(57)【要約】  本発明はコイルコア（１２）を備えたオットー機関用点火コイル（１０）を提供する。電流ＩＰの通電によりコイル状の１次巻線（１４）に１次磁界ＨＰが誘導され、この１次磁界によりコイル状の２次巻線（１６）に少なくとも１つのスパークプラグ（１８）を駆動するエネルギフィールドが形成される。コイルコア（１２）には磁気プレバイアス装置が作用し、前記１次磁界とは反対方向のプレバイアス磁界ＨＶが形成される。本発明の磁気プレバイアス装置は電流ＩＶを通電可能なコイル状のプレバイアス巻線（２０）を有する。
2007507098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流（ＩＰ）の通電により主としてコイル状の１次巻線（１４）に１次磁界（ＨＰ）が誘導され、
該１次磁界により主としてコイル状の２次巻線（１６）に少なくとも１つのスパークプラグ（１８）を駆動するエネルギフィールドが形成され、
コイルコア（１２）に磁気プレバイアス装置が作用して前記１次磁界とは反対方向のプレバイアス磁界（ＨＶ）が形成される、
コイルコアを備えたオットー機関用点火コイル（１０）において、
前記磁気プレバイアス装置は電流（ＩＶ）を通電可能な主としてコイル状のプレバイアス巻線（２０）を有する
ことを特徴とするコイルコアを備えたオットー機関用点火コイル。
【請求項２】
前記１次巻線（１４）および前記プレバイアス巻線（２０）は相互にほぼ並列にコイルコア（１２）の周囲に巻き回されている、請求項１記載の点火コイル。
【請求項３】
相互に隣接する前記１次巻線（１４）および前記プレバイアス巻線（２０）における電流ＩＰ，ＩＶの流れ方向は反平行に配向されている、請求項１または２記載の点火コイル。
【請求項４】
前記１次巻線の給電端子（２２）と前記プレバイアス巻線の給電端子（２４）とは相互に分離されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の点火コイル。
【請求項５】
前記１次巻線（１４）および前記プレバイアス巻線（２０）は共通の給電端子（２６）を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の点火コイル。
【請求項６】
前記共通の給電端子（２６）と前記プレバイアス巻線（２０）とのあいだに前置抵抗（ＲＶ）が接続されている、請求項５記載の点火コイル。
【請求項７】
前記プレバイアス巻線のうち前記給電端子と反対側の端部はアース（ＧＮＤ）に接続されている、請求項４から６までのいずれか１項記載の点火コイル。
【請求項８】
前記１次巻線（１４）および前記プレバイアス巻線（２０）は唯一の多層巻線として前記コイルコア（１２）上に巻き回されており、ここで多層巻線は１次巻線とプレバイアス巻線とを分離するために少なくとも１つの位置で分離されており、その自由端部が接続のために接触している、請求項１から７までのいずれか１項記載の点火コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は請求項１の上位概念記載のオットー機関用点火コイルに関する。
【０００２】
この種の点火コイルはエネルギを伝送する高電圧源であり、オットー機関ではスパークプラグの駆動に用いられている。このスパークプラグにより機関の燃焼室内の燃料混合気が点火され、ピストン運動ひいてはクランクシャフト運動が開始される。
【０００３】
この種の点火コイルの機能の原理は“誘導式点火”または“バッテリ点火”などの名称で知られており、こんにちのほぼ全ての外部点火式内燃機関で使用されている。
【０００４】
こうした点火コイルにとっては蓄積される磁気エネルギが重要であるが、これは磁気回路の構造およびその材料特性に依存する。磁気回路は一般に強磁性材料から成り、“強磁性回路”と称される。たいていの場合、これは１つの金属塊から成るか、または金属粉末コアとして構成されている。この分野の強磁性回路は巻線を完全には包囲しておらず、空隙（エアギャップ）を有するので、これは“剪断された”強磁性回路（"gescherter" Eisenkreis）とも称される。
【０００５】
機関制御装置を介して点火コイルを駆動する際には、上昇する１次電流により磁気エネルギが点火コイルに蓄積される。エネルギの上昇は任意にずっと続行するわけではなく、強磁性回路の飽和磁束密度によって制限される。これは、電流が増大すると、強磁性回路の材料がそれ以上は磁化されなくなる点が存在することを意味する。このとき材料は磁気的に飽和している。この関係は強磁性回路のいわゆるヒステリシス曲線に見て取ることができる。
【０００６】
このような物理的条件に対抗するために、実用上、強磁性回路内に永久磁石を設けるという手段が知られている。この場合、１つまたは複数の永久磁石が磁気回路内に組み込まれ、磁束密度の方向が通電された巻線の励起磁界の方向に対して反対になる。電流が流れていないパッシブな状態で強磁性回路内に磁束を生じさせるこの手段は“磁気プレバイアス”と称される。
【０００７】
磁気プレバイアスにより、強磁性回路の磁気的飽和は１次電流のレベルに対してずらされ、全体としてより多くの磁気エネルギを点火コイルに蓄積することができる。この手法は現在でも点火コイルのエネルギ最適化の措置として用いられている。
【０００８】
いわゆるコンパクトコイルでは大抵の場合、唯一の永久磁石を強磁性回路に組み込んでいる。これに対していわゆるロッドコイルでは、有利には２個の永久磁石を磁気回路のロッドコアの各端部に組み込んでいる。
【０００９】
ただし従来の点火コイルには、強磁性回路に永久磁石を組み込む際に製造技術的に大きな手間がかかるという欠点がある。特にロッドコイルでは、１つまたは複数の磁石のエッジを組み込み前に相応に面取りし、電気的なブレークダウンのおそれを回避しなければならない。さらに１つまたは複数の磁石の極性に注意して、所望のエネルギ蓄積の得られなくなる極性誤りを回避しなければならない。
【００１０】
また永久磁石は温度依存性であり、電流ひいては温度が高くなると消磁してしまうことがある。しかもこうした消磁は非可逆性のプロセスである。
【００１１】
永久磁石の特性は、特にその材料および構造のジオメトリによって定まっている。永久磁石が従来の点火コイル内に設けられている場合、その特性のみを意図的に変更することはできない。例えば同じ点火コイルを異なる特性量の所望される別の機関で用いようとするとき、状況によっては、点火コイルのエネルギ最適化を変更しなければならない。ここで、点火コイルのエネルギ最適化は磁気プレバイアスにより調整されるため、永久磁石を交換し、新たな磁石に対してジオメトリを変更しなければならなくなってしまう。
【００１２】
この最後の手段は点火コイルの構造的変更を要することが欠点である。
【００１３】
本発明の基礎とする課題は、強磁性回路での磁気プレバイアスを適合化することにより、構造的変更なしにエネルギを最適化することのできるオットー機関用点火コイルを提供することである。
【００１４】
また本発明の点火コイルでは、強磁性回路での磁気プレバイアスに永久磁石を使用せずに済むことが望ましい。そうすればこうした永久磁石の煩雑な扱いに起因する製造技術上のコストを低減できるからである。
【００１５】
本発明の利点
冒頭に言及した形式のオットー機関用点火コイル、すなわち通電によりコイル状の１次巻線に１次磁界が誘導され、この１次磁界によりコイル状の２次巻線に少なくとも１つのスパークプラグを駆動するエネルギフィールドが形成され、コイルコアに磁気プレバイアス装置が作用して１次磁界とは反対方向のプレバイアス磁界が形成される、コイルコアを備えたオットー機関用点火コイルにおいて、本発明では、磁気プレバイアス装置は通電可能なコイル状のプレバイアス巻線を有する。相応の電流でプレバイアス巻線を駆動することにより、有利に磁気プレバイアスが達成される。
【００１６】
したがって強磁性回路の構造に永久磁石を組み入れる必要がなく、点火コイルの適用分野を変更しても磁石のジオメトリを変更せずに済む。
【００１７】
永久磁石を省略できることにより、特にロッドコイルにおいてロッドコアが相応に延長されるので、エネルギの最適化の際に有利である。この場合有利には、巻線長さも相応に増大することができ、とりわけ永久磁石の上方に存在する巻線が物理的作用をほとんど有さなくなる。
【００１８】
反対にプレバイアス巻線をエネルギ最適化の唯一の手段とすることもできる。なぜなら最大長さのロッドコアが要求される場合、状況によっては永久磁石のためのスペースが存在しなくなるからである。
【００１９】
また付加巻線によるフレキシブルな磁気プレバイアスを行うこともできる。すなわち磁界方向のほか、コア材料が最適に利用されれば、相応の駆動部を介して磁界強度も自由に選定できるからである。
【００２０】
永久磁石でのような制限のない特性を有するプレバイアス巻線を使用することにより、プレバイアス磁束密度はコア材料の飽和分極状態にまで高められる。
【００２１】
この利点はいわゆるコンパクトコイルにも当てはまる。なぜなら従来は、磁気回路内で大面積の永久磁石が使用される場合にしかコア材料が最適に利用されなかったからである。このためにコストが高くなるほか、必要面積も大きくなっていた。
【００２２】
プレバイアス巻線により、本発明の点火コイルのエネルギ効率は構造を変更しなくともきわめてフレキシブルとなる。特に軸線方向のスペースの問題に関して、本発明の構成は永久磁石の使用に対するきわめて有効な代替手段となっている。
【００２３】
プレバイアス巻線の実施形態に応じ、永久磁石を使用する手段に比べて費用の上での利点も得られる。
【００２４】
最良の磁気プレバイアス効果を得るために、１次巻線およびプレバイアス巻線は相互にほぼ並列にコイルコアの周囲に巻き回されている。このとき、相互に隣接する１次巻線およびプレバイアス巻線における電流の流れの方向は反平行に配向されている。
【００２５】
プレバイアス巻線をできるだけ自由に駆動できるようにするために、１次巻線の給電端子とプレバイアス巻線の給電端子とは相互に分離されている。
【００２６】
これに代えて、１次巻線およびプレバイアス巻線が共通に駆動され、共通の給電端子を有するように構成してもよい。この場合有利には、給電端子とプレバイアス巻線とのあいだに前置抵抗が接続される。
【００２７】
プレバイアス巻線は実施形態に応じて持続的または一時的に駆動され、これにより１次巻線の励起磁界とは反対向きの磁界が形成され、磁気プレバイアスの効果が得られる。
【００２８】
電流により適切に駆動される場合、本発明の付加巻線による磁気プレバイアスは温度依存性である。
【００２９】
本発明の点火コイルの特に簡単な実施形態では、給電端子とは反対側のプレバイアス巻線の端部はアースに接続されている。
【００３０】
本発明によれば製造技術的に特に有利な構造が実現される。つまりここでは１次巻線およびプレバイアス巻線は唯一の多層巻線としてコイルコア上に巻き回されており、ここで多層巻線は１次巻線とプレバイアス巻線とを分離するために少なくとも１つの位置で分離されており、その自由端部が接続のために接触している。これにより付加的な作業工程が省略されるので製造技術的に有利である。
【００３１】
図面
本発明の実施例を図示し、以下に詳細に説明する。図１には１次巻線およびプレバイアス巻線を備えた本発明の点火コイルの概略側面図が示されている。図２には図１の点火コイルのプレバイアス巻線の分離駆動部を備えた点火装置の概略回路図が示されている。図３には図１の点火コイルの１次巻線およびプレバイアス巻線の共通駆動部を備えた点火装置の概略回路図が示されている。
【００３２】
実施例の説明
図１には１次巻線１４およびプレバイアス巻線２０を備えた車両のオットー機関用点火コイル１０の概略図が示されている。同様に存在する２次巻線は周知のように構成されているが、図１では詳細には示されていない。
【００３３】
１次巻線１４はロッドコア１２に巻き回された導電性の分離線から成り、この分離線は図１のロッドコア１２の左方端部から右方端部の方向へ巻き回されている。
【００３４】
詳細には図示されていない点火コイル１０の２次巻線は１次巻線１４に接しているが、電気的には絶縁されている。２次巻線には１次磁界ＨＰによりエネルギフィールドが誘導される。
【００３５】
図１に破線で示されているプレバイアス巻線２０は図示の実施例では完全に独立した巻線である。ここでプレバイアス巻線２０の導電性の分離線は、図１のロッドコア１２の左方端部から右方端部の方向へ巻き回されており、ほぼ全ての延長領域にわたって１次巻線１４の個々の巻回間のスペースに挿入されている。プレバイアス巻線２０および１次巻線１４はロッドコア１２の長さの大部分にわたって並列に巻き回されている。
【００３６】
プレバイアス巻線２０中の電流ＩＶおよび隣接する１次巻線１４中の電流ＩＰは反平行であり、そこから形成される磁界、つまりプレバイアス磁界ＨＶおよび１次磁界ＨＰも反平行の方向を有する。こうした配向から所望の“磁気プレバイアス効果”が得られる。
【００３７】
図１の実施例では、１次巻線１４へ電流ＩＰを供給する端子２４はプレバイアス巻線２０へ電流ＩＶを供給する端子２２から分離されている。ここで２つの端子２２，２４は共通のプラグ２８を介して別個に車両のケーブルツリーへ通じている。
【００３８】
選択的な実施例として、プレバイアス巻線２０を１次巻線１４内へ集積することもできる。こうした“集積型”プレバイアス巻線を製造する場合、唯一の巻き回し過程において必要量よりも多くの１次巻線がロッドコア１２上に巻き回される。続いて１次巻線１４およびプレバイアス巻線２０が相応に分離され、それぞれの線の端部が接触接続されることにより、共通に取り付けられた巻線が分離される。このときもやはりプレバイアス巻線の端子２２および１次巻線の端子２４は共通のプラグ２８を介して別個に車両のケーブルツリーへ通じる。
【００３９】
図２には、本発明のオットー機関用点火コイル１０のプレバイアス巻線２０の分離駆動部を備えた点火装置１の概略回路図が示されている。ここでは図１の実施例と同様に点火コイル１０はコイルコア１２を有しており、このコイルコア上に１次巻線１４およびプレバイアス巻線２０が巻き回されている。
【００４０】
ここで、分離されたプレバイアス巻線駆動線路３０は図示されていない車両のケーブルツリーに接続された電流端子２２から点火コイル１０のプレバイアス巻線２０の一方の端部へ通じている。プレバイアス巻線２０の他方の端部はアースＧＮＤへ接続されている。
【００４１】
点火装置１の制御回路をなす１次回路２には分離された１次巻線駆動線路３２が存在しており、これは図示されていない車両のケーブルツリーに接続された１次側の電流端子２４から点火コイル１０の１次巻線１４の一方の端部へ通じている。１次巻線１４の他方の端部はトランジスタ３４へ接続されている。このトランジスタは基本的にはオットー機関の機関制御装置３６を介して駆動される。
【００４２】
点火コイル１０のうちコイルコア１２を包囲する２次巻線１６は点火回路をなす２次回路３の構成要素である。この２次回路の一方の端部は周知のようにアースＧＮＤに接続されたオットー機関のスパークプラグ１８に接触接続されている。
【００４３】
特にプレバイアス磁界ＨＶを持続的に発生させなくてよいことにより、点火コイル１０のプレバイアス巻線２０の分離駆動部が簡単化される。
【００４４】
図３には、１次巻線１４およびプレバイアス巻線２０の共通駆動部を備えた点火装置１’の概略回路図が示されている。
【００４５】
この実施例では、図２の点火装置１のケースと同様に、１次回路内の１次巻線駆動線路３２が図示されていない車両のケーブルツリーに接続された電流端子２６から点火コイル１０の１次巻線１４の一方の端部へ通じている。１次巻線１４の他方の端部はトランジスタ３４に接続されており、このトランジスタは基本的にはオットー機関の機関制御装置３６を介して駆動される。
【００４６】
プレバイアス巻線駆動線路３０はここでは１次巻線駆動線路３２の電流端子２６に接続されており、ここでプレバイアス巻線駆動線路３０は１次巻線駆動線路３２から端子位置２９で分岐し、前置抵抗ＲＶを介してコイルコア１２上に巻き回されたプレバイアス巻線２０の一方の端部へ通じている。プレバイアス巻線２０の他方の端部はアースＧＮＤに接続へ接続されている。
【００４７】
点火コイル１０の２次巻線１４およびオットー機関のスパークプラグ１８を備えた２次回路の構成はほぼ図２の実施例に相応する。
【００４８】
これに代えて別の実施例も可能である。重要なのは、１次磁界ＨＰに対して反平行のプレバイアス磁界ＨＶが形成され、強磁性回路の磁気プレバイアスの適合化によりエネルギの最適化が達成されることである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】１次巻線およびプレバイアス巻線を備えた本発明の点火コイルの概略側面図である。
【図２】プレバイアス巻線の分離駆動部を備えた点火装置の概略回路図である。
【図３】１次巻線およびプレバイアス巻線の共通駆動部を備えた点火装置の概略回路図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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