JP2023043541A

JP2023043541A - 点火プラグおよび火花点火式の内燃機関

Info

Publication number: JP2023043541A
Application number: JP2021151230A
Authority: JP
Inventors: 耕一山科; Koichi Yamashina
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2021-09-16
Filing date: 2021-09-16
Publication date: 2023-03-29

Abstract

【課題】先端の端子部を所望の方向に規定できる点火プラグおよび火花点火式の内燃機関の提供。【解決手段】点火プラグ２０は、ハウジング３６の端面から突出する中心電極３１を備えたプラグ本体３０と、第１の係合部５３が一面に設けられたリング部５２およびリング部５２の一面から突出して内側の中心方向に延出する接地電極５１を備えた接地電極部材５０と、第１の係合部５３に係合する第２の係合部４７が設けられた内向フランジ４６を備え、エンジン１のシリンダヘッド５に螺着されて、接地電極部材５０およびハウジング３６が内部に装着される筒状部材４０と、を具備し、接地電極５１を所望の延出方向に第１の係合部５３と第２の係合部４７が係合された状態から、ハウジング３６が筒状部材４０にねじ込こまれてハウジング３６と内向フランジ４６によってリング部５２を挟持して接地電極５１を位置決めする。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関における混合気に着火するための点火プラグおよび火花点火式の内燃機関に関するものである。

従来、エンジン燃焼室上部のシリンダヘッドに取り付けられている点火プラグは多くの場合、ねじ締め込み式の取り付け構造となっている。このような点火プラグの接地電極は、例えば、特許文献１に記載されるように、プラグ本体のねじ部と一体構造になっている。

特開２０２１－１５６９号公報

しかしながら、従来の点火プラグは、シリンダヘッドにねじ締め込みで取り付ける際、接地電極も本体のねじ部と一体で回転してしまい、着火方向を規定する事が難しく，安定した混合気燃焼の妨げとなる場合がある

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、接地電極を所望の方向に規定できる点火プラグおよび火花点火式の内燃機関を提供することを目的とする。

本発明の一態様の点火プラグは、ハウジングの端面から突出する中心電極を備えたプラグ本体と、第１の係合部が一面に設けられたリング部および前記リング部の前記一面から突出して内側の中心方向に延出する接地電極を備えた接地電極部材と、前記第１の係合部に係合する第２の係合部が設けられた内向フランジを備え、エンジンのシリンダヘッドに螺着されて、前記接地電極部材および前記ハウジングが内部に装着される筒状部材と、を具備し、前記接地電極を所望の延出方向に前記第１の係合部と前記第２の係合部が係合された状態から、前記ハウジングが前記筒状部材にねじ込こまれて前記ハウジングと前記内向フランジによって前記リング部を挟持して前記接地電極を位置決めする。

本発明の一態様の火花点火式の内燃機関は、ハウジングの端面から突出する中心電極を備えたプラグ本体と、第１の係合部が一面に設けられたリング部および前記リング部の前記一面から突出して内側の中心方向に延出する接地電極を備えた接地電極部材と、シリンダヘッドのプラグ装着孔に設けられ、第２の係合部が設けられた内向フランジと、を具備し、前記接地電極を所望の延出方向に前記第１の係合部と前記第２の係合部が係合された状態から、前記ハウジングが前記プラグ装着孔にねじ込こまれて前記ハウジングと前記内向フランジによって前記リング部を挟持して前記接地電極を位置決めする。

本発明によれば、先端の端子部を所望の方向に規定できる点火プラグを提供することができる。

本発明の実施形態に係る点火プラグが設けられたエンジンを示す部分断面図同、点火プラグの構成を示す平面図同、点火プラグの構成を示す分解平面図同、スペーサの構成を示す部分断面図同、図４の矢視Ｖから見た、スペーサの構成を示す平面図同、図４の矢視ＶＩから見た、スペーサの構成を示す平面図同、接地電極リングの構成を示す側面図同、図７の矢視ＶＩＩＩから見た、接地電極リングの構成を示す平面図同、図７の矢視ＩＸから見た、接地電極リングの構成を示す平面図同、スペーサがシリンダヘッドに螺着された状態を示す部分断面図同、接地電極リングがスペーサに装着された状態を示す部分断面図同、メイン点火プラグがスペーサに螺着された状態を示す部分断面図第１の変形例に係り、接地電極リングがシリンダヘッドに装着される前の状態を示す部分断面図第１の変形例に係り、メイン点火プラグがシリンダヘッドに螺着された状態を示す部分断面図第２の変形例に係り、接地電極リングがシリンダヘッドに装着される前の状態を示す部分断面図第２の変形例に係り、図１５のＸＶＩ－ＸＶＩ線に沿った、シリンダヘッドのねじ孔を示す部分断面図

以下に図面を参照しながら、本発明の一態様の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、および各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１は、本実施の形態の内燃機関である火花点火式のエンジン１を示し、例えば、自然吸気型の４気筒のガソリンエンジンの１気筒部分の断面を例示している。

エンジン１は、シリンダブロック２に開口する各気筒３にピストン４が摺動自在に嵌挿されている。ピストン４とシリンダヘッド５との間の空間として燃焼室６が設けられている。

ここで、例えば、各気筒３に対応する領域において、シリンダヘッド５には、２つの吸気ポート７および２つの排気ポート８が開口されている。さらに、２つの吸気ポート７および２つの排気ポート８には、これらを開閉する吸気弁１１および排気弁１２がそれぞれ配設されている。

シリンダヘッド５の略中央位置には、本実施の形態の点火プラグ（スパークプラグともいう）２０がねじ込まれて装着されている。この点火プラグ２０は、イグニッションコイルのブーツ接続部１３に接続されている。

なお、シリンダヘッド５には、吸気弁１１および排気弁１２の燃焼サイクル毎の開弁状態を可変に切換可能な図示しない可変動弁機構が設けられている。可変動弁機構は、吸気弁１１および排気弁１２を、任意のタイミングおよびリフト量で駆動することが可能となっており、図示しないエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）によって駆動制御される。

シリンダヘッド５には、燃料噴射弁である図示しないインジェクタが設けられている。なお、エンジン１は、燃料を吸気ポートに噴射するポート噴射エンジンまたは、燃料を気筒３内に噴射する直噴エンジンの何れとしてもよい。

ここで、本実施の形態の点火プラグ２０について、以下に詳しく説明する。

図２および図３に示すように、点火プラグ２０は、プラグ本体であるメイン点火プラグ３０と、筒状部材であるスペーサ４０と、リング状の接地電極部材である接地電極リング５０と、を有して構成されている。

メイン点火プラグ３０は、一端に設けられた中心電極３１と、他端に設けられたターミナル３２と、コルゲーションが形成されたインシュレータである絶縁体３３と、六角ナットが形成されたナット部３４と、ガスケット３５と、ニッケル合金などの金属部材の外周部に雄ねじが刻設されたハウジング３６と、を有して構成されている。

中心電極３１は、ハウジング３６の端面中央から突出するように設けられている。この中心電極３１は、金属から形成されており、Ｐｔ（白金）、Ｉｒ（イリジウム）などの金属チップであることが好ましい。

ターミナル３２は、電力の供給を受けるための端子であり、イグニッションコイルの図示しない電極部となる導電部材が接続される。なお、ターミナル３２は、中心電極３１と電気的に接続されている。

スペーサ４０は、図４から図６に示すように、両端に開口４４，４５が形成されたニッケル合金などの金属筒状体であって、スペーサ本体４１と、このスペーサ本体４１の一端と一体に形成され、六角ナットを有するスペーサナット部４２と、を有して構成されている。

スペーサ本体４１は、外周部に雄ねじが刻設されており、スペーサナット部４２に連続する内周部４３に雌ねじが刻設されている。スペーサ本体４１は、スペーサナット部４２との反対側の開口４５を有する他端に内向フランジ４６が設けられ、この内向フランジ４６の内側の面に係合部としての複数の凹凸部４７が周回りに形成されている。

スペーサナット部４２は、スペーサ本体４１に連続する内周部４３にも雌ねじが刻設されている。なお、スペーサナット部４２には、スペーサ本体４１との境界部にガスケット４８が設けられている。

リング部材である接地電極リング５０は、図７から図９に示すように、ニッケルクロムなどの金属から形成され、端部が中央側に延びるようにＬ字状またはＵ字状に形成された外側電極である接地電極５１と、この接地電極５１が一面側に突出して内側の中心方向に延設するリング部５２と、を有して構成されている。なお、接地電極５１は、メイン点火プラグ３０の中心電極３１に対向する面にＰｔ（白金）、Ｉｒ（イリジウム）などの金属チップを設けた構成としてもよい。

リング部５２は、接地電極５１が延出する側の一面に、スペーサ本体４１の内向フランジ４６に形成される複数の凹凸部４７に係合する係合部としての複数の凹凸部５３が周回りに形成されている。

以上のように構成された点火プラグ２０は、図１０に示すように、先ず、シリンダヘッド５のねじ孔であるプラグ装着孔９にスペーサ４０が螺合される。

このとき、スペーサ４０は、スペーサナット部４２に図示しないソケットレンチが嵌め込まれ、スペーサ本体４１の雄ねじがシリンダヘッド５のプラグ装着孔９に形成された雌ねじにねじ込まれる。そして、スペーサ４０は、シリンダヘッド５のプラグ装着孔９との接続部を密閉するため、ガスケット４８がシリンダヘッド５に当接して所定のトルクで締め付けられる。

次に、図１１に示すように、接地電極リング５０が接地電極５１側からスペーサ４０内に挿入される。このとき、接地電極リング５０は、接地電極５１の延出方向がリング部５２の中心回りの所望の方向の位置に調整されて、スペーサ本体４１の内向フランジ４６の複数の凹凸部４７と、リング部５２の複数の凹凸部５３と、が係合される。なお、接地電極５１は、スペーサ４０の端面から燃焼室６内に突出した状態となる。

そして、図１２に示すように、メイン点火プラグ３０がスペーサ４０に螺合される。このとき、メイン点火プラグ３０のナット部３４に図示しないソケットレンチが嵌め込まれ、ハウジング３６の雄ねじがスペーサ本体４１の内周部４３の雌ねじにねじ込まれて螺着される。そして、メイン点火プラグ３０は、スペーサ４０との接続部を密閉するため、ガスケット３５がスペーサナット部４２に当接して所定のトルクで締め付けられる。

これにより、メイン点火プラグ３０は、ハウジング３６の端面が接地電極リング５０のリング部５２に当接して抑え込む。即ち、接地電極リング５０のリング部５２がハウジング３６の端面とスペーサ４０の内向フランジ４６とによって挟み込まれる。

そのため、スペーサ４０の複数の凹凸部４７に接地電極リング５０の複数の凹凸部５３が噛み合い、接地電極リング５０が回転しないように固定される。即ち、複数の凹凸部４７と複数の凹凸部５３が噛み合って動かないように係合することで、接地電極リング５０が回転することなく固定される。そのため、接地電極５１を所望の延出方向に規定できる位置決め機構を構成している。

なお、メイン点火プラグ３０の中心電極３１は、所定の距離の隙間を有して接地電極５１に対向し、スペーサ４０の端面から燃焼室６内に突出した状態となる。

以上に記載したように、点火プラグ２０は、シリンダヘッド５にスペーサ４０を取り付け、接地電極リング５０を接地電極５１の延出方向を所望の方向となるようにスペーサ４０に取り付けて、メイン点火プラグ３０をスペーサ４０にねじ込むことで、接地電極リング５０を挟持して動かないように固定する構造となっている。従って、本実施の形態の点火プラグ２０は、接地電極５１の延出方向を所望の方向に規定できる構成となる。

なお、点火プラグ２０は、シリンダヘッド５のプラグ装着孔９に合わせて、スペーサ４０のねじ外径を規定された規格となっており、種々のエンジン１に適用できる構成となっている。
（第１の変形例）

図１３および図１４に示すように、点火プラグ２０は、スペーサ４０を有さず、シリンダヘッド５のプラグ装着孔９の燃焼室６側に形成された内向フランジ１５の複数の凹凸部１６に接地電極リング５０の複数の凹凸部５３が係合して噛み合う構造としてもよい。このような構成により、シリンダヘッド５に従来構造とは異なるプラグ装着孔９の加工が生じるが、点火プラグ２０のスペーサ４０が不要となる。

なお、ここでは、複数の凹凸部１６と複数の凹凸部５３が接地電極５１を所望の延出方向に規定できる位置決め機構を構成している。
（第２の変形例）

図１５および図１６に示すように、シリンダヘッド５の内向フランジ１５にキー溝である凹部１７を設け、この凹部１７に係合する凸部５５を接地電極リング５０のリング部５２に設けた構造としてもよい。このような構成においても、シリンダヘッド５に従来構造とは異なるプラグ装着孔９の加工が生じるが、点火プラグ２０のスペーサ４０が不要となる。

また、接地電極リング５０の接地電極５１の延出方向が一義的に規定されるため、各種エンジン１における最適な接地電極５１の延出方向に応じて凹部１７と凸部５５の形成位置が決められるものである。

なお、ここでは、凹部１７と凸部５５が接地電極５１を所望の延出方向に規定できる位置決め機構を構成している。さらに、ここでの位置決め機構は、点火プラグ２０のスペーサ４０にも適用できる構造である。

以上の実施の形態に記載した発明は、それらの形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得るものである。

例えば、各形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、述べられている課題が解決でき、述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得るものである。

１・・・エンジン
２・・・シリンダブロック
３・・・気筒
５・・・シリンダヘッド
６・・・燃焼室
７・・・吸気ポート
８・・・排気ポート
９・・・プラグ装着孔
１６，４７，５３・・・複数の凹凸部
１７・・・凹部
２０・・・点火プラグ
３０・・・メイン点火プラグ
３１・・・中心電極
３２・・・ターミナル
３３・・・絶縁体
３４・・・ナット部
３５，４８・・・ガスケット
３６・・・ハウジング
４０・・・スペーサ
４１・・・スペーサ本体
４２・・・スペーサナット部
４３・・・内周部
４４，４５・・・開口
４６・・・内向フランジ
５０・・・接地電極リング
５１・・・接地電極
５２・・・リング部
５５・・・凸部

Claims

ハウジングの端面から突出する中心電極を備えたプラグ本体と、
第１の係合部が一面に設けられたリング部および前記リング部の前記一面から突出して内側の中心方向に延出する接地電極を備えた接地電極部材と、
前記第１の係合部に係合する第２の係合部が設けられた内向フランジを備え、エンジンのシリンダヘッドに螺着されて、前記接地電極部材および前記ハウジングが内部に装着される筒状部材と、
を具備し、
前記接地電極を所望の延出方向に前記第１の係合部と前記第２の係合部が係合された状態から、前記ハウジングが前記筒状部材にねじ込こまれて前記ハウジングと前記内向フランジによって前記リング部を挟持して前記接地電極を位置決めすることを特徴とする点火プラグ。
前記第１の係合部および前記第２の係合部は、前記リング部および前記内向フランジの周回りに形成された複数の凹凸であることを特徴とする請求項１に記載の点火プラグ。
ハウジングの端面から突出する中心電極を備えたプラグ本体と、
第１の係合部が一面に設けられたリング部および前記リング部の前記一面から突出して内側の中心方向に延出する接地電極を備えた接地電極部材と、
シリンダヘッドのプラグ装着孔に設けられ、第２の係合部が設けられた内向フランジと、
を具備し、
前記接地電極を所望の延出方向に前記第１の係合部と前記第２の係合部が係合された状態から、前記ハウジングが前記プラグ装着孔にねじ込こまれて前記ハウジングと前記内向フランジによって前記リング部を挟持して前記接地電極を位置決めすることを特徴とする火花点火式の内燃機関。
前記第１の係合部が凸部であって、前記第２の係合部が凹部状のキー溝であることを特徴とする請求項３に記載の火花点火式の内燃機関。