JP2001189224A - 内燃機関のためのロッド型点火変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロッド型点火変圧器および点火ユニットが、
それぞれ非常にコンパクトに形成可能であると共に、高
い磁束変化速度における渦電流損失を回避して、できる
だけ僅かに蓄積されたエネルギで３０ｋＶまでの点火電
圧を誘起する状態にあるようにする。 【解決手段】 中央のコイルコア３が、強磁性の粉末複
合材料から形成されているようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロッド型点火変圧
器であって、低電圧ターミナルと高電圧ターミナルとが
組み込まれているケーシングと、一次コイルが配置され
ている中央のコイルコアと、一次コイルを取り囲んでい
て、かつ二次コイルが配置されているコイル支持体と、
渦電流損失の少ない高透磁性の磁性材料から成る磁気的
な帰路とが設けられている形式のものに関する。さら
に、本発明は、点火ユニットであって、前記ロッド型点
火変圧器と、電子的な構成素子と、点火プラグとが設け
られている形式のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】請求項１の上位概念部に記載した形式の
ロッド型点火変圧器は、アメリカ合衆国特許第５６３２
２５９号明細書に基づき公知である。このアメリカ合衆
国特許第５６３２２５９号明細書には、ケーシングと、
点火プラグに直接差し込まれる組み込まれた点火プラグ
コネクタとを備えた円筒状のロッド型点火変圧器が記載
されている。中央のコイルコアは、一次コイルと二次コ
イルとによって取り囲まれる。磁気的な帰路が両コイル
を取り囲んでいる。中央のコイルコアは、磁気的なブリ
ッジを用いて磁気的な帰路に接続されている。渦電流損
失を回避するために、磁束を案内する全ての部分は積層
薄板として形成されている。この積層薄板は渦電流を、
磁束の、従来の変化速度で小さく保持している。しか
し、磁束変化が極めて迅速である場合または磁束の変化
速度が極めて高い場合には、積層薄板は、点火変圧器
の、磁束を案内する全ての部分における渦電流をもはや
十分に抑制することができない。その結果、磁束変化が
極めて迅速である場合には、磁束を案内する材料におけ
るエネルギ損失が生ぜしめられる。これによって、点火
コイルの効率は著しく低下する。

【０００３】火花点火式の内燃機関における技術的な開
発は、常にコンパクトな点火変圧器に向けられている。
さらに、技術的な開発は、それぞれ個々の燃焼室自体の
個別処理を目標としている。電気的または電子的な切換
装置を用いて個々の点火プラグに分配される点火電圧
の、中央の供給装置の代わりに、それぞれ個々の燃焼室
のための点火電圧を別個に誘起する点火変圧器がますま
す多く使用されるようになっている。この場合、この点
火変圧器の、獲得可能なコンパクト性が決定的に重要と
なる。この場合、点火変圧器のために必要となる構成ス
ペースは、従来の点火プラグのために必要となる構成ス
ペースを可能な限り僅かしか拡張しないことが望まし
い。

【０００４】点火変圧器は、点火動作を開始するため
に、通常３０ｋＶの高電圧を準備しなければならない。
これに対して、点火スパークの燃焼期間中は、点火スパ
ークを維持するためには、通常約５００Ｖの電圧で十分
である。一般的に、３０ｋＶの点火電圧は、点火スパー
クのために必要となるエネルギが点火変圧器の磁束から
取り出されることによって誘起される。この場合、点火
変圧器に生ぜしめられた渦電流損失は付加的に、磁気エ
ネルギの形で点火変圧器に蓄積されなければならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
課題は、ロッド型点火変圧器および点火ユニットを改良
して、ロッド型点火変圧器および点火ユニットが、それ
ぞれ非常にコンパクトに形成可能であると共に、高い磁
束変化速度における渦電流損失を回避して、できるだけ
僅かに蓄積されたエネルギで３０ｋＶまでの点火電圧を
誘起する状態にあるようにすることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明のロッド型点火変圧器では、中央のコイルコア
が、強磁性の粉末複合材料から形成されているようにし
た。さらに、前記課題を解決するために本発明の点火ユ
ニットでは、ロッド型点火変圧器と、電子的な構成素子
と、点火プラグとが、ただ１つのケーシング内に配置さ
れていて、統合されたユニットを形成しているようにし
た。

【０００７】さらに有利な構成は従属請求項に記載され
ている。

【０００８】

【発明の効果】本発明によるロッド型点火変圧器はケー
シング内に、搭載電源供給部に通じる、組み込まれた低
電圧ターミナルと、点火プラグに通じる、組み込まれた
高電圧ターミナルとを有している。ケーシング内には、
一次コイルと二次コイルとが、強磁性の粉末複合材料か
ら成る中央のコアを取り囲むように配置されている。磁
気的な帰路は、渦電流損失の少ない耐高電圧性の磁性材
料から形成されている。磁気性の帰路がフェライトから
形成されていると有利である。粉末複合材料は、有利に
は、１００よりも大きな相対透磁率μ_Ｒと、０．５Ωｃ
ｍ〜１×１０^４Ωｃｍの範囲にある固有の電気抵抗ρ
と、０．１テスラおよび１００ｋＨｚの場合に、１００
μＷｓ／ｃｍ^３（マイクロワット秒毎立方センチメート
ル）よりも小さな固有の磁気ヒステリシス損失とを有し
ている。

【０００９】本発明によって、主として、次のような利
点が得られる：粉末複合材料によって、磁束変化速度が
高速ないしは超高速の場合でも、磁束を案内する部分に
おける渦電流が確実に抑制される。本発明が、１５Ｖ
（ボルト）以上の磁束変化速度ｄΦ／ｄｔで使用される
と有利である。従来の点火変圧器では、通常４Ｖの磁束
変化速度が生ぜしめられる。粉末複合材料の使用によっ
て、点火変圧器のエネルギ効率が改善される。さらに、
点火変圧器には、通常３０ｋＶの点火電圧を獲得するた
めに、僅かな磁気エネルギが蓄積されなければならな
い。

【００１０】粉末複合材料から成る加工物は、プレス加
工部材として成形または製造することができる。これに
よって、この加工物は、一方では廉価に製造することが
でき、他方では加工物自体の、手間のかからない形状付
与を簡単に実現することも可能となる。

【００１１】フェライトから成る磁気的な帰路の有利な
構成は、帰路が同時に電気絶縁体として働き、これによ
って、別個の絶縁体のためにかかる費用を削減すること
ができるという利点を有している。これによって、有利
には、ロッド型点火変圧器の構成サイズを減少させるこ
とができる。

【００１２】強磁性の粉末複合材料から成るコイルコア
と、渦電流損失の少ない高透磁性の磁性材料とから成る
本発明によるロッド型点火変圧器または本発明による点
火ユニットは、有利には、点火変圧器が、できるだけ僅
かに蓄積されたエネルギによって３０ｋＶまでの自己誘
導電圧を誘起し、次いで、交流電圧によって運転され
る、自動車のための点火装置での使用のために適してい
る。交流電圧の周波数が、１０ｋＨｚ（キロヘルツ）よ
りも大きく設定されていると有利である。この周波数
は、使用される磁性材料による渦電流損失の回避に特に
有利である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面につき詳しく説明する。

【００１４】図１に示したロッド型点火変圧器１はケー
シング２を有している。このケーシング２内には、強磁
性の粉末複合材料から成るコア３に沿って一次コイル４
が配置されている。絶縁性の材料から成るコイル枠体５
は一次コイル４を取り囲んでいて、コイル枠体５に巻き
付けられた二次コイル６から一次コイル４を隔離してい
る。コイル枠体５は分割ウェブ７によって、二次コイル
６の巻線を複数の室内に分割している。高電圧ターミナ
ル８は、電気的な接続部９を介して二次コイル６に接続
されている。

【００１５】一次コイル４は、接続線路１０を用いて制
御電子回路（図１には図示せず）に接続することができ
る。同様に、二次コイル６の低電圧側も、接続線路１１
を介して電子回路（図示せず）に接続することができ
る。高電圧ターミナル８は、ケーシング２内に設けられ
た保持部１２によって電気的に絶縁されていて、かつ機
械的に位置固定されている。高電圧ターミナル８が高電
圧コネクタとして形成されていると有利である。これに
よって、ロッド型点火変圧器１を機械的にかつ電気的に
直接点火プラグ（図示せず）に連結することが可能とな
る。ゴム状の絶縁体１３がケーシング２を高電圧側で閉
鎖していて、ロッド型点火変圧器１が点火プラグ（図示
せず）に被せ嵌められる場合に、ロッド型点火変圧器１
を点火プラグの磁器絶縁部（磁器碍子）に対して絶縁し
ている。

【００１６】一次コイル４と二次コイル６とは、磁束の
ための、円筒状の帰路１４によって取り囲まれる。この
磁気的な帰路１４は、本実施例では、渦電流損失の少な
い高透磁性の磁性材料から形成されている。別の実施例
では、有利には、帰路がフェライトから形成されてい
る。特に有利な実施例では、帰路が強磁性の粉末複合材
料から製造されている。有利には、帰路のために、１０
０よりも大きな相対透磁率μ_Ｒを有する強磁性の材料が
使用されている。

【００１７】ロッド型点火変圧器１のケーシング２内の
中空室は、低電圧側から見て、高電圧ターミナル８に至
るまで封止用コンパウンド１５によって、高電圧に耐え
られるように封止されている。特に、ケーシング２と、
帰路１４と、二次コイル６と、コイル枠体５と、一次コ
イル４との間の中空室が封止用コンパウンド１５によっ
て、高電圧に耐えられるように封止されている。

【００１８】図２には、低電圧側に付加的な磁気的なフ
ルブリッジ１７を備えた、図１に示した本発明によるロ
ッド型点火変圧器１が示してある。フルブリッジ１７
は、磁束を磁気的な帰路１４内で中央のコイルコア３に
引き渡すので、磁束は、可能な限りロッド型点火変圧器
１の周囲に延びないようになっており、このロッド型点
火変圧器１の運転時にも、電磁界がロッド型点火変圧器
１の周囲に放射されることはない。

【００１９】図３には、図２に示したロッド型点火変圧
器１の変化実施例が示してある。このロッド型点火変圧
器１は付加的に、このロッド型点火変圧器１の高電圧側
に磁気的な部分ブリッジ１８を有している。この部分ブ
リッジ１８は、高電圧側で磁束を帰路１４から中央のコ
イルコア３に案内するようになっていて、ひいては部分
ブリッジ１８の機能中にフルブリッジ１７を低電圧側で
支持している。

【００２０】図４には、中央のコイルコア３に組み込ま
れた付加的な永久磁石１９を備えた図３のロッド型点火
変圧器１の変化実施例が示してある。永久磁石１９によ
って、ロッド型点火変圧器１の磁性材料、特に磁気的な
帰路１４と、コイルコア３とのヒステリシス特性に有利
に影響を与えることができる。永久磁石１９によって、
ロッド型点火変圧器１の磁性材料は磁気的に予め負荷さ
れ（ｖｏｒｇｅｓｐａｎｎｔ）、これによって、この磁
性材料は、磁気的な飽和状態に達する前に、より高く制
御することができる。永久磁石１９はその磁界によっ
て、ロッド型点火変圧器１の磁性材料を予め負荷する、
基準となる磁界の強さを予め設定する。これによって、
永久磁石１９の磁界の強さに応じて、ロッド型点火変圧
器１に蓄積可能なエネルギに適切に影響を与えることが
できる。Ｂ−Ｈ曲線（Ｂ：磁気誘導、Ｈ：磁界の強さ）
において磁性材料を、基準となる磁界の強さよりも高く
制御することができればできるほど、それだけますます
多くの磁気エネルギを、構成サイズを変更することなし
にロッド型点火変圧器１に蓄積することができる。

【００２１】図５には、本発明の特に有利な実施例が示
してある。統合された点火ユニット１ａは、図１〜図４
に示したロッド型点火変圧器１と、集積された電子的な
構成素子ＩＣと、点火プラグ２１とから形成されてい
る。電子的な構成素子ＩＣには、低電圧側で接続部２２
を介して直流電圧が供給される。自動車での使用時に
は、直流電圧は、一般的に搭載電源から取り出される。
直流電圧は、低電圧ターミナルとして形成された接続ピ
ン１６を介してロッド型点火変圧器１の一次コイル４に
供給される。これによって、ロッド型点火変圧器１の二
次コイル６に二次電圧が誘起される。この二次電圧の電
圧レベルは、二次コイル６に対する一次コイル４の巻線
比率に関して調整することができる。ロッド型点火変圧
器１の一次電流を遮断することによって、ロッド型点火
変圧器１の巻線に自己誘導電圧が誘起される。この自己
誘導電圧は、点火スパークのための点火電圧として使用
され、二次側で３０ｋＶまで増大することができる。

【００２２】二次電圧は、二次コイル６から接続線路９
を介して取り出され、点火プラグ２１に印加される。図
示の実施例では、点火プラグ２１は、接続線路９を用い
て直接二次コイル６に接続されている。この場合、接続
線路９は同時に高電圧ターミナル８を形成している。図
１〜図４に示したような別個の高電圧ターミナル８は、
この場合には省略することができる。しかし、別個の高
電圧ターミナル８を備えたロッド型点火変圧器１を設け
ることも可能である。特に、高電圧ターミナル８が高電
圧コネクタとして形成されている場合には、これによっ
て、統合された点火ユニット１ａの製造時に複数の利点
を獲得することができる。つまり、この場合、ロッド型
点火変圧器１はまず、点火プラグ２１をケーシング２内
に差し込むことによって、点火プラグ２１と一体に形成
され得る。これによって、点火プラグ２１は一時的な位
置固定部を獲得する。次いで、この一時的な位置固定部
は、耐高電圧性の封止用コンパウンド１５を用いてケー
シング内部全体を封止することによって完全に固定する
ことができる。図５に示した実施例では、点火プラグ２
１が、高電圧コネクタによる一時的な位置固定部なしに
直接に封止用コンパウンド１５内に埋め込まれている。
残りのケーシング中空室も全て、封止用コンパウンド１
５によって高電圧に耐えられるように封止されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】円筒状の帰路を備えた本発明によるロッド型点
火変圧器の概略的な断面図である。

【図２】円筒状の帰路と、低電圧側のフルブリッジとを
備えたロッド型点火変圧器の概略的な断面図である。

【図３】円筒状の帰路と、低電圧側のフルブリッジと、
高電圧側の部分ブリッジとを備えたロッド型点火変圧器
の概略的な断面図である。

【図４】円筒状の帰路と、コイルコア内に組み込まれた
永久磁石とを備えたロッド型点火変圧器の概略的な断面
図である。

【図５】ロッド型点火変圧器と、付加的な電子回路と、
点火プラグとから成る、統合された点火ユニットの概略
的な断面図である。

【符号の説明】

１ ロッド型点火変圧器、 １ａ 点火ユニット、 ２
ケーシング、 ３コア、 ４ 一次コイル、 ５ コ
イル枠体、 ６ 二次コイル、 ７ 分割ウェブ、 ８
高電圧ターミナル、 ９ 接続部、 １０，１１ 接
続線路、 １２ 保持部、 １３ 絶縁体、 １４ 帰
路、 １５ 封止用コンパウンド、１６ 接続ピン、
１７ フルブリッジ、 １８ 部分ブリッジ、 １９
永久磁石、 ２１ 点火プラグ、 ２２ 接続部、 Ｉ
Ｃ 構成素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴィルフリート シュモラ ドイツ連邦共和国 ディーツェンバッハ アム シュタインベルク 81 (72)発明者 ハラルト ヴィンター ドイツ連邦共和国 ハッタースハイム リ ッターシュトラーセ ９

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロッド型点火変圧器（１）であって、低
   電圧ターミナル（１６）と高電圧ターミナル（８）とが
   組み込まれているケーシング（２）と、一次コイル
   （４）が配置されている中央のコイルコア（３）と、一
   次コイル（４）を取り囲んでいて、かつ二次コイル
   （６）が配置されているコイル支持体（５）と、渦電流
   損失の少ない高透磁性の磁性材料から成る磁気的な帰路
   （１４）とが設けられている形式のものにおいて、中央
   のコイルコア（３）が、強磁性の粉末複合材料から形成
   されていることを特徴とする、ロッド型点火変圧器。
2. 【請求項２】 高電圧ターミナル（８）が高電圧コネク
   タとして形成されている、請求項１記載のロッド型点火
   変圧器。
3. 【請求項３】 磁気的な帰路（１４）が、１００よりも
   大きな相対透磁率を有する強磁性の材料から形成されて
   いる、請求項１記載のロッド型点火変圧器。
4. 【請求項４】 磁気的な帰路（１４）がフェライトから
   形成されている、請求項１記載のロッド型点火変圧器。
5. 【請求項５】 磁気的な帰路（１４）が、強磁性の粉末
   複合材料から形成されている、請求項１記載のロッド型
   点火変圧器。
6. 【請求項６】 磁気的な帰路（１４）が、低電圧側でフ
   ルブリッジ（１７）を介して中央のコイルコア（３）に
   磁気的に接続されている、請求項１から５までのいずれ
   か１項記載のロッド型点火変圧器。
7. 【請求項７】 磁気的な帰路（１４）が、高電圧側で磁
   気的な部分ブリッジ（１８）を介して中央のコイルコア
   （３）に磁気的に接続されている、請求項１から６まで
   のいずれか１項記載のロッド型点火変圧器。
8. 【請求項８】 中央のコイルコア（３）が永久磁石（１
   ９）を有している、請求項１から７までのいずれか１項
   記載のロッド型点火変圧器。
9. 【請求項９】 低電圧側から高電圧ターミナル（８）ま
   でのケーシング中空室が、封止用コンパウンド（１５）
   によって、高電圧に耐えられるように封止されている、
   請求項１から８までのいずれか１項記載のロッド型点火
   変圧器。
10. 【請求項１０】 自己誘導と交流電圧との組合わせによ
    って運転される点火装置に設けられた、請求項１から９
    までのいずれか１項記載のロッド型点火変圧器の使用。
11. 【請求項１１】 点火ユニット（１ａ）であって、請求
    項１から９までのいずれか１項記載のロッド型点火変圧
    器（１）と、電子的な構成素子（ＩＣ）と、点火プラグ
    （２１）とが設けられている形式のものにおいて、ロッ
    ド型点火変圧器（１）と、電子的な構成素子（ＩＣ）
    と、点火プラグ（２１）とが、ただ１つのケーシング
    （２）内に配置されていて、統合されたユニットを形成
    していることを特徴とする、点火ユニット。
12. 【請求項１２】 ケーシング中空室が、封止用コンパウ
    ンド（１５）によって封止されている、請求項１０記載
    の点火ユニット。
13. 【請求項１３】 自己誘導と交流電圧との組合わせによ
    って運転される点火装置に設けられた、請求項１１また
    は１２記載の点火ユニットの使用。