JP4380410B2 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室に対向配備され、混合気の着火を行う内燃機関用点火装置に関する。

内燃機関における燃焼改善、排気ガス浄化、更に、直噴エンジンやリーンバーン（希薄燃焼）エンジンにおける着火性向上への要求が高まっており、これに対処するためには、点火プラグの内部空間（放電空間）に適正な放電エネルギ（数十ｍＪ）を印加すると共に、燃料噴射弁からの噴霧と点火プラグ側極との対向状態を適正化することも重要となってきている。

即ち、従来のＭＰ１エンジンや直噴エンジンでは燃料噴射弁からの燃料噴霧の指方性はあまり要求されず、プラグ下側からの混合気に対して点火を行っていた。ところが、ガソリンエンジンの燃焼形態によっては着火性や点火プラグの耐デポジット性などの観点からも噴霧と点火プラグの側極との対向位置関係が重要となる。

通常、シリンダヘッド（Ｃ／Ｈ）側のプラグ取付穴と点火プラグの各ネジは螺子の螺合の開始位置が一定でなく、各々のシリンダヘッドと点火プラグによって締め付け時に何処に側極が位置するかを正確に把握することは困難となる。この結果、図８（ａ）に示すように、点火プラグ１００が燃料噴射弁１１０に対してその側極１２０を中央電極１３０の後側に配置することができれば問題ないが、図８（ｂ）に示すように、燃料噴射弁１１０に対してその側極を中央電極１３０の前側に配置するような場合には、点火プラグ１００の内部空間（放電空間）の噴霧との距離が変ると共に側極が内部空間（放電空間）に向かう噴霧を規制するようになり、これがくすぶりの原因ともなっている。

このような状況下において、シリンダヘッド側では不可能であるが、点火プラグ１４側では、予め、ネジの開始位置と側極の位置を４種類ほどに分類して用意しておこくことが可能である。その上で、点火プラグを適宜選択して、Ｃ／Ｈ側に締め込み、その時の側極の位置を確認し、より好ましい位置に側極が向く点火プラグを選択した上で、最適な点火プラグをＣ／Ｈ側に締結するという取り付け作業が必要となっている。

しかし、このように側極の位置が的確か否かを確認した上で、側極の位置が異なる複数の点火プラグの内の一つを選択し、使用するという点火プラグの取付作業を実施した場合、点火プラグの種類が増え、なおかつ大変な労力を要することとなる。
また、仮にＣ／Ｈ側に適正な点火プラグを組み込むことが出来たとしても、側極の位置精度はまだ十分なものとなっているとは限らない。

そこで、特開２００２−３２７６７４号公報（特許文献１）に開示の内燃機関用点火装置では、点火プラグをシリンダヘッドに形成されるプラグ取付穴に組み付けるにあたり、点火プラグの着火性が良好となるような方向に接地電極が向くように配置し、その点火プラグを燃焼室の取付穴ヘ挿通させ、プラグホールパイプを用いてその点火プラグをプラグ座面に押圧して取り付ける技術が開示されている。

特開２００２−３２７６７４号公報

ところで、上述のような、着火性が良好となる方向に接地電極を向けた点火プラグをプラグ取付穴にプラグホールパイプを用いて組み込むという特許文献１の技術では、シリンダヘッドと点火プラグ、点火プラグとプラグホールパイプ、プラグホールパイプとシリンダヘッドとの３個所のシールが必要となる。このため、シリンダヘッドと点火プラグ、点火プラグとプラグホールパイプの締め付けが順次行われるため、各シール部分のシール性にばらつきが起こり易くなる。

また、点火プラグの交換作業においては、プラグホールパイプを外してから、点火プラグを引き抜く必要があり、作業性が比較的低いという問題がある。
本発明は以上のような課題に基づきなされたもので、目的とするところは、着火性が良好となる方向に接地電極を向けた状態で点火プラグを作業性よくＣ／Ｈ側のプラグ取付穴に組み込むことのできる内燃機関用点火装置を提供することにある。

この発明の請求項１に係る内燃機関用点火装置は、燃焼室に貫通する点火プラグ取付穴と、同点火プラグ取付穴に挿入され上記燃焼室に臨んで中央電極と側極とを有する点火プラグと、上記点火プラグ取付穴に本体外周面の螺子部が脱着可能に螺合され、上記点火プラグを圧入し固定する点火プラグ固定穴を有する点火プラグ取付部材と、を備え、上記点火プラグ取付部材は上記点火プラグ取付穴に螺合すると共に本体端部の位置決めフランジが上記点火プラグ取付穴の取付部材座面に接合した際に、上記点火プラグの側極が所定の方向に向いて保持されるように上記点火プラグ固定穴に圧入されることを特徴とする。
このように、点火プラグをその側極が所定の方向に向くように保持して点火プラグ取付部材の点火プラグ取付穴に圧入処理することで、以後の点火プラグ取付穴に対する点火プラグ取付部材の本体外周面の螺子部の螺合処理と共に本体端部の位置決めフランジが点火プラグ取付穴の取付部材座面に接合したことにより常に点火プラグの側極を所定の方向に向けて螺合することができる。

請求項２の発明は、請求項１記載の内燃機関用点火装置において、上記点火プラグ取付部材の本体中央に上記点火プラグ固定穴が形成されたことを特徴とする。
特に、上記点火プラグ取付部材の本体中央に上記点火プラグ固定穴が形成されたので、常に点火プラグの側極を所定の方向に向けて確実に螺合することができる。

本発明によれば、点火プラグを交換する場合において点火プラグ取付穴より点火プラグ取付部材ごと点火プラグを取り外しができ、取り外し作業の作業性が向上する。しかも、点火プラグ取付部材の本体外周面の螺子部の螺合処理と共に本体端部の位置決めフランジを点火プラグ取付穴の取付部材座面に接合処理することにより、点火プラグ取付部材を介し点火プラグ取付穴に螺合された点火プラグの側極を所定の方向に向けることができる。

更に、この発明によれば、特に、上記点火プラグ取付部材の本体中央に上記点火プラグ固定穴が形成されたので、常に点火プラグの側極を所定の方向に向けて確実に螺合することができる。

図１にはこの発明の一実施形態としての内燃機関用点火装置が適用された直噴エンジン１を示す。
この直噴エンジン（以後単にエンジンと記す）１は不図示の自動車に搭載される直列４気筒エンジンである。このエンジン１はそのエンジン本体が不図示のクランク軸にコンロッド２を介して連結されるピストン３を摺動可能に支持するシリンダブロック４と、シリンダブロック４の上側にシリンダヘッド５及びヘッドカバー６を順次一体結合し、シリンダブロック４の下側にはその下方を閉鎖する不図示のオイルパンを一体結合する。

図１に示すように、シリンダブロック４及びシリンダヘッド５内には複数のシリンダ（図１では１気筒のみを示した）７が配備され、その内部に燃焼室Ｃが設けられる。燃焼室Ｃには吸気ポート８を介し吸気が導かれ、排気ポート９を介し排気が排出される。吸気ポート８は吸気弁１１を介し、排気ポート９は排気弁１２を介しそれぞれ不図示の吸気系、排気系の各動弁系によって駆動される。なお、燃焼室Ｃで発生した出力エネルギはピストン３、コンロッド２を介し不図示のクランク軸に回転力として伝達される。

このようなエンジン１のシリンダヘッド５には吸気ポート８を開閉する吸気弁１１及び排気ポート９を開閉する排気弁１２と干渉しない位置に燃料噴射弁１３及び点火プラグ１４が配設される。
燃料噴射弁１３は燃料供給系１６に連結されるコモンレール１５に連結され、しかも燃料噴霧を断続制御するデューティー弁１７がコントローラ１８側に接続されている。
ここでの燃料噴射弁１３は開弁時に燃焼室Ｃの全域に燃料噴霧を拡散するように噴霧でき、特に、噴霧の上端側軌跡ａは点火プラグ１４の内部空間である火花放電ギャップ（放電空間）ｔ（図２参照）にかかる位置を通過するように設定されている。

シリンダヘッド５のヘッド低壁１９及びその上方に続く中央筒状壁２１には各燃焼室Ｃとの対向部であってそれぞれのほぼ中央位置に燃焼室Ｃに貫通するプラグ取付穴２２及びその上方に続くプラグ収容穴２３が連続して形成されている。このプラグ取付穴２２に対しその上方に続くプラグ収容穴２３は内径が比較的大きく形成されており、これによって、点火プラグ１４の着脱作業の容易化を図れるようにしている。ここで、プラグ収容穴２３の開口端には不図示の点火コイルから延びる二次巻線２４側のジョイント部材２５のグロメット部が着脱可能に嵌着される。

なお、不図示の点火コイルはコントローラ１８側からの点火信号を受けた際に二次巻線２４に点火用高電圧を発生させる。この点火用高電圧は点火プラグ１４に印加され、この際、点火プラグ１４の中心電極２６と側極２７との間に形成されている火花放電ギャップｔに火花放電が発生する。この火花放電によって燃焼室Ｃ内の混合気への着火を行うことができるが、この着火特性は、燃料噴射弁１３と火花放電ギャップｔとの相対位置関係や飛散する混合気の噴霧の流動位置特性等によって変化する。

即ち、混合気の噴霧の飛散軌跡の上端側ａと火花放電ギャップｔとの接近間隔の大小や、燃料噴射弁１３に対する側極２７の位置が中心電極２６の前か後かで火花放電が噴霧の飛散軌跡に対向するか否かで、その着火特性が変動する。ここでの燃料噴射弁１３に対する側極２７の適正位置は、図５、６に示すように、中心電極２６の真後ろ位置Ｐｈと設定されるものとするが、これは一例であり、各エンジン固有の適正位置が実験的に求められることとなる。

図２に示すように、ヘッド低壁１９のプラグ取付穴２２には内螺子溝が形成される。このプラグ取付穴２２には短筒状で点火プラグ１４を圧入した点火プラグ取付部材２８が螺合される。
点火プラグ取付部材２８は筒状本体２８１の中央に点火プラグ固定穴であるプラグ圧入穴２８２を形成され、本体外周面に外螺子部２８３が形成され、筒状本体２８１の上端に位置決めフランジ２８４が突き出し形成される。

プラグ圧入穴２８２は点火プラグ１４の主筒金具１４１が圧入可能に形成され、主筒金具１４１の端部の鍔部１４２は点火プラグ取付部材２８のプラグ圧入穴２８２の開口端のプラグ座面ｆｐに当接するよう形成される。即ち、主筒金具の鍔部１４２によってプラグ圧入穴２８２の中心線Ｌ０方向の位置規制を行うものであり、プラグ取付穴２２上の点火プラグ取付部材２８を介してのプラグ取付穴２２の深さ方向に対する装着位置Ｐ１を保持できるようにしている。

このような内燃機関用点火装置のエンジン１への組み付け時には、まず、図４（ｂ）に示すように開放状態にあるシリンダヘッド５のプラグ取付穴２２に対し、図３に示すように、点火プラグ１４を取り付けてない単体の点火プラグ取付部材２８を不図示のボックスレンチ等の工具を用いて螺合させ、位置決めフランジ２８４をプラグ取付穴２２の開口縁の取り付け部材用座面ｆｂに所定締め付けトルクで当接させる。これによって点火プラグ取付部材２８のプラグ取付穴２２の中心線Ｌ０方向における位置規制を行う。次いで、図４（ａ）に示すように、プラグ圧入穴２８２に点火プラグ１４の主筒金具１４１を圧入する。この際、予め点火プラグ１４にはその上部側に側極２７位置を示すマークｍ（図６（ａ）参照）を付記しておき、このマークｍを目印として、側極２７位置が適正位置（ここでは、燃料噴射弁１３に対する側極２７の真後ろ位置とする）Ｐｈに配備されるように圧入処理が不図示の圧入機によって行われる。

この際、図６（ｂ）に示すように、側極２７の向きが偏り量Δθであると点火プラグ１４側を回転修正し、適正位置Ｐｈに側極２７が向くようにして圧入組み付けを行う。
このような初期組み付け処理の後、図１に示すように、点火プラグ１４への二次巻線２４側のジョイント部材２５の組み付け、その他のエンジン組付けが通常通りになされ、エンジン１は定常運転が可能となる。
このエンジン１の運転時において、コントローラ１８が不図示の点火コイルを介し点火プラグ１４に所定点火時期毎に火花放電がなされる。

この際、適正位置Ｐｈに側極２７が向くことより、混合気の噴霧の飛散軌跡の上端側ａと火花放電ギャップｔとの接近間隔が適正に保持されていること等によって適正な着火特性が得られ、エンジン１の適正運転が成される。
次に、自動車の所定走行後のメンテナンス時に搭載されているエンジン１の点検が成され、その際、点火プラグ１４の点検も成されるとする。

この場合、まず、点火プラグ１４より二次巻線２４側のジョイント部材２５を取り外し、次いで、プラグ収容穴２３に不図示のボックスレンチを差し入れ、点火プラグ１４を圧入した状態にある点火プラグ取付部材２８を不図示のボックスレンチ等の操作によってプラグ取付穴２２より取り外す。その上で、図４（ａ）に示すように、点火プラグ取付部材２８に圧入状態のままで、エンジン１側より離脱状態に保持されにある点火プラグ１４の点検を行い、点検後、図４（ｂ）に示すように空状態のプラグ収容穴２３及びプラグ取付穴２２に対し、再度、点火プラグ１４を圧入した状態にある点火プラグ取付部材２８を不図示のボックスレンチ等の操作によってプラグ取付穴２２に螺合させる。この際、点火プラグ取付部材２８の位置決めフランジ２８４を取り付け部材用座面ｆｂに所定締め付けトルクで当接させ、これにより、点火プラグ取付部材一体での脱着処理が完了する。

この後、二次巻線２４側のジョイント部材２５が点火プラグ１４に連結され、初期組み付け処理時と同様の後処理が成され、エンジン１は定常運転が可能となる。

上述のような点火プラグ取付部材一体での脱着処理が成されることにより、点火プラグ取付部材２８の外螺子部２８３のプラグ取付穴２２への螺合処理と共に位置決めフランジ２８４が取付部材座面ｆｂに接合することとなる。これにより、点火プラグ取付部材２８のプラグ取付穴２２への嵌合を行った際に、点火プラグ取付部材２８と一体の点火プラグ１４は初期組み付け処理時と同一の当接状態になり、点火プラグ取付穴２２に螺合された点火プラグ１４の側極２７を所定の方向である適正位置Ｐｈに精度よく、しかも、容易に向けて装着することができる。

このため、点火プラグ取付部材一体での脱着処理の後のエンジン１の運転時において、適正位置Ｐｈに側極２７が向くことより、混合気の噴霧の飛散軌跡の上端側ａと火花放電ギャップｔとの接近間隔が適正に保持されていること等によって適正な着火特性が得られ、燃焼室Ｃでの混合気の燃焼の成立性の向上を図れ、点火プラグ１４での燃焼のくすぶりを低減でき、プラグの耐久性を向上させることにも寄与でき、エンジン１の適正運転が成されるようになる。

更に、図１の内燃機関用点火装置では、点火プラグ１４を交換するにあたり、点火プラグ取付部材２８ごと取り外しができ、即ち、取り外し作業が１工程で済み、作業性が向上する。しかも、シール部がシリンダヘッド側のプラグ取付穴２２と点火プラグ取付部材側の外螺子部２８３との間（図２に符号ｓ１で示す）、点火プラグ取付部材のプラグ圧入穴２８２と点火プラグの主筒金具１４１との間（図２に符号ｓ２で示す）の２個所のみとなり、それぞれ各工程でのシール処理が的確かつ容易になされるためシールが確実となる。なお、点火プラグ１４を交換するにあたり、点火プラグ１４を点火プラグ取付部材２８と共に離脱後、点火プラグ取付部材２８との圧入を解消し、点火プラグ取付部材２８を再利用することも可能である。

この点火プラグ取付部材一体での脱着処理の後のエンジン１の運転時において、適正位置Ｐｈに側極２７が向くことより、混合気の噴霧の飛散軌跡の上端側ａと火花放電ギャップｔとの接近間隔が適正に保持されていること等によって適正な着火特性が得られ、エンジン１の適正運転が成されるようになる。

上述のところにおいて、点火プラグ取付部材２８の位置決めフランジ２８４は６角ボルト状の外周面を形成し、不図示のボックスレンチで着脱するものとしたが、これに限定されるものではない。たとえば、位置決めフランジ２８４は点火プラグ取付部材２８の螺合処理と離脱処理を可能とする形状であれば良く、図７（ａ）、（ｂ）に示すような楕円型位置決めフランジ２８４ａ、ｂとし、これらに嵌合するアタッチメント（２点差線で示す）付きの締め付け解除用のラチェット（不図示）を用いても良く、あるいは図７（ｃ）に示すような係合穴ｄ付き位置決めフランジ２８４ｃとし、係合穴ｄに嵌合するピンを備えたアタッチメント（２点差線で示す）付きの締め付け解除用のラチェット（不図示）を用いても良い。これらの位置決めフランジ２８４付き点火プラグ取付部材２８を用いた場合も、図１の内燃機関用点火装置と同様の作用効果を得ることができる。

上述のところにおいて、本発明の内燃機関用点火装置は車両に搭載されるエンジンとしたが、車両以外の定置式の内燃機関用点火装置にも適用可能であり、広範囲に有効利用できる。

本発明の一実施形態としての内燃機関用点火装置が適用されたエンジンの要部切欠断面図である。 図１のエンジンのシリンダヘッドの拡大要部切欠断面図である。 図１のシリンダヘッドに脱着される点火プラグ及び点火プラグ取付部材の分解時を示している。 図１のシリンダヘッドに脱着される点火プラグ及び点火プラグ取付部材を示し、（ａ）はメンテナンス時の点火プラグ及び点火プラグ取付部材の一体での取外し状態を、（ｂ）はメンテナンス時の点火プラグ及び点火プラグ取付部材の離脱時のシリンダヘッド上のプラグ取付穴状態を示している。 図１のシリンダヘッドに脱着される点火プラグ及び燃料噴射弁の相対位置を説明する図である。 図１のシリンダヘッドに脱着される点火プラグ及びプラグ収容穴を示し、（ａ）は部分切欠平面図、（ｂ）は（ａ）の点火プラグと同一姿勢にある点火プラグの側極等の説明図である。 本発明の他の実施形態としての内燃機関用点火装置で用いる点火プラグ取付部材の平面図で、（ａ）は点火プラグ取付部材の第１、（ｂ）は第２、（ｃ）は第３変形例を示す。 従来の内燃機関用点火装置の概略説明図である。

符号の説明

１ エンジン
５ シリンダヘッド
１４ 点火プラグ
２２ 点火プラグ取付穴
２６ 中央電極
２７ 側極
２８ 点火プラグ取付部材
２８２ プラグ圧入穴（点火プラグ固定穴）
Ｃ 燃焼室

Claims (2)

1. 燃焼室に貫通する点火プラグ取付穴と、
   同点火プラグ取付穴に挿入され上記燃焼室に臨んで中央電極と側極とを有する点火プラグと、
   上記点火プラグ取付穴に本体外周面の螺子部が脱着可能に螺合され、上記点火プラグを圧入し固定する点火プラグ固定穴を有する点火プラグ取付部材と、を備え、
   上記点火プラグ取付部材は上記点火プラグ取付穴に螺合すると共に本体端部の位置決めフランジが上記点火プラグ取付穴の取付部材座面に接合した際に、上記点火プラグの側極が所定の方向に向いて保持されるように上記点火プラグ固定穴に圧入されることを特徴とする内燃機関用点火装置。
2. 請求項１記載の内燃機関用点火装置において、
   上記点火プラグ取付部材の本体中央に上記点火プラグ固定穴が形成されたことを特徴とする内燃機関用点火装置。

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