JP2005340069A - Spark plug with integrated sensor - Google Patents

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Hiroki Hiramatsu
浩己 平松
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spark plug with an integrated sensor, of which, freedom of selecting a combustion state detection sensor is heightened, prevented from dielectric breakdown. <P>SOLUTION: The spark plug comprises a main metal fitting 12; an insulator 13 having an electrode insertion hole 13a penetrated from a top end face to a base end face and a sensor housing hole 13b housing a sensor 15, held by the main metal fitting 12; a central electrode 14 inserted into the electrode insertion hole 13a; a grounding electrode 20, of which, one end part is connected to the main metal fitting 12 and the other end part is facing the central electrode 14; and a sensor 15 inserted into the sensor housing hole 13b. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

自動車等の内燃機関のスパークプラグに、内燃機関の燃焼室内における燃焼状態を検出するセンサを備えたセンサ一体型スパークプラグに関する。   The present invention relates to a sensor-integrated spark plug having a sensor for detecting a combustion state in a combustion chamber of an internal combustion engine in a spark plug of an internal combustion engine such as an automobile.

近年の自動車では、内燃機関の燃焼室内における燃焼状態を検出するセンサ(以下、「燃焼状態検出センサ」という。)を利用して内燃機関の空燃比、点火時期、EGR(排気ガス還流)量を求めて、内燃機関の燃焼制御を行うことが試みられている。   In recent automobiles, the air-fuel ratio, ignition timing, and EGR (exhaust gas recirculation) amount of the internal combustion engine are measured by using a sensor (hereinafter referred to as “combustion state detection sensor”) that detects the combustion state in the combustion chamber of the internal combustion engine. Accordingly, attempts have been made to control the combustion of an internal combustion engine.

このような燃焼状態検出センサの一例としては、燃焼室の圧力を検出する圧力センサがある。そして、この圧力センサは、シリンダヘッドに形成されたセンサ取付孔に挿入されて、その先端が燃焼室に曝されるように設置される。ところが、シリンダヘッドのセンサ取付孔周辺はスパークプラグやその他内燃機関の構造部品が多数配置されており、燃焼状態検出センサの取付スペースは極めて制限される。   An example of such a combustion state detection sensor is a pressure sensor that detects the pressure in the combustion chamber. And this pressure sensor is inserted in the sensor attachment hole formed in the cylinder head, and it installs so that the front-end | tip may be exposed to a combustion chamber. However, a lot of spark plugs and other structural parts of the internal combustion engine are arranged around the sensor mounting hole of the cylinder head, and the mounting space for the combustion state detection sensor is extremely limited.

そこで、圧力センサとスパークプラグを一体化したものが提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2)。
実開昭62−126092号公報 米国特許公報第6094990号
Therefore, an integrated pressure sensor and spark plug has been proposed (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
Japanese Utility Model Publication No. 62-126092 US Pat. No. 6,094,990

前述の特許文献1に記載のセンサ一体型スパークプラグは、主体金具の先端側から基端側に貫通するセンサ取付孔を設け、この貫通穴にセンサが配置されている。   The sensor-integrated spark plug described in Patent Document 1 described above is provided with a sensor mounting hole penetrating from the distal end side to the proximal end side of the metal shell, and the sensor is disposed in the through hole.

しかしながら、特許文献1に記載の構造では、主体金具の肉厚が充分ではないために極小径のセンサ取付孔しか形成することができず、適用できる燃焼状態検出センサが限定される。   However, in the structure described in Patent Document 1, since the metal shell is not sufficiently thick, only a sensor mounting hole having a very small diameter can be formed, and applicable combustion state detection sensors are limited.

また、前述の特許文献2に記載のセンサ一体型スパークプラグは、絶縁碍子に一部、中心軸と同軸ないしは平行に貫通穴を設け、この貫通穴にセンサを配置している。   In the sensor-integrated spark plug described in Patent Document 2, a part of the insulator is provided with a through hole coaxially or parallel to the central axis, and the sensor is disposed in the through hole.

しかしながら、特許文献2に記載の構造では、中心電極の設置スペースを充分に確保することができず、中心電極の導電線が絶縁碍子の側周面から取り出されており、主体金具と導電線との距離が短くなっている。このため、中心電極に高電圧を印加した際に絶縁を保つことができず、主体金具と導電線間で絶縁破壊が生じるおそれがある。   However, in the structure described in Patent Document 2, a sufficient installation space for the center electrode cannot be secured, and the conductive wire of the center electrode is taken out from the side peripheral surface of the insulator, and the metal shell, the conductive wire, The distance is shortened. For this reason, insulation cannot be maintained when a high voltage is applied to the center electrode, and there is a possibility that dielectric breakdown may occur between the metal shell and the conductive wire.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、燃焼状態検出センサの選択自由度を高めるとともに、絶縁破壊を防止するセンサ一体型スパークプラグを提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a sensor-integrated spark plug that increases the degree of freedom in selecting a combustion state detection sensor and prevents dielectric breakdown.

請求項1の発明は、主体金具と、前記主体金具に保持され、先端面から基端面に貫通する電極保持孔およびセンサを収納するセンサ収納孔とを有する絶縁碍子と、前記電極保持孔に配置された中心電極と、一端部が前記主体金具に接合され他端部が前記中心電極と対向する接地電極と、前記センサ収納孔に配置されたセンサとを備えたことを特徴とするセンサ一体型スパークプラグである。   According to the first aspect of the present invention, an insulator having a metal shell, an electrode holding hole that is held by the metal shell and penetrates from the front end surface to the base end surface, and a sensor storage hole that stores the sensor, and the electrode holding hole are disposed. A sensor-integrated type comprising: a center electrode formed; a ground electrode having one end joined to the metal shell and the other end facing the center electrode; and a sensor disposed in the sensor housing hole. It is a spark plug.

このように、絶縁碍子に設けた先端面から基端面に貫通する電極保持孔に中心電極を配置することにより、主体金具と中心電極との間の絶縁距離を充分確保できるため、絶縁破壊を抑制できる。また、絶縁碍子内にセンサ収納孔を設けてセンサを配置する構成とすることで、主体金具内にセンサを配置する構成と比較して大径のセンサ収納孔を形成することができ、センサの選択自由度が高まる。   In this way, by disposing the center electrode in the electrode holding hole penetrating from the front end surface to the base end surface provided on the insulator, a sufficient insulation distance between the metal shell and the center electrode can be secured, thereby suppressing dielectric breakdown. it can. Further, by providing a sensor housing hole in the insulator and arranging the sensor, it is possible to form a sensor housing hole having a larger diameter compared to the configuration in which the sensor is arranged in the metal shell. Increased freedom of choice.

請求項2の発明は、前記センサは、圧力センサであることを特徴とするセンサ一体型スパークプラグである。   The invention according to claim 2 is the sensor-integrated spark plug, wherein the sensor is a pressure sensor.

このように、圧力センサを用いることで、内燃機関の燃焼室内における圧力を検出することができ、燃焼状態を確認することができる。   Thus, by using the pressure sensor, the pressure in the combustion chamber of the internal combustion engine can be detected, and the combustion state can be confirmed.

請求項3の発明は、前記センサは光学式圧力センサであることを特徴とするセンサ一体型スパークプラグである。   A third aspect of the present invention is the sensor-integrated spark plug, wherein the sensor is an optical pressure sensor.

このように、光学式圧力センサを用いることで、ノイズの影響を受け難く高精度の検出が可能となる。   As described above, by using the optical pressure sensor, it is difficult to be affected by noise, and high-precision detection is possible.

請求項4の発明は、前記センサ収納孔は、前記絶縁碍子の先端面に開口していることを特徴とするセンサ一体型スパークプラグである。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the sensor-integrated spark plug, wherein the sensor housing hole is opened at a distal end surface of the insulator.

このように、センサ収納孔が絶縁碍子の先端面に開口する構成とすることで、センサが直接燃焼室に曝されるように配置できるため、燃焼室内の燃焼状態をさらに正確に検出することができる。   Thus, since the sensor housing hole is configured to open to the tip surface of the insulator, the sensor can be disposed so as to be directly exposed to the combustion chamber, so that the combustion state in the combustion chamber can be detected more accurately. it can.

請求項5の発明は、前記センサ収納孔は、前記絶縁碍子の先端面から基端面に貫通する貫通穴であること特徴とするセンサ一体型スパークプラグである。   A fifth aspect of the present invention is the sensor-integrated spark plug, wherein the sensor housing hole is a through-hole penetrating from the distal end surface to the proximal end surface of the insulator.

このように、絶縁碍子の先端面から基端面に貫通する貫通孔にセンサを配置することで、絶縁碍子の先端側に配置したセンサから延びる信号ケーブルを、絶縁碍子の基端側から取り出すことができ、センサ一体型スパークプラグの構造を簡素にすることができる。   Thus, by arranging the sensor in the through-hole penetrating from the distal end surface of the insulator to the proximal end surface, the signal cable extending from the sensor disposed on the distal end side of the insulator can be taken out from the proximal end side of the insulator. In addition, the structure of the sensor-integrated spark plug can be simplified.

請求項6の発明は、前記電極保持孔と前記センサ収納孔は、互いに平行に配置されていることを特徴とするセンサ一体型スパークプラグである。   The invention according to claim 6 is the sensor-integrated spark plug, wherein the electrode holding hole and the sensor housing hole are arranged in parallel to each other.

このように、電極保持孔とセンサ収納孔を互いに平行に配置することで、絶縁碍子の成形を容易にできる。   Thus, by arranging the electrode holding hole and the sensor housing hole in parallel with each other, the insulator can be easily formed.

請求項7の発明は、前記中心電極と導通する端子と、前記センサに接続されるコネクタとを有し、前記絶縁碍子の基端側に着脱自在に配置されたジョイントを備えたことを特徴とするセンサ一体型スパークプラグである。   The invention of claim 7 is characterized in that it has a terminal electrically connected to the center electrode and a connector connected to the sensor, and includes a joint detachably disposed on the base end side of the insulator. This is a sensor integrated spark plug.

このように、中心電極と導通する端子と、前記センサに接続されるコネクタとを有し、前記絶縁碍子の基端側に着脱自在に配置されたジョイントを備えることで、主体金具を内燃機関に取り付けた後、ジョイントをはめ込むことができ、センサ一体型スパークプラグの取り付けを容易となる。   As described above, the metal shell is attached to the internal combustion engine by including a joint electrically connected to the center electrode and a connector connected to the sensor and detachably disposed on the base end side of the insulator. After the attachment, the joint can be fitted and the sensor-integrated spark plug can be easily attached.

(第1実施形態)
以下、本発明を図1に示す第1実施形態について説明する。図1は本発明の第1実施形態に係るセンサ一体型スパークプラグ1の全体構成を示す断面図である。
(First embodiment)
Hereinafter, the first embodiment shown in FIG. 1 will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of a sensor-integrated spark plug 1 according to a first embodiment of the present invention.

センサ一体型スパークプラグは、エンジンの燃焼室に火花放電を行うスパークプラグと、このスパークプラグに装着されたセンサとをスパークプラグに組み込んだものであり、以下詳細に構造を説明する。   The sensor-integrated spark plug is a spark plug in which a spark plug that performs spark discharge in a combustion chamber of an engine and a sensor attached to the spark plug are incorporated in the spark plug, and the structure will be described in detail below.

なお、本明細書では、センサ一体型スパークプラグ1の軸線方向において接地電極20を設けた側を「先端側」、これと反対側を「基端側」として説明を行う。   In the present specification, the side where the ground electrode 20 is provided in the axial direction of the sensor-integrated spark plug 1 will be described as the “front end side” and the opposite side as the “base end side”.

センサ一体型スパークプラグ1は、主体金具12と、主体金具12に保持され、先端面から基端面に貫通する電極保持孔13aおよびセンサ15を収納するセンサ収納孔13bとを有する絶縁碍子13と、電極保持孔13aに配置された中心電極14と、一端部が主体金具12に接合され他端部が中心電極14と対向する接地電極20と、センサ収納孔13bに配置されたセンサ15と、絶縁碍子13の基端部を覆うジョイント16とを有する。   The sensor-integrated spark plug 1 includes a metal shell 12, an insulator 13 having a metal shell 12, an electrode holding hole 13 a that is held by the metal shell 12 and penetrates from the distal end surface to the base end surface, and a sensor housing hole 13 b that houses the sensor 15; Insulating the center electrode 14 disposed in the electrode holding hole 13a, the ground electrode 20 having one end joined to the metal shell 12 and the other end facing the center electrode 14, and the sensor 15 disposed in the sensor housing hole 13b. And a joint 16 that covers the base end of the insulator 13.

主体金具12は、円筒状であり、その外径に内燃機関の燃焼室に取り付けるための雄ねじ12bを備えている。   The metal shell 12 has a cylindrical shape and includes an external thread 12b attached to the combustion chamber of the internal combustion engine on the outer diameter thereof.

主体金具12の内部には、アルミナセラミック(Al23)等からなる絶縁碍子13が保持されている。絶縁碍子13には、センサ一体型スパークプラグ1の中心軸からずれた位置に、先端面から基端面に貫通し、電極保持孔13aが設けられている。また、センサ15を配置しているセンサ収納孔13bが設けられている。このセンサ収納孔13bは、円筒状で、絶縁碍子13の先端側13cから基端側13dに貫通し、スパークプラグ1の中心軸からずれた位置に設けられている。中心電極14を配置された電極保持孔13aと並列に配置しており、一端は絶縁碍子13の先端面13cにあり、他端は絶縁碍子13の基端面13dにある。また、電極保持孔13aとセンサ収納孔13bの間は、肉厚は1mm以上間隔がある。これは、センサ収納穴に金属部品を用いたセンサを用いた場合に、碍子の肉厚が確保できないと、碍子が絶縁破壊を起こしプラグ機能に障害が発生するためである。 An insulator 13 made of alumina ceramic (Al 2 O 3 ) or the like is held inside the metal shell 12. The insulator 13 is provided with an electrode holding hole 13a penetrating from the distal end surface to the proximal end surface at a position shifted from the center axis of the sensor-integrated spark plug 1. Further, a sensor accommodation hole 13b in which the sensor 15 is arranged is provided. The sensor housing hole 13b is cylindrical and penetrates from the distal end side 13c of the insulator 13 to the proximal end side 13d, and is provided at a position shifted from the center axis of the spark plug 1. The center electrode 14 is arranged in parallel with the electrode holding hole 13 a where one end is on the distal end surface 13 c of the insulator 13 and the other end is on the proximal end surface 13 d of the insulator 13. Further, the wall thickness is 1 mm or more between the electrode holding hole 13a and the sensor housing hole 13b. This is because when a sensor using a metal part is used for the sensor housing hole, if the thickness of the insulator cannot be secured, the insulator causes dielectric breakdown and a failure occurs in the plug function.

電極保持孔13aの内部には、先端側から中心電極14と、両端に導電性のガラスシール部材41を接合した抵抗材料を溶着させてなる抵抗体42と、中軸43とを配置している。中軸43の基端部は、コイルスプリング44を介して、導電線17と接続しており、この導電線17より中心電極14に電圧を供給している。また、この導電線17は、絶縁樹脂からなる高圧ケーブル18に覆われている。   Inside the electrode holding hole 13a, a center electrode 14 from the front end side, a resistor 42 formed by welding a resistive material having a conductive glass seal member 41 bonded to both ends, and a central shaft 43 are disposed. A proximal end portion of the middle shaft 43 is connected to the conductive wire 17 via a coil spring 44, and a voltage is supplied from the conductive wire 17 to the center electrode 14. The conductive wire 17 is covered with a high voltage cable 18 made of an insulating resin.

中心電極14は、内材が銅で構成され、外材がNi基合金によって構成された円柱体でなり、その先端部が絶縁碍子3の下端から突出するように設けられている。中心電極14の先端部の平坦面14aには、貴金属チップ14bが設けられている。   The center electrode 14 is a cylindrical body whose inner material is made of copper and whose outer material is made of a Ni-based alloy. The center electrode 14 is provided so that its tip protrudes from the lower end of the insulator 3. A noble metal tip 14 b is provided on the flat surface 14 a at the tip of the center electrode 14.

抵抗体42およびガラスシール部材41によって中軸43と中心電極14とが加熱溶着され、電気的に導通接続されるようになる。   The middle shaft 43 and the center electrode 14 are heated and welded by the resistor 42 and the glass seal member 41 so as to be electrically connected.

図2に示すように、センサ15は、光の強度により、圧力を測定する光学式圧力センサであり、光ファイバ部である光ファイバ51と、センサ部である反射フィルタ52と選択透過フィルタ53とダイアフラム54と図示しない異なる3つの波長の光を発射する発光体と光検出器で構成されている。センサ収納孔13bの内部を基端側から先端側に向け、光ファイバ51が挿通しており、光ファイバ固定材56を介して、絶縁碍子13と接合している。光ファイバ51の先端側開口部には、先端側から選択透過フィルタ53、反射フィルタ52の順で全周接合されている。絶縁碍子13のセンサ収納孔13bの先端面と反射フィルタが全周接合している光ファイバ51の先端面の間には、隙間があり、絶縁碍子13のセンサ収納孔13bの先端面には、ダイアフラム54が、端面を全周接合されている。このダイアフラム54により、燃焼室内と第2の穴13b内との気密を保持している。光ファイバ51の基端部は、ジョイント16に挿通しており、図示しない発光体と光検出器につながっている。   As shown in FIG. 2, the sensor 15 is an optical pressure sensor that measures pressure based on the intensity of light, and includes an optical fiber 51 that is an optical fiber part, a reflection filter 52 that is a sensor part, and a selective transmission filter 53. It comprises a diaphragm 54, a light emitter that emits light of three different wavelengths (not shown), and a photodetector. The optical fiber 51 is inserted through the inside of the sensor housing hole 13b from the base end side to the tip end side, and is joined to the insulator 13 via the optical fiber fixing member 56. The selective permeation filter 53 and the reflection filter 52 are joined to the opening on the distal end side of the optical fiber 51 in this order from the distal end side. There is a gap between the distal end surface of the sensor housing hole 13b of the insulator 13 and the distal end surface of the optical fiber 51 where the reflection filter is joined all around, and the distal end surface of the sensor housing hole 13b of the insulator 13 is The diaphragm 54 is joined all around the end face. By this diaphragm 54, airtightness between the combustion chamber and the second hole 13b is maintained. The proximal end portion of the optical fiber 51 is inserted through the joint 16 and is connected to a light emitter and a photodetector (not shown).

光ファイバ51は、光ファイバ束を耐熱性の充填材により断熱保持している。この充填材は、シリコン系、金属粉含有のセラミックなどの耐熱性を備えたものである。   In the optical fiber 51, the optical fiber bundle is insulated and held by a heat-resistant filler. This filler has heat resistance such as silicon-based or metal powder-containing ceramic.

反射フィルタ52と選択透過フィルタ53は、誘電体材料、例えば二酸化チタンおよび二酸化シリコンの多数の層を有している。   The reflective filter 52 and the selective transmission filter 53 have multiple layers of dielectric materials, such as titanium dioxide and silicon dioxide.

ダイアフラム54は、高精度に肉厚、平面度が管理されて作製された薄い金属製の板である。   The diaphragm 54 is a thin metal plate that is manufactured with high-precision wall thickness and flatness.

発光体は、レーザー好ましくは、LEDを用いる。   The light emitter is a laser, preferably an LED.

ジョイント16は、樹脂等からなり、円柱状で、先端側から大径部と小径部からなり、電力を供給する高電圧ケーブル18が挿通される貫通穴16aと、センサ信号を伝達する信号ケーブル19が挿通される貫通穴16bと、絶縁碍子13の基端部を挿入する円柱状の穴16cを有している。貫通穴16aと貫通穴16bは、並列で、ジョイント16の中心軸からずれている。   The joint 16 is made of resin or the like, is cylindrical, has a large diameter portion and a small diameter portion from the front end side, a through hole 16a through which a high voltage cable 18 for supplying power is inserted, and a signal cable 19 that transmits a sensor signal. Through hole 16b and a cylindrical hole 16c into which the base end of the insulator 13 is inserted. The through hole 16 a and the through hole 16 b are parallel to each other and are offset from the central axis of the joint 16.

次に、本発明のセンサ一体型スパークプラグ1の作動について以下に説明する。センサ一体型スパークプラグ1は、周知の燃焼機関のシリンダヘッドに装着されており、中心電極に高電圧が印加されると、中心電極と接地電極の間で火花放電を生じ、圧縮された混合気に点火し、燃焼させる。この燃焼による燃焼室内の圧力変化により、ダイアフラム54が湾曲する。また、この圧力変化を測定するために、発光体から照射され、光ファイバを通り、反射フィルタ52と透過フィルタ53を通過した波長λ1の光を湾曲したダイアフラム54に照射する。尚、波長λ1の光は、反射フィルタ52と透過フィルタ53を透過する波長域である。照射した光は、図3に示すように、入射角に依存して、光ファイバ51内に反射して戻ってくる光A、または光ファイバ51外に反射する光Bに分かれ、光ファイバ51内を反射して返ってくる光の強度が照射した光と異なる。また、圧力変化によってダイアフラム54の湾曲の度合いが異なるため、ダイアフラム54への入射角が変化し、光ファイバ51内を反射して返ってくる光信号の強度が変化する。この強度の変化量により、圧力値を測定する。   Next, the operation of the sensor-integrated spark plug 1 of the present invention will be described below. The sensor-integrated spark plug 1 is attached to a cylinder head of a well-known combustion engine. When a high voltage is applied to the center electrode, a spark discharge is generated between the center electrode and the ground electrode, thereby compressing the air-fuel mixture. Ignite and burn. Due to the pressure change in the combustion chamber due to this combustion, the diaphragm 54 is bent. Further, in order to measure this pressure change, the curved diaphragm 54 is irradiated with light having a wavelength λ 1 that is irradiated from the light emitter, passes through the optical fiber, and passes through the reflection filter 52 and the transmission filter 53. In addition, the light of wavelength λ1 is a wavelength region that transmits through the reflection filter 52 and the transmission filter 53. As shown in FIG. 3, the irradiated light is divided into light A that is reflected back into the optical fiber 51 or light B that is reflected outside the optical fiber 51 depending on the incident angle. The intensity of the light that returns after being reflected differs from the irradiated light. In addition, since the degree of curvature of the diaphragm 54 varies depending on the pressure change, the incident angle to the diaphragm 54 changes, and the intensity of the optical signal reflected back from the optical fiber 51 changes. The pressure value is measured by the amount of change in intensity.

尚、波長λ1の光は、反射フィルタ52と透過フィルタ53を透過する波長域である。   In addition, the light of wavelength λ1 is a wavelength region that transmits through the reflection filter 52 and the transmission filter 53.

また、光源の出力差、光ファイバ間の変動や曲がり等の起因により、光ファイバ内を通過する際での光強度の減少等の補正を行うために、補正用の波長λ2の光を照射する。この波長λ2の光に対して反射的である反射フィルタ52により反射されて返ってくる光の強度を測定し、照射した光の強度との変化量が光ファイバ内を透過する際の光強度の減少分となる。この減少分を圧力測定用の波長λ1の光に追加し、圧力を算出する。   In addition, in order to correct the decrease in light intensity when passing through the optical fiber due to the output difference of the light source, fluctuation between optical fibers, bending, etc., the light of the wavelength λ2 for correction is irradiated. . The intensity of the light that is reflected and returned by the reflection filter 52 that is reflective to the light of wavelength λ2 is measured, and the amount of change from the intensity of the irradiated light is the light intensity when transmitted through the optical fiber. Decrease. This decrease is added to the light of wavelength λ1 for pressure measurement, and the pressure is calculated.

さらに、温度の変動による、センサの精度の劣化を防止するため、温度補正を行う。これは、燃焼室内に接しているダイアフラム54は、極端な高温にさらされるため、機械的性質、主にヤング率を変化させ、その結果温度によりたわみが生じる。このたわみにより、反射する光の強度が変化し、結果センサの精度を低減させる。そこで、温度による影響を補正するために、波長λ3の光を照射する。この光は、選択透過フィルタ53により一部は遮断され、その他は透過される。選択透過フィルタ53は、温度により遮断する波長域が異なるものを使用する。そのため、反射して返ってくる光の強度を測定することにより、温度を検出する。圧力出力を、ダイアフラムの撓み、圧力、温度の間の基本関係から得られる計算アルゴリズムを使用して温度補正を行うことができる。   Furthermore, temperature correction is performed in order to prevent deterioration in sensor accuracy due to temperature fluctuations. This is because the diaphragm 54 in contact with the combustion chamber is exposed to an extremely high temperature, so that the mechanical properties, mainly the Young's modulus, change, and as a result, deflection occurs due to the temperature. This deflection changes the intensity of the reflected light, reducing the accuracy of the resulting sensor. Therefore, in order to correct the influence of temperature, the light of wavelength λ3 is irradiated. This light is partially blocked by the selective transmission filter 53 and the other is transmitted. As the selective transmission filter 53, a filter having a different wavelength range depending on the temperature is used. Therefore, the temperature is detected by measuring the intensity of the light reflected and returned. The pressure output can be temperature compensated using a calculation algorithm derived from the basic relationship between diaphragm deflection, pressure, and temperature.

これらの補正により、燃料室内の圧力値を検出し、フィードバック制御に伝達する。   With these corrections, the pressure value in the fuel chamber is detected and transmitted to feedback control.

以上のことから、光学式圧力センサを用いた場合、他のセンサと比較して、ノイズなどの影響を受けることが少なく、正確に燃焼室内の圧力値を検出するため、優れた制御を行うことができる。また、耐久性の高い部材を光ファイバとして用いることにより耐久性の優れたセンサ一体型スパークプラグを得ることができる。   From the above, when an optical pressure sensor is used, it is less affected by noise, etc. compared to other sensors, and performs excellent control to accurately detect the pressure value in the combustion chamber. Can do. In addition, a sensor-integrated spark plug having excellent durability can be obtained by using a highly durable member as an optical fiber.

(第2実施形態)
本実施形態は、図4に示すごとく、第1実施形態におけるセンサのジョイント16と絶縁碍子13、コイルスプリング44と中軸43、光ファイバ51とジョイント16が分離する。これにより、ジョイント16部が、脱着可能な構造である。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the sensor joint 16 and the insulator 13, the coil spring 44 and the central shaft 43, and the optical fiber 51 and the joint 16 in the first embodiment are separated. Thereby, the joint 16 part is a detachable structure.

その他の構造は、第1実施形態と同様である。   Other structures are the same as those of the first embodiment.

ジョイント16を脱着可能にすることにより、センサ一体型スパークプラグ1を燃焼室のシリンダヘッドの取付孔にねじ結合により取り付ける場合に、高電圧ケーブル18と信号ケーブル19の両方が接続されているため、非常に困難だからである。このため、ジョイント16をはずし、高電圧ケーブル18がつながっていないセンサ一体型スパークプラグ1を燃焼室に取り付けた後、高電圧ケーブル18がつながったジョイント16を装着することで、取り付けが容易になる。   By making the joint 16 detachable, both the high-voltage cable 18 and the signal cable 19 are connected when the sensor-integrated spark plug 1 is attached to the cylinder head attachment hole of the combustion chamber by screw connection. Because it is very difficult. Therefore, after the joint 16 is removed and the sensor-integrated spark plug 1 that is not connected to the high voltage cable 18 is attached to the combustion chamber, the joint 16 that is connected to the high voltage cable 18 is attached. .

また、ジョイント16の脱着を可能にした場合は、絶縁碍子13を基端側から見た図5に示すように、絶縁碍子13の基端側にスリット21を設けることにより、より搭載性が高くなる。これは、絶縁碍子13には第1貫通穴と第2の穴があるため、ジョイント16の装着位置がわかりにくい。そのため、スリット21を設けることにより、ジョイント16を装着する位置を確認することができるためである。   Further, when the joint 16 can be attached and detached, as shown in FIG. 5 when the insulator 13 is viewed from the base end side, by providing the slit 21 on the base end side of the insulator 13, the mountability is higher. Become. This is because the insulator 13 has the first through hole and the second hole, so that the mounting position of the joint 16 is difficult to understand. Therefore, by providing the slit 21, the position where the joint 16 is mounted can be confirmed.

(第3実施形態)
本実施形態は、図6に示すごとく、第1実施形態におけるセンサの代わりに、絶縁碍子13に設けられたセンサ格納孔13bの内部に圧電センサ120を挿入しており、絶縁碍子13の外周に輪状のリングターミナル114を設け、このリングターミナル114と圧電センサ120と接合しているケーブル113とをコネクタ111、112を介して接合している。また、ジョイント16の内径側にも輪状のリングターミナル115を設けており、このリングターミナル115とジョイント16内部に内蔵しているセンサ信号引き出し線116が接合している。
(Third embodiment)
In this embodiment, as shown in FIG. 6, instead of the sensor in the first embodiment, the piezoelectric sensor 120 is inserted into the sensor storage hole 13 b provided in the insulator 13, and the outer periphery of the insulator 13 is inserted. A ring-shaped ring terminal 114 is provided, and the ring terminal 114 and the cable 113 joined to the piezoelectric sensor 120 are joined via connectors 111 and 112. A ring-shaped ring terminal 115 is also provided on the inner diameter side of the joint 16, and the ring terminal 115 and the sensor signal lead wire 116 built in the joint 16 are joined.

圧電センサ120は、燃焼圧力を受けそれを伝達するダイアフラム121、ロッド122、半球部123と、圧力を電圧に変換する圧電素子124の2つの部位から構成されている。   The piezoelectric sensor 120 includes two parts: a diaphragm 121 that receives and transmits combustion pressure, a rod 122, a hemispherical part 123, and a piezoelectric element 124 that converts pressure into voltage.

その他の構造は、第1実施形態と同様である。   Other structures are the same as those of the first embodiment.

燃焼室内の圧力変動により、第1実施形態同様にダイアフラム121が湾曲する。この湾曲により、ロッド122、半球部123に力が加わる。この力が圧電素子124に伝わり、電圧を発生させる。この電圧は、圧電素子124に接合している電線125を伝わり、コネクタ111、112を介してリングターミナル114に伝わる。絶縁碍子13の外周のリングターミナル114とジョイント16の内径側のリングターミナル115が接触することで通電させ、リングターミナル115に接合しているセンサ信号引き出し線116より図示しない制御装置に電圧を送信する。この電圧により、燃焼室内の圧力を検出する。   Due to the pressure fluctuation in the combustion chamber, the diaphragm 121 is curved as in the first embodiment. Due to this bending, force is applied to the rod 122 and the hemispherical portion 123. This force is transmitted to the piezoelectric element 124 to generate a voltage. This voltage is transmitted through the electric wire 125 joined to the piezoelectric element 124, and is transmitted to the ring terminal 114 via the connectors 111 and 112. The ring terminal 114 on the outer periphery of the insulator 13 and the ring terminal 115 on the inner diameter side of the joint 16 are brought into contact with each other, and a voltage is transmitted to a control device (not shown) from the sensor signal lead wire 116 joined to the ring terminal 115. . The pressure in the combustion chamber is detected by this voltage.

また、本実施形態では、絶縁碍子13の基端側でジョイント16とつなぐのは、中心電極のみでよい。中軸43の基端側43aは、図7に示すように、円盤状であり、絶縁碍子13の基端面と中心軸が同じで、絶縁碍子13の基端面と接合している。これにより、ジョイント16を装着する際に、周方向の装着位置を決めなくても、コイルスプリング44と中軸43aが接触するため、電圧を給電することが可能になる。よって、ジョイント16の周方向の装着位置を決める必要が無くなり、搭載性が高まる。   In the present embodiment, only the center electrode may be connected to the joint 16 on the base end side of the insulator 13. As shown in FIG. 7, the base end side 43 a of the middle shaft 43 has a disk shape, has the same central axis as the base end surface of the insulator 13, and is joined to the base end surface of the insulator 13. Accordingly, when the joint 16 is mounted, the coil spring 44 and the central shaft 43a are in contact with each other without determining the mounting position in the circumferential direction, so that voltage can be supplied. Therefore, it is not necessary to determine the mounting position of the joint 16 in the circumferential direction, and the mountability is improved.

(第4実施形態)
本実施形態は、図8に示すごとく、第1実施形態のセンサ一体型スパークプラグ1において、光ファイバ51は絶縁碍子13の基端部で、光ファイバコネクタ131を介して、ジョイント16に挿通している信号ケーブル19に接合しており、信号ケーブルは発光体と光検出器につながっている。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, in the sensor-integrated spark plug 1 according to the first embodiment, the optical fiber 51 is inserted into the joint 16 through the optical fiber connector 131 at the base end portion of the insulator 13. The signal cable is connected to the light emitter and the photodetector.

光ファイバコネクタ131は、光ファイバと光ファイバとを着脱可能に接続する部品であり、光ファイバが挿入されたフェルールという円筒形のジルコニアセラミックスが内蔵したプラグと、このフェルール同士が位置を整え曲がらないようにつなぐために位置調整スリットがつけられたスリープと呼ばれる部品を内蔵したアダプタとで構成されている。アダプタに両側からプラグを差し込むことにより、プラグに内蔵したフェルール同士がスリープにより位置決めされ、フェルール同士がつながることにより、光ファイバを接続ものである。   The optical fiber connector 131 is a component that detachably connects the optical fiber and the optical fiber connector 131. A plug containing a cylindrical zirconia ceramic called a ferrule into which the optical fiber is inserted, and the ferrule are aligned and do not bend. In order to connect them, it is composed of an adapter with a built-in component called a sleep with a position adjustment slit. By inserting the plug from both sides into the adapter, the ferrules built in the plug are positioned by the sleep, and the ferrules are connected to connect the optical fibers.

その他の構造は、第1実施形態と同様である。   Other structures are the same as those of the first embodiment.

光ファイバコネクタ131により、絶縁碍子13の基端部で光ファイバ51を分離することができるため、さらに容易にジョイント16と絶縁碍子13を分離することが可能である。また、燃焼室への装着時に、ジョイント16に光ファイバ51を挿通する手間が省け、搭載性が高まる。   Since the optical fiber 51 can be separated at the base end portion of the insulator 13 by the optical fiber connector 131, the joint 16 and the insulator 13 can be further easily separated. In addition, when mounting in the combustion chamber, the trouble of inserting the optical fiber 51 into the joint 16 can be saved, and the mountability is improved.

(第5実施形態)
本実施形態は、図9に示すごとく、ジョイント16と絶縁碍子13を一体化し、図10に示すように、ジョイント16の外径は、主体金具12の係合部12aの内接円の直径より小さい。
(Fifth embodiment)
In this embodiment, as shown in FIG. 9, the joint 16 and the insulator 13 are integrated, and as shown in FIG. 10, the outer diameter of the joint 16 is larger than the diameter of the inscribed circle of the engaging portion 12 a of the metal shell 12. small.

その他の構造は、第1実施形態と同様である。   Other structures are the same as those of the first embodiment.

スパークプラグは、車両へ搭載する際に、燃焼室のスパークプラグ取り付け位置にねじ締めで取り付けを行う。この際、工具内部にスパークプラグを挿入し取付けを行うが、主体金具12の係合部12aの内接円の直径より、ジョイント16の外径が大きい場合、工具の内部にセンサ一体型スパークプラグ1が入らなくなり、取り付けが困難になる。そのため、ジョイント16の外径は、主体金具12の係合部12aの内接円の直径より小さくし、工具内に挿入できるようにした。   When the spark plug is mounted on a vehicle, the spark plug is attached to the spark plug mounting position of the combustion chamber by screwing. At this time, the spark plug is inserted into the tool for attachment. If the outer diameter of the joint 16 is larger than the diameter of the inscribed circle of the engaging portion 12a of the metal shell 12, the sensor-integrated spark plug is inserted into the tool. 1 will not enter, making installation difficult. Therefore, the outer diameter of the joint 16 is made smaller than the diameter of the inscribed circle of the engaging portion 12a of the metal shell 12, so that it can be inserted into the tool.

(その他の実施形態)
センサとして、光ファイバセンサ以外に、燃焼光センサや圧電センサや半導体センサを用いることができる。
(Other embodiments)
In addition to the optical fiber sensor, a combustion light sensor, a piezoelectric sensor, or a semiconductor sensor can be used as the sensor.

燃焼光センサとは、燃焼室内の燃焼光の明暗を捕らえ、これを電気信号に変換させる方式を用いたものである。この燃焼光センサは、光ファイバセンサと同様に計測精度や耐久性に優れている。   The combustion light sensor uses a method of capturing the brightness and darkness of the combustion light in the combustion chamber and converting it into an electrical signal. This combustion light sensor is excellent in measurement accuracy and durability like the optical fiber sensor.

圧電センサとは、圧電素子を用いており、圧電素子に加わる圧力により生じる電圧を測定することにより、燃焼室内の圧力変化を検知することができる。   The piezoelectric sensor uses a piezoelectric element, and can detect a pressure change in the combustion chamber by measuring a voltage generated by pressure applied to the piezoelectric element.

半導体センサとは、応力により電気伝導度が変化する半導体のピエゾ抵抗効果を検出原理として用いており、電気抵抗の変化として出力を検知し、圧力変化を求める。   A semiconductor sensor uses the piezoresistance effect of a semiconductor whose electrical conductivity changes due to stress as a detection principle, detects an output as a change in electrical resistance, and obtains a pressure change.

第1実施形態における、センサ一体型スパークプラグの断面図。Sectional drawing of the sensor integrated spark plug in 1st Embodiment. 第1実施形態における、光ファイバセンサの断面図。Sectional drawing of the optical fiber sensor in 1st Embodiment. 第1実施形態における、光ファイバセンサの作動説明図。Operation | movement explanatory drawing of the optical fiber sensor in 1st Embodiment. 第2実施形態における、センサ一体型スパークプラグの断面図。Sectional drawing of the sensor integrated spark plug in 2nd Embodiment. 第2実施形態における、ジョイントの径方向の断面図。Sectional drawing of the radial direction of a joint in 2nd Embodiment. 第2実施形態における、センサ一体型スパークプラグの断面図。Sectional drawing of the sensor integrated spark plug in 2nd Embodiment. 第2実施形態における、絶縁碍子基端側から見た図。The figure seen from the insulator base end side in 2nd Embodiment. 第3実施形態における、センサ一体型スパークプラグの断面図。Sectional drawing of the sensor integrated spark plug in 3rd Embodiment. 第4実施形態における、センサ一体型スパークプラグの断面図。Sectional drawing of the sensor integrated spark plug in 4th Embodiment. 第4実施形態における、センサ一体型スパークプラグの基端側から見た図。The figure seen from the base end side of the sensor integrated spark plug in 4th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・センサ一体型スパークプラグ
12・・・主体金具
13・・・絶縁碍子
13a・・・電極保持孔
13b・・・センサ収納孔
14・・・中心電極
15・・・センサ
16・・・ジョイント
51・・・光ファイバ
52・・・反射フィルタ
53・・・選択透過フィルタ
54・・・ダイアフラム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sensor-integrated spark plug 12 ... Main metal fitting 13 ... Insulator 13a ... Electrode holding hole 13b ... Sensor accommodation hole 14 ... Center electrode 15 ... Sensor 16 ... Joint 51 ... Optical fiber 52 ... Reflection filter 53 ... Selective transmission filter 54 ... Diaphragm

Claims (7)

主体金具と、前記主体金具に保持され、先端面から基端面に貫通する電極保持孔およびセンサを収納するセンサ収納孔とを有する絶縁碍子と、前記電極保持孔に配置された中心電極と、一端部が前記主体金具に接合され他端部が前記中心電極と対向する接地電極と、前記センサ収納孔に配置されたセンサとを備えたことを特徴とするセンサ一体型スパークプラグ。 An insulator having a metal shell, an electrode holding hole that is held by the metal shell and penetrates from the front end surface to the base end surface, and a sensor housing hole that houses the sensor; a center electrode disposed in the electrode holding hole; and one end A sensor-integrated spark plug, comprising: a ground electrode having a portion joined to the metal shell and the other end facing the center electrode; and a sensor disposed in the sensor housing hole. 請求項1において、前記センサは圧力センサであることを特徴とするセンサ一体型スパークプラグ。 The sensor-integrated spark plug according to claim 1, wherein the sensor is a pressure sensor. 請求項2において、前記センサは光学式圧力センサであることを特徴とするセンサ一体型スパークプラグ。 3. The sensor-integrated spark plug according to claim 2, wherein the sensor is an optical pressure sensor. 請求項1〜3において、前記センサ収納孔は、前記絶縁碍子の先端面に開口していることを特徴とするセンサ一体型スパークプラグ。 The sensor-integrated spark plug according to any one of claims 1 to 3, wherein the sensor housing hole is opened at a distal end surface of the insulator. 請求項1〜4において、前記センサ収納孔は、前記絶縁碍子の先端面から基端面に貫通する貫通穴であること特徴とするセンサ一体型スパークプラグ。 5. The sensor-integrated spark plug according to claim 1, wherein the sensor housing hole is a through-hole penetrating from a distal end surface of the insulator to a proximal end surface. 請求項1〜5において、前記電極保持孔と前記センサ収納孔は、互いに平行に配置されていることを特徴とするセンサ一体型スパークプラグ。 6. The sensor-integrated spark plug according to claim 1, wherein the electrode holding hole and the sensor housing hole are arranged in parallel to each other. 請求項1〜6において、前記中心電極と導通する端子と、前記センサに接続されるコネクタとを有し、前記絶縁碍子の基端側に着脱自在に配置されたジョイントを備えたことを特徴とするセンサ一体型スパークプラグ。 In Claims 1-6, it has a terminal connected with the central electrode, and a connector connected to the sensor, and provided with a joint detachably arranged on the base end side of the insulator. Sensor integrated spark plug.
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