JP2005260024A - 内燃機関の点火コイル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シンプルな磁路構造で、点火コイル装置を大形化することなく、磁路断面積を容易にかつ充分に確保し得る点火コイル装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関のプラグホールに挿入されて各点火プラグに直結して使用される筒形の点火コイル装置において、磁気回路を構成するコア５ａと、その外側に該コアと同心状をなして配置される一次コイル２及び二次コイル４とを備える。さらに、コイルケース８内に、コア，一次コイル，二次コイルがそれらの同心軸をコイルケースの直径方向に向けて配置され、さらに、筒状の磁性体５ｂが、コア，一次コイル，二次コイルの集合体を囲んで前記コイルケースの周方向に沿って配置される。このようなコアと筒状磁性体とにより、一次コイルの通電時に前記コイルケースの直径方向と周方向にかけて閉磁路が形成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関のプラグホールに挿入されて各点火プラグに直結して使用されている筒形点火コイル装置に関する。

細長円筒形状（ペンシル形状）の点火コイル装置を、内燃機関のシリンダヘッドの各プラグホール内に配置して、各点火コイルの二次コイルを各点火プラグと電気的に接続している独立点火型の点火コイル装置が知られている。

この種の点火コイル装置は、例えば特許文献１に開示されるように、磁気回路を形成するコア（センタコア）と、その外側にボビンを介して配置される一次コイル、二次コイルをコイルケースに収容している。コア、一次コイル、二次コイルの同心軸は、コイルケースの中心軸と同一方向をなすようにして、これらの点火コイル部材が配置されていた。

上記した独立点火型の点火コイル装置は、プラグホール内に挿入されるために、コイルケースに厳しいスペース状の制約がある。そのため、コイル部の収容面積が非常に狭いため、コア（磁路）断面積に厳しい制約がある。

例えば、現状では、工具（プラグレンチ）寸法等に配慮したＪＩＳ規格によってプラグホールの最大内径は約２２ｍｍと規定されている。したがって、上記の方法では、磁路を形成するコアの断面積も制限が存在する。点火コイルが磁気回路が閉磁路の場合、コイル性能を上げるにはそのコア断面積の増加、コア長さの減少が効果的である。

しかし、コイルケースの軸方向にコアの磁路方向を一致させると、コイルケース内のコア（磁路）断面積を大きくとることができず、高出力化に十分対応するのが困難である。

このような課題に着目して、例えば、特許文献２に示すように、点火コイルの筒形のコイルケース内に、コア及びその外側に同心状に配置される一次コイル、二次コイルを、それらの同心軸がコイルケースの中心軸と直角になるように配置したものが提案されている。

この方式は、点火コイルのコア断面積を、コイルケースの縦方向（軸方向）に広げることができるので、高圧駆動に必要なコア断面積を充分にとることができる。

特許文献２の点火コイルの磁路は、磁気損失を少なくするため、コアは、センタコア部と、センタコア部の両端から上下に掛け渡された上部ブリッジコア部及び下部ブリッジコア部とにより閉磁路を構成する。この閉磁路内に一次および二次コイルが装着される。

特開平２−２３０９６４号公報

特開２００２−７５７５９号公報

上記の上部ブリッジコア部、下部ブリッジコア部を有する磁路は、特殊な磁路構造となる。本発明の目的は、従来のようなブリッジコア構造を採用することなく、シンプルな磁路構造で、点火コイル装置を大形化することなく、磁路断面積を容易にかつ充分に確保し得る点火コイル装置を提供することにある。

上記目的は、下記の構成によって達成される。

すなわち、内燃機関のプラグホールに挿入されて各点火プラグに直結して使用される筒形の点火コイル装置において、磁気回路を構成するコアと、その外側に該コアと同心状をなして配置される一次コイル及び二次コイルとを備える。さらに、筒形のコイルケース内に、前記コア，一次コイル，二次コイルがそれらの同心軸を該コイルケースの直径方向に向けて配置され、さらに、筒状の磁性体が、前記コア，一次コイル，二次コイルの集合体を囲んで前記コイルケースの周方向に沿って配置される。このようなコアと筒状磁性体とにより、一次コイルの通電時に前記コイルケースの直径方向と周方向にかけて閉磁路が形成される。

上記構成によれば、コア、一次コイル、二次コイルは、それらの同心軸がコイルケース（筒形ケース）の中心軸と直角或いは略直角となる。したがって、一次コイル及び二次コイルの磁路断面積は、コイルケースの上下方向（長手方向）に拡がるので、コアの磁路断面積がコイルケースの径により制限を受けるといった事態をなくして、コア断面積を充分に確保することができる。また、点火コイル駆動用の閉磁路は、このコアとコイルケースの周方向に沿った筒状磁性体より構成されるので、閉磁路構造の簡略化を図ることができる。

以下、本発明の一実施例を、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る独立点火型の内燃機関用点火コイル装置の全体構成を示す縦断面図、図２は、その点火コイル装置のＡ−Ａ´断面図、図３はその点火コイル装置の磁気回路だけを示す平面図である。

コイルケース８は、熱可塑性合成樹脂（例えば、ポリエチレンテフタレート（以下、「ＰＢＴ」という）や、ポリフェニレンサルファイド（以下「ＰＰＳ」という）等で成形される。

コイルケース８は、図示されないプラグホールに挿入可能にするために、細長の円筒形に成形されており、その内部に点火コイルの組立体（閉磁路コア５，一次コイル２，二次コイル４等）が収容され、また、その下端に点火プラグ（図示せず）の一部を導入する点火プラグ接続用のゴムブーツ１３が設けられる。

コイルケース８の内部には、磁気回路を構成するコア５ａ及びその外側に同心状に配置された一次コイル２及び二次コイル４が、それらの同心軸をコイルケース８の中心軸と直角或いは略直角にして配置される。すなわち、コア５ａ，一次コイル２，二次コイル４は、それらの同心軸が図２に示すようにコイルケース８の直径方向に向く。また、このコア５ａと協働して閉磁路５を形成する筒形の磁性体５ｂが、コア５ａ，一次コイル２，二次コイル３の集合体（コイル組立体）を囲んでコイルケース８の周方向に沿って配置されている。

以下、コア５ａをセンタコア、筒状磁性体５ｂをサイドコアと称する。

本実施例では、内側から順にセンタコア５ａ，一次ボビン１，一次コイル２，二次ボビン３，二次コイル４が配置されている。なお、一次コイル２と，二次コイル４との位置関係は、内側を二次コイル４、外側を一次コイル２とすることも可能である。

ここで、一次ボビン１は、熱可塑性合成樹脂（例えば、ＰＰＳやＰＢＴ）や、変性ポリフェニレンオキサイド（以下「変性ＰＰＯ」という）等で成形され、その外周に一次コイル２が巻き付けられている。一次コイル２は、線径０．３〜１．０ｍｍ程度のエナメル線であり、このエナメル線を一層当たり数十回ずつ、数層にわたり積層し、合計５０〜３００回程度積層巻きされている。同じく熱可塑性合成樹脂（例えば、ＰＰＳや変性ＰＰＯ、ＰＢＴ等）で成形された二次ボビン３には、二次コイル４が巻き付けられる。二次コイル４は、線径が０．０３〜０．０６ｍｍ程度のエナメル線であり、合計５０００〜２００００回程度分割巻きや斜め巻きされている。二次ボビン３は、二次コイル４で発生した高電圧を絶縁する役目もある。

一次コイル２および二次コイル４のうち外側に配置されるコイル（本実施例では、二次コイル４）は、図２に示すように、コイルケース８の直径方向（一次コイル、二次コイル、センタコア５ａの同心軸）の中央部の巻き数が最大で、その直径方向の両端側の巻き数が最小となる断面が円弧形状の巻線形態をなしている。この断面円弧形状により二次コイル４がサイドコア５ｂの内周とセンタコア５ａの間に無駄なスペースを生じさせることなく、しかも二次コイル４の外周がサイドコア５ｂ内周との間に略均一な絶縁ギャップを保ってサイドコア内周に対向することができる。ただし、二次コイル４の高圧側４ｂとサイドコア５ｂ内周との間のギャップは、リーク電圧防止のために二次コイル外周・サイドコア内周間の他の部位のギャップよりも、できるだけ大きくしている。

二次コイル４は、その一端４ａがコイルの巻き始めとなり、バッテリ電源（図示省略）に一次コイル２の一端と共に接続される。その他端４ｂは、高圧側となり、一次コイル１の通電を遮断したときに高電圧（例えば約３０ＫＶ）が発生する。

図６の（ａ）は二次コイルを省略して二次ボビン３の外形を示す斜視図であり、板ばね１０をボビン３に取り付ける前の状態を示している。図６の（ｂ）は二次ボビン３に板ばね１０を取り付けた状態の部分斜視図を示している。

二次コイル４の高圧側の一端（巻き終わり端）４１は、過早着火防止用ダイオード２０のリードピン２１に接続される。二次ボビン３の下端には、ボビン軸方向の両端に、ダイオード２０を保持する一対のホルダー３０ａ，３０ｂが一体成形される。このホルダー３０ａ，３０ｂ間が二次コイル４の巻き付けスペースになる。ダイオード２０は、二次コイル４を巻き付けた後にホルダー３０ａ，３０ｂに取り付けられる。ホルダー３０ｂには、板ばね１０を保持するポケット３１が一体成形される。板ばね１０の一端は、ポケット３１に下側から挿入されて固定される。このポケット３１にはダイオード２０のリードピンの他端が位置する。板ばね３１をポケット３１の下端より挿入すると、板ばね１０の一端に設けたスリット１０ｂにダイオード２０のリードピンが嵌合して、板ばね３１とダイオード２０とが接続される。

ダイオード２０は、一次コイル２の通電遮断時に二次コイル４に誘起される高圧電圧Ｖ２（図１０に示す）に対しては順方向の極性となる。一方、一次コイル２の通電立ち上がり時（図１０の符号のＶ１´）に二次コイル４に誘起される電圧Ｖ２´に対して逆方向の極性となる。それにより電圧Ｖ２´を原因とする過早着火の発生を防止する。

コイルケース８の下端内部には、二次コイル４の高圧側の板ばね１０の一端が接触する高圧端子１１が内装され、さらに、高圧端子１１と電気的に接続する点火プラグ接続用のスプリング１２が内装されている。

コイルケース８の点火プラグが挿入される部分は、シリコンゴムなどのゴムブーツ１３で絶縁されている。

二次ボビン３の二次コイルの巻き始め側となる上部には、バッテリ電源からの電力供給用のリード端子３５の一端を挿入するポケット３２が一体成形される。このリード端子３５は、一端が折曲形成されて、その一端に一次コイル２のリード線２０１と二次コイル４の低圧側のリード線４２が巻き付けられる。

一次コイル２の他端（図示省略）は、図示されない電子スイッチング素子（例えば、パワートランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）と接続され、点火制御信号により通電，遮断制御される。

なお、過早着火防止用のダイオード２０は、二次コイル４の低圧側に接続してもよい。この場合の二次コイル４の高圧側接続用の弾性金具１０´の取り付け態様を図９に示している。

図９の（ａ）は弾性金具１０´の取り付け前の状態であり、同図の（ｂ）は取り付け後の状態である。金具１０´は二次ボビン３と一体成形したポケット３０ｃに、ポケット下側から挿入されて取り付けられる。金具１０´には二次コイルの高圧側のリード線４１が巻き付けられる。金具１０´の先端が高圧端子１１に接触する。その他は、図８の（ａ）、（ｂ）同様である。

ここで、本実施例の点火コイル駆動用の磁気回路（閉磁路）について説明する。

センタコア５ａは、図２に示すように一次コイル２，二次コイル４と同心の軸がコイルケース８の直径方向に向くことにより、その磁路もコイルケース８の直径方向に形成される。一方、サイドコア５ｂは、コイルケース８の周方向に沿って形成される。本実施例では、サイドコア５ｂをコイルケース８の内周に設けるが、コイルケース８の外周に設けてもよい。

センタコア５ａとサイドコア５ｂとによって、図２の矢印に示すように１次コイルの通電時にコイルケース８の直径方向から円周方向に閉磁路が形成される。また、この閉磁路内に一次コイル２，二次コイル４が収まるように配置されている。

センタコア５ａの同心軸方向の両端は、サイドコア５ｂの内周面に接触状態或いは微小エアギャップ或いは閉磁路と逆極性の永久磁石を介して対向している。

図２，図３では、センタコア５ａの同心軸方向の両端をサイドコア５ｂの内周に適合する円弧面にして、センタコアの同心軸方向の両端面をサイドコアの内周面に接触或いは微小ギャップを介して対向させている。このようにしても、磁気回路の断面積を広く確保できるので、磁気飽和を防止して、従来方式（センタコアの磁路をコイルケースの軸方向に設ける方式）に比べて大きな磁気エネルギーを確保することができる。

図４は、本実施例の磁気回路の態様である。この態様では、センタコア５ａとサイドコア５ｂ間のギャップ部の片方もしくは両方には、一次コイル２で形成された磁束と反対方向の磁束を磁路中に発生させるマグネット７が介在している。このようにすれば、磁気飽和を防止しつつより大きいな磁気エネルギーを得ることができる。

センタコア５ａは、板厚０．２〜０．５ｍｍの珪素鋼板又は方向性珪素鋼板をプレス積層している。その形状は、図２〜図５の如く、I型状を成し一次コイル２の内側に入る形状となっている。

センタコア５ａの断面は図６に示したように、縦横比を１以上とした長方形もしくは長方形の角を丸くした形状である。また、サイドコア５ｂは、０．２〜０．５ｍｍの珪素鋼板又は、方向性珪素鋼板並みの飽和磁束密度を有する材料を筒状に積層したり、渦巻形状に形成してあり、ケースコイル８の内周面に設置されている。センタコア５ａ及びサイドコア５ｂの断面形状を図７に示す。

ここでセンタコア５ａの断面積はS1、センタコア５ａの縦の長さはＬ１であり、サイドコア５ｂの断面積はＳ２＋Ｓ３、サイドコア５ｂの縦の長さはＬ２である。このとき、サイドコア５ｂの断面積Ｓ２＋Ｓ３はセンタコア５ａの断面積Ｓ１の６０％以上であり、サイドコア５ｂの縦の長さＬ２はセンタコア５ａの縦の長さＬ１の９０％以上を持つ形状である。それぞれのコアをコイルケース内部に設置することで、上記した閉磁路が構成される。

一次コイル２，二次コイル４，センタコア５ａの間の電界集中及び応力集中を防止するために、一次ボビン１とセンタコア５ａとの間には、可とう性エポキシ６ａを真空下（例えば４Ｔｏｏｒ以下）で注入し、硬化するか、センタコア５ａの周りにシリコンゴム６ｂを被せるか、センタコア５ａの周りに熱収縮チューブ６ｃを被せる。一次コイル２、二次コイル４、センタコア５ａ等のコイル部は、その同心軸がケース８の中心軸と直角になるように挿入され、サイドコア５ｂはコイルケース８と同心軸上に挿入されている。また、コイルケース８内には、エポキシ樹脂９を真空下（例えば４Ｔｏｏｒ以下）で注入し、硬化して高電圧を絶縁する。

コイルケース８の上部には、一次コイル２を通電制御する電子回路を備えたイグナイタ（点火制御回路）１５が装着されている。イグナイタケース１５と一体にコネクタ端子１６ａを備えたコネクタケース１６が形成される。

二次コイル４で発生した高電圧は、板ばね１０、高圧端子１１、スプリング１２等を介して点火プラグに供給される。コイルケース８のうち、プラグホールの入口部に位置する箇所には、プラグホール内に水が進入せず、且つ換気が出来るようなプラグホールシール１４を取り付けている。一次コイル２に必要な電源と、イグナイタ１５への点火信号は、コネクタ１６のコネクタ端子１７から供給される。

本実施例によれば、コイル部の同心軸を、コイルケース８の中心軸と直角或いは略直角に配置構成することにより、センタコア５ａの断面積は、スペース的な制約を受けることがなく大きくすることができ、併せて閉磁路を構成することにより、今まで以上に巻線を少なくして高電圧を発生することが可能となる。

したがって、独立点火型の点火コイル装置のようにコイル部を細長円筒ケースに内装する方式であっても、点火コイルの高圧駆動に必要なコア断面積を充分かつ容易に確保することができ、限られたスペースの中で高出力の円筒型内燃機関用点火コイル装置を実現することができる。

さらに、点火コイル駆動の磁気回路の構造を単純化させることで、コイルを大形化することなく磁路断面積を容易に確保することができる。

本発明の一実施例に係る円筒型内燃機関用点火コイル装置の構成を示す縦断面図。 図１のＡ−Ａ´断面図。 図２の断面状態において、センタコアとサイドコアのみを示している横断面図。 図１の別の態様を示すＡ−Ａ´断面図。 図４の断面状態において、センタコアとサイドコアのみを示している横断面図。 上記実施例に用いるセンタコアの斜視図。 上記実施例に用いるセンタコアとサイドコアの縦方向の断面形状を示す説明図。 上記実施例に用いる二次ボビンの一形態を示す斜視図。 上記実施例に用いる二次ボビンの他の形態を示す斜視図。 点火コイルの一次電圧と二次電圧を示す説明図。

符号の説明

１…一次ボビン、２…一次コイル、３…二次ボビン、４…二次コイル、５…閉磁路、５ａ…センタコア（コア）、５ｂ…サイドコア（筒状磁性体）、８…コイルケース。

Claims (12)

1. 内燃機関のプラグホールに挿入されて各点火プラグに直結して使用される筒形の点火コイル装置において、
   磁気回路を構成するコアと、その外側に該コアと同心状をなして配置される一次コイル及び二次コイルとを備え、
   筒形のコイルケース内に、前記コア，一次コイル，二次コイルがそれらの同心軸を該コイルケースの直径方向に向けて配置され、さらに、筒状の磁性体が、前記コア，一次コイル，二次コイルの集合体を囲んで前記コイルケースの周方向に沿って配置され、
   前記コアと前記筒状磁性体とにより、前記一次コイルの通電時に前記コイルケースの直径方向と周方向にかけて閉磁路が形成されることを特徴とする内燃機関の点火コイル装置。
2. 請求項１において、前記コア、一次コイル、二次コイルは、それらの同心軸が前記コイルケースの中心軸と直角或いは略直角となるように配置されている内燃機関の点火コイル装置。
3. 請求項１又は２において、前記コアの同心軸方向の両端は、前記筒状磁性体の内周面に接触或いはエアギャップ或いは前記閉磁路と逆極性の永久磁石を介して対向している内燃機関の点火コイル装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記コアの断面は、縦と横の比が１以上の長方形もしくは長方形の角をアールにした形状である内燃機関の点火コイル装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、前記筒状磁性体は、磁性円筒プレートを複数枚積層した構造或いは渦巻き状に巻いた構造である内燃機関の点火コイル装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、前記コアの断面積は、前記筒状磁性体の断面積の少なくとも６０％であり、前記筒状磁性体の軸方向の長さは、前記コアの縦の長さの少なくとも９０％以上である内燃機関の点火コイル装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項において、前記一次コイルは前記二次コイルの内側もしくは外側に配置され、かつ前記一次コイルおよび二次コイルのうち外側に配置されるコイルは、前記コイルケースの直径方向の中央部の巻き数が最大でその直径方向の両端側の巻き数が最小となる断面が円弧形状の巻線形態をなしている内燃機関の点火コイル装置。
8. 内燃機関のプラグホールに挿入されて各点火プラグに直結して使用される筒形の点火コイル装置において、
   磁気回路を構成するコアと、その外側に同心状に配置される一次コイル及び二次コイルとを備え、前記一次コイルと二次コイルは、いずれか一方が内側、他方が外側に配置され、
   筒形のコイルケース内に、前記コア，一次コイル，二次コイルがそれらの同心軸を該コイルケースの直径方向に向けて配置され、
   かつ前記一次コイルおよび二次コイルのうち外側に配置されるコイルは、前記コイルケースの直径方向中央部の巻き数が最大で直径方向両端側の巻き数が最小となる断面が円弧形状の巻線形態をなしていることを特徴とする内燃機関の点火コイル装置。
9. 内燃機関のプラグホールに挿入されて各点火プラグに直結して使用される筒形の点火コイル装置において、
   磁気回路を構成するコアと、その外側に同心状に配置される一次コイル及び二次コイルとを備え、
   筒形のコイルケース内に、前記コア，一次コイル，二次コイルがそれらの同心軸を該ケースの直径方向に向けて配置され、
   前記二次コイルは前記一次コイルの外側に配置され、二次コイルの高圧側に過早着火防止用のダイオードが接続され、かつ前記二次コイルを巻くための二次ボビンには、その下端のボビン軸方向の両端に、前記ダイオードを保持する一対のホルダーが前記ボビンと一体成形され、このホルダー間が前記二次コイルの巻き付けスペースになることを特徴とする内燃機関の点火コイル装置。
10. 請求項９において、前記二次コイルは前記一次コイルの外側に配置され、前記過早着火防止用ダイオードの一端に導電性の弾性金具が接続され、この弾性金具を介して前記ダイオードと点火プラグ取付け側の高圧端子とが電気的に接続される内燃機関の点火コイル装置。
11. 請求項１０において、前記過早着火防止用ダイオードを保持するホルダーに前記弾性金具の一部を挿入するためのポケットが一体成形され、このポケット内で前記ダイオードのリード端子と前記板弾性金具が接続される内燃機関の点火コイル装置。
12. 内燃機関のプラグホールに挿入されて各点火プラグに直結して使用される筒形の点火コイル装置において、
    磁気回路を構成するコアと、その外側に同心状に配置される一次コイル及び二次コイルとを備え、
    筒形のコイルケース内に、前記コア，一次コイル，二次コイルがそれらの同心軸を該ケースの直径方向に向けて配置され、
    前記二次コイルの低圧側に過早着火防止用のダイオードが接続され、
    前記二次コイルを巻くためのボビンは、その下端の二次コイル高圧側に弾性金具が取付けられ、この弾性金具を介して前記二次コイルの高圧側リード線と点火プラグ取付け側の高圧端子とが接続されていることを特徴とする内燃機関の点火コイル装置。
    

Images