JP6519116B2 - 内燃機関用点火コイル - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用の点火プラグに高電圧を供給するための内燃機関用点火コイルに関する。

一般的に内燃機関に用いられる点火コイルは、所定の巻回比で巻回され同心に配設した一次コイルと、二次コイルとからなり、一次コイルの内側に配設した中心コアと、二次コイルの外側に配設した外周コアと、中心コアと外周コアとの間のエアギャップに配設した永久磁石とを組み合わせた点火コイル用磁気回路が設けられている。
点火コイル装置には、内燃機関の運転状況に応じてエンジン制御装置から発信された点火信号にしたがって、直流電源から点火コイルの一次コイルへの通電を制御するためのイグナイタと点火コイルとが筐体内に一体的に収容され、筐体内にエポキシ樹脂など絶縁性のモールド樹脂を充填して封止されている。

内燃機関用点火コイルにおいては、限られた搭載スペースに収容するため、外周コアの一部を筐体外に露出させ、小型化を図ることがある。
特許文献１には、このような内燃機関用の点火コイルにおいて、外周鉄芯を所定の方向に配置して、外周鉄芯の外周鉄芯側コイル対向面にモールド樹脂と剥離するテープを配設することで、熱応力を緩和し、モールド樹脂への亀裂の発生を回避しつつ、小型化を図った内燃機関用点火コイルが開示されている。
特許文献２等にも、鉄心カバーの所定位置に、絶縁樹脂との剥離性の高い材料を配置することで、発生する熱応力の影響を緩和できることが開示されている。

特開２０１２−１４６８９６号公報 特開２００７−３３５６９１２００公報

ところが、特許文献１、２にあるように、鉄心カバーと絶縁性樹脂との間に剥離性テープ等の絶縁性樹脂と密着性が低い材料を配設すると、必然的に剥離性テープと絶縁性樹脂との間に空隙が形成されることになる。
このような状態で二次コイルに高電圧が発生すると、剥離性テープと絶縁性樹脂との間の空隙にコロナ放電が発生し、長期に使用した場合に、絶縁性樹脂のコロナ焼けにより、亀裂の発生や、絶縁性の低下等の異常を招く虞がある。

そこで本発明は、かかる実情に鑑み、内燃機関用の点火コイルにおいて、鉄心カバーとモールド樹脂との間のコロナ放電を抑制した耐久性の高い内燃機関用点火コイルを提供することを目的とする。

本発明の内燃機関用点火コイル（１、１ａ）では、少なくとも、軸状に伸びる中心コア（１０）と、該中心コアと略同心に配設した一次スプール（３１）に一次巻線（３０）を巻回した一次コイル（３）と、該一次コイルと略同心に配設した二次スプール（４１）に二次巻線（４０）を巻回した二次コイル（４）と、該二次コイルの外側に配設した外周コア（１２）と、前記外周コアの表面を覆うコアカバー（２）と、前記中心コア、前記一次コイル、前記二次コイル、及び、前記外周コアの少なくとも一部を収容するコイルケース（５０）と、該コイルケース内に充填され前記外周コアと二次コイルとの間の絶縁を図る樹脂充填材（５１）と、を具備する内燃機関用点火コイルであって、前記コアカバーが前記樹脂充填材に埋設され、少なくとも前記コアカバーと前記樹脂充填材とが接する部分において、前記外周コアの表面が前記二次コイルの高圧側に対向する位置となる高圧対向部（２０）が、前記外周コアの表面が前記二次コイルの高圧側に対向しない位置となる高圧非対向部（２１)より、接着強度を弾性率で除した数値が高いエンジニアリング樹脂からなり、該エンジニアリング樹脂は、ポリフェニレンエーテルとポリスチレンとのポリマーアロイからなる変性ポリフェレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、又は、変性ポリフェレンエーテルとポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）とのポリマーアロイのいずれかから選択したエンジニアリング樹脂であることを特徴とする。

本発明によれば、前記コアカバーの前記高圧対向部と前記樹脂充填材との接着強度を弾性率で除した数値が前記高圧非対向部より高くなっており、前記外周コアと前記二次コイルの高圧側との間に剥離による空隙が形成され難くなるため、部分放電の発生が抑制され、耐久性の高い内燃機関用点火コイルの実現が可能となる。
なお、接着強度を弾性率で除した数値は接着部の破壊伸びを表す目安であり、材料力学のε(歪)＝σ(応力)／E(弾性率) で表現される。
一方、前記樹脂充填材は、熱硬化性樹脂であり、硬化後に一定量収縮するため、接着強度を弾性率で除した数値が低いと接着部の破壊伸びが低下し、剥離による空隙が発生しやすくなる。
前記コアカバーの一部を前記樹脂充填材との剥離が起こり難いエンジニアリング樹脂を用いて形成することで、部分放電を抑制しつつ、冷熱ストレスを緩和して亀裂の発生を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態における内燃機関用点火コイル１の概要を示す縦断面図 図１中Ｂ−Ｂに沿った点火コイルの縦断面図 図１の点火コイルの要部を示す展開斜視図 本発明の効果を示す要部断面図 比較例の問題点を示す要部断面図 本発明の第２の実施形態における内燃機関用点火コイル１ａの概要を示す縦断面図 図５中A-Aに沿った横断面図

本発明は、内燃機関の点火を行う図略の点火プラグに高電圧を印加するための内燃機関用点火コイル１に関する。
図１、図２、図３を参照して本発明の第１の実施形態における内燃機関用点火コイル１（以下、単に点火コイル１と称する。）について説明する。
点火コイル１は、コイルケース５０を具備し、コイルケース５０内に一次コイル３と、二次コイル４と、閉磁路を構成する中心コア１０、永久磁石１１及び外周コア１２と、イグナイタ６とを収容し、エポキシ樹脂等の絶縁性の樹脂充填材５１によってこれらを封止して構成されている。
なお、樹脂充填材５１には、エポキシ樹脂に放熱性のフィラーを添加したものや、エポキシ樹脂に強化繊維を添加したものを用いても良い。

中心コア１０は、軸状に延びる断面矩形の柱状に形成され、励磁コアを構成している。
外周コア１３は、コ字形に形成され、二次コイル４０の外周を覆うように配設され、中心コア１０との協働により閉磁路を構成している。
永久磁石１１は、中心コア１０の一方の端部において外周コア１２との間に配設され、一次コイル３０への通電により発生する磁束と逆向きの磁束を与え、一次コイルへの通電を遮断したときの磁束変化量を大きくし、二次コイル４０に発生する二次電圧を高くすると共に二次エネルギを増加させている。

なお、本実施形態においては、永久磁石１１を介して中心コア１０と外周コア１２とが接する部分を斜めに切り欠いて、永久磁石１１の断面積を大きくし、逆バイアス効果を高めてある。
中心コア１０及び外周コア１２は、磁性材料からなる平板状の鋼板の表面に絶縁被覆を施した珪素鋼板を所定の形状に打ち抜いたものを積層した積層コアや、磁性材料の表面に絶縁被覆を施した磁性粉末を圧縮成形し加熱処理した圧粉コアが用いることができる。

本実施形態における中心コア１０は、図略の点火プラグの中心軸に対して直交する方向に配置されている。
さらに、外周コア１２は、中心コア１０に対して二次コイル３の一方の側を取り囲むように配設することで、装置全体の小型化を図っている。

外周コア１２の表面は、コアカバー２によって覆われており、その一部に本発明の要部である高圧対向部２０が設けられている。
コアカバー2の一部又は全部が樹脂充填材５１に埋設されており、
少なくとも、コアカバー２と樹脂充填材５１とが接する部分において、前記外周コア１２の表面が前記二次コイル４０の高圧側に対向する部分を高圧対向部２０として、前記外周コア１２の表面が二次コイル４０の高圧側に対向しない高圧非対向部２１より接着強度を弾性率で除した数値が高いエンジニアリング樹脂によって形成したものである。

具体的には、高圧対向部２０を構成するエンジニアリング樹脂には、ポリフェニレンエーテルとポリスチレンとのポリマーアロイからなる変性ポリフェレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ、ｍｏｄｉｆｉｅｄ−Ｐｏｙｐｈｅｎｙｌｅｎ Ｅｅｔｈｅｒ、ｄ−ＰＰＥ、変性ポリフェニレンオキシドともいう。）が用いられている。
ｍ−PPEは、ＰＰＥのエーテル結合（−Ｏ−）による高い耐熱性と、ＰＳの流動成形性とを兼ね備えている。
また、高圧対向部２０には、ｍ−ＰＰＥとポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）とからなるポリマーアロイを用いても良い。
例えば、ｍ−ＰＰＥの接着強度は約１７ＭＰａ、弾性率は約４０００ＭＰａであり、接着強度を弾性率で除した数値は４．２５×１０^−３となり、ＰＢＴの接着強度は約２０ＭＰａ、弾性率は約７６００ＭＰａであり、接着強度を弾性率で除した数値は２．６３×１０^−３となる。
ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）
ポリスチレン（ＰＳ）

コアカバー２の高圧対向部２０以外の部分には、高圧対向部２０とは異なるエンジニアリング樹脂を用いて形成された高圧非対向部２１が形成されている。
コアカバー２を構成するエンジニアリング樹脂には、ｍ−ＰＰＥ、ＰＢＴ、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）のいずれから選択したエンジニアリング樹脂を用いることができる。

また、高圧非対向部２１は、図３に示すように、ケース部２１Ａと蓋部２１Ｂとによって構成しても良い。
さらに、コアカバー２は、外周コア１２を金型内に収容して、金型内に樹脂を充填するインサート成形によって形成しても良いし、予め、コアカバー２を形成した後、外周コア１２を収容するアウトサート成形によって形成しても良い。
また、高圧対向部２０と高圧非対向部２１とを別々に形成しても良いし、異なる樹脂材料を用いて同時に成形を行う二色成形によって形成しても良い。

一次コイル３は、銅線やアルミニウム線の表面にホルマル樹脂等の絶縁被覆を施した公知の被覆導線（ホルマル線、エナメル線ともいう。）からなる一次巻線３０を、一次スプール３１に所定の一次巻回数Ｎ１だけ巻回して構成されている。
一次コイル３の一方の端は、イグナイタ６又はコネクタターミナル７１に接続され、他方の端は二次コイル４に接続されている。
一次コイル３の内側には、中心コア１０が挿入されている。
一次スプール３１には、等の公知の樹脂材料が用いられている。
一次スプール３１の複数箇所に鍔部を設けたものを用いても良い。
また、一次巻線３０に自己融着線を用いて一次スプール３１を省略することも可能である。

二次コイル４は、公知の被覆導線からなる二次巻線４０を、二次スプール４１に所定の二次巻回数Ｎ２だけ巻回して構成されている。
一次コイル３と二次コイル４とは、同心に配設されている。
二次コイル４の一方の端は一次コイル３に接続され、他方の端は、出力リード部８０に接続され、さらに出力端子８１を介して、プラグキャップ８２に直接的又は間接的に連結された図略の点火プラグに接続されている。

コイルケース５０内には、外部からの点火信号にしたがって、所定の点火時期に二次コイル４に高電圧を発生させるためのイグナイタ６が収容されている。
イグナイタ６は、所定の半導体スイッチ等をパッケージ内に封入した点火制御モジュール６０と、一次コイル３との接続及び外部との接続を図る入出力端子６１とによって構成されている。
コイルケース５０には、外部との電気的な接続を図るコネクタ７が形成されている。
コネクタ７は、相手方との勘合を図るコネクタハウジング７０と、コネクタハウジング７０内で、外部に設けた図略の電源や制御装置との電気的な接続を図るコネクタターミナル７１とによって構成されている。
コネクタターミナル７１は、図略の電源及び接地との導通を図る電源用端子と外部からの点火信号の入力や、外部への自己診断信号の出力などを図る信号用端子とで構成されている。
コネクタターミナル７１は、一次コイル３、及び、イグナイタ６の所定の端子に接続されている。

コイルケース５０の一部には、内燃機関への取り付けのための固定用ステイ５２及び 固定用穴部５３が設けられ、ネジ止め等によりエンジンヘッドへの取り付けが容易となっている。

図４Ａ、図４Ｂを参照して、比較例として示す従来の点火コイル１ｚの問題点とともに本発明の点火コイル１の効果について説明する。
なお、比較例と本発明の点火コイル１との共通点と相違点をわかりやすくするため、類似の構成について符号を同じにし、従来の点火コイル１ｚの相違する部分にｚの枝番を付してある。
従来の点火コイル１ｚでは、冷熱ストレスを緩和するため、外周コア１２を覆うコアカバー２１ｚと樹脂充填材５１ｚとして充填されたエポキシ樹脂との間にエポキシ樹脂と剥離し易いポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる剥離部材２２ｚが介装されている。

このため、剥離部材２２ｚが樹脂充填材５１ｚと剥離することによって熱膨張差によって生じる冷熱ストレスを解消することができる。
しかし、点火コイル１ｚでは、剥離部材２２ｚと樹脂充填材５１ｚが密着しないため、必然的に、剥離部材２２ｚと樹脂充填材５１ｚとの間に空隙が生じることになる。
このような状態で、二次コイル４に高電圧が発生すると、二次コイル４の高圧側において、コロナ放電が発生する虞があることが判明した。

一方、本発明の点火装置１では、高圧対向部２０と樹脂充填材５１との密着性が高く、両者の間に間隙が形成されないので、二次コイル４に高電圧が発生したときに、コロナ放電が発生する虞はない。
また、高圧対向部２０と高圧非対向部２１との材質が異なり、樹脂充填材５１に対する密着性も変わり、高圧非対向部２１は接着力がひくいため、冷熱ストレスが作用しときの歪みを高圧非対向部２１が吸収することができる。

図５、図６を参照して本発明の第２の実施形態における内燃機関用点火コイル１ａについて説明する。
なお、以下の実施形態において前記実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、相違する部分にアルファベットの枝番を付したので、共通する部分についての説明を省略し、本実施形態における特徴的な部分を中心に説明する。

前記実施形態においては、外周コア１２がコ字型に形成され、図略の点火プラグの軸方向に起立した状態で配設され、高圧非対向部２１に覆われた外周コア１２の一部が絶縁性の樹脂充填材５１から露出するように配設された例について説明したが、本実施形態における点火コイル１ａでは、外周コア１２ａは、図略の点火プラグの軸方向に対して直交するように水平に載置され、さらに、二次コイル４０の全周を覆うように形成されている点が相違する。
このような構成の点火コイル１ａにおいても、外周コア１２ａが二次コイル４０の高圧側に対向する位置において、外周コア１２ａの表面を覆うコアカバー２ａが、エポキシ樹脂からなる樹脂充填材５１と密着性の高い、ｍ−ＰＰＥからなる高圧対向部２０ａによって形成されている。

本実施形態においても、外周コア１２ａと二次コイル４０との間での部分放電を抑制し、耐久性の高い点火コイルを実現することができる。
なお、本実施形態においては、中心コア１０ａの一方の端部を鍔状に拡大することで、外周コア１２ａとの間に配設した永久磁石１１ａの断面積を大きくして、逆バイアス効果を向上させることもできる。

なお、本発明は前記実施形態に限定するものではなく、外周コアを覆うコアカバー２を形成するに際して、高圧対向部２０と高圧非対向部２１とをエポキシ樹脂に対する密着性を示す指標となる接着強度を弾性率で除した数値の異なるエンジニアリング樹脂で形成することで、外周コア１２と二次コイル４との間の部分放電を抑制すると共に、冷熱ストレスに対する応力歪を抑制し、耐久性の向上を図ろうとする本発明の趣旨に反しない限りにおいて、適宜変更可能である。
例えば、前記実施形態においては、二次コイル４の巻回数を低圧側から高圧側に至るまで、一様に巻回したような図を示しているが、これに限定するものではなく、二次コイル４の中心部の巻回数を両端側の巻回数よりも多く巻回したものでも良い。

さらに、前記実施形態においては、中心コア１０が図略の点火プラグの軸方向に対して、直交する方向に向かって延びるように配設された、いわゆる矩形型コイルに本発明を適用した例について説明してあるが、これに限定するものではない。
本発明は、中心コアの中心軸を点火プラグの軸方向と一致させた、いわゆるスティック型コイルにも適宜採用し得るものである。

１ 内燃機関点火コイル
１０ 中心コア
１１ 永久磁石
１２ 外周コア
２ コアカバー
２０ 高圧対向部
２１ 高圧非対向部
３ 一次コイル
３０ 一次巻線
３１ 一次スプール
４ 二次コイル
４０ 二次巻線
４１ 二次スプール
５０ コイルケース
５１ 樹脂充填材
５２ 固定用ステイ
５３ 固定用穴部
６ イグナイタ
６０ 点火制御回路モジュール
６１ 入出力端子
７ コネクタ
７０ コネクタハウジング
７１ コネクタターミナル
８０ 出力リード部
８１ 出力端子
８２ プラグキャップ（連結部）

Claims (4)

1. 中心コア（１０）と、該中心コアと略同心に配設した一次スプール（３１）に一次巻線（３０）を巻回した一次コイル（３）と、該一次コイルと略同心に配設した二次スプール（４１）に二次巻線（４０）を巻回した二次コイル（４）と、該二次コイルの外側に配設した外周コア（１２）と、前記外周コアの表面を覆うコアカバー（２）と、
   前記中心コア、前記一次コイル、前記二次コイル、及び、前記外周コアの少なくとも一部を収容するコイルケース（５０）と、
   該コイルケース内に充填され前記外周コアと二次コイルとの間の絶縁を図る樹脂充填材（５１）と、を具備する内燃機関用点火コイルであって、
   前記コアカバーが前記樹脂充填材に埋設され、少なくとも前記コアカバーと前記樹脂充填材とが接する部分において、
   前記外周コアの表面が前記二次コイルの高圧側に対向する位置となる高圧対向部（２０）が、前記外周コアの表面が前記二次コイルの高圧側に対向しない位置となる高圧非対向部（２１)より、接着強度を弾性率で除した数値が高いエンジニアリング樹脂からなり、該エンジニアリング樹脂は、ポリフェニレンエーテルとポリスチレンとのポリマーアロイからなる変性ポリフェレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、又は、変性ポリフェレンエーテルとポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）とのポリマーアロイのいずれかから選択したエンジニアリング樹脂であることを特徴とする内燃機関用点火コイル
2. 前記高圧対向部と前記高圧非対向部とを異なるエンジニアリング樹脂で構成した請求項１に記載の内燃機関用点火コイル
3. 前記コアカバーの前記高圧非対向部を構成するエンジニアリング樹脂が、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）のいずれかから選択したエンジニアリング樹脂である請求項１又は２に記載の内燃機関用点火コイル
4. 前記樹脂充填材が、エポキシ樹脂である請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関用点火コイル