JP2011527491A - 取付けスペースに最適化された点火プラグ - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関用の点火プラグであって、第１のハウジング部分（２１）、特にハウジングシートと、第２のハウジング部分（２６）、特にハウジング管とを有する金属製のハウジング（２）と、中心電極（４）と、第１のハウジング部分（２１）に配置されたアース電極（５）と、中心電極（４）をアース電極（５）から隔てるための絶縁体（６）とが設けられており、第１のハウジング部分（２１）が第２のハウジング部分（２６）よりも燃焼室近傍に位置しており、第１のハウジング部分（２１）が、組み込まれた状態における点火プラグ（１）の確実な座着のために、ハウジングシート面（２４）を有しており、第１のハウジング部分（２１）の第１の壁厚さ（Ｄ１）が、第２のハウジング部分（２６）の第２の壁厚さ（Ｄ２）に比べて大きく設定されている。

Description

本発明は、内燃機関用の点火プラグであって、緊締ナットを備えていて取付けスペースに最適化された点火プラグに関する。

内燃機関用の点火プラグは、従来技術に基づいて種々様々な構成において公知である。例えばＵＳ５０９１６７２Ｂに基づいて、一体の金属製ハウジングを備えた点火プラグが公知である。点火プラグはこの場合固有のねじ山を有しておらず、ナットを介してシリンダヘッド内に緊締される。

ＦＲ２７７９０１４Ａ１に基づいて公知の点火プラグは、絶縁体と中心電極と少なくとも１つのアース電極とから成っている。この場合点火プラグは絶縁体を介してナットを用いてシリンダヘッド内にねじ固定される。このナットは同時に、アース電極とシリンダヘッドとの間におけるアース接点を形成している。

さらに従来技術に基づいて公知の別の点火プラグは、ハウジングにねじ山を有していて、シリンダヘッド内にねじ込まれるようになっている。複数もしくは多数の弁が存在する今日の弁技術によって、流入通路及び流出通路は増大させられ、また直接噴射において点火プラグは噴射弁の近くに取り付けられるので、点火プラグにおいては取付けスペースを減じることが常に必要である。特に、取付けスペースの減少は、点火プラグの直径減少に関連している。しかしながら両方の電極の間における高電圧の絶縁は、最小の壁厚さを必要とする。そしてこの絶縁体の最小厚さは、点火プラグの直径減少という要求に相反している。点火プラグのハウジングにおけるねじ山を省くということは、点火プラグの直径減少を可能にし、ひいては取付けスペースを減じることを可能にする。

発明の利点
そこで本発明の構成では、内燃機関用の点火プラグにおいて、
- 第１のハウジング部分、特にハウジングシートと、第２のハウジング部分、特にハウジング管とを有する金属製のハウジングと、
- 中心電極と、
- 第１のハウジング部分に配置されたアース電極と、
- 中心電極をアース電極から隔てるための絶縁体とが設けられており、
第１のハウジング部分が第２のハウジング部分よりも燃焼室近傍に位置しており、
第１のハウジング部分が、組み込まれた状態における点火プラグの確実な座着のために、ハウジングシート面を有しており、
第１のハウジング部分の第１の壁厚さが、第２のハウジング部分の第２の壁厚さに比べて大きく設定されているようにした。

このように構成された本発明による点火プラグには、公知の点火プラグに対して次のように利点、すなわち点火プラグの直径を、汎用の点火プラグに比べて著しく減じることができる、という利点がある。これによって点火プラグ全体を細く構成することができ、特に点火プラグのために必要な構造スペースも減じることができる。これにより本発明によれば、点火プラグを例えば噴射装置のさらに近くに配置することが可能になる。本発明によれば２部分から成るハウジングが設けられていて、両ハウジング部分は互いに異なった壁厚さを有しており、この場合特に、薄壁の管構造が有利である。これによって点火プラグの外径は小さくなり、シリンダヘッドにおける孔の寸法を減じることができる。点火プラグはさらにハウジングシート面を介して支持されている。本発明による点火プラグのハウジングは、ハウジングシート面のこの箇所において著しく増大された横断面を有しているので、このハウジングシート面を介してアース電極からシリンダヘッドに熱及び電流は最適に導かれる。このことは本発明によれば、内燃機関用の点火プラグが、下記の構成グループ、すなわち第１のハウジング部分、特にハウジングシートと、第２のハウジング部分、特にハウジング管とを有する２部分から成る金属製のハウジングと、中心電極と、第１のハウジング部分に配置されたアース電極と、中心電極をアース電極から隔てるための絶縁体とを有していることによって、達成される。この場合第１のハウジング部分は第２のハウジング部分よりも燃焼室近傍に、つまり例えば内燃機関のシリンダの近くに位置している。さらに第１のハウジング部分は、組み込まれた状態における点火プラグの確実な座着のために、ハウジングシート面を有している。さらにまた第１のハウジング部分の第１の壁厚さが、第２のハウジング部分の第２の壁厚さに比べて大きく設定されている。これによって、第１のハウジング部分の、点火プラグの長手方向軸線に対して垂直な横断面は、第２のハウジング部分の、点火プラグの長手方向軸線に対して垂直な横断面よりも大きくなる。

本発明の別の有利な構成は、従属請求項に記載されている。

ハウジングシート面が点火プラグの長手方向軸線に対して傾けられていると、有利である。このように構成されていると、ハウジングシート面によって、点火プラグを、傾けられたもしくは円錐形の面を介してセンタリングすることができる。

本発明の別の有利な構成では、本発明による点火プラグの絶縁体が、第１のハウジング部分の内側段部に支持されている。さらにこの支持面もしくは載置面にシールエレメントが設けられていると有利である。このように構成されていると、ハウジングと絶縁体との間における空間を、燃焼室に対して確実にシールすることができる。

第１のハウジング部分における絶縁体の載置形態とは択一的に、絶縁体が第２のハウジング部分に載置されているような構成も有利であり、この構成においても第１のハウジング部分は内側段部を有している。さらにこの場合第２のハウジング部分は、燃焼室側に内方に向かって延びている端部を有していて、該端部に絶縁体が載置されている。この場合有利な構成では、第２のハウジング部分の、燃焼室側に内方に向かって延びている端部は、第１のハウジング部分の内側段部に向かって変形される。そして第２のハウジング部分のこの端部には、絶縁体が載っている。このように構成されていると、燃焼室に対する、ハウジングと絶縁体との間におけるシール面は、第２のハウジング部分の端部によって形成される。

別の有利な構成では、ハウジングシート面が、第１のハウジング部分の内側段部よりも燃焼室の近傍に位置している。このように構成されていると、場合によっては熱に対して敏感な、絶縁体と第１のハウジング部分との間におけるシール面を、燃焼室から幾分遠ざけることができる。

本発明の別の有利な構成では、点火プラグが、該点火プラグをシリンダヘッドに軸方向で緊締するために、緊締ナットを有している。このように構成することによって、ハウジングにおけるねじ山を省くことができ、その結果点火プラグを特に細く構成することが可能になる。緊締ナットを用いた緊締によって、絶縁体とハウジングシートとの間におけるシール作用が保証され、ハウジングシートとシリンダヘッドとの間における外側のシール性も保証される。さらにこれによって点火プラグは、緊締ナットを用いてハウジングシート面に支持される。

本発明の別の有利な構成では、第２のハウジング部分が少なくとも１つの舌状片、特にアース電極に向かって方向付けられた舌状片を、燃焼室とは反対側の端部に有している。複数の舌状片、特に３つの舌状片が外側に向かって屈曲していることによって、緊締ナットが燃焼室とは反対の側に向かって滑り落ちることを阻止することができる。これにより舌状片は、緊締ナットのための紛失防止機能を果たす。場合によっては、本発明による点火プラグのアース電極を内燃機関の内部において適正に方向付けることが、必要なことがある。従って、舌状片の位置がアース電極の位置と合わせられている、もしくは合致していると、有利である。そこで例えば、アース電極が舌状片に向けられて固定される、又は舌状片がアース電極に向けられて屈曲されることができる。燃焼室内におけるアース電極の方向付けは、単に点火プラグを回動することによって可能である。燃焼室内におけるアース電極の位置は、組立て後において舌状片の位置によって認識可能である。もちろん、舌状片とアース電極とのこのような合致は、複数の電極においても可能である。例えば３つのアース電極では、３つの舌状片によって位置を示すことができる。

本発明の別の有利な構成では、第１のハウジング部分が第２のハウジング部分と堅固に、特にレーザ溶接を用いて結合されている。これによって、本発明による点火プラグの組立て及び電極間隔の正確な調節が容易になる。

本発明の別の有利な構成では、第２のハウジング部分が直径増大部、特に押込み成形部もしくはエンボス加工部を備えた直径増大部を有しており、該直径増大部が、緊締ナットのための突出部であり、かつ／又は直径増大部が第２のハウジング部分と絶縁体とを互いに固定している。これにより、第２のハウジング部分の簡単な変形によって、緊締ナットのための支持部もしくは突出部を得ることができ、かつ絶縁体とハウジングとの間における結合を最適化することができる。

本発明の別の有利な構成では、第１のハウジング部分が燃焼室近傍の側に、電極延長部、特に段部を有していて、該電極延長部もしくは段部に少なくとも１つのアース電極が固定されている。この場合電極延長部は、少なくとも１つのアース電極を固定するために十分な面、特に端面を半径方向において、提供しなくてはならない。これにより、第１のハウジング部分と単数又は複数のアース電極との間における導電性及び熱伝導性が保証されている。

本発明のさらに別の有利な構成では、第２のハウジング部分が金属薄板管として形成されていて、かつ／又は第１のハウジング部分が旋削部材として製造されている。この場合第２のハウジング部分が、金属薄板管の直径よりも著しく小さな直径の壁厚さを備えた金属薄板管として形成されていると、有利である。第１のハウジング部分を介して、熱及び電流がアース電極からシリンダヘッドに導かれる。このような熱及び電流の効果的な導出のためには、ある程度の質量もしくは容積が必要である。しかしながら第２のハウジング部分の領域、つまり燃焼室とは反対側の領域において、アースを節約することができる。そのために、アースの節約及び直径の減少のために、安価に製造することができる薄壁の金属薄板管が提供される。この場合第１のハウジング部分の壁厚さが如何なるポジションにおいても、第２のハウジング部分の最大壁厚さに比べて常に大きいと、有利である。

熱及び電流は主としてハウジングシート面を介して導かれるので、第１の壁厚さがハウジングシート面の高さにおいて最大値を有していると、有利である。この場合例えば、第１の壁厚さは有利には、ハウジング管の第２の壁厚さよりも４〜５倍大きい。さらにハウジング管の第２の壁厚さは有利には一定である。さらに有利には第１の壁厚さは、第２の壁厚さに比べて常に大きい。

図面
以下においては図面を参照しながら、本発明の２つの有利な実施形態を説明する。

本発明の第２実施形態による点火プラグがシリンダヘッドに取り付けられている状態を、部分的に断面して示す図である。 本発明の第２実施形態による点火プラグがシリンダヘッドに取り付けられている状態を、拡大して示す図である。

実施形態の記載
以下においては図１を参照しながら、本発明の第１実施形態による点火プラグ１について説明する。

図１に示されているように、点火プラグ１はシリンダヘッド９に取り付けられている。この点火プラグ１は、ハウジングシート２１（第１のハウジング部分）とハウジング管２６（第２のハウジング部分）とを備えたハウジング２と、緊締ナット３と中心電極４とアース電極５と絶縁体６とを有している。

点火プラグ１はその上端部に差込み接点１１と第１の円錐部１３ａ及び第２の円錐部１３ｂとを有している。差込み接点１１は、点火プラグ１と点火装置とを電気接続するために働く。両方の円錐部１３ａ，１３ｂは、点火プラグ１にプラグキャップを被せ嵌めるために働く。

ハウジングシート２１は燃焼室とは反対側の端部に、リング状の段部２２と内側段部２３とを有している。ハウジングシート２１の、燃焼室に向けられた端部には、ハウジングシート面２４と電極延長部２５とが配置されている。

リング状の段部２２は、ハウジング管２６内へのハウジングシート２１の差込みのために働き、この結合箇所における安定性を高める。

内側段部２３は、ハウジングシート２１に絶縁体６を支持するために働く。同時にここには、ハウジングと絶縁体との間における空間を燃焼室に対してシールするためのシール箇所が形成される。このシール箇所はシールエレメント７によってシールされている。

ハウジングシート面２４は、燃焼室に向かって円錐形に形成されている。これによってハウジングシート面２４は、緊締ナット３の緊締力を受け止めて、該緊締力をさらにシリンダヘッド９に導くのみならず、シリンダヘッド９内における点火プラグ１のセンタリングのためにも働く。さらにこのハウジングシート面２４によって、アース電極５からの熱と電圧とがシリンダヘッド９内に導入される。さらにハウジングシート面２４はその円錐シート形状の形態をもって、燃焼室とシリンダヘッド９との間におけるシールのために働く。ハウジングシート２１はその最も厚いもしくは太い箇所、つまりハウジングシート面２４の上端部に、最大の第１の壁厚さＤ１（図２参照）を有している。この第１の壁厚さＤ１は、ハウジング管２６の第２の壁厚さＤ２（図２参照）の４〜５倍である。図１から分かるように、ハウジング管２６の第２の壁厚さＤ２は、一定である。さらに第１の壁厚さＤ１は、第２の壁厚さＤ２を有する箇所から燃焼室に向かって増大している。

ハウジングシート２１の、燃焼室に向けられた内孔は、電極延長部２５を形成しており、これによって単数又は複数のアース電極５を固定するのに十分な端面が半径方向において得られる。この電極延長部２５の端部にアース電極５が設けられている。

ハウジング管２６は燃焼室とは反対側の半部に、エンボス加工部２７ａを備えた直径増大部２７を有している。この直径増大部２７にはさらに管端部２８が接続しており、この場合この管端部２８の端部は、舌状片２９に形成されている。

絶縁体６は少なくとも部分的にその外輪郭において、ハウジング管２６の内輪郭及び直径増大部２７に相当している。これによってハウジング管２６と絶縁体６との間における結合、特に軸方向における結合が保証されている。緊締ナット３は、ハウジング管端部２８の湾曲された舌状片２９によって保持される。点火プラグ１及び緊締ナット３はこれによって、簡単に組立て及び分解可能な、関連した部材を生ぜしめている。緊締ナット３はハウジング管２６を介して絶縁体６を、ハウジングシート２１の内側段部２３内に押し込む。このハウジングシート２１はさらにハウジングシート面２４と該ハウジングシート面２４に対応する、シリンダヘッド９における対応面９１（図１参照）とを介して、シリンダヘッド９内に押し込まれて緊締される。このようにして緊締ナット３を介して予負荷力がもたらされ、この予負荷力によって、ハウジングシート２１における絶縁体６のシール及びシリンダヘッド９に対するハウジングシート２１のシールが達成される。緊締されていない状態において点火プラグ１は、必ずしもガス密である必要はない。この機能を満たすために、緊締ナット３はねじ山３１と工具係合部３２とを有している。シリンダヘッド９には、ねじ山３１に対応する相応な対応ねじ山が設けられている。

さらに図面から分かるように、ハウジングシート２１はハウジング部分２６とレーザ溶接法によって結合されており、ひいては溶接シーム８を有している。

上に述べたことから明らかなように、本発明による点火プラグ１は従来技術のものに比べて著しい利点を有している。ハウジング２におけるねじ山を省くことによって、シリンダヘッド９における孔の直径を減じることが可能になる。ハウジング２をハウジング管２６とハウジングシート２１とに分割することによって、点火プラグ１の、燃焼室とは反対の側における薄い管構造が可能になる。さらに緊締ナット３を用いた固定によって、点火プラグ１は、シリンダヘッド９における最終的な緊締の前に回動させることができる。これによってアース電極５を例えば噴射部に向かって方向付けることができる。

図２には、本発明の第２実施形態による点火プラグ１が示されている。図２においても図１におけると同一のもしくは機能的に同じ部材に対しては、図１における同じ符号が使用されている。

図２において第２実施形態による点火プラグ１は、シリンダヘッド９に組み込まれた状態で示されている。第１実施形態とは異なり、第２実施形態は内側段部２３にシール部材７を有していない。このシール部材７の代わりにここでは、ハウジング管２６の燃焼室側の端部２６ａが内側段部２３において変形されている。シール作用はこの場合、ハウジングシート２１もしくは該ハウジングシート２１の内側段部２３における絶縁体６の圧着によって生ぜしめられる。

さらに図２は、円錐形のハウジングシート面２４が支持される、シリンダヘッド９の対応面９１が示されている。

図２にはさらに、高い安定性を有する中実な旋削部材として製造された、ハウジングシート２１の第１の壁厚さＤ１と、ハウジング管２６の薄壁の管構造の第２の壁厚さＤ２との間における明らかな相違が示されている。

点火プラグ１の組立て時には以下に記載のステップが行われる：ハウジングシート２１とハウジング管２６とが互いに結合される。アース電極は、該結合の前又は後でハウジングシートに固定されることができる。この固定はこの場合ハウジング管２６の舌状片２９に向けられて行われる。次いで絶縁体６がハウジング２内に挿入される。ハウジング管２６の管端部２８は絶縁体における１つの段部を介して成形され、これによってハウジング管２６の直径増大部２７が生じる。この際に舌状片２９はなお絶縁体６に接触している。次のステップにおいて緊締ナット３が絶縁体６に被せ嵌められる。そしてこの緊締ナット３を介して絶縁体６は、ガス密性つまり気密性に対して必要な予負荷と同じもしくはそれ以上の力で、軸方向においてハウジングシート２１内に押し込まれる。予負荷された状態で電極間隔が調節される。緊締ナット３の負荷を解除する前に、ハウジング管２６は、有利にはエンボス加工部２７ａの半径方向における押込みによって、塑性変形させられる。負荷解除後に、塑性変形によってハウジング２内には予負荷が残り、この予負荷によって絶縁体６は固定され、かつ電極間隔の調節もしくは変化が阻止される。また舌状片２９の湾曲もしくは屈曲によって緊締ナット３は紛失を防止されて固定される。

Claims (12)

1. 内燃機関用の点火プラグであって、
   - 第１のハウジング部分（２１）、特にハウジングシートと、第２のハウジング部分（２６）、特にハウジング管とを有する金属製のハウジング（２）と、
   - 中心電極（４）と、
   - 第１のハウジング部分（２１）に配置されたアース電極（５）と、
   - 中心電極（４）をアース電極（５）から隔てるための絶縁体（６）とが設けられており、
   第１のハウジング部分（２１）が第２のハウジング部分（２６）よりも燃焼室近傍に位置しており、
   第１のハウジング部分（２１）が、組み込まれた状態における点火プラグ（１）の確実な座着のために、ハウジングシート面（２４）を有しており、
   第１のハウジング部分（２１）の第１の壁厚さ（Ｄ１）が、第２のハウジング部分（２６）の第２の壁厚さ（Ｄ２）に比べて大きく設定されていることを特徴とする点火プラグ。
2. ハウジングシート面（２４）が点火プラグ（１）の長手方向軸線（Ｘ−Ｘ）に対して傾けられている、請求項１記載の点火プラグ。
3. 第１のハウジング部分（２１）が内側段部（２３）を有していて、該内側段部（２３）に絶縁体（６）が載置されている、請求項１又は２記載の点火プラグ。
4. 第１のハウジング部分（２１）が内側段部（２３）を有しており、第２のハウジング部分（２６）が、燃焼室側に内方に向かって延びている端部（２６ａ）を有していて、該端部（２６ａ）に絶縁体（６）が載置されている、請求項１又は２記載の点火プラグ。
5. ハウジングシート面（２４）が、内側段部（２３）よりも燃焼室の近傍に位置している、請求項３又は４記載の点火プラグ。
6. 点火プラグをシリンダヘッドに緊締するために、さらに緊締ナット（３）が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の点火プラグ。
7. 第２のハウジング部分（２６）が少なくとも１つの舌状片（２９）、特にアース電極（５）に向かって方向付けられた舌状片（２９）を、燃焼室とは反対側の端部に有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の点火プラグ。
8. 第１のハウジング部分（２１）が第２のハウジング部分（２６）と堅固に、特に溶接結合部（８）を用いて結合されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の点火プラグ。
9. 第２のハウジング部分（２６）が直径増大部（２７）、特にエンボス加工部（２７ａ）を備えた直径増大部（２７）を有しており、該直径増大部（２７）が、緊締ナット（３）のための突出部であり、かつ／又は直径増大部（２７）が第２のハウジング部分（２６）と絶縁体（６）とを互いに固定している、請求項６から８までのいずれか１項記載の点火プラグ。
10. 第１のハウジング部分（２１）が燃焼室近傍の側に、電極延長部（２５）を有していて、該電極延長部（２５）に少なくとも１つのアース電極（５）が固定されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の点火プラグ。
11. 第２のハウジング部分（２６）が金属薄板管として形成されていて、かつ／又は第１のハウジング部分（２１）が旋削部材として製造されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の点火プラグ。
12. 第１の壁厚さ（Ｄ１）がハウジングシート面（２４）の高さにおいて最大値を有している、請求項１から１１までのいずれか１項記載の点火プラグ。

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