JP2015152274A - グロープラグ一体型燃焼圧センサ - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性に優れ、燃焼圧検出精度の低下を抑制したグロープラグ一体型燃焼圧センサを提供する。
【解決手段】グロープラグ１を連通孔９１３の内側で固定する固定部材２と圧電素子５０を備えた燃焼圧検出部５と、燃焼圧を伝達する荷重伝達部材４と、制御部６と、入出力部７とを筒状のハウジング３に一体的に収容したグロープラグ一体型燃焼圧センサにおいて、ハウジング３が外筒部３０と、荷重伝達部材係止部３１と、プラグホール９１０の雌ネジ部９１２と螺合する雄ネジ部３２と、雄ネジ部３２の基端側に設けた素子収容部３３を具備し、荷重伝達材４が、一端が荷重伝達部材係止部３２に当接し、他端が素子収容部３２の内側に露出する内筒部４０と、外径方向に向かって鍔状に広がる鍔部４１とを具備し、検出部５の下面に鍔部４１を当接せしめる。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、内燃機関に設けられ、燃焼室圧力を検出すべくグロープラグと一体に設けられたグロープラグ一体型燃焼圧センサに関する。

内燃機関の燃焼室内の燃焼圧を検出すべく、グロープラグ内に圧力検出用の圧電素子を設けたグロープラグ一体型燃焼圧センサについて種々提案されている。
例えば、特許文献１には、軸線に沿って延びるセラミックヒータであり、絶縁性セラミックによって形成された柱状の基体と、前記基体の内部に埋設され、通電によって抵抗発熱する抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体と電気的に接続され、セラミックヒータの後端部の外表面に露出する電極取出部とを有する前記セラミックヒータと、前記セラミックヒータの先端を突出させた状態で前記セラミックヒータを内部に収容する筒状のハウジングと、前記ハウジングの内部の気密を確保するとともに、直接または他の部材を介して前記ハウジングと前記セラミックヒータとを連結しつつ、弾性変形することによって、前記セラミックヒータの、前記ハウジングに対する前記軸線に沿った変位を許容する可動部材と、前記ハウジングの内部のうち前記セラミックヒータよりも後端側に配置され、前記セラミックヒータの前記変位に基づいて前記燃焼ガスの圧力を検出する圧力センサと、前記可動部材よりも後端側の前記ハウジング内に配置される荷重伝達部材であり、前記セラミックヒータの前記後端部に嵌め込まれると共に、前記ハウジングに直接または他部材を介して連結され、前記セラミックヒータの変位を前記圧力センサに伝達する筒状の荷重伝達部材と、を備えるグロープラグであって、前記荷重伝達部材の熱伝導率は、前記セラミックヒータの前記基体の熱伝導率よりも大きいことを特徴とするグロープラグが開示されている。

また、特許文献２には、一端側がエンジンの燃焼室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と、一端側が前記パイプ部材の内部にて前記発熱部材と接続されて電気的に導通するとともに、他端側が前記ハウジングの他端から突出するように前記ハウジング内に収納されている金属製の中軸と、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とを備える燃焼圧センサ付きグロープラグが開示されている。
特許文献２の圧力センサ付きグロープラグでは、圧力センサを固定ナットと中軸ネジ部の締結軸力によってハウジングに対して予荷重をかけて組み付け、燃焼圧によって中軸が歪み、固定ナットの予荷重が緩むことで、圧力センサからの出力がされるように構成している。

特開２０１３−２２８１７５号公報 特開２００３−３１６７９６号公報

ところが、特許文献１にあるような従来のグロープラグ一体型燃焼圧センサでは、弾性変形することによって、セラミックヒータの変位を許容する可動部材を用いてセラミックヒータとハウジングとを連結している。
燃焼室内に臨むグロープラグの先端付近には、未燃燃料、カーボン、燃料改質剤等からなるデポジットが形成され易く、可動部材とハウジングとの間に蓄積し、可動部材の動きが阻害され、正確に燃焼圧を検出できなくなる虞がある。
また、このような可動部材を弾性変形可能とするためには、必然的に弾性部材からなる可動部分の剛性を低くせざるを得ない。

一般に、グロープラグの先端付近は、激しい冷熱サイクルに晒されるので、可動部材への冷熱ストレスが大きくなり、剛性の低い可動部材に金属疲労による亀裂の発生等を招く虞もある。
さらに、セラミックヒータ自体が荷重伝達部材として用いられるため、セラミックヒータに内蔵された発熱体への導通を図る電極取出部とハウジング及伝達スリーブとの接続部分の断線を生じる虞もある。

一方、特許文献２にあるような、予荷重の緩みを検出する方法では、印加可能な最大予荷重が、中軸の引張り強度の強度限界に依存するため、最大予荷重を上回るほどの大きな燃焼圧が加わった場合には、燃焼圧の計測ができなくなる虞がある。

そこで、本発明はかかる実情に鑑みて、デポジットによる検出精度の低下を招くことがなく、耐久性に優れたグロープラグ一体型燃焼圧センサを提供することを目的とする。

本発明のグロープラグ一体型燃焼圧センサ（８、８ａ）では、 内燃機（９）に設けられ、通電によって発熱するグロープラグ（１）と、その先端が前記内燃機関の燃焼室（９０））に臨む連通孔（９１３）の内側に位置するように前記グロープラグを固定する筒状の固定部材（２）と、圧電効果によって圧力を検出する圧電素子（５０）を備えた燃焼圧検出部（５）と、前記燃焼圧検出部へ前記燃焼室内で発生した燃焼圧を伝達する荷重伝達部材（４）と、前記グロープラグへの通電制御を図ると共に前記燃焼圧検出部への入出力制御を図る制御部（６）と、前記制御部と外部との入出力を図る入出力部（７）とを具備し、これらを筒状のハウジング（３）に一体的に収容して、前記燃焼室の加熱と前記燃焼圧の検出とを図るグロープラグ一体型燃焼圧センサであって、前記ハウジングが軸方向に筒状に伸びる外筒部（３０）と、その先端側で内側に向かって環状に突出する荷重伝達部材係止部（３１）と、前記内燃機関のエンジンヘッド（９１）に設けたプラグホール（９１０）の雌ネジ部（９１２）と螺合し、前記外筒部の基端側に設けた雄ネジ部（３２）と、該雄ネジ部のさらに基端側の前記エンジンヘッドから露出する位置に設けた素子収容部（３３）を具備し、前記荷重伝達材が、前記外筒部の内側に保持され、一端が前記荷重伝達部材係止部に当接し、他端が前記素子収容部の内側に露出する内筒部（４０）と、該内筒部に延設され、前記素子収容部の内側で外径方向に向かって鍔状に広がる鍔部（４１）とを具備し、前記素子収容部の内側に固定された前記検出部の下面に前記鍔部を当接せしめたことを特徴とする。

本発明によれば、前記燃焼室の内側に発生した燃焼圧Ｐ_ＳＹＬが前記エンジンヘッドに作用し、前記エンジンヘッドが圧縮変形されると、前記外筒部の雄ネジ部の先端から前記固定部材までに歪を生じ、相対的に、前記荷重伝達部材が基端側に押し上げられることになる。
このとき、前記鍔部が前記検出部を圧縮し、そのときの荷重に比例して発生する電荷量から、燃焼圧Ｐ_ＳＹＬを算出することができる。

さらに、従来のように、燃焼圧を予圧縮荷重を減らす方向に作用させて、検出しようとした場合には、中軸の引っ張り強度限界を超える予圧縮荷重を付加することができないため、予圧縮荷重が中軸の引っ張り強度に依存し、最大予圧縮荷重を超える燃焼圧が発生した場合には、計測ができなくなる虞がある。
しかし、本発明では、組み付け時に予圧縮荷重を精度良く調整できるのに加え、燃焼圧Ｐ_ＳＹＬが前記荷重伝達部材を介して、前記圧電素子の圧縮方向に作用するので、前記グロープラグと前記制御部との銅通経路に用いられる中軸等の引っ張り強度に依存することなく、高い燃焼圧Ｐ_ＳＹＬを検出することができる。

さらに、本発明では、従来のように、グロープラグを圧力伝達媒体として使用していないので、燃焼圧Ｐ_ＳＹＬによって、前記グロープラグから前記制御部に至るまでの導通経路において断線を生じさせる虞がなく、従来のような可動部も設けられていないので、デポジットにより、可動性が低下して検出精度が低下するような問題も発生しない。

本発明の第１の実施形態におけるグロープラグ一体型燃焼圧センサの概要を示す断面図 図１Ａのグロープラグ一体型燃焼圧センサに用いられる発熱体固定部材とエンジンヘッドとの間のシール構造を示す拡大断面図 図１Ｂの変形例を示す拡大断面図 本発明のグロープラグ一体型燃焼圧センサの作動原理を示す断面図 燃焼圧力の有無による荷重伝達部材の相対的な位置の違いを示す図２Ａの要部拡大図 本発明の第２の実施形態におけるグロープラグ一体型燃焼圧センサを示す断面図

図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図２Ａ、図２Ｂを参照して、本発明の第１の実施形態におけるグロープラグ一体型燃焼圧センサ８（以下、一体型センサ８と称する。）の概要について説明する。
なお、以下の説明において、内燃機関９の燃焼室９０に臨む側を先端側とし、外部に接続される側を基端側とする。
一体型センサ８は、通電によって発熱するグロープラグ１と、グロープラグ１を保持固定する固定部材２と、固定部材２を内燃機関９のエンジンヘッド９１に設けたプラグホール９１１内で気密３に保持するハウジング３と、燃焼室内で発生した燃焼圧Ｐ_ＳＹＬを伝達するための荷重伝達部材４と荷重伝達部材４によって伝達された圧力を検出する検出部５とグロープラグ１への通電制御と検出部５への入出力制御とを行う制御部６と外部との接続を図る入出力部７とによって構成されている。

本発明の一体型センサ８においては、ハウジング３が軸方向に筒状に伸びる外筒部３０と、その先端側で内側に向かって環状に突出する荷重伝達部材係止部３１と、内燃機関９のエンジンヘッド９１に設けたプラグホール９１０の雌ネジ部９１２と螺合し、外筒部３０の基端側に設けた雄ネジ部３２と、雄ネジ部３２のさらに基端側で、エンジンヘッド９１から露出する位置に設けた素子収容部３３を具備し、荷重伝達材４が、外筒部３０の内側に保持され、一端が前記荷重伝達部材係止部３１に当接し、他端が素子収容部３３の内側に露出する内筒部４０と、内筒部４０に延設され、素子収容部３３の内側で外径方向に向かって鍔状に広がる鍔部４１とを具備し、素子収容部３３内に固定された検出部５の下面に鍔部４１を当接せしめたことを特徴とする。

本実施形態におけるグロープラグ１には、いわゆるセラミックヒータが用いられている。
グロープラグ１は、軸方向に伸びる棒状に形成された絶縁体１３と、絶縁体１３の内部に埋設され、Ｕ字状に形成された抵抗発熱体１０と、抵抗発熱体１０のそれぞれの端部に接続され絶縁体１３の所定の位置で表面に引き出された接地側リード部１１及び通電側リード部１２と、接地側リード部１１に接続して設けられた接地端子１１０と通電側リード部１２に接続して設けられた通電端子１２０とによって構成されている。

抵抗発熱体１０には、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）、二硅化モリブデン（ＭｏＳｉ_２）、二硅化タングステン（ＷＳｉ_２）等の公知の導電性セラミック材料が用いられ、射出成形等の公知の方法により略Ｕ字形に形成されている。
接地側リード部１１、通電側リード部１２は、タングステン（Ｗ）等の公知の導電性材料を用いて所定の形状に形成され、略Ｕ字形の抵抗発熱体１０のそれぞれの端に接続されている。

絶縁体１３は、窒化硅素Ｓｉ_３Ｎ_４等の公知の絶縁性セラミックが用いられ、抵抗発熱体１０と接地側リード部１１と通電側リード部１２とを覆っている。
絶縁体１３は、内側に抵抗発熱体１０と接地側リード部１１と通電側リード部１２とが埋設された状態で、ホットプレス等の公知の方法により一体的に焼結されている。

接地端子１１０、通電端子１２０は、絶縁体１３の焼結後、切削加工によって絶縁体１３の表面の所定位置に露出させた地側リード部１１と通電側リード部１２のそれぞれの端部に接続して、膜印刷やメッキ等の公知の方法により形成され、絶縁体１３の内部に埋設された抵抗発熱体１０への通電を可能としている。

通電端子１２０は、筒状の中継スリーブ１２１を介して長軸状の中軸１２２に接続され、中軸１２２の基端に設けられた端子金具１２３を介して制御回路基板６０から引き出された基板接続リード部１２４に接続されている。
中軸１２２の基端側は、弾性変形可能な基板接続リード部１２４によって保持されているので、軸方向に荷重を受けることがなく、グロープラグ１から制御回路基板６０までの導通経路において断線等の導通信頼性を害される虞がない。

中継スリーブ１２１、中軸１２２、端子金具１２３、基板接続リード部１２４は、銅、アルミニウム、ステンレス、鉄ニッケル合金等の導電性に優れた公知の金属材料によって形成されている。
接地端子１１０は、固定部材２を介して、エンジンヘッド９１に電気的に接続され、接地状態となっている。
本発明においては、比較的温度の低い素子収容部３３の内側において、グロープラグ１と制御回路基板６０とを繋ぐ通電経路の一部が弾性変形可能な状態であれば、燃焼圧Ｐ_ＳＹＬによって、ハウジング３が圧縮変形され歪みが生じたときに、基端側が基板接続リード部１２４によって弾性的に接続されているので、中軸１２２には、歪みが生じることがないのである。

固定部材２（以下、固定部材２と称する。）は、ステンレス、炭素鋼、鉄ニッケル合金等、耐熱性の高い金属材料が用いられている。
また、固定部材２は、剛性が高くなるよう肉厚に形成されている。
固定部材２は、独楽型筒状に形成されており、径方向に向かって鍔状に張り出すように形成された圧接部２０と、その基端側に形成され、筒状の基端側保持部２１と、先端側に形成された筒状の先端側保持部２２とによって構成されている。

固定部材２の内側には、グロープラグ１が収容固定されている。
固定部材２の基端側からはグロープラグ１の基端側の露出し、通電端子１２０と中軸１２２との接続が可能となっている。
固定部材２の先端側からは、内側に抵抗発熱体１０が埋設されたグロープラグ１の先端側が露出している。

基端側保持部２１の内周面とグロープラグ１の外周表面との間隙、先端側保持部２２とグロープラグ１の外周表面との間隙に、ロウ材２４が流し込まれ、グロープラグ１と固定部材２とを強固に接合している。
同時にグロープラグ１の表面に形成した接地端子１１０と固定部材２の内周面との導通が図られている。
また、基端側筒状部２１の内周面とグロープラグ１の外周表面との境界には、環状の溝が形成され、ロウ材又は熔融ガラス等の封止部材２３が配設され、グロープラグ１と固定部材２との接合をより強固なものとしている。

圧接部２０の基端側には、グロープラグ１の軸心に直交する圧接部水平面２０１が形成され、先端側には、先端に向かって径小となるように縮径する円錐台形状の圧接部傾斜面２００が形成されている。
圧接部水平面２０１には、後述するハウジング外筒部３０の下端面が当接し、ハウジング３がエンジンヘッド９１に螺旋締め固定されたときの軸力が作用するようになっている。
圧接部傾斜面２００は、エンジンヘッド９１に設けられた着座傾斜面９１２に当接し、ハウジング外筒部３０からの軸力によって押圧され、密着状態となる。
圧接部２０には、軸方向に圧縮力が作用するため、圧接部２０の内周面とグロープラグ１の表面との間隙にはロウ材２４を流し込まないようにして、残留応力によるロウ材２４の剥離を防ぐようにしても良い。

ハウジング３は、ステンレス、鉄、ニッケル、鉄ニッケル合金、炭素鋼等の公知の金属材料が用いられている。
ハウジング３は略筒状で、固定部材２の圧接部水平面２０１に当接して軸方向に押圧するハウジング外筒部３０（以下、外筒部３０と称す。）と、外筒部３０の先端側の所定位置において内側に向かって径小となるように環状に突出する内筒係止部３１と、外筒部３０の基端側外周に設けた雄ネジ部３２と、外筒部３０がエンジンヘッド９１から露出する位置に延設した素子収容部３３と、素子収容部３３の内側で燃焼圧検出部２を固定する固定ワッシャ３４と、基端側固定ワッシャ３４を素子収容部３３に溶接固定するワッシャ接合部３５と、ハウジング３の雄ネジ部３２をエンジンヘッド９１に設けた雌ネジ部９１０に螺結するための六角部３６とによって構成されている。

外筒部３０は、軸方向に伸びる筒状に形成されている。
外筒部３０の基端側外周には、雄ネジ部３２及び六角部３６が設けられている。
外筒部３０の先端は、固定部材２に設けた鍔状シール部２０の水平面２０１に当接している。
雄ネジ部３２をエンジンヘッド９１のプラグホール９１１の基端に設けた雌ネジ部９１０に螺結したときの軸力が外筒部３０を介して圧接部水平面２０１に作用する。

ハウジングヘッド９１のプラグホール９１１と燃焼室９０に連通する貫通孔９１３との間には、燃焼室側に向かって径小となるように縮径するすり鉢状の着座傾斜面９１２が形成されている。
図１Ｂに示すように外筒部３０によって押圧された圧接部傾斜面２００が着座傾斜面９１２に密接し、燃焼室９０から気体が漏れないようにシールされている。
また、図１Ｃに示すように、圧接部傾斜面２００ａが先端側に向かって凸となるように湾曲面となるように圧接部２０ａを形成し、着座傾斜面９１２ａの傾斜角度を圧接部傾斜面２００ａに接するように形成しても良い。
外筒部３０の軸力によって圧接部２０の水平面２０１を押圧することによって固定部材２とエンジンヘッド９１とを気密にシールすることができれば良いので、圧接部傾斜面２００と着座傾斜面９１２とには、互いに圧接することで、気密性を確保するために一般的に用いられているメタルシール構造を適宜採用することができる。

素子収容部３３は、外筒部３０がエンジンヘッド９１から露出する位置に設けられている。
素子収容部３３は、エンジンヘッド９１の基端側に露出する位置で燃焼圧検出部５と制御部６とを収容している。

荷重伝達部材４は、筒状に伸びる荷重伝達内筒部４０（以下、内筒部４０と称する。）と内筒部４０の端に延設され、径方向に広がる鍔状の荷重伝達鍔部４１（以下、鍔部４１と称する。）とによって構成されている。
荷重伝達部材４は、外筒部３０と少なくとも同等か、外筒部３０よりも硬い金属材料を用いるか、外部筒３０と同材質の金属材料を用いて、外筒部３０よりも厚肉に形成することで、外筒部３０と少なくとも同等か、より高い剛性を発揮させることができる。
ハウジング３は、上記の通り、圧縮に耐えうる強度および、塑性変形しない耐力を持つことが必要とされ、螺旋軸力印加時に座屈しないように圧縮強度が十分高く、更に燃焼圧検出時のセンサ出力のリニアリティを保障するために、弾性変形域で用いることができるだけの耐力が必要である。
一方、荷重伝達部材４には、ハウジング３に必要とされる耐力に加えて、剛性が更に高いことが望ましい。荷重伝達部材４はハウジング３の歪みから生じた荷重変化を燃焼圧検出部５に損失なく伝達することが重要だからである。

内筒部４０は、外筒部３０の内側に摺動可能に保持され、一端が内筒係止部３１に当接して支持され、他端が外筒部３０の基端に設けられた雄ネジ部３２及び六角部３６よりも基端側に露出している。
鍔部４１は、素子収容部３３の内側で外径方向に広がり、素子収容部３３内に収容された燃焼圧検出部５の底面に当接している。
内筒部４０の内側には、中軸１２０が配設されている。
内筒部４０と中軸１２２との間には筒状の中軸絶縁部材１２５が配設され、内筒部４０と中軸１２２との電気的絶縁が確保されている。

中軸絶縁部材１２５は、中軸１２２を内筒部４０の中心に保持しつつ、内筒部４０との電気絶縁性が確保でき、グロープラグ１からの放熱に対抗できる程度の耐熱性が確保されれば、特に材質を限定するものではない。
例えば、アルミナ、ムライト、シリカ、チタニア、スピネル等の絶縁材料を筒状に焼結した硬質のものを中軸１２２と内筒部４０との間に介装しても良いし、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、フッ素樹脂、フッ素ゴム等の耐熱性、絶縁性を有する樹脂材料を用いて中軸１２２を覆う被覆膜とし設けても良い。
また、本実施形態においては、中軸絶縁部材１２５として、筒状に形成した例を示したが、必ずしも、中軸１２２の長手方向に亘って全面的に覆う必要もなく、シリコーンゴム、フッ素樹ゴム等の絶縁性、耐熱性を有する弾性部材からなるＯリング等を中軸１２２と内筒部４０との間に複数配設して、中軸１２２を正中に保持するようにしても良い。

検出部５は、圧縮により電荷を発生する圧電素子５０と、圧電素子５０に発生した電荷を取り出す検出電極５１と検出電極５１と制御部６とを繋ぐ信号線５２と、圧電素子５０を収容しつつ、接地電極として機能するセンサハウジング５３とによって構成されている。
検出部５の中心には、電気的に絶縁を図った状態で中軸１２２が配設されている。
圧電素子５０には、水晶、ＰＺＴ、ニオブ酸リチウム、ポリフッ化ビニリデン等の公知の圧電材料を用いることができる。
本実施形態においては、ドーナツ円板状に形成した２枚の圧電素子５０を内側が正極となるように分極方向を揃えて重ね、その間に検出電極５１を介装してある。
本実施形態では、圧電素子５０を２枚重ねた例を示しているが、本発明において、圧電素子の数を限定するものではなく、分極方向を一定方向に揃えた圧電素子の間に検出電極と接地電極とを交互に介装して、同極同士を接続した、ピエゾスタックを用いても良い。圧電素子の枚数を増やすことで、燃焼圧Ｐ_ＳＹＬが伝達され機械的応力が加えられたときに発生する電荷量を多くして測定精度の向上を図ることもできる。

圧電素子５０の外周表面と内周表面は、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の絶縁被覆５０１で覆われている。
信号線５２は、銅等の良電導材料からなる芯線５２０の表面が絶縁被覆５２２で覆われている。
検出電極５１の内周面側に接続部５２１を設けて、信号線５２の芯線５２０の一方の端部を接続して、検出素子５０の内径を通して、信号線接続端子５２３を介して基端側に設けた制御回路基板６１から引き出した基板引き出しリード５２４に接続されている。

また、基板引き出しリード５２４には弾性変形可能な撓み部が形成されているので、接続部５２１への応力集中を緩和し、接続不良を防ぐことができる。 本発明において、信号線５２の引き出し方法を特に限定するものではなく、検出電極５１の外周面側からセンサハウジング５２との絶縁を図りつつ制御部６側に引き出すようにしても良い。

センサハウジング５３は、ステンレス、鉄、ニッケル、鉄ニッケル合金等の金属材料によって形成され、圧電素子５０と検出電極５１とを収容する筐体部５３０と、蓋部５３１とによって構成されている。
センサハウジング５３は、圧電素子５０の表面と電気的に接続され、接地電極としての機能を発揮する。
センサハウジング５３の下面側は、荷重伝達部材４の鍔部４１に当接している。
センサハウジング５３の上面側に当接して、固定ワッシャ３５が配設され、固定ワッシャ３５は、素子収容部３５に接合部３７を設けて接合されている。

制御部６は、グロープラグ通電制御装置（ＧＵＣ）６０と制御回路基板６１とによって構成されている。
ＧＣＵ６０は、外部から伝達された駆動信号ＳＩにしたがって、グロープラグ１へ通電するデューティを算出して所定の電力を供給し、発熱体の温度制御を行う。
また、図略の自己診断回路を設けて、グロープラグ１の劣化や断線異常等の有無を判定し、外部に自己診断信号ＤＩを発信させることもできる。
ＧＣＵ６０にグロープラグ１への通電制御以外に、自己の気筒位置を判別したり、電源逆接続から半導体素子を保護したり、異常診断をしたりするなど、具体的にどのような機能を持たせるかは適宜変更可能である。

制御回路基板６１は、外部から供給された電源電圧を調整してＧＣＵ６０を制御するための制御電圧を供給したり、ＧＣＵ６０によって調整された電力をグロープラグ１へ供給したりするための電源回路や、燃焼室９０内の燃焼圧Ｐ_ＳＹＬの上昇によってエンジンヘッドの燃焼圧検出部５で発生した電荷を電圧として取り扱うためのチャージポンプ回路等が設けられている。
燃焼室９０内の燃焼圧Ｐ_ＳＹＬによってエンジンヘッド９１が歪み、外筒部３０が圧縮変形すると、外筒部３０内に設けた内筒係止部３１によって支持された荷重伝達部材４が相対的に押し上げられ、鍔部４１と固定ワッシャ３５とによって挟持された検出部５が圧縮されることになる。

圧電素子５０に負荷された荷重に比例する電荷が発生し、これをこれが制御回路部６１に設けたチャージポンプによって取扱いのし易い電圧に変換され、外部に設けたＥＣＵ等に算出した燃焼圧Ｐ_ＳＹＬを示す信号が出力される。
なお、燃焼圧Ｐ_ＳＹＬをどのような信号にして外部に伝達するかは適宜選択し得る。
例えば、燃焼圧Ｐ_ＳＹＬそのものをシリアルデータとして外部に送信するようにしても良いし、ＧＣＵ６０内に設けた自己診断装置によって、燃焼圧Ｐ_ＳＹＬを閾値判定して、失火、ノッキングといった燃焼異常の有無等の結果のみを、グロープラグ１への通電経路の断線やグロープラグ１の劣化等の他の異常検出結果と共に自己診断信号ＤＩとして、外部に出力することもできる。

入出力部７は、図略のコネクタワイヤハーネスを介して、外部に設けた図略の直流電源やエンジン制御装置（以下、ＥＣＵと称す。）に接続される通電端子７０、信号端子７１、コネクタベース７２、及び、コネクタハウジング７３によって構成されている。
通電端子７０及び信号端子７１は、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス等の導電性に優れた金属材料によって形成されている。
通電端子７０は、電源用端子と接地用端子とによって構成され、制御回路６への電圧供給と接地とを図っている。

信号端子７１は、ＥＣＵから内燃機関９の運転状況に応じて発振される駆動信号ＳＩを制御部６に伝達する駆動信号端子、検出部５によって検出された燃焼圧Ｐ_ＳＹＬをＥＣＵに伝達するセンサ出力端子、制御部６からＥＣＵに自己診断信号ＤＩを伝達する自己診断信号端子等によって構成されている。
信号端子７１を介して、具体的にどのような信号を入出力させるかは適宜変更可能である。

コネクタベース７２及びコネクタハウジング７３は、公知の絶縁性樹脂材料が用いられている。
通電端子７０及び信号端子７１は、コネクタベース７２に埋設固定され、一方の端が筒状に形成されたコネクタハウジング７３内に露出し、外部との接続が可能となっている。

電端子７０及び信号端子７１の他方の端は、制御部６側に露出し、ＧＣＵ６０及び、制御回路基板６１の所定位置に接続されている。
コネクタハウジング７３は、図略のコネクタハーネスと勘合することで、コネクタハウジング７３内で各端子と相手方の端子とを電気的に接続する。

エンジンヘッド９１に穿設された連通孔９１３は燃焼室９０とプラグホール９１１とを連通する。
連通孔９１３内にグロープラグ１の先端が配設され、通電によりグロープラグ１が発熱し、燃料室９０内に導入された混合気を加熱して着火の補助を図ったり、燃焼排気を加熱して、排気浄化の補助をしたりする。

図２Ａ、図２Ｂを参照して本発明の効果について詳述する。
ハウジング３に設けた雄ネジ部３５をエンジンヘッド９１に設けた雌ネジ部９１０に螺結したときの締め付けトルクを一定以上大きくすると、外筒部３０に歪みを生じ、外筒部３０の内側に設けた内筒係止部３１に支持された荷重伝達部材４の内筒部４０が相対的に基端側に押し上げられることになる。

このとき、センサハウジング５３内に収容された圧電素子５０の基端側は固定ワッシャ３５で固定され、先端側は、荷重伝達部材４の鍔部４１によって押圧されるので、圧電素子５０に対する圧縮荷重が増加する。
圧電効果によって圧電素子５０に発生する電荷から、締め付けトルクを定量的にモニタすることができるので、過剰な締め付けを防止し、検出部５に負荷される予圧縮荷重が一定の条件となるように一体型センサ８をエンジンヘッド９１に組み付けることもできる。

このときの締め付けトルクが、外筒部３０の引っ張り強度を超えていたり、圧電素子５０の圧縮限界を超えていたりすれば、外筒部３０の降伏値を超えて塑性変形を招いたり、圧電素子５０の破損を招いたりして測定できなくなる虞があり、また、組み付け時に圧電素子５０が過剰に圧縮されていると、燃焼圧が負荷されても、検出できなくなる虞がある。
しかし、本発明のセンサ８では、燃焼圧だけでなく検出部５によって締め付けトルクも検出できるため、組み付け次の過剰な締め付けを回避し、安定して燃焼圧の検出が可能となる。

さらに、燃焼室９０内の燃焼圧Ｐ_ＳＹＬがエンジンヘッド９１に作用し、エンジンヘッド９１が圧縮変形されると、外筒部３０の雄ネジ部３２の先端から固定部材２に設けた圧接部２０の傾斜面２００がエンジンヘッド着座傾斜面９１２に当接する位置までの距離が短くなり、その分荷重伝達部材４が基端側に押し上げられることになる。
このとき、鍔部４１が検出部５を圧縮し、そのときの荷重に比例して発生する電荷量から、燃焼圧Ｐ_ＳＹＬを算出することができる。

従来のように、燃焼圧力を予圧縮荷重を減らす方向に作用させて、燃焼圧力を検出しようとした場合には、中軸の引っ張り強度限界を超える予圧縮荷重を付加することができないため、予圧縮荷重が中軸の引っ張り強度に依存し、最大予圧縮荷重を超える燃焼圧が発生した場合には、計測ができなくなる虞がある。
しかし、本発明の一体型センサ８は、組み付け時に予圧縮荷重を精度良く調整できるのに加え、燃焼圧Ｐ_ＳＹＬが荷重伝達部材４を介して、圧電素子５０の圧縮方向に作用するので、中軸１２２の引っ張り強度に依存することなく、高い燃焼圧Ｐ_ＳＹＬを検出することができる。

さらに、本発明の一体型センサ８は、発熱体や中軸を圧力伝達媒体として使用していないので、燃焼圧Ｐ_ＳＹＬによって、熱熱体１から制御部６に至るまでの導通経路において断線を生じさせる虞がない。
加えて、可動部も設けられておらず、従来のようなデポジットにより、可動性が低下して検出精度が低下するような問題も発生しない。

本発明の一体型センサ８では、燃焼圧Ｐ_ＳＹＬの変化によって生じるエンジンヘッド９１の歪みの変化に伴って、荷重伝達部材４が相対的に移動したときに、制御回路基板６１と中軸１２２とを繋ぐ１２３が軸方向に対して弾性的に伸縮変化することになる。
しかし、制御部６は、エンジンヘッド９１から基端側に露出した比較的温度の低い環境に設けられた素子収容部３３内に配設されているため、従来の高温環境下で弾性変形する可動部に比べて金属疲労のリスクが低く、発熱体や中軸などが圧力伝達媒体として用いられる場合に比べて、制御部６からグロープラグ１に至るまでの導通経路に対するストレスが小さく、長期に亘って高い導通信頼性の維持を図ることができる。

図３を参照して、本発明の第２の実施形態における一体型センサ８ａについて説明する。
なお、前記実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、相違する箇所に枝番としてアルファベットの符号を付したので、重複する説明を省略し、本実施形態における特徴的な部分を中心に説明する。
前記実施形態においては、発熱体として、いわゆるセラミックグロープラグ１を用いた例を示したが、本発明は、発熱体の種類を限定するものではなく、本実施形態のように、発熱体としていわゆる金属グロープラグ１ａを用いることもできる。
さらに、前記実施形態においては、グロープラグ１への通電を図るのに、長軸状に伸びる中軸を用いた例を示したが、本発明においては、中軸は圧力伝達媒体としては用いられていないため、剛性材料を用いる必要がなく、本実施形態のように、可撓性を有する絶縁被覆１２２で覆われた通電線１２２ａを用いるようにしても良い。
可撓性を有する通電線１２２ａを用いることで、プリント基板６１との接続を図る基板接続リード部１２４ａに、弾性的に伸縮するたわみ部を形成する必要がない。

また、本発明においては、前期実施形態に示したように必ずしも外部との接続をコネクタ構造にする必要はなく、外部に設けた電源装置の電源電圧＋Ｂ及びＧＮＤと制御部との接続を図る電源導通線７０ａと、制御部６と外部に設けたＥＣＵとの間で駆動信号ＳＩ、自己診断信号ＤＩ、燃焼圧信号ＰＩとの授受を図る信号線７１ａとを、耐熱ゴムからなるグロメット７２ａによって束ねて、素子収容部３３の基端側に加締め部７３ａを設けて気密に封止するようにした入出力部７ａを設けても良い。
さらに、本実施形態に示した構成を第１の実施形態における一体型センサ８に組み合わせて用いても良い。

１ グロープラグ
１２２ 中軸１２４
１２５ 中軸絶縁部材
２ 固定部材
２０ 圧接部
２００ 圧接部傾斜面
２０１ 圧接部水平面
２１ 基端側保持部
２２ 先端側保持部
２３ 封止部材
３ ハウジング
３０ 外筒部
３１ 荷重伝達部材係止部
３２ 雄ネジ部
３３ 素子収容部
４ 荷重伝達部材
４０ 荷重伝達内筒部
４１ 荷重伝達鍔部
５ 燃焼圧検出部
５０ 圧電素子（矢印は分極方向を示す）
６ 制御部
７ 入出力部
８ グロープラグ一体型燃焼圧センサ
９ 内燃機関
９０ 燃焼室
９１ エンジンヘッド
９１０ グロープラグ固定用ネジ部
９１１ プラグホール
９１２ シール部着座テーパ面
９１３ 連通孔

Claims (4)

1. 内燃機（９）に設けられ、通電によって発熱するグロープラグ（１）と、その先端が前記内燃機関に設けた燃焼室（９０）に臨む連通孔（９１３）の内側に位置するように前記グロープラグを固定する筒状の固定部材（２）と、圧電効果によって圧力を検出する圧電素子（５０）を備えた燃焼圧検出部（５）と、前記燃焼圧検出部へ前記燃焼室内で発生した燃焼圧を伝達する荷重伝達部材（４）と、前記グロープラグへの通電制御を図ると共に前記燃焼圧検出部への入出力制御を図る制御部（６）と、前記制御部と外部との入出力を図る入出力部（７）とを具備し、これらを筒状のハウジング（３）に一体的に収容して、前記燃焼室の加熱と前記燃焼圧の検出とを図るグロープラグ一体型燃焼圧センサであって、
   前記ハウジングが軸方向に筒状に伸びる外筒部（３０）と、その先端側で内側に向かって環状に突出する荷重伝達部材係止部（３１）と、前記内燃機関のエンジンヘッド（９１）に設けたプラグホール（９１０）の雌ネジ部（９１２）と螺合し、前記外筒部の基端側に設けた雄ネジ部（３２）と、該雄ネジ部のさらに基端側の前記エンジンヘッドから露出する位置に設けた素子収容部（３３）を具備し、
   前記荷重伝達材が、前記外筒部の内側に保持され、一端が前記荷重伝達部材係止部に当接し、他端が前記素子収容部の内側に露出する内筒部（４０）と、該内筒部に延設され、前記素子収容部の内側で外径方向に向かって鍔状に広がる鍔部（４１）とを具備し、
   前記素子収容部の内側に固定された前記検出部の下面に前記鍔部を当接せしめたことを特徴とするグロープラグ一体型燃焼圧センサ（８、８ａ）
2. 前記固定部材が、径方向に鍔状に張り出す圧接部（２０）と、その基端側に設けた基端側保持部（２１）と、先端側に設けた先端側保持部（２２）とを具備し、
   前記圧接部が、前記グロープラグの軸心に直交するように基端側に設けた圧接部水平面（２０１）と、先端に向かって径小となるように縮径する円錐台形状となるように、その先端側に設けた圧接部傾斜面（２００）とを具備し、
   前記圧接部水平面に、前記外筒部の下端面を当接せしめ、
   前記圧接部傾斜面を前記エンジンヘッドの前記プラグホールと前記連通孔との間で先端に向かって径小となるように設けた着座傾斜面（９１２）に当接せしめた請求項１に記載のグロープラグ一体型燃焼圧センサ（８、８ａ）
3. 前記グロープラグと前記制御部との導通を図る導通経路の少なくとも一部が、前記素子収容部の内側において弾性変形可能なリード部（１２４）を具備する請求項１又は２に記載のグロープラグ一体型燃焼圧センサ（８、８ａ）
4. 前記グロープラグがセラミックグロープラグである請求項１ないし３のいずれか記載のグロープラグ一体型燃焼圧センサ（８）

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