JP2011526406A - 圧力センサを備えた点火プラグ - Google Patents

Abstract

本発明は点火プラグに関する。該点火プラグは、その基本設計が内燃機関用として意図されており、金属ハウジング（２）を備えており、金属ハウジング（２）は、前方に配置された接地電極（３）と内燃機関内に搭載するための後方シール面（１８）を備えたねじ(２１)とを備えている。この点火プラグは特に、燃焼室内の圧力を測定するためにハウジング(２)内の側部に配置されている圧力センサ（４）と、中心電極（７）を備えているセラミック本体（６）とを備えており、該セラミック本体（６）は、ハウジング(２)内で圧力センサ（４）に隣接して配置されており且つ電気絶縁体として機能する。セラミック本体（６）は、セラミック本体（６）をハウジング(２)内にクランプするために、燃焼室（１９）から見て前方のクランプ用肩部（８）と後方のストッパ（９）とを備えている。本発明によれば、セラミック本体（６）の外径Ｄ_Ｋは、後方のシール面（１８）と前方のクランプ用肩部（８）との間に配置されているねじ部（２１）の部分（Ｂ）において次第に減少している。

Description

本発明は点火プラグに関し、該点火プラグは、基本設計が内燃機関用として意図されており、前方に配置された接地電極と内燃機関内に搭載するための後方シール面を備えたねじ部とを備えた金属ハウジングと、燃焼室の圧力を測定するために前記ハウジング内の側部に配置されている圧力センサと、中心電極を備えているセラミック本体とを備えており、該センサは、前記ハウジング内で前記圧力センサに隣接して設けられており且つ電気絶縁体として機能し、前記セラミック本体は、該セラミック本体を前記ハウジング内にクランプするために、前記燃焼室から見て前方のクランプ肩部と後方のストッパとを備えている。

このタイプの点火プラグは既知である。ハウジング内でセラミック本体に隣接した位置に圧力センサを収容するために、セラミック本体は、前記ねじの前方領域の外径が小さくなされている。この点火プラグは、セラミック本体内のテーパーが付いている場所がきわめて脆弱な場所となり、セラミック本体が機械的荷重を受けると壊れる危険性が高いという不利な点を有している。セラミック本体の壁の厚みもまた外径が小さいことによって薄くなり、これは、点火電圧による電気的負荷がかかると壊れる危険性が高いという結果をもたらす。このような点火プラグは使用するには不十分である。

上記の問題点は、種々の付帯事情の相互作用によって生じる。

センサはセラミック本体に隣接して収容されなければならないけれども、ねじ部の大きさは予め規定されているので、セラミック本体は、この領域では比較的小さくなければならず、また中心から側方に向かってずれていなければならない。このようにセラミック本体の軸線がずれていることは、燃焼室の点火条件が変化するので不利である。従って、セラミック本体が中心に寄れば寄るほど、セラミック本体の前記前方領域は薄くなる必要がある。

更に、セラミック本体は、エンジン内に搭載される際及び使用中に高い機械的な応力に曝される。例えば、点火プラグの後部を結合する際に整備士によって又は使用中の激しい振動によって力がかけられることによって生じる横方向の力によって、後方のシール面と前方のクランプ用肩部との間のねじ部分においてセラミック本体の破壊が発生し得る。ねじ部は薄くなければならず且つクランプ用肩部とストッパとの間でクランプされるので、この領域は特に危険に曝される。

本発明は、基本設計は上記のタイプであり且つ機械的強度が高く且つそれと同時にセラミック本体をハウジングの中心軸線の方向にずらした点火プラグを提供することを目的としている。

上記目的は、特許請求の範囲の特徴部分によって達成される。

本発明が基本とする考え方は、セラミック本体の外径が、ハウジングの後方シール面からセラミック本体の前方のクランプ用肩部との間のねじ部において次第に小さくなっているという点にある。セラミック本体が、従来技術による他のセラミック本体と異なり、この部分で円筒状に伸長していないという点は、センサを配置するための前方領域に役に立つ空間が使える状態にあることを意味している。

この領域の直径は、突然にではなくこの領域に亘って連続的に減少しているので、曲げ強度が増し且つセラミック本体が壊れる危険性が著しく減少する。従来技術においてストッパの後方のセラミック本体の壁厚が突然に減少することにより構造的に誘導される潜在的破壊点が特に排除される。

更に、このようにして達成されるセラミック本体の比較的大きな直径は、セラミック本体の壁厚が後方に向かって増大され、これは比較的大きな破壊強度に関して直接的効果を有する。セラミック本体の各点における絶縁厚みは、外径が基本的に連続的に減少していることによって構造的条件に対して最適化させることができる。このことは、障害抑制抵抗のための中心の安全器を後方部分に配置することができ、破壊強度のために必要なセラミック本体の壁厚を維持することができることを意味している。

更に好ましい実施例は特許請求の範囲の従属項に記載されている。

以下、図面を参照して、本発明を更に詳細に説明する。参照符号は、全ての図面について同じ意味を有している。
図１は、従来技術による点火プラグの概略断面図である。 図２は、本発明による点火プラグの概略断面図である。 図３は、前方のクランプ用肩部と後方のストッパとの間の本発明による種々の外形形状を示している概略図である。

図１は、従来技術による内燃機関のための点火プラグ１を概略断面図で示している。燃焼室１９は図面の右側にある。点火プラグ１は金属ハウジング２を備えており、金属ハウジング２は、前方に配置され且つ燃焼室１９に向けて整合されている接地電極３を備えている。燃焼室内の圧力を測定するための圧力センサ４がハウジング２内の側部に配置されており、センサ４はセンサコネクタ５を備えている。コネクタが一体化されていない他の設計もまた知られている。これらの他の設計は、センサのケーブルが点火プラグから突出するという不利な点を有している。突出しているセンサケーブルは、点火プラグが搭載されているときに損傷を受けてはならない。この場合の不利な点は、ケーブルを別個に交換できないという点である。

同様にハウジング２内の圧力センサ４の隣にはセラミック本体６が設けられており、セラミック本体６は、該セラミック本体の中心を貫通して延びている中心電極７のための電気絶縁体として機能する。セラミック本体は、燃焼室から見て前方のクランプ用肩部８と後方のストッパ９とを備えている。これらは、ねじ要素１０によってセラミック本体６をハウジング２内にクランプするために使用される。

セラミック本体６の前方領域においては、クランプ用肩部８の前方において、セラミック本体６は概して円錐形態又はそれに似た形態で縮小している。この領域は点火プラグの熱価を規定しているが、本発明にとって重要ではない。ハウジングにはエンジンに対向したシール面１８を備えたねじ部２１も適用されている。

前方のクランプ用肩部８と後方のストッパ９との間の領域内の後方のストッパ９の近くには急な段部２０が付与されており、その結果、セラミック本体６は、前方領域における空間要件が比較的小さい。従って、中心電極７の軸線１４を有しているセラミック本体６は、ハウジング２内に点火プラグ１の軸線１５から距離Ａだけずらして配置されている。これによって、ハウジング２の一方の側部に付加的な空間が形成され、該空間内に圧力センサ４を収納することができる。

図１による点火プラグ１の不利な点は、圧力センサ４及び／又は該圧力センサに必要な接点が同様の空間を有していなければならないので、セラミック本体６における前方のクランプ用肩部８と段部２０との間の部分のセラミックの厚みが薄く且つ外径Ｄ_ｋが小さい結果として、結合部１７の領域に接線方向の力がかかるとセラミック本体が壊れやすいという付随傾向があることである。この薄さによって破壊の危険性も増大する。破壊の危険性は、セラミック本体が後方においてハウジングから突出している場合に特に増大する。

図１によるこのような点火プラグ１の大きな不利な点は、段部２０において破壊される危険性が高いことである。この位置は激しい振動の際に高い応力にさらされる。小さなヘアラインクラックでさえ、この位置では破壊の危険が著しく増大する。

更に、距離Ａは、圧力センサ４を備えていない点火プラグ内で点火が起る時点で燃焼室１９内で点火が起こらないという影響を及ぼす。従って、図１によるこの点火プラグ１は如何なる正常な状況に対しても適切ではない。

図２は、本発明による点火プラグ１の概略断面図である。該点火プラグは、同じく、ねじ部２１とエンジンに面したシール面１８とを備えているハウジング２と、前方において該前方に隣接して配置されている接地電極３と、センサコネクタ５を備えている圧力センサ４と、中心電極７を備えているセラミック本体６とを備えている。セラミック本体６は、前方のクランプ用肩部８と後方のストッパ９とを順に備えており、これらによって、セラミック本体６はねじ結合部１０を使用してハウジング２内にクランプされている。一つの代替例として、センサコネクタ５がハウジング２に取り付けられることも可能であり、その場合には、ケーブルガイドのみがハウジング２から引き出される。

好ましい実施例においては、センサは、点火プラグの前方部分好ましくは燃焼室側の前面に搭載される。このことは、特にねじがＭ１４ねじ又はそれより小さいねじである場合に構造上必要である。

従来技術とは対照的に、本発明のこの実施例においては、セラミック本体６の外径Ｄ_Ｋは広い領域１１に亘って減少している。

図３は、領域Ｂにおける本発明によるセラミック本体の種々の外径形状を示している。図３ａにおいては領域Ｂ全体の外形形状が放物線状であり、この場合には外径が減少している領域１１が領域Ｂ全体に亘って形成されている。この外形形状によれば、セラミック本体６の最良の曲げ強度がもたらされる。図２も同様にこのような放物線状の外形形状を示している。

図３ｂ及び３ｃには円錐形の外径形状が示されており、図３ｂにおける外径減少領域は領域Ｂ全体に形成されているが、図３ｃにおいては領域Ｂの約半分だけに形成されている。図３ｄ、３ｅ及び３ｆにおいては、外径減少領域１１は、同様に、領域Ｂの約半分のみを形成しており、この場合には、外径減少部は二段（図３ｄ、３ｅ）で延びているか又は複数段（図３ｆ）で延びており、外形形状はこれらの段部間で円筒形の外形形状を有している。これらの段部は、角度が付けられた形態か又は丸味を付けられた形態で始まり且つ／又は終わらせることができ、これらの段部は、図３ｄにおけるように円錐形状に延びるか又は図３ｅにおけるように軸線１４に直角に延びることができる。前記の形態の組み合わせもまた可能である。しかしながら、本発明による外形形状の特徴は、領域Ｂ内の最初の外径減少部分と最後の外径減少部分との間の領域として規定されている外径減少領域１１全体が、中央の円筒形領域にかかわらず且つ前方のクランプ用肩部８及び後方のストッパ９自体を除いて、領域Ｂの少なくとも５０％を形成している点である。領域１１は、好ましくは、領域Ｂの少なくとも７０〜９０％を形成しているべきである。

最良の強度が円錐形の外形形状によって達成されるか又は放物線状の外形形状によって達成されるかにかかわらず、次善の解決方法は、ほんの若干不十分な設計に依存し且つ本発明の着想をも想定している。本発明の着想によれば、ねじ部の後方から前方のクランプ用肩部８に向かって直径が徐々に減少することにより、センサのために最適化された空間的要件により且つセラミック本体の中心からの偏りが出来る限り小さい状態により、破壊強度が最大化される。外径は、後方のストッパ９の位置まで均一に且つ徐々に延びているのが理想的である。

本発明による実施例によれば、直径全体の減少が極めて小さい領域で生じ且つ一段の外径Ｄ_Ｋのみが存在し且つ第一にセラミック本体の強度が低下し第二に高電圧で破壊する危険性が増すという従来技術における状況を避けることができる。

図２に示されている点火プラグ１はまた、前記の基本設計とは異なり、絶縁スリーブ１２をも備えている。この絶縁スリーブは、セラミック本体６の後方部分を結合部１７まで包囲している。この基本設計は、例えば、選択可能な外径Ｄ_Ｉを有する絶縁スリーブ１２に適合させることができる。点火プラグの種々の製造者は、結合部１７のための種々の外径Ｄ_Ｉの絶縁スリーブ１２を要望するので、これによって、同じ基本設計を種々の結合部１７に対して簡単に適合させることができる。点火プラグ１上に配置される点火プラグのキャップは、破壊を防止するように、それらのゴム製のリップ部によって十分に覆われていなければならない。このようにして、本発明による点火プラグ１には、破壊が起こる可能性がない状態で３０ｋＶ以上の点火電圧を供給することができる。

セラミック本体１３にはまた障害抑制抵抗１３をも設置することができ、この障害抑制抵抗は、従来技術による一般的な構造内には面倒な形態でのみ収容される。セラミック本体６の内側空間は、前記の領域１１内のセラミック本体６の外径Ｄ_Ｋのゆっくりとなされる減少によって形成され、絶縁の損失は受けるはずがない。セラミック本体６の内側空間は、破壊強度の決め手となる最小壁厚が最適となるように、その最も厚みのある部分に形成されるのが好ましい。

本発明によるセラミック本体６の形状は、中心電極７の軸線１４が点火プラグ１の軸線１５から１ｍｍ未満の距離となる程度までセラミック本体６を概して点火プラグ１の中心内へずらすことができることを意味している。これにより、圧力センサ４を備えている本発明による点火プラグ１による点火は、圧力センサを備えていない点火プラグにおいて通常起こる点火点の極めて近くにおいて生じ得る。

センサコネクタ５はハウジング２内に収容するための特別な課題である。圧力センサを備えているがセンサコネクタを備えていない点火プラグも知られている。これらのモデルにおいては、センサケーブルは、ハウジングのすぐ外側で圧力センサから延びており且つ外部の測定装置に接続される。これらのモデルは、あらゆるコネクタを収容しなければならないわけではないので問題点がより少ない。この構造の不利な点は、この場合にはセンサケーブルを交換できない点である。本発明による点火プラグ１の構造は特にセンサコネクタ５を備えていても備えていなくても良いものとすることができる。

もう一つ別の課題は圧力センサのタイプである。原理的には、光学的圧力センサ及び圧電式圧力センサを特に使用することができる。光学的圧力センサは比較的小さく、従って、点火プラグ内に比較的簡単に収容することができる。一方、これらの光学的圧力センサは、すすの堆積により容易に汚れ且つそれらの機能の研究は比較的不十分である。圧電式圧力センサは比較的大きく、従って収納が困難であるが、それらの動作は極めて良く知られている。

絶縁体がハウジング内に交換可能に取り付けられている場合は、センサは概して点火プラグよりも寿命が長いので好ましい。従って、該センサは再使用できる。

接点１６が設けられている場合には、該接点は圧力センサ４とセンサコネクタ５との間に延びており、この接点により、取得されたデータを伝送することができる。接点１６は、唯一の測定ラインを含んでおり接地ラインは金属ハウジング２内を延びているのが好ましい。しかしながら、測定ラインは絶縁性が高くなければならない。２つの測定ラインを備えている一般的な接点も可能である。接点１６は、本発明によれば、偏ってセンサコネクタ５に接続される。これによって同じく空間が節約される。なぜならば、センサコネクタ５は、ハウジングがこのハウジングの段部１８の前方より外径が大きいハウジングの段部１８の後方部分に収容できるからである。センサコネクタ５は、接点１６をセンサコネクタ５に偏って取り付けることにより、ハウジングの更に外方に取り付けることができる。これによって、セラミック本体６は、次いで、この位置に比較的大きい外径Ｄ_Ｋを有することができる。センサコネクタ５に対する偏った取り付けはまた、この方法により、基本的にまっ直ぐな接点を接点１６内に突出部が存在する必要なく実現することができる。この接続は、堅牢な設計を有することができ且つ差し込み式であるのが好ましい。このような接点の利点は、例えば共鳴振動数が高い点にある。

１ 点火プラグ
２ ハウジング
３ 接地電極
４ 圧力センサ
５ センサコネクタ
６ セラミック本体
７ 中心電極
８ クランプ用肩部
９ ストッパ
１０ ねじ要素
１１ 外径形状が縮小している領域
１２ 絶縁スリーブ
１３ 障害抑制抵抗
１４ 中心電極の軸線
１５ 点火プラグの軸線
１６ 接点
１７ 結合部
１８ ハウジングの段部、エンジンに面しているシール面
１９ 燃焼室
２０ 段部
２１ ねじ部
Ａ 軸線間距離
Ｂ 前方のクランプ用肩部とエンジンに面しているシール面との間の領域
Ｄ_Ｋ 前方領域１１内のセラミックの外径
Ｄ_Ｉ 絶縁体の外径

Claims (12)

1. 基本設計が内燃機関用として意図されたものである点火プラグであり、
   前方に配置された接地電極（３）と内燃機関内に搭載するための後方のシール面（１８）を備えたねじ部（２１）とを備えたハウジング（２）と、燃焼室内の圧力を測定するために前記ハウジング（２）内の側部に配置された圧力センサ（４）と、中心電極（７）を備えているセラミック本体（６）であって前記ハウジング（２）内で前記圧力センサ（４）に隣接して配置されており且つ電気絶縁体として機能するセラミック本体（６）とを備えており、前記セラミック本体（６）は、前記ハウジング（２）内に、燃焼室（１９）から見て前方のクランプ用肩部（８）と後方のストッパ（９）とを備えており、前記セラミック本体（６）の外径Ｄ_Ｋが、前記後方のシール面（１８）と前方のクランプ用肩部（８）との間に位置するねじ部（２１）の領域で次第に減少していることを特徴とする点火プラグ。
2. 前記直径の減少の形状が円錐形又は放物線状であることを特徴とする請求項１に記載の点火プラグ。
3. 前記基本設計が、選択可能な外径Ｄ_Ｉを有している絶縁スリーブ（１２）に適合可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の点火プラグ。
4. 前記絶縁本体が前記ハウジングに交換可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一の項に記載の点火プラグ。
5. 前記中心電極（７）の軸線（１４）が当該点火プラグの軸線（１５）から１ｍｍ以下の距離の位置にあることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一の項に記載の点火プラグ。
6. 前記圧力センサ（４）が圧電原理又は光学的原理に基づいていることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか一の項に記載の点火プラグ。
7. 前記圧力センサ（４）が前記ハウジング（２）の燃焼室側の前方に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか一の項に記載の点火プラグ。
8. 前記ハウジング（２）がセンサコネクタ（５）を備えていることを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか一の項に記載の点火プラグ。
9. 前記圧力センサ（４）と前記センサコネクタ（５）との間に接点（１６）を備えており、該接点（１６）が偏って前記センサコネクタ（５）に接続されていることを特徴とする請求項８に記載の点火プラグ。
10. 前記セラミック本体（６）が、後方においてハウジング（２）から突出していることを特徴とする請求項１〜９のうちのいずれか一の項に記載の点火プラグ。
11. 前記セラミック本体（６）が障害抑制抵抗（１３）のための内部安全器を備えていることを特徴とする請求項１〜１０のうちのいずれか一の項に記載の点火プラグ。
12. 前記ねじ部（２１）がＭ１４より小さいか又は等しいねじであることを特徴とする請求項１〜１１のうちのいずれか一の項に記載の点火プラグ。

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