JP5238338B2 - 内燃機関の点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の点火装置に関し、特に、外装鉄芯の寸法精度を向上させ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。かかる点火コイルは、コイルケース内にコイルアセンブリを配しており、当該コイルアセンブリは、中心鉄芯の外部に二次コイル及び一次コイルを円環状に配して構成され、これにより、トランスとしての電磁回路を形成させている。また、かかる点火装置では、コイルアセンブリの外周に外装鉄芯を更に配置させ、電磁回路の性能の強化が図られている。

ここで用いられる外装鉄芯は、シート状の珪素鋼板をロール加工し、略円筒状に加工成形される。また、かかる外装鉄芯は、一枚の珪素鋼板のみから成る単層型の外装鉄芯の他、複数の珪素鋼板を積層させロール加工させた多層型外装鉄芯等、種々の形態の外装鉄芯が検討されている。

特開平１１−２６５８３３号公報（特許文献１）では、外装鉄芯を具備する点火コイルの一例が紹介されている。かかる点火コイルは、開磁路鉄心（特許請求の範囲における中心鉄芯）と、一次コイル及び二次コイルと、外装鉄芯とから構成される。そして、かかる外装鉄芯は、コイルケースの円筒部を兼ねるため、コイルケース内の内径部が広く確保され、これにより、かかる点火コイルでは、一次コイル及び二次コイルの巻き数、巻線比が適正化され、出力エネルギーの向上が図られている。

特開平１１−２６５８３３号公報

しかしながら、点火装置に用いられる外装鉄芯は、珪素鋼板がロール加工機に導かれる際の送り方向と当該珪素鋼板の基準線との間に配向が生じると、図６（ａ）に示す如く、基準線ＡＢ又は基準線ＤＣに対してズレ角θが生じてしまう。かかる場合、珪素鋼板は、ロール方向ＡＢ’及びロール方向ＤＣ’に沿ってロール加工されるため、図６（ｂ）に示す如く、角部Ａ及び角部Ｂが一致することなく、短辺Ｈ方向に歪んだ円筒体に形成されてしまう。

従って、かかる如く加工された外装鉄芯では、図６（ｂ）に示す如く、当該外装鉄芯の軸方向長さＨａがこれに応じて大きくなり、設計上要求される寸法公差の範囲に適合しなくなるとの問題が発生する。

また、一方向にのみ磁化し易い特性を具備する方向性珪素鋼板を用いる場合、当該方向性珪素鋼板は、内部組織が大きな結晶粒によって構成されるため、塑性加工後に生じる変形が大きくなり、図示の如く、軸方向辺への変形も顕著に現われ、これによっても、設計上要求される寸法公差の範囲に適合しなくなるとの問題が発生する。

そして、かかる寸法公差より大きい外装鉄芯を点火装置に用いると、当該外装鉄芯に生じている残留応力によって、電磁的特性を悪化させるとの問題を誘発させる。特に、内燃機関が駆動して高い熱量が供給される際には、外装鉄芯に熱応力が発生し、電磁的特性をより顕著に悪化させる。

更に、外装鉄芯をコイルケースの内部に格納させた点火装置に用いる場合、外装鉄芯の端部に現われる角部によって、内部に充填されたエポキシ樹脂にクラックを生じさせる場合もある。また、外装鉄芯をコイルケースの外周に配した点火装置に用いる場合、外装鉄芯の両端部がコイルケースによって位置決めされると、当該外装鉄芯の軸方向内側へ圧縮力が働くので、かかる圧縮作用が進行すると、外装鉄芯の径方向の寸法が大きくなってしまう惧れもある。

加えて、かかる寸法公差から外れた外装鉄芯が高頻度で製造されると、点火装置の部品として用いることが出来なくなり、これにより、点火装置の高コスト化に繋がるとの問題も発生する。

従って、本発明は上記課題に鑑み、寸法公差に適合した外装鉄芯の製造を実現させることにより、性能の低下を抑制し且つコストの高騰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、入力電圧を昇圧させるコイルアセンブリと、前記コイルアセンブリを格納させるコイルケースと、略長方形体の珪素鋼板を円筒状にロール加工させた外装鉄芯とを備える内燃機関の点火装置において、前記外装鉄芯は、前記珪素鋼板の角部に形成されたカット面と、前記カット面に形成された切り欠き部とを備え、前記カット面のうち前記珪素鋼板の円周辺に沿った長さが、前記切り欠き部の前記円周辺に沿った長さよりも長く設定されており、当該外装鉄芯の軸方向長さを規定する端点の一方又は両方に、前記カット面と前記円周辺とによって形成された交部が配されることとする。

このとき、前記カット面は、前記角部のうち前記珪素鋼板の対角位置に形成されても良く、また、前記カット面は、前記角部の全てに形成されても良い。

また、前記カット面と前記円周辺との交線により鋭角を成すカット角は、前記珪素鋼板をロール加工させる際に生じるズレ角の角度以上とされるのが好ましい。

本発明に係る外装鉄芯では、ロール加工で生じるズレ角又は珪素鋼板の結晶粒の影響によって歪みが生じる場合であっても、カット面の頂部又は交部によって、軸方向長さを規定する端点が適宜に設定され、これにより、当該外装鉄芯の軸方向長さが珪素鋼板の設計寸法に近づく様に調整される。

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）の断面構造について説明する。図１（ａ）に示す如く、点火装置１０は、コイルケース１１０とコイルアセンブリ１２０と高圧端子１３０と外装鉄芯１４０とイグナイタ１５０とから構成される。

コイルケース１１０は、頭部１１０ａとコイル収納部１１０ｂとプラグ接続部１１０ｃとが一体的に成形されている。かかる頭部１１０ａは、イグナイタ１５０を嵌着させる嵌合部と接続ボルトを挿通させる挿通孔とが設けられている。当該頭部１１０ａの内側では、イグナイタ１５０が嵌着された際、上部に開口を有する空間が形成される。また、挿通孔に通された接続ボルトは、エンジンヘッドのプラグホール近傍に形成された雌ネジタップへ螺着され、プラグホールに挿通されたコイルケース１１０ａをエンジンヘッドへ固定させる。更に、コイル収納部１１０ｂは、円筒体に形成され、コイルアセンブリ１２０を格納させる。かかるコイル収納部１１０ｂは、図示の如く、一端にイグナイタ１５０が配され、他端に高圧端子１３０が設けられる。そして、プラグ接続部１１０ｃは、点火プラグの頭部が接続された際に、高圧端子１３０と点火プラグの頭部を電気的に接続させる。

コイルアセンブリ１２０は、中心鉄芯１２０ａと二次コイル１２０ｂと一次コイル１２０ｃとから構成され、イグナイタ１５０から印加された入力電圧を電磁誘導の作用によって昇圧させる。中心鉄芯１２０ａは、板幅の異なる珪素鋼板が積層され、略円柱体を成している。二次コイル１２０ｂは、絶縁性のボビンに二次巻線が巻回されており、一端がグランドにアースされ、他端が高圧端子１３０に接続されている。一次コイル１２０ｃは、一次ボビンに一次巻線が巻回されており、一端がイグナイタ１５０の側壁へ配した電源端子に導通され、他端がイグナイタ１５０の側壁へ配したグランド端子に接続されている。そして、かかるコイルアセンブリ１２０及び外装鉄芯１４０によって、トランスとしての電磁回路が構成される。

外装鉄芯１４０は、所定厚保を有する略長方形体とされた珪素鋼板から加工され、ロール加工機によって略円筒状にロール加工される。図示の如く、外装鉄芯１４０は、高圧側突条１２０ｆによって規定される範囲内に位置決めされる。このとき、上端部での隙間が狭小とされるため、外装鉄芯１４０は、所定の寸法公差の範囲に成形されるのが好ましい。

図２には、本実施の形態で用いられる外装鉄芯１４０の一例が示されている。但し、本実施の形態に利用され得る外装鉄芯１４０は、かかる形態に限定されることなく、珪素鋼板を複数層積層させた多層型の外装鉄芯としても良い。また、後述する種々の形態とすることが可能である。

図１に戻り、イグナイタ１５０について説明する。当該イグナイタ１５０は、コネクタ部１５０ａと回路格納部１５０ｂとから構成される。かかるコネクタ部１５０ａは、接続端子が適宜設けられ、電源電圧又は駆動信号等が入力されると共に、一次コイル１２０ｃ及びイグナイタ内の所定の電力をグランドにアースさせる。回路格納部１５０ｂには、パワースイッチング素子又は他の電気的素子を実装させた制御回路が格納されている。かかる制御回路は、種々の電気的素子によって、信号生成回路又は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構成される。

かかる構成を具備する点火装置１０では、イグナイタ１５０のコネクタ部１５０ａに駆動信号が入力されると、イグナイタ１５０に供給された電源電圧がコイルアセンブリ１２０へ適宜のタイミングにて印加される。このとき、コイルアセンブリ１２０では、電源電圧を昇圧させ、かかる如く昇圧された昇圧電圧を高圧端子１３０へと印加させる。従って、点火装置１０に接続された点火プラグでは、高圧端子１３０を介して昇圧電圧が印加され、エンジンブロックのシリンダー内にレイアウトされたプラグギャップで放電が発生する。

一方、図１（ｂ）には上述した点火装置の構成と異なる他の点火装置が示されている。かかる点火装置２０は、外装鉄芯２４０がコイル収納部１１０ｂの外部に嵌挿されている。そして、コイルケース１１０ｂでは、低圧側突条２２０ｅと高圧側突条２２０ｆとが形成され、外装鉄芯２４０が低圧側突条２２０ｅ及び高圧側突条２２０ｆで規定される範囲内に位置決めされる。従って、かかる外装鉄芯２４０にあっても、前述同様に所定の寸法公差が要求される。尚、その他の構成については、図１（ａ）に示す点火装置１０と同様である。

図３（ａ）には、ロール加工させる以前の珪素鋼板が示されている。即ち、同図では、略円筒体の展開図が示されている。同図において、本実施例に係る珪素鋼板は、ロール加工される直前の形状が実線で示されている。また、図６にて示された従来例に係る珪素鋼板が、角部Ａ乃至Ｄを結ぶ長方形体が破線にて示されている。かかる長方形体は、短辺Ｈ（設計寸法又はこれに近い寸法とされている）と長辺Ｒとから成り、各々の角部では略直角とされている。更に、同図において、線分ＡＢ’及び線分ＤＣ’は、ロール加工の加工誤差が生じる場合の、ロール加工機の送り方向が示されている。

先ず、珪素鋼板の加工工程について説明する。珪素鋼板は、プレス加工機及びロール加工機にて順次加工され、外装鉄芯１４０又は２４０へと成形される。具体的に説明すると、先ず、プレス加工機へ送られた珪素鋼板は、実線にて示す如く、頂部Ａｈ１、Ｂｈ１、Ｃｈ１、Ｄｈ１及び、交部Ａｒ１、Ｂｒ１、Ｃｒ１、Ｄｒ１、を頂点とする８角形に型抜きされる。このとき、それぞれの頂点では適宜Ｒ加工されても良い。また、点火装置２０の表面形状に合わせて、線分Ａｒ１〜Ｂｒ１又は線分Ｄｒ１〜Ｃｒ１に適宜なスリットを形成させても良い。かかる如く成形された珪素鋼板について具体的に説明すると、当該珪素鋼板は、角部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから成る長方形体に対してカット面Ａｃ〜Ｄｃが形成されている。ここで、線分Ａｒ１〜Ｂｒ１及び線分Ｄｒ１〜Ｃｒ１を円周辺ｒ２と呼び、線分Ａｈ１〜Ｄｈ１及び線分Ｂｈ１〜Ｃｈ１を軸方向辺ｈ２と呼ぶこととすると。頂部Ａｈ１乃至Ｄｈ１は、カット面Ａｃ乃至Ｄｃと軸方向辺ｈ２との交線によって形成されることとなる。また、交部Ａｒ１乃至Ｄｒ１は、カット面Ａｃ乃至Ｄｃと円周辺ｒ２との交線によって形成されることとなる。ここで、カット面Ａｃ乃至Ｄｃと円周辺ｒ２との交線には、鋭角のカット角αが形成されている。尚、カット角αによって形成されるカット幅ｈ１は、約１ｍｍ程度とすのが好ましい。このとき、カット幅ｒ１は、カット角α及びカット幅ｈ１によって定まる。

プレス加工機による加工工程が終了すると、珪素鋼板は、ロール加工機へ送られ、長辺Ｒの方向に円弧状とされるようロール加工され、これにより、軸方向辺ｈ２を円筒体の軸方向とする外装鉄芯１４０又は２４０が成形されることとなる。尚、仮想四角形ＡＢＣＤにおける短辺Ｈは、長辺Ｒより短くても良く、逆に、長辺Ｒより長くても良い。

尚、同図に示されるズレ角θは、例えば、長辺Ｒの方向が珪素鋼板の送り方向と異なる向きへ配向する場合に発生する。従って、長辺Ｒには、面取り加工されない線分Ａｒ１〜Ｂｒ１及びＤｒ１〜Ｃｒ１が基準線として残されているのが好ましい。これにより、珪素鋼板をロール加工する際に生じるズレ角θが低減され、ロール加工する際の加工誤差が抑制される。

図３（ａ）に示す如く、ロール加工を行う際にズレ角θが生じると、珪素鋼板は、当該ズレ角θの方向とされる線分ＡＢ’及び線分ＤＣ’に沿ってロールされる。従って、図３（ｂ）の実線部に示す如く、かかる状態にて珪素鋼板がロール加工されると、頂部Ａｈ１及び頂部Ｂｈ１又は頂部Ｃｈ１及び頂部Ｄｈ１のそれぞれが一致することなく、円周辺ｒ２は、微小なピッチの螺旋曲線が形成される。具体的に説明すると、ロール加工された円筒状の珪素鋼板は、図示の如く、両端に螺旋状の曲線が立体的に形成されるため、円筒体を軸方向辺ｈ２の方向に若干引き伸ばした形状とされる。かかる形状とされた円筒体は、端点Ｐと端点Ｑとの距離によって、外装鉄芯１４０又は２４０の軸方向長さＨａ１が規定される。このとき、端点Ｐには頂部Ｂｈ１が配され、端点Ｑには頂部Ｄｈ１が配される。かかる頂部Ｂｈ１及頂部Ｄｈ１は、□ＡＢＣＤにおける対角の位置関係に相当する。即ち、ズレ角θが負とされる場合には、対角位置の関係にある他の組み合わせとされる、頂部Ａｈ１及び頂部Ｃｈ１が、端点Ｐ及び端点Ｑに配されることとなる。

また、図３（ｂ）には、面取り加工を施さない場合における珪素鋼板の形状が破線で示されている。かかる従来例の外装鉄芯は、頂部Ｂ及びＤによって軸方向長さＨａが規定される。

従って、本実施例に係る外装鉄芯の軸方向長さＨａ１と従来例に係る外装鉄芯の軸方向長さＨａとを比較すると、図示の如く、本実施例の軸方向長さＨａ１は、従来例の軸方向長さＨａより２×Ｈｂ１分短くなっていることが解る。同図では、θ＞α、と設定されているので、軸方向長さＨａ１は珪素鋼板の短辺Ｈより長くなっている。即ち、かかる場合、軸方向長さＨａ１は、Ｈ＜Ｈａ１＜Ｈａ、の範囲にて長さ調整されることとなる。

また、カット面と前記円周辺との交線により鋭角を成すカット角αは、ズレ角θの角度より大きい角度とされるのが好ましい。かかる場合、図３（ａ）を参照すると、∠（Ｂｈ１−Ｂｒ１−Ｃｒ１）及び∠（Ｄｈ１−Ｄｒ１−Ａｒ１）が９０°以下の角度とされるので、頂部Ａｈ１及び頂部Ｄｈ１は円筒体の内部に潜り込む。このとき、軸方向長さＨａ１を規定する端点Ｐは、交部Ｂｒ１が配される位置とされる。一方、軸方向長さＨａ１を規定する端点Ｑは、交部Ｄｒ１が配される位置とされる。これにより、θ＜αの場合の軸方向長さＨａ１は、θ＞αの場合の軸方向長さＨａ１よりも効果的に、珪素鋼板の短辺Ｈの長さに近づけることが可能となる。また、カット角αとズレ角θとを同一の角度としても良い。

尚、本実施の形態ではロール加工で生じるズレ角θによって歪みが生じる場合について説明してきたが、これに限らず、珪素鋼板の結晶粒の影響によって歪みが生じる場合であっても、歪み量を予め予測することにより、外装鉄芯１４０又は２４０の軸方向長さＨａ１が、短辺Ｈの長さに近づけられる。

本実施例に係る外装鉄芯１４０又は２４０では、ロール加工で生じるズレ角θによって歪みが生じる場合であっても、図２に示す如く、カット面Ａｃ〜Ｄｃの頂部Ａｈ１〜Ｄｈ１又は交部Ａｒ１〜Ｄｒ１によって、軸方向長さＨａ１を規定する端点Ｐ及び端点Ｑが適宜に設定され、これにより、当該外装鉄芯１４０及び２４０の軸方向長さＨａ１が珪素鋼板の設計寸法に近づく様に調整される。

また、本実施例に係る外装鉄芯１４０又は２４０では、珪素鋼板の結晶粒の影響によって歪みが生じる場合であっても、上述同様に、軸方向長さＨａ１を規定する端点Ｐ及び端点Ｑが適宜に設定され、これにより、当該外装鉄芯１４０及び２４０の軸方向長さＨａ１が珪素鋼板の設計寸法に近づく様に調整される。

更に、外装鉄芯１４０をコイルケース１１０の内部に格納させた点火装置１０に用いる場合、外装鉄芯１４０の端部ＰまたはＱに現われる突起形状が鈍角に近づくので、内部に充填されたエポキシ樹脂に生じるクラックも減少する。また、外装鉄芯２４０をコイルケース１１０の外周に配した点火装置２０に用いる場合、軸方向長さＨａ１が設計寸法に近づくので、当該外装鉄芯の軸方向内側へ圧縮力が働かなくなり、外装鉄芯の径方向の寸法が適正値に保たれる。

また、本実施の形態では、全ての角部Ａ〜Ｄにカット面Ａｃ〜Ｄｃが各々形成されているので、珪素鋼板がロール加工される際に生じるズレ角の方向に関わりなく、外装鉄芯１４０及び２４０の軸方向長さＨａ１が珪素鋼板の短辺Ｈに近づく様に調整される。

尚、図４（ａ）に示す如く、珪素鋼板に加工するカット面は、角部Ａ乃至Ｄのうち前記珪素鋼板の対角位置に配される角部Ａ及びＣに形成させても良い。ここで、珪素鋼板のロール開始位置を線分ＡＤとし、珪素鋼板のロール終了位置を線分ＢＣとし、ズレ角θにより珪素鋼板の内部を通過するロール方向ＡＢ’の近傍にある長辺Ｒを線分ＡＢ（基準線）とし、ズレ角θにより珪素鋼板の外部を通過するロール方向ＤＣ’の近傍にある長辺Ｒを線分ＤＣ（基準線）とすると。かかる場合のカット面Ａｃは、線分ＡＤと線分ＡＢとの交点に形成される。また、残りのカット面Ｃｃは、線分ＢＣと線分ＤＣとの交点に形成される。図示の如く、カット面Ａｃ及びカット面Ｃｃは、□ＡＢＣＤの対角に位置される。かかる珪素鋼板から加工された外装鉄芯にあっても、図４（ｂ）に示す如く、軸方向長さＨａ１が珪素鋼板の短辺Ｈに近づく様に調整される。

更に、図５に示す如く、珪素鋼板に加工するカット面は、角部Ａ乃至Ｄのうち前記珪素鋼板の対角位置に配される角部Ａ又は角部Ｃのうち、何れか一方にのみ形成されていても良い。かかる場合にあっても、図５（ｂ）に示す如く、軸方向長さＨａ１が珪素鋼板の短辺Ｈに近づく様に調整される。但し、軸方向長さＨａ１は、従来例の軸方向長さＨａに対してＨｂ１分のみしか低減されない。

本実施の形態に係る内燃機関の点火装置の構成を示す図 本実施の形態に係る外装鉄芯を示す図。 外装鉄芯に形成されたカット面の一例を説明する図 外装鉄芯に形成されたカット面の他の例を説明する図 外装鉄芯に形成されたカット面の他の例を説明する図 従来例に係る外装鉄芯の形状を説明する図

符号の説明

１０ 内燃機関の点火装置
１１０ コイルケース
１２０ コイルアセンブリ
１２０ｄ 外装鉄芯
ｈ２ 軸方向辺
ｒ２ 円周辺
Ａ〜Ｄ 角部
Ｐ 端点
Ｑ 端点
Ａｃ〜Ｄｃ カット面
Ａｈ１〜Ｄｈ１ 頂部
Ａｒ１〜Ｄｒ１ 頂部
α カット角
θ ズレ角

Claims (4)

1. 入力電圧を昇圧させるコイルアセンブリと、前記コイルアセンブリを格納させるコイルケースと、略長方形体の珪素鋼板を円筒状にロール加工させた外装鉄芯とを備える内燃機関の点火装置において、
   前記外装鉄芯は、
   前記珪素鋼板の角部に形成されたカット面と、前記カット面に形成された切り欠き部と、を備え、
   前記カット面のうち前記珪素鋼板の円周辺に沿った長さが、前記切り欠き部の前記円周辺に沿った長さよりも長く設定されており、
   当該外装鉄芯の軸方向長さを規定する端点の一方又は両方に、前記カット面と前記円周辺とによって形成された交部が配されることを特徴とする内燃機関の点火装置。
2. 前記カット面は、前記角部のうち前記珪素鋼板の対角位置に形成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。
3. 前記カット面は、前記角部の全てに形成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。
4. 前記カット面と前記円周辺との交線により鋭角を成すカット角は、前記珪素鋼板をロール加工させる際に生じるズレ角の角度以上とされることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の内燃機関の点火装置。

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