JP5592899B2 - 空気／燃料混合のための可撓性イグナイターアセンブリおよびその構成方法 - Google Patents

Description

関連出願との相互参照
本願は、２００９年１月１２日に出願された米国仮出願連続番号第６１／１４３，９９４号の利益を主張し、この米国仮出願連続番号第６１／１４３，９９４号は、全文が引用によって本明細書に援用される。

発明の背景
１．技術分野
本発明は概して、自動車用途などにおいて空気／燃料混合物に点火するために使用するイグナイターに関する。

２．関連技術
米国特許第６，８８３，５０７号は、コロナ放電空気／燃料点火システムに使用するイグナイターを開示している。このイグナイターは直線であり、直線のイグナイター開口部に嵌合可能である。しかしこれは、非直線の、および／または部分的に閉塞されたイグナイター開口部には適応できない。

発明の要約
本発明の１つの局面に従って構成されたイグナイターアセンブリは、上端と下端との間に延在する管状ハウジングを有する上部インダクタサブアセンブリであって、ハウジングの内部にインダクタ巻線が受取られ、さらに、ハウジングの上端に隣接した上部電気コネクタおよびハウジングの下端に隣接した下部電気コネクタを有する上部インダクタサブアセンブリを含む。上部電気コネクタは、インダクタ巻線を介して下部電気コネクタと電気通信するように構成される。イグナイターアセンブリはさらに、セラミック絶縁体、およびセラミック絶縁体の少なくとも一部を囲む金属ハウジングを有する下部着火端サブアセンブリを含む。セラミック絶縁体は端子端と着火端との間に延在し、端子端から延在する電気端子が、上部インダクタサブアセンブリの下部電気コネクタと電気接触している。セラミック絶縁体の着火端から電極が延在し、電気端子と電気通信するように構成される。イグナイターアセンブリは、上部インダクタサブアセンブリを下部着火端サブアセンブリに接続する非金属管をさらに含む。非金属管は、電気端子を下部電気コネクタと電気接触させて維持する。非金属管は、上部インダクタサブアセンブリの管状ハウジングとセラミック絶縁体との間に延在する中間領域を有する。中間領域は、電気端子と下部電気コネクタとの相対的な旋回運動を可能にするために、円周方向に拘束されていない。

したがって、中間領域によって、可撓性イグナイターアセンブリを、エンジンのシリンダヘッド内の屈曲した、多軸または部分的に閉塞されたイグナイター孔に自由に配置することができる。また、シリンダヘッドおよび点火システム全体の設計者は、必要であれば、より小さい空間を利用し、複雑で部分的に閉塞されているか、多軸のボアを導入して、直線経路に沿ったイグナイターアセンブリの設置の適応について心配することなくイグナイターアセンブリを収容することができる。可撓性イグナイターアセンブリの結果、シリンダヘッド内および点火システム全体にわたって使用可能な空間を有効に利用できるので、エンジン全体のサイズ、重量およびコストの低下に寄与する。

本発明の別の局面に従って、イグナイターアセンブリを構成する方法が提供される。本方法は、セラミック絶縁体、およびセラミック絶縁体の少なくとも一部を囲む金属ハウジングを有する下部着火端サブアセンブリを形成するステップを含み、絶縁体の端子端から電気端子が延在し、絶縁体の着火端から電極が延在している。さらに、本方法は、上端と下端との間に延在する管状ハウジングを有し、ハウジングの内部にインダクタ巻線が受取られ、さらに、上端に隣接した上部電気コネクタおよび下端に隣接した下部電気コネクタを有する上部インダクタサブアセンブリを形成するステップを含み、下部電気コネクタは、ばね部材によって管状ハウジングに対して軸方向に付勢されている。そして、上部インダクタサブアセンブリハウジングの下端を、非金属管を用いて、下部着火端サブアセンブリのセラミック絶縁体の端子端に結合し、非金属管の中間領域を円周方向に拘束されていない状態に維持して、電気端子と下部電気コネクタとの相対的な旋回運動を可能にする。

本発明のこれらおよび他の局面、特徴および利点が、現在の好ましい実施例および最良の態様、添付の請求項および添付の図面の以下の詳細な説明に関連して考慮されるとより容易に認識されるであろう。

本発明の１つの現在の好ましい実施例に従って構成されたイグナイターアセンブリの断面図である。 イグナイターアセンブリのピボット継手で屈曲した状態で示される、図１のイグナイターアセンブリの図である。 イグナイターアセンブリの上部インダクタ端から分離されたイグナイターアセンブリの下部着火端を示す、図１および図１Ａのイグナイターアセンブリの展開図である。 内燃機関の内部に設置された状態で示される、図１のイグナイターアセンブリの断面図である。

好ましい実施例の詳細な説明
図１〜図３は、本発明の１つの局面に従って構成された、以下アセンブリ１０とも称される、コロナ放電イグナイターアセンブリとして表わされるイグナイターアセンブリを示す。図３に示されるように、アセンブリ１０は、内燃機関１８のエンジンブロック１６に接合されるように構成されたシリンダヘッド１４のイグナイターボア１２内に装着されるように構成される。エンジンブロック１６は、内部をピストン（図示せず）が往復運動する燃焼シリンダ２０を含む。エンジン１８は、複数のそのような燃焼シリンダ２０および関連のピストンを有し得る。イグナイターボア１２は、直線軸に沿って延在するように、または所望であれば、たとえば、燃焼シリンダ２０内に燃料／空気混合物を噴射するために燃料インジェクタヘッド（図示せず）を内部に受取る燃料インジェクタボア１９、および／またはバルブアセンブリ２３を内部に受取るバルブボア２１などの、他の隣接するエンジン特徴の回りに配線することが所望される場合などには、複数の非対称軸に沿って延在するように構成され得る。いずれにせよ、アセンブリ１０は、ピボット継手２２とも称される屈曲継手で曲がるように構成されるため、必要および所望に応じて屈曲構成を自由に達成可能である。したがって、アセンブリ１０は、湾曲した、および／または部分的に閉塞されたイグナイターボア１２に適応可能であるか、そうでなければ、上部インダクタサブアセンブリ２４が下部着火端サブアセンブリ２６に対して旋回することを可能にする。

シリンダヘッド１４は、各燃焼シリンダ２０に関連付けられた点火ボア１２の少なくとも１つを有して形成される。点火ボア１２は、ヘッド１４の上面２８から下面３０まで延在し、関連の燃焼シリンダ２０と開放連通している。ボア１２は、上面２８を横切るか実質的に横切る軸Ａに沿って延在し得るか、上面２８に対して斜めに傾いた軸Ｂに沿って延在し得るか、その両方であり得る。いずれにせよ、アセンブリ１０は、アセンブリ１０の機能性に影響を与えることなく、軸ＡとＢとの間の傾斜に適応可能である。さらに、点火ボア１２は、たとえば燃料噴射ボアなどの、エンジン１８の他の特徴に直接隣接して位置決めおよび配線され得る。

エンジン１８は、シリンダヘッド１４にボルト締めされるか他の方法で締付けられる、バルブカバー３２とも称されるシリンダヘッドカバーを有する。カバー３２は、電線または電源をイグナイターアセンブリ１０に容易に取付けることができるように、イグナイターアセンブリ１０に適応するための開口部３４を有する。開口部３４は、下部着火端サブアセンブリ２６の軸Ｂに沿って位置決めおよび中心決めされてもよいし、所望であれば、たとえば軸Ｃに沿うなど、軸Ｂから中心を外れて配置されてもよい。開口部３４は、示されるように、バルブカバー３２と一体型の円筒形通路として構成されてもよいし、バルブカバー３２の上面３８との固定封止受取りのための別個の管状スリーブによって提供されて、シリンダヘッド１４の上面２８と封止係合されてもよい。さらに、アセンブリ１０がバルブカバー３２内のオイルに晒されるのを容易に保護するために、別個の管状シールド３９がアセンブリ１０の一部の回りに配置され得る。したがって、開口部３４またはスリーブ３６は、シリンダヘッド１４のボア１２内に固定される下部着火端サブアセンブリ２６に対して上部インダクタサブアセンブリ２４を所定の位置に固定するためのメカニズムを提供し、さらに、上部インダクタサブアセンブリ２４が潤滑油に好ましくなく晒されないように保つ。

図１、図１Ａおよび図２に最もよく示されるように、上部インダクタサブアセンブリ２４は、上端４２と下端４４との間に第１の軸Ａ′に沿って延在する金属管状ハウジング４０を含む。ハウジング４０はここでは、拡大直径上部４６と、上部４６よりも直径が小さい下部４８とを有して示される。上部４６は、高圧インダクタ巻線および低圧インダクタ巻線の両方の、コイル５０とも称されるインダクタ巻線の所望の構成を受取るように適切にサイズ決めされる。コイル５０は中央の強磁性コア５２に巻付けられ、ハウジング４０の上端４２に隣接する上部電気コネクタ５４、およびハウジング４０の下端４４に隣接する下部電気コネクタ５６と電気通信している。

ハウジング４０には、高圧抑制のために、コイル５０およびハウジング４０の回りに加圧ガスまたは樹脂６０が充填される。樹脂６０は、ハウジング４０の上部４６内のすべての空隙を充填または実質的に充填する。ハウジング４０の上端４２の回りにポリマーまたはゴムキャップ６２が円周方向に延在し、ハウジング４０から径方向外向きに延在する環状突起部またはリブ６４を有して示されており、ハウジング４０とシリンダヘッドカバー３２との固定および封止形成を容易にする。

下部電気コネクタ５６は、好適な導電性金属材料で構成され、ハウジング４０の下部４８の内部の精密なプランジング運動のために円筒形状を有してサイズ決めされる。したがって、円筒形の下部電気コネクタ５６は、下部４８の内径から若干小さくなった外径を有することによって、それらの間の緩い嵌合を提供する。下部電気コネクタ５６は、ハウジング４０の下端４４から、凹状表面を有する開放端５７まで外向きに延在する。コネクタ５６の反対端５９は、ばね部材６６および中間導体６８を介してコイル５０と電気通信する。したがって、ばね部材６６および中間導体６８の両方は、好適な金属材料で構成される。ばね部材６６は、ここではコイルばね部材として表わされているが、他のばね構成も本発明の範囲内にあると考えられる。中間導体６８は、たとえば下部４８内の締まり嵌めによって、および／または樹脂６０を介して、コイル５０に固定される。ばね部材６６の一端７０は、中間導体６８と電気通信するように構成され、他端７２は、下部電気コネクタ５６と電気通信するように構成される。端７０は、たとえば導体６８の端の上に取付けられるかスナップ留めされることによって中間導体６８に固定され得、端７２は、たとえばコネクタ５６の端の上に取付けられるかスナップ留めされることによって下部電気コネクタ５６に固定され得る。したがって、下部電気コネクタ５６は、ハウジング４０の下部４８内で自由に摺動可能であるが、所望であれば、ばね部材６６によって下部４８から自由に脱落しないように保持および維持され得る。

下部着火端サブアセンブリ２６は、上部端子端７６と下部着火端７８との間に延在する細長いセラミック絶縁体７４を含み、中央貫通通路８０がそれらの間を延在している。絶縁体７４は、径方向外向に延在する上部および下部ショルダ８４、８６を提供する拡大直径中間区分８２を有する。絶縁体７４は、着火端７８に集まるテーパーノーズ８８も有する。電気端子９０が中央貫通通路８０の内部に受取られ、ボア５６の端子端７６から開放端９１まで延在し、上部インダクタサブアセンブリ２４の下部電気コネクタ５６とのピボット電気通信のために凸状として示される。中央電極９２が中央貫通通路８０の内部に受取られ、着火端７８から放電端９４まで延在しており、放電端９４は、イグナイターアセンブリ１０がシリンダヘッド１４内に設置されると、エンジン１８の燃焼シリンダ２０内に突出する。端子９０および中央電極９２は、たとえば電磁妨害（「ＥＭＩ」）を抑制するための用途に使用する任意の好適な組成からなる抵抗器層９６を介して、互いに電気通信するように構成される。

下部着火端サブアセンブリ２６は、ハウジングまたはシェル９８とも称される外側金属ジャケットをさらに含む。シェル９８は、セラミック絶縁体７４の少なくとも一部を、セラミック絶縁体７４に固定する関係において囲む。シェル９８を絶縁体７４に固定するのを容易にするため、シェル９８は絶縁体７４を内部に受取るように成形された内面９９を有し、絶縁体中間区分８２の下部ショルダ８６に当接するように構成された内部ショルダ１００と、絶縁体中間区分８２の上部ショルダ８４の上に巻かれるか、圧延されるか、または他の方法で折畳まれる最上口縁１０２とを有して、ショルダ１００と口縁１０２との間に中間区分８２を捕らえる。シェル９８には、イグナイターボア１２内の下部着火端サブアセンブリ２６の取出しおよび設置のための外部六角形工具受取部材１０４または他の特徴が設けられ得る。この特徴のサイズは好ましくは、関連用途用のこの種類の業界標準工具サイズと一致する。もちろん、用途によっては、スパナレンチを受取るためのスロットなどの、六角形以外の工具受取インターフェイスや、レーシングスパークプラグおよび他の用途で公知であるような他の特徴が必要になり得る。シェル９８は、シェル９８の外面１０１から径方向外向に延在する環状フランジ１０６をさらに有し、環状の全体的に平面の封止座部１０８を提供し、そこからねじ山領域１１０が垂れ下がる。封止座部１０８はガスケット１１２と対になり、シェル９８の外面１０１とイグナイターボア１２内のねじ山ボアとの間の空間の高温ガス封止を容易にする。または、封止座部１０８は、シェル９８の下部に沿って配置されたテーパー座部として構成され、この種類のスパークプラグ座部用の噛合テーパー部を用いて設計されるシリンダヘッド内の精密公差および自己封止設置を提供し得る。

下部着火端サブアセンブリ２６は、たとえば、シリコーンなどのポリマー材料製の非金属管、または他の好適な種類のゴムなどの介在可撓性管１１４によって上部インダクタサブアセンブリ２４に接続される。管１１４は、上部インダクタサブアセンブリ２４のハウジング４０に取付けられた上端１１６と、セラミック絶縁体７４に取付けられた反対側の下端１１８とを有し、上部インダクタサブアセンブリ２４の管状ハウジング４０とセラミック絶縁体７４との間に中間領域１２０が延在している。端１１６と１１８との間に、貫通通路１２２が軸方向に延在している。貫通通路１２２は、狭窄１２４とも称される、径方向内向に延在する環状突起部を有し、これは、内部の下部電気コネクタ５６の通過を制限または阻止するようにサイズ決めされる。狭窄１２４は、管１１４の中間領域１２０内に配置される。したがって、狭窄１２４は、ばね部材６６によって与えられる付勢に逆らって下部電気コネクタ５６を管１１４内に維持することによって、上部インダクタサブアセンブリ２４を下部着火端サブアセンブリ２６に取付ける前に、上部インダクタサブアセンブリ２４を組立てられた状態で維持することを容易にする。以下にさらに説明するように、中間領域１２０は円周方向に拘束されていないため、電気端子９０と下部電気コネクタ５６との相対的な旋回運動を可能にする。

イグナイターアセンブリ１０をエンジン１８内に構成して組立てる１つの方法に従って、まず、下部着火端アセンブリ２６を、シリンダヘッド１４のイグナイターボア１２に捩じ込む。シェル９８のねじ山領域１１０をイグナイターボア１２に捩じ込みつつ、封止座部１０８をイグナイターボア１２内で封止面１２６と封止係合させる。そして、下部着火端サブアセンブリ２６をイグナイターボア１２内に固定すると、シリンダヘッドカバー３２をシリンダヘッド１４に締結する前または後に、上部インダクタサブアセンブリ２４を下部着火端サブアセンブリ２６に取付ける。シリンダヘッドカバー３２をいつシリンダヘッド１４に固定するかにかかわらず、上部インダクタサブアセンブリ２４はイグナイターボア１２内に配置されるので、可撓性管１１４の下端１１８を絶縁体７４の端子端７６上に配置することができる。管１１４が絶縁体７４の上を摺動すると、端子９０の凸状開放端９１が管１１４の狭窄１２４によって受取られ、下部電極コネクタ５６の凹状開放端５７と直接電気接触する。下部電気コネクタ５６は、ばね部材６６の付勢に逆らって自由に軸方向にプランジ運動して、下部着火端サブアセンブリ２６への上部インダクタサブアセンブリ２４の組立に適応するので、必要に応じて係合から軸方向に外れて、狭窄１２４から離れるように移動して組立を完成する。上部インダクタサブアセンブリ２４と下部着火端サブアセンブリ２６との相対的な旋回運動を可能にするため、下部電極コネクタ５６の開放端５７を、ハウジング４０の下端４４から軸方向外向に、またはそれに直接隣接して維持することが望ましい。

完全に組立てられると、凸状開放端９１および凹状開放端５７は、管１１４の拘束されていない中間領域１２０と径方向に並んでピボット継手２２を形成し、ピボット継手２２は、ボールおよびソケット型ジョイント内のように自由に旋回可能である。

空間および接近要件および限定に依存して、イグナイターアセンブリ１０をイグナイターボア１２内の所定の位置に組立および締付け可能な多数の異なる方法があることを理解すべきである。たとえば、上述のようにジャケット５４の下端にねじ山を付けて、イグナイターアセンブリ１０をイグナイターボア１２のブラインドねじ山領域に捩じ込み可能にしてもよいし、イグナイターに好適な留め具および／または締結具を設けて、イグナイターをシリンダヘッド１４の上面またはその近傍において、シリンダヘッド１４に締付け可能にしてもよい。上述のように、バルブカバー３２は、特定の配線および締結要件に依存して、イグナイターアセンブリ１０の設置の前または後に設置され得る。したがって、特定の締結技術は本発明にとってそれほど重要ではなく、図示および記載されたものを含む、またはそれに加えた、アセンブリ１０を所定の位置に締付けるための多数の方法が考えられる。

上記の発明は関連の法的基準に従って説明されたため、本説明は限定的ではなく例示的な性質のものである。開示された実施例に対する変更例および修正例が当業者にとって明らかになり得、本発明の範囲内にある。したがって、本発明に与えられる法的保護範囲は、以下の請求項を検討してのみ判断され得る。

Claims (11)

1. 内燃機関の燃料／空気点火システム用のイグナイターアセンブリであって、
   上端と下端との間に延在する管状ハウジングを有し、前記ハウジングの内部で、前記上端と前記下端との間にインダクタ巻線が受取られ、さらに、前記ハウジングの前記上端に隣接した上部電気コネクタおよび前記ハウジングの前記下端に隣接した下部電気コネクタを有する上部インダクタサブアセンブリを備え、前記上部電気コネクタは、前記インダクタ巻線を介して前記下部電気コネクタと電気通信するように構成され、前記イグナイターアセンブリはさらに、
   セラミック絶縁体、および前記セラミック絶縁体の少なくとも一部を囲む金属ハウジングを有する下部着火端サブアセンブリを備え、前記セラミック絶縁体は端子端と着火端との間に延在し、前記端子端から延在する電気端子が、前記下部電気コネクタおよび前記着火端から延在する電極と電気接触し、前記電極は、前記電気端子と電気通信するように構成され、前記イグナイターアセンブリはさらに、
   前記上部インダクタサブアセンブリを前記下部着火端サブアセンブリに接続し、かつ前記電気端子を前記下部電気コネクタと電気接触させて維持する非金属管を備え、前記非金属管は、前記上部インダクタサブアセンブリの前記管状ハウジングと前記セラミック絶縁体との間に延在する中間領域を有し、前記中間領域は、前記電気端子と前記下部電気コネクタとの相対的な旋回運動を可能にするために、円周方向に拘束されておらず、
   前記非金属管の一端は、前記上部インダクタサブアセンブリの前記管状ハウジングに取付けられ、他端は前記セラミック絶縁体に取付けられ、前記一端と前記他端との間に貫通通路が軸方向に延在し、前記貫通通路は、前記下部電気コネクタの通路を制限する狭窄を有する、イグナイターアセンブリ。
2. 前記電気端子は前記狭窄の中を延在する、請求項１に記載のイグナイターアセンブリ。
3. 前記上部インダクタサブアセンブリの前記管状ハウジングの前記下端から少なくとも部分的に外向きに、前記下部電気コネクタを付勢するばね部材をさらに備える、請求項１に記載のイグナイターアセンブリ。
4. 前記狭窄は、前記非金属管の前記中間領域にある、請求項１に記載のイグナイターアセンブリ。
5. 前記下部着火端サブアセンブリの前記金属ハウジングは、外部ねじ山領域と、前記外部ねじ山領域に対して径方向外向に延在する環状座部とを有する、請求項１に記載のイグナイターアセンブリ。
6. 前記非金属管は高誘電強度を有する、請求項１に記載のイグナイターアセンブリ。
7. 前記非金属管は、前記上部インダクタサブアセンブリの前記管状ハウジングに接着され、前記セラミック絶縁体上に圧入する、請求項１に記載のイグナイターアセンブリ。
8. イグナイターアセンブリを構成する方法であって、
   セラミック絶縁体、および前記セラミック絶縁体の少なくとも一部を囲む金属ハウジングを有する下部着火端サブアセンブリを設けるステップを備え、前記絶縁体の端子端から電気端子が延在し、前記絶縁体の着火端から電極が延在し、前記方法はさらに、
   上端と下端との間に延在する管状ハウジングを有し、前記管状ハウジングの内部にインダクタ巻線が受取られ、さらに、前記上端に隣接した上部電気コネクタおよび前記下端に隣接した下部電気コネクタを有する上部インダクタサブアセンブリを設けるステップを備え、前記下部電気コネクタは、ばね部材によって前記管状ハウジングに対して軸方向に付勢されており、前記方法はさらに、
   前記上部インダクタサブアセンブリの前記管状ハウジングの前記下端を、非金属管を用いて、前記下部着火端サブアセンブリの前記セラミック絶縁体の前記端子端に結合し、前記非金属管の中間領域を円周方向に拘束されていない状態に維持して、前記電気端子と前記下部電気コネクタとの相対的な旋回運動を可能にするステップを備え、
   前記非金属管の前記中間領域に、前記下部電気コネクタよりも直径が小さい狭窄を設けるステップをさらに備える、方法。
9. ばね部材を用いて、前記下部電気コネクタを前記電気端子と電気接触させるように付勢するステップをさらに備える、請求項８に記載の方法。
10. 前記電気端子を前記下部電気コネクタと電気接触させつつ、前記下部電気コネクタを、前記ばね部材の付勢に逆らって軸方向に動かすステップをさらに備える、請求項９に記載の方法。
11. 前記上部インダクタサブアセンブリの前記管状ハウジングの前記下端を前記下部着火端サブアセンブリの前記セラミック絶縁体の前記端子端に結合する前に、前記下部電気コネクタを前記狭窄に当接するように付勢するステップをさらに備える、請求項８に記載の方法。

Images