JP2008106655A - 点火プラグ一体型多機能点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、点火プラグ一体型の燃焼装置において、点火プラグ、点火コイル、燃料噴射装置を１つの筐体におさめて一体化して省スペース化を図り、エンジンの高効率燃焼設計を可能とするとともに、点火プラグの電極を交換可能にして、プラグメンテナンス時の無駄を省いたプラグ一体型多機能点火装置を提供することにある。
【解決手段】本発明に係る多機能点火装置は、内燃機関のエンジンのプラグトップに直結される点火コイルを含む点火装置にあって、当該点火コイルと燃料噴射弁及び燃料噴射ノズルとを１つの筐体に収め、筐体の下端に点火プラグの中心電極と接地電極が取外し可能に取付けられている構成を採用した。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車などのエンジンの点火装置のうち、独立点火方式のエンジンのヘッドカバーに直接取付けられる点火装置に関する。

自動車の高性能化に伴って最近では多くのセンサー等の電装品がエンジン周りに取付けられるため、エンジンルーム内におけるスペースを有効に確保することが求められている。そのため、内燃機関自体を小型化することも含め内燃機関の設置スペースの縮小化が設計上の大きな問題となっている。従来の独立点火方式における燃焼装置は、点火プラグ、点火コイル、直噴インジェクタとが狭い範囲に集中しており、シリンダーヘッドまわりの設計的自由度が低下し、エンジンの高効率燃焼設計の妨げとなっていた。そこで、これらの部材を一体化することによりスペースの縮小化を図る試みがなされている。

例えば、特許文献１の「点火プラグ一体型電磁式燃料噴射弁」は、大型化させず、噴射量の微調整を行なうことができ、生産性及び安全信頼性を向上させ、かつ噴射量の経時変化の少ない点火プラグ一体型の電磁式燃料噴射弁を提供することを目的としたもので、図６に示すように電磁力の消滅、発生によりニードルがその軸方向に進退可能に収容され、ニードルはその前進により噴孔を閉鎖し、後退により噴孔を開いて燃料を微粒化して燃焼室へ噴出するノズルの下方へ点火プラグ電極の放電空隙を配置し、上記ニードルを介して高電圧を導くようにした点火プラグ一体型電磁式燃料噴射弁において、第１の導電性バネ部材を介して上記ニードルと直列に配置されており、軸方向に位置を変化させることによって、上記第１の導電性バネ部材を介して上記ニードルの上記前進方向へ作用する付勢力を調整し、燃料の噴射量を調整可能な噴射量調整部材と、高電圧入口側に設けられた部材と上記噴射量調整部材との間に圧縮状態で介装された第２の導電性バネ部材と、を備え、上記高電圧入口側部材から上記点火プラグ電極に至る高電圧経路が、上記第２の導電性バネ部材、噴射量調整部材、第１の導電性バネ部材、ニードルによって構成されることを特徴とする点火プラグ一体型電磁式燃料噴射弁である。このような形態によれば、燃料噴射ノズルがプラグ電極を兼ねているため大型化せず、噴射量の経時変化も少ないとされている。但し、筐体内には点火コイルが内蔵されておらず、点火コイルを別途用意しなければならないといった問題があった。

また、特許文献２の「コイル一体型点火プラグ」は、磁束の洩れに伴う点火プラグ部への供給電圧の損失が少なく、良好な火花放電を行うことを可能とする閉磁路をコイル一体型点火プラグに有しつつ、かつ、小型化への対応についても十分に満足することができるコイル一体型点火プラグを提供することを目的としたものであり、図５に示すようにコイル一体型点火プラグは、一次コイル及び二次コイルを巻装してなる中心コア部と該中心コア部の外側に位置する外部コア部とを有する強磁性体材料よりなるコイルコアを備えてなる点火コイル部と、軸孔を有し該軸孔に中心電極が挿設されている絶縁体と、該絶縁体を嵌着する主体金具とを備えてなる点火プラグ部とから構成され、前記点火コイル部と前記点火プラグ部とが回転不能に一体化されていると共に、該点火コイル部の前記コイルコアと該点火プラグ部の前記主体金具により閉磁路が形成される構成を採用している。点火コイルと点火プラグを１つの筐体に収めることで小型化を図ったものであるが、図に示されているように、この装置は、２次コイルの高圧出力部がプラグの中心電極と直結しており、接地電極は主体金具を経てコイルケースを兼ねる外周コアに直接接続されたものとなっている。このような形態であれば、小型化が図れるが、燃料噴射機能を有しておらず、燃料噴射装置が別途必要となってくるといった問題があった。
なお、前記特許文献１、２に開示されている装置においては、点火プラグが取外し不可能にハウジングと一体的構造をなしており、点火プラグの電極の摩耗にともなう交換を実施する場合は、耐久的に問題のない燃料噴射装置等、他の機能部品も交換しなければならず、メンテナンス性が悪く無駄が発生していた。
特開平８−１４１３８号公報 「点火プラグ一体型電磁式燃料噴射弁」 平成８年１月１６日公開 特開２０００−２５２０４０号公報 「コイル一体型点火コイル」 平成１２年９月１４日公開

そこで、本発明の課題は、点火プラグ一体型の燃焼装置において、点火プラグ、点火コイル、燃料噴射装置を１つの筐体におさめて一体化して省スペース化を図り、エンジンの高効率燃焼設計を可能とするとともに、点火プラグの電極を交換可能にして、プラグメンテナンス時の無駄を省いたプラグ一体型多機能点火装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る多機能点火装置は、内燃機関のエンジンのプラグトップに直結される点火コイルを含む点火装置にあって、当該点火コイルと燃料噴射弁及び燃料噴射ノズルとを１つの筐体に収め、筐体の下端に点火プラグの中心電極と接地電極が取外し可能に取付けられている構成を採用した。
また、本発明に係るプラグ一体型多機能点火装置は、上記構成において、燃料噴用ノズルが点火プラグの中心電極を兼ね、当該ノズル先端の電極チップが取外し可能に取付けられる構成を採用した。
また、本発明に係るプラグ一体型多機能点火装置は、上記構成において、点火コイルと燃料噴射弁を制御する制御線が前記筐体に配置された単一のコネクタ内の各端子に接続される構成を採用した。

また、本発明に係るプラグ一体型多機能点火装置は、上記構成において、前記筐体が、プラグホール内に挿入可能に円筒状に形成され、当該筐体を構成するケース内に燃料噴射弁に至る燃料の供給通路を設ける構成を採用した。
また、本発明に係るプラグ一体型多機能点火装置は、上記構成において、前記筐体を金属で形成された円筒状のケースとするとともに、当該ケースの下端に点火プラグのグランド電極を一体的に構成するようにした。
また、本発明に係るプラグ一体型多機能点火装置は、上記構成において、前記ケースの一端に失火検知手段を設け、点火時の信頼性を向上させると共に、その出力線を当該ケースに配置したコネクタの所定の端子に配線するようにした。
さらに、本発明に係るプラグ一体型多機能点火装置は、上記構成において、前記失火検知手段は少なくとも燃焼圧センサー又はイオン電流センサーを有するようにした。

本発明の点火プラグ一体型多機能点火装置は、内燃機関のエンジンのシリンダーヘッド周辺に配置されていた点火コイル、燃料噴射装置(燃料噴射弁及び燃料噴射ノズル)、点火プラグ、燃焼圧センサー又はイオン電流センサーを１つの筐体に収めるとともに、当該筐体の形状をエンジンのヘッドカバーのプラグホールに直接挿入できるようにして、各装置の制御線(電源、点火信号、燃料噴射指示信号、接地線等)を当該筐体に配置したコネクタの各端子に接続したため、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）の入出力部から当該コネクタヘ各制御線を集約することができ、配線の簡素化が図れ、シリンダーヘッドまわりの設計的自由度を向上させることが出来る。また、燃料噴射用ノズルは点火プラグの中心電極を兼ね、当該ノズル先端の電極チップが取外し可能に取付けられているため、点火プラグの交換時期には電極チップの交換のみを行えばよく、メンテナンス性を向上させることができる。
また、本発明に係るプラグ一体型多機能点火装置は、燃料噴用ノズルが点火プラグの中心電極を兼ね、当該ノズル先端の電極チップが取外し可能に取付けられる構成を採用したので、燃料による電極の冷却作用により電極チップの摩耗を抑制するという作用を有すると共に、電極のメンテナンス時には電極チップのみを交換すれば良いため、無駄を省くことが出来る。
また、本発明に係るプラグ一体型多機能点火装置は、点火コイルと燃料噴射弁を制御する制御線が前記筐体に配置された単一のコネクタ内の各端子に接続される構成を採用したので、ＥＣＵから各燃焼装置にそれぞれ独立して制御線を接続する必要はなく、ＥＣＵの入出力部から前記単一のコネクタヘ制御線を集約することができるため簡素化が図れる。

また、本発明に係るプラグ一体型多機能点火装置は、前記筐体が、プラグホール内に挿入可能に円筒状に形成され、当該筐体を構成するケース内に燃料噴射弁に至る燃料の供給通路を設ける構成を採用したので、点火コイルの高圧側との沿面距離を稼ぐことができるとともに、当該筐体を冷却するうえで優れた効果を発揮することができる。
また、本発明に係るプラグ一体型多機能点火装置は、上記構成において、前記筐体を金属で形成された円筒状のケースとするとともに、当該ケースの下端に点火プラグのグランド電極を一体的に構成するようにしたので、エンジンのヘッドカバーのプラグホールに当該ケースを直接挿入できるとともに、当該点火装置に突設された取付腕をヘッドカバーに固定すれば、別に点火プラグを用意する必要もなく点火装置を構築できる。
また、本発明に係るプラグ一体型多機能点火装置は、前記ケースの一端に失火検知手段を設け、点火時の信頼性を向上させると共に、その出力線を当該ケースに配置したコネクタの所定の端子に配線するようにしたので、ＥＣＵへ独立して失火検知手段の出力線を接続する必要はなく、ＥＣＵの入出力部から前記コネクタヘ制御線を集約することができるため簡素化が図れる。
さらに、本発明に係るプラグ一体型多機能点火装置は、上記構成において、前記失火検知手段は少なくとも燃焼圧センサー又はイオン電流センサーを有するようにしたので、燃料の燃焼状態を効率良く検知し、生ガス排出等を警告する、センサー出力を容易にプラグホール外に取り出して、ＥＣＵ側に配線することが可能となる。

図１は本発明に係る点火プラグ一体型多機能点火装置の１実施形態における縦断面図を示したものである。この実施形態では、円筒状に形成された金属ケース１の上部にはイグニションコイル部Ａが、下部には電磁式の燃料噴射部Ｂと、その下部に噴射ノズルを兼ねる点火プラグＣとしての中心電極10aが、さらに、当該中心電極10aを取り囲むように、多極に形成された複数のグランド電極９が配置されている。尚、金属ケース１の底部13の外壁には２個のワッシャー間に挟持され、ネジによって締められて燃焼圧センサー18a又はイオン電流センサー18bが配置されている。
金属ケース１は、エンジンのプラグホールに直接挿入可能なように、円筒状に形成され、本実施形態では、金属ケース１の壁11内には、燃料噴射弁に至る燃料通路７が連通している。燃料通路７を当該筐体を構成するケース１の最外壁中に配置したのは、後述する点火コイルの高圧側から出来るだけ沿面距離を確保して、高圧に対する耐久性を確保するためであり、安全対策の１つでもある。

イグニションコイル部Ａにおいては、珪素鋼板が複数枚積層されたＩ字状の中心コア５がインサート成形された２次ボビンに、２次巻線４が巻きまわされ、当該２次ボビンは１次巻線３が巻きまわされた１次ボビンの内側に同軸状に挿入されている。これら、１次及び２次コイルは外部コア２の内側に配置される。２次コイル４の外側に１次コイル３を配置したのは、高圧部と燃料通路７との沿面距離を大きくして、安全性を確保するためである。一方、コネクタ６の一端には、点火を制御する点火ユニット20が配置され、点火ユニット20の端子とコネクタ６所定の端子は抵抗溶接等によって接続される。
次に点火ユニット20が接続されたコネクタ６を１次ボビンの所定位置に係合させて配置する。次に、１次ボビン上に、１次コイル３に点火ユニット20からの入力信号を与える接続用端子が設置されているため、上記と同様に点火ユニット20と抵抗溶接等で接続する。又、２次ボビンには２次コイル４の巻終わり(高圧側)と接続され、点火プラグの中心電極10a側と接続するための２次端子が配置されている。(以下、この状態を「コイルコンプ」と表記する。)

当該２次端子は、点火プラグの中心電極を兼ねる燃料噴射ノズル10を含むシリンダーケース16の上端と電気的に接続するための板バネが係合しており、前述のコイルコンプを金属ケース１の上方開口部から挿入していくことにより、前記板バネがシリンダーケース16の上端と機械的に接触し、２次コイルの高圧出力と前記中心電極の電気的接続が安定状態で保たれることとなる。
尚、コイルコンプの上下方向の位置決めは、金属ケース１の開口端とコネクタ６を嵌合して行う。また、この時、１次ボビンの鍔と金属ケース１の内壁によりコイルコンプの軸線に対する直角度が保たれる。

次に、金属ケース１の底部13の外壁には前述したように、燃焼圧センサー18a又はイオン電流センサー18bが配置されており、図２に拡大表示したように当該センサー18a(18b)の出力線19は金属ケース１の外部に突出された配線ラインを通し、金属ケース１の内部に引き込まれている。また、出力線19の端末はコネクタ６より制御部へ出力すべく、金属ケース１の上部開口端まで延設されている。
また、金属ケース１の底部13近傍には、燃料噴射装置Ｂが配置されている。当該燃料噴射装置は、噴射弁の駆動に電磁駆動方式を用いている。燃料噴射装置はボビン14に巻き回されたコイル15と噴射弁（電磁弁）30と、当該噴射弁30を収容するシリンダーケース16等から構成される。シリンダーケース16の中ほどには金属ケース１の壁11内の燃料通路７を通過してきた燃料の入射口17が開口されており、シリンダーケース16の先端部は燃料を噴射するためのノズル（中心電極10a）となっている。前記噴射弁30の先端にはノズルに通じる燃料通路を開閉するため、先端が円錐状に尖ったニードル30aが設けられており、燃料が所定の圧力でこのニードル30aの周辺の入射口17に供給されると、その加圧力により、噴射弁30には軸方向上部へ移動させようとする力が作用するが、図示していないバネ等の弾性力により常時弁を閉じるように付勢されているため閉弁状態を保っている。コイル15に電圧が供給されると、電磁力で噴射弁30は軸方向に上げられ開弁状態となって、加圧された燃料はノズル方向に給送され、点火装置Ｃで点火燃焼される。本実施形態においては、ＥＣＵからの制御信号により、電磁弁を作動させ、ノズル10より、燃料を噴射する方式をとっているが、燃料噴射については、他の駆動方式であっても問題がないことはいうまでもない。

点火プラグＣの構成は、前述したように噴射ノズル10の先端部がプラグとしての中心電極10aになっており、当該中心電極10aを取り囲むように、多極に形成された複数のグランド電極９が配置されたものとなっている。図２に示した例では噴射ノズルを兼ねた中心電極10aを囲むように４本のＬ字状の多極電極が絶縁体8aを介して配置された構成を採用している。図２の上段は点火プラグ部の断面図であり、下段はノズル開口側から見たその端面部の図である。この点火プラグの電極は頻繁に放電がなされるため消耗が激しい部品であり、本発明のように点火コイルと燃料噴射弁及び燃料噴射ノズルを一体構造としたものにおいて、その消耗に応じて全体を交換することはコスト的に引き合わない。そこで、本発明ではこの消耗部品を交換可能な構成としてこの問題に対処するようにした。この交換可能な構成によって点火プラグの交換時期のメンテナンス性の向上が図られている。
図３はこの消耗部品である噴射ノズルを兼ねたプラグの電極部を分離して示した図である。上方の金属ケース１に収納された点火コイルと燃料噴射弁の端部のリングワッシャーに、多極電極９、絶縁体8aそして中心電極10aが一体となった噴射ノズルＣが嵌合する形態で交換可能にネジ等で取付けられる。

この交換可能な電極部構造は上記の例に限られるものではなく、図４に拡大表示されるように、噴射ノズル先端部をネジ構造で取りはずすことができる構造とし、中心電極10aを多極電極とは別に着脱自在に螺合装着される構成等適宜の着脱自在の形態で交換可能とすることもできる。

次にここに紹介した実施形態を組立てる工程は次のとおりである。燃料噴射装置部Ｂを金属ケース１に組込む際には、シリンダーケース16をセラミックからなる絶縁体8bに挿入し、金属ケース１の下方開口部12へ向けて上方より圧入ぎみに固定する。次に、巻線が施されたボビン14を金属ケース１の上方から下方へ向けて挿入していくことにより、シリンダーケース16と同軸状に、ボビン14の位置決めが行われる。また、このとき、コイル15の端末は後述のコネクタ６に接続すべく、金属ケース１の上方開口端付近まで引き出される。そして燃料噴射装置部Ｂが設置された金属ケース１の上方位置にはイグニションコイル部Ａが組み込まれ、最後に図３で示すように金属ケース１の開口端部に点火プラグＣが取付けられる。

次に、前述の金属ケース１の上方開口端付近まで引き出されていた、燃料噴射弁の制御用のコイル15の端末及び燃焼圧センサー18a又はイオン電流センサー18bの出力線19をコネクタ６の所定の端子に抵抗溶接等で接続する。このとき、コネクタ６は図１に示すとおり、ＥＣＵから接続しやすいように、金属ケース１の上部開口端より突出した状態となっている。
次に、注型用のエポキシ剤を金属ケース１の開口端上方から流し込み固化させて点火プラグ一体型多機能点火装置を得る。さらに、金属ケース１上部の凹凸に合わせるように耐熱ゴム製の高圧ブーツ21を係合する。この状態で、エンジンカバー上部から点火プラグに点火コイル装置を係合させる。なお、金属ケース１には図示しない取付用腕が突設されており、取付用腕にあけられた取付用孔にビスを通してエンジンカバーに固定される。

本発明の点火プラグ一体型多機能点火装置の全体構成を示した図である。 噴射ノズルを兼ねたプラグ電極部の構成を示す部分拡大図である。 交換可能なプラグ電極部を本体から分離した形態を示す図である。 中心電極を噴射ノズルの先端部で独自に交換可能可能とした形態を示す図である。 従来の点火プラグ一体型電磁式燃料噴射弁の構成を説明する図である。 従来のコイル一体型点火プラグの構成を説明する図である。

符号の説明

Ａ 点火コイル部 Ｂ 燃料噴射弁部
Ｃ 噴射ノズル部（プラグ電極部） １ 金属ケース
２ 外部コア ３ 一次コイル
４ 二次コイル ５ 中心コア
６ コネクタ ７ 燃料通路
8a,8b 絶縁体 ９ 多極電極
10 ノズル（10a：中心電極） 11 壁
12 下方開口部 13 底部
14 ボビン 15 コイル
16 シリンダーケース
18 センサー（18a：燃焼圧センサー、18b：イオン電流センサー）
20 点火ユニット 21 高圧ブーツ
30 噴射弁 30a ニードル

Claims (7)

1. 内燃機関のエンジンのプラグトップに直結される点火コイルを含む点火装置であって、当該点火コイルと燃料噴射弁及び燃料噴射ノズルとを１つの筐体に収めたことを特徴とする点火プラグ一体型多機能点火装置。
2. 前記点火装置における燃料噴射用ノズルは点火プラグの中心電極を兼ね、当該ノズル先端の電極チップが取外し可能に取付けられていることを特徴とする請求項１に記載の点火プラグ一体型多機能点火装置。
3. 前記点火コイルと燃料噴射弁を制御する制御線が前記筐体に配置された単一のコネクタ内の各端子に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の点火プラグ一体型多機能点火装置。
4. 前記筐体は、プラグホール内に挿入可能に円筒状に形成されるとともに、当該筐体を構成するケース内に燃料噴射弁に至る燃料の供給通路を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の点火プラグ一体型多機能点火装置。
5. 前記筐体は金属で形成された円筒状のケースをなし、当該ケースの一端に点火プラグのグランド電極が取外し可能に取付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の点火プラグ一体型多機能点火装置。
6. 前記点火装置は、失火検知手段を点火プラグの近傍に設け、当該手段の出力線が前記コネクタの所定の端子に接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の点火プラグ一体型多機能点火装置。
7. 前記失火検知手段は少なくとも燃焼圧センサー又はイオン電流センサーを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の点火プラグ一体型多機能点火装置。

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