JP4494296B2

JP4494296B2 - 内燃機関用点火装置

Info

Publication number: JP4494296B2
Application number: JP2005167757A
Authority: JP
Inventors: 拓志西村
Original assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2025-06-08
Also published as: JP2006342697A

Description

本発明は内燃機関用イオン電流検出装置に関し、特に燃焼室に発生する微少なイオン電流を精度よく検出するイオン電流検出装置に関する。

図７に従来の点火コイルにおける従来の点火コイルにおける大電流変動によって発生するイオン検出回路の出力関係を示す図を示し、図８に従来の内燃機関用点火装置の図を示す。図７乃至図８において、従来より内燃機関用イオン電流検出装置においては、燃焼室内での燃焼後に発生するイオン電流を検出することで燃焼状態を判別し、当該燃焼状態により内燃機関の運転状態を把握したり、或いは当該把握した燃焼状態によりノックや希薄燃焼、失火検知等の各種制御を行う技術が提案されている。すなわち、燃焼室に発生するイオン電流は、点火プラグ２０から点火コイル１０を介して図示しないＥＣＵへ流れ、当該イオン電流を解析することでノックや希薄燃焼、失火検知等の各種制御を行うものである。

前記内燃機関用イオン電流検出装置は、燃焼室に配置される点火プラグギャップ２１を有する点火プラグ２０と、当該点火プラグ２０に燃焼エネルギーを供給する前記点火コイル１０と、点火プラグギャップ２１に点火する点火時期を制御する図示しないＥＣＵと、点火コイル１０のイグナイタ１５と、後述する点火コイル１０の２次コイル１３との間に設けられたイオン電流検出手段４０と、により内燃機関用イオン電流検出装置が構成されている。

前記点火コイル１０は、閉磁路鉄芯１４と、当該鉄心の外周に１次銅線を１次ボビンに巻回した１次コイル１２を備え、当該１次コイルの外周に２次銅線を２次ボビンに巻回した２次コイル１３を備え、前記閉磁路鉄芯１４と各コイルとを収納する樹脂製のケース１１を備え、当該ケース１１にはバッテリからの電源供給をうける１次端子１６と、場合によっては点火制御を行うパワートランジスタ等の図示しないスイッチングイグナイタ部を収容すると共に、内部を絶縁、固定するためのポッティング樹脂等でモールドしてあり、また、当該点火装置の高圧出力としての２次出力部１８を備えている。当該２次出力部は内燃機関に配置された点火プラグへ接続され、以上のようにして構成される点火装置から得られた高電圧は点火プラグに印加されることで内燃機関の点火が実現している。

点火動作時には、点火時期を制御する図示しないＥＣＵからの点火信号をドライバIC３０が受けると、前記１次コイル１２に自動車のバッテリー電圧１２Ｖが通電され、前記１次コイル１２で発生した磁気エネルギーは、中心部鉄芯１５より磁路を伝搬し、１次コイル１２と２次コイル１３の巻き数比に応じた高電圧が２次コイル１３で発生する。発生した高電圧は２次コイル１３から２次高圧端子１８を通り、電気的に接続されている点火プラグ２０に燃焼室内での着火に必要なエネルギとして送りこまれる。

また点火タイミングにおいては、ガソリン混合気が燃焼室内で燃焼後、前記イオン電流が発生し、点火プラグ２０から点火コイル１０を介して図示しないＥＣＵへ流れ、イオン電流検出手段４０により取得した当該イオン電流を解析することでノックや希薄燃焼、失火検知等の各種制御を行う。
特開平０４−１９４３６７号公報

このような構成における内燃機関用イオン電流検出装置において、内燃機関の燃焼により得られるイオン電流は数μＡレベルといった微少な電流値であり、一般的にはこのような微少なイオン電流を増幅して燃焼状態を検出している。ところが、エンジン回転より電力を発電するオルターネータとバッテリー間を電気接続するオルターネータ電力線が、点火コイルに近接する場合、オルターネータ電力線より発する電気ノイズが点火コイル動作及びイオン電流検出を損なう影響を及ぼす場合がある。

具体的には、オルターネータからバッテリーに供給される電流は、オルターネータの構造上、出力電流にはある振幅を有し、最大２０〜３０Ａ振幅の電流変動として現れる。このような大きな電流変動が現れると、アンペールの右ねじの法則により前記電流変動に呼応した磁界が電流経路の回りに強電界を発生させる。このような大電流経路の変動で発生する磁界変化により、点火コイルが励磁され、イオン検出回路にイオン電流発生時と同じような出力波形が現れ、イオン電流検出性の信頼性が失われるという不具合があった。

つまり、オルターネータ電力線５０近傍に配置された燃焼状態を検出する内燃機関用イオン電流検出装置の点火コイル１０において、燃焼によって発生するイオン電流とは無関係に、点火コイル１０の１次コイル１２を介して２次コイル１３へ、前記オルターネータの電流変動に同期した出力波形が現れる。特に前記点火コイルとオルターネータ電力線５０が近い場合は、点火コイル１０が強電界により電磁誘導され、そうするとイオン電流に影響が現れ信頼性が損なわれる。特に前記オルターネータ電力線５０方向と点火コイル１０を構成するコイル巻線の巻回方向とが、近傍にありかつ互いに平行方向となるよう点火コイル１０が配置されていた場合には、特に不具合が現れていた。

そこで本発明は上記課題を鑑みて、電流変動の影響を受けない、安定的で信頼性の高い内燃機関用イオン電流検出装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明者がその原因を検討したところ、点火コイル１０巻線と、オルターネータ電力線５０との間のストレキャパシタンス(浮遊容量)Ｃｆ（図９参照）を通して、オルターネータ電力線５０が点火コイル１０の２次コイル１３側に静電結合していることを突き止めて、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の内燃機関用点火装置の請求項１は、エンジンヘッドカバーと、当該エンジンヘッドカバーに上部に装着しプラグホール内の点火プラグと電気的に接続する点火コイルと、エンジン回転より電力を発電するオルターネータと、当該オルターネータとバッテリー間を電気接続するオルターネータ電力線が前記点火コイル近傍に配設された内燃機関エンジンにおいて、前記オルターネータ電力線方向と前記点火コイルを構成するコイル巻線の巻回方向とが、互いに直角方向になるよう前記点火コイルを配置したことを特徴とする内燃機関点火装置とする。

また、請求項２では、前記オルターネータ電力線は、前記点火コイルを構成する１次コイルと２次コイルの中心軸芯を貫通する閉磁路鉄芯のうち中心部鉄芯を構成する薄板の積層高さ方向に対して、中心部鉄芯と同位置に配線されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関点火装置とする。

また、請求項３は、エンジンヘッドカバーと、当該エンジンヘッドカバーに上部に装着しプラグホール内の点火プラグと電気的に接続する点火コイルと、エンジン回転より電力を発電するオルターネータと、当該オルターネータとバッテリー間を電気接続するオルターネータ電力線が前記点火コイル近傍に配設された内燃機関エンジンにおいて、前記オルターネータ電力線方向と前記点火コイルを構成するコイル巻線の巻回方向とが、互いに平行方向になるよう前記点火コイルが配置され、前記エンジンヘッドカバー上面に露出した前記点火コイルを静電遮蔽するシールド材を前記エンジンヘッドカバーに装着し、前記オルターネータ電力線は、前記点火コイルを構成する１次コイルと２次コイルの中心軸芯を貫通する閉磁路鉄芯のうち中心部鉄芯を構成する薄板の積層高さ方向に対して、中心部鉄芯と同位置に配線されたことを特徴とする内燃機関点火装置とする。

前述の内燃機関点火コイル１０の構造を採用することで、内燃機関のイオン電流検出装置において、オルターネータ電力線位置の影響を受けない、安定的で信頼性の高い内燃機関用イオン電流検出装置が得られる。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。図１は、実施例１に係るオルターネータ電力線方向と点火コイルを構成するコイル巻線の巻回方向とが、互いに直角方向になるよう点火コイルを配置した図である。また図２は、実施例２に係るエンジンヘッドカバーに設置された点火コイルと、点火コイルを完全に覆い隠すシールドカバーの図である。また図３は、実施例３に係るエンジンヘッドカバーに設置された点火コイルと、点火コイルを完全に覆い隠すシールドボックスの図である。また図４は実施例４に係る閉磁路のＥ型鉄芯で構成された点火コイル図である。また図５は、実施例５に係る鉄芯が、導電体で覆われた点火コイル図である。図６は、実施例６に係るオルターネータ電力線が、点火コイルの中心部鉄芯と同位置にある図である。本発明の内燃機関用点火装置は、エンジンヘッドカバーと、当該エンジンヘッドカバーに上部に装着しプラグホール内の点火プラグと電気的に接続する点火コイルと、エンジン回転より電力を発電するオルターネータと、バッテリー間を電気接続するオルターネータ電力線とで、構成されオルターネータ電力線が前記点火コイル近傍に配設されている。

図１乃至図６において、実施例の点火コイル構成は、従来の点火コイルと相違なく、閉磁路鉄芯１４と、当該鉄心の外周に１次銅線を１次ボビンに巻回した１次コイル１２を備え、当該１次コイルの外周に２次銅線を２次ボビンに巻回した２次コイル１３を備え、前記閉磁路鉄芯１４と各コイルとを収納する樹脂製のケース１１を備え、当該ケース１１にはバッテリからの電源供給をうける１次端子１６と、場合によっては点火制御を行うパワートランジスタ等の図示しないスイッチングイグナイタ部を収容すると共に、内部を絶縁、固定するためのポッティング樹脂等でモールドしてあり、また、当該点火装置の高圧出力としての２次出力部１８を備えている。当該２次出力部１８は内燃機関に配置された点火プラグ２０へ接続され、以上のようにして構成される点火装置から得られた高電圧は点火プラグに印加されることで内燃機関の点火が実現している。

実施例１は、図１のように、内燃機関用点火装置は、前記オルターネータ電力線５０方向と点火コイル１０を構成するコイル巻線の巻回方向とが、互いに直角方向になるよう点火コイル１０を配置する。このときにはオルターネータ電力線５０の電流変動の影響を受けないことを発見した。これより、点火コイル１０がオルターネータ電力線５０の近傍に配置されていても、イオン電流とは無関係な前記オルターネータの電流変動に同期した出力波形が現れることなく、良好にイオン電流を検出することができる。

また実施例２は、図２のように、内燃機関用点火装置は、エンジンヘッドカバーがアルミ材で構成された場合には、エンジンヘッドカバー３の上面凹部Ａに設置されエンジンヘッドカバー３より上面に露出した点火コイル１０は、蓋状導電体であるシールドカバー１２１により点火コイル１０を完全に覆い隠すことができる。前記シールドカバー１２１は、導電体で構成されているので、点火コイル１０を完全に外界より覆い隠すことで、完全に静電遮蔽することができる。これより、点火コイル１０がオルターネータの近傍に配置されていても、イオン電流とは無関係な前記オルターネータの電流変動に同期した出力波形が現れることなく、良好にイオン電流を検出することができる。

また実施例３は、図３のように、内燃機関用点火装置は、エンジンヘッドカバーが樹脂材で構成された場合には、エンジンヘッドカバー３の上面凹部Ａに設置されエンジンヘッドカバー３より上面に露出した点火コイル１０は、箱状導電体であるシールドボックス１２２により個々の点火コイル１０を完全に覆い隠すことができる。前記シールドボックス１２２は、導電体で構成されているので、点火コイル１０を覆い隠すことで、外界より静電遮蔽することができる。これより、点火コイル１０がオルターネータの近傍に配置されていても、イオン電流とは無関係な前記オルターネータの電流変動に同期した出力波形が現れることなく、良好にイオン電流を検出することができる。

また実施例４は、図４のように、内燃機関用点火装置の前記点火コイル１０は、閉磁路のＥ型鉄芯１１４で構成されたとき、オルターネータ電力線５０の電流変動の影響を受けないことを発見した。これより、点火コイル１０がオルターネータの近傍に配置されていても、イオン電流とは無関係な前記オルターネータの電流変動に同期した出力波形が現れることなく、良好にイオン電流を検出することができる。

また実施例５は、図５のように、内燃機関用点火装置の前記点火コイル１０は、前記鉄芯１４は、導電体１２０で覆われている。前記導電体１２０は、薄いアルミテープでもよいし、導電材を配合した塗布材でもよいし、前記鉄芯１４の上下表面を一様に覆うことができる導電体であれば適宜使用できる。これより、点火コイル１０がオルターネータの近傍に配置されていても、イオン電流とは無関係な前記オルターネータの電流変動に同期した出力波形が現れることなく、良好にイオン電流を検出することができる。

また実施例６は、図６のように、内燃機関用点火装置の前記点火コイル１０は、前記オルターネータ電力線５０が、前記点火コイル１０を構成する１次コイル１２と２次コイル１３の中心軸芯を貫通する閉磁路鉄芯１４のうち中心部鉄芯を構成する薄板の積層高さ方向に対して、中心部鉄芯と同位置に配線したときには、オルターネータ電力線５０の電流変動の影響を受けないことを発見した。これより、これより、点火コイル１０がオルターネータの近傍に配置されていても、イオン電流とは無関係な前記オルターネータの電流変動に同期した出力波形が現れることなく、良好にイオン電流を検出することができる。
以上、本発明の実施例について具体的に説明したが、上記の記載内容は一例を示したに過ぎず、本発明の趣旨を逸脱することなく適宜に変更可能である。

実施例１に係るオルターネータ電力線方向と点火コイルを構成するコイル巻線の巻回方向とが、互いに直角方向になるよう点火コイルを配置した図である。実施例２に係るエンジンヘッドカバーに設置された点火コイルと、点火コイルを完全に覆い隠すシールドカバーの図である。実施例３に係るエンジンヘッドカバーに設置された点火コイルと、点火コイルを完全に覆い隠すシールドボックスの図である。実施例４に係る閉磁路のＥ型鉄芯で構成された点火コイル図である。実施例５に係る鉄芯が、導電材で覆われた点火コイル図である。実施例６に係るオルターネータ電力線が、点火コイルの中心部鉄芯と同位置にある図である。従来の点火コイルにおける大電流変動によるイオン検出回路の出力関係を示す図である。従来の内燃機関用点火装置の図である。従来の内燃機関用点火装置の回路図である。

符号の説明

１内燃機関点火装置
２内燃機関用イオン電流検出装置
３エンジンヘッドカバー
１０点火コイル
１１ケース
１２１次コイル
１３２次コイル
１４閉磁路鉄芯
１５中心部鉄芯
１６１次端子
１８２次出力部
２０点火プラグ
３０ドライバＩＣ
４０イオン電流検出手段
５０オルターネータ電力線
１１４Ｅ型鉄芯
１２０導電体
１２１シールドカバー
１２２シールドボックス

Claims

エンジンヘッドカバーと、当該エンジンヘッドカバーに上部に装着しプラグホール内の点火プラグと電気的に接続する点火コイルと、エンジン回転より電力を発電するオルターネータと、当該オルターネータとバッテリー間とを電気接続するオルターネータ電力線が前記点火コイル近傍に配設された内燃機関エンジンにおいて、前記オルターネータ電力線方向と前記点火コイルを構成するコイル巻線の巻回方向とが、互いに直角方向になるよう前記点火コイルを配置したことを特徴とする内燃機関点火装置。
前記オルターネータ電力線は、前記点火コイルを構成する１次コイルと２次コイルの中心軸芯を貫通する閉磁路鉄芯のうち中心部鉄芯を構成する薄板の積層高さ方向に対して、中心部鉄芯と同位置に配線されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関点火装置。
エンジンヘッドカバーと、当該エンジンヘッドカバーに上部に装着しプラグホール内の点火プラグと電気的に接続する点火コイルと、エンジン回転より電力を発電するオルターネータと、当該オルターネータとバッテリー間を電気接続するオルターネータ電力線が前記点火コイル近傍に配設された内燃機関エンジンにおいて、前記オルターネータ電力線方向と前記点火コイルを構成するコイル巻線の巻回方向とが、互いに平行方向になるよう前記点火コイルが配置され、前記エンジンヘッドカバー上面に露出した前記点火コイルを静電遮蔽するシールド材を前記エンジンヘッドカバーに装着し、前記オルターネータ電力線は、前記点火コイルを構成する１次コイルと２次コイルの中心軸芯を貫通する閉磁路鉄芯のうち中心部鉄芯を構成する薄板の積層高さ方向に対して、中心部鉄芯と同位置に配線されたことを特徴とする内燃機関点火装置。