JPS5821112B2 - スパ−クプラグ点火装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自動車等の内燃機関に用いられるスパークプ
ラグの点火装置に関するものであり、特にイグニッショ
ンコイルの二次側巻線に直列に補助直流電源を接続する
ことにより、プラグ点火時の有効エネルギを増強して失
火率を低減させたスパークプラグ点火装置に関するもの
である。

内燃機関における電気点火のメカニズムが容量放電とこ
れに続く誘導放電からなることは当業者に周知である。

容量放電はイグニッションコイルに蓄積された電磁エネ
ルギが極く短時間にスパークギャップへ放出されるとき
に生ずる短持続時間、大電流の放電であり、一方、誘導
放電は容量放電に引続いて生じ、イグニッションコイル
の自己および／又は相互インダクタンスに起因する長持
続時間、小電流の放電である。

したがって、容量放電はプラグの点火確率を左右し、ま
た誘導放電は点火能力を左右する。

従来のスパークプラグ点火装置においては、イグニッシ
ョンコイルの二次側に誘起される高電圧のみによって前
記２種の放電を起させているので、２種の放電をそれぞ
れ別個に制御することができず、また別岡に増強するこ
とも不可能であった。

このため、イグニッションコイルニ次側に誘起される高
電圧に直列に補助電源（直流または交流）を重畳するこ
とにより、誘導放電を増強してイグニッション・エネル
ギの増大と点火装置の失火率低減をはかり、燃料のより
完全な燃焼を達成して有害排気ガスの減少および燃料消
費効率の向上を実現することが提案されている。

しかしながら、この場合の補助電源としては電源インピ
ーダンスの低い定電圧電源が用いられるのが普通であり
、このような補助電源を備えた点火装置にあっては、補
助電源の電圧を増加させて行くとプラグの誘導放電の持
続時間は増加するが、次の如き不都合を生ずる。

■ 補助電源電圧を同一とした時、エンジンの回転数を
変えるとこれによって火花の増強効果が異る。

即ち回転数の増加に従って火花増強効果が減少するから
、高回転領域で充分な火花増強を行うような電圧を設定
すると、この電圧は低回転領域では過電圧となり、（イ
）火花の不安定、（０）火花の消弧不良、（／→火花の
連続化、などをひき起す。

このことから主として低回転時を対象として前記補助電
源電圧を設定せねばならず、従って高回転時に充分な火
花増強効果を期待することはできない。

■ 補助電源電圧を同一とした時、プラグ間隔によって
火花の増強効果が異る。

即ちエンジン回転数を一定に保った場合、プラグ間隔を
大きくするに従って火花の増強効果が減少するから、大
きなプラグ間隔に対し充分な火花増強効果を行うような
電圧を設定すると、この電圧は小さなプラグ間隔に対し
ては当然過電圧となり、前記■で述べたような好ましく
ない状態を引起す。

一般にプラグ間隔には「ばらつき」があり、更に経時損
耗により増大して行くから、小さなプラグ間隔を対象と
して前記電圧を設定せねばならず、従ってプラグ間隔が
増大した場合には充分な火花増強効果を期待することは
できない。

本発明は、補助電源として帰還巻線、これに接続された
整流器、および前記帰還巻線と整流器との間に直列接続
されたりアクタンス素子とを有するＤｃ−ＤＣコンバー
タを用いることにより適当に高い電源インピーダンスと
出力電圧垂下特性をもたせ、これによって前記従来の欠
点を除去するものである。

第１図は本発明実施例の回路図であり、１，２はイグニ
ッションコイル３の一次および二次巻線、４は一次巻線
１に電流を供給する直流電源、５は二次巻線２に誘起さ
れる高電圧をディストリビュータ２１を介して印加され
るスパークギャップ、６は一次巻線１と直列に接続され
たコンデンサ、７は前記コンデンサと並列接続されたブ
レーカポイント、８，８ａはＤＣ−ＤＣコンバータの一
次巻線、９，９ａはその二次巻線、１０はその出力巻線
、１１はその帰還巻線、１２．１２ａはそれぞれコレク
タを前記−次巻線８，８ａに、又そのベースを二次巻線
９，９ａに接続され、かつそのエミッタをコンバータ電
源１４に接続されるトランジスタ、１５は前記両トラン
ジスタのエミッタを共通接続された二次巻線９，９ａの
他端に接続する抵抗、１６は前記二次巻線の他端を一次
巻線８．８ａの共通接続点に接続する抵抗、１７は帰還
巻線１１に接続され、その直流出力端が一次巻線８，８
ａの共通接続点と前記電源１４との間に直列・同極性に
接続される整流器、１８は帰還巻線１１と整流器１７と
の間に直列接続されたりアクタンス素子（図示の場合は
コンデンサ）、１９は出力巻線１０に接続され、その直
流出力端がイグニッションコイルの二次巻線と直列に接
続される出力整流器、２０は前記出力整流器１９の平滑
コンデンサ、１３は安全スイッチである。

以上の説明から明らかなように、本実施例におけるＤＣ
−ＤＣコンバータは、帰還巻線およびその関連する回路
部分を除けば従来公知のものと同じである。

内燃機関が始動されてエンジン負圧が生ずると安全スイ
ッチ１３がオンとなり、トランジスタ１２または１２ａ
のいずれか一方が導通する。

トランジスタ１２が導通したと仮定すると一次電流が電
源１４−一次巻線８−トランジスタ１２−電源１４の回
路に流れ、これによって二次巻線９，９ａに電圧が誘起
される。

二次巻線９の電圧はトランジスタ１２に順バイアスを与
え、二次巻線９ａの電圧はトランジスタ１２ａに逆バイ
アスを与える。

これによっていわゆる正帰還作用を生じ、トランジスタ
１２は急速に飽和する。

かくして鉄芯は一次巻線を流れる電流によって励磁され
、やがて鉄芯の磁束が飽和すると二次巻線９の電圧が消
滅してトランジスタ１２のベース電流が０に低下し、ト
ランジスタ１２が遮断される。

鉄芯の磁束は減少しはじめるから、これによって二次巻
線９，９ａには今までとは逆極性の電圧が誘起されてト
ランジスタ１２ａが順バイアスとなり、電源１４−一次
巻線８ａ−トランジスタ１２ａ−電源１４の回路に一次
電流が流れる。

前に説明したと同様の正帰還作用によって、こんどはト
ランジスタ１２ａが飽和状態になり、鉄芯の磁束を逆方
向に飽和する迄励磁が行なわれる。

以上のようにして、２つのトランジスタ１２，１２３が
交互に導通し、出力巻線１０には交流（矩形波）が発生
される。

これを整流器１９によって整流し、得られた直流をイグ
ニッションコイル３の二次側高電圧と直列に接続する。

その際、帰還巻線１１に発生する同種の交流（矩形波）
をコンデンサ１８を介して整流器１７に供給し、得られ
た直流を電源１４と直列同極性に性続する。

第２図の曲線Ａは第１図のＤＣ−ＤＣコンバー夕部分の
電圧電流特性であり、出力直流電圧は負荷電流の増大と
ともに減少し、一定値Ｅｏに漸近する０前記一定値Ｅｏ
はＤＣ−ＤＣコンバーク部分の帰還巻線１１がない場合
の出力直流電圧にほぼ相当する。

また曲線Ｂは帰還巻線１１に接続するコンデンサ１８を
省略して直流帰還を行なう場合、およびさらに整流器１
７を省略して交流帰還を行なう場合の出力直流電圧対負
荷電流特性を比較のために示したものである。

このように本発明に用いるＤＣ−ＤＣコンバータは電圧
が負荷電流の増大にともなって急激に減少する、いわゆ
る垂下特性を有するので、スパークギャップ５の放電開
始時にはイグニッションコイルの二次巻線に誘起される
高電圧と相加わって充分に高い電圧がギャップ５に加わ
ることになり、放電開始が確実となる一換言すればスパ
ークプラグの点火確率が向上する。

一旦放電が開始すると、放電電流の増大にともない電圧
が急激に降下するので、スパークギャップにおける放電
が安定化する。

また、放電の中期においては、補助電源からの出力電流
はほぼ最大に達しており、その電源インピーダンスは低
下し、はぼ定電圧特性を呈するようになっているので、
火花放電の増強効果が持続する。

つぎに、放電の終期においては、補助電源の出力電流は
減少過程にある。

このときは、電源インピーダンスが高くなっている（す
なわち、垂下特性領域にはいっている）から、ブレーカ
ポイント７が閉成されるときの消弧特性が良好となり、
消弧（電流遮断）が確実に行なわれる。

なお、補助電源のインピーダンスが低いと、消弧作用が
不完全となり、−たん消滅した放電が再形成され、プラ
グ等の電装部品が損傷されることもある。

そしてさらに、放電電流遮断後の、コンデンサ２０の充
電期間（これはまた、イグニッションコイル３に電磁エ
ネルギが蓄積される期間でもある）においては、負荷電
流が零であるため、補助電源電圧が十分に高くなってお
り、したがってコンデンサ２０の充電時間も短かくなり
、充電エネルギも大きくなるので、次回の放電開始時に
おける火花増強効果が大きくなる。

また、構成上も、ＤＣ−ＤＣコンバータ部の出力とイグ
ニッションコイル２次巻線とを直列に接続するだけでよ
く、火花消去のための特別の手段も必要としないので、
既存の点火装置に容易に付加することができる利点があ
る。

第３図および第４図は、第１図の補助電源として商用交
流を整流した電源インピーダンスの低いものを用いた場
合と本発明による場合との比較を示すもので、第１図の
回路において、コンデンサ１８．２０の容量をそれぞれ
２２０μＦ、０．０４７μＦ工ンジン回転数を２００Ｏ
ＲＰＭとし、大気中においてスパークギャップ５に火花
放電を起させた際の、放電電流■の時間ｔによる変化を
測定したものである。

両図においてＡは商用交流整流電源、Ｂは本発明による
帰還形ＤＣ−ＤＣＣ一式−タを用いた場合であり、第３
図Ａでは補助電源電圧をＯＶ（曲線１）から１５００Ｖ
（曲線６）まで変化させ、同図ＢではＤＣ−ＤＣコンバ
ータの出力電圧をＯＶ（曲線１）から２８００Ｖ（曲線
６）まで変化させている。

第３図Ａでは補助電源電圧の増大に伴なって火花放電持
続時間が大幅に増大し、１５００Ｖ（曲線６）では火花
放電は時間と共に成長して不安定であり、ブレーカポイ
ントの閉成による消弧作用が不完全となるので、この状
態ではもはや点火装置としては不適当である。

それ故に、この場合は補助電源電圧の選定がクリティカ
ルになる。

これに対して、第３図Ｂでは補助電源電圧が大幅に変化
しても火花放電の状態はほぼ同じ傾向で安定に推移し、
安定な火花放電が得られ、ブレーカポイント閉成による
消弧作用も完全に行なわれる。

第４図Ａ、Ｂはスパークギャップの間隙を１１朋（曲線
１）から５ｍｍ（曲線７）まで変化させた例（Ａでは補
助電源電圧１２５０■、Ｂではコンバータ電源電圧１２
ｖ）であり、Ａではギャップの変化に伴なって放電持続
時間も大幅に変化しているが、本発明のＢでは放電持続
時間の変化は小である。

なお、この場合ＢにおいてＤＣ−ＤＣコンバータ出力電
圧はギャップの変化に伴ない放電開始時において約３０
００■から約２６００Ｖまで変化した。

つぎに第５図は、本発明のＤＣ−ＤＣコンバータにおけ
る帰還回路による作用効果を説明するための測定例であ
って、エンジン回転数７５ＯＲＰＭに対し、スパークギ
ャップの間隙を１０朋（曲線１）および６朋（曲線２）
に設定した場合の放電電流波形図である。

同図Ａは帰還回路をオフにした場合で、間隙の変化に伴
なって放電電流および持続時間が大幅に変化することを
示している。

これに対して、同図Ｂは帰還回路を作動させた本発明実
施例によるもので、間隙の変化に伴なう放電電流と持続
時間の変化は僅かである。

以上の説明から明らかなように、本発明による補助電源
は軽負荷時においては高出力電圧・高電源インピーダン
スの定電流源として働らき、重負荷時においては低出力
電圧・低電源インピーダンスの定電圧電源として作動す
るので、複雑な示性インピーダンスを呈する火花放電ギ
ャップを負荷とする電源の補助電源として最適である。

また、本発明では出力電圧の垂下特性をリアクタンス素
子と帰還作用によって得ているから、通常の直列高抵抗
による場合に比較して電力損失が少なく、高効率が得ら
れる。

リアクタンス素子としては、コンデンサの外の他の適当
なものが利用できることはいうまでもなく、また、本発
明は、第１図に点線で示したように、並列ダイオードを
有するブレーカポイントを使用するスパークプラグ点火
装置にも適用できる。

なお、第１図のＤＣ−ＤＣコンバータ部分の電流電圧特
性が、第２図の曲線Ａのようになることを、理論的解析
のみによって証明することは極めて困難であるが、本発
明者は、実際に、第１図のＤＣ−ＤＣコンバータ部分の
装置を作成し、その出力電流電圧を測定して、前記第２
図のような特性が得られることを実証した。

本発明者が作成した装置は、第１図に示された各回路素
子の定数を次のように選定したものである。

第１図の符号 ８．８ａ・・・１．３ｍ１１Ｌφの線を１７回巻いたも
の９．９ａ・・・０．２ｍ１ｒＬφの線を１０回巻いた
もの１０・・・０．１４１１１７Ｗφの線を３０００回
巻いたもの１２ 、１２ａ−トランジスタ２Ｎ５０３８
と２ＳＣ２３３４とをダーリントン接続したもの 。

１４・・・ＤＣ１４ボルト安定化電源 １５・・・ダイオードｌ５１８３０（ダイオードで抵抗
を代用したもの） １６・・・４７０Ω １９・・・ダイオードｌ５１８３０の４×４個接続ブリ
ッジ ２０・・・０．０４７μＦ、５ＫＶ １１・・・１．３朋φの線、巻数は１０．１１および１
２回と切換え可能とした。

１８・・・２ｒｎ７ＩＬφの線を２０回巻いて、７１μ
Ｈのインダクタンスをもたせた。

１７・・・ブリッジ接続ダイオードＲＫＢＰＣ２５−Ｃ
２なお、第１図においては直列リアクタンスとしてコン
デンサ１８を用いた例を示したが、実際の装置作成に当
っては、十分な電流容量をもったコンデンサが入手でき
なかったので、コイルを直列挿入した。

以上の構成のＤＣ−ＤＣコンバータで得られた電流電圧
特性の実測例を第６図に示す。

図において、曲線１．ＩＩ、Ｉ［［は、それぞれ帰還巻
線１１の巻回数が１２．１１．１０回の場合を示してい
る。

また曲線■は、帰還回路なしの場合の、特性を比較のた
めに示したものである。

この図から明らかなように、本発明のＤＣ−ＤＣコンバ
ータ部の構成によれば、出力電流が約２０ｍＡ以下の低
負荷領域では、負荷電流の増加に伴 ゛なって出力電
圧が急激に低下する著しい垂斗特性を呈し、それ以上の
重負荷領域ではほぼ定電圧特性を呈するようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の回路図、第２図は第１図のＤ
Ｃ−ＤＣコンバーク部分の電圧電流特性図、第３図ない
し第５図は本発明および従来技術によってスパークギャ
ップに生ずる放電電流の波形図、第６図は第１図のＤＣ
−ＤＣコンバーク部分の電圧電流特性の実測例を示す図
である。 ３・・・・・・イグニッションコイル、５・・・・・・
スパークギャップ、７・・・・・・ブレーカポイント、
８，８ａ・・・・・・一次巻線、９，９ａ・・・・・・
二次巻線、１０・・・・・・出力巻線、１１・・・・・
・帰還巻線、１２，１２ａ・・・・・・トランジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一次巻線および二次巻線を有するイグニッションコ
   イルト、前記イグニッションコイルの一次巻線に電流を
   供給する直流電源と、内燃機関の回転に同期して前記−
   次巻線の回路を断続するブレーカポイントと、前記ブレ
   ーカポイントの遮断時に前記イグニッションコイルの二
   次巻線に誘起される高電圧を印加されるスパークギャッ
   プと、前記二次巻線と直列に接続され、前記高電圧の印
   加時に前記スパークギャップに流れる放電電流を増強し
   、前記放電電流の持続時間を延長するための補助電源と
   を具備したスパークプラグ点火装置において、前記補助
   電源がＤＣ−ＤＣコンバータであり、前記ＤＣ−ＤＣコ
   ンバータは帰還巻線と、前記帰還巻線に誘起される電圧
   を整流する整流器と、帰還巻線と整流器との間に直列に
   接続されたりアクタンス素子と、前記整流器の直流出力
   を前記コンバータの電源と直列・同極性に接続する手段
   とを具備することを特徴とするスパークプラグ点火装置
   。