(57)【要約】【解決手段】本発明は点火系用の点火コイル、特に内燃機関エンジン用のロッド点火コイルに関する。この点火コイルは、少なくとも１個の１次巻線（４）及び少なくとも１個の２次巻線（５）を有し、これにより１次巻線に電流が流れると２次巻線に高い誘導電圧が発生する。１次巻線及び２次巻線が強磁性体コア（２）を部分的に囲み、さらに２個の巻線の一方は他方に少なくとも部分的に囲まれる。本発明の目的は、作動時に過熱のリスクを低減すると共に、作動信頼性及びエネルギー効率の増大を保証する改良された点火コイルを提供することにある。この目的のために、少なくとも一方の巻線は他の巻線部分の厚さより大きい厚さを有する少なくとも一部分を具備し、これによりその一部分の最も内側の巻線の直径が他の巻線部分の最も内側の巻線の直径より小さい。
2005539388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火系用の点火コイル、特に内燃機関エンジン用のロッド点火コイルであって、少なくとも１個の１次巻線（４）と、該１次巻線に電流が流れると高電圧が誘導される少なくとも１個の２次巻線（５）と、前記１次巻線及び前記２次巻線により少なくとも部分的に囲まれる強磁性コア（２）とを具備し、前記１次及び２次巻線（４，５）の一方は、他方により少なくとも部分的にさらに囲まれる点火コイルにおいて、
前記１次及び２次巻線（４，５）の少なくとも一方は、残余の巻線密度に対して高い巻線密度を有する少なくとも一部分（６）を有し、
該少なくとも一部分における最も内側のターンの直径は、残余の巻線部分（９）の最も内側のターンの直径よりも小さいことを特徴とする点火コイル。
【請求項２】
一方の巻線に高巻線密度を有する各部分が軸方向に沿った他方の巻線の残余の巻線密度を有する一部分に対応するよう、前記２次巻線（５）が前記１次巻線（４）に対して配置されていることを特徴とする請求項１記載の点火コイル。
【請求項３】
前記１次巻線（４）は前記２次巻線（５）を囲み、
高巻線密度を有する前記少なくとも一部分は、前記１次巻線の最初の部分（６ａ）及び最終部分（６ｂ）の一方又は両方であり、
前記２次巻線は前記１次巻線の前記残余の巻線部分（９）内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の点火コイル。
【請求項４】
前記２次巻線は、前記１次巻線の前記最初の部分及び前記最後の部分（６ａ，６ｂ）の一方又は両方により囲まれる、低い巻線密度を有する予巻線（５ａ）及び最終巻線（５ｂ）の一方又は両方をさらに具備することを特徴とする請求項３記載の点火コイル。
【請求項５】
前記少なくとも一方の巻線（４，５）は平坦線巻線であることを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項記載の点火コイル。
【請求項６】
軟磁性スリーブ（３）が前記両巻線（４，５）及び前記コア（２）を囲んでいることを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか１項記載の点火コイル。
【請求項７】
前記２次巻線（５）は複数の個々の断片に分割されていることを特徴とする請求項３ないし６のうちいずれか１項記載の点火コイル。
【請求項８】
前記個々の断片のコイル高さはカスケードの方法で減少するよう構成されていることを特徴とする請求項７記載の点火コイル。
【請求項９】
高巻線密度を有する前記少なくとも一部分は、前記点火コイル（１０）の中心に対して偏心して配置されていることを特徴とする請求項３ないし８のうちいずれか１項記載の点火コイル。
【請求項１０】
前記１次コイルの前記最初の部分（６ａ）及び前記最後の部分（６ｂ）は、前記点火コイル（１０）の前記中心に関してほぼ１８０°偏心してずれて配置されていることを特徴とする請求項９記載の点火コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は点火系用の点火コイル（Zuendspule）、特に内燃機関エンジン用のロッド点火コイルに関する。この点火コイルは、少なくとも一つの１次巻線及び少なくとも一つの２次巻線を有し、１次巻線に電流が流れると２次巻線に高い誘導電圧が発生する。強磁性体コアが１次巻線及び２次巻線により部分的に囲まれ、さらに二つの巻線の一方は他方に少なくとも部分的に囲まれる。
【背景技術】
【０００２】
この種の点火コイルは従来、極端に小さい体積及び重量を有するよう構成され、主に内燃機関エンジンに使用される。内燃機関エンジンにおいて、各燃焼シリンダは、それ自体の点火コイルを有し、高価な取付要素を伴うことなく、スパークプラグに直接載置される。この種の点火コイルはまた、単一のスパークコイルすなわちロッド点火コイルとして知られ、振動を発生する過熱したエンジンブロックと直接接触するので、特に耐振動性を有し高温に耐えることができなければならない。
【０００３】
この種の単一スパーク点火コイルは、１次誘導コイル及び２次誘導コイルに加えて特定の磁気回路を具備し、また、例えば誘導コイルに接続されてユニットを形成する出力段階等の電子回路要素を有することがある。一方がスパークプラグへの高電圧端子の接続用であり、他方が配線及び起動ラインから電力を供給するために一般に４本のピンを有する２個のプラグコネクタにより、この種の点火コイルが完結する。点火系は、複数の動的エンジン特性から点火時期を決定するエンジン電子回路により起動される。
【０００４】
この種の単一スパーク点火系は、電力が単一の点火コイルにより供給され配電原理により作動する点火系を超える利点を有する。機械的駆動部及び配電組立体を有すると共に、作動の際、磨耗及び汚染物質により悪影響を受け、点火時期に影響を与えるか又は点火力を損なう高電圧ラインを無くすことができるからである。
【０００５】
後述するエネルギー伝送の物理的作動原理は、この種の点火コイルに適用される。１次電流が遮断されると２次巻線に誘導をもたらす、外部から電力供給される１次コイル及び関連する磁場の立上りは、開始点として使用される。
【０００６】
高電圧部における２次電流は、１次電流の遮断及び関連する磁束変化によりもたらされる磁束減少からの誘導原理のみによって増加する。しかし、この電流の立上り及び初期放電は連続的に発生せず、この場合の主な物理的パラメータに従って４段階に発生する。２次巻線のキャパシタンスによる電流の立上りは、１次電流の減少が開始した後、直接スパークプラグ電極を介した実際の放電の前に始まる。
【０００７】
２次電流の立上りの第１段階は、１次電流の減少が開始すると遅延なく始まる。充電は、２次巻線のキャパシタンスに従ってスパークプラグ電極上の対応する電場の形成を伴ってシフトし、実際の電力ブレークダウンを引き起こす。１次電流の最大値から始まるかなりの１次電流減少は、２次電力ブレークダウンに必要な電場を発生するために必要である。これは２〜５μ秒の持続時間で約３０％であり、点火コイルのコンセプト及び電子スイッチにより決定され、１次電流の遮断速度に影響を与える。
【０００８】
式
【数１】
2005539388.tif 000003
又は
【数２】
2005539388.tif 000004
は、損失の無い監視で誘導及び自己誘導に適用され、開回路用である。
【０００９】
２次電流の第２段階は、電力ブレークダウンに関連した抵抗性が突然増加することである。実質的に誘導性の原因は無いが、第１段階で蓄積された２次巻線の電荷の容量放電の結果である。
【００１０】
純粋な誘導過程は電流の２次増加の第３段階において支配的であり、磁束変化は１次電流の更なる減少及びその結果として起こる２次電流の増加による関連するアンペアターンの差異（１次側が減少し、２次側が増加する）として作用し、１次電流の減少がこの瞬間に一様に残る場合であっても、２次電流の増加は結果として平らである。１次電流の減少の終了のみに向かって平らにし、２次電流の増加は軟はみ出し部で最大値に達する。２次電流増加の物理的原理は、各増加段階において調整可能であった２次アンペアターンの最大数が前に１次側に誘導されたアンペアターンの数と同じであるという点で明白に現れる。というのは、誘導の際、エネルギーパラメータとして（１次巻線により最初の生成された）磁場のみが生じ、このような１次電流の迅速な減少があっても、エネルギー保存の原理に従ってそれ自体は伝搬しない。
【００１１】
従って、以下の関係は、１次電流の減少及び損失の無い監視で２次電流の増加の段階に適用される。
【数３】
2005539388.tif 000005
【００１２】
この物理原則は、十分な電圧が誘導されてオーム抵抗を超える場合、１次スイッチング動作の速度とはほぼ独立して作用する。また、これらの手順も鉄回路の存在とは独立して起こる。
【００１３】
第２電流曲線の第４段階は、鉄回路、特に磁性コイルコアの磁気自励を代表し、２次コイルの逆誘導は磁気自励の作用の期間中、支配的である。１次巻線はこの段階では既に電流が零であり、小ささのために重要な場合、２次側の影響はキャパシタンスを介してのみ可能である。
【特許文献１】独国特許出願公開第１９９６２２７９号明細書
【特許文献２】独国特許第１９９２７８２０号明細書
【特許文献３】国際出願公開第９９／３６６９３号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１９９５０５６６号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第１１１１６３０号明細書
【特許文献６】欧州特許出願公開第０９５９４８１号明細書
【特許文献７】特開２０００−１００６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
例えば、特許文献１ないし特許文献６に示されるタイプの公知の小型点火コイルは全て、作動中に過熱のおそれがある。これは、主に１次巻線のかなりの電流負荷（１５Ａ）による自己加熱のためであるが、２次巻線の電力損失のためでもある。これに、エンジンブロックの比較的高い周囲温度（１２５℃まで）による熱の暴露が加わる。小型の点火コイルの熱的に小さな値は、特に最大点火頻度で連続的に作動する間、当然に制御された温度（最大１６０℃）での平衡状態の達成をさらに困難にする。
【００１５】
特許文献６は、高温にさらされる場合であっても信頼性の高い作動が達成されるように、特に電子出力段階における過熱のリスクを低減した小型ロッド点火コイルの一実施形態を開示する。分離間隙により個々の熱源を隔離する試みにより、過熱を受動的に防止する。しかし、この解決策は、現実の不要な熱の発生を妨げられないという欠点を有する。
【００１６】
従って、本発明は、作動中の過熱のリスクを低下させることと同様に、作動の信頼性およびエネルギー効率の向上を保証する点火系用の点火コイル、特に内燃機関エンジン用のロッド点火コイルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この目的は、点火系用の点火コイル、特に請求項１の特徴を具備する内燃機関エンジン用のロッド点火コイルにより達成される。
【００１８】
本発明は、個々の熱源を監視し、誘導コイルにおける電子的及び磁気的出力の損失を低減することにより、点火コイルの高温に対する暴露を積極的に低減できるという認識に基づく。本発明によるエネルギー伝送効率の増大は、残りの巻線密度に対して高い巻線密度を有する少なくとも一部分の磁場を抑制することにより達成される。ここで、最も内側のターンの直径は残余の巻線部分よりも小さい。
【００１９】
比較的小さい電流を１次巻線に通すことにより、電子出力段階も熱的及び電気的に軽減されるので、作動の信頼性が向上する。また、本発明による点火コイルの構成は、現在知られている比較可能な点火コイル設計に対して約１５％だけ全体の体積を小さくする利点を与える。従って、従来のポット点火コイルは、例えば300cm3（直径5.9cm、長さ8.2cm）を超える全体体積を有する。本発明に従って構成されたロッド点火コイルは、高電圧端子を含んで約30cm3（直径約2.2cm、長さ約8.2cm）の体積で済む。
【００２０】
最後に、本発明に従った解決策は、点火出力が作動温度範囲（−40℃から最高180℃まで）全体にわたって比較的小さい変動のみを受けるという利点を提供する。
【００２１】
本発明の有利な発展形は従属請求項に記載されている。
【００２２】
有利な発展形によれば、一方の巻線の高い巻線密度を有する各部分が他の巻線の軸方向の残余の巻線密度の一部分に対応するように、２次巻線が１次巻線に対して配置される。エネルギー伝送は、２個の巻線の体積のこの貫通により著しく改良できる。
【００２３】
さらに有利な一実施形態によれば、１次巻線が２次巻線を囲み、高巻線密度を有する部分は１次巻線の最初及び最後の一方又は両方の部分であるように、１次巻線及び２次巻線が配置される。２次巻線は１次巻線の残余巻線部分に配置される。これにより、高抵抗の２次巻線がコア近傍に配置され、個別の絶縁を要しない低抵抗が外部に配置されるという利点を提供する。こうして、特に小さい全直径の点火コイルが達成できる。基本的には、高巻線密度を有し最も内側のターンの直径が小さい一部分を単に設けることにより、効率が向上した効果を達成できる。絶縁の観点の利点により、高電圧から離れた、１次巻線の最終はみ出し部にこの領域が便宜上設けられる。他方、高巻線密度を有し最も内側の直径が小さいこのような領域が１次巻線の最初及び最後の部分の双方に設けられると、２次巻線が３辺で磁気的に囲まれるという利点を有する。
【００２４】
１次巻線の最初及び最後の部分の一方又は両方に囲まれる予巻線及び最終巻線が２次巻線にさらに設けられると、利用可能な体積は特に効果的に使用できる。
【００２５】
巻線の少なくとも一方に、従来の円形線の巻線の代わりに平坦線の巻線が使用されると、電流密度が増加するので、磁場の収縮効果をさらに増大することができる。平坦線の使用により、コイル密度をより大きくできるのでコイル体積をより大きくする必要がなく、１次巻線に要するターン数をより低抵抗で作成できるという、円形線を超える別の利点がある。また、平坦線製の個々のターン間の延長接触により、ターン間の接触面積が小さい円形線よりもより良好な熱損失を可能にする。
【００２６】
磁場の最適にガイドすることに関して、点火コイルは、巻線及びコアを囲む軟磁性スリーブをさらに具備することができる。
【００２７】
２次巻線は細分割化されて電気的強度を改良することができる。
【００２８】
１次巻線への絶縁抵抗を確保するために、最小体積を同時に占有しながら、これら分割された２次巻線のコイル高さを、カスケードの方法でコイル高さを減少するよう構成することができる。１次巻線への絶縁部の壁厚は、分割断片から分割断片までの高電圧に従って増加する。
【００２９】
さらに、２次巻線の最終はみ出し部が軸方向に沿って誘導コイルの端面に案内されると、１次巻線の高巻線密度を有する少なくとも一部分は、コア及び１次巻線の残余の巻線領域に対して偏心して配置することができる。
【００３０】
１次巻線の最初及び最終領域が高巻線密度を有する部分として構成されると、磁場収縮効果が、放射方向に１８０°ずれた偏心配置を選択するという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付図面に図示された有利な実施形態により、本発明を詳細に説明する。本発明の主題の同様の又は対応する詳細には同じ参照番号が付される。
【００３２】
図１は、本発明に従った点火コイル１０の第１実施形態の縦断面図である。この概略図に示されるように、点火コイル１０の約４５％は、約30kＶ/mmの耐電圧を有するプラスチック材料から通常製造され、特に高電圧を担持する２次巻線５を残余の部品から電気的に絶縁する高性能絶縁材料１からなる。
【００３３】
共に点火コイル１０のほぼ全長にわたって構成される、高飽和誘導を有する軟磁性コア２及び外スリーブを形成する軟磁性スリーブ３を具備する鉄回路は、全体の体積の約２５％を占める。低抵抗の１次巻線４は約２０％の体積を占めるので、体積全体の約１０％の割合の高抵抗２次巻線５のほぼ２倍の体積である。
【００３４】
比較的小さい全体体積を達成するために、点火コイル１０の全部品の寸法は大きく制限しなければならないので、軟磁性コア２は、鉄回路が両端面で磁気的に開放するよう構成されるという事実により、部分的にのみ補償可能な量だけ実際には小さい寸法である。この結果、必要な絶縁のために最も内側の直径が比較的大きい、一様な直径を有する従来の筒状１次コイルに電流か供給されると、有用な磁束ばかりでなく、１次電流の減少の際に磁束の漏れが有用な磁束を部分的に妨げると更に減衰させる、かなりの磁束漏れが生ずる。２次巻線の必要な誘導を確保するために鉄心が磁性飽和で全体的に作動しなければならないので、１次コイルの内部空間全体が磁束を担持する。磁束変換を増加させるために、１次巻線４の磁場に対して逆の極性を有する軟磁性コアの端面に永久磁石が配置できる。このようにしてより高い点火出力が達成できるが、１次電流が対応して増大して達成できるので、高温への暴露が増加する。磁束漏れはこの方法により減少できない。逆に、磁束漏れは、１次磁場に対する永久磁石の逆極性のため、特に１次巻線４の最終はみ出し部で或るパーセンテージで増加すると当然考えられる。
【００３５】
従って、本発明によれば、１次コイルの全長の約２０％の長さにわたる１次巻線４の最終はみ出し部が残余領域の内径の少なくとも半分に減少し、これら初期部分６ａ及び最終部分６ｂにおける磁場強度が１次コイル４の中央部分よりも多いターン数だけ同時にほぼ２倍である点で、磁性漏れが１次巻線で及び特に最終はみ出し部で支配的に減少する。従って、単位面積当たりの磁束は、これら部分６ａ，６ｂにおいてほぼ２倍にできる。
【００３６】
本発明によれば、２次巻線５は１次巻線４の空洞を形成する中央領域内に配置され、その端子端部５ｃ，５ｄは絶縁材料１内にしっかりと埋設され、収縮ターンの下の端面で外方に案内される。
【００３７】
効率が増大する効果は小直径及び高巻線密度の一領域の一辺形成により達成でき、絶縁の観点での利点のため、高電圧から離れた１次巻線４の最終はみ出し部６ｂが好適である。
【００３８】
１次巻線４から発生する磁場は、主な場成分を形成する軟磁性コア２内の一部分と、一方で１次巻線４の最も内側のターンにより、他方で軟磁性コア２の表面により体積が制限された平行な一部分とに分割される。この平行な体積の断面は、特に厚い絶縁壁のためにコア２の断面より大きく、この結果、２次巻線５へのエネルギー伝送のために磁場を殆ど完全に使用することにより、かなりの出力増加が可能である。ターン数が多い結果の磁場収縮効果及び磁場強度増加のため、鉄回路の磁気的開放端での磁気抵抗を補償することができ、他方、エネルギー伝送の際にこの磁場を効果的に利用するために、１次磁場は実質的により大きな程度まで２次巻線５を貫通することができる。
【００３９】
（図４及び図５の第２実施形態にあるように）図示された実施形態において、２次巻線５は、耐電圧の理由で通常必要であるような個々の断片に分割される。この細分分割は、２次電流の放電中の逆遊動を低減する効果を有する。この結果、電流放電の作動時間（点火時間）の減少となる。点火時間の減少は、特に、異質ガスの混合又は理想的でない混合比が、エンジン始動段階又はエンジン出力の交代段階においてある場合、燃焼ガス分子の信頼性の高い点火には非常に重要である。
【００４０】
従って、図１に示されるように、２次巻線５は、可能な限り大きなコイル高さで比較的小さい数（例えば本実施形態では５個）の断片で構成される。１断片内の絶縁強度は、より小さいコイル幅により維持できる。体積占有を最も小さく保ちながら１次巻線に向かって絶縁強度を確保するために、２次断片巻線のコイル高さはカスケードの方法でコイル高さが減少するよう構成される。１次巻線４に向かう絶縁の壁厚は、断片から断片までの高電圧増加に従って増加する。また、２次巻線のより高いコイル高さは、中央領域及び収縮領域間のより大きな直径の差異を有する１次巻線の構成が可能であり、２次巻線は１次巻線４により３方でより集中的に囲まれるという点で、収縮した１次巻線の発明に従った原理の積極的効果を増大させる。
【００４１】
図２は、電流のグラフとして同一カテゴリの公知の点火系と比較した、本発明による特徴で構成された点火コイルの電気的特徴を示す。曲線１１，１３は従来の点火コイルの１次側及び２次側の電流曲線を表わし、曲線１２，１４は本発明に従って構成された点火コイルの１次側及び２次側の電流曲線を表わす。グラフに示されるように、１次電流曲線は上昇曲線であるのに対して２次電流曲線は時間的にずれた下降曲線であるという差異を有して１次電流曲線が２次電流曲線に特徴的に対応しており、関連する電流強度は製品の電流強度及びターン数に従って振舞う。その他の点で、電流曲線の特徴は、共通の磁気回路のために正確な鏡像関係にある。
【００４２】
高巻線密度及び小径を有する部分６の磁場収縮効果の更なる増加は、１次コイル４が従来の円形線巻線というより平坦線巻線として構成される点で、必要な絶縁壁厚さを変更することなく得られる。図３に概略的に示されるように、平坦線巻線の磁束収縮効果は、特に１次巻線に従来から使用される約0.7mmの直径を有する円形線と比較して無視できないものである。例えば、直径0.7mmの円形線の代わりに、約0.3mmの厚さで円形線と同じ断面積を有する平坦線が使用される場合、磁場は約１５％収縮でき、エネルギー伝送効率は同様なオーダーだけ増大する。これは、特に本構造における電流密度の増加のためである。また、図３に示されるように、個々の平坦線巻線は、実質的により大きな表面領域で接触するので、より良好な熱の流出を確保する。
【００４３】
図４に示されるように、２次巻線５ｃ，５ｄの最終はみ出し部が点火コイル１０の両端面に対して軸方向の最短距離にわたって案内される点で、磁場収縮効果の大きさを増加することができる。従って、コアの周囲の比較的厚い絶縁壁は最早不要であり、第２端子端部５ｃ，５ｄのリードが通る領域に部分的絶縁が必要なだけである。従って、広い領域を中実に囲む絶縁３の形成はコア２無しで行うことができる。本実施形態において収縮部６ａ，６ｂは、軟磁性コア２の中心線及び１次巻線４の残余の中央領域に対して最早同心的には配置されない。しかし、１次巻線の重要な比は、図１の実施形態よりも鉄心により接近して案内されるので、磁気収縮効果の対応する増加を達成することができる。放射方向に１８０°相互にずれて図４に示される構造及び１次巻線の収縮部６ａ，６ｂの偏心に関連する図５の部分は、収縮効果には有利である。
【００４４】
筒状点火コイルのみを図示したが、本発明は、例えば矩形断面等の他の任意の断面にも適用できることは明らかである。さらにまた、本発明は、他のトランス、特に鉄心の体積が小さいトランスにも有利に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施形態に従った点火コイルの断面図である。
【図２】従来の点火系と比較した、本発明に従った点火コイルの１次側及び２次側の時間対電流曲線対のグラフである。
【図３】円形線巻線と比較した、平坦線巻線の概略断面図である。
【図４】第２実施形態に従った点火コイルの断面図である。
【図５】図４の点火コイルをＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
２    強磁性コア
３    軟磁性スリーブ
４    １次巻線
５    ２次巻線
５ａ  予巻線
５ｂ  最終巻線
６    一部分
６ａ  最初の部分
６ｂ  最後の部分
９    残余の巻線部分
１０  点火コイル
【図１】
2005539388.tif 000006
【図２】
2005539388.tif 000007
【図３】
2005539388.tif 000008
【図４】
2005539388.tif 000009
【図５】
2005539388.tif 000010
【国際調査報告】
2005539388.tif 000011
2005539388.tif 000012
2005539388.tif 000013
2005539388.tif 000014
2005539388.tif 000015
2005539388.tif 000016