(57)【要約】【課題】十分な大きさの放電電流を出力し、また、長時間継続して出力することが可能な内燃機関用点火コイルを提供する。【解決手段】一次コイル１２を巻回する筒状の一次ボビン１１と、一次ボビン１１の筒状周壁を囲い、二次コイル１５を巻回する二次ボビン１４と、一次ボビン１１の中心孔に挿通され、一次ボビン１１の長手方向両端から二次コイル１５の外周に沿って延設されて一次ボビン１１中心孔の両端を接続するように形成された鉄心１６，１７と、二次コイル１５から出力される高電圧となるエネルギを供給する直流電流が通電される三次コイル１３とを備え、一次ボビン１１は、筒状長手方向の両端に各々設けた一の端部鍔と他の端部鍔との間に中央鍔３２を設け、一次コイル１２を一の端部鍔と中央鍔３２との間に巻回し、三次コイル１３を中央鍔３２と他の端部鍔との間に巻回したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次コイルに供給される一次電流の通電と遮断が行われることにより、二次コイルに高電圧を発生して点火プラグへ出力する内燃機関用点火コイルであって、
前記一次コイルを巻回する筒状の一次ボビンと、
前記一次ボビンの筒状周壁を囲い、前記二次コイルを巻回する二次ボビンと、
前記一次ボビンの中心孔に挿通され、前記一次ボビンの長手方向両端から前記二次コイルの外周に沿って延設されて、前記一次ボビン中心孔の両端を接続するように形成された鉄心材と、
前記二次コイルから出力される前記高電圧となるエネルギを供給する直流電流が通電される三次コイルと、
を備え、
前記一次ボビンは、
前記筒状長手方向の両端に各々設けた一の端部鍔と他の端部鍔との間に中央鍔を設け、
前記一次コイルを前記一の端部鍔と前記中央鍔との間に巻回し、
前記三次コイルを前記中央鍔と前記他の端部鍔との間に巻回した、
ことを特徴とする内燃機関用点火コイル。
【請求項２】
前記一次ボビンは、
前記一の端部鍔あるいは前記他の端部鍔と、前記中央鍔との間の筒状表面に、該一次ボビンに巻回されたコイル巻線の始端および終端を配線固定する溝部を設けた、
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。
【請求項３】
前記三次コイルは、
前記一次電流の通電または遮断が行われる前に前記直流電流が通電されて前記二次コイルの出力電流となるエネルギを供給する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用点火コイル。
【請求項４】
前記三次コイルは、
前記一次電流の通電遮断後に前記直流電流が通電されて前記二次コイルの出力電流となるエネルギを供給する、
ことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関用点火コイル。
【請求項５】
前記三次コイルは、
前記一次コイルに前記一次電流が通電されたときに発生する磁束と同じ向きに磁束を発生するように前記直流電流が通電され、該直流電流を前記一次電流と同時に遮断される、
ことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関用点火コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガソリンエンジン等の燃焼行程に用いる内燃機関用点火コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なガソリンエンジン等の内燃機関は、点火プラグを用いて混合気を燃焼させており、この点火プラグに放電火花を発生させる高電圧を点火コイルから出力している。
上記の点火コイルは、バッテリなどから供給された直流電流（一次電流）を通電する一次コイルと、一次電流の通電遮断を行うことによって高電圧を誘起する二次コイルを備え、一次コイルを一次ボビンに巻回し、また、一次コイルの外周に配置された二次ボビンに二次コイルを巻回している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、従来の点火コイルの構成を示す断面図である。図示した点火コイル１００は、略筒状の一次ボビン１０１の外周面に一次コイル１０２の巻線を巻回している。また、一次コイル１０２の外周を覆うように二次ボビン１０３が配置固定されており、当該二次ボビン１０３の外周面に二次コイル１０４の巻線を巻回している。
略筒状の一次ボビン１０１の中心孔には、センタ鉄心１０９が挿通されている。また、センタ鉄心１０９を中心軸として二次コイル１０４の両側方を経由し、当該センタ鉄心１０９の長手方向両端を接続するサイド鉄心１０８を備えている。換言すると、一次コイル１０２が発生した磁束を効率良く二次コイル１０４に作用させる磁気回路を、サイド鉄心１０８およびセンタ鉄心１０９によって構成している。
【０００４】
上記のコイル、ボビン、鉄心等は、絶縁性の材料を用いて構成されたケース１１１に収納されている。
ケース１１１は、外部配線と接続するコネクタ部１０５を備え、当該コネクタ部１０５を構成する各端子ピン等（図示省略）とイグナイタ部１０６が配線接続されている。
イグナイタ部１０６は、コネクタ部１０５を介して外部から入力する点火信号を用いて、バッテリ等から供給される一次電流を通電ならびに遮断する回路デバイス等からなり、この一次電流を一次コイル１０２へ供給するように配線接続されている。
また、ケース１１１は、コネクタ部１０５から離間した位置に、点火プラグ等に供給する高電圧を出力する高圧端子１０７を備えている。この高圧端子１０７には二次コイル１０４の巻線が配線接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−８２２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の内燃機関用点火コイルは以上のように構成されており、一次コイルに流れる一次電流に依存して高電圧が二次コイルに発生する。詳しくは、一次電流の通電遮断を行って一次コイルが発生する磁束を変化させたとき、二次コイルに高電圧が誘起される。また、高電圧の発生によって二次コイルから放電電流が出力される時間は、一次コイルへの通電時に蓄積されたエネルギの大きさに関連した時間長さになる。
点火コイル等を含む点火装置は、さらに内燃機関の燃焼効率を高め、また、燃焼の困難な運転状況であっても確実に燃焼させる点火性能が望まれており、高電圧の発生によって点火プラグ等に流れる放電電流は、十分な大きさを有するとともに長く継続することが要求されているという課題があった。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、十分な大きさの放電電流を出力し、また、長時間継続して出力することが可能な内燃機関用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】
【０００８】
本発明に係る内燃機関用点火コイルは、一次コイルに供給される一次電流の通電と遮断が行われることにより、二次コイルに高電圧を発生して点火プラグへ出力する内燃機関用点火コイルであって、前記一次コイルを巻回する筒状の一次ボビンと、前記一次ボビンの筒状周壁を囲い、前記二次コイルを巻回する二次ボビンと、前記一次ボビンの中心孔に挿通され、前記一次ボビンの長手方向両端から前記二次コイルの外周に沿って延設されて、前記一次ボビン中心孔の両端を接続するように形成された鉄心材と、前記二次コイルから出力される前記高電圧となるエネルギを供給する直流電流が通電される三次コイルとを備え、前記一次ボビンは、前記筒状長手方向の両端に各々設けた一の端部鍔と他の端部鍔との間に中央鍔を設け、前記一次コイルを前記一の端部鍔と前記中央鍔との間に巻回し、前記三次コイルを前記中央鍔と前記他の端部鍔との間に巻回したことを特徴とする。
【０００９】
また、前記一次ボビンは、前記一の端部鍔あるいは前記他の端部鍔と、前記中央鍔との間の筒状表面に、該一次ボビンに巻回されたコイル巻線の始端および終端を配線固定する溝部を設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記三次コイルは、前記一次電流の通電または遮断が行われる前に前記直流電流が通電されて前記二次コイルの出力電流となるエネルギを供給することを特徴とする。
【００１１】
また、前記三次コイルは、前記一次電流の通電遮断後に前記直流電流が通電されて前記二次コイルの出力電流となるエネルギを供給することを特徴とする。
【００１２】
また、前記三次コイルは、前記一次コイルに前記一次電流が通電されたときに発生する磁束と同じ向きに磁束を発生するように前記直流電流が通電され、該直流電流を前記一次電流と同時に遮断されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、長時間の放電電流出力を可能にするとともに、消費電力を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例による内燃機関用点火コイルの構成を示す断面図である。
【図２】図１の一次ボビンの構成を示す斜視図である。
【図３】従来の点火コイルの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
（実施例）
図１は、本発明の実施例による内燃機関用点火コイルの構成を示す断面図である。図示した点火コイル１は、絶縁性の材料からなるケース１０に後述する各コイル、ボビン、鉄心などを収納したものであり、ケース１０の例えば一の側面に外部配線等と接続するコネクタ部１８を備えている。
点火コイル１は、直流電流を流して磁束を発生させる一次コイル１２、上記の磁束変化に応じて高電圧を発生する二次コイル１５、一次コイル１２と同様に直流電流を流して磁束を発生させる三次コイル１３を備えている。上記の一次コイル１２、三次コイル１３、二次コイル１５は各々独立した巻線であり、いずれも中間タップ等によって分割されたものではない。
【００１６】
一次コイル１２および三次コイル１３は、一次ボビン１１に巻回されており、二次コイル１５は、一次ボビンの外側に配置される二次ボビン１４に巻回されている。
二次コイル１５は、一次ボビン１１に巻回された一次コイル１２および三次コイル１３の外周を囲うように配置された、略筒状の二次ボビン１４に巻回されている。換言すると二次ボビン１４の中心孔に、一次ボビン１１が挿通されており、二次コイル１５の中心孔内に一次コイル１２および三次コイル１３が配置されている。
また、二次コイル１５の巻線端部は、ケース１０の下部に配置された高圧端子１９に一の端部を接続し、他の端部を、当該点火コイル１を内燃機関の例えばシリンダヘッド等に固定したとき、接地電位となる部位と電気接続されるように、図示されない接続手段等を用いてケース１０などに固定されている。
なお、高圧端子１９は、図示されない接続部材等を用いて内燃機関に固定された点火プラグ（図示省略）の頭部電極と接続するようにケース１０に設置固定されている。
【００１７】
一次ボビン１１の中心孔にはセンタ鉄心１６が挿通されている。センタ鉄心１６の長手方向両端にはサイド鉄心１７が各々接続されている。なお、センタ鉄心１６およびサイド鉄心１７は、同様な強透磁率の鉄板材を複数枚積層して構成されたものである。
上記のサイド鉄心１７は、一次ボビン１１が挿通されている二次ボビン１４、もしくはこれに巻回されている二次コイル１５の巻線表面に沿って二次ボビン１４の長手方向に延設され、センタ鉄心１６の長手方向の両端部分と各々接続して周回経路を形成するように設けられている。この周回経路は、一次コイル１２および三次コイル１３が発生した磁束を通過させる磁気回路となり、例えばセンタ鉄心１６を中心として二つの周回経路が二次コイル１２の周囲に対向配置されるように、サイド鉄心１７が設置構成されている。
【００１８】
また、点火コイル１は、コネクタ部１８を介して外部から点火信号を入力するイグナイタ部２０を備えている。イグナイタ部２０は、デバイス回路等によって構成されており、上記の点火信号に応じて一次コイル１２に流れる直流電流の通電、遮断を行うスイッチ手段などを含めて構成されている。また、イグナイタ部２０は、三次コイル１３に流れる直流電流の通電、遮断を、例えばコネクタ部１８を介して入力した第２の点火信号などに応じて行うスイッチ回路なども含めて構成されている。
即ち、一次コイル１２の巻線、ならびに三次コイル１３の巻線はイグナイタ部２０に配線接続されており、各巻線に流れる直流電流は、イグナイタ部２０によって制御されるように構成されている。
なお、一次コイル１２および三次コイル１３に流れる各直流電流は、コネクタ部１８を介して外部接続された例えばバッテリ等の直流電源から供給されるもので、上記のようにイグナイタ部２０を介して一次コイル１２と三次コイル１３に流れるように回路接続されている。
【００１９】
図２は、図１の一次ボビンの構成を示す斜視図である。図示した一次ボビン１１は、略筒状に形成されており、当該筒状長手方向の両端に一次ボビン端部鍔３３と一次ボビン端部鍔３４を各々備えている。また、一次ボビン端部鍔３３と一次ボビン端部鍔３４との間には、一次ボビン中央鍔３２を備えている。
また、一次ボビン１１は、例えば一次ボビン端部鍔３３とコネクタ部１８背面との間に、図１に示したイグナイタ部２０を設置固定するように構成されている。
一次ボビン１１に固定されたイグナイタ部２０は、当該イグナイタ部２０の各入出力端子とコネクタ部１８の端子ピン、一次コイル１２の巻線端部、三次コイル１３の巻線端部が接続固定されている。
【００２０】
一次ボビン端部鍔３３と一次ボビン中央鍔３２との間には、一次コイル１２が巻回された一次コイル巻線部１２ａが設けられており、一次ボビン中央鍔３２と一次ボビン端部鍔３４との間には、三次コイル１３が巻回された三次コイル巻線部１３ａが設けられている。このように一次コイル１２と三次コイル１３は、一次ボビン中央鍔３１によって隔てられて巻線が重畳しないように配置されている。
また、一次コイル１２の中心孔と三次コイル１３の中心孔にはセンタ鉄心１６が挿通されており、これらのコイルは同一の磁気回路（磁束経路）に配置されている。
【００２１】
一次ボビン１１は、一次ボビン中央鍔３４と一次ボビン端部鍔３３との間に、三次コイル１３巻線の各端部線を固定する一次ボビン溝３１が形成されている。
詳しくは、一次ボビン溝３１は、一次ボビン中央鍔３４に形成された、三次コイル１３の巻線の始端部分ならびに終端部分を各々固定する、例えば切欠きなどの固定機構部（図示省略）から、一次ボビン端部鍔３３の外側部位等に固定されているイグナイタ部２０に到達する位置まで、当該一次ボビン１１の筒状に形成されたボビン本体表面に設けられている。
即ち、一次ボビン溝３１は、一次コイル１２巻線が巻回されるボビン本体表面に形成されており、そのため、三次コイル１３は、一次コイル１２よりも先に一次ボビン１１に巻回され、イグナイタ部２０またはコネクタ部１８に配線接続されている。
【００２２】
三次コイル１３の巻線各端部（巻線の始端および終端）は、前述の一次ボビン溝３１を用いて例えばイグナイタ部２０の接続端子まで配線されている。この配線部分は一次コイル１２の中心側に配置固定されおり、点火コイル１もしくは一次ボビン１１は、バッテリなどの直流電源に対して、三次コイル１３を一次コイル１２と並列に回路接続することも、三次コイル１３と一次コイル１２とを直列に回路接続することも可能に構成されている。
具体的には、例えば一次コイル１２の巻線各端部と三次コイル１３の巻線各端部を各々イグナイタ部２０の接続端子に配線接続し、コネクタ部１８を介して外部から入力した制御信号等に応じて、イグナイタ部２０において一次コイル１２と三次コイル１３とを並列接続、または直列接続するように各巻線端部の接続等を切替えるように構成することも可能である。
上記の一次ボビン中央鍔３４は、一次コイル１２と三次コイル１３の各巻回長さ等に応じた位置に設置されている。
点火コイル１は、一次ボビン端部鍔３３と一次ボビン中央鍔３２との間に三次コイル１３を設置し、一次ボビン中央鍔３２と一次ボビン端部鍔３４との間に一次コイル１２を設置するように構成してもよい。なお、このとき一次ボビン溝３１には、一次コイル１２の巻線の始端部分と終端部分が固定されている。
一次コイル１２と三次コイル１３とを直列接続した場合には、イグナイタ部２０に備えられた単一のスイッチ手段（図示省略）等によって、これらのコイルに流れる直流電流（一次電流）を制御し、即ち当該電流の通電ならびに遮断を所定のタイミングで行い、二次コイル１５に高電圧を発生させる。
【００２３】
一次コイル１２と三次コイル１３とを並列接続した場合には、各コイルにイグナイタ部２０に備えられた２つのスイッチ手段（図示省略）が各々回路接続され、一次コイル１２に流れる直流電流（一次電流）と三次コイル１３に流れる直流電流とを個別に制御する。
即ち、一次コイル１２と三次コイル１３とを並列接続したときのイグナイタ部２０は、例えば、一次コイル１２には第１スイッチ手段が接続され、三次コイル１３には第２スイッチ手段が接続されるように回路構成されており、また、これらのスイッチ手段は、コネクタ部１８を介して外部から入力した制御信号等に応じて各々独立してスイッチ動作するように構成されたものである。
なお、ここで説明した点火コイル１は、例えば一次コイル１２と三次コイル１３に同一の直流電源（図示省略）から各々直流電流が供給されるように外部接続されたものであるが、一次コイル１２と三次コイル１３に異なる直流電源等からそれぞれ直流電流を供給するように接続構成することも可能である。
【００２４】
上記のように一次コイル１２と三次コイル１３とを、直流電源に対して並列接続した場合には、各々異なるタイミングで直流電流の通電遮断を行うことができる。このように動作するときには、例えば、一次コイル１２に流れる一次電流の通電遮断を制御する点火信号と、三次コイル１３に流れる直流電流について、換言すると、点火コイル１に点火エネルギを供給するための直流電流について、通電遮断等を制御する制御信号を、外部からコネクタ部１８を介してイグナイタ部２０へ入力する。なお、上記の点火エネルギは、二次コイル１５に高電圧を発生させ、放電電流となって出力されるエネルギである。
【００２５】
ここで、モデルの点火コイルについて説明すると、当該点火コイルの一次コイルの巻数をＮ１、二次コイルの巻数をＮ２としたとき、二次コイルに誘起される高電圧Ｖ２は、
Ｖ２＝（Ｎ２／Ｎ１）×ＶＣＥＳＡＴ
となる。なお、ＶＣＥＳＡＴは、上記モデルの点火コイルに備えられたイグナイタ回路のクランプ電圧である。
上記のように、二次コイルに発生する高電圧Ｖ２は、点火コイルに蓄積される点火エネルギ（二次エネルギ）の大きさによらず、概ね、巻数比（Ｎ２／Ｎ１）およびクランプ電圧ＶＣＥＳＡＴによって大きさが決まる。上記の点火エネルギは、高電圧Ｖ２によって点火プラグの電極間絶縁が破壊されて放電を開始したとき、この放電を持続させるための放電電圧と、点火プラグの電極間等に流れる（二次コイルから出力される）放電電流との積を、放電の継続時間で積分したものである。
なお、上記の放電電流は、一次コイルと二次コイルの巻数比（Ｎ２／Ｎ１）と、結合係数（α）と、一次電流の大きさによって決定され、放電経過時間に伴って減衰する。
また、上記の放電を持続させるための放電電圧は、内燃機関の圧縮比もしくは燃焼室内圧、点火プラグの放電電極間距離（ギャップ長）、混合気の燃料ならびに酸素濃度によって変化する。
【００２６】
本実施例による点火コイル１の三次コイル１３に通電される直流電流は、一次コイル１２を流れる一次電流に対応して通電ならびに遮断が行われる。例えば、一次電流の通電または遮断のいずれかが行われる前から、三次コイル１３に上記の直流電流の通電が開始され、前述の点火エネルギを当該点火コイル１に供給し、一次電流の通電遮断によって二次コイル１５が高電圧を発生して放電電流を出力するとき、当該点火エネルギを用いるようにしてもよい。具体的には、例えば、外部から入力する点火信号や制御信号等によってイグナイタ部２０の動作を制御し、上記のように点火エネルギを用いる。
また、一次コイル１２の通電遮断後においても三次コイル１３に通電を継続させ、一次電流の通電遮断によって高電圧を発生した後の二次コイル１５に点火エネルギを（三次コイル１３から）供給し、当該高電圧の印加後に点火プラグ等に流れる放電電流の継続時間を延長するように、例えば、外部から入力する点火信号や制御信号等によってイグナイタ部２０の動作を制御してもよい。
なお、一次コイル１２の一次電流を遮断した後に三次コイル１３に直流電流を供給するときには、一次コイル１２に通電したときに発生する磁束に対して逆向きとなるように（逆方向の磁束が生じるように）、当該三次コイル１３に直流電流を通電して二次コイル１５の出力電流（放電電流）となる点火エネルギを供給する（三次コイル１３を用いて二次エネルギを向上させるフォワード方式）。
【００２７】
また、一次コイル１２に通電されたときに発生する磁束と同一方向に磁束が発生するように三次コイル１３に直流電流を通電したときには、これらのコイルが発生した磁束は、同一の磁気回路を同方向に進行して二次コイル１５に鎖交する。
このように、同一方向に磁束が発生するように一次コイル１２に通電する電流方向と三次コイル１３に通電する電流方向を設定し、一次コイル１２に通電している一次電流と三次コイル１３に通電している直流電流とを同時に遮断して二次コイル１５に高電圧を誘起し、大きなエネルギの放電電流を出力するように例えばイグナイタ部２０の動作を制御してもよい（三次コイル１３を用いて二次エネルギを向上させるフライバック方式）。
【００２８】
点火コイル１は、一次コイル１２に流れる一次電流の通電ならびに遮断を行うタイミングと、三次コイル１３に流れる直流電流の通電ならびに遮断を行うタイミングを適当に調整、制御することにより、二次コイル１５から点火プラグ等へ出力する放電電流を長時間継続することが可能になる。
また、一次コイル１２に流れる一次電流と三次コイル１３に流れる直流電流の各大きさを制御して、各コイルに通電されたこれらの電流を同時に遮断することにより、二次コイル１５から出力される放電電流のピーク値を調整することもできる。
即ち、内燃機関の運転状況、もしくは燃焼状態が良好な場合には、点火コイル１から点火プラグ等へ供給する点火エネルギ（二次エネルギ）の大きさを必要最小限に調整、制御することが可能であり、点火コイル１の消費電力を抑制することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１点火コイル
１０ケース
１１一次ボビン
１２一次コイル
１２ａ一次コイル巻線部
１３三次コイル
１３ａ三次コイル巻線部
１４二次ボビン
１５二次コイル
１６センタ鉄心
１７サイド鉄心
１８コネクタ部
１９高圧端子
２０イグナイタ部
３１一次ボビン溝
３２一次ボビン中央鍔
３３，３４一次ボビン端部鍔
１００点火コイル
１０１一次ボビン
１０２一次コイル
１０３二次ボビン
１０４二次コイル
１０５コネクタ部
１０６イグナイタ部
１０７高圧端子
１０８サイド鉄心
１０９センタ鉄心
１１１ケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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