JP3834063B2 - 組込み保持ナット付き点火プラグ - Google Patents

Description

本発明は、一般に内燃期間の燃焼室内の火花間隙を位置決めするための方法および装置に、更に詳細には、このようなエンジンの頭部に封止して設置するための環状座、および座を間隙とナットとの軸方向中間に設置するようにしてプラグの組込み部分として形成された環状保持ナットを備えたシールドを有する点火プラグに関する。
通常の点火プラグの構造は、一端の近くにねじ山を有する環状金属ケース、およびねじ端から金属ケースを貫いて反対端を越えて突出しているセラミック絶縁体を備えている。中心電極がねじ端の近くで露出し、点火プラグのワイヤを取付ける反対の絶縁体端から突出している端子に、絶縁体の内部部材を介して電気的に接続されている。「Ｌ」形接地電極が金属ケースのねじ端の一方の縁から突出して中心電極と軸方向に整列している。頭部で点火プラグを封止するのに加えられる力は、ねじ付き金属ケースにより伝えられるトルクの結果であり、したがって、金属ケースのねじ部を丈夫にし且つ相当な大きさにしなければならない。
燃焼室からガスを適度に効率よく排出しやすくするのに、時に弁の大きさを大きくすることがある。これには点火プラグの大きさの減少、ねじ付き金属ケースの大きさおよび堅固さの減少、および、特に、点火プラグの金属ボアの内径の減少、および点火プラグをねじ込みで受けるのに利用できる燃焼室の壁面積の減少を必要とする。
点火プラグの金属ボアの内径が減少すると、点火プラグが炭素の蓄積に耐える能力が減少し、同様な堆積は、点火効率を下げる。米国特許第５，０９１，６７２号は、中心電極を囲む円筒形本体のある絶縁体を有する点火プラグを提供することにより、点火プラグの大きさの減少という有害な効果を減らす点火プラグを開示している。円筒形本体には肩により第２の直径の部分から分離された第１の直径の部分がある。第２の直径を囲むスリーブには先端から中心電極までスリーブにあるフランジと円筒形本体にある肩との係合により一定距離に設置された組込み基礎部がある。スリーブから突出している半径方向タブは、頭部にあるスロットを貫いて整列し、接地電極の一様な設置を確定している。別々の端ナットまたは保持ナットは、第１の直径を取り囲み、フランジと係合して点火プラグを燃焼室内に設置し位置決めしている。燃焼室内のＬ形接地電極の一様な設置はＰｅｎｎｙに与えられた米国特許第４，９８９，５５７号にも開示されている。
本発明の出発点を表している米国特許第５，０９１，６７２号を参考のためここに特に記載しておく。
構造に関する特定の細目はその有益な目標を達成しているが、それには幾つかの短所がある。動作が長引くと、スリーブと点火プラグを受ける頭部の円筒形ボアまたは開口との間に炭素および他の燃焼残滓の蓄積を生ずる。点火プラグを取り外すと、保持ナットはその頭部とのねじ込み係合からねじ戻され、点火プラグ本体（絶縁体、スリーブ、および電極）が取り外される。このような取り外しは通常、点火プラグの端子端を手でまたはプライヤまたは同様の工具で掴み、点火プラグをボアから引出すことにより行なわれる。点火プラグ本体を頭部から引出す運動が頭部のボアと同心でなければ、またこれは稀ではあるが、スリーブが緊密に取り囲んでいる堆積物を拘束すれば、点火プラグの取り外しが非常に困難になる。他に、別々の保持器は、各エンジンシリンダにとって失われまたは設置不良を生ずることがある付加部分となる。最後に、非常に競争の激しい点火プラグの市場では、製造費用の低減は非常に望ましい。米国特許第５，０１４，６５６号および第４，９８９，５５７号は、同様の欠点を示す点火プラグ構造を教示している。
本発明は、点火プラグの取り外し中に、シェルの座が頭部ボアの相手の座部分かららせんパターンを描いて遠くに移動し、外殻および取り囲む炭素または他の堆積物の連続整列を確保するように一体化保持ナット付き点火プラグ本体を提供することにより上の問題に対する回答を与えている。点火プラグのナットがねじ戻されるにつれて、点火プラグの座は、頭部から軸方向に遠くに移動し、一方半径方向にも移動し、点火プラグ構造全体が保持ナットのねじ山部の範囲から軸方向に戻され、それにより点火プラグの取り外しが更に容易になる。その上、本発明は、シリンダヘッド内部の保持ナットの相互ねじ込みの可能性を極小にすることのような初期の特許の多数の有利な特徴を保持しながらこれらの解法を達成している。
本発明の他の態様によれば、点火プラグは、内燃機関の燃焼室と連通している全般的に円筒形の開口またはボアに設置される。開口にはねじ山部分と切頭円錐形の座部分がある。点火プラグは、一端にチップが、他端に端子がある円柱形本体を有する中心電極を備えている。中心電極を半径方向に囲んでいる絶縁体は、肩により分離された少なくとも第１および第２の直径部分を有する実質的に円筒形の本体を備えている。絶縁体の第１の直径の部分を囲む接地シールドには、絶縁体の肩と並列に設置された切頭円錐形の部分がある。切頭円錐形部分の一端近くには接地電極を有し、他端に中心電極のチップと整列してそれと共に火花間隙を形成している部分を有する。絶縁体の第２の直径部分を取り囲む環状保持器は、ボアのねじ山部分にねじ係合するねじ山部分、および接地シールドの切頭円錐形部分と重なり、接地シールドおよび保持器を共に、それらの間に捕らえられた絶縁体に固定している並列に設けられた絶縁体の肩を備えている。
本発明の他の側面によれば、半径方向火花間隙は、一般的に絶縁体の第１の直径の部分を囲み、一端の近くに絶縁体の肩と並置された切頭円錐形部分有し、かつ他端付近に、中心電極のチップと半径方向に整列し、そのチップと共に半径方向の火花間隙を形成している。中心に設けられたチップ受け穴を備えた部分を有する接地電極を設ける、上述した形式の点火プラグにより達成される。このような半径方向の火花間隙は、前述の特許に教示されているような燃焼室内の接地電極の一様位置決めの長所を減少する。半径方向間隙点火プラグがこれまで提案されてきているが、それらは通常、接地リングを貫いて突出する中心絶縁体を採用している。
本発明の更に他の側面によれば、一端にチップを、他端付近に端子を、および中心電極を半径方向に囲む絶縁体を有する形式の点火プラグが、第１の肩により分離された少なくとも第１および第２の直径の部分、および第２の肩により分離された第２および第３の直径の部分を有する実質的に円筒形の本体を有する絶縁体を採用しており、ここで第２の部分の直径は、第１および第３の部分の直径より大きい。このような点火プラグは、一端の近くに接地電極を、他端の近くで第１の直径の部分の上方に広がる切頭円錐形フランジを有する形式の円筒シェル形接地シールドを軸方向に通し、広がった切頭円錐形フランジを第１の肩に係合することにより有利に組立られる。次に、内部切頭円錐形棚と外部ねじ山を有する形式の円筒形シェル保持器は、第３及び第２の両方の直径部分に軸方向に通過され、切頭円錐形の棚を第２の肩に係合する。最後に、保持器の一部を広がっている切頭円錐形フランジの周りに半径方向に押しつけ、接地シールドおよび保持器を共にそれらの間に捕らえられている絶縁体に固定する。半径方向火花間隙の場合には、接地電極は中心に設置されたチップ受け穴を備えており、最初に述べた軸方向に通すステップでは、中心電極のチップを穴を通して移動させ、シールドの一端に軸方向に整列して設置し、シールドの一端から半径方向に間を隔てて設置する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一形態を例示する半径方向間隙点火プラグの側面立面図である。
図２は、半径方向火花間隙を示す、図１の線２−２で切った図１の点火プラグの右端の端面図である。
図３は、図１の線３−３で切った断面図である。
図４は、図２と同様であるが、電極の位置および間隔を強調した簡略拡大端面図である。
図５は、図４の線５−５で切った断面図である。
図６は、本発明の他の形態を組み入れた、内燃機関の頭部に受けられている点火プラグの一部の断面図である。
図７および図８は、本発明の更に他の形態を示す点火プラグの直交断面図である。
図９は、内燃機関のボアに設置されている図７および図８の点火プラグの断面図を示す。
図１０は、図６の点火プラグの側面立面図である。
図１１は、図１０の線１１−１１で切った断面図である。
対応する参照文字は図面の幾つかの図を通じて対応する部品を示している。
好適実施形態の説明
図６および図９において、点火プラグ１１は、内燃機関の燃焼室１５と連通している円筒形ボアまたは開口１３の中に図示されている。開口には、点火プラグのねじ山６１を受けるねじ山１７および切頭円錐形封止座１９がある。
図１−図５は、本発明の半径方向火花間隙形式を示す。点火プラグ１１には、軸１０と点火プラグの全軸長にわたって延びている中心導電性抵抗経路２１がある。中心導体は、一端がチップ３３、他端近くが端子２３とされた円柱形本体を有する電極を含んでいる。チップ３３は、通常の中心ワイヤ４７より長い。この長くした中心ワイヤ４７は、点火プラグ１１の製造中、整列させるのを助け、厳密な公差を維持するのに役立つ。セラミックまたは同様の絶縁体４１が中心電極２１を半径方向に囲んでいる。絶縁体は、第１の直径の部分２５、第２の直径の部分２７、および第３の直径の部分６７を備えた実質的に円筒形の本体を備えている。第２の直径の部分２７は第１の直径の部分２５と第３の直径の部分６７との中間にあるが、この第２の直径の部分２７の直径は、他の二つの直径の部分１および６７の直径より大きい。第１および第２の違う直径の部分２５および２７、は肩２９により分離されているが、肩６９は、第２および第３の直径の部分を分離している。
円筒シェル形の接地シールド３７は、絶縁体の第１の直径の部分２５を囲み、一端の近くに絶縁体の肩２９に並置される切頭円錐形部分３１を備えている。図４および図５で最もよく見られるように、中心電極のチップ３３と半径方向に整列している部分を有する接地電極５７が存在する。チップ３３および接地電極５７は、開口３５の円環内に半径方向の火花間隙を形成している。溝付きヘッドのロックねじ５９のような円環保持器が、第３の絶縁体部６７を囲むねじ山部６１を備え、見るとおり右の方に延びて絶縁体の第２の直径の部分２７をも囲んでいる。ねじ山部分６１は、勿論、全般的に円筒形の開口のねじ山１７とねじ係合している。円環保持器５９は、ねじ山部分６１の範囲に、領域２７に重なる部分の側壁厚さより実質的に大きい側壁厚さを備えている。円環保持器５９は、接地シールドの切頭円錐形部分３１および、接地シールドおよび保持器を共にそれらの間に捕らえられた絶縁体に固定している並置される絶縁体の肩２９と重なる切頭円錐形部分６３を備えている。最後に、円環保持器は、肩６９に係合する第２の切頭円錐形部分７１を備えている。絶縁体は、保持器５９とシールド３７との間で圧縮伝達機械接続を行なう。エンジンのボア１３ねじ込んだとき、保持器の切頭円錐形部分３１を接地シールドの切頭円錐形部分６３と係合させ、接地シールドの切頭円錐形部分６３は、座部１９と係合してシールドと頭部との間に接地を確定するが、同時に燃焼室１５を周囲環境から封止する。保持器をボアにねじ込むと、保持器フランジ６３は、勿論、ボアの座１９と封止係合する。
図１−図５の実施形態は、チップ３３と接地電極５７との間の半径方向火花間隙を示す。接地シールド３７の部分的に閉じた端には中心に設けられたチップ受け穴３５がある。図５で最もよく見られるように、絶縁体４１は穴から軸方向に離れているが、チップ３３は、穴を貫き、シールド３７の端を越えて突出していることに注目すべきである。接地シールドの端部５７は、したがって中心電極のチップ３３を囲んで半径方向火花間隙を形成している。
図６、図１０、および図１１は、先端５１と接地接点５５との間の軸方向火花間隙の形成を示している。この実施形態では、接地シールドの端部に、端部シールド端で直径の両端に橋渡しする、中心電極チップ５１から軸方向に隔たっている、全般にＵ字形のスターラップ６５を備えている。
図６はまた、本発明が上記の特許の装置と比較して点火プラグを取り外しやすい一つの理由を示している。ボア１３の側壁と接地シールド３７の外部円筒面との間に最初小さい間隙４９が存在する。エンジンが運転するにつれて、炭素および他の燃焼堆積物がこの環状間隙を埋めてボアと点火プラグとの間の隙間を減らす傾向がある。この隙間の減少によりプラグを傾けずに直接軸方向に取り外すことが必要になる。点火プラグとは別に形成されたロックナットを用いると、このような軸方向の取り外しは殆ど不可能で、一般的に取り外しが困難となる。ロックナットを点火プラグの残りの構造と一体にすると、ナットを軸に沿って直接ねじ戻すにつれてプラグ全体がらせんパターンを描いて取り外され、傾きがごくわずかとなり、取り外しが容易になる。
図７−図９の実施形態は、接地シールド部分の費用の大幅な節約を示す。Ｌ形電極７３を、端が開いている接地シールド部分に溶接することにより、部分閉鎖端の比較的複雑な製作が回避され、接地シールドの費用がその前の値の約１０％に減少する。この実施形態では、接地シールドの端部は、中心電極のチップ７７に半径方向に整列し、且つチップ７７から軸方向に隔てられて点火プラグを形成している自由端７５を有する全般にＬ形の部材７３を備えている。
本発明による点火プラグを製作する独特の手法が今や明らかになったはずである。絶縁体４１または４５およびそれらに対応した中心電極を、円筒シェル形の接地シールドに軸方向に挿入する。図１−図５の半径方向点火プラグの場合には、軸方向挿入のこのステップは、中心電極のチップ３３を穴３５を通してシールド端５７と軸方向に整列させ、且つシールド端５７から半径方向に間を隔てる位置に移動させるステップを備えている。外側に広がる切頭円錐形フランジ３１を、絶縁体の肩２９に係合させる。円筒形シェル保持器５９を、絶縁体の上方を反対端から軸方向に通過させ、その内部切頭円錐形棚７１を、絶縁体の第２の肩６９に係合させる。次に保持器の一部をフランジ３１の周りに半径方向に潰して接地シールドおよび保持器を共にそれらの間に捕らえられた絶縁体に固定する。

Claims (4)

1. 内燃機関の燃焼室と連通する全般的に円筒形の開口（１３）の中に設置される点火プラグであって、開口は、ねじ山部分（１７）および全般的に切頭円錐形の座部分（１９）を備えており、一端にチップ（３３）、他端付近に端子（２３）がある円柱形本体を有する中心電極（２１）と、中心電極（２１）を半径方向に取り囲み、第１の肩（２９）により第２の直径の部分（２７）から分かれている第１の直径の部分（２５）、および第２の肩（６９）により第２の直径の部分（２７）から分かれている第３の直径の部分（６７）を備え、第２の直径の部分（２７）は第１の直径の部分（２５）と第３の直径の部分（６７）の中間に設けられ、第２の直径の部分（２７）の直径は第１の直径の部分（２５）および第３の直径の部分（６７）の直径より大きい絶縁体（４１）と、前記第１の直径の部分（２５）を取り囲み、一端の近くに中心電極のチップ（３３）と整列している部分を有し、チップとの間に火花間隙を形成している接地シールド（３７）と、前記絶縁体の第３の直径の部分（６７）を取り囲み、全般的に円筒形の開口（１３）のねじ山部分（１７）にねじ係合するねじ山部分（６１）を備えている円環状の保持器と、を備えている点火プラグにおいて、
   前記円筒形接地シールド（３７）は、一端に接地電極（５３）を、他端にフランジ（３１）を備えており、フランジ（３１）が第１の肩（２９）と係合している状態で第１の直径の部分（２５）の周りに設置され、
   前記円環保持器は、第３の直径の部分（６７）と第２の直径の部分（２７）の周りに設置され、第２の肩（６９）と係合する内側部分と、第１の肩（２９）の近くで前記円筒形シールド（３７）のフランジ（３１）に係合してそれらの間に前記絶縁体（４１）を捕らえている端部（６３）と、を備えていることを特徴とする点火プラグ。
2. 前記接地電極（７３）は、中心電極のチップと半径方向に整列し、そのチップから軸方向に隔たっている自由端（７５）を有するＬ形状であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の点火プラグ。
3. 前記接地電極（６５）は、前記円筒形接地シールドの自由端を直径両端で橋渡しし、中心電極の先端から軸方向に隔たっているＵ形スターラップであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の点火プラグ。
4. 前記接地電極は、前記円筒形接地シールド（３７）の自由端を橋渡しし、中心電極の先端（３３）の近くに開口（３５）を備えて開口の側面と中心電極の先端（３３）との間に半径方向火花電極を形成していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の点火プラグ。

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