JP2002313522A

JP2002313522A - プラグキャップ及びスパークプラグユニット

Info

Publication number: JP2002313522A
Application number: JP2001114161A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Suzuki; 隆博鈴木; Koji Okazaki; 浩二岡崎; Masayoshi Matsui; 正好松井
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2002-10-25
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: JP4678981B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】リード線取出構造等が簡素でコンパクトなプ
ラグキャップおよびスパークプラグ本体に装着したスパ
ークプラグユニットとを提供する。【解決手段】主体金具先端側のおねじ部とシリンダヘ
ッドのめねじ部とのねじ嵌合を廃止し、主体金具とプラ
グホールＰＨ前端側の底部に形成された座面との間でス
パークプラグ本体５を押圧固定することとした。しか
も、筒状部４０の前端側に、後方外側から同心状に係合
するとともに、主体金具を軸線方向前方側に押圧するプ
ラグ係合部４２を形成する一方、筒状部４０の後端側に
シリンダヘッドＣＨに取り付け固定可能な固定部４３が
形成されている。さらに、プラグキャップ１２は、リー
ド線収容部４５を備えており、スパークプラグユニット
１は、このようなプラグキャップ１２がスパークプラグ
本体５に装着されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼室
の圧力を検出するスパークプラグ本体に装着されるプラ
グキャップと、そのプラグキャップをスパークプラグ本
体に装着したスパークプラグユニットとに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、内燃機関の燃焼室の圧力（筒
内圧）を測定することにより、例えばノッキング検出、
燃焼圧のピーク位置検出、失火検出等を行い、内燃機関
の運転制御に役立てられている。そして、筒内圧の測定
には環状の圧電セラミック等の圧電素子を備えた圧力セ
ンサが用いられることがある。このような圧力センサは
例えばプラグの一実施例であるスパークプラグの主体金
具に配置され、主体金具に形成されるおねじ部とシリン
ダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合によって装着される。
燃焼圧によってスパークプラグが押し上げられ、スパー
クプラグのシリンダヘッドへの締め付け荷重が変動する
ので、この荷重変動に応じて圧電素子が発する電気的出
力をリード線を介して外部へ取り出すことにより、筒内
圧が測定される。

【０００３】上記のような圧力センサの一例として、特
開平６−２９０８５３号公報の図１に示されるような圧
力センサ内蔵タイプがある。このタイプは、圧電素子、
電極板等をセンサケースに収容した圧力センサを主体金
具の取付座部に一体的に取り付け、主体金具先端部のお
ねじ部とシリンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合によっ
て装着する方式である。一方、上記公報の図８に示され
るような圧力センサ単独タイプも知られている。このタ
イプは、圧電素子、電極板等をセンサケースに収容して
一体の圧力センサを構成し、主体金具の取付座部（又は
ガスケット）とシリンダヘッドとの間に圧力センサを配
置して、主体金具のおねじ部とシリンダヘッドのめねじ
部とのねじ嵌合によって装着する方式である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】いずれのタイプも、筒
内圧の変動を正確に測定するため、圧力センサはシリン
ダヘッドの奥部側に燃焼室と近接して配置され、筒内圧
に基づく電気的出力を取り出すリード線は、主体金具に
対して圧力センサ配置側（燃焼室側）とは反対側に延出
される。そして、スパークプラグをシリンダヘッドにね
じ込み固定するねじ嵌合部（主体金具のおねじ部とシリ
ンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合によって構成され
る）が燃焼室に連通している。したがって、燃焼室内で
の燃焼圧力の発生によって、高圧の燃焼ガスがねじの嵌
合隙間に流入する昇圧時には、スパークプラグが燃焼室
の外側方向へ押し上げられる。一方、燃焼室内の圧力低
下によって、嵌合隙間内に流入した燃焼ガスが流出する
降圧時には、スパークプラグが元の位置に戻ろうとす
る。このとき、ねじ嵌合部への燃焼ガスの流入に比べて
ガスの抜けが悪く、流出が遅れる傾向が認められる。そ
の結果、実際の燃焼室圧力の変化に対する圧力センサ出
力は、昇圧時には追従性が比較的良いが、降圧時の追従
性が悪化し、ヒステリシスを生じる。

【０００５】さらには、これらの従来構造ではいずれ
も、燃焼室での燃焼による圧力エネルギが、上記したね
じ嵌合部で一部吸収され、その後圧力センサの取付位置
である主体金具の取付座部等に到達することになるの
で、圧力センサでの測定値と真の筒内圧との差が検出精
度の向上を阻害する要因となっていた。

【０００６】そこで、本発明者らはこれらの課題を解決
するための新規な圧力センサ付スパークプラグの構成
（以下、改善構成という）を特開平９−４９４８３号公
報にて提案した。すなわち、改善構成は、内燃機関の装
着凹部（プラグホール）側に形成されるめねじ部と螺合
するおねじ部を有する袋ナットによって、スパークプラ
グを内燃機関に固定するとともに、この袋ナットがスパ
ークプラグの主体金具の取付座部に当接することによっ
て、圧力センサを取付座部と内燃機関との間で押圧固定
することとした。これによって改善構成は、主体金具先
端側のおねじ部とシリンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌
合によって構成される従来構造のねじ嵌合部をなくすこ
とができ、測定時のヒステリシスの軽減と圧力センサの
検出精度向上とにおいて、顕著な効果を得ることができ
た。しかし一方で、改善構成を実際の内燃機関に取り入
れるにあたり、新たな課題の発生を見るに至った。

【０００７】上記改善構成において、袋ナットがスパー
クプラグ及び圧力センサの固定手段として取り入れら
れ、しかもこの袋ナットのおねじ部はプラグホール側の
めねじ部と螺合する。したがって、圧力センサの電気的
出力を取り出すためのリード線の配線スペースや、ねじ
装着のための締め付け用工具の係合スペース等を、プラ
グホール内において確保しようとすると、既存のものよ
りも相当大径のプラグホールが必要になる。しかも、リ
ード線の配線スペースを得るために、プラグホールの軸
断面形状の非円形化や、軸断面円形状のプラグホールへ
のリード線配線用の軸方向溝の加工工程の追加等を要す
る場合もある。しかしながら、内燃機関のシリンダヘッ
ドには、吸排気弁及びそれらの作動機構等が配置されて
おり、プラグホールはできる限り小径化することが望ま
しい。したがって、既存の内燃機関に改善構成を適用し
ようとしても設置スペース等の関係からそのままでは採
用できない場合があり、これではせっかくスパークプラ
グと圧力センサとを一体化させた利点を生かすことがで
きない。

【０００８】よって、本発明の課題は、内燃機関の燃焼
室の圧力をヒステリシスが少なくかつ精度よく検出でき
るスパークプラグ本体を、リード線取出構造等の簡素化
と小型コンパクト化を図りつつプラグホールへ取り付け
ることのできるプラグキャップと、そのプラグキャップ
をスパークプラグ本体に装着したスパークプラグユニッ
トとを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために、本発明のプラグキャップは、内燃機
関の燃焼室の圧力に基づく電気的出力を取り出すための
リード線を有する圧力センサを主体金具に配置するとと
もに、該圧力センサが前記内燃機関のシリンダヘッドの
プラグホール前端側の底部に形成された座面に係止され
ることが予定され、かつ筒状の前記主体金具の内側に配
置された軸状の中心電極と、該主体金具の軸線方向前端
部に結合され、火花放電ギャップを隔てて前記中心電極
と対向位置する接地電極とを有するスパークプラグ本体
に装着されるプラグキャップであって、前記軸線方向に
沿って前記主体金具の後方に配置される筒状部の前端側
に、前記主体金具に対し後方外側から同心状に係合する
とともに、該主体金具を軸線方向前方側に押圧するプラ
グ係合部を形成する一方、前記筒状部の後端側に、前記
プラグ係合部が前記主体金具を押圧した状態にて、前記
シリンダヘッドに取り付け固定可能な固定部が形成さ
れ、かつ、前記筒状部の前端側から後端側にかけて前記
リード線を前記軸線方向に沿って収容するリード線収容
部を備えていることを特徴とする。

【００１０】また、本発明のスパークプラグユニット
は、上記のプラグキャップが上記のスパークプラグ本体
に装着されていることを特徴とする。

【００１１】このように、これらの発明においては、主
体金具先端側のおねじ部とシリンダヘッドのめねじ部と
のねじ嵌合を廃止し、主体金具とプラグホール前端側の
底部に形成された座面との間でスパークプラグ本体を押
圧固定することとしたので、内燃機関の燃焼室の圧力を
ヒステリシスが少なくかつ精度よく検出できる。しか
も、軸線方向に沿って主体金具の後方に配置される筒状
部の前端側に、主体金具に対し後方外側から同心状に係
合するとともに、主体金具を軸線方向前方側に押圧する
プラグ係合部を形成する一方、筒状部の後端側に、プラ
グ係合部が主体金具を押圧した状態にて、シリンダヘッ
ドに取り付け固定可能な固定部が形成されている。さら
に、プラグキャップは、筒状部の前端側から後端側にか
けてリード線を軸線方向に沿って収容するリード線収容
部を備えており、スパークプラグユニットは、このよう
なプラグキャップがスパークプラグ本体に装着されてい
る。

【００１２】したがって、筒状部の前端側に形成された
プラグ係合部で主体金具を軸線方向前方側に押圧し、こ
の状態を保持しながら、筒状部の後端側に形成された固
定部によって、プラグキャップ（筒状部）をシリンダヘ
ッドへ容易に取り付け固定することができる。また、そ
の際圧力センサから引き出されたリード線は筒状部のリ
ード線収容部に収納されるので、スパークプラグ本体及
びプラグキャップの取り付け固定の邪魔にならず、スム
ーズな組み立て作業が行える。このように、上記プラグ
キャップを用いることによって、スパークプラグ本体
を、プラグホール前端側の底部に形成された座面に、リ
ード線取出構造等の簡素化を図りつつ小型コンパクトに
取り付け固定して、スパークプラグユニットとなすこと
ができる。

【００１３】なお、リード線収容部は、筒状部の外面に
形成してもよいし、また、筒状部の内部空間をそのまま
リード線収容部として利用することもできる。あるい
は、リード線の一部は筒状部の外面に形成したリード線
収容部に、他の部分は筒状部の内部空間のリード線収容
部に各々収容する場合もある。

【００１４】また、固定部が、筒状部の後端部外周面に
おいて少なくとも周方向の一部を外向きに突出させたフ
ランジ部を有するように構成すれば、このフランジ部を
プラグホールの開口周縁にて外部からシリンダヘッドに
固定できるので、取り付け操作が一層迅速かつ正確に行
える。

【００１５】そして、かかる筒状部の内側において、イ
グニッションコイルと、そのイグニッションコイルの外
周面を取り囲む形態の、磁路形成用の筒状のヨーク部材
とを有することにより、筒状部にイグニッションコイル
とヨーク部材とを内装する形で収納することができる。
その結果、筒状部の内側に生ずるデッドスペースが削減
され、プラグキャップ並びにスパークプラグユニットを
一層小型コンパクトに構成することができる。

【００１６】一方、圧力センサからリード線を介して取
り出された電気的出力を増幅するためのセンサ出力増幅
回路が、筒状部に保持される場合には、リード線が軸線
方向に沿って筒状部に備えられたリード線収容部に収容
されることとあいまって、センサ出力の減衰を極力小さ
くすることができる。したがって、圧力センサからの電
気的出力は、筒状部を経由して検出装置、制御装置等に
安定して供給されるようになる。また、筒状部の内部空
間をイグニッションコイルの収容空間として有効に利用
することができる。

【００１７】また、主体金具に対するプラグ係合部の装
着時押さえ荷重が９８０Ｎ以上に設定されている。これ
によって、約６０〜１００ＭＰａにも達する燃焼ガス圧
に対して、スパークプラグユニットの気密性を十分に保
持することができる。なお、スパークプラグ本体に対す
るプラグキャップの装着により主体金具やプラグ係合部
が塑性変形を起こさないために、あるいは、シリンダヘ
ッドに対するスパークプラグユニットの固定により、シ
リンダヘッドや固定部が損傷しないために、装着時押さ
え荷重の上限は、１００００Ｎ以下に抑える必要があ
る。

【００１８】さらに、スパークプラグ本体がプラグホー
ルに挿入された状態において、主体金具に外向きに突出
する形態で形成された鍔状のセンサ保持部と、プラグホ
ールの座面との間で圧縮されることにより、これらセン
サ保持部とプラグホールの座面との間をシールする環状
のガスケットを備えている。そして、ガスケットは、そ
のガスケットを軸線方向に圧縮する圧縮荷重として作用
する押さえ荷重Ｆと、ガスケットの圧縮変位αとの関係
を測定するとともに、ガスケットの初期外径を２Ｒ1、
同内径を２Ｒ2として、ガスケットへの付加圧力ＰをＦ
／｛π（Ｒ1^２−Ｒ2^２）｝にて算出したときに、付加圧
力Ｐが５８．８〜１１７．６ＭＰａ｛ＭＫＳ単位系換算
６〜１２ｋｇｆ／ｍｍ^２｝となる範囲に対応する圧縮変
位αの変化量Δαが、０．５ｍｍ以上に設定されてい
る。

【００１９】ところで、最近の自動車用エンジン等にお
いては、排気ガス規制が強化されるに伴い、混合気もリ
ーン領域のものが多く使用されるようになってきている
（いわゆるリーンバーンエンジン）。リーンの混合気は
燃料混合比率が低いため、燃焼室内におけるスパークプ
ラグ本体の接地電極と、混合気の導入方向との関係によ
っては、混合気の火花ギャップへの流入が接地電極に遮
られて点火ミスを生じることがある。そのため、最近の
リーンバーンエンジンにおいては、混合気への点火の確
実性を向上させるために、接地電極が点火に最適な位置
となるように、周方向の角度位置が指定されるケースが
多い。

【００２０】しかしながら、主体金具のおねじ部とシリ
ンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合によってスパークプ
ラグ本体をシリンダヘッドに装着する方式のエンジンに
おいては、ねじ部のねじ山開始端と接地電極との間の位
置関係も一定していないのが通常である。そのため、ガ
スケットへの適度な締付け力が生ずる圧力Ｐの範囲（以
下、適性圧力範囲という）である５８．８〜１１７．６
ＭＰａに到達するまで主体金具のおねじ部をねじ込んだ
ときに、接地電極は必ずしも上記最適点火位置に位置す
るとは限らず、例えば目標位置から大きくずれてしまう
こともありうる。

【００２１】そこで、このようなねじ嵌合装着式のエン
ジンにおいて接地電極を上記最適点火位置に位置合わせ
するには、上記適性圧力範囲に対応するガスケットの圧
縮変位αの変化量Δα（押さえ荷重Ｆに対するガスケッ
トの潰れ代を表わす）をねじピッチ以上に設定して、接
地電極を最適点火位置に回転調整する必要があった。つ
まり、ＪＩＳＢ８０３１（内燃機関用スパークプラ
グ）によれば、ガスケット付スパークプラグのねじピッ
チは、Ｍ１８Ｓで１．５ｍｍ、Ｍ１４ＳとＭ１２Ｓで
１．２５ｍｍ、Ｍ１０Ｓで１ｍｍであるから、Δαをこ
れらねじピッチ以上に設定することにより、上記適度な
締付け力が維持された状態における接地電極の回転調整
範囲を１回転分以上確保しなければならなかった。

【００２２】しかし、本発明においては、主体金具先端
側のおねじ部とシリンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合
を廃止し、主体金具のセンサ保持部とプラグホール前端
側の底部に形成された座面との間でスパークプラグ本体
を押圧固定することとしたので、接地電極の最適点火位
置への回転調整にあたりねじ締めを行う必要がない。し
たがって、付加圧力Ｐが５８．８〜１１７．６ＭＰａと
なる範囲に対応するガスケットの圧縮変位αの変化量Δ
αを、０．５ｍｍ以上に設定することができる。すなわ
ち、ガスケットの圧縮変位αの変化量Δαは、上記適性
圧力範囲に対応した塑性変形（ガスケットの潰れ）を可
能とし、かつ主体金具のセンサ保持部とプラグホールの
座面との間のシール性を確保するために最低限必要な
０．５ｍｍ以上あればよいことになる。そして、かかる
スパークプラグユニットによれば、圧力センサによる燃
焼圧力波形からヒステリシスを減少させることができ、
圧力センサの検出精度が向上する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示す実施例を参照して説明する。図１は、本発明の一
実施例である圧力センサ内蔵型スパークプラグユニット
１（スパークプラグユニット）を組立状態にて示す縦断
面図である。圧力センサ内蔵型スパークプラグユニット
１は、大きく分けてスパークプラグ本体５とプラグキャ
ップ１２とからなる。スパークプラグ本体５は、主体金
具２に圧力センサ３が一体化されるとともに、軸線Ｏ方
向前端側に火花放電ギャップｇが、同じく後端側に火花
放電ギャップｇに高電圧を印加するための端子金具４が
形成されたものである。

【００２４】スパークプラグ本体５の主体金具２は筒状
に形成され、その軸線Ｏ方向の前端側には、シリンダヘ
ッドＣＨ前端の挿通孔１６ａに挿入するための取付部１
６が形成され、その基端側に隣接して鍔状のセンサ保持
部１７が周方向に突設されている。また、取付部１６の
内周面には、軸状の絶縁体１４を止め着けるための周方
向のリブ５２が形成されている。

【００２５】絶縁体１４の内部には図示しない貫通孔が
軸線方向に形成され、その前端側に中心電極５１が、後
端側に端子金具４が配置され、両者が貫通孔内に充填さ
れた図示しない導電性ガラスシール層や抵抗体組成物に
より電気的に結合されている。そして、主体金具２の取
付部１６の前端面には接地電極５０が溶接され、中心電
極５１との間で火花放電ギャップｇを形成する。また、
主体金具２の後端部外周面には、後述するプラグ係合部
４２を係合させるための円筒状のプラグキャップ係合部
２ｋが形成されている。

【００２６】次に、プラグキャップ１２には、高電圧を
発生させるためのイグニッションコイル７と、圧力セン
サ３のリード線８とが組み込まれている。また、イグニ
ッションコイル７に端子金具４を電気的に接続するため
の端子部９と、スパークプラグ本体５に自身を着脱可能
に係合させるための係合部１１とを有する。

【００２７】そして、係合部１１にてプラグキャップ１
２をスパークプラグ本体５に係合・固定することによ
り、端子部９が端子金具４に着脱可能に結合される。こ
の構成によると、スパークプラグ本体５を、主体金具２
の取付部１６においてプラグホールＰＨの挿通孔１６ａ
に挿入した後、スパークプラグ本体５にプラグキャップ
１２を後付け接続することができる。これにより、プラ
グホールＰＨにスパークプラグ本体５及びプラグキャッ
プ１２を取り付ける際に、これらへのリード線８の巻き
付きといった不具合が全く生じなくなる。

【００２８】また、リード線８の後端は、プラグキャッ
プ１２に一体化された出力取出コネクタ部（以下、単に
コネクタ部ともいう）１３に、回路ユニット２９を経由
して接続されている。シリンダヘッドＣＨへのスパーク
プラグ本体５の取付位相角を一定に保ち、接地電極５０
を最適点火位置に位置合わせするには、予め主体金具２
の後方側開口部２ａ周縁等に接地電極５０の周方向位置
に対応させてマークを付しておき、取付部１６をプラグ
キャップＰＨの挿通孔１６ａに挿入する際に、このマー
クを燃焼室ＣＲ内の混合気の流れを阻害しない既知の回
転方向位置に合わせればよい。なお、コネクタ部１３に
制御回路側からの信号線ケーブルを接続する際に不都合
を生じないように、コネクタ部１３の周方向位置を調整
したい場合には、プラグキャップ１２をスパークプラグ
本体５に対して軸線Ｏ周りに相対的に回転可能に係合す
ればよい。

【００２９】スパークプラグ本体５は、主体金具２の後
方側開口部２ａから絶縁体１４を突出させた形態を有
し、その絶縁体１４の突出部１４ａ後端に端子金具４が
配置される。プラグキャップ１２の係合部１１は、絶縁
体突出部１４ａを挿入するための挿入孔１５が軸線Ｏ方
向に形成された、弾性材料、ここではシリコンゴム等の
耐熱性ゴム成形体からなる弾性保持部材１１とされてい
る。その挿入孔１５の奥には、端子部９が配置されてい
る。そして、挿入孔１５を弾性的に拡径させながらここ
に絶縁体突出部１４ａを軸線Ｏの方向に押し込むことに
より、該挿入孔１５の内面にて絶縁体突出部１４ａが保
持され、端子金具４が端子部９と接触導通する。弾性保
持部材１１を使用することにより、挿入孔１５に絶縁体
突出部１４ａを押し込むだけでプラグキャップ１２をス
パークプラグ本体５に簡単に接続することができる。ま
た、弾性材料の弾性力により挿入孔１５の内面にて突出
部１４ａを密着保持することができ、フラッシュオーバ
等も生じにくい。

【００３０】なお、端子部９はばね状に形成され、この
実施例では軸線Ｏの方向においてカップ状の金具５７内
に配置されている。そして、その金具５７にイグニッシ
ョンコイル７からの図示しないリード部が接続され、端
子部９、端子金具４及び中心電極５１を介して接地電極
５０との間に形成される火花放電ギャップｇに高電圧が
印加される。ばね状の端子部９は、金具５７と端子金具
４との間で圧縮弾性変形した状態で、挿入孔１５の内面
と突出部１４ａとの摩擦により保持され、その弾性復帰
力により金具５７と端子金具４との電気的接触を確保す
る働きをなす。

【００３１】次に、弾性保持部材１１の挿入孔１５が開
口する側の端部には、ユニット側第二端子部１０をなす
リング状のソケット金具１０が一体化されている。挿入
孔１５に絶縁体１４の突出部１４ａを押し込むことによ
り、主体金具２上に取り付けられたセンサ出力端子部６
とソケット金具１０とが接触導通する。ソケット金具１
０をリング状に形成することで、センサ出力端子部６と
の電気的導通を確実に図ることができる。

【００３２】次に、主体金具２は、前述の通り、軸線Ｏ
方向前端側に内燃機関への取付部１６が形成されるとと
もに、その取付部１６の軸線Ｏ方向後端位置に対応して
周方向のセンサ保持部１７が突設されている。そして、
リング状の圧力センサ組立体１８の内側に、取付部１６
が前端側から軸線Ｏ方向に嵌め込まれ、センサ保持部１
７の前端面に当接する形で該圧力センサ組立体１８が支
持されている。

【００３３】図２に示すように、圧力センサ組立体１８
の前方側には、圧力センサ組立体１８の前端面と当接し
てこれを覆う底部１９ａと、その底部１９ａの外周縁か
ら軸線方向後方に立ち上がる筒状に形成されて圧力セン
サ組立体１８の外周面を覆う側壁部１９ｂとを有するセ
ンサカバー１９が設けられている。圧力センサ組立体１
８は、センサカバー１９の底部１９ａに近い側から、リ
ング状の板パッキン５９、リング状の圧電セラミック素
子からなる圧力センサ３、リング状の電極板６０及びリ
ング状の絶縁板６１がこの順序にて積層された構造を有
する。電極板６０からのリード部６２は絶縁板６１に形
成されたスリット６１ａを経て後方に引き出され、絶縁
被覆カバー８ｃで覆われたリード線８の芯線８ａと接続
されている。本実施例では、リード線８は、絶縁被覆カ
バー８ｃで覆った芯線８ａの外側を、シールド被覆８ｂ
にて覆った同軸シールドケーブルとして構成されてお
り、前端がリード部６２と接続されたリード線８は、主
体金具２のプラグキャップ係合部２ｋの外側を通って後
方側に延出している。

【００３４】図１に戻り、プラグキャップ１２において
イグニッションコイル７は、一方が一次コイルとなり他
方が二次コイルとなる第一コイル２２と第二コイル２３
との各々の軸線が、該スパークプラグ本体５の軸線Ｏと
一致する形態となるように配置されている。スパークプ
ラグ本体５のプラグ取付部１６を、内燃機関側のプラグ
ホールＰＨの底部に形成された挿通孔１６ａに挿入した
取付状態においては、弾性保持部材１１とコイル収納部
２４とは、プラグホールＰＨ内に収容されることが予定
されている。これにより、深いプラグホールＰＨの底に
圧力センサ内蔵型スパークプラグユニット１を取り付け
た場合でも、プラグホールＰＨ内のスパークプラグ本体
５の上方に生ずる空間を活用して、ここにイグニッショ
ンコイル７が収納され、シリンダヘッド周辺の省スペー
ス化に大きく寄与する。この場合、弾性保持部材１１と
コイル収納部２４との軸線Ｏ方向の合計寸法は、当然
に、プラグホールＰＨの深さに対応して設定しておく必
要がある。

【００３５】コイル収納部２４は円筒状の外観形態を有
するものであるが、本実施例では、コイル収納部２４内
において第二コイル２３が第一コイル２２の内側に位置
するように同心的に配置されている。このようにするこ
とで、イグニッションコイル７の全体の長さ方向寸法を
削減でき、コンパクト化が実現されている。具体的に
は、第二コイル２３の内側に軟磁性材料からなるコア２
９が配置され、ヨーク部材２５は第二コイル２３の外周
面を取り囲む形態にて配置されている。ヨーク部材２５
の軸線方向両端部は、それぞれコア２９の両端に対応す
る位置まで延びており、イグニッションコイル７内で発
生した磁束に対し、それら両端部を除いて略閉じた形態
の磁路が形成されている。

【００３６】具体的には、コア２９は積層珪素鋼板から
削り出された円形断面の軸状を呈するものであり、両端
部には、バイアス磁界印加用の永久磁石２９ａ，２９ａ
が配置されている。このバイアス磁界印加により、磁束
飽和点に到達する磁界レベルが引き上げられ、電流変換
効率を高めることができる。そして、そのコア２９が、
図１（ｂ）に示すように、コアケースを兼ねた樹脂製の
内ボビン（外周面には、図示しない巻線用の螺旋溝が形
成してある）７０に収容され、その外面に第二コイル
（本実施例では二次コイル）２３が巻線形成されてい
る。なお、内ボビン７０は、軸線方向先端側が閉じた筒
状形状とされ、その端面には、金具５７の後端部を位置
決めするための凹部７０ａが形成されている。

【００３７】そして、第二コイル２３の外側には樹脂製
の外ボビン７１が配置されている。外ボビン７１も筒状
に構成され、外周面には図示しない巻線用の螺旋溝が形
成してあり、ここに第一コイル（本実施例では一次コイ
ル）２２が巻線形成されている。

【００３８】また、コイル収納部２４の後端には、取付
状態においてプラグホールＰＨ外に位置する形で、回路
部１２９と、リード線８が接続されるコネクタ部１３と
が組み込まれたヘッド部３０が一体的に形成されてい
る。回路部１２９をコイル収納部２４の後端側に設け
て、プラグホールＰＨ外に出すことで、プラグホールＰ
Ｈ内は、その内面形状に対応したコイル収納部２４の収
納空間として、より効率的に活用されることとなる。ま
た、コネクタ部１３がプラグホールＰＨの外へ出ている
ことで、該コネクタ部１３への信号線ケーブル等の接続
が容易となることはいうまでもない。

【００３９】ヘッド部３０には、コイル収納部２４の後
端部外周面に、イグニッションコイル７の後端部に対応
して、樹脂１５０が充填された回路ケース６７が一体形
成され、ここに回路部１２９が収容されている。また、
コネクタ部１３は回路ケース６７の側面から側方に突出
する形で形成されており、信号線ケーブルのプラグを接
続するための開口部１３ａが形成されている。また、本
実施例では、回路ケース６７の側壁の一部を、ケース本
体６７ｂとは別体に形成されたコネクタプレート１１３
にて形成し、そのコネクタプレート１１３にコネクタ部
１３が形成されている。

【００４０】回路部１２９は、イグニッションコイル７
への通電・遮断を司るイグナイタ（図示せず）を含むも
のであり、また、本実施例ではリード線８を経て入力さ
れるセンサ出力の変換回路を含むものである。この変換
回路は、次の少なくとも１つの機能を有するものとして
構成することができる：（１）電荷電圧変換回路；（２）電圧変換回路（例えば電圧増幅回路）；（３）電流変換回路（例えば電流増幅回路）；（４）インピーダンス変換回路。

【００４１】図４は、回路部１２９をセンサ出力変換回
路として構成した一例を示すものである。図４（ａ）に
おいて、オペアンプＩＣ１の２つの負入力端子に、圧力
センサ３（図２）からの信号線が接続され、正入力端子
が接地されて、接地レベルを基準電圧として設定してい
る。燃焼室内にて圧力が発生すると圧力センサ３（図
２）に電荷が発生し、オペアンプＩＣに接続された負帰
還コンデンサＣ１により電圧変換される。オペアンプＩ
Ｃは、この負帰還コンデンサＣ１とともに、圧力センサ
３にて発生する電荷を、増幅された電圧信号として出力
する電荷電圧変換回路を構成する。なお、負帰還コンデ
ンサＣ１と並列に挿入された抵抗Ｒ１は、オペアンプＩ
Ｃの出力飽和を防止するためのものであり、圧力センサ
３からの信号線上に設けられた抵抗Ｒ２は、オペアンプ
ＩＣの端子保護用である。オペアンプＩＣの出力は、図
示しない配線部を介してコネクタ部１３に供給される。
なお、センサからの入力電圧に対するインピーダンス変
換のみを目的とする場合は、回路部１２９は、図４
（ｂ）に示すような電圧フォロワ回路とすることもでき
る。

【００４２】なお、プラグホール内の円筒状の空間を有
効活用するために、弾性保持部材１１は円筒状に形成さ
れ、その軸線Ｏ方向後端側には、これに対応する外径の
円筒状のコイル収納部２４を結合して、両者が一体の筒
状形態をなすように構成している。

【００４３】次に、プラグキャップ１２は、イグニッシ
ョンコイル７の外周面を取り囲む形態の、磁路形成用の
筒状のヨーク部材２５を有している。また、ヨーク部材
２５の外周面は、樹脂製のコイルケース２７で覆われて
いる。さらに、コイルケース２７の外周面は、軸線Ｏ方
向に沿って主体金具２の後方に配置される筒状部４０で
覆われている。

【００４４】筒状部４０は金属パイプ４１を主体として
構成され、筒状部４０の前端側には、主体金具２に対し
後方外側から同心状に係合するとともに、主体金具２を
軸線Ｏ方向前方側に押圧するプラグ係合部４２が形成さ
れている。また、筒状部４０の後端側には、プラグ係合
部４２が主体金具２を押圧した状態にて、シリンダヘッ
ドＣＨに取り付け固定可能な固定部４３が形成されてい
る。この固定部４３は、具体的には、筒状部４０の後端
部外周面において少なくとも周方向の一部を外向きに突
出させたフランジ部４４を有し、このフランジ部４４
は、プラグホールＰＨの開口周縁にてシリンダヘッドＣ
Ｈに、ボルト等の固着具４６にて固定されている。さら
に、筒状部４０の前端側から後端側にかけての外周面に
おいて、リード線８を軸線Ｏ方向に沿って収容するリー
ド線収容部４５となるスリットを備えている（以下、ス
リット４５ともいう）。このスリット４５にリード線８
を収容することで、金属パイプ４１の内側にリード線８
が存在せず、デッドスペース削減効果が一層高められて
いる。また、リード線８は弾性保持部材１１の内部を通
過させずにすみ、リード線８の配置が簡単になる。

【００４５】センサ保持部１７とプラグホールＰＨの座
面Ｓとの間には、圧縮力が作用することにより塑性変形
して、これら両者間をシールする環状のガスケットＧＫ
が介挿されている。ガスケットＧＫは、図５にその一例
を示すように、環状の金属板素材に対し、その径方向に
１ケ所ないし２ケ所以上設定された曲げ位置において、
それぞれ周方向の曲げ部を形成することにより得られる
環状に形成されている。図５（ｂ）では、板部材の半径
方向両縁部を、２つの曲げ部７７ｃ，７７ｃによりそれ
ぞれ逆向きに曲げて全体をＳ字状に形成している。な
お、センサ保持部１７側の当接面部７７ａは、中心側が
突出する斜面状に形成することで、ガスケット高さＨが
２．５ｍｍ以上確保されるようにしている。

【００４６】ガスケットＧＫの変形挙動を図６の模式図
にて説明すれば、付加圧力が小さい初期の段階では、ガ
スケットＧＫは主に弾性的に橈み変形し、変位増大に伴
い圧力（応力）が比較的大きく上昇する形となる（第１
ステージ）。付加圧力があるレベルに達すると、塑性変
形を伴う挫屈を開始し、変位増大に対する圧力増加の勾
配が緩くなる（第２ステージ）。

【００４７】そして、図５に示すガスケットＧＫの初期
外径を２Ｒ1、同内径を２Ｒ2、押さえ荷重（圧縮荷重）
をＦとして、ガスケットＧＫへの付加圧力ＰをＦ／｛π
（Ｒ1^２−Ｒ2^２）｝にて算出したときに、図６の変形曲
線において、付加圧力Ｐが５８．８〜１１７．６ＭＰａ
｛ＭＫＳ単位系換算６〜１２ｋｇｆ／ｍｍ^２｝となる範
囲（適性圧力範囲：第２ステージに相当）に対応する、
圧縮変位αの変化量Δαが０．５ｍｍ以上に設定される
ものとなっている。これにより、圧力センサ３による燃
焼圧力波形からヒステリシスを減少させることができ、
圧力センサ３の検出精度が向上する。また、主体金具２
に対するプラグ係合部４２の装着時押さえ荷重Ｆを９８
０Ｎ以上に設定することによって、約６０〜１００ＭＰ
ａにも達する燃焼ガス圧に対して、圧力センサ内蔵型ス
パークプラグユニット１の気密性を十分に保持すること
ができる。

【００４８】以下、プラグキャップ１２の組立て方法に
ついて概説する。図３（ａ）に示すように、ヨーク部材
２５の外側をコイルケース２７にて覆い、コイル収納部
２４側の第二アセンブリ８１を組み立てる。次いで、別
途組み立てた第一アセンブリ８０に第二アセンブリ８１
を結合する。次に、図３（ｂ）に示すように、第一アセ
ンブリ８０と第二アセンブリ８１との結合体を筒状部４
０に挿入する。このとき、リード線８を筒状部４０のス
リット４５に押し込んで収納し、リード線８の後端部を
フランジ部４４の挿通孔４７から引き出し、回路部１２
９に接続しておく。この状態で、ヘッド部３０の回路ケ
ース６７をコイルケース２７の後端部に嵌着する。

【００４９】既に述べたように、イグニッションコイル
７を収納するコイル収納部２４は、弾性保持部材１１と
別体形成されて該弾性保持部材１１の後端側に嵌合され
ている（図１参照）。このようにすると、図３（ａ）に
示すように、弾性保持部材１１側の第一アセンブリ８０
と、コイル収納部２４側の第二アセンブリ８１とを別段
取りにて組み立てた後、図３（ｂ）に示すように両アセ
ンブリ８１、８２を結合すればよいから、２つの組立工
程を並行して（あるいは別場所にて）行なうことが可能
となり、組立工程の利便性向上及び組立て時間の短縮を
図ることが可能となる。

【００５０】本実施例では、弾性保持部材１１の挿入孔
１５を、後端部にて開放させるとともに、その開放部を
接続孔１５ａとして使用している。そして、コイル収納
部２４側に形成された接続プラグ部材７３（この実施例
でコイルケース２７に結合されている）を接続孔１５ａ
に押し込むことにより、弾性保持部材１１とコイル収納
部２４とが着脱可能に結合されるようになっている。接
続プラグ部材７３は筒状とされ、その内側空間は、端子
部９の収納部として利用されている。また、カップ状の
金具を同軸的にはめ込むことにより、その固定部として
も機能している。なお、接続プラグ部材７３の外周面に
は、抜け止め用の環状のリブ７３ａが複数形成されてい
る。上記の構成においては、信号線ケーブル等の接続が
容易となる方向にコネクタ部１３を向けた状態で、弾性
保持部材１１とコイル収納部２４とを結合することがで
きる。

【００５１】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、請求項に記載した
範囲を逸脱しない限り、当業者が通常有する知識に基づ
く改良を適宜付加することができる。

【００５２】その一例として、プラグキャップの変形例
を用いた圧力センサ内蔵型スパークプラグユニットを図
７に示す。この実施例の圧力センサ内蔵型スパークプラ
グユニット１００におけるプラグキャップ１１２では、
リード線８は筒状部１４０の内側を通るとともに、ヨー
ク部材１２５の外周面上に形成されたリード線収容部１
２６に収納される。すなわち、ヨーク部材１２５の外周
面上において軸線Ｏ方向に、リード線８を収容するリー
ド線収容部１２６が形成されている。

【００５３】具体的には、ヨーク部材１２５は、板状の
軟磁性金属板材、例えば複数枚の珪素鋼板を積層したも
のを幅方向に筒状に丸めることにより、その幅方向両縁
間にリード線収容部１２６となるスリットを形成したも
のである（以下、スリット１２６ともいう）。このスリ
ット１２６にリード線８を収容することで、コイル収納
部１２４の外側にリード線８がはみ出さず、デッドスペ
ース削減効果が一層高められている。また、以上の変更
に対応させて、前端がリード部６２（図２）と接続され
たリード線８は、主体金具２のプラグキャップ係合部２
ｋ’に形成されたリード線挿通孔２ｈ内を通って後方側
に延出しており、それに続くリード線８の延出部は弾性
保持部材１１１の内部に埋設されて、デッドスペース削
減効果を奏している。

【００５４】ところで、この実施例では、リード線挿通
孔２ｈを有するプラグキャップ係合部２ｋ’は、ボック
スレンチ等の取付用工具を係合させるための六角状の工
具係合部を既存のまま用いることができる。リード線８
のシールド被覆８ｂは、導体である金属線を編み合わせ
て形成したものであるが、その材質として軟鋼細線やニ
ッケル細線などの軟磁性材料を採用すれば、ヨーク部材
１２５のスリット１２６が軟磁性材料で埋まり、磁路断
面積の減少を補うことができる。

【００５５】また、ヨーク部材１２５の外周面は、樹脂
製のコイルケース１２７で覆われている。コイルケース
１２７には、ヨーク部材１２５側のスリット１２６と対
応する位置に、スリット１２６と対応する形状のケース
側収容空間が形成され、それらスリット１２６とケース
側収容空間とが一体的にリード線収容部２００（図８
（ｂ）参照）を形成する。コイルケース１２７にケース
側収容空間を形成することで、ヨーク部材１２５をコイ
ルケース１２７で覆った後でも、スリット１２６とケー
ス側収容空間とが一体化したリード線収容部２００にリ
ード線８を挿入すればよいから、組立てが容易である。

【００５６】例えば、図８（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、コイルケース１２７には、スリット１２６に沿って
その内側に入り込む溝形成部１２７ａを一体に設けるこ
とができる。この場合、ケース側収容空間は、スリット
１２６に倣う形態にて溝形成部１２７ａに形成された有
底溝１２７ｂとすることができる。このようにすると、
スリット１２６がコイルケース１２７と一体の溝形成部
１２７ａにより埋められるので、コイルケース１２７の
イグニッションコイル７に対する密閉性を高めることが
できる。また、樹脂製の溝形成部１２７ａに形成された
有底溝１２７ｂ内にリード線８を圧入するようにすれ
ば、有底溝１２７ｂ内にリード線８をより安定的に保持
することができる。

【００５７】さらに、ヘッド部１３０の回路ケース１６
７の内側に筒状のリード線保持部９０が載置される。こ
のリード線保持部９０は、後端面に放射状に形成され、
リード線８を係合保持する複数（図８の実施例では６
個）の溝９２を周方向に所定の角度間隔で設けたリード
線配設部９１を有している。これによって、リード線８
の後端部を、信号線ケーブル等の接続が容易となる方向
に容易に位置合わせして外部へ取り出すことができる。

【００５８】以下、プラグキャップ１１２の組立て方法
について、図８により説明する。図８（ａ）に示すよう
に、スリット１２６内に溝形成部１２７ａを配置した状
態で、ヨーク部材１２５の外側をコイルケース１２７に
て覆い、コイル収納部１２４側の第二アセンブリ８１を
組み立てる。次いで、別途組み立てた第一アセンブリ８
０に第二アセンブリ８１を結合し、リード線８を有底溝
１２７ｂ（図８（ｂ））に押し込む。この状態で、ヘッ
ド部１３０の回路ケース１６７をコイルケース１２７の
後端部に嵌着する。そして、第一アセンブリ８０と第二
アセンブリ８１との結合体を筒状部１４０に挿入する。

【００５９】このとき、リード線８は筒状部１４０の内
側を通り、リード線８の後端部はフランジ部１４４の開
口１４７から引き出される。さらに、リード線８の後端
部は、リード線保持部９０の内側を通り、信号線ケーブ
ル等の接続が容易となる方向に位置する溝９２に係合し
た状態でリード線保持部９０から外部へ延出され、コネ
クタ部１２３（図７参照）が取り付けられる。

【００６０】なお、図７及び図８において、図１及び図
３と共通する部分には同一の符号を付与して詳細な説明
は省略する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例たるプラグキャップを用いた
圧力センサ内蔵型スパークプラグユニットの一例を組立
状態にて示す縦断面図及びＸ-Ｘ断面図。

【図２】センサカバー及びセンサ組立体の構造を示す分
解斜視図。

【図３】図１のプラグキャップの組立て方法の一例を示
す工程説明図。

【図４】回路部の構成例をいくつか示す図。

【図５】ガスケットの一例を示す側面部分断面図及び平
面図。

【図６】ガスケットの変形曲線の一例を示す図。

【図７】本発明のプラグキャップの変形例を用いた圧力
センサ内蔵型スパークプラグユニットを組立状態にて示
す縦断面図及びＹ-Ｙ断面図。

【図８】図７のプラグキャップの組立て方法の一例を示
す工程説明図。

【符号の説明】

１圧力センサ内蔵型スパークプラグユニット（ス
パークプラグユニット）２主体金具３圧力センサ５スパークプラグ本体７イグニッションコイル８リード線１２プラグキャップ１７センサ保持部２５ヨーク部材４０筒状部４２プラグ係合部４３固定部４４フランジ部４５リード線収容部５０接地電極５１中心電極１２９センサ出力増幅回路ＣＨシリンダヘッドＣＲ燃焼室ＧＫガスケットＰＨプラグホールＳ座面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｐ 15/00 ３０３Ｆ０２Ｐ 15/00 ３０３ＢＨ０１Ｔ 13/40 Ｈ０１Ｔ 13/40 21/02 21/02 (72)発明者松井正好愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内Ｆターム(参考） 3G019 KA12 KA14 KA28 KB08 KB09 KC02 KC03 KD17 3G024 AA04 AA05 BA27 GA26 5G059 JJ19 KK03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の燃焼室の圧力に基づく電気的
出力を取り出すためのリード線を有する圧力センサを主
体金具に配置するとともに、該圧力センサが前記内燃機
関のシリンダヘッドのプラグホール前端側の底部に形成
された座面に係止されることが予定され、かつ筒状の前
記主体金具の内側に配置された軸状の中心電極と、該主
体金具の軸線方向前端部に結合され、火花放電ギャップ
を隔てて前記中心電極と対向位置する接地電極とを有す
るスパークプラグ本体に装着されるプラグキャップであ
って、前記軸線方向に沿って前記主体金具の後方に配置される
筒状部の前端側に、前記主体金具に対し後方外側から同
心状に係合するとともに、該主体金具を軸線方向前方側
に押圧するプラグ係合部を形成する一方、前記筒状部の後端側に、前記プラグ係合部が前記主体金
具を押圧した状態にて、前記シリンダヘッドに取り付け
固定可能な固定部が形成され、かつ、前記筒状部の前端側から後端側にかけて前記リー
ド線を前記軸線方向に沿って収容するリード線収容部を
備えていることを特徴とするプラグキャップ。
【請求項２】前記固定部は、前記筒状部の後端部外周
面において少なくとも周方向の一部を外向きに突出させ
たフランジ部を有しており、このフランジ部は前記プラ
グホールの開口周縁にて前記シリンダヘッドに固定可能
とされている請求項１記載のプラグキャップ。
【請求項３】前記筒状部は、その内側において、イグ
ニッションコイルと、該イグニッションコイルの外周面
を取り囲む形態の、磁路形成用の筒状のヨーク部材とを
有する請求項１又は２記載のプラグキャップ。
【請求項４】前記筒状部は、前記圧力センサから前記
リード線を介して取り出された電気的出力を増幅するた
めのセンサ出力増幅回路を保持している請求項１ないし
３のいずれかに記載のプラグキャップ。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載のプ
ラグキャップが前記スパークプラグ本体に装着されてい
ることを特徴とするスパークプラグユニット。
【請求項６】前記主体金具に対する前記プラグ係合部
の装着時押さえ荷重が９８０Ｎ以上に設定されている請
求項５記載のスパークプラグユニット。
【請求項７】前記スパークプラグ本体が前記プラグホ
ールに挿入された状態において、前記主体金具に外向き
に突出する形態で形成された鍔状のセンサ保持部と、前
記プラグホールの座面との間で圧縮されることにより、
これらセンサ保持部とプラグホールの座面との間をシー
ルする環状のガスケットを備え、前記ガスケットは、そのガスケットを前記軸線方向に圧
縮する圧縮荷重として作用する前記押さえ荷重Ｆと、前
記ガスケットの圧縮変位αとの関係を測定するととも
に、前記ガスケットの初期外径を２Ｒ1、同内径を２Ｒ2
として、前記ガスケットへの付加圧力ＰをＦ／｛π（Ｒ
1^２−Ｒ2^２）｝にて算出したときに、該圧力Ｐが５８．
８〜１１７．６ＭＰａとなる範囲に対応する前記圧縮変
位αの変化量Δαが、０．５ｍｍ以上に設定されている
請求項６記載のスパークプラグユニット。