JP2008133826A

JP2008133826A - 内燃機関用点火装置用イグナイタ

Info

Publication number: JP2008133826A
Application number: JP2007284759A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Katayama; 昌弘片山; Gonosuke Inamura; 豪之助稲村; Takanori Sumura; 貴紀壽村; Masakazu Tokui; 正和徳井
Original assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-11-01
Filing date: 2007-11-01
Publication date: 2008-06-12

Abstract

【課題】小型で高性能の内燃機関用点火装置用イグナイタを提供する。
【解決手段】
内燃機関用点火装置の１次電流を遮断制御を行い、バッテリ或いは外部のＥＣＵとの間で信号を入出力する外部接続端子と、１次電流を遮断する駆動素子と、前記ＥＣＵからの信号により動作する制御素子と、ボンディング部位とをケースに収容し、前記駆動素子にはコレクタ電位を出力するコレクタ電位出力部位を有し、前記ケースには点火装置の１次コイルと接続されるコレクタ出力端子を備えた内燃機関用点火装置用イグナイタにおいて、前記ボンディング部位とコレクタ出力端子とが最短距離に配置されたことを特徴としている。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関用点火装置の１次電流遮断制御するイグナイタに関する。

従来技術による、従来の技術によるイグナイタの平面構造図を図４に示し、従来技術による内燃機関用点火装置用イグナイタにおける断面図を図５に示し、従来技術によるイオン電流検出手段を搭載した内燃機関用点火装置用イグナイタにおける上面図と断面図を図６に示し、内燃機関用点火装置用イグナイタを有する内燃機関用点火装置用点火コイル縦断面図を図７に示し、また図７の模式回路図を図８に示す。

図４乃至図５、図７において、点火コイル部１００においては、ケイ素鋼板等の磁性鋼板からなる中心鉄芯１０１と、この中心鉄芯１０１の外周にあって２次ボビン１０２に巻回される２次コイル１０３と、この２次コイル１０３と同軸的に配置された１次ボビン１０４に巻回される１次コイル１０５と、これらコイル類の外側に外装鉄芯１０６と、コイルケース１０７を備え、コイルケース１０７の中に絶縁材を注入し硬化させてコイル部１００を形成している。また、点火コイル部１００の上部には１次端子部１０が形成され、自動車から得られる１２Ｖ電源が外部接続端子である１次端子１０９に供給されている。前記１次端子部１０は後述するイグナイタケース部１６と一体のケースで形成されており、点火コイルの１次電流遮断制御する駆動素子２１と、点火制御のための信号検出や出力、またはＥＣＵからの点火信号を入出力し制御する制御素子２７ａと、が搭載されている。また最下部には、高圧タワー部１０８を備え、２次コイルで発生した高電圧を図示しない点火プラグに伝えるため点火プラグと電気的に結合されている。さらに高圧タワー部１０８には、図示しないプラグホール等の金属部に高電圧がリークしないようにゴム等の弾性絶縁材料で構成された図示しないプロテクタを備え、図示しない点火プラグと密着勘合される。

図８の回路図において、駆動素子２１は、ベース側（Ｂ）、コレクタ側（Ｃ）、エミッタ側（Ｅ）の出力を有し、それぞれベース側（Ｂ）は点火信号発生回路と、コレクタ側（Ｃ）は１次コイルと、エミッタ側（Ｅ）は接地され接続される。点火コイルは、２次コイル１０３の低圧側は１次コイル１０５と電気的に接続されており、点火信号発生回路より駆動素子２１のベース側（Ｂ）に点火信号が入力されるとバッテリー電源１１０の＋より１次コイルに電流が流れ込み、磁界を発生させ、発生した磁界は鉄芯に保持される。次に、駆動素子２１のベース側（Ｂ）の点火信号が遮断されると、１次コイル１０５に流れていた電流も遮断され、１次コイル１０５と２次コイル１０３の巻数比に応じた高電圧が２次コイル１０３に励起され、２次コイル１０３と電気的に接続された図示しない点火プラグに配電される。

また点火コイル及び外部接続端子である１次端子１０９をイグナイタ１０の外装ケースであるイグナイタケース部１６と一体化で形成し、内部に配置される部品実装基板２６を樹脂１９にてモールドした点火装置である。イグナイタケース部１６内に配置されるイグナイタコア部１７はヒートシンク上に配置される駆動素子であるＩＧＢＴ２１と電子部品を搭載するセラミック配線基板とで構成され、当該ＩＧＢＴ２１のコレクタ側（Ｃ）のボンディング部位２３ともなる銅などの熱伝導性のよい平板面材料を所定の寸法でカットされたヒートシンク２５とコレクタ出力端子２４とは、ボンディング部位２２を介して金線などの導電材で構成されたワイヤボンディング２７にて電気的接続が行われ図４に示されたコレクタ電流経路を構成している。その後、当該イグナイタケース部１６内に樹脂１９を充填しモールドされている。前記ヒートシンク２５平板面上には基板が接着剤１８で固定されており、また、要部をワイヤボンディング等により電気的接続を施すことでイグナイタコア部１７を形成している。また当該イグナイタコア部１７はイグナイタケース部１６に収容され、当該イグナイタケース部１６内部にモールド樹脂１９を注入硬化しイグナイタ１０を完成している。

前記ＩＧＢＴ２１のコレクタ電位を出力し且つコイル部１００の１次コイル１０５と接続されるコレクタ出力端子２４は、ＩＧＢＴ２１が搭載された箇所から離れた箇所に設置しており、イグナイタの他の出力端子と並列である点火コイル軸方向に垂直な同位置に設置されている。特開２００６−９６８７号公報（特許文献１）は、点火コイル及び外部接続端子である１次端子をイグナイタの外装ケースと一体化で形成し、内部に配置される部品実装基板２６を樹脂にてモールドした点火装置であり、コレクタ電流経路は、ヒートシンクを介して、ＩＧＢＴが搭載された箇所から離れた箇所に設置しており、コレクタ出力端子はイグナイタの他の出力端子と並列である点火コイル軸方向に垂直な同位置に設置されている。また図６において、特許文献１は、部品実装基板はイオン電流検出手段を備えたものでる。当該イオン電流検出手段とは、燃焼工程後に燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、イオン波形を生成し、点火装置外のエンジン制御システム（ＥＣＵ）へ波形出力を行う装置であり、主にはイオン電流検出部とイオン電流処理部、及び波形成形部等から構成されている。当該イオン電流検出回路付きイグナイタは、プラグ間に一定の直流電圧を印可するための高圧電源回路と、エンジン燃焼火炎により流れるイオン電流を検出する回路及び及びＥＣＵにイオン電流を電圧へ変換し出力する回路及びイグナイタのＩＧＢＴゲート部を制御する低圧回路部とで構成されるために、高圧回路部２６ａと低圧回路部２６ｂとは別の基板上に構成することが望ましく、階層状の基板構造としている。このように、低圧回路と高圧回路に分割し、低圧回路基板と高圧回路基板を階層構造で構成したことを特徴とするもので、イグナイタの平面面積を小型化できイグナイタ部の小型化に関して有効な構成である。
特開２００６−００９６８７号

しかしながら、従来技術による点火コイル及び外部接続端子をイグナイタの外装と一体化で形成し、内部に配置される部品実装基板２６を樹脂にてモールドした内燃機関用点火装置用イグナイタにおいては、ＩＧＢＴ２１が搭載された箇所から離れた箇所に設置しており、イグナイタの他の出力端子と並列である点火コイル軸方向に垂直な同位置に設置されているので、コレクタ出力端子の接続用ボンディング部を確保する為に、ＩＧＢＴ２１のコレクタ側（Ｃ）のボンディング部位２３となるヒートシンク２５は、コレクタ電流経路のボンディング部位２２がＩＧＢＴ２１から離れた箇所にあることにより、ワイヤボンディング２７による電気的接続用スペースＳを設ける必要があり、イグナイタ１０のサイズが必然的に大きくなるという課題を抱えていた。

加えて、コレクタ電流経路がヒートシンク２５を介した長路であり、コレクタ出力端子２４がＩＧＢＴ２１搭載箇所から離れた箇所にあること、またコレクタ出力端子２４のボンディング部位２２がＩＧＢＴ２１から離れた箇所にあることにより、コレクタ電流経路の配線抵抗増加により、イグナイタ性能が低下してしまうという課題を常に抱えていた。

またイグナイタの平面面積を小型化のために部品実装基板を階層構造で構成したイグナイタは、例えば前述の部品実装基板はイオン電流検出手段を備えたものの場合、低圧回路基板と高圧回路基板との電気的、機械的接続機構や、電子部品搭載されるアルミナ等で形成されたセラミック基板がそれぞれ必要であり、部品の増加と、設計工数、加工工数の増加となっていた。

上記課題を解決するために本発明では次の構成とする。すなわち請求項１では、内燃機関用点火装置の１次電流を遮断制御を行い、バッテリ或いは外部のＥＣＵとの間で信号を入出力する外部接続端子と、１次電流を遮断する駆動素子と、前記ＥＣＵからの信号により動作する制御素子と、ボンディング部位とをケースに収容し、前記駆動素子はコレクタ電位を出力するコレクタ電位出力部位を有し、前記ケースには点火装置の１次コイルと接続されるコレクタ出力端子を備えた内燃機関用点火装置用イグナイタにおいて、前記ボンディング部位とコレクタ出力端子とが、または前記ボンディング部位と前記コレクタ電位出力部位とが、それぞれ最短距離に配置されたことを特徴とする内燃機関用点火装置用イグナイタとする。また請求項２では、前記コレクタ出力端子は、前記ボンディング部位が配置される位置から最も近い側の前記外装ケースの横側面に最短距離に配置することを特徴とする請求項１記載の内燃機関用点火装置用イグナイタとする。また請求項３では、前記コレクタ出力端子は、前記ボンディング部位が配置される位置から最も近い側の前記外装ケースの上側面に最短距離に配置することを特徴とする請求項１記載の内燃機関用点火装置用イグナイタとする。また請求項４では、前記制御素子は、イオン電流検出手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の内燃機関用点火装置用イグナイタとする。また請求項５では、前記コレクタ出力端子と前記駆動素子のボンディング部位との電気的接続をワイヤボンディングにて行う請求項１乃至請求項４記載の内燃機関用点火装置用イグナイタとする。また請求項６では、前記駆動素子は、ＩＧＢＴである請求項１乃至請求項５記載の内燃機関用点火装置用イグナイタとする。

上記請求項に係る発明の構成の技術を採用することにより、イグナイタ内部回路のコレクタ電流経路を短縮でき、従来のようなヒートシンクを介した長路である必要はなく、またワイヤボンディングによる電気的接続用スペースＳを設ける必要もなく、イグナイタのサイズを小型化することが可能になり、前記ボンディング部位とコレクタ出力端子とが最短距離に配置したことで、コレクタ電流経路の配線抵抗増加によるイグナイタ性能低下を防止することが可能となる。したがって小型で高性能の内燃機関用点火装置用イグナイタを実現することができる。

図１に本発明の技術を適用した実施例１を表すイグナイタの平面構造図を図示する。図２に本発明の技術を適用した実施例２を表すイグナイタの平面構造図を図示する。また図３に本発明の技術を適用した実施例２を表すイグナイタの平面構造図を図示する。以下に実施例を用いて説明する。従来技術とは差異のある部分のみ述べる。

図１に示すイグナイタの平面構造図において、１次端子部１０はイグナイタケース部１６と一体のケースで形成されており、点火コイルの１次電流遮断制御する駆動素子１１と、点火制御のための信号検出や出力、またはＥＣＵからの点火信号を入出力し制御する制御素子１７ａと、が搭載されている。本発明の実施例を表すイグナイタ内部に配置される駆動素子であるＩＧＢＴ１１は、従来技術と同様に前記駆動素子はコレクタ電位を出力するコレクタ電位出力部位を有し、前記イグナイタは、前記コレクタ電位出力部位と金線などの導電材で構成されたワイヤボンディングで電気的に接続されるボンディング部位と、前記ボンディング部位と電気的に接続され、点火コイルの１次コイルと接続されるコレクタ出力端子と、を有する。前記ボンディング部位とコレクタ出力端子とが最短距離に配置されており、コレクタ電流経路においてＩＧＢＴ１１のコレクタ電位を出力するコレクタ電位出力部位とは最短となる箇所に配置される。

具体的には実施例１として図１のように、ＩＧＢＴ１１は図１紙面上方であるイグナイタケース部１６の内右上端部に配置され、コレクタ出力端子１４は図１紙面上方であるイグナイタケース部１６の内左上端部に配置される。これよりコレクタ出力端子１４は、前記イグナイタケース部１６の内端部に配置されるＩＧＢＴ１１のコレクタ電位を出力するコレクタ電位出力部位１１ａが配置される位置から最も近い側のイグナイタケース部１６の横側面に最短距離に配置され、コレクタ出力端子１４とＩＧＢＴ１１との電気的接続によるコレクタ電流経路は、構造上最短となる箇所に配置される。前記コレクタ出力端子１４は、前記ＧＢＴ１１のコレクタ側（Ｃ）のコレクタ電位を配電する金線などの導電材で構成されたワイヤボンディング１２のボンディング部位であるボンディング部位１３と電気的に接続されている。

また具体的には実施例２として図２のように、ＩＧＢＴ１１は図２紙面上方であるイグナイタケース部１６の内右上端部に配置され、コレクタ出力端子１４は図２紙面上方であるイグナイタケース部１６の内上左端部に配置される。これよりコレクタ出力端子１４は、前記イグナイタケース部１６の内端部に配置されるＩＧＢＴ１１のコレクタ電位を出力するコレクタ電位出力部位１１ａが配置される位置から最も近い側のイグナイタケース部１６の上側面に最短距離に配置され、コレクタ出力端子１４とＩＧＢＴ１１との電気的接続によるコレクタ電流経路は、構造上最短となる箇所に配置される。前記コレクタ出力端子１４は、前記ＧＢＴ１１のコレクタ側（Ｃ）のコレクタ電位を配電する金線などの導電材で構成されたワイヤボンディング１２のボンディング部位であるボンディング部位１３と電気的に接続されている。

また本発明は実施例３として図３のように、コレクタ電位出力部位３１ａが大きなイグナイタにも適用できる。ＩＧＢＴ３１は図３紙面上方であるイグナイタケース部の内右上端部に配置され、コレクタ出力端子３４は図３紙面上方であるイグナイタケース部３６の内上左端部に配置される。これよりコレクタ出力端子３４は、前記イグナイタケース部３６の内端部に配置されるＩＧＢＴ３１のコレクタ電位を出力するコレクタ電位出力部位３１ａが配置される位置から最も近い側のイグナイタケース部３６の上側面に最短距離に配置され、コレクタ出力端子３４とＩＧＢＴ３１との電気的接続によるコレクタ電流経路は、構造上最短となる箇所に配置される。前記コレクタ出力端子３４は、前記ＧＢＴ３１のコレクタ側（Ｃ）のコレクタ電位を配電する金線などの導電材で構成されたワイヤボンディング３２のボンディング部位であるボンディング部位３３と電気的に接続されている。

このように本発明の実施例を示すイグナイタにおいては、ＩＧＢＴ１１のコレクタ電位１３となるヒートシンク１５とのワイヤ接合部位のワイヤボンディングによる電気的接続用のスペースを設ける必要が無くなることから、イグナイタ全体のサイズダウンが可能となる。

またコレクタ電流経路の配線長においては、コレクタ電流経路の出力端子位置、及び電気的接続を行うワイヤボンディング１２のボンディング部位であるボンディング部位１３がＩＧＢＴ１１に最も近い場所に最短距離に配置されることで、イグナイタ内部回路のコレクタ電流経路を短縮でき、コレクタ電流経路の配線抵抗増加を抑制することが可能となり、イグナイタの性能低下を防止出来る。

前述のコレクタ電流経路においては、ヒートシンク１５を介したコレクタ電流経路の内燃機関用点火装置用イグナイタであっても、ヒートシンク上に配置されたＩＧＢＴ１１の出力したコレクタ電位は、コイル部の１次コイルと接続されるイグナイタのコレクタ出力端子まで最短で電気的接続された点火装置用イグナイタであることが望ましい。

さらに、本発明のイグナイタの制御素子１７ａは、イオン電流検出手段を備えたものであってもよい。当該イオン電流検出手段とは、燃焼工程後に燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、イオン波形を生成し、点火装置外のエンジン制御システム（ＥＣＵ）へ波形出力を行う装置であり、主にはイオン電流検出部とイオン電流処理部、及び波形成形部等から構成されているものである。

上述のように本発明技術を適用することで、本発明の内燃機関用点火装置用イグナイタは、従来の内燃機関用点火装置用イグナイタと比較してイグナイタのサイズダウンによるコストダウン、配線抵抗増加抑制による性能確保が可能となり、小型で高性能の内燃機関用点火装置用イグナイタを提供することができる。

またイオン電流検出手段を備えたイグナイタでは、従来技術と比較してワイヤボンディングによる電気的接続用スペースを設ける必要がないため、イグナイタの部品実装基板を階層構造で構成しなくとも、制御素子として、イオン電流検出手段を搭載できる。

以上のように、本発明の実施の形態について説明したが、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当該点火装置用イグナイタが必要なあらゆる内燃機関に使用できるものであり、この発明の精神に基づき当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

本発明の技術を適用した実施例１を表すイグナイタの平面構造図である。本発明の技術を適用した実施例２を表すイグナイタの平面構造図である。本発明の技術を適用した実施例３を表すイグナイタの平面構造図である。従来の技術によるイグナイタの平面構造図である。従来技術による内燃機関用点火装置用イグナイタにおける断面図である。従来技術によるイオン電流検出手段を搭載した内燃機関用点火装置用イグナイタにおける上面図と断面図である。内燃機関用点火装置用イグナイタを有する内燃機関用点火装置用点火コイル縦断面図である。図７の模式回路図である。

符号の説明

１０イグナイタ
１１ＩＧＢＴ（駆動素子）
１１ａコレクタ電位出力部位
１２ワイヤボンディング
１３ボンディング部位
１４コレクタ出力端子
１５ヒートシンク
１６イグナイタケース部
１７イグナイタコア部
１７ａ制御素子
１８接着剤
１９モールド樹脂
２１ＩＧＢＴ（駆動素子）
２２ワイヤボンディング
２３ボンディング部位
２４コレクタ出力端子
２５ヒートシンク
２６部品実装基板
２６ａ高圧回路基板
２６ｂ低圧回路基板
２７ワイヤボンディング
２７ａ制御素子
３１ＩＧＢＴ（駆動素子）
３１ａコレクタ電位出力部位
３２ワイヤボンディング
３３ボンディング部位
３４コレクタ出力端子
３５ヒートシンク
３６イグナイタケース部
３７イグナイタコア部
３７ａ制御素子
１００コイル部
１０１中心鉄芯
１０２２次ボビン
１０３２次コイル
１０４１次ボビン
１０５１次コイル
１０６外装鉄芯
１０７コイルケース
１０８高圧タワー部
１０９１次端子
１１０バッテリー電源

Claims

内燃機関用点火装置の１次電流を遮断制御を行い、バッテリ或いは外部のＥＣＵとの間で信号を入出力する外部接続端子と、１次電流を遮断する駆動素子と、前記ＥＣＵからの信号により動作する制御素子と、ボンディング部位とをケースに収容し、前記駆動素子はコレクタ電位を出力するコレクタ電位出力部位を有し、前記ケースには点火装置の１次コイルと接続されるコレクタ出力端子を備えた内燃機関用点火装置用イグナイタにおいて、前記ボンディング部位とコレクタ出力端子とが、または前記ボンディング部位と前記コレクタ電位出力部位とが、それぞれ最短距離に配置されたことを特徴とする内燃機関用点火装置用イグナイタ。
前記コレクタ出力端子は、前記ボンディング部位が配置される位置から最も近い側の前記外装ケースの横側面に最短距離に配置することを特徴とする請求項１記載の内燃機関用点火装置用イグナイタ。
前記コレクタ出力端子は、前記ボンディング部位が配置される位置から最も近い側の前記外装ケースの上側面に最短距離に配置することを特徴とする請求項１記載の内燃機関用点火装置用イグナイタ。
前記制御素子は、イオン電流検出手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の内燃機関用点火装置用イグナイタ。
前記コレクタ出力端子と前記駆動素子のボンディング部位との電気的接続をワイヤボンディングにて行う請求項１乃至請求項４記載の内燃機関用点火装置用イグナイタ。
前記駆動素子は、ＩＧＢＴである請求項１乃至請求項５記載の内燃機関用点火装置用イグナイタ。