JP2018010841A - 点火装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】点火プラグPと電力ケーブル4とを備える点火装置1であって、上記点火プラグは、金属筒状のハウジングHと、軸方向Xの軸孔21を有する絶縁碍子2と、上記軸孔の先端側に収容される中心電極31と、接地電極32を有し、上記電力ケーブルは、上記中心電極と電気的に接続される中心導体41と、上記中心導体の外側を取り囲み、上記ハウジングと電気的に接続される外側導体42と、両者の間に介在する絶縁体43を有する。上記外側導体は、上記ハウジングと接続する先端部421に、上記ハウジングの基端側開口部H1に隣接し、滑らかな曲面状の内表面51を有する膨出部5を備え、上記膨出部が最小内径となる部位より内側に、上記基端側開口部が位置しない。
【選択図】図1
Description
点火プラグ(P)と、上記点火プラグへ電力を伝送する電力ケーブル(4)とを備える点火装置(1)であって、
上記点火プラグは、金属筒状のハウジング(H)と、上記ハウジングの内側に同軸的に保持され、軸方向(X)に貫通する軸孔(21)を有する絶縁碍子(2)と、上記軸孔の先端側に収容される長軸状の中心電極(31)と、上記ハウジングの先端側に設けられる接地電極(32)とを有しており、
上記電力ケーブルは、上記中心電極と電気的に接続される中心導体(41)と、上記中心導体の外側を取り囲み、上記ハウジングと電気的に接続される外側導体(42)と、上記中心導体及び上記外側導体の間に介在する絶縁体(43)と、を有しており、
上記外側導体は、上記ハウジングと接続される先端部(421)において、上記ハウジングの基端側開口部(H1)に隣接し、滑らかな曲面状の内表面(51)を有する膨出部(5)を備え、かつ、上記膨出部が最小内径となる部位より内側に、上記基端側開口部が位置しない、点火装置にある。
なお、括弧内の符号は、参考のために付したものであり、本発明はこれら符号により限定されるものではない。
これにより、外側導体とハウジングとの接続部において、局部的な電界集中が生じて、リーク放電やフラッシオーバが発生することが抑制される。したがって、点火のためのエネルギを確実に伝達することができ、点火プラグの機能低下を抑制することができる。
内燃機関に適用される点火装置1の実施形態1につき、図1〜図3を用いて説明する。図1に示されるように、点火装置1は、点火プラグPと、この点火プラグPに電力を伝送するための電力ケーブル4とを有している。点火プラグPは、金属筒状のハウジングHを有し、その内側に絶縁碍子2を同軸的に保持している。絶縁碍子2は、軸方向X(すなわち、図1の上下方向)に貫通する軸孔21を有しており、軸孔21の先端側(すなわち、図1の下側)には、長軸状の中心電極31が収容されている。接地電位となるハウジングHの先端面には、接地電極32が設けられる。
まず、点火装置1の各部構造について詳述する。
図4に、実施形態2として示すように、外側導体42は、膨出部5がカシメ部H11に押し当てられて一体となり、絶縁碍子2の外表面に当接する位置にあってもよい。この場合、電界緩和部6を形成する金属表面は、より滑らかな曲面状であることが望ましい。具体的には、カシメ部H11の内表面H13を、一定径の筒状面とする代わりに、基端側へ向けて内径が徐々に小さくなり、端面H12において最小内径となる曲面状に形成するとよい。このとき、図示するように、内表面H13が、膨出部5の内表面51の延長上に位置して、連続する滑らかな曲面を形成する。
図5に、実施形態3として示すように、実施形態2の構成において、電界緩和部6を形成する膨出部5とカシメ部H11が、絶縁碍子2の外表面から離れて配置されていても、もちろんよい。これにより、電界緩和部6と絶縁碍子2の外表面との間の電界強度がさらに低下し、リーク放電の発生を抑制する効果を高めることができる。
以下の条件で、有限要素法を用いた解析を行い、電界緩和部6の効果を調べた。ハウジングHのカシメ部H11に膨出部5が密接する実施形態1の構成と、膨出部5を有しない従来の構成のそれぞれについて、解析モデルを用意し、分割された要素毎に電界強度を計算して、電界強度分布を求めた。
[解析条件]
・中心導体41:銅(外径φ3mm)
・絶縁碍子2:アルミナ(内径φ3mm、外径φ9mm)
・ハウジングH:ステンレス鋼(最小内径φ9mm)
・外側導体42:ステンレス鋼(内径φ18mm)
・印加電圧:20kV
・比誘電率(アルミナ):9
・要素サイズ:0.1mm
図10に、実施形態4として示すように、電界緩和部6を形成する膨出部5とカシメ部H11は、軸直方向Yにおいて、膨出部5の最小内径となる部位よりも、カシメ部H11が内側に位置しないように配置されていればよい。その場合には、膨出部5とカシメ部H11は、接続部において連続する面を形成していなくてもよい。このとき、上記実施形態1のように、膨出部5を1/4円断面形状とし、最小内径となる先端面44において、絶縁碍子2の外表面と当接させることもできるが、図示するように、内側端縁に、角を有しないR形状部52を形成することもでき、より望ましい。
図11に、実施形態5として示すように、電界緩和部6を形成する膨出部5は、1/4円断面形状に限らず、内表面51が、円弧状の輪郭形状を有する曲面にて構成されていればよい。具体的には、図示するように、上記実施形態2の膨出部5を基本形状として、その内表面51の曲率半径Rを大きくし、より緩やかな曲面形状とすることで、電界緩和効果が大きくなる。カシメ部H11の形状は、上記実施形態4と同様とすることができる。
式1:R/a≧0.5
R/a=0.5、すなわち、1/4円断面形状よりも、内径差aに対する曲率半径Rが大きくなり、より緩やかな曲面状であるほど、電界強度の低減効果は大きくなる。好適には、R/a≧1となるように、設定されるとより好ましい。
上記実施形態5の構成において、電界緩和部6となる膨出部5のR/aを変更したときの、電界強度の低減効果を、以下のようにして調べた。図12に示されるように、膨出部5の内径差aを一定とし、曲率半径Rを変化させて、(a)R/a=0.2、(b)R/a=0.5、(c)R/a=1、(d)R/a=3、となるように、膨出部5の形状を変化させた。これら(a)〜(d)の構成について、上記試験例1においてカシメ部H11を有しない構成として、それぞれ同様に電界強度分布を算出し、最大電界強度を比較した。
図14に、実施形態6として示すように、上記実施形態4の構成において、膨出部5の内側端縁に、角を有しないR形状部52を設ける代わりに、内側端縁2から、カシメ部H11の内表面H13を覆うように延出する延出部53を設けてもよい。このとき、延出部53は、膨出部5の内表面51に連なる滑らかな曲面をなし、延出端は、カシメ部H11の内表面H13より基端側の微小空間に入り込んで位置する。電界緩和部6を形成する膨出部5は、先端面44の内側の位置で最小内径となり、絶縁碍子2の外表面と当接又は近接位置する。
図15に、実施形態7として示すように、上記実施形態4の構成において、膨出部5の内側端縁にR形状部52を設けず、先端面44とカシメ部H11の端面H12との隙間を埋めるように、導電性の接合層54を介設してもよい。このとき、接合層54は、例えば、カシメ部H11の基端側において、端面H12とこれに続く外側表面と先端面44との間を埋めると共に、カシメ部H11の内側において、内表面H13と先端面44の段差部を埋めるように形成することができる。
(実施形態8)
図16に、実施形態8として示すように、上記実施形態7の構成において、導電性の接合層54が、膨出部5の内表面51に形成されていてもよい。このとき、膨出部5の内側端縁は、絶縁碍子2の外表面と間隙を有して位置し、軸方向Xにおいてカシメ部H11の内表面H13と重なるようになっている。接合層54は、例えば、カシメ部H11の外側表面と先端面44との隙間を埋めるとともに、両者の接続部の内側を覆うように形成される。
あるいは、図17に、実施形態9として示すように、上記実施形態7の構成において、接合層54を、カシメ部H11の外側表面と先端面44との間のみ形成され、カシメ部H11の内側に形成されない構成とすることもができる。接合層54の構成材料が、絶縁碍子2に対して濡れ性を有する場合には、絶縁碍子2との間に接合層54が配置されると、絶縁碍子2に近接する表面に突状部が形成されることがあるが、本形態の構成では、カシメ部H11の内側に接合部54が形成されないので、突状部の形成による不具合が生じることもない。
図18、図19に、実施形態10として示すように、ハウジングHの基端側開口部H1に、カシメ部H11を有しない構成とすることもできる。電力ケーブル4のプラグ接続部40は、外導体先端部421に、膨出部5を備える厚肉筒部55が設けられて、基端側開口部H1の内側に密接配置される。これにより、基端側開口部H1の内側に、電界緩和部6が形成される。点火プラグP及び電力ケーブル4の基本構成は、上記実施形態1と同様であり、以下、両者の相違点である、プラグ接続部40の接続構造について説明する。
実施形態10の構成について、試験例1と同様の条件で、有限要素法を用いた解析を行って、電界強度分布を得た。図20に示されるように、絶縁碍子2の外表面に近接する膨出部5の内表面51周辺において、電界強度が比較的高い領域が見られるものの、最大電界強度は、上記実施形態1と比べて、さらに低くなっている(最大電界強度:35kV/mm)。これにより、図21に示されるように、従来の構成と比較して、33%の低減効果が得られ、電界集中を抑制する効果がより大きくなることが確認された。
図23、図24に、実施形態11として示すように、点火プラグPを、上記実施形態のような沿面放電型プラグに代えて、火花放電型プラグとして構成することもできる。電力ケーブル4のプラグ接続部40は、中心導体41を絶縁碍子2の軸孔21内に挿通する構成とする代わりに、軸孔21の外部で点火プラグPと接続されている。また、上記実施形態のように、プラグ接続部40に膨出部5を形成する構成に加えて、外側導体42の他の部位に、電界緩和部6を形成してもよい。
2 絶縁碍子
31 中心電極
4 電力ケーブル
41 中心導体
411 先端部
42 外側導体
5 膨出部
H ハウジング
H1 基端開口部
Claims (10)
- 点火プラグ(P)と、上記点火プラグへ電力を伝送する電力ケーブル(4)とを備える点火装置(1)であって、
上記点火プラグは、金属筒状のハウジング(H)と、上記ハウジングの内側に同軸的に保持され、軸方向(X)に貫通する軸孔(21)を有する絶縁碍子(2)と、上記軸孔の先端側に収容される長軸状の中心電極(31)と、上記ハウジングの先端側に設けられる接地電極(32)とを有しており、
上記電力ケーブルは、上記中心電極と電気的に接続される中心導体(41)と、上記中心導体の外側を取り囲み、上記ハウジングと電気的に接続される外側導体(42)と、上記中心導体及び上記外側導体の間に介在する絶縁体(43)と、を有しており、
上記外側導体は、上記ハウジングと接続される先端部(421)において、上記ハウジングの基端側開口部(H1)に隣接し、滑らかな曲面状の内表面(51)を有する膨出部(5)を備え、かつ、上記膨出部が最小内径となる部位より内側に、上記基端側開口部が位置しない、点火装置。 - 上記膨出部は、上記先端部の内側に、円弧状の輪郭形状を有して膨出する、請求項1に記載の点火装置。
- 上記膨出部は、最小内径と最大内径との差である内径差aと、上記内表面の曲率半径Rとが、R≧a/2の関係にある、請求項2に記載の点火装置。
- 上記膨出部は、内側端縁にR形状部(52)を有する、請求項2又は3に記載の点火装置。
- 上記膨出部は、内側端縁から上記基端開口部の内側に延出する延出部(53)を有する、請求項4に記載の点火装置。
- 上記基端側開口部は、内方に屈曲する開口端縁部(H11)を有し、上記開口端縁部の基端側の端面(H12)が上記膨出部に接続される、請求項2〜5のいずれか1項に記載の点火装置。
- 上記開口端縁部の上記軸方向の端面(H12)と、上記膨出部との間に、導電性の接合層(54)が介設される、請求項6に記載の点火装置。
- 上記基端側開口部は、上記軸方向に延びる筒状体であり、その内側に、上記膨出部を備える厚肉筒部(55)が密接配置される、請求項2〜5のいずれか1項に記載の点火装置。
- 上記厚肉筒部は、外周面にネジ部(551)を有して、上記基端側開口部の内周面にネジ固定される、請求項8に記載の点火装置。
- 上記外側導体は、複数の導体管(46)を継ぎ合わせて構成され、継ぎ合わせ部(461)を内側から覆い、滑らかな曲面状の内表面(47a)を有するR形状部(47)を備える、請求項1〜9のいずれか1項に記載の点火装置。
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