JP2016081996A - 内燃機関用点火コイル - Google Patents

Abstract

【課題】点火コイルの放熱性を効果的に高めることができる内燃機関用点火コイルを提供すること。【解決手段】点火コイル１は、一次コイル２１及び二次コイル２２と、軟磁性材料からなる中心コア３と、軟磁性材料からなる四角環状の外周コア４と、ケース５と、絶縁樹脂６とを備えている。ケース５は、金属材料から構成されており、かつ、外周コア４の貫通方向Ｌに向けられたケース開口部５１と、ケース開口部５１と対向する側に設けられたケース端面部５２と、ケース端面部５２から立設された四角環状のケース側面部５３とを有している。外周コア４における、中心コア３の中心軸線方向Ｃに平行な一対のコア部４１の外側面４１１は、ケース側面部５３における互いに対向する一対のケース側面部分５３１の内側面５３２に対面している。【選択図】図３

Description

本発明は、点火プラグから点火用スパークを発生させるための内燃機関用点火コイルに関する。

内燃機関用点火コイルは、点火プラグから内燃機関の燃焼室内に点火用スパークを発生させるために用いられる。点火コイルにおけるコイル部分は、一次コイル及び二次コイルと、一次コイル及び二次コイルの内周に配置された中心コアと、一次コイル及び二次コイルの外周に配置された環状の外周コアとを有している。そして、中心コアと環状の外周コアとによって閉磁路を形成したコイル部分を、内燃機関のプラグホールの外部に配置する構造を有する点火コイルがある。
例えば、特許文献１の内燃機関用点火コイルにおいては、主鉄心部にコイルを装着し、主鉄心部の周りに、環形状を形成する補助鉄心部及びサイド鉄心部を配置し、主鉄心部、コイル、補助鉄心部及びサイド鉄心部をコイルケース内に配置している。また、この点火コイルにおいては、主鉄心部、補助鉄心部及びサイド鉄心部の外周をコアモールドによって被覆している。

特開２０１２−２４８６４５号公報

ところで、特に、一次コイルは、通電及び通電の遮断が繰り返されて発熱し、点火コイルの温度を上昇させる。中心コアは、環状の外周コアと接しており、軟磁性材料等の金属材料から構成されていることより、一次コイル等から発生した熱を放熱するために働く。しかしながら、外周コアの周りに配置されたコイルケースを構成する樹脂材料、及びコアモールドを構成する樹脂材料の熱伝導率は低い。そのため、外周コアから点火コイルの外部への放熱効果を高めることができず、点火コイルの放熱性を悪化させる要因となる。点火コイルの放熱性が悪化すると、特に内燃機関の高速回転領域において、発熱限界の制約を受けて点火コイルの性能低下を招くおそれがある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、点火コイルの放熱性を効果的に高めることができる内燃機関用点火コイルを提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、一次コイル及び二次コイルと、
該一次コイル及び二次コイルの内周に配置された軟磁性材料からなる中心コアと、
上記一次コイル及び二次コイルの外周に配置された軟磁性材料からなる環状の外周コアと、
上記一次コイル、上記二次コイル、上記中心コア及び上記外周コアを収容するケースと、を備え、
上記ケースは、金属材料から構成されており、かつ、上記外周コアの貫通方向に向けられたケース開口部と、該ケース開口部と対向する側に設けられたケース端面部と、該ケース端面部から立設されて上記外周コアを囲う環状のケース側面部とを有しており、
上記外周コアにおける外側面の少なくとも一部は、上記ケースにおける内側面に対面していることを特徴とする内燃機関用点火コイルにある。

上記内燃機関用点火コイルにおいては、ケースの材質、及びケースと外周コアとの配置関係に工夫をしている。
具体的には、ケースは金属材料から構成されており、外周コアにおける外側面の少なくとも一部は、ケースにおける内側面に対面している。
そして、一次コイル等において発生した熱は、軟磁性材料からなる外周コアにおける外側面の少なくとも一部から、金属材料からなるケースにおける内側面へと伝熱し、ケースの外側面から点火コイルの外部に放熱される。このとき、外周コアにおける外側面と、ケースにおける内側面とが、応力緩和材等を介さずに対面していることにより、外周コアからケースへの熱伝導を促進することができる。これにより、外周コアから点火コイルの外部への放熱効果を高めることができる。

それ故、上記内燃機関用点火コイルによれば、点火コイルの放熱性を効果的に高めることができる。

また、金属材料から構成されるケースの強度は、樹脂材料から構成されるケースに比べて高い。そして、内燃機関の加熱・冷却サイクルを受けて、各構成部品が膨張・収縮を繰り返す際に、ケースに割れが生じることを防止することができる。また、金属材料から構成されるケースがグラウンド電位又は低電位に接続されることにより、ケースが電磁シールド部材として機能する。これにより、点火コイルの外部に放射される電磁ノイズを低減することもできる。さらに、外周コアにおける外側面と、ケースにおける内側面との間に応力緩和部材が配置されないことにより、ケースの寸法を小さくすることができる。これにより、点火コイルの小型化を図ることもできる。

なお、外周コアにおける外側面と、ケースにおける内側面との間には、ケース内に外周コアを挿入する際に必要となる微小な隙間が形成されていてもよい。そのため、外周コアにおける外側面と、ケースにおける内側面とは、微小な隙間に充填された絶縁樹脂を介して対面していてもよい。

実施例１にかかる、点火コイルを示す断面説明図。 実施例１にかかる、点火コイルを示す図で、図１におけるII−II線断面説明図。 実施例１にかかる、点火コイルを示す図で、図１におけるIII−III線断面説明図。 実施例２にかかる、点火コイルを示す斜視図。 実施例２にかかる、他の点火コイルを示す斜視図。 実施例２にかかる、図５の点火コイルを反対側から見た状態で示す斜視図。 実施例２にかかる、高圧タワーを示す斜視図。 実施例２にかかる、他の高圧タワーを示す斜視図。

上述した内燃機関用点火コイルにおける好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
（実施例１）
本例の内燃機関用点火コイル１（以下、単に点火コイル１という。）は、図１〜図３に示すように、一次コイル２１及び二次コイル２２と、一次コイル２１及び二次コイル２２の内周に配置された軟磁性材料からなる中心コア３と、一次コイル２１及び二次コイル２２の外周に配置された軟磁性材料からなる四角環状の外周コア４と、一次コイル２１、二次コイル２２、中心コア３及び外周コア４を収容するケース５と、ケース５内の隙間Ｓ１に充填された絶縁樹脂６とを備えている。

ケース５は、金属材料から構成されており、かつ、外周コア４の貫通方向Ｌに向けられたケース開口部５１と、ケース開口部５１と対向する側に設けられたケース端面部５２と、ケース端面部５２から立設された四角環状のケース側面部５３とを有している。図２、図３に示すように、外周コア４における、中心コア３の中心軸線方向Ｃに平行な一対のコア部４１の外側面４１１は、ケース側面部５３における互いに対向する一対のケース側面部分５３１の内側面５３２に対面している。

以下に、本例の点火コイル１について、図１〜図３を参照して詳説する。
点火コイル１は、内燃機関としてのエンジンの各シリンダーに配置され、各シリンダーのプラグホールに配置された点火プラグからスパークを発生させるために用いられる。本例の点火コイル１における一次コイル２１、二次コイル２２、中心コア３、外周コア４、ケース５等はプラグホールの外部に配置される。また、点火コイル１には、プラグホール内に配置されて、点火プラグに接続されるジョイント部が設けられる。

図１〜図３に示すように、中心コア３及び外周コア４は軟磁性を示す複数の電磁鋼板を、外周コア４の貫通方向Ｌに積層して形成されている。一次コイル２１は、角部が丸められた四角筒形状の断面の一次スプール２１１の外周に巻回されている。二次コイル２２は、角部が丸められた四角筒形状の断面の二次スプール２２１の外周に巻回されている。外周コア４は、外側角部が丸められた四角環形状に形成されている。

一次コイル２１は中心コア３の外周に配置されており、二次コイル２２は一次コイル２１の外周に配置されている。一次コイル２１及び二次コイル２２が装着された中心コア３は、外周コア４の内周に配置されている。中心コア３の一端面は、逆バイアスの磁束を発生させる永久磁石３１を介して外周コア４の内側面４１２に対面しており、中心コア３の他端面は、外周コア４の内側面４１２に対面している。

図１、図３に示すように、ケース５には、二次コイル２２の高圧巻線端部が接続される樹脂製の高圧タワー７２が取り付けられている。高圧タワー７２は、ケース開口部５１に対向して配置されており、ケース開口部５１は、プラグホール側に向けられている。ケース５のケース端面部５２は、プラグホール側とは反対側に配置される。これにより、点火コイル１の上側の意匠表面を、絶縁樹脂６ではなく、成形部品であるケース５のケース端面部５２によって形成することができる。そのため、点火コイル１の外観意匠性を向上させることができる。また、ケース端面部５２には、ロゴや製品品番等の種々の表記を設けることもできる。
また、図１に示すように、二次スプール２２１には、二次コイル２２の高圧巻線端部に導通された導体金具２２２が設けられており、高圧タワー７２には、導体金具２２２に導通される導体部品７２１が設けられている。

図１、図２に示すように、ケース５には、点火コイル１をシリンダヘッドカバーに取り付けるためのフランジ部５４の外殻部が一体的に設けられている。フランジ部５４には、金属製のブッシュ５４１が設けられている。フランジ部５４の内部を含めたケース５内の隙間Ｓ１は、熱硬化性樹脂等の絶縁樹脂６によって充填される。
ケース５には、電源、信号線等の導通を行うための端子５５０が配置された樹脂製のコネクタ部５５が取り付けられている。コネクタ部５５は、ケース５に形成された切欠き部５６に嵌合されている。切欠き部５６を形成するケース５の端部５６１は、折返し形状に形成されている。そして、この折返し形状の端部５６１からコネクタ部５５の端面における凹部５５１に弾性変形力が付与されており、コネクタ部５５が切欠き部５６に保持されている。

図２に示すように、本例のケース５は、軟磁性材料から構成されている。外周コア４とケース５とは、中心コア３の外周において、一次コイル２１への通電の遮断を行う際に発生する磁束Ｂが通過する磁路を形成する。そして、ケース５は、中心コア３を通過する磁束Ｂが還流する閉磁路を、外周コア４とともに形成している。これにより、磁束Ｂが通過する磁路断面積を効果的に増加させて、点火コイル１の性能を向上させることができる。

ケース５内には、一次コイル２１への通電及び通電の遮断を行うスイッチング素子が設けられたイグナイタ７１が配置されている。イグナイタ７１は、スイッチング素子等の回路部がモールド樹脂によって被覆されて形成されている。また、イグナイタ７１は、ケース５のケース端面部５２の内側面に対面して配置されている。これにより、イグナイタ７１から生じる熱を、ケース５のケース端面部５２へ効果的に逃がすことができ、イグナイタ７１の放熱性を向上させることができる。なお、イグナイタ７１は、外周コア４とコネクタ部５５との間に配置することもできる。この場合、イグナイタ７１の一部を、ケース５のケース側面５３の内側面に対面させることができる。

図１〜図３に示すように、外周コア４における、内側面４１２、及び貫通方向Ｌの両側の端面４１３には、応力緩和部材４３が設けられている。応力緩和部材４３は、外周コア４に装着される樹脂製のコアケースとすることができ、外周コア４をモールド成形するモールド樹脂とすることもできる。また、外周コア４における外側面４１１は、応力緩和部材４３が設けられていない露出面を形成している。
外周コア４における、中心コア３の中心軸線方向Ｃに平行な一対のコア部４１の外側面４１１のほぼ全ては、ケース側面部５３における互いに対向する一対のケース側面部分５３１の内側面５３２に対面している。また、外周コア４における、中心コア３の中心軸線方向Ｃに垂直な一方のコア部４２の外側面の一部は、ケース側面部５３におけるケース側面部分５３３の内側面に対面している。

図２、図３に示すように、外周コア４における一対のコア部４１の外側面４１１と、ケース側面部５３における一対のケース側面部分５３１の内側面５３２との間には、ケース５内に外周コア４を挿入する際に必要となる微小な隙間Ｓ２が形成されている。そのため、外周コア４における一対のコア部４１の外側面４１１と、ケース側面部５３における一対のケース側面部分５３１の内側面５３２とは、微小な隙間Ｓ２に充填された絶縁樹脂６を介して対面している。なお、この微小な隙間Ｓ２は極力なくして、外周コア４における一対のコア部４１の外側面４１１と、ケース側面部５３における一対のケース側面部分５３１の内側面５３２とを接触させることもできる。

少なくとも外周コア４は、グラウンド電位に接続される。ケース５は、フランジ部５４に設けられたブッシュ５４１がシリンダヘッドカバーに接触して、シリンダヘッドカバーを介してグラウンド電位に接続される。なお、ケース５は、外周コア４を介してグラウンド電位に接続されてもよい。

次に、本例の点火コイル１の作用効果について説明する。
本例の点火コイル１においては、一次コイル２１等において発生した熱は、軟磁性材料からなる外周コア４の一対のコア部４１から、金属材料からなるケース５の一対のケース側面部分５３１へと伝熱し、ケース５の外側面から点火コイル１の外部に放熱される。このとき、外周コア４における一対のコア部４１の外側面４１１と、ケース側面部５３における一対のケース側面部分５３１の内側面５３２とが、応力緩和部材４３を介さずに直接対面していることにより、外周コア４からケース５への熱伝導を促進することができる。これにより、外周コア４から点火コイル１の外部への放熱効果を高めることができる。

それ故、本例の点火コイル１によれば、点火コイル１の放熱性を効果的に高めることができる。
なお、外周コア４とケース５とが対面する部分の隙間Ｓ２は、小さい方が熱伝導を促進するために好適である。また、外周コア４とケース５とが対面する面積は、広くした方が熱伝導を促進するために好適である。ただし、外周コア４とケース５との一部が対面していれば、外周コア４から金属材料からなるケース５への放熱性を確保することができる。

また、軟磁性材料から構成されるケース５の強度は、樹脂材料から構成されるケース５に比べて高い。そして、内燃機関の加熱・冷却サイクルを受けて、各構成部品が膨張・収縮を繰り返す際に、ケース５に割れが生じることを防止することができる。具体的には、仮に、膨張・収縮時に生じる応力によって、絶縁樹脂６にクラックが生じた場合であっても、このクラックがケース５に伸展することがなく、ケース５が絶縁樹脂６と共割れすることを防止することができる。そして、ケース５の外観がクラックの発生によって悪化することがなく、ケース５の機能が低下することもない。

また、金属材料から構成されるケース５がグラウンド電位に接続されることにより、ケース５が電磁シールド部材として機能する。これにより、点火コイル１の外部に放射される電磁ノイズを低減することもできる。さらに、外周コア４における一対のコア部４１の外側面４１１と、ケース側面部５３における一対のケース側面部分５３１の内側面５３２との間に応力緩和部材４３が配置されないことにより、ケース５の、中心軸線方向Ｃ及び貫通方向Ｌに直交する幅方向Ｗの寸法を小さくすることができる。これにより、点火コイル１の小型化を図ることもできる。

（実施例２）
本例は、点火コイル１の各部の構成に工夫をした種々のバリエーションを示す。
ケース５は、アルミニウム材料、銅材料等の非磁性材料から構成することもできる。この場合には、軟磁性材料よりも熱伝導率が高い非磁性材料によって、外周コア４からケース５への熱伝導をさらに促進することができる。一方、この場合には、ケース５は、外周コア４とともに閉磁路を形成する部分としては機能しない。

また、図４に示すように、高圧タワー７２は、ケース５に形成された切欠き部５７に取り付けられるフランジ部５４Ａと一体成形することができる。そして、ケース５の切欠き部５７にフランジ部５４Ａを取り付けることにより、高圧タワー７２を、ケース開口部５１に対向して配置することができる。

また、図５、図６に示すように、ケース５のケース端面部５２及びケース側面部５３における外側面には、表面積を大きくするための複数の凹凸を形成することができる。例えば、ケース側面部５３における一対のケース側面部分５３１には、波形状の凹凸５３５を形成し、ケース端面部５２には、多数の陥没部５２５によるディンプル形状の凹凸を形成することができる。これらの場合には、ケース５の外側面の表面積が大きくなり、外周コア４及びケース５から点火コイル１の外部への放熱効果をさらに高めることができる。また、これらの場合には、絶縁樹脂６とケース５との密着性を高めることもできる。
また、これらの場合には、外周コア４における一対のコア部４１の外側面４１１に対して、ケース側面部５３における一対のケース側面部分５３１の内側面５３２の一部が対面することになる。

ケース５内の隙間Ｓ１に絶縁樹脂６を充填する際には、ケース５のケース端面部５２を下方に向け、かつケース５のケース開口部５１を上方に向けて、ケース開口部５１から絶縁樹脂６を注入する。そして、図７に示すように、高圧タワー７２における、ケース５のケース開口部５１に対向するよう形成されたベース部７２２には、ケース５内の隙間Ｓ１に絶縁樹脂６を充填する際に発生する気泡を逃がすための泡抜き穴７２３を形成することができる。これにより、ケース開口部５１に向けて抜ける気泡が、高圧タワー７２のベース部７２２に留まることを防止することができる。また、高圧タワー７２のベース部７２２の内側面には、絶縁樹脂６との接着性を高めるための突起７２４を設けることができる。

また、高圧タワー７２のベース部７２２に泡抜き穴７２３を形成する以外にも、図８に示すように、ベース部７２２の内側面には、ベース部７２２に気泡が留まることを防止するための傾斜面７２５を形成することもできる。また、高圧タワー７２のベース部７２２の内側面には、高圧タワー７２に設けられる導体部品７２１からその周囲への沿面距離を長くするための突起７２６を設けることもできる。この場合には、導体部品７２１からその周囲へ漏洩電流が生じにくくすることができる。
本例においても、その他の構成及び図中の符号は実施例１と同様であり、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

１ 点火コイル
２１ 一次コイル
２２ 二次コイル
３ 中心コア
４ 外周コア
４１ コア部
４１１ 外側面
５ ケース
５１ ケース開口部
５２ ケース端面部
５３ ケース側面部
５３１ ケース側面部分
５３２ 内側面
６ 絶縁樹脂

Claims (7)

1. 一次コイル（２１）及び二次コイル（２２）と、
   該一次コイル（２１）及び二次コイル（２２）の内周に配置された軟磁性材料からなる中心コア（３）と、
   上記一次コイル（２１）及び二次コイル（２２）の外周に配置された軟磁性材料からなる環状の外周コア（４）と、
   上記一次コイル（２１）、上記二次コイル（２２）、上記中心コア（３）及び上記外周コア（４）を収容するケース（５）と、を備え、
   上記ケース（５）は、金属材料から構成されており、かつ、上記外周コア（４）の貫通方向（Ｌ）に向けられたケース開口部（５１）と、該ケース開口部（５１）と対向する側に設けられたケース端面部（５２）と、該ケース端面部（５２）から立設されて上記外周コア（４）を囲う環状のケース側面部（５３）とを有しており、
   上記外周コア（４）における外側面（４１１）の少なくとも一部は、上記ケース（５）における内側面（５３２）に対面していることを特徴とする内燃機関用点火コイル（１）。
2. 上記外周コア（４）における、上記中心コア（３）の中心軸線方向（Ｃ）に平行な一対のコア部（４１）の外側面（４１１）の少なくとも一部は、上記ケース側面部（５３）における互いに対向する一対のケース側面部分（５３１）の内側面（５３２）に対面していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火コイル（１）。
3. 上記外周コア（４）における、内側面（４１２）、及び上記貫通方向（Ｌ）の両側の端面（４１３）には、応力緩和部材（４３）が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用点火コイル（１）。
4. 上記ケース（５）は、軟磁性材料から構成されており、かつ、上記一次コイル（２１）への通電の遮断を行う際に上記中心コア（３）を通過する磁束（Ｂ）が還流する閉磁路を、上記外周コア（４）とともに形成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関用点火コイル（１）。
5. 上記ケース（５）には、上記二次コイル（２２）の高圧巻線端部が接続される高圧タワー（７２）が取り付けられており、
   該高圧タワー（７２）は、上記ケース（５）の上記ケース開口部（５１）に対向して配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関用点火コイル（１）。
6. 上記ケース（５）の上記ケース端面部（５２）及び上記ケース側面部（５３）の少なくとも一方における外側面（５２５，５３５）には、表面積を大きくするための複数の凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関用点火コイル（１）。
7. 上記ケース（５）内には、上記一次コイル（２１）への通電及び通電の遮断を行うスイッチング素子が設けられたイグナイタ（７１）が配置されており、
   該イグナイタ（７１）の一部は、上記ケース（５）の上記ケース端面部（５２）の内側面又は上記ケース側面部（５３）の内側面に対面していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関用点火コイル（１）。

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