(57)【要約】【課題】イオン電流の検出精度を向上させることができる点火コイルの配設構造を提供すること。【解決手段】点火コイル１は、一次コイル４１及び二次コイル４２と、スパークプラグ３５を取り付けるためのプラグ取付部３とを備えると共に、イオン電流検出機能を有している。点火コイル１は、一次コイル４１及び二次コイル４２の内周側に、電磁鋼板からなる中心コア５１を備えると共に、一次コイル４１及び二次コイル４２の外周側に、電磁鋼板からなる外周コア５２を備えている。アルミニウム製のシリンダヘッド８におけるプラグホール８１内には、鉄製のチューブ５３が嵌入してある。点火コイル１は、鉄製のチューブ５３が嵌入したプラグホール８１内に挿入配設してあり、外周コア５２の上方先端５２１は、鉄製のチューブ５３の上方先端５３１よりも突出している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同心円状に巻回した一次コイル及び二次コイルと、スパークプラグを取り付けるためのプラグ取付部とを備えると共に、イオン電流検出機能を有してなる点火コイルを、アルミニウム製のシリンダヘッドにおけるプラグホール内に挿入配設してなる点火コイルの配設構造において、
上記プラグホール内には、鉄製のチューブが嵌入してあり、
上記点火コイルは、上記一次コイル及び二次コイルの内周側に、電磁鋼板からなる中心コアを備えると共に、上記一次コイル及び二次コイルの外周側に、電磁鋼板からなる外周コアを備えており、
上記外周コアの上方先端を上記鉄製のチューブの上方先端よりも突出させてなることを特徴とする点火コイルの配設構造。
【請求項２】
請求項１において、上記鉄製のチューブの上方先端に対する上記外周コアの上方先端の突出量は、上記イオン電流検出機能におけるイオン電流検出出力に乗る残留磁気ノイズの検出時間が、エンジン制御装置におけるシステム要求時間内に収まるように決定してあることを特徴とする点火コイルの配設構造。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記鉄製のチューブの上方先端に対する上記外周コアの上方先端の突出量は、１０〜５０ｍｍであることを特徴とする点火コイルの配設構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記点火コイルは、該点火コイルを上記シリンダヘッドにおける上記プラグホールの外部に形成した取付部に取り付けるためのフランジ部を有しており、該フランジ部には、ボルトを挿通させる挿通穴が形成してあり、
上記点火コイルは、上記フランジ部と上記取付部との間にスペーサを配置した状態で、上記フランジ部における挿通穴内に挿通したボルトによって上記シリンダヘッドに取り付けてあることを特徴とする点火コイルの配設構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関において、スパークプラグからスパークを発生させるために用いる点火コイルを、プラグホール内に挿入配設してなる点火コイルの配設構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等の内燃機関に配設して使用する点火コイルは、これに取り付けたスパークプラグからスパークを発生させることにより、各気筒における燃焼の着火を行っている。このとき、スパークプラグの電極間には、燃焼時に燃料がイオン化することによりイオン電流が流れる。そのため、上記点火コイルにおいて、このイオン電流の有無をイオン電流検出回路によって検出し、各気筒において失火が発生していないかの監視を行っている。
【０００３】
ところで、上記点火コイルにおいては、一次コイルに瞬間的に通電を行って発生させた磁界に伴って誘導磁界を発生させ、二次コイルに生ずる誘導起電力によってスパークプラグからスパークを発生させている。そのため、スパークを行った直後においては、上記誘導磁界の発生に伴う残留磁気が残存している。
そして、イオン電流検出回路において、イオン電流の検出を行う際には、上記残留磁気によるノイズも検出してしまうおそれがあるため、イオン電流の検出を行う際には、所定時間の経過を待った後、検出を行っている。
【０００４】
また、例えば、特許文献１においては、イオン電流検出回路における電気素子に工夫を行い、イオン電流の検出を安定させる旨が開示されている。また、例えば、特許文献２においては、点火コイルにおける点火エネルギの増大を目的として、外装鉄心（外周コア）の断面積を中央鉄心（中心コア）の断面積の７５〜１００％の範囲内にする旨が開示されている。
【０００５】
しかしながら、イオン電流の検出を安定させるためには、上記従来の点火コイルによっては十分ではない。すなわち、上記従来の点火コイルにおいては、点火コイルを挿入配設するプラグホール内に、鉄製のチューブを嵌入してなる場合において、鉄製のチューブと点火コイルにおける外周コアとの位置関係に工夫をして、イオン電流の検出精度を向上させる工夫はなされていない。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１９５９１３号公報
【特許文献２】登録実用新案第３０２８９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、イオン電流の検出精度を向上させることができる点火コイルの配設構造を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、同心円状に巻回した一次コイル及び二次コイルと、スパークプラグを取り付けるためのプラグ取付部とを備えると共に、イオン電流検出機能を有してなる点火コイルを、アルミニウム製のシリンダヘッドにおけるプラグホール内に挿入配設してなる点火コイルの配設構造において、
上記プラグホール内には、鉄製のチューブが嵌入してあり、
上記点火コイルは、上記一次コイル及び二次コイルの内周側に、電磁鋼板からなる中心コアを備えると共に、上記一次コイル及び二次コイルの外周側に、電磁鋼板からなる外周コアを備えており、
上記外周コアの上方先端を上記鉄製のチューブの上方先端よりも突出させてなることを特徴とする点火コイルの配設構造にある（請求項１）。
【０００９】
本発明の点火コイルにおいて、一次コイルに通電を行ったときには、中心コア及び外周コアを通過する磁界が発生する。そして、上記通電を停止したときには、上記磁界の形成方向とは反対方向に向けて、中心コア及び外周コアを通過する誘導磁界が発生する。これにより、二次コイルに誘導起電力を発生させて、スパーク取付部に取り付けたスパークプラグからスパークを発生させることができる。
次いで、エンジンにおいて正常に燃焼が行われたときには、燃料に含まれる成分がイオン化することにより、イオン電流がスパークプラグにおける電極間を流れる。そのため、このイオン電流の発生を上記イオン電流検出機能によって検出することにより、エンジンにおいて正常に燃焼が行われたことを確認することができる。
【００１０】
本発明の配設構造においては、アルミニウム製のシリンダヘッドにおけるプラグホール内には、鉄製のチューブが嵌入してある。この鉄製のチューブは、アルミニウム製のシリンダヘッドよりも透磁率が高く、磁束を透過しやすい性質を有している。
そして、スパークプラグからスパークを発生した直後においては、上記誘導磁界の形成に伴い、鉄製のチューブには残留磁気が残存する。そのため、上記イオン電流の検出は、鉄製のチューブに残存する残留磁気が消滅してから行うよう構成してあるものの、鉄製のチューブに残留磁気が長く残存すると、上記イオン電流検出機能が、この残留磁気をイオン電流と間違えて検出し、誤判定（失火もしていないのに失火と判定）してしまうおそれがある。
【００１１】
そこで、本発明の配設構造においては、外周コアの上方先端を鉄製のチューブの上方先端よりも突出させている。そのため、上記誘導磁界を形成した際に、中心コアを通過する磁束が、鉄製のチューブへ漏洩してしまうことを抑制することができ、中心コアを通過する磁束の多くを、外周コアを通過させることができる。これにより、鉄製のチューブにおいて上記残留磁気が残存する時間を短くすることができ、残留磁気がイオン電流の検出に悪影響を及ぼしてしまうことを防止することができる。
それ故、本発明の点火コイルの配設構造によれば、イオン電流の検出精度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】
【００１２】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記鉄製のチューブの上方先端に対する上記外周コアの上方先端の突出量は、上記イオン電流検出機能におけるイオン電流検出出力に乗る残留磁気ノイズの検出時間が、エンジン制御装置におけるシステム要求時間内に収まるように決定することが好ましい（請求項２）。
この場合には、鉄製のチューブの上方先端に対する外周コアの上方先端の突出量を適切に設定することができ、残留磁気ノイズの検出時間を上記システム要求時間内に収めて、イオン電流の検出精度を一層向上させることができる。なお、上記システム要求時間とは、スパークプラグにおいてスパークを行った後、イオン電流検出機能によりイオン電流の検出を行うまでに待機する所定の設定時間のことをいう。
【００１３】
また、上記鉄製のチューブの上方先端に対する上記外周コアの上方先端の突出量は、１０〜５０ｍｍにすることが好ましい（請求項３）。
この場合には、鉄製のチューブの上方先端に対する外周コアの上方先端の突出量を一層適切に設定することができる。
上記突出量が１０ｍｍ未満の場合には、上記誘導磁界を形成した際に、中心コアを通過する磁束が鉄製のチューブへ漏洩してしまうおそれがある。一方、上記突出量が５０ｍｍを超える場合には、点火コイルの搭載上において歩行者保護法等の規制を満足できないおそれがある。
【００１４】
また、上記点火コイルは、該点火コイルを上記シリンダヘッドにおける上記プラグホールの外部に形成した取付部に取り付けるためのフランジ部を有しており、該フランジ部には、ボルトを挿通させる挿通穴が形成してあり、上記点火コイルは、上記フランジ部と上記取付部との間にスペーサを配置した状態で、上記フランジ部における挿通穴内に挿通したボルトによって上記シリンダヘッドに取り付けることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記スペーサの厚みを変更することにより、鉄製のチューブの上方先端に対する外周コアの上方先端の突出量を容易に変更して調整することができる。
【実施例】
【００１５】
以下に、本発明の点火コイル１の配設構造にかかる実施例につき、図面と共に説明する。
本例の点火コイル１は、図１、図２に示すごとく、同心円状に巻回した一次コイル４１及び二次コイル４２と、スパークプラグ３５を取り付けるためのプラグ取付部３とを備えると共に、イオン電流検出機能を有している。また、点火コイル１は、一次コイル４１及び二次コイル４２の内周側に、珪素鋼板等の電磁鋼板からなる中心コア５１を備えると共に、一次コイル４１及び二次コイル４２の外周側に、珪素鋼板等の電磁鋼板からなる外周コア５２を備えている。
【００１６】
本例の点火コイル１の配設構造は、イオン電流検出機能を有する点火コイル１を、アルミニウム製のシリンダヘッド８におけるプラグホール８１内に挿入配設してなる。このプラグホール８１内には、鉄製のチューブ５３が嵌入してある。そして、本例の点火コイル１の配設構造においては、外周コア５２の上方先端５２１を鉄製のチューブ５３の上方先端５３１よりも突出させている。
【００１７】
以下に、本例の点火コイル１の配設構造につき、図１〜図７と共に詳説する。
図１に示すごとく、上記一次コイル４１は、円筒状樹脂からなる一次スプール４１１の外周面に、絶縁被覆した一次ワイヤを複数回巻回してなり、上記二次コイル４２は、円筒状樹脂からなる二次スプール４２１の外周面に、絶縁被覆した二次ワイヤを一次ワイヤよりも多い巻回数で巻回してなる。また、二次コイル４２は、一次コイル４１の内周側に挿通してあり、二次コイル４２の内周側には、上記中心コア５１が挿通してある。また、一次コイル４１は、円筒状樹脂からなる薄肉筒２５内に挿通してあり、薄肉筒２５の外周側には、上記外周コア５２が配設してある。
【００１８】
また、同図に示すごとく、中心コア５１は、絶縁被膜を備えた平板状の電磁鋼板を点火コイル１の軸方向Ｌに直交する方向に複数積層してなる。また、外周コア５２は、軸方向Ｌにスリット（間隙）を形成してなる円筒状の電磁鋼板を、径方向に複数積層してなる。そして、一次コイル４１に電流を流して発生させる磁束は、中心コア５１及び外周コア５２を通過させて増大させることができる。また、中心コア５１の外周面には、応力緩和用の絶縁シート５１１が巻き付けてある。
【００１９】
また、図１に示すごとく、中心コア５１と二次コイル４２との間、二次コイル４２と一次コイル４１との間、一次コイル４１と薄肉筒２５との間の各隙間には、エポキシ樹脂等の絶縁樹脂１５が充填してある。
また、上記プラグ取付部３は、上記一次スプール４１１から延長形成した延長形成部４１２に、ゴム製のプラグキャップ３１を配設して形成されている。そして、プラグキャップ３１内には、スパークプラグ３５を取り付けるためのプラグ取付口３２が形成されている。このプラグ取付口３２には、スパークプラグ３５と接触するコイルバネ３４が配設してあり、このコイルバネ３４は、高電圧端子３３を介して二次コイル４２の高電圧側端部と電気的に接続してある。
【００２０】
また、図１、図２に示すごとく、点火コイル１の軸方向Ｌにおいて、上記プラグ取付部３の形成位置とは反対側の位置には、コネクタ頭部２が形成してある。このコネクタ頭部２は、上記プラグホール８１の外部に配設してある。
また、コネクタ頭部２は、樹脂製のイグナイタケース２１内に、一次コイル４１に電力を供給するイグナイタ２２を配設してなり、イグナイタケース２１内は、イグナイタ２２を配設した状態で上記絶縁樹脂１５によって充填してある。また、イグナイタ２２は、エンジン制御装置（ＥＣＵ）からの信号によって動作するスイッチング素子等を用いた電力制御回路、及びイオン電流の検出を行うイオン電流検出回路等を備えている（図３参照）。また、上記点火コイル１におけるイオン電流検出機能は、イグナイタ２２におけるイオン電流検出回路によって構成してある。
【００２１】
また、図２に示すごとく、コネクタ頭部２には、点火コイル１をシリンダヘッド８におけるプラグホール８１の外部に形成した取付部８２に取り付けるためのフランジ部２３と、電流が流れる複数のコネクタピンを配設してなるコネクタ部２４とが突出形成してある。コネクタピンは、プラス電源用ピン、マイナス電源用ピン、スパーク信号用ピン及びイオン電流検出用ピンが配設してある。
また、フランジ部２３には、ボルト２６を挿通させる挿通穴２３１が形成してあり、取付部８２には、ボルト２６を螺合するためのネジ穴８２１が形成してある。
そして、上記点火コイル１は、フランジ部２３における挿通穴２３１内に挿通したボルト２６と、取付部８２におけるネジ穴８２１に螺合することによって、シリンダヘッド８に取り付けてある。
【００２２】
また、図１、図２に示すごとく、上記プラグホール８１は、アルミニウム製のシリンダヘッド８に形成した穴の内壁面に、鉄製のチューブ５３を配設してなる。この鉄製のチューブ５３は、プラグホール８１の内壁面に圧入（嵌入）してあることにより、シリンダヘッド８の本体部８５とカバー部８６との間に形成された間隙８７等とプラグホール８１との間を封鎖し、間隙８７からプラグホール８１内へオイルが浸入することを防止するために用いている。
【００２３】
本例の点火コイル１の配設構造においては、鉄製のチューブ５３の上方先端５３１に対する外周コア５２の上方先端５２１の突出量Ｈは、イオン電流検出機能におけるイオン電流検出出力に乗る残留磁気ノイズの検出時間が、エンジン制御装置におけるシステム要求時間内に収まるように決定した。より具体的には、本例のシステム要求時間は４１６μｓであり、このシステム要求時間の経過後に、イオン電流検出出力中に残留磁気波形（残留磁気ノイズによる波形）が重畳しないように、上記突出量Ｈを決定した。そして、この突出量Ｈは、１０ｍｍとした（図２参照）。
【００２４】
また、上記鉄製のチューブ５３の上方先端５３１に対する外周コア５２の上方先端５２１の突出量Ｈは、シリンダヘッド８における取付部８２の形成高さを適宜変更することにより、容易に調整することができる。例えば、図４に示すごとく、取付部８２の形成高さを高くすることにより、上記突出量Ｈを大きくすることができる。
また、例えば、図５に示すごとく、フランジ部２３と取付部８２との間に、貫通穴２３３を形成してなるスペーサ２３２を挟持することによって、上記突出量Ｈを大きくすることもできる。この場合には、点火コイル１は、フランジ部２３と取付部８２との間にスペーサ２３２を配置した状態で、フランジ部２３における挿通穴２３１内及びスペーサ２３２における貫通穴２３３内に挿通したボルト２６を、取付部８２におけるネジ穴８２１に螺合することによって、シリンダヘッド８に取り付けることができる。
【００２５】
上記ＥＣＵからパルス状のスパーク発生信号がイグナイタ２２に送信されると、イグナイタ２２における電力制御回路が動作し、一次コイル４１に瞬間的に電流が流れて、中心コア５１及び外周コア５２を通過する磁界が形成される。その後、この磁界の形成方向とは反対方向に向けて、中心コア５１及び外周コア５２を通過する誘導磁界が形成される。そして、この誘導磁界の形成により、二次コイル４２に誘導起電力（逆起電力）が発生し、点火コイル１におけるプラグ取付部３に取り付けたスパークプラグ３５からスパークを発生させることができる。
【００２６】
次いで、エンジンにおいて正常に燃焼が行われたときには、燃料に含まれる成分がイオン化することにより、イオン電流がスパークプラグ３５における一対の電極３５１の間を流れる。そのため、図３に示すごとく、このイオン電流の発生を上記イオン電流検出回路によって検出することにより、エンジンにおいて正常に燃焼が行われたことを確認することができる。また、図６において、イオン電流の発生は、イオン電流検出波形（イオン電流による波形）が、イオン電流検出基準値を超えたときに検出する。
【００２７】
ところで、上記スパークプラグ３５からスパークを発生した直後においては、中心コア５１と外周コア５２とによる磁気回路においては、上記誘導磁界の形成に伴う残留磁気が残存している。そして、上記プラグホール８１内に嵌入した鉄製のチューブ５３は、アルミニウム製のシリンダヘッド８よりも透磁率が高く、磁束を透過しやすい性質を有している。そのため、イオン電流の検出を行う前には、プラグホール８１内に嵌入した鉄製のチューブ５３には、残留磁気が残存する。
【００２８】
そこで、図６に示すごとく、イオン電流検出回路においてイオン電流の検出を行う際には、上記残留磁気によるノイズ（残留磁気ノイズ）を検出してしまうことを防止するために、ＥＣＵから、イオン電流の検出を行う前に所定時間の経過を待つ指示がなされる。この所定時間は、ＥＣＵにおけるシステム要求時間として設定されている。そのため、上記システム要求時間を経過しても、上記残留磁気ノイズが鉄製のチューブ５３に残存している場合には、イオン電流の検出精度を悪化させてしまう要因になる。
なお、同図は、横軸に時間をとり、縦軸にイオン電流検出回路の出力（イオン電流検出出力）をとって、この出力の変化を示すグラフである。
【００２９】
ところで、上記イオン電流の検出は上記システム要求時間の経過後に行うよう構成してあるものの、鉄製のチューブ５３に残留磁気が長く残存すると、イオン電流検出機能が、残留磁気波形（残留磁気ノイズによる波形）をイオン電流検出波形と間違えて検出し、誤判定（失火もしていないのに失火と判定）してしまうおそれがある。
【００３０】
これに対し、本例においては、中心コア５１を通過する磁束が鉄製のチューブ５３へ漏洩することを防止することにより、上記イオン電流の検出を行う際に、残留磁気ノイズの影響を受けにくくする工夫を行っている。
すなわち、本例の点火コイル１の配設構造においては、外周コア５２の上方先端５２１を鉄製のチューブ５３の上方先端５３１よりも突出させている。より具体的には、外周コア５２の上方先端５２１を、鉄製のチューブ５３の上方先端５３１から１０ｍｍ突出させている。
【００３１】
そして、中心コア５１の上方先端と外周コア５２の上方先端５２１との間の距離に比べて、中心コア５１の上方先端と鉄製のチューブ５３の上方先端５３１との間の距離を大きくすることができる。これにより、上記誘導磁界を形成した際に、中心コア５１を通過する磁束が、鉄製のチューブ５３へ漏洩（透磁）してしまうことを抑制することができ、中心コア５１を通過する磁束の多くを、外周コア５２を通過させることができる。
そのため、鉄製のチューブ５３において上記残留磁気が残存する時間を短くすることができ、残留磁気がイオン電流の検出に悪影響を及ぼしてしまうことを防止することができる。
それ故、本例の点火コイル１の配設構造によれば、上記システム要求時間を経過した後に、残留磁気がイオン電流の検出に悪影響を及ぼすことを防止することができ、イオン電流の検出精度を効果的に向上させることができる。
【００３２】
また、本例においては、鉄製のチューブ５３の上方先端５３１に対する外周コア５２の上方先端５２１の突出量Ｈを変化させたときに、上記残留磁気ノイズが検出された後、ほとんど検出されなくなるまでにかかる時間を確認した。その結果、図７に示すごとく、外周コア５の突出量Ｈを大きくしていけば、残留磁気ノイズの検出時間が短くなっていくことが確認できた。同図は、横軸に外周コア５の突出量Ｈ（ｍｍ）をとり、縦軸に残留磁気ノイズの検出時間（残留磁気ノイズが検出された後、ほとんど検出されなくなるまでにかかる時間）をとって、この検出時間の変化を示す図である。
【００３３】
そして、同図に示すごとく、システム要求時間の経過後に残留磁気ノイズがほとんど検出されないようにするためには、鉄製のチューブ５３の上方先端５３１に対する外周コア５２の上方先端５２１の突出量Ｈは、１０ｍｍ以上にすることが好ましいことがわかった。また、上記突出量Ｈは、点火コイル１の搭載上において歩行者保護法等の規制を満足するためには、５０ｍｍ以下にすることが好ましいことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例における、点火コイルの配設構造を示す断面説明図。
【図２】実施例における、点火コイルの配設構造の要部を拡大して示す断面説明図。
【図３】実施例における、イオン電流検出回路を模式的に示す回路説明図。
【図４】実施例における、他の点火コイルの配設構造の要部を拡大して示す断面説明図。
【図５】実施例における、他の点火コイルの配設構造の要部を拡大して示す断面説明図。
【図６】実施例における、横軸に時間をとり、縦軸にイオン電流検出回路の出力をとって、この出力の変化を示すグラフ。
【図７】実施例における、横軸に外周コアの突出量Ｈ（ｍｍ）をとり、縦軸に残留磁気ノイズの検出時間をとって、この検出時間の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３５】
１  点火コイル
２  コネクタ頭部
２３  フランジ部
２３１  挿通穴
２３２  スペーサ
３  プラグ取付部
３５  スパークプラグ
４１  一次コイル
４２  二次コイル
５１  中心コア
５２  外周コア
５２１  上方先端
５３  鉄製のチューブ
５３１  上方先端
８  シリンダヘッド
８１  プラグホール
８２  取付部
Ｈ  突出量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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