JP4445107B2

JP4445107B2 - Coil-integrated spark plug mounting structure and coil-integrated spark plug

Info

Publication number: JP4445107B2
Application number: JP2000242799A
Authority: JP
Inventors: 隆博鈴木
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2000-08-10
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2020-08-10
Also published as: JP2002054543A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混合気への着火を行うための火花放電を発生する点火プラグと、その火花放電を発生させるための点火用高電圧を発生する点火コイルとが一体に備えられたコイル一体型点火プラグを、内燃機関のシリンダヘッドに形成されたプラグホールに対して取り付けるにあたり、プラグホールに対してねじ込む必要が無いコイル一体型点火プラグと、その取付構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は、混合気（燃料）の燃焼により発生するエネルギを動力源としており、混合気への着火方法としては、点火プラグの中心電極と接地電極との間に発生する火花放電により、燃焼室内に誘導される混合気を着火させている。
【０００３】
一般的に、点火プラグは、軸状に形成された中心電極と、この中心電極を自身の先端側に配置して当該中心電極の径方向周囲を取り囲む絶縁体と、この絶縁体を内側に保持すると共に、先端側にプラグ座面を備えた鍔部とこの鍔部のプラグ座面から軸方向先端側に延びる先端部とが設けられた主体金具と、一端がこの主体金具に結合されて、他端が中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とから構成されている。そして、この点火プラグに、点火コイルで発生した点火用高電圧を印加して、中心電極と接地電極との間に形成される火花放電ギャップにおいて火花放電が発生する。
【０００４】
このような点火プラグは、内燃機関のシリンダヘッドに装着されて使用に供される訳だが、点火プラグをシリンダヘッドに装着するに際しては、シリンダヘッドに形成されたプラグホールに点火プラグを挿入し、プラグレンチ等を用いて所定のトルクにて、主体金具の先端部に設けられたネジ溝（雄ネジ）をプラグホールに設けられた螺合溝（雌ネジ）にねじ込むことで行なわれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一方、内燃機関運転時の点火プラグにおいては、中心電極の温度を適正な範囲内に維持する必要がある。つまり、内燃機関運転時の点火プラグにおいて、中心電極の温度が低下した場合には、自己清浄作用が低下して絶縁体に付着したカーボンを除去できなくなり、カーボンの付着によって火花放電を発生できなくなる虞がある。反対に、中心電極の温度が上昇した場合には、正常な点火時期よりも早く火花放電が発生する、所謂、過早点火が発生してしまい、内燃機関を正常に運転することができなくなる。よって、カーボンの付着や過早点火の発生を防ぐために、内燃機関運転時の点火プラグにおける中心電極の温度は、内燃機関を正常に運転することができる適正な温度範囲（例えば、４００℃〜８００℃）に維持する必要がある。
【０００６】
そして、内燃機関は、その種類、用途、使用環境に応じて、混合気の燃焼により発生する熱量が異なることから、中心電極の温度が適正な温度範囲となるように、内燃機関毎に適切な熱価（点火プラグの熱放出量の度合いを示す指標）の点火プラグを選択する必要がある。
【０００７】
他方、点火プラグを螺合により内燃機関に装着する際に、点火プラグを螺合溝が形成されたプラグホールの中心軸に沿って、その周りに正確に回転させた際には、両者は問題なく締結される。しかし、点火プラグがプラグホールの中心軸から傾いた状態で回転されると、点火プラグ側の螺合溝とプラグホール側の螺合溝が正しく噛み合わずに、所謂、カジリ状態となる。そのために、主体金具の先端部のネジ溝またはプラグホールが損傷し、極端な場合には燃焼室内からの燃焼ガスの吹き抜けを招き、主体金具の先端部や中心電極等が高温となり、過早点火（プレイグニッション）を生じたり、電極の溶損を生じたりする虞がある。とりわけ、近年のＤＯＨＣエンジン等では、シリンダヘッドに大面積の吸気・排気弁を備えることが多く、シリンダヘッドの厚さが大きくなることから、プラグホールが奥深く形成されるため、プラグホールの螺合溝に対して点火プラグ（主体金具）のネジ溝をプラグレンチなどを差し込んでねじ込むことが難しく、点火プラグを適正に取り付けるのに手間がかかる。
【０００８】
そこで、点火プラグの主体金具の先端部にネジ溝（雄ネジ）を設けず、かつプラグホールに螺合溝（雌ネジ）を設けずに、プラグホールに対して点火プラグ（主体金具の先端部）を遊嵌状に挿入可能とし、別途プラグ固定具等で点火プラグを固定することが考えられる。
【０００９】
但し、従来からの主体金具の先端部にネジ溝が設けられた点火プラグでは、絶縁体や中心電極、接地電極から流入する熱は、主体金具の先端部のネジ溝（雄ネジ）から、そのネジ溝と接触する螺合溝（雌ネジ）を通じてシリンダヘッド（プラグホール内壁面）に放散できていた。しかしながら、主体金具の先端部にネジ溝を設けない構成の点火プラグでは、先端部とプラグホール内壁面との間に隙間（クリアランス）が生ずるために、この隙間が大きい場合には当該隙間に存在する空気層の断熱作用により、上述の主体金具の先端部を通じてのプラグホール内壁面への熱放散が不十分となりがちである。
【００１０】
つまり、ネジ溝（雄ネジ）を主体金具に設けない点火プラグは、プラグホールへの取り付けが容易になるものの、中心電極や絶縁体、接地電極から主体金具に流入する熱をシリンダヘッドに十分に放散することができず、内燃機関に適した熱価を有する点火プラグの実現が困難となる。そのために、ネジ溝を主体金具に設けない点火プラグでは、中心電極の温度が過度に上昇し、プレイグニッションを生じたり、電極の溶損を招いたりして、内燃機関の運転を正常に行なうことができない虞がある。
【００１１】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、シリンダヘッドに形成されたプラグホールへの取付けが容易であり、かつ中心電極等から流入する熱を主体金具を通じて良好にシリンダヘッドに放散することができる耐プレイグニッション性に優れたコイル一体型点火プラグ、およびコイル一体型点火プラグのプラグホールへの取付構造を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、軸状に形成された中心電極と、この中心電極を自身の先端側に配置して中心電極の径方向周囲を取り囲む絶縁体と、この絶縁体を内側に保持すると共に、先端側にプラグ座面を備えた鍔部とこの鍔部のプラグ座面から軸方向先端側に延びる先端部とが設けられた主体金具とを備える点火プラグと、一次巻線と二次巻線とを備えて、この二次巻線にて発生する点火用高電圧を点火プラグに印加する点火コイルと、内部に点火コイルを収納すると共に、点火プラグの主体金具と軸方向に対して回転不能に一体化されているケースとを備えたコイル一体型点火プラグと、シリンダヘッドに形成されるプラグホールとの取付構造であって、ケースには、プラグホールに挿入したコイル一体型点火プラグをシリンダヘッドに固定するための固定部が形成され、主体金具の先端部は、表面にネジ溝が設けられていない外周面略円筒状に形成されている一方、プラグホールには、主体金具の先端部に対応する先端対応部が形成されており、主体金具の先端部の外径をφｄ、プラグホールの先端対応部の孔径をφＤとしたときに、φＤ−φｄ≦０．１５（単位：ｍｍ）の関係を満たすことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、軸状に形成された中心電極と、この中心電極を自身の先端側に配置して中心電極の径方向周囲を取り囲む絶縁体と、この絶縁体を内側に保持すると共に、先端側にプラグ座面を備えた鍔部とこの鍔部のプラグ座面から軸方向先端側に延びる先端部とが設けられた主体金具とを備える点火プラグと、一次巻線と二次巻線とを備えて、この二次巻線にて発生する点火用高電圧を点火プラグに印加する点火コイルと、内部に点火コイルを収納すると共に、点火プラグの主体金具と軸方向に対して回転不能に一体化されているケースとを備え、シリンダヘッドに形成されるプラグホールに取り付けられるコイル一体型点火プラグであって、ケースには、プラグホールに挿入したコイル一体型点火プラグをシリンダヘッドに固定するための固定部が形成され、主体金具の先端部は、表面にネジ溝が設けられていない外周面略円筒状に形成されている一方、プラグホールには、主体金具の先端部に対応する先端対応部が形成されており、主体金具の先端部の外径をφｄ、プラグホールの先端対応部の孔径をφＤとしたときに、φＤ−φｄ≦０．１５（単位：ｍｍ）の関係を満たすことを特徴とする。
【００１４】
請求項１に記載の取付構造におけるコイル一体型点火プラグ、および、請求項４に記載のコイル一体型点火プラグは、点火コイルを収納するケースと点火プラグの主体金具とが軸方向に回転不能に一体化され、即ち点火プラグと点火コイルとが一体に形成されている。そして、点火プラグと点火コイルとが一体化される上、主体金具の先端部がネジ溝を設けずに外周面略円筒状とされ、さらに点火コイルを収納するケースには、シリンダヘッド（シリンダヘッドの所定取付位置）に固定するための固定部が形成されている。また、プラグホールにおいては、この主体金具の先端部の形状に対応する形で先端対応部が形成されている。
【００１５】
それより、本発明のコイル一体型点火プラグによれば、プラグホールへの取付時に、ＤＯＨＣエンジンのように奥深く形成されたプラグホールに対しても遊嵌状に挿入しつつ、ケースに形成される固定部をシリンダヘッドに固定するだけで、その取り付けを行なうことができる。つまり、本発明のコイル一体型点火プラグでは、プラグレンチ等を用いた主体金具のねじ締め作用が不要となり、取り付け自体を容易にすると共に、主体金具のネジ溝がプラグホールの螺合溝と噛み合わないにも拘わらず、回転させることにより発生するカジリ状態を引き起こすことがない。
【００１６】
ところで、点火コイルと一体に形成される点火プラグの主体金具の先端部を外周面略円筒形状としたために、従来であれば、先端部に形成されるネジ溝からシリンダーヘッド（プラグホール内壁面）に逃がすことのできた熱が、放散されにくくなる。詳細にいうならば、主体金具の先端部の外径をφｄ、プラグホールの先端対応部の孔径をφＤとしたときに、クリアランス量（φＤ−φｄ）が極僅かな場合には、主体金具に流入される熱をプラグホール内壁面に放散することができるものの、このクリアランス量（φＤ−φｄ）が比較的大きい場合に、熱の放散経路が不十分となるのである。
【００１７】
つまり、クリアランス量（φＤ−φｄ）の大きさによっては、主体金具の先端部とプラグホール内壁面（プラグホールの先端対応部）とにより形成される隙間に比較的大きな空気層が介在することになる。そして、この空気層が、燃焼ガス等により高温下に曝された際に断熱層として機能し、主体金具の先端部等に流入する熱をプラグホール内壁面に放散することを妨げてしまうのである。そのために、中心電極等が高温になりがちで、プレイグニッションや電極の溶損が発生し易くなる。
【００１８】
これに対し、本発明のコイル一体型点火プラグでは、上記クリアランス量（φＤ−φｄ）が、φＤ−φｄ≦０．１５〔ｍｍ〕の関係を満たすように設定されている点が注目すべき点である。このクリアランス量（φＤ−φｄ）を上記範囲を満たす取付構造とすることにより、中心電極や絶縁体、接地電極から主体金具に流入される熱を、主体金具の先端部を通じてプラグホール内壁面（シリンダーヘッド）に速やかに放散することができるようになる。その結果、中心電極等の温度が低く保たれ、先端部に雄ネジを形成したものと同等またはそれ以上の耐プレイグニッション性が得られ、プレイグニッションや電極の溶損がなく、内燃機関に適した熱価のコイル一体型点火プラグ（点火プラグ）、およびその取付構造を実現することができる。尚、上記クリアランス量（φＤ−φｄ）の範囲は、望ましくはφＤ−φｄ≦０．１０〔ｍｍ〕の関係を満たすことが好ましい。
【００１９】
ここで、上記クリアランス量（φＤ−φｄ）が０．１５［ｍｍ］以下であるときに、スパークプラグの耐プレイグニッション性が良好に得られる理由としては、主体金具の先端部とプラグホールの先端対応部との間に介在する空気層が極めて少なく、空気層による断熱作用が小さくなり、空気層を介して先端部からの熱をプラグホール内壁面に有効に放散することができるからである。また、他の理由として、主体金具は金属材料により構成されるものであるが故に、上記クリアランス量（φＤ−φｄ）が０．１５［ｍｍ］以下である場合、燃焼ガス等により主体金具（先端部）が高温下に曝されて先端部が熱膨張を起こすことで、プラグホール内壁面にこの先端部が接触し、主体金具の先端部からプラグホール内壁面に対する熱の放散経路が、有効に確保されるものと推測される。
【００２０】
したがって、請求項１に記載のコイル一体型点火プラグの取付構造、および請求項４に記載のコイル一体型点火プラグによれば、内燃機関に適した熱価の点火プラグを実現できるため、中心電極の温度が過度に上昇するために発生する過早点火を防ぐことができ、内燃機関を正常に運転することができる。また、コイル一体型点火プラグをプラグホールへ装着する際にカジリ状態を引き起こすことが無く、プラグホールへの装着作業が容易となる。
【００２１】
そして、ケースに備えられる固定部は、例えば、請求項２および請求項５に記載のように、シリンダヘッドに設けられた取り付け部に嵌合するように、ケースの外周面から径方向外向きに突出した形態で形成されており、取り付け部に嵌合されてコイル一体型点火プラグを燃焼室方向に付勢する弾性部を有するとよい。
【００２２】
つまり、固定部は、ケースの外周面から径方向外向きに突出した形態で形成され、この固定部をシリンダヘッドに予め設けられた取り付け部と嵌合させることで、ケース、ひいてはコイル一体型点火プラグをシリンダヘッドに対して固定するのである。このとき、シリンダヘッドに設けられる取り付け部は、例えば、プラグホールに挿入したコイル一体型点火プラグを点火プラグの中心軸を中心として回動することにより固定部と嵌合し、かつ固定部を固定できる形状に形成するとよい。これにより、主体金具の先端部が外周面略円筒状に形成されたコイル一体型点火プラグをプラグホールに遊嵌状に挿入した後、コイル一体型点火プラグを点火プラグの中心軸を中心として回動して固定部を取り付け部と嵌合する、という簡単な手順で、コイル一体型点火プラグをシリンダヘッドに固定することができる。
【００２３】
また、このコイル一体型点火プラグにおける固定部は、弾性部を備えており、この弾性部は固定部がシリンダヘッドの取り付け部に嵌合されると、自身の弾性力によりコイル一体型点火プラグを燃焼室の方向に付勢するように機能し、コイル一体型点火プラグはこの弾性部によって混合気の燃焼圧力による上下方向（自身の軸方向）の移動が抑制される。さらに、内燃機関の振動によっても、コイル一体型点火プラグは、この弾性部によって自身の軸方向の移動が抑制されることになり、主体金具のプラグ座面の軸方向の移動が抑制され、燃焼室の気密性を確保することができる。
【００２４】
なお、弾性部がコイル一体型点火コイルを燃焼室方向に付勢する付勢力は、混合気の燃焼圧力よりも大きく設定する必要があり、固定部は２０［Ｎ／mm² ］以上の付勢力を、コイル一体型点火プラグの軸方向に生じる弾性部を備えることが望ましい。
【００２５】
ところで、内燃機関における燃料への着火性を向上させるには、例えば、混合気中の燃料を均一に撹拌させると良いことから、燃焼室内において混合気の乱流（スワール流やタンブル流）を発生させて燃料を均一に拡散させることで、着火性を向上させている。
【００２６】
そして、このとき、混合気の乱流の方向に対する接地電極の位置が、混合気への着火性を決定する要因の１つとなっている。つまり、混合気は、火花放電ギャップに発生する火花放電に触れることで着火されるが、混合気の乱流の方向に対する、接地電極の位置（主体金具に結合される接地電極結合位置）によっては、混合気が火花放電に接触するのを接地電極が妨げることになり、混合気への着火性が低下する。それより、燃焼室内における接地電極の方向（主体金具に対する接地電極結合位置）を、混合気の乱流の流れ方向に対して最適な位置関係となるよう一定に定めることができれば、混合気への着火性を向上させることができる。
【００２７】
そこで、燃焼室内における接地電極の位置を確実に設定するには、例えば、請求項３および請求項６に記載のように、点火プラグは、一端が主体金具に結合されて接地電極結合部を形成し、他端が火花放電ギャップを隔てて対向するように配置される接地電極を備えており、接地電極結合部の形成位置と、ケースに形成される固定部の形成位置との関係が、同一品番のコイル一体型点火プラグについてはいずれも略同一とされているとよい。
【００２８】
本構成のコイル一体型点火プラグでは、主体金具に結合されて接地電極結合部を形成する接地電極を備える点火プラグと、点火コイルを収納するケースとが一体化されている。それより、シリンダヘッドの所定の取り付け位置にコイル一体型点火プラグを取り付けるためにケースに形成される固定部の形成位置に対して、点火プラグの接地電極の方向（接地電極結合部の形成位置）が混合気の乱流の流れを妨げない方向に予め適合するように、ケースと点火プラグの主体金具とを回転不能に一体化させておけば、例えコイル一体型点火プラグをプラグホールに対して遊嵌状に挿入時または挿入した後に、そのコイル一体型点火プラグが回転して接地電極の方向がずれてしまっても、ケースの固定部をシリンダヘッドの所定の取り付け位置に合わせるだけで、接地電極の方向（接地電極結合部の形成位置）を混合気の乱流の流れを妨げない方向に確実、且つ容易に設定することができる。
【００２９】
また、品番とは、点火プラグの仕様（寸法や熱価等）を表すものであり、点火プラグの装着位置の形状や環境（温度など）に関して内燃機関毎に適合する点火プラグを選択する際の指標となる。そして、混合気の乱流の方向は内燃機関毎に定まることから、同一品番のコイル一体型点火プラグにおける接地電極結合位置と固定部との位置関係を略同一とすることで、内燃機関毎に混合気の乱流の方向に適したコイル一体型点火プラグを品番に基づいて選択することができる。
【００３０】
従って、同一品番のコイル一体型点火プラグにおいて、接地電極結合位置と、ケースの形成される固定部の形成位置との関係を、混合気の乱流の流れを妨げないように予め適合するように略同一に設定することにより、接地電極結合部と混合気の乱流との関係が、各気筒や各内燃機関について略一定となるので、気筒や機関毎に着火性がばらつかず、略一定の空燃比（Ａ／Ｆ）で駆動することができ、ひいては希薄空燃比で駆動することも可能となる。
【００３１】
よって、請求項３に記載のコイル一体型点火プラグの取付構造、および請求項６に記載のコイル一体型点火プラグによれば、燃焼室内における接地電極の位置を設定することができ、混合気への着火性を向上させることができる。
なお、本コイル一体型点火プラグは、主体金具の厚さに関して、従来の点火プラグにおける螺合溝の部分まで主体金具を形成できるため、従来よりも主体金具を厚く形成することができる。これに伴い、主体金具から延設される接地電極も従来より厚く（太く）形成できることから、主体金具および接地電極の強度を増大できるという利点もある。あるいは、従来の点火プラグにおいて螺合溝が設けられていた部分には何も形成せず、螺合溝の部分だけプラグホールを小径に形成することも可能となり、これにより、シリンダヘッドにおけるプラグホールの占有面積を小さくでき、吸気弁、排気弁などの領域を広く確保することが可能となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１は、実施例のコイル一体型点火プラグ１の外形および一部断面を表す説明図である。
【００３３】
図１に示すように、コイル一体型点火プラグ１は、中心電極１９と接地電極２１との間に形成される火花放電ギャップｇにて火花放電を発生する点火プラグ１１と、点火プラグ１１にて火花放電を発生させるための点火用高電圧を発生する点火コイル２７と、点火プラグ１１の主体金具１７に第１重なり部３３ａが固着された円筒状の第１ケース３３と、第１ケース３３より大径に形成された円筒状であり、内部に点火コイル２７を収納する第２ケース３５と、外部からの指令に応じて点火コイル２７への通電・遮断の制御を行う点火ユニット４１と、を備えており、点火プラグ１１と点火コイル２７とが一体不可分に構成されている。
【００３４】
ここで、点火プラグ１１について、一部を断面図として表した全体構成を表す構成図を図２に示し、内部構造を表した断面図を図３に示す。
そして、点火プラグ１１は、軸状に形成された中心電極１９と、中心電極１９を取り囲む絶縁体１５と、絶縁体１５を内側に保持する主体金具１７と、絶縁体１５における中心電極１９とは反対側の端部に備えられた端子電極１３と、を備えている。主体金具１７の先端面には、接地電極２１の一端が結合され、接地電極結合部２１ａを形成している。そして、この接地電極２１の他端は、中心電極１９の先端面に向かって延設されて、火花放電ギャップｇを隔てて中心電極１９と対向している。なお、本明細書中では、点火プラグ１１における軸Ｓ方向において、火花放電ギャップｇの形成される側を先端側（前方側）とし、これと反対側を基端側（後方側）として記載する。
【００３５】
また、主体金具１７は、炭素鋼からなり、シリンダヘッド５１に取り付けられた際に（図１参照）、ガスケットＧを介してガスシール面となるプラグ座面６１を先端側に備えた鍔部６３が設けられ、プラグ座面６１から軸Ｓ方向先端側に先端部６５が形成されている。さらに、主体金具１７における鍔部６３よりも基端側には、加締め溝部６７、六角部６９、加締め部７１が形成されている。そして、点火プラグ１１における主体金具１７の先端部６５の外側表面にはネジ溝が設けられておらず、外周面略円筒状に形成されている。
【００３６】
また、図３に示すように、絶縁体１５は、軸Ｓ方向に沿って貫通孔７９が形成されており、後方側に端子電極１３が、前方側に中心電極１９がそれぞれ挿入・固定されている。そして、貫通孔７９の内部には、セラミック抵抗体７３（ガラス粉末と導電材料粉末との混合物をホットプレスなどにより焼結した抵抗体組成物）が配置されている。このセラミック抵抗体７３は、導電性ガラスシール層７５を介して端子電極１３と電気的に接続され、導電性ガラスシール層７７を介して中心電極１９と電気的に接続されている。
【００３７】
つまり、端子電極１３と中心電極１９とは、導電性ガラスシール層７５、セラミック抵抗体７３、導電性ガラスシール層７７を介して電気的に接続されている。なお、セラミック抵抗体７３を省略し、一層の導電性ガラスシール層を介して、端子電極１３と中心電極１９とを接続する構成としても良い。
【００３８】
また、絶縁体１５は、図３に詳細に示すように、軸Ｓ方向における略中間位置に、周方向外向きに突出するダイヤ部１５ｅが形成されている。そして、絶縁体１５は、ダイヤ部１５ｅの基端側に、ダイヤ部１５ｅよりも小径に形成された頭部１５ｂを備えており、ダイヤ部１５ｅの先端側に、ダイヤ部１５ｅよりも小径に形成された中胴部１５ｇを備えており、さらに、中胴部１５ｇの先端側に、中胴部１５ｇよりも小径に形成された脚長部１５ｉを備えている。なお、頭部１５ｂの表面には、釉薬１５ｄが施され、頭部１５ｂの後方側にはコルゲーション１５ｃが形成されている。また、絶縁体１５における軸Ｓ方向の先端側に位置する脚長部１５ｉは、先端方向に向かうほど縮径される略円錐形状である。
【００３９】
さらに、絶縁体１５の貫通孔７９は、中心電極１９が挿通される略円筒形状の第一部分７９ａと、第一部分７９ａよりも基端側に第一部分７９ａよりも大径に形成された第二部分７９ｂとを有する。そして、端子電極１３とセラミック抵抗体７３は、第二部分７９ｂの内部に収容され、中心電極１９は第一部分７９ａに挿通される。また、中心電極１９の基端側には、その外周面から外向きに突出する凸状部１９ａが形成されている。そして、貫通孔７９の第一部分７９ａと第二部分７９ｂとは、中胴部１５ｇの内部において互いに接し、その接続位置には、中心電極１９の凸状部１９ａを受けるため凸状部受け面７９ｃが、テーパ面あるいはＲ面状に形成されている。
【００４０】
また、中胴部１５ｇと脚長部１５ｉとの接続部分には、段付面状とされた係止面１５ｈが形成され、係止面１５ｈは主体金具１７の内周面に内向きに突出して形成された金具側係合部８１（詳細には、金具側係合部のうちの絶縁体を係止する面）に対し、環状の板パッキン８３を介して係合する。これにより、軸Ｓ方向において、絶縁体１５が主体金具１７の先端側から抜け落ちるのを防止している。
【００４１】
他方、主体金具１７の内周面基端側と、絶縁体１５の外周面との間には、ダイヤ部１５ｅと係合する環状の線パッキン８５、滑石８７等が配置されている。そして、絶縁体１５を主体金具１７に向けて先端側に押し込み、その状態で主体金具１７の基端部を絶縁体１５の外面に向けて内側に加締めることで加締め部７１が形成され、絶縁体１５が主体金具１７により保持される。
【００４２】
ここで、金具側係合部８１は、中心電極１９および絶縁体１５（脚長部１５ｉ）に流入した熱を、板パッキン８３、係止面１５ｈを通じて、主体金具１７の先端部６５およびプラグ座面６１に、ひいてはシリンダヘッド５１（プラグホール５７の内壁面）に放熱する放熱経路の一部となる。
【００４３】
ところで、図３の吹き出し図に示すように、プラグ座面６１の先端側端縁から金具側係合部８１の基端側端縁までの、軸Ｓ方向の距離Ｌａ（単位：［ｍｍ］）は、中心電極１９や絶縁体１５に流入する熱の放熱度合に関係する（なお、図３の吹き出し図では、ガスケットＧを省略している）。これに対して、本実施例では、この距離Ｌａが、良好な放熱度合を実現できる「−６≦Ｌａ≦６」の関係を満足するように設定されている（例えば、０．５［ｍｍ］）。
【００４４】
ここで、図４に、ネジ溝が設けられておらず、外周面略円筒状の主体金具１７の先端部６５に結合された接地電極（図４（ａ））と、ネジ溝２３が設けられている主体金具１７の先端部６５に結合された接地電極（図４（ｂ））と、を有する点火プラグを示す。図４（ｂ）に示す点火プラグの主体金具１７の先端部６５は、その外表面にネジ溝２３が設けられており、主体金具１７の実質的な厚さはＴ２であり、この主体金具１７に結合される接地電極２１（接地電極結合部２１ａ）の厚さはＴ２となる。一方、図４（ａ）に示す点火プラグの主体金具１７の先端部６５は、その外表面にはネジ溝は設けられておらず、外周面略円筒状に形成されており、同一寸法のプラグホールに取り付ける場合、主体金具１７の厚さはＴ１（＞Ｔ２）であり、この主体金具１７に結合される接地電極２１（接地電極結合部２１ａ）の厚さはＴ１となる。
【００４５】
このように、本実施例のように主体金具１７の先端部６５にネジ溝が無い点火プラグ１１は、ネジ溝２３がある点火プラグに比べて、同一寸法のプラグホールに装着する場合においては、接地電極２１（接地電極結合部２１ａ）の厚さを厚く形成でき、振動や衝撃に対する接地電極の強度が増大する。
【００４６】
そして、図１において、点火コイル２７は、図示しない一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２とを備えており、一次巻線Ｌ１は、一端が点火ユニット４１に備えられたスイッチング素子に接続され、他端が点火ユニット４１に備えられたコネクタ部４３の端子に接続されている。なお、コネクタ部４３におけるこの端子は、外部の電源装置（バッテリ）に接続される。さらに、二次巻線Ｌ２は、一端が点火用高電圧を出力する高圧出力端子２９に接続され、この高圧出力端子２９が点火プラグ１１の端子電極１３に接続されており、他端が点火ユニット４１に備えられたコネクタ部４３の端子に接続されている。なお、コネクタ部４３におけるこの端子は、外部のグランドラインに接続（接地）されている。
【００４７】
ついで、点火コイルを内部に収容すると共に、点火プラグ１１の主体金具１７と軸Ｓ方向に回転不能に一体化される筒状のケースについては、図１に示すように、軸Ｓ方向に隣接配置される第１ケース３３と第２ケース３５からなる二重構造を呈してなる。
【００４８】
第１ケース３３は、点火プラグ１１の主体金具１７に対して第１重なり部３３ａを生ずるように配置され、その第１重なり部３３ａにおいて、レーザー溶接により、主体金具１７と第１ケース３３の両者が軸Ｓ方向に回転不能な形態で一体化されている。なお、この第１ケース３３の側面には、注入穴３３ｂが設けられている。この注入穴３３ｂは、後述する第２ケース３５と第１ケース３３とが一体化された後に、第１ケース３３（ケース）の内部に絶縁性を有する樹脂またはゴムを充填するための注入口として用いられる。
【００４９】
一方、第２ケース３５は、自身の内周面に、第１ケース３３の基端部に対して第２重なり部３３ｃを生ずるように配置され、その第２重なり部３３ｃにおいて、第１ケースと第２ケース３５の両者が軸Ｓ方向に回転不能な形態で一体化されている。なお、第１重なり部３３ａ、第２重なり部３３ｃにて一体化を施す手段としては、レーザー溶接に限定されることはなく、電子ビーム溶接、環状抵抗溶接などを用いてもよい。
【００５０】
なお、第１ケース３３および第２ケース３５の材質については金属材料であることが望ましく、具体的には第１ケース３３をステンレス等の常磁性材料にて、第２ケース３５を鉄等の強磁性材料にて形成することが望ましい、その理由としては以下の通りである。第２ケース３５については、自身の内部に点火コイル２７を収容するものであるが、近年では点火コイル２７についても小型化が要求され、例えばＤＯＨＣエンジン等の奥深いプラグホール内に点火コイル２７を収容させなければならないことから、開磁路を形成するコイルコアに一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２とを巻装させることが多い。しかし、開磁路型の点火コイル２７にあっては、一次巻線Ｌ１への通電時に磁束がコイルコア外部（大気中）を磁路として経由するために、磁気抵抗が大きくなりがちで、磁気の洩れが生じることがあり、点火プラグ１１に供給される点火用高電圧に損失を生ずるおそれがある。これに対して、開磁路を形成するコイルコア（点火コイル２７）が収容される第２ケース３５を強磁性材料により構成することで、磁束はコイルコア外部に位置する第２ケース３５を経由することになる（換言すれば、閉磁路をほぼ形成することになる）。その結果、磁束抵抗を小さくすることができ、磁気漏れを抑えることができる。
【００５１】
但し、第１ケース３３までが強磁性材料にて構成されると、磁路はコイルコア、第２ケース３５および第１ケース３３の三部材にて形成されることになるが、第１ケース３３−コイルコア間の距離は、第２ケース３５−コイルコア間の距離に比べて長くなるために、磁束が大気中を経由する距離が若干長くなり、磁束洩れを効率良く抑えることができない可能性がある。それより、上述したように第２ケース３５を強磁性材料にて、第１ケース３３を常磁性材料にて構成した二重構造のケースを呈することで、効率の良い磁路が形成され、点火コイル２７から点火プラグ１１へ供給される点火用高電圧の損失を抑制することができる。
【００５２】
また、第２ケース３５の外周面の所定部位には、シリンダヘッド５１に着脱自在に取り付けすることが可能な固定部３７が形成されている。
ここで、固定部３７を詳細に説明するために、固定部３７を中心に拡大した斜視図を図５に示す。図５に示すように、固定部３７は、第２ケース３５の外周面から等間隔にて複数個（本実施例では３個）径方向外向きに突出した形で設けられている。ここで、この固定部３７は、第１板面３７ａと第２板面３７ｂとを有し、両者に一体に連結されている。
【００５３】
第１板面３７ａは、シリンダヘッド５１に予め設けられた断面形状が略Ｌ字形状である複数個（本実施例では３個）の取り付け部５３と嵌合される部分にあたる。また、第２板面３７ｂは、第１板面３７ａに対して略垂直に立設しており、第１板面３７ａによるシリンダヘッド５１の取り付け部５３への嵌合時に、取り付け部５３に当接して第１板面３７ａの移動を制限する役目を果たす。
【００５４】
更に、第１板面３７ａのうち、第２板面３７ｂが立設される側の略半分を占める板面３７ｃは、他方の略半分を占める境界部分を境に僅かに図中上方向に反った形態で構成され、第１板面３７ａがシリンダヘッド５１の取り付け部５３に嵌合される時または嵌合後に、シリンダヘッド５１に対して押圧作用を発揮する弾性部として機能する。この弾性部（板面３７ｃ）により、コイル一体型点火プラグ１が燃焼室５５の方向に付勢される（換言すれば、軸Ｓ方向先端側に向かって付勢される）ことになる。
【００５５】
次に、図１に戻り点火ユニット４１は、第２ケース３５の基端部に取り付けられており、電源装置や電子制御装置などの外部機器と接続するためのコネクタ部４３が備えられ、内部にはスイッチング素子などが備えられている。そして、外部機器からの指令信号（点火指令信号）に基づき、スイッチング素子などが動作することで、点火コイル２７の一次巻線Ｌ１に流れる一次電流の通電・遮断の制御を行い、二次巻線Ｌ２に点火用高電圧を発生させ、この点火用高電圧を点火プラグに印加することで火花放電を発生させる。
【００５６】
以上の各構成要素から成るコイル一体型点火プラグ１の組み立て手順の一例を、図６を用いて説明する。
まず、自身の内部に点火コイル２７を収容すると共に、絶縁性樹脂であるエポキシ樹脂により内部をモールドした第２ケース３５を準備し、次に、図６（ａ）に示すように、第２ケース３５の先端側から導出される点火コイル２７の二次巻線Ｌ２と接続された高圧出力端子２９と、点火プラグ１１の端子電極１３とを加締めあるいはロウ付け等により接合する。なお、このとき、第２ケース３５の内部においては、高圧出力端子２９の一部はエポキシ樹脂によりモールドされずに導出されている。
【００５７】
ついで、注入穴３３ｂが形成された第１ケース３３を準備し、この第１ケースを点火プラグ１１の前方側から軸Ｓ方向に挿入（嵌合）する。そして、第１ケースを、その先端部を点火プラグ１１の主体金具１７における鍔部６３と第１重なり部３３ａが生ずるように配置すると共に、その基端部が第２ケースの内面と第２重なり部３３ｃが生ずるように配置する。そして、第１重なり部３３ａと第２重なり部３３ｃにおいて、図６（ｂ）に示すようにレーザー溶接（図中ＬＢに相当）を行う。
【００５８】
なお、このとき、第２ケース３５の固定部３７の形成位置に対する点火プラグ１１の接地電極２１の位置（主体金具１７への結合位置）は、コイル一体型点火プラグ１をシリンダヘッドに取り付けた時に、火花放電ギャップｇに発生する火花放電に混合気の乱流が触れるのを妨げない位置関係を有するように調整した上で、第１ケース３３を点火プラグ１１の主体金具１７および第２ケース３５に対して一体化させている。
【００５９】
このようにして、点火プラグ１１、点火コイル２７、第１ケース３３および第２ケース３５が一体に形成された後、注入穴３３ｂから第１ケース３３の内部に絶縁性材料（例えば、シリコンゴムやシリコン樹脂）を液化した状態で注入・固化すると共に、第１ケース３３の外周表面に第２ケース３５と厚さが等しい層を同絶縁性材料にて形成することで、第１ケース３３の内部に形成された部分と、第１ケース３３の外周表面の層とから成る絶縁部３９を形成する（図１参照）。なお、絶縁部３９は、第１ケース３３の内部において、点火プラグ１１の加締め部７１を覆うように形成される。
【００６０】
このようにして、コイル一体型点火プラグ１が完成する。
ここで、本実施例のシリンダヘッド５１を図７に示す。図７に示すように、シリンダヘッド５１は、取り付け部５３が設けられた上面から燃焼室５５にかけて貫通するプラグホール５７が備えられている。そして、プラグホール５７は、本実施例のコイル一体型点火プラグ１を完全に収容可能な深さに形成され、シリンダヘッド５１の上面から燃焼室５５にかけて、段階的に小径となる丸孔から構成される。
【００６１】
そして、プラグホール５７を構成する丸孔のうち、上面側の挿入部５７ａは、シリンダヘッド５１の上面から燃焼室５５の近くにまで達しており、上記コイル一体型点火プラグ１のうち最も大径である第２ケース３５よりも径大に形成されていることから、コイル一体型点火プラグ１が遊嵌状に挿入できる。また、丸孔のうち燃焼室５５側の先端対応部５７ｃは、コイル一体型点火プラグ１を挿入した際に、主体金具１７における先端部６５が遊嵌状に挿入される部分である。また、挿入部５７ａと先端対応部５７ｃとの間には、鍔対応部５７ｂが位置し、鍔対応部５７ｂは、コイル一体型点火プラグ１を挿入した際に、主体金具１７における鍔部６３が遊嵌状に挿入される丸孔である。
【００６２】
なお、鍔対応部５７ｂと先端対応部５７ｃとの境界部にあたるシール面５７ｄは、コイル一体型点火プラグ１に装着されるガスケットＧが当接して、燃焼室５５の気密性を保つためのシールを行う面となる。また、シリンダヘッド５１には、冷却水を流通させるための流通孔８９が形成されている。
【００６３】
次に、本実施例のコイル一体型点火プラグ１をシリンダヘッドに装着する手順について説明する。まず、シリンダヘッド５１のプラグホール５７に、コイル一体型点火プラグ１を点火プラグ１１の側から挿入する。そして、ケースに形成される固定部３７の第１板面３７ａがシリンダヘッド５１の上面に当接するまでコイル一体型点火プラグ１を挿入した後、軸Ｓを中心にコイル一体型点火プラグ１を回動することで、固定部３７と取り付け部５３とを嵌合する。
【００６４】
このとき、コイル一体型点火プラグ１は、固定部３７を形成する第１板面３７ａの一部である弾性部（板面３７ｃ）により（図５参照）、燃焼室５５の方向（軸Ｓ方向先端側）に２０［Ｎ／mm² ］の力で付勢されるように調整されている。このようにして、コイル一体型点火プラグ１は、シリンダヘッド５１に取り付けられる訳だが、本実施形態ではその取付構造において、図１に示すように、主体金具１７の先端部６５の外径をφｄ、プラグホール５７の先端対応部５７ｃの孔径φＤとしたときに、クリアランス量（φＤ−φｄ）は、φＤ−φｄ≦０．１５（単位：ｍｍ）の関係を満たすようにされている。ここで、プラグホール５７の先端対応部の孔径φＤは、シリンダヘッド５１の設計毎に種々の大きさのものがあるが、いずれのプラグホール５７に対しても、先端部６５のφｄが上記範囲（関係）を満たすように適宜定めることにより、上記範囲を満たすことができる。なお、本実施形態においては、例えばφＤ＝１３．７０［ｍｍ］、φｄ＝１３．６０［ｍｍ］であって、φＤ−φｄ＝０．１０［ｍｍ］とされている。
【００６５】
このように、クリアランス量（φＤ−φｄ）を０．１５［ｍｍ］以下とすることにより、中心電極１９や絶縁体１５、接地電極２１から主体金具１７の先端部６５に流入する熱を、プラグホール５７内壁面（シリンダヘッド５１）に速やかに放散することができるようになる。その結果、中心電極１９等の温度が低く保たれることになり、従来のように先端部６５にネジ溝を形成したものと同等またはそれ以上の耐プレイグニッション性が得られる。
【００６６】
ここで、本発明の効果を確認するために、図２に示す主体金具１７の先端部６５の外径φｄを変化させると共に、プラグホール５７の先端対応部５７ｃの孔径φＤは一定（１３．７［ｍｍ］）とし、クリアランス量（φＤ−φｄ）の値を変化させることで、点火プラグの熱価（放熱性能）を評価した。
【００６７】
なお、点火プラグにおいては、先端部６５の軸Ｓ方向の長さＴ３＝１５．０［ｍｍ］、先端部６５の内径φｄ１＝８．４［ｍｍ］、金具側係合部８１の最小内径φｄ２＝７．５［ｍｍ］に、それぞれ寸法設定して評価を行った（図２参照）。また、プラグ座面６１の先端側端縁から金具側係合部８１の基端側端縁までの軸Ｓ方向に向かう距離Ｌａ（図３参照）については、０［ｍｍ］に寸法設定した。さらに、本評価にあたり、絶縁体１５の脚長部１５ｉにおける軸Ｓ方向の距離Ｔ４について、Ｔ４＝１４［ｍｍ］（脚長部１５ｉの先端外径φｄ３＝５．１［ｍｍ］）であるもの、およびＴ４＝１７［ｍｍ］（脚長部１５ｉの先端外径φｄ３＝５．１［ｍｍ］）であるものの２種類について行った。
【００６８】
そして、点火プラグの耐プレイグニッション性の評価は、プレイグニッション（過早点火）の発生の有無を検出することで行い、いわゆるイオン電流を計測するプレイグニッションテスタを用いてプレイグニッションを検出した。なお、プレイグニッションが発生して、火花放電ギャップｇが火炎に包まれると、火炎中のイオンによって火花放電ギャップｇが導通状態となる。従って、火花放電ギャップｇに予め数１００［Ｖ］の電圧を印加しておくと、プレイグニッションが発生した場合に、イオン電流が流れる。このため、点火回路で火花放電を発生させる前にイオン電流が検出された場合には、プレイグニッションが発生したと判定できる。
【００６９】
そして、点火回路およびプレイグニッションテスタが接続されたコイル一体型点火プラグを内燃機関に装着し、内燃機関を駆動（１６００ｃｃ、直列４気筒、スロットル全開状態）し、正規の点火時期よりも１度（クランク角度）ずつ過進角させて、２分間保持し、プレイグニッションがその間に発生したか否かを判定し、初めてプレイグニッションが発生した過進角を測定した。各クリアランス量（φＤ−φｄ）と過進角との関係を図８のグラフに示す。
【００７０】
なお、本測定にあたり、主体金具の先端部にネジ溝（Ｍ１４Ｓ）が形成された従来の点火プラグについても、脚長部の距離Ｔ４＝１４［ｍｍ］、１７［ｍｍ］の２種類を、それぞれ同様に評価した。なお、プラグ座面の先端側端縁から金具側係合部の基端側端縁までの軸方向に向かう距離Ｌａは、０［ｍｍ］とした。そして、従来の点火プラグでは、プレイグニッションが発生した過進角が、脚長部の距離Ｔ４＝１４［ｍｍ］のものでは２０度であり、脚長部の距離Ｔ４＝１７［ｍｍ］のものでは１５度であった。
【００７１】
これに対して、本実施例のコイル一体型点火プラグについては、図８のグラフに示すように、クリアランス量（φＤ−φｄ）＝０．１５［ｍｍ］では、脚長部１５ｉの距離Ｔ４＝１４［ｍｍ］，１７［ｍｍ］の２種類ともに、上記従来例と同等の過進角までプレイグニッションを生じないで内燃機関の駆動できることが判明した。また、クリアランス量（φＤ−φｄ）＝０．０２［ｍｍ］，０．１０［ｍｍ］では、脚長部１５ｉの距離Ｔ４＝１４［ｍｍ］，１７［ｍｍ］の２種類ともに、上記従来例以上の過進角までプレイグニッションを生じないで内燃機関を駆動でき、熱価（放熱性能）が向上することが判明した。一方、クリアランス量（φＤ−φｄ）＝０．１５［ｍｍ］を越えるものでは、脚長部１５ｉの距離Ｔ４＝１４［ｍｍ］，１７［ｍｍ］の２種類ともに、上記従来例よりも熱価（放熱性能）が劣ることが判った。
【００７２】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記実施形態のコイル一体型点火プラグ１では、接地電極２１が一つのみ主体金具１７に結合された一極タイプのものを用いたが、複数の接地電極２１が主体金具１７に結合された多極タイプであってもよい。また、主体金具１７の形成材料としては炭素鋼を用いたが、中心電極３等から流入する熱の放散性を高めるべく、炭素鋼よりも熱伝導性に優れる銅合金やアルミニウム合金により主体金具１７を形成してもよい。
【００７３】
さらに、固定部３７における第１板面３７ａを折り曲げて弾性部（板面３７ｃ）を形成するのではなく、第１板面３７ａとは別体に、皿バネやスプリングワッシャなどを備えて、コイル一体型点火プラグ１を燃焼室５５の方向に付勢するよう構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のコイル一体型点火プラグ１の外形および一部断面を表す外形図である。
【図２】実施例の点火プラグの一部を断面図として表した全体構成を表す構成図である。
【図３】実施例の点火プラグの内部構造を表す断面図である。
【図４】（ａ）は、ネジ溝が設けられていない点火プラグの接地電極を表す説明図であり、（ｂ）は、ネジ溝が設けられている点火プラグの接地電極を表す説明図である。
【図５】固定部を中心として拡大した部分の斜視図である。
【図６】本実施例のコイル一体型点火プラグ１の組み立て手順の説明図であり、（ａ）は組み立て前の状態を示し、（ｂ）は組み立て後の状態を示す。
【図７】本実施例のシリンダヘッドの断面図である。
【図８】主体金具とシリンダヘッドとの距離に対する熱価を測定した測定結果を示す
【符号の説明】
１…コイル一体型点火プラグ、１１…点火プラグ、１３…端子電極、１５…絶縁体、１７…主体金具、１９…中心電極、２１…接地電極、２７…点火コイル、２９…高圧出力端子、３３…第１ケース、３５…第２ケース、３７…固定部、３７ｃ…板面、３９…絶縁部、４１…点火ユニット、５１…シリンダヘッド。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a coil-integrated ignition in which an ignition plug that generates a spark discharge for igniting an air-fuel mixture and an ignition coil that generates an ignition high voltage for generating the spark discharge are integrally provided. The present invention relates to a coil-integrated ignition plug that does not need to be screwed into a plug hole when the plug is attached to a plug hole formed in a cylinder head of an internal combustion engine, and an attachment structure thereof.
[0002]
[Prior art]
An internal combustion engine uses energy generated by combustion of an air-fuel mixture (fuel) as a power source. As an ignition method for the air-fuel mixture, spark discharge generated between a center electrode and a ground electrode of a spark plug causes The air-fuel mixture induced by is ignited.
[0003]
In general, a spark plug has a center electrode formed in a shaft shape, an insulator that surrounds the center electrode in the radial direction by placing the center electrode on its tip side, and holds the insulator inside. In addition, a metal shell provided with a flange portion provided with a plug seating surface on the distal end side and a distal end portion extending from the plug seating surface of the flange portion toward the axial distal end side, and one end coupled to the metal shell, The other end is composed of a ground electrode that forms a spark discharge gap with the center electrode. A high voltage for ignition generated by the ignition coil is applied to the spark plug, and spark discharge is generated in a spark discharge gap formed between the center electrode and the ground electrode.
[0004]
Such a spark plug is attached to a cylinder head of an internal combustion engine for use, but when mounting the spark plug to the cylinder head, the spark plug is inserted into a plug hole formed in the cylinder head, This is done by screwing a thread groove (male thread) provided at the tip of the metal shell into a threaded groove (female thread) provided in the plug hole with a predetermined torque using a plug wrench or the like.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, in the spark plug during operation of the internal combustion engine, it is necessary to maintain the temperature of the center electrode within an appropriate range. In other words, when the temperature of the center electrode is lowered in the spark plug during operation of the internal combustion engine, the self-cleaning action is lowered and carbon attached to the insulator cannot be removed, and spark discharge cannot be generated due to the adhesion of carbon. There is a fear. On the contrary, when the temperature of the center electrode rises, spark discharge occurs earlier than the normal ignition timing, so-called pre-ignition occurs, and the internal combustion engine cannot be operated normally. Therefore, in order to prevent the occurrence of carbon adhesion and premature ignition, the temperature of the center electrode in the spark plug during operation of the internal combustion engine is set to an appropriate temperature range (for example, 400 ° C. to 800 ° C.) in which the internal combustion engine can be operated normally. ° C).
[0006]
In addition, since the amount of heat generated by combustion of the air-fuel mixture varies depending on the type, application, and usage environment, the internal combustion engine is appropriate for each internal combustion engine so that the temperature of the center electrode is in an appropriate temperature range. It is necessary to select a spark plug having a heat value (an index indicating the degree of heat released from the spark plug).
[0007]
On the other hand, when the spark plug is attached to the internal combustion engine by screwing, both of them are problematic when the spark plug is rotated accurately around the central axis of the plug hole in which the screwing groove is formed. It is concluded without. However, when the spark plug is rotated while being tilted from the center axis of the plug hole, the screwing groove on the spark plug side and the screwing groove on the plug hole side do not mesh properly, and a so-called galling state is obtained. For this reason, the screw groove or plug hole at the tip of the metal shell is damaged, and in extreme cases, combustion gas blows out from the combustion chamber, the tip of the metal shell and the center electrode become hot, and pre-ignition There is a risk of causing (pre-ignition) or erosion of the electrode. In particular, in recent DOHC engines, etc., the cylinder head is often provided with a large area intake / exhaust valve, and the thickness of the cylinder head increases, so the plug hole is formed deeply. It is difficult to screw the spark groove of the spark plug (metal fitting) into the groove by inserting a plug wrench or the like, and it takes time to attach the spark plug properly.
[0008]
Therefore, without providing a screw groove (male screw) at the tip of the spark plug main metal fitting and without providing a screw thread (female screw) at the plug hole, the spark plug (tip of the metal fitting) is connected to the plug hole. ) Can be inserted loosely, and the spark plug can be separately fixed with a plug fixing tool or the like.
[0009]
However, in a conventional spark plug provided with a thread groove at the tip of the metal shell, the heat flowing from the insulator, the center electrode, and the ground electrode is transferred from the screw groove (male screw) at the tip of the metal shell. It was dissipated to the cylinder head (inner wall surface of the plug hole) through a threaded groove (female screw) in contact with the screw groove. However, in a spark plug having a structure in which no thread groove is provided at the tip of the metal shell, a clearance (clearance) is generated between the tip and the inner wall surface of the plug hole. Due to the heat insulating effect of the air layer, heat dissipation to the inner wall surface of the plug hole through the tip of the metal shell tends to be insufficient.
[0010]
In other words, a spark plug that does not have a thread groove (male thread) in the metal shell is easy to attach to the plug hole, but the cylinder head can sufficiently absorb the heat flowing from the center electrode, insulator, and ground electrode to the metal shell. It becomes difficult to realize a spark plug that cannot be dissipated and has a heat value suitable for an internal combustion engine. For this reason, in a spark plug that does not have a thread groove in the metal shell, the temperature of the center electrode rises excessively, causing preignition or causing electrode melting, and operating the internal combustion engine normally. There is a possibility of not being able to.
[0011]
The present invention has been made in view of these problems, and can be easily attached to a plug hole formed in the cylinder head, and can dissipate heat flowing from the center electrode and the like to the cylinder head through the metal shell. It is an object of the present invention to provide a coil-integrated spark plug excellent in pre-ignition resistance, and a structure for attaching the coil-integrated spark plug to a plug hole.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1, which has been made to achieve the above object, includes a central electrode formed in an axial shape, and an insulator that surrounds the periphery of the central electrode in the radial direction by disposing the central electrode on its tip side. And a metal shell provided with a flange having a plug seating surface on the distal end side and a distal end extending from the plug seating surface of the flange toward the axial distal end side while holding the insulator inside. An ignition coil having an ignition plug, a primary winding and a secondary winding, and applying an ignition high voltage generated by the secondary winding to the ignition plug; An attachment structure of a coil-integrated spark plug including a metal shell of the plug and a case integrated so as not to rotate with respect to the axial direction, and a plug hole formed in the cylinder head. Coil inserted in plug hole A fixing portion for fixing the mold spark plug to the cylinder head is formed, and the tip end portion of the metal shell is formed in a substantially cylindrical shape on the outer peripheral surface where no thread groove is provided on the surface. A tip corresponding portion corresponding to the tip portion of the metal shell is formed. When the outer diameter of the tip portion of the metal shell is φd and the hole diameter of the tip corresponding portion of the plug hole is φD, φD−φd ≦ 0.15 It is characterized by satisfying the relationship (unit: mm).
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a center electrode formed in an axial shape, an insulator that surrounds the center electrode in the radial direction by disposing the center electrode on its tip side, and the insulator on the inner side. A spark plug comprising a metal shell provided with a flange having a plug seating surface on the distal end side and a distal end extending from the plug seating surface of the flange toward the axial distal end, and a primary winding And a secondary winding, and an ignition coil that applies a high voltage for ignition generated in the secondary winding to the spark plug, and the ignition coil is housed inside, and the metal shell of the spark plug and the axial direction A coil-integrated spark plug that is attached to a plug hole formed in the cylinder head, the coil-integrated spark plug inserted into the plug hole in the case The cylinder head The front end of the metal shell is formed in a substantially cylindrical shape with no thread groove on the surface, while the plug hole is formed at the front end of the metal shell. Corresponding tip corresponding portions are formed, where φD−φd ≦ 0.15 (unit: mm) when the outer diameter of the tip portion of the metal shell is φd and the hole diameter of the tip corresponding portion of the plug hole is φD. It is characterized by satisfying the relationship.
[0014]
The coil-integrated spark plug in the mounting structure according to claim 1 and the coil-integrated spark plug according to claim 4 are configured such that the case housing the ignition coil and the metal shell of the spark plug are not rotatable in the axial direction. In other words, the spark plug and the ignition coil are integrally formed. In addition, the spark plug and the ignition coil are integrated, the front end portion of the metal shell is formed in a substantially cylindrical shape on the outer peripheral surface without providing a thread groove, and a cylinder head (cylinder head) is provided in the case that houses the ignition coil. The fixed part for fixing to the predetermined attachment position) is formed. In the plug hole, the tip corresponding portion is formed in a shape corresponding to the shape of the tip portion of the metal shell.
[0015]
Therefore, according to the coil-integrated spark plug of the present invention, when being installed in the plug hole, it is formed in the case while being loosely inserted into a plug hole formed deeply like a DOHC engine. The fixing can be performed simply by fixing the fixing portion to the cylinder head. In other words, the coil-integrated spark plug of the present invention eliminates the need for screwing of the metal shell using a plug wrench or the like, facilitates the mounting itself, and engages the screw groove of the metal shell with the screw groove of the plug hole. In spite of the absence, it does not cause galling caused by rotation.
[0016]
By the way, since the front end portion of the main body of the spark plug formed integrally with the ignition coil has a substantially cylindrical shape on the outer peripheral surface, conventionally, from the screw groove formed on the front end portion, the cylinder head (inner wall surface of the plug hole) The heat that can be released to the heat is less likely to be dissipated. More specifically, when the outer diameter of the tip of the metal shell is φd and the hole diameter of the tip corresponding portion of the plug hole is φD, if the clearance (φD−φd) is very small, Although the inflowing heat can be dissipated to the inner wall surface of the plug hole, when this clearance amount (φD−φd) is relatively large, the heat dissipating path becomes insufficient.
[0017]
In other words, depending on the size of the clearance amount (φD−φd), a relatively large air layer is interposed in the gap formed by the front end portion of the metal shell and the inner wall surface of the plug hole (the front end corresponding portion of the plug hole). Become. And this air layer functions as a heat insulating layer when exposed to high temperature by combustion gas or the like, and prevents the heat flowing into the tip of the metal shell from being diffused to the inner wall surface of the plug hole. . For this reason, the center electrode or the like tends to become high temperature, and pre-ignition or electrode melting is likely to occur.
[0018]
On the other hand, in the coil-integrated spark plug of the present invention, it should be noted that the clearance amount (φD−φd) is set to satisfy the relationship of φD−φd ≦ 0.15 [mm]. It is. By setting the clearance (φD−φd) to a mounting structure that satisfies the above range, the heat flowing into the metal shell from the center electrode, insulator, and ground electrode is transferred to the inner wall of the plug hole (cylinder through the tip of the metal shell). It becomes possible to dissipate quickly to the head). As a result, the temperature of the center electrode, etc. is kept low, pre-ignition resistance equal to or higher than that with a male thread formed at the tip is obtained, and there is no pre-ignition or electrode melt damage, making it suitable for internal combustion engines In addition, a coil-integrated ignition plug (ignition plug) having a high heat value and its mounting structure can be realized. The range of the clearance amount (φD−φd) desirably satisfies the relationship φD−φd ≦ 0.10 [mm].
[0019]
Here, when the clearance (φD−φd) is 0.15 [mm] or less, the reason why the pre-ignition resistance of the spark plug can be satisfactorily obtained is that the front end of the metal shell and the front end of the plug hole This is because the air layer interposed between the corresponding portions is extremely small, the heat insulating action by the air layer is reduced, and the heat from the tip portion can be effectively dissipated through the air layer to the inner wall surface of the plug hole. As another reason, since the metal shell is made of a metal material, when the clearance (φD−φd) is 0.15 [mm] or less, the metal shell (tip) Part) is exposed to a high temperature and the tip part is thermally expanded, so that the tip part comes into contact with the inner wall surface of the plug hole, and an effective heat dissipation path from the tip part of the metal shell to the inner wall surface of the plug hole is effective. Presumed to be secured.
[0020]
Therefore, according to the mounting structure of the coil integrated spark plug according to claim 1 and the coil integrated spark plug according to claim 4, a spark plug having a heat value suitable for an internal combustion engine can be realized. The pre-ignition that occurs because the temperature of the engine rises excessively can be prevented, and the internal combustion engine can be operated normally. Further, when the coil-integrated ignition plug is attached to the plug hole, a caulking state is not caused, and the attachment work to the plug hole is facilitated.
[0021]
And the fixing | fixed part with which a case is equipped is radially outward from the outer peripheral surface of a case so that it may fit in the attaching part provided in the cylinder head, for example, as described in Claim 2 and Claim 5. It is good to have the elastic part which is formed with the form which protruded, and was fitted to the attachment part and urged | biased a coil integrated spark plug toward a combustion chamber.
[0022]
In other words, the fixed portion is formed in a form projecting radially outward from the outer peripheral surface of the case, and by fitting this fixed portion with a mounting portion provided in advance in the cylinder head, the case, and thus the coil integrated ignition The plug is fixed to the cylinder head. At this time, the mounting portion provided in the cylinder head, for example, fits the fixed portion by rotating the coil-integrated spark plug inserted into the plug hole about the center axis of the spark plug, and fixes the fixed portion. It is good to form in the shape which can. As a result, after inserting the coil-integrated spark plug whose tip end portion of the metal shell has a substantially cylindrical outer peripheral surface into the plug hole so as to be loosely fitted, the coil-integrated spark plug is rotated about the center axis of the spark plug. The coil-integrated spark plug can be fixed to the cylinder head by a simple procedure of moving and fitting the fixing portion with the attachment portion.
[0023]
Further, the fixed portion of the coil-integrated spark plug has an elastic portion. When the fixed portion is fitted to the mounting portion of the cylinder head, the coil-integrated spark plug is caused by its own elastic force. The coil-integrated spark plug functions to urge in the direction of the combustion chamber, and the movement in the vertical direction (its own axial direction) due to the combustion pressure of the air-fuel mixture is suppressed by this elastic portion. Furthermore, the coil-integrated spark plug is also restrained from moving in the axial direction by the elastic part due to vibration of the internal combustion engine, and the axial movement of the plug seat surface of the metal shell is suppressed, and the combustion is suppressed. The airtightness of the room can be secured.
[0024]
The urging force by which the elastic portion urges the coil-integrated ignition coil in the direction of the combustion chamber needs to be set larger than the combustion pressure of the air-fuel mixture, and the fixed portion is 20 [N / mm ² It is desirable to provide an elastic part that generates the above urging force in the axial direction of the coil-integrated spark plug.
[0025]
By the way, in order to improve the ignitability of the fuel in the internal combustion engine, for example, the fuel in the air-fuel mixture should be uniformly stirred, so that the turbulent air-flow (swirl flow or tumble flow) is generated in the combustion chamber. The ignitability is improved by allowing the fuel to diffuse evenly.
[0026]
At this time, the position of the ground electrode with respect to the turbulent direction of the air-fuel mixture is one of the factors that determine the ignitability of the air-fuel mixture. That is, the air-fuel mixture is ignited by touching the spark discharge generated in the spark discharge gap, but depending on the position of the ground electrode (the position of the ground electrode coupled to the metal shell) relative to the turbulent flow direction of the air-fuel mixture. The ground electrode prevents the air-fuel mixture from coming into contact with the spark discharge, and the ignitability of the air-fuel mixture decreases. Therefore, if the direction of the ground electrode in the combustion chamber (the ground electrode coupling position with respect to the metal shell) can be determined to be an optimal positional relationship with the turbulent flow direction of the mixture, Ignition can be improved.
[0027]
Therefore, to reliably set the position of the ground electrode in the combustion chamber, for example, as described in claim 3 and claim 6, one end of the spark plug is coupled to the metal shell to form a ground electrode coupling portion. And the other end is disposed so as to face each other across the spark discharge gap, and the relationship between the formation position of the ground electrode coupling portion and the formation position of the fixing portion formed in the case is the same. The coil-integrated spark plugs of the part numbers may be substantially the same.
[0028]
In the coil-integrated spark plug of this configuration, the spark plug including the ground electrode that is coupled to the metal shell to form the ground electrode coupling portion and the case that houses the ignition coil are integrated. Accordingly, the direction of the ground electrode of the spark plug (the position where the ground electrode coupling portion is formed) with respect to the position where the fixed portion formed on the case is mounted to attach the coil-integrated spark plug to a predetermined mounting position of the cylinder head. If the case and the spark plug main fitting are made non-rotatably integrated so that the turbulent flow of the air-fuel mixture is not obstructed in advance, for example, the coil-integrated spark plug can be connected to the plug hole. Even if the coil-integrated spark plug rotates and the direction of the ground electrode shifts when inserted or loosely inserted, just align the fixing part of the case with the specified mounting position of the cylinder head. It is possible to reliably and easily set the electrode direction (the position where the ground electrode coupling portion is formed) in a direction that does not interfere with the turbulent flow of the air-fuel mixture.
[0029]
The product number represents the specifications (dimensions, heat value, etc.) of the spark plug. When selecting a spark plug suitable for each internal combustion engine with respect to the shape and environment (temperature, etc.) of the spark plug mounting position, It becomes an indicator. Since the direction of the turbulent flow of the air-fuel mixture is determined for each internal combustion engine, the positional relationship between the ground electrode coupling position and the fixed portion in the coil-integrated spark plug of the same product number is made substantially the same for each internal combustion engine. A coil-integrated spark plug suitable for the direction of turbulent air-fuel mixture can be selected based on the product number.
[0030]
Therefore, in the coil-integrated spark plug of the same part number, the relationship between the ground electrode coupling position and the formation position of the fixing portion where the case is formed is adapted in advance so as not to disturb the turbulent flow of the mixture. By setting substantially the same, the relationship between the ground electrode coupling portion and the turbulent flow of the air-fuel mixture becomes substantially constant for each cylinder and each internal combustion engine, so the ignitability does not vary for each cylinder or engine, and is substantially constant. It is possible to drive at a low air-fuel ratio (A / F), and thus it is possible to drive at a lean air-fuel ratio.
[0031]
Therefore, according to the mounting structure of the coil integrated spark plug according to claim 3 and the coil integrated spark plug according to claim 6, the position of the ground electrode in the combustion chamber can be set, and The ignitability of can be improved.
In the coil-integrated spark plug, the metal shell can be formed thicker than the conventional metal plug because the metal shell can be formed up to the screwing groove of the conventional spark plug. Along with this, the ground electrode extending from the metal shell can also be formed thicker (thicker) than in the prior art, which has the advantage that the strength of the metal shell and the ground electrode can be increased. Alternatively, nothing can be formed in the portion of the conventional spark plug where the screwing groove is provided, and the plug hole can be formed with a small diameter only in the screwing groove portion. Occupying a small area, it is possible to secure a wide area such as an intake valve and an exhaust valve.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory view showing an outer shape and a partial cross section of a coil-integrated spark plug 1 according to an embodiment.
[0033]
As shown in FIG. 1, the coil-integrated spark plug 1 includes a spark plug 11 that generates a spark discharge in a spark discharge gap g formed between a center electrode 19 and a ground electrode 21, and a spark plug 11. From an ignition coil 27 that generates a high voltage for ignition for generating spark discharge, a cylindrical first case 33 in which a first overlapping portion 33a is fixed to the metal shell 17 of the spark plug 11, and a first case 33 A second case 35 that has a cylindrical shape with a large diameter and houses the ignition coil 27 therein, and an ignition unit 41 that controls energization / shut-off of the ignition coil 27 in accordance with an external command. The spark plug 11 and the ignition coil 27 are inseparably configured.
[0034]
Here, the ignition plug 11 is shown in FIG. 2 as a block diagram showing the entire configuration partially shown as a cross-sectional view, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing the internal structure.
The spark plug 11 includes a shaft-shaped center electrode 19, an insulator 15 that surrounds the center electrode 19, a metal shell 17 that holds the insulator 15 inside, and a center electrode 19 in the insulator 15. And a terminal electrode 13 provided at the opposite end. One end of the ground electrode 21 is coupled to the distal end surface of the metal shell 17 to form a ground electrode coupling portion 21a. The other end of the ground electrode 21 extends toward the front end surface of the center electrode 19 and faces the center electrode 19 with a spark discharge gap g therebetween. In the present specification, in the direction of the axis S in the spark plug 11, the side where the spark discharge gap g is formed is referred to as the front end side (front side), and the opposite side is referred to as the base end side (rear side). .
[0035]
Further, the metal shell 17 is made of carbon steel, and when attached to the cylinder head 51 (see FIG. 1), a flange 63 provided with a plug seat surface 61 serving as a gas seal surface on the distal end side through the gasket G. And a distal end portion 65 is formed on the distal end side in the axis S direction from the plug seat surface 61. Further, a caulking groove portion 67, a hexagonal portion 69, and a caulking portion 71 are formed on the base end side of the metal shell 17 with respect to the flange portion 63. The outer surface of the distal end portion 65 of the metal shell 17 in the spark plug 11 is not provided with a thread groove, and is formed in a substantially cylindrical outer peripheral surface.
[0036]
As shown in FIG. 3, the insulator 15 has a through hole 79 formed along the direction of the axis S, and the terminal electrode 13 is inserted and fixed on the rear side, and the center electrode 19 is inserted and fixed on the front side. Yes. A ceramic resistor 73 (a resistor composition obtained by sintering a mixture of glass powder and conductive material powder by hot pressing or the like) is disposed inside the through hole 79. The ceramic resistor 73 is electrically connected to the terminal electrode 13 via the conductive glass seal layer 75 and is electrically connected to the center electrode 19 via the conductive glass seal layer 77.
[0037]
That is, the terminal electrode 13 and the center electrode 19 are electrically connected via the conductive glass seal layer 75, the ceramic resistor 73, and the conductive glass seal layer 77. The ceramic resistor 73 may be omitted, and the terminal electrode 13 and the center electrode 19 may be connected via a single conductive glass seal layer.
[0038]
As shown in detail in FIG. 3, the insulator 15 has a diamond portion 15 e that protrudes outward in the circumferential direction at a substantially intermediate position in the axis S direction. The insulator 15 is provided with a head portion 15b having a smaller diameter than the diamond portion 15e on the proximal end side of the diamond portion 15e, and is formed on the distal end side of the diamond portion 15e with a diameter smaller than that of the diamond portion 15e. The middle trunk part 15g is provided, and further, a leg long part 15i formed with a smaller diameter than the middle trunk part 15g is provided on the tip side of the middle trunk part 15g. A glaze 15d is applied to the surface of the head 15b, and a corrugation 15c is formed on the rear side of the head 15b. Further, the long leg portion 15i located on the distal end side in the axis S direction in the insulator 15 has a substantially conical shape whose diameter is reduced toward the distal end direction.
[0039]
Further, the through hole 79 of the insulator 15 includes a substantially cylindrical first portion 79a through which the center electrode 19 is inserted, and a second portion formed on the proximal end side of the first portion 79a and having a larger diameter than the first portion 79a. 79b. The terminal electrode 13 and the ceramic resistor 73 are accommodated inside the second portion 79b, and the center electrode 19 is inserted through the first portion 79a. Further, on the proximal end side of the center electrode 19, a convex portion 19 a that protrudes outward from the outer peripheral surface is formed. The first portion 79a and the second portion 79b of the through-hole 79 are in contact with each other inside the middle barrel portion 15g, and the connecting portion receives the protruding portion 19a of the center electrode 19 so as to receive the protruding portion receiving surface 79c. Are formed in a tapered surface or an R-surface shape.
[0040]
Further, a connecting surface 15h having a stepped surface is formed at the connecting portion between the middle body portion 15g and the long leg portion 15i, and the engaging surface 15h protrudes inwardly on the inner peripheral surface of the metal shell 17. The formed metal fitting side engaging portion 81 (specifically, the surface of the metal fitting side engaging portion that locks the insulator) is engaged via an annular plate packing 83. Thereby, the insulator 15 is prevented from falling off from the front end side of the metal shell 17 in the axis S direction.
[0041]
On the other hand, between the proximal end side of the inner peripheral surface of the metal shell 17 and the outer peripheral surface of the insulator 15, an annular wire packing 85 that engages with the diamond portion 15 e, a talc 87 and the like are disposed. Then, the crimping portion 71 is formed by pushing the insulator 15 toward the metal shell 17 toward the distal end side, and crimping the base end portion of the metal shell 17 toward the outer surface of the insulator 15 inward in this state, The insulator 15 is held by the metal shell 17.
[0042]
Here, the metal fitting side engaging portion 81 causes the heat flowing into the center electrode 19 and the insulator 15 (leg long portion 15i) to pass through the plate packing 83 and the locking surface 15h, and the front end portion 65 and the plug seating surface of the metal fitting 17 As a result, it becomes a part of a heat radiation path for radiating heat to the cylinder head 51 (inner wall surface of the plug hole 57).
[0043]
By the way, as shown in the balloon diagram of FIG. 3, the distance La (unit: [mm]) in the axis S direction from the distal end side edge of the plug seat surface 61 to the proximal end side edge of the metal fitting side engaging portion 81. Is related to the heat release degree of the heat flowing into the center electrode 19 and the insulator 15 (note that the gasket G is omitted in the blow-out diagram of FIG. 3). On the other hand, in this embodiment, the distance La is set so as to satisfy the relationship of “−6 ≦ La ≦ 6” that can realize a good heat dissipation degree (for example, 0.5 [mm]). ).
[0044]
Here, in FIG. 4, the screw groove is not provided, but the ground electrode (FIG. 4A) coupled to the distal end portion 65 of the substantially cylindrical outer metal shell 17 and the screw groove 23 are provided. The ignition plug which has the ground electrode (FIG.4 (b)) couple | bonded with the front-end | tip part 65 of the metal shell 17 is shown. The tip 65 of the metal shell 17 of the spark plug shown in FIG. 4B is provided with a screw groove 23 on the outer surface, and the substantial thickness of the metal shell 17 is T2. The thickness of the ground electrode 21 (ground electrode coupling portion 21a) coupled to is T2. On the other hand, the distal end portion 65 of the spark plug metal shell 17 shown in FIG. 4A is not provided with a thread groove on its outer surface, and is formed in a substantially cylindrical outer peripheral surface. When attached to the hole, the thickness of the metal shell 17 is T1 (> T2), and the thickness of the ground electrode 21 (ground electrode coupling portion 21a) coupled to the metal shell 17 is T1.
[0045]
As described above, when the spark plug 11 having no thread groove at the distal end portion 65 of the metal shell 17 as in the present embodiment is installed in a plug hole having the same size as the spark plug having the thread groove 23, The thickness of the ground electrode 21 (ground electrode coupling portion 21a) can be increased, and the strength of the ground electrode against vibration and impact increases.
[0046]
In FIG. 1, the ignition coil 27 includes a primary winding L1 and a secondary winding L2 (not shown), and the primary winding L1 is connected to a switching element provided at one end of the ignition unit 41, The other end is connected to a terminal of a connector part 43 provided in the ignition unit 41. In addition, this terminal in the connector part 43 is connected to an external power supply device (battery). Further, one end of the secondary winding L2 is connected to a high voltage output terminal 29 that outputs a high voltage for ignition, the high voltage output terminal 29 is connected to the terminal electrode 13 of the spark plug 11, and the other end is connected to the ignition unit. 41 is connected to a terminal of a connector portion 43 provided in 41. In addition, this terminal in the connector part 43 is connected (grounded) to an external ground line.
[0047]
Next, as shown in FIG. 1, a cylindrical case that accommodates the ignition coil inside and is integrally integrated with the metal shell 17 of the spark plug 11 so as not to rotate in the axis S direction is disposed adjacent to the axis S direction. The first case 33 and the second case 35 are formed in a double structure.
[0048]
The first case 33 is disposed so as to form a first overlapping portion 33a with respect to the metal shell 17 of the spark plug 11, and both the metal shell 17 and the first case 33 are formed by laser welding at the first overlapping portion 33a. Are integrated in a form incapable of rotating in the axis S direction. An injection hole 33 b is provided on the side surface of the first case 33. The injection hole 33b is used as an injection port for filling an insulating resin or rubber inside the first case 33 (case) after the second case 35 and the first case 33 described later are integrated. Used.
[0049]
On the other hand, the second case 35 is disposed on the inner peripheral surface of the second case 35 so as to form a second overlapping portion 33c with respect to the proximal end portion of the first case 33. In the second overlapping portion 33c, Both of the second cases 35 are integrated in a form incapable of rotating in the axis S direction. The means for integrating at the first overlapping portion 33a and the second overlapping portion 33c is not limited to laser welding, and electron beam welding, annular resistance welding, or the like may be used.
[0050]
The material of the first case 33 and the second case 35 is preferably a metal material. Specifically, the first case 33 is made of a paramagnetic material such as stainless steel, and the second case 35 is made of a strong material such as iron. It is desirable to form the magnetic material for the following reasons. As for the second case 35, the ignition coil 27 is accommodated therein, but in recent years, the ignition coil 27 is also required to be downsized. For example, the ignition coil 27 is accommodated in a deep plug hole such as a DOHC engine. Therefore, the primary winding L1 and the secondary winding L2 are often wound around a coil core that forms an open magnetic circuit. However, in the open magnetic circuit type ignition coil 27, when the primary winding L1 is energized, since the magnetic flux passes through the outside of the coil core (in the atmosphere) as a magnetic path, the magnetic resistance tends to increase, Leakage may occur and there may be a loss in the high voltage for ignition supplied to the spark plug 11. In contrast, the second case 35 in which the coil core (ignition coil 27) that forms the open magnetic path is housed is made of a ferromagnetic material, so that the magnetic flux passes through the second case 35 located outside the coil core. (In other words, a closed magnetic circuit is almost formed). As a result, the magnetic flux resistance can be reduced and magnetic leakage can be suppressed.
[0051]
However, if the first case 33 is made of a ferromagnetic material, the magnetic path is formed by three members of the coil core, the second case 35, and the first case 33, but the first case 33- Since the distance between the coil cores is longer than the distance between the second case 35 and the coil core, the distance that the magnetic flux passes through the atmosphere is slightly longer, and there is a possibility that magnetic flux leakage cannot be suppressed efficiently. Thus, as described above, an efficient magnetic path is formed by presenting a double-structured case in which the second case 35 is made of a ferromagnetic material and the first case 33 is made of a paramagnetic material. The loss of the ignition high voltage supplied from the coil 27 to the spark plug 11 can be suppressed.
[0052]
A fixed portion 37 that can be detachably attached to the cylinder head 51 is formed at a predetermined portion of the outer peripheral surface of the second case 35.
Here, in order to describe the fixing portion 37 in detail, an enlarged perspective view around the fixing portion 37 is shown in FIG. As shown in FIG. 5, the fixing portion 37 is provided in a shape protruding from the outer peripheral surface of the second case 35 outwardly in the radial direction at equal intervals (three in this embodiment). Here, this fixing | fixed part 37 has the 1st board surface 37a and the 2nd board surface 37b, and is integrally connected by both.
[0053]
The first plate surface 37a corresponds to a portion to be fitted with a plurality of (three in this embodiment) attachment portions 53 whose cross-sectional shape provided in advance in the cylinder head 51 is substantially L-shaped. Further, the second plate surface 37b is erected substantially perpendicular to the first plate surface 37a, and when the first plate surface 37a is fitted to the mounting portion 53 of the cylinder head 51, the second plate surface 37b contacts the mounting portion 53. It plays the role which restrict | limits the movement of the 1st board surface 37a in contact.
[0054]
Furthermore, the plate surface 37c occupying approximately half of the first plate surface 37a on the side where the second plate surface 37b is erected is slightly warped upward in the figure with the boundary portion occupying the other approximately half. The first plate surface 37a functions as an elastic portion that exerts a pressing action on the cylinder head 51 when or after the first plate surface 37a is fitted to the mounting portion 53 of the cylinder head 51. By this elastic portion (plate surface 37c), the coil-integrated spark plug 1 is urged toward the combustion chamber 55 (in other words, urged toward the front end side in the axis S direction).
[0055]
Next, returning to FIG. 1, the ignition unit 41 is attached to the base end portion of the second case 35, and includes a connector portion 43 for connecting to an external device such as a power supply device or an electronic control device. Is provided with a switching element or the like. Based on a command signal (ignition command signal) from an external device, the switching element or the like operates to control energization / cutoff of the primary current flowing in the primary winding L1 of the ignition coil 27, and the secondary winding. A high voltage for ignition is generated in L2, and a spark discharge is generated by applying this high voltage for ignition to the spark plug.
[0056]
An example of the procedure for assembling the coil-integrated spark plug 1 including the above-described components will be described with reference to FIG.
First, the ignition coil 27 is housed inside itself, and a second case 35 is prepared in which the interior is molded with an epoxy resin, which is an insulating resin. Next, as shown in FIG. The high voltage output terminal 29 connected to the secondary winding L2 of the ignition coil 27 led out from the front end side of the ignition coil 35 and the terminal electrode 13 of the ignition plug 11 are joined by caulking or brazing. At this time, in the second case 35, a part of the high voltage output terminal 29 is led out without being molded with epoxy resin.
[0057]
Next, a first case 33 in which an injection hole 33b is formed is prepared, and the first case is inserted (fitted) in the axis S direction from the front side of the spark plug 11. Then, the first case is disposed such that the distal end portion thereof is formed with the flange portion 63 and the first overlapping portion 33a of the metal shell 17 of the spark plug 11, and the base end portion thereof is overlapped with the inner surface of the second case. It arrange | positions so that the part 33c may arise. Then, laser welding (corresponding to LB in the drawing) is performed at the first overlapping portion 33a and the second overlapping portion 33c as shown in FIG.
[0058]
At this time, the position of the ground electrode 21 of the spark plug 11 relative to the position where the fixing portion 37 of the second case 35 is formed (the position where the spark plug 11 is coupled to the metal shell 17) is the same as when the coil-integrated spark plug 1 is attached to the cylinder head. The first case 33 is adjusted to have a positional relationship that does not prevent the turbulent flow of the mixture from coming into contact with the spark discharge generated in the spark discharge gap g, and then the first case 33 is connected to the metal shell 17 and the second case 35 of the spark plug 11. Are integrated with each other.
[0059]
Thus, after the spark plug 11, the ignition coil 27, the first case 33, and the second case 35 are integrally formed, an insulating material (for example, silicon rubber or the like) is introduced into the first case 33 from the injection hole 33b. The inside of the first case 33 is formed by injecting and solidifying the silicon resin) in a liquefied state and forming a layer having the same thickness as the second case 35 on the outer peripheral surface of the first case 33 with the same insulating material. An insulating portion 39 is formed which includes the portion formed on the outer peripheral surface of the first case 33 and the outer peripheral surface layer of the first case 33 (see FIG. 1). The insulating portion 39 is formed inside the first case 33 so as to cover the crimped portion 71 of the spark plug 11.
[0060]
In this way, the coil integrated spark plug 1 is completed.
Here, the cylinder head 51 of the present embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 7, the cylinder head 51 is provided with a plug hole 57 penetrating from the upper surface where the attachment portion 53 is provided to the combustion chamber 55. The plug hole 57 is formed to have a depth that can completely accommodate the coil-integrated spark plug 1 of the present embodiment, and is composed of a round hole that gradually decreases in diameter from the upper surface of the cylinder head 51 to the combustion chamber 55. Is done.
[0061]
Of the round holes constituting the plug hole 57, the insertion portion 57a on the upper surface side reaches from the upper surface of the cylinder head 51 to the vicinity of the combustion chamber 55, and has the largest diameter among the coil-integrated ignition plugs 1. Therefore, the coil-integrated spark plug 1 can be inserted loosely. In addition, the tip corresponding portion 57c on the combustion chamber 55 side of the round hole is a portion into which the tip portion 65 of the metal shell 17 is inserted in a loose fit when the coil-integrated spark plug 1 is inserted. Further, a flange-corresponding portion 57b is located between the insertion portion 57a and the tip-corresponding portion 57c. It is a round hole inserted in a loose fit.
[0062]
The seal surface 57d, which is the boundary between the soot-corresponding portion 57b and the tip-corresponding portion 57c, comes into contact with the gasket G attached to the coil-integrated spark plug 1, and provides a seal for maintaining the airtightness of the combustion chamber 55. It becomes the surface to do. The cylinder head 51 is formed with a circulation hole 89 for circulating cooling water.
[0063]
Next, a procedure for mounting the coil-integrated spark plug 1 of this embodiment to the cylinder head will be described. First, the coil-integrated spark plug 1 is inserted into the plug hole 57 of the cylinder head 51 from the spark plug 11 side. The coil-integrated spark plug 1 is inserted until the first plate surface 37a of the fixing portion 37 formed on the case contacts the upper surface of the cylinder head 51, and then the coil-integrated spark plug 1 is rotated about the axis S. By moving, the fixing portion 37 and the attachment portion 53 are fitted.
[0064]
At this time, the coil-integrated spark plug 1 has the direction of the combustion chamber 55 (axis S direction) by an elastic portion (plate surface 37c) that is a part of the first plate surface 37a that forms the fixed portion 37 (see FIG. 5). 20 [N / mm on the tip side) ² ] Is adjusted to be energized by the force of]. In this way, the coil-integrated spark plug 1 is attached to the cylinder head 51. In this embodiment, in the attachment structure, as shown in FIG. 1, the outer diameter of the distal end portion 65 of the metal shell 17 is φd. The clearance amount (φD−φd) satisfies the relationship φD−φd ≦ 0.15 (unit: mm) when the hole diameter φD of the tip corresponding portion 57c of the plug hole 57 is set. Here, the hole diameter φD of the tip corresponding portion of the plug hole 57 has various sizes depending on the design of the cylinder head 51. For any plug hole 57, the φd of the tip portion 65 is within the above range. By appropriately determining so as to satisfy (relation), the above range can be satisfied. In this embodiment, for example, φD = 13.70 [mm], φd = 13.60 [mm], and φD−φd = 0.10 [mm].
[0065]
Thus, by setting the clearance amount (φD−φd) to 0.15 [mm] or less, the heat flowing from the center electrode 19, the insulator 15, and the ground electrode 21 to the tip portion 65 of the metal shell 17 is plugged. It becomes possible to quickly dissipate to the inner wall surface (cylinder head 51) of the hole 57. As a result, the temperature of the center electrode 19 and the like is kept low, and pre-ignition resistance equal to or higher than that obtained by forming a thread groove on the tip 65 as in the prior art is obtained.
[0066]
Here, in order to confirm the effect of the present invention, the outer diameter φd of the distal end portion 65 of the metal shell 17 shown in FIG. 2 is changed, and the hole diameter φD of the distal end corresponding portion 57c of the plug hole 57 is constant (13.7). [Mm]), and the value of the clearance (φD−φd) was changed to evaluate the heat value (heat dissipation performance) of the spark plug.
[0067]
In the spark plug, the length T3 of the tip portion 65 in the axis S direction is 15.0 [mm], the inner diameter φd1 of the tip portion 65 is 8.4 [mm], and the minimum inner diameter φd2 of the metal fitting side engaging portion 81 is. = 7.5 [mm] was set and evaluated (see FIG. 2). Further, the distance La (see FIG. 3) from the distal end side edge of the plug seat surface 61 to the proximal end side edge of the metal fitting side engaging portion 81 in the axis S direction was set to 0 [mm]. Further, in this evaluation, the distance T4 in the axis S direction of the leg length portion 15i of the insulator 15 is T4 = 14 [mm] (tip outer diameter φd3 = 5.1 [mm] of the leg length portion 15i), and The test was conducted for two types of T4 = 17 [mm] (tip outer diameter φd3 = 5.1 [mm] of the leg long portion 15i).
[0068]
The pre-ignition resistance of the spark plug was evaluated by detecting the presence or absence of pre-ignition (pre-ignition), and the pre-ignition was detected using a pre-ignition tester that measures a so-called ion current. When pre-ignition occurs and the spark discharge gap g is enveloped in a flame, the spark discharge gap g becomes conductive due to ions in the flame. Therefore, if a voltage of several hundreds [V] is applied in advance to the spark discharge gap g, an ion current flows when preignition occurs. For this reason, when the ionic current is detected before the spark discharge is generated by the ignition circuit, it can be determined that preignition has occurred.
[0069]
A coil-integrated spark plug connected to the ignition circuit and the preignition tester is attached to the internal combustion engine, and the internal combustion engine is driven (1600 cc, in-line four cylinders, throttle fully opened state), and once (1 degree) from the normal ignition timing ( Crank angle) was advanced over time and held for 2 minutes to determine whether pre-ignition occurred during that time, and the over-advance angle at which pre-ignition occurred was measured for the first time. The relationship between each clearance amount (φD−φd) and the excessive advance angle is shown in the graph of FIG.
[0070]
In addition, in this measurement, the conventional spark plug in which the thread groove (M14S) is formed at the front end portion of the metal shell also has the same two types of leg length distances T4 = 14 [mm] and 17 [mm]. Evaluated. The distance La in the axial direction from the front end side edge of the plug seat surface to the base end side edge of the fitting side engaging portion was set to 0 [mm]. In the conventional spark plug, the over-advanced angle at which pre-ignition occurred is 20 degrees when the leg length distance T4 = 14 [mm], and 15 degrees when the leg length distance T4 = 17 [mm]. It was a degree.
[0071]
On the other hand, as shown in the graph of FIG. 8, in the coil-integrated spark plug of this embodiment, when the clearance amount (φD−φd) = 0.15 [mm], the distance T4 = 14 of the leg long portion 15i. It was found that both the [mm] and 17 [mm] types can drive the internal combustion engine without causing pre-ignition up to the same over-advance angle as in the conventional example. In addition, when the clearance amount (φD−φd) = 0.02 [mm] and 0.10 [mm], the two types of distance T4 = 14 [mm] and 17 [mm] of the leg long portion 15i are more than the above conventional example. It was found that the internal combustion engine can be driven without causing pre-ignition up to the over-advanced angle, and the heat value (heat dissipation performance) is improved. On the other hand, when the clearance exceeds (φD−φd) = 0.15 [mm], the two types of distances T4 = 14 [mm] and 17 [mm] of the leg long portion 15i are both more heat values than the conventional example ( It was found that the heat dissipation performance was inferior.
[0072]
As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to the said Example, A various aspect can be taken.
For example, in the coil-integrated spark plug 1 of the above embodiment, a one-pole type in which only one ground electrode 21 is coupled to the metal shell 17 is used, but a plurality of ground electrodes 21 are coupled to the metal shell 17. It may be a multipolar type. Further, although carbon steel is used as a material for forming the metal shell 17, the metal shell 17 is made of a copper alloy or an aluminum alloy, which is more excellent in thermal conductivity than carbon steel, in order to improve the dissipation of heat flowing from the center electrode 3 or the like. May be formed.
[0073]
Further, the first plate surface 37a of the fixed portion 37 is not bent to form the elastic portion (plate surface 37c), but a disc spring or a spring washer is provided separately from the first plate surface 37a, and the coil The integrated spark plug 1 may be configured to be biased toward the combustion chamber 55.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view showing an external shape and a partial cross section of a coil-integrated spark plug 1 of an embodiment.
FIG. 2 is a configuration diagram showing an overall configuration in which a part of the ignition plug of the embodiment is shown as a cross-sectional view.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an internal structure of a spark plug according to an embodiment.
4A is an explanatory view showing a ground electrode of a spark plug not provided with a thread groove, and FIG. 4B is an explanatory view showing a ground electrode of the spark plug provided with a thread groove. is there.
FIG. 5 is a perspective view of a portion enlarged around a fixed portion.
6A and 6B are explanatory diagrams of an assembly procedure of the coil-integrated spark plug 1 according to the present embodiment, where FIG. 6A shows a state before assembly, and FIG. 6B shows a state after assembly.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a cylinder head according to the present embodiment.
FIG. 8 shows the measurement results of measuring the heat value relative to the distance between the metal shell and the cylinder head
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Coil integrated spark plug, 11 ... Spark plug, 13 ... Terminal electrode, 15 ... Insulator, 17 ... Main metal fitting, 19 ... Center electrode, 21 ... Ground electrode, 27 ... Ignition coil, 29 ... High voltage output terminal, 33 ... 1st case, 35 ... 2nd case, 37 ... Fixed part, 37c ... Plate surface, 39 ... Insulating part, 41 ... Ignition unit, 51 ... Cylinder head.

Claims

A center electrode formed in a shaft shape, an insulator that surrounds the center electrode in the radial direction by placing the center electrode on its tip side, and holds the insulator inside, and a plug seat on the tip side A spark plug including a metal shell provided with a flange portion having a surface and a distal end portion extending from the plug seating surface of the flange portion toward the axial front end side, and a primary winding and a secondary winding, An ignition coil that applies high voltage for ignition generated in the secondary winding to the ignition plug, and the ignition coil is housed inside, and is integral with the metal shell of the ignition plug so as not to rotate in the axial direction. A coil-integrated spark plug with a case formed into
A mounting structure with a plug hole formed in the cylinder head,
The case is formed with a fixing portion for fixing the coil-integrated spark plug inserted into the plug hole to the cylinder head,
The front end portion of the metal shell is formed in a substantially cylindrical outer peripheral surface with no thread groove on the surface, while the plug hole has a front end corresponding portion corresponding to the front end portion of the metal shell. And
When the outer diameter of the tip of the metal shell is φd and the hole diameter of the tip corresponding part of the plug hole is φD,
φD−φd ≦ 0.15 (unit: mm)
Satisfying the relationship
A coil-integrated spark plug mounting structure characterized by the above.

The fixing part is
It is formed in a form protruding radially outward from the outer peripheral surface of the case so as to be fitted to a mounting portion provided in the cylinder head, and is fitted to the mounting portion and is associated with the coil integrated spark plug Having an elastic part for urging the combustion chamber toward the combustion chamber,
The coil-integrated type spark plug mounting structure according to claim 1.

The spark plug includes a ground electrode disposed so that one end is coupled to the metal shell to form a ground electrode coupling portion and the other end is opposed to a spark discharge gap.
The relationship between the formation position of the ground electrode coupling portion and the formation position of the fixing portion formed in the case is substantially the same for the coil integrated spark plugs of the same product number,
The coil-integrated type spark plug mounting structure according to claim 1 or 2, wherein

A center electrode formed in a shaft shape, an insulator that surrounds the center electrode in the radial direction by placing the center electrode on its tip side, and holds the insulator inside, and a plug seat on the tip side A spark plug including a metal shell provided with a flange portion having a surface and a tip portion extending from the plug seat surface of the flange portion toward the axial front end;
An ignition coil comprising a primary winding and a secondary winding, and applying an ignition high voltage generated in the secondary winding to the ignition plug;
A coil-integrated ignition that houses the ignition coil therein and includes a metal shell of the ignition plug and a case that is non-rotatably integrated with respect to the axial direction, and is attached to a plug hole formed in the cylinder head A plug,
The case is formed with a fixing portion for fixing the coil-integrated spark plug inserted into the plug hole to the cylinder head,
The front end portion of the metal shell is formed in a substantially cylindrical outer peripheral surface with no thread groove on the surface, while the plug hole has a front end corresponding portion corresponding to the front end portion of the metal shell. And
When the outer diameter of the tip of the metal shell is φd and the hole diameter of the tip corresponding part of the plug hole is φD,
φD−φd ≦ 0.15 (unit: mm)
Satisfying the relationship
Coil-integrated type spark plug characterized by

The fixing part is
It is formed in a form protruding radially outward from the outer peripheral surface of the case so as to be fitted to a mounting portion provided in the cylinder head, and is fitted to the mounting portion and is associated with the coil integrated spark plug Having an elastic part for urging the combustion chamber toward the combustion chamber,
The coil-integrated spark plug according to claim 4

The spark plug includes a ground electrode disposed so that one end is coupled to the metal shell to form a ground electrode coupling portion and the other end is opposed to a spark discharge gap.
The relationship between the formation position of the ground electrode coupling portion and the formation position of the fixing portion formed in the case is substantially the same for the coil integrated spark plugs of the same product number,
6. The coil-integrated type spark plug according to claim 4 or 5, wherein: