(57)【要約】【課題】点火コイルで発生した高電圧が伝達時に電圧低下することを抑制し、点火プラグに適正電圧を供給可能な点火装置を提供する。【解決手段】エンジンＥの燃焼室５に開口するようにシリンダヘッド３に形成されたプラグ挿入孔１７と、プラグ挿入孔１７に挿入され、燃焼室５に露出する電極２０ａを先端に有する点火プラグ２０と、シリンダヘッド３の反燃焼室側にてプラグ挿入孔１７の外部に設置され、点火プラグ２０に供給する高電圧を発生する点火コイル２１と、プラグ挿入孔１７に挿入され、点火コイル２１と点火プラグ２０とを接続する高電圧導電部材２２と、点火プラグ２０の反燃焼室側部分を囲繞するとともに高電圧導電部材２２を内部に収容する絶縁体からなるプラグキャップ２３とを有し、プラグ挿入孔１７における高電圧導電部材２２を囲繞する部分の全内周面を絶縁部材２６で覆う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に開口するようにシリンダヘッドに形成されたプラグ挿入孔と、
前記プラグ挿入孔に挿入され、前記燃焼室に露出する電極を先端に有する点火プラグと、
前記シリンダヘッドの反燃焼室側にて前記プラグ挿入孔の外部に設置され、前記点火プラグに供給する高電圧を発生する点火コイルと、
前記プラグ挿入孔に挿入され、前記点火コイルと前記点火プラグとを接続する高電圧導電部材と、
前記点火プラグの反燃焼室側部分を囲繞するとともに前記高電圧導電部材を内部に収容する絶縁体からなるプラグキャップとを有し、
前記プラグ挿入孔における前記高電圧導電部材を囲繞する部分の全内周面が絶縁部材によって覆われていることを特徴とする点火装置の取付構造。
【請求項２】
前記プラグ挿入孔が、前記シリンダヘッドに形成されたプラグ装着孔と、当該プラグ装着孔に圧入された筒状のプラグガイドとにより構成され、
前記絶縁部材は、前記プラグガイドに圧入されるか前記プラグガイドの内周面に塗布されてなり、
前記絶縁部材と前記プラグキャップとの間に隙間が形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の点火装置の取付構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火プラグごとに点火コイルが設けられたダイレクトイグニッションタイプの点火装置のシリンダヘッドへの取付構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ガソリンエンジンでは、燃焼室に電極が露出するように点火プラグをシリンダヘッドに設け、適正なタイミングで点火プラグに高電圧を印加して電極間に火花放電することによって混合気を燃焼させている。従来、多気筒ガソリンエンジンの点火装置においては、高電圧を発生する点火コイルと、発生した高電圧を各点火プラグに分配するディストリビュータとを備えたものが多く用いられていたが、近年では、点火プラグごとに点火コイルを設置し、火花放電による点火タイミングを電子制御ユニットにより制御するダイレクトイグニッションタイプの点火装置が増えている。
【０００３】
ダイレクトイグニッションタイプの点火装置は、シリンダヘッドに形成したプラグ挿入孔の内部に点火コイルを設ける構造（以下、ＰＨＣ（Plug Hole Coil）と記す。特許文献１参照。）と、プラグ挿入孔の燃焼室と反対側の外部に点火コイルを設ける構造（以下、ＰＴＣ（Plug Top Coil）と記す。）とに大別することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３１００２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年は燃費向上の要求に伴い、エンジンに高圧縮比化および高着火性が求められている。この点、ＰＨＣ構造ではプラグ挿入孔の径および長さによってコイルの巻量が制限されるため、高着火性においてはＰＴＣ構造が有利である。一方、ＰＴＣ構造の点火装置では、高電圧発生部である点火コイルから点火プラグまでの距離が大きくなるため、両者を接続する高電圧導電部材が長くなる。
【０００６】
しかしながら、高電圧導電部材が長くなると、樹脂などの絶縁体からなるプラグキャップ或いはプラグソケットにより高電圧導電部材が覆われるとしても、点火装置をエンジンに装着したときの点火プラグの電圧は点火コイル単体で測定したときに比べて大きく低下し、要求電圧が得られなくなる。この原因は、高電圧電位の高電圧導電部材とグランド電位のプラグ挿入孔を構成する部材との間でコロナ放電が発生するためと考えられる。
【０００７】
本発明は、このような従来技術に含まれる課題を解消するべく案出されたものであり、高電圧化要求に耐え得るＰＴＣ構造の点火装置であって、点火コイルで発生した高電圧が伝達時に電圧低下することを抑制し、点火プラグに適正電圧を供給可能な点火装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するために、本発明の一側面に係る点火装置（２５）の取付構造によれば、内燃機関（Ｅ）の燃焼室（５）に開口するようにシリンダヘッド（３）に形成されたプラグ挿入孔（１７）と、前記プラグ挿入孔に挿入され、前記燃焼室に露出する電極（２０ａ）を先端に有する点火プラグ（２０）と、前記シリンダヘッドの反燃焼室側にて前記プラグ挿入孔の外部に設置され、前記点火プラグに供給する高電圧を発生する点火コイル（２１）と、前記プラグ挿入孔に挿入され、前記点火コイルと前記点火プラグとを接続する高電圧導電部材（２２）と、前記点火プラグの反燃焼室側部分を囲繞するとともに前記高電圧導電部材を内部に収容する絶縁体からなるプラグキャップ（２３）とを有し、前記プラグ挿入孔における前記高電圧導電部材を囲繞する部分の全内周面が絶縁部材（２６）によって覆われている構成とする。
【０００９】
この構成によれば、プラグ挿入孔における高電圧導電部材を囲繞する部分の全内周面を絶縁部材で覆うことにより、プラグ挿入孔内の空間部の電位差を低減し、高電圧導電部材からのコロナ放電を防止することができる。したがって、点火コイルで発生した高電圧が点火プラグに伝達される間に低下することを抑制できる。
【００１０】
また、本発明の一側面によれば、前記プラグ挿入孔（１７）が、前記シリンダヘッドに形成されたプラグ装着孔（１２）と、当該プラグ装着孔に圧入された筒状のプラグガイド（１５）とにより構成され、前記絶縁部材（２５）は、前記プラグガイドに圧入されるか前記プラグガイドの内周面に塗布されてなり、前記絶縁部材と前記プラグキャップとの間に隙間が形成された構成とすることができる。
【００１１】
この構成によれば、プラグ挿入孔の内周面に圧入または塗布して絶縁部材を形成することにより、内周面が絶縁部材で覆われたプラグ挿入孔を簡単な構成で実現できる。また、絶縁部材とプラグキャップとの間に隙間を形成することで、プラグキャップのプラグ挿入孔への挿入性を確保しつつプラグ挿入孔内での放電現象を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
このように本発明によれば、点火コイルで発生した高電圧が伝達時に低下することを抑制し、点火プラグに適正電圧を供給可能な点火装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る点火装置を取付けたエンジンの要部断面図
【図２】絶縁部材を設けない場合の電圧低下を示すグラフ
【図３】絶縁部材の肉厚と空間部電位差との関係を示すグラフ
【図４】空間部電位差と発生電圧との関係を示すグラフ
【図５】絶縁部材の肉厚と静電容量との関係を示すグラフ
【図６】静電容量と点火プラグでの発生電圧との関係を示すグラフ
【図７】比誘電率と静電容量との関係を示すグラフ
【図８】比誘電率と空間部電位差との関係を示すグラフ
【図９】比誘電率と点火プラグでの発生電圧との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明に係る点火装置２５を自動車用ガソリンエンジン（以下、単にエンジンＥと記す。）に適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、上下の方向は、シリンダ軸線を基準としてシリンダヘッド方向を上とするものとし、以下では、エンジンＥがシリンダ軸線を鉛直にして自動車に搭載されているものとして説明する。
【００１５】
図１に示すように、エンジンＥは、上下方向に延在するシリンダボア１を画成するシリンダブロック２を備えており、シリンダブロック２の上面には、シリンダヘッド３が締結されている。シリンダボア１にはピストン４が摺動可能に嵌合しており、シリンダボア１に対応して凹設されたシリンダヘッド３の下面とピストン４の頂部との間に燃焼室５が形成されている。
【００１６】
シリンダヘッド３の上面にはシリンダヘッドカバー６が接合されており、シリンダヘッド３とシリンダヘッドカバー６との間の空間が動弁室７とされている。シリンダブロック２およびシリンダヘッド３は、アルミニウム合金によりダイキャスト成形されている。一方、シリンダヘッドカバー６は、上下に２つ割りとされ、樹脂材により射出成形された下カバー部材６ｌおよび上カバー部材６ｕを互いに接合して構成される。シリンダヘッドカバー６における下カバー部材６ｌと上カバー部材６ｕとの間には、吸気系に流入させるブローバイガスからエンジンオイルを分離するためのブローバイ排出室８が排気側に、ブリーザ装置の新気導入流路に逆流したブローバイガスからエンジンオイルを分離するための新気導入室９が吸気側にそれぞれ形成されている。
【００１７】
シリンダヘッド３には、それぞれ燃焼室５に開口する態様で吸気ポート１０、排気ポート１１、プラグ装着孔１２および燃料噴射弁装着孔１３が形成されている他、これらの間を通るように冷却水通路１４（ウォータジャケット）が形成されている。
【００１８】
プラグ装着孔１２は、排気ポート１１側に若干傾斜するようにシリンダヘッド３に斜めに形成されて燃焼室５の上面の略中央に開口しており、燃焼室５側から順に小径部１２ａ、中径部１２ｂおよび大径部１２ｃを連設した構成となっている。プラグ装着孔１２の大径部１２ｃには、筒状を呈する鉄製のプラグガイド１５が圧入されてシリンダヘッド３と一体とされている。プラグガイド１５は、プラグ装着孔１２からブローバイ排出室８と新気導入室９との間に向けてシリンダヘッド３の上面よりも上方へ延設されている。プラグガイド１５の内部にはガイド孔１６が画成されており、このガイド孔１６とプラグ装着孔１２とによってプラグ挿入孔１７が構成される。
【００１９】
シリンダヘッドカバー６におけるブローバイ排出室８と新気導入室９との間の中間部６ａには、プラグガイド１５を挿通させるための貫通孔１８が形成されている。この中間部６ａの下面の貫通孔１８に対応する位置には、プラグガイド１５を囲繞するゴム製のシール部材１９ａを備え、プラグガイド１５の上部を気密に保持する保持部材１９が設けられている。
【００２０】
シリンダヘッドカバー６にブローバイ排出室８と新気導入室９とが形成されたことにより、中間部６ａは上面が凹設されたかたちとなっており、ブローバイ排出室８と新気導入室９とに挟まれる中間部６ａ上方の空間に、点火プラグ２０に供給する高電圧を発生する点火コイル２１が配置される。すなわち、点火コイル２１は、シリンダヘッド３の反燃焼室側にてプラグ挿入孔１７の外部に設置される。
【００２１】
プラグ装着孔１２の小径部１２ａには雌ねじが形成されており、プラグ挿入孔１７に挿入された点火プラグ２０を螺着できるようになっている。点火プラグ２０は、その先端（下端）に一対の電極２０ａを、その基端（上端）にターミナル部２０ｂを有しており、電極２０ａを燃焼室５に露出させた状態で小径部１２ａにより保持される。
【００２２】
点火コイル２１は、図示しない一次コイル、二次コイルおよびコア部材などを内部に備える公知の構成のものであり、図示しない低圧コードから供給される低電圧を高電圧に変換する。点火コイル２１の外周部には、低圧コードのコネクタを接続するための接続端子２１ａ、およびシリンダヘッドカバー６に対する締結用のボルト挿通孔を形成する取付ボス部２１ｂが形成されている。
【００２３】
点火コイル２１は、点火コイル２１と点火プラグ２０とを接続する高電圧導電部材２２、および高電圧導電部材２２を内部に収容し、点火プラグ２０の上部（ターミナル部２０ｂを含む反燃焼室側部分）を囲繞するプラグキャップ２３と一体とされて、点火コイルユニット２４を構成している。なお、この点火コイルユニット２４と点火プラグ２０とにより、点火装置２５が構成される。
【００２４】
プラグキャップ２３は、耐熱性に優れ且つ強度の高い絶縁体（例えば、ガラス繊維を含有させたポリブチレンテフタレート（ＰＢＴ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などのガラス入り樹脂材）により形成されており、点火コイル２１側の比較的大径な基端部２３ａと、基端部２３ａの点火プラグ２０側に延出されてプラグ挿入孔１７に挿入される比較的小径な延長部２３ｂと、延長部２３ｂの先端に設けられて点火プラグ２０の上部を囲繞するキャップ部２３ｃとを有している。
【００２５】
高電圧導電部材２２は、点火コイル２１の二次コイルに電気的に接続するコイルスプリングからなり、プラグキャップ２３の基端部２３ａおよび延長部２３ｂの内部に延在している。プラグキャップ２３をプラグガイド１５に挿入して点火コイルユニット２４をシリンダヘッドカバー６に取付けた状態で、高電圧導電部材２２が、下端を点火プラグ２０のターミナル部２０ｂに弾接させ、点火コイル２１と点火プラグ２０とを導通させる。
【００２６】
ここで、プラグガイド１５の内部には、高電圧導電部材２２を囲繞する部分の全内周面を覆う態様で、絶縁体からなる筒状の絶縁部材２６が設けられている。具体的には、絶縁部材２６は、プラグガイド１５におけるプラグキャップ２３の延長部２３ｂおよびキャップ部２３ｃの上部（点火プラグ２０のターミナル部分２０ｇ）を囲繞するプラグガイド１５上部の全域にわたって形成される。また、絶縁部材２６は、ここでは１ｍｍ程度の厚さに形成され、プラグキャップ２３の延長部２３ｂおよびキャップ部２３ｃの外周面との間に隙間を形成している。つまり、プラグガイド１５の内径は、プラグキャップ２３（延長部２３ｂおよびキャップ部２３ｃ）よりも大径に形成され、プラグガイド１５とプラグキャップ２３との隙間の一部を埋めるように絶縁部材２６が設けられている。
【００２７】
なお、絶縁部材２６は、プラグガイド１５の筒孔に筒状の絶縁体を圧入することにより形成してもよく、プラグガイド１５の内周面に絶縁材を塗布することにより形成してもよい。あるいは、プラグガイド１５の内周面に絶縁材を焼き付けることにより絶縁部材２６を形成してもよい。絶縁部材２６の素材となる絶縁体または絶縁材には、樹脂やゴムなどを用いることができる。
【００２８】
このような点火装置２５の取付構造によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００２９】
図２は、点火コイル２１単体で測定したときと、プラグキャップ２３で覆われた高電圧導電部材２２を介して点火コイル２１を点火プラグ２０に接続した本実施形態の点火装置２５において絶縁部材２６を設けない構成とした場合にシリンダヘッド３に装着したときに点火プラグ２０で測定したときとの発生電圧の変化を示している。絶縁部材２６のない本実施形態の基本構成では、点火コイル２１単体測定時に対してエンジン装着時の点火プラグ２０での発生電圧が約３分の２程度に低下している。この原因は、高電圧導電部材２２とプラグ挿入孔１７を構成する部品間でコロナ放電が発生するためと考えられる。
【００３０】
そこで、本実施形態では、プラグガイド１５における高電圧導電部材２２を囲繞する部分の全内周面を絶縁部材２６で覆う構成としており、このような構成とすることにより、高電圧導電部材２２周辺のプラグガイド１５内の空間部電位差を低減することができる。ここで、空間部電位差とは、プラグガイド１５の内周面とプラグキャップ２３の外周面との電位差を意味する。この空間部電位差は、図３に示すように、絶縁部材２６の肉厚に応じて線形的に変化し、絶縁部材２６の肉厚を厚くするほど小さくなる。図４は、空間部電位差を変化させたときの点火プラグ２０での発生電圧の変化を示したグラフである。図４に示すように、空間部電位差が小さくなるほど発生電圧が大きくなっている。つまり、空間部電位差を小さくすることにより、高電圧導電部材２２によるコロナ放電を抑制でき、点火コイル２１で発生した高電圧が高電圧導電部材２２によって点火プラグ２０に伝達される間に低下することが抑制される。
【００３１】
一方、本実施形態のようにプラグガイド１５の内周面に絶縁部材２６を追加すると、空間部電位差を低減することはできるが、プラグガイド１５内の空間部（プラグガイド１５の内周面とプラグキャップ２３の外周面との間部分）の静電容量が増加してしまう。図５は、絶縁部材２６の肉厚を変化させたときの静電容量の変化を示したグラフである。図５に示されるように、静電容量は絶縁部材２６の肉厚に略比例して大きくなっている。そして、点火プラグ２０での発生電圧の低下は、空間部電位差に関連するコロナ放電のみならず、空間部の静電容量の大きさにも起因する。図６は、プラグガイド１５内の空間部の静電容量と点火プラグ２０での発生電圧との関係を示したグラフである。点火プラグ２０での発生電圧は、静電容量が大きくなるほど低下している。そこで、絶縁部材２６の比誘電率やプラグガイド１５の長さ・径などに応じ、グラフで示した各種関係を数式化し、絶縁部材２６の肉厚を、コロナ放電による電圧低下と静電容量の増大による電圧低下とを受けたときに発生電圧が最も高くなる値にするよい。
【００３２】
また、絶縁部材２６に低誘電率の素材を用いることで、プラグガイド１５内の空間部の静電容量を低減することができる。図７は、絶縁部材２６の比誘電率と静電容量との関係を示したグラフである。図からわかるように、比誘電率が小さくなるほど静電容量も小さくなる。比誘電率を低減するための手法としては、（１）ガラス配分量を低減すること、（２）ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの樹脂を用いること、（３）フッ素などのゴムを用いること、が挙げられる。絶縁部材２６の材料として例えば、フッ素ゴム（比誘電率：２〜２．５）や、アクリルゴム（比誘電率：２．７〜４．５）、シリコンゴム（比誘電率：３〜３．５）、ＰＢＴ（比誘電率：３．１〜３．３）などを用いるとよい。
【００３３】
絶縁部材２６に低誘電率の素材を用いることで、さらに空間部電位差も低減できるため、これによりコロナ放電を抑制する効果も得られる。図８は絶縁部材２６の比誘電率と空間部電位差との関係を示したグラフであり、同図からわかるように、比誘電率が小さくなるほど空間部電位差も小さくなっている。これら２つの効果により、点火プラグ２０での発生電圧は、絶縁部材２６の比誘電率が小さくなるにしたがって指数関数的に増大する。
【００３４】
そして、プラグガイド１５の筒孔に絶縁体を圧入するかプラグガイド１５の内周面に絶縁材を塗布して絶縁部材２６を形成することにより、内周面が絶縁部材２６で覆われたプラグ挿入孔１７を簡単な構成で実現することができる。ここで、絶縁部材２６を追加するのではなく、プラグキャップ２３を厚肉にすることも考えられるが、プラグキャップ２３には上記したように強度の高い材料（ガラス入り樹脂材など）を用いる必要があるため、プラグガイド１５の内周面に絶縁部材２６を追加する本実施形態のように静電容量の小さな材料を用いることができない。また、プラグキャップ２３を厚肉にすると、成形性に課題が残る。すなわち、厚肉化によってプラグキャップ２３にボイドが生じ易くなり、コロナ劣化によりボイドが成長すると、電圧リークが生じることになるため好ましくない。さらに、プラグガイド１５の内周面に絶縁部材２６を形成すればよいため、既存の点火コイルユニット２４に設計変更を加える必要がなく汎用品を用いることができ、そのうえ、汎用品を用いた場合にエンジンＥの圧縮比などに応じて絶縁部材２６の設置の要否や絶縁部材２６の変更に対しても容易に対応できる。加えて、絶縁部材２６とプラグキャップ２３との間に隙間を形成したことにより、プラグキャップ２３のプラグ挿入孔１７への挿入性を確保しつつ、プラグガイド１５内での放電現象を抑制することができる。
【００３５】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、シリンダヘッド３に形成したプラグ装着孔１２にプラグガイド１５を圧入してプラグ挿入孔１７を延長させているが、プラグガイド１５を設置せずに、プラグ挿入孔１７がシリンダヘッド３に形成したプラグ装着孔１２のみによって構成されてもよい。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、素材など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。一方、上記実施形態に示した本発明に係る点火装置２５の取付構造の各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜取捨選択することが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
３      シリンダヘッド
５      燃焼室
１２    プラグ装着孔
１５    プラグガイド
１７    プラグ挿入孔
２０    点火プラグ
２０ａ  電極
２１    点火コイル
２２    高電圧導電部材
２３    プラグキャップ
２４    点火コイルユニット
２５    点火装置
２６    絶縁部材
Ｅ      エンジン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013204430.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013204430.tif 000011