JP2760141B2

JP2760141B2 - 内燃機関用無接点点火装置

Info

Publication number: JP2760141B2
Application number: JP2177142A
Authority: JP
Inventors: 秀男朝倉; 基一籾山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1989-09-19
Filing date: 1990-07-03
Publication date: 1998-05-28
Anticipated expiration: 2013-05-28
Also published as: JPH03179169A; US5058560A; EP0418816B1; EP0418816A1; DE69014043T2; DE69014043D1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は樹脂モールド閉磁路型点火コイルを使用した
内燃機関用無接点点火装置に関し、特に点火装置から発
生するノイズを低減するものである。

〔従来の技術〕内燃機関用無接点点火装置に用いられる閉磁路型点火
コイルは、Ｅ字型またはＬ字型などの形状をした硅素鋼
板製の積層コアを組み合わせて、磁気回路を閉磁路に構
成したものであり、効率がよいこと、従って点火コイル
を小型化できること、さらに絶縁材としてエポキシ樹脂
などの熱硬化性樹脂を使用して絶縁性および耐振性が良
好であることなどから、オイル充填の閉磁路型のコイル
に代わり、広く利用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、閉磁路型点火コイルを用いた無接点点
火装置の場合、一次巻線側の電流を遮断して二次巻線側
の点火プラグに高エネルギーを供給する際、点火コイル
自体からノイズが発生するという問題が見出された。

このノイズは、主に数百キロヘルツ以下、即ちラジオ
放送のAM帯域にみられ、従来の雑音低減対策である点火
コイルの一次側回路にコンデンサを接続するといった構
成（例えば、実公昭63−6464号公報）によっては充分に
低減することができない。この結果、微弱電界エリアで
ラジオ放送を受信する場合や、ウインドガラス内蔵型の
アンテナを有する車両で受信条件がやや劣る場合等に
は、ラジオの受信が妨げられることがあった。

そのため、本願発明者は、種々の点火装置にて数百KH
Z以下の周波数帯でのノイズを測定した結果、一般的にノイズが小さいと言われているディストリビ
ュータレスの点火装置でも、大きなノイズが発生してい
ること。

無接点々火装置でも、（ａ）オイル充填タイプの鉄板ケース点火コイルでは、
比較的ノイズが小さいこと。

（ｂ）エポキシ樹脂充填タイプのモールド点火コイルで
は、ノイズが大きいものと小さいものがあること。

を確認した。

第１図および第２図はテスト装置の概略構成を示した
ものであり、１は点火コイルで、一次巻線10、二次巻線
11を有している。２は点火プラグで、上記二次巻線11に
接続されている。３はイグナイタで、上記一次巻線10に
流す電流をON,OFF制御して、上記点火プラグ２に所定の
点火時期で火花を飛ばすものである。４はバッテリ、５
は一次巻線10に流れる電流を検出する電流プローグ、６
は電流プローグ５により検出した電流を目視できるオシ
ロスコープである。また、22は点火コイル１より10cm離
れた位置に配置され、点火コイル１よりの放射ノイズの
電界強度を検出する電界プローグ、20は点火コイル１の
電源線に流れる高周波電流を検出する電流プローグ、21
は電界プローグ22で検出した電界強度および電流プロー
グ20で検出した高周波電流を表示する電界強度計であ
る。

そして、モールドコイルとケースコイルの各種タイプ
の点火コイルを試料として第１図に示す方法でコイルか
ら発生する放射ノイズと雑音電流（電流ノイズ）を測定
したところ、表１の結果を得た。

このことより、（ａ）モールドタイプの点火コイルでは、コイル仕様
（コア構成、巻線仕様）によってノイズに差があるこ
と。

（ｂ）ケース点火コイルの鉄板ケースは、放射ノイズに
対してシールド材としての効果があること。

が明らかになった。

次に、試料No.の点火コイルにて、二次巻線を故意
に除去したコイル：資料No.を作成し、第１図と同様
の方法でノイズを測定したところ、表２の結果を確認し
た。

このことより、数百kHz以下の周波数帯のノイズ（今
回は300kHzで測定した）は、二次巻線の有無にかかわら
ず、すなわち、第１図の点火プラグ２での放電がなくて
も、単に一次巻線10がON,OFFするのみでも大きなノイズ
が出ていることがわかった。

そこで、第２図に示す方法で300kHzにて点火コイルの
一次電流波形と雑音電流を同期させて確認した結果が第
３図であり、これにより、点火コイルの一次電流のON時
よりも、OFF時の方が大きなノイズが出ていることが確
認できた。

そこで、第２図と同様の方法で前記、表１の種々の巻
線仕様コイルについて点火コイルの一次電流OFF時に着
目して一次電流OFF時の一次電流波形を拡大してdI/dt＝
（コイル一次電流／遮断時間）を確認した結果、数百kH
z以下の周波数帯のノイズは点火コイルの一次電流の立
下がり時の傾きに関係があることを見出した。

そこで、本発明は点火コイル一次電流立下がり時の傾
きに影響する要因を究明し、ノイズを低減する為の具体
的な手段を創作した。

なお、従来より広く使用されていたオイル充填タイプ
の鉄板ケース点火コイルにて、数百kHz以下のAM帯のラ
ジオノイズがあまり問題にならなかったのは、表１に示
されるごとく、鉄板ケースによってシールドされ放射ノ
イズが低減されていたためであると推定される。

そこで、本発明は以上の点に鑑み、モールドタイプの
閉磁路点火コイルを用いるにもかかわらず、数百kHz以
下の帯域のノイズの発生を効果的に低減することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕そのため、本発明は閉磁路を構成する鉄心、この鉄心
にそれぞれ巻線した一次巻線及び二次巻線、これら一
次，二次巻線を絶縁するモールド樹脂を含む樹脂モール
ド閉磁路点火コイルと、前記一次巻線に流れる電流を断続する半導体スイッチ
ング手段と、この半導体スイッチング手段により前記一次巻線に流
れる電流を遮断した時に前記二次巻線に発生する高電圧
が印加される点火プラグとを備え、前記半導体スイッチング手段による前記一次巻線電流
遮断時における一次電流の立ち下がり傾きを0.2〜0.4
〔A/μｓ〕に設定したことを特徴とする内燃機関用無接
点点火装置を提供するものである。

〔作用〕

これにより、樹脂モールドタイプ閉磁路点火コイルの
一次電流が0.2〜0.4〔A/μｓ〕の傾きで立ち下がり、数
百kHz以下の帯域のノイズを低減する。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例について説明する。

第４図はイグナイタ３の一部および点火コイル１を示
すもので、樹脂モールドタイプ閉磁路点火コイルの一次
巻線10に直列接続されたトランジスタ31のコレクタ、ベ
ース間には、コンデンサ32が接続されている。ここで、
点火コイル１は前述した表1,2の巻線仕様のものが用
いてある。

第５図には、電流プローグ５及びオシロスコープ６に
て、点火コイル１の一次電流の立ち下りを検出し、拡大
したものである。そして、本件出願人は、前述したごと
く点火コイル１からのノイズが一次電流の立ち下りに影響していることを見出した。

そこで、第２図に示す電流プローグ20および電界強度
計21を用いて、横軸の一次電流の立ち下りdI/dtに対
し、縦軸に300kHzにおける雑音電流をとった特性図によ
ると、一次電流の立ち下りの傾きdI/dtを小さくするこ
とで、第６図の実線Ａに示す如く、雑音電流（ノイズ）
の値が減少していることがわかる。

なお、一般に電波発生源から輻射される電界強度（放
射ノイズ）は電波発生源における雑音電流に比例するこ
とが知られている。

本実施例では、第４図に示す如く、一次電流の立ち下
りの傾きdI/dtを下げるために、トランジスタ31のコレ
クタ・ベース間にコンデンサ32を挿入している。

そして、このコンデンサ32の値としては、第７図およ
び第８図にそれぞれ1800ccの車両用点火装置、1600ccの
車両用点火装置の場合を示す。これからも明らかな如
く、コンデンサ容量を大きくすると、一次電流の立ち下
りの傾きdI/dtが小さくなり、また点火装置によっても
コンデンサ容量の大きさによるdI/dtが違う為、トラン
ジスタ31の種類、その他のイグナイタ３の構成部品の種
類、その回路構成及び組み合わせ点火コイル等を考え、
最適なコンデンサ32の容量を決める必要がある。

一方、第６図からも理解できるように、一次電流の立
ち下りの傾きdI/dtを小さくすると、曲線Ｂに示す如
く、点火コイル１の二次発生電圧も低下してしまうこと
がわかった。そこで、二次発生電圧が低下してしまう
と、点火性能が落ちてしまうため、その値が従来の未対
策の状態の85％となる点、つまり、一次電流の立ち下り
の傾きがとなる点を傾きのなだらかにする限度と規定する。

これは、実車走行における点火プラグ消耗時を想定し
た点火プラグ２の要求電圧の最大値が、一般的に約30kV
と考えられるため、点火コイルの二次発生電圧は、余裕
をみて約35kVに設定している。そして、このことから、
点火コイル１の余裕を変えないでノイズ低減を目的に点
火プラグ要求電圧に対して、許容できる点火コイル１の
二次発生電圧は85％となる点が限界であると考えられる
ためである。

なお、点火コイル１の二次発生電圧が低下しても、そ
の分、初期の二次発生電圧を高く設定しておくことが考
えられるが、このためには、点火コイル１の二次巻線数
の増加等が必要となり、必然的に点火コイル１の体格が
大きくなるため、点火コイル１の重量アップ、搭載性低
下、コストアップ等のデメリットが生じ得策ではない。

また、点火コイルの一次電流立ち下がりの傾きの最大
値、dI/dt＝0.4は、1800ccの車両にてラジオノイズを聴
感評価した結果、表３の結果が得られたため、聴感評価
上、許容できるレベル（評価点３以上）のdI/dt＝0.4と
した。

また、点火コイル１の二次発生電圧の測定方法として
は、第９図に示すごとく二次巻線11に接続した高電圧プ
ローグ100、50〔pF〕のコンデンサ120及びオシロスコー
プ110から構成される。

上述した実施例においては、イグナイタ３のトランジ
スタ31のコレクタ・ベース間にコンデンサ32を挿入する
ことで、一次電流の立ち下り時の傾きdI/dtを小さく押
さえていたが、第10図及び第11図に示す如く、樹脂モー
ルド閉磁路点火コイル１のリーケージインダクタンスを
大きくしてもよい。

この点火コイル１においては、図示するようにロ字状
の積層コア12に、１字状の中心積層コア13を微小空隙を
設けて配置することにより、磁気回路が閉磁路として構
成されている。各積層コア12,13は、板厚0.35〔mm〕〜
0.5〔mm〕程度の硅素鋼板を積層したものである。中心
積層コア13に緊密に嵌め合わされた樹脂製ボビン14に
は、一次巻線10が巻回されており、この一次巻線10の外
側に若干の間隔を構成して組み合わされた大径の樹脂製
ボビン15には、二次巻線11が巻回されている。以上の部
材は、樹脂製のハウジング16に収められており、各部材
の間隙には絶縁材としてのエポキシ樹脂17が充填され、
加熱により硬化されている。

上述の点火コイル１において、リーケージインダクタ
ンスは以下の式で表わされる。

ここで、Ｎは一次巻線10の巻数、ｌは一次巻線10及び
二次巻線11の平均周長、μは真空透磁率である。

これより点火コイルの各部品の仕様を考慮すれば、任
意のLeを得ることができる。ここで、第11図にコイルの
仕様を変化させ、得られたリーケージインダクタンスLe
と一次電流の立ち下りを傾きdI/dtの関係を示す。これ
によれば、リーケージインダクタンスLeを大きくすれ
ば、立ち下りの傾きdI/dtを小さくできる。

ここて、本実施例の樹脂モールド閉磁路点火コイル１
の諸元は、一次巻線10の仕様をφ0.45〔mm〕×180（巻
数）〔Ｔ〕、二次巻線11の仕様をφ0.05〔mm〕×12700
（巻数）〔Ｔ〕、一次巻線10のコイル長ｈを29〔mm〕、
一次巻線10の幅a1を1.2〔mm〕、二次巻線11の幅a2を４
〔mm〕、一次巻線10と二次巻線11との間の距離ｄを2.8
〔mm〕、一次巻線10及び二次巻線11の平均周長ｌを105
〔mm〕に設定している。

以上の諸元から、この点火コイルの一次巻線10側の漏
れインダクタンスを求めると、導出式からはＬ＝0.732
〔mH〕と算出される。実際の測定では、この実施例の点
火コイル１の漏れインダクタンスは、Ｌ＝0.780〔mH〕
となり、計算値とは若干異なった。これは、一次巻線９
と二次巻線13及びコア3,5の位置関係、形状等により変
化する電磁的な結合係数が、漏れインダクタンスの値に
影響するためと推定される。なお、漏れインダクタンス
の測定は、周波数１〔kHz〕において行った。この実施
例における点火コイル一次電流の立ち下がりの傾きdI/d
tは0.40であった。

また、第４図図示の実施例に用いられる表1,2の巻線
仕様の樹脂モールド閉磁路点火コイル１の諸元は、一
次巻線10の仕様をφ0.7〔mm〕×135（巻数）〔Ｔ〕、二
次巻線11の仕様をφ0.05〔mm〕×12700（巻数）
〔Ｔ〕、一次巻線10のコイル長ｈを29〔mm〕、一次巻線
10の幅a1を1.8〔mm〕、二次巻線11の幅a2を４〔mm〕、
一次巻線10と二次巻線11との間の距離ｄを2.2〔mm〕、
一次巻線10及び二次巻線11の平均周長ｌを105〔mm〕に
設定している。

以上の諸元から、この点火コイルの一次巻線10側の漏
れインダクタンスを求めると、導出式からはＬ＝0.375
〔mH〕と算出される。実際の測定では、この点火コイル
１の漏れインダクタンスは、Ｌ＝0.4〔mH〕であった。

そして、第13図に、第12図に示す測定方法において、
４気筒1800〔cc〕の車両にて、イグナイタ３のトランジ
スタ31のコレクタ・エミッタ間にコンデンサ32として56
0PFを挿入して、としたものを実線Ａに、1000PFを挿入して、としたものを破線Ｂにそれぞれ示してある。これより、
従来のもの（一点鎖線C;コンデンサ32がないためdI/dt
＝0.76）に対して、本実施例（実線Ａ及び破線Ｂ）の方
が、AM帯のノイズが低下していることが充分理解でき
る。

また、第13図に示す放射電界の測定方法としては、上
記内燃機関用無接点点火装置を車７に取り付け、この車
より３〔ｍ〕離したループアンテナ８で電界強度計９に
より測定するものである。

なお、上述した第４図の実施例では、現在、一般的に
使用されているバイポーラ型トランジスタの例で記述し
たが、当然のことながら、今後、使用増加が予想される
MOS系素子（MOSFET,IGBT）でも第14図に示すごとく、MO
S系素子31Aのドレイン、ゲート間に適当な容量のコンデ
ンサ32を挿入することにより同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、樹脂モールドタイ
プ閉磁路点火コイルの一次電流が0.2〜0.4〔A/μｓ〕の
傾きで立ち下がることによって、点火コイルより発生す
る数百kHz以下の帯域のノイズを確実に低減することが
できるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は放射ノイズおよび雑音電流を測定
するためのテスト装置の概略構成を示す電気回路図、第
３図（ａ），（ｂ）は点火コイル一次電流波形と雑音電
流波形図、第４図は本発明装置の一実施例の要部構成を
示す電気回路図、第５図は時間に対する一次電流波形を
示す図、第６図は点火コイルの一次電流立ち下がり時の
傾きに対する放射電界及び点火コイルの二次発生電圧比
を示す特性図、第７図及び第８図はそれぞれコンデンサ
容量に対する一次電流の立ち下り時の傾きの関係を示す
グラフ、第９図は点火コイルの二次巻線の発生電圧を測
定するための電気回路図、第10図は本発明内燃機関用無
接点点火装置に用いられる点火コイルの一例を示す断面
図、第11図は上記点火コイルのリーケージインダクタン
スに対する一次電流の立ち下り時の傾きの関係を示すグ
ラフ、第12図は第13図の電界強度を測定するための測定
条件を示す概略構成図、第13図は周波数に対する電界強
度の関係を示すグラフ、第14図は本発明装置の他の実施
例の要部構成を示す電気回路図である。１…樹脂モールド閉磁路点火コイル,2…点火プラグ,10
…一次巻線,11…二次巻線,31…パワートランジスタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02P 15/00 301 F02M 3/335 F02P 3/04 301

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】閉磁路を構成する鉄心、この鉄心にそれぞ
れ巻線した一次巻線及び二次巻線、これら一次，二次巻
線を絶縁するモールド樹脂を含む樹脂モールド閉磁路点
火コイルと、前記一次巻線に流れる電流を断続する半導体スイッチン
グ手段と、この半導体スイッチング手段により前記一次巻線に流れ
る電流を遮断した時に前記二次巻線に発生する高電圧が
印加される点火プラグとを備え、前記半導体スイッチング手段による前記一次巻線電流遮
断時における一次電流の立ち下がり傾きを0.2〜0.4〔A/
μｓ〕に設定したことを特徴とする内燃機関用無接点点
火装置。
【請求項２】前記点火コイルの一次巻線には、前記半導
体スイッチング手段として一次電流を断続するトランジ
スタが接続され、このトランジスタのコレクタベース間
に所定容量のコンデンサを接続することで、前記一次電
流の立ち下がり傾きを0.2〜0.4〔A/μｓ〕としたことを
特徴とする請求項１記載の内燃機関用無接点点火装置。
【請求項３】前記点火コイルのリーケージインダクタン
スを0.7〔mH〕以上とすることで、前記一次電流の立ち
下がり傾きを0.2〜0.4〔A/μｓ〕としたことを特徴とす
る請求項１記載の内燃機関用無接点点火装置。