに前記制御回路手段に結合せしめられ、かつ前記第２タ イミング信号に応答するようになっており、前記点火コイルの前記１次巻線を経 ての前記キャパシタの再充電が前記第２タイミング信号に応答して開始されるよ うになっている、前記第２スイッチ手段と、を含む、請求項第２６項記載の装置 。
35. ３５．前記充電電圧源が、 直流成分および高周波交流成分を有する出力電圧を発生する電圧源と、該電圧源 と、前記キャパシタと、前記タイミングおよびスイッチング手段と、に結合せし められた整流器と、 を含む、請求項第２６項記載の装置。
36. ３６．前記電圧源が、 発振器と、 該発振器に結合せしめられた緩衝増幅器と、該緩衝増幅器に結合せしめられた出 力増幅器であって、該出力増幅器が直流成分および高周波交流成分を有する出力 電圧を発生する出力を有する、該出力増幅器と、 該出力増幅器の該出力に結合せしめられたキャパシタと、を含む、請求項第３５ 項記載の装置。