JPH0122472B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気火花点火式の内燃機関用点火配電
器に関し、特に、所定周期で対向するロータ電極
と側電極との間の放電に起因する雑音電波の波生
を抑制するようにしたものである。

電気火花点火式の内燃機関、例えば、自動車用
内燃機関の点火装置は、点火コイル、点火配電
器、点火プラグ等を有し、点火配電器あるいは点
火プラグにおける火花放電時に、立上り時間の急
峻な大電流が流れる。この火花放電に起因する雑
音電波は、テレビジヨン、ラジオ等の通信関係に
妨害を与える惧れがあり、一部の国においては、
この種の自動車から発生する雑音電波を法律で規
制している。

また、この種雑音電波は、通信関係に影響をお
よぼすばかりでなく、自動車等に搭載した電子機
器、例えば、電子制御燃料噴射装置、電子式アン
チスキツド装置、電子制御自動変速機に影響を与
え、自動車等の安全走行に支障をきたす惧れもあ
る。

このようなことから、火花点火装置から発生す
る雑音電波を低減することが要望されており、従
来種々の装置、機器が研究開発あるいは実用化さ
れている。

第１図は、火花点火装置に用いられる従来の点
火配電器の一例を示し、ここで、１はハウジング
であり、ハウジング１は、その内部に収容したカ
ム軸２とともに、内燃機関（図示せず）に装着さ
れている。カム軸２は内燃機関のクランク軸と連
動して回転し、ロータ３を駆動する。ロータ３は
カム軸２と連結した絶縁部材４と、絶縁部材４の
上面に固着した黄銅等から成るロータ電極５とを
有している。６はハウジング１に装着したキヤツ
プであり、その中央部に中央端子７を有し、周縁
部には内燃機関の気筒数に対応した数量の側電極
８を有している。中央端子７とロータ電極５との
間には、ばね９を介してセンターカーボン１０が
配設されており、センターカーボン１０は、ばね
９により、常時、ロータ電極５と圧接している。

このように構成した点火配電器において、点火
コイル（図示せず）で発生した高電圧は、高圧ケ
ーブル（図示せず）を介して中央端子７に供給さ
れる。この高電圧が、ばね９およびセンターカー
ボン１０を経てロータ電極５に導かれ、更に、ロ
ータ電極５と側電極８とが対向する度毎に、ロー
タ電極５に導かれた高電圧がロータ電極５の先端
部１１と側電極８との間の放電ギヤツプＧの空気
を絶縁破壊し、これにより側電極８に高電圧が配
電される。次いで、高圧ケーブル（図示せず）を
介して点火プラグに高電圧が供給される。

ロータ電極５と側電極８との間の点火放電現象
を更に詳述する。すなわち、点火コイルから供給
される高電圧はステツプ状に最高値に達するので
はなく、点火コイルや高圧ケーブル等の回路定数
によつて定まる時定数で上昇する。そして、高電
圧値が放電ギヤツプＧに火花放電を生ずるに十分
な値まで上昇したとき、放電ギヤツプＧの空気に
絶縁破壊が生じて火花放電が生ずる。

この場合、高電圧が上述した値に達したときに
急激な絶縁破壊が生ずるため、放電電流は短かい
パルス幅で急激に流れ、かつ尖頭値の高い不安定
な電流となるので、有害な高周波成分が多量に発
生し、これが高圧ケーブル等をアンテナとして外
部に放射されて雑音電波となる。

一般に、この種火花放電に起因して雑音源から
放射される雑音電界は、雑音電流に比例すると考
えられている。このため雑音電波の発生を抑制す
るには、ロータ電極と側電極との間の放電ギヤツ
プを流れる容量放電電流を減少させる必要があ
る。ここで、容量放電電流とは、放電ギヤツプ近
傍の電極等と接地との間の浮遊容量等に蓄積され
た電荷が、絶縁破壊時に高速（数ナノ秒程度）で
かつ急激な立上りで流れるものをいう。

そこで、点火配電器における雑音電波の発生を
抑制するため、以下(A)〜(C)に述べる対策が提案さ
れている。

(A) ロータ電極に抵抗を配設したもの これは、センターカーボン１０とロータ電極
５の先端部１１との間のロータ電極５に抵抗体
を埋め込んだものである。

(B) 放電ギヤツプを大きしたもの これは、ロータ電極５と側電極８との間の放
電ギヤツプＧを大きくしたもので、例えば従来
0.75mm程度の放電ギヤツプＧを1.524〜6.35mm程
度としたものである。

(C) ロータ電極の近傍に第３電極を配設したもの ロータ電極５に誘電体を介して第３電極をと
りつけ、ロータ電極５が側電極８に接近したと
きに、まず第３電極と側電極８との間で火花放
電させ、その先駆放電によつて、ロータ電極５
と側電極８との間で放電させるようにしたもの
である。

しかしながら、(A)〜(C)の従来の提案は次のよう
な欠点をそれぞれ有している。

(A)については、抵抗体と並列をなす浮遊容量の
ため、300MHz程度以上の高周波帯域に対する雑
音抑制効果が小さい。

(B)については、雑音防止効果（基準とする雑音
電界強度に比べてどの程度雑音電界強度を低域で
きるかという効果）は10dB以上と優れているが、
点火エネルギー損失が極めて大きくなつてしま
う。そのため、近年の排気浄化や燃費向上にとつ
て不可欠な確実な着火が損なわれる惧れもある。
また、着火を確実にするために従来より高い電圧
を用いると、高電圧のリーク対策が難しくなる。

(C)については、構造が複雑となり、かつ長期的
な信頼性に問題がある。

本発明の目的は、このような従来の欠点を除去
し、十分な雑音防止効果を発揮して、雑音電波の
発生を抑制した内燃機関用点火配電器を提供する
ことにある。

すなわち、本発明点火配電器は、ロータ電極お
よび側電極の一方または双方の少なくとも先端の
放電部をアルミナを主体とする酸化物セラミツク
スにTiO₂を添加し、水素を含む還元雰囲気中で
還元処理をおこなつて得られる半導電性のアルミ
ナ・セラミツクスで形成したことを特徴とするも
のである。

以下に図面に基づいて本発明を詳細に説明す
る。

第２図Ａ，ＢおよびＣは本発明内燃機関用点火
配電器に用いるロータ電極の諸例を示し、第２図
Ｄはその側電極の一例を示す。第２図Ａにおい
て、２１はロータ電極である。ロータ電極２１は
その全体を半導電性アルミナ・セラミツクスで形
成した例である。また、第２図Ｂにおいて、３１
はロータ電極であり、ロータ電極３１の場合は、
その先端放電部３１Ａのみを半導電性アルミナ・
セラミツクスで形成し、放電部３１Ａに連接する
残余の部分３１Ｂを金属材料で形成する。更にま
た、第２図Ｃにおいて、４１はロータ電極であ
り、ロータ電極４１の場合は、全体を半導電性ア
ルミナ・セラミツクスで形成した上、センターカ
ーボン１０に接触する部分に金属板４１Ａを固着
する。第２図Ｄにおいて、５１は側電極である。
この側電極５１は、その先端の放電部５１Ａのみ
を半導電性アルミナ・セラミツクスで形成したも
のである。

次に、半導電性アルミナ・セラミツクスの製造
方法例について説明する。

まず、水酸化アルミニウム等のアルミニウム塩
を熱分解して得られる粉末もしくはアルミニウム
塩を〓焼して得られるアルミナ粉末に、結合材と
してのマグネシア（MgO）、シリカ（SiO₂）もし
くはカルシア（CaO）等を混入し、更に導電性を
持たせるためにチタニア（TiO₂）を少量添加し
たものをよく混合練り合せた後、2000℃以上の高
温の酸化雰囲気中で焼結を行つた。ただし、この
状態のままでは未だ導電性は付与されない。そこ
で得られた焼結体を、水素を含む窒素還元性の
1500〜2000℃の雰囲気中に置いて10時間から48時
間程度の還元処理をしたところ半導電性を有する
アルミナ・セラミツクスが得られた。

このようなアルミナ・セラミツクスにおける導
電性は、TiO₂が還元されて半導体となつたため
であり、その導電率は雰囲気温度と処理時間によ
る還元の度合によつてある程度調整することが可
能であつた。チタニア（TiO₂）は化学量論的な
組成がずれ易く、従つて還元され易いことが知ら
れている。TiO₂が還元されて半導体となつたの
は、TiO₂が還元されるときに酸素イオンが失わ
れるので、残された余剰の電子が移動性を持ち、
金属結晶内における電子伝導と同様な現象を呈す
るためと考えられる。また、上述した原因の外
に、例えばSb⁵⁺のような４価よりも大きい原子
価を持つイオンがセラミツクス中に不純物として
介在している場合には、Ti⁴⁺のイオンが格子内
の電気的中和を維持するために強制的に３価の状
態Ti³⁺に変化させられ、その結果として還元し
たと同様な効果をセラミツクスの電気的性質に与
えるものと考えることもできる。

すなわち、得られた半導電性アルミナ・セラミ
ツクスにおいては、アルミナの高抵抗部分と、ア
ルミナとチタニアとの半導電性の固溶体部分と、
チタニアの半導電性部分とが入り混つて分散した
構造を有していると考えられる。このようなこと
から、チタニアの添加量および還元処理条件を変
えて所望の電気的性質を有する半導電性のアルミ
ナ・セラミツクスを得ることができる。

このようにして得た半導電性のアルミナ・セラ
ミツクスを上述した例のように用いてロータ電極
２１〜４１や側電極５１を形成することにより、
電極の放電端面がミクロ的には細分化された導電
性要素と高抵抗性要素とで構成されることとな
り、またマクロ的に見れば電極母材が電気抵抗性
を有することとなつて、配電器における雑音電波
の発生を従来より著しく抑制することができる。

ここで、放電電極に半導電性のアルミナ・セラ
ミツクスを用いることによつて雑音電波の発生が
抑制される理由について詳述する。

この理由としては、次の２つの作用によるもの
と考えられる。すなわち、 (1) 放電電極の材料が半導電性すなわち電気抵抗
を有するために、対地浮遊静電容量と電極抵抗
とによりＲ−Ｃフイルタが形成されるので急峻
な変化をする容量放電電流の立上りがなまつて
くることによる。

(2) 電極の放電端面におけるマクロ的構成要素が
導電性を有するチタニア（TiO₂）と高抵抗性
を有するアルミナ（Al₂O₃）とに細分化されて
いるために先駆放電効果（Pre Ignition
effect）もしくはマルター効果（Malter
effect）が得られることによる。

なお、ここで先駆放電効果とは、ロータ電極や
側電極においてこれら表面の局部的な高抵抗層に
電極の極性とは逆の電荷が静電力のために捕捉さ
れ、この捕捉された空間電荷によつて電極面に高
電界が発生し、ロータ電極と側電極の間に主放電
に先行して放電が行われ、この先駆放電によつて
放電開始電圧が低下することをいう。

また、マルター効果とは、一般に、非導電性の
薄膜で表面を被覆した金属導体における電子放出
がおこりやすい現象をいい、負電極から直接電子
が放出されやすくなると、放電開始電圧が低下す
る。

第３図は従来例の点火配電器および本発明点火
配電器をそれぞれ使用したときの電極における放
電電流の時間的変化波形を測定したものである。
ここでは横軸を時間とし、縦軸を放電電流とす
る。また、従来例の点火配電器としては、ロータ
電極５を黄銅板で形成し、側電極とアルミニウム
で形成したものを用いた。更にまた、本発明点火
配電器にはロータ電極のみを半導電性アルミナ・
セラミツクスで形成したものと側電極のみを半導
電性アルミナ・セラミツクスで形成したものの双
方について測定したが両者間に殆んど差異が認め
られなかつたので一本の線で示すこととした。破
線で示す波形Ａは従来例の点火配電器によるもの
であり、実線で示す波形Ｂは本発明点火配電器に
よるものである。

このように、従来例の点火配電器では、破線Ａ
に示すように、火花放電電流の波形が鋭いピーク
を有し短時間に大電流の流れたことを示している
のに対して、本発明実施例の点火配電器では、実
線Ｂに示すように、放電電流の立上りが緩やかで
あり尖頭値も低く、以て、有害な高周波成分に起
因する雑音電波の発生が有効に抑制されているこ
とが示されている。

第４図は上述の測定に用いた従来例の点火配電
器および本発明実施例の点火配電器をそれぞれ一
般の車輌に実装して各周波数における雑音電波の
電界強度を測定した結果を示すものである。本図
において、横軸は周波数を示し、縦軸は雑音低域
効果を示す。

ここで、従来の点火配電器を実装した場合の電
界強度を基準値0dBとして破線Ａで示し、実線Ｂ
は本発明点火配電器による電界強度を基準値と比
較して示したものである。この周波数スペクトラ
ム図に示される如く、本発明実施例の点火配電器
を実装した場合においては、30MHzから1000MHz
にわたり、おおよそ10dBから15dB程度の雑音低
減効果のあることが分る。また、図示してはいな
いが、放電電圧を測定したところ、従来例による
場合は放電開始電圧が約12kVであつたのに対し
て、本発明実施例による場合は放電開始電圧を５
〜8kV程度にまで低下させることができ、しかも
誘導放電時におけるロータ電極と側電極間の電圧
（電極抵抗分による電圧降下と誘導放電電圧の和）
や誘導放電継続時間については両者間に大きい差
異のないことが確認された。

すなわち、本願人は種々の実験により、半導電
性アルミナ・セラミツクス電極を用いた本発明内
燃機関用点火配電器が、優れた雑音低減効果を有
し、しかも点火エネルギーの損失は従来の黄銅製
電極を用いた点火配電器に比しても問題とするに
足りない程度であることを確認した。更にまた、
本発明点火配電器を用いると、従来例による場
合、誘導放電中に現われて殊にFMラジオに妨害
を与えていたような間欠放電も認められなくなつ
た。このこともまた、電極を半導電性アルミナ・
セラミツクスとしたことによる電極表面のミクロ
的構造や材料における抵抗性によるものと考えら
れる。

以上説明してきたように、本発明によれば、ア
ルミナ粉末に少なくともチタニアを添加し熱処理
して得られた半導電性のアルミナ・セラミツクス
を用いてロータ電極や側電極を形成することによ
り、放電電極における電気抵抗性や先駆放電効果
もしくはマルター効果が得られ、以て、放電電流
の立上りの尖頭を低下させることができ、雑音電
波の発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の内燃機関用点火配電器の構成の
一例を示す断面図、第２図Ａ，ＢおよびＣは本発
明内燃機関用点火配電器に用いるロータ電極のそ
れぞれ実施例を示す斜視図、第２図Ｄはその側電
極の実施例を示す斜視図、第３図は従来例の配電
器および本発明点火配電器を用いて放電電極にお
ける放電電流の時間に対する変化波形を測定した
結果を比較して示す波形図、第４図は本発明点火
配電器を用いた場合の電波雑音低域効果を従来例
の点火配電器を用いた場合に比較して示す周波数
線図である。 １……ハウジング、２……カム軸、３……ロー
タ、４……絶縁部材、５……ロータ電極、６……
キヤツプ、７……中央端子、８……側電極、９…
…ばね、１０……センターカーボン、１１……先
端部、Ｇ……ギヤツプ、２１，３１，４１……ロ
ータ電極、３１Ａ……先端放電部、３１Ｂ……残
余の部分、４１Ａ……金属板、５１……側電極、
５１Ａ……放電部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関の回転に連動して回転するロータ電
   極と、該ロータ電極と所定のギヤツプを介して対
   向する複数個の側電極とを有し、点火コイルから
   発生した高電圧を前記ロータ電極と前記側電極間
   の放電を介して該側電極に接続された点火プラグ
   に給配電するように構成した内燃機関用点火配電
   器において、前記ロータ電極および側電極のうち
   少なくとも一方の少なくとも先端部を、アルミナ
   を主体とする酸化物セラミツクスにTiO₂を添加
   し、水素を含む還元雰囲気中で還元処理をおこな
   つて得られる半導電性アルミナ・セラミツクスで
   形成したことを特徴とする内燃機関用点火配電
   器。