(57)【要約】【課題】高周波の伝送効率を向上させること。【解決手段】実施形態に係る点火プラグ取付構造は、点火プラグと、共振器と、取付治具と、を備える。点火プラグは火花放電を行う。共振器は、火花放電と電界とを反応させてプラズマを発生させるための高周波を点火プラグに供給する。取付治具は、内燃機関に固定支持される。また、点火プラグおよび共振器は、取付治具にそれぞれ取り付けられ、取付治具を介して内燃機関に取り付けられる。【選択図】図２
2019027325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火花放電を行う点火プラグと、
前記火花放電と電界とを反応させてプラズマを発生させるための高周波を前記点火プラグに供給する共振器と、
内燃機関に固定支持される取付治具と、
を備え、
前記点火プラグおよび前記共振器は、
前記取付治具にそれぞれ取り付けられ、前記取付治具を介して前記内燃機関に取り付けられること
を特徴とする点火プラグ取付構造。
【請求項２】
前記取付治具は、
前記点火プラグを取り付けるためのプラグ用ネジ孔と、
前記共振器を取り付けるための共振器用ネジ孔と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の点火プラグ取付構造。
【請求項３】
前記プラグ用ネジ孔の中心軸は、
前記共振器用ネジ孔の中心軸と略同一であること
を特徴とする請求項２に記載の点火プラグ取付構造。
【請求項４】
前記プラグ用ネジ孔の中心軸は、
前記内燃機関に前記点火プラグの先端を挿入するためのプラグ挿入孔の中心軸と略同一であること
を特徴とする請求項２または３に記載の点火プラグ取付構造。
【請求項５】
内燃機関に固定支持される固定部と、
火花放電を発生させる点火プラグが取り付けられるプラグ取付部と、
前記火花放電と電界とを反応させてプラズマを発生させるための高周波を前記点火プラグに供給する共振器が取り付けられる共振器取付部と、
を備えることを特徴とする取付治具。
【請求項６】
火花放電を行う点火プラグと、
前記火花放電と電界とを反応させてプラズマを発生させるための高周波を前記点火プラグに供給する共振器と、
を内燃機関に取り付ける点火プラグの取付方法であって、
前記点火プラグと前記共振器とをアセンブリしてサブアセンブリ体を構成するサブアセンブリ工程と、
前記サブアセンブリ体を前記内燃機関に取り付ける取り付け工程と、
を含む点火プラグの取付方法。
【請求項７】
前記取り付け工程は、
前記サブアセンブリ工程の後、前記サブアセンブリ体を前記内燃機関に取り付けるための取付治具に前記サブアセンブリ体を取り付けるサブアセンブリ体取り付け工程と、
前記サブアセンブリ体が取り付けられた前記取付治具を前記内燃機関に取り付けることで、前記サブアセンブリ体を前記内燃機関に取り付ける治具取り付け工程と、
を含む請求項６に記載の点火プラグの取付方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火プラグ取付構造、取付治具および点火プラグの取付方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車エンジン等の内燃機関において、点火プラグを用いて燃焼室内に発生させた火花放電をプラズマの核とし、これに高周波を供給することによってプラズマ領域を拡大させて混合気に着火するプラズマ点火装置が提案されている。
【０００３】
例えば、点火プラグに高周波を入力することで、点火プラグを高周波のアンテナとして用いる技術が知られている。例えば、特許文献１では、エンジンブロックにネジ止めされた点火プラグに高周波を供給することで、点火プラグを高周波のアンテナとして用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−８５０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術には、高周波の伝送効率を向上させるという点で更なる改善の余地がある。これは、例えば点火プラグをエンジンブロックにネジ止めする際に取り付け誤差が発生することで、点火プラグと高周波を供給する装置との接続位置にずれが生じ、高周波の伝送効率が低下する可能性があるためである。
【０００６】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、高周波の伝送効率を向上させることができる点火プラグ取付構造、取付治具および点火プラグの取付方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の一態様に係る点火プラグ取付構造は、点火プラグと、共振器と、取付治具と、を備える。点火プラグは火花放電を行う。共振器は、火花放電と電界とを反応させてプラズマを発生させるための高周波を点火プラグに供給する。取付治具は、内燃機関に固定支持される。また、点火プラグおよび共振器は、取付治具にそれぞれ取り付けられ、取付治具を介して内燃機関に取り付けられる。
【発明の効果】
【０００８】
実施形態の一態様によれば、高周波の伝送効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態に係るプラズマ点火装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係る点火プラグ取付構造の構成を示す図である。
【図３】図３は、実施形態に係る取付治具の構成を示す図である。
【図４】図４は、エンジンに点火プラグを取り付ける一例を示す図である。
【図５】図５は、実施形態に係る点火プラグの取付方法を示すフローチャートである。
【図６】図６は、実施形態に係る点火プラグの取付方法を説明するための図である。
【図７】図７は、実施形態に係る点火プラグの取付方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する点火プラグ取付構造、取付治具および点火プラグの取付方法の実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１１】
また、実施形態に係る点火プラグ取付構造によって内燃機関に取り付けられる点火プラグは、内燃機関のプラズマ点火装置に用いられる。そこで、まず図１を用いて実施形態に係るプラズマ点火装置１について説明する。
【００１２】
図１は、実施形態に係るプラズマ点火装置１の構成を示す図である。図１に示すように、プラズマ点火装置１は、点火プラグ２と、制御装置３とを備える。
【００１３】
点火プラグ２は、先端がエンジンの燃焼室内に露出するようにエンジンに取り付けられる。点火プラグ２は、先端に設けられた一対の電極間に火花放電を発生させる。また、点火プラグ２は、燃焼室内に高周波（マイクロ波）を放射するアンテナとしても利用される。
【００１４】
制御装置３は、点火プラグ２に対する高電圧および高周波の供給を制御する。制御装置３は、エンジン制御部４と、高周波制御部２０と、点火コイル３０と、プラグソケット４０と、共振器５０とを備える。なお、高電圧は火花放電の発生に用いられ、高周波はプラズマの発生に用いられる。
【００１５】
エンジン制御部４は、点火コイル３０に対し、自動車の運転状況等に応じたタイミングで点火信号を出力する。点火信号は、火花放電の発生時期を制御するための信号である。点火信号は、高周波制御部２０にも入力される。
【００１６】
高周波制御部２０は、点火信号が入力された場合に、共振器５０を介して高周波を点火プラグ２に供給する。
【００１７】
点火コイル３０は、エンジン制御部４からの点火信号の入力を受けて高電圧を発生させる。具体的には、点火コイル３０は、図示しない一次コイルと二次コイルとを備えており、一次コイルに流れる電流を遮断することにより誘導現象によって二次コイルに高電圧を発生させる。
【００１８】
プラグソケット４０は、点火プラグ２を保持し、点火コイル３０で発生した高電圧を点火プラグ２へ伝達する。
【００１９】
共振器５０は、プラグソケット４０の周囲に配置され、高周波制御部２０が生成した高周波を点火プラグ２に供給する。
【００２０】
点火プラグ２は、プラグソケット４０によって伝達される高電圧を用いて燃焼室内に火花放電を発生させる。また、点火プラグ２は、共振器５０から供給された高周波を燃焼室内に放射する。これにより、プラズマの核となる火花放電に高周波が供給されてプラズマ領域が拡大し、燃焼室内の混合気に着火する。
【００２１】
ここで、例えば点火プラグ２が直接エンジンに取り付けられると、取り付け誤差等によって点火プラグ２と共振器５０との結合位置にずれが生じる。まず、かかる結合位置のずれについて、図４を用いて説明する。
【００２２】
図４は、エンジンに点火プラグ２を取り付ける一例を示す図である。図４では、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を規定している。なお、図４は、点火プラグ２をＹ軸方向から見た図を示している。また、図４では、一部を断面で示している。後述する図面にも同様の直交座標を付し、一部を断面で示す場合がある。
【００２３】
図４に示すように、点火プラグ２は、エンジンブロック１１０に例えばプラグ先端が燃焼室内に露出するように取り付けられる。
【００２４】
また、点火プラグ２には、プラグソケット４０が取り付けられる。共振器５０は、プラグソケット４０の周囲に設けられ、エンジンブロック１１０にボルト６０およびナット６１によって固定される。
【００２５】
このとき、点火プラグ２をエンジンブロック１１０に取り付ける際の誤差によって、エンジンブロック１１０からプラグソケット４０側（図４のＺ軸正方向側）に突出する点火プラグ２の長さＬが変わる場合がある。すなわち、点火プラグ２の取り付け位置がＺ軸においてずれる場合がある。
【００２６】
一方、共振器５０は、エンジンブロック１１０にボルト６０およびナット６１によって固定されるためＺ軸方向において位置ずれが発生しにくい。そのため、点火プラグ２の取り付け位置がずれると、共振器５０と点火プラグ２との相対的な位置関係がずれて、結合位置のずれが発生する。
【００２７】
また、点火プラグ２および共振器５０は、それぞれエンジンブロック１１０に個別に固定される。そのため、エンジンの振動（図４の矢印Ａ１）が点火プラグ２および共振器５０にそれぞれ個別に伝わる（図４の矢印Ａ２、Ａ３）。
【００２８】
点火プラグ２および共振器５０は、それぞれ異なる材質で構成される個別の部品であり、大きさも異なるため、それぞれ異なる共振周波数を有する。そのため、点火プラグ２および共振器５０は、それぞれ異なる振動特性を有し、エンジンの振動がエンジンブロック１１０から直接伝わると、互いに異なる周波数でそれぞれ振動する。
【００２９】
このように、点火プラグ２および共振器５０がそれぞれの共振周波数で振動することも、点火プラグ２と共振器５０との相対的な位置関係がずれる一因となる。
【００３０】
点火プラグ２と共振器５０との相対的な位置関係がずれると、点火プラグ２と共振器５０との結合位置がずれ、共振器５０から点火プラグ２へと伝送される高周波の伝送損失が増加する。
【００３１】
これは、共振器５０から点火プラグ２へと伝送される高周波の伝送量が、共振器５０と点火プラグ２との結合位置に依存するためである。共振器５０と点火プラグ２との結合位置がずれると、共振器５０に流れる高周波と点火プラグ２に流れる高周波との位相にずれが発生することで、高周波の伝送量が低下し、伝送損失が増加する。
【００３２】
そこで、実施形態に係る点火プラグ取付構造１００では、点火プラグ２と共振器５０とをアセンブリしたサブアセンブリ体を、取付治具１０を用いて取り付けることで、点火プラグ２と共振器５０との位置ずれを抑制することとした。
【００３３】
図２および図３を用いて実施形態に係る点火プラグ取付構造１００について説明する。図２は、実施形態に係る点火プラグ取付構造１００の構成を示す図である。
【００３４】
図２に示す点火プラグ取付構造１００は、点火プラグ２と、点火プラグ２に高周波を供給する共振器５０と、エンジンに固定支持される取付治具１０とを備える。
【００３５】
点火プラグ２は、先端が露出するように取付治具１０に取り付けられる。例えば、点火プラグ２の先端部はねじ切られており、取付治具１０のプラグ用ネジ孔に螺合して係合する。
【００３６】
なお、点火プラグ２は、共振器５０とアセンブリされ、サブアセンブリ体１２０として取付治具１０に取り付けられる。かかる点については、図６を用いて後述する。
【００３７】
また、点火プラグ２の基端側にはプラグソケット４０が取り付けられる。プラグソケット４０は、例えば筒状の誘電体で構成される。点火プラグ２は、プラグソケット４０内に配置されるケーブル（図示せず）を介して点火コイル３０（図１参照）に接続される。
【００３８】
なお、図２では、プラグソケット４０がＺ軸方向からＸ軸方向に屈曲している場合を例に示しているが、プラグソケット４０の形状はこれに限定されない。例えばプラグソケット４０を、屈曲させず、Ｚ軸方向に直線状に延在するように構成してもよい。
【００３９】
共振器５０は、取付治具１０に固定支持され、プラグソケット４０の周囲に配置される。例えば、共振器５０は外周がねじ切られたネジ部５４を有する。ネジ部５４が取付治具１０の共振器用ネジ孔に螺合して係合することで、共振器５０が取付治具１０に固定支持される。
【００４０】
なお、共振器５０は、上述したように点火プラグ２とアセンブリされ、サブアセンブリ体１２０として取付治具１０に取り付けられる。
【００４１】
共振器５０は、同軸ケーブル２１を介して高周波制御部２０（図１参照）と接続され、高周波制御部２０から入力される高周波を点火プラグ２に供給する。
【００４２】
共振器５０は、同軸ケーブル２１の内部導体２２に接続される第１導体５１と、同軸ケーブル２１の外部導体２３に接続される第２導体５２と、取付治具１０に固定支持される取付部５３とを備える。
【００４３】
取付部５３は、導体で構成され、第１導体５１および第２導体５２と接続する。また取付部５３は、図２のＺ軸負方向側からネジ部５４と台座部５５とを有する。ネジ部５４および台座部５５の略中央には点火プラグ２を挿入するための挿入孔が設けられる。
【００４４】
ネジ部５４は、外周がねじ切られており、後述する取付治具１０の共振器取付部１３に設けられる共振器用ネジ孔に螺合して係合する。これにより共振器５０が取付治具１０に固定支持される。
【００４５】
台座部５５は、外周がテーパ状に形成される。また、台座部５５のＺ軸負方向側の面、すなわち取付治具１０と当接する面に溝が設けられている。かかる溝にはＯリングなどのシール部材７１が配置される。これにより、共振器５０と取付治具１０とが密着し、エンジンの燃焼室内のガスが共振器５０と取付治具１０との間から外部に漏れないようになっている。
【００４６】
また、第１導体５１および第２導体５２は、台座部５５を介して互いに接続される。これにより、同軸ケーブル２１の内部導体２２を伝送する高周波が第１導体５１から第２導体５２を通って外部導体２３に伝送される。高周波が共振器５０の第１導体５１から第２導体５２を伝送することで、共振器５０と点火プラグ２が電気的に結合し、点火プラグ２に高周波が供給される。
【００４７】
続いて、図３を用いて取付治具１０の構成について説明する。図３は、実施形態に係る取付治具１０の構成を示す図である。なお、図３では、図面を見やすくするために、点火プラグ２や共振器５０等の図示を省略しているが、点火プラグ２および共振器５０は、上述したように、取付治具１０を介してエンジンブロック１１０に取り付けられる。
【００４８】
取付治具１０は、エンジンのエンジンブロック１１０に固定される固定部１１と、点火プラグ２が取り付けられるプラグ取付部１２と、共振器５０が取り付けられる共振器取付部１３とを有する。
【００４９】
固定部１１は、取付治具１０の外周側であってＺ軸正方向側に設けられる。固定部１１にはボルト６０を取り付ける取付孔が設けられており、ボルト６０およびナット６１を用いてエンジンブロック１１０に取り付けられる。
【００５０】
プラグ取付部１２は、取付治具１０の内周側であってＺ軸負方向側に設けられる。プラグ取付部１２には、内周側面がネジ切りされたプラグ用ネジ孔１４が設けられる。プラグ用ネジ孔１４と点火プラグ２とが螺合して係合することで、点火プラグ２が取付治具１０に固定される（図２参照）。
【００５１】
共振器取付部１３は、固定部１１とプラグ取付部１２との間に設けられる。共振器取付部１３には、内周側面がネジ切りされた共振器用ネジ孔１５が設けられる。共振器用ネジ孔１５と共振器５０とが螺合して係合することで、共振器５０が取付治具１０に固定される（図２参照）。
【００５２】
このように、プラグ用ネジ孔１４および共振器用ネジ孔１５を用いることで、点火プラグ２および共振器５０を取付治具１０に容易に取り付けることができる。
【００５３】
ここで、プラグ用ネジ孔１４は、共振器用ネジ孔１５と略同一の中心軸Ｂを有する。そのため、取付治具１０は、プラグ用ネジ孔１４および共振器用ネジ孔１５によってＺ軸方向に貫通した貫通孔を有する。かかる貫通孔は、中心軸Ｂがエンジンブロック１１０に設けられるプラグ挿入孔７３の中心軸と略同一となるように設けられる。これにより、貫通孔を、点火プラグ２を燃焼室内に挿入するプラグ挿入孔として機能させることができる。
【００５４】
また、プラグ用ネジ孔１４と共振器用ネジ孔１５とを中心軸Ｂが略同一となるように取付治具１０に設けることで、点火プラグ２および共振器５０をアセンブリした状態で取付治具１０に取り付けることができる。かかる点の詳細については、図６を用いて後述する。
【００５５】
また、取付治具１０のプラグ取付部１２および共振器取付部１３は、固定部１１よりＺ軸負方向に突出しており、外周がテーパ状に形成されている。すなわち、プラグ取付部１２および共振器取付部１３は、円錐台状に形成されている。また、共振器取付部１３のＺ軸負方向側の上面にリング状のメタルガスケット７２が配置される。ボルト６０およびナット６１を用いて取付治具１０をＺ軸負方向に押下し、取付治具１０とエンジンブロック１１０とを密着させることで、エンジンの燃焼室内のガスがエンジンブロック１１０と取付治具１０との間から外部に漏れないようにしている。
【００５６】
このように、実施形態に係る点火プラグ取付構造１００では、取付治具１０を用いて点火プラグ２および共振器５０をエンジンに取り付ける。これにより、点火プラグ２と共振器５０とをそれぞれ個別にエンジンブロック１１０に取り付ける場合に比べて、点火プラグ２と共振器５０との相対的な位置関係を保ったまま、取付治具１０をエンジンブロック１１０に取り付けることができる。そのため、点火プラグ２と共振器５０との接続位置がずれにくくなり、高周波の伝送効率を向上させることができる。
【００５７】
次に、図５〜図７を用いて点火プラグ２の取付方法について説明する。図５は、実施形態に係る点火プラグ２の取付方法を示すフローチャートである。
【００５８】
図５に示すように、まず、点火プラグ２と共振器５０とをアセンブリしてサブアセンブリ体１２０を構成する（ステップＳ１０１）。次に、サブアセンブリ体１２０を取付治具１０に取り付ける（ステップＳ１０２）。
【００５９】
さらに、取付治具１０をエンジンブロック１１０に取り付ける（ステップＳ１０３）。これにより、サブアセンブリ体１２０をエンジンブロック１１０に取り付けることができる。
【００６０】
続いて、図６および図７を用いて点火プラグ２の取付方法の詳細について説明する。図６および図７は、実施形態に係る点火プラグ２の取付方法を説明するための図である。なお、図６および図７では、図示を簡略化するために、説明に用いる構成要素に符号を付し、その他の構成要素の符号を省略している。
【００６１】
具体的に、点火プラグ２を共振器５０に取り付ける場合、例えば、図６に示すように、共振器５０を取り付けたプラグソケット４０に点火プラグ２を挿入することで、点火プラグ２と共振器５０とをアセンブリしたサブアセンブリ体１２０を構成する。
【００６２】
このように、点火プラグ２と共振器５０とをアセンブリすることで、点火プラグ２と共振器５０との位置合わせを容易に行うことができる。そのため、点火プラグ２と共振器５０との接続位置のずれを抑制し、高周波の伝送効率を向上させることができる。
【００６３】
次に、図６の矢印Ａ４に示すように、サブアセンブリ体１２０を取付治具１０に取り付ける。上述したように、取付治具１０には、中心軸Ｂが略同一であるプラグ用ネジ孔１４および共振器用ネジ孔１５が設けられている。従って、点火プラグ２と共振器５０とをアセンブリしたサブアセンブリ体１２０を取付治具１０に螺合することで、点火プラグ２および共振器５０を取付治具１０に容易に取り付けることができる。
【００６４】
さらに、図７に示すように、サブアセンブリ体１２０を取り付けた取付治具１０をエンジンブロック１１０に取り付けることで、点火プラグ２をエンジンに取り付ける。例えば取付治具１０をボルト６０およびナット６１を用いてエンジンブロック１１０にネジ止めする。
【００６５】
このように、取付治具１０を用いてサブアセンブリ体１２０をエンジンブロック１１０に取り付けることで、点火プラグ２と共振器５０との接続位置を維持したまま、点火プラグ２および共振器５０をエンジンブロック１１０に取り付けることができる。これにより、点火プラグ２と共振器５０との接続位置のずれを抑制することができる。
【００６６】
また、取付治具１０を用いてサブアセンブリ体１２０をエンジンブロック１１０に取り付けることで、エンジンから振動が伝わっても、サブアセンブリ体１２０、すなわち点火プラグ２と共振器５０とが一体となって振動する。そのため、エンジンが振動しても点火プラグ２と共振器５０との相対的な位置関係がずれにくくなり、点火プラグ２と共振器５０との接続位置のずれを抑制することができる。
【００６７】
このように、点火プラグ２と共振器５０との接続位置のずれを抑制することで、点火プラグ２と共振器５０との結合位置のずれを抑制し、共振器５０から点火プラグ２へと伝送される高周波の伝送損失を低減することができる。
【００６８】
なお、上述した実施形態では、共振器５０に雄ネジであるネジ部５４を形成するとしたが、これに限定されない。例えば共振器５０のネジ部５４を雌ネジとし、取付治具１０の共振器取付部１３に雄ネジを形成することで、ネジ部５４と共振器取付部１３とを螺合して係合するようにしてもよい。
【００６９】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１    プラズマ点火装置
２    点火プラグ
１０    取付治具
１１    固定部
１２    プラグ取付部
１３    共振器取付部
１４    プラグ用ネジ孔
１５    共振器用ネジ孔
５０    共振器
７３    プラグ挿入孔
【図１】
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【図２】
2019027325.tif 000004
【図３】
2019027325.tif 000005
【図４】
2019027325.tif 000006
【図５】
2019027325.tif 000007
【図６】
2019027325.tif 000008
【図７】
2019027325.tif 000009