JP2021044366A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】一次コイルと三次コイルの巻乱れ抑制と部品点数増大の抑制が可能な内燃機関用点火装置を提供する。【解決手段】点火コイル1において、一次ボビン10の胴部の表面部の一部に、三次コイル巻回部となる凹部を設け、その凹部に銅線を隙間なく巻回して三次コイル12を形成し、三次コイル12の表面部と凹部が形成されていない一次ボビン10の胴部表面部、つまり三次コイル12形成後のフランジの間に位置する胴部の全領域に銅線を巻回することで一次コイル11を形成する。【選択図】図1
Description
本願は、内燃機関用点火装置に関するものである。
内燃機関用点火装置は、点火プラグに点火用のスパークを発生させるための装置である。近年、内燃機関の燃費改善のために、着火性の良い高エネルギー型の点火装置が必要とされている。しかしながら、単に高エネルギー型とするだけでは点火プラグの消耗が大きくなるという背反がある。そこで、内燃機関用点火装置の構成要素である点火コイルにおいて、追加磁束が生じる構成とすることで高エネルギーを発生させる技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
従来の点火コイルは、一次ボビンに一次コイル(主一次コイル)を巻回し、絶縁シート等により一次コイル外表面を覆い、その絶縁シートの外表面の全面に追加磁束を生ずる三次コイル(副一次コイル)を巻回した構成であった。または、ボビンを分割し、一次コイル用のボビンと三次コイル用のボビンの各々に銅線(マグネットワイヤ)を巻回した構成であった。このように絶縁シートを介して一次コイルの上層に三次コイルを重ねて配置したり、複数のボビンを用いたりすることで、一次コイルと三次コイルを巻乱れなく巻回していたが、部品点数が増えるという問題があった。
一方で、絶縁シートを用いることなく、かつ、ボビンの分割を行うことなく、一次コイルと三次コイルを上下の層となるように重ねて巻回すると、下層側に巻回されるコイルの巻数とボビンの巻幅の関係によっては、巻回される銅線の巻乱れに繋がる場合がある。一次コイルもしくは三次コイルに巻乱れが生じると、巻乱れがない場合よりもコイル外形が大きくなり、対向配置される二次コイルとの絶縁距離が不足して絶縁破壊に至る等、信頼性低下の懸念があった。
本願は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、部品点数を増加させることなく、一次コイルと三次コイルとを同一のボビンに巻乱れなく巻回することが可能な内燃機関用点火装置を提供することを目的とする。
本願に係わる内燃機関用点火装置は、直流電流を流して磁束を発生させる一次コイル、上記磁束の変化に応じて高電圧を発生させる二次コイル、上記一次コイルと上記二次コイルに磁気的に結合された三次コイル、上記一次コイルと上記三次コイルとが胴部に巻回されたボビンを備え、上記ボビンの胴部の表面部の一部に設けられた凹部に上記三次コイルが収納され、上記三次コイルの表面部と、上記凹部が形成されていない上記ボビンの胴部の表面部とに上記一次コイルが巻回されたものである。
本願の内燃機関用点火装置によれば、ボビンの凹部に三次コイルを収納するため、三次コイルを配置するための追加部品が必要なく、ボビンの凹部の幅と三次コイルの巻幅を合わせることで余りなく三次コイルを凹部に収納でき、三次コイルの表面部を含むボビンの胴部に一次コイルを配置できるため、一次コイルおよび三次コイルを巻乱れなく巻回することが可能である。
実施の形態1.
本願の実施の形態1による内燃機関用点火装置100について、図1から図5を用いて説明する。内燃機関用点火装置100は主要な構成の一つとして点火コイル1を備えている。内燃機関用点火装置100は、内燃機関に適した着火性の良い高エネルギー型のものであり、燃費改善性能を備えている。
本願の実施の形態1による内燃機関用点火装置100について、図1から図5を用いて説明する。内燃機関用点火装置100は主要な構成の一つとして点火コイル1を備えている。内燃機関用点火装置100は、内燃機関に適した着火性の良い高エネルギー型のものであり、燃費改善性能を備えている。
図1は実施の形態1による内燃機関用点火装置100(後述の図2に示す)を構成する点火コイル1の断面図であり、図2は内燃機関用点火装置100の概略構成図である。図3は一次ボビン10(ボビンに相当する)の斜視図、図4は三次コイル12を巻回した段階の一次ボビン10の斜視図である。図5は三次コイル12を巻回した段階の筒状の一次ボビン10の二方向の断面図と、一次ボビン10のA部を拡大した要部拡大断面図であり、断面図の一つは軸方向に沿った図、もう一つは一次ボビン10のB−B線に沿った図である。
図1に示す点火コイル1は、直流電流を流して磁束を発生させる一次コイル11と、一次コイル11の磁界が作用して磁気誘導を生じる磁性体からなるセンターコア15と、磁束変化に応じて高電圧を発生させる二次コイル14と、一次コイル11と二次コイル14に磁気的に結合され、一次コイル11と同様に直流電流を流して磁束を発生させる三次コイル12を備えている。
一次コイル11および三次コイル12は、同一の一次ボビン10に、三次コイル12が下層(内側)、一次コイル11が上層(外側)となるように巻回される構成である。一次コイル11と三次コイル12は各々独立した巻線であってもよいし、中間タップ等によって分割されていてもよい。
一次コイル11および三次コイル12は、同一の一次ボビン10に、三次コイル12が下層(内側)、一次コイル11が上層(外側)となるように巻回される構成である。一次コイル11と三次コイル12は各々独立した巻線であってもよいし、中間タップ等によって分割されていてもよい。
上層側の一次コイル11の巻数に対して、下層側の三次コイル12の巻数は少なく、一次ボビン10の胴部30(後述する図3等に示す)の一部の範囲に設けられた段差下側となる凹部34(後述する図3等に示す)に三次コイル12が隙間なく巻回されている。そして、一次ボビン10の胴部30の幅全域、つまり段差上側となる胴部30の凹部34が設けられない範囲および三次コイル12の表面部に一次コイル11が隙間なく巻回される。三次コイル12と一次コイル11との間には、絶縁シートは配置されていない。また、二次コイル14は一次ボビン10の外側に配置された二次ボビン13に巻回された独立した巻線である。
一次ボビン10の内周側の中心孔にはセンターコア15が挿通される。センターコア15の一方の端部にはサイドコア16がマグネット17を介して配置されている。二次コイル14の外側に繋がって設けられるサイドコア16とセンターコア15とが接続されることで周回経路が形成される。
なお、点火コイル1の全体がエポキシ樹脂により封止されている。そして、一次ボビン10と二次ボビン13の間にはこのエポキシ樹脂よりなる絶縁部20が介在している。このエポキシ樹脂は各部品の絶縁・封止・固定の役割を果たしている。
なお、点火コイル1の全体がエポキシ樹脂により封止されている。そして、一次ボビン10と二次ボビン13の間にはこのエポキシ樹脂よりなる絶縁部20が介在している。このエポキシ樹脂は各部品の絶縁・封止・固定の役割を果たしている。
図2の内燃機関用点火装置100の概略構成図に示すように、一次コイル11の一端はバッテリーに接続され、他端は一次コイル11のスイッチング用のイグナイタに接続される。三次コイル12においても同様に、一端がバッテリー(またはGND)に接続され、他端が三次コイル12のスイッチング用のイグナイタに接続される。エンジンコントロールユニット3から出力された一次コイル制御信号3aおよび三次コイル制御信号3bは、一次コイル11および三次コイル12にそれぞれ入力される。
このように構成された内燃機関用点火装置100は、一次コイル11と三次コイル12の通電および遮断をそれぞれ個別に制御することができる。
そして、一次コイル11の通電を遮断したタイミング以降に三次コイル12に通電するような点火制御を行うことで、二次コイル14に発生する放電エネルギーを重畳的に増加させることが可能となる。
なお、二次コイル14の低圧側端は、図示されない接続手段等を用いて、高圧ダイオードを介してバッテリーまたはGNDに接続され、他端は出力用端子となる点火プラグ2に接続される。
そして、一次コイル11の通電を遮断したタイミング以降に三次コイル12に通電するような点火制御を行うことで、二次コイル14に発生する放電エネルギーを重畳的に増加させることが可能となる。
なお、二次コイル14の低圧側端は、図示されない接続手段等を用いて、高圧ダイオードを介してバッテリーまたはGNDに接続され、他端は出力用端子となる点火プラグ2に接続される。
図3は、実施の形態1による一次ボビン10の斜視図である。図3に示すように、例えば、一次ボビン10は断面形状が四角形の筒状に形成され、その角部が面取りされている。一次ボビン10の軸方向(筒状長手方向)の一端にはフランジ31が、他端にはフランジ32が設けられ、一方のフランジ31と他方のフランジ32との間の領域が一次ボビン10のコイル巻回部となる胴部30である。胴部30の一部には三次コイル12を収納する凹部34が設けられる。
この凹部34は、胴部30の表面部を所定の幅で所定の深さだけ掘り下げた形状であり、一方のフランジ31の内側面から他方のフランジ32に向かい、他方のフランジ32に至らない範囲に設けられ、凹部34には三次コイル12が隙間なく巻回された状態で収納される。
この凹部34は、胴部30の表面部を所定の幅で所定の深さだけ掘り下げた形状であり、一方のフランジ31の内側面から他方のフランジ32に向かい、他方のフランジ32に至らない範囲に設けられ、凹部34には三次コイル12が隙間なく巻回された状態で収納される。
図3に示すように、一次ボビン10に凹部34が形成されたことで、胴部30の軸方向の中間的な位置に段差部33が生じる。胴部30の表面部は、段差部33によって段差上側と段差下側とに区切られる。段差部33から一方のフランジ31の内側面に至る領域が段差下側であり、胴部表面部35を掘り下げた凹部34が設けられており、段差部33から他方のフランジ32に至る領域が段差上側であり、一次コイル11が巻回される胴部表面部35が露出されている。
図4は、一次ボビン10に三次コイル12が巻回された状態を示しており、一次ボビン10の胴部30に設けられた凹部34には、一次コイル11よりも巻数が少なく設定された三次コイル12が余りなく巻回されている。一次ボビン10の凹部34の幅、すなわち一方のフランジ31と胴部30に設けられた段差部33の距離は、三次コイル12の巻数が余りなく収納される寸法に設定されている。
そして、また、一次ボビン10の一方のフランジ31の延長方向には図示しない一次コイル11および三次コイル12の端部保持部が設置されており、一次コイル11および三次コイル12の端部は、その端部保持部により固定される。
そして、また、一次ボビン10の一方のフランジ31の延長方向には図示しない一次コイル11および三次コイル12の端部保持部が設置されており、一次コイル11および三次コイル12の端部は、その端部保持部により固定される。
図5(左図)に示すように、三次コイル12が一次ボビン10に巻回された状態において、凹部34が三次コイル12によって埋設されることで一次コイル11を巻回する際の下地となる表面部が平坦化される。そして、一次コイル11の下地となる三次コイル12の表面部と胴部表面部35とは、ほぼ面一となるように連続して設けられる。
三次コイル12を巻回した後、一方のフランジ31と他方のフランジ32との間の胴部30の全領域に一次コイル11を巻回する際、平坦な下地の上へ巻回することができるため、巻乱れを抑制することができる。
三次コイル12を巻回した後、一方のフランジ31と他方のフランジ32との間の胴部30の全領域に一次コイル11を巻回する際、平坦な下地の上へ巻回することができるため、巻乱れを抑制することができる。
ここで、一次ボビン10に銅線(線径Φ0.4〜Φ0.7程度)を巻く際には、銅線の抵抗値に影響がない範囲で張力をかけて巻線を行うが、銅線が必ずしも一次ボビン10の形状に沿って巻回されるものではなく、一次ボビン10の角部には銅線が接触して巻回されるのに対して、一次ボビン10の平面部では銅線は接触しない状態で巻回される。この胴部表面部35に銅線が接触しない状態を巻線時の銅線の膨らみと称する。
図5に記号A(左図)で示す領域の段差部33の拡大断面図(下図)を示すように、一次ボビン10の段差部33の高さ(胴部表面部35の高さに同じ)は、三次コイル12の巻線後(一次コイル11巻回前の段階)の三次コイル12の外形に対して0.1mm〜0.3mm(図中に記号tで示す)だけ小さくなるように設定されている。巻線時の膨らみを持った三次コイル12の外周に一次コイル11を巻回するとき、一次コイル11の巻線時の張力により三次コイル12の膨らみが押さえられ、その膨らみが小さく潰れる状態となるため、その潰れの寸法(記号tで示す寸法に同じ)を考慮した一次ボビン10の段差部33の高さが設定されている。
また、図5に記号Bで示す胴部表面部35の断面形状を含む一次ボビン10の断面図を示すように、一次ボビン10の胴部30に設けられた段差部33の上側の胴部表面部35の形状は、三次コイル12の巻線時の銅線表面部の膨らみを考慮したタイコ形状に形成されている。このタイコ形状とは、断面が多角形である一次ボビン10の隣り合う角部を結ぶ直線の中央部を外側に膨らませた形状であり、その頂点が角部を結ぶ直線に対して0.2mm〜0.5mm外側にシフトしたR形状となっている。
なお、上述の例では一次ボビン10の胴部30の一方の端部に接して凹部34が配置されていたが、凹部34を胴部30の中央部に、フランジ31および32と接しない配置とすることも可能である。
仮に、銅線の端部の保持が一次ボビン10に対して片側であることを前提とし、一次ボビン10に凹部34を設けない状態で、先に一次コイル11を巻回し、次に一次コイル11の表面に三次コイル12を巻回した場合には、巻数の多い一次コイル11の巻幅に対して、巻数の少ない三次コイル12の巻幅は当然小さくなり、一次ボビン10のフランジ32に接しない箇所での折り返しが必要となるため、巻乱れの原因となる。
しかし、この実施の形態1による内燃機関用点火装置100のように、一次ボビン10の凹部34に三次コイル12を収納するように巻回し、同じ一次ボビン10の上層側に三次コイル12を覆った状態となるように、一次コイル11をより幅広に巻回することによって、段差部33の軸に垂直な面部が巻回の折り返し部分に接し、巻乱れを抑制することが可能となる。
しかし、この実施の形態1による内燃機関用点火装置100のように、一次ボビン10の凹部34に三次コイル12を収納するように巻回し、同じ一次ボビン10の上層側に三次コイル12を覆った状態となるように、一次コイル11をより幅広に巻回することによって、段差部33の軸に垂直な面部が巻回の折り返し部分に接し、巻乱れを抑制することが可能となる。
また、実際の巻線時において、銅線の線径の公差、一次ボビン10の公差により、巻幅に対して余りなく一次コイル11および三次コイル12が巻回されることが少なく、その傾向は巻数が大きいほど顕著となる。そのため、一次コイル11よりも巻数の小さい三次コイル12を内側に配置することで、一次コイル11の下地に生じる上記のような公差に起因する変形を小さく抑制することができ、本構成は巻乱れに対して構造的に有利であると言える。
なお、内燃機関用点火装置100についての説明をしたが、この点火コイル1の構成を内燃機関以外の用途に用いることも可能であることは言うまでもない。
実施の形態2.
図6は、実施の形態2の内燃機関用点火装置100の一次ボビン10の構成例を示す斜視図および断面図である。この実施の形態2では、一次ボビン10の胴部30に生じるボイド・ヒケ等の不具合を低減するための構成について説明する。具体的には、図6に示すように、胴部30の凹部34が設けられない肉厚となる領域に、胴部表面部35から一次ボビン10の軸方向に沿って筋状(スリット状)の除肉部35aを設けることについて示す。
図6は、実施の形態2の内燃機関用点火装置100の一次ボビン10の構成例を示す斜視図および断面図である。この実施の形態2では、一次ボビン10の胴部30に生じるボイド・ヒケ等の不具合を低減するための構成について説明する。具体的には、図6に示すように、胴部30の凹部34が設けられない肉厚となる領域に、胴部表面部35から一次ボビン10の軸方向に沿って筋状(スリット状)の除肉部35aを設けることについて示す。
上述の実施の形態1による一次ボビン10は、胴部30のうち、三次コイル12を巻回しない胴部表面部35として示す領域は、凹部34が形成された領域よりもその凹部34の深さだけ肉厚となっていた。そして、一次ボビン10に肉厚部が生じることによって、その肉厚部にボイドおよびヒケが発生しやすくなっていた。
このボイドおよびヒケの予防のため、図6に示すように、一次ボビン10の胴部表面部35から内側に掘り下げられた筋状の除肉部35aを形成する。除肉部35aは、一次コイル11の巻回方向に垂直な方向(筒状である一次ボビン10の長手軸方向)に伸びる筋状に形成され、一次コイル11の巻回を阻害しない大きさに設定され、且つ一次ボビン10の成形時の材料流動を考慮し、均等な肉厚に近づくように等間隔で設置されていることが望ましい。
この除肉部35aの形成により、ボイドによる強度低下・ヒケによる銅線の巻乱れを抑制することが可能である。
なお、胴部30の周方向の角部を避けるように除肉部35aが設けられることは言うまでもない。
この除肉部35aの形成により、ボイドによる強度低下・ヒケによる銅線の巻乱れを抑制することが可能である。
なお、胴部30の周方向の角部を避けるように除肉部35aが設けられることは言うまでもない。
実施の形態3.
図7は、実施の形態3の内燃機関用点火装置100の一次ボビン10の構成例を示す断面図である。上述の実施の形態2では除肉部35aを胴部表面部35の外周から内側に掘り下げて形成する例を示した。この実施の形態3では、胴部表面部35の外形は変化させることなく、筒状である胴部30の内側を除肉して除肉部35bを形成する場合について説明する。
図7は、実施の形態3の内燃機関用点火装置100の一次ボビン10の構成例を示す断面図である。上述の実施の形態2では除肉部35aを胴部表面部35の外周から内側に掘り下げて形成する例を示した。この実施の形態3では、胴部表面部35の外形は変化させることなく、筒状である胴部30の内側を除肉して除肉部35bを形成する場合について説明する。
図7に示すように、胴部表面部35の内周側には除肉により均一に厚みが除去されて除肉部35bが設けられ、この除肉部35bが設けられた領域において、一次ボビン10の内周部が拡大した状態となる。なお、この除肉部35bは、除肉部35bが設けられた胴部表面部35における肉厚が、除肉部35bが設けられていない凹部34における肉厚と均一になるよう、胴部30の全周に形成される。
なお、除肉部35bの形成により、点火コイル1の形成時においてセンターコア15と一次ボビン10との接触領域が低減した状態となるが、一次ボビン10の中心孔と除肉部35bの内周面との隙間にはエポキシ樹脂等が充填されるため、固定強度が低減することはない。
また、除肉部35bは、胴部30の全内周に設ける以外に、実施の形態2のように、筋状に設けることが可能であることは言うまでもない。その場合、筋状の除肉部35bを周方向に等間隔で連続して配置することができる。
また、実施の形態2において示した胴部30の外周面から掘り下げられた2本の筋状の除肉部35aの間に、胴部30の内周側から外周側に掘り下げられた筋状の除肉部35bを設けるように構成することも可能である。これにより胴部30の断面は周方向に交互に除肉部35a、35bが連続する凹凸形状となり、胴部30全体の厚さを均一化させることが可能となるため、製造信頼性を向上させることが可能となる。
また、実施の形態2において示した胴部30の外周面から掘り下げられた2本の筋状の除肉部35aの間に、胴部30の内周側から外周側に掘り下げられた筋状の除肉部35bを設けるように構成することも可能である。これにより胴部30の断面は周方向に交互に除肉部35a、35bが連続する凹凸形状となり、胴部30全体の厚さを均一化させることが可能となるため、製造信頼性を向上させることが可能となる。
本開示は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
1 点火コイル、 2 点火プラグ、 3 エンジンコントロールユニット、 3a 一次コイル制御信号、 3b 三次コイル制御信号、 10 一次ボビン、 11 一次コイル、 12 三次コイル、 13 二次ボビン、 14 二次コイル、 15 センターコア、 16 サイドコア、 17 マグネット、 20 絶縁部、 30 胴部、 31、32 フランジ、 33 段差部、 34 凹部、 35 胴部表面部、 35a、35b 除肉部、 100 内燃機関用点火装置
Claims (7)
- 直流電流を流して磁束を発生させる一次コイル、
上記磁束の変化に応じて高電圧を発生させる二次コイル、
上記一次コイルと上記二次コイルに磁気的に結合された三次コイル、
上記一次コイルと上記三次コイルとが胴部に巻回されたボビンを備え、
上記ボビンの胴部の表面部の一部に設けられた凹部に上記三次コイルが収納され、上記三次コイルの表面部と、上記凹部が形成されていない上記ボビンの胴部の表面部とに上記一次コイルが巻回されたことを特徴とする内燃機関用点火装置。 - 上記ボビンの胴部の両端部にはフランジが各々設けられ、上記凹部は一方の上記フランジの内側面から他方の上記フランジに向かい、他方の上記フランジに至らない範囲に設けられ、上記凹部には上記三次コイルが隙間なく収納されたことを特徴とする請求項1記載の内燃機関用点火装置。
- 上記三次コイルの表面部と上記ボビンの胴部の表面部とが連続して設けられたことを特徴とする請求項1または請求項2記載の内燃機関用点火装置。
- 上記ボビンの胴部の断面形状は多角形であり、上記ボビンの胴部の表面部は、隣り合う角部を結ぶ線の中央部を外側に膨らませたタイコ状に形成されたことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の内燃機関用点火装置。
- 上記ボビンの胴部の上記凹部が設けられない領域には除肉部が設けられたことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載の内燃機関用点火装置。
- 上記除肉部は、上記ボビンの表面部側に、上記一次コイルの巻回方向に対して垂直な方向に伸びる筋状に設けられたことを特徴とする請求項5記載の内燃機関用点火装置。
- 上記除肉部は、筒状である上記ボビンの内周側に設けられたことを特徴とする請求項5記載の内燃機関用点火装置。
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