(57)【要約】  【目的】エンジンのイグニッションシステムにおける全回転域で良好なプラグ点火を実現するプラグ点火補助装置を提供する。  【構成】プラグ点火補助装置１０は筺体内に、ダイレクトイグニッションシステムにおける各点火プラグＰ１〜Ｐ４に接続されたイグニッションコイルＫ１〜Ｋ４の１次コイルＬ１〜Ｌ４側の＋端子（Ｖ１〜Ｖ４）と接地端子ＧＮＤ１〜ＧＮＤ４間に各々並列に接続される電解コンデンサＣ１〜Ｃ４と、１次コイルＬ１〜Ｌ４側の＋端子と接地端子ＧＮＤ１〜ＧＮＤ４間に各々並列に逆方向接続されるダイオードＤ１〜Ｄ４と、を備え、専用ハーネスに接続する接続コネクタを付設した構成であり、各点火プラグのイグニッションコイルの１次コイルＬ１〜Ｌ４側に生起する逆起電力を吸収して１次側電流を整えることによって安定した高電圧を２次コイル側に発生させ、高効率のプラグ点火を実現する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのダイレクトイグニッションシステムにおける各点火プラグに接続されたイグニッションコイルの１次コイル側の＋端子と接地端子間にそれぞれ並列に接続される電解コンデンサと、
前記イグニッションコイルの１次コイル側の＋端子と接地端子間にそれぞれ並列に逆方向接続されるダイオードと、
前記電解コンデンサと前記ダイオードを格納するとともに前記イグニッションコイル及び電源供給側への接続コネクタを付設した筺体と、
を備えることを特徴とするエンジンのプラグ点火補助装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンのプラグ点火補助装置において、
各点火プラグに接続される前記電解コンデンサの容量が４７０μＦ〜４０００μＦであることを特徴とするエンジンのプラグ点火補助装置。
【請求項３】
エンジンのディストリビュータを備えるイグニッションシステムにおけるイグニッションコイルの１次コイル側の±両端子間に並列に接続される電解コンデンサと、
前記イグニッションコイルの１次コイル側の±両端子間に並列に逆方向接続されるダイオードと、
前記電解コンデンサと前記ダイオードを格納するとともに前記イグニッションコイル及び電源供給側への接続コネクタを付設した筺体と、
を備えることを特徴とするエンジンのプラグ点火補助装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２または請求項３に記載のエンジンのプラグ点火補助装置において、
プラグ点火時に前記電解コンデンサに供給される電流を検出してバッテリからの電源供給を断続的にオンにして発光ダイオードを点灯させる発光ダイオード点灯回路を前記筺体内に備えて、エンジンの駆動中に前記発光ダイオードの点灯を外部より視認できるようにしたことを特徴とするエンジンのプラグ点火補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのイグニッションシステム（点火装置）におけるプラグ点火の際の電流供給手段の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジンのイグニッションシステム（点火装置）は、ガソリンエンジン制御のＥＣＵ（Electronic Control Unit）による電子制御化に伴い、現在は、機械式のポイント（コンタクトブレーカ）を不要にしたフルトランジスタ式となっており、さらに近年は、メカニカルな作動による配電機能を持つディストリビュータやエネルギーロスの避けられないハイテンションコード（２次コード）を必要としないダイレクトイグニッションシステムへと進化してきている。
【０００３】
上記ダイレクトイグニッションシステムは、各点火プラグ毎にそれぞれ独立した小型のイグニッションコイルを装備しており、イグナイタユニットからの低い電圧（バッテリ電圧１２Ｖに等しい）の１次側電流を供給して点火するシステムである。
【０００４】
上記各イグニッションコイルへの１次側電流の供給は通常の接続コードで足り、また、点火コントロールユニットの進歩がイグナイタユニット１個ですべてのシリンダーへの１次側電流の制御を可能にしたので、ディストリビュータによる機械的な配電も不用になっているのである。
【０００５】
なお、自動車のエンジン点火システムに関する公知文献として、下記［特許文献１］には、スロットル開度が全開状態に急激に操作されても、バッテリ電圧が低下することなく安定するようにするための、バッテリの電圧安定装置の発明の詳細が開示されている。即ち、電流を点火プラグに供給してエンジンを駆動するバッテリの正極＋と負極−との間に、電解コンデンサ素子を有してバッテリの電圧（１２Ｖ）を安定させるための電圧安定回路を電気接続し、エンジンに急激な負荷変動を行わせたときに生じる電圧降下分に見合う電圧を、電圧安定回路の前記電解コンデンサ素子から放電される電流により補償し、バッテリ電圧を安定にするというものである。
【０００６】
また、下記［特許文献２］には、点火時期を安定化し、強いアーク放電が得られる点火安定化装置として、自動車用バッテリに直接並列に接続される装置であって、８０００μＦ以上、好ましくは１００００〜１０００００μＦ、さらに好ましくは１５０００〜６００００μＦの容量を有するアルミ電解コンデンサと、ＬＥＤと直列抵抗Ｒを含む点検装置とを並列接続してなる自動車用点火安定化装置が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２３９１１５号公報
【０００８】
【特許文献２】登録実用新案第３１０６４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
エンジンのイグニッションシステムにおいて、ディストリビュータを備える旧来のフルトランジスタ方式のイグニッションシステムであれ、ダイレクトイグニッションシステムであれ、イグニッションコイルの特性上、図９に示されるプラグ点火時の１次コイル側の電流波形の測定データのグラフから判るように、プラグ点火直後Ａ（即ち、１次側電流の遮断直後）の１次コイル側には負の逆起電力（矢印Ｃ）が発生し、矢印Ｂ間の波形が垂直に近いほど点火エネルギーが大きくなるのであるが、その波形も乱れている。この１次コイル側に生起する逆起電力が２次コイル側の高電圧発生に影響を与えてプラグ電圧を下げてしまい、点火効率を悪化させる作用を有していることが本発明者の研究で明らかとなった。
【００１０】
特に、エンジンの高回転時には２次コイル側のプラグ電圧が不安定になり、タイムラグが発生して、点火ロス（ミスファイヤ）の原因となる公算が大きい。
【００１１】
この点、前述の公知文献の［特許文献１］，［特許文献２］に記載された装置は共に、バッテリの±両極間に直接に大容量の電解コンデンサを並列接続して、バッテリ電圧の急激な低下を前記電解コンデンサからの放電電流で補償し安定化させるという主旨であり、バッテリ電圧の安定化に伴うイグニッションシステムの安定化という観点は看取されるものの、イグニッションコイルの１次コイル側に生起する前記逆起電力の問題に対する対策は想定されていない。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、既存の自動車を典型とするエンジンのイグニッションシステムにおけるイグニッションコイルの１次コイル側に生起する逆起電力を解消して全回転域（特に、高回転時）で良好なプラグ点火を実現するエンジンのプラグ点火補助装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、
（１）  エンジンのダイレクトイグニッションシステムにおける各点火プラグに接続されたイグニッションコイルの１次コイル側の＋端子と接地端子間にそれぞれ並列に接続される電解コンデンサと、前記イグニッションコイルの１次コイル側の＋端子と接地端子間にそれぞれ並列に逆方向接続されるダイオードと、前記電解コンデンサと前記ダイオードを格納するとともに前記イグニッションコイル及び電源供給側への接続コネクタを付設した筺体と、を備えることを特徴とするエンジンのプラグ点火補助装置を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）  上記（１）に記載のエンジンのプラグ点火補助装置において、各点火プラグに接続される前記電解コンデンサの容量が４７０μＦ〜４０００μＦであることを特徴とするエンジンのプラグ点火補助装置を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）  エンジンのディストリビュータを備えるイグニッションシステムにおけるイグニッションコイルの１次コイル側の±両端子間に並列に接続される電解コンデンサと、前記イグニッションコイルの１次コイル側の±両端子間に並列に逆方向接続されるダイオードと、前記電解コンデンサと前記ダイオードを格納するとともに前記イグニッションコイル及び電源供給側への接続コネクタを付設した筺体と、を備えることを特徴とするエンジンのプラグ点火補助装置を提供することにより、上記課題を解決する。
（４）  上記（１）または（２）または（３）に記載のエンジンのプラグ点火補助装置において、プラグ点火時に前記電解コンデンサに供給される電流を検出してバッテリからの電源供給を断続的にオンにして発光ダイオードを点灯させる発光ダイオード点灯回路を前記筺体内に備えて、エンジンの駆動中に前記発光ダイオードの点灯を外部より視認できるようにしたことを特徴とするエンジンのプラグ点火補助装置を提供することにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るエンジンのプラグ点火補助装置は、上記のように構成されているため、
（１）エンジンの駆動状態時に、イグニッションコイルの１次コイル側の逆起電力の生起が電解コンデンサによって吸収されて抑えられ、２次コイル側に良好な高電圧を安定して得ることができ、高効率のプラグ点火が実現する。
（２）その結果、点火ロスが抑制されてエンジン出力を向上させることができる。
（３）全回転域で燃焼効率が向上するため、トルクの落ち込みが減少し、アクセスレスポンスを向上させることができる。
（４）延いては、エンジンの低燃費、排出ガス中の有害物質低減の効果が得られる。
（５）エンジンが駆動状態にある場合に、発光ダイオードの点灯（点滅）によって、外部から本装置が稼動していることが目視されるので、ユーザがエンジンルームを開けた場合に本装置の効き目のアピールを効果的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係るエンジンのプラグ点火補助装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は４つの点火プラグを備える４気筒エンジンのダイレクトインジェクションシステムに適用される本発明に係るプラグ点火補助装置の回路図である。図２は前記ダイレクトインジェクションシステムと本発明に係るプラグ点火補助装置の配線図である。図３は本発明に係るプラグ点火補助装置の外観を示す斜視図である。図４は自動車のエンジンルーム内への本発明のプラグ点火補助装置の装着例を示す図である。図５は前記プラグ点火補助装置を実装した場合の点火時に供給される１次側電流の波形図である。図６は本発明に係るプラグ点火補助装置を実装した４気筒エンジンと未装着の同エンジンとのトルク（ｋｇ／ｍ）対エンジン回転数（ｒｐｍ）の実測値のグラフである。図７は本発明に係るプラグ点火補助装置を実装した４気筒エンジンと未装着の同エンジンとの馬力（ｐｓ）対エンジン回転数（ｒｐｍ）の実測値のグラフである。図８は４気筒エンジンの４つの点火プラグに配電するディストリビュータを備えるフルトランジスタ式のインジェクションシステムに適用した本発明に係るプラグ点火補助装置の簡略化した回路図である。
【００１７】
図１または図２または図３において、エンジンのプラグ点火補助装置１０は、４気筒エンジンの自動車のダイレクトイグニッションシステムにおける各点火プラグＰ１〜Ｐ４に接続されたイグニッションコイルＫ１〜Ｋ４の１次コイルＬ１〜Ｌ４側の＋端子（Ｖ１〜Ｖ４＝１２Ｖ）と接地端子ＧＮＤ１〜ＧＮＤ４間にそれぞれ並列に接続される電解コンデンサＣ１〜Ｃ４と、前記イグニッションコイルＫ１〜Ｋ４の１次コイルＬ１〜Ｌ４側の＋端子と接地端子ＧＮＤ１〜ＧＮＤ４間にそれぞれ並列に逆方向接続される逆流防止用のダイオードＤ１〜Ｄ４と、前記電解コンデンサＣ１〜Ｃ４（容量は概ね１４００μＦ）と前記ダイオードＤ１〜Ｄ４を格納するとともに前記イグニッションコイルＫ１〜Ｋ４及び電源供給側（バッテリＢＡＴ．）への接続コネクタ６を付設した筺体８と、を備える構成であり、更に、プラグ点火時に前記電解コンデンサの１つＣ４に供給される電流ｉの一部を検出してバッテリＢＡＴ．からの電源供給を断続的にオンにして発光ダイオードＬＥＤを点灯させる発光ダイオード点灯回路９を前記筺体８内に備えて、エンジンの駆動中に前記発光ダイオードＬＥＤの点灯を外部より視認できるようになっている。
【００１８】
前記発光ダイオード点灯回路９は、例えば図１のようにフォトカプラ５によってその受光部がスイッチとして働き、点火プラグＰ４の点火時にのみバッテリＢＡＴ．からの電源供給を通電して増幅回路を動作させて発光ダイオードＬＥＤを点灯（並列コンデンサＣ５によってスロー点滅する。）させるようにする。
【００１９】
また、図３の斜視図に示される前記プラグ点火補助装置１０の筺体８は、例えば耐衝撃性に優れた軽量のアルミ合金製であり、その外形寸法Ｘ、Ｙ、Ｚは約１２０ｍｍ×７５ｍｍ×２８ｍｍのコンパクトなケースとなっている。そして上面側には透明窓を配した小孔７が設けられており、これを通して内部に配設された発光ダイオードＬＥＤの点灯が目視できるようになっている。
【００２０】
また、別途に専用ハーネスを用いて図２の配線図におけるイグナイタユニット１とバッテリＢＡＴ．及び各点火プラグＰ１〜Ｐ４に付設されたイグニッションコイルＫ１〜Ｋ４の１次コイル側の＋端子と接地端子ＧＮＤ１〜ＧＮＤ４に接続するための接続コネクタ６が付設されている。
【００２１】
なお、図２に示されるように、前記イグナイタユニット１からは各点火プラグＰ１〜Ｐ４の点火タイミング（１次コイル側に流れている１次側電流の遮断のタイミング）を制御するスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のオン・オフ制御信号Ｓ１〜Ｓ４の信号線が従来のハーネスに代えて専用ハーネスで接続される。
【００２２】
図３から判るように、実際の自動車のエンジンルーム内に本発明のプラグ点火補助装置１０を装着した状態は、適当な空き空間にねじ止め或いは両面テープなどで設置固定され、上記専用ハーネス３を用いてエンジン２１回りにコンパクトに配線される。この際、専用ハーネス３は車種別に用意することが望まれる。
【００２３】
なお、本実施の形態では４気筒エンジンのダイレクトインジェクションシステムに対する適用の場合であるが、勿論、６気筒エンジンや８気筒エンジンなどの場合も、その点火プラグの数に応じて電解コンデンサＣ１〜、ダイオードＤ１〜が筺体８内に配設され、対応の接続コネクタ６でそれぞれの専用ハーネス３を介して接続されることは勿論である。
【００２４】
さて、上述のような構造の本発明のプラグ点火補助装置１０では、図９に示されるようなプラグ点火時Ａに１次コイルＬ１〜Ｌ４側に生起していた逆起電力が、図５に示されるように、各々のインジェクションコイルＫ１〜Ｋ４の１次コイルＬ１〜Ｌ４側の＋端子と接地端子ＧＮＤ１〜ＧＮＤ４間にそれぞれ並列に接続される電解コンデンサＣ１〜Ｃ４によって吸収され、プラグ点火時Ａの立下りが急峻で整った波形となり、遮断後の波形も速やかに収束して安定した波形となっている。
【００２５】
上記逆起電力の発生が抑えられることによるエンジンのインジェクションシステムへの恩恵は、例えば図６の具体的なスポーツカーの４気筒エンジンのトルク−エンジン回転数の対比グラフから判るように、従来の最大トルク（３９３７ｒｐｍ）３３．４ｋｇ／ｍが３５．１ｋｇ／ｍへと１．７ｋｇ／ｍ上昇し、また、図７の馬力−エンジン回転数のグラフから判るように、従来の最高馬力２４５．２ｐｓ（６３００ｒｐｍ）が２６２ｐｓ（６３００ｒｐｍ）へと１６．８ｐｓの上昇を果たしていることからも、インジェクションコイルＫ１〜Ｋ４の２次コイル側に高電圧が安定して得られ、高効率のプラグ点火が実現していることが明白である。付言すれば、特に、高回転域で顕著な効果が得られている（図６、図７参照）。
【００２６】
なお、本発明者の試作検討によれば、前記各点火プラグＰ１〜Ｐ４に接続される前記各電解コンデンサＣ１〜Ｃ４の容量は、好ましくは４７０μＦ〜４０００μＦとする。図５〜図７のグラフは４７０μＦの電解コンデンサを３個並列接続（全容量１４１０μＦ＝Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ４）した場合である。また、４７０μＦの電解コンデンサを２個並列接続した場合もほぼ同様な結果を得ている。ちなみに、容量が小さいと逆起電力の吸収に十分でなく、容量が４０００μＦを超えてしまうと高回転領域で電解コンデンサの充放電の応答性が悪くなって次の点火タイミングに影響を与えるおそれが出てくるので、上記範囲の容量が好ましいのである。勿論、上記容量の範囲は４気筒エンジンのほか、６気筒エンジン、８気筒エンジンの場合にも当てはまる。
【００２７】
次に、本発明に係るプラグ点火補助装置は上述のようなダイレクトインジェクションシステムに限らず、旧来のディストリビュータを用いたフルトランジスタ方式のインジェクションシステムに対しても原理的には同じ構成であることから適用可能である。図８はその適用例を簡略化した回路図である。
【００２８】
図８において、このインジェクションシステムは、パルスジェネレータ２６の生成する制御信号Ｓでイグナイタ２５がスイッチングトランジスタＱをオン・オフ制御し、インジェクションコイル２３の２次コイル側に生成される高電圧をディストリビュータ２２による配電切り替えによって点火プラグＰ１〜Ｐ４にそれぞれ適正なタイミングで印加し点火する構成であるが、これに対する本発明のプラグ点火補助装置３０は、前記イグニッションコイル２３の１次コイル側の±両端子間に並列に接続される電解コンデンサＣ６と、前記イグニッションコイル２３の１次コイル側の±両端子間に並列に逆方向接続されるダイオードＤ６と、更に好ましくは発光ダイオード点灯回路９と（図示略）、を前記と同様の筐体８内に格納するとともに前記イグニッションコイル２３及び電源供給側（ＢＡＴ．側）への接続コネクタを筺体８付設した構成とする。
【００２９】
この際の電解コンデンサＣ６の容量は前述のダイレクトインジェクションシステムの場合に比して多少小さめの範囲（数百μＦ程度）に留めるのが好ましいと考えられる。蓋し、１つの前記インジェクションコイル２３で４つの点火プラグＰ１〜Ｐ４の点火を担うことから、充放電の間隔が短くなり、応答性を速める必要があるからである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】４気筒エンジンのダイレクトインジェクションシステムに適用される本発明に係るプラグ点火補助装置の回路図である。
【図２】４気筒エンジンのダイレクトインジェクションシステムと本発明に係るプラグ点火補助装置の配線図である。
【図３】本発明に係るプラグ点火補助装置の外観を示す斜視図である。
【図４】自動車のエンジンルーム内への本発明のプラグ点火補助装置の装着例を示す図である。
【図５】前記プラグ点火補助装置を実装した場合の点火時に供給される１次側電流の波形図である。
【図６】本発明に係るプラグ点火補助装置を実装した４気筒エンジンと未装着の同エンジンとのトルク（ｋｇ／ｍ）対エンジン回転数（ｒｐｍ）の実測値のグラフである。
【図７】本発明に係るプラグ点火補助装置を実装した４気筒エンジンと未装着の同エンジンとの馬力（ｐｓ）対エンジン回転数（ｒｐｍ）の実測値のグラフである。
【図８】４気筒エンジンの４つの点火プラグに配電するディストリビュータを備えるフルトランジスタ式のインジェクションシステムに適用した本発明に係るプラグ点火補助装置の簡略化した回路図である。
【図９】従来の４気筒エンジンのダイレクトインジェクションシステムにおけるプラグ点火時の１次コイル側の電流波形の測定データのグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１    イグナイタユニット
３    専用ハーネス
５    フォトカプラ
６    接続コネクタ
７    小孔
８    筺体
９    発光ダイオード点灯回路
１０、３０    プラグ点火補助装置
２１    エンジン
２２    ディストリビュータ
２３    イグニッションコイル
２５    イグナイタ
２６    パルスジェネレータ
Ｃ１〜Ｃ４    電解コンデンサ
Ｐ１〜Ｐ４    点火プラグ
Ｑ１〜Ｑ４  スイッチングトランジスタ
Ｋ１〜Ｋ４    イグニッションコイル
Ｌ１〜Ｌ４    １次コイル
Ｄ１〜Ｄ４    ダイオード
ＬＥＤ    発光ダイオード
Ｓ１〜Ｓ４    オン・オフ制御信号
【図１】
2007009736.tif 000003
【図２】
2007009736.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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