JP2006284094A - 燃焼圧検知機能付グロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】
燃焼圧検知機能付グロープラグにおける燃焼圧の出力信号のＳ／Ｎ比を向上させる。
【解決手段】
燃焼圧検知機能付グロープラグは燃焼室の燃焼圧力の変化に伴ってハウジングに配置された圧電素子４００に対して相対変位を生じる。この相対変位によってハウジングの対向部３２０は圧電素子４００へ荷重変化を与える。圧電素子４００は圧電セラミック部材と電極層とを有してなり、圧電素子４００は対向部３２０の剛性が不均一である場合に、その不均一であることによって増加するノイズを低減するための電極欠落部分を有する。
【選択図】 図７

Description

本発明は内燃機関の燃焼圧力を検知するセンサを備えた燃焼圧検知機能付グロープラグに関するものである。

グロープラグは主にディーゼルエンジンの始動補助や始動後の一定時間に燃焼安定化や排ガス清浄化のために使用されるものである。従来よりディーゼルエンジンは吸気管・排気管に取り付けられた酸素センサや、エンジンブロックに取り付けられたノックセンサ、ディーゼルエンジンのシリンダ内の燃焼圧力を直接測定する筒内圧センサ等の多種多様なセンサによって燃焼状態をセンシングしフィードバック制御を行うことによって、ディーゼルエンジンの高効率化や省燃費化が図られている。

この筒内圧センサの燃焼圧力を測定する機能と、グロープラグの昇温機能を持ち合わせた燃焼圧検知機能付グロープラグが存在する（たとえば、特許文献１参照。）。この燃焼圧検知機能付グロープラグは概略、次の構成を有している。

図１１に示す従来の燃焼圧検知機能付グロープラグの燃焼圧センサ部分は、筒状のハウジング１２０´の先端にヒータ部材が固定され、ヒータ部材の後端側にはヒータへの電力供給のための中軸２００´が機械的に接続されている。圧電素子４００´はハウジング１２０´の後端に配置されており、中軸２００´の一部が径方向に突出した鍔部の後端向き端面と、ハウジング１２０´の後端においてハウジングの一部が径方向内側に向けて突出した内方突出部の先端向き端面とに狭持されることによって圧縮され予荷重が与えられた状態で組み付けられている。この予荷重が変化するときに圧電素子の圧縮方向に垂直な面の一方には正の電荷を、他方の面には負の電荷をそれぞれ生じ、その電荷をセンサ出力信号として外部へ導き出している。

なお、予荷重の変化は次のようにして起こる。ヒータ部材が燃焼室に晒されるようにハウジングの外表面に形成された雄ネジ部よってこのグロープラグはエンジンヘッドに取り付けられる。燃焼室に晒されたヒータ部材はエンジンの駆動によって生じる燃焼圧力を受ける。この応力によってハウジングのうち雄ネジ部から先端側の部分が軸線方向に微量ではあるがたわむような変形を生じる。ハウジングの先端でヒータ部材が保持され、このヒータ部材に中軸が固定されているので、変形が生じたときに、ハウジングの雄ネジ部よりも後端側、すなわち圧電素子に対して中軸は相対的に変位を起こす。そのため、圧電素子はハウジングの後端に位置する内方突出部の先端向き端面と中軸の鍔部の後端向き端面との間でさらに挟まれる方向へ荷重がかかることとなる。したがって、圧電素子の予荷重として与えられていた圧縮荷重が変化（増加）するため、圧電素子の一方の電荷発生面には正電荷を、他方の電荷発生面には負電荷を発生する。

このように発生した電荷が図１１に示されるようにケーブル５５０´によって外部へセンサ出力信号として出力される。このケーブル５５０´を外部に導くためにハウジング後端部の側壁や内方突出部には孔やスリット等のセンサ出力取り出し口３４０´が形成され、一部が欠落した構造となっている。

ところで、圧電素子は一般的に次のようにして作製される。たとえば、圧電素子としての強誘電性を有するＢａＴｉＯ_３（チタン酸バリウム）は、ＢａＣＯ_３とＴｉＯ_２とを混合し、高温で数時間焼成して圧電セラミックを形成する。次いで、この圧電セラミックの表面に銀電極を電極層として焼き付け、キュリー点付近の温度から高電圧の直流電界を加え、電界冷却法により分極処理が行われることによって作製される。この際に形成された銀電極は燃焼圧検知機能付グロープラグの圧電素子として利用する際にはそのまま用いてもよく、また砥石等によって研削して取り除いてもよい。発生した電荷をセンサ出力信号として取り出すために別途電極板等を当接させる際にも圧電素子表面の面粗度を低減できることから分極処理の際に形成した電極を残存させておくことにメリットがあるとも言える。
特開２００４−２７８９３２号公報

しかしながら、上記の燃焼圧検知機能付グロープラグにおいて分極処理の際に形成した電極層を残していると次の問題を生じる。前述の通り、ハウジング後端部には外部へセンサ出力信号を導くためのケーブルが挿通されるセンサ出力取り出し口を形成するため、ハウジング後端部の側壁や内方突出部の一部が欠落した部分を形成する。このため圧電素子へ荷重を与える内方突出部の剛性は不均一な状態となる。すると、この内方突出部の先端向き端面と中軸の鍔部の後端向き端面とに狭持されることによって圧電素子へ与えられる荷重は圧電素子の面上にて不均一となる。このとき、本来、荷重の不均一によって電荷の発生もその部位ごとに不均一となるものが、圧電素子の電荷発生面の全面にわたって電極層が形成されているため不均一に発生した電荷が平均化されてしまい、その結果としてセンサ出力信号のノイズの原因となってしまうことがある。

本発明は上記に鑑みなされたものであって、圧電素子の表面に発生した電荷の平均化によるノイズを低減し、Ｓ／Ｎ比（signal-noise ratio）を向上させた燃焼圧検知機能付グロープラグを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の燃焼圧検知機能付グロープラグは、
通電によって発熱するヒータ部材と、
自身の先端側を機械的に剛に前記ヒータ部材と接続し、基端側に基端向き端面を備える鍔部を有し、軸線方向に延設された中軸と、
軸孔を有し、その先端側にて前記ヒータ部材を直接的にまたは間接的に保持するとともに、自身の後端側に前記基端向き端面と対向する対向面を形成した対向部を備えたハウジングと、
圧電セラミックと電極層とからなる圧電素子であって、
その圧電素子は、自身の内孔に前記中軸を挿通し、前記基端向き端面と前記対向面とに狭持され、予荷重が与えられる圧電素子と、
を備えた燃焼圧検知機能付グロープラグであって、
前記圧電素子の電荷発生面に隣接して設けられた前記電極層には、前記圧電セラミックスの表面が露出する電極欠落部分が形成されていることを特徴としている。

電極層とは圧電素子の製造過程に形成される銀電極のように、圧電セラミックスに分極処理を行うために形成した電極層を意味するものである。この電極層に電極欠落部分を形成することによって、圧電セラミックの表面に発生した電荷のうちノイズの原因となる電荷は電極層が除去されたことによって外部へセンサ出力信号として出力することがなくなる。すなわち、ノイズの発生源が無くなることにより、Ｓ／Ｎ比の向上したセンサ出力を得ることができる。

ところで、上記のようにノイズの原因となる電荷の発生箇所の電極層を除去しなくとも、この部分と正規のセンサ出力信号となる電荷の発生箇所とを分断してもよい。そのためには、前記電極欠落部分は圧電素子の電荷発生面の外周から内孔まで連続して形成するようにすれとよい。圧電素子の外周から内孔まで連続して電極欠落部分を形成すれば、その欠落部分を境界として電極層を２つの領域に分断することが可能となる。

なお、一般的には対向面は環状に形成されていることが多く、そのときには電極欠落部分は２カ所以上設けることで容易に２つの領域に分断することができる。

ところで、燃焼圧検知機能付グロープラグはエンジンヘッドに形成されたプラグホールに取り付けられることがあるため、圧電素子からセンサ出力信号を取り出す際は、その取り出しに用いられるケーブルが軸線方向基端側へ取り出される構成を備えるものが多い。このケーブルは圧電素子の電極層に接続されて外部に出力することが可能となっているので、対向部にはこのケーブルを挿通させるために切り欠き部が設けられることがある。このような構成である場合、圧電素子へは切り欠き部を除いた部位によって荷重がかけられるが、圧電セラミックの電荷発生面では直接荷重がかかっていない部分においても微量の電荷が発生してしまう。この電荷がノイズの原因となってしまう。

このように対向部に切り欠きが形成されている場合は、その切り欠き部の位置と電極層を除去した部分もしくは電極層の除去によって分断された部分が一致するようにするとよい。この構成とすることによって、対向部の切り欠き部を除いた部分によって荷重がかけられた部位にて発生した電荷のみを出力として取り出すことが可能となり、ノイズによるＳ／Ｎ比の低下を抑制することができるようになる。

一方、ハウジングが自身の後端部の側壁にセンサ出力取り出し口を有する構造である場合は、たとえ対向部が切り欠き部を有しない軸線を中心点とした円対称の構造であったとしてもこの取り出し口によって対向部が圧電素子へ与える荷重には偏りが生じてしまい、センサ出力信号のノイズの原因となり得る。

このような構成の場合に、上述の通り荷重の偏りが生じる部分の電極層、具体的にはセンサ出力取り出し口の位置と軸線とを径方向に直線で結んだときに、軸方向からみてその直線の周囲の電極層を除去することによって、荷重の偏りによって発生するノイズの原因となる電荷がセンサ出力信号として取り出されることを回避することができる。したがって、不均一に発生する電荷を平均化してしまうことがなくなり、センサ出力信号のＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
まず、本発明の第１の実施例を、図１〜図１０を参照して説明する。グロープラグ１００は、内燃機関の始動補助のため通電によってヒータ部材１１０を発熱させることができるほか、内燃機関の燃焼圧の変化を検知することができるように構成された燃焼圧センサ１０００を有するグロープラグである。このグロープラグ１００は、図１に示すように、軸線Ｏに沿う方向（以下、単に軸線方向ともいう）に延びる筒状のハウジング１２０と、このハウジング１２０内に保持された導電性の中軸２００と、この中軸２００の軸線方向先端側（図中下方。以下、単に先端側ともいう）に配置されたヒータ部材１１０とを備えている。

このヒータ部材１１０は、図２に示すように、ヒータ先端部１１１が略半球状の形状を有し、窒化珪素室セラミックからなる棒状を有する。このヒータ部材１１０は、ヒータ先端部１１１に内に非金属発熱体からなるヒータ発熱部１１２を有する。また、ヒータ部材１１０の基端側の外周面には、このヒータ発熱部１１２の発熱に必要な電力の供給端子であるヒータ接続部１１３、１１４を有する。さらに、ヒータ発熱部１１２の両端とヒータ接続部１１３、１１４をそれぞれ導通するヒータ導電路１１５、１１６とを有する。これらは、窒化珪素質セラミック１１７によって包囲されている。

一方、図１及び図３に示すように、ハウジング１２０は、筒状のハウジング本体部材１２１、この先端側に配置され、上述のヒータ部材１１０を保持するヒータ保持部材１２２、及びハウジング本体部材１２１の基端に配置されているセンサキャップ３００（図４参照）からなる。
このうち、ヒータ保持部材１２２とハウジング本体部材１２１とは、図２に示すように、ハウジング本体部材１２１のうち先端側（図１中下方）に位置する先端側溶接部Ｗ１で、レーザ溶接により固着されている。また、ハウジング本体部材１２１とセンサキャップ３００とは、図３に示すように、ハウジング本体部材１２１の軸線方向基端側（図３参照。以下、単に基端側ともいう）に位置する基端側第１溶接部ｗ１で、レーザ溶接により固着されている。
このように３つの部材からなるハウジング１２０のうち、最も先端側にある部分をハウジング先端部１２４とし、最も基端側にある部分をハウジング基端部１２５とする。

このハウジング１２０は、ハウジング本体部材１２１の表面の軸線方向中間部分に、このハウジング１２０を図示外の内燃機関のプラグホールに取り付けるための雄ネジ部１２６を備える。さらに、このハウジング１２０のハウジング本体部材１２１は、ハウジング基端部１２５と雄ネジ部１２６との間に、ネジ止めのときにレンチなどの工具を係合させる六角形状の工具係合部１２７を有する。またさらに、このハウジング１２０は、雄ネジ部１２６よりも先端側に、具体的には、ヒータ保持部材１２２の基端部分に、プラグホールの取付面に圧接してハウジング１２０とプラグホールとの間を気密に保持するための、先細のテーパ面からなるシール部１２８を有する。したがって、図１から明らかなように、ヒータ保持部材１２２は、雄ネジ部１２６より軸線方向先端側に位置している。

また、ヒータ保持部材１２２は、ヒータ先端部１１１をハウジング先端部１２４より先端側に突出させた形態でヒータ部材１１０を保持している。具体的には、このヒータ保持部材１２２の内孔にヒータ部材１１０が圧入されて保持されている。このため、ヒータ保持部材１２２とヒータ部材１１０は気密に密着し、このグロープラグ１００を内燃機関に装着した場合でも、高圧の燃焼ガスがハウジング１２０内に侵入することを防止できる。
同時に、ヒータ部材１１０のヒータ接続部１１３の外表面とヒータ保持部材１２２の内周面と当接するので、このヒータ部材１１０のヒータ発熱部１１１の一端は、ハウジング１２０と電気的に接続されることになる。

一方、ヒータ部材１１０のうちヒータ基端部１１８は、金属からなる接続リング１３１のうち接続リング先端部１３２内に圧入されている。さらに、中軸２００の中軸先端部２１０は、接続リング１３１の接続リング基端部１３３の内周に挿入され、中軸先端溶接部Ｗ２で溶接により固着されている。このため、中軸２００と、ヒータ部材１１０とは、接続リング１３１を介して、機械的に剛に結合される。その上、中軸２００とヒータ部材１１０のヒータ接続部１１４とは、接続リング１３１を介して電気的に接続されている。
したがって、ハウジング１２０と中軸２００とに電圧を印加することで、ヒータ部材１１０を発熱させることができる。

次いで、ハウジング１２０のうち最も基端側に位置するハウジング基端部１２５について説明する。このハウジング基端部１２５は、センサキャップ３００及びハウジング本体部材１２１のハウジング本体基端部１２９を含む。
このうち、センサキャップ３００は、図４に示すように、略筒状の形態を有する胴部３１０と、その軸線方向先端側（図４（ｂ）中、下方）に位置する円環状の環状部３１１と、とを備える。さらに、このセンサキャップ３００は、胴部３１０の軸線方向基端（図中上端）から、軸線に直交し径方向内側に突出する対向部３２０を含む。さらに、この対向部３２０は、軸線方向先端側を向いた対向面３２１を含む。また、環状部３１１は、胴部３１０に比して、肉厚が薄くされている。
また、胴部３１０及び対向部３２０には、中軸２００をその軸線に沿って貫通させると共に、後述する配線部材を挿通するための挿通孔３３０を含む。この挿通孔３３０は、図４（ａ）に示すように、軸線を内部に含む、平面視略Ｕ字状で、胴部３１０では、軸線方向に延びるスリット状の取り出し口３４０を形成している。

なお、センサキャップ３００及びハウジング本体基端部１２９は、前述の通り基端側第１溶接部ｗ１によって環状部３１１が固着される。これにより、センサキャップ３００の対向部３２０と胴部３１０、及びハウジング本体基端部１２９で、後述する燃焼圧センサ１０００をその内部に収容するための包囲空間Ｇを形成している。

次いで、中軸２００について説明する。鉄からなり、棒状の形態を有する中軸２００は、ハウジング１２０の内部に配置されており、基端側に位置する中軸基端部２２０と先端側に位置する径小の中軸先端部２１０とを含んでなる。この中軸２００のうち中軸先端部２１０は、前述したように、ヒータ部材１１０のヒータ基端部１１８に接続リング１３１を介して機械的に剛に結合している（図２参照）。一方、中軸２００のうち基端側の端部である中軸基端部２２０は、ハウジング基端部１２５（センサキャップ３００）より基端側に位置して、ハウジング１２０より基端側に突出している。その表面には雄ネジ部２２１を形成し、この雄ネジ部２２１には図示外の電力供給のためのプラグコードやターミナルプレートを接続することができる。また、その接続の作業性を向上させるために別途形成したピン端子を螺合したり加締めをしたりして固定することもできる。

さらに、この中軸２００は、中軸基端部２２０よりも先端側（図中下方）において、燃焼圧センサ１０００の一部を成し、内部に中軸２００を挿通して、これと一体化してなる中軸スリーブ２５０を有する。この中軸スリーブ２５０は、図５に示すように、貫通孔を有する筒形状を有し、その軸線方向先端位置には、径方向外側に向けて突出するフランジ状の鍔部２５１を形成している。なお、この中軸スリーブ２５０の鍔部２５１は、軸線方向基端側を向く基端向き端面２５２と、軸線方向先端側を向く先端向き端面２５３とを有している。

次いで、図３を参照して、ハウジング１２０のハウジング基端部１２５に形成された燃焼圧センサ１０００について説明する。
この燃焼圧センサ１０００は、センサキャップ３００、中軸スリーブ２５０のほか、円環状の圧電素子４００及び、円環状の第１、第２絶縁スペーサ５００、５１０、円環状部を有する電極部材５２０、筒状の絶縁チューブ５３０を含む。

中軸２００は、ヒータ部材１１０がハウジング１２０の先端においてヒータ保持部材１２２によって保持され、このヒータ部材１１０に機械的に剛に結合されているので、ハウジング本体部材１２１に対して位置決めされた状態にある。この中軸２００を挿通するように第２絶縁スペーサ５１０、中軸スリーブ２５０、第１絶縁スペーサ５００、電極部材５２０、圧電素子４００をハウジング本体基端部１２９に順に載置する。なお、中軸スリーブ２５０の筒部２５４にはその最下端（鍔部２５１の付け根）からセンサキャップ３００の対向部３２０よりも基端側へ突出した部分まで絶縁チューブ５３０を予め被覆しておく。これによって、絶縁チューブ５３０は第１絶縁スペーサ５００、電極部材５２０、圧電素子４００のそれぞれの内孔と筒部２５４との間に介在することになり、電極部材５２０、圧電素子４００及び対向部３２０と中軸スリーブ２５０との絶縁が保たれる。

次いでセンサキャップ３００の挿通孔３３０に中軸スリーブ２５０の筒部２５４を挿通するように配置する。このとき、センサキャップ３００を軸線方向先端側へ押圧して圧電素子４００に荷重がかかった状態を維持できるようにセンサキャップ３００はハウジング本体基端部１２９に環状部３１１を溶接されて基端側第１溶接部ｗ１を形成して固定される。このようにして圧電素子４００には予荷重がかけられる。

電極部材５２０は図６に示すように、円環状部５２１と延出部５２２とを備えるステンレス製の部材である。上記のセンサキャップ３００を配置する際には電極部材５２０の延出部５２２を取り出し口３４０から径方向外周へ挿通させ、燃焼圧センサ１０００の出力を外部へ出力することができる構造となっている。

燃焼圧センサ１０００を構成する各部品は以上のように配置される。燃焼圧を測定するためには燃焼圧の変動によって圧電素子４００の荷重が変化することが必要であるため、中軸スリーブ２５０はその後端部が中軸スリーブ溶接部ｗ２を形成して中軸２００と接合されている。

なお、電極部材５２０は、図３に示すように、延出部５２２がリード線５５１にスポット溶接されて接続されている。さらに、リード線５５１は、内部編粗５５２を有するケーブル５５０として、絶縁を取った状態で外部に取り出される。具体的には、図示しないチャージアンプなどを経由してＥＣＵなどの制御機器に入力され、燃焼圧の変化を検知する。
また、このケーブル５５０のうち内部編粗５５２はケーブル固定部材５５５にカシメ固定され、このケーブル固定部材５５５は、次述する包囲部材６００の膨出部６１０内に溶接されて固定されている。これにより、このケーブル５５０の引張りなどにより、リード線５５１に力が加わって電極部材５２０が変形したり、リード線５５１が外れたりすることが防止されている。

本実施例のグロープラグ１００では、図３に示すように、ハウジング基端部１２５は筒状の包囲部材６００に包囲され、この包囲部材６００の先端側に溶接部ｗ３を形成して固定されるとともにその内部に収容されている。包囲部材６００は、略円筒状の円筒部６２０と、この円筒部６２０の周方向一部において径方向外側に突出する膨出部６１０とからなる。この包囲部材６００の円筒部６２０は、燃焼圧センサ１０００をなす各部材を包囲する。また、膨出部６１０内には、電極部材５２０に接続するリード線５５１が収容されている。さらに、包囲部材６００内には、基端側から樹脂６５０が充填されており、この樹脂１０４０により燃焼圧センサ１０００が包囲され封止されている。従って、このグロープラグ１００では、基端側からの水分や油などの進入を防止して燃焼圧センサ１０００を保護することができ、信頼性の高いグロープラグ１００となし得る。

ここで、本発明の要旨である圧電素子４００について図７を用いて詳述する。
圧電素子４００は従来公知の製造方法によって作成される。すなわち、チタン酸バリウムからなる円環状の圧電セラミック部材４１０とその両表面には電極層４２０、４３０として銀電極が形成されている。この圧電素子４００が燃焼圧センサ１０００として組み付けられたときに、電極層４２０のうち、センサキャップ３００の対向面３２１に押圧されない部分、すなわち挿通孔３３０によって形成される空隙（図４に示す切り欠き部３５０）に面する部分の電極層４２０を除去している。切り欠き部３５０が存在せず、対向部３２０が環状である場合は、軸線から径方向にみて取り出し口３４０が形成されている方向にある電極層４２０を除去する。なお、電極層４２０のうち電極層４２０の一部を除去することによって正規のセンサ出力信号としての電荷を取り出さない部分（図７に示す４４０）の幅Ｌは、センサキャップ３００の対向部３２０に形成された切り欠き部３５０の幅よりも大きい方が望ましい。除去する方法としてはたとえば回転砥石やフライス盤等を用いて圧電セラミック部材４１０が露出するまで電極層４２０を除去すればよい。なお、ここでは電極層４２０、４３０ともに同様の加工を行っている。

このように、センサキャップ３００の挿通孔３３０や取り出し口３４０によって圧電素子４００にかけられる荷重が低下する部分と低下しない部分とが混在し（荷重の偏り）、荷重が不均一となっていても、低下した荷重によって圧電セラミック部材４１０の電荷発生面に生じる電荷は電極層４２０の一部を除去したことによってセンサ出力信号として出力しない構成とすることができる。したがって、圧電セラミック部材４１０に不均一に発生した電荷を平均化してしまうことが無く、センサ出力信号のＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。

本発明の効果を確認するために以下の試験を行った。
本発明のグロープラグ１００と比較例として圧電素子の電極層に電極欠落部分が存在しない従来通りの圧電素子を備えたグロープラグＧＰを用意し、それぞれ図８に示す試験系を用いてそれぞれのセンサ出力信号を測定する。図８に示す試験系は、ディーゼルエンジンのエンジンヘッド２１００、チャージアンプ２２００、オシロスコープ２３００及び燃料インジェクタ２４００を有する。

この測定系では、燃焼室２０１０内に燃料インジェタ２４００を用いて燃料を噴射するタイプの内燃機関２０００を用いる。この内燃機関２０００（燃焼室２０１０）の燃焼圧を、本実施例にかかる燃焼圧センサ１０００を含むグロープラグ１００、及び、比較例である従来の圧電素子を用いた燃焼圧センサを有するグロープラグＧＰを用いて測定する。

具体的には、グロープラグ１００の燃焼圧センサ１０００の出力、及び比較例１にかかるグロープラグＧＰの出力は、チャージアンプ２２００（KISTLER社製5011）に接続されている。さらに、チャージアンプ２２００の出力はオシロスコープ２３００に接続されている。また、内燃機関２０００のクランク角との関係を観測するため、内燃機関２０００の図示しないクランク角センサ出力もオシロスコープ２３００に接続されている。

この状態で、内燃機関２０００を作動させ、オシロスコープ２３００のＸ軸入力にクランク角センサ出力を、Ｙ軸入力にチャージアンプ２２００の出力を接続して、その関係を示すグラフを示す波形を取得した。この関係を図９に示す。なお、グロープラグ１００、ＧＰからのセンサ出力信号は、チャージアンプ２２００を用いてそれぞれのセンサ出力信号のピーク値が同程度の値になるように調整して測定している。

図９（ａ）は本発明のグロープラグ１００によるセンサ出力信号を、図９（ｂ）は比較例のグロープラグＧＰによるセンサ出力信号をそれぞれクランク角センサの出力をＸ軸として示している。（ａ）、（ｂ）ともにクランク角ＣＡが−９０°〜約−８°及び約４０°〜９０°の範囲はその出力波形からもわかるとおり、燃焼室２０１０内の圧力変化がほとんど生じていない状態であり、一方、クランク角ＣＡが約−８°〜約４０°までは燃焼室２０１０内の圧力変化が生じている状態である。

圧力変化がほとんど生じていない状態におけるセンサ出力信号が、圧力変化が生じている状態のセンサ出力信号に対して、小さいほどＳ／Ｎ比は優れているといえる。この図９に示すとおり、同程度のピーク値を出力しているにもかかわらず、（ａ）の方が（ｂ）よりも燃焼室２０１０内の圧力変化が生じていないクランク角におけるセンサ出力信号が小さくなり、Ｓ／Ｎ比が改善されている。これは、ハウジング後端部に設けたセンサ出力取り出し口の存在のために圧電素子に不均一に発生してしまう電荷を、電極層に電極欠落部分を設けることによってその部分の出力を取り出さないようにしたことに起因する。すなわち、圧電セラミックの電化発生面に生じた電化の平均化を回避することによってＳ／Ｎ比の出力を向上した燃焼圧検知機能付グロープラグを提供することが可能となる。

なお、上記の実施の形態に限られることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更し得ることは言うまでもない。たとえば、ヒータ部材は図１０に示す金属チューブ３１００内に発熱コイル３０１０が絶縁粉末３０２０に埋設された、いわゆるシーズヒータ３０００と呼ばれるものであってもよい。これは、ヒータ部材の構造によらず、ハウジングの基端側に配置された圧電素子へ与える燃焼圧の伝達方法が変わらないためである。

また、圧電素子をなす材質もチタン酸バリウムで無くてもよく、たとえばチタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛等でもよく、もちろんチタンの有無によるものでもない。つまり、圧縮されることによって、その圧縮方向に垂直な面に電荷を発生できる圧電素子を使用すればよいのである。同様に、この圧電素子の表層として形成される電極層も銀に限定されるものではない。

さらに、圧電素子は１枚に限られることなく、複数枚使用してもよい。ただし、複数枚使用するときはその重ね合わせにおいて電極層の欠落部分の位置に配慮する必要がある。無作為に重ね合わせてしまうと、接触した他方の電極層の存在により電荷の平均化が行われてしまう虞があるためである。

本発明の燃焼圧検知機能付グロープラグの全体を示す半断面図である。 ヒータ部材の拡大図を示す一部断面図である。 実施例にかかる燃焼圧検知機能付グロープラグの燃焼圧センサ１０００の拡大図である一部断面図である。 実施の形態にかかる燃焼圧検知機能付グロープラグのうち、燃焼圧センサの一部をなすセンサキャップを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。 実施の形態にかかる燃焼圧検知機能付グロープラグのうち、燃焼圧センサの一部をなす中軸スリーブを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。 実施の形態にかかる燃焼圧検知機能付グロープラグのうち、燃焼圧センサの出力に用いられる電極板を示す平面図である。 実施の形態にかかる燃焼圧検知機能付グロープラグのうち、燃焼圧センサの一部をなす圧電素子を示し、基本実施例（ａ）及び変形例（ｂ）である。 本発明の効果を確認するための試験を行う測定系の概略を示す図である。 上記試験結果を示し、（ａ）は本発明の燃焼圧検知機能付グロープラグの結果を示す図であり、（ｂ）はその比較のための従来の燃焼圧検知機能付グロープラグによる結果を示す図である。 本発明を実施する際のヒータ部材についてその変形例を示す図である。 従来例において、本発明の燃焼圧センサに相当する部分の拡大図断面図である。

符号の説明

１００ グロープラグ
１１０ ヒータ部材
１２０ ハウジング
１３１ 接続リング
２００ 中軸
２５０ 中軸スリーブ
３００ センサキャップ
３３０ 挿通孔
３４０ 取り出し口
４００ 圧電素子
４２０ 電極層
４３０ 電極層
１０００ 燃焼圧センサ

Claims (3)

1. 通電によって発熱するヒータ部材と、
   自身の先端側を機械的に剛に前記ヒータ部材と接続し、基端側に基端向き端面を備える鍔部を有し、軸線方向に延設された中軸と、
   軸孔を有し、その先端側にて前記ヒータ部材を直接的にまたは間接的に保持するとともに、自身の後端側に前記基端向き端面と対向する対向面を形成した対向部を備えたハウジングと、
   圧電セラミックと電極層とからなる圧電素子であって、
   その圧電素子は、自身の内孔に前記中軸を挿通し、前記基端向き端面と前記対向面とに狭持され、予荷重が与えられる圧電素子と、
   を備えた燃焼圧検知機能付グロープラグであって、
   前記圧電素子の電荷発生面に隣接して設けられた前記電極層には、前記圧電セラミックスの表面が露出する電極欠落部分が形成されていること
   を特徴とする燃焼圧検知機能付グロープラグ。
2. 前記電極欠落部分は前記圧電素子の前記電荷発生面の外周から内孔まで連続して形成されることを特徴とする請求項１記載の燃焼圧検知機能付グロープラグ。
3. 前記ハウジングは後端部側壁にセンサ出力信号の取り出し口を有することを特徴とする請求項１または２記載の燃焼圧検知機能付グロープラグ。
   

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