JP2004124911A - 燃焼圧センサ付きグロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼圧センサ付きグロープラグにおいて、中軸を長くしても中軸の振動により発生する出力ノイズを抑制する。
【解決手段】エンジンヘッド１にネジ結合されたハウジング２０１には、燃焼室１ａ側に露出するようにシース管２０２が挿入固定され、シース管２０２内には通電発熱する発熱コイル２０３が設けられている。ハウジング２０１内には、一端側が発熱コイル２０３と導通し他端側がハウジング２０１の他端から突出する金属製の中軸２０４が収納され、ハウジング２０１の他端側には、燃焼圧の発生に伴いシース管２０２に作用する力が中軸２０４を介して伝達されて燃焼圧を検出する圧力センサ３００が設けられている。そして、中軸２０４のうちシース管２０２への固定部２０４ｍとハウジング２０１への固定部２０４ｎとの間の部位の周囲には、中軸２０４の振動を抑制するための制振材２３０が設けられている。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃焼室内の燃焼圧を検出する燃焼圧センサを有する燃焼圧センサ付きグロープラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の一般的な燃焼圧センサ付きグロープラグの概略断面構成を図７に示す（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このグロープラグＪ１００は、一端側がエンジンの燃焼室１ａ側に位置するようにエンジンヘッド１にネジ結合可能な筒状のハウジング２０１を有する。ハウジング２０１の外周面には、当該ネジ結合のための取付ネジ部２０１ｂが形成されている。ハウジング２０１の内部には、一端側がハウジング２０１の一端から露出するようにパイプ部材２０２が保持されている。
【０００４】
このパイプ部材２０２は、ハウジング２０１の一端側の部位とロウ付けや圧入などにより固定されている。このパイプ部材２０２とハウジング２０１との固定部は、図７中、固定部Ｋ１として示してある。
【０００５】
パイプ部材２０２の内部には、通電により発熱する発熱部材２０３が設けられている。この発熱部材２０３とパイプ部材２０２との間には絶縁粉末２０５が充填されている。それにより、発熱部材２０３、絶縁粉末２０５およびパイプ部材２０２が一体化されてなる発熱体２０６が構成されている。
【０００６】
また、ハウジング２０１の内部には、金属製の電極としての中軸２０４が収納されている。中軸２０４の一端側は発熱部材２０３と接続されて電気的に導通し、中軸２０４の他端側はハウジング２０１の他端から突出している。
【０００７】
また、この中軸２０４においては、中軸２０４のうちパイプ部材２０２に挿入された一端側の部位がパイプ部材２０２に固定されるとともに、中軸２０４の他端側の部位が、シール材としての円筒リング２０７を介してハウジング２０１に固定されている。つまり、軸方向にみたとき、中軸２０４は、パイプ部材２０２と円筒リング２０７との２箇所にてハウジング２０１に対して保持固定されている。
【０００８】
そして、ハウジング２０１の他端側には、燃焼圧を検出する燃焼圧センサ３００が設けられ、この燃焼圧センサ３００は、中軸２０４の他端側に設けられた固定ナット２１１などによってハウジング２０１に固定されている。
【０００９】
この燃焼圧センサ３００は、圧電素子からなるものであり、エンジンの燃焼圧の発生に伴いパイプ部材２０２に作用する力が中軸２０４を介して伝達されることで当該燃焼圧を検出するものである。
【００１０】
このようなグロープラグＪ１００は、エンジンに装着された状態において、燃焼室１ａ内の圧力すなわち燃焼圧に応じた軸方向の荷重がパイプ部材２０２に印加されると、パイプ部材２０２はハウジング２０１に対して微小変動する。
【００１１】
このパイプ部材２０２の変位によりパイプ部材２０２に固定された中軸２０４も同様に変位し、この中軸２０４の変位によって、固定ナット２１１による燃焼圧センサ３００への荷重が変化（緩和）される。そして、その荷重変化に伴って燃焼圧センサ３００から出力される信号に基づいて、上記した燃焼圧が検出されるようになっている。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００１−１２４３３６号公報（第３−５頁、第１図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、ディーゼルエンジンは燃費向上や排ガス規制等をにらんで直噴化が主流となりつつある。これを受けて、グロープラグもエンジン動向に合わせざるを得なくなっている。
【００１４】
その実情は、エンジンヘッドの肉厚化やバルブの４弁化などに伴うエンジンヘのグローブラグの装着スペースの制約から、グロープラグは従来エンジンのものと比較すると、グロープラグ自身の全長寸法が長尺化している。例えば、従来の約２倍に長尺化している。
【００１５】
そのため、上記図７に示した従来エンジン用の燃焼圧センサ付きグロープラグを直噴エンジン用に適用した場合、発熱部材２０３を収納するパイプ部材２０２に固定保持された中軸２０４も略２倍の長さとなる。ここで、上述したように、中軸２０４は、基本的には一端側のパイプ部材２０２と、他端側の円筒状リング２０７との２点にて保持固定さてれいる。
【００１６】
しかしながら、直噴エンジン用の燃焼圧センサ付きグロープラグにおいて、発熱部材通電用の中軸２０４を同様な方法で保持固定すると、中軸２０４における上記２点の保持固定部間の距離ｔすなわち支点問距離ｔが、従来品の２倍、例えば約８０ｍｍとなる。
【００１７】
その結果、従来品に比べると、エンジン振動に起因して中軸２０４の共振周波数が低周波数帯（例えば５ｋＨｚ以下の周波数帯）へ移行し、また振動レベル自体も大きくなる。そのため、燃焼圧センサ３００に伝達される中軸２０４の機械振動が、機械振動ノイズとして燃焼圧信号に重畳して出力され、ＳＮ比の悪化を招くこととなった。
【００１８】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、燃焼圧センサ付きグロープラグにおいて、中軸を長くしても中軸の振動により発生する出力ノイズを抑制することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一端側がエンジンの燃焼室（１ａ）側に位置するようにエンジン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たパイプ部材（２０２）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）と、ハウジング内に収納されるとともに一端側がパイプ部材に挿入されて発熱部材と電気的に導通されている金属製の中軸（２０４）と、エンジン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、中軸のうちパイプ部材に挿入された一端側の部位がパイプ部材に固定されるとともに、中軸の他端側の部位がハウジングに固定されている燃焼圧センサ付きグロープラグにおいて、
中軸のうちパイプ部材への固定部（２０４ｍ）とハウジングへの固定部（２０４ｎ）との間の部位の周囲には、当該部位とハウジングとの間に充填され中軸の振動を抑制するための制振材（２３０）が設けられていることを特徴とする。
【００２０】
それによれば、上記両固定部（２０４ｍ、２０４ｎ）の間に制振材を新たに設けることで、中軸が長くなっても中軸の振動を抑制できる。よって、燃焼圧センサ付きグロープラグにおいて、中軸を長くしても中軸の振動により発生する出力ノイズを抑制することができる。
【００２１】
また、請求項２に記載の発明では、中軸（２０４）におけるパイプ部材（２０２）への固定部（２０４ｍ）、中軸におけるハウジング（２０１）への固定部（２０４ｎ）、および制振材（２３０）の間の距離（ｔ、ｔ１〜ｔ３）が、４０ｍｍ以下となるように、制振材が配置されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明者らの検討結果によれば、固定されていない部分の中軸の長さが４０ｍｍ以下であれば、出力ノイズの大きさを実用レベルの範囲に抑制できることから、請求項２の発明のようにすることが好ましい。
【００２３】
ここで、制振材は軟らかすぎると中軸の保持強度が低いため、中軸の振動を抑制できない。一方、制振材が硬すぎると中軸とハウジングとが制振材によって強固に固着した場合に、ハウジングによる中軸の拘束が強く、中軸の微小変位の燃焼圧センサへの伝達が阻害され、センサ出力感度が低下する。
【００２４】
そのような点を考慮して、制振材の硬度を検討した結果によれば、請求項３に記載の発明のように、制振材（２３０）の硬度は、デュロメータＡ１０以上デュロメータＤ９０以下であることが好ましい。
【００２５】
また、請求項４に記載の発明のように、制振材（２３０）は、ゴムまたは樹脂からなるものにできる。
【００２６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述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。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃焼圧センサ付きグロープラグ１００の全体概略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。
【００２８】
グロープラグ１００は、大きくは、発熱体を備えかつ燃焼圧伝達の媒体を果たすプラグ本体部２００と、燃焼圧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。
【００２９】
ここで、プラグ本体部２００は、大きくは、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にネジ結合さ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）２０２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）２０３と、一端側がシース管２０２に挿入されて発熱コイル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。
【００３０】
エンジンヘッド１には、その外表面から内部の燃焼室１ａまで貫通するネジ穴（グローホール）が形成されており、プラグ本体部２００は、このネジ穴に対してプラグの軸方向（長手方向）に挿入されている。
【００３１】
ハウジング２０１は、硫黄快削鋼または炭素鋼等からなり、その外形形状は一端側（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ネジ部２０１ｂが形成されている。
【００３２】
また、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にネジ結合する際に利用される六角部２０１ａが形成されている。そして、グロープラグ１００のプラグ本体部２００は、ハウジング２０１の取付ネジ部２０１ｂによって、エンジンヘッド１のネジ穴とネジ結合されている。
【００３３】
また、ハウジング２０１の一端にはテーパ状のシート面２０１ｃが形成され、このシート面２０１ｃとこれに対向するエンジンヘッド１のネジ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・円周面を形成して外形を細化しても良い（図示せず）。
【００３４】
シース管２０２は、耐熱・耐食性合金（例えばステンレス材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ＮｉＣｒ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。
【００３５】
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の他端はシース管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。また、発熱コイル２０３及び中軸２０４とシース管２０２との問には、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。
【００３６】
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の緻密性を高めるている。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ている。それとともに、上記絞り加工によって、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。
【００３７】
ここで、シース管２０２のうち発熱コイル２０３を包含する部分において、これらシース管２０２、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）が露出するように、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。
【００３８】
これら発熱体２０６の外周面すなわちシース管２０２の外周面とハウジング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。
【００３９】
それによって、ハウジング２０１の一端側にてハウジング２０１の内面とシース管２０２の外面とが全周に渡って実質的に隙間無く固定された部分Ｋ１が固定部として形成される。そして、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。
【００４０】
なお、固定部Ｋ１は、図中の引き出し線にて指示されたハウジング２０１の内面とシース管２０２の外面とが接触している界面であり、プラグ径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。
【００４１】
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との問には、絶縁粉末２０５がスウェージングの際に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。
【００４２】
また、ハウジング２０１の他端側の内部において、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。
【００４３】
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の他端側のうち円筒リング２０７と接触する部分をテーパ形状にすることによって、円筒リング２０７とハウジング２０１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。
【００４４】
また、中軸２０４の他端側には、樹脂系（例えばフェノール樹脂・ＰＰＳ・積層マイカ）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２０１ｄを設けることにより、その大径穴部２０１ｄと中軸２０４の外周面との問に収納部２０１ｅが形成されている。
【００４５】
この収納部２０１ｅには略円環状の圧力センサ３００（詳細後述）が収納されている。この圧力センサ３００は、収納部２０１ｅに収納された後、絶縁ブッシュ２１０を中軸２０４に嵌め込み、中軸２０４の他端に設けられた端子ネジ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との間に固定保持されている。
【００４６】
このように、ハウジング他端側の収納部２０１ｅに設けられた圧力センサ３００は、固定ナット２１１の軸力によって、中軸２０４の一端側方向に向かってハウジング２０１へ押しつけるように固定されている。
【００４７】
また、ハウジング２０１の大径穴部２０１ｄの内周面と圧力センサ３００の外周面との問にはＯリング２０８が配置され、圧力センサ３００の内周面と中軸２０４の外周面との問には円筒リング２０９が挿入され配置されている。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。
【００４８】
ここで、Ｏリング２０８は、ハウジング２０１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、防水・気密性はさらに向上する。
【００４９】
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。
【００５０】
また、中軸２０４の他端に設けられた端子ネジ２０４ａには、各気筒問との結線用としてコネクティングバー２が端子ナット２１２によって固定され電気的に接続されている。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２０４、発熱コイル２０３、シース管２０２、ハウジング２０１を介してエンジンヘッド１にアースされている。
【００５１】
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の補助を行うことが可能となっている。なお、各気筒間との結線にあたっては、シース管２０２（本発明でいうパイプ部材）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。
【００５２】
［制振材について］
このような基本構成を有する本実施形態の燃焼圧センサ付きグロープラグ１００においては、上述したように、中軸２０４のうちシース管２０２に挿入された一端側の部位は、シース管２０２の絞り加工によって絶縁粉末２０５を介してシース管２０２に固定されている。この中軸２０４におけるシース管２０２への固定部を第１の固定部２０４ｍとする。
【００５３】
また、中軸２０４の他端側の部位は円筒リング２０７を介してハウジング２０１に固定されている。この中軸２０４におけるハウジング２０１への固定部を第２の固定部２０４ｎとする。直噴エンジンに用いる場合、この第１および第２の固定部２０４ｍ、２０４ｎ間の中軸２０４の長さは、例えば従来の２倍、約８０ｍｍである。
【００５４】
そして、本実施形態では独自の構成として、中軸２０４のうちシース管２０２への固定部２０４ｍとハウジング２０１への固定部２０４ｎとの間の部位の周囲には、当該部位とハウジング２０１との間に、中軸２０４の振動を抑制するための制振材２３０が充填されている。
【００５５】
この制振材２３０は、ゴムまたは樹脂等からなるものであり、その硬度は、デュロメータＡ１０以上デュロメータＤ９０以下であることが好ましい。なお、制振材２３０は成形品あるいは最終的に固形化（ゲル状を含む）するものであれば充填時は液状でも良い。
【００５６】
より具体的に、制振材２３０としては、例えば、成形ゴム品では、フッ素ゴム、シリコンゴム、Ｈ−ＮＢＲ等を採用でき、成形樹脂品では、エポキシ、フェノール、アクリル等を採用でき、液状ゴムでは、常温硬化型、加熱硬化型、硬化剤混合型のシリコンゴム等を採用でき、液状樹脂では、加熱硬化型、硬化剤混合型のエポキシ樹脂等を採用できる。
【００５７】
［圧力センサの詳細構成］
次に、圧力センサ３００の詳細構成を図２を参照して説明する。図２は、図１中の圧力センサ３００の拡大断面図である。
【００５８】
圧力センサ３００においては、円環状の極性を有した圧電セラミックス３０２が、ともに略円環状をなすメタルケース３０３と電極３０１に挟持されるようにパッケージングされてなるものである。
【００５９】
この圧電セラミックス３０２は例えば厚さ０．４ｍｍのチタン酸鉛あるいはチタン酸ジルコン酸鉛からなるものである。また、圧力センサ３００におけるメタルケース３０３および電極３０１とハウジング２０１の収納部２０１ｅとの間には、インシュレータ３０４が介在されている。
【００６０】
このインシュレータ３０４は天然マイカ、積層マイカ及びアルミナ等のセラミックス材あるいは、ポリイミドフィルム、フェノール等の樹脂材からなるもので、例えば厚さ０．２ｍｍ程度のものである。インシュレータ３０４は、圧力センサ３００で発生した出力信号がハウジング２０１ヘ短絡しない様、電極３０１を電気的に絶縁している。
【００６１】
なお、メタルケース３０３および電極３０１における圧電セラミックス３０２との接触面は、表面粗さ６．３Ｚ以下（例えば３．２Ｚや１．６Ｚ）となるような研削または研磨加工を施すことにより平面度を向上させることが好ましい。
【００６２】
それにより、メタルケース３０３および電極３０１が圧電セラミックス３０２と接触する面において面圧の均一化が図られ、密着性の向上と組み付け加圧時の素子割れを防止しやすくできる。ここで、メタルケース３０３と電極３０１の材質は、上記の研削又は研磨加工を容易にするため、磁性材である例えばＳＵＳ４３０を選定することができる。
【００６３】
また、メタルケース３０３は大きくは略円環状のフランジ部３０３ａと突出したパイプ状の小円形部３０３ｄで形成されているので、上記の研削又は研磨加工する上では、加工が容易ではない。そこで、メタルケース３０３をフランジ部と小円筒部に分離し、研削又は研磨力加工を必要とするフランジ部を単純な円盤状とし、加工後に双方をロウ付け等により一体化しても良い。
【００６４】
また、メタルケース３０３の一端側のフランジ部３０３ａには、プラグ軸方向に延びる貫通穴が形成されており、その貫通穴には筒状のプロテクションチューブ３０３ｂの一端が挿入され、溶接、ロウ付け等にて一体に形成されている。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２１０ａにプロテクションチューブ３０３ｂの他端が挿入されている。
【００６５】
このプロテクションチューブ３０３ｂには、圧力センサ３００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３０５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。
【００６６】
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３０３ｂ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。
【００６７】
なお、本例の圧力センサ３００では、圧電セラミックス３０２を１枚としているが、その目的は、圧力センサ３００の簡素化と低重心化を図り、圧力センサ３００自体が発生する振動ノイズを低減し信号出力のＳ／Ｎ比を向上させることにある。
【００６８】
しかし、上記した特許文献１の第２図に記載の圧力センサのように、圧電セラミックス３０２が２枚でも検出は可能である。なお、この場合、電極３０１の下側のインシュレータ３０４を排除し圧電セラミックス３０２を配置することとなる。このように、圧電セラミックス３０２を２枚並列結合させることにより、出力感度が２倍に高まり、出力信号の対ノイズ性が向上できる。
【００６９】
［圧力センサの組付け方法］
この圧力センサ３００の組付けは、次のようである。まず、メタルケース３０３の小径部３０３ｄの円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る。
【００７０】
次に、圧電セラミックス３０２、電極３０１の順に、これらをメタルケース３０３の小径部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および電極３０１とメタルケース３０３との電気的短絡を防止している。
【００７１】
上記の組付け後、メタルケース３０３にはめ込まれた電極３０１に対して、シールド付き電線３０５の芯線３０５ａを、抵抗溶接あるいはレーザ溶接等にて結線する。
【００７２】
また、シールド付き電線３０５とプロテクションチューブ３０３ｂとをシールド線３０５ｂを含む部分でかしめる。それにより、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。
【００７３】
そして、このようにして、メタルケース３０３、圧電セラミックス３０２、電極３０１およびシールド付き電線３０５が一体化された圧力センサ３００は、後述するように、ハウジング２０１の収納部２０１ｅへインシュレータ３０４を介して配設される。
【００７４】
それにより、圧力センサ３００は、金属性のメタルケース３０３と、金属性のプラグ本体部２００により包含された形となる。その結果、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。
【００７５】
［燃焼圧センサ付きグロープラグの組付方法］
次に、本実施形態の燃焼圧センサ付きグロープラグ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。
【００７６】
そして、発熱体２０６のシース管２０２をハウジング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２０６が一体化される。なお、ハウジング２０１と発熱体２０６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。
【００７７】
このようにして、ハウジング２０１、中軸２０４及び発熱体２０６を一体化した後、ハウジング２０１と中軸２０４との隙間に制振材２３０を投入し充填する。制振材２３０の投入・充填のタイミングは、ハウジング２０１の内部において、円筒リング２０７が中軸２０４の他端側から挿入配置される前に実施する。
【００７８】
制振材２３０が成形ゴム品や成形樹脂品の場合、例えば、外観上は厚さ５ｍｍの円筒状としたものを、中軸２０４の他端側から中軸２０４に挿入するとともにハウジング２０１の他端側開口部から投入し、中軸２０４とハウジング２０１との間に配置する。
【００７９】
このとき、確実に制振材２３０自身も保持されるように、制振材２３０の径方向の圧縮率を１０〜３０％以内として内外径のつぶし代を設定する。そして、投入の際は、予め制振材２３０の内外周に潤滑材を塗布し、中軸２０４他端の端子ネジ２０４ａ側より所定位置に達するまで圧入する。このとき、制振材２３０の数は必要に応じて増やしても良い。なお、制振材２３０が成形品であると、組付け作業は非常に効率的となる。
【００８０】
また、制振材２３０が液状ゴムや液状樹脂を素材とする場合、例えば定量化可能なディスペンサを用いて、ハウジング２０１他端の開口部ヘノズルを挿入して注入する。このとき、粘度に応じては真空脱泡することにより、より気泡が無く密度の高い充填が可能となる。その後、制振材２３０の硬化条件に沿って硬化させる。
【００８１】
なお、制振材２３０の素材が液状品であると、容易にハウジング２０１空間内に充填させることができ、エンジン振動が大きくなる大排気量向けエンジン用の燃焼圧センサ付きグロープラグには有効である。
【００８２】
こうして、制振材２３０を配置した後、中軸２０４の他端側（つまり、端子ネジ２０４ａ側）からハウジング２０１内に、円筒リング２０７、インシュレータ３０４を順に投入して配置する。そして、フランジ部３０３ａの外周にＯリング２０８を挿入した状態で、圧力センサ３００を収納部２０１ｅ内に配置する。
【００８３】
続いて、中軸２０４の他端側より円筒リング２０９を投入し、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の他端側より投入するとともに、シールド付き電線３０５は、絶縁ブッシュ２１０の貫通穴２１０ａを通して外部へ導出する。
【００８４】
なお、図２に示すように、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され挿入されている。このＯリング３０９は、シリコンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、Ｈ−ＮＢＲ等からなるもので、防水、防振を目的としたものである。
【００８５】
また、絶縁ブッシュ２１０は、樹脂系（例えばフェノール樹脂、ＰＰＳ、積層マイカ）あるいはセラミック系（例えばアルミナ）の絶縁材料であれば問題はないが、好ましくは、比重が小さく、ヤング率が大きく、クリープ特性に優れた素材が有効である。
【００８６】
これにより、絶縁ブッシュ２１０を軽くして圧力センサ３００の低重心化が図られ、振動ノイズレベルを低減できる。また、絶縁ブッシュ２１０の経時変化すなわちクリープを抑制できるため、このクリープに伴う圧力センサ３００に印加される予荷重（つまり固定ナット２１１による圧力センサ３００の加圧力）の変化で生じる出力変動を、低減できる。
【００８７】
そこで、絶縁ブッシュ２１０としては、例えばガラス繊維を配合した熱硬化性のフェノール樹脂を選定し、さらに熱処理として例えば１７５℃〜２０５℃、３〜２０時間加熱を加えることによりクリープ特性を改善したものを採用できる。
【００８８】
こうして、絶縁ブッシュ２１０まで組み付けた後、中軸２０４の端子ネジ２０４ａに沿って固定ナット２１１を締め付けることにより、圧力センサ３００を収納部２０１ｅ内に固定して保持する。
【００８９】
なお、固定ナット２１１を締め付けた後、固定ナット２１１の六角面の１箇所をかしめて変形させるか、あるいは予め螺着面（ネジの部分）にネジロック剤を塗布して固定ナット２１１を締め付けることで、振動に対する固定ナット２１１の緩み防止策を講じても良い。
【００９０】
また、絶縁ブッシュ２１０は、略円環状のものであるが、その円周面の一部に対向し合うフラットな２面を有するものとして良い。このような絶縁ブッシュ２１０を用いれば、完全に円環状のものに比べて、固定ナット２１１を締め付ける際に、絶縁ブッシュ２１０の対向し合うフラットな２面をスパナ等で拘束することで、絶縁ブッシュ２１０が回転しないように固定ナット２１１を回転させることができる。
【００９１】
それにより、圧力センサ３００を構成する圧電セラミック３０２や電極３０１と芯線３０５ａとの溶接部へのねじり力を回避しつつ、圧力センサ３００へ予荷重を加えることが可能となる。これにより、圧電セラミック３０２や芯線３０５へのねじりによる破壊や破断を防止することができる。
【００９２】
このようにして、固定ナット２１１を締め付けて圧力センサ３００を固定した後、ハウジング２０１をエンジンヘッド１にネジ結合して取り付け、次に、固定ナット２１１の上面にて、コネクティングバー２を端子ネジ２０４ａに取り付け、端子ナット２１２で固定する。こうして、上記図１に示す状態になる。
【００９３】
［燃焼圧センサ付きグロープラグにおける燃焼圧の検出メカニズム］
次に、本実施形態のグロープラグ１００における基本的な燃焼圧の検出メカニズムについて、上記図１、図２に加えて、図３も参照して説明する。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。
【００９４】
上記図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、エンジン装着後に所定の予荷重が負荷されるように、グロープラグ１００がエンジンヘッド１に装着されている。
【００９５】
エンジン始動時、コネクテイングバー２を介して電圧が印加され、中軸２０４、発熱コイル２０３、シース管２０２、ハウジング２０１、取付けネジ部２０１ｂを介してエンジンヘッド１にアースされる。
【００９６】
これにより、グロープラグ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の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。
【００９７】
第１の経路Ｒ１は、発熱体２０６に印加された燃焼圧が、発熱体２０６と接合されたハウジング２０１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自体は取付けネジ部２０１ｂによりエンジンヘッド１へ強固に拘束されている。
【００９８】
そのため、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。
【００９９】
一方、第２の経路Ｒ２は、発熱体２０６に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。
【０１００】
また、ハウジング２０１とシース管２０２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。
【０１０１】
この結果、第１の経路Ｒ１で発生するハウジング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る。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る。この変動に伴い、圧力センサ３００には、固定ナット２１１にて予め負荷されている予荷重が緩和される。
【０１０２】
こうして、圧力センサ３００に内蔵された圧電セラミックス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３０２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する。
【０１０３】
そして、この電気信号は、図２に示す電極３０１を介してシールド付き電線３０５の芯線３０５ａと、アースであるメタルケース３０３、プロテクションチューブ３０３ｂを介してアース線を兼用したシールド線３０５ｂとの問に出力される。
【０１０４】
この出力信号を、シールド付き電線３０５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できる。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。
【０１０５】
［検出波形の一例］
図４（ａ）及び（ｂ）は、図１に示したグロープラグ１００において、エンジン条件を１２００ｒｐｍ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、指圧計のエンジン出力波形（つまり基準筒内圧）とグロープラグ１００における圧力センサ３００の出力波形（実施形態）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。
【０１０６】
図４からわかる様に、本グロープラグ１００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応答性に優れていることがわかる。
【０１０７】
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が正確に測定できていることがわかる。つまり、ＳＮ比が小さく、ヒステリシスがほとんどなく応答性に優れた出力特性を実現できている。
【０１０８】
［本実施形態の効果等について］
このように、本実施形態において、中軸２０４を長くしても中軸２０４の振動により発生する出力ノイズが抑制され、安定した出力特性が得られるのは、中軸２０４のうち第１の固定部２０４ｍと第２の固定部２０４ｎとの間の部位の周囲に、本実施形態独自の構成として制振材２３０を新たに設けたことによる。
【０１０９】
従来の構成（図７参照）では、第１および第２の固定部２０４ｍ、２０４ｎの２点で中軸の固定保持がなされており、中軸２０４の長尺化に伴って発生する振動を抑制できなかった。
【０１１０】
しかし、本実施形態では、両固定部２０４ｍ、２０４ｎの間に制振材２３０を新たに設けることで、中軸２０４が長くなっても中軸２０４の支点間距離ｔを短くできる。図１の例では、支点間距離ｔは、制振材２３０と第２の固定部２０４ｎとの間の距離である。
【０１１１】
そのため、本実施形態では、中軸２０４が長くなっても、エンジン振動に起因する中軸２０４の共振周波数の低周波数帯への移行を防止し、且つ振動レベル自体の増大も抑制できる。
【０１１２】
そのため、圧力センサ３００に伝達される中軸２０４の機械振動が、機械振動ノイズとして燃焼圧信号に重畳して出力されても、ＳＮ比を従来レベルに維持することができる。その結果、本実施形態では、中軸２０４を長くしても中軸２０４の振動により発生する出力ノイズを抑制できるという効果が発揮されるのである。
【０１１３】
なお、中軸２０４の長尺化による中軸２０４の共振周波数の低周波数帯への移行の防止については、実用的には、５ｋＨｚ以下の低周波数帯に移行しなければよい。これは、燃焼圧の周波数帯域が約５ｋＨｚ以下であることから、それ以上の周波数の振動は、電気的にローパスフィルタ等を用いて、出力信号から排除しているためである。
【０１１４】
また、上述したように、制振材２３０の硬度は、デュロメータＡ１０以上デュロメータＤ９０以下であることが好ましい。これは、本発明者らの検討結果によるものである。制振材２３０の硬度がデュロメータＡ１０未満と軟らかすぎると、制振材２３０による中軸２０４の保持強度が低いため、制振材２３０自体も中軸２０４とともに振動する結果、中軸２０４の振動を抑制しにくくなる。
【０１１５】
一方、制振材２３０の硬度がデュロメータＤ９０より大きく硬すぎても振動抑制に対しては効果を発揮する。しかし、中軸２０４とハウジング２０１が制振材２３０により強固に固着した場合、燃焼圧に応じた軸方向の荷重がシース管２０２に印加されても、中軸２０４は制振材２３０によってハウジング２０１に拘束されているため、圧力センサ３００ヘの微小変位の伝達が阻害される。そのため、出力感度が激減し、結果的にはＳＮ比が悪化することとなる。
【０１１６】
ちなみに、制振材２３０の硬度が高くても強固に固着しなければ、すなわち中軸２０４と制振材２３０との間あるいはハウジング２０１と制振材２３０との間に微小な隙間をもたせれば、中軸２０４の微小変位の圧力センサ３００への伝達が阻害されないと考えられる。
【０１１７】
例えば、制振材２３０が保持された状態で、中軸２０４と制振材２３０との隙間を５０μ以下とすれば、中軸２０４の振動の抑制効果が得られると考えられるが、そのような微小な隙間を制御することは事実上困難と考えられる。
【０１１８】
実際に、制振材２３０の硬度を検討した例を図５に示す。図５は、制振材２３０の硬度とセンサ出力のノイズ比率との関係を調べた結果を示す図である。なお、ノイズ比率（％）は、上記図４（ａ）中の圧力センサ３００の出力波形におけるピーク高さ（センサ出力の波高値）ｈに対するノイズの振幅（センサ出力のノイズ幅）の比率であり、小さいほど良い。
【０１１９】
従来品すなわち中軸２０４の両固定部２０４ｍ、２０４ｎ間の距離が４０ｍｍ程度のグロープラグにおいては、図５中に示すように、ノイズ比率は４％程度であった。
【０１２０】
本検討例では、中軸２０４の両固定部２０４ｍ、２０４ｎ間の距離が８０ｍｍ程度のグロープラグについて、制振材２３０無しの場合、制振材２３０としてデュロメータＡ１０のシリコンゴム、デュロメータＡ５０のシリコンゴム、デュロメータＡ９０のシリコンゴム、デュロメータＤ９０のエポキシ樹脂をそれぞれ用いた場合について調べた。
【０１２１】
その結果、長尺化した中軸２０４に対して、制振材２３０の硬度がデュロメータＡ１０以上であれば、従来レベルのノイズ比率を維持できることが確認できた。なお、デュロメータＤ９０より硬度が大きい場合は、上記した理由から好ましくない。
【０１２２】
また、制振材２３０の配置位置は、中軸２０４における第１の固定部２０４ｍと第２の固定部２０４ｎとの間であれば、任意の位置に配置できる。ただし、第１の固定部（中軸におけるシース管への固定部）２０４ｍ、第２の固定部（中軸におけるハウジングへの固定部）２０４ｎ、制振材２３０の間の距離が、４０ｍｍ以下であることが好ましい。
【０１２３】
図１の例では、この距離は、制振材２３０と第２の固定部２０４ｎとの間の支点間距離ｔであり、この支点間距離ｔが４０ｍｍ以下となるように、制振材２３０を配置することが好ましい。これは、従来のグロープラグにおける支点間距離が４０ｍｍ程度であり、この従来品の場合、上記図５に示したように、実用レベルのノイズ比率となっていることによる。
【０１２４】
また、制振材２３０は複数個配置されていても良い。そのような変形例を図６に示す。図６は、本実施形態の変形例としての燃焼圧センサ付きグロープラグ１００の全体概略縦断面図である。
【０１２５】
中軸２０４における第１の固定部２０４ｍと第２の固定部２０４ｎとの間に複数個（図６では２個）の制振材２３０が配置されている。この場合も、上記した本実施形態の効果を発揮できることはもちろんである。
【０１２６】
また、この図６の例では、第１の固定部２０４ｍと下側の制振材２３０との距離ｔ１、下側の制振材２３０と上側の制振材２３０との距離ｔ２、上側の制振材２３０と第２の固定部２０４ｎとの距離ｔ３の各距離ｔ１〜ｔ３が支点間距離であり、これら支点間距離ｔ１〜ｔ３が４０ｍｍ以下であることが好ましい。この理由は、上記と同様である。
【０１２７】
なお、本発明は、長尺な直噴エンジン用グロープラグに限定されるものでは無く、効果としては小さいが従来品に適用させても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃焼圧センサ付きグロープラグの全体概略断面図である。
【図２】図１中の圧力センサの拡大断面図である。
【図３】燃焼圧の伝達経路を説明するための簡略モデルを示す図である。
【図４】上記実施形態による燃焼圧の検出波形の一例を示す図である。
【図５】制振材の硬度とセンサ出力のノイズ比率との関係を示す図である。
【図６】上記実施形態の変形例としての燃焼圧センサ付きグロープラグ全体概略断面図である。
【図７】一般的な燃焼圧センサ付きグロープラグの概略断面構成を示す図である。
【符号の説明】
１ａ…燃焼室、２０１…ハウジング、２０２…シース管、
２０３…発熱コイル、２０４…中軸、
２０４ｍ…中軸におけるシース管への固定部としての第１の固定部、
２０４ｎ…中軸におけるハウジングへの固定部としての第２の固定部、
２３０…制振材、３００…圧力センサ、ｔ、ｔ１、ｔ２、ｔ３…支点間距離。

Claims (4)

1. 一端側がエンジンの燃焼室（１ａ）側に位置するように前記エンジン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たパイプ部材（２０２）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）と、
   前記ハウジング内に収納されるとともに、一端側が前記パイプ部材に挿入されて前記発熱部材と電気的に導通されている金属製の中軸（２０４）と、
   前記エンジン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、
   前記中軸のうち前記パイプ部材に挿入された前記一端側の部位が前記パイプ部材に固定されるとともに、前記中軸の他端側の部位が前記ハウジングに固定されている燃焼圧センサ付きグロープラグにおいて、
   前記中軸のうち前記パイプ部材への固定部（２０４ｍ）と前記ハウジングへの固定部（２０４ｎ）との間の部位の周囲には、当該部位と前記ハウジングとの間に充填され前記中軸の振動を抑制するための制振材（２３０）が設けら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。
2. 前記中軸（２０４）における前記パイプ部材（２０２）への固定部（２０４ｍ）、前記中軸における前記ハウジング（２０１）への固定部（２０４ｎ）、および前記制振材（２３０）の間の距離（ｔ、ｔ１〜ｔ３）が、４０ｍｍ以下となるように、前記制振材が配置されてい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。
3. 前記制振材（２３０）の硬度は、デュロメータＡ１０以上デュロメータＤ９０以下であ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。
4. 前記制振材（２３０）は、ゴムまたは樹脂からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の燃焼圧センサ付きグロープラグ。

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