JP2019029493A - 内燃機関の点火コイル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が達成された上で、イグナイタに対する要求に容易に低コストで対応しうる矩形型の点火コイル装置の提供。【解決手段】この点火コイル装置２は、コイル体１２と、コネクタ部２０と、イグナイタ１４と、回路基板部１６とを備えている。上記イグナイタ１４は、素子モールド部３２と、この素子モールド部３２から延びる複数の端子３４とを備えている。上記回路基板部１６は、上記コネクタ部２０と電気的に接続され、上記イグナイタ１４とも電気的に接続されている。上記素子モールド部３２は、上記回路基板部１６と離れて配置されている。好ましくは、上記回路基板部１６及び上記イグナイタ１４と、上記コネクタ部２０とは、上記コイル体１２の互いに垂直な異なる面に沿って配置されている。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の点火コイル装置に関する。

典型的な内燃機関用の点火コイル装置として、コイル部分をエンジンのプラグホール内に収容させる「ペン型」及びコイル部分をプラグホールの上に配置させる「矩形型」がある。ペン型の点火コイル装置は省スペース化に適している一方で、コイルの構造がプラグホールの形状や大きさにより制限される。近年のエンジンの高性能化及び低燃費化により、点火コイル装置にはこれまでより高い出力電圧が求められている。形状に自由度があり、高出力電圧化への対応が容易な矩形型の点火コイル装置が、近年広く使用されている。

矩形型の点火コイル装置は、一次コイル及び二次コイルを備えるコイル体、車両の制御装置と接続されるコネクタ部及びスイッチング素子を有するイグナイタを備える。車の制御装置からの制御信号がコネクタ部を介して、イグナイタに送られる。イグナイタは、制御信号に従って、一次コイルの電流の導通及び切断を制御する。一次コイルの電流の変化により、二次コイルに高電圧が発生する。二次コイルで発生した高電圧が、この点火コイル装置に接続された点火プラグに引加される。矩形型の点火コイル装置の一例が、特開２０１４−２１２２２１公報に開示されている。この点火コイル装置では、イグナイタは、パワートランジスタと周辺素子とを制御基板上に実装することで構成されている。

特開２０１４−２１２２２１公報

エンジンの高性能化及び低燃費化により、イグナイタに多様な機能や性能が求められるようになっている。例えば、イグナイタに、これまでより高いノイズ耐性が求められることがある。これらの要求に対応するために、イグナイタを変更することは、手間とコストが必要となる。イグナイタが実装された基板の変更も容易でない。さらにこれらの変更は、点火コイル装置の大型化の要因となることがある。

本発明の目的は、小型化が達成された上で、イグナイタに対する要求に容易に低コストで対応しうる矩形型の点火コイル装置の提供である。

本発明に係る点火コイル装置は、コイル体と、コネクタ部と、イグナイタと、回路基板部とを備えている。上記イグナイタは、素子モールド部と、この素子モールド部から延びる複数の端子とを備えている。上記回路基板部は、上記コネクタ部と電気的に接続され、上記イグナイタとも電気的に接続されている。上記素子モールド部は、上記回路基板部と離れて配置されている。

好ましくは、上記回路基板部及び上記イグナイタと、上記コネクタ部とは、上記コイル体の互いに垂直な異なる面に沿って配置されている。

好ましくは、上記回路基板部は、コネクタ部からの信号のノイズを除去する回路を備える。

この点火コイル装置が上記コネクタ部と電気的に接続され上記回路基板部と接触する基板用の端子をさらに備え、上記回路基板部がスルーホールを備えている場合において、好ましくは、上記イグナイタの端子又は上記基板用の端子のうち、上記スルーホールと接触し互いに隣接する端子において、その長さが異なっており、これらの端子と接触するスルーホールの位置は、これらの端子が延びる方向においてずれを有している。

本発明に係る点火コイル装置は、コネクタ部と電気的に接続され、イグナイタとも電気的に接続される回路基板部を備えている。イグナイタの素子モールド部は、回路基板部とは離れて配置されている。この点火コイル装置では、イグナイタに対する新たな要求があったときは、この回路基板部で対応する機能が実現される。この点火コイル装置では、イグナイタの変更は必要ない。この点火コイル装置では、既存のイグナイタを使用することができる。この点火コイル装置では、イグナイタの素子モールド部が回路基板部と離れているため、回路基板部の構成の自由度が高い。この機能の実現は容易である。この点火コイル装置では、要求される機能が容易にかつ安価に実現できる。素子モールド部が回路基板部と離れているため、回路基板部及びイグナイタの配置の自由度は高い。これは点火コイル装置の小型化に寄与する。この点火コイル装置では、この機能の実現により点火コイル装置が大きくなることが防止されている。この点火コイル装置では、小型化が達成された上で、イグナイタに対する多様な要求に対して、容易に低コストで対応ができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る点火コイル装置が示された斜視図である。 図２は、図１の点火コイル装置の主部の正面図である。 図３は、図２のIII−III線に沿った断面図である。 図４は、図２のIV−IV線に沿った断面図である。 図５（ａ）は図１の回路基板部とその周辺が示された上面図であり、図５（ｂ）はその底面図であり、図５（ｃ）はその側面図である。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

図１に、本発明の一実施形態に係る点火コイル装置２が示されている。この点火コイル装置２は、矩形型である。図１において矢印Ｘはこの点火コイル装置２の前方を表す。この逆が後方である。矢印Ｙはこの点火コイル装置２の右方向を表す。この逆が左方向である。矢印Ｚはこの点火コイル装置２の上方向を表す。この逆が下方向である。矢印Ｘ、Ｙ及びＺは、後述する図２−４においても同じ意味を表す。図１に示されるように、この点火コイル装置２は、主部４と外周鉄心部６とボルト８とを備えている。

図２は、図１の主部４が示された正面図である。図３は、図２のIII−III線に沿った断面図である。図４は、図２のIV−IV線に沿った断面図である。主部４は、ケース１０、コイル体１２、イグナイタ１４、回路基板部１６、端子台１８、コネクタ部２０及び高電圧出力部２２を備える。なお、コイル体１２については、図２において、ケース１０の内部で格納されている位置のみが二点鎖線で示されている。

図１−３に示されるように、ケース１０は、本体２４と、この本体２４の側面から突出する突出部２６とを備える。本体２４は、箱状を呈する。ケース１０には、コイル体１２、イグナイタ１４、回路基板部１６及び端子台１８が格納されている。図１及び３に示されるように、突出部２６からコネクタ部２０が延びている。図２及び４に示されるように、本体２４の底面から高電圧出力部２２が延びている。この実施形態では、ケース１０は、コネクタ部２０及び高電圧出力部２２と一体として形成されている。ケース１０は、樹脂からなる。ケース１０の好ましい材質として、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）及びＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が例示される。

図２に示されるように、コイル体１２は、本体２４の底面側に格納されている。コイル体１２は、高電圧出力部２２の上方に位置する。図示されないが、コイル体１２は、本体２４の内部において、その前端から後端まで延びている。図示されないが、コイル体１２は、一次コイル、二次コイル及びＩ字鉄心を備える。一次コイルは、一次ワイヤを巻回すことで形成されている。二次コイルは、一次コイルの外側において、一次コイルと同軸状に配置されている。二次コイルは、二次ワイヤを巻回すことで形成されている。典型的には、一次ワイヤの巻き数は１００回程度であり、二次ワイヤの巻き数は８０００回から１５０００回である。一次ワイヤ及び二次ワイヤの典型的な材質は、銅（Ｃｕ）である。Ｉ字鉄心は、一次コイルの中央を前後に貫通している。図２に示されるように、Ｉ字鉄心の前端２８は、主部４の前面に露出している。これは、鉄心口３０と称される。図示されないが、Ｉ字鉄心の後端は、主部４の後面にも露出している。すなわち、主部４の後面にも鉄心口３０が設けられている。主部４には、その互いに対向する面に、一対の鉄心口３０が設けられている。

イグナイタ１４は、ケース１０の内部において、その上側に位置する。図３にはコイル体１２は示されていないが、イグナイタ１４は、コイル体１２の上方に位置する。イグナイタ１４は、コイル体１２の上面に沿って配置されている。イグナイタ１４は、素子モールド部３２と複数の端子３４とを備えている。この実施形態では、イグナイタ１４は、６本の端子３４を備えている。素子モールド部３２は、箱状を呈する。それぞれの端子３４は、素子モールド部３２から突出している。

回路基板部１６は、ケース１０の内部において、その上側に位置する。回路基板部１６は、コイル体１２の上方に位置する。回路基板部１６は、コイル体１２の上面に沿って配置されている。図３に示されるように、回路基板部１６は、イグナイタ１４と隣接して配置されている。この図に示されるように、イグナイタ１４の素子モールド部３２は、回路基板部１６と離れて配置されている。

端子台１８は、ケース１０の内部において、その上側に位置する。端子台１８は、コイル体１２の上方に位置する。端子台１８は、コイル体１２の上面に沿って配置されている。図３に示されるように、端子台１８は、本体２４と突出部２６とに渡って延びている。端子台１８は、回路基板部１６と隣接して配置されている。端子台１８は、基部３６と、基部３６から突出する複数の基板用端子３８とを備えている。

コネクタ部２０は、突出部２６から延びている。図１及び３に示されるように、この実施形態では、コネクタ部２０は、突出部２６の後面から後方に延びている。図１及び３に示されるように、コネクタ部２０は、ケース１０の本体２４の側面に沿っている。すなわち、コネクタ部２０は、ケース１０を介して、コイル体１２の側面に沿っている。コネクタ部２０は筒状を呈する。図３及び４に示されるように、コネクタ部２０は内部にコネクタ端子４０を備える。コネクタ端子４０は、本体２４の側面に沿って延びている。図４で示されるように、複数のコネクタ端子４０が、並列されている。この実施形態では、３本のコネクタ端子４０が並列されている。コネクタ端子４０は、端子台１８と接続している。点火コイル装置２が車両に装着されたとき、コネクタ端子４０は車の制御装置（ＥＣＵ）に接続される。

高電圧出力部２２は、本体２４の底面から突出している。図示されないが、高電圧出力部２２は、その内部に高電圧端子を備える。この高電圧端子は、二次コイルの端子と接続されている。図示されないが、点火コイル装置２が車両に装着されたとき、この高電圧出力部２２はプラグホールに挿入される。すなわち、高電圧出力部２２が延びる方向は、プラグホールの軸方向である。この点火コイル装置２では、上下方向がプラグホールの軸方向である。上方向がこの軸方向の点火コイル装置側であり、下方向がこの軸方向のプラグブーツ側である。高電圧端子は点火プラグと接続される。

図１に示されるように、外周鉄心部６は、主部４に取り付けられている。外周鉄心部６は、一方の鉄心口３０から他方の鉄心口３０まで、主部４の側面沿いに延びている。図示されないが、外周鉄心部６は、主鉄心がカバーで覆われた構造を有する。この主鉄心は、典型的には珪素鋼よりなる。この主鉄心とＩ字鉄心とにより、鉄心のループが形成されている。カバーは、樹脂からなる。カバーの好ましい材質として、ＰＢＴ、ＰＰＳ及びＰＥＴが例示される。外周鉄心部６は、その両端に孔４２を有している。図１で示されるように、ボルト８は、この外周鉄心部６の一方の孔４２に通されている。このボルト８により、点火コイル装置２は、エンジンに堅固に固定される。

図５には、イグナイタ１４、回路基板部１６、端子台１８及びコネクタ端子４０が示されている。図５（ａ）はこれらの上面図であり、図５（ｂ）はこれらの底面図であり、図５（ｃ）はこれらの側面図である。

図５（ｂ）に示されるように、回路基板部１６は、基板４４と複数の素子４６とを備えている。図５（ａ）及び（ｂ）に示されるように、基板４４には複数のスルーホール４８が設けられている。イグナイタ１４の一部又は全ての端子３４は、このスルーホール４８と接触している。この実施形態では、イグナイタ１４の４つの端子３４が、スルーホール４８と接触している。これらの端子３４とスルーホール４８とは、半田によって固定されている。これらの端子３４とスルーホール４８とにより、回路基板部１６は、イグナイタ１４と電気的に接続されている。図で示されるように、このイグナイタ１４では、スルーホール４８と接触しかつ互いに隣接する端子３４は、その長さが異なっている。図５（ｂ）の図では、紙面の左から３番目までの３本の端子３４が、このような端子である。このため、図５（ａ）に示されるように、これらの端子３４と接触するスルーホール４８は、端子３４が延びる方向において、その位置がずれている。

図５（ａ）及び（ｂ）に示されるように、端子台１８の一部又は全ての基板用端子３８が、基板４４のスルーホール４８と接触している。この実施形態では、端子台１８の４つの基板用端子３８が、スルーホール４８と接触している。これらの基板用端子３８とスルーホール４８とは、半田によって固定されている。図で示されるように、この端子台１８では、スルーホール４８と接触しかつ互いに隣接する基板用端子３８は、その長さが異なっている。図５（ｂ）の図では、紙面の左から２番目までの基板用端子３８が、このような端子である。図５（ａ）に示されるように、これらの基板用端子３８と接続するスルーホール４８は、端子３８が延びる方向において、その位置がずれている。

図５（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、複数の素子４６が、基板４４上に実装されている。これらの素子４６は、例えば、ＩＣチップ、コンデンサ、抵抗である。これらは基板４４に設けられたパターン（図示されず）により、電気的に接続されている。これらの素子４６とパターンとにより、特定の機能を果たす回路が構成されている。例えば、ノイズ除去回路が構成されている。

図示されないが、コネクタ端子４０は、端子台１８の基板用端子３８と電気的に接続されている。前述のとおり、これらの基板用端子３８は、回路基板部１６のスルーホール４８と接触している。すなわち、コネクタ端子４０は、端子台１８を介して、回路基板部１６のスルーホール４８と電気的に接続されている。回路基板部１６は、コネクタ部２０と電気的に接続されている。

この点火コイル装置２の動作は以下の通りである。車両の制御装置からの制御信号がコネクタ端子４０に入力される。この制御信号は、端子台１８を通して、回路基板部１６に送られる。回路基板部１６により、この制御信号の処理が行われる。例えば、制御信号のノイズ除去が行われる。処理後の信号が、イグナイタ１４に送られる。イグナイタ１４は、一次コイルの電流の導通及び切断を制御するスイッチである。この信号に従って、イグナイタ１４は一次コイルの電流を導通させまたは切断する。前述のとおり、二次ワイヤの巻き数は一次ワイヤの巻き数に比べて大きい。このため、一次コイルの電流の変化により、二次コイルに数十ｋＶの高電圧が発生する。二次コイルで発生した高電圧は、高電圧出力部２２を通して点火プラグに引加される。これにて内燃機関の燃料に点火される。典型的な燃料として、ガソリン及び天然ガスが例示される。制御装置は、点火コイル装置２を通して、内燃機関の燃料に点火するタイミングを制御している。

以下、本発明の作用効果が説明される。

本発明に係る点火コイル装置２は、コネクタ部２０と電気的に接続され、イグナイタ１４とも電気的に接続される回路基板部１６を備えている。イグナイタ１４の素子モールド部３２は、回路基板部１６とは離れて配置されている。この点火コイル装置２では、イグナイタ１４に対する新たな要求があったときは、この回路基板部１６で対応する機能が実現される。例えば、イグナイタ１４に対してこれまで以上に高いノイズ耐性が求められたとき、回路基板部１６においてノイズ除去回路が実現される。この点火コイル装置２では、イグナイタ１４の変更は必要ない。この点火コイル装置２では、既存のイグナイタを使用することができる。この点火コイル装置では、イグナイタ１４の素子モールド部３２が回路基板部１６と離れているため、回路基板部１６の構成の自由度が高い。この機能の実現は容易である。この点火コイル装置２では、要求される機能が容易にかつ安価に実現できる。素子モールド部３２が回路基板部１６と離れているため、回路基板部１６及びイグナイタ１４の配置の自由度は高い。これは点火コイル装置２の小型化に寄与する。この点火コイル装置２では、この機能の実現により点火コイル装置２が大きくなることが防止されている。この点火コイル装置２では、小型化が達成された上で、イグナイタ１４に対する多様な要求に対して、容易に低コストで対応ができる。

前述のとおり、この点火コイル装置２では、回路基板部１６及びイグナイタ１４は、コイル体１２の上面に沿っている。コネクタ部２０は、コイル体１２の側面に沿っている。このように、回路基板部１６及びイグナイタ１４と、コネクタ部２０とは、コイル体１２の異なる面に沿って配置されるのが好ましい。図２に示されるように、コイル体１２は体積が大きい。回路基板部１６及びイグナイタ１４と、コネクタ部２０とを、このコイル体１２の異なった側面に沿って配置させることで、これらを配置したときに生じる隙間が小さくされる。これにより、点火コイル装置２が小さくできる。この点火コイル装置２では、小型化が達成されている。

回路基板部１６及びイグナイタ１４が沿っているコイル体１２の面と、コネクタ部２０が沿っているコイル体１２の面とは、互い垂直であるのが好ましい。すなわち、回路基板部１６とコネクタ部２０とはＬ字状となるように配置されているのが好ましい。このようにすることで、回路基板部１６とコネクタ部２０とを隣接させることができる。回路基板部１６とコネクタ部２０との接続部分が短くできる。これは点火コイル装置２の小型化に貢献する。この点火コイル装置２では、小型化が達成されている。

図３で示されるように、回路基板部１６とイグナイタ１４とは直線状に配置されているのが好ましい。コイル体１２は、回路基板部１６やイグナイタ１４と比べて大きい。回路基板部１６とイグナイタ１４とを直線状にしてコイル体１２の面に沿って配置することで、これらを配置したときに生じる隙間が小さくされる。これにより、点火コイル装置２が小さくできる。例えば、図３で示されるように、回路基板部１６とイグナイタ１４とを直線状に配置することで、回路基板部１６上にイグナイタ１４を搭載するのに比べて、点火コイル装置２の高さが小さくできる。この点火コイル装置２では、小型化が達成されている。

図３で示されるように、コネクタ部２０は、ケース１０の本体２４の側面に沿って延びるのが好ましい。このようにすることで、この点火コイル装置２がエンジンに装着されたとき、このコネクタ部２０は邪魔になりにくい。この点火コイル装置２は、エンジン周辺のスペースの小型化に貢献しうる。

図５（ｂ）で示されるように、イグナイタ１４の端子３４又は端子台１８の基板用端子３８のうち、基板４４のスルーホール４８と接触し互いに隣接する端子は、その長さが異なっているのが好ましい。このとき、これらの端子と接触するスルーホール４８の位置は、これらの端子が延びる方向においてずれを有する。通常、イグナイタ１４の端子３４又は基板用端子３８の最小ピッチと比べて、スルーホール４８の最小ピッチは大きい。互いに隣接する端子が同じ長さの場合、これらの端子のピッチを最小にすると、これらと接続するスルーホール４８を設けることができない。これらの端子の長さを異なるようにし、スルーホール４８の位置をずらすことで、端子のピッチを最小にすることができる。これは、回路基板部１６及びイグナイタ１４の小型化に貢献する。この点火コイル装置２では、小型化が達成されている。

以上説明されたとおり、本発明によれば、小型化が達成された上で、イグナイタ１４に対する要求に容易に低コストで対応しうる点火コイル装置２が得られる。このことから、本発明の優位性は明らかである。

以上の説明では、この点火コイル装置が使用される例として、ガソリン及び天然ガスを燃料とする内燃機関が挙げられた。この点火コイル装置が使用されるのは、これらの内燃機関に限られない。この点火コイル装置は、点火プラグにて燃料に点火される種々の内燃機関に使用される。

２・・・点火コイル装置
４・・・主部
６・・・外周鉄心部
８・・・ボルト
１０・・・ケース
１２・・・コイル体
１４・・・イグナイタ
１６・・・回路基板部
１８・・・端子台
２０・・・コネクタ部
２２・・・高電圧出力部
２４・・・本体
２６・・・突起部
２８・・・Ｉ字鉄心の前端
３０・・・鉄心口
３２・・・素子モールド部
３４・・・端子
３６・・・基部
３８・・・基板用端子
４０・・・コネクタ端子
４２・・・孔
４４・・・基板
４６・・・素子
４８・・・スルーホール

Claims (4)

1. コイル体と、コネクタ部と、イグナイタと、回路基板部とを備えており、
   上記イグナイタが、素子モールド部と、この素子モールド部から延びる複数の端子とを備えており、
   上記回路基板部が、上記コネクタ部と電気的に接続され、上記イグナイタとも電気的に接続されており、
   上記素子モールド部が、上記回路基板部と離れて配置されている内燃機関用の点火コイル装置。
2. 上記回路基板部及び上記イグナイタと、上記コネクタ部とが、上記コイル体の互いに垂直な異なる面に沿って配置されている請求項１に記載の点火コイル装置。
3. 上記回路基板部が、コネクタ部からの信号のノイズを除去する回路を備える請求項１又は２に記載の点火コイル装置。
4. 上記コネクタ部と電気的に接続され上記回路基板部と接触する基板用の端子をさらに備えており、
   上記回路基板部がスルーホールを備えており、
   上記イグナイタの端子又は上記基板用の端子のうち、上記スルーホールと接触し互いに隣接する端子において、その長さが異なっており、
   これらの端子と接触するスルーホールの位置が、これらの端子が延びる方向においてずれを有している請求項１から３のいずれかに記載の点火コイル装置。

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