JPS6142111B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は内燃機関点火装置に関し、特にスパー
クギヤツプを確実にブレークダウンさせるための
高電圧発生と、良好な着火効果を上げるための大
放電電流供給とを両立して実現できる内燃機関点
火装置に関する。 従来の内燃機関点火装置の一例を第１図に示
す。図において、１は点火コイル８の１次巻線、
２は同じく２次（出力）巻線、３は１次巻線１と
直列接続された１次側抵抗、４は低圧電源、５は
断続接点、６は接点５と並列接続されたコンデン
サ、７は２次巻線２の両端に接続されたスパーク
ギヤツプである。 第１図に示されるように、従来の内燃機関の点
火装置では、２次巻線２の負荷としてスパークギ
ヤツプ７が接続される。このスパークギヤツプ７
の示すインピーダンスは、ギヤツプ間の放電の有
無により著しい差違がある。 即ち、放電開始前においては、スパークギヤツ
プ７の示すインピーダンスは非常に高く、ほぼ絶
縁体とみなされる。従つて、点火装置は、スパー
クギヤツプ７の絶縁を破壊し、確実にブレークダ
ウンさせるのに充分な、高電圧を出力する必要が
ある。 この見地からは、点火コイル８は、電圧変成比
を大に、すなわち２次巻線２の１次巻線１に対す
る巻線比ｎを大にする必要があつた。こゝでは、
これを電圧条件と定義する。 他方、一旦放電が開始された後では、スパーク
ギヤツプ７に放電電流が流れ、そのインピーダン
スは、点火装置の出力インピーダンスに比して充
分に低くなる。そして、この状態では、機関への
着火効果を高める為に、なるべく大きな放電電流
をスパークギヤツプ７に流す必要がある。 この見地からは、電流変成比を大に、つまり２
次巻線２の１次巻線１に対する巻線比ｎを小にす
る事が要求される。こゝでは、これを電流条件と
定義する。 電圧条件と電流条件は、明らかなように、二律
相反で両立しないから、従来の点火コイル８の設
計では、この二つの条件の妥協点を求めていた訳
である。 本発明の目的は、前述のような、従来の点火コ
イル設計に課せられた制約を除き、スパークギヤ
ツプのブレークダウンのための高電圧と、着火を
確実にするための大放電電流とを両立させること
のできる内燃機関点火装置を提供することにあ
る。 前記目的を達成するために、本発明において
は、点火コイルの２次（出力）巻線に中間タツプ
を設け、かつ前記中間タツプにはダイオードを、
又２次巻線の一端には抵抗を接続し、前記ダイオ
ードおよび抵抗の各一端を共通に接続し、この共
通接続点と２次巻線の他端との間にスパークギヤ
ツプを接続したものにおいて、前記ダイオードの
極性を、スパークギヤツプの放電電流に対して順
極性になるように定め、前記ダイオードが前記放
電電流をバイパスするように構成すると共に、前
記抵抗の値が、放電開始前においては、スパーク
ギヤツプのインピーダンスに比較して充分に低
く、一方放電開始後においては、前記ダイオード
を流れる電流に比較して前記抵抗を流れる電流が
無視できる程度に小さく、また前記抵抗の両端に
生ずる電圧降下によつて前記ダイオードが順方向
にバイアスされるように選定したものである。 以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。 第２図は、本発明の一実施例の回路図である。
同図において、第１図と同一の符号は同一または
同等部分をあらわしている。 第２図において、２２は点火コイル８の２次巻
線、２３は前記２次巻線２２に設けた中間タツ
プ、２４は前記中間タツプ２３に一極を接続され
たダイオードで、その極性は、２次巻線２２に発
生する出力電圧に逆耐するように一すなわち、放
電電流に対して順極性になるように定められる。
２５は２次巻線２２の一端とスパークギヤツプ７
との間に接続された抵抗、３２は２次巻線２２の
出力端、３３は２次巻線２２の帰路端である。 またＩ_dはダイオード２４を流れる電流、Ｉ_Rは
抵抗２５を流れる電流、Ｉ_Sはスパークギヤツプ
７を流れる放電電流を示している。 なお、本実施例では、スパークギヤツプ７には
負極性電圧が印加されるものとして、ダイオード
２４の極性および各電流の方向を定めてある。 動作時に、周知の動作機構により、１次巻線１
の電流がしや断されると、２次巻線２２の全体、
すなわち出力端３２と帰路端３３の間に高電圧が
誘導され、抵抗２５を経てスパークギヤツプ７に
印加される。 放電開始前においては、スパークギヤツプ７の
呈するインピーダンスは非常に高いから、抵抗２
５の値をこれに対して充分に低く選ぶと、抵抗２
５の影響は無視出来る。２次巻線２２の中間タツ
プ２３に接続されているダイオード２４は、出力
電圧の極性に対して逆耐するように、その極性を
定められるから、その影響はない。 かくして、スパークギヤツプ７に印加された高
電圧が、ある電圧を超えると、前記ギヤツプがブ
レークダウンし、先ず容量放電が発生する。つゞ
いて、放電は誘導性放電に移行し、放電電流が比
較的長時間スパークギヤツプ７に流れる。 ここで、容量放電は、スパークギヤツプ７周辺
の容量の蓄えられたエネルギが、局部的に放出さ
れて起きるものであり、持続時間の極めて短い放
電であつて、着火効果には殆んど影響を与えない
から、これを省略し、以降「放電」はすべて誘導
性放電を意味するものとする。 図からも明らかなように、２次巻線２２からス
パークギヤツプ７を通る電流経路には、下記の二
つのブランチがある。 （第１）、ダイオード２４を含むダイオードブ
ランチ ２次巻線２２の中間タツプ２３→ダイオード２
４→スパークギヤツプ７→２次巻線出力端３２ （第２）、抵抗２５を含む抵抗ブランチ ２次巻線帰路端３３→抵抗２５→スパークギヤ
ツプ７→２次巻線出力端３２ 第１のダイオードブランチに流れる放電電流を
Ｉ_dとし、第２の抵抗ブランチに流れる放電電流
をＩ_Rとし、スパークギヤツプ７に流れる放電電
流をＩ_sとすると、明かに Ｉ_s＝Ｉ_d＋Ｉ_R なる関係が成立する。ここでＩ_RがＩ_dに対して充
分小さく、その影響が無視出来るように、抵抗２
５の値を選ぶと、 Ｉ_s≒Ｉ_d となる。これは、スパークギヤツプ７に流れる放
電電流Ｉ_sが実効的に２次巻線２２の中間タツプ
２３と出力端３２の出力巻線部分から供給される
ことを意味し、巻線比は中間タツプ２３によつて
実効的にタツプダウンされる。従つて、ダイオー
ド２４が導通したときは、電流変成比の増大が行
われ、大きな放電電流を得ることが出来る。 以上の説明から、第２図の回路においては、電
圧条件と電流条件を互に独立に満たし得ることは
自明である。 第３図は、以上の説明を等価回路で表現したも
のである。 第３図Ａは放電開始前のもので、点火コイル８
の２次巻線２２の全体に発生する電圧が、抵抗２
５を経てスパークギヤツプ７に印加されているこ
とを表す。この時スパークギヤツプ７には、ほと
んど電流が流れないからＩ_s＝０従つてＩ_d＝０で
ある。すなわち、ダイオード２４はオフの状態を
保つから、この等価回路ではダイオードブランチ
は省略されている。 第３図Ｂは放電開始後のもので、この時はダイ
オード２４が導通し、こゝに放電電流Ｉ_sとほぼ
等しい電流Ｉ_dが流れるから、２次巻線２２のタ
ツプは接地されたのと等価になる。中間タツプ２
３の位置を、帰路端３３から数えて２次巻線２２
全体のｋ％とし、スパークギヤツプ７の両極間電
圧をＥ_gとすると、この時タツプ２３と出力端３
２間の電圧はＥ_gである。 それ故に、帰路端３３と中間タツプ２３間の電
圧Ｅ_rは Ｅ_r＝ｋ／１００−ｋＥ_g である。よつて、抵抗２５のインピーダンス（抵
抗）値をＲとし、巻線２２のインピーダンスを無
視すると、前記抵抗２５には、 Ｉ_R＝ｋ／１００−ｋ・Ｅ_ｇ／Ｒ なる電流が流れる。このＩ_Rも又ほぼ一定であ
る。 ここで、抵抗２５のインピーダンスＲを、 Ｉ_R≪Ｉ_d になるように選ぶとＩ_Rは無視出来るから、第３
図Ｂから抵抗ブランチが省略されて、結局第３図
Ｃの等価回路が得られる。すなわち、Ｉ_sはほゞ
Ｉ_dに等しくなる。時間の経過と共に、放電電流
Ｉ_s、従つてダイオード電流Ｉ_dも減少して行きや
がてＩ_dは０となる。 第３図ＤはＩ_d＝０となつた時刻以後のもの
で、この時はダイオード２４はオフの状態に戻る
から、再び２次巻線２２の全体から、抵抗２５と
スパークギヤツプ７との直列回路にＩ_s（≡Ｉ_R）
を供給することになる。 従つて、この状態では、(1)実効巻線比が大き
く、つまり電流変成比が小さくなること、および
(2)負荷インピーダンスが大きくなることのため
に、結局放電電流Ｉ_sの波形はＩ_d＝０となつた時
刻に変曲するという特異性をもつことになる。 第４図は第３図のＢとＤの期間に対応する各電
流Ｉ_s，Ｉ_d，Ｉ_Rの状態を概念的に示すものでＩ_d
＝０となる時刻ｔ_xでＩ_sの波形が変曲することを
示している。なお、ＢおよびＤの全ての期間を通
して、 Ｉ_s＝Ｉ_d＋Ｉ_R なる関係は常に保たれている。 第５図は、本発明者の実験によつて得られた放
電電流の実測波形である。同図中のＡは第１図の
従来型によるものであり、Ｂは第２図の本発明の
実施例によるものである。 Ａの従来形の場合には、放電電流初期値として
約40mAが得られるが、Ｂに示す本発明の実施例
の場合には、放電電流初期値として約60mAが得
られた。このように、放電電流を40mAから
60mAに約50％も増大させる効果は、まさに本発
明の２次巻線タツプとダイオードブランチの機能
たる、巻線比の自動タツプダウン作用によつて、
もたらされたものである。 Ｂの本発明による装置に於ては、波形上に矢印
で示すＸ点に於て明瞭な変曲点を持つが、これは
既に動作説明に関して述べた通りである。また、
Ｂにおいて、点線で示す波形はＢの波形が変曲し
ないものとした推定波形である。 Ｂの場合、点線の波形によると、放電持続時間
は約0.9mSであり、一方Ａの場合にはこの持続時
間は約1.8mSである。すなわち、本発明の実施例
では、従来形に比して放電持続時間が半減してい
る。 これは、点火コイル８の１次巻線１に蓄えられ
る１次エネルギが同一であること、および、本発
明の場合には放電電流値が約50％増大して瞬時エ
ネルギが倍増している事を考慮すると、きわめて
当然のことである。 本発明は、これまで述べた通り、従来のコイル
放電型点火装置に適用して、充分な高電圧と大き
な放電電流とを両立させて得ることを可能にする
ものである。このような本発明の特徴は、本発明
を補助電源点火装置に適用した場合に最大限の効
果を発揮する。 第６図に一般的な従来の補助電源型点火装置を
示す。 この装置は、第１図の対比から明らかなよう
に、通常のコイル放電点火装置の、スパークギヤ
ツプ７および２次巻線２を含む回路に、スパーク
ギヤツプの放電を増強するための補助電源４０を
直列（または、並列でもよい）に接続したもので
ある。 この場合の動作を簡単に説明すると、つぎのと
おりである。 (1) 周知の機構で２次巻線２に発生された高電圧
は、補助電源４０の電圧と加算され、スパーク
ギヤツプ７に印加されて放電を発生させる。 (2) 一旦放電が開始されると、この放電はトリガ
ー放電となつて補助電源４０をトリガーし、補
助電源４０による放電が始まり、先のトリガー
放電と重畳されて一体の放電となる。 (3) １次巻線１に蓄えられた１次エネルギの放出
が完了しても、放電は、なお補助電源４０から
のエネルギ供給を受けて長時間持続する。 このような補助電源方式の点火装置では、補助
電源４０により供給される電流は、２次巻線２を
経て流れる。それ故に、２次巻線２のインピーダ
ンスのフライホイール効果により電流の急変が妨
げられ、又同じく２次巻線２のインピーダンスに
よるエネル損失が発生するのは、避けられない。 このために、一般的な補助電源型点火装置で
は、放電直後から直ちに、放電電流の増強を行う
ことは本質的に困難であり、放電電流全体の初期
値はトリガー放電のそれとほぼ等しくなる。従つ
て、トリガー放電そのものの放電電流初期値を大
きくすることは、全体の放電電流を大きくする事
になるから、本発明は、この意味できわめて重要
である。 第７図に、本発明を実施した補助電源型点火装
置の回路図を示す。この図において、第２図およ
び第６図と同一の符号は同一または同等部分をあ
らわしている。すなわち、この実施例は、第２図
のスパークギヤツプおよびダイオードを含む回路
網に補助電源４０を挿入接続したものに相当す
る。 この場合の動作説明は、第２，６図のものに準
ずるので省略するが、 (1) 放電電流初期値が、既に述べたように、増大
すること、 (2) ２次巻線２のインダクタンスが、放電開始に
応答して減少し、放電電流の増強が容易になる
こと、 (3) ２次巻線２２のインピーダンスが低下し、電
力損失を軽減し前項(2)の効果を助長すること、 などにより、著しい効果を発揮する。 第８図は、この実施例の補助電源型点火装置に
よつて得られる放電電流の波形を、概念的に示す
ものである。図中の波形Ａは第６図の一般的な補
助電源型点火装置によるものを、また波形Ｂは本
発明の実施例（第７図）によるものを示す。な
お、Ａ，Ｂいずれにおいてもトリガー放電（補助
電源無しの場合の放電）の波形を点線で示した。 前記波形ＡおよびＢの比較から明らかなよう
に、本発明によれば、補助電源型点火装置に適用
した場合でも、放電開始のための高電圧発生と、
顕著な放電電流の増強効果が同時に達成される。 つぎに、本発明者が、第７図の実施例に関して
行なつた実験の結果を、第９図および第１０図を
参照してさらに具体的に説明する。なお、この場
合の補助電源４０としては、本発明者が所有する
特許第1080198号に開示された帰還回路付DC.DC
コンバータを用いた。 第９図および第１０図は、第６，７図の継続接
点５を、それぞれ４気筒機関の600rpmおよび
3000rpmに相当する周期で開閉した場合に、スパ
ークギヤツプ７に流れる放電電流の実測結果であ
る。 また、これらの波形のうち、点線で示したａお
よびｂは、第６図に示した従来例による場合に放
電電流波形であり、実線で示したｃおよびｄは、
第７図に示した本発明の実施例による場合の放電
電流波形である。 第９図および第１０図の各波形の比較から分る
ように、本発明によれば、 (1) 放電電流の初期値が増大し、 (2) 放電接続時間が、内燃機関の低速回転時から
高速回転時まで、適切に制御されて短縮されて
いる、 (3) すなわち、スパークギヤツプへのエネルギ放
出が放電開始直後に集中して行なわれている。 前述のような特徴は、内燃機関用の点火装置と
しては極めて望ましいものである。 なお、以上では、２次巻線に中間タツプを設け
た例について述べたが、周知のように中間タツプ
は３次巻線に置き換えることができる。第１１図
は３次巻線を備えた、本発明の第３実施例の要部
回路図である。 第１１図において、第７図と同一の符号は同一
または同等部分をあらわしている。２０は点火コ
イル８の２次巻線、３０は同じく３次巻線であ
る。２次巻線２０および３次巻線３０の一端は共
通接続されて、スパークギヤツプ７の一極（この
例では非接地側）に接続される。 ２次巻線２０および３次巻線３０の各他端には
抵抗２５およびダイオード２４がそれぞれ接続さ
れる。前記抵抗２５およびダイオード２４の反対
側は共通接続され、（補助電源型の場合には、さ
らに補助電源４０を介して）スパークギヤツプ７
の他極に接続される。 この場合、ダイオード２４の極性は、図からも
明らかなように、スパークギヤツプ７の放電電流
に対して順極性である。また、２次巻線２０の巻
回数は、３次巻線３０のそれよりも大である。 動作時には、２次巻線２０に発生する電圧によ
つて、スパークギヤツプ７がブレークダウンして
放電が開始される。この放電電流は、ダイオード
２４および抵抗２５に分流するが、抵抗２５の値
を十分に大きく選ぶことにより、大部分の放電電
流をダイオード２４に流すことができる。その
後、放電電流は、３次巻線３０からダイオード２
４を通して供給されるようになる。 このようにして、第１および第２実施例に関し
て前述したのと同様の作用効果が第３実施例にお
いても達成される。 なお、以上では２次巻線に直列に抵抗を挿入し
た例について述べたが、抵抗の代りにコイルなど
のインピーダンスを用いても、本発明は全く同様
に実施することができる。 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、従来は不可能とされていた(1)スパークギヤツ
プを確実にブレークダウンさせるための高電圧発
生と、(2)着火能力を向上するための放電電流増強
とを両立させることができる。 換言すれば、 (イ) スパークギヤツプ７およびダイオード２４と
直列回路を形成する出力巻線部分では、スパー
クギヤツプ７における放電開始後の放電電流の
所要値に合致するようにその巻回数を少なく、
しかも線径を大きく選定することができ、 (ロ) 前記以外の出力巻線部分では、スパークギヤ
ツプ７を確実にブレークダウンさせるに十分な
電圧を誘起できるように、その巻回数を十分に
大きくとり、かつその線径は可及的に細くして
（なぜならば、ブレークダウン前の放電電流は
殆んど零であるから）、小型、軽量化が実現で
きる。 特に、本発明を補助電源型点火装置に適用すれ
ば、ほぼ理想的な内燃機関の点火を実現すること
ができる。 なぜならば、前述のように、補助電源４０から
スパークギヤツプ７に供給する放電電流の経路に
相当する出力巻線部の線径を、前述のように大し
きくし、しかもその巻回数を少なくできるので、
その直流抵抗が小さくなり、電力損失を減少し、
重ね放電の効果を最大限に発揮させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の内燃機関点火装置の一例を示す
回路図、第２図は第１図の装置に本発明を適用し
た一実施例を示す回路図、第３図Ａ〜Ｄはその動
作を説明するための等価回路図、第４図は第２図
における各部電流の時間変化を示す波形図、第５
図は第２図の実施例による放電電流の実施例を、
従来例との比較において示す波形図、第６図は従
来の補助電源型点火装置の一例を示す回路図、第
７図は第６図の装置に本発明を適用した、他の実
施例を示す回路図、第８図に第７図の実施例にお
ける放電電流を、従来例と比較して示した概念的
波形図、第９図および第１０図は、それぞれ第７
図の実施例による放電電流の実施例を、従来例と
の比較において示す波形図、第１１図は本発明の
第３実施例を示す回路図である。 １……１次巻線、４……低圧電源、５……断続
接点、７……スパークギヤツプ、８……点火コイ
ル、２２……２次巻線、２３……中間タツプ、２
４……ダイオード、２５…抵抗、３２……出力
端、３３……帰路端、４０……補助電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １次巻線および２次巻線を有する点火コイル
   と、その一端を前記２次巻線の一端に接続され、
   その他端をスパークギヤツプの一極に接続された
   インピーダンスと、前記２次巻線の中間タツプに
   その一極を接続され、その他極を前記インピーダ
   ンスの他端に接続されたダイオードと、前記スパ
   ークギヤツプの他極と２次巻線の他端とを接続す
   る手段とを具備し、前記ダイオードはスパークギ
   ヤツプの放電電流に対して順極性に、かつ前記放
   電電流をバイパスするように接続された内燃機関
   点火装置において、前記インピーダンスの値が、
   放電開始前においてはスパークギヤツプのインピ
   ーダンスに比較して充分に低く、一方放電開始後
   においては、前記ダイオードを流れる電流に比較
   して前記インピーダンスを流れる電流が無視でき
   る程度に小さく、また前記インピーダンスの両端
   に生ずる電圧降下によつて前記ダイオードが順方
   向にバイアスされるように選定されたことを特徴
   とする内燃機関点火装置。 ２ １次巻線および２次巻線を有する点火コイル
   と、その一端を前記２次巻線の一端に接続され、
   その他端をスパークギヤツプの一極に接続された
   インピーダンスと、前記２次巻線の中間タツプに
   その一極を接続され、その他極を前記インピーダ
   ンスの他端に接続されたダイオードと、前記スパ
   ークギヤツプの他極と２次巻線の他端とを接続す
   る手段と、前記スパークギヤツプおよびダイオー
   ドを含む回路網に接続され、スパークギヤツプの
   放電を増強するための補助電源を具備し、前記ダ
   イオードはスパークギヤツプの放電電流に対して
   順極性に、かつ前記放電電流をバイパスするよう
   に接続された内燃機関点火装置において、前記イ
   ンピーダンスの値が、放電開始前においてはスパ
   ークギヤツプのインピーダンスに比較して充分に
   低く、一方放電開始後においては、前記ダイオー
   ドを流れる電流に比較して前記インピーダンスを
   流れる電流が無視できる程度に小さく、また前記
   インピーダンスの両端に生ずる電圧降下によつて
   前記ダイオードが順方向にバイアスされるように
   選定されたことを特徴とする内燃機関点火装置。 ３ １次巻線、２次巻線および３次巻線を有する
   点火コイルと、その一極が２次巻線および３次巻
   線の各一端に共通接続されたスパークギヤツプ
   と、２次巻線の他端にその一端を接続され、その
   他端を前記スパークギヤツプの他端に接続された
   インピーダンスと、３次巻線の他端にその一極を
   接続され、その他端を前記インピーダンスの他端
   に接続されたダイオードとを具備し、前記２次巻
   線の巻数は３次巻線のそれよりも多く、かつ前記
   ダイオードはスパークギヤツプの放電電流に対し
   て順極性に、かつ前記放電電流をバイパスするよ
   うに接続された内燃機関点火装置において、前記
   インピーダンスの値が、放電開始前においてはス
   パークギヤツプのインピーダンスに比較して充分
   に低く、一方放電開始後においては、前記ダイオ
   ードを流れる電流に比較して前記インピーダンス
   を流れる電流が無視できる程度に小さく、また前
   記インピーダンスの両端に生ずる電圧降下によつ
   て前記ダイオードが順方向にバイアスされるよう
   に選定されたことを特徴とする内燃機関点火装
   置。 ４ １次巻線、２次巻線および３次巻線を有する
   点火コイルと、その一極が２次巻線および３次巻
   線の各一端に共通接続されたスパークギヤツプ７
   と、２次巻線の他端にその一端を接続され、その
   他端を前記スパークギヤツプの他極に接続された
   インピーダンスと、３次巻線の他端にその一極を
   接続され、その他極を前記インピーダンスの他端
   に接続されたダイオードと、前記スパークギヤツ
   プおよびダイオードを含む回路網に接続され、ス
   パークギヤツプの放電を増強するための補助電源
   とを具備し、前記２次巻線の巻数は３次巻線のそ
   れよりも多く、かつ前記ダイオードはスパークギ
   ヤツプの放電電流に対し順極性に、かつ前記放電
   電流をバイパスするように接続された内燃機関点
   火装置において、前記インピーダンスの値が、放
   電開始前においてはスパークギヤツプのインピー
   ダンスに比較して充分に低く、一方放電開始後に
   おいては、前記ダイオードを流れる電流に比較し
   て前記インピーダンスを流れる電流が無視できる
   程度に小さく、また前記インピーダンスの両端に
   生ずる電圧降下によつて前記ダイオードが順方向
   にバイアスされるように選定されたことを特徴す
   る内燃機関点火装置。