JP3838138B2 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、点火プラグと点火コイルを一体化し、さらに燃焼室の圧力を検出する圧力検出素子を内蔵した内燃機関用点火装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、点火コイルと点火プラグを一体化した内燃機関用点火装置が種々提案されている（特開２０００−２５２０４０号公報、欧州特許出願公開第０９０７０１９号明細書参照）。
【０００３】
また、点火コイルと点火プラグを一体化した内燃機関用点火装置に、燃焼室の圧力を検出する圧力検出素子を内蔵したものも、特開２０００−２７７２３２号公報にて提案されており、この点火装置は、点火プラグの外周側に圧力検出素子が配置されており、圧力検出素子の信号線は、点火コイルの脇を通ってケースの外部に取り出すようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特開２０００−２７７２３２号公報に記載の内燃機関用点火装置は、圧力検出素子の信号線をケースの外部に取り出すために、点火コイルとケースとの間にスペースを確保する必要があり、そのため、ケースの径が増加するという問題があった。また、圧力検出素子の信号線は、ノイズ発生源である点火コイルの脇を通るため、ノイズ対策が必要であるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、点火プラグと点火コイルと圧力検出素子が一体化されてシリンダヘッドに装着される内燃機関用点火装置において、ケースの大径化を回避し、また、圧力検出素子の出力信号が放電ノイズの影響を受けにくいようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、筒状の碍子（５）に中心電極（２２）が内蔵され、内燃機関の燃焼室で放電を行う点火プラグ（２）と、１次巻線（３１）と２次巻線（３２）とを有して点火プラグ（２）に高電圧を供給する点火コイル（３）と、燃焼室の圧力を検出する圧力検出素子（４）とを備え、点火プラグ（２）と点火コイル（３）と圧力検出素子（４）が、筒状のケース（１）に収納されて内燃機関のシリンダヘッドに装着される内燃機関用点火装置において、碍子（５）は中心電極（２２）が内蔵されたプラグ側筒部（５１）と、プラグ側筒部（５１）から反燃焼室側に向かって延びるコイル側筒部（５２）とを有し、コイル側筒部（５２）の一端は１次巻線（３１）および２次巻線（３２）よりも反燃焼室側に突出し、コイル側筒部（５２）の一端に圧力検出素子（４）が配置されていることを特徴とする。
【０００７】
これによると、圧力検出素子が点火コイルよりも反燃焼室側に配置されるため、圧力検出素子の信号線を、点火コイルの脇を通すことなく、ケースの外部に取り出すことができる。よって、ケースの直径を増加させることもなく、圧力検出素子の出力信号は点火コイルからの放電ノイズの影響も受けにくくなるとともに、信号線の這いまわし等の処理も不要もしくは容易になる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、コイル側筒部（５２）の一端との間に圧力検出素子（４）を保持する保持部材（８）を備え、ケース（１）の内周面に形成された受け面（１３）に碍子（５）の外周面が当接して、ケース（１）と碍子（５）との位置決めがなされ、保持部材（８）をケース（１）に組み付けることにより、圧力検出素子（４）および碍子（５）がケース（１）の受け面（１３）側に向かって押し付けられることを特徴とする。
【０００９】
これによると、圧力検出素子に常に予荷重が与えられるため、燃焼室の圧力変動に対する出力精度を確保することができる。また、碍子がケースの受け面側に向かって押し付けられるため、碍子とケースの受け面との当接部にて、碍子とケースとの間からの燃焼ガスの洩れを防止することができる。
【００１０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜図４は本発明に係る内燃機関用点火装置の一実施形態を示すもので、図１は点火装置の全体構成を示す断面図、図２は点火装置の全体を示す外観斜視図、図３は点火装置全体の組み付け時の分解斜視図、図４は圧力検出素子４の組み付け時の斜視図である。
【００１２】
図１および図２において、点火装置は、磁性体で且つ導電性の鉄鋼材料よりなる円筒形状のケース１内に、点火プラグ２と点火コイル３と圧力検出素子４が収納され、点火プラグ２の両電極（詳細後述）が図示しない車両用内燃機関の燃焼室に露出するようにして、シリンダヘッドのプラグホールに装着されるようになっている。
【００１３】
具体的には、ケース１の外周面には、燃焼室側に雄ねじ部１１が形成されると共に、反燃焼室側に締め付け用ナット部１２が形成されており、ナット部１２を利用してケース１を回して、雄ねじ部１１をシリンダヘッドの図示しない雌ねじ部にねじ結合させることにより、点火装置がシリンダヘッドに固定されるようになっている。
【００１４】
ケース１内にはアルミナ等の電気絶縁材料からなる円筒状の碍子５が収納されており、この碍子５は、燃焼室側に位置するプラグ側筒部５１と、このプラグ側筒部５１から反燃焼室側に向かって延びるコイル側筒部５２とを有している。
【００１５】
ケース１の内周面には、燃焼室側近傍に段付き状の受け面１３が形成されており、一方、碍子５のプラグ側筒部５１の外周面には、この受け面１３に当接する段付き状の当たり面５３が形成されている。そして、受け面１３と当たり面５３が当接することにより、ケース１と碍子５との軸方向の位置決めがなされると共に、ケース１と碍子５との間からの燃焼ガスの洩れを防止するようになっている。
【００１６】
点火プラグ２は、導電性金属よりなるステム２１、導電性金属よりなる中心電極２２、および導電性金属よりなる接地電極２３等から構成されている。そして、ステム２１および中心電極２２は、碍子５におけるプラグ側筒部５１の中心穴に挿入されており、この中心電極２２の一端は燃焼室に露出している。また、接地電極２３はケース１に溶接等により一体化されており、この接地電極２３は中心電極２２の一端と対向している。
【００１７】
点火コイル３は、１次巻線３１、２次巻線３２、磁性材料よりなる円柱状の中心コア３３、および電気絶縁性の樹脂にて有底円筒状に形成された２次スプール３４等から構成されている。
【００１８】
１次巻線３１は、図３にも示すように、碍子５におけるコイル側筒部５２の外周面の凹部５４に直接巻線されている。そして、１次巻線３１の両端は図示しないターミナルを介して、接続コネクタ６のコネクタ端子６１に接続されており、これにより１次巻線３１に図示しないイグナイタからの制御信号が入力されるようになっている。
【００１９】
なお、ケース１において１次巻線３１を取り囲む部分は、外周コアの機能を有している。そして、ケース１において１次巻線３１を取り囲む部分には、磁束変化で発生する環状電流による損失を防止するために、スリット１５（図２参照）が形成されている。
【００２０】
２次スプール３４は、２次巻線３２が巻かれる巻き線用筒部３４ａと、この巻き線用筒部３４ａから反燃焼室側に向かって突出する突出筒部３４ｂを有している。そして、巻き線用筒部３４ａの外周に２次巻線３２が巻かれ、２次スプール３４の中心穴に中心コア３３が挿入されている。中心コア３３を挿入後、２次スプール３４の中心穴の開口部にゴムやスポンジ等の弾性材よりなるコア押え蓋３５が挿入されることにより、２次スプール３４の中心穴が塞がれている。
【００２１】
２次巻線３２、中心コア３３およびコア押え蓋３５が組み付けられた２次スプール３４を、コイル側筒部５２の中心穴に挿入した後、コイル側筒部５２の開口部が上側になる姿勢の状態で、コイル側筒部５２の開口部から電気絶縁性の樹脂が注入される。そして、その樹脂がコイル側筒部５２と２次巻線３２との隙間に流入後硬化して２次巻線３２が固着されている。
【００２２】
ここで、樹脂注入量が突出筒部３４ｂの開口端位置を超えないようにすることにより、２次スプール３４の中心穴に樹脂が流入しないようにしている。また、２次スプール３４の中心穴への樹脂の流入は、コア押え蓋３５によっても阻止される。従って、この点火装置において絶縁樹脂にて固着されるのは、２次巻線３２のみである。
【００２３】
そして、図１の状態では、２次巻線３２の高電圧端は、点火プラグ２の中心電極２２に接続され、低電圧端は、図示しないターミナルを介してケース１に接続されている。なお、ケース１はシリンダヘッド等を介して図示しない車両のボデーに接地されている。
【００２４】
上記の構成により、点火コイル３における高電圧部と低電圧部とが、碍子５におけるコイル側筒部５２によって完全に絶縁されている。因みに、２次巻線３２、およびステム２１と２次巻線３２の高電圧端とを接続する部品が高電圧部に相当し、１次巻線３１およびケース１が低電圧部に相当する。
【００２５】
圧力検出素子４は、それに負荷される荷重の変化に伴って電位が変位するもので、例えばチタン酸鉛からなり、薄板リング状に形成されている。そして、圧力検出素子４は、導電性金属にて薄板リング状に形成されたターミナル７と共に、コイル側筒部５２の端部に配置されている。なお、ターミナル７には、コネクタ端子６１が一体に形成されている（図４参照）。
【００２６】
圧力検出素子４をコイル側筒部５２の端部に配置可能にするために、コイル側筒部５２の端部は、１次巻線３１および２次巻線３２よりも、図１の紙面において上部まで延長されている。換言すると、コイル側筒部５２の端部は、１次巻線３１および２次巻線３２よりも反燃焼室側に突出している。
【００２７】
ここで、ケース１の内周面には、反燃焼室側に雌ねじ部１４（図３参照）が形成されており、圧力検出素子４を保持する保持部材に相当する筒状のボルト８が、雌ねじ部１４にねじ結合されることにより、圧力検出素子４およびターミナル７が、コイル側筒部５２の端部とボルト８との間に保持されるようになっている。
【００２８】
具体的には、１次巻線３１が巻かれた状態の碍子５に、点火プラグ２、２次巻線３２、中心コア３３、２次スプール３４等を挿入した後、図４に示すように、コイル側筒部５２の端部に圧力検出素子４およびターミナル７を装着し、次に、図３に示すように、それらをケース１に挿入した後、ボルト８を雌ねじ部１４に締め付ける。これにより、圧力検出素子４、ターミナル７、および碍子５を、ケース１の受け面１３側に向かって押し付ける。
【００２９】
そして、ボルト８の締め付けにより、圧力検出素子４に圧縮予荷重を与えると共に、受け面１３と碍子５の当たり面５３との当接部にて、ケース１と碍子５との間からの燃焼ガスの洩れを防止するようになっている。
【００３０】
圧力検出素子４の一端はボルト８を介してケース１に電気的に接続され、圧力検出素子４の他端はターミナル７に接続されており、これにより圧力検出素子４の出力信号が図示しない制御装置に出力されるようになっている。
【００３１】
ボルト８を雌ねじ部１４にねじ結合した後、接続コネクタ６の樹脂製のケース６２がボルト８の中空穴に挿入される。
【００３２】
上記構成の点火装置は、イグナイタからの制御信号に基づいて点火コイル３が高電圧を発生し、点火プラグ２はその高電圧を火花ギャップ間で放電して燃焼室内の混合気を着火させる。また、燃焼室内での燃焼によって発生した圧力は、碍子５を介して圧力検出素子４に伝達され、それにより圧力検出素子４は圧縮荷重を受ける。そして、圧力検出素子４は、その荷重に応じた電圧の出力信号を出力する。
【００３３】
本実施形態では、コイル側筒部５２の端部を１次巻線３１および２次巻線３２よりも反燃焼室側に突出させて、コイル側筒部５２の端部に圧力検出素子４を配置しているため、圧力検出素子４の信号線を、点火コイル３の脇を通すことなく、ケース１の外部に取り出すことができる。よって、ケース１の直径を増加させることもなく、圧力検出素子４の出力信号は点火コイル３からの放電ノイズの影響も受けにくくなるとともに、信号線の這いまわし等の処理も不要もしくは容易になる。
【００３４】
また、ボルト８の締め付けにより圧力検出素子４に圧縮予荷重を与えるようにしているため、燃焼室の圧力変動に対する出力精度を確保することができる。
【００３５】
また、ボルト８の締め付けによりケース１の受け面１３に碍子５の当たり面５３を押し付けるようにしているため、受け面１３と当たり面５３との当接部にて、ケース１と碍子５との間からの燃焼ガスの洩れを防止することができる。
【００３６】
また、碍子５におけるコイル側筒部５２の外周側に１次巻線３１を配置し、コイル側筒部５２の内部に２次巻線３２を含むすべての高電圧部品を挿入することで、コイル側筒部５２によって高電圧部と低電圧部との絶縁を確保することができると共に、絶縁樹脂で絶縁固定させる必要があるのは、２次巻線３２だけになるため、従来の冷熱ストレスによる樹脂クラックリークの心配がなくなり、小型で簡単な部品構成にすることができる。
【００３７】
また、１次巻線３１を碍子５におけるコイル側筒部５２に直接巻線しているため、従来の樹脂製１次スプールを廃止することができる。また、碍子５は従来の樹脂製１次スプールと比べて耐熱温度が高いため、樹脂等の放熱手段も不要になり、コストを低減できる。
【００３８】
また、樹脂による絶縁固定部分を２次巻線３２のみに限定したことと、ケース１内に収められた内蔵部品は、ボルト８の締付けによって固定されるため、樹脂封入や接着による固定は不要であることとが相俟って、点火装置を容易に分解することができる。よって、ケース１、ボルト８、１次巻線３１、中心コア３３、コネクタ出力端子６１等の金属部品については、分解後に単一材料として分別可能となり、リサイクル材として再利用できる。
【００３９】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、内周側が２次巻線３２であり、外周側が１次巻線３１であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、外周側を２次巻線３２とし、内周側を１次巻線３１としてもよい。
【００４０】
また、上述の実施形態では、ボルト８の締め付けにより圧力検出素子４に予荷重を与えるようにしたが、ボルト８の代わりにねじを持たない保持部材を用い、その保持部材をケース１に圧入したり、或いは、保持部材をケース１に挿入後ケース１をかしめることにより、圧力検出素子４に予荷重を与えるようにしてもよい。さらに、保持部材をケース１に挿入後圧力検出素子４に予荷重を与えた状態で、保持部材をケース１に溶接してもよい。
【００４１】
また、上述の実施形態では、２次スプール３４等をコイル側筒部５２の中心穴に挿入した後、樹脂を注入したが、２次巻線３２を２次スプール３４に巻いた状態で、２次巻線３２を電気絶縁性の樹脂で硬化した後、２次巻線３２および２次スプール３４をコイル側筒部５２の中心穴に挿入してもよい。
【００４２】
これによると、樹脂を注入する場合よりも、２次巻線３２を含浸固着させる際の生産性が向上でき、コストも低減でき、さらに、分解時に、２次巻線３２や中心コア３３等が組み付けられた２次スプール３４を、コイル側筒部５２から容易に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る点火装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の点火装置の外観斜視図である。
【図３】図１の点火装置の組み付け時の分解斜視図である。
【図４】図１の圧力検出素子４の組み付け時の斜視図である。
【符号の説明】
１…ケース、２…点火プラグ、２２…中心電極、３…点火コイル、
３１…１次巻線、３２…２次巻線、４…圧力検出素子、５…碍子、
５１…プラグ側筒部、５２…コイル側筒部。

Claims (2)

1. 筒状の碍子（５）に中心電極（２２）が内蔵され、内燃機関の燃焼室で放電を行う点火プラグ（２）と、１次巻線（３１）と２次巻線（３２）とを有して前記点火プラグ（２）に高電圧を供給する点火コイル（３）と、前記燃焼室の圧力を検出する圧力検出素子（４）とを備え、
   前記点火プラグ（２）と前記点火コイル（３）と前記圧力検出素子（４）が筒状のケース（１）に収納されて前記内燃機関のシリンダヘッドに装着される内燃機関用点火装置において、
   前記碍子（５）は前記中心電極（２２）が内蔵されたプラグ側筒部（５１）と、前記プラグ側筒部（５１）から反燃焼室側に向かって延びるコイル側筒部（５２）とを有し、
   前記コイル側筒部（５２）の一端は前記１次巻線（３１）および前記２次巻線（３２）よりも前記反燃焼室側に突出し、前記コイル側筒部（５２）の一端に前記圧力検出素子（４）が配置されていることを特徴とする内燃機関用点火装置。
2. 前記コイル側筒部（５２）の一端との間に前記圧力検出素子（４）を保持する保持部材（８）を備え、
   前記ケース（１）の内周面に形成された受け面（１３）に前記碍子（５）の外周面が当接して、前記ケース（１）と前記碍子（５）との位置決めがなされ、
   前記保持部材（８）を前記ケース（１）に組み付けることにより、前記圧力検出素子（４）および前記碍子（５）が前記ケース（１）の受け面（１３）側に向かって押し付けられることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火装置。

Images