(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、このケースの中心軸線上に配置されたセンターコアと、このセンターコアの外周に設けられた一次コイル及び二次コイルとを備え、内燃機関のプラグホール内に配置される内燃機関用点火コイル装置において、
前記センターコアの両端面の少なくとも一方には、前記一次コイルに一次電流を流したときに発生する磁力線の方向と逆向きに印加したマグネットが設けられているとともに、前記一次コイルの抵抗値は、０．８〜１．２Ωであり、
前記一次コイルに流れる一次電流を制御する制御回路部は、前記ケースの外側に別体で設けられ、
前記制御回路部は、電流を制限する電流制限回路を有しないことを特徴とする内燃機関用点火コイル装置。
【請求項２】
前記一次コイルは、前記二次コイルの内側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火コイル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関のプラグホール内に配置される内燃機関用点火コイル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラグホール内に配置される、所謂フル式の内燃機関用点火コイル装置（以下、点火コイル装置と略称する）として、一次巻線抵抗値を低くすることによって、大きな一次電流を一次コイルに流し、一次電流の立上りを早くし、一次巻線での消費電力を小さくするようにした点火コイル装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１-２２６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記構成の点火コイル装置では、一次コイルの抵抗値を小さくして遮断電流値を高くすることで高回転数域において点火性能の向上が得られるものの、細長いプラグホール内に配置されるため、点火コイルのセンターコアの横断面積を充分に大きくすることができない。そのため、センタ−コアでは磁気飽和が発生してしまうことで、一次コイルの実効インダクタンスが低下してしまい、低回転数域においてほとんど点火性能の向上は得られないという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、全回転域において点火性能が向上した内燃機関用点火コイル装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る内燃機関用点火コイル装置では、ケースと、このケースの中心軸線上に配置されたセンターコアと、このセンターコアの外周に設けられた一次コイル及び二次コイルとを備え、内燃機関のプラグホール内に配置される内燃機関用点火コイル装置において、前記センターコアの両端面の少なくとも一方には、前記一次コイルに一次電流を流したときに発生する磁力線の方向と逆向きに印加したマグネットが設けられているとともに、前記一次コイルの抵抗値は、０．８〜１．２Ωであり、前記一次コイルに流れる一次電流を制御する制御回路部は、前記ケースの外側に別体で設けられ、前記制御回路部は、電流を制限する電流制限回路を有しない。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る内燃機関用点火コイル装置によれば、全回転域において点火性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の内燃機関用点火コイル装置（以下、点火コイル装置と略称する）を示す断面図、図２は図１の点火コイル装置の電気回路図である。
この点火コイル装置では、有底円筒形状のケース１内に、ケース１の中心軸線上に沿って延びているとともに短冊状の珪素鋼板を積層して構成された円柱形状のセンターコア２が設けられている。このセンターコア２の外周には、同心で一次コイル３及び二次コイル４が設けられている。ケース１の上部には一次コイル３と電気的に接続された低圧側コネクタ５が設けられている。ケース１の下部には点火プラグ（図示せず）と電気的に接続される高圧側コネクタ６が設けられている。
センターコア２の上端面及び下端面には、円板状のマグネット２０が当接している。このマグネット２０は、一次コイル３に一次電流を流したときに発生する磁力線の方向と逆向きに印加するように着磁されている。なお、マグネット２０は、センターコア２の上端面及び下端面の何れか一方に設けてもよい。
ケース１の端部には、内燃機関の内径２４ｍｍのプラグホール（図示せず）の内壁面に圧入される弾性キャップ７が設けられている。
ケース１の外周側壁面には、センターコア２とともに磁気閉回路を構成するための外層コア８が設けられている。
【０００９】
センターコア２、一次コイル３、二次コイル４、高圧側コネクタ６等はケース１に内装され、またケース１の開口部９に低圧側コネクタ５が装着された後、ケース１内に熱硬化される前のエポキシ樹脂からなる絶縁材１０が充填され、その後高温で硬化されている。
【００１０】
一次コイル３は、有底円筒形状の一次ボビン１１と、この一次ボビン１１にエナメル線からなる導線が巻回された一次巻線１２とを有している。
二次コイル４は、円筒形状の二次ボビン（図示せず）と、この二次ボビンにエナメル線からなる導線が巻回された二次巻線１３とを有している。
【００１１】
低圧側コネクタ５は、バッテリ（図示せず）と電気的に接続される正極側ターミナル１５と、一次巻線１２への通電を制御するパワートランジスタを含む制御回路部１７と電気的に接続される負極側ターミナル１６とを有している。制御回路部１７は、ケース１の外側に別体で設けられている。
高圧側コネクタ６は、高圧側コネクタ本体１８と、この高圧側コネクタ本体１８の点火プラグ（図示せず）側の周壁面に設けられ内径側に弾性力を付勢するＣ形形状の弾性部材１９とを有している。
【００１２】
一次巻線１２の導線の一端部は、低圧側コネクタ５の正極側ターミナル１５と電気的に接続されている。一次巻線１２の導線の他端部は、低圧側コネクタ５の負極側ターミナル１６を介して制御回路部１７と電気的に接続されている。
二次巻線１３の導線の一端部は、低圧側コネクタ５の正極側ターミナル１５と電気的に接続されている。二次巻線１３の導線の他端部は、点火プラグと接続される高圧側コネクタ６と電気的に接続されている。
【００１３】
この実施の形態の点火コイル装置では、バッテリから低圧側コネクタ５の正極側ターミナル１５を通じて一次巻線１２に一次電流を流すと、センターコア２は磁化され、一次コイル３には磁気エネルギーが蓄積され、その周囲には磁界が発生する。
この状態で、制御回路部１７の動作により、一次巻線１２に流れる一次電流を遮断すると、磁界が変化して自己誘導作用により一次巻線１２には逆電圧が発生し、その相互誘導作用により二次巻線１３には高電圧が誘起される。この際、一次巻線１２側に蓄積された磁気エネルギーは二次巻線１３側に放出される。
【００１４】
ところで、一次巻線１２に一次電流を流した時に一次コイル３に蓄えられる一次コイル３側の磁気エネルギーは次の式によって求められる。
【００１５】
Ｅ１=（１/２）×Ｌ１×（ｉ１）２‥‥‥‥‥‥（１）
ここで、Ｅ１は一次コイル３に蓄積される磁気エネルギ−、Ｌ１は一次コイル３のインダクタンス、ｉ１は一次巻線１２に流れる一次電流である。
【００１６】
上記式（１）より、大きな磁気エネルギ−Ｅ１を得るには、インダクタンスＬ１、一次電流ｉ１を大きくしなければならないことが分かる。
インダクタンスＬ１を大きくするには、センターコア２の横断面積や導線のターン数を多くする等の方法がある。この方法を採用した場合、点火コイル装置の径方向の寸法の増大に直結するために、フルトランジスタ式の点火コイル装置に適用するには限界がある。
一方、フルトランジスタ式の点火コイル装置では、センタ−コア２の横断面積が小さいので、一次電流ｉ１を大きくした場合には、磁気飽和が発生し、実効インダクタンスＬ１が低下してしまう。
【００１７】
この実施の形態では、センターコア２の上端面及び下端面にマグネット２０が当接されており、このマグネット２０は、一次巻線１２に一次電流を流したときに発生する磁力線の方向と逆向きに印加するように着磁されているので、センターコア２の横断面積や導線のターン数を増大することなく、大電流域での磁気飽和を防止し、実使用域でのインダクタンスＬ１の低下を防いでいる。
【００１８】
また、一次電流ｉ１は次の式によって求められる。
ｉ１（ｔ）＝ＶＢ/Ｒ１×（１-exp(-Ｒ１/Ｌ１×ｔ））‥‥‥‥‥‥（２）
ここで、ｔは一次コイル３の通電時間、ＶＢは電源電圧（バッテリ電圧）、Ｒ１は一次巻線１２の抵抗である。
【００１９】
また、一次コイル３での消費電力Ｐは次の式で表される。
Ｐ＝Ｒ１×∫（ｉ１）２ｄｔ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（３）
【００２０】
一次巻線１２の抵抗Ｒ１が小さいと、一次巻線１２でのジュール熱が低減されるので、高速回転数域（一次コイル３への通電のＯＮ、ＯＦＦの周期が短い）では、ＯＦＦ時間を確保するために、ＯＮ時間を短くする必要がある。抵抗Ｒ１が小さいと一次電流の立ち上がりが早いため、短いＯＮ時間でも高い電流値に達することができ、高い電流値で遮断することができる。
また、低速回転数域（一次コイル３への通電のＯＮ、ＯＦＦの周期が長い）では、ＯＦＦ時間が確保されているため、ＯＮ時間を長くすることができ、それだけオームの法則（ＶＢ＝ｉ１Ｒ１）により得られる最大の一次電流値が得られ、高い遮断電流値が確保される。
【００２１】
以上より、一次巻線１２の抵抗Ｒ１を小さくし、かつ、マグネット２０を使用することで、点火コイル装置の寸法、消費電力（発熱）を従来のものと比較して同等のまま、点火性能を向上させることができる。
【００２２】
本願発明者は、上述した内容について実証すべく実験を行った。
図３〜図７は、このときの実験結果を示す図である。
図３は、点火コイル装置で、一次巻線１２の抵抗Ｒ１が１．３５Ωのマグネット２０無しの第１の例と、一次巻線１２の抵抗が１．０Ωのマグネット２０無しの第２の例とを比較して示している。
この図から分かるように、第２の例は第１の例と比較して、８０００ｒｐｍ以上の高速回転数域では放電エネルギーは６〜７ｍＪ程度高く、低速回転数域では３〜４ｍＪ程度しか高くなかった。
一次電流立ち上がり波形を確認したところ、一次電流ｉ１が約５Ａ以下までは、立ち上がり速度が速くなっているが、５Ａ以上になるとセンターコア２に蓄積される磁気エネルギーが容量を越えて磁気飽和現象を起こしていることが分かった。そのために、最大の一次電流値が得られ、一次遮断電流値が大きな低速回転数域では、一次遮断電流値が小さい高速回転数域と比較して放電エネルギーの上昇幅が低かったと考えられる。
【００２３】
図４は、一次巻線１２の抵抗Ｒ１が１．３５Ωのマグネット２０無しの第１の例と、一次巻線１２の抵抗Ｒ１が１．３５Ωのマグネット２０有りの第２の例とを比較して示している。
この図から分かるように、第２の例は第１の例と比較して、低速回転数域では放電エネルギーが高く点火性能が高いものの、６０００ｒｐｍ以上になると逆転する現象が現れた。
【００２４】
図５は、一次巻線１２の抵抗Ｒ１が１．３５Ωのマグネット２０無しの第１の例と、一次巻線１２の抵抗Ｒ１が１．０Ωのマグネット２０有りの第２の例とを比較して示している。
第２の例のものは、この実施の形態１の点火コイル装置であり、第１の例のものと比較して導線のターン数が同じで一次巻線１２の線径を大きくし、センターコア２の両端面にマグネット２０を配置した例である。
この図から、第２の例は第１の例と比較して、エンジンの全回転数域で放電エネルギーが上昇しており、点火性能が向上していることが分かる。
【００２５】
図６は、一次巻線１２の抵抗Ｒ１が１．３５Ωのマグネット２０無しの第１の例と、一次巻線１２の抵抗Ｒ１が１．２０Ωのマグネット２０有りの第２の例とを比較して示している。
この図から、第２の例のものは、第１の例のものと放電エネルギーを比較した場合、エンジンの回転数が９５００〜１２０００ｒｐｍの範囲で放電エネルギーが接近しているものの、エンジンの全回転数域で放電エネルギーが高いことが分かる。
【００２６】
図７は、一次巻線１２の抵抗Ｒ１が１．３５Ωのマグネット２０無しの第１の例と、一次巻線１２の抵抗Ｒ１が０．８０Ωのマグネット２０有りの第２の例とを比較して示している。
この図から、第２の例のものは、第１の例のものと放電エネルギーを比較した場合、エンジンの全回転数域で放電エネルギーが高く、しかも図６と比較して分かるように、その上昇幅が大きいことが分かる。
【００２７】
上述した実験結果から、マグネット２０有りの点火コイル装置の場合、一次巻線１２の抵抗Ｒ１が１．２０以下に抑えることで、エンジンの全回転数域で放電エネルギーが上昇していることが分かる。
【００２８】
このように、一次巻線１２の抵抗Ｒ１を小さくすることは、それだけ大きな一次電流ｉ１を一次巻線１２に流すことができ、また一次コイル３の発熱を低く抑えることができる反面、一次巻線１２の導線の線径を大きくすることによるスペースの制約や、制御回路部１７の定格を考慮しなければならない。即ち、
放電性能を確保するためには、一次コイル３は所定の導線の巻回数を確保しなければならないが、線径を大きくなった分点火コイル装置の径寸法が大きくなってしまう。
この実施の形態の点火コイル装置は、プラグホール内に配置されるフルトランジスタ式の点火コイル装置であり、プラグホールのスペース（内径寸法２４ｍｍ）の制約から、一次コイル３の導線の線径の最大値は制限される。
また、一次巻線１２に流す一次電流ｉ１を大きくすることができ、電流ｉ１が大きくなった分、制御回路部１７の定格を大きくするとともに、放熱性を高める必要性が生じ、また制御回路部１７の保護のために電流制限回路を追加する必要性が生じる。
【００２９】
今回の実験結果を示す図７から分かるように、一次巻線１２の抵抗Ｒ１の値が約０．８Ωの場合、２輪用の高回転数タイプのエンジンも含め、エンジン回転数の全域において点火性能が向上しており、抵抗値の下限を０．８Ωとすることで上記のような問題点もクリアできることが分かった。
即ち、この点火コイル装置は、一次巻線１２の抵抗Ｒ１を０．８〜１．２Ωの範囲とすることで、エンジン回転数の全域（０〜１２０００ｒｐｍ）において点火性能を向上させることができるとともに、既存のプラグホール内に収納でき、またケース１の外側に別体で設けられた制御回路部１７には電流制限回路を設ける必要性が無く、点火コイル装置の点火性能と径寸法とのバランスが最適となり、またコストも低く抑えることができる。
【００３０】
以上説明したように、この実施の形態による点火コイル装置によれば、センターコア２の両端面に、一次コイル３に一次電流ｉ１を流したときに発生する磁力線の方向と逆向きに印加したマグネット２０を設けるとともに、一次コイル３の抵抗の上限値は、１．２Ωであるので、エンジン回転数の全域（０〜１２０００ｒｐｍ）において点火性能を向上させることができる。
【００３１】
また、一次コイル３の抵抗の下限値は、０．８０Ωであるので、既存のプラグホール内に点火コイル装置を収納でき、また制御回路部１７にパワートランジスタ保護のための電流制限回路をわざわざ設ける必要性も無い。
【００３２】
また、一次コイル３は、二次コイル４の内側に配置されているので、一次コイル３を二次コイル４の外側に配置した場合と比較して、一次コイル３の径寸法を小さくすることででき、一次ボビン１１に巻回される所定数の導線の全長を短くすることができるので、一次巻線１２の抵抗Ｒ１を容易に小さくすることができる。
【００３３】
また、一次コイル３に流れる一次電流を制御する制御回路部１７は、ケース１の外側に別体で設けられているので、制御回路部１７自体の発熱による影響が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の実施の形態１の内燃機関用点火コイル装置を示す断面図である。
【図２】図１の電気回路図である。
【図３】本願発明者が実験により求めたエンジン回転数と放電エネルギ−との関係を示す特性図である。
【図４】本願発明者が実験により求めたエンジン回転数と放電エネルギ−との関係を示す特性図である。
【図５】本願発明者が実験により求めたエンジン回転数と放電エネルギ−との関係を示す特性図である。
【図６】本願発明者が実験により求めたエンジン回転数と放電エネルギ−との関係を示す特性図である。
【図７】本願発明者が実験により求めたエンジン回転数と放電エネルギ−との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  ケース、２  センターコア、３  一次コイル、４  二次コイル、１７  制御回路部、２０  マグネット。
【図１】
0004410196.tif 000002
【図２】
0004410196.tif 000003
【図３】
0004410196.tif 000004
【図４】
0004410196.tif 000005
【図５】
0004410196.tif 000006
【図６】
0004410196.tif 000007
【図７】
0004410196.tif 000008