CN101169094B - 火花塞一体型多功能点火装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于提供一种火花塞一体型多功能点火装置，在该火花塞一体型的燃烧装置中，将火花塞、点火线圈、以及燃料喷射装置装入到一个框体内形成一体，从而节省了空间，并可实现发动机的高效率燃烧设计，同时可以对火花塞的电极进行更换，避免了火花塞维修时的浪费。本发明所涉及的多功能点火装置为，包含与内燃机的发动机的火花塞顶直接连接的点火线圈在内的点火装置，采用了如下构成，即：将该点火线圈、燃料喷射阀、以及燃料喷射喷嘴装入到一个框体内，且在框体的下端可拆卸地安装火花塞的中心电极与接地电极。
Description
技术领域
本发明涉及一种在汽车等的发动机的点火装置中，直接安装于独立点火方式的发动机的盖罩的点火装置。
背景技术
最近，随着汽车的高性能化需要，由于很多的传感器等电器产品被安装在发动机周围，所以需要有效地确保发动机室内的空间。因此，包括使内燃机自身小型化在内，缩小内燃机的设置空间已成为设计上的一个很大的问题。以往的独立点火方式的燃烧装置中，火花塞、点火线圈、直喷喷嘴都集中在狭小的范围内，故而降低了气缸盖周围的设计自由度，对发动机的高效率燃烧设计造成妨碍。因此，通过使这些部件一体化，来试图缩小空间。
例如，专利文献1“火花塞一体型电磁式燃料喷射阀”以提供一种火花塞一体型的电磁式燃料喷射阀为目的，其体型不大，可对喷射量进行微小调整，提高了生产率以及安全可靠性，并且喷射量随着时间的变化很小，该火花塞一体型的电磁式燃料喷射阀结构如图6所示，收容有阀针，该阀针可随着电磁力的消失、发生而在其轴方向上进退，且利用阀针的前进来封闭喷孔，利用后退来打开喷孔，以便在使燃料微粒化而向燃烧室喷射的喷嘴的下方形成火花塞电极的放电空隙，借助上述阀针来诱导高电压，其特征在于，具有：喷射量调整部件，其经第1导电弹性部件与上述阀针串联配置，通过在轴方向上改变位置，来借助上述第1导电弹性部件而调整向上述阀针的上述前进方向作用的作用力，从而可调整燃料的喷射量；第2导电弹性部件，其在压缩状态下，被夹设于高电压入口侧设置的部件与上述喷射量调整部件之间，这样，从上述高电压入口侧部件到上述火花塞电极的高电压路径由上述第2导电弹性部件、喷射量调整部件、第1导电弹性部件、以及阀针构成。根据这种方式，由于燃料喷射喷嘴兼作火花塞电极，故而体型不大，喷射量随着时间的变化也很小。然而，因点火线圈没有内藏在框体内，因此，存在必须另外准备点火线圈的问题。
另外，专利文献2“线圈一体型火花塞”以提供一种线圈一体型火花塞为目的，其具有闭合磁路，且可以充分满足对于小型化的需要，利用上述的闭合磁路，因磁通量的泄漏所造成的供向火花塞部的供给电压的损失会很小，可进行良好的火花放电，如图5所示，线圈一体型火花塞构成如下，具有：点火线圈部，其具有线圈磁芯，该线圈磁芯是由具有中心磁芯部和外部磁芯部的强磁性体材料组成，上述中心磁芯部是缠绕初级线圈和次级线圈而成，上述外部磁芯部位于该中心磁芯部的外侧；火花塞部，其具有内有轴孔、且在该轴孔内插设有中心电极的绝缘体和嵌装该绝缘体的主体金属件，其中上述点火线圈部与上述火花塞部被不可转动地制成一体化，同时由该点火线圈部的上述线圈磁芯与该火花塞部的上述主体金属件形成闭合磁路。虽然通过将点火线圈与火花塞装入一个框体内而实现了小型化，但是如图所示，在该装置中，次级线圈的高压输出部与火花塞的中心电极直接连接，接地电极经主体金属件与兼作线圈外壳的外周磁芯直接连接。如果采用这种方式，虽然可以实现小型化，但不具有燃料喷射功能，因此，存在需要另外准备燃料喷射装置的问题。
另外，在上述专利文献1、2中所公开的装置，均是火花塞不可拆卸地与外壳成一体的构造，在伴随着火花塞的电极的磨耗而施行更换时，不得不对没有耐久性问题的燃料喷射装置等其他的功能部件进行更换，因此维修性很差，且产生了浪费。
专利文献1：日本专利特开平8-14138号公报“火花塞一体型电磁式燃料喷射阀”平成8年1月16日公开
专利文献2：日本专利特开2000-252040号公报“线圈一体型点火线圈”平成12年9月14日公开
发明内容
因此，本发明的课题在于提供一种火花塞一体型多功能点火装置，对于该火花塞一体型的燃烧装置，是将火花塞、点火线圈、以及燃料喷射装置装入到一个框体内形成一体，从而节省空间，并可实现发动机的高效率燃烧设计的同时，还可对火花塞的电极进行更换，避免了火花塞维修时的浪费。
为了解决上述课题，本发明所涉及的多功能点火装置是，含有与内燃机的发动机的火花塞顶直接连接的点火线圈在内的点火装置，其采用如下构成，即：将该点火线圈、燃料喷射阀、以及燃料喷射喷嘴装入到一个框体内，且在框体的下端可拆卸地安装火花塞的中心电极与接地电极。
另外，本发明所涉及的火花塞一体型多功能点火装置，在上述构成的基础上，采用如下构成，即：燃料喷射用喷嘴兼作火花塞的中心电极，且该喷嘴前端的电极头被可拆卸地安装。
另外，本发明所涉及的火花塞一体型多功能点火装置，在上述构成的基础上，采用如下构成，即：控制点火线圈与燃料喷射阀的控制线与配置在上述框体的单一的连接器内的各端子相连。
另外，本发明所涉及的火花塞一体型多功能点火装置，在上述构成的基础上，采用如下构成，即：上述框体形成为可插入塞孔内的圆筒状，并且在构成该框体的外壳内设置有通至燃料喷射阀的供给通路。
另外，本发明所涉及的火花塞一体型多功能点火装置，在上述构成的基础上，将上述框体作为由金属形成的圆筒状的外壳，同时在该外壳的下端使火花塞的接地电极一体地构成。
另外，本发明所涉及的火花塞一体型多功能点火装置，在上述构成的基础上，在上述外壳的一端上设置失火检测机构，来提高点火时的可靠性，同时，将其输出线配线到在该外壳上配置的连接器的规定的端子上。
此外，本发明所涉及的火花塞一体型多功能点火装置，在上述构成的基础上，使上述失火检测机构至少具有燃烧压力传感器、或离子电流传感器。
本发明的火花塞一体型多功能点火装置，将配置在内燃机的发动机的气缸盖周边位置上的点火线圈、燃料喷射装置(燃料喷射阀以及燃烧喷射喷嘴)、火花塞、燃烧压力传感器或者离子电流传感器装入到一个框体内，同时将该框体的形状做成可直接插入到发动机的盖罩上的塞孔中，由于各装置的控制线(电源、点火信号、燃料喷射指示信号、接地线等)与配置在该框体上的连接器的各端子相连，故而可以集中从ECU(Electronic Control Unit)的输入输出部到该连接器的各个控制线，实现了配线的简明化，从而可以提高气缸盖周围的设计的自由度。另外，由于燃料喷射用喷嘴兼作火花塞的中心电极，且该喷嘴前端的电极头被可拆卸地安装，故而在更换火花塞的时候，仅进行电极头更换即可，从而可以提高维修性。
另外，本发明所涉及的火花塞一体型多功能点火装置，由于采用了燃料喷射用喷嘴兼作火花塞的中心电极，且该喷嘴前端电极头被可拆卸地安装这样的构成，故而根据燃料对电极的冷却作用，而具有了抑制电极头磨耗的效果，同时，由于在对电极进行维修的时候，仅对电极头进行更换即可，故而可以避免浪费。
另外，本发明所涉及的火花塞一体型多功能点火装置，由于采用了将控制点火线圈和燃料喷射阀的控制线与配置在上述框体上的单一的连接器内的各端子相连接这样的构成，故而无需从ECU分别单独连接控制线到各燃烧装置，且由于可以集中从ECU的输入输出部到上述单一的连接器的控制线，故而实现了配线的简明化。
另外，本发明所涉及的火花塞一体型多功能点火装置，由于采用了将上述框体形成为可插入塞孔内的圆筒状，并在构成该框体的外壳内设置有通至燃料喷射阀的燃料供给通路这样的构成，故而可以获得与点火线圈的高压侧沿面放电路径，同时也可以在冷却该框体方面发挥良好的效果。
另外，本发明所涉及的火花塞一体型多功能点火装置，在上述构成的基础上，由于将上述框体作为一种由金属形成的圆筒状的外壳，同时，在该外壳的下端将火花塞的接地电极一体地构成，故而可以将该外壳直接插入发动机的盖罩上的塞孔中，同时，如果将突设在该点火装置上的安装臂固定在盖罩上的话，就可以无需另外准备火花塞来构筑点火装置。
另外，本发明所涉及的火花塞一体型多功能点火装置，由于在上述外壳的一端上设置失火检测机构，来提高点火时的可靠性性，同时，使其输出线配线到在该外壳上所配置的连接器的规定的端子上，故而，不需要单独将失火检测机构的输出线连接到ECU，且由于可以集中从ECU的输入输出部到上述连接器的控制线，故而实现了配线的简明化。
此外，本发明所涉及的火花塞一体型多功能点火装置，在上述构成的基础上，由于使上述失火检测机构至少具有燃烧压力传感器、或离子电流传感器，故而可以很容易地将下述传感器的输出引出到塞孔外，而向ECU一侧进行配线，上述传感器可高效率地检测燃料的燃烧状态，并警告未处理燃气的排放等。
附图说明
图1为表示本发明的火花塞一体型多功能点火装置的全体构成的图。
图2为表示兼作喷射喷嘴的火花塞电极部的构成的局部放大图。
图3为表示将可更换的火花塞电极部从本体分离开的方式的图。
图4为表示在喷射喷嘴的前端部可独自更换中心电极的方式的图。
图5为说明以往的火花塞一体型电磁式燃料喷射阀的构成的图。
图6为说明以往的线圈一体型火花塞的构成的图。
图中
A...点火线圈部；B...燃料喷射阀部；C...喷射喷嘴部(火花塞电极部)；1...金属外壳；2...外部磁芯；3...初级线圈；4...次级线圈；5...中心磁芯；6...连接器；7...燃料通路；8a、8b...绝缘体；9...多极电极；10...喷嘴(10a：中心电极)；11...壁；12...下方开口部；13...底部；14...绕线骨架；15...线圈；16...气缸套；18...传感器(18a：燃烧压力传感器，18b：离子电流传感器)；20...点火单元；21...高压保护罩；30...喷射阀；30a...阀针；
具体实施方式
图1为表示本发明所涉及的火花塞一体型多功能点火装置的1个实施方式中的纵向剖视图的图。在该实施方式中，在形成为圆筒状的金属外壳1的上部配置有点火线圈部A，在金属外壳1的下部配置有电磁式的燃料喷射部B，在燃料喷射部B的下部配置有作为兼作喷射喷嘴的火花塞C的中心电极10a，此外，还以包围该中心电极10a的方式，配置有成为多极的多个接地电极9。另外，燃烧压力传感器18a、或离子电流传感器18b被夹持在2个垫圈之间，并由螺栓紧固配置在金属外壳1的底部13的外壁上。
将金属外壳1形成为圆筒状，以使之可直接插入到发动机的塞孔(plug hole)中，在本实施方式中，在金属外壳1的壁11内连通有通至燃料喷射阀的燃料通路7。之所以将燃料通路7配置在构成该框体的外壳1的最外壁之中，是为了从后述的点火线圈的高压侧尽量确保沿面放电路径(creeping distance)，并确保对高压的耐久性，这也是一种安全对策。
在点火线圈部A中，次级绕线4被缠绕在次级绕线骨架上，该次级绕线骨架是通过嵌入成形层叠有多块硅素钢板的I字形的中心磁芯5而成的，该次级绕线骨架成同轴状地被插入在初级绕线骨架的内侧，初级绕线3被缠绕在初级绕线骨架上。这些初级线圈以及次级线圈被配置在外部磁芯2的内侧。之所以将初级线圈3配置在次级线圈4的外侧是为了加大高压部与燃料通路7的沿面放电路径，从而可以确保安全性。另一方面，控制点火的点火单元20被配置在连接器6的一端，点火单元20的端子与连接器6规定的端子通过电阻焊接等方式相连接。
接着，使与点火单元20相连的连接器6卡合配置在初级绕线骨架的规定位置上。接着，由于在初级绕线骨架上，设置有向初级线圈3传递来自点火单元20的输入信号的连接用端子，故而与上述方法相同，通过电阻焊接与点火单元20进行连接。另外，在次级绕线骨架上还配置有次级端子，其是为了与次级线圈4的绕线终端(高压侧)、以及火花塞的中心电极10a侧连接而设置的。(下面，用“耦合线圈”来标记此时状态)
该次级端子卡合有板簧，且该板簧是为了将该次级端子与气缸套16的上端进行电连接而设置的，其中气缸套16包含有兼作火花塞的中心电极的燃料喷射喷嘴10，通过将上述的耦合线圈从金属外壳1的上方开口部处插入，即可使上述板簧与气缸套16的上端机械地接触，并可使次级线圈的高压输出与上述中心电极的电连接保持在稳定状态下。
另外，对于耦合线圈在上下方向的定位，需通过嵌合金属外壳1的开口端和连接器6来进行。并且，此时，通过初级绕线骨架的突边与金属外壳1的内壁来保持耦合线圈的相对于轴线的垂直度。
接着，在金属外壳1的底部13的外壁上，如前所述，配置有燃烧压力传感器18a、或离子电流传感器18b，如图2放大表示的那样，该传感器18a(18b)的输出线19穿过突向金属外壳1外部的配线线路，被引入到金属外壳1的内部。并且，输出线19的终端为了从连接器6向控制部输出，而被延伸设置直到金属外壳1的上部开口端。
另外，在金属外壳1的底部13附近，配置有燃料喷射装置B。该燃料喷射装置，用电磁驱动的方式来驱动喷射阀。燃料喷射装置由缠绕在绕线骨架14上的线圈15、喷射阀(电磁阀)30、以及收容该喷射阀30的气缸套16等构成。在气缸套16的大约中间位置开设有经由金属外壳1的壁11内的燃料通路7而流来的燃料的入射口17，并将气缸套16的前端部设为喷射燃料的喷嘴(中心电极10a)。为了开关连通喷嘴的燃料通路，在上述喷射阀30的前端处设置有前端呈圆锥状的阀针30a，当燃料被以规定的压力向该阀针30a的附近的入射口17供给时，虽然根据该所施加压力，在喷射阀30上作用有使之向轴方向的上部移动的力，但是根据未图示的弹簧等的弹性力而总被作用为关阀，因此将保持关阀状态。一旦向线圈15供给电压，由于电磁力的作用喷射阀30在轴方向上升起而成为开阀状态，受到加压的燃料被向喷嘴方向输送，最后被点火装置C点火燃烧。在本实施方式中，虽然采取了通过来自ECU的控制信号使电磁阀动作，并通过喷嘴10喷射燃料的方式，但是对于燃料喷射来说，即使是其他的驱动方式当然也不会有问题。
火花塞C的构成如上述那样，是使喷射喷嘴10的前端部成为作为火花塞的中心电极10a，并以包围该中心电极10a的方式，配置有形成了多极的多个接地电极9。在图2所示的例子中，则采用了这样的构成：以包围兼作喷射喷嘴的中心电极10a的方式，隔着绝缘体8a配置有4根L字状的多极电极。图2的上一部分为火花塞部的剖视图，下一部分为从喷嘴开口侧所看到的其端面部的图。由于该火花塞的电极频繁地放电，故而是磨损比较快的部件，对于像本发明这样将点火线圈、燃料喷射阀、以及燃料喷射喷嘴制为一体构造，因为其磨损而把整体都更换掉，比较浪费成本。因此，本发明是将该磨损部件作为可更换的构成，来处理该问题。根据该可更换的构成，提高了火花塞更换时的维修性。
图3为表示分离该磨损部件亦即兼作喷射喷嘴的火花塞电极部的图。将由多极电极9、绝缘体8a、以及中心电极10a所形成一体的喷射喷嘴C以嵌合的方式，通过螺栓可更换地安装在：收纳于上方的金属外壳1内的点火线圈与燃料喷射阀的端部的环状垫圈上。
此类可更换的电极部构造不只局限于上述例子，如图4放大表示的那样，也可以使喷射喷嘴前端部为能够通过螺纹结构来取得的构造，并将中心电极10a和多极电极分开而以可自由装卸的螺合安装构成等适当的自由装卸的形态进行更换。
接着，关于上述实施方式的组装工序如下所述。在将燃料喷射装置部B装入金属外壳1时，将气缸套16插入到由陶瓷制成的绝缘体8b中，并从上方稍微压入金属外壳1的下方开口部12而予以固定。接着，通过从金属外壳1的上方将已被绕线的绕线骨架14向下方插入，来对绕线骨架14进行定位并且使之与气缸套16成同轴状。另外，这时，线圈15的终端为了与后述的连接器6连接，而被引出至金属外壳1的上方开口端附近。然后在已设置好燃料喷射装置部B的金属外壳1的上方位置，装入点火线圈部A，最后如图3所示，在金属外壳1的开口端部安装火花塞C。
接着，将被引出至上述金属外壳1的上方开口端附近的、燃料喷射阀的控制用线圈15的终端以及燃烧压力传感器18a、或离子电流传感器18b的输出线19通过电阻焊接的方式等连接到连接器6的规定端子上。这时，如图1所示，为了方便与ECU连接，连接器6处于一种从金属外壳1的上部开口端突出的状态。
接着，将注模用的环氧剂从金属外壳1的开口端上方注入，并使之固化，从而得到火花塞一体型多功能点火装置。此外，还以配合金属外壳1上部的凹凸的方式，卡合有耐热橡胶制的高压保护罩21。在该状态下，从发动机盖上部使点火线圈装置卡合在火花塞上。另外，在金属外壳1上突设有未加图示的安装用臂，将螺栓穿过设置在安装用臂上的安装用孔使该安装用臂固定在发动机盖上。
Claims (14)
1.一种火花塞一体型多功能点火装置，是含有与内燃机的发动机的火花塞顶直接连接的点火线圈的点火装置，其特征在于，将该点火线圈、燃料喷射阀、以及燃料喷射喷嘴装入于一个框体，上述点火装置中的燃料喷射喷嘴兼作火花塞的中心电极，且该喷嘴前端的电极头被可拆卸地安装。
2.根据权利要求1所述的火花塞一体型多功能点火装置，其特征在于，控制上述点火线圈与燃料喷射阀的控制线与配置在上述框体的单一连接器内的各端子相连接。
3.根据权利要求1或2所述的火花塞一体型多功能点火装置，其特征在于，将上述框体形成为可插入塞孔内的圆筒状，同时在构成该框体的外壳内设置通至燃料喷射阀的燃料的供给通路。
4.根据权利要求1所述的火花塞一体型多功能点火装置，其特征在于，上述框体呈由金属形成的圆筒状的外壳，且在该外壳的一端以嵌合的方式可拆卸地安装有将多极电极、绝缘体、以及中心电极形成一体的喷射喷嘴。
5.根据权利要求2所述的火花塞一体型多功能点火装置，其特征在于，上述框体呈由金属形成的圆筒状的外壳，且在该外壳的一端以嵌合的方式可拆卸地安装有将多极电极、绝缘体、以及中心电极形成一体的喷射喷嘴。
6.根据权利要求3所述的火花塞一体型多功能点火装置，其特征在于，上述框体呈由金属形成的圆筒状的外壳，且在该外壳的一端以嵌合的方式可拆卸地安装有将多极电极、绝缘体、以及中心电极形成一体的喷射喷嘴。
7.根据权利要求1所述的火花塞一体型多功能点火装置，其特征在于，上述点火装置，在火花塞的附近设置有失火检测机构，并且该机构的输出线与上述连接器的规定的端子相连接。
8.根据权利要求2所述的火花塞一体型多功能点火装置，其特征在于，上述点火装置，在火花塞的附近设置有失火检测机构，并且该机构的输出线与上述连接器的规定的端子相连接。
9.根据权利要求3所述的火花塞一体型多功能点火装置，其特征在于，上述点火装置，在火花塞的附近设置有失火检测机构，并且该机构的输出线与上述连接器的规定的端子相连接。
10.根据权利要求4所述的火花塞一体型多功能点火装置，其特征在于，上述点火装置，在火花塞的附近设置有失火检测机构，并且该机构的输出线与上述连接器的规定的端子相连接。
11.根据权利要求7所述的火花塞一体型多功能点火装置，其特征在于，上述失火检测机构至少具有燃烧压力传感器、或离子电流传感器。
12.根据权利要求8所述的火花塞一体型多功能点火装置，其特征在于，上述失火检测机构至少具有燃烧压力传感器、或离子电流传感器。
13.根据权利要求9所述的火花塞一体型多功能点火装置，其特征在于，上述失火检测机构至少具有燃烧压力传感器、或离子电流传感器。
14.根据权利要求10所述的火花塞一体型多功能点火装置，其特征在于，上述失火检测机构至少具有燃烧压力传感器、或离子电流传感器。
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