JP2011144978A - 燃焼圧力センサ付きグロープラグ - Google Patents
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Abstract
【課題】振動によるノイズの軽減を図ることのできる燃焼圧力センサ付きグロープラグを提供する。
【解決手段】軸方向に延在する柱状の外形を有し、先端側がハウジングの先端部から突出し、後端側がハウジング内に収容されるように設けられ、先端面が受圧面とされ、圧力検出素子に燃焼圧を伝達するヒータと、ヒータを保持する円筒部と、円筒部とハウジングとを直接又は他部材を介して連結し、かつ、ハウジングに対してヒータの軸方向の相対変位を許容する連結部と、を具備した燃焼圧力センサ付きグロープラグであって、連結部は、円筒部の一部を起点とし、当該起点から径方向外側に向かって延在し、かつ、円筒部の起点の内側に位置する部分には、ヒータ若しくは当該ヒータ以外の構成部材が充填されている。
【選択図】図2
【解決手段】軸方向に延在する柱状の外形を有し、先端側がハウジングの先端部から突出し、後端側がハウジング内に収容されるように設けられ、先端面が受圧面とされ、圧力検出素子に燃焼圧を伝達するヒータと、ヒータを保持する円筒部と、円筒部とハウジングとを直接又は他部材を介して連結し、かつ、ハウジングに対してヒータの軸方向の相対変位を許容する連結部と、を具備した燃焼圧力センサ付きグロープラグであって、連結部は、円筒部の一部を起点とし、当該起点から径方向外側に向かって延在し、かつ、円筒部の起点の内側に位置する部分には、ヒータ若しくは当該ヒータ以外の構成部材が充填されている。
【選択図】図2
Description
本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関に使用される燃焼圧力センサ付きグロープラグに関する。
従来から、自動車用のディーゼルエンジン等の内燃機関に使用されるグロープラグとして、内燃機関の燃焼圧力を検出するための燃焼圧力センサを具備した燃焼圧力センサ付きグロープラグが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
このような燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいては、ヒータとヒータの後端側を収容するハウジングとの間に、ハウジングに対してヒータの軸方向の相対変位を許容しつつ保持する連結部(可動部)を設ける必要がある。この連結部としては、部材の薄肉化により相対変位をし易くし、燃焼圧力センサへの伝達荷重を高めるようにすることが一般的である。
一方、グロープラグは、エンジンヘッド設計におけるスペースの制約により、長尺化が求められており、ヒータ自体の出寸(ハウジングからの突き出し量)も増える傾向にある。このため、圧力伝達体であるヒータの長尺化により振動(特にヒータの長尺化、出寸の増加に伴う径方向の共振による振動)によるノイズが圧力検出信号に乗ってしまうという問題がある。なお、振動によるノイズを軽減するため連結部(可動部)の厚肉化を行えば、燃焼圧力センサへの伝達荷重が低下し、燃焼圧力の検出感度の低下を招くことになる。
上記したように、燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいては、振動によるノイズの軽減が課題となっている。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、振動によるノイズの軽減を図ることのできる燃焼圧力センサ付きグロープラグを提供することを目的とする。より詳細には、ヒータの軸方向への検出対象の圧力の伝達を低下させることなく、又はその低下を最小限に留めつつ、ヒータの径方向への振動を抑制してノイズの軽減を図るものである。
本発明の燃焼圧力センサ付きグロープラグは、筒状に形成されたハウジングと、前記ハウジング内に配置された圧力検出素子と、軸方向に延在する柱状の外形を有し、先端側が前記ハウジングの先端部から突出し、後端側が前記ハウジング内に収容されるように設けられ、先端面が受圧面とされ、前記圧力検出素子に燃焼圧を伝達するヒータと、前記ヒータを保持する円筒部と、前記円筒部と前記ハウジングとを直接又は他部材を介して連結し、かつ、前記ハウジングに対して前記ヒータの軸方向の相対変位を許容する連結部と、を具備した燃焼圧力センサ付きグロープラグであって、前記連結部は、前記円筒部の一部を起点とし、当該起点から径方向外側に向かって延在し、かつ、前記円筒部の前記起点の内側に位置する部分には、前記ヒータ若しくは当該ヒータ以外の構成部材が充填されていることを特徴とする。
本発明の燃焼圧力センサ付きグロープラグでは、円筒部とハウジングとを直接又は他部材を介して連結し、かつ、ハウジングに対してヒータの軸方向の相対変位を許容する連結部が、円筒部の一部を起点とし、当該起点から径方向外側に向かって延在し、かつ、円筒部の前記起点の内側に位置する部分には、ヒータ若しくは当該ヒータ以外の構成部材が充填されている構成とされている。これによって、充填されているヒータ若しくはヒータ以外の構成部材によって連結部の起点とされる円筒部の剛性が高まり、燃焼圧力センサ付きグロープラグに特に径方向の振動が加わった際に、円筒部が撓むことによる連結部自身のグロープラグ全体に対する相対的な径方向の変位を抑制することができ、圧力伝達体であるヒータがハウジングに対して振動することを抑制することができるので、振動によるノイズを軽減することができる。
上記構成の燃焼圧力センサ付きグロープラグでは、連結部は、円筒部の起点から当該円筒部側面となす角度が45°以上の鋭角をなすように径方向外側に向かって延在している構成とすることが好ましい。連結部が円筒部側面となす角度が45°未満となる構成とされた場合、薄肉部である連結部が軸方向に沿って長い領域に亘って存在し、径方向の振動が加わった場合、この部分が撓んでヒータがハウジングに対して振動する。このような振動の発生を、連結部が円筒部側面となす角度が45°以上、例えば略90°とすることによって、抑制することができる。
また、上記構成の燃焼圧力センサ付きグロープラグでは、連結部は、円筒部の軸方向上端にしてもよく、また、円筒部の軸方向中間部分(軸方向上端と軸方向下端以外の部分)としてもよいが、円筒部の軸方向中間部分とすることがより好ましい。
本発明の燃焼圧力センサ付きグロープラグによれば、振動によるノイズの軽減を図ることのできる燃焼圧力センサ付きグロープラグを提供することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1〜3は、本発明の実施形態に係る燃焼圧力センサ付きグロープラグ100の構成を示すもので、図1は燃焼圧力センサ付きグロープラグ100の全体構成を示す側面図、図2は図1の先端側の部分の断面図、図3は図2の要部を拡大して示す断面図である。なお、図1に示す一点鎖線Oは、軸方向を示す軸線である。
図1に示すように、燃焼圧力センサ付きグロープラグ100は、例えば、炭素鋼(S45C等)、ステンレス鋼(例えば、SUS430、SUS630等)等の高強度の金属からなり、略筒状に形成されたハウジング1を具備している。ハウジング1の軸方向先端(図1中下側の端部)には、キャップ部材2が設けられている。
ハウジング1の外周面には、燃焼圧力センサ付きグロープラグ100を図示しない機関(エンジン)に取り付けるためのねじ部4が形成されている。このねじ部4より軸方向後端側(図1中上側)の外周部には、ハウジング1を機関に取り付ける際に、スパナやレンチ等の工具を係合させる工具係合部5が設けられている。ハウジング1には、先端側がハウジング1の先端部から突出し、後端側がハウジング1内に収容されるようにヒータ20が設けられている。ヒータ20は、軸方向に延在する柱状の形状とされている。
図2に示すように、上記キャップ部材2は、ヒータ20をハウジング1の先端から突出させた状態とするための開口部6を有しており、その軸方向先端側端面は、自動車用ディーゼルエンジン等の機関と密接するシート面(テーパ面)7が形成されている。開口部6内には、ステンレス鋼(例えば、SUS430、SUS630等)等の金属からなり、略円筒状に形成されたヒータ支持部材(円筒部)10が設けられており、このヒータ支持部材10の内側にヒータ20が保持されている。
ヒータ20は、絶縁性基材としての絶縁性セラミック21の内部に導電性セラミック22を埋設した構造のセラミックヒータ(窒化珪素、アルミナ等からなる)から構成されている。ヒータ20の側周面には、導電性セラミック22が露出した露出部(陰極側)23、露出部(陽極側)24が設けられている。このうち、より軸方向先端側に設けられた露出部(陰極側)23は、ヒータ支持部材10によって覆われ、露出部(陰極側)23とヒータ支持部材10とは電気的に接続されている。セラミック製のヒータ20と金属製のヒータ支持部材10とは、溶接によって接合することができないため、ロー付け又は圧入(本実施形態では圧入)によって接合されている。
一方、露出部(陰極側)23より軸方向後端側に設けられた露出部(陽極側)24は、ステンレス鋼(例えば、SUS430、SUS630等)等の金属からなり、略円筒状に形成されたリング部材30によって覆われ、露出部(陽極側)24は、リング部材30と電気的に接続されている。ヒータ20とリング部材30も、ロー付け又は圧入(本実施形態では圧入)によって接合されている。ヒータ20の先端面25は、燃焼室内部の燃焼圧を受ける受圧面とされている。
図2及び図3に示すように、ヒータ支持部材10は、当該ヒータ支持部材10の一部(本実施形態では、ヒータ支持部材10の軸方向中央より後端寄りの側壁部)を起点13として、径方向外側に向かって延在し、鍔状に突出するフランジからなる連結部11を具備している。また、この連結部11の内周部分は薄肉(厚さ例えば0.3mm)とされた可動部12とされ連結部11の一部を構成している。この可動部12は、ヒータ20の受圧面25に印加される燃焼圧に応じて弾性的に変形することにより、ヒータ20を軸方向に変位させる機能を有する。なお、本実施形態では、ヒータ支持部材10の円筒部と鍔状に突出するフランジからなる連結部11とが一部材によって構成されているが、ヒータ支持部材10の円筒部分と鍔状の連結部11とが繋がっている部分が、本発明における円筒部(ヒータ支持部材10)における連結部11の起点13となる。
上記円筒部(ヒータ支持部材10)における連結部11の起点13の内側には、ヒータ20が充填された状態となっており、この部分に空間が形成されていない構成となっている。これによって、連結部11の起点13の部分の剛性を高めることができ、燃焼圧力センサ付きグロープラグ100に特に径方向の振動が加わった際に、連結部11の部分が撓むことを抑制することができ、圧力伝達体であるヒータ20がハウジング1に対して振動することを抑制することができるので、振動によるノイズを軽減することができる。
すなわち、例えば図8に示す従来の燃焼圧力センサ付きグロープラグ600のように、ヒータ支持部材10における連結部611の起点613の内側に、ヒータ20が充填されていない空間691が形成された構成となっていると、連結部611(可動部612)の起点613の部分の剛性が低くなり、燃焼圧力センサ付きグロープラグ600に特に径方向の振動が加わった際に、連結部611(可動部612)の部分が撓み、圧力伝達体であるヒータ20がハウジング1に対して振動し易くなり、振動によるノイズが多くなるため、圧力検出を正確に行うことが困難になる。一方、上記実施形態の燃焼圧力センサ付きグロープラグ100では、このような振動によるノイズを軽減することができる。なお、図8に示す燃焼圧力センサ付きグロープラグ600において、他の部分は、燃焼圧力センサ付きグロープラグ100と同様に構成されているので、燃焼圧力センサ付きグロープラグ100と対応する部分には同一符号を付してある。
なお、図2,3に示すように、燃焼圧力センサ付きグロープラグ100では、ヒータ支持部材10のさらに後端側まで、ヒータ20が延在した構成となっている。また、ヒータ支持部材10の先端側には、起点13を含む後端側より厚肉とされた厚肉部14が形成されている。
ヒータ支持部材10より後端側には、円筒状に後端側に向けて延在し、その後端部に圧力検出素子46を保持する円筒状部材40が設けられている。この円筒状部材40の軸方向先端側には、外側に鍔状に突出するフランジ部41が形成されている。そして、このフランジ部41と、上記したヒータ支持部材10の連結部11の外周部分とを、キャップ部材2とハウジング1との間に介在させた状態で溶接等によって固定することにより、円筒状部材40及びヒータ支持部材10がハウジング1に接続されている。
円筒状部材40の後端側端部には、前述した圧力検出素子46が保持されている。この圧力検出素子46は、先端側が半球状に形成された半球部材50、及び後端側が半球部材50の形状に合わせて凹陥され先端側がリング部材30の後端側に挿入されて係止された押圧部材51を介して、ヒータ20の後端に初期荷重を加えた状態で固定されている。そして、ヒータ20の先端面(受圧面)25にエンジンの燃焼室内の圧力が加わると、ヒータ20が後端側に変位し、半球部材50及び押圧部材51を介して圧力検出素子46を押圧することによって、燃焼室内の圧力を検出することができるようになっている。なお、上記半球部材50は、高炭素クロム鋼(SUJ2等)にて形成し、高い硬度で構成している。また、押圧部材51は、ステンレス鋼(例えば、SUS430、SUS630等)から構成されている。
上記のように、燃焼圧力によるヒータ20の軸方向変位を圧力検出素子46で検出する場合、圧力検出素子46としては、例えば、Si素子、SOI素子等のピエゾ抵抗素子から構成され、圧力が加わった際の歪みに応じた電気信号を出力するように構成されたものを使用することができる。このような圧力検出素子46を構成する場合、ガラス、金属等からなる基板に、Si素子、SOI素子等の素子を接合した構造とすることができる。素子の表面にはピエゾ抵抗体が形成され、素子が歪み変形された際の抵抗値の変化から圧力を検出する。この他に、PZT、水晶等の圧電素子を使用することもできる。
圧力検出素子46の検出信号は、燃焼圧力センサ付きグロープラグ100に内蔵された基板に設けられた信号処理回路(図示せず。)、又は外部に設けられた信号処理回路によって処理された後、ECUなどの制御機器に入力され、エンジン内における燃焼圧の変化が検知される。
上記構成の燃焼圧力センサ付きグロープラグ100では、図1に示すように、ヒータ20の先端部が、ハウジング1の先端部から突出した状態となっている。そして、グロープラグ100を図示しない機関のプラグ取り付け孔内に挿入し、ねじ部4を機関の取り付けねじに締め付けてシート面7を機関に当接させることにより、気密性を確保する。この状態で、ヒータ20の先端側が燃焼室内に位置するように内燃機関に取り付けられ、ヒータ20に通電して発熱させることによって内燃機関の始動を補助する。
そして、ヒータ20の先端面(受圧面)25に燃焼圧が加わると、可動部12が弾性的に変形する(撓む)ことにより、ヒータ20が後方に向けて軸方向に変位し、圧力検出素子46が、押圧部材51及び半球部材50を介して押圧される。圧力検出素子46は、円筒状部材40に保持されており、円筒状部材40は、フランジ部41を介してハウジング1に固着されているので、圧力検出素子46が押圧力を受け、押圧力に応じた出力信号が発せられる。そして、この圧力検出素子46の出力信号は、センサ用端子44によって図示しない信号処理回路に伝えられ、信号処理回路により増幅される。
なお、上記の実施形態では、ヒータ支持部材10の外側に一体化されている鍔状に突出するフランジからなる連結部11が設けられている場合について説明したが、ヒータ支持部材(円筒部)10と連結部11とを別部材で構成し、これらを溶接等によって接合した構成とすることもできる。また、連結部11の起点であるヒータ支持部材10の一部から連結部11に至る連結部11の径方向内側部分には、連結部11自身の他の部位よりも比較的厚肉に(上記の実施形態では隅肉テーパ状)構成して、径方向荷重に対する円筒部の剛性をより高めた構成とすることができる。なお、隅肉のテーパ状はR状でもよい。
図4は、他の実施形態の燃焼圧力センサ付きグロープラグ200の要部断面構成を拡大して示している。この燃焼圧力センサ付きグロープラグ200では、連結部211の外周部分が後端側に向けて略90°の角度で折り返された形状となっている。そして、この連結部211の折り返し部分とヒータ支持部材10の外側面との間に、円筒状部材40の先端部が挿入された状態でこれらが固定された状態となっている。また、連結部211の起点213の部分に位置するヒータ支持部材10の内側には、ヒータ20が充填されている。この燃焼圧力センサ付きグロープラグ200のように、連結部211の可動部212より外側の外周部分は、略90°の角度等の45°以上の角度で折り返された形状となっていてもよい。なお、図4に示す実施形態の燃焼圧力センサ付きグロープラグ200において、他の部分は、燃焼圧力センサ付きグロープラグ100と同様に構成されているので、燃焼圧力センサ付きグロープラグ100と対応する部分には同一符号を付してある。
図5は、他の実施形態の燃焼圧力センサ付きグロープラグ300の要部断面構成を拡大して示している。この燃焼圧力センサ付きグロープラグ300では、連結部311(可動部312)がヒータ支持部材10の起点313から、ヒータ支持部材10の外側面となす角が略45°となるように外周方向に延在した構成となっている。このように、ヒータ支持部材10の外側面となす角が略45°以上となっていれば、90°となっていなくとも振動に対する剛性をある程度維持することができ、振動によるノイズの低減を図ることができる。また、燃焼圧力センサ付きグロープラグ300の場合も、連結部311の起点313の部分に位置するヒータ支持部材10の内側には、ヒータ20が充填されている。このように、図5の例では、連結部311はヒータ支持部材(円筒部)10の側面と成す角度θを45°とし、45°以上、90°未満に構成している。なお、図5に示す実施形態の燃焼圧力センサ付きグロープラグ300において、他の部分は、燃焼圧力センサ付きグロープラグ100と同様に構成されているので、燃焼圧力センサ付きグロープラグ100と対応する部分には同一符号を付してある。
図6は、他の実施形態の燃焼圧力センサ付きグロープラグ400の要部断面構成を拡大して示している。この燃焼圧力センサ付きグロープラグ400では、連結部411がヒータ支持部材10の後端部を起点413とし、この後端部の起点413から周方向外側に向けて延在した構成となっている。このように、連結部411の起点413をヒータ支持部材10の軸方向中間部ではなく、後端部としてもよい。また、燃焼圧力センサ付きグロープラグ400の場合も、連結部411の起点413の部分に位置するヒータ支持部材10の内側には、ヒータ20が充填されている。なお、図6に示す実施形態の燃焼圧力センサ付きグロープラグ400において、他の部分は、燃焼圧力センサ付きグロープラグ100と同様に構成されているので、燃焼圧力センサ付きグロープラグ100と対応する部分には同一符号を付してある。
図7は、他の実施形態の燃焼圧力センサ付きグロープラグ500の要部断面構成を拡大して示している。この燃焼圧力センサ付きグロープラグ500では、ヒータ支持部材10における連結部11の起点13の内側部分に、ヒータ20は充填されておらず、ヒータ以外の部材からなる充填部材560が充填された構成となっている。この充填部材560としては、例えば、セラミック粉末又はマグネシア粉末等の絶縁性の粉末を充填し、プレス等により押し固めた構成とすることができる。また、ヒータ20へ通電するための通電線(例えばニッケル線)562が、充填部材560中を貫通して配置されている。なお、充填部材560の後端側には、アルミナ等からなる絶縁部材561が配置されており、この絶縁部材561中を貫通して通電線562が後端側に引き出されている。このように、ヒータ20以外の部材をヒータ支持部材10における連結部11の起点13の内側部分に充填してもよい。このように本発明は、ヒータ支持部材10の剛性を高める構成を備えることにより連結部の径方向への変位を抑制しているので、ヒータの長尺化等に伴うノイズの増加の懸念を低下させることが可能である。なお、図7に示す実施形態の燃焼圧力センサ付きグロープラグ500において、他の部分は、燃焼圧力センサ付きグロープラグ100と同様に構成されているので、燃焼圧力センサ付きグロープラグ100と対応する部分には同一符号を付してある。
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。例えば、円筒部の内側に充填される部材は、当該円筒部の軸孔を分断するように連結部の起点を円筒部の内側で互いに架橋するような板状部を設けることとしてもよく、また当該板状部は円筒部と同材質で一体に構成されるものとしてもよい。
1……ハウジング、2……キャップ部材、4……ねじ部、5……工具係合部、6……開口部、7……シート面、10……ヒータ支持部材(円筒部)、11……連結部、12……可動部、13……起点、20……ヒータ、21……絶縁性セラミック、22……導電性セラミック、23,24……露出部、25……受圧面、40……円筒状部材、41……フランジ部、46……圧力検出素子、100……燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
Claims (3)
- 筒状に形成されたハウジングと、
前記ハウジング内に配置された圧力検出素子と、
軸方向に延在する柱状の外形を有し、先端側が前記ハウジングの先端部から突出し、後端側が前記ハウジング内に収容されるように設けられ、先端面が受圧面とされ、前記圧力検出素子に燃焼圧を伝達するヒータと、
前記ヒータを保持する円筒部と、
前記円筒部と前記ハウジングとを直接又は他部材を介して連結し、かつ、前記ハウジングに対して前記ヒータの軸方向の相対変位を許容する連結部と、
を具備した燃焼圧力センサ付きグロープラグであって、
前記連結部は、前記円筒部の一部を起点とし、当該起点から径方向外側に向かって延在し、かつ、前記円筒部の前記起点の内側に位置する部分には、前記ヒータ若しくは当該ヒータ以外の構成部材が充填されていることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。 - 請求項1記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグであって、
前記連結部は、前記円筒部の前記起点から当該円筒部側面となす角度が45°以上の鋭角をなすように径方向外側に向かって延在している
ことを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。 - 請求項1又は2記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグであって、
前記連結部は、前記円筒部の軸方向上端又は前記円筒部の軸方向中間部分を前記起点として径方向外側に向かって延在している
ことを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
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