JP5195529B2 - プラズマ点火装置の取り付け構造 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ点火装置の取り付け構造に関する。

内燃機関のシリンダヘッドには気筒内の混合気を着火させるための点火装置が取り付けられている。点火装置として、点火ギャップに火花を発生させる火花点火装置が一般的に使用されるが、着火能力に優れた点火装置として、プラズマジェットを噴射するプラズマ点火装置が使用されることもある。

プラズマ点火装置は、絶縁体側壁により形成されたチャンバと、チャンバの一端側に配置された中心電極と、チャンバの他端側に配置された接地電極とを具備し、中心電極と接地電極との間に電圧を印加して発生させた放電によってチャンバ内のガスをプラズマ化させ、こうしてチャンバ内の高温高圧のプラズマをプラズマジェットとしてチャンバと気筒内とを連通する噴孔から噴射するものであり、略円柱形状のプラズマジェットに接触する混合気の広範囲部分を同時に着火させることによって、高い着火能力を提供することができる。

ところで、タンブル流又はスワール流によって点火時期の気筒内混合気に乱れを発生させる場合において、火花点火装置の接地電極によって混合気の点火ギャップへの移動が妨げられないように接地電極の向きを定めて火花点火装置をシリンダヘッドの取り付け穴に固定することが好ましい。

そのために、火花点火装置自身にネジ部を形成せずに、シリンダヘッドの取り付け穴のネジ部に螺合させる管部材を別に設けて、火花点火装置のフランジ部を管部材の先端面とシリンダヘッドの取り付け穴の段部とで挟持することにより接地電極を所望の向きにして火花点火装置をシリンダヘッドの取り付け穴に固定することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３２７６７４ 特開２００５−３１５２２２ 米国特許第６１５２０９５ 特開平１１−３５１１１５ 特開平１０−２５２６０９

プラズマ点火装置も、自身中心軸線方向以外にプラズマを噴射する場合においては、所望の方向に噴孔を向けてシリンダヘッドの取り付け穴へ固定されることが必要となり、そのために、前述の火花点火装置の取り付け構造を利用することが考えられるが、この取り付け構造は、点火装置とは別体の管部材を必要とするために、部品管理が煩雑となるだけでなく取り付け工数が増大してしまう。

従って、本発明の目的は、プラズマ点火装置とは別体の部品を使用することなくプラズマ点火装置の噴孔を所望の方向へ向けてプラズマ点火装置を取り付け穴に固定することができるプラズマ点火装置の取り付け構造を提供することである。

本発明による請求項１に記載のプラズマ点火装置の取り付け構造は、プラズマ点火装置のフランジ部を、取り付け穴の内側ネジに螺合する外側ネジを有する管部材の押圧面と前記取り付け穴の段部とによって挟持して噴孔を所望の方向へ向けて前記プラズマ点火装置を前記取り付け穴に固定するプラズマ点火装置の取り付け構造において、前記プラズマ点火装置には、ストッパ部が設けられ、前記ストッパ部は、前記管部材を前記ストッパ部と前記フランジ部との間で前記プラズマ点火装置の回りに回転可能に保持し、前記ストッパ部の外周面に形成された平坦面は、前記管部材を前記取り付け穴に螺合させる間において、前記噴孔を所望の方向へ向けて保持する保持面として機能することを特徴とする。

本発明による請求項２に記載のプラズマ点火装置の取り付け構造は、請求項１に記載のプラズマ点火装置の取り付け構造において、前記ストッパ部は、前記プラズマ点火装置の金属製ハウジングの筒状終端部を塑性変形させて前記金属製ハウジングを前記プラズマ点火装置の絶縁体に固定する際に、塑性変形させた前記筒状終端部により同時に形成されることを特徴とする。

本発明による請求項１に記載のプラズマ点火装置の取り付け構造によれば、プラズマ点火装置のフランジ部を取り付け穴の段部との間で挟持して噴孔を所望の方向へ向けてプラズマ点火装置を取り付け穴に固定する管部材は、ストッパ部によってストッパ部とフランジ部との間でプラズマ点火装置の回りに回転可能に保持されるために、管部材がプラズマ点火装置とは別体とされて部品管理が煩雑となったり、取り付け工数が増大したりすることはなく、また、ストッパ部の外周面に形成された平坦面は、管部材を取り付け穴に螺合させる間において、噴孔を所望の方向へ向けて保持する保持面としても機能するようになっており、このような保持面を別に設ける必要はない。

本発明による請求項２に記載のプラズマ点火装置の取り付け構造によれば、請求項１に記載のプラズマ点火装置の取り付け構造において、ストッパ部は、プラズマ点火装置の金属製ハウジングの筒状終端部を塑性変形させて金属製ハウジングをプラズマ点火装置の絶縁体に固定する際に、塑性変形させた筒状終端部により同時に形成されるようになっており、ストッパ部を非常に簡単に形成することができる。

本発明によるプラズマ点火装置の取り付け構造を示す概略縦断面図である。 図１の平面図である。 プラズマ点火装置が取り付けられた内燃機関のシリンダ内平面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 本発明による取り付け構造によりシリンダヘッドに取り付けられる図１とは異なるプラズマ点火装置のハウジングの筒状終端部の塑性変形前を示す図である。 図５のプラズマ点火装置のハウジングの筒状終端部の塑性変形後を示す図である。

図１は本発明によるプラズマ点火装置の取り付け構造を示す概略縦断面図である。同図において、１００はプラズマ点火装置であり、２００はシリンダヘッドである。プラズマ点火装置１００はシリンダヘッド２００の取り付け穴２０１に取り付けられる。

プラズマ点火装置１００において、１はプラズマ点火装置１００の軸線方向に延在するように絶縁体２の側壁により形成されてプラズマを生成する円柱状のチャンバであり、３はチャンバ１の基端側に配置された中心電極であり、４はチャンバ１の先端側に配置された接地電極である。５はチャンバ１と気筒内とを連通する噴孔である。６は接地電極４を電気的及び機械的に固定すると共に絶縁体２を覆う金属製のハウジングである。

本プラズマ点火装置１００においては、二つの噴孔５が絶縁体２及びハウジング６を貫通して形成され、二つの噴孔５はプラズマ点火装置１００の軸線を通る同一平面上において軸線に対する垂直方向から僅か斜め下方向にプラズマを噴射するように向けられる。接地電極の形状によっては、噴孔は接地電極だけを貫通して形成されることもあり、また、噴孔は接地電極とハウジングとを貫通して形成されることもある。

中心電極３及び接地電極４は、耐熱性と高い導電性とを有する金属、例えば、ステンレス等の鉄系金属、ニッケル系金属、又は、イリジウム系金属又はイリジウム合金とすることができる。中心電極３に対して接地電極４を絶縁するための絶縁体２の材質は、セラミックス（例えばアルミナセラミックス）とすることが好ましい。７は絶縁体２とハウジング６との間の隙間を密閉するための金属ガスケットである。８は中心電極３に電気的及び機械的に接続された導体である。

チャンバ１内のガスをプラズマ化させるには、先ずは、中心電極３と接地電極４との間に高電圧を印加し、絶縁体２の側壁内面上に沿面放電Ｓ１を発生させる。こうして、チャンバ１内の沿面放電近傍のガス（混合気又は既燃ガス）をプラズマ化してイオン及び電子が生成されると、プラズマ化されたガスを通って比較的低い電圧での気中放電が可能となり、次いで、この気中放電Ｓ２を発生させる。

こうして、気中放電Ｓ２によってチャンバ１内のガスの大部分がプラズマ化されると、チャンバ１内のガスは高温高圧となってプラズマジェットとして噴孔５から噴射される。もちろん、沿面放電又は気中放電だけによりチャンバ内のガスをプラズマ化させるようにしても良い。

本プラズマ点火装置１００のようにプラズマを自身中心軸線方向に噴射しない場合には、噴孔５を所望の方向に向けてプラズマ点火装置１００を固定することが要求される。例えば、図３は本プラズマ点火装置１００が取り付けられた内燃機関のシリンダ内平面図を示しており、図４は図３のＡ−Ａ断面図である。図３において、３００は一対の吸気ポートであり、４００は一対の排気ポートである。シリンダヘッド２００の気筒内面は、一対の吸気ポート３００が形成される面と一対の排気ポート４００が形成される面とにより形成されるペントルーフ形状とされている。

本プラズマ点火装置１００の二つのプラズマ噴射方向は、図３及び４に示すように、ペントルーフ形状の頂部に沿う方向（吸気ポート３００と排気ポート４００との間の方向）とされ、すなわち、圧縮行程末期の点火時期においてもピストン５００の頂面との間に比較的広い隙間が存在する方向とされ、噴射されたプラズマＰがピストン５００の頂面に到達して冷却されないようにしている。

このように噴孔を所望の方向へ向けてプラズマ点火装置１００をシリンダヘッド２００の取り付け穴２０１に固定するために、本発明によるプラズマ点火装置の取り付け構造は、図１に示すように、プラズマ点火装置１００のハウジング６に設けられたフランジ部６ａを、取り付け穴２０１の内側ネジ２０１ａに螺合する外側ネジ９ａを有する管部材９の押圧面９ｂ（例えば先端面）と取り付け穴２０１の段部２０１ｂとによって挟持して噴孔５を所望の方向へ向けてプラズマ点火装置１００を取り付け穴２０１に固定するようになっている。

２０２は、段部２０１ｂとフランジ部６ａとの間に配置された金属ガスケットであり、プラズマ点火装置１００と取り付け穴２０１との間の隙間を密閉している。金属ガスケット２０２をプラズマ点火装置１００のフランジ部６ａに予め接着しておくことにより、プラズマ点火装置１００を取り付け穴２０２へ固定する際の作業性を向上させることができる。また、銅溶射によってプラズマ点火装置１００のフランジ部６ａに金属ガスケットを一体化させるようにしても良い。

本プラズマ点火装置において、ハウジング６の筒状終端部６ｂは、リング状のシール部材１１を巻き込んで内側へかしめられ、ハウジング６が絶縁体２に固定される。終端部６ｂ近傍において、ハウジング６の外側には、リング状のストッパ部材１０が圧入され又は溶接等によって固定され、このストッパ部材１０によって、管部材９はストッパ部１０とフランジ部６ａとの間でプラズマ点火装置１００のハウジング６回りに回転可能に保持されるようになっている。それにより、管部材９がプラズマ点火装置１００とは別体とされて部品管理が煩雑となったり、取り付け工数が増大したりすることはない。

図１及び２において、管部材９の大径上部９ｃには、正六角形の六角穴９ｄが形成されており、この六角穴９ｄに正六角形断面を有する筒状の第一治具６００の下部を嵌合させ、また、正六角形断面を有する第一治具６００の上部には正六角形の六角穴７００ａを有する第二治具７００を嵌合させる。こうして、第二治具７００を回転させることにより、第一治具６００を介して管部材９を回転させて、管部材９の外側ネジ９ａを取り付け穴２０１の内側ネジ２０１ａに螺合させることができる。もちろん、管部材９の穴９ｄの形状、第一治具６００の上部及び下部の断面形状、及び、第二治具７００の穴７００ａの形状は、正六角形に限定されることなく、任意の正多角形状とすることができる。

こうして管部材９を取り付け穴２０１に螺合させてプラズマ点火装置１００を取り付け穴２０１に固定する間において、プラズマ点火装置１００の噴孔５を所望の方向へ向けて保持しなければならない。本プラズマ点火装置においては、ストッパ部材１０の外側面は、例えば、正十二角形とされている。こうして、ストッパ部材１０の外側面に平坦面が形成されているために、ストッパ部材１０の外側にコップ形状の第三治具８００を嵌合させ、第三治具８００の頂部に形成された正六角形状の突起８００ａに第四治具９００を嵌合させて第四治具９００を保持することにより、第三治具８００を介して、プラズマ点火装置１００の回転を防止することができる。

このように、ストッパ部材１０の外周面に形成された平坦面は、管部材９を取り付け穴２０１に螺合させる間において、噴孔５を所望の方向へ向けて保持する保持面としても機能するようになっており、このような保持面を別に設ける必要はない。第三治具８００をストッパ部材１０の外周面に嵌合させる際に、上方から確認可能なようにプラズマ点火装置１００に噴孔５の方向を示す目印が付けられていることが好ましい。

図１に示したプラズマ点火装置１００では、管部材９を保持するためのストッパ部はストッパ部材１０としてハウジング６に固定したが、図５及び６の示すもう一つのプラズマ点火装置１００’では、ストッパ部を設けるのに、このようなストッパ部材は使用されない。

図５は、かしめにより塑性変形させて絶縁体２に固定される前のハウジング６’の筒状終端部６ｂ’を示している。８０は少なくとも先端部においては前述の第三治具８００と同じ例えば正十二角形の穴を有する第五治具であり、第三治具８００のようにコップ形状ではなく、上側も開口する筒形状とされている。第五治具８０はプラズマ点火装置１００’の中心軸線に対して同心位置に固定される。

図６は、ハウジング６’の筒状終端部６ｂ’の塑性変形後を示している。図６に示すように、筒状終端部６ｂ’は、第五治具８０の開口から挿入された筒状の第六治具９０により内側へ曲げられて塑性変形させられ、その際に外側へ膨らんで外周面が第五治具８０により成型されて正十二角形とされる。こうして、ハウジング６’を絶縁体２へ固定するための終端部６ｂ’の塑性変形と同時にストッパ部が形成され、管部材９を保持すると共にプラズマ点火装置１００’の回転を防止するための保持面を有するストッパ部を非常に簡単に形成することができる。

１ チャンバ
２ 絶縁体
３ 中心電極
４ 接地電極
５ 噴孔
６、６’ ハウジング
６ａ フランジ部
９ 管部材
１０ ストッパ部材
１００、１００’ プラズマ点火装置
２００ シリンダヘッド
２０１ 取り付け穴

Claims (2)

1. プラズマ点火装置のフランジ部を、取り付け穴の内側ネジに螺合する外側ネジを有する管部材の押圧面と前記取り付け穴の段部とによって挟持して噴孔を所望の方向へ向けて前記プラズマ点火装置を前記取り付け穴に固定するプラズマ点火装置の取り付け構造において、前記プラズマ点火装置には、ストッパ部が設けられ、前記ストッパ部は、前記管部材を前記ストッパ部と前記フランジ部との間で前記プラズマ点火装置の回りに回転可能に保持し、前記ストッパ部の外周面に形成された平坦面は、前記管部材を前記取り付け穴に螺合させる間において、前記噴孔を所望の方向へ向けて保持する保持面として機能することを特徴とするプラズマ点火装置の取り付け構造。
2. 前記ストッパ部は、前記プラズマ点火装置の金属製ハウジングの筒状終端部を塑性変形させて前記金属製ハウジングを前記プラズマ点火装置の絶縁体に固定する際に、塑性変形させた前記筒状終端部により同時に形成されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ点火装置の取り付け構造。

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