JP5221197B2

JP5221197B2 - 内燃機関の点火装置

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Publication number: JP5221197B2
Application number: JP2008114257A
Authority: JP
Inventors: 拓志西村; 裕之木村; 修司山田
Original assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2028-04-24
Also published as: JP2009267051A

Description

本発明は、内燃機関の点火装置に関し、特に、コイルのワイヤ線を保護する際に用いて好適のものである。

内燃機関に用いられる点火装置は、プラグホール内に点火コイルを挿通させた状態にて固定される。かかる点火装置は、バッテリー電源の電圧を駆動信号に応じて昇圧させ、昇圧電圧を点火プラグに印加し、当該点火プラグのプラグギャップにて放電を生じさせる。

かかる点火装置は、一次コイルと二次コイルとが同心的に配置され、当該コイルの周辺に絶縁性樹脂が含浸されている。このとき、点火装置内の熱量が増加すると、コイルと絶縁性樹脂との間では、熱応力が発生する。そして、コイルの周辺において亀裂又は剥離が発生し、その程度如何によっては、コイルに巻回されたワイヤ線を断線させてしまう場合がある。

特開２００２−３５９１２８号公報（特許文献１）では、コイルに巻回されたワイヤ線の保護を図る点火装置が紹介されている。特許文献１に係る内燃機関の点火装置は、図８に示す如く、中心コア（特許請求の範囲における中心鉄芯）２０と、内周側コイル（特許請求の範囲における二次ボビン）３０と、外周側コイル（特許請求の範囲における一次ボビン）４０と、イグナイタ１０とを備えている。また、二次ボビン３０には、二次ワイヤに接続された引出線接続部（特許請求の範囲における巻線接続端）３１ａが設けられ、一次ボビン４０には、外周面に接着抑制層（特許請求の範囲における接着緩和層）５０が積層されている。そして、引出線接続部３１ａが一次ボビンの接着抑制層５０の端部より下方に配置され、かかるレイアウトにて絶縁性樹脂が両コイルの周辺に含浸されている。当該構成を具備する内燃機関の点火装置では、図示の如く、接着抑制層５０の端部から生じるクラックＤｖに着目し、引出線接続部３１ａを一次ボビン４０の顎部４１より低い位置にレイアウトさせることで、当該引出線接続部３１ａがクラックＤｖの成長経路から外れ、二次ワイヤの断線が防止できるものとされている。

特開２００２−３５９１２８号公報

しかしながら、図８に示す如く、一次ボビン４０の内周面において接着緩和層５０の端部と同程度の高さから剥離Ｄが発生し、剥離Ｄの発生源Ｐを起点として一次ボビン４０の内周面の上方へ当該剥離Ｄが進行すると、発明者から報告されている。また、一次ボビン４０の上端又は剥離Ｄの周辺では、当該剥離Ｄに伴ってクラックが進行する。従って、特許文献１の技術では、図示の如く、巻線接続端３１ａが下方に配されたとしても、当該巻線接続端３１ａに導かれる二次ワイヤが切断されてしまうとの問題が生じる。

また、巻線接続端３１ａの配置位置が剥離Ｄの発生源Ｐに近接してしまうと、当該巻線接続端３１ａに巻回された二次ワイヤ３１ａが断線されてしまう事態も懸念される。

従って、本発明は上記課題に鑑み、コイルに配線されるワイヤ線の断線を防止させ得る内燃機関の点火装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では次のような内燃機関の点火装置の構成とする。即ち、円筒状の一次巻線部を具備し前記一次巻線部の外周面に一次ワイヤが巻回された一次ボビンと、前記一次巻線部の内部に配される二次巻線部及び低圧側端子を固定させる端子固定部が一体的に形成され前記低圧側端子の巻線接続端に接続されている二次ワイヤが前記二次巻線部の外周面に巻回された二次ボビンと、前記一次ボビン及び前記二次ボビンの周囲に含浸される絶縁性樹脂とを備える内燃機関の点火装置において、前記一次ボビンは、前記一次巻線部と前記絶縁性樹脂との接着を抑制させる接着緩和層が当該一次巻線部の外周面と前記一次ワイヤとの間に積層され、前記巻線接続端は、前記二次ボビンの低圧側に配され、前記二次ワイヤの巻回表面又は前記端子固定部の外壁表面と略一致する径方向位置にて前記二次ワイヤが接続されていることとする。

このとき、前記巻線接続端は、前記一次ボビンに形成された内周面の開口端より高圧側に配置されるのが好ましい。

本発明に係る内燃機関の点火装置によると、一次ボビンの内周面から十分離れた位置にワイヤ接続端が配置されるので、当該ワイヤ接続端が一次ボビンの内周面で生じる剥離の成長経路から外れ、かかる剥離またはこれによって生じる亀裂がワイヤ接続端の周辺に到達せず、よって、二次ワイヤが切断されずに保護される。

また、ワイヤ接続端は、二次ワイヤの巻回表面に略一致する径方向位置、又は、端子固定部の外壁表面と略一致する径方向位置にレイアウトされるので、二次ワイヤは、二次ボビンから遠ざかる空間に配されること無く、亀裂の成長経路から外れ、当該二次ワイヤが切断されずに保護される。

以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。先ず、図１を参照して、内燃機関の点火装置（以下、点火装置と呼ぶ）に用いられるイグナイタ１００について説明する。図１に示す如く、イグナイタ１００は、筐体１１０と端子群１１１とヒートシンクＨｐと制御基板Ｃｂとスイッチング素子Ｓｗとから構成される。

筐体１１０は、図示の如く、コネクタ部１１０ａと嵌合部１１０ｂと格納部１１０ｃとが一体的に形成され、複数の導電端子から構成される端子群１１１を適宜に配している。かかる端子群１１１の表面は、コネクタ部１１０ａ又は格納部１１０ｃの内外部において適宜に露出されている。コネクタ部１１０ａには、図示されないＥＣＵに設けられたハーネスが接続され、バッテリー電源が端子１１１ａに駆動信号が端子１１１ｂに印加され、端子１１１ｃがグランドへアースされる。

ヒートシンクＨｐは、高放熱性の板体に形成され、筐体１１０の格納部に配置されている。かかるヒートシンクＨｐは、制御基板Ｃｂ及びスイッチング素子Ｓｗを積層させ、ボンディングワイヤが適宜に配線されている。

制御基板Ｃｂは、セラミック基板上に省電力トランジスタ又はこの他の電気的素子が実装され、セルフシャットオフ回路又はイオン電流検出回路等の機能的回路が適宜設けられている。かかる制御基板Ｃｂは、端子１１１ｂへ入力された駆動信号を修正しスイッチング素子Ｓｗへ出力させる。

スイッチング素子Ｓｗは、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ダーリントントランジスタ等が適宜に用いられる。例えば、スイッチング素子ＳｗとしてＩＧＢＴが採用される場合、当該ＩＧＢＴは、コレクタ端子がヒートシンクに接続され、ゲート端子に制御基板Ｃｂから送信される駆動信号が印加される。そして、かかるＩＧＢＴでは、駆動信号に応じて、コレクタ端子からエミッタ端子へ向けてキャリヤを通過させる。

かかる構成を具備するイグナイタ１００では、ＥＣＵから駆動信号が供給されると、当該駆動信号は、制御基板Ｃｂに搭載された各種機能的回路によって修正され、スイッチング素子Ｓｗへ送信させる。このとき、スイッチング素子Ｓｗでは、駆動信号がパルス波形とされているので、当該スイッチング素子Ｓｗへ入力された電力を断続的に開放させる。

図２には、一次ボビンが示されている。図示の如く、一次ボビン２１０は、絶縁性の材質から成り、一次巻線部２１２と鍔部（図示なし）と端子構造部２１１とが一体的に形成されている。尚、軸方向Ｖｄとは、点火装置１０００における円筒軸に略一致する方向を指し、低圧側ＦＬとは、軸方向Ｖｄのうちイグナイタ１００がレイアウトされる矢線側を指し、高圧側ＦＨとは、軸方向Ｖｄのうち点火プラグ（図示なし）がレイアウトされる矢線側を指す。以下、図３乃至図７においても同じ。

一次巻線部２１２は、円筒体に形成され、当該一次巻線部２１２の低圧側ＦＬには、端子構造部２１１の直下に配される円盤状の鍔部（図７、２１０ｙ参照）が形成されている。

端子構造部２１１は、鍔部の更に低圧側ＦＬへ形成され、当該端子構造部２１１の表面には、円形断面の開口が形成される。このとき、当該開口部と一次巻線部２１２の内部とが連通されるので、一次巻線部２１２の内部から端子構造部２１１の開口にかけて内筒部２１３ｂが形成される。ここで、「一次ボビンに形成された内周面」とは、内筒部２１３ｂの壁面を指し、「内周面の開口端」とは、低圧側ＦＬへ向かって内筒部２１３ｂの壁面が途切れる部分を指す。

また、かかる端子構造部２１１には、浅い箱状の凹部２１１ａと、径方向に突出した梁状体２１１ｂと、当該端子構造部２１１の所定領域に設けられた段差とが形成されている。

更に、一次巻線部２１２の外周面２１２ａには、接着緩和層２１４が積層されている。かかる接着緩和層２１４は、含浸される絶縁性樹脂と一次巻線部２１２の外周面２１２ａとの接着力を抑制させ、互いの境界面に発生する応力を緩和させる。尚、絶縁性樹脂には、エポキシ樹脂等をはじめとする、絶縁性能の高い熱硬化性樹脂が用いられる。

かかる接着緩和層２１４の外周表面には、一次ワイヤ２３０が巻回されている。当該一次ワイヤ２３０は、一端が一方の梁状体２１１ｂに結ばれた後、円筒部２１２の表面に複数ターン巻回され、末端が他方の梁状体２１１ｂに結ばれる。このとき、一次ワイヤ２３０の一端と梁状体２１１ｂとによってワイヤ端子２２１がそれぞれ形成される。

図３には、二次ボビンが示されている。当該二次ボビン３１０は、絶縁性の材質から成り、端子固定部３１１及び一次巻線部３１２及び図示されない下端部が一体的に形成されている。そして、外壁表面Ｂｓが形成された端子固定部３１１には、径方向に延在する複数の舌片３１１ａと、低圧側端子３２０を固定させる狭持部とが設けられている。また、二次ボビン３１０には、端子固定部３１１の低圧側ＦＬに開口を有する内筒部３１３が形成されており、当該内筒部３１３には、図示されない中心鉄芯が挿入される。

低圧側端子３２０は、導電性の細板体から形成され、巻線接続端３２０ａとイグナイタ接続端３２０ｂとが設けられる。かかる低圧側端子３２０は、二次ボビン３１０の狭持部にて固定される。イグナイタ接続端３２０ｂでは、イグナイタに配された所定の端子に溶接され電気的に接続される、

二次ワイヤ３３０は、図示の如く、二次巻線部３１２の外周面３１２ａに巻回され、一端が低圧側端子３２０の巻線接続端３２０ａに固定され、他方が図示されない高圧端子へ電気的に接続される。ここで、巻線接続端３２０ａでは、二次ワイヤ３３０の端部を絡み付ける状態にて固定させても良く、溶接又は半田加工によって電気的に固定させても良い。尚、二次巻線部３１２は、二次ワイヤが巻回され巻回部３３１が形成され、かかる巻回部３３１は、一次巻線部２１２の内部へ挿入される。また、二次ボビン３１０では、二次ワイヤ３３０を巻回させた表層部に当該二次ワイヤ３３０の巻回表面Ｗｓが現われる。

図４には、コイルケースが示されている。図示の如く、コイルケース４００は、ＰＰＳ（Poly-phenylene-sulfide）等の難燃性とされる熱可塑性樹脂が材料として用いられ、かかる材料によってイグナイタ格納部４１０とコイル格納部４２０とが一体的に形成されている。コイル格納部４２０は、内部に中空部４１３が形成され、薄肉状の円筒体を成している。イグナイタ格納部４１０は、当該コイルケース４００の底面Ｚと複数の壁面４１２ａとから形成される殻状体であって、適宜に開口部が設けられている。かかる壁面４１１ａには、嵌入部４１１と片持梁４１５とが形成されている。嵌入部４１１は、凸断面の突部が半矩形状に形成されている。片持梁４１５には、固定ボルトを挿通させる導電性の固定孔４１６が埋設されている。

図５には内燃機関に用いられる点火装置１０００の組立てられる状態が示されている。図示の如く、二次ボビン３１０は、二次巻線部３１２が一次ボビン２１０の内筒部２１３に挿通され、一次ボビン２１０と二次ボビン３１０とが同心的に組み合わされる。このとき、二次ボビン３１０に形成された舌片３１１ａは、それぞれ一次ボビン２１０の凹部２１１ａへ嵌込まれる。そして、二次巻線部３１２が一次ボビン２１０の内筒部２１３に挿入されると、二次巻線部３１２の外周面３１２ａと一次ボビン２１０の内筒部２１３との間に隙間が形成される。そして、かかる如くアセンブリされた一次ボビン２１０及び二次ボビン３１０は、コイルケース４００におけるコイル格納部４２０の内部へと格納される。

更に、イグナイタ１００をコイルケース４００へ接続する際、二次ボビン３１０の低圧側接続端３２０と一次ボビン２１０に形成されたワイヤ端子２２１がイグナイタ１００の適宜な端子へ当接され、各当接部では抵抗溶接が施されて電気的に接続される。そして、イグナイタ１００の嵌合部１１０ｂがコイルケース４００の嵌入部４１１へ嵌め込まれると、制御基板Ｃｂを配する格納部１１０ｄは、コイルケース４００におけるイグナイタ格納部４１０の適切な位置へ固定される。このとき、コイルケース４００では相互の部品によって隙間が形成されるので、かかる点火装置１０００のアセンブル終了後、かかるコイルケース４００では、絶縁性樹脂が当該隙間へ含浸され、互いに絶縁性が保持された状態にて内部に配された部品が固定される。

図６には、完成状態とされた点火装置の断面図が示されている。点火装置１０００は、前述の如く、イグナイタ１００と一次ボビン２１０と二次ボビン３１０と中心鉄芯５００とがコイルケース４００の内部にレイアウトされている。かかる部品によって形成される隙間部には、絶縁性樹脂９００が充填され、その後、当該絶縁性樹脂９００が熱硬化される。また、かかる点火装置１０００には、高圧端子６００と緩衝材７００と外装鉄芯８００とが併せて構成されている。

中心鉄芯５００は、珪素鋼板を複数枚積層させ略円柱体を成している。かかる中心鉄芯５００は、二次ボビン３１０の内筒部３１３に挿入され、周囲に絶縁性樹脂９００が充填される。当該中心鉄芯５００は、シリコン又はウレタン等から成る被覆材を周面に貼付けても良い。また、緩衝材７００は、中心鉄芯５００の上端部に配置され、絶縁性樹脂９００の膨張によって生じる応力を吸収する。尚、中心鉄芯５００には、磁束の飽和が生じないように、端部へ永久磁石を適宜設けても良い。

高圧端子６００は、二次ボビン３１０の下端部に配置され、二次ワイヤ３３０と電気的に接続される。かかる高圧端子６００は、プラグホールへ配された点火プラグ（図示なし）に点火装置１０００が接続されると、当該点火プラグの頭部端子と電気的に接続される。

外装鉄芯８００は、珪素鋼板が円筒状に加工され、コイルケース４００におけるコイル格納部４２０に装着される。かかる外装鉄芯８００は、一次ボビン２１０及び二次ボビン３１０及び中心鉄芯５００と協働して電磁回路を構成する。

かかる如く構成された点火装置１０００では、イグナイタ１００に駆動信号が印加されると、一次ワイヤ２３０には、駆動信号に応じてバッテリー電力が断続的に供給される。このとき、中心鉄芯５００では磁束の変化が生じるので、二次ワイヤ３３０から成る二次コイルでは誘導起電力が発生し、これにより、バッテリー電力の電圧が昇圧される。その後、昇圧された電圧は、高圧端子６００へ印加され、当該高圧端子６００へ接続された点火プラグを放電させる。

図７（Ａ２）には、コイルケース４００におけるイグナイタ格納部４１０の拡大図が示されている。また、図７（Ａ１）には、図７（Ａ２）にて示されるＢ−Ｂ矢視図であって、便宜的にイグナイタ１００が排除された状態が示されている。

図７（Ａ１）に示す如く、一次ボビン２１０及び二次ボビン３１０は互いに略同芯状に配置されている。また、一次ボビン２１０の端子構造部２１１には、図２にて説明した如く、高い段差部の領域Ｘと低い段差部の領域Ｙとが適宜設けられている。また、低圧側端子３２０は端子構造部２１１より高い位置に配置されるので、二次ボビン３１０に固定された低圧側端子３２０は、イグナイタ接続部３２０ｂが端子構造部２１１の外周側へ位置するようにレイアウトされる。尚、巻線接続端３２０ａに示されるＫは、二次ワイヤ３３０の端部が当該巻線接続端３２０ａへ巻きつけられて接続されたワイヤ接続端が示されている。かかる二次ワイヤ３３０は、巻線接続端３２０ａの固定箇所から端子固定部３１１の外壁表面Ｂｓを高圧側ＦＨへと螺旋状に巻かれ、二次コイルを形成する領域へと導かれる。

図７（Ａ２）には、図７（Ａ１）におけるＡ−Ｏ−Ａ’矢視から観察した点火装置の一部断面図が示されている。尚、同図には、点火装置１０００の中心軸ＣＬに対して垂直な径方向Ｒが追記図示されている。かかる径方向Ｒは、図７（Ａ１）における矢視のＯ−Ａ’に一致している。また、同図には、中心軸ＣＬからワイヤ接続端Ｋに至る迄の径方向位置ｒが追加図示されている。かかる径方向位置ｒは、径方向Ｒに沿って測定した距離とされる。

前述の如く、一次ボビン２１０の内周面では、当該内周面に沿った状態で絶縁性樹脂９００との間に剥離Ｄが発生するので、当該剥離Ｄから派生して生じる亀裂が内周面に沿って低圧側ＦＬに向かって発生する。このとき、二次ワイヤ３３０が巻付けられたワイヤ接続端Ｋは、二次ワイヤ３３０の巻回表面Ｗｓに略一致する径方向位置ｒ、又は、端子固定部３１１の外壁表面Ｂｓと略一致する径方向位置ｒにレイアウトされる。従って、ワイヤ接続端Ｋは、一次ボビン２１０の内周面から十分離れた径方向の位置へレイアウトされるので、当該内周面から進行する亀裂の成長経路と交錯することはない。

一方、図７（Ｂ２）には、図７（Ａ２）における一次ボビン２１０の鍔部２１０ｙを低圧側ＦＬへシフトさせた変形例が示されている。また、図７（Ｂ１）には、前述同様、イグナイタ１００を排除させたＢ−Ｂ矢線図が示されている。

図７（Ｂ１）に示す如く、一次ボビン２１０及び二次ボビン３１０は互いに略同芯状に配置されている。また、一次ボビン２１０の端子構造部２１１には、高い段差部の領域Ｘと低い段差部の領域Ｙとが適宜設けられ、二次ボビン３１０に固定された低圧側端子３２０は、イグナイタ接続部３２０ｂが一次ボビン２１０の外周側へ位置するようにレイアウトされる。このとき、低圧側端子３２０と一次ボビン２１０の端子構造部２１１とが交錯する部分は、低い段差部の領域Ｙに配置されているので、低圧側端子３２０が一次ボビン２１０へ接触せずに、イグナイタ接続部３２０ｂが一次ボビン２１０の外周側へレイアウトされる。尚、前述同様、二次ワイヤ３３０は、巻線接続端３２０ａの固定箇所から端子固定部３１１の外壁表面Ｂｓを高圧側ＦＨへと螺旋状に巻かれ、二次コイルを形成する領域へと導かれる。

図７（Ｂ２）には、図７（Ｂ１）におけるＡ−Ｏ−Ａ’矢視から観察した点火装置の一部断面図が示されている。尚、同図にあっても、径方向Ｒ及び径方向位置ｒが追記図示されている。

前述の如く、一次ボビン２１０の内周面では、当該内周面に沿った状態で絶縁性樹脂９００との間に剥離Ｄが発生するので、当該剥離Ｄから派生して生じる亀裂が内周面に沿って低圧側ＦＬに向かって発生する。図示の如く、同図に係る点火装置１０００では、一次ボビン２１０に形成された鍔部２１０ｙが低圧側ＦＬにシフトされているので、一次ボビン２１０の外周面に積層された接着緩和層２１４の端部とワイヤ接続端Ｋの軸方向Ｖｄの高さとが略一致することとなる。一次ボビン２１０の内周面で剥離Ｄが発生する場合には、接着緩和層２３０の端部における軸方向Ｖｄの高さとされる点Ｐの近傍にて剥離Ｄが開始し、当該剥離Ｄが一次ボビン２１０の内周面に沿って低圧側ＦＬ方向へ進行する。このとき、二次ワイヤ３３０が巻付けられたワイヤ接続端Ｋは、二次ボビン側であって、且つ、剥離Ｄの発生源に略等しい軸方向Ｖｄ若しくは剥離Ｄの発生源より低い軸方向Ｖｄにレイアウトされるので、より効果的に、亀裂の成長経路から外れることとされる。

上述の如く、本実施の形態に係る内燃機関の点火装置１０００では、一次ボビン３１０の内周面から十分離れた位置にワイヤ接続端Ｋが配置されるので、当該ワイヤ接続端Ｋが一次ボビン２１０の内周面で生じる剥離Ｄの成長経路から外れ、かかる剥離Ｄまたはこれによって生じる亀裂がワイヤ接続端Ｋの周辺に到達せず、二次ワイヤが切断されずに保護される。

また、ワイヤ接続端Ｋは、二次ワイヤ３３０の巻回表面Ｗｓに略一致する径方向位置ｒ、又は、端子固定部３１１の外壁表面Ｂｓと略一致する径方向位置ｒにレイアウトされるので、二次ワイヤ３３０は、二次ボビン３１０から遠ざかる空間に配されること無く、亀裂の成長経路から外れ、当該二次ワイヤが切断されずに保護される。

点火装置に用いられるイグナイタの構成を示す図本実施の形態に係る一次ボビンを示す図点火装置に用いられる二次ボビンを示す図点火装置に用いられるコイルケースを示す図本実施の形態に係る点火装置の組立図点火装置の断面を示す図本実施の形態に係る点火装置の一部拡大図従来例に係る点火装置の一部拡大図

符号の説明

１０００内燃機関の点火装置
２１０一次ボビン
２３０一次ワイヤ
２１２一次巻線部
２１２ａ外周面
２１３内周面
２１４接着緩和層
Ｘ開口端
３１０二次ボビン
３３０二次ワイヤ
３１２二次巻線部
３１２ａ外周面
Ｗｓ巻回表面
３１１端子固定部
Ｂｓ外壁表面
３２０低圧側端子
３２０ａ巻線接続端
９００絶縁性樹脂
ｒ径方向位置
ＦＬ低圧側
ＦＨ高圧側

Claims

円筒状の一次巻線部を具備し前記一次巻線部の外周面に一次ワイヤが巻回された一次ボビンと、前記一次巻線部の内部に配される二次巻線部及び低圧側端子を固定させる端子固定部が一体的に形成され前記低圧側端子の巻線接続端に接続されている二次ワイヤが前記二次巻線部の外周面に巻回された二次ボビンと、前記一次ボビン及び前記二次ボビンの周囲に含浸される絶縁性樹脂とを備える内燃機関の点火装置において、
前記一次ボビンは、前記一次巻線部と前記絶縁性樹脂との接着を抑制させる接着緩和層が当該一次巻線部の外周面と前記一次ワイヤとの間に積層され、
前記巻線接続端は、前記二次ボビンの低圧側に配され、前記二次ワイヤの巻回表面又は前記端子固定部の外壁表面と略一致する径方向位置にて前記二次ワイヤが接続されていることを特徴とする内燃機関の点火装置。
前記巻線接続端は、前記一次ボビンに形成された内周面の開口端より高圧側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火装置。