JPS614862A

JPS614862A - 圧電素子を有する火花点火装置

Info

Publication number: JPS614862A
Application number: JP12444084A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yorita; 浩頼田; Toshihiko Ito; 猪頭　敏彦; Takeshi Tanaka; 猛田中; Masahiro Tomita; 正弘富田
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1984-06-19
Filing date: 1984-06-19
Publication date: 1986-01-10

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】産業上の利用分野本発明は圧電素子を有する火花点火装置に関する。本発
明による装置は内燃機関用火花点火装置に用いられる。

従来技術、発明が解決しようとする問題点発明者の実験
によれば、圧電素子を用いた火花点火装置は、第２図に
示すように、温度θの変化により、共振周期ＴＲが変化
し、その発生電圧が低下する。従来、圧電素子を用いた
火花点火装置におけるこのような、温度の変化による共
振周期の変化にもとづく発生電圧の低下は好ましいもの
ではないとされ、これに対する満足な解決策が得られて
いないという問題点があった６　（なお、圧電素子を有
刺る火花点火装置の先行技術としては例えば本出願人の
出願に係る特開昭５８−２０２３７０号がある。）本発明の目的は、圧電素子を用いた点火装置において、
制御装置出力の途切れた瞬間の１次電圧が共振時に最大
になることを利用する着想にもとづき、１次電圧の周期
を制御し、温度変化にかかわらず、圧電素子を用いた火
花点火装置を常に共振状態に保ち、火花点火装置におけ
る発生電圧を安定化することにある。

問題点を解決するための手段本発明においては一つの形態として出力電圧を発生する
制御装置、圧電素子を有し該制御装置の出力電圧が供給
される変換部、および、該変換部の発生電圧が供給され
る放電ギャップが設けられ、該制御装置の出力電圧の周
期が制御されることにより制御装置出力電圧が途切れた
時点における該変換部の１次電圧が最大となるようにさ
れ、それにより火花点火装置が共振状態に保たれること
を特徴とする圧電素子を有する火花点火装置が提供され
る。

本発明においては他の形態として出力電圧を発生する制
御装置、圧電素子を有し該制御装置出力電圧が供給され
る変換部、および該変換部の発生電圧が供給される放電
ギャップが設けられ、該制御装置の出力電圧の周期が制
御されるにあたり、制御装置出力電圧が途切れた時点に
おける該変換部の１次電圧の周期に補正量が加えられて
制御装置出力電圧の周期が得られるようになっているこ
とを特徴とする圧電素子を有する火花点火装置が提供さ
れる。

実施例本発明の一実施例としての圧電素子を有する火花点火装
置が第１図に示される。第１図装置における火花点火装
置本体Ｐにおいて、圧電素子１は円柱状をなす。電歪素
子スタック２は薄板状のＰＺＴ電歪素子が多層に軸方向
に積層され、かつ薄板の両面には薄膜状に電極が設けで
ある。圧電素子、電歪素子ともチタン酸ジルコン酸鉛（
ＰＺＴ）圧電材料で作られるが、前者と後者は主成分に
おいては同じであるが、添加成分に相異があり、その相
異により圧電作用に適した圧電素子と、電歪作用に適し
た電歪素子との違いが生ずる。

この電極を１枚おきに２つのグループに分け２つのグル
ープの各々には端子２１および２２が接続される。端子
２１及び２２にはリード線２３が接続される。インシュ
レータ１３は電気絶縁材料であるアルミナ（＾１ｚｏｓ
）から成る。インシュレータ１３には軸方向に円筒状の
段付貫通孔３１が設けられている。共振材４は円柱状の
形状を有し、材質は音響的特性の優れているアルミナか
ら成り、一対の平行面の一端は導電材料から成る電極板
を介して既述の圧電素子１と圧接し、他端は電歪素子ス
タック２と圧接している。電歪素子スタック２、共振材
４、および圧電素子ｌは変換部を構成する。電歪素子ス
タック２の底部には支持体２４が設けられている。

ハウジング６は鋼から成り、その内部に前述インシュレ
ータ１３が嵌入され、開口部分にて挟持される。ハウジ
ング６の電極側の側面にはねじ６１が設けられ、さらに
外周の中央部附近には６角柱部６２が設けられている。

またさらに圧電素子側の外周にねじ６３が設けられてい
る。前述インシュレータ１３の貫通穴１３１には先端か
ら順に鋼製の中心電極７、導電性のシールガラス８、鋼
製のステム９が固定され、さらに前述圧電素子１が着脱
自在に挿入される。ステム９は電極板も兼ねておりその
一方の端面（電極部分）から孔１３１の入口までの長さ
は圧電素子１の高さよりもやや短くなっている。ハウジ
ング６の先端には中心電極７との間に小間隙（放電ギャ
ップ１０１）を持って接地電極１０が対向配置される。

振動部ハウジング１１は鋼から成り、有底円筒形状を有
し、開口部内側面にねじが切ってあり、ハウジング１１
のねじ６３と掛合する。ダイオード１２は図に示すよう
に挿入される。

制御装置３において、３１は周波数発振器（Ｆ、Ｇ、）
、３２はＶ／Ｆ変換器、３３はアンド回路、３４はＤＣ
−ＤＣコンバータ、３５はスイッチング回路（ＳＷ）、
３６はピークホールド電圧測定器（ＶＭ）　、３７１．
３７２はメモリ　（ＭＥＭ）、３７３は比較器（ＣＯＭ
Ｐ）　、３７４はコントローラ（ＣＯＮＴ）である。

第１図において、電歪素子スタック２は、交番電圧によ
り軸方向に伸縮する。この伸縮は共振材４によって増幅
され、圧電素子１に伝達される。

こうして機械的応力を受けた圧電素子１は２次電圧とし
て高電圧を発生する。ただし、２次電圧は、１次側に共
振周波数の交番電圧が加えられた時のみ高電圧を発生す
る。しかし、本発明者の実験によれば、圧電素子を用い
た火花点火装置は、第２図に示した如く、温度の変化に
対して、共振周波数が変化する。ところで、電歪素子ス
タック２に交番電圧（制御装置出力）を加えた時、電歪
素子スタック２の端子に、おける電圧（１次電圧）を測
定すると、スタックの静電容量および圧電効果の影響を
受は第３図の如く変化する。この時、制御装置出力が途
切れた瞬間、すなわち第３図におけるｔ　（Ａ）の時点
でも、前記スタックの影響を受け１次電圧としてＶ　（
Ａ）が発生している。

第４図に示す如く、電圧Ｖ　（Ａ）は、共振周波数の制
御装置出力電圧に対して最大になる。第４図において横
軸は制御装置出力電圧の周期Ｔ、を、縦軸は電圧Ｅをあ
られす。第１図における制御装置３は、第３図のｔ　（
Ａ）にあたる時期に電圧ν（八）を測定し、制御装置出
力周期を操作して点火装置の共振状態を保つものである
。第１図における発振器３１は、（第５図（１）に示す
如く）エンジンＥＮＧの２回転に１口慣号を発生する。

第１図におけるＶ／Ｆ変換器３２は、第５図（２）に示
す如く、点火装置の共振周波数附近の電圧周期の信号を
発生する。この２つの信号はアンド回路３３によって第
５図（３）の信号に合成される。さらにＤＣ−ＤＣコン
バータ３４とスイッチング回路３５によって第５図（４
）に示す制御装置出力が得られる。この時ピークホール
ド電圧測定器３６により第５図（５）に示す１次電圧が
測定される。

メモリ３７２は発振器３１の信号を受け、第５図（１）
に示されるｔ　（Ａ）の時期にピークホールド電圧測定
器３６に示された電圧Ｖ　（０１）を記憶すると同時に
、前回の測定値Ｖ　（００）をメモリ３７１に伝送する
。比較器３７３は、メモリ３７１，３７２のＶ　（０１
）とＶ　（００）との差△ｖ（０）をとる。ここでΔＶ
（０）は、周期を変化させたことにより１次電圧が増加
すれば正の値、逆に１次電圧が減少すれば負の値となる
。コントローラ３７４は、△■（０）によって△Ｖ　＝
　Ｃｘ　Ｖ　（０）　　Ｘ△Ｖ、Ｖ＝Ｖ＋△Ｖに従い周
期制御電圧■を決定する。ここでＣは比例定数で高速制
御を目標とするならば大きな値、細かい制御を目標とす
るならば小さな値に設定する。さらにＶ／Ｆ変換器が、
周期制御電圧■の値を周期に変換する。こうして制御装
置出力が途切れた時点での１次電圧をフィードバックし
て、共振周波数を保証するものである。

本発明の実施にあたっては、前述の実施例のほか、種々
の変形形態をとることができる。例えば本発明の他の実
施形態として第６図に示される形態をとることができる
。第６図においてはＦ／Ｖ変換器３８と補正装置（ＣＯ
ＲＲ）　３９を第１図におけるピークホールド電圧測定
器３６、メモリ３７１゜３７２、比較器３７３、コント
ローラ３７４のかわりに構成する。第７図は１次電圧波
形を示したものである。制御装置出力が加わった時には
１次電圧は制御装置出力の周期Ｔ、（制御装置出力の周
波数Ｆ１に対応）で変動する。また制御装置出力が途切
れた時には１次電圧は自由振動周期Ｔｆ　（自由振動周
波数Ｆ、に対応）で変動する。ところで共振周期Ｔ、（
共振周波数Ｆ５に対応）は、自由振動周期Ｔｆ　（自由
振動周波数Ｆｔに対応）の近傍にある。第６図のＦ／Ｖ
変換器３８は、１次電圧の自由振動周波数Ｆ’ｔを対応
する電圧Ｖｆに変換する。補正装置３９は、予め計測さ
れた補正量△Ｖを加え、共振周波数Ｆ、に対応する電圧
ｖｓを合成し、Ｖ／Ｆ変換器に信号を送る。

また、他の形態として、第８図に示すように、高電圧発
生部分に圧電トランス５を用いることができる。

また、他の形態として、第９図に示すように、高電圧発
生部分に円柱又は多角柱の圧電素子１′であって上下２
平行面に電極を有するものを用い、その一方に交番電圧
を印加し、他の一つの電極と放電ギャップ１０１とを電
気的に結んで用いることができる。

また、前述の実施例においては、圧電素子または、圧電
トランスにより構成された装置の制御装買出力の周波数
を制御したが、それに限らず、共振周波数を持つ高電圧
発生手段により構成された火花点火装置であれば、同様
に制御装置出力の途切れた時点の１次電圧から、制御装
置出力の周波数を制御できる。

発明の効果本発明によれば、圧電素子を有する火花点火装置におけ
る１次電圧の周期が制御され、温度変化にかかわらず圧
電素子を用いた火花点火装置を常に共振状態に保つこと
ができ、火花点火装置における発生電圧を安定化するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての圧電素子を有する火
花点火装置を示す図、第２図、第３図、第４図はいずれも圧電素子を用いた火
花点火装置の特性を示す特性図、第５図は第１図装置の
信号波形を示す波形図、第６図、第７図、第８図、第９
図はいずれも本発明の他の実施例を説明する図である。（符号の説明）１−圧電素子、　　　　１〇−接地電極、１０１−放電
ギヤング、　　１１−ハウジング、１２−ダイオード、
　　　１３−　インシュレータ、２１．２２一端子、　
　　　　２３−　リード線、２４−支持体、　　　　　
３−制御装置、３１−周波数発振器、　　３２−Ｖ　／
　Ｆ変換器、３計−アンド回路、　　　３４−”ＤＣ−
ＤＣコンハーク、３５−　スイッチング回路、３６−　ピークホールド電圧測定器、３７１．３７２−メモリ、　　　３７３−比較器、３７
４−コントローラ、　　　６−ハウジング、６１−ねじ
、　　　　　　６２−６角柱部、６３−ねじ、　　　　
　　ＥＮＧ−エンジン、Ｐ一点火装置本体。第１図第２図第３図第４図 →制御装置出力電圧の周期（Ｔｉ）第５図第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】１、出力電圧を発生する制御装置、圧電素子を有し該制
御装置の出力電圧が供給される変換部、および、該変換
部の発生電圧が供給される放電ギャップが設けられ、該
制御装置の出力電圧の周期が制御されることにより制御
装置出力電圧が途切れた時点における該変換部の１次電
圧が最大となるようにされ、それにより火花点火装置が
共振状態に保たれることを特徴とする圧電素子を有する
火花点火装置。２、出力電圧を発生する制御装置、圧電素子を有し該制
御装置出力電圧が供給される変換部、および該変換部の
発生電圧が供給される放電ギャップが設けられ、該制御
装置の出力電圧の周期が制御されるにあたり、制御装置
出力電圧が途切れた時点における該変換部の１次電圧の
周期に補正量が加えられて制御装置出力電圧の周期が得
られるようになっていることを特徴とする圧電素子を有
する火花点火装置。