JPS588267A - 内燃機関の点火装置 - 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】 本発明は、燃費向上を目指して省電力化した内燃機関の
点火装置に関するものである。

従来の多気筒内燃機関の点火装置としては、第１図およ
び第２図に示すようなものがある。第１図の従来例は一
般的なフルトランジスタ式点火装置で、電磁式パルス発
生器により各気筒の点火時期を検出し機関回転数および
吸入負圧に応じた進角制御を行なう点火信号発生回路１
からの信号に基づいて点火回路２で機関回転数に応じた
導通角を有するスイッチング制御信号を作り、このスイ
ッチング制御信号をパワートランジスタ３に加えてバッ
テリ４から供給される点火コイル５の一次電流を断続し
１点火コイル５の二次側に発生する高電圧をセンタコー
ド６を通じて配電器７に導き配電器７からハイテンシコ
ンコード８によす各気筒の点火プラグ９に点火エネルギ
ーを分配するものであり、センタコード６とハイテンシ
ョンコード８にはガラス繊維にカーボン粉末を混入した
高抵抗の心線を用いて配電器７および点火プラグ９の空
隙火花により流れる高周波振動電流を減衰させ、電波障
害を防止している。

この従来例では、センタコード６およびノ・イテンショ
ンコード８の抵抗、配電器７の一一夕と側刃型極間の空
隙火花等による電力損失が大きく。

点火装置全体に供給される電力を入力とすると。

出力としての点火エネルギーは、入力に対して１０％程
度にしかすぎない。すなわち、走行時の点火装置の平均
入力電流を５Ａとすると、そのうちの４．５Ａは熱損等
により損失となっており。

１０モ一ド走行燃費に換算すると、電流１Ａ増加するご
とに０．１　ｋｍ々の燃費悪化となる。

第２図の従来例はＨａ、、ｇｔｉｇ方式と呼ばれるディ
スビレスタイプの点火装置で、前述した点火信号発生回
路１９点火回路２とパワートランジスタ３が対となって
おり、２組のパワートランジスタ６によって点火コイル
１０の一次側に交互に逆方向の電流を流し、二次側に高
耐圧ダイオード１１を逆並列接続して圧縮、排気の２行
程で２気筒づつ同時に点火エネルギーを放出するように
構成されている。この方式によると、第１図の従来例に
比ベセンタコードと配電器がない分だけ電力損失は減少
するわけであるが、その代わり２気筒同時点火により排
気行程で点火エネルギーが浪費されるため、配電器で得
した分は帳消しとなり、結局センタコードの損失分しか
電力消費量は減少しない。

このように従来の点火装置はエネルギー変換効率の低い
電力多消費型であり、消費電力の面からの燃費向上につ
いては全く考慮されていなかった。

ところで、消費電力の面から見た場合、従来の点火装置
における損失の大部分は既述のようにセンタコード、ハ
イテンションコードの抵抗と機械式配電器の空隙火花に
よるものであり、これらの損失要因をなくすことができ
れば、同じ点火エネルギーを得るのに点火装置への入力
電力は従来の約半分以下ですみ、走行燃費向上に少なか
らぬ効果を期待できる。

本発明は上記の点に着目してなされたもので。

各気筒の点火プラグに点火コイルを１個づつ直結して組
合わせることにより高圧センタコードおよびハイテンシ
ョンコードをなくシ９機械的配電器の代わりに点火信号
発生回路からの信号を点火回路で気筒別に分配し、この
分配された信号に基づいて作られた。スイッチング制御
信号にまり上記各点火コイルの一次側にそれぞれ接続し
たスイッチング素子を各気筒の点火順に開閉動作させて
高電圧の発生と各気筒への点火エネルギーの分配を行な
い、さらに点火コイルの小形化と銅損の低減を図るため
、電圧昇圧回路を用いて車両用バッテリ電圧（１２Ｖ）
をたとえば２４Ｖ程度に昇圧して点火コイル−次側に供
給する構成とすることにより、燃費向上効果の大きい省
電力化された内燃機関用点火装置を提供しようとするも
のである。

以下９本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は本発明の一実施例として示した４気筒工ンジン
用点火装置のブロック図である。本図に示す点火装置は
、各気筒の点火時期を検出し機関回転数および機関負荷
に応じて進角制御された点火信号を発する点火信号発生
回路１と９点火信号を気筒別に分配し機関回転数に応じ
た導通角で各気筒の点火コイルの一次電流を断続する点
火回路２と９点火用電源となる電圧昇圧回路１２と、各
気筒ごとに設けられた点火コイル５と点火プラグ９０組
合わせ部品１５と１点火回路２から各気筒の点火コイル
５の一次側に配電する低電圧コード１４を基本要素とし
て構成されている。なお。

１５は点火スイッチ、１６はバッテリ４の■、Ｏ端子へ
の逆接続による装置の破壊を防止するための保護用ダイ
オードである。

点火コイル５と点火プラグ９とはハイテンションクープ
ルを介することなく電気的に直結して組合わされておれ
ば良く１点火コイルと点火プラグを機械的に分離不能な
一体構造とするか、ねじ結合などによる着脱可能な組立
構造とするかは問わない。

次に、上記基本要素の具体的構成を第６図〜第９図によ
って説明する。

第４図は電圧昇圧回路１２の一例であるＤＣ−ＤＣコン
バータを示す。このＤＣ−ＤＯコンバータは、−次側発
振回路の２個のトランジスタ１７１８を励磁コイル１９
．２０により交互に導通させて一次電流を流すことによ
り、入力端子２１に加えたバッテリ電圧を変圧器・２２
で昇圧し、その二次電圧を整流回路２３とコンデンサ２
４により整流平滑化して出力端子２５に取出す公知の回
路である。この種のＤＯ−ＤＣコンバータの変換効率は
８０〜９０％で、バッテリ電圧を効率良く昇圧できる。

車両用バッテリ電圧は一般に１２Ｖであるので１点火コ
イル５０巻線比を従来の１７２にするのであれば３点火
コイルー次側に加える電圧を倍の２４Ｖに昇圧すれば良
い。５点火コイル５と点火プラグ９を一体構成とする場
合、実装上点火コイルの小形化が要求され、そのために
は巻線比を小さくするのが効果的である。その結果１点
火コイル５の二次側インダクタンスおよび抵抗値が減少
し、−次側インダクタンスおよび抵抗値もこれに伴って
減少するため、銅損が低下し、エネルギー変換効率が良
くなる。

点火信号発生回路１としては公知の機械的進角機構を用
いるなど各種の方式が考えられるが、第６図にはディジ
タル回路を用いた例を示す。第６図において、２６は機
関のクランク軸に取付けられた歯形円板と電磁ピックア
ップにより構成されるクランク角センサで、４気筒の場
合クランク角センサ２６からは７２０°信号ａ、１８０
°信号す。

１°信号Ｃが出力される。７２０°信号ａはクランク軸
の２回転ごとに発生するパルス信号で、各党＃＃＃＃ 筒の点火順序が　１−　３−４−　２ならば、＃２気筒
の点火後、＃１気筒の点火前にパルス端が来るように設
定されている。１８０°信号すはクランク軸の１８０°
回転ごとに発生するパルス信号で。

たとえば圧縮よ死点前７０°の位置にパルス端が来るよ
うに設定されている。１°信号Ｃはクランク軸の１°回
転ごとに発生するパルス信号である。

点火信号発生回路１内のカウンタ２７は１８０゜信号す
によりリセットされ、それを起点にして１°信号Ｃを積
算計数して２進数による角度位置情報とする。演算処理
部（ＣＰＵ）２８は機関の吸入空気量信号Ｑと回転数信
号Ｎを２進数として取込み、このＱ、Ｎの値に対応する
点火進角値Ａを記憶部（ＲＯＭ）２９からテーブルルッ
クアップ方式により読出し、７０°−Ａに相当する進角
制御信号値ＮＣ°に換算してレジスタ３伊へ転送する。

カウンタ２７のカウント値ｄはレジスタ３０の内容と比
較器３１で比較され、１８０°信号から起算したカウン
タ２７のカウント値ｄがレジスタ３０に格納されている
進角制御信号値Ｎ。に等しくなった時点で比較器３１か
ら点火信号ｅが出力される。すなわち、この点火信号ｅ
は４気筒の場合、クランク軸の１８ｏ°回転ごとに発生
する進角制御されたパルス列で、各気筒の点火時期を決
定するものである。

点火回路２は、クランク角センサ２６からの７２０°信
号ａに基づいて上記点火信号ｅを気筒別に分配する気筒
別分配回路３２と、該気筒別分配回路の出力信号ｆ９ｇ
、ｈ＋　　ｉを機関回転数に応じた導通角を持つスイッ
チング制御信号ｊ、ｋ。

Ｊ３．ｍに変換するスイッチング制御回路３３と。

上記スイッチング制御信号を受けて各点火コイル５の一
次電流を断続するスイッチング回路３４と一次電流の波
高値を制限する電流制御回路３５を有している。

第５図は気筒別分配回路３２の具体例を示す図２゜で、
６６は点火信号ｄの入力端子、３７は７２ｏ。

信号ａの入力端子、６８は電源電圧十■の入力端子、３
９，４０，４１．４２は出方端子である。

４３は４気筒の場合４進のリングカウンタであり点火信
号ｅが論理値の　”１°になるごとにインバータ４４．
４５を介してリングカウンタ４６のクロック端子ＯＬＫ
に°１°　が入力される。一方。

７２０°信号ａが　°１″　になると、インバータ４６
を介してＮＯＲ回路４７の一方の入力が°０”　となり
、この時ＮＯＲ，回路４７の他方の入力に加わる単安定
マルチバイブレータ４８の出方も　“０”になっている
ので、ＮＯＲ回路４７がらリングカウンタ４３のリセッ
ト端子Ｒに　”１”　が入力されるようになっている。

これにより、気筒点゛火順序が＃１−　”５−　＃４−
＃２ならば、リングカウンタ４３は常に＃１気筒に対応
する点火信号から計数を開始し、出力端子５９〜４２に
気筒別に分配された信号ｆ、ｇ、ｈｉを順次出力する。

そして、最終段出力後に７２０信号ａが”１′になった
時り°セットさ五、以下同様の計数動作を繰返し行なう
。単安定マルチバイブレータ４８はリングカウンタ４３
の初段出力ｆでトリガされて次の７２０°信号ａが入力
する直前までＮＯＲ回路４７に　°１”の信号を出し続
け。

リングカウンタ４３のリセット入力を　１０”　にクラ
ンプする。これにより、リングカウンタ４６がノイズに
より誤動作し、気筒点火順序が狂うのを防いでいる。

スイッチング制御回路６３はたとえば第６図に示すよう
に構成される。気筒別に設けられたスイッチング制御回
路３３の入力端子４９には気筒別分配回路６２からの信
号ｆ＋　ｇ、ｈ、ｒのいずれか１つが加わり、入力端子
５０には電源電圧子Ｖが加わる。入力信号が“１″　に
なると、インバータ５１を介してＮＯＲ回路５５の一方
の入力が°０°　になり、ＮＯＲ回路５５の他方の入力
に接続された抵抗５２．５５．コンデンサ５４で構成さ
れる積分回路の出力がしきい値に達するまでの間ＮＯＲ
回路５５から出力される　°１”　の信号により、トラ
ンジスタ５６がＯＮ、）ランジスタ５７がＯＦＦ、）ラ
ンジスタ５８がＯＮになって。

出力端子５９にスイッチング制御信号を出力する。

スイッチング制御信号のパルス幅は上記積分回路の時定
数に□より定まる一定時間となるので９機関回転数が高
いほど導通角は大きくなり９機関回転数に応じた導通角
制御がなされる。この場合１点火信号発生回路１から出
力される点火信号ｅのタイミングはとの導通角の変化を
見込んで設定されている。

このようにして作られたスイッチング制御信号ｊ、に、
４．ｍは第７図に示すスイッチング回路３４に送られ１
点火コイルー次側のスイッチング素子であるパワートラ
ンジスタ６０を駆動して一次電流を断続する。パワート
ランジスタ６０のオン期間に第４図の電圧昇圧回路１２
から供給される電流は電流制御用トランジスタ６１を通
って点火コイル５の一次側に流れ、パワートランジスタ
６０のターンオフにより一次電流がしゃ断された時１点
火コイル５の二次側に発生する高電圧が点火プラグ９の
電極間に印加され、ｉパークを発生する。

点火コイル−次電流によりパワートランジスタ６０のエ
ミッタ側に接続された一次電流検出抵抗６２の端子電圧
が所定値を越えると、電流制御回路５５のトランジスタ
６３がＯＮ、トランジスタ６４がＯＦＦになるため、電
流制御用トランジスタ６１の内部抵抗が増加し、−次電
流は減衰する。

−次電流が所定値まで低下すると、トランジスタ６３．
６４が反転動作し、電流制御用トランジスタ６１の内部
抵抗が減少するため、−次電流は所定値付近で微小変動
を繰返しほぼ一定値に制限される。

電圧昇圧回路１２の出力電−圧がトランジスタの耐圧を
越える場合には、パワートランジスタ６０の代わりにサ
イリスタを用いてスイッチング回路を構成することもで
きる。

第８図は上記したａ−ｍの各信号と点火コイル−次電流
■４１．二次電流工２．二次電圧ｖ２の時間的関係を示
すタイムチャートである。

第９図は本発明に用いる点火コイル内蔵点火プラグの一
例を示す。本例は、鉄心６５．−次コイル６６、二次コ
イル６７、円筒状継鉄６８により構成された開磁路型点
火コイル５を点火プラグ９のハウジング６９と一体に形
成した円筒状ケース７０内に収納して合成樹脂等の充填
絶縁物７１により固定し、−次コイル６６のリード線を
低圧端子７２に接続するとともに、二次コイル６７のリ
ード線に接続した高圧端子７３をコネクタとして点火プ
ラグの端子ピン７４に直接接続し、二次コイル６７に発
生する高電圧により中心電極７５と接地電極７６の間に
スパークを飛ばすようにしたもので、このように点火コ
イルと点火プラグを一体化することによって点火コイル
の二次側高圧配線は不要となり、スパーク発生時に流れ
る高周波振動電流は点火コイル５のインダクタンス分に
より阻止されるため、低損失の低電圧コードを用いて各
気筒への点火エネルギーの分配が可能となる。

以上説明したように本発明によれば、従来型点火装置に
おける七ンタコード、ハイテンションコード、機械式配
電器等の電力損失の大１い部品をなくすことができ、２
気筒同時点火方式におけるような点火エネルギーの浪費
もない。さらに、バッテリ電圧を昇圧して点火コイル−
次側に加えることにより１点火コイルの巻線比を小さく
してエネルギー変換効率を高めたため、従来型点火装置
に比べ消費電力をほぼ半減し、その結果実質走行燃費を
５％以上向上することが可能となる。

また本発明によれば０点火コイルと点火プラグの一体化
１機械的配電器の廃止による点火装置の部品点数の減少
と湿気によるリークや絶縁劣化により点火不良を起こし
易い高圧配線をなくしたことによって、量産性、サービ
ス性が向上し１点火系のメインテナンスフリーを実現で
きるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の点火装置を示す回路図、第
５図は本発明の一実施例を示すブロック図、第４図〜第
７図はそお各部回路図、第８図は動作説明用のタイムチ
ャート、第９図は本装置に用いる点火コイル内蔵点火プ
ラグの一例を示す側断面図である。 １：点火信号発生回路　　　２：点火回路４：バッテリ
　　　　　　　５：点火コイル９二点火プラグ　　　　
　１２：電圧昇圧回路１３：点火コイルと点火プラグの
組合わせ部品３２：気筒別分配回路 ３６：スイッチング制御回路 ６４ニスイツチング回路 ６０ニスイツチング素子であるパワートランジスタ 代−人弁理士　中村純之助

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多気筒内燃機関の各気筒に取付けられた点火プラグと、
   これら点火プラグに１個づつ直結して組合わされた点火
   コイルと、バッテリ電圧を昇圧して上記各点火コイルの
   一次側に供給する電圧昇圧回路と、各気筒の点火時期を
   検出して進角制御された点火信号を発生する回路と、上
   記点火信号を気筒別に分配し、この分配された信号に基
   づいて機関回転数に応じた導通角を有するスイッチング
   制御信号を作り、上記各点火コイルの一次側にそれぞれ
   接続した複数個のスイッチング素子を各気筒の点火順序
   に従って順次駆動する点火回路とを具備したことを特徴
   とする内燃機関の点火装置。