JP2020191348A - 内燃機関用点火コイル - Google Patents

Abstract

【課題】複数のエアギャップを備えることによって、大きな電磁エネルギを用いて二次電圧を出力する内燃機関用点火コイルを提供する。【解決手段】センタ鉄芯部１２は、幅方向の両側端に凹部２０を有し、一次ボビン１４は、中心孔に、センタ鉄芯部１２の凹部２０と係合してセンタ鉄芯部１２の位置決めを行う突起部２１を有し、一次ボビン１４の中心孔の一端側に位置する、サイド鉄芯部１０とセンタ鉄芯部１２の長手方向一端との間に第一エアギャップ３０を有し、一次ボビン１４の中心孔の他端側に位置する、サイド鉄芯部１１の基片部１１ｃとセンタ鉄芯部１２の長手方向他端との間に第二エアギャップ３１を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、内燃機関に備えられた点火プラグに放電火花を発生させる内燃機関用点火コイルに関する。

内燃機関は、排気ガスに含まれる有害成分の規制に対応するため、希薄混合気や高ＥＧＲを用いるようになってきたことから、高エネルギの点火火花を発生することができる点火コイルが求められている。
また、内燃機関に備えられる補機などが多様化し、内燃機関の周囲に設置される部品等の数量が増大している。そのため、点火コイルを設置する場所（広さ）を抑制することも求められている。
小型でありながら高エネルギの高電圧を出力するように、二次コイルのボビン筒内に挿入されるとともに、当該二次コイルの外周を囲うように形成された鉄心を備えた内燃機関用点火コイルがある（例えば、特許文献１参照）。

図３は、従来の点火コイル１００の構成を示す説明図である。この図は、点火コイル１００の概略横断面を示している。点火コイル１００は、略Ｅ字状の鉄芯部１１１と、鉄芯部１１１の略Ｅ字状の開放端部に当接して磁気回路（閉磁路）を形成する鉄芯部１１０を備えている。
鉄芯部１１１は、略Ｅ字状の中央に位置する長辺部分をセンタ鉄芯部１１２として備えており、センタ鉄芯部１１２は、長辺部分の先端側から二次コイル１１３を巻回させた二次ボビンの中心孔、もしくは、一次コイルを巻回させた一次ボビン（図示省略）の中心孔に挿通させるように形成されている。
即ち、センタ鉄芯部１１２は、鉄芯部１１１に含めて形成されたもので、当該センタ鉄芯部１１２の基端側は、センタ鉄芯部１１２以外の部分（鉄芯部１１１に含まれるサイド鉄芯部）に連なっており、例えば、二次コイル１１３の側方に配置された長辺部分や二次ボビンの長手方向の一端側に配置された長辺部分などと共に一体形成されている。

センタ鉄芯部１１２は、鉄芯部１１０と鉄芯部１１１を接合して磁気回路を形成させたとき、センタ鉄芯部１１２の先端側が鉄芯部１１０と接触せず、所定の隙間間隔のエアギャップ１３０が生じるように構成されている。
即ち、従来の点火コイル１００は、センタ鉄芯部１１２の先端と対向するサイド鉄芯部（鉄芯部１１０）の一部分にエアギャップ１３０を設けている。
エアギャップ１３０は、センタ鉄芯部１１２の端部（脚部）に設けることによって、多くの磁束を磁気回路内へ導くことができ、高エネルギの二次電圧を発生することが可能になる。

特開２００４−１６９６１９号公報

従来の点火コイルは、センタ鉄芯部をコイルボビンの中心孔に挿通し、コイルボビンに巻回された各コイルとサイド鉄芯部を所定の配置とするため、センタ鉄芯部とサイド鉄芯部とを連ねて形成している。
換言すると、センタ鉄芯部とサイド鉄芯部は、コイルの巻回始端側、または、コイルの巻回終端側で繋がっている。そのため、センタ鉄芯部とサイド鉄芯部との間にエアギャップを複数設けることが困難であった。

本開示は、上記の問題点に鑑みなされたもので、複数のエアギャップを備えることによって、大きな電磁エネルギを用いて二次電圧を出力する内燃機関用点火コイルを提供する。

本開示に係る内燃機関用点火コイルは、長形の磁性材料からなるセンタ芯部を挿入する中心孔を有し、一次コイルを巻回した略筒状の一次ボビンと、前記一次ボビンを挿入する中心孔を有し、二次コイルを巻回した略筒状の二次ボビンと、磁性材料からなり、前記二次コイルの外側を囲うサイド芯部と、を備え、前記センタ芯部は、幅方向の両側端に凹部または突起部を有し、前記一次ボビンは、該一次ボビンの中心孔に、前記センタ芯部の凹部または突起部と係合して前記センタ芯部の位置決めを行う突起部または凹部を有し、前記一次ボビンの中心孔の一端側に位置する、前記サイド芯部の第一の部位と前記センタ芯部の長手方向一端との間に第一エアギャップを有し、前記一次ボビンの中心孔の他端側に位置する、前記サイド芯部の第二の部位と前記センタ芯部の長手方向他端との間に第二エアギャップを有する、ことを特徴とする。

また、前記一次ボビンは、該一次ボビンの中心孔の他端に、前記センタ芯部の長手方向他端に当接して前記センタ芯部の位置決めを行う位置決め部を有する、ことを特徴とする。

また、前記センタ芯部は、前記凹部または突起部を前記幅方向の両側端に対称配置した、ことを特徴とする。

また、前記センタ部芯は、前記幅方向の両側端に設置した前記凹部または突起部の数が該側端ごとに異なる、ことを特徴とする。

本開示によれば、サイド芯部に対向するセンタ芯部の両端に各々エアギャップを設けることができ、大きな電磁エネルギによって二次電圧を発生することが可能になる。

本開示の実施例による点火コイルの構成を示す説明図である。 図１の点火コイルを構成する一次ボビンの斜視図である。 従来の点火コイルの構成を示す説明図である。

以下、この発明の実施の一形態を説明する。
（実施例）
図１は、本開示の実施例による点火コイル１の構成を示す説明図である。点火コイル１は、一次コイルを巻回させた一次ボビン１４、二次コイル１３を巻回させた二次ボビン１６を備え、一次コイルの周囲を囲うように二次コイル１３を配置している。
一次ボビン１４ならびに二次ボビン１６は、絶縁性を有する樹脂等を用いて略筒状に形成されており、筒孔、即ち、中心孔を備えている。
即ち、二次ボビン１６の中心孔には、一次コイル（一次ボビン１４）が挿入されている。
一次ボビン１４の中心孔には、直線状に形成されたセンタ鉄芯部１２が挿入されている。
点火コイル１は、二次コイル１３の外側を囲うようにサイド鉄芯部１０，１１を備えている。

サイド鉄芯部１０，１１およびセンタ鉄芯部１２は、磁性材料からなり、例えば、鉄製の薄板を複数枚積層させて所定の厚みを有している。図１においては、サイド鉄芯部１０，１１およびセンタ鉄芯部１２を積層方向の上方から視た場合の形状を示している。
サイド鉄芯部１０は、直線状に形成されており、略コの字状に形成されたサイド鉄芯部１１の開口部分の両端を繋ぐように構成されている。即ち、サイド鉄芯部１０とサイド鉄芯部１１を接合すると、略ロの字状の鉄芯部となって二次コイル１３や二次ボビン１６などの外側を囲うように構成されている。

サイド鉄芯部１０は、例えば、長手方向の両端に、サイド鉄芯部１１に接合するように形成された部位を有する。サイド鉄芯部１０とサイド鉄芯部１１の接合部位は、好ましくは隙間なく密着し、接合状態において漏れ磁束を抑えるように形成する。
サイド鉄芯部１０は、二次コイル１３等の中心孔の一端側において、当該中心孔の径方向に沿って延設したように配置されている。
サイド鉄芯部１１は、例えば、直線状に形成された基片部１１ｃを有し、基片部１１ｃの長手方向の両端に、略コの字状の各側腕片となる側片部１１ａ，１１ｂを各々設けている。
サイド鉄芯部１１は、二次コイル１３等の他端側に基片部１１ｃが位置し、二次ボビン１６に巻回された二次コイル１３表面の外側に側片部１１ａ，１１ｂが位置するように設置されている。なお、側片部１１ａ，１１ｂは、二次コイル１３の長手方向に延設され、当該二次コイル１３表面に対して平行となるように配置されている。

センタ鉄芯部１２は、前述の一次ボビン１４の中心孔へ挿入することのできる横幅を有し、また、当該中心孔の内部へ全体が収納され、後述するエアギャップを生じる長さを有している。
換言すると、センタ鉄芯部１２は、上方から視たとき長方形に形成されており、長手方向の両端部位が、それぞれ略ロの字状のサイド鉄芯部１０，１１の内側部位と対向するように配置されている。このように配置されたサイド鉄芯部１０，１１およびセンタ鉄芯部１２によって、一次ボビン１４（一次コイル）の中心孔を貫通して二次コイル１３の外側を囲う磁気回路が形成される。

センタ鉄芯部１２は、例えば、幅方向の両側端に複数の凹部２０を備えている。凹部２０は、センタ鉄芯部１２の長手方向中心軸へ向かって窪んだ形状に形成されている。
センタ鉄芯部１２は、例えば、幅方向の一の側端に設置された凹部２０と、幅方向の他の側端に設置された凹部２０とを、配置位置や設置数について対称配置している。
一次ボビン１４の中心孔内部には、凹部２０と対をなすように形成された突起部２１が備えられている。突起部２１は、凹部２０に挿入して係合する大きさ、形状を有するように構成されている。
即ち、一次ボビン１４の中心孔にセンタ鉄芯部１２を挿入するとき、図中、センタ鉄芯部１２の上下、または左右を逆に挿入しても、一次ボビン１４に固定することができるように（方向性を有さないように）、センタ鉄芯部１２の凹部２０を対称配置し、この凹部２０に対応するように、一次ボビン１４の中心孔に突起部２１を配置されている。

例えば、長方形に形成されたセンタ鉄芯部１２は、四隅近傍に各々凹部２０を設けており、即ち、センタ鉄芯部１２の幅方向の各側端に各々二つの凹部２０を設けている。
また、一次ボビン１４の中心孔内部には、上記の四つの凹部２０に対応する同数の突起部２１が配置されている。
センタ鉄芯部１２ならびに一次ボビン１４中心孔の複数個所に、それぞれ凹部２０または突起部２１を設けておき、一次ボビン１４の中心孔にセンタ鉄芯部１２を圧入すると、中心孔内部の所定位置にセンタ鉄芯部１２が到達したとき、各凹部２０と対応する突起部２１が係合する。
上記のように各凹部２０が係合したセンタ鉄芯部１２は、一次ボビン１４中心孔の開口側や位置決め部１５側へ移動することなく、また、センタ鉄芯部１２の幅方向についても移動することがないように固定され、一次ボビン１４の中心孔内部において、例えば中心位置に位置決め固定される。

なお、センタ鉄芯部１２の凹部２０を突起部２１に替えて、また、一次ボビン１４の突起部２１を凹部２０に替えて、センタ鉄芯部１２と一次ボビン１４が係合するように構成してもよい。
また、センタ鉄芯部１２の幅方向各側端に凹部２０または突起部２１を設ける場合に、一の側端と他の側端に設置した数が異なるように構成し、このセンタ鉄芯部１２の凹部２０または突起部２１に対応するように、一次ボビン１４の中心孔内部に突起部２１または凹部２０を備えてもよい。

図２は、図１の点火コイル１を構成する一次ボビン１４の斜視図である。一次ボビン１４は、前述の二次ボビン１６や各サイド鉄芯部１０，１１などと当接する部位を有し、また、例えばこれらを位置決め固定する（もしくは支持する）部位を備えている。
一次ボビン１４は、中心孔一端が開口しており、中心孔他端には当該中心孔を封鎖する壁部を備え、例えば、当該壁部として、中心孔を部分的に封鎖する位置決め部１５を備えている。
センタ鉄芯部１２は、一次ボビン１４中心孔の開口側（中心孔の一端）から挿入され、当該センタ鉄芯部１２の長手方向一端を中心孔の開口側に配置し、当該センタ鉄芯部１２の長手方向他端を位置決め部１５に当接させている。

図１のサイド鉄芯部１０は、一次ボビン１４等の外側であって、当該一次ボビン１４中心孔の開口側に配置されており、当該サイド鉄芯部１０と、位置決め部１５によって位置決めされたセンタ鉄芯部１２との間に、第一エアギャップ３０が形成されている。
詳しくは、第一エアギャップ３０は、二次コイル１３外側において一次ボビン１４中心孔の径方向に沿って配置されたサイド鉄芯部１０と、一次ボビン１４中心孔に挿入されたセンタ鉄芯部１２の長手方向一端との間に設けられている。
第一エアギャップ３０の間隔距離は、前述のようにセンタ鉄芯部１２を位置決め固定する凹部２０、突起部２１などの設置位置等によって定められる。
換言すると、センタ鉄芯部１２の長手方向一端と、当該長手方向一端に対向するサイド鉄芯部１０の部位との間に、第一エアギャップ３０が設けられている。

サイド鉄芯部１１の基片部１１ｃは、一次ボビン１４中心孔の他端側に配置されており、例えば、位置決め部１５に当接しており、当該基片部１１ｃとセンタ鉄芯部１２との間に第二エアギャップ３１が形成されている。
詳しくは、第二エアギャップ３１は、二次コイル１３外側において一次ボビン１４中心孔の径方向に沿って延設された基片部１１ｃと、一次ボビン１４中心孔に挿入されたセンタ鉄芯部１２の長手方向他端との間に設けられている。

第二エアギャップ３１の間隔距離は、前述のようにセンタ鉄芯部１２を位置決め固定する凹部２０、突起部２１などの設置位置等によって定められる。また、この間隔距離は、上記の凹部２０、突起部２１の設置位置等とともに、センタ鉄芯部１２の長手方向他端と基片部１１ｃとの間に位置する位置決め部１５の厚みによって定めることも可能である。
換言すると、センタ鉄芯部１２の長手方向他端と、当該長手方向他端に対向するサイド鉄芯部１１（基片部１１ｃ）の部位との間に、第二エアギャップ３１が設けられている。
即ち、サイド鉄芯部１０，１１およびセンタ鉄芯部１２によって形成される磁気回路は、センタ鉄芯部１２の長手方向両端に各々エアギャップを備えている。

磁気回路に二つのエアギャップを備えた場合、エアギャップが一つの磁気回路に比べて磁気抵抗が大きくなる。そのため、一次コイルに一次電流を導通させたとき、磁束が緩やかに増大し、磁束に対する起磁力が高くなる。高い起磁力が生じている状態において、一次電流を遮断すると、大きな磁束変化が発生して二次コイルに高電圧が励起される。
点火コイル１は、磁気回路に第一エアギャップ３０と第二エアギャップ３１を備えることにより、一次コイルに一次電流が流れたとき当該磁気回路に磁束が発生し、この磁束によって生じる起磁力を高めている。
換言すると、二つのエアギャップを備えた点火コイル１は、大きな電磁エネルギを蓄積することができ、この電磁エネルギによって高電圧（二次電圧）を発生することを可能にしている。

１，１００点火コイル
１０，１１サイド鉄芯部
１１ａ，１１ｂ側片部
１１ｃ基片部
１２，１１２センタ鉄芯部
１３二次コイル
１４一次ボビン
１５位置決め部
１６二次ボビン
２０凹部
２１突起部
３０第一エアギャップ
３１第二エアギャップ
１１０，１１１鉄芯部
１３０エアギャップ

Claims (4)

1. 長形の磁性材料からなるセンタ芯部を挿入する中心孔を有し、一次コイルを巻回した略筒状の一次ボビンと、
   前記一次ボビンを挿入する中心孔を有し、二次コイルを巻回した略筒状の二次ボビンと、
   磁性材料からなり、前記二次コイルの外側を囲うサイド芯部と、
   を備え、
   前記センタ芯部は、
   幅方向の両側端に凹部または突起部を有し、
   前記一次ボビンは、
   該一次ボビンの中心孔に、前記センタ芯部の凹部または突起部と係合して前記センタ芯部の位置決めを行う突起部または凹部を有し、
   前記一次ボビンの中心孔の一端側に位置する、前記サイド芯部の第一の部位と前記センタ芯部の長手方向一端との間に第一エアギャップを有し、
   前記一次ボビンの中心孔の他端側に位置する、前記サイド芯部の第二の部位と前記センタ芯部の長手方向他端との間に第二エアギャップを有する、
   ことを特徴とする内燃機関用点火コイル。
2. 前記一次ボビンは、
   該一次ボビンの中心孔の他端に、前記センタ芯部の長手方向他端に当接して前記センタ芯部の位置決めを行う位置決め部を有する、
   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。
3. 前記センタ芯部は、
   前記凹部または突起部を前記幅方向の両側端に対称配置した、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用点火コイル。
4. 前記センタ部芯は、
   前記幅方向の両側端に設置した前記凹部または突起部の数が該側端ごとに異なる、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用点火コイル。

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