JP3141613U - 磁気コアを用いた燃焼改善点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気コアを使ってトランスを形成させた、簡単な構成によって、強い電磁波電圧を導き出して、混合気の活性化、イオン化の作用をさせ、磁気コアを用いた燃焼改善点火装置を提供する。
【解決手段】磁気コアにプラグコードを巻回してトランスを形成させたので、コンデンサーによる２端子の伝送路から、トランスによる４端子の伝送路となり火花放電によって発生した電磁波は効率よく点火プラグに導き出すことができるようになった。
【選択図】 図１

Description

本考案は、内燃機関において、燃焼室の混合気が完全に燃焼して、エンジンの出力向上、燃費の向上及び、有害な排気ガスの減少の効果を得るための点火装置に関するものである。

近年では、内燃機関の技術が進歩、向上しており、マイクロコンピュータと、各種センサーと、インジェクタを使用した電子制御ガソリン噴射エンジン（ＥＦＩ）となっている。また点火装置は、ディストリビュータを使用した高圧配電方式のものから、ディストリビュータを使用しない低圧配電方式の、ダイレクトイグニッションシステムが、採用されている。

火花点火装置において、点火プラグの点火火花は、容量成分と誘導成分との合成火花である。この二つの成分の内、容量成分の放電によって混合気を活性化させ、誘導成分の放電による熱的作用によって火炎成長をさせる、この両者の作用によって優れた点火性を有しているのである。このように容量成分の火花によって、混合気分子に刺激を与え、活性化するのは、点火プラグのギャップにおいて、火花放電することにより発生する電磁波の作用によるものである。

従来の、火花放電による電磁波を利用したものは、たとえば４サイクル４気筒のエンジンにおいて説明すると、この４本のシリンダーは、吸入工程、圧縮工程、燃焼工程、排気工程の、４つの仕事の、どれか一つづつ仕事をしている。今クランクシャフトが回転し、あるシリンダーの、ピストンが上死点であれば圧縮工程が完了しており、また他のピストンが上死点のシリンダーでは、排気工程が完了している。そして他のピストンが下死点のシリンダーでは吸入工程が完了していて、また他のピストンが下死点のシリンダーは、燃焼・爆発してピストンが押し下げられている。前記４つのシリンダーの内、圧縮工程が完了してピストンが上死点にあるシリンダーにおいては、点火のためにイグニッションコイルから発生した高電圧は、ディストリビュータで配電され、高圧給電路であるプラグコードを通って、点火プラグに高電圧が与えられ火花放電し混合気が点火されて、燃焼・爆発するのである。

この点火プラグのギャップの火花放電によって発生した電磁波は、点火プラグからプラグコードに伝えられ、一部は空間に放出している。一方、前記圧縮工程が完了しているピストンが上死点にあるシリンダーとは、クランク回転角度が１８０度ちがう、すなわちピストンが下死点にあって吸入工程が完了しているシリンダーにおいて、該シリンダーに取り付けられている点火プラグに電磁波成分のパルス電圧を与えるために、該点火プラグに接続されているプラグコードの高圧給電路と、圧縮行程が完了しているシリンダーの混合気を、点火するために点火プラグが火花放電し電磁波成分を含む放電パルス電流が流れているプラグコードの高圧給電路の、両者の高圧給電路の間に電磁波成分が伝送できるように、両者の高圧給電路にそれぞれ電極を設けコンデンサーを形成させたものがある（例えば特許文献１参照）。

その他の、火花放電による電磁波を利用したものは、ディストリビュータ蓋に設けられているプラグ用ソケットに金属質のコンダクターを取り付け、コンダクターで電磁波を受電し、コンダクターと、ディストリビュータ蓋に設けられているプラグ用ソケットに接続されているプラグコードの中心導体との間に形成されているコンデンサーによって、プラグコードに電磁波を送電し、プラグコードに取り付けられている点火プラグに電磁波電圧を与えシリンダー内の混合気を活性化、イオン化していた。（例えば特許文献２参照）。

このように従来のものはコンデンサーを形成させ、容量結合により電磁波を含む放電パルス電圧を導き点火プラグに与え、シリンダーに吸入された混合気の分子を活性化・イオン化させ燃焼改善をしていた。そしてエンジンの出力の向上、燃費の向上、有害な排気ガスの低減の効果を得ていた。

また、このような作用、効果は、特別な点火装置を用いない、普通の自動車であっても、エンジンルーム内のディストリビュータと、点火プラグとの間に接続されているプラグコードが、平行に近接して配線してあるだけで、各プラグコード間の分布容量及び漏れ磁束によって疎に結合しており電磁波成分がもれて伝送しているので、潜在的に多少の燃焼改善の作用をしていると考えられるが、ダイレクトイグニッションシステムである各気筒毎に、装着されているイグニッションコイルでは、このような潜在的な効果は皆無である。

米国特許第２４５１４８２号明細書（第１頁−２頁、第１図） 実公昭５６−４８９３８号公報（第１頁−６頁、第１図）

この、シリンダーに取り付けられた点火プラグの火花放電によって、発生した電磁波は、ＡＭラジオ（５００〜１６００ＫＨＺ）、ＦＭラジオ（７０〜９０ＭＨＺ）、テレビ（１００〜８００ＭＨＺ）等の番組を、視聴する際の、雑音電磁波となるので、点火プラグ自体に抵抗器を入れ、放電電流を、約１／１０に減少させて、雑音電磁波を抑制している。また、プラグコードも、金属抵抗線をコイル状に巻いた構造にして抵抗を持たせ、雑音防止対策を施しているので、電磁波は著しく低減させられた点火装置になっている。

このように、点火プラグのギャップの火花放電によって発生する電磁波を、燃焼改善に利用する装置において、シリンダー内の混合気に活性化、イオン化の作用する電磁波が、著しく低減させられた弱いものでは、燃焼改善する作用が弱小であり、効果が明確に現れなくなったという問題が生じた。

本考案は、上記問題点を解決するためのものであり、磁気コアを使ってトランスを形成させた、簡単な構成によって、強い電磁波電圧を導き出して、混合気の活性化、イオン化の作用をさせ燃焼改善の効果を手にすることができる、磁気コアを用いた燃焼改善点火装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本考案は、シリンダーの圧縮工程が終わり、混合気を点火するために高圧発生部であるイグニッションコイルから発生した高電圧が、ディストリビュータで配電され、プラグコードの高圧給電路を通って、点火プラグのギャップに高電圧が与えられ火花放電している時、プラグコードの高圧給電路には放電パルス電流が流れている。このプラグコードの高圧給電路を磁気コアに１次巻線として巻回する。一方、前記のシリンダーとは別のシリンダーであって４気筒エンジンでは吸入工程が完了しており、６気筒エンジンでは吸入工程が完了し圧縮工程の途中であるシリンダーに取り付けられている点火プラグに接続されているプラグコードの高圧給電路を、２次巻線として磁気コアに巻回し、放電パルス伝送のためのトランスを形成させる。このトランスの相互インダクタンスによって２次巻線のプラグコードの高圧給電路には電磁波を含む強いパルス電圧が発生するのである。前述したように従来の装置では伝送手段を、コンデンサーの２端子伝送路を使用していたが、本発明によるものは、トランスの４端子伝送路にしたため電磁波を含む強いパルス電圧が得られるようになった。

このトランスのコア材は、広帯域で損失の少ない、高透磁率、高磁束密度である、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトコアを使用している。また高熱が発生するエンジンの近傍で使用するので、キュリー温度の高いものを使用するのが望ましい。ここではキュリー温度摂氏２００°のコア材を使用している。このＭｎ−Ｚｎ系フェライトコアの特性は周波数１ＭＨＺ以下で低損失のものであり、周波数１ＭＨＺ以上では高損失のものである。したがってシリンダーの内部にある混合気の活性化、イオン化の作用をしている周波数帯は、火花放電によって生じた広帯域な周波数を含んでいる電磁波の内、１ＭＨＺ以下の周波数帯である。

このように、雑音防止対策によって弱められた電磁波成分を、トランスの４端子伝送路によって、電磁波を含むパルス電圧を低損失に伝送することが可能となり、高圧給電路の一端に取り付けられている点火プラグのギャップに、強い電磁波を含むパルス電圧を加えることができ強力に混合気の活性化、イオン化され、混合気の燃焼が改善して、エンジンの出力向上、有害な排気ガスの低減、加速性の向上、燃費の向上などの効果がある。

本考案を実施するための最良の形態を、図１を用いて説明する。エンジンは４サイクル４気筒の、高圧配電方式のものであり、ディストリビュータ２を具備している。高圧給電路のプラグコード４、５、６、７は、純正品であり、抵抗値（７〜１１ＫΩ）を持っているハイテンションコードである。点火プラグ１２、１３、１４、１５は、純正品であり、抵抗入り（５ＫΩ）の点火プラグである。磁気コア８、９、１０、１１は、前述したＭｎ−Ｚｎ系フェライトコア材であり、トロイダルコアである。大きさは、コアの外直径８０ｍｍ、コアの内直径５０ｍｍ、コアの厚み２０ｍｍのコアを使用している。

４サイクルの行程の順序は、吸入行程、圧縮行程、燃焼・爆発行程、排気行程の順番になる。そしてディストリビュータ２のローター３は、右回転している。したがって点火順序は、ディストリビュータキャップに設けられている、電極片１６、電極片１７、電極片１８、電極片１９の順番となる。そして図示しないクランクシャフトが２回転すると、ローター３は１回転するようになっている。この四つの電極片は、たがいに９０°の角度で配置されているので、ローター３が９０°回転すると、クランクシャフトは１８０°回転することになる、これはピストンが上死点（下死点）から下死点（上死点）に移動することなので、ちょうど１行程の仕事になる。

ここで電極片１６によって配電され点火するシリンダー２０は、圧縮行程が完了している。この時点での、シリンダー２１と、シリンダー２２と、シリンダー２３の行程名は、シリンダー２１に関係する電極片１７は電極片１６に対して回転角度９０°（１行程）前にあるのでシリンダー２１は吸入行程が完了している。シリンダー２２に関係する電極片１８は電極片１６に対して回転角度１８０°（２行程）前にあるのでシリンダー２２は排気行程が完了している。シリンダー２３に関係する電極片１９は電極片１６に対して回転角度２７０°（３行程）前にあるのでシリンダー２３は燃焼・爆発行程が完了していることになる。

図１のイグニッションコイル１より発生させられた高電圧は、ディストリビュータ２の、ローター３から電極片１６に伝えられ、プラグコード４を通って、点火プラグ１２に印加されて火花放電し、シリンダー２０の圧縮された混合気は点火されて、燃焼・爆発をするのである。この火花放電する時に発生する電磁波は、高圧給電路のプラグコード４に放電パルス電流として流れている。

この放電パルス電流が流れているプラグコード４を、トロイダルコア８に１ターン巻回して１次巻線とする。そして次に点火される吸入行程が完了しているシリンダー２１に取り付けられている点火プラグ１３に接続しているプラグコード５を、トロイダルコア８に１ターン巻回して２次巻線とし、第１のトランスを形成する。

この２次巻線のプラグコード５には、第１のトランスによって、電磁波の成分を含むパルス電圧が発生する。この電磁波の成分を含むパルス電圧をプラグコード５に接続されている点火プラグ１３に与えることによって、シリンダー２１の吸入された混合気の分子を活性化、イオン化をすることができるのである。

次にクランクシャフトが１８０°回転するとディストリビュータ２のローター３が９０°右回転し電極片１７の位置にある。この時シリンダー２１の吸入された混合気は、圧縮行程が完了している。そしてイグニッションコイル１より発生した高電圧はローター３から電極片１７に伝えられプラグコード５を通って点火プラグ１３に印加され火花放電する。この点火プラグ１３が取り付けられているシリンダー２１の圧縮された活性化、イオン化されている混合気は点火され燃焼・爆発をする。

この時に放電パルス電流が流れるプラグコード５を、トロイダルコア１０に１ターン巻回して１次巻線とし、次に点火される吸入行程が完了しているシリンダー２２に取り付けられている点火プラグ１４に接続しているプラグコード６を、トロイダルコア１０に１ターン巻回して２次巻線として、第２のトランスを形成する。

この２次巻線のプラグコード６には、第２のトランスによって、電磁波の成分を含むパルス電圧が発生する。この電磁波の成分を含むパルス電圧をプラグコード６に接続されている点火プラグ１４に与えることによって、シリンダー２２の吸入された混合気の分子を活性化、イオン化をすることができるのである。

次にクランクシャフトが１８０°回転するとディストリビュータ２のローター３が９０°右回転し電極片１８の位置にある。この時シリンダー２２の吸入された混合気は、圧縮行程が完了している。そしてイグニッションコイル１により発生した高電圧は、ローター３から電極片１８に伝えられプラグコード６を通って点火プラグ１４に印加され火花放電する。この点火プラグ１４が取り付けられているシリンダー２２の圧縮された活性化、イオン化されている混合気は点火され燃焼・爆発をする。

この放電パルス電流が流れるプラグコード６を、トロイダルコア１１に１ターン巻回して１次巻線とし、次に点火される吸入行程が完了しているシリンダー２３に取り付けられている点火プラグ１５に接続しているプラグコード７を、トロイダルコア１１に１ターン巻回して２次巻線として、第３のトランスを形成する。

この２次巻線のプラグコード７には、第３のトランスによって、電磁波の成分を含むパルス電圧が発生する。この電磁波の成分を含むパルス電圧をプラグコード７に接続されている点火プラグ１５に与えることによって、シリンダー２３の吸入された混合気の分子を活性化、イオン化をすることができるのである。

次にクランクシャフトが１８０°回転するとディストリビュータ２のローター３が９０°右回転し電極片１９の位置にある。この時シリンダー２３の吸入された混合気は、圧縮行程が完了している。そしてイグニッションコイル１により発生した高電圧はローター３から電極片１９に伝えられプラグコード７を通って点火プラグ１５に印加され火花放電する。この点火プラグ１５が取り付けられているシリンダー２３の圧縮された活性化、イオン化されている混合気は点火され燃焼・爆発をする。

この放電パルス電流が流れるプラグコード７を、トロイダルコア９に１ターン巻回して１次巻線とし、次に点火される吸入行程が完了しているシリンダー２０に取り付けられている点火プラグ１２に接続しているプラグコード４を、トロイダルコア９に１ターン巻回して２次巻線として、第４のトランスを形成する。

この２次巻線のプラグコード４には、第４のトランスによって、電磁波の成分を含むパルス電圧が発生する。この電磁波の成分を含むパルス電圧をプラグコード４に接続されている点火プラグ１２に与えることによって、シリンダー２０の吸入された混合気の分子を活性化、イオン化をすることができるのである。

このような順序の循環によって燃焼の改善をしてエンジンの出力向上、燃費の向上、有害な排気ガスの低減の効果を得ることができるのである。

次に、本考案による磁気コアを用いた燃焼改善点火装置による内燃機関の、燃費の測定実験についての説明をする。まず測定手順として、図１で示される磁気コアを用いた燃焼改善点火装置を使用する。そして片道３１．５ｋｍの区間を一回往復した距離である６３ｋｍを、点火装置のプラグコードにトロイダルコアの装着前と装着後を走行して、ガソリンの消費量を測定比較する。

使用するガソリン消費量計測器は、図２に示されるように、インジェクタのソレノイドコイルと並列に、フォトカプラの発光ダイオードを接続して、インジェクタのソレノイドコイルの通電状態を、フォトカプラの受光トランジスタのコレクタから取りだし、ソレノイドコイルが通電されている時に、信号が（Ｈ）になるようにインバータで反転しゲート信号としている。一方、水晶発振子で１０ＭＨＺを発振させ、１／１０の分周器を３個用い、１／１０００に分周して１０ＫＨＺの信号を作っている。そして前記ゲート信号が（Ｈ）になっている時だけ、前記１０ＫＨＺの信号を６桁の積算カウンターに送り込みカウントアップすることにより、ゲートが開いている時間に比例したパルス数が６桁の積算カウンターに表示される。このようにしてインジェクタの通電時間が計測される。そして、インジェクタの噴射量特性に示されるようにガソリンの噴射量はインジェクタの通電時間に比例するので、図２に示される「ガソリン消費量積算カウンター」の測定器によってガソリンの消費量が測定できるのである。

測定用の自動車として、車名：トヨタ・カローラ、種別：ＳＥ−Ｇ、形式：Ｅ−ＡＥ１０１、登録番号：広島５２せ３７０９、初年度登録年月：平成４年１０月、車体番号：ＡＥ１０１−３０３５５３３、自動車の種別・用途：小型・乗用、原動機の型式：４Ａ、サイクル・気筒数：４サイクル・４気筒、総排気量：１５８０ｃｃ、車両重量：１０７０ｋｇ、変速機：Ａ／Ｔ、その他、インジェクタは４個のマルチ・ポイント・インジェクションであり「ガソリン消費量積算カウンター」に使用するものは１番シリンダーの吸気管に取り付けてあるインジェクタのソレノイドコイルを使用した。測定前の走行距離数は１３７３３１ｋｍの自動車を使用した。表１に、燃料消費の測定結果を示す。

表１から３１．５ｋｍ離れた標高２７０ｍの地点を往復した場合の磁気コアを装着前と装着後の燃費向上率は１．７７％となった。また、この表１から標高２７０ｍの上り走行においては、装着前と装着後のガソリン消費量は、ほとんど差が無いが、下り走行においては、３．７７％の燃費向上が顕著に表れている。そして標高差のない平坦な区間においても、燃費向上率は、１．７７％前後であると考えられる。このように燃費向上率の数値は小さいがマクロ的視点から見ると、１．７７％の燃費向上は地球温暖化防止に寄与するものである。この表以外にも数度、測定走行実験をした結果においても、このような燃費向上率であった。また燃費が向上した結果、有害な排気ガスである未燃ガス（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が低減していると思われる。

本考案に係る磁気コアを用いた燃焼改善点火装置の一実施形態を示す回路図である。 本考案に係る磁気コアを用いた燃焼改善点火装置による内燃機関の、ガソリンの消費量を測定する「ガソリン消費量積算カウンター」を説明するためのブロック図である。

符号の説明

１ イグニッションコイル
２ ディストリビュータの本体
３ ディストリビュータのローター
４，５，６，７ プラグコード
８，９，１０，１１ トロイダルコア
１２，１３，１４，１５ 点火プラグ
１６，１７，１８，１９ ディストリビュータの電極片
２０，２１，２２，２３ シリンダー

Claims (1)

1. 多気筒エンジンの複数の気筒に、１気筒当たり点火プラグが１個づつ取り付けられていて、そしてイグニッションコイルにて発生させられた高電圧を、ディストリビューターによって配電され、プラグコードにより点火プラグに供給し、火花放電する点火装置であって、エンジンによって決められている、点火順序の最後に火花放電する点火プラグに高電圧を供給するプラグコードを１次巻線とし、点火順序の最初に火花放電する点火プラグに高電圧を供給するプラグコードを２次巻線として、それぞれ磁気コアに巻回して第１のトランスを形成させる、そして最初に火花放電する点火プラグに高電圧を供給するプラグコードを１次巻線とし、点火順序の２番目に火花放電する点火プラグに高電圧を供給するプラグコードを２次巻線として、それぞれ磁気コアに巻回して第２のトランスを形成させる、そして前記２番目に火花放電する点火プラグに高電圧を供給するプラグコードを１次巻線とし、点火順序の３番目に火花放電する点火プラグに高電圧を供給するプラグコードを２次巻線として、それぞれ磁気コアに巻回して第３のトランスを形成させる、このような手順にしたがって、複数の気筒の数量と同じ数量のトランスを形成させ、混合気の圧縮工程が完了した気筒に取り付けられている点火プラグに、ディストリビューターからプラグコードを介し高電圧が与えられて火花放電し、前記点火プラグに高電圧を供給する導体である前記プラグコードには、点火時の放電パルス電流が流れる、その時の前記プラグコードは磁気コアに巻回された１次巻線であるので、相互インダクタンスによって、前記プラグコードとは別のプラグコードが前記磁気コアに巻回されている２次巻線に、電磁波を含むパルス電圧が誘起して、前記別のプラグコードに接続されている点火プラグより、電磁界を気筒内の混合気に与え該混合気を活性化、イオン化させて燃焼の改善をさせる、以上の如く構成された磁気コアを用いた燃焼改善点火装置。