JP2004247571A

JP2004247571A - 内燃機関用点火装置

Info

Publication number: JP2004247571A
Application number: JP2003036666A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Nakamura; 和弘中村; Timothy Sieczka; シスカティモシー
Original assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-09-02
Also published as: US20040194769A1; US6860256B2

Abstract

【課題】内燃機関用点火装置の特にコイルの巻線構造に関し、高圧コードを廃止し、点火プラグ長寿命化、エネルギー効率の高く、高信頼性な点火装置提供すること。
【解決手段】点火コイルからの２つの出力を同一の出力極とすることで出力端子間及び点火コイル内部の絶縁負荷を軽減し、且つ絶縁性が安定した点火コイルを提供する。具体的には、単一気筒に２つの点火プラグを配置し、２次コイルにはセンタータップ端子が設けられ、２次コイルがセンタータップ端子到達までは正転巻きされ、センタータップ到達後には正転から逆転方向に巻き回されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
本発明は内燃機関用の点火装置に関し、特にコイルの巻線構造に関するものである。
【発明の属する技術分野】
【０００２】
【従来の技術】
近年では、低燃費を実現するために、気筒毎に複数の点火プラグを設け、燃料比率の低い混合気を確実に着火する点火装置が提案されている。４気筒エンジンの場合、各気筒＃１〜＃４は、各２個の点火コイルからの給電により、１個の点火コイルの場合より２倍の点火エネルギーが得られることになり、混合気を確実に着火及び燃焼させることができる。
【０００３】
従来から提案されている点火システムは、特開平６−３３８５７に示されるものがある。この概略図を図１０に示す。図１０に見られるように、例えば４気筒の内燃機関においては４個の点火コイル１０，２０，３０，４０を備え、それぞれの気筒＃１及び＃４並びに＃２及び＃３は、各２個の気筒が互いに内燃機関の対向行程の関係にあるグループ着火を利用している。点火コイル１０と４０を例に挙げると、＋極性の電極となる第１の出力端子は＃１気筒に設けられた点火プラグに接続され、逆極性の−極性の電極となる第２の出力端子は、高圧コードを介して＃４気筒に設けられた点火プラグに接続されている。また、＃２及び＃３気筒に関連する点火コイル２０と３０並びに点火プラグにあっても同様の接続構成となっている。
【０００４】
上述したそれぞれの点火コイル１０から４０は、各々の一次巻線での通電遮断により二次巻線に誘起された高電圧は、＋極性及び−極性の出力端子、即ち二次巻線の両端から、各気筒に対して互いに逆極性となるように、点火プラグに印加される。これにより、各点火コイルの第１及び第２の出力端子から発生した高電圧は、爆発行程にある気筒側の点火プラグのみにおいて点火エネルギーとして消費される。爆発行程の直前の圧縮行程と対向関係にある排気行程においては、気筒内圧力が低いため、点火プラグの放電電圧が１ｋＶ程度であるのに対し、圧縮行程直後の爆発行程にある気筒内圧力は高く、放電電圧が１０数ｋＶ程度となって電力のほとんどが消費される。
【０００５】
さらに進化した点火システムとして、特開２００１−２３４８４２に示される点火装置を図１１に示す。図１１に見られる各気筒毎に設けられた点火コイルの二次コイルの＋極側と−極側とを、それぞれ直接同一気筒の＋極性点火プラグ及び−極性点火プラグに接続する構造の点火装置も提案されている。このような点火コイルの２次コイルの構成図を図１２に示す。当該２次コイルは、２次ボビン８０に２次銅線８２を２次端子８４ａから巻き廻し、２次端子８４ｂへ巻き終わる構成となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３３８５７号公報
【特許文献２】
特開２００１−２３４８４２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の点火装置では、高圧コードを介して点火エネルギーを伝搬しているため、高圧コードでのエネルギー損失が生じるのと、高圧コード自体にコストがかかるといった問題がある。
【０００８】
高圧コードを廃止し同一の気筒に点火コイルの二次コイルを直接接続したシステムでは、両極の出力が＋放電を行う＋極性と、−放電を行う−極性となっているためにエンジン点火に要する電圧を供給する場合、例えば両極がそれぞれ３０ｋＶの電圧を必要とすると、出力端子間では６０ｋＶの電位差が生じ、この電位差が原因で両出力端子部間で絶縁破壊を起こし、点火装置の故障原因にもなっている。
【０００９】
さらに、点火コイルの出力に＋極性、−極性が発生するために、正電位の電極よりも、放電によって生じる陽イオンで衝撃されることにより消耗しやすい−電位の電極が、２つの点火プラグで異なり、第１点火プラグでは中心電極が、第２点火プラグは外側電極が選択的に消耗するといった問題が生じている。
【００１０】
また一般的に点火プラグでの放電は、＋放電より−放電の方がエネルギー効率がよいといわれているが、上記構成の点火装置では＋放電と−放電を利用しており、この改善も望まれている。本発明はこのような問題を解決し、絶縁破壊を防止でき、同時にエネルギー効率のよい、且つ２次コイルから得られる高圧出力を、−極性もしくは＋極性のみの電圧成分のみ出力可能な点火装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の構成概略として、点火コイルからの２つの出力を同一の出力極とすることで出力端子間及び点火コイル内部の絶縁負荷を軽減し、且つ絶縁性が安定した点火コイルを提供する。また、両極を同一出力とすることで点火プラグの放電ギャップ部のプラチナチップ等で構成される摩耗防止チップを放電ギャップの両極に採用している場合は片側のみとでき安価な点火システムが提供できる。
【００１２】
具体的には、請求項１においては、単一気筒に２つの点火プラグを配置し、当該点火プラグは点火装置から高電圧を配電され、磁気回路を構成する鉄芯と、当該鉄芯のまわりに一次銅線を巻回した１次コイルと、その外周に２次銅線を巻回した２次コイルと、当該１次コイルと２次コイルとをケース内に格納後に絶縁材により封止した点火装置おいて、前記２次コイルは２次ボビンに巻回され、当該２次ボビンにはセンタータップ端子が設けられ、前記２次コイルが当該センタータップ端子到達までは正転巻きされ、当該センタータップ到達後には正転から逆転方向に巻き回されたことを特徴とする点火装置とする。
【００１３】
請求項２では、単一気筒に２つの点火プラグを配置し、当該点火プラグは高電圧を直接配電するためにエンジンヘッドカバー上に直付けされた点火装置から高電圧を配電され、磁気回路を構成する鉄芯と、当該鉄芯のまわりに一次銅線を巻回した１次コイルと、その外周に２次銅線を巻回した２次コイルと、当該１次コイルと２次コイルとをケース内に格納後に絶縁材により封止した点火装置おいて、前記２次コイルは２次ボビンに巻回され、当該２次ボビンの中央にはセンタータップ端子が設けられ、前記２次コイルが当該センタータップ端子到達までは正転巻きされ、当該センタータップ到達後には正転から逆転方向に巻き回され、前記センタータップ端子がグランド若しくはバッテリの＋電極に接続されたことを特徴とする点火装置とする。
【００１４】
また、上記構成においては、センタータップ端子とグランド若しくはバッテリ＋電極間にＯＮ時電圧防止用ダイオードを配置してもよい。また、センタータップ端子を２つ設け正転側コイルと逆転コイルとを分離させ、それぞれのセンタータップ端子とグランド若しくはバッテリ＋電極間にＯＮ時電圧防止用ダイオードを配置してもよい。また、２次ボビンは正転巻きのみを行う２次正転ボビンと、逆転巻きのみを行う２次逆転巻きボビンの２つの個別の２次ボビンから構成してもよいし、個別の２次ボビンの端子とグランド若しくはバッテリ＋電極間にＯＮ時電圧防止用ダイオードを配置してもよい。
【００１５】
【実施例】
次に本発明の実施例について述べる。本発明の点火装置の基本構成は、鉄芯と、当該鉄心の外周に１次銅線を１次ボビンに巻回した１次コイルを備え、当該１次コイルの外周に２次銅線を２次ボビンに巻回した２次コイルを備え、当該鉄芯と各コイルとを収納するケースを備え、当該ケースにはバッテリからの電源供給をうける１次端子と、場合によっては点火制御を行うパワートランジスタ等のスイッチングイグナイタ部を収容すると共に、内部を絶縁、固定するためのポッティング樹脂等でモールドしてあり、また、当該点火装置の高圧出力としての２次出力部を備えている。当該２次出力部は内燃機関に配置された点火プラグへ接続され、以上のようにして構成される点火装置から得られた約３０ＫＶ程度の高電圧は点火プラグに印加されることで内燃機関の点火が実現している。この外形図は図４に示すようなものとなっており、ケース５０内には前記１次２次コイルと鉄芯６０の一部が埋設され、点火プラグへはプロテクタ７０及び７２を介して高電圧が供給されるものとなっている。当該図４に示す点火装置にあっては、一つの気筒に２個の点火プラグを備え、同時に点火を行う点火装置となっている。
【００１６】
以上のような基本構成の点火装置にあって、本発明の点火装置の特徴は主に２次コイルにある。すなわち本発明の第１の実施例は、図１に示すような回路構成となっている。一般的に２次ボビンに巻回される２次コイルは、線経０．０５ｍｍで２５０００ターン程度巻かれるものとなっている。第１の実施例においては、前記２次コイルの巻方向として、全ターン数２５０００回の半分となる１２５００回を例えば時計回り、すなわち正転方向に巻回し、残りの１２５００回を反時計回り、すなわち逆転方向に巻回することになる。そしてこの正転から逆転に移行する部分のコイルをバッテリの＋電極に接続すると共に、２次コイル両端にはそれぞれ個別の高圧出力端子を設け、個別の点火プラグに高圧供給を行っている。
【００１７】
このような第１の実施例の点火装置にあっては、２次ボビンにセンタータップ端子を設けている。そして２次ボビンの一端からセンタータップ端子の間は２次コイルを正転方向に巻回し、この巻線作業が終了後に前記センタータップから２次ボビンの他端の間に２次コイルを逆転方向に巻回すものとなる。以上のような２次コイルの構成図を図２に示す。図２において２次ボビン８０は２次銅線８２を巻回している。当該２次ボビン８０は２次銅線８２を時計方向に巻回す正転コイル８２ａと、これとは逆に反時計方向に巻回す逆転コイル８２ｂとを備え、当該正転コイル８２ａと逆転コイル８２ｂとの境界部分には一つのセンタータップ端子９０が設けられている。当該センタータップ端子９０の構造は図３に示すようなピアノ線を２次ボビン断面形状に沿う如く成形されたもので、この一端部分をセンタータップ端子部９２として前記バッテリの＋電極への接続の端子部分としている。
【００１８】
以上のような構成により２次コイルから得られる高圧出力は、−極性もしくは＋極性のみの電圧成分のみが取り出せ、当該−＋極性は１次コイルの巻方向によって任意に取り出し可能なものとなっている。
具体的には、１次コイルはその巻き始めを図示しない１次コイル通電回路側に接続し、巻き終わりをバッテリ＋電極に接続する。ここで１次コイルの巻き始めから巻き終わりまでの巻き方向を正転巻きとし、逆方向巻きを逆転巻きとする。以上のように１次コイルの接続、巻き方向を設定することで、本発明においては２次出力として−極性が得られるような構成としている。このような第１の実施例の２次ボビンは、図１２のような前記従来の２次コイルを改造することで、安価に製造することができる。具体的には図２の２次ボビン８０の図示しない製造金型において、中央のセンタータップ端子９０付近と、逆転コイル８２ｂの線渡し部分のスライド金型の作り替えのみで、他の金型は図１２のような前記従来の２次コイルの金型と共用することが出来る。このような構成とすることで、少ない部品点数で且つ安価に２次ボビンの製造を行うことができる。
【００１９】
また本発明の第２の実施例を図５に示す。図５では上記第１の実施例において、センタータップ端子とバッテリ＋電極との間にＯＮ時電圧防止用ダイオードを配置したものとなっている。このＯＮ時電圧防止用のダイオードはアノードをセンタータップ端子側に接続する如く配置されている。その他の構成については前記第１の実施例と同一若しくは相当分であるので説明は省略する。
【００２０】
次に本発明の第３の実施例とする構成について述べる。
第３の実施例においては、それぞれの２次コイルのセンタータップ端子は、バッテリ＋電極間に接続する構成となっている。当該ダイオードは図６に示すようにカソードを点火プラグ側に接続するように配置されている。
【００２１】
上記第１、第２、第３の実施例において説明した２次コイルは、次のような変形例として構成としてもよい。すなわち、２次ボビン本体を個別のボビンから構成し、正転巻のみを行う一の２次コイルと、逆転巻のみを行う他の２次コイルの２つのボビン構成とし、当該２つのボビンを端子間接続や半田付け等で一体化することで一つの２次ボビンとしてもよい。つまり、正転巻き用２次ボビン８０ａと逆転巻き用２次ボビン８０ｂの２つの２次ボビンを設け、そして正転巻き用２次ボビン８０ａの巻き始め端子である２次端子８４ｂから巻き終わり端子を兼ねるセンタータップ端子９０へ２次銅線を時計方向に巻回す正転コイル８２ａを形成し、逆転巻き用２次ボビン８０ｂの巻き始め端子を兼ねるセンタータップ端子９０から巻き終わり端子である２次端子８４ａへ２次銅線を反時計方向に巻回す逆転コイル８２ａを形成する。次に２つのコイル８２ａ、８２ｂを端子間接続や半田付け等で一体化することで電気的に接続し唯一の鉄芯６０の外周に配置される２次ボビンとする。このように個別な２次ボビンを採用することで２次コイルの巻線行程を簡略化できる。この構造図を図７と図８に示し説明すると、図７では図２において説明した正転コイル８２ａと逆転コイル８２ｂをそれぞれ独立したボビンに巻回し、当該巻線作業が終了した後に両ボビンを一体化することで図８のような２次コイルがえられ、第１の実施例と同様な効果を得ている。この場合それぞれのボビンに巻線する作業は単一方向のみの巻回しですむために、製造工程が簡略化できるものである。なお当該第１、第２、第３の実施例の変形例においても上記ＯＮ時電圧防止用ダイオードを付加できるものであり、当該変形例において、ＯＮ時電圧防止用ダイオードは、第２の実施例若しくは第３の実施例において説明した位置と向きで設けてもよい。
【００２２】
また第４の実施例として上記のような２次コイルの変形例をふまえて、以下のように構成されてもよい。すなわち図９に示すように第１、第２、第３の実施例の変形例の個別の２次コイルのセンタータップ端子とバッテリ＋電極間に、ＯＮ時電圧防止用ダイオードをそれぞれ個別に配置する構成とする。つまり前記図７に示された個別のコイル８２ａ、８２ｂにおいて、それそれの巻き線工程で製造されたあと、唯一の鉄芯６０の外周に配置されるが、コイル８２ａの巻き終わり端子を兼ねるセンタータップ端子９０からバッテリ＋電極間にＯＮ時電圧防止用ダイオードを設け、またコイル８２ｂの巻き始め端子を兼ねるセンタータップ端子９０からバッテリ＋電極間にＯＮ時電圧防止用ダイオードを設ける。当然前記ダイオードはアノードをセンタータップ端子側に接続するように配置されている。
【００２３】
上述の構成においてはセンタータップ端子の接続先をバッテリの＋電極としているが、これはグランド側に接続することでも同様の作用が得られるものである。以上のような２つの出力を持つ点火装置は、一つの気筒に設けられた２つの点火プラグにエネルギーを供給することで高圧ケーブルを廃止できる。すなわち上記第１の実施例の構成によって−特性のエネルギーのみを一つの点火装置で生成でき、一つのシリンダ内の２個の点火プラグに同時に高圧出力が可能なものとなるので、点火エネルギーの安定供給と確実な点火動作が行え、また放電極性が同一であるので電位差による絶縁破壊が抑制できるものとなる。なお、上記各実施例における出力電圧値や２次コイル線経、ターン数などは要求性能により変動するものであり、上記記載の限りではない。さらに、エネルギー特性を考慮すると、前記正転での巻き数と逆転後の巻き数とは等しいことが望ましいが、製造条件によって当該巻数を等しくすることが困難である場合には設計の常識の範囲で両巻数の差を決定する。つまり点火コイルの出力電圧は、１次コイル入力電圧と１次コイルと２次コイル巻き数比によりほぼ決定されるが、出力電圧のバラツキは、一般的にはおよそ１０％程度が許容される。
【００２４】
【発明の効果】
以上の構成により点火装置から得られるエネルギーは−放電のみとなり、従来発生していた電位差が大きいために生じる出力端子間での絶縁破壊が抑制でき、絶縁性が安定した点火コイルを提供できる。本発明では当該電位差は従来技術の半分になることで、点火装置自体の負荷が抑制でき、品質のよい点火装置が提供できる。また、放電エネルギーが−放電のみとなることで点火エネルギー効率についても向上する。
【００２５】
さらに、高圧出力極性を同一とすることで、プラチナチップ等で形成される点火プラグの放電ギャップ部の摩耗防止チップを放電ギャップの両極に採用している場合は、この片側のみ設ければよく安価な点火システムが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例とする点火装置の配線図である
【図２】本発明の第１の実施例とする２次コイル構成図である
【図３】本発明のセンタータップ端子を示す構成図である
【図４】本発明の点火装置の外形図を示す
【図５】本発明の第２の実施例とする点火装置の配線図である
【図６】本発明の第３の実施例とする点火装置の配線図である
【図７】本発明の第１、第２、第３の実施例の変形例を示す２次コイルの組立前構成図である
【図８】図７の２次コイルの完成図である
【図９】本発明の第４の実施例とする点火装置の配線図である
【図１０】従来の点火装置の配線図である
【図１１】従来の別の点火装置の配線図である
【図１２】従来の点火装置の２次コイルの構成図である。
【符号の説明】
図において同一符号は同一、又は相当部分を示す。
１０，２０，３０，４０点火コイル
５０ケース
６０鉄芯
７０、７２プロテクタ
８０２次ボビン
８０ａ正転巻き用２次ボビン
８０ｂ逆転巻き用２次ボビン
８２２次銅線
８２ａ正転コイル
８２ｂ逆転コイル
８４ａ、８４ｂ２次端子
９０センタータップ端子
９２センタータップ端子部

Claims

単一気筒に２つの点火プラグを配置し、当該点火プラグは点火装置から高電圧を配電され、磁気回路を構成する鉄芯と、当該鉄芯のまわりに１次銅線を巻回した１次コイルと、その外周に２次銅線を巻回した２次コイルと、当該１次コイルと２次コイルとをケース内に格納後に絶縁材により封止した点火装置おいて、前記２次コイルは２次ボビンに巻回され、当該２次ボビンにはセンタータップ端子が設けられ、前記２次コイルが当該センタータップ端子到達までは正転巻きされ、当該センタータップ到達後には正転から逆転方向に巻き回されたことを特徴とする点火装置。
単一気筒に２つの点火プラグを配置し、当該点火プラグは高電圧を直接配電するためにエンジンヘッドカバー上に直付けされた点火装置から高電圧を配電され、磁気回路を構成する鉄芯と、当該鉄芯のまわりに２次銅線を巻回した１次コイルと、その外周に２次銅線を巻回した２次コイルと、当該１次コイルと２次コイルとをケース内に格納後に絶縁材により封止した点火装置おいて、前記２次コイルは２次ボビンに巻回され、当該２次ボビンの中央にはセンタータップ端子が設けられ、前記２次コイルが当該センタータップ端子到達までは正転巻きされ、当該センタータップ到達後には正転から逆転方向に巻き回され、前記センタータップ端子がグランド若しくはバッテリの＋電極に接続されたことを特徴とする点火装置。
センタータップ端子とグランド若しくはバッテリ＋電極間にＯＮ時電圧防止用ダイオードを配置たことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の点火装置。
正転用２次コイルと逆転用２次コイルとを個別に設け、それぞれのセンタータップ端子とグランド若しくはバッテリ＋電極間にＯＮ時電圧防止用ダイオードを配置したことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３に記載の点火装置。
各２次ボビンの端子とグランド若しくはバッテリ＋電極間にＯＮ時電圧防止用ダイオードを配置たことを特徴とする請求項５に記載の点火装置。