JP4193217B2

JP4193217B2 - 内燃機関用点火コイル

Info

Publication number: JP4193217B2
Application number: JP14541697A
Authority: JP
Inventors: 成行野澤; 明朗北見; 尚雄浅井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-06-03
Filing date: 1997-06-03
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2017-06-03
Also published as: JPH10335163A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関用点火コイルに係り、詳しくは、機関本体に形成されたプラグ取付孔内に配設される内燃機関用点火コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、エンジン１００に設けられた点火装置を示す概略構成図である。同図に示すように、エンジン１００のシリンダヘッド１０１に形成されたプラグ取付孔１０１ａ内には、各気筒の燃焼室１０２に対応して点火プラグ１０３がそれぞれ設けられている。各点火プラグ１０３は高圧コード１０４を介してディストリビュータ１０５にそれぞれ接続されている。また、ディストリビュータ１０５は点火コイル１０６に接続されている。この点火コイル１０６は、バッテリ１０７の電圧（通常、１２Ｖ）を３０ｋＶ以上の高電圧にまで昇圧するための変圧器として機能する。
【０００３】
上記のような点火装置にあっては、電子制御装置１０８において生成された点火信号に基づきイグナイタ１０９によって点火コイル１０６の１次コイル（図示略）に流れる電流が断続制御される。そして、この断続制御によって点火コイル１０６の２次コイル（図示略）に発生した高電圧がディストリビュータ１０５によって各点火プラグ１０３に順次配電される。
【０００４】
上記点火装置では、点火コイル１０６に発生した高電圧をディストリビュータ１０５によって各点火プラグ１０３に配電するようにしているが、近年では、図４に示すように、各点火プラグ１０３に対応して点火コイル１０６をそれぞれ設けることにより、ディストリビュータを不要とした、いわゆるＤＬＩ点火方式（Distributor Less Ignition system）を採用した点火装置が提案されている。この装置にあっては、ディストリビュータの他、同ディストリビュータから点火プラグ１０３に高電圧を供給するための高圧コードが不要になる。
【０００５】
ところで、図４に示す点火装置にあっては、点火コイル１０６をエンジン１００のシリンダヘッド１０１に取り付けるようにしているが、このような構成ではエンジン１００の大型化を招くことになる。
【０００６】
そこで、このようなエンジン１００の大型化を回避するために、点火コイル１０６をプラグ取付孔１０１ａ内に配設するようにした構成を採用することが考えられる。特開平８−２７３９４９号公報には、このような構成に適用し得る棒状の点火コイル１０６が記載されている。
【０００７】
この点火コイル１０６は、図５に示すように、熱可塑性樹脂からなる筒状のケース２００と、同ケース２００内に設けられた棒状の中心鉄心２０１と、この中心鉄心に外嵌されたボビン２０２と、ケース２００に外嵌された外装鉄心２０３とを備えている。ボビン２０２には１次巻線２０４及び２次巻線２０５がそれぞれ巻かれている。このボビン２０２と１次巻線２０４により１次コイル２０６が構成され、また、同ボビン２０２と２次巻線２０５により２次コイル２０７が構成されている。
【０００８】
ケース２００の内部には、ボビン２０２等を固定するとともに同ケース２００内における絶縁性を確保するため、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂が充填硬化されることにより絶縁層２０８が形成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂のように異種材料を密着させる場合、その密着力は比較的弱くなる。このため、上記点火コイル１０６において、ケース（熱可塑性樹脂）２００内に充填されたエポキシ樹脂（熱硬化性樹脂）が硬化時の収縮に伴って中心側に移動した際に、同ケース２００と絶縁層２０８との間に微少な空隙が形成される場合がある。そして、このような空隙の内部では絶縁抵抗が低くなることから放電が発生するおそれがある。このような放電が発生した場合、以下のような問題が生じる。
【００１０】
図６は、図５に示す点火コイル１０６のＡ部を拡大して示している。同図（ａ）に示すように、ケース２００と絶縁層２０８との間に形成された空隙２１０内に放電が発生すると、最初にケース２００に焼損が進行する。一般に、ケース２００の材料である熱可塑性樹脂は絶縁層２０８の材料である熱硬化性樹脂と比較して焼損に対する耐久性が低いからである。そして、図６（ｂ）に示すように、ケース２００が焼損して絶縁層２０８から外装鉄心２０３に至る空隙２１０が形成される一方で、絶縁層２０８においても同様に焼損が進行する。そして、図６（ｃ）に示すように、２次コイル２０７（２次巻線２０５）から外装鉄心２０３に至る空隙２１０が形成されてしまうと、点火コイル１０６に絶縁破壊が生じ、同点火コイル１０６の耐久性が著しく低下してしまうという問題が生じる。
【００１１】
そこで、例えば、ケース２００の厚みや絶縁層２０８の厚みを大きくして、高電圧が発生する２次コイル２０７と略接地電位にある外装鉄心２０３との間の距離を増大させることにより、前記空隙２１０における電位勾配を小さくして放電の発生を抑制することが考えられる。
【００１２】
しかしながら、このような構成変更は、必然的に点火コイル１０６の大型化を招くことから、上記のようにプラグ取付孔１０１ａ内に配設される点火コイル１０６に適用することは望ましくない。点火コイル１０６において許容される形状変更は、プラグ取付孔１０１ａの大きさによって限定されているからである。
【００１３】
この発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機関本体のプラグ取付孔内に配設される点火コイルにおいて、その大型化を招くことなく、絶縁破壊の発生を防止して耐久性を向上させることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、内燃機関の機関本体に形成されたプラグ取付孔内に取り付けられた点火プラグに対して点火用電圧を供給すべく前記プラグ取付孔内に配設される内燃機関用点火コイルにおいて、内部コアと、該内部コアの外周に設けられたコイルと、該コイルを被覆する絶縁層と、該絶縁層に外嵌された外部コアと、前記絶縁層の前記点火プラグ側の端部に設けられて前記点火プラグが取り付けられるプラグ用接続部とを備え、前記絶縁層内における異種材料の界面の存在を排除すべく前記絶縁層を単一の材料により形成するとともに前記プラグ用接続部を前記単一の材料により前記絶縁層と一体のものとして形成し、すなわち前記絶縁層及び前記プラグ用接続部を前記単一の材料からなる一体の要素として形成し、前記絶縁層のみを前記コイルと前記外部コアとの間に設けたことをその趣旨とする。
【００１５】
上記構成においては、絶縁層を単一の材料により形成するとともに、この単一の材料からなる絶縁層のみをコイルと外部コアとの間に設けているため、空隙が形成され易い異種材料の界面がコイルと外部コアとの間の絶縁層内に存在しない。従って、絶縁層内に存在する空隙が減少し、同空隙に放電が発生することに起因した絶縁層の焼損が抑制される。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項２記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関用点火コイルにおいて、前記絶縁層は、熱硬化性樹脂材料からなることをその趣旨とする。
【００１７】
上記構成によれば、機関本体やコイルの熱による絶縁層の熱変形及び溶融が抑制される。更に、一般に、熱硬化性樹脂材料は例えば熱可塑性樹脂材料と比較して絶縁抵抗が大きいため、その絶縁性能が向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を車両に搭載された４気筒エンジンに設けられる点火コイルとして具体化した実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
【００１９】
図１に示すように、エンジン１０のシリンダヘッド１１には、各気筒の燃焼室（図示略）に通じる４つのプラグ取付孔１２が形成されている。このプラグ取付孔１２内に挿入された点火プラグ３３（図２に示す）は、その下部が燃焼室内に突出するようにしてシリンダヘッド１１に固定されている。
【００２０】
点火コイル１３は、その上方に位置する接続部１４と、同接続部１４の下方に位置する円柱状の挿入部１５とによって構成されている。点火コイル１３は、挿入部１５が各プラグ取付孔１２内に挿入され、同挿入部１５の下部が点火プラグ３３の上部に嵌合されることによって、各プラグ取付孔１２内に固定されている。これら点火コイル１３は車両に設けられた制御装置１６にそれぞれ接続されている。また、接続部１４にはイグナイタ（図示略）が内蔵されるとともに、その側部には点火コイル１３と制御装置１６とを信号線を介して接続するためのソケット１７が形成されている。
【００２１】
図２は点火コイル１３を示す断面図である。点火コイル１３は、その中心に円柱状をなす内部コア２０を有している。この内部コア２０は強磁性材料である硅素鋼板を複数枚積層することにより形成されている。
【００２２】
この内部コア２０の外周には絶縁テープ２１が巻かれ、更に、この絶縁テープ２１上に１次巻線２２が積層して巻かれることにより１次コイル２３が構成されている。このように、本実施形態における１次コイル２３はボビンレス構造を有している。
【００２３】
１次コイル２３には略円筒状をなす２次ボビン２５が外嵌されている。この２次ボビン２５は、耐熱性及び耐絶縁性に優れた変成ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）により形成されている。この２次ボビン２５の外周には複数のフランジ２６が形成されており、各フランジ２６間には２次巻線２７が積層して巻かれている。これら２次ボビン２５及び２次巻線２７により２次コイル２８が構成されている。
【００２４】
この２次コイル２８の外周は全周にわたって絶縁層３０によって被覆されている。この絶縁層３０は熱硬化性樹脂材料であるエポキシ樹脂により形成されている。また、前記接続部１４も同様にエポキシ樹脂によって形成されている。絶縁層３０の外周には円筒状をなす外部コア３１が外嵌されている。この外部コア３１は内部コア２０と同様に硅素鋼板によって形成されている。
【００２５】
挿入部１５の下方内部にはその軸方向に延びる取付孔（図示略）が形成されるとともに、２次コイル２８と電気的に接続された出力端子（図示略）が設けられている。そして、点火プラグ３３の上部端子は、取付孔に嵌合されるとともに出力端子に接触して電気的に接続されている。
【００２６】
上記点火コイル１３を製造する際には、前記内部コア２０、各コイル２３，２８、イグナイタ等の各部品を成形機の型内に配置し、同型内にエポキシ樹脂を充填させて硬化させた後、更にこれを図２に示す形状となるように機械加工する。その後、絶縁層３０の外周に外部コア３１を外嵌させる。成形方法は射出成形或いは真空成形のいずれであってもよいが、２次巻線２７の各素線間における空隙の発生を防止するうえでは真空成形を採用することが望ましい。また、型は金属製の他、樹脂製の型を採用することができる。樹脂製の型を採用した場合には、離型性を向上させるために、型の内周面にテフロンコート処理することが望ましい。
【００２７】
或いは、以下のような製造方法を採用することもできる。
例えば、イグナイタ等を内蔵する接続部１４を予め機械加工等によって形成し、その接続部１４を内部コア２０、各コイル２３，２８等とともに挿入部（外部コア３１を除く）１５の外形と同形状の凹部を有した型内に配置する。そして、この型内にエポキシ樹脂を充填して硬化させることにより、挿入部１５を接続部１４と一体に形成して点火コイル１３を製造するようにしてもよい。
【００２８】
或いは、絶縁層３０の外周部分に相当する円筒材をエポキシ樹脂を押出成形することにより形成する。そして、この円筒材をイグナイタ等を内蔵する接続部１４と接合させるとともに、円筒材の内部に内部コア２０等の部品をそれぞれ配置する。その後、同円筒材の内部にエポキシ樹脂を充填して硬化させることによって点火コイル１３を製造するようにしてもよい。この製造方法を採用すれば、絶縁層３０を形成するための型が不要になる。
【００２９】
以上のようにして製造された点火コイル１３にあっては、制御装置１６からの点火信号に基いて１次コイル２３に流れる電流がイグナイタによって断続制御されることにより、２次コイル２８においてバッテリ５０の電圧（１２Ｖ）が点火用電圧（３５ｋＶ）にまで昇圧される。そして、この点火用電圧が点火プラグ３３に供給されると、同点火プラグ３３の電極（図示略）間に火花が生じて燃焼室内の混合気が着火される。
【００３０】
前述したように２次コイル２８に点火用電圧が発生すると、同２次コイル２８と略接地電位に保持される外部コア３１との間に極めて大きな電位勾配が生じる。このため、２次コイル２８と外部コア３１との間にある絶縁層３０内に空隙が存在していると、その空隙内に放電が発生して絶縁層３０が焼損するおそれがある。また、この焼損が進行した場合には、２次巻線２７と外部コア３１とを連通する空隙が絶縁層３０内に形成され、同空隙において点火コイル１３の絶縁破壊が生じるおそれがある。
【００３１】
例えば、熱可塑性樹脂からなるケースの内部に熱硬化性樹脂を充填させて硬化させた場合には、ケースの内周面と熱硬化性樹脂との間の密着性が悪いため、同樹脂が硬化収縮する際に両者の間に上記のような空隙が形成されやすい。また、前述したように、ケースや熱硬化性樹脂の厚みを大きくして、２次巻線２７及び外部コア３１間の電位勾配を小さくするようにした構成にあっては、上記のような放電の発生は抑制されるものの、点火コイル１３の大型化を招くことになる。
【００３２】
この点、本実施形態によれば、絶縁層３０を単一の材料であるエポキシ樹脂のみによって形成するようにしているため、同絶縁層３０において２次巻線２７と外部コア３１との間の部分に空隙が形成され易い異種材料の界面が存在していない。このため、絶縁層３０内の空隙が減少し、同空隙内の放電に起因した絶縁層３０の焼損が抑制される。その結果、本実施形態によれば、点火コイル１３の絶縁破壊を防止して、その耐久性を向上させることができる。また、本実施形態に係る点火コイル１３は、大型化を招くことなく絶縁破壊を防止できるため、プラグ取付孔１２内に配設される点火コイル１３に好適である。
【００３３】
更に、本実施形態では、絶縁層３０を形成する材料として熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を採用するようにしている。従って、絶縁層３０の熱変形や溶融が抑制される。例えば、絶縁層３０を熱可塑性樹脂によって構成した場合には、プラグ取付孔１２内において絶縁層３０がシリンダヘッド１１や１次コイル２３或いは２次コイル２８の熱によって熱変形或いは溶融してしまうことが考えられ、この場合にはエンジン１０のメンテナンス性を著しく低下させてしまう。本実施形態によれば、このような絶縁層３０の熱変形や溶融が発生しないため、上記のようなメンテナンス性の低下を回避することができる。
【００３４】
また、一般に、エポキシ樹脂等の熱熱硬化性樹脂は例えば熱可塑性樹脂と比較して絶縁抵抗が大きい。このため、本実施形態によれば、絶縁層３０における絶縁破壊が更に抑制され、点火コイル１３の耐久性を更に向上させることができる。
【００３５】
上記実施形態は以下のように構成を変更して実施することもできる。このように構成を変更しても上記実施形態と略同等の作用効果を奏することができる。
・上記実施形態では、内部コア２０の外周に絶縁テープ２１を介して１次巻線２２を巻き、その１次巻線２２の外周に２次巻線２７が巻かれた２次ボビン２５を外嵌するようにしている。これに対して、内部コア２０にボビンを外嵌するとともに、この同一のボビンに１次巻線及び２次巻線を巻いて１次コイル及び２次コイルを構成するようにしてもよい。また、２次コイル２８を１次コイル２３よりも内部側に配設することもできる。
【００３６】
・上記実施形態では、点火コイル１３の接続部１４にイグナイタを内蔵するようにしたが、このイグナイタは同点火コイル１３の外部に設けられるものであってもよい。
【００３７】
・前記絶縁層３０を形成するエポキシ樹脂中にガラス繊維等の強化材を添加するようにしてもよい。このように、エポキシ樹脂中に強化材を添加することは、プラグ取付孔１２内に配設されるために絶縁層３０の厚みが制限される点火コイル１３の剛性を増大させるうえで有効である。
【００３８】
・上記実施形態では、絶縁層３０を熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂により形成するようにしたが、例えば、熱可塑性樹脂により同絶縁層３０を形成することもできる。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明では、絶縁層内における異種材料の界面の存在を排除すべく、絶縁層を単一の材料により形成するとともに、該単一の材料からなる絶縁層のみをコイルと外部コアとの間に設けるようにしている。従って、空隙が形成され易い異種材料の界面がコイルと外部コアとの間の絶縁層内に存在しないため、同絶縁層内に存在する空隙が減少し、空隙内の放電に起因した絶縁層の焼損が抑制される。その結果、本発明によれば、点火コイルの大型化を招くことなく、絶縁破壊の発生を防止して、その耐久性を向上させることができる。
【００４０】
請求項２に記載した発明では、絶縁層を熱硬化性樹脂材料により形成するようにしている。従って、機関本体やコイルの熱による絶縁層の熱変形や溶融が抑制される。更に、一般に、熱硬化性樹脂材料は例えば熱可塑性樹脂材料と比較して絶縁抵抗が大きいため、絶縁層における絶縁破壊が更に抑制される。その結果、本発明によれば、請求項１に記載した発明の効果に加えて、点火コイルの耐久性を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】点火コイルが設けられたエンジンを示す概略構成図。
【図２】同点火コイルを示す断面図。
【図３】点火装置の構成例を示す概略構成図。
【図４】点火装置の構成例を示す概略構成図。
【図５】従来の点火コイルを示す断面図。
【図６】図５のＡ部を拡大して示す断面図。
【符号の説明】
１０…エンジン、１１…シリンダヘッド、１２…プラグ取付孔、２０…内部コア、２３…１次コイル、２８…２次コイル、３０…絶縁層、３１…外部コア、３３…点火プラグ。

Claims

内燃機関の機関本体に形成されたプラグ取付孔内に取り付けられた点火プラグに対して点火用電圧を供給すべく前記プラグ取付孔内に配設される内燃機関用点火コイルにおいて、
内部コアと、該内部コアの外周に設けられたコイルと、該コイルを被覆する絶縁層と、該絶縁層に外嵌された外部コアと、前記絶縁層の前記点火プラグ側の端部に設けられて前記点火プラグが取り付けられるプラグ用接続部とを備え、
前記絶縁層内における異種材料の界面の存在を排除すべく前記絶縁層を単一の材料により形成するとともに前記プラグ用接続部を前記単一の材料により前記絶縁層と一体のものとして形成し、すなわち前記絶縁層及び前記プラグ用接続部を前記単一の材料からなる一体の要素として形成し、前記絶縁層のみを前記コイルと前記外部コアとの間に設けた
ことを特徴とする内燃機関用点火コイル。
請求項１に記載の内燃機関用点火コイルにおいて、
前記絶縁層は、熱硬化性樹脂材料からなる
ことを特徴とする内燃機関用点火コイル。