JP3918610B2

JP3918610B2 - 内燃機関用点火装置

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Publication number: JP3918610B2
Application number: JP2002098508A
Authority: JP
Inventors: 浩己平松; 武雄前川; 哲也三輪; 正道柴田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-01
Filing date: 2002-04-01
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2022-04-01
Also published as: US6694958B2; DE10314567B4; DE10314567A1; US20030183214A1; JP2003297654A

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、特開２０００−２７７２３２号公報、欧州特許出願公開第０９０７０１９号明細書参照）。そして、この種の点火装置では、１次巻線および２次巻線はそれぞれ樹脂製のスプールに巻かれており、巻線の端末が接続されるコネクタ端子は、樹脂製のスプールにインサート成形されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本発明者は、２つのスプールのうち一方のスプールをセラミック製とし、その際、中心電極やステムが内蔵されるプラグ側筒部とセラミック製スプールとを一体化して、構成の簡素化による低コスト化を検討したが、次のような問題が明らかになった。
【０００４】
すなわち、従来の樹脂製スプールの場合は、コネクタ端子はスプールにインサート成形されていて、スプールに対してコネクタ端子が動くことはないため、巻線の端末とコネクタ端子とを接続する端末接続作業を容易に行うことができる。
【０００５】
しかし、スプールをセラミック製とした場合は、コネクタ端子をスプールにインサート成形することができないため、端末接続作業時にスプールに対してコネクタ端子が動いてしまい、端末接続の作業性が悪いという問題が発生する。
【０００６】
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、スプールをセラミック製とする際の問題を解消することを目的とする。
【０００７】
【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、３に記載の発明では、中心電極（２２）と接地電極（２３）との間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）とを備え、点火プラグ（２）と点火コイル（３）が一体化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、１次巻線（３１）が巻かれる筒状のセラミック製のスプール（５２）と、スプール（５２）の軸方向端部に配置されて、スプール（５２）に巻かれた１次巻線（３１）の両端末（３１ａ）が接続される導電性の２つのコネクタ端子（６１）と、２つのコネクタ端子（６１）が組み込まれた絶縁樹脂製の保持部材（９）とを備え、さらに、スプール（５２）に対するコネクタ端子（６１）および保持部材（９）の周方向への相対移動を規制する位置決め手段（５５、９２）を有することを特徴とする。
【０００８】
これによると、巻線の端末とコネクタ端子とを接続する端末接続作業時に、セラミック製スプールに対してコネクタ端子がスプールの周方向に動くことはなく、従って端末接続の作業性が向上する。
【０００９】
上記した位置決め手段（５５、９２）としては、請求項１、４に記載の発明のように、スプール（５２）に形成された切り欠き部（５５）と、保持部材（９）に形成されて切り欠き部（５５）に嵌合する突起部（９２）とから構成することができる。
【００１０】
また、請求項２、３に記載の発明のように、スプールを、中心電極（２２）が内蔵されたセラミック製のプラグ側筒部（５１）と一体に形成することにより、構成の簡素化による低コスト化を図ることができる。
【００１１】
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。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜図５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１次巻線３１が巻かれた碍子５の斜視図、図３は点火コイル３部分の組み付け工程の説明に供する分解斜視図、図４は点火装置の組み付け工程の説明に供する分解斜視図、図５は１次巻線用コネクタ端子６１および保持板９の平面図である。
【００１３】
図１において、点火装置は、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。
【００１４】
ケース１は、磁性体で且つ導電性の金属材料よりなり、より詳細には炭素鋼等の鉄鋼材料よりなり、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。
【００１５】
ケース１内には電気絶縁性に富むアルミナ等のセラミック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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
１次巻線３１は、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。このコイル側筒部５２は、巻線が巻かれる筒状のセラミック製のスプールに相当する。そして、１次巻線３１の両端末は、接続コネクタ６の２つの１次巻線用コネクタ端子６１にハンダ付けまたはヒュージングにて接続されており、これにより１次巻線３１に図示しないイグナイタから電流が供給されるようになっている。なお、端末接続作業については後述する。
【００２０】
ここで、ケース１において中心コア３３を取り囲む部分は、磁束が流れる外周コアの機能を有しており、１次巻線３１で発生した磁束は、中心コア３３およびケース１に流れるようになっている。
【００２１】
そして、ケース１において中心コア３３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、中心コア３３の軸方向に延びるスリット１５（図４参照）が形成されている。
【００２２】
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。
【００２３】
２次巻線３２の高電圧端は、点火プラグ２のステム２１を介して中心電極２２に電気的に接続されている。一方、２次巻線３２の低電圧端は、ケース１内に配置された部品、すなわち、アース端子３６（図３参照）、アースプレート３７およびボルト８を介して、ケース１に電気的に接続され、さらに、ケース１を介して接地電極２３に電気的に接続されている。換言すると、２次巻線３２の低電圧端は、内燃機関を介さずに、接地電極２３に電気的に接続されている。
【００２４】
アース端子３６は、導電性金属にて板状または棒状に形成され、その一端に２次巻線３２の低電圧端が接続されている。アースプレート３７は、導電性金属よりなり、薄板リング状のリング部と、そのリング部から内側に突出する差込部とを有し、リング部が圧力検出素子４とボルト８との間に配置され、差込部の穴にアース端子３６が挿入されている。
【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はコイル側筒部５２の端部に配置され、圧力検出素子４の一端は、アースプレート３７、ボルト８およびケース１を介してシリンダヘッドに電気的に接続されている。
【００２６】
また、圧力検出素子４とコイル側筒部５２の端部との間に、導電性金属にて薄板リング状に形成された燃焼圧信号用ターミナル７が配置されている。この燃焼圧信号用ターミナル７には、燃焼圧信号用コネクタ端子７１（図４参照）が一体に形成されている。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。
【００２７】
なお、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。
【００２８】
ボルト８は導電性金属にて筒状に形成され、ケース１における反燃焼室側に形成された雌ねじ部１４にボルト８がねじ結合されることにより、アースプレート３７、圧力検出素子４および燃焼圧信号用ターミナル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。
【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、ケース１の受け面１３と碍子５の当たり面５３との当接部にて図示しないパッキンをはさみ、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】
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。
【００３１】
次に、碍子５に対する２次スプール３４や１次巻線用コネクタ端子６１等の位置決め構造、それらの組み付け方法、および１次巻線３１の端末接続作業について説明する。
【００３２】
図２に示すように、コイル側筒部５２には、その反燃焼室側端部に３つの切り欠き部５５が形成され、これらの切り欠き部５５はコイル側筒部５２の周方向に沿って等間隔に配置されている。そして、１次巻線３１の両端末３１ａは、コイル側筒部５２の反燃焼室側端部に引き出され、コイル側筒部５２の周方向の所定位置にテープ等により仮止めされている。
【００３３】
図３に示すように、２次スプール３４には、その反燃焼室側端部に、コイル側筒部５２の切り欠き部５５に嵌合される３つの突起部３４ｃが形成されている。この３つの突起部３４ｃのうち２つの突起部３４ｃには、端末３１ａが挿入される図示しない貫通穴が形成されている。
【００３４】
また、図３および図５に示すように、導電性金属よりなる２つの１次巻線用コネクタ端子６１は、絶縁樹脂よりなる保持板９の円板部９１にインサート成形されて、２つの１次巻線用コネクタ端子６１と保持板９とが一体化されている。また、円板部９１の外周部には、コイル側筒部５２の切り欠き部５５に嵌合される３つの突起部９２が形成されている。３つの突起部９２のうち２つの突起部９２には、端末３１ａが挿入される貫通穴９３が形成され、さらに、円板部９１には、アース端子３６が挿入される貫通穴９４が形成されている。
【００３５】
なお、保持板９は保持部材に相当し、コイル側筒部５２の切り欠き部５５および保持板９の突起部９２は、位置決め手段に相当する。
【００３６】
組み付けは、まず、図３に示すように、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、碍子５の中心穴に途中まで挿入した後、２次スプール３４の突起部３４ｃの貫通穴に端末３１ａを挿入し、次いで図４に示すように、２次スプール３４を碍子５の中心穴にさらに押し込んで、突起部３４ｃをコイル側筒部５２の切り欠き部５５に嵌合させる。
【００３７】
次に、保持板９の貫通穴９３に端末３１ａを挿入し、次いで図４に示すように、保持板９の突起部９２をコイル側筒部５２の切り欠き部５５に嵌合させる。この突起部９２と切り欠き部５５の嵌合により、コイル側筒部５２と１次巻線用コネクタ端子６１および保持板９との、コイル側筒部５２の周方向への相対移動が規制される。
【００３８】
そして、相対移動が規制された状態で、端末接続作業を行う。すなわち、端末３１ａを１次巻線用コネクタ端子６１にハンダ付けまたはヒュージングにて接続する。
【００３９】
次に、図４に示すように、碍子５に組み付けられたもの、燃焼圧信号用ターミナル７、圧力検出素子４およびアースプレート３７を、ケース１に挿入し、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。そして、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をボルト８の中空穴に挿入して、組み付けが完了する。
【００４０】
上記構成の点火装置は、イグナイタからの電流供給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変化は、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は荷重変化を受ける。そして、圧力検出素子４は、その荷重の変化に応じた電圧の出力信号を出力する。
【００４１】
本実施形態では、保持板９の突起部９２とコイル側筒部５２の切り欠き部５５の嵌合により、コイル側筒部５２と１次巻線用コネクタ端子６１および保持板９との、コイル側筒部５２の周方向への相対移動を規制しているため、端末接続作業時に、コイル側筒部５２に対して１次巻線用コネクタ端子６１がコイル側筒部５２の周方向に動くことはなく、従って端末接続の作業性が向上する。
【００４２】
また、２次巻線３２の低電圧側と点火プラグ２の接地電極２３がケース１を介して電気的に接続されるため、２次巻線３２の低電圧側を内燃機関に電気的に接続するためのコネクタ端子およびワイヤハーネスを不要にすることができる。それに伴って、コネクタ６の小型化が可能となり、また２次巻線３２の低電圧側を内燃機関に電気的に接続するためのワイヤハーネスの這いまわしがなくなるため装置の信頼性が向上する。
【００４３】
また、２次巻線３２の低電圧側と点火プラグ２の接地電極２３との間の距離が短くなると共に、接続個所も少なくなるため、放電回路の抵抗ロスが少なくなって効率のよい点火が可能となる。
【００４４】
また、圧力検出素子４の一端は、ケース１を介して内燃機関に電気的に接続されるため、圧力検出素子４の一端を内燃機関に電気的に接続するためのコネクタ端子およびワイヤハーネスを不要にすることができる。
【００４５】
また、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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
また、点火コイル構成部品を収納する部分も含めてケース１を金属材料にて一体に形成しているため、点火コイル構成部品を樹脂製ケース内に収納したものよりも、点火コイル構成部品の放熱性を向上させることができる。
【００４９】
また、ケース１自体に点火コイルの外周コアの機能を持たせることができるため、従来のように外周コアを別に設ける必要がなくなり、従って、点火装置の小径化、および低コスト化が可能となる。
【００５０】
また、ケース１における中心コア３３を取り囲む部分に設けたスリット１５により、磁束変化で発生する環状電流による損失を防止することができる。
【００５１】
また、点火コイル３の巻線３１、３２等が、シリンダヘッドに接地された金属製のケース１によって覆われるため、点火コイル３内で発生する点火ノイズが、ケース１によってシールドされて外部に洩れにくくなる。
【００５２】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、ケース１と別部材の接地電極２３を設けたが、図６に示すように、ケース１と別部材の接地電極２３を廃止し、ケース１自体を接地電極にして、ケース１の燃焼室側端部１６と中心電極２２との間で放電させるようにしてもよい。
【００５３】
また、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。
【００５４】
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押し付け部材を用い、その押し付け部材をケース１に圧入したり、或いは、押し付け部材をケース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、押し付け部材をケース１に挿入後圧力検出素子４に予荷重を与えた状態で、押し付け部材をケース１に溶接してもよい。
【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正面断面図である。
【図２】図１の１次巻線３１が巻かれた碍子５の斜視図である。
【図３】図１の点火コイル３部分の組み付け工程の説明に供する分解斜視図である。
【図４】図１の点火装置の組み付け工程の説明に供する分解斜視図である。
【図５】図１の１次巻線用コネクタ端子６１および保持板９の平面図である。
【図６】他の実施形態の要部を示す斜視図である。
【符号の説明】
２…点火プラグ、２２…中心電極、２３…接地電極、３…点火コイル、
３１…１次巻線、３２…２次巻線、５…碍子、
５２…コイル側筒部（スプール）、５５…切り欠き部（位置決め手段）、
６１…コネクタ端子、９…保持板（保持部材）、
９２…突起部（位置決め手段）。

Claims

中心電極（２２）と接地電極（２３）との間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）とを備え、
前記点火プラグ（２）と前記点火コイル（３）が一体化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１次巻線（３１）が巻かれる筒状のセラミック製のスプール（５２）と、
前記スプール（５２）の軸方向端部に配置されて、前記スプール（５２）に巻かれた前記１次巻線（３１）の両端末（３１ａ）が接続される導電性の２つのコネクタ端子（６１）と、
前記２つのコネクタ端子（６１）が組み込まれた絶縁樹脂製の保持部材（９）とを備え、
さらに、前記スプール（５２）に対する前記コネクタ端子（６１）および前記保持部材（９）の周方向への相対移動を規制する位置決め手段（５５、９２）を有し、
前記位置決め手段（５５、９２）は、前記スプール（５２）に形成された切り欠き部（５５）と、前記保持部材（９）に形成されて前記切り欠き部（５５）に嵌合する突起部（９２）とからなり、
前記位置決めされた前記保持部材（９）の前記２つのコネクタ端子（６１）に、前記スプール（５２）に巻かれた前記１次巻線（３１）の両端末（３１ａ）がそれぞれ接続されていることを特徴とする内燃機関用点火装置。
前記スプール（５２）は、前記中心電極（２２）が内蔵されたセラミック製のプラグ側筒部（５１）と一体に形成されてい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。
中心電極（２２）と接地電極（２３）との間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）とを備え、
前記点火プラグ（２）と前記点火コイル（３）が一体化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１次巻線（３１）が巻かれる筒状のセラミック製のスプール（５２）と、
前記スプール（５２）の軸方向端部に配置されて、前記スプール（５２）に巻かれた前記１次巻線（３１）の両端末（３１ａ）が接続される導電性の２つのコネクタ端子（６１）と、
前記２つのコネクタ端子（６１）が組み込まれた絶縁樹脂製の保持部材（９）とを備え、
さらに、前記スプール（５２）に対する前記コネクタ端子（６１）および前記保持部材（９）の周方向への相対移動を規制する位置決め手段（５５、９２）を有し、
前記スプール（５２）は、前記中心電極（２２）が内蔵されたセラミック製のプラグ側筒部（５１）と一体に形成されていることを特徴とする内燃機関用点火装置。
前記位置決め手段（５５、９２）は、前記スプール（５２）に形成された切り欠き部（５５）と、前記保持部材（９）に形成されて前記切り欠き部（５５）に嵌合する突起部（９２）とからなることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用点火装置。