JP4286215B2 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内熱機関用点火装置に係り、特に、内燃機関のシリンダヘッド部に設けられるプラグホール内に収納される円筒形点火装置に関する。
従来、この種の内燃機関の点火装置としては、イグニッションコイルの一次電流を断続通電するパワースイッチとイグニッションコイルとを一体化し、該点火装置を内燃機関のシリンダヘッド部に設けたプラグホール内に装着するタイプのものがある。
例えば、実開平4−62359号公報(特許文献1)に開示されている点火装置は、円筒状で、該円筒状の中心部にセンタコア(開磁路鉄心)を配置し、該センタコアの外周に一次コイルと二次コイルとを巻回し、該二次コイルの外周にサイドコア(外装鉄心)を配置したイグニッションコイル本体と、該イグニッションコイル本体の上部にパワースイッチを含むイグナイタユニット(ICパッケージ体)とで構成され、前記イグニッションコイル本体とイグナイタユニットとは、円筒状のコイル収納部である外装ケースに一体に埋設収納され、その外装ケース上部に電気的接続用のコネクタ部を配置する構造となっている。
前記提示の従来技術は、前記コイル本体を前記プラグホール内に収納する場合には、前記イグナイタユニットをプラグホールの上部に突き出し、前記コネクタ部を前記イグナイタユニットの上部に配置する構造となっているために、前記点火装置の全体の高さが高くなってしまうとの不都合が生じるものであつた。
本出願人は、前記不都合を解消するべく、特開平9−63873号公報(特許文献2、特願平7−220233号)として図7に示す如き内燃機関用点火装置50を提案している。該点火装置50は、コイル本体51とイグナイタユニット60とを内部に装備した外装ケース52を、コイル本体51を内装する筒状のコイル部ケース53と該コイル部ケース53の上部に配置されるカップ型のイグナイタケース54とで構成し、該イグナイタケース54の側方部に電気接続用のコネクタ55を一体に成形した構成としている。
そして、イグナイタケース54内には、イグナイタユニット60を設置すると共に、前記イグナイタユニット60は、箱型にプレス成形された銅またはアルミ製の金属製ベース61に、パワートランジスタチップ62とハイブリッドIC回路63とを装着載置する構成とされており、前記金属製ベース61内には、シリコンゲルが充填されるものである。前記金属製ベース61には、ポリブチレンテレフタレート等の熱可塑性合成樹脂で一体成形された端子台64がシリコン接着剤等で接着されている。前記端子台64に固定されているイグナイタ側端子65は、1次コイル端子67とコネクタ側端子66とを溶接等で電気的に接続している。
実開平4−62359号公報 特開平9−63873号公報
ところで、前記提案の技術においては、前記イグナイタユニット60は、アルミ製の金属製ベース61内にパワートランジスタチップ62である半導体素子と該半体素子に流れる電流値を制御する制御回路であるハイブリッドIC回路63とを別体で配置した構造としたものであるので、該構造のものでは、前記外装ケース52の上部に位置するイグナイタケース(イグナイタ収納部)54内での前記パワートランジスタチップ62と前記ハイブリッドIC回路63との配置面積が前記コイル本体ケース53の断面積に比較して大きくなってしまい、結果として前記イグナイタケース(イグナイタ収納部)54を大きく、かつ、重量のあるものとしなければならないと云う不都合が生じていた。
このことは、前記点火装置50の内、内燃機関のプラグホールから突出する上部部位が大きくなることを意味し、前記点火装置50の重心位置が上方に位置することとなってしまう為、前記点火装置50の強度が内燃機関の振動に対して弱くなるという問題点があった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、前記外装ケースの上部のイグナイタケース部分の大きさと重量とを小さくすると共に、装置全体の重心を下方に下げて振動に強い点火装置を提供することである。
前記目的を達成すべく、本発明に係る内燃機関用点火装置は、内燃機関のプラグホール内に挿入されるコイル部ケースと、スイッチング用半導体と電流制限回路とからなるイグナイタを備え、その外周にコネクタ部を有するイグナイタケースとからなり、前記コネクタ部には、複数の外部接続用コネクタ端子が設けられており、前記イグナイタは、中継端子を介して前記外部接続用コネクタ端子に接続されており、前記複数の外部接続用コネクタ端子は、前記コイル部の巻線端部が接続される外部接続用コネクタ端子を含み、前記イグナイタ部ケース内に前記中継端子が設けられており、当該中継端子を介して前記イグナイタの端子が前記外部接続用コネクタ端子に接続されており、前記コイル部の巻線端部が当該中継端子の接続部まで延びて、外部接続用コネクタ端子あるいは中継端子に接続されるように構成され、前記コイル部の巻線端部と前記外部接続用コネクタ端子あるいは中継端子との接続部は前記イグナイタの端子に接続された中継端子と前記外部接続用コネクタ端子との接続部に並んで設けられていることを特徴としている。また、前記コネクタ部の前記外部接続用コネクタ端子より前記イグナイタに設けられた端子の方が細く構成されていることが好ましい。
そして、本発明の具体的な態様としては、前記スイッチング用半導体がインシュレーテッドバイポーラトランジスタ(IGBT)もしくはパワートランジスタであり、かつ、該ユニットが入力クランプ機能を有するダイオード(例えば、ツェナーダイオード)と端子接続中継部とを備え、前記単体シリコンチップの半導体素子と前記ダイオードとが前記端子接続中継部を介してコネクタ端子に接続され、更に、前記ダイオードが前記端子接続中継部の上部に装着されると共に、前記シリコンチップの半導体素子、前記ダイオード、及び、前記端子接続中継部が金属製ベース板上に載置固定されることを特徴としている。
このように構成された本発明に係る内燃機関用点火装置は、イグナイタユニットの主要部であるスイッチング半導体と電流制限回路とを単体シリコンチップに組込み内蔵したことによって、該イグナイタユニットを小さくできるので、結果として前記イグナイタケースのイグナイタ収納部を小形化でき、かつ、軽量化することができ、内燃機関の振動に対して強い外装ケースの点火装置を供給することができる。
また、端子接続中継部を前記イグナイタ収納部内に配置することで、前記単体のシリコンチップの半導体素子の接続端子と外部電気接続のコネクタ側端子との接続を前記端子接続中継部を介して行うことができ、該端子間の接続を容易にできる。
また、ツェナーダイオード等のダイオードを前記端子接続中継部の上部に装着配置したことによって、前記イグナイタ収納部内に前記ツェナーダイオードをコンパクトに収納できると共に、端子接続中継部を利用することで、配線及び接合等も容易になる。
以上の説明から理解できるように、本発明の内燃機関用点火装置は、イグナイタケースのイグナイタ収納部に、インシュレーテッドバイポーラトランジスタ(IGBT)やパワートランジスタ等のスイッチング用半導体と電流制限回路とを組込み内蔵した単体シリコンチップの半導体素子を装着配置して構成したことによって、前記イグナイタケースのイグナイタ収納部を小形化し、かつ、軽量化することができるので、内燃機関の振動に対して強度的に強い点火装置を提供することができる。
また、端子接続中継部を前記イグナイタ収納部に配置することで、前記単体のシリコンチップの半導体素子の接続端子と外部電気接続のコネクタ側端子との接続を前記端子接続中継部を介して行うことで、該端子間の接続を容易にできる。
更に、ツェナーダイオードを前記端子接続中継部の上部に接合配置したことによって、前記イグナイタ収納部内に前記ツェナーダイオードをコンパクトに収納でき、その取付場所として端子接続中継部を利用することで、配線及び接着等も容易にできる。
以下、図面により本発明の一実施の形態について説明する。
図1は、本実施形態の点火装置10を内燃機関1のシリンダヘッド部2に装備した状態を示す断面図である。
前記内燃機関1のシリンダヘッド部2には、内燃機関1の燃焼室3にその先端4aが突出する点火プラグ4が装着され、該点火プラグ4の上部のプラグホール5には、本実施形態の点火装置10が装着されている。前記点火プラグ4の他端4bは前記点火装置10の下部のゴムブーツ25に挿入され、前記点火装置10と電気的に接続されている。前記点火装置10の上部は、取付ボルト6で前記シリンダヘッド部2のカバー部7に取付固定されている。
図2は、本実施形態の点火装置10の断面図であり、図3は、図2の点火装置10を矢視III方向から見た平面図である。前記点火装置10の中心部には、センタコア(開磁路鉄心)17が配置され、該センタコア17は珪素鋼板をプレス積層したもので構成されている。前記センタコア17の外周には一次ボビン11が嵌合し、該一次ボビン11の外周にはエナメル線等から成る一次コイル12が巻層されている。
更に、前記一次ボビン11の外側には二次ボビン13が嵌合し、該二次ボビン13には間隔をおいて多数の分割された二次コイル14が巻層されている。前記二次ボビン13の外周には、外装ケース15が嵌合している。更に、前記外装ケース15のコイルケース部15bの外側には、薄い珪素鋼板を管状に形成したサイドコア(外装鉄心)18が配置されている。
前記コイル部ケース15bの内燃機関1のシリンダヘッド部2のカバーと接する部分には、シール用のシールゴム26が設けられていると共に、前記外装ケース15の上部には、電気的接続用のコネクタ部34とイグナイタケース15aとが配置され、該イグナイタケース15aのコイル上部部分には、イグナイタユニット30が設置されている。
そして、前記外装ケース15のイグナイタケース15aは、コネクタ34の衝撃強度、寸法精度を確保することからポリブチレンテレフタレートで形成され、図2のように、イグナイタユニット30の収納部とコネクタ34を兼ねたコップ状になっており、コイル部ケース15bとの接合部には段付き部、位置決め用突起が設けてある。一方、コイル部ケース15bは、ポリフェニレンサルファイド(PPS)に変性ポリフェニレンオキサイド(変性PPO)をたとえば約20%混ぜ合わせた材料で形成されている。
前記イグナイタユニット30は、銅、鉄またはアルミ製の金属製ベース36上に載置される後述(図5参照)するスイッチング用半導体であるインシュレーテッドバイポーラトランジスタ(IGBT)31aと電流制限回路31bとを組込み内蔵した単一シリコンチップの半導体素子31と、接続中継端子32と、該接続中継端子32上に装着されている入力電圧クランプ機能を担うツェナーダイオード33とで構成され、前記金属製ベース36上には、シリコンゲルが充填されている。
単一シリコンチップの半導体素子31は、図4の(a)(b)に示すような外観をしており、銅等の前記金属製ベースにはんだ(例えば、鉛とスズを80〜90%:10〜20%の割合、もしくは、Sn:Sb:Ni:Pを90〜97:4〜8:0.3〜0.9:0.01〜0.2の割合)接合し、モールディングしたものである。前記単一シリコンチップの半導体素子31は、3本(場合によっては3〜6本)のリード端子31c,31cを備え、該リード端子31cは接続中継端子32に圧入、はんだ付け、溶接、接着等の手段によって接合されている。
また、前記単一シリコンチップの半導体素子31は、消費電力の増大、環境温度の高温化等を配慮して前記金属製ベース36と共にイグナイタケース15aにネジ31dで止められるか、場合によっては、はんだ接合、接着剤(たとえば導電性、絶縁性の)等により固定される。
前記接続中継端子32は、外部機器とのコネクトの為に、接続コネクタのコネクタ端子35a、35bと溶接もしくは圧着により固定するとともに、一次コイル12の巻き始め端部35dを固定接合している。コネクタ端子35cは一次コイル12の他の端部35eに固定されている。
前記ツェナーダイオード33は、前記接続中継端子32の上部に装着配置されている。
図5は、本実施形態の点火装置10の点火制御回路を示したものであり、該点火装置10は、概略、一次コイル12と二次コイル14から成るイグニッションコイル部10a、前記単一シリコンチップの半導体素子31、及び、ツェナーダイオード33とを備え、前記単一シリコンチップの半導体素子31には、インシュレーテッドバイポーラトランジスタ(IGBT)31aと電流制限回路31bとが組込み内蔵されている。内燃機関の制御装置9からの点火制御信号は、前記IGBT31aの入力信号としてベースからエミッタへのベース電流を断続するものであり、該ベース電流の出力としてコレクタからエミッタに電流を流すこと、即ち、電源であるバッテリー8からイグニッションコイル部10aの一次コイル12に電流を流して磁界を発生させる。
点火プラグ4の点火に当たっては、前記制御装置9から前記IGBT31aへの点火信号によって前記一次コイル12への電流を切ることで、前記一次コイルの磁界を零にして、一次側に大きな電圧の起電力を発生させ、該起電力の発生により前記イグニッションコイル部10aの二次コイル14に更に高い電圧を発生させて、点火プラグ4をスパークさせる。
前記ツェナーダイオード33は、入力電圧のクランプ機能を担うもので、通常作動時のIGBT31aへの入力部電圧と制御装置9と点火装置10との間の信号線が、何等かの原因で断線したときの該IGBT31aへの入力部電圧との差を大きくして、前記制御装置9側の前記断線の検出機能部であるコンパレータ(図示省略)の設定基準電圧値の設定を明確にできるようにして前記断線の検出を容易にするものであり、本点火制御回路に必要な素子である。
前記構成の如く、本実施形態の内燃機関用点火装置は、イグナイタユニット30の主要部のスイッチング用半導体であるIGBT31aと電流制限回路31bとを組込み内蔵した単体シリコンチップの半導体素子31としたので、イグナイタユニット30の必要面積を小さくでき、結果として、前記イグナイタケース15aのイグナイタ収納部を小形化し、かつ、軽量化することができるので、内燃機関の振動に対して強い点火装置10を供給することができる。
そして、接続中継端子32を前記イグナイタ収納部内に配置することで、前記単体のシリコンチップの半導体素子31のリード端子31c、31c、31cと、外部電気接続のコネクタ端子35a、35b、35cとの接続を、前記接続中継端子32を介して行うことができ、該端子間の接続を容易にし、ツェナーダイオード33を前記接続中継端子32の上部に装着配置したことによって、前記イグナイタ収納部内に前記ツェナーダイオード33をコンパクトに収納できると共に、接続中継端子32を利用することで、配線及び接合等も容易になる。
また、前記ツェナーダイオード33は、前記単一シリコンチップの半導体素子31の内に一体として組込み内蔵することも可能であるが、組込んだ場合には、前記ツェナーダイオード33がパワー系素子であるために、それなりの大きな面積を必要とすることから、結果として前記シリコンチップの半導体素子31の面積が大きくなるばかりでなく、一体に組込む場合には、製造コストも高くなり、かつ、該素子の標準化も図りずらいとの問題があり、別体とすることが好ましいものである。
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において、種々の変更ができるものである。
例えば、本発明の前記シリコンチップの半導体素子31の前記イグナイタケース15aへの装着に当たっては、金属製ベースを用いずに、図6に示すように、直接、前記シリコンチップの半導体素子31を前記イグナイタケース15aへ装着する構造とすることもできる。この場合、接続中継端子32も直接イグナイタケース15aに装着することとなる。
また、前記実施形態においては、一次コイルのボビン11の外側に二次コイルのボビン13を配置した点火装置10について説明したが、本発明は、二次コイルのボビンの外側に一次コイルのボビンを配置した点火装置にも適用できるものである。
更に、前記実施形態においては、前記単一シリコンチップの半導体素子に組込み内蔵するスイッチング用半導体を、インシュレーテッドバイポーラトランジスタ(IGBT)としたが、他のパワートランジスタを用いることもできる。
本発明の一実施形態の点火装置を装備した内燃機関のシリンダヘッド部の断面図。 図1の内燃機関用点火装置の縦断面図。 図2の内燃機関用点火装置の矢視III方向から見たイグナイタケースの平面図。 図2の内燃機関用点火装置に装備される単体シリコンチップの半導体素子であって、(a)は該半導体素子の平面図、(b)は側面図。 図2の内燃機関用点火装置の点火制御回路図。 本発明の他の実施形態の内燃機関用点火装置のイグナイタケースの平面図。 従来の内燃機関用点火装置であって、(a)はイグナイタケースの平面図、(b)は内燃機関用点火装置の縦断面図。
符号の説明
1…内燃機関、4…点火プラグ、8…バッテリー、9…制御装置、10…点火装置、10a…イグニッションコイル部、11…一次ボビン、12…一次コイル、13…二次ボビン、14…二次コイル、15…外装ケース、15a…イグナイタケース、15b…コイル部ケース、17…センタコア、18…サイドコア、30…イグナイタユニット、31…単一シリコンチップの半導体素子、31a…スイッチング用半導体(インシュレーテッドバイポーラトランジスタ)、31b…電流制限回路、31c…リード端子、32…接続中継端子、33…ツェナーダイオード、34…コネクタ部、35…コネクタ端子、36…金属製ベース

Claims (13)

  1. 内燃機関のプラグホール内に挿入されるコイル部ケースと、
    スイッチング用半導体と電流制限回路とからなるイグナイタを備え、その外周にコネクタ部を有するイグナイタケースとからなり、
    前記コネクタ部には、複数の外部接続用コネクタ端子が設けられており、
    前記イグナイタは、中継端子を介して前記外部接続用コネクタ端子に接続されており、
    前記複数の外部接続用コネクタ端子は、前記コイル部の巻線端部が接続される外部接続用コネクタ端子を含み、
    前記イグナイタ部ケース内に前記中継端子が設けられており、
    当該中継端子を介して前記イグナイタの端子が前記外部接続用コネクタ端子に接続されており、
    前記コイル部の巻線端部が当該中継端子の接続部まで延びて、外部接続用コネクタ端子あるいは中継端子に接続されるように構成され、
    前記コイル部の巻線端部と前記外部接続用コネクタ端子あるいは中継端子との接続部は、前記イグナイタの端子に接続された中継端子と前記外部接続用コネクタ端子との接続部に並んで設けられている内燃機関用点火装置。
  2. 請求項1に記載の内燃機関用点火装置において、
    前記コネクタ部の前記外部接続用コネクタ端子より前記イグナイタに設けられた端子の方が細く構成されている内燃機関用点火装置。
  3. コイル部とイグナイタユニットとを内部に装備した外装ケースを備えた内燃機関用点火装置において、
    前記イグナイタユニットは、スイッチング用半導体と電流制限回路とを内蔵した単体シリコンチップの半導体素子と、当該イグナイタを載せる金属ベースと、中継端子とを備え、
    前記外装ケースは、内燃機関のプラグホール内に挿入されるコイル部ケースと、コネクタ部を有するイグナイタケースとを備え、
    前記イグナイタケース内に前記イグナイタユニットが装着配置され、
    前記コネクタ部は前記イグナイタケースの側面において、前記コイル部ケースの長手方向軸線に対して交差する方向で半径方向外側に突出しており、
    前記コネクタ部は複数の外部接続用コネクタ端子を有し、
    前記イグナイタユニットを構成する単体シリコンチップの半導体素子は前記金属ベース上で、前記コイル部ケースの長手方向軸線に対して交差する面に沿って高さ方向の寸法が他の方向の寸法より小さくなるようにして取り付けられており、
    且つ、前記単体シリコンチップの半導体素子の複数の端子が前記コネクタ部に向かって延びて前記コネクタ部の複数の外部接続用コネクタ端子と電気的に接続されており、
    前記単体シリコンチップの半導体素子の高さ方向の寸法は、前記単体シリコンチップの半導体素子の複数の端子と前記コネクタ部の複数のコネクタ端子とが電気的に接続されている接続部の高さ方向の寸法より低く構成されており、
    前記複数の外部接続用コネクタ端子は前記コイル部の一次コイルの巻線端部が接続される外部接続用コネクタ端子を備え、前記一次コイルの巻線端部は前記単体シリコンチップの半導体素子が取付けられる面を超えて前記外部接続用コネクタ端子の位置まで延びており、
    かくして、前記外部接続用コネクタ端子と前記コイル部の一次コイルの巻線端部との接続部は、前記単体シリコンチップの半導体素子の複数の端子と前記コネクタ部の複数のコネクタ端子との接続部と並んで配置されていることを特徴とする内燃機関用点火装置。
  4. 請求項3に記載の内燃機関用点火装置において、
    前記コネクタ部のコネクタ端子と前記単体シリコンチップの半導体素子に設けられた端子は両端子間に位置する端子接続中継部において互いに接続され、
    さらに、前記端子接続中継部には前記コイル部ケース内のコイルと前記単体シリコンチップの半導体素子に設けられた端子との電気的接続部が形成されていることを特徴とする内燃機関用点火装置。
  5. 内燃機関の点火装置であって、
    筒状の点火コイル部が収納されたコイル部ケースと、
    前記コイル部ケースの一端に設けられ、前記筒状点火コイル部の長手方向軸線に対して直角方向に交わる扁平なイグナイタ部収容空間を有するイグナイタ収容ケース部と、
    前記扁平なイグナイタ部収容空間内で前記筒状点火コイルの長手方向軸線に対して直角方向に交わる面に沿って配置されたイグナイタ部と、
    前記イグナイタ収容ケース部の外周から突出する外部接続用コネクタ部とを備え、
    前記イグナイタ部はスイッチング半導体素子部と電流制限回路部を単一シリコンチップに形成した単一シリコンチップイグナイタとして構成されており、
    当該単一シリコンチップイグナイタは複数の端子が集合された側面を有し、
    当該複数の端子が集合された側面が前記イグナイタ収容ケース部の側面に設けられた外部接続用コネクタ部の外部接続用コネクタ端子に向き合って取付けられており、
    かつ、前記単一シリコンチップの複数の端子が集合された側面の幅は前記コネクタ部の幅より狭く構成されており、
    前記コイル部ケースの一端に設けられ、前記筒状点火コイルの長手方向軸線に対して直角方向に交わる扁平なイグナイタ部収容空間部において、前記単一シリコンチップイグナイタの側面に集合された複数の端子と前記外部接続用コネクタ部の外部接続用コネクタ端子とが電気的に接続されており、
    前記複数の外部接続用コネクタ端子は前記コイル部の一次巻線の巻線端部が接続される外部接続用コネクタ端子を備え、
    前記コイル部の一次コイルの巻線端部は前記コイル部ケースから前記イグナイタ部収容空間部に延びており、
    かくして、前記外部接続用コネクタ端子と前記コイル部の一次巻線の巻線端部との接続部は、前記単体シリコンチップの半導体素子の複数の端子と前記コネクタ部の複数のコネクタ端子との接続部と並んで、前記イグナイタ収容空間部に配置されている内燃機関用点火装置。
  6. 前記コイル部ケースの上部に前記イグナイタ収容ケース部を構成するベースを取り付け、
    当該ベースの上に前記単一シリコンチップが取り付けられている請求項5に載の内燃機関用点火装置。
  7. 前記一次巻線の巻線端部は前記一次巻線の巻き終わり端部である請求項5に記載の内燃機関用点火装置。
  8. 前記コネクタ部に設けた2本の外部接続用コネクタ端子の幅の範囲内に前記単一シリコンチップイグナイタの側面に集合された3本の端子が配置されている請求項5に記載の内燃機関用点火装置。
  9. 前記単一シリコンチップイグナイタが金属製ベースに載置されている請求項5に記載の内燃機関用点火装置。
  10. 前記単一シリコンチップイグナイタが前記イグナイタ収容ケース部へ直接装着されている請求項5に記載の内燃機関用点火装置。
  11. 前記スイッチング半導体素子は、インシュレーテッドバイポーラトランジスタもしくはパワートランジスタである請求項5に記載の内燃機関用点火装置。
  12. 前記イグナイタ部は、前記単体シリコンチップイグナイタの前記複数の端子の内の一対の端子間に電気的に接続された入力クランプ用のダイオードを有し、
    当該入力クランプ用のダイオードは前記外部接続用コネクタ部の複数のコネクタ端子の内の一対の端子間、前記単体シリコンチップイグナイタの前記複数の端子の内の一対の端子間若しくは前記外部接続用コネクタ部の複数のコネクタ端子と前記単体シリコンチップイグナイタの前記複数の端子の接続部の内の一対の接続部のいずれかに跨って取付けられている請求項5に記載の内燃機関用点火装置。
  13. 請求項1に記載の内燃機関用点火装置において、
    前記イグナイタはスイッチング用半導体と電流制限回路とを内蔵した単体シリコンチップの半導体素子によって構成されている内燃機関用点火装置。
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