JPS62186062A - 内燃機関用圧電式火花点火装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧電素子を電気的に駆動して点火用の高電圧を
得るための内燃機関用圧電式火花点火装置に関する。

〔従来の技術〕

従来この種のものとしては、出力端子に点火プラグが接
続される圧電素子を、駆動回路よりの交番電圧により駆
動して、圧電素子の出力端子に点火用の交流高電圧を発
生させるもの（例えば、特開昭５８−２０２３７号公報
）や、このものにおいて圧電素子の出力端子とアース間
にダイオードをさらに接続したものが考えられている（
例えば、特開昭６０−１８７７６４号公報）。

〔発明が解決しようとする問題点］ ところが、上述した従来の前者のものでは、圧電素子の
出力端子に正負交互に点火用の交流高電圧が発生するの
で、点火プラグの要求電圧を低下することができるもの
の、発生電圧のピーク値が小さいという問題がある。ま
た、上述した従来の後者のものでは、圧電素子の出力端
子に、上記前者の２倍のピーク電圧を有する高周波発振
波形が得られるものの、一方の電圧しか発生しないので
、点火プラグの要求電圧があまり下がらないという問題
がある。

そこで、本発明は、ピーク電圧が十分高く、点火プラグ
の要求電圧を十分低下することができて、点火性能を向
上することを目的とするものである。

〔問題点を解決するだめの手段〕

そのため本発明は、出力端子に点火プラグが接続される
圧電素子と、この圧電素子を交番電圧により駆動し、こ
の圧電素子の出力端子に点火用の交流高電圧を発生させ
るための駆動回路と、前記圧電素子の出力端子に、前記
点火プラグに対して並列にして接続されたダイオードと
電流制限手段との直列回路とを備える内燃機関用圧電式
火花点火装置を提供するものである。

〔作用〕

これにより、駆動回路よりの交番電圧により圧電素子が
駆動されて伸縮し、この伸縮に応じて圧電素子に正負の
電荷が発生するが、このうち一方の極性の電荷はダイオ
ードおよび電流制御手段を介して制限された状態で放電
し、圧電素子に発生ずる一方の極性の電圧を制限された
所定の値にすると共に、他方の極性の電荷の蓄積量を増
大させて他方の極性の発生電圧を十分に太き（する。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図に本発明の第１実施例の構成を、第３図にその等
価回路を示す。

１０１〜１０３は、円柱状の圧電素子で、公知のチタン
酸ジルコン鉛（ＰＺＴ）でできている。

これら３個の圧電素子１０１〜１０３は直列に接続され
、素子ホルダ９０３の円孔内に収納されている。

素子ホルダ９０３は電気絶縁性の樹脂ポリカーボネイト
よりなり、側面に溝９０３ａを持つ略円筒形状のもので
ある。この溝９０３ａ内には、ダイオード３０１，３０
２及び電流制限手段をなす抵抗２が直列に配置されて埋
め込まれ、エポキシ樹脂にてポツティングされている。

ダイオード３０１のアノードは導電性の材料からなる高
圧電極８０２に、カソードはダイオード３０２のアノー
ドにつながっている。ダイオード３０２のカソードは抵
抗２を介して溝９０３ａの一端に配置されたアース電極
６０２につながっている。素子ホルダ９０３は、その一
端に入力電極６０１が、他端に高圧電極８０２がそれぞ
れ配置されていて、絶縁性材料からなる円筒形状のイン
シュレータ９０１内に挿入され、さらにこのインシュレ
ータ９０１は絶縁性材料からなる円筒形状のハウジング
９０２内に挿入されている。各圧電素子１０１〜１０３
の一端は、導電性のばね１０で押さえられ、入力電極６
０１に導通している。

４は内燃機関のシリンダヘッドに配置される通常の点火
プラグで、その碍子部分４ａの外周に耐熱、耐高電圧性
のゴム筒７の一端が嵌着され、このゴム筒７の他端はハ
ウジング９０２外周の高圧電極８０２側の端部に水密的
に嵌着されている。

そして、点火プラグ４のステム部分４ｂに導電材よりな
るステムホルダ８０１が嵌着され、このステムホルダ８
０１に高圧電極８０２が嵌着されていて、電気的導通を
保っている。

また、ハウジング９０２の入力電極６０１例の開口端は
絶縁キャップ９０４がねじ込み固定されて密閉され、こ
の絶縁キャップ９０４を貫通して入力電極６０１および
アース電極６０２が外部に突出し、これら外部に突出し
た入力型１６０１およびアース電極６０２にそれぞれリ
ード線５ａ。

５ｂの一端が接続され、これらリード線５ａ、５ｂの他
端は駆動回路５の出力端子とアース端子にそれぞれ接続
されている。そして、各リード線５ａ、５ｂと入力電極
６０１およびアース電極６０２との接続部分を水密的に
覆って絶縁キャンプ９０４の端部外周にゴムキャップ９
０５が嵌着されている。

第３図において、駆動回路５は制御回路５１゜時限回路
５２１発振回路５３．フリップフロップ５４、およびア
ンドゲート５５により構成される。

６は点火時期センサであり、内燃機関の回転に同期して
第４図（Ｂ）に示すごとき点火信号を発生し、この点火
信号は時限回路５２に印加される。

第１図および第３図に示す装置の動作を以下に説明する
。

制御回路５１はフリップフロップ５４からの信号を受け
とって内燃機関の点火時期に各圧電素子１０１〜１０３
に発振回路５３で発生した高周波の交番電圧を印加する
。この電圧の周期が圧電素子１０１〜１０３の伸縮の共
振周期と一致した時に圧電素子１０１〜１０３は大きく
伸縮し、その伸縮によって交流高電圧が発生する。この
交流高電圧を点火プラグ４に印加して、火花放電させる
ことができる。

ところで、圧電素子１０１〜１０３はその伸縮に応じた
電荷を蓄えるから、ダイオード３０１゜３０２及び抵抗
２が無い場合、発生電圧のオープン波形は第２図（Ａ）
のようになる。すなわち圧電素子１０１〜１０３が延び
た時に正の電荷を発生し、縮んだ時に負の電荷を発生す
る場合、伸びきった時及び縮みきった時の状態に対応す
る電圧をそれぞれ正負のピーク（例えばピーク電圧：±
１５ＫＶ）とする交番電圧となる。この場合、ダイオー
ド３０１，３０２を付加すると、正の電荷をすべて放出
するので圧電素子１０１〜１０３が伸びきった状態で電
荷が零となり、その状態から縮みきった状態まで、負の
電荷が蓄積される。よって圧電素子１０１−１０３にお
ける発生電圧のオープン波形は第２図（Ｂ）のように負
の極性でのみ発振するようになり、第２図（Ａ）の２倍
の電圧（例えばピーク電圧ニー３０ＫＶ）が得られる。

ところで、空気中のイオンは、電極にかけられた電圧（
電界）によって移動を開始する。そのイオンが空気中の
分子に衝突し、そこから電子をはじき出し、その電子は
ｅイオンに、電子をはじき出された原子は■イオンとな
る。すなわち、正と負とが交互に発生する高周波交流電
圧をかけると上記の作用が著しくなって放電しやすい状
態になり、点火プラグ４の放電要求電圧が低下する。そ
こで、第２図（Ａ）　、　（Ｂ）及び一般的な点火装置
の波形を持つ電圧を比較すると、一般的な点火よりも第
２図（Ｂ）のほうが高周波発振波形であるため点火プラ
グ４の要求電圧が低いが、第２図（Ａ）のほうが正負交
互の高周波交流波形であるためさらに低い。すなわち、
第２図（八）は正負交互に高電圧が発生するため点火プ
ラグ４の要求電圧低下の効果が大きいが、発生電圧は第
２図（Ｂ）の半分しかない。そこで、ダイオード３０１
，３０２と直列に抵抗２（抵抗値：例えばＩＯＭΩ程度
）を付加することによって放出する正電荷を制限し、第
２図（Ｃ）のように比較的大きな負の電圧（例えばピー
ク電圧：３０ＫＶ−数ＫＶ）とそれより小さな正の電圧
（例えばピーク電圧：数ＫＶ）とが交互に発生するオー
プン電圧波形が得られる。こうして第２図（Ｂ）に比較
して発生電圧を著しく下げることなく点火プラグ４の要
求電圧低下の効果が得られる。

第３図および第４図において、駆動回路５の作動の詳細
を説明する。発振回路５３は、よく知られた２個のイン
バータゲート５３０３．５３０４を用いた回路で、抵抗
５３０１の抵抗値及びコンデンサ５３０２の容量は、圧
電素子１０１−１０３の共振周波数で発振回路５３が発
振するように選んである（第４図（Ａ））。

時限回路５２の抵抗５２０１及びコンデンサ５２０２は
、第４図（Ｂ）に示す点火時期センサ６からの点火信号
を受は取った後、発振回路５３の発振周期で制御回路５
１へ信号を送り始めてから、送り終わるまでの期間（第
４図（Ｃ））を決定する。

時限回路５２の信号（第４図（Ｃ））と発振回路５３の
信号（第４図（Ａ））とはアンドゲート５５によりアン
ドを取って第４図（Ｄ）に示す信号となり、制御回路５
１へ送られる。

第４図（Ｄ）の信号は、この信号をインバータ５１０１
により反転した信号（第４図（Ｅ））と共に、フリップ
フロップ５４とアンドゲート５１０２゜５１０３によっ
て第４図（Ｆ）　、　（Ｇ）の信号となる。

これらアンドゲート５１０２，５１０３の出力信号（Ｆ
）及び（Ｇ）により一般によく知られるプッシュプル回
路でトランス５１０６の１次側を駆動する。プッシュプ
ル回路を構成する出力段の各トランジスタ５１０４．５
１０５はパワートランジスタで、瞬時に大電流を制御で
きる電界効果トランジスタである。

これにより、トランス５１０６の２次出力端子間が接続
されている駆動回路５の出力端子５１０とアース端子５
２０間に圧電素子１０１〜１０３を駆動するための交番
電圧が発生する。

第５図は本発明の第２実施例の要部構成を示すもので、
ダイオード３０１，３０２と抵抗２との直列回路を圧電
素子１０１〜１０３の両端と並列に接続したものであり
、第１図図示の第１実施例とほぼ同し作用効果が得られ
る。

第６図は本発明の第３実施例の要部構成を示すもので、
第１図図示の第１実施例に対し、電流制限手段として抵
抗２の代わりに、降服電圧数ＫＶのツェナーダイオード
あるいはバリスタ等の半導体電流制限素子３０３を用い
たものであり、第１図図示の第１実施例とほぼ同じ作用
効果が得られる。

〔発明の効果〕 以上述べたように本発明においては、圧電素子の一方の
極性の電荷がダイオードおよび電流制限手段を介して制
限された状態で放電し、圧電素子に発生する一方の極性
の電圧を制限された所定の値にすると共に他方の極性の
電荷の蓄積量を増大させて他方の極性の発生電圧を十分
に大きくできるから、点火プラグに印加されるピーク電
圧を十分高くすることができると共に、点火プラグには
正、負交互に電圧が印加されることになるため、点火プ
ラグの要求電圧を十分低下させることができて、点火性
能を大幅に向上することができるという優れた効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の第１実施例を示す部分断面構成図
、第２図は第１図図示装置における圧電素子の出力電圧
を従来例と対比して示す波形図、第３図は上記第１実施
例における電気回路図、第４図は第３図図示回路の作動
説明に供する各部波形図、第５図及び第６図は本発明装
置の第２および第３実施例における圧電素子部分の構成
をそれぞれ示す電気回路図である。 ２・・・電流制御手段をなす抵抗、４・・・点火プラグ
。 ５・・・駆動回路、１０１〜１０３・・・圧電素子、３
０１．３０２・・・ダイオード、３０３・・・電流制御
手段をなす半導体電流制限素子。 第１図 第２図 第３図 （Ａ）０ 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、出力端子に点火プラグが接続される圧電素子と、こ
   の圧電素子を交番電圧により駆動し、この圧電素子の出
   力端子に点火用の交流高電圧を発生させるための駆動回
   路と、前記圧電素子の出力端子に、前記点火プラグに対
   して並列にして接続されたダイオードと電流制限手段と
   の直列回路とを備える内燃機関用圧電式火花点火装置。 ２、前記電流制御手段は抵抗を含んでなる特許請求の範
   囲第１項記載の内燃機関用圧電式火花点火装置。 ３、前記電流制御手段はツェナーダイオード、バリスタ
   等の半導体電流制限素子を含んでなる特許請求の範囲第
   １項記載の内燃機関用圧電式火花点火装置。 ４、前記直列回路は前記圧電素子の出力端子とアース間
   に接続されている特許請求の範囲第１項記載の内燃機関
   用圧電式火花点火装置。 ５、前記直列回路は前記圧電素子の両端に並列接続され
   ている特許請求の範囲第１項記載の内燃機関用圧電式火
   花点火装置。