JP2018110132A - 内燃機関用のスパークプラグ及びこれを備えた点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スパークプラグをプラグキャップに脱着し難くすることなく、絶縁性を確保することができる内燃機関用のスパークプラグを提供すること。
【解決手段】内燃機関用のスパークプラグ８は、絶縁碍子８１と、絶縁碍子８１を保持するハウジング８３と、絶縁碍子８１の基端部から突出するように絶縁碍子８１の内側に保持される端子金具８４と、を有する。絶縁碍子８１は、ハウジング８３から基端側に露出した碍子頭部８２を有する。碍子頭部８２は、軸方向Ｘにおける外周面の一部が外側に膨らんだ碍子膨出部８２１を有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関に配設されたスパークプラグ、及びこれを備えた点火装置に関する。

内燃機関用の点火コイルとして、高電圧を発生させるコイル本体部と、該コイル本体部とスパークプラグとを電気的に接続する導通部材を内部に保持したジョイント部とを有するものがある。点火コイルのジョイント部は、エンジンヘッドのプラグホールに挿入される。そして、点火コイルの導通部材には、スパークプラグが端子金具において電気的に接続される。また、スパークプラグは、ハウジングにおいてエンジンヘッドに取り付けられる。

ここで、点火コイルのジョイント部としては、スパークプラグの絶縁碍子が嵌入される筒状のプラグキャップを有するものがある。そして、特許文献１には、スパークプラグをプラグキャップに対して脱着し易くすべく、プラグキャップを、内周面が軸方向に凹凸状となるように形成したものが開示されている。

特開２００５−１９０９３７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の点火コイルは、以下の課題がある。
すなわち、プラグキャップの内周面が凹状に形成された部位において、絶縁碍子を締め付ける緊迫力が弱くなりやすく、かかる部位と絶縁碍子との間に微小な隙間（空気層）が形成されやすくなる。隙間が形成されてしまうと、当該隙間において放電が発生するおそれがある。さらに、プラグキャップと絶縁碍子との間の隙間に放電が繰り返し生じると、プラグキャップの内側表面が劣化（炭化）してしまい、ひいては絶縁碍子との密着面における軸方向の全体に劣化が進展すると端子金具からハウジングとの間の絶縁性が低下するおそれがある。

そこで、絶縁碍子を締め付ける緊迫力を、プラグキャップ全体において強くすることにより、プラグキャップと絶縁碍子との間に隙間が形成されることを防ぎ、絶縁性を確保することも考えられる。しかしながら、プラグキャップにスパークプラグを嵌入する際や、プラグキャップからスパークプラグを取り外す際に強い力が必要となるという新たな課題が生じてしまう。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、スパークプラグをプラグキャップに脱着し難くすることなく、絶縁性を確保することができる内燃機関用のスパークプラグ及びこれを備えた点火装置を提供しようとするものである。

参考発明として、コルゲーションのない碍子頭部を備えた絶縁碍子を有するスパークプラグが組み付けられる、内燃機関用の点火コイルであって、
該内燃機関用の点火コイルは、高電圧を発生させるコイル本体部と、該コイル本体部とスパークプラグとを電気的に接続する導通部材を内部に保持したジョイント部と、を有し、
該ジョイント部は、上記スパークプラグの上記碍子頭部が嵌入され、筒形状を有する弾性部材からなるプラグキャップを有し、
該プラグキャップは、内周面が上記絶縁碍子の外周面に密着される密着部を有し、
該密着部は、軸方向における中央位置よりも先端側の先端側密着部と、中央位置よりも基端側の基端側密着部とを有し、
該基端側密着部の少なくとも一部には、上記碍子頭部を締め付ける緊迫力が、上記先端側密着部のいずれの位置における緊迫力よりも強い強緊迫力部が形成されていることを特徴とする内燃機関用の点火コイルがある。

次に、上記参考発明の作用効果につき説明する。
上記内燃機関用の点火コイルにおいては、基端側密着部の少なくとも一部に強緊迫力部が形成されている。それゆえ、プラグキャップに対してスパークプラグを脱着するときの摺動摩擦力を低減しやすい。すなわち、スパークプラグをプラグキャップに嵌入する際は、少なくとも軸方向における密着部の中央位置までは、比較的弱い力によって嵌入することができる。また、スパークプラグをプラグキャップから取り外す際は、少なくとも軸方向における密着部の中央位置からは、比較的弱い力によって取り外すことができる。

また、基端側密着部の少なくとも一部に強緊迫力部が形成されているため、少なくとも強緊迫力部においては、碍子頭部との間に隙間が生じることを確実に防ぐことができ、碍子頭部との間に放電が発生することを確実に防ぐことができる。その結果、密着部の先端側と基端側との間の絶縁性を確実に確保することができる。

以上のごとく、本参考発明によれば、スパークプラグをプラグキャップに脱着し難くすることなく、絶縁性を確保することができる内燃機関用の点火コイルを提供することができる。
本発明の一態様は、絶縁碍子と、
上記絶縁碍子を保持するハウジングと、
上記絶縁碍子の基端部から突出するように上記絶縁碍子の内側に保持される端子金具と、を有し、
上記絶縁碍子は、上記ハウジングから基端側に露出した碍子頭部を有し、
上記碍子頭部は、軸方向における外周面の一部が外側に膨らんだ碍子膨出部を有する、内燃機関用のスパークプラグにある。

参考例１における、内燃機関用の点火コイルの部分断面図。 参考例１における、プラグキャップ周辺の拡大断面図。 参考例１における、内燃機関用の点火コイルにスパークプラグを取り付けた様子を示す部分断面図。 参考例１における、スパークプラグの正面図。 実験例における、密着部先端から締付部先端までの長さとフラッシュオーバー発生電圧との関係を示す線図。 参考例２における、プラグキャップ周辺の拡大断面図。 実施例１における、取付構造の部分断面図。 実施例１における、取付構造の分解部分断面図。

本明細書において、内燃機関用の点火コイルにおけるスパークプラグを嵌入する側を先端側とし、その反対側を基端側として説明する。

（参考例１）
内燃機関用の点火コイルの参考例につき、図１〜図４を用いて説明する。
内燃機関用の点火コイル１は、図３に示すごとく、コルゲーションのない碍子頭部８２を備えた絶縁碍子８１を有するスパークプラグ８が組み付けられるものである。

内燃機関用の点火コイル１は図１〜図３に示すごとく、高電圧を発生させるコイル本体部２と、コイル本体部２とスパークプラグ８とを電気的に接続する導通部材３を内部に保持したジョイント部４と、を有する。図３に示すごとく、ジョイント部４は、スパークプラグ８の碍子頭部８２が嵌入され、筒形状を有する弾性部材からなるプラグキャップ５を有する。図２に示すごとく、プラグキャップ５は、内周面が絶縁碍子８１の外周面に密着される密着部６を有する。密着部６は、軸方向Ｘにおける中央位置よりも先端側の先端側密着部６１と、中央位置よりも基端側の基端側密着部６２とを有する。基端側密着部６２の少なくとも一部には、碍子頭部８２を締め付ける緊迫力（以下において、単に緊迫力ということもある。）が、先端側密着部６１のいずれの位置における緊迫力よりも強い強緊迫力部７が形成されている。

コイル本体部２は、互いに磁気的に結合された一次コイル及び二次コイルを有する。図１に示すごとく、コイル本体部２は、軸方向Ｘに向って突出形成された高圧タワー部２０を有する。高圧タワー部２０は、コイル本体部２において発生させた高電圧を出力する高圧出力端子２１及び抵抗体２２を内部に保持している。抵抗体２２は、先端が、ジョイント部４内の導通部材３に当接している。

ジョイント部４は、筒状のポールジョイント４１と、ポールジョイント４１の先端部においてポールジョイント４１に嵌合されたプラグキャップ５とを有する。高圧タワー部２０とポールジョイント４１との間には、両者を連結すると共に両者の間をシールする連結シール部材１１が設けられている。例えば、ポールジョイント４１は絶縁性を有する樹脂によって構成され、プラグキャップ５はゴムによって構成される。

図１、図２に示すごとく、プラグキャップ５は、筒形状を有する。プラグキャップ５は、基端部がポールジョイント４１と嵌合している。図３に示すごとく、プラグキャップ５の内側に、先端側からスパークプラグ８の碍子頭部８２が嵌入される。

図３、図４に示すごとく、プラグキャップ５に嵌入されるスパークプラグ８は、絶縁碍子８１と、絶縁碍子８１を保持するハウジング８３と、基端部が突出するように絶縁碍子８１の内側に保持された端子金具８４と、火花放電を発生させるための中心電極８５及び接地電極８６とを有する。端子金具８４は、ジョイント部４内の導通部材３に接続されることにより、点火コイル１に電気的に接続される。絶縁碍子８１は、碍子頭部８２をハウジング８３から基端側に露出させてハウジング８３に保持されている。碍子頭部８２は、軸方向Ｘにおいて一定の外径を有する。すなわち、碍子頭部８２の外周面は、軸方向Ｘに真っ直ぐ形成されており、コルゲーションがない形状を有している。図３に示すごとく、スパークプラグ８は、碍子頭部８２の外周面がプラグキャップ５の密着部６の内周面に密着するように嵌入される。

図２に示すごとく、密着部６は、先端側密着部６１と基端側密着部６２とを有し、基端側密着部６２に強緊迫力部７が形成されている。強緊迫力部７は、径方向の厚みを先端側密着部６１よりも大きくすることにより構成されている。本例において、強緊迫力部７は、プラグキャップ５の内周面を内側に膨らませることにより、径方向の厚みを先端側密着部６１よりも大きくするように構成されている。なお、密着部６を先端側密着部６１と基端側密着部６２とに分けたが、これは密着部６を先端側部位と基端側部位とに分けて説明するための便宜的なものである。また、便宜上、図２には、密着部６の先端を符号Ｔ、基端を符号Ｂにて示している。

図２に示すごとく、強緊迫力部７は、内周面が、径方向の内側に緩やかに膨らむように形成されている。すなわち、強緊迫力部７は、軸方向Ｘにおける中央に向かうにつれて徐々に径方向の内側の突出量が増えるように形成されている。軸方向Ｘにおいて、強緊迫力部７は、基端側密着部６２の長さの半分以上の長さを有する。強緊迫力部７は、基端側密着部６２の内周面の全周に形成されている。

先端側密着部６１は軸方向Ｘにおいて一定の内径を有し、基端側密着部６２の強緊迫力部７は先端側密着部６１よりも小さい内径を有する。また、密着部６の内径は、碍子頭部８２の外径よりも小さい。これにより、プラグキャップ５にスパークプラグ８を嵌入した状態において、密着部６が、碍子頭部８２に密着すると共に、碍子頭部８２を緊迫する。そして、強緊迫力部７においては、先端側密着部６１よりも、緊迫力が強くなる。
なお、強緊迫力部７は、図２に示すごとく、プラグキャップ５にスパークプラグ８を嵌入していない、いわゆる自由状態において、内周側へ膨らんだ形状を有するが、図３に示すごとく、スパークプラグ８を嵌入した状態においては、その膨らみはない。

次に、本例の作用効果につき説明する。
内燃機関用の点火コイル１においては、基端側密着部６２の少なくとも一部に強緊迫力部７が形成されている。それゆえ、プラグキャップ５に対してスパークプラグ８を脱着するときの摺動摩擦力を低減しやすい。すなわち、スパークプラグ８をプラグキャップ５に嵌入する際は、少なくとも軸方向Ｘにおける密着部６の中央位置までは、比較的弱い力によって嵌入することができる。また、スパークプラグ８をプラグキャップ５から取り外す際は、少なくとも軸方向Ｘにおける密着部６の中央位置からは、比較的弱い力によって取り外すことができる。

また、基端側密着部６２の少なくとも一部に強緊迫力部７が形成されているため、少なくとも強緊迫力部７においては、碍子頭部８２との間に隙間が生じることを確実に防ぐことができ、碍子頭部８２との間に放電が発生することを確実に防ぐことができる。その結果、密着部６の先端側と基端側との間の絶縁性を確実に確保することができる。

また、強緊迫力部７は、径方向の厚みを先端側密着部６１よりも大きくすることにより構成されている。それゆえ、容易に強緊迫力部７を構成することができる。

また、強緊迫力部７は、プラグキャップ５の内周面を内側に膨らませることにより、径方向の厚みを先端側密着部６１よりも大きくするように構成されている。それゆえ、強緊迫力部７の緊迫力を確保しやすい。

以上のごとく、本例によれば、スパークプラグをプラグキャップに脱着し難くすることなく、絶縁性を確保することができる内燃機関用の点火コイルを提供することができる。

（実験例）
本例は、密着部６における強緊迫力部の形成位置を、軸方向Ｘに種々変更したときの、密着部６の先端側と基端側との間の絶縁性を評価した例である。

本例においては、基本構成を参考例１と同様としつつ、軸方向Ｘにおける強緊迫力部の形成位置を種々変更した６つのプラグキャップと、強緊迫力部を有さないプラグキャップとを用意した。強緊迫力部を有するプラグキャップについては、軸方向Ｘにおける強緊迫力部の中央位置を、密着部６の先端から５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍとした６つのプラグキャップを用意した。各プラグキャップは、軸方向Ｘにおける密着部６の長さをいずれも３２ｍｍとした。また、各プラグキャップは、温度１８０℃において１２０時間放置して劣化させたものを用いた。

そして、各プラグキャップ５を備える点火コイル１に、参考例１に記載したスパークプラグ８を嵌入し、プラグキャップ及びスパークプラグ８を、塩分５重量％の水溶液に浸漬させた状態において、中心電極８５と接地電極８６との間に、周波数５０Ｈｚにて所定の電圧を２０時間印加した。そして、その間に、密着部６の先端側と基端側との間に沿面放電が発生するかを観測した。沿面放電の有無は、点火コイルとスパークプラグとの間の電圧波形を確認することによって行った。

上述の試験を、印加電圧を種々変更して行った。そして、強緊迫力部を有するプラグキャップを用いたものについて、沿面放電が生じた最小の電圧（フラッシュオーバー発生電圧）を、図５のグラフにプロットし、その近似曲線を示した。また、強緊迫力部を有さないプラグキャップを用いた場合のフラッシュオーバー発生電圧は４２ｋＶであった。図５のグラフにおいて、横軸は密着部６の先端から強緊迫力部の先端までの長さであり、縦軸はフラッシュオーバー発生電圧である。

図５から分かるように、強緊迫力部７の位置を密着部６の先端から基端側にするほど、フラッシュオーバー発生電圧が上昇する傾向にある。すなわち、強緊迫力部７の位置を、密着部６の先端から基端側にするほど、密着部６の先端側と基端側との間の絶縁性が向上する傾向にある。また、強緊迫力部７の位置が、密着部の先端から１０ｍｍ以上基端側であるものは、強緊迫力部を有さない場合と比べてフラッシュオーバー発生電圧が高い。そして、強緊迫力部７の位置が密着部６の先端から１５ｍｍ以上基端側であるものは、フラッシュオーバー発生電圧が充分に高い。よって、強緊迫力部７の位置を軸方向Ｘにおける密着部６の中央位置（密着部６の先端から１６ｍｍの位置）よりも基端側にすれば、フラッシュオーバー発生電圧を充分に高くすることができる。
この結果から、基端側密着部６２の少なくとも一部に強緊迫力部７が形成されたプラグキャップ５を有する点火コイル１は、密着部６の先端側と基端側との間の絶縁性に優れていることが分かる。

（参考例２）
本例は、図６に示すごとく、強緊迫力部７が、プラグキャップ５の外周面を外側に膨らませることにより、径方向の厚みを先端側密着部６１よりも大きくするように構成されている例である。これにより、強緊迫力部７における緊迫力を、先端側密着部６１の緊迫力よりも強くしている。なお、図６においては、強緊迫力部７を有していないプラグキャップの外周面を破線にて示している。

強緊迫力部７は、外周面が、径方向の外側に緩やかに膨らむように形成されている。すなわち、強緊迫力部７は、軸方向Ｘにおける中央に向かうにつれて徐々に径方向の外側の突出量が増えるように形成されている。強緊迫力部７は、基端側密着部６２の外周面の全周に形成されている。本例において、基端側密着部６２の内径は、先端側密着部６１の内径と同じである。すなわち、本例においては、密着部６の内径は軸方向Ｘの全体において一定である。

その他は、参考例１、参考例２と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、参考例１、参考例２において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、参考例１、参考例２と同様の構成要素等を表す。

本例においては、強緊迫力部７における径方向の厚みを増やすことができることにより、強緊迫力部７における径方向の弾性力を強くすることができる。これにより、強緊迫力部７の緊迫力を強くすることができ、密着部６の先端側と基端側との間の絶縁性を確保することができる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。

（実施例１）
本例は、図７、図８に示すごとく、参考例２の点火コイル１に、スパークプラグ８を嵌入した取付構造１０の例である。また、参考例１において説明したスパークプラグ８に対して、碍子頭部８２の形状を変更している。すなわち、碍子頭部８２は、外周面が外側に膨らんだ碍子膨出部８２１を有する。碍子膨出部８２１は、外周面が外側に緩やかに膨らむように形成されている。碍子膨出部８２１は、スパークプラグ８が点火コイル１のプラグキャップ５に嵌入された状態において、軸方向Ｘにおけるプラグキャップ５の強緊迫力部７が形成された位置と同じ位置に形成されている。碍子膨出部８２１は、絶縁碍子８１の全周に形成されている。

その他は、実施例２と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例２において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例２と同様の構成要素等を表す。

本例においては、スパークプラグ８を点火コイル１のプラグキャップ５に嵌入した状態において、軸方向Ｘにおける強緊迫力部７と同位置に碍子膨出部８２１が配される。それゆえ、強緊迫力部７における緊迫力をさらに強くすることができ、密着部６の先端側と基端側との間の絶縁性を一層確保することができる。
その他、参考例２と同様の作用効果を有する。

１ 点火コイル
２ コイル本体部
３ 導通部材
４ ジョイント部
５ プラグキャップ
６ 密着部
６１ 先端側密着部
６２ 基端側密着部
７ 強緊迫力部
８ スパークプラグ
８１ 絶縁碍子
８２ 碍子頭部
Ｘ 軸方向

Claims (9)

1. 絶縁碍子（８１）と、
   上記絶縁碍子を保持するハウジング（８３）と、
   上記絶縁碍子の基端部から突出するように上記絶縁碍子の内側に保持される端子金具（８４）と、を有し、
   上記絶縁碍子は、上記ハウジングから基端側に露出した碍子頭部（８２）を有し、
   上記碍子頭部は、軸方向（Ｘ）における外周面の一部が外側に膨らんだ碍子膨出部（８２１）を有する、内燃機関用のスパークプラグ（８）。
2. 上記碍子頭部の外周面には、コルゲーションが形成されていない、請求項１に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
3. 上記碍子膨出部は、上記絶縁碍子の全周に形成されている、請求項１又は２に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
4. 上記碍子膨出部は、上記端子金具における上記絶縁碍子の基端部から基端側に突出した部位と隣接するように、上記碍子頭部の最も基端側に形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関用のスパークプラグ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のスパークプラグと、
   高電圧を発生させるコイル本体部（２）、及び上記コイル本体部と上記スパークプラグとを電気的に接続する導通部材（３）を内部に保持したジョイント部（４）を有する点火コイル（１）と、を有し、
   上記ジョイント部は、上記スパークプラグの上記碍子頭部が嵌入され、筒形状を有する弾性部材からなるプラグキャップ（５）を有し、
   上記プラグキャップは、内周面が上記絶縁碍子の外周面に密着される密着部（６）を有する、内燃機関用の点火装置。
6. 上記密着部は、軸方向における中央位置よりも先端側の先端側密着部（６１）と、中央位置よりも基端側の基端側密着部（６２）とを有し、上記基端側密着部の少なくとも一部には、上記碍子頭部を締め付ける緊迫力が、上記先端側密着部のいずれの位置における緊迫力よりも強い強緊迫力部（７）が形成されている、請求項５に記載の内燃機関用の点火装置。
7. 上記強緊迫力部は、径方向の厚みを上記先端側密着部よりも大きくすることにより構成されていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関用の点火装置。
8. 上記強緊迫力部は、上記プラグキャップの内周面を内側に膨らませることにより、径方向の厚みを上記先端側密着部よりも大きくするように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関用の点火装置。
9. 上記強緊迫力部と上記碍子膨出部とは、軸方向において同じ位置に形成されている、請求項６〜８のいずれか一項に記載の内燃機関用の点火装置。

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