JPH05164029A - 内燃機関用の低圧配電重ね放電式点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低圧配電方式を採用する内燃機関用点火装置
に対し、合理的な回路構成により、重ね放電方式を組み
込む。 【構成】 各点火コイル２の二次側に昇圧回路の出力を
直接に接続する。昇圧回路の出力電圧は、各点火プラグ
１ａ〜１ｄが、吸気工程において絶縁破壊を起こす放電
開始電圧値未満の値とする。点火コイル２の一次電流遮
断によって発生した点火コイル二次側電圧による点火プ
ラグでの放電を、昇圧回路から出力される電流により継
続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数気筒を持つ内燃機
関用の点火装置に関し、特に、各気筒用の各点火プラグ
のそれぞれに、または一対の点火プラグごとのそれぞれ
に専用の点火コイルを設けると共に、放電継続のため、
別途に設けた昇圧回路出力を点火コイル二次電圧に加算
する低圧配電重ね放電式点火装置における改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】車両搭載の複数気筒の内燃機関における
点火装置として古典的なものは、電流遮断原理により、
一つの点火コイルの二次側に発生する高電圧を、点火タ
イミングにある気筒の点火プラグにのみ与えるため、デ
ィストリビュータによって配電する高圧配電方式である
が、点火エネルギを大きくすると燃焼効率を向上させ、
ひいては低燃費化に繋るので、従来からも、こうした高
圧配電式点火装置において、さらに重ね放電方式を併有
する点火装置が提案された。

【０００３】図２には、そのような従来の点火装置の一
例が示されているので、これにつき説明すると、ある気
筒での点火動作の終了後、他の気筒での次の点火動作を
生起させる前には、制御回路４はスイッチング素子５を
オンとし、これにより、車両搭載のバッテリ６からの直
流出力電流が、機関運転時には当然にオンとなっている
キースイッチ７を介し、点火コイル２の一次巻線に流し
込まれ、エネルギが蓄積される。適当なるセンサ（図示
せず）から得られる機関回転角信号３に応じ、どれかの
気筒において点火を要するタイミングとなると、制御回
路４はスイッチング素子５をターンオフし、点火コイル
２の一次電流を急激に遮断させて、二次側に高電圧を発
生させる。これと同時に、同様に機関の回転に同期して
回転するロータ接点（図示せず）を有するディストリビ
ュータ９が、点火を必要としている点火プラグ、例えば
図示の四気筒車用であるならば全部で四つの点火プラグ
１ａ〜１ｄの中のどれか一つを選択し、これに上記の点
火コイル二次側高電圧を印加して、当該点火プラグに放
電火花を発生させる。換言すれば、点火コイル二次側に
発生される高電圧は、圧縮工程の最後近くにある気筒内
において、点火プラグに絶縁破壊を起こすに十分な数Ｋ
ｖオーダの電圧値に選ばれる。

【０００４】一方で、スイッチング素子１２を所定の周
期でオンオフする発振回路１０、スイッチング素子１２
により一次電流がチョッパリングされる昇圧トランス１
１、一次電流のチョッパリングによって発生する昇圧ト
ランス二次昇圧電流を整流する整流ダイオード１３、こ
れを平滑する平滑コンデンサ１４から成る昇圧回路も動
作を開始しており、点火プラグにおける放電開始後、そ
の昇圧電圧を点火コイル二次側の高電圧に加算的に重畳
し、放電を継続させるように機能する。このときの昇圧
回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）の出力電圧は、通常、２
〜３Ｋｖに選ばれる。

【０００５】しかるに、重ね放電方式を採用しない、一
般的な電流遮断型点火装置の場合、各点火プラグにおい
て得られる放電エネルギは、概ね３０ｍＪ程度である。
これに対し、上記のような重ね放電方式を採用すると、
原理的にはその数倍のオーダの放電エネルギが容易に得
られる筈であり、そうであるならば、燃焼効率の向上や
燃費の低減に大いに寄与することになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、そもそも高
圧配電方式の場合、図２中に併示するように、点火コイ
ル２の二次巻線とディストリビュータ９との間には長い
高圧配線コードを要し、これは等価的に抵抗線路８０に
置き換え得るものとなるし、同様に、ディストリビュー
タ９から各々の点火プラグ１ａ〜１ｄのそれぞれへの長
い高圧配線コードも、それぞれ抵抗線路８ａ〜８ｄで置
き換え得るものとなる。そして、こうした等価抵抗値８
０，８ａ〜８ｄは、実際にもかなり大きく、その結果、
各高圧コード部分での点火エネルギのロスは、何と６０
〜７０％程度にも昇る。そのため、点火プラグにおいて
の放電エネルギを上記のように３０ｍＪ程度得るだけで
も、実際には出力９０ｍＪ程度の点火コイルを用いてお
り、重ね放電方式を併用することで点火プラグ放電エネ
ルギを例えば１００ｍＪにも上げようとすると、加える
べき７０ｍＪ分を補うためには、２００ｍＪもの出力を
有する昇圧回路を用いねばならなかった。このように、
高圧配電方式は極めて効率が悪く、かつ、大型な回路装
置とならざるを得ない他、電磁ノイズの発生確率が高
く、車両搭載の各種電子機器を誤動作させるおそれもあ
る。

【０００７】これに対し、従来からも低圧配電方式と呼
ばれる方式があり、この方式では、各点火プラグにそれ
ぞれ専用に一つづつ点火コイルを設けた上で、点火コイ
ルの一次側で配電を行うようにしている。この方式によ
れば、点火プラグの頭部に直接に点火コイルを配置でき
るので、高圧配線コードは不要となり、効率は著しく高
まるし、電磁輻射ノイズの発生確率も大いに低減させる
ことができる。また、点火コイル一次側での配電になる
ため、電子的な制御がし易くなり、従来のディストリビ
ュータのような機械的可動部品を要しないことから、故
障確率も大いに低下し、保守も容易になる。こうした利
点は、気筒数分だけ、点火コイルを要するという短所を
補って余り有り、事実、昨今では最早、この方式が主流
になりつつある。なお、各点火プラグに一つづつだけで
はなく、どれか一つの点火プラグが圧縮工程にあるとき
には自身は排気工程にあるような関係の一対の点火プラ
グに関しては、一つの点火プラグの二次巻線両端を振り
分けて接続した、いわゆる同時着火コイルを用いての低
圧配電方式もある。

【０００８】しかし、これまでの所、こうした低圧配電
式点火装置に対してさらに、重ね放電方式を加味した点
火装置として合理的なものは市場に提供されていない。
ある提案では、各点火コイルに対しそれぞれ専用に一つ
づつ昇圧回路を設けているが、これは余りに不合理であ
り、生産性やスペースファクタ、コスト等を考えると現
実的ではない。別な提案によれば、単一の昇圧回路の出
力を半導体スイッチング素子により選択的にどれか一つ
の点火コイルに振り分けているが、高耐圧の半導体スイ
ッチング素子を要する点に問題があり、これも実用的で
はない。第一、従来の技術常識として、低圧配電方式に
対し重ね放電方式を組込む場合にも、昇圧回路の出力電
圧は、高圧配電方式との併用時と同様、２〜３Ｋｖ程度
にすることに疑いを持つ者は少なかった。そのため、そ
のようなオーダの電圧値では、昇圧回路出力電圧だけで
も点火プラグに誤放電を開始させてしまうから、特に吸
気工程にある気筒の点火プラグに対し、こうした昇圧回
路出力が印加されないようにしようとして、上記のよう
なスイッチング素子の援用という思想が表れ、ところが
これを満足するスイッチング素子が市場に提供されてい
なかったが故に、結局は製品として完成した低圧配電重
ね放電式点火装置がなかったということもできる。

【０００９】本発明は、このような実情の下になされた
もので、低圧配電方式を採用する点火装置であって、な
おかつ重ね放電原理をも有する点火装置として、確実な
動作でありながら極めて簡素、合理的で廉価なものを市
場に提供せんとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、内燃機関用の低圧配電重ね放電式点火装置と
して、点火コイル系とは別個に設ける昇圧回路（ＤＣ−
ＤＣコンバータ）は一つとするが、当該昇圧回路の昇圧
電圧を、吸気工程における点火プラグに絶縁破壊を起こ
す放電開始電圧値未満の電圧値に留める。その上で、昇
圧回路の昇圧電圧が、各点火コイル二次巻線と各点火プ
ラグとから成る全ての直列回路に同時に印加されるよう
に、昇圧回路出力をそれら各直列回路の全て対し直接に
接続する。

【００１１】

【実施例】図１には本発明の一実施例が示されている。
図示の場合、四気筒車用の低圧配電式点火装置に本発明
による改良を施した場合を例示しており、したがって点
火プラグは全部で四つあり、それぞれに専用に点火コイ
ルも四つある。以降、各点火プラグや点火コイルをそれ
ぞれ特定的に示す場合には、それぞれサフィックス付き
の符号１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ；２ａ，２ｂ，２ｃ，２
ｄを用いるが、どれか一つで他を代表できる説明の場合
にはサフィックスａ，ｂ，ｃ，ｄを省略し、例えば単に
点火プラグ１とか点火コイル２と称する。この点は、他
のサフィックス付き符号にて表される構成要素に関して
も同様とする。

【００１２】この実施例は、通常の低圧配電式点火装置
が有している構成要素は同様に有しており、これらにつ
いては特に改変の要はない。すなわち、適当なる公知既
存のセンサ手段（図示せず）から得られる機関回転角信
号３に基づき、制御回路４は全部で四つある点火コイル
一次電流遮断用スイッチング素子５,・・・・・の中、現在点
火時期に至った気筒に関する点火コイル１の一次回路に
直列に入ったスイッチング素子５をターンオフさせて、
相互誘導原理により、点火コイル二次側に高圧出力を生
じさせる。スイッチング素子５は、図示の場合、ｎｐｎ
トランジスタ５によって示されているが、いわゆるパワ
ースイッチング素子と呼ばれるものであれば良く、パワ
ーＭＯＳＦＥＴやサイリスタ等の使用例もある。

【００１３】しかるに、このような電流遮断による相互
誘導原理によってのみ発生する点火コイル二次電圧は、
点火プラグ１において絶縁破壊を生じさせて初期放電火
花を発生させるに十分な大きさ（通常、数Ｋｖオーダ）
となるようにされているが、この電流遮断原理にのみに
よる放電の場合には、当該放電の継続時間は、代表的な
場合、たかだか２ｍＳ弱程度であった。これに対し、本
発明に従う以下のような追加の回路構成と動作による
と、長い時間に亙り大きな放電エネルギが得られるよう
になる。

【００１４】まず回路構造的に見ると、昇圧トランス１
１、昇圧トランス一次電流をチョッパリングするスイッ
チング素子１２、昇圧トランス二次高圧出力を整流、平
滑する整流ダイオード１３と平滑コンデンサ１４、そし
てスイッチング素子１２のオンオフを制御する発振回路
１０から成る昇圧回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）が別途
に、ただし一つだけ、設けられている。そして、この昇
圧回路の昇圧電圧（コンデンサ１４の両端に得られる）
が、それぞれ各点火コイル２と各点火プラグ１とから成
る全部で四つの直列回路の各々に対し印加され得るよう
に、当該昇圧回路の出力に対してそれら四つの点火コイ
ル二次側直列回路がそれぞれ接続されており、昇圧回路
の出力両端から見ると、それら全部で四つの点火コイル
二次側直列回路が、互いに並列かつ直接に接続された格
好になっている。

【００１５】このような回路構成になっているため、点
火タイミングにある点火コイル２の一次電流が制御回路
４によって遮断され、当該点火コイル２の二次側に点火
プラグ１にて絶縁破壊を生ずる放電開始電圧以上の電圧
が生じ、これによって当該点火プラグ１にて放電が開始
した後、望ましくは予定の時間だけ、少し遅れたタイミ
ングで制御回路４からの信号により発振駆動回路１０が
稼働し始めると、昇圧トランス１１の一次側がスイッチ
ング素子１２によりチョッパリングを受けるため、当該
トランスの二次側に高圧出力が表れ、これが整流ダイオ
ード１３で整流されて、追加の重ね放電電流が生ずる。

【００１６】この結果、点火プラグ１の合成放電電流
は、燃料着火に十分な長い時間に亙って高いエネルギレ
ベルを保ち得るものとなり、燃料への着火性は大いに向
上するし、ひいては燃費にも利いてくる。放電持続時間
は容易に５ｍＳ以上にもなし得るし、継続する放電電流
の値も、４０ｍＡ以上を得ることができる。ただしもち
ろん、当該放電継続時間の決定は、個々の車両ごとにな
されるべき最適設計に任される問題である。

【００１７】しかるに、本発明の構成によると、昇圧回
路出力と各点火コイル二次側直列回路とは、それらの間
にスイッチング素子を介在させるようなことがなく、そ
れぞれ直接に接続された関係にあるため、昇圧回路の出
力は全ての点火プラグに同時に印加されることになる。
しかし、例えば点火コイル２ａが電流遮断原理によって
二次高圧を発生し、これによって対応する点火プラグ１
ａが放電を開始しているときには、他の点火プラグ１ｂ
〜１ｄは放電しておらず、その等価インピーダンスは極
めて高い状態にある。そのため、一応、全ての点火プラ
グに対し、同時に昇圧回路出力が印加されるような図示
回路構成であっても、現に放電を開始した点火プラグ１
ａにてのみ、昇圧回路からの重ね放電電流を供給し得る
可能性がある。にもかかわらず、従来、このような回路
構成は全く考慮の外とされていたか、排斥されていた。
その理由の一つには、当該昇圧回路の出力電圧を、すで
に述べた高圧配電方式との併用時における２〜３Ｋｖに
することを前提としていたがためである。

【００１８】すなわち、昇圧回路の出力電圧をこのよう
な高電圧オーダにすると、点火コイルの二次電圧の加算
によらずとも、各点火プラグにおいて絶縁破壊を起こ
し、放電を開始させてしまう。したがって、特に吸気工
程にある気筒中にてこのような誤着火があると、機関運
転上、由々しき問題となる。

【００１９】本発明者は、そもそも、このような従来の
技術常識に対して疑問を持つ所から本発明に至ってい
る。すなわち、改めて各工程にある気筒中において、点
火プラグの絶縁が破られ、放電を開始する放電開始電圧
を求めた所、四サイクル機関での圧縮、爆発、排気、吸
気の各工程中、気筒内が負圧環境となる吸気工程での放
電開始電圧が最も低く、１．３Ｋｖ程度であった。した
がって、従来の電圧オーダで昇圧回路を設計したので
は、確かに、吸気工程にある気筒内にて誤点火のおそれ
が高いことが分かるしかし、逆に、吸気工程中にある点
火プラグにおける放電開始電圧未満の電圧値、例えば１
Ｋｖ程度にまで、昇圧回路出力電圧の上限を留めるよう
に設計すれば、全ての点火プラグに対し、図１に示すよ
うに、同時に昇圧回路出力が印加されるような簡単な回
路構成を採用しても、現に放電が開始した点火プラグに
てのみ、昇圧回路からの出力電流を重ねることができ
る。

【００２０】ここで、本発明により図１の回路構成を採
用するに際し、昇圧回路の出力電圧Ｖｏを１Ｋｖとした
場合に関して、また別な観点からの検討を施す。通常、
放電開始後、当該放電を継続するに必要な最低の電圧
（放電維持電圧）Ｖａは、一般に５００〜６００Ｖ程度
である。また、図１中に併示しているように、低圧配電
方式では点火コイル二次巻線と点火プラグ１との間には
５ｋΩ程度の雑音防止抵抗Ｒ_P を挿入するが、ばらつき
の上限を考えてこの最大値Ｒ_Pmaxを６．５ＫΩとし、さ
らに、昇圧回路からの重ね放電電流Ｉｏを過去の知見か
らして最小４０ｍＡが得られるように設計し、ばらつき
の上限Ｉｏ_max が１０％増しの４４ｍＡとすると（ちな
みに、３５ｍＡ程度以下にまで下げると、吹き消え現象
が生ずるという実験結果がある）、各点火コイル２ａ〜
２ｄの二次コイル抵抗Ｒ２は、 Ｒ２＜｛（Ｖｏ−Ｖａ_max)／Ｉｏ_max −Ｒ_Pmax｝≒２．
６ＫΩ であることが要求され、１２０℃でこれを保証するため
には、銅線の温度特性から、常温では二次コイル抵抗を
１．９ＫΩ以下にすれば良いことになる。昇圧回路出力
電圧Ｖｏを１Ｋｖとするのに、これは十分に実現可能な
数字である。

【００２１】以上、本発明の一実施例につき説明した
が、本発明は、一つの点火コイルが二つの点火プラグに
同時に放電エネルギを印加する、いわゆる同時着火タイ
プのコイルを用いた点火装置にも適用できることは明ら
かである。また、昇圧回路も、図示のものは最も簡単な
部類に属する回路構成例が示されているだけであって、
限定的な意味ではなく、必要に応じ、任意のＤＣ−ＤＣ
コンバータ構成を採用して構わない。

【００２２】

【発明の効果】本発明によると、低圧配電式であって、
さらに重ね放電方式を併有する点火装置を、簡単な構成
により、実現可能な態様で市場に提供することができ
る。そして、従来の高圧配電重ね放電方式におけると同
様、１００ｍＪ程度の点火エネルギを点火プラグにおい
て得るためにも、当該従来例におけるように、極めて大
型な昇圧回路を用いる必要は全くなく、原理的には重ね
放電原理によって増やす分の７０ｍＪ程度を供給するだ
けの小型な昇圧回路で済む。さらに、昇圧回路は単なる
ワイヤリング作業により、スイッチング素子を介在させ
る必要もなく、各点火コイル二次側に接続するだけで良
いので、組立作業も簡便化し、コストも低減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低圧配電重ね放電式点火装置の一実施
例を示す回路図である。

【図２】従来の高圧配電重ね放電式点火装置の一例の概
略構成図である。

【符号の説明】

１ 点火プラグ， ２ 点火コイル， ４ 制御回路， ５ 一次電流遮断用トランジスタ， １１ 昇圧トランス， １２ 昇圧トランス一次電流チョッパリング用スイッチ
ング素子， １３ 整流ダイオード， １４ 平滑コンデンサ．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数気筒の内燃機関用であり、各気筒用
   の各点火プラグにそれぞれ専用の、または一対の点火プ
   ラグごとにそれぞれ専用の点火コイルを用いると共に、
   各点火コイルの二次電圧によって対応する各点火プラグ
   に火花放電を生じさせた後、別途に設けた昇圧回路の昇
   圧電圧を加算することにより、放電を継続させる内燃機
   関用の低圧配電重ね放電式点火装置であって；単一の昇
   圧回路を用い、該昇圧回路の昇圧電圧を、吸気工程にお
   ける上記点火プラグに絶縁破壊を起こす放電開始電圧値
   未満の電圧値に留めた上で；該昇圧回路の昇圧電圧が、
   上記各点火コイル二次巻線と各点火プラグとから成る全
   ての直列回路に同時に印加されるように、該昇圧回路出
   力を上記各直列回路の全てに対し直接に接続したこと；
   を特徴とする内燃機関用の低圧配電重ね放電式点火装
   置。