JP2002327919A - 燃焼圧センサ付きグロープラグ - Google Patents
燃焼圧センサ付きグロープラグInfo
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Abstract
ウジング内部の気密性確保と燃焼圧センサにおける出力
線の取り出し構造の簡素化とを両立させる。 【解決手段】 燃焼ガスに晒されるハウジング201の
一端側において、ハウジングの内周面とパイプ部材20
2の外周面とを実質的に隙間無く固定して、燃焼ガスに
対するハウジング内部の気密性を確保している。また、
ハウジングの他端側に形成した収納部201eに燃焼圧
センサ300を配置して、燃焼圧センサの出力線305
をハウジングの他端側開口部から直接外部に取り出し可
能にしている。また、収納部201eに燃焼圧センサ3
00の少なくとも一部分を配置して、燃焼圧センサを収
納部に収納した分だけ、グロープラグのプラグ軸方向長
さを短縮可能にしている。
Description
ン等の内燃機関の始動補助装置として使用されている燃
焼圧センサ付きグロープラグに関する。
としては、例えば実開平4−57056号公報に記載の
着火センサ付きグロープラグが提案されている。このも
のは、内燃機関に取付け可能な筒状のハウジングの内部
に、通電により発熱する発熱体を収納したシース(パイ
プ部材)及び該発熱体通電用の金属製棒状の中央電極を
保持させるとともに、シースに印加されるプラグ軸方向
の荷重(圧力)に応じて電気信号を出力する圧電素子
(燃焼圧センサ)を、該ハウジング内部に収納させたも
のである。
ースとハウジングとの間にはOリングが介在されてお
り、燃焼室内の圧力に応じて上記の軸方向の荷重がシー
スに印加されると、シースはOリングを介してハウジン
グに対して摺動する。このシースの変位により、圧電素
子に荷重が加わり上記電気信号が出力され、燃焼室内の
着火時期が検出されるようになっている。
ロープラグにおいては、ハウジング内の気密確保は、シ
ースをハウジングに対して可動的な構成とするためのO
リングのみに依存しているため、燃焼室内からの燃焼ガ
スがハウジング内に流入する恐れがある。例えば、燃焼
ガスが流入した場合、燃焼ガスの温度による圧電素子の
劣化、酸素による発熱体の酸化に伴う断線、水分等によ
る圧電素子の出力電荷のリーク等、耐久性の面で問題が
生じる。
がシース後端に押圧される構成で、ハウジング端面から
深い位置に内蔵されているため、圧電素子からの信号取
出用の出力線を設けるにあたって、ハウジングに出力線
を取り出すための穴やこの穴のシールが必要となるな
ど、構造的にも燃焼圧センサにおける出力線の取り出し
が複雑となるという問題が生じる。
センサ付きグロープラグにおいて、ハウジング内部の気
密性確保と燃焼圧センサにおける出力線の取り出し構造
の簡素化とを両立させることを目的とする。
め、請求項1に記載の発明では、一端側が内燃機関の燃
焼室(1a)側に位置するように内燃機関に取り付けら
れる筒状のハウジング(201)と、一端側がハウジン
グの一端から露出するようにハウジングの内部に保持さ
れると共に、一端側が燃焼室内に露出したパイプ部材
(202、404)と、パイプ部材内に設けられ、通電
により発熱する発熱部材(203、401)と、一部が
ハウジングの他端から突出するようにハウジング内に収
納されると共に、発熱部材と電気的に導通される金属製
の中軸(204)と、内燃機関の燃焼圧の発生に伴いパ
イプ部材に作用する力が中軸を介して伝達されて燃焼圧
を検出する燃焼圧センサ(300)とを備え、ハウジン
グの一端側にてハウジングの内周面とパイプ部材の外周
面とは実質的に隙間無く固定されており、ハウジングの
他端側の内周面と中軸の外周面との間に収納部(201
e)が形成され、収納部(201e)に燃焼圧センサの
少なくとも一部分が配置されていることを特徴とする。
ングの一端側において、ハウジングの内周面とパイプ部
材の外周面とを実質的に隙間無く固定しているから、燃
焼ガスに対するハウジング内部の気密性を確保できる。
ここで、本発明者等の検討によれば、ハウジングとパイ
プ部材とが固定されていても、パイプ部材はハウジング
の弾性力を利用して微小変位することが可能であるた
め、燃焼圧が印加されたときに、パイプ部材への作用力
の変化は燃焼圧センサへ伝達され、従来と同様に、燃焼
圧の検出は可能である。
外周面との間に形成される収納部に燃焼圧センサを配置
して、燃焼圧センサがハウジングの他端側端面部近傍に
位置する構成としているため、燃焼圧センサの出力線を
ハウジングの他端側開口部から直接外部に取り出すこと
が可能であり、ハウジングに対して複雑な出力線取り出
し構造を形成する必要が無くなる。
プラグによれば、ハウジング内部の気密性確保と燃焼圧
センサにおける出力線の取り出し構造の簡素化とを両立
させることができる。
外周面との間に形成される収納部に燃焼圧センサの少な
くとも一部分を配置しているため、燃焼圧センサを収納
部に収納しない場合(すなわち、燃焼圧センサ全体をハ
ウジングの外部に配置する場合)と比較すると、燃焼圧
センサを収納部に収納した分だけ、グロープラグのプラ
グ軸方向長さを短くすることができる。さらに、このグ
ロープラグの短縮化に伴い、燃焼圧センサへの燃焼圧伝
達経路も短くなるため、燃焼圧の伝達効率がアップして
燃焼圧センサの感度がアップする。
(201)の他端側の外周面に六角部(201a)が形
成され、六角部の内周側に収納部(201e)が位置す
ることを特徴とする。
燃機関にねじ結合する際に利用されるものであり、この
六角部の内周側に収納部を設けることにより、六角部の
内周側スペースを有効に利用することができる。
4)にねじ結合される固定ナット(211)と、固定ナ
ットと燃焼圧センサ(300)との間に配置される絶縁
ブッシュ(210)とを備え、燃焼圧センサは、ハウジ
ング(201)と固定ナットとの間に絶縁ブッシュを介
して保持固定されていることを特徴とする。
は、燃焼圧センサをスプリングにて保持する構成である
ため、燃焼圧センサはプラグ軸方向に容易に変位可能で
振動しやすく、従って、振動によって発生する電気信号
がノイズとして出力信号に付加されるため、燃焼圧を精
度良く検出できないという問題がある(S/N比が悪
い)。
ングを介装せずに燃焼圧センサを保持固定する構成であ
るため、燃焼圧センサはプラグ軸方向に振動しにくく、
従って、振動によって発生する電気信号すなわち信号ノ
イズが少なくなり、燃焼圧を精度良く検出することがで
きる(S/N比が向上)。しかも、燃焼圧センサの固定
方法も簡単となる。
て該ハウジングの内周面とパイプ部材(202、40
4)の外周面とを実質的に隙間無く固定するには、請求
項4の発明のように、パイプ部材をハウジングに対して
圧入させたり、請求項5の発明のように、ハウジングの
一端における内周面とパイプ部材の外周面とをロウ付け
することにより、実現できる。
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。
サ付きグロープラグ100をディーゼルエンジン(内燃
機関)のエンジンヘッド(被取付部)1へ取り付けた状
態にて示す縦断面図である。
を備えかつ燃焼圧伝達の媒体を果たすプラグ本体部20
0と、燃焼圧の発生に伴いプラグ本体部200に作用す
る力を圧電素子の圧電特性に基づく電気信号に変換する
ことによりエンジンの燃焼圧を検出する手段である圧力
センサ(本発明でいう燃焼圧センサ)300と、を備え
て構成されている。
は、一端側(図1中の下方側)が燃焼室1a側に位置し
他端側(図1中の上方側)がエンジンヘッド1の外部に
位置するようにエンジンヘッド1に取り付られる金属製
筒状のハウジング201と、一端側がハウジング201
の一端から露出し他端側がハウジング201の内部に保
持された筒状のシース管(本発明でいうパイプ部材)2
02と、シース管202の一端側に収納保持され通電に
より発熱する発熱コイル(本発明でいう発熱部材)20
3と、一端側が発熱コイル203に電気的に導通される
とともに他端側がハウジング201の他端から突出する
ようにハウジング201の内部に保持された金属製棒状
の中軸(電極体、棒状電極)204とを備えている。
燃焼室1aまで貫通するねじ穴(グローホール)が形成
されており、プラグ本体部200は、このねじ穴に対し
てプラグの軸方向(長手方向)に挿入されている。
(燃焼室1a側)が小径で他端側が大径の段付形状にな
っている。そして、ハウジング201の小径部外周面に
おけるプラグ軸方向の中間部には取付ねじ部201bが
形成されると共に、ハウジング201の大径部外周面に
は、グロープラグ100をエンジンヘッド1にねじ結合
する際に利用される六角部201aが形成されており、
プラグ本体部200は、取付ねじ部201bによってエ
ンジンヘッド1のねじ穴とねじ結合されて固定されてい
る。
状のシート面201cが形成され、このシート面201
cとこれに対向するエンジンヘッド1のねじ穴のシート
面とが密着して、燃焼室1aからのガス漏れ防止がなさ
れている。ここで、ハウジング201の六角部201a
は、エンジン装着スペースに合わせて、六角部の頂角の
一部を除去して円周面を形成して外形を細化しても良い
(図示せず)。
えばステンレス材SUS310等)等よりなる。シース
管202において、ハウジング201の一端から露出す
る一端側の先端部は閉塞し、ハウジング201内に位置
する他端は開口している。また、発熱コイル203はN
iCr及びCoFe等の抵抗線からなるもので、シース
管202の先端側内部に配設されている。一方、シース
管202の他端側内部には、中軸204の一端側が挿入
配置されている。そして、発熱コイル203の一端はシ
ース管202の一端に結合し、発熱コイル203の他端
はシース管202に挿入された中軸204の一端に結合
している。
シース管202との間には、耐熱性を有する酸化マグネ
シウム等の絶縁粉末205が充填されている。シース管
202にはスウェージングによる絞り加工が施されてお
り、それによって、内部に充填された絶縁粉末205の
緻密性を高める(つまり、絶縁粉末205の充填密度を
高めることにより熱伝導効率を上げる)と共に、該絶縁
粉末205を介して中軸204及び発熱コイル203が
シース管202に強固に保持固定されている。
203を包含する部分において、これらシース管20
2、発熱コイル203及び絶縁粉末205により、発熱
体206が構成されている。そして、発熱体206は、
その先端部(シース管202の一端側)が燃焼室1a内
に露出するようにして、ハウジング201の一端側の内
部に固定され保持されている。
周面)とハウジング201の内周面とは、嵌合圧入によ
る固着、または、銀ロウ等のロウ付けにより接合、固定
されている。それによって、ハウジング201の一端側
にてハウジング201の内周面とシース管202の外周
面とが全周に渡って実質的に隙間無く固定された部分K
1が形成され、この固定部K1により、燃焼室1aから
の燃焼ガスがハウジング201内部に侵入しないように
なっている。
て指示されたハウジング201の内周面とシース管20
2の外周面とが接触している界面であり、プラグ周方向
の全周に渡っていれば、当該界面の一部でも全部でも構
わない。また、シース管202の他端(開口端)におい
て、当該他端と中軸204との間には、スウェージング
の際に絶縁粉末205が抜けないようにするためのシー
ル部材(シーリング)205aが設けられている。
おいて、シリコンゴム・フッ素ゴム・EPDM・NBR
・H−NBR等からなる円筒リング207が中軸204
の他端側から挿入配置されている。ここで、円筒リング
207は中軸204の芯出しと振動抑制及びハウジング
201内の防水・気密性確保とを目的としたものであ
る。そして、ハウジング201の他端側の円筒リング2
07と接触する部分はテーパー形状にすると円筒リング
207との密着性が良くなり、制振効果・防水・気密性
はさらに向上する。
(例えばフェノール樹脂・PPS)あるいはセラミック
系(例えばアルミナ)の絶縁材料から成る円環状の絶縁
ブッシュ210が嵌め込まれている。また、ハウジング
201の六角部201aの内部には段付の大径穴部20
1dを設けることにより、その大径穴部201dと中軸
204の外周面との間に収納部201eが形成されてい
る。
サ300(詳細後述)を収納し、絶縁ブッシュ210を
中軸204に嵌め込んだ後、中軸204の他端に設けら
れた端子ねじ204aに固定ナット211を締め付ける
ことにより、絶縁ブッシュ210とハウジング201と
の間に圧力センサ300が固定保持されている。
周面と圧力センサ300の外周面との間にはOリング2
08が配置され、圧力センサ300の内周面と中軸20
4の外周面との間には円筒リング209が挿入配置され
ている。なお、このOリング208と円筒リング209
は、シリコンゴム・フッ素ゴム・EPDM・NBR・H
−NBR等からなる。
01内の防水・気密性確保を目的としたものであり、円
筒リング209は、中軸204の振動抑制とハウジング
201内の防水・気密性確保とを目的としたものであ
る。そして、センサ300の円筒リング209と接触す
る部分はテーパー形状にすると円筒リング209との密
着性が良くなり、制振効果、防水・気密性はさらに向上
する。また、圧力センサ300と固定ナット211と
は、絶縁ブッシュ210により電気的に絶縁されてい
る。さらに、圧力センサ300と中軸204とは円筒リ
ング209によって電気的に絶縁されている。
ねじ204aには、コネクティングバー2が端子ナット
212によって固定されており、このコネクティングバ
ー2によってグロープラグ100は他の気筒のグロープ
ラグと電気的に接続されている。さらに、このコネクテ
ィングバー2は図示しない電源に接続され、中軸20
4、発熱コイル203、シース管202、ハウジング2
01を介してエンジンヘッド1にアースされている。こ
れにより、グロープラグ100において発熱体206は
発熱し、ディーゼルエンジンの着火始動補助を行うこと
が可能となっている。なお、コネクティングバー2は、
シース管202の微小変位の妨げにならないよう、柔軟
性に優れたリードワイヤ(自動車用電線)を用いても良
い。
6号公報参照)は、圧力センサをシース後端に押圧する
と共に、ハウジング端面から深い位置に圧力センサを設
けていたのに対し、本実施形態では、ハウジング201
の他端側の収納部201eに圧力センサ300を配置
し、かつ、ハウジング201と固定ナット211との間
に絶縁ブッシュ210を介して圧力センサ300を保持
固定した独自の構成を有している。
を参照して説明する。図2は、図1中の圧力センサ30
0の拡大断面図である。
極301を中心に、チタン酸鉛或るいはチタン酸ジルコ
ン酸鉛からなる円環状の極性を有した圧電セラミックス
302が、上下2枚配置されるとともに電気的に並列結
合されている。これら電極301及び圧電セラミックス
302は、共に略円環状をなすメタルケース303と台
座304とにより、挟まれるようにパッケージングされ
保護されている。
ンジ部303aにはプラグ軸方向に延びる貫通穴が形成
され、その貫通穴に筒状のプロテクションチューブ30
3bの一端が挿入されて溶接、ロウ付け等にて一体化さ
れている。一方、絶縁ブッシュ210にもプラグ軸方向
に延びる貫通穴210aが形成され、その貫通穴210
aにプロテクションチューブ303bの他端が挿入され
ている。
00の信号を取り出す出力線としてのシールド付き電線
305が、挿入されて支持されるようになっている。メ
タルケース303内に挿入されたシールド付き電線30
5においては、その芯線305aが電極301に溶接さ
れて結線されている。また、芯線305aとは絶縁され
たシールド線305bは、プロテクションチューブ30
3bとかしめられることにより、ボディーアースでもあ
るメタルケース303に結線されている。
2枚並列結合させる目的は、出力感度を2倍に高め、信
号出力のS/N比を向上させることにあるが、1枚でも
検出は可能である。なお、この場合、電極301の上下
どちらか一方に絶縁部材(ポリイミドフィルム・フェノ
ール等の樹脂材あるいは積層マイカ、アルミナ等のセラ
ミックス材)を配置する必要がある。また、メタルケー
ス303は、燃焼圧に伴う圧電セラミックス302に作
用する微小変動を確実に伝達させるため、特に、円周側
面の剛性が低くなる様に0.5mm以下の板厚素材より
加工されている。
うである。まず、メタルケース303の図2において下
方側には、大径円筒部303cと小径円筒部303dが
同心状に形成されている。そして、その小径円筒部30
3dの外周側面にシリコン製の熱収縮性の絶縁チューブ
306を加熱して密着させ、圧電セラミックス302、
電極301、圧電セラミックス302の順で、メタルケ
ース303の小径円筒部303dにはめ込む。ここで、
絶縁チューブ306は、圧電セラミックス302及び電
極301とメタルケース303との電気的短絡を防止し
ている。
はめ込まれる電極301には、シールド付き電線305
の芯線305aが抵抗溶接あるいはレーザー溶接にて結
線される。
を挿入する。そして、メタルケース303と台座304
とを上下より加圧しながら、台座304の外周側面とメ
タルケース303の大径円筒部303cとの接触側面を
YAGレーザ溶接にて接合する(図2中、溶接部をY1
にて図示)。これにより、圧力センサ300は全部材が
密着した状態で一体化される。
ションチューブ303bとをシールド線305bを含む
部分でかしめることで、シールド線305bとメタルケ
ース303との電気的接続、シールド付き電線305の
保持固定、及び、シールド付き電線305とプロテクシ
ョンチューブ303bとの密着性を確保する。
04、及びシールド線305bは電気的に同電位とな
り、圧力センサ300をプラグ本体部200に組付ける
ことにより、エンジンヘッド1に短絡され、アースされ
る。この結果、完全密閉型かつ完全電気シールド型の圧
力センサを提供することができる。
ープラグ100の組付方法について図1、図2を参照し
て説明する。まず、中軸204が組み付けられた発熱体
206と、メッキを施したハウジング201とを用意す
る。用意される発熱体206におけるシース管202の
外径は、ハウジング201の内径部に対してやや大き
く、例えば+60〜+140μmの寸法差を有したもの
とする。
ハウジング201へ嵌合圧入し、ハウジング201とシ
ース管202とを相互の弾性力で固着して密閉する。こ
うして、ハウジング201、中軸204及び発熱体20
6が一体化される。なお、ハウジング201と発熱体2
06との組付けは、上記以外に、双方を銀ロウ等のロウ
付けにより完全接合しても良い。この結果、ハウジング
201内部の高い気密性が確保出来る。
04a側)より、円筒リング207を投入して配置す
る。そして、大径円筒部303cの外周にOリング20
8を挿入した状態で、圧力センサ300を収納部201
e内に配置する。続いて、中軸204の他端側より円筒
リング209、さらには圧力センサ300に結線された
シールド付き電線305の他端側よりOリング309を
投入し、所定場所に配置する。この状態にて絶縁ブッシ
ュ210を中軸204の他端側より投入し、かつ、シー
ルド付き電線305を、絶縁ブッシュ210の貫通穴2
10aを通して外部へ導出する。
M・NBR・H−NBR等からなるOリング309は、
シールド付き電線305の外周面とプロテクションチュ
ーブ303bの端面と絶縁ブッシュ210に設けた貫通
穴210aの底部端面に接触するように押圧挿入され、
このOリング309にて防水、気密性が確保できる。
11を締め付けることにより、圧力センサ300を収納
部201e内に固定、保持する。なお、固定ナット21
1を締め付け後固定ナット211の六角面の一箇所をか
しめて変形させるか、あるいは予め螺着面にねじロック
剤を塗布して固定ナット211を締め付けることで、振
動に対する緩み防止策を講じている。最後に、ハウジン
グ201をエンジンヘッド1に取り付け、固定ナット2
11の上面にて、コネクティングバー2を端子ねじ20
4aに取り付け、端子ナット212で固定する。こうし
て、図1に示す状態になる。
燃焼圧の検出メカニズムについて、図1〜図3を参照し
て説明する。図3は、燃焼圧の伝達経路を説明するため
の簡略モデルを示す説明図(半断面図)である。図1に
おいて、圧力センサ300は予め固定ナット211によ
り、プラグ本体部200に固定保持され一体化が図られ
ている。この時、圧力センサ300に内蔵されている圧
電セラミックス302には50〜100kg相当の予荷
重が負荷され、この状態でグローブラグ100がエンジ
ンヘッド1に装着されている。
介して電圧が印加され、中軸204、発熱コイル20
3、シース管202、ハウジング201、取付けねじ部
201b、を介してエンジンヘッド1にアースされる。
これにより、グローブラグ100における発熱体206
が発熱し、ディーゼルエンジンの着火始動補助を行うこ
とができる。そして、エンジン始動後、エンジン内で発
生した燃焼圧は、図3の太線矢印に示す如く2つの経路
R1及びR2に分散され、圧力センサ300に作用す
る。
れた燃焼圧が、発熱体206と接合されたハウジング2
01に伝達され、圧力センサ300に作用するものであ
る。この経路R1においては、ハウジング201自体は
取付けねじ部201bによりエンジンヘッド1へ強固に
拘束されているため、それより上部では力の伝達は著し
く減衰され、圧力センサ300が配置されているハウジ
ング201の収納部201e近傍の位置変動は極めて小
さい。
印加された燃焼圧が、発熱体206自身に充填された絶
縁粉末205、中軸204、固定ナット211、絶縁ブ
ッシュ210の4つの部材を介して圧力センサ300に
作用するものである。この経路R2においては、これら
4つの部材には位置変動を阻害する部材等の要因は無
く、全く開放されている。
とが固定部K1にて固定されていても、シース管202
は、ハウジング201の弾性力を利用してプラグの軸方
向(図3中の上下方向)へ変位できる。そのため、第2
の経路R2に沿って発熱体206に燃焼圧が印加された
とき、シース管202及び中軸204は一体に、プラグ
の軸方向へ変位する。
ジング201の収納部201e近傍の変位量と、第2の
経路R2で発生する主たる中軸204の変位量とでは差
が生じ(つまり、第2の経路R2の変位量の方が第1の
経路R1の変位量よりも大きくなり)、この変位量の差
により、固定ナット211にて圧力センサ300に予め
負荷されている予荷重が緩和される。
圧電セラミックス302に負荷される荷重状態が変化す
るために、圧電セラミックスの有する圧電特性に伴って
出力される電気信号としての発生電荷が変化し、該信号
は、図2に示す電極301を介してシールド付き電線3
05の芯線305aと、アースであるハウジング20
1、取付けねじ部201b、メタルケース303、プロ
テクションチューブ303b及び台座304を介してア
ース線を兼用したシールド線305bとの間に出力され
る。
を介して、出力である発生電荷を電圧に変換して増幅さ
せるチャージアンプ(図示せず)及び車載ECU(エン
ジン制御回路/図示せず)へ入力することによって、燃
焼圧を電気信号として、燃焼制御に応用することが出来
る。本実施形態の燃焼圧の検出メカニズムは、以上であ
るが、図4に本実施形態による検出波形の一例を示す。
ロープラグ100において、エンジン条件を1200r
pmで40N負荷時とした場合の検出結果を示してい
る。図4において、(a)は、指圧計の出力波形とグロ
ープラグ100における圧力センサ300の出力波形と
の比較図、(b)は、グロープラグ100における圧力
センサ300からの出力を縦軸に、指圧計からの出力を
横軸にとった相関出力波形を示す。
における圧力センサ300からの出力と指圧計からの出
力とはほぼ同一形状波形を示し、また、相関出力波形も
圧力上昇時、減少時を含めほぼ直線的な値を示してい
る。このことから、本グローブラグ100による燃焼圧
の検出において、エンジン内の圧力変動に対応して圧力
センサ300に作用する荷重の変動を、正確に測定でき
ている事がわかる。
に晒されるハウジング201の一端側において、ハウジ
ング201の内周面とシース管(パイプ部材)202の
外周面とを、圧入やロウ付けにより実質的に隙間無く固
定しているから、燃焼ガスに対するハウジング201内
部の気密性を確保できる。そのため、燃焼室1a内から
の燃焼ガスがハウジング201内に流入する恐れは無
く、圧力センサ300が燃焼ガスに晒されて劣化した
り、発熱コイル203が断線する等の恐れが無くなり、
耐久性に優れた燃焼圧センサ付きグロープラグを提供で
きる。
00をハウジング201の他端側の収納部201eに設
けることで、圧力センサ300をハウジング201の端
部近傍に配置した形としている。そのため、出力線であ
るシールド付き電線305は、ハウジング201の他端
側開口部から直接外部に取り出すことが可能であり、従
来のようにハウジング201に対して複雑な出力線取り
出し構造を形成する必要が無くなる。このように、本実
施形態によれば、ハウジング内部の気密性確保と燃焼圧
センサにおける出力線の取り出し構造の簡素化とを両立
させることができる。
の収納部201eに圧力センサ300を配置しているた
め、圧力センサ300を収納部201eに収納しない場
合(すなわち、圧力センサ300全体をハウジング20
1の外部に配置する場合)と比較すると、圧力センサ3
00を収納部201eに収納した分だけ、グロープラグ
100のプラグ軸方向長さを短くすることができる。
に伴い、圧力センサ300への燃焼圧伝達経路も短くな
るため、燃焼圧の伝達効率がアップして圧力センサ30
0の感度がアップする。また、グロープラグ100の短
縮化に伴い、中軸204も短縮化され、中軸204自体
の振動が低減でき、振動による電気信号ノイズの発生が
少なくなる(S/N比が向上)。
によって圧力センサ径方向の保持がなされているため、
圧力センサ300はその径方向の振動が抑制されて、振
動による電気信号ノイズの発生が少なくなる(S/N比
が向上)。
達経路のうち第2の経路R2では、剛性の高い中実の中
軸204を介して圧力センサ300に燃焼圧を伝達して
いるため、精度良く燃焼圧を検出することができる。ま
た、スプリングを介装せずに圧力センサ300を保持固
定する構成であるため、圧力センサ300はプラグ軸方
向に振動しにくく、従って、振動によるノイズの発生が
少なくなり、燃焼圧を精度良く検出することができる
(S/N比が向上)。しかも、圧力センサ300の固定
方法も簡単となる。
6は、図1に示したような金属抵抗線(発熱コイル20
3)を基本としたいわゆる金属発熱体の他に、例えば図
5に示すようなものであっても良い。図5は本実施形態
の変形例としてのグロープラグ110を示す縦断面図で
ある。図5に示す発熱体400は、窒化珪素と珪化モリ
ブデン又はタングステンカーバイトとを主成分とした導
電性セラミックからなる発熱部材401と、タングステ
ン製の一対のリードワイヤ402とを、窒化珪素を主成
分とした絶縁性セラミックからなる絶縁体403で内包
する形で焼結してなるもので、いわゆるセラミック発熱
体である。
(例えばSUS430)等よりなる筒状の保護パイプ
(本発明でいうパイプ部材)404に挿入され、保護パ
イプ404の一端側から露出するように保護パイプ40
4に保持されている。この保護パイプ404は、その他
端側がハウジング201の一端側に挿入され、上記のシ
ース管と同様、圧入やロウ付け等により、ハウジング2
01の内周面と保護パイプ404の外周面とは、隙間無
く固定されている。
204の一端に取り付けられたキャップリード405を
介して中軸204に結合され、他方は、保護パイプ40
4を介してハウジング201にアースされている。これ
により、中軸204と発熱部材401とは電気的に導通
され、発熱部材401に通電されて、発熱体400は発
熱するようになっている。なお、中軸204とハウジン
グ201との間には、中軸204の保持・固定及び芯出
しを行うための溶着ガラス406及びインシュレータ4
07が介在されている。このグロープラグ110は出力
感度が低下する点を除けば、上記図1に示すグロープラ
グ100と同様の効果を奏することができる。また、発
熱体400をセラミック化することにより、発熱体自体
の寿命を飛躍的に向上することができ、実質的にはメン
テナンスフリー化を実現できる。
00の構成は、図6に示す変形例のようであっても良
い。図6の圧力センサ300は、図2に示した圧力セン
サにおいて、メタルケース303の大径円筒部303c
を廃止し、大径円筒部303cと台座304とのレーザ
溶接を廃止したものである。
201eと固定ナット211との間で印加した荷重は全
て圧電セラミックス302の予荷重として作用するた
め、感度が高く、かつ、燃焼圧の伝達応答性が向上す
る。そして、本構成においても、Oリング208と円筒
リング209により防水性、気密性が十分確保されてい
る。なお、図6の圧力センサ300においても、圧電セ
ラミックス302は1枚でも検出は可能である。この場
合、電極301の上下どちらか一方に絶縁部材(ポリイ
ミドフィルム・フェノール等の樹脂材あるいは積層マイ
カ、アルミナ等のセラミックス材)を配置する必要があ
る。
00の固定・保持手段は図7〜図11に示す各変形例の
ようであっても良い。これらの変形例では、圧力センサ
300をハウジング201に後述する方法で予め固定・
保持した後、円筒リング209、Oリング309及び絶
縁ブッシュ210を配置して、端子ねじ204aに固定
ナット211が締め付けられる。
のフランジ部303aの外径とハウジング201の大径
穴部201dの内径との直径寸法差を例えば50μm以
下に設定し、圧力センサ300を収納部201eに配置
した後圧力センサ300を加圧した状態で、ハウジング
201の大径穴部201dの外周側より、双方の重なり
面をレーザー溶接あるいはプラズマ溶接で全周または部
分的に接合して(図7中、溶接部をY2にて図示)、圧
力センサ300をハウジング201へ固定・保持してい
る。なお、部分的な接合においては、防水・気密性の確
保からOリング208を配置している。また、六角部2
01aの外周面のうち溶接部Y2となる部位は円筒状と
して、溶接性を踏まえた肉厚の均一化を図っている。
の外径に対し、大径穴部201dの内径を、例えば−6
0μmから−140μm程度小さめに設定することで、
嵌合圧入がなされ(図8中、嵌合圧入部をY3にて図
示)、この圧入により圧力センサ300をハウジング2
01へ固定・保持している。
収納部201eに配置した後、圧力センサ300を加圧
した状態で、大径穴部201dの外周側より中心側に向
けて、大径穴部201dの全周または一部をかしめて
(図9中、かしめ部をY4にて図示)、圧力センサ30
0をハウジング201へ固定・保持している。
3において絶縁ブッシュ210側の端面に全周に渡って
段差部303eを設け、圧力センサ300を収納部20
1eに配置した後、段差部303eを包み込むように大
径穴部201dの開口端の一部または全周をかしめて
(図10中、包みかしめ部をY5にて図示)、圧力セン
サ300を加圧しつつハウジング201へ固定・保持し
ている。なお、六角部201aの外周面のうち包みかし
め部Y5となる部位は円筒状として、加圧力の均一化を
図っている。
aの外周面に雄ねじ303fを形成し、大径穴部201
dの内周面には、フランジ部303aの雄ねじ303f
と螺着可能な雌ねじ303gを形成し、これらのねじ3
03f、303gを利用して圧力センサ300をハウジ
ング201へ固定・保持している(図11中、ねじ締め
付け部をY6にて図示)。
は、圧力センサ300を固定ナット211により固定・
保持する前に、予め、圧力センサ300は50Kg〜1
50Kgにて加圧されて収納部201e内に固定・保持
される。
持していない図1、図2、図5、図6に示す例では、固
定ナット211の締め付け時に圧力センサ300に捩じ
り力が作用するのに対し、図7〜図10に示す例では固
定ナット211の締め付け時の回転に伴う圧力センサ3
00への捩じり力は皆無となるため、メタルケース30
3の極薄肉部である大径円筒部303cの変形・破断、
あるいはシールド付き電線305の芯線305aの断線
といった品質上のトラブルを無くすことができ、信頼性
が向上できる。
ンサ300はハウジング201の大径穴部201dにて
全周方向より固定・保持されているため、固定ナット2
11の単独締め付けによる固定・保持(軸方向の縦振動
抑制)では得られなかった圧力センサ300自体の径方
向の横振動を大幅に抑制する効果を得ることができ、従
って、振動による電気信号ノイズの発生が少なくなる。
例において、圧力センサ300の配置構成は図12、図
13に示す変形例のようであっても良い。図12、図1
3の例では、圧力センサ300を、収納部201eから
収納部201eの外部にわたって配設したものである
(すなわち、圧力センサ300の一部が収納部201e
の内部に配置されている)。そして、図12の例ではシ
ールド付き電線305をプラグ軸方向に取り出し、図1
3の例ではシールド付き電線305をプラグ径方向に取
り出すようにしている。この図12、図13の例におい
ても、上記各例と同様の効果が得られる。
プラグ近傍のエンジン装着スペースに余裕がある場合に
有効であり、シールド付き電線305を径方向(中軸2
04に垂直)にとり出すことにより、圧力センサ300
の端面より突出したプロテクションチョーブ303bと
固定ナット211との電気的干渉(短絡)への配慮が不
要なため、絶縁ブッシュ210bを必要最小限(絶縁確
保のための沿面距離は必要)に薄肉化できる。また、こ
の場合、絶縁ブッシュ210bにはOリング309と穴
210aは不要である。この結果、中軸204を短化す
ることができ、実質グロープラグ100の全長が短くな
るため、グロープラグ100自体が発生する振動ノイズ
をより低減することができる。これにより、振動による
電気信号ノイズの発生が少なくなる。
において、圧力センサ300の固定・保持手段は図14
に示す変形例のようであっても良い。図14の例では、
圧力センサ300、円筒リング209、Oリング20
8、Oリング309及び絶縁ブッシュ210等を所定場
所に配置した後、金属材料からなる円環状のストップド
リング213(例えば板厚4mm)を中軸204の中段
部204bへ嵌合圧入することにより、ストップドリン
グ213とハウジング201との間に、圧力センサ30
0と絶縁ブッシュ210とを挟むようにして固定・保持
している。
軸204の中段部204bの外径に対しては、圧入締め
代として、例えば−60μm〜−140μm程度小さめ
に設定し、かつ中軸204の端子ねじ204aの外径に
対しては、干渉せず挿入できるように寸法を設定するこ
とで、嵌合圧入がなされている。
に、予め圧力センサ300をハウジング201へ溶接や
かしめ等にて固定・保持しなくとも、圧力センサ300
には捩じり力が作用することなく予荷重の印加と固定・
保持が可能となる。こうして、メタルケース303の極
薄肉部である大径円筒部303cの変形・破断、あるい
はシールド付き電線305の芯線305aの断線といっ
た品質上のトラブルは皆無となり、信頼性がさらに向上
する。
1に固定・保持されていないため、円環状のストップド
リング213で加圧した荷重が全て圧電セラミックス3
02の予荷重として作用するため、感度低下も防止する
ことができる。なお、図7〜図11に示す例において
も、固定ナット211を円環状のストップドリング21
3に置換えて固定・保持してもなんら支障はない。
おいて、圧力センサ300は、ハウジング201の収納
部201eに直接当接してアースされているが、圧力セ
ンサ300をハウジング201にアースした形態となっ
ていれば、圧力センサ300とハウジング201の収納
部201eとの間に剛性の高いスペーサ部材(例えば金
属よりなるもの)を介在させても良い。
12〜図14において、圧力センサ300は、ハウジン
グ201の収納部201eに直接当接してアースされて
いるが、必要に応じて圧力センサ300とハウジング2
01の収納部201eとの間に(厳密には台座304と
の収納部201eとの間)、絶縁部材(ポリイミドフィ
ルム・フェノール等の樹脂材あるいは積層マイカ、アル
ミナ等のセラミックス材)を介在させれば、Oリング2
08(絶縁性ゴム)と円筒リング209(絶縁性ゴム)
との三部品にて圧力センサ300のアースフロート化が
可能となる。これにより、車載ECU(エンジン制御回
路/図示せず)とのGNDの共通化(アースの同電位
化)が図られるため、安定した出力値が確保できる。
(一般的には、エンジン本体と電源バッテリー、車載E
UCはともにアースされているが、エンジン本体は導電
性及び絶縁性を有した各種ガスケットが数多く介在して
いるため、場所によっては電位差を生じる)。
は、グロープラグ100を装着する際のエンジン装着ス
ペース、エンジン振動の大きさ、グロープラグ取り付け
長さ、要求感度等を総合的に考慮した上で、効果的な仕
様選定を図った方が良い。
燃機関の燃焼圧を検出するものであれば、圧電セラミッ
クスを用いたものでなくとも良く、例えば半導体圧力セ
ンサ等であっても良い。
ープラグの全体概略を示す縦断面図である。
ある。
ある。
す図である。
示す縦断面図である。
変形例を示す縦断面図である。
手段の変形例を示す縦断面図である。
手段の変形例を示す縦断面図である。
手段の変形例を示す縦断面図である。
持手段の変形例を示す縦断面図である。
持手段の変形例を示す縦断面図である。
の変形例を示す縦断面図である。
の変形例を示す縦断面図である。
持手段の変形例を示す縦断面図である。
部、202…シース管、203…発熱コイル、204…
中軸、300…圧力センサ、401…発熱部材、404
…保護パイプ。
Claims (5)
- 【請求項1】 一端側が内燃機関の燃焼室(1a)側に
位置するように前記内燃機関に取り付けられる筒状のハ
ウジング(201)と、 一端側が前記ハウジングの前記一端から露出するように
前記ハウジングの内部に保持されると共に、一端側が前
記燃焼室内に露出したパイプ部材(202、404)
と、 前記パイプ部材内に設けられ、通電により発熱する発熱
部材(203、401)と、 一部が前記ハウジングの他端から突出するように前記ハ
ウジング内に収納されると共に、前記発熱部材と電気的
に導通される金属製の中軸(204)と、 前記内燃機関の燃焼圧の発生に伴い前記パイプ部材に作
用する力が前記中軸を介して伝達されて前記燃焼圧を検
出する燃焼圧センサ(300)とを備え、 前記ハウジングの前記一端側にて前記ハウジングの内周
面と前記パイプ部材の外周面とは実質的に隙間無く固定
されており、 前記ハウジングの前記他端側の内周面と前記中軸の外周
面との間に収納部(201e)が形成され、前記収納部
(201e)に前記燃焼圧センサの少なくとも一部分が
配置されていることを特徴とする燃焼圧センサ付きグロ
ープラグ。 - 【請求項2】 前記ハウジング(201)の前記他端側
の外周面に六角部(201a)が形成され、前記六角部
の内周側に前記収納部(201e)が位置することを特
徴とする請求項1に記載の燃焼圧センサ付きグロープラ
グ。 - 【請求項3】 前記中軸(204)にねじ結合される固
定ナット(211)と、前記固定ナットと前記燃焼圧セ
ンサ(300)との間に配置される絶縁ブッシュ(21
0)とを備え、 前記燃焼圧センサは、前記ハウジング(201)と前記
固定ナットとの間に前記絶縁ブッシュを介して保持固定
されていることを特徴とする請求項1または2に記載の
燃焼圧センサ付きグロープラグ。 - 【請求項4】 前記パイプ部材(202、404)を前
記ハウジング(201)に対して圧入させることによ
り、前記ハウジングの内周面と前記パイプ部材の外周面
とは、実質的に隙間無く固定されていることを特徴とす
る請求項1ないし3のいずれか1つに記載の燃焼圧セン
サ付きグロープラグ。 - 【請求項5】 前記ハウジング(201)の内周面と前
記パイプ部材(202、404)の外周面とは、ロウ付
けされることにより、実質的に隙間無く固定されている
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記
載の燃焼圧センサ付きグロープラグ。
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