JP2014029258A - 圧力センサ付きグロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力の検知感度の低下をより確実に防止する。
【解決手段】グロープラグ１は、主体金具２と、ヒータ部材４と、中軸３と、可動部材１４と、圧力センサ５とを備える。ヒータ部材５は、筒状のチューブ８と、チューブ８の内周に配置されるとともに、自身の先端が主体金具２の先端よりも先端側に位置し、通電により発熱する発熱体９とを有する。中軸３の先端部には、発熱体９の後端部が接続される接続部３Ａが形成される。可動部材１４のうちヒータ部材４に接合される接合部１４Ａよりも先端側において、主体金具２及びヒータ部材４間には、環状の隙間ＣＲが形成される。発熱体９のうち接続部３Ａの先端よりも先端側に位置する部位の少なくとも一部は、隙間ＣＲの内周側に位置するとともに、接続部３Ａの先端は、接合部１４Ａの先端よりも先端側に位置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関等に使用される圧力センサ付きグロープラグに関する。

従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関の始動補助などに用いられるグロープラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する筒状の主体金具、前記軸孔に挿通されたヒータ部材、及び、前記軸孔に挿通されヒータ部材への通電経路をなす中軸等を備えている（例えば、特許文献１等参照）。また、ヒータ部材としては、筒状をなす金属製のチューブ内に、中軸からの通電により発熱する発熱体が配置されたヒータが採用されることがある。

さらに近年では、グロープラグに対して、燃焼圧等の圧力を検知するための機能を設けた圧力センサ付きグロープラグが提案されている。このような圧力センサ付きグロープラグにおいて、ヒータ部材は、その先端部が主体金具の先端から突出するとともに、軸線に沿って変形可能な可動部材を介して主体金具に取付けられることで、主体金具に対して相対変位可能とされている。そして、燃焼圧等をヒータ部材及び可動部材が受圧し、ヒータ部材が相対変位すると、その相対変位は圧力センサに伝達され、ヒータ部材の相対変位量（つまり、ヒータ部材及び可動部材に加えられた圧力）に応じた信号が圧力センサから出力される。

また、受圧時において可動部材に燃焼圧等を積極的に受圧させるべく、可動部材のうちヒータ部材に接合される接合部よりも先端側においては、ヒータ部材（チューブ）の外周面と主体金具の内周面との間に、環状の隙間が形成される。

特表２００９−５２０９４１号公報

ところで、内燃機関等の動作に伴いススが発生するところ、発生したススが前記隙間に入り込んでしまい、前記隙間が詰まってしまうことがある。この場合には、可動部材が燃焼圧等を受圧することが阻害されることとなり、圧力の検知感度が低下してしまうおそれがある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、ススによる前記隙間の詰まりを極めて効果的に抑制することができ、圧力の検知感度の低下をより確実に防止することができる圧力センサ付きグロープラグを提供することにある。

以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。

構成１．本構成の圧力センサ付きグロープラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する筒状の主体金具と、
少なくとも自身の先端部が前記主体金具の先端から突出した状態で前記軸孔に挿設されるヒータ部材と、
前記軸線方向に延びる棒状をなすとともに、前記軸孔に挿通され、前記ヒータ部材への通電経路をなす中軸と、
内周において前記ヒータ部材に接合される接合部を有し、前記ヒータ部材を前記主体金具に対して前記軸線方向に沿って相対変位可能な状態で保持する、前記軸線に沿って変形可能な可動部材と、
前記主体金具に直接又は間接的に固定されるとともに、前記ヒータ部材の相対変位に基づいて圧力を検知する圧力センサとを備え、
前記ヒータ部材は、
前記軸線方向に延びる筒状のチューブと、
前記チューブの内周に配置されるとともに、自身の先端が前記主体金具の先端よりも先端側に位置し、前記中軸からの通電により発熱する発熱体とを有し、
前記中軸の先端部に、前記発熱体の後端部が接続される接続部が形成された圧力センサ付きグロープラグであって、
前記接合部よりも先端側において、前記主体金具及び前記ヒータ部材間には、環状の隙間が形成され、
前記発熱体のうち前記接続部の先端よりも先端側に位置する部位の少なくとも一部は、前記隙間の内周側に位置し、
前記接続部の先端は、前記接合部の先端よりも先端側に位置することを特徴とする。

上記構成１によれば、発熱体のうち接続部の先端よりも先端側に位置する部位（すなわち、発熱体のうち、中軸に接触せず特に高温となる部位）の少なくとも一部が、ヒータ部材及び主体金具の間に形成された隙間の内周側に位置するように構成されている。従って、ヒータ部材の発熱時に、前記隙間に入り込んだススを効果的に焼失させることができ、ススによる前記隙間の詰まりを極めて効果的に抑制することができる。その結果、圧力の検知感度が低下してしまうことをより確実に防止できる。

一方で、発熱体のうち接続部の先端よりも先端側に位置する部位が、ヒータ部材に接合される接合部の内周側に配置されてしまうと、ヒータ部材の発熱時に、接合部（可動部材）が過熱されてしまい、可動部材の耐久性が低下してしまうおそれがある。

この点、上記構成１によれば、接続部の先端が、接合部の先端よりも先端側に位置するように構成されており、発熱体のうち接続部の先端よりも先端側に位置する部位が、接合部から離間するように構成されている。従って、発熱体で発生した熱が接合部（可動部材）に対して伝導されにくくなり、可動部材の過熱をより確実に防止することができる。その結果、可動部材において良好な耐久性を実現することができる。

構成２．本構成の圧力センサ付きグロープラグは、上記構成１において、前記隙間の先端部には、前記軸線と直交する方向に沿った前記隙間の大きさが最も小さい最狭部が形成され、
前記発熱体のうち前記接続部の先端よりも先端側に位置する部位は、前記軸線に沿った前記最狭部の形成範囲の少なくとも一部に配置されることを特徴とする。

上記構成２によれば、前記隙間の先端部には、軸線と直交する方向に沿った前記隙間の大きさが最も小さい最狭部が形成されている。従って、隙間に侵入する燃焼ガスを少なくすることができ、可動部材が瞬時に熱膨張してしまうことをより確実に防止できる。その結果、圧力の検知精度を高めることができる。

一方で、最狭部は、比較的少量のススによって詰まってしまうおそれがあるが、上記構成２によれば、発熱体のうち接続部の先端よりも先端側に位置する部位が、軸線に沿った最狭部の形成範囲の少なくとも一部に配置されるように構成されている。すなわち、最狭部の少なくとも一部において、その内周側に、発熱体のうち特に高温となる部位が配置されている。従って、ヒータ部材の発熱時に、最狭部に入り込んだススを効果的に焼失させることができ、ススによる前記隙間の詰まりを一層確実に抑制することができる。その結果、圧力検知感度が低下してしまうことをより一層確実に防止できる。

構成３．本構成の圧力センサ付きグロープラグは、上記構成２において、前記発熱体のうち前記接続部の先端よりも先端側に位置する部位は、前記軸線に沿った前記最狭部の形成範囲の全域に亘って配置されることを特徴とする。

上記構成３によれば、発熱体のうち接続部の先端よりも先端側に位置する部位が、軸線に沿った最狭部の形成範囲の全域に亘って配置されている。すなわち、最狭部の全域において、その内周側に、発熱体のうち特に高温となる部位が配置されている。従って、ヒータ部材の発熱時に、最狭部に入り込んだススを非常に効果的に焼失させることができ、ススによる前記隙間の詰まりをより一層確実に抑制することができる。その結果、圧力検知感度が低下してしまうことを極めて効果的に防止できる。

グロープラグの構成を示す一部破断正面図である。 グロープラグの部分拡大断面図である。

以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、圧力センサ付きグロープラグ１（以下、単に「グロープラグ１」と称す）の一部破断正面図である。尚、図１等においては、図の下側をグロープラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。

図１に示すように、グロープラグ１は、主体金具２、中軸３、ヒータ部材４、圧力センサ５等を備えている。

主体金具２は、軸線ＣＬ１方向に沿って延びる軸孔６を有しており、それぞれ所定の金属（例えば、Ｓ４５Ｃ等の鉄系素材）によって形成された筒状のハウジング２１と、筒状のキャップ部材２２とを備えている。

ハウジング２１は、その外周に、グロープラグ１をエンジンのシリンダヘッド等に取付けるための雄ねじ部２３を備えている。併せて、ハウジング２１の後端部外周には断面六角形状の工具係合部２４が形成されており、前記シリンダヘッド等にグロープラグ１（雄ねじ部２３）を取付ける際には、工具係合部２４に使用される工具が係合されるようになっている。

さらに、ハウジング２１の先端部内周には、軸線ＣＬ１方向に沿って延びる筒状をなす金属製のセンサ固定部材７が挿入されている。センサ固定部材７は、その先端部がハウジング２１の先端部に接合されるとともに、その後端部が圧力センサ５の後述するダイアフラム１６に接合されている。これにより、圧力センサ５は、主体金具２（ハウジング２１）に対してセンサ固定部材７を介して間接的に固定された状態となっている。

キャップ部材２２は、センサ固定部材７を介してハウジング２１の先端部に接合されており、その先端側外周に、軸線ＣＬ１方向先端側に向けて先細るテーパ部２２Ａを備えている。そして、グロープラグ１をエンジンに取付けた際には、前記テーパ部２２Ａがエンジンの座面に圧接することで、燃焼室内の気密性が確保されるようになっている。

中軸３は、前記軸孔６に挿入されており、軸線ＣＬ１に沿って延びる棒状をなしている。また、中軸３は、ヒータ部材４への通電経路をなす部位であり、導電性の金属（例えば、鉄系合金等）により形成されている。

ヒータ部材４は、丸棒状をなし、その後端部が軸孔６に挿設されるとともに、その先端部が主体金具２の先端から突出している。また、ヒータ部材４は、チューブ８と、当該チューブ８の内部に配置され、中軸３からの通電により発熱する発熱体９とを備えている。発熱体９は、その先端部が主体金具２の先端よりも先端側に位置しており、直列的に接続された発熱コイル１０と制御コイル１１とを有している。

チューブ８は、鉄（Ｆｅ）又はニッケル（Ｎｉ）を主成分とする金属（例えば、ニッケル基合金やステンレス合金等）から形成され、先端部が閉じた筒状チューブである。また、チューブ８の内部には、自身の先端部がチューブ８の先端に接合された前記発熱コイル１０と、発熱コイル１０の後端部に対して直列接続された前記制御コイル１１とが酸化マグネシウム粉末を含む絶縁粉末１２とともに封入されている。尚、発熱コイル１０は、その先端においてチューブ８と導通しているが、発熱コイル１０及び制御コイル１１の外周面とチューブ８の内周面とは、絶縁粉末１２の介在により絶縁された状態となっている。

さらに、チューブ８の後端側内周と中軸３との間には、耐熱性に優れる所定のゴム（例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴム等）からなる環状ゴム１３が設けられており、チューブ８内は封止されている。

発熱コイル１０は、制御コイル１１を介して中軸３と直列的に接続されており、所定の金属（例えば、Ｆｅを主成分とし、ＡｌやＣｒ等を含む合金など）からなる抵抗発熱線が螺旋状に巻回されることで構成されている。

制御コイル１１は、発熱コイル１０の材質よりも電気比抵抗の温度係数が大きい材質〔例えば、コバルト（Ｃｏ）−Ｎｉ−Ｆｅ系合金等に代表されるＣｏ又はＮｉを主成分とする金属〕からなる抵抗発熱線が螺旋状に巻回されることで構成されている。これにより、制御コイル１１は、自身の発熱及び発熱コイル１０からの発熱を受けることにより電気抵抗値を増大させ、発熱コイル１０に対する供給電力を制御する。詳述すると、通電初期においては発熱コイル１０に対して比較的大きな電力が供給され、発熱コイル１０の温度は急速に上昇する。すると、その発熱及び自身の発熱により制御コイル１１が加熱され、制御コイル１１の電気抵抗値が増大し、発熱コイル１０への供給電力が減少する。これにより、ヒータ部材４の昇温特性は、通電初期に急速昇温した後、以降は制御コイル１１の働きにより供給電力が抑制されて温度が飽和する形となる。つまり、制御コイル１１の存在により、急速昇温性を高めつつ、発熱コイル１０の過昇温（オーバーシュート）が生じにくくなるように構成されている。

また、ヒータ部材４は、筒状の可動部材１４を介して、主体金具２（ハウジング２１）に取付けられている。可動部材１４は、図２に示すように、その一端部に、その内周がヒータ部材４と接合される環状の接合部１４Ａを有している。さらに、可動部材１４は、その一端側開口部が比較的小径に形成される一方で、その他端側開口部が比較的大径に形成されており、両開口部間に、複数（本実施形態では、２箇所）の折り曲げ部分を有している。そのため、可動部材１４は、所定の金属（例えば、ステンレス鋼やニッケル合金等）により薄肉に形成されることと相俟って、軸線ＣＬ１に沿って伸縮変形可能となっている。これにより、可動部材１４に保持されるヒータ部材４は、その先端部及び可動部材１４の先端側の面に燃焼圧等の圧力が加えられた際に、主体金具２に対して軸線ＣＬ１方向に沿って相対変位することが可能となっている。

尚、本実施形態では、ヒータ部材４の円滑な相対変位を図るべく、前記接合部１４Ａよりも先端側において、ヒータ部材４の外周面と主体金具２（キャップ部材２２）の内周面との間に、環状の隙間ＣＲが形成されている。加えて、隙間ＣＲの先端部には、軸線ＣＬ１と直交する方向に沿った隙間ＣＲの大きさが最も小さい最狭部ＮＣが設けられている。このような最狭部ＮＣを設けることで、隙間ＣＲを通ってハウジング２１側へと侵入する燃焼ガスを十分に少なくすることができ、可動部材１４が瞬時に熱膨張してしまうことをより確実に防止できるようになっている。尚、本実施形態では、軸線ＣＬ１と直交する方向に沿った最狭部ＮＣの大きさＸが、所定値（例えば、０．３ｍｍ）以下とされている。

加えて、可動部材１４は、その一端側が全周に亘ってヒータ部材４（チューブ８）に対して溶接されており、その他端側が全周に亘ってヒータ固定部材７の先端部に対して溶接されている。これにより、前記隙間ＣＲから侵入した燃焼ガスが、ハウジング２１内へと侵入し、ひいては外部へと漏れてしまうことをより確実に防止できるようになっている。

図１に戻り、ヒータ部材４のうち可動部材１４が接合される部位よりも後端側の外周部分には、筒状の伝達部材１５が接合されている。伝達部材１５は、自身の後端部が圧力センサ５（ダイアフラム１６）に接続されており、ヒータ部材４の相対変位は、伝達部材１５を介して圧力センサ５に伝達されるようになっている。尚、本実施形態では、上述の通り、圧力センサ５が軸孔６内に設けられているため、軸線ＣＬ１に沿った伝達部材１５の長さを比較的小さくすることができる。これにより、伝達部材１５は、その固有振動数が大きなものとなり振動しにくくなるため、ヒータ部材４の変位が精度よく圧力センサ５へと伝達され、その結果、圧力の検知精度が向上するようになっている。

圧力センサ５は、ハウジング２１の軸線ＣＬ１方向中央部よりも先端側に設けられており、中軸３が貫通する貫通孔を中央に有する金属（例えば、ステンレス鋼）製のダイアフラム１６と、当該ダイアフラム１６の後端側の面に接合されたセンサ素子１７（本実施形態では、ピエゾ抵抗体）とを備えている。ダイアフラム１６には、前記伝達部材１５の後端部が接合されており、燃焼圧等の受圧によりヒータ部材４に変位が生じた際には、ヒータ部材４の変位量に応じた分だけダイアフラム１６が撓み変形するようになっている。

また、センサ素子１７は、ダイアフラム１６の撓み変形に伴い、自身の抵抗値が変化するものである。センサ素子１７の抵抗値は、ハウジング２１の内部に設けられた集積回路１８（図１参照）により電圧値に変換・増幅され、変換・増幅された電圧値の信号（すなわち、ヒータ部材４の受けた圧力を示す信号）が、図示しないケーブル等を介してＥＣＵ等の外部回路（図示せず）へと出力される。

加えて、図２に示すように、中軸３は、その先端部に比較的小径の接続部３Ａを備えており、当該接続部３Ａの外周に対して発熱体９（制御コイル１１）の後端部が接合（本実施形態では、溶接）されている。そして、発熱体９のうち接続部３Ａの先端３Ｆよりも先端側に位置する部位（すなわち、発熱体９のうち、中軸３Ａに接触しておらず特に高温となる部位）の少なくとも一部は、隙間ＣＲの内周側に位置している。特に本実施形態では、発熱体９のうち接続部３Ａの先端３Ｆよりも先端側に位置する部位が、軸線ＣＬ１に沿った最狭部ＮＣの形成範囲の全域に亘って、最狭部ＮＣの内周側に位置するように構成されている。

さらに、本実施形態では、接続部３Ａの先端３Ｆが、接合部１４Ａの先端１４Ｆよりも先端側に位置するように構成されている。すなわち、発熱体９のうち、中軸３に接触しておらず特に高温となる部位が、軸線ＣＬ１方向において接合部１４Ａから離間するように構成されている。

以上詳述したように、本実施形態によれば、発熱体９のうち接続部３Ａの先端３Ｆよりも先端側に位置する部位の少なくとも一部が、隙間ＣＲの内周側に位置するように構成されている。従って、ヒータ部材４の発熱時に、隙間ＣＲに入り込んだススを効果的に焼失させることができ、ススによる隙間ＣＲの詰まりを極めて効果的に抑制することができる。その結果、圧力の検知感度が低下してしまうことをより確実に防止できる。

加えて、隙間ＣＲの先端部には、軸線ＣＬ１と直交する方向に沿った隙間ＣＲの大きさが最も小さく、大きさＸが所定値以下とされた最狭部ＮＣが形成されている。従って、隙間ＣＲに侵入する燃焼ガスを少なくすることができ、可動部材１４が瞬時に熱膨張してしまうことをより確実に防止できる。その結果、圧力の検知精度を高めることができる。

一方で、上述のように大きさＸが小さな最狭部ＮＣにおいては、少量のススによって隙間ＣＲ（最狭部ＮＣ）に詰まりが生じてしまうおそれがある。この点、本実施形態では、発熱体９のうち接続部３Ａの先端３Ｆよりも先端側に位置する部位が、軸線ＣＬ１に沿った最狭部ＮＣの形成範囲の全域に亘って、最狭部ＮＣの内周側に位置するように構成されている。すなわち、最狭部ＮＣの全域において、その内周側に、発熱体９のうち特に高温となる部位が配置されている。従って、ヒータ部材４の発熱時に、最狭部ＮＣに入り込んだススを非常に効果的に焼失させることができ、ススによる隙間ＣＲの詰まりを一層確実に抑制することができる。その結果、圧力検知感度が低下してしまうことをより一層確実に防止できる。

さらに、本実施形態では、接続部３Ａの先端３Ｆが、接合部１４Ａの先端１４Ｆよりも先端側に位置するように構成されている。従って、発熱体９で発生した熱が接合部１４Ａ（可動部材１４）に対して伝導されにくくなり、可動部材１４の過熱をより確実に防止することができる。その結果、可動部材１４において良好な耐久性を実現することができる。

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

（ａ）上記実施形態において、発熱体９は、発熱コイル１０及び制御コイル１１により構成されているが、制御コイルを省略し、発熱コイルにより発熱体を構成することとしてもよい。

（ｂ）上記実施形態では、センサ素子としてピエゾ抵抗体を挙げているが、センサ素子として、圧電素子等を用いることとしてもよい。

（ｃ）上記実施形態において、ヒータ部材４は、丸棒状、すなわち、断面円形状とされているが、必ずしも断面円形状である必要はなく、その形状は特に限定されるものではない。

（ｄ）可動部材１４は、軸線ＣＬ１方向に沿って変形可能であればよく、その形状は、特に限定されるものではない。従って、例えば、可動部材として、軸線ＣＬ１方向に沿って延びる蛇腹状の筒状部を備えたものを用いることとしてもよい。また、軸線ＣＬ１と交差する方向に延び、軸線ＣＬ１方向に撓み変形可能な環状部材を用いることとしてもよい。

１…グロープラグ（圧力センサ付きグロープラグ）、２…主体金具、３…中軸、３Ａ…接続部、３Ｆ…（接続部の）先端、４…ヒータ部材、５…圧力センサ、６…軸孔、８…チューブ、９…発熱体、１４…可動部材、１４Ａ…接合部、１４Ｆ…（接合部の）先端、ＣＬ１…軸線、ＣＲ…隙間、ＮＣ…最狭部。

Claims (3)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有する筒状の主体金具と、
   少なくとも自身の先端部が前記主体金具の先端から突出した状態で前記軸孔に挿設されるヒータ部材と、
   前記軸線方向に延びる棒状をなすとともに、前記軸孔に挿通され、前記ヒータ部材への通電経路をなす中軸と、
   内周において前記ヒータ部材に接合される接合部を有し、前記ヒータ部材を前記主体金具に対して前記軸線方向に沿って相対変位可能な状態で保持する、前記軸線に沿って変形可能な可動部材と、
   前記主体金具に直接又は間接的に固定されるとともに、前記ヒータ部材の相対変位に基づいて圧力を検知する圧力センサとを備え、
   前記ヒータ部材は、
   前記軸線方向に延びる筒状のチューブと、
   前記チューブの内周に配置されるとともに、自身の先端が前記主体金具の先端よりも先端側に位置し、前記中軸からの通電により発熱する発熱体とを有し、
   前記中軸の先端部に、前記発熱体の後端部が接続される接続部が形成された圧力センサ付きグロープラグであって、
   前記接合部よりも先端側において、前記主体金具及び前記ヒータ部材間には、環状の隙間が形成され、
   前記発熱体のうち前記接続部の先端よりも先端側に位置する部位の少なくとも一部は、前記隙間の内周側に位置し、
   前記接続部の先端は、前記接合部の先端よりも先端側に位置することを特徴とする圧力センサ付きグロープラグ。
2. 前記隙間の先端部には、前記軸線と直交する方向に沿った前記隙間の大きさが最も小さい最狭部が形成され、
   前記発熱体のうち前記接続部の先端よりも先端側に位置する部位は、前記軸線に沿った前記最狭部の形成範囲の少なくとも一部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ付きグロープラグ。
3. 前記発熱体のうち前記接続部の先端よりも先端側に位置する部位は、前記軸線に沿った前記最狭部の形成範囲の全域に亘って配置されることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ付きグロープラグ。
   

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