JP3864872B2

JP3864872B2 - 内燃機関用点火装置

Info

Publication number: JP3864872B2
Application number: JP2002231296A
Authority: JP
Inventors: 哲也三輪; 厚哉水谷; 浩己平松
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: US6817350B2; JP2004068749A; DE10336222B4; DE10336222A1; US20040025854A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、点火プラグと点火コイルを一体化した内燃機関用点火装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の点火装置においては、点火プラグおよび点火コイルの各構成部品は、筒状の金属製ケースに収納されている。また、そのケ−スは、複数個に分割されたケースを全周溶接して一体化されている（米国特許第６１１９６６７号明細書参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の点火装置では、ケースに収納される構成部品の軸力によって、ケースの溶接部位に引っ張り荷重が作用する。そのため、充分な溶接強度を確保する必要があり、それに伴って溶接強度の管理が難しくなるという問題があった。
【０００４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、ケースの溶接を不要にすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、内燃機関の燃焼室で放電を行う点火プラグ（２）と、点火プラグ（２）に高電圧を供給する点火コイル（３）とを備え、筒状のケース（１）の燃焼室側に点火プラグ（２）の構成部品が収納され、ケース（１）の中間部に点火コイル（３）の構成部品が収納され、ケース（１）の反燃焼室側に結合された保持部材（８）により各構成部品がケース（１）内に固定された内燃機関用点火装置において、ケース（１）は、燃焼室側に位置する第１ケース（１００）と、第１ケース（１００）よりも反燃焼室側に位置する第２ケース（２００）とを備え、第１ケース（１００）における反燃焼室側の端部にフランジ（１０１、１０１ａ）が形成され、第２ケース（２００）における燃焼室側の端部にフランジ（２０１、２０１ａ）が形成され、第２ケース（２００）のフランジ（２０１、２０１ａ）における反燃焼室側の端面に対向して、第１ケース（１００）のフランジ（１０１、１０１ａ）が配置されていることを特徴とする。
【０００６】
これによると、第２ケースのフランジにおける反燃焼室側の端面に対向して、第１ケースのフランジが配置されているため、保持部材を結合すると両フランジが係合し、両ケースが実質的に一体化される。従って、ケースの溶接およびそれに伴う溶接強度の管理を不要にすることができる。また、各ケースの材質を選択する際、溶接可能なものに限定されないため、各ケース毎に適切な材質を選択することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、点火コイル（３）は、２次巻線（３２）が巻かれた２次スプール（３４）を有し、両フランジ（１０１、１０１ａ、２０１、２０１ａ）は、２次スプール（３４）における燃焼室側の端面よりも、燃焼室側に位置することを特徴とする。
【０００８】
これによると、点火コイル（３）の構成部品は第２ケース内に位置することになるため、第２ケースの材質として磁気特性に優れた材質を選択することにより、性能を向上させることができる。また、第１ケースは磁気特性を考慮する必要がないため、第１ケースの材質として加工性に優れた材質を選択することにより、加工性を向上させることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明のように、第１ケース（１００）と第２ケース（２００）の材質を異ならせることができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明のように、ケース（１）を３つ以上に分割してもよい。
【００１１】
請求項５に記載の発明では、点火プラグ（２）および点火コイル（３）の各構成部品が筒状のケース（１）に収納され、ケース（１）の開口端部に結合される保持部材（８）の軸力により各構成部品がケース（１）内に固定される内燃機関用点火装置において、ケース（１）は、軸力の作用方向に複数個に分割され、分割されたケース（１００、２００、３００）は、軸力の作用時に係合するフランジ（１０１、１０１ａ、２０１、２０１ａ、２０３、３０１）を有することを特徴とする。
【００１２】
これによると、保持部材を結合すると両フランジが係合し、両ケースが実質的に一体化される。従って、ケースの溶接およびそれに伴う溶接強度の管理を不要にすることができる。また、各ケースの材質を選択する際、溶接可能なものに限定されないため、各ケース毎に適切な材質を選択することができる。
【００１３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１、図２は本発明に係る内燃機関用点火装置の第１実施形態を示すもので、図１は点火装置の全体構成を示す断面図、図２（ａ）は図１の点火装置における分割ケース１００、２００の分解斜視図、図２（ｂ）は分割ケース１００、２００を組み付けた状態を示す斜視図である。
【００１５】
点火装置の円筒形状のケース１内に、点火プラグ２と点火コイル３と圧力検出素子４が収納され、点火プラグ２の両電極２２、２３（詳細後述）が図示しない車両用内燃機関の燃焼室に露出するようにして、シリンダヘッドのプラグホールに装着されるようになっている。
【００１６】
ケース１は、分割された２つのケースからなり、より詳細には、燃焼室側に位置する円筒形状のプラグケース１００と、プラグケース１００よりも反燃焼室側に位置する円筒形状のコイルケース２００とから構成されている。プラグケース１００は、導電性を有し且つ鍛造加工が容易な例えば炭素鋼よりなり、コイルケース２００は、磁気特性に優れた例えばケイ素鋼よりなる。なお、プラグケース１００は本発明の第１ケースに相当し、コイルケース２００は本発明の第２ケースに相当する。
【００１７】
プラグケース１００における反燃焼室側の端部には、プラグケース１００の軸線に対して垂直方向、より詳細にはプラグケース１００の径方向外側に向かって延びる円盤状のフランジ１０１が形成されている。また、コイルケース２００における燃焼室側の端部には、コイルケース２００の軸線に対して垂直方向、より詳細にはコイルケース２００の径方向内側に向かって延びる円盤状のフランジ２０１が形成されている。
【００１８】
そして、コイルケース２００のフランジ２０１における反燃焼室側の端面に対向して、プラグケース１００のフランジ１０１が配置されている。換言すると、両フランジ１０１、２０１は、両ケース１００、２００の軸方向にオーバーラップしている。また、両フランジ１０１、２０１は、２次スプール３４（詳細後述）における燃焼室側の端面よりも、燃焼室側に位置している。
【００１９】
プラグケース１００の外周面には雄ねじ部１０２が形成され、コイルケース２００の外周面における反燃焼室側に締め付け用ナット部２０２が形成されている。そして、ナット部２０２を利用してコイルケース２００を回すと、両フランジ１０１、２０１の当接面の摩擦力によりトルクがコイルケース２００からプラグケース１００に伝達され、雄ねじ部１０２がシリンダヘッドの図示しない雌ねじ部に螺合されて、点火装置がシリンダヘッドに固定されるようになっている。
【００２０】
因みに、コイルケース２００からプラグケース１００へのトルク伝達をより確実にするために、両フランジ１０１、２０１の当接面に凹凸を形成してもよいし、或いは両フランジ１０１、２０１を絞めて結合してもよい。
【００２１】
両ケース１００、２００内には電気絶縁性に富むアルミナ等のセラミックからなる円筒状の碍子５が収納されており、この碍子５は、燃焼室側に位置するプラグ側筒部５１と、このプラグ側筒部５１から反燃焼室側に向かって延びるコイル側筒部５２とを有している。
【００２２】
プラグケース１００の内周面には、燃焼室側近傍に段付き状の受け面１０３が形成されており、一方、碍子５のプラグ側筒部５１の外周面には、この受け面１０３に当接する段付き状の当たり面５３が形成されている。そして、受け面１０３と当たり面５３が当接することにより、プラグケース１００と碍子５との軸方向の位置決めがなされると共に、プラグケース１００と碍子５との間からの燃焼ガスの洩れを防止するようになっている。
【００２３】
点火プラグ２は、導電性金属よりなるステム２１、導電性金属よりなる中心電極２２、および導電性金属よりなる接地電極２３等から構成されている。そして、ステム２１および中心電極２２は、碍子５におけるプラグ側筒部５１の中心穴に挿入されており、この中心電極２２の一端は燃焼室に露出している。また、接地電極２３はケース１に溶接等により一体化されており、この接地電極２３は中心電極２２の一端と対向している。
【００２４】
点火コイル３は、１次巻線３１、２次巻線３２、磁性材料よりなる円柱状の中心コア３３、および電気絶縁性の樹脂にて有底円筒状に形成された２次スプール３４等から構成されている。
【００２５】
１次巻線３１は、碍子５におけるコイル側筒部５２の外周面の凹部５４に直接巻線されている。そして、１次巻線３１の両端は図示しないターミナルを介して、接続コネクタ６のコネクタ端子６１に接続されており、これにより１次巻線３１に図示しないイグナイタからの制御信号が入力されるようになっている。
【００２６】
なお、１次巻線３１を取り囲むコイルケース２００は、外周コアの機能を有している。そして、コイルケース２００には、磁束変化で発生する環状電流による損失を防止するために、スリット２０３（図２参照）が形成されている。
【００２７】
２次スプール３４は、２次巻線３２が巻かれる巻き線用筒部３４ａと、この巻き線用筒部３４ａから反燃焼室側に向かって突出する突出筒部３４ｂを有している。そして、巻き線用筒部３４ａの外周に２次巻線３２が巻かれ、２次スプール３４の中心穴に中心コア３３が挿入されている。中心コア３３を挿入後、２次スプール３４の中心穴の開口部にゴムやスポンジ等の弾性材よりなるコア押え蓋３５が挿入されることにより、２次スプール３４の中心穴が塞がれている。
【００２８】
２次巻線３２、中心コア３３およびコア押え蓋３５が組み付けられた２次スプール３４を、コイル側筒部５２の中心穴に挿入した後、コイル側筒部５２の開口部が上側になる姿勢の状態で、コイル側筒部５２の開口部から電気絶縁性の樹脂が注入される。そして、その樹脂がコイル側筒部５２と２次巻線３２との隙間に流入後硬化して２次巻線３２が固着されている。
【００２９】
ここで、樹脂注入量が突出筒部３４ｂの開口端位置を超えないようにすることにより、２次スプール３４の中心穴に樹脂が流入しないようにしている。また、２次スプール３４の中心穴への樹脂の流入は、コア押え蓋３５によっても阻止される。従って、この点火装置において絶縁樹脂にて固着されるのは、２次巻線３２のみである。
【００３０】
そして、図１の状態では、２次巻線３２の高電圧端は、点火プラグ２の中心電極２２に接続され、低電圧端は、図示しないターミナルを介してコイルケース２００に接続されている。なお、コイルケース２００はシリンダヘッド等を介して図示しない車両のボデーに接地されている。
【００３１】
圧力検出素子４は、それに負荷される荷重の変化に伴って電位が変位するもので、例えばチタン酸鉛からなり、薄板リング状に形成されている。そして、圧力検出素子４は、導電性金属にて薄板リング状に形成されたターミナル７と共に、コイル側筒部５２の端部に配置されている。なお、ターミナル７には、コネクタ端子６１が一体に形成されている。
【００３２】
圧力検出素子４をコイル側筒部５２の端部に配置可能にするために、コイル側筒部５２の端部は、１次巻線３１および２次巻線３２よりも、図１の紙面において上部まで延長されている。換言すると、コイル側筒部５２の端部は、１次巻線３１および２次巻線３２よりも反燃焼室側に突出している。
【００３３】
そして、コイルケース２００の内周面には、反燃焼室側に雌ねじ部１４（図２参照）が形成されており、圧力検出素子４を保持する保持部材に相当する筒状のボルト８が、雌ねじ部１４に螺合されることにより、圧力検出素子４およびターミナル７が、コイル側筒部５２の端部とボルト８との間に保持されるようになっている。
【００３４】
圧力検出素子４の一端はボルト８を介してコイルケース２００に電気的に接続され、圧力検出素子４の他端はターミナル７に接続されており、これにより圧力検出素子４の出力信号が図示しない制御装置に出力されるようになっている。
【００３５】
点火装置の組み付けに際しては、まず、図２に示すように、コイルケース２００の反燃焼室側開口部から、プラグケース１００をコイルケース２００に挿入する。一方、１次巻線３１が巻かれた状態の碍子５に、ステム２１、中心電極２２、２次巻線３２、中心コア３３、２次スプール３４等を挿入した後、コイル側筒部５２の端部に圧力検出素子４およびターミナル７を装着し、次に、それらを両ケース１００、２００に挿入した後、ボルト８を雌ねじ部１４に締め付ける。ボルト８を雌ねじ部１４に螺合した後、接続コネクタ６の樹脂製のケース６２をボルト８の中空穴に挿入する。
【００３６】
ボルト８の締め付けによる軸力により、点火プラグ２および点火コイル３の各構成部品や圧力検出素子４が両ケース１００、２００内に固定される。また、ボルト８の締め付けによる軸力により、プラグケース１００は燃焼室側に向かって押され、コイルケース２００は反燃焼室側に引かれる。そして、コイルケース２００のフランジ２０１における反燃焼室側の端面に対向して、プラグケース１００のフランジ１０１が配置されているため、ボルト８の締め付けによって両フランジ１０１、２０１が係合し、両ケース１００、２００が実質的に一体化される。
【００３７】
上記構成の点火装置は、イグナイタからの制御信号に基づいて点火コイル３が高電圧を発生し、点火プラグ２はその高電圧を火花ギャップ間で放電して燃焼室内の混合気を着火させる。また、燃焼室内での燃焼によって発生した圧力は、碍子５を介して圧力検出素子４に伝達され、それにより圧力検出素子４は圧縮荷重を受ける。そして、圧力検出素子４は、その荷重に応じた電圧の出力信号を出力する。
【００３８】
本実施形態では、ボルト８の締め付けによって両ケース１００、２００を実質的に一体化するため、両ケース１００、２００の溶接およびそれに伴う溶接強度の管理を不要にすることができる。
【００３９】
また、各ケース１００、２００の材質を選択する際、溶接可能なものに限定されないため、各ケース１００、２００毎に適切な材質を選択することができる。
【００４０】
例えば、両フランジ１０１、２０１は、２次スプール３４における燃焼室側の端面よりも燃焼室側に位置しており、これによると、点火コイル３の構成部品はコイルケース２００内に位置することになる。従って、コイルケース２００の材質として磁気特性に優れた材質を選択することにより、性能を向上させることができる。一方、プラグケース１００は磁気特性を考慮する必要がないため、プラグケース１００の材質として加工性に優れた材質を選択することにより、加工性を向上させることができる。
【００４１】
（第２実施形態）
図３は第２実施形態の点火装置の全体構成を示す断面図であり、本実施形態は、上記第１実施形態における両フランジ１０１、２０１の形状を変更したものである。なお、第１実施形態と同一若しくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
図３に示すように、プラグケース１００のフランジ１０１ａは、燃焼室側から反燃焼室側に向かって拡がるテーパ状に形成され、コイルケース２００のフランジ２０１ａも、燃焼室側から反燃焼室側に向かって拡がるテーパ状に形成されている。また、プラグケース１００のフランジ１０１ａにおける最大径は、コイルケース２００のフランジ２０１ａにおける最小径よりも、大きく設定されている。
【００４３】
本実施形態においては、ボルト８の締め付けによる軸力により、プラグケース１００は燃焼室側に向かって押され、コイルケース２００は反燃焼室側に引かれる。そして、両フランジ１０１ａ、２０１ａが係合し、両ケース１００、２００が実質的に一体化される。従って、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、両フランジ１０１ａ、２０１ａがテーパ状であるため、第１実施形態のように両フランジ１０１、２０１が両ケース１００、２００の軸線に対して垂直方向に延びるものよりも、鍛造加工が容易である。
【００４５】
（第３実施形態）
図４は第３実施形態の点火装置の全体構成を示す断面図であり、本実施形態は、上記第１実施形態におけるコイルケース２００をさらに２つに分割し、ケース１を３つのケースにて構成したものである。なお、第１実施形態と同一若しくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４６】
図４に示すように、ケース１は、分割された３つのケースからなり、より詳細には、燃焼室側に位置する円筒形状のプラグケース１００と、プラグケース１００よりも反燃焼室側に位置する円筒形状のコイルケース２００と、コイルケース２００よりも反燃焼室側に位置する円筒形状のナット部ケース３００とから構成されている。コイルケース２００は磁気特性に優れた例えばケイ素鋼よりなり、ナット部ケース３００は鍛造加工が容易な例えば炭素鋼よりなる。
【００４７】
コイルケース２００における反燃焼室側の端部には、コイルケース２００の軸線に対して垂直方向、より詳細にはコイルケース２００の径方向外側に向かって延びる円盤状のフランジ２０３が形成されている。また、ナット部ケース３００における燃焼室側の端部には、ナット部ケース３００の軸線に対して垂直方向、より詳細にはナット部ケース３００の径方向内側に向かって延びる円盤状のフランジ３０１が形成されている。さらに、ナット部ケース３００の外周面には締め付け用ナット部３０２が形成されている。
【００４８】
そして、ナット部ケース３００のフランジ３０１における反燃焼室側の端面に対向して、コイルケース２００のフランジ２０３が配置されている。換言すると、これらのフランジ２０３、３０１は、両ケース２００、３００の軸方向にオーバーラップしている。
【００４９】
本実施形態においては、ボルト８の締め付けによる軸力により、プラグケース１００は燃焼室側に向かって押され、コイルケース２００およびナット部ケース３００は反燃焼室側に引かれる。そして、プラグケース１００のフランジ１０１とコイルケース２００のフランジ２０１が係合すると共に、コイルケース２００のフランジ２０３とナット部ケース３００のフランジ３０１が係合し、３つのケース１００、２００、３００が実質的に一体化される。従って、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、ケース１を３分割しているため、第１実施形態のようにケース１を２分割したものよりも、各ケース１００、２００、３００の加工が容易であり、また、各ケース１００、２００、３００の組み付け性も向上する。
【００５１】
（第４実施形態）
図５および図６は本発明の第４実施形態を示すもので、図５は両ケース１００、２００を組み付けた状態を示す外観図、図６は図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。上記第１実施形態ではコイルケース２００からプラグケース１００へのトルク伝達を両フランジ１０１、２０１の当接面の摩擦力により行うようにしたが、本実施形態は、両ケース１００、２００を機械的に係合させてそのトルク伝達をより確実に行えるようにしたものである。なお、第１実施形態と同一若しくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
図５および図６に示すように、プラグケース１００のフランジ１０１における燃焼室側の端面には、燃焼室側に向かって突出する突起部１０４が形成されている。一方、コイルケース２００のスリット２０３は、コイルケース２００のフランジ２０１の部位まで延長されている。そして、コイルケース２００の反燃焼室側開口部からプラグケース１００をコイルケース２００に挿入した際に、突起部１０４をスリット２０３に挿入する。
【００５３】
本実施形態によれば、点火装置を内燃機関に対して脱着する際に、コイルケース２００からプラグケース１００へのトルク伝達が突起部１０４とスリット２０３との機械的係合により行われるため、摩擦力によりトルク伝達を行う場合よりも、トルク伝達をより確実に行うことができる。
【００５４】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、内周側が２次巻線３２であり、外周側が１次巻線３１であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、外周側を２次巻線３２とし、内周側を１次巻線３１としてもよい。
【００５５】
また、上述の実施形態では、ボルト８の締め付けによる軸力により、点火プラグ２および点火コイル３の各構成部品や圧力検出素子４を両ケース１００、２００内に固定したが、ボルト８の代わりにねじを持たない保持部材を用い、その保持部材をコイルケース２００に圧入して軸力を発生させたり、或いは、保持部材をコイルケース２００に挿入後かしめて軸力を発生させることにより、点火プラグ２および点火コイル３の各構成部品や圧力検出素子４を両ケース１００、２００内に固定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る点火装置の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】（ａ）は図１の両ケース１００、２００の分解斜視図、（ｂ）は両ケース１００、２００を組み付けた状態を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る点火装置の第２実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明に係る点火装置の第３実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明に係る点火装置の第４実施形態を示す要部の外観図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１…ケース、２…点火プラグ、３…点火コイル、８…ボルト（保持部材）、
１００…プラグケース（第１ケース）、
２００…コイルケース（第２ケース）、
１０１、１０１ａ、２０１、２０１ａ、２０３、３０１…フランジ。

Claims

内燃機関の燃焼室で放電を行う点火プラグ（２）と、前記点火プラグ（２）に高電圧を供給する点火コイル（３）とを備え、
筒状のケース（１）の前記燃焼室側に前記点火プラグ（２）の構成部品が収納され、前記ケース（１）の中間部に前記点火コイル（３）の構成部品が収納され、前記ケース（１）の反燃焼室側に結合された保持部材（８）により前記各構成部品が前記ケース（１）内に固定された内燃機関用点火装置において、
前記ケース（１）は、前記燃焼室側に位置する第１ケース（１００）と、前記第１ケース（１００）よりも前記反燃焼室側に位置する第２ケース（２００）とを備え、
前記第１ケース（１００）における前記反燃焼室側の端部にフランジ（１０１、１０１ａ）が形成され、
前記第２ケース（２００）における前記燃焼室側の端部にフランジ（２０１、２０１ａ）が形成され、
前記第２ケース（２００）のフランジ（２０１、２０１ａ）における前記反燃焼室側の端面に対向して、前記第１ケース（１００）のフランジ（１０１、１０１ａ）が配置されていることを特徴とする内燃機関用点火装置。
前記点火コイル（３）は、２次巻線（３２）が巻かれた２次スプール（３４）を有し、
前記両フランジ（１０１、１０１ａ、２０１、２０１ａ）は、前記２次スプール（３４）における前記燃焼室側の端面よりも、前記燃焼室側に位置することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
前記第１ケース（１００）と前記第２ケース（２００）は、材質が異なることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用点火装置。
前記ケース（１）は、３つ以上に分割されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の内燃機関用点火装置。
点火プラグ（２）および点火コイル（３）の各構成部品が筒状のケース（１）に収納され、前記ケース（１）の開口端部に結合される保持部材（８）の軸力により前記各構成部品が前記ケース（１）内に固定される内燃機関用点火装置において、
前記ケース（１）は、前記軸力の作用方向に複数個に分割され、
分割されたケース（１００、２００、３００）は、前記軸力の作用時に係合するフランジ（１０１、１０１ａ、２０１、２０１ａ、２０３、３０１）を有することを特徴とする内燃機関用点火装置。