JPS631766A - 火花点火装置 - Google Patents

火花点火装置

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JPS631766A
JPS631766A JP14508786A JP14508786A JPS631766A JP S631766 A JPS631766 A JP S631766A JP 14508786 A JP14508786 A JP 14508786A JP 14508786 A JP14508786 A JP 14508786A JP S631766 A JPS631766 A JP S631766A
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JP
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high voltage
ignition
smoldering
voltage
igniter
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JP14508786A
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English (en)
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Hiroshi Yorita
浩 頼田
Toshihiko Ito
猪頭 敏彦
Takeshi Tanaka
猛 田中
Hiromitsu Yamaguchi
山口 広光
Eiji Ono
大野 栄嗣
Yoshio Kido
木戸 良男
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Toyota Motor Corp
Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
Toyota Motor Corp
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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〕 本発明は点火プラグのくすぶりを除去するようにした内
燃機関用の火花点火装置に関する。
〔従来の技術〕
従来のこの種のものとしては、点火プラグに点火用の高
電圧を印加するための点火用高電圧発生手段のほかに、
点火プラグに前記点火用の高電圧より低いくすぶり除去
用の高電圧を印加するためのくすぶり除去用高電圧発生
手段を備えるものが知られている(例えば、特開昭55
−109763号公報)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、上述した従来のものでは、くすぶり除去用高
電圧発生手段により点火プラグに一定のくすぶり除去用
高電圧が印加されるものであるので、内燃機関の気筒内
圧力が低い時には、点火プラグのくすぶりを焼き切るた
めに、くすぶり除去用高電圧発生手段よりくすぶり除去
用高電圧を点火プラグに印加しても、点火プラグの正規
ギャップのみで放電してくすぶりにとって最も問題とな
る点火プラグのポケット部のカーボンには電力が供給さ
れない。従って、点火プラグのポケット部のカーボンは
そのまま残ってしまい、この状態で点火用高電圧発生手
段よりの点火用高電圧によって点火プラグを点火する時
には、内燃機関の気筒内圧力が高く、放電要求電圧が高
いので、点火プラグポケット部のカーボンによって低下
した点火コイル二次電圧は放電要求電圧を越えることが
できず、火花放電に至ることができないという問題があ
る。 そこで、本発明は点火プラグポケット部のカーボ
ンを確実に焼き切ることを目的とするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
そのため本発明は、点火プラグと、この点火プラグに点
火用の高電圧を印加するための点火用高電圧発生手段と
、前記点火プラグに前記点火用の高電圧より低いくすぶ
り除去用の高電圧を印加するためのくすぶり除去用高電
圧発生手段と、このくすぶり除去用高電圧発生手段に発
生ずるくすぶり除去用高電圧の大きさを変化させるため
の電圧可変手段とを備える火花点火装置を提供するもの
である。
〔作用〕
これにより、くすぶり除去用高電圧発生手段からのくす
ぶり除去用高電圧が電圧可変手段により可変されて点火
プラグに印加され、この変化するくすぶり除去用高電圧
によってカーボンが付着した点火プラグポケット部での
放電を可能とする。
〔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図は本発明の第1実施例の構成を示すものである。
1及び2は圧電素子を用いたくすぶり除去用の高電圧電
源である。ここで、−方のくすぶり除去用の高電圧型1
!X1の詳細構成を代表して説明する。101および1
02はチタン酸ジルコン酸鉛系の圧電素子で、円柱形状
を有する。該圧電素子101,102の両端面は、それ
ぞれ銀電極1021.1022と1011.1012が
焼きつけである。該圧電素子101.102は、まった
く同一の組成で同一の形状を有する。103は、小型巻
線トランスである。この小型巻線トランス103の二次
側の巻線1032の一端は、圧電素子102の一端面電
極1021に、他端はコンデンサ108を介して圧電素
子102の他面の電極1022と、圧電素子101の電
極1011とにつながっている。巻線トランス103の
一次側巻″4IA1031の一端は、電圧コントローラ
15、リレー9、イグニッションスイッチ5を通して直
流電源6につながっており、また、−次側巻線1031
の他の一端はトランジスタ104のコレクタにつながっ
ている。トランジスタ104のエミッタは接地されてお
り、ベースは圧電素子101の電極1012と、抵抗1
05を通して電圧コントローラ15とにつながっている
。圧電素子101゜102の電極1022.1011に
は、オフセットダイオード106のアノードがつながっ
ており、オフセットダイオード106のカソードは接地
されている。そして、各くすぶり防止用の高電圧電源1
と2はオフセットダイオード106,206の向きが逆
である以外はまった(同じ構成である。
以下に述べる3〜8、及び11.13は通常のディスト
リビュータなしく以下DLIと略す)の点火システムの
構成部品である。13は各気筒の点火プラグ、3はダイ
オード入りDLI用の各点火コイルで、各−次電流が遮
断されることにより二次側に点火用の高電圧を発生する
ものである。
4はDLI用のイグナイタで、各気筒の点火時期におい
て各点火コイル3の1次電流を遮断するものである。5
はイグニッションスイッチ、6は直流電源(バフテリ)
、7は内燃機関の回転角度位置を検出するピックアップ
コイル、8は内燃機関のカム軸の位置を検出するカムポ
ジションセンサ、11はエンジンコントロールコンピュ
ータユニット(以下ECUと略す)で、上記ピンクアッ
プコイル7やカムポジションセンサ8などの各種センサ
の出力に応じてイグナイタ4を駆動するための点火信号
を演算出力するものである。9はリレー、10はリレー
9を所定時間駆動するためのタイマーで、前述のイグニ
ッションスイッチ5のOFFの位置に接続され、リレー
9の一端子は電圧コントローラ15に接続されている。
高電圧源1は2番、3番、6番気筒の各点火プラグ13
に各ダイオード12を介して接続されている。また、こ
れらダイオード12は各点火コイル3に内蔵されている
各ダイオード及びダイオード14と逆向きになっている
。また高電圧電源2は、1番、4番、5番気筒の各点火
プラグ13に各ダイオード12を介して接続されている
。これらのダイオード12は、前述と同様に点火コイル
内蔵のダイオードと逆向きになっている。
また、電圧コントローラ15は、各高電圧電源1.2に
供給される電力を第2図(a)に示すように所定周期で
増減させる電圧可変手段をなすものである。
上述した回路構成は、エンジン回転中イグニッションス
イッチ5がONの状態では、通常のDL1点火装置とし
て働き、各気筒の点火プラグ13を圧縮および排気上死
点(TDC)付近で火花放電せしめる。
そこでイグニッションスイッチ5をOFFにすると、タ
イマー10は、リレー9を一定時間、例えば数十秒〜数
分間動作させる。すなわち、エンジン停止後の一定期間
中、電圧コントローラ15を介して各くすぶり除去用の
高電圧電源l及び2に通電する。
さて、各直重圧電′tA1と2の回路構成において、い
まリレー9が閉じて通電されると、その際に生ずるトラ
ンジスタ104のベース電圧の微少な変動によってトラ
ンジスタ104のコレクタ・エミッタ間が導通し、巻線
トランス103の一次巻線1031に通電される。かか
る−次巻線1031へのi1N電にもとづいて該巻線ト
ランス103の二次巻線1032には相互誘導作用によ
る電圧が誘起される。この誘起電圧が圧電素子102に
印加されると圧電素子102が伸縮し、この伸縮に対応
する圧電効果により圧電素子102の両端面電極102
1.1022に符号の異なる同量の電荷が発生する。す
なわち例えば、該−次巻線1032に誘起された電圧に
よって該圧電素子102が伸長され、これによって該圧
電素子102の各電極1021および1022にそれぞ
れ負および正の電荷が帯電する。ここで該二次巻線の一
端と上記電極との間にはコンデンサ108が接続されて
おり、該コンデンサ108は容量が小さいのでQ=CV
(Q:電荷、C:静電容量、■=雷電圧の関係により該
端面電極1022から所定の正の高電圧かえられる。
この時、該圧電素子102に接続された圧電素子101
も、圧電素子102と同時に伸縮して高電圧発生にあづ
かっているが、この場合、圧電素子102の両端面電極
に生ずる電荷は、それぞれ逆極性となる。すなわち、そ
れぞれ1800位相のずれた電圧が発生する。
また、圧電素子101の伸縮による負の電圧によりトラ
ンジスタ104が非導通となる。これにより巻線トラン
ス3の一次側巻線1031の通電が中断し、その二次巻
411032には上述した場合と逆の極性の電圧が誘起
され、この誘起電圧が再び圧電素子102に印加される
。これによって例えば該圧電素子102が圧縮され、該
圧電素子102の各端面電極1021および1022に
それぞれ正および負の電荷が帯電し、該端面電極102
2の電圧は負側に反転する。−方、圧電素子101の各
端面電極1011および1012にはそれぞれ負および
正の電荷が帯電する。このようにして該端面電極101
2に得られる上記圧の電圧によりトランジスタ104の
ベース側電圧は該トランジスタ104をスイッチングす
るレベルとなり該端面電極1012の電圧レベルによっ
て抵抗105からのベース電流が制御され、トランジス
タ104が再び導通する。このようにして該圧電素子1
01および102の伸縮に対応して巻線トランス103
の一次側巻線1031の通電が制御され、上記動作を繰
返すことによって自動発振回路が成立し、該端面電極1
022.1011との接続点からは第3図(a)に示さ
れるような電圧が得られる。
この場合、該端面電極1022と1011との接続点に
更にオフセットダイオード106が接続されており、該
電極1011.1022に発生した正電荷が該オフセッ
トダイオード106によって放出されると、上記第3図
(a)に示される電圧の正側のピークがOvまでシフト
され、その結果第3図(alに示される電圧は第3図(
b)に示されるような負の脈流電圧となる。
更に各整流ダイオード12と各点火プラグ13の持つコ
ンデンサ成分によって第3図(C)に示されるような直
流高電圧が各点火プラグ13に印加される。
その結果、高電圧電源1は、負の直流電圧を発生し、整
流ダイオード12を通して6番、3番、2番気筒の点火
プラグ13に電圧印加し、また高電圧電源2は、正の直
流電圧を発生し、整流ダイオード12を通して1番、4
番、5番気筒の各点火プラグに電圧印加する。
ところで、発明者の実験によれば、くすぶりを除去する
には、放電の火花をくすぶり部にぶつけて、カーボンを
飛散、燃焼させるのが最も効果があった。すなわち、く
すぶり除去に際してくすぶり部(碍子の部分)でできる
だけ激しく放電させる必要がある。
ところが、放電を強めるため、点火プラグへの印加電圧
を高くすると、点火プラグの正規ギャップで放電を初め
、くすぶり部での放電が急激に低下する。そこで、くす
ぶり除去の為には、正規ギャップで放電する電圧よりや
や低めの電圧を印加するのが望ましい。ここで高電圧電
源1.2は内部インピーダンスが高いため、くすぶりプ
ラグに対して、発生電圧が低下して、正規ギャップで放
電しない。そこで、各高電圧電源1.2にくすぶってい
ないプラグで、大気圧中で放電する程度の電圧(例えば
2XV〜7 KV)を発生せしめ、くすぶりプラグに印
加すると、くすぶり部で有効に放電する。
上記作動をまとめると、エンジン回転中は通常の点火シ
ステムが作動し、点火に至るが、エンジン停止直後、−
定期間、別の高電圧発生装置1゜2が作動し、点火プラ
グの正規ギャップで放電しないぎりぎりの電圧を点火プ
ラグに印加し、くすぶり部で激しく放電せしめ、カーボ
ンを飛散、燃焼させる。
さらに、リレー9と各くすぶり除去用高電圧電源1,2
の間に電圧コントローラ15を介して、高電圧電源1.
2に供給する電力を第2図(a)に示すように増減させ
、点火プラグ13に印加する電圧を第2図(blの様に
所定周期で変化させる。すると変動途中の最適電圧で、
くすぶり部で放電してくすぶり除去ができる。
本発明の第2実施例の要部構成を第4図に示す。
この第2実施例においては上記第1実施例における高電
圧電源l及び2の代わりに高電圧電源16及びそのオフ
セントダイオード106の反転したちのく図示省略)を
用いる。さらに、電圧コントローラ15の代わりにリレ
ー9に接続されたV/Fコンバータ1601と三角波発
生器1606とを用いる。この三角波発生器1606は
第5図に示す三角波電圧を発生する。V/Fコンバータ
1601は三角波発生器1606からの電圧が高いとき
に発振周波数が高くなり、電圧が低いときに発振周波数
が低くなるものである。この信号により一対のトランジ
スタ1602.1603、反転器1604からなるいわ
ゆるプッシュプル回路を作動せしめ、巻線トランス16
05の中間タップがリレー9に接続された一次側巻線に
交流電流を流すと巻線トランス1605の二次側巻線に
数百ボルトの交流電圧が発生する。この交流電圧を受け
て圧電素子102が伸縮し高電圧を発生する。
ここで前述のようにV/Fコンバータ1601の発振周
波数は高くなったり低(なったりを繰り返すから、圧電
素子102の振動周波数と一致したとき圧電素子102
の発生電圧が高くなり、それ以外のところでは低くなる
。結局、各点火プラグに印加される電圧は第2図(b)
のように上下することになる。
本発明の第3実施例を第6図に示す。
3〜8,11.13から成る通常のDL1点火装置に発
振器17、タイマ10.リレー18および駆動周波数変
動回路171が付加されている。
タイマ10はイグニッションスイッチ5がOFFになっ
てから一定期間、リレー18を閉じる。リレー18は2
系統間時に開閉する。発振器17は、駆動周波数変動回
路171により周波数を変動させながら、ハイレベルの
時間が非常に短く (例えば数百μsec ) %それ
より十分長い周期(例えば数m5ec )の信号を発生
する。イグニッションスイッチ5をOFFにしてエンジ
ンを停止すると、その直後、−定時間、各点火コイル3
、イグナイタ4、発振器17及び駆動周波数変動回路1
71に直流電源6より電力が供給される。この時、発振
器17がイグナイタ4に送る信号は、ハイレベルの時間
が非常に短く、かつその発振周波数が変動するため、各
点火コイル3の一次巻線に通電する時間が短く、−次電
流の立ち上がりの途中で通電が止まり、かつその通電時
間も変動する。その結果、各点火コイル3の二次電圧が
低く押さえられた範囲で変動し、各点火プラグ13の正
規ギャップで放電せずにくすぶり部で放電してくすぶり
を除去する。
本発明の第4実施例の要部構成を第7図に示す。
この第4実施例は上記第3実施例においてイグナイタ4
中に、出力段のパワートランジスタ41に流れる一次電
流を検出する電流検出抵抗42、この電流検出抵抗42
により検出した一次電流に応じてパワートランジスタ4
1のベース電流を制御する定電流制御回路401、この
定電流制御回路401の出力に応じてパワートランジス
タ41のON時間を縮小する閉角度縮小回路402、増
幅回路43の出力周波数に応じてパワートランジスタ4
1のON時間を増大する閉角度増大回路403をそれぞ
れ付加したものである。そして、定電流制御回路401
はリレー18につながっている。
その作動原理としては、イグニッションスイッチ5がO
Nの時ECU11から点火信号を受けとり、これをイグ
ナイタ4の内部の増幅回路43でスイッチング増幅し、
さらに閉角度制御と定電流制御を加えて最適な時期に各
パワートランジスタをON・OFFさせて各点火コイル
3に高電圧を発生させる。
ところで、定電流制御回路401は、電流検出抵抗42
の電圧(−次電流の増加につれて上昇する)を検出し、
規定値をこえるとパワートランジスタ41のベース電流
を減らし;、−次電流を一定に制御する。以上は公知の
部分である。
さて、イグニッションスイッチ5がOFFになると、タ
イマー10は一定期間、リレー18を閉じる。するとイ
ブナイフ4、発振器17が作動する。これと同時にリレ
ー18の出力信号によって定電流制御回路401の規定
値を下げる。その結果、発振器17からの信号により、
イブナイフ4は点火コイル3に高電圧を発生させる。こ
の時、定電流制御回路401は、−次電流が低くおさえ
られるため、点火コイル3の二次電圧が確実に低くおさ
えられ、点火プラグ13の正規ギャップで放電せずにく
すぶり部で放電してくすぶりを除去する。
本発明の第5実施例の要部構成を第8図に示す。
この第5実施例においては、上記第3実施例に対し、タ
イマー10をイグニッションスイッチ5のONの位置に
接続し、このタイマー10と吸気温センサ19の出力に
よりリレー9を駆動すると共に、発振器17の出力とE
CUIIの点火時期出力とをANDゲート20を介して
イブナイフ4に供給するようにしたものである。
この実施例によると、タイマー10は、エンジンのスタ
ータをオンすると始動して所定時間経過するとオンから
オフに反転する。吸気温センサ19は、エンジンが吸入
する空気の温度を検出するもので、吸気温が設定値、例
えば5℃以下のときオンし、それ以外はオフする。リレ
ー9は、タイマー10及び吸気温センサ19がいずれも
オンの時、オンになり、それ以外ではオフになる。発振
器17は、リレー9がオンの時に作動し、第9図(C)
に示すように数m5ec〜数十m5ecの周期でハイレ
ベルの時間が数百μsecで発振する。公知のDLIの
イブナイフ4は、第9図(e)、(f)で示す気筒判別
人力信号1GDA、1GDBが共にローレベルの時第9
図(d)で示すiGt信号の立ち下がりで2番・5番気
筒の点火プラグで放電せしめ、1GDAがハイレベルの
時iGt信号の立ち下がりで3番、4番気筒の点火プラ
グで放電せしめ、またi GDBが、ハイレベルの時i
Gt信号の立ち下がりで1番、6番気筒の点火プラグで
放電せしめる。第9図(C)で示す発振器17の信号1
Qt6と第9図山)で示すECLJIIの点火信号iG
t ’とは、ANDゲート20によって合成され第9図
(d)に示すようなiGtになる。すなわち、各点火コ
イルは、各気筒の圧縮上死点及び排気上死点付近でEC
UIIによる信号によって1次電流が断続され、吸入行
程、及び膨張行程で発振器17による信号によって1次
電流が断続される。
前述のように、発振器17の信号は、ハイレベルの時間
が非常に短いので、点火コイルの一次電流が立ち上がる
途中で通電が終わり、点火コイルの二次電圧が低く押さ
えられ、点火プラグ13の正規ギャップで放電せずにく
すぶり部で放電して、くすぶりを除去する。
以上まとめると、圧縮上死点及び排気上死点付近で正規
ギャップで放電して圧縮上死点で点火し、吸入行程及び
膨張行程で、くすぶり部で放電して、酸素雰囲気である
吸入行程でくすぶりを除去する。
なお、この時、圧縮行程で気筒内圧力が高くなると、発
振器17の信号による電圧は、くすぶり部でも放電でき
ないのでノイズによる誤動作で適正な点火時期以外での
放電による弊害は起こり得ない。
第10図は本発明の第6実施例を示すもので、上記第5
実施例に対し、駆動周波数変動回路171によって駆動
されるくすぶり除去用イブナイフ21をイブナイフ4と
並列に接続して点火コイル3の一次電流を高速で断続す
るようにしたものである。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明においては、くすぶり除去用高
電圧発生手段からのくすぶり除去用高電圧が電圧可変手
段により可変されて点火プラグに印加され、この変化す
るくすぶり除去用高電圧によってカーボンが付着した点
火プラグポケット部での放電を可能とするから、点火プ
ラグポケット部に付着したカーボンを確実に焼き切るこ
とができて、点火プラグのくすぶりを確実に除去するこ
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実施例を示す電気回路図、第
2図は第1図図示装置における高電圧電源1の入出力電
圧特性図、第3図は第1図図示装置における高電圧電源
10作動説明に供する各部波形図、第4図は本発明装置
の第2実施例における要部構成の電気回路図、第5図は
第4図図示装置における三角波発生器の出力電圧波形図
、第6図は本発明装置の第3実施例を示す電気回路図、
第7図は本発明装置の第4実施例における要部構成の電
気回路図、第8図は本発明装置の第5実施例における要
部構成の電気回路図、第9図は第8図図示装置の作動説
明に供する燃焼サイクルに対する各部波形図、第10図
は本発明装置の第6実施例における要部構成の電気回路
図である。 1.2・・・くすぶり除去用高電圧発生手段をなすくす
ぶり除去用の高電圧電源、3・・・点火コイル。 4・・・イグナイタ、5・・・イグニッションスイッチ
。 9・・・リレー、10・・・タイマー、13・・・点火
プラグ。 15・・・電圧コントローラ、16・・・くすぶり除去
用高電圧発生手段をなす高電圧電源、17・・・発振器
。 18・・・リレー、21・・・くすぶり除去用高電圧発
生手段をなすくすぶり除去用イグナイタ、101゜10
2・・・圧電素子、171・・・駆動周波数変動回路。 401・・・定電流制御回路、1601.1606・・
・周波数変動回路を構成するV/Fコンバータと三角波
発生器。 代理人弁理士  岡 部   隆 ° お             舌 第 2 図 OV         +−一−−− (C) 第 3 図

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)点火プラグと、この点火プラグに点火用の高電圧
    を印加するための点火用高電圧発生手段と、前記点火プ
    ラグに前記点火用の高電圧より低いくすぶり除去用の高
    電圧を印加するためのくすぶり除去用高電圧発生手段と
    、このくすぶり除去用高電圧発生手段に発生するくすぶ
    り除去用高電圧の大きさを変化させるための電圧可変手
    段とを備える火花点火装置。
  2. (2)前記くすぶり除去用高電圧発生手段は圧電素子を
    含み、前記電圧可変手段は前記圧電素子に印加される電
    圧を所定の周期で変化させる電圧コントローラを含んで
    なる特許請求の範囲第1項記載の火花点火装置。
  3. (3)前記くすぶり除去用高電圧発生手段は圧電素子を
    含み、前記電圧可変手段は前記圧電素子の駆動周波数を
    所定の周期で変化させる周波数変動回路を含んでなる特
    許請求の範囲第1項記載の火花点火装置。
  4. (4)前記点火用高電圧発生手段は、一次電流遮断時に
    点火用の高電圧を発生する点火コイルと、この点火コイ
    ルの一次電流を断続するイグナイタとを含み、前記くす
    ぶり除去用高電圧発生手段は、前記イグナイタによる前
    記点火コイルの一次電流立ち上がり周期よりも短い周期
    で発振して前記点火コイルの一次電流を断続するための
    発振器を含み、前記電圧可変手段は前記発振器の発振周
    波数を所定の周期で変化させる周波数変動回路を含んで
    なる特許請求の範囲第1項記載の火花点火装置。
  5. (5)前記点火用高電圧発生手段は、一次電流遮断時に
    点火用の高電圧を発生する点火コイルと、この点火コイ
    ルの一次電流を断続するイグナイタとを含み、前記くす
    ぶり除去用高電圧発生手段は、前記イグナイタと並列に
    接続され、前記点火コイルの一次電流を断続するくすぶ
    り除去用イグナイタを含んでなる特許請求の範囲第1項
    記載の火花点火装置。
  6. (6)前記イグナイタは可変電流制御回路を含んでなる
    特許請求の範囲第4項記載の火花点火装置。
  7. (7)前記くすぶり除去用高電圧発生手段は内燃機関の
    停止直後の所定時間駆動されるものである特許請求の範
    囲第1項記載の火花点火装置。
  8. (8)前記くすぶり除去用高電圧発生手段は内燃機関の
    運転中における圧縮行程以外において駆動されるもので
    ある特許請求の範囲第1項記載の火花点火装置。
  9. (9)前記くすぶり除去用高電圧発生手段は内燃機関の
    始動時に所定時間駆動されるものである特許請求の範囲
    第1項記載の火花点火装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5495962A (en) * 1993-11-11 1996-03-05 Kabushiki Kaisha N-Tec Constant quantity discharging device for powdered object

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5495962A (en) * 1993-11-11 1996-03-05 Kabushiki Kaisha N-Tec Constant quantity discharging device for powdered object

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