JP2017150780A - 圧力センサ付きグロープラグ及び内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 セラミックヒータの電極取出部と外筒との電気的接続の信頼性を維持できる圧力センサ付きグロープラグ及び内燃機関を提供する。
【解決手段】 セラミックヒータ２０の後端側を保持する筒状の外筒３０と、セラミックヒータ２０及び外筒３０とは離間しつつ、セラミックヒータ２０及び外筒３０を自身の内部に挿通させた筒状のハウジング１０であり、エンジンヘッド１１０のグローホール１１１内に形成されたシート面１１２ｓに当接可能な外表面１１２ｓｍを有する段部１１ｓを備えたハウジング１０と、を備えた圧力センサ付きセラミックグロープラグ１であって、外筒３０の先端３１ａは、段部１１ｓの先端１１ｓａよりも軸線方向ＨＪの後端側ＧＫに配置されてなり、ハウジング１０には、段部１１ｓの先端１１ｓａから先端側ＧＳに向かって延びる筒状部１１Ｔをさらに有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、圧力センサ付きグロープラグ及びこの圧力センサ付きグロープラグをエンジンヘッドのグローホール内に装着した内燃機関に関する。

従来より、ディーゼルエンジン等の内燃機関の始動を補助するために、グロープラグをエンジンヘッドのグローホール内に取り付けた内燃機関が知られている。また、このグロープラグにおいては、燃焼圧を検知できる機能をも有する圧力センサ付きグロープラグが知られている。この圧力センサ付きグロープラグ（以下、単にグロープラグとも言う）は、燃焼室内にセラミックヒータの先端を露出させた状態でエンジンヘッドに取り付けられ、燃料の着火促進を図ることに加えて、燃焼室内の燃焼圧（燃焼ガス圧）をセラミックヒータで受圧させ、これに伴うセラミックヒータの変位を圧電素子や歪みセンサ（ゲージ）等を有するセンサ部によって検知する。

このグロープラグは、例えば、棒状のセラミックヒータと、セラミックヒータを保持する外筒と、セラミックヒータや外筒と離間しながら、セラミックヒータや外筒を挿通する主体金具（ハウジングとも言う）と、主体金具と外筒とを結合する可動部材と、センサ部とを有する。このうちセラミックヒータは、可動部材によってハウジングに結合ざれているため、燃焼圧に応じて軸線方向に変位が可能となっており、このセラミックヒータの変位をセンサ部で検知する。例えば特許文献１には、このような圧力センサ付きグロープラグが開示されている。

特開２０１５−１４８３８６号公報

上述のグロープラグでは、外筒が主体金具の先端から突出している。これは、セラミックヒータの露出する部位を減らすことで、グロープラグをエンジンヘッドのグローホール内に配置する（挿入する）際に、セラミックヒータがグローホールの壁面（特に、グローホールの先端側孔部の壁面）に接触し、セラミックヒータにクラックや欠けが発生することを防止するためである。

しかしながら、主体金具の先端から外筒を突出させたグロープラグでは、グローホール内に配置した際、グローホールの先端側孔部内に配置された外筒が、燃焼室内からグローホール内に進入した燃焼ガスを、燃焼室により近くで且つより広い位置で受熱してしまう虞がある。一方、外筒によって保持されたセラミックヒータの後端側には、セラミックヒータの内部に配置された抵抗体とハウジングとを（可動部材を介して）電気的に接続する電極取出部が設けられており、外筒はこの電極取出部に直接的または間接的に接触している。そのため、外筒が受熱した熱が外筒の後端側に向かって伝熱してしまい、外筒と電極取出部との接触位置付近が高温化して、外筒と電極取出部との電気的接続の信頼性に影響を及ぼす虞がある。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、セラミックヒータの電極取出部と外筒との電気的接続の信頼性を維持できる圧力センサ付きグロープラグ及び内燃機関を提供することを目的とする。

本発明の圧力センサ付きグロープラグは、軸線方向に延びると共に、絶縁セラミック製の基体、及び該基体内に埋設された導電セラミック製の抵抗体を有するセラミックヒータであり、前記抵抗体には、前記セラミックヒータの後端側外表面に露出する電極取出部が設けられたセラミックヒータと、前記電極取出部と直接的又は間接的に接触するとともに、前記セラミックヒータの先端を自身から突出させた状態で少なくとも前記セラミックヒータの後端側を保持する筒状の外筒と、前記セラミックヒータ及び前記外筒とは離間しつつ、前記セラミックヒータの先端を自身から突出させた状態で前記セラミックヒータ及び前記外筒を自身の内部に挿通させた筒状のハウジングであり、エンジンヘッドのグローホール内に形成されたシート面に当接可能な外表面を有する段部を備えたハウジングと、弾性を有する筒状をなし、前記ハウジング内に配置されて前記外筒と前記ハウジングとに直接的又は間接的に結合し、前記セラミックヒータを前記軸線方向に変位可能な可動部材と、前記ハウジングに対する前記セラミックヒータの変位を検知するセンサと、を備えた圧力センサ付きセラミックグロープラグであって、
前記外筒の先端は、前記段部の先端よりも前記軸線方向の後端側に配置されてなり、前記ハウジングには、前記段部の先端から先端側に向かって延びる筒状部をさらに有することを特徴とする。

本発明の圧力センサ付きグロープラグによれば、外筒の先端は、エンジンヘッドのグローホール内に形成されたシート面に当接可能な段部の先端よりも軸線方向の後端側に配置されている。これにより、外筒がグローホールの先端側孔部内に配置されることなく、ハウジング内部に配置される。このため、外筒が、燃焼室内からグローホール内に進入した燃焼ガスを、燃焼室により近くで且つより広い位置で受熱することを抑制できる。その結果、外筒と電極取出部との接触位置付近が高温化することを抑制し、外筒と電極取出部との電気的接続の信頼性を維持できる。

一方、本発明の圧力センサ付きグロープラグによれば、ハウジングは、段部の先端から先端側に向かって延びる筒状部をさらに有している。これにより、外筒を段部よりも軸線方向の後端側に配置させた構成であっても、セラミックヒータの露出する部位が増えることを抑制できる。つまり、圧力センサ付きグロープラグをエンジンヘッドのグローホール内に配置する際に、ハウジングの筒状部によって、セラミックヒータがグローホールの壁面に接触してセラミックヒータにクラックや欠けが発生することを防止できる。

また、上述の構成であれば、筒状部がグローホールの先端側孔部内に配置されることとなり、筒状部が、燃焼室内からグローホール内に進入した燃焼ガスを、燃焼室により近くで且つより広い位置で受熱してしまうことがある。しかしながら、筒状部はハウジングの段部に連結しているため、筒状部が受熱した熱は段部を経由してエンジンヘッドに放熱することとなり、外筒と電極取出部との電気的接続の信頼性に影響を及ぼす虞がない。

なお、外筒はセラミックヒータのうち、少なくとも電極取出部が露出するセラミックヒータの後端側を保持すればよく、セラミックヒータの後端側のみを保持する形態や、セラミックヒータの後端側から先端側に向かってセラミックヒータを保持している形態が挙げられる。

さらに、本発明の圧力センサ付きグロープラグは、前記外筒が、前記セラミックヒータの後端側を保持する保持部と、該保持部よりも先端側に延びると共に、前記セラミックヒータと離間する離間部とを有し、前記可動部材は前記離間部に結合することが好ましい。このように、外筒に離間部を設けてこの離間部に可動部材を結合することで、可動部材と外筒とを結合することによって発生するセラミックヒータのクラックや欠けを抑制できる。

そして、このような外筒に保持部及び離間部を有する圧力センサ付きグロープラグにおいては、離間部の外表面に加えて、セラミックヒータの外表面と隙間を介して対向する離間部の内表面においても燃焼ガスを受熱してしまうため、離間部が無い場合に比べ受熱量が増える場合がある。これに対し、本発明のように、外筒の先端を段部の先端よりも軸線方向の後端側に配置させているので、離間部の内表面からの燃焼ガスを受熱をも抑制できる。つまり、このような構成であっても、外筒と電極取出部との接触位置付近が高温化することを抑制し、外筒と電極取出部との電気的接続の信頼性を維持できる。

さらに、本発明の圧力センサ付きグロープラグは、前記離間部の前記軸線方向の長さが、前記保持部の前記軸線方向の長さよりも短いことが好ましい。これにより、燃焼ガスを外表面及び内表面から受熱する離間部の長さが短くなることで、離間部によって受熱する熱量を減少させることができ、外筒と電極取出部との接触位置付近が高温化することをより抑制できる。

さらに、本発明の圧力センサ付きグロープラグは、前記抵抗体が、前記セラミックヒータの先端側に設けられた発熱部と該発熱部の後端側に接続されるリード部とを有し、前記筒状部の先端は、前記発熱部の後端よりも軸線方向後端側に配置されていることが好ましい。これにより、セラミックヒータがグローホールの壁面に接触してセラミックヒータにクラックや欠けが発生することを防止しつつ、セラミックヒータの発熱部にて発熱した熱を筒状部が受熱することを抑制でき、セラミックヒータの発熱効率の低下を抑制できる。

さらに、本発明の圧力センサ付きグロープラグは、前記筒状部の外表面及び内表面の少なくともいずれか一方が、凹凸を有することが好ましい。これにより、筒状部の表面積が増え、筒状部で燃焼ガスを受熱しやすくすることができる。なお、外表面及び内表面の少なくともいずれか一方が凹凸を有する形態としては、筒状部の外表面や内表面に凹部や凸部を設けた形態や、筒状部を蛇腹状にした形態が挙げられる。

さらに、本発明の圧力センサ付きグロープラグは、前記筒状部及び前記段部の熱伝導率が、前記外筒の熱伝導率以上であることが好ましい。これにより、筒状部で受熱した熱を、筒状部から段部を経由してエンジンヘッドにより放熱することができる。

本発明の内燃機関は、圧力センサ付きグロープラグをエンジンヘッドのグローホール内に装着してなる内燃機関であり、
前記圧力センサ付きグロープラグは、軸線方向に延びると共に、絶縁セラミック製の基体、及び該基体内に埋設された導電セラミック製の抵抗体を有するセラミックヒータであり、前記抵抗体には、前記セラミックヒータの後端側外表面に露出する電極取出部が設けられたセラミックヒータと、前記電極取出部と直接的又は間接的に接触するとともに、前記セラミックヒータの先端を自身から突出させた状態で少なくとも前記セラミックヒータの後端側を保持する筒状の外筒と、前記セラミックヒータ及び前記外筒とは離間しつつ、前記セラミックヒータの先端を自身から突出させた状態で前記セラミックヒータ及び前記外筒を自身の内部に挿通させた筒状のハウジングと、弾性を有する筒状をなし、前記ハウジング内に配置されて前記外筒と前記ハウジングとに直接的又は間接的に結合し、前記セラミックヒータを前記軸線方向に変位可能な可動部材と、前記ハウジングに対する前記セラミックヒータの変位を検知するセンサと、を備え、前記グローホール内には、前記ハウジングの段部の外表面が当接するシート面が形成されてなる内燃機関であって、
前記外筒の先端は、前記段部の先端よりも前記軸線方向の後端側に配置されてなり、前記ハウジングには、前記段部の先端から先端側に向かって、前記グローホール内に延びる筒状部をさらに有することを特徴とする。

本発明の内燃機関によれば、外筒の先端は、エンジンヘッドのグローホール内に形成されたシート面に当接するハウジングの段部の先端よりも軸線方向の後端側に配置されている。これにより、外筒がグローホールの先端側孔部内に配置されることなく、ハウジング内部に配置される。このため、外筒が、燃焼室内からグローホール内に進入した燃焼ガスを、燃焼室により近くで且つより広い位置で受熱することを抑制できる。その結果、外筒と電極取出部との接触位置付近が高温化することを抑制し、外筒と電極取出部との電気的接続の信頼性を維持できる。

一方、本発明の内燃機関によれば、ハウジングは、段部の先端から先端側に向かって、グローホール内に延びる筒状部をさらに有している。これにより、外筒が段部よりも軸線方向の後端側に配置させた構成であっても、セラミックヒータの露出する部位が増えることを抑制できる。つまり、圧力センサ付きグロープラグをエンジンヘッドのグローホール内に配置する際に、ハウジングの筒状部によって、セラミックヒータがグローホールの壁面に接触してセラミックヒータにクラックや欠けが発生することを防止できる。

また、上述の構成であれば、筒状部がグローホールの先端側孔部内に配置されることとなり、筒状部が、燃焼室内からグローホール内に進入した燃焼ガスを、燃焼室により近くで且つより広い位置で受熱してしまうことがある。しかしながら、筒状部はハウジングの段部に連結しているため、筒状部が受熱した熱は段部を経由してエンジンヘッドに放熱することとなり、外筒と電極取出部との電気的接続の信頼性に影響を及ぼす虞がない。

さらに、本発明の内燃機関は、前記筒状部の少なくとも一部が、前記グローホール内の壁面に当接することが好ましい。これにより、筒状部が受熱した熱が段部を経由してエンジンヘッドに放熱するだけでなく、筒状部から直接エンジンヘッドに放熱するため、外筒と電極取出部との電気的接続の信頼性をより維持することができる。

さらに、本発明の内燃機関は、前記筒状部の先端が、前記グローホール内に位置することが好ましい。これにより、セラミックヒータがグローホールの壁面に接触してセラミックヒータにクラックや欠けが発生することを防止しつつ、筒状部が燃焼室内に直接晒されることで、筒状部が受熱する熱量が増えすぎてしまうことを抑制できる。

実施形態に係る圧力センサ付きグロープラグの部分破断縦断面図である。 実施形態に係る圧力センサ付きグロープラグのうち、セラミックヒータ近傍の部位を拡大した拡大縦断面図である。 実施形態に係る圧力センサ付きグロープラグのうち、外筒、可動部材近傍の部位を拡大した拡大縦断面図である。 実施形態に係る圧力センサ付きグロープラグのうち、接続リング、中軸先端部近傍の部位を拡大した拡大縦断面図である。 実施形態に係る圧力センサ付きグロープラグをグローホール内に配置した内燃機関の部分破断縦断面図である。 変形例に係る圧力センサ付きグロープラグのうち、セラミックヒータ近傍の部位を拡大した拡大縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１〜図４に、本実施形態に係る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とも言う）を示す。なお、図１〜図４において、グロープラグ１及びその主体金具１０の軸線ＡＸに沿う方向を軸線方向ＨＪとし、軸線方向ＨＪのうち、セラミックヒータ２０が配置された側（図中下側）を先端側ＧＳ、これと反対側（図中上側）を後端側ＧＫとする。

このグロープラグ１は、内燃機関の燃焼室ＮＳ（図５参照）内にセラミックヒータ２０を露出させた状態でエンジンヘッド１１０（図５参照）に取り付けられ、燃料の着火促進を図ることに加えて、燃焼室ＮＳ内の燃焼圧（燃焼ガス圧）を検知するのに利用される。このグロープラグ１は、主体金具（ハウジング）１０、セラミックヒータ２０、外筒３０、可動部材４０、センサ部５０等から構成されている。

このうち主体金具１０は、軸線方向ＨＪに貫通する軸孔１０ｈを有する筒状で金属製の部材である。この主体金具１０は、先端側ＧＳに位置する筒状の先端キャップ部材１１と、後端側ＧＫに位置する筒状の後端キャップ部材１５と、これらの間に位置して軸線方向ＨＪに延びる筒状の金具本体部材１３とからなる（図１参照）。先端キャップ部材１１は、例えば、ＳＵＳ６３０（熱伝導率０．０４４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃）等のステンレス鋼製で形成されている。先端キャップ部材１１の後端部１１ｋと金具本体部材１３の先端部１３ｓとは、後述するセンサ支持部材５３のフランジ部５３ｃを介して接合（具体的には溶接）されている（図３参照）。また、金具本体部材１３の後端部１３ｋと後端キャップ部材１５の先端部１５ｓとは、直接、接合（具体的には溶接）されている（図１参照）。

先端キャップ部材１１の段部１１ｓ（図３参照）は、先端側ＧＳに向かうほど径小の先細り形状である。この段部１１ｓのテーパ状をなす外表面１１ｓｍは、グロープラグ１をエンジンヘッド１１０に取り付けた際に、グローホール１１１内のシート面１１３ｋに圧接されて、燃焼室内の気密性を確保する（図５参照）。また、金具本体部材１３のうち後端側ＧＫ（図１参照）の部位には、このグロープラグ１をエンジンヘッドに取り付けるための雄ネジを有する取付部１３ｄが設けられている。また、後端キャップ部材１５のうち後端側ＧＫの部位には、断面形状が六角形状で、このグロープラグ１をエンジンヘッドに取り付ける際に工具を係合させる工具係合部１５ｅが設けられている。また、この後端キャップ部材１５には、後端キャップ部材１５の後端１５ｂよりも後端側ＧＫに突出する形態で、円筒状をなす樹脂部材１７が装填されている。
また、先端キャップ部１１の段部１１ｓよりも先端側ＧＳには、セラミックヒータ２０の先端側と離間しつつ、セラミックヒータ２０を取り囲むような筒状の筒状部１１Ｔが設けられている（図２参照）。なお、筒状部１１Ｔの先端１１Ｔａは後述するセラミックヒータ２０の発熱部２７ｃよりも後端側に位置している（図２参照）。

次に、セラミックヒータ２０について説明する。セラミックヒータ２０は、軸線方向ＨＪに延びる丸棒状で、先端が半球状に曲面加工された形状を有するセラミック製のヒータである。具体的には、このセラミックヒータ２０は、絶縁性セラミック（具体的には窒化珪素質セラミック）製のセラミック基体２６の内部に、導電性セラミック（具体的には導電成分として炭化タングステンを含有する窒化珪素質セラミック）製の抵抗体２７が埋設されている（図２参照）。

このうち抵抗体２７は、発熱部２７ｃと、一対のリード部２７ｄ，２７ｅと、一対の電極取出部２７ｆ，２７ｇとからなる。発熱部２７ｃ（図２参照）は、先端側ＧＳに配置されて、Ｕ字状に曲げ返された形状をなし、通電時に高温に発熱する。また、一対のリード部２７ｄ，２７ｅ（図２〜図４参照）は、発熱部２７ｃの両端に繋がり、後端側ＧＫに向けて互いに平行に延びる。また、一対の電極取出部２７ｆ，２７ｇ（図３及び図４参照）は、後端側ＧＫで一対のリード部２７ｄ，２７ｅと繋がる一方、セラミック基体２６の外周面に露出する。一方の電極取出部２７ｇは、他方の電極取出部２７ｆよりも後端側ＧＫに位置している。

セラミックヒータ２０のヒータ後端部２３には、接続リング８１（図３及び図４参照）を介して、中軸部材８３（図４参照）に接続されている。接続リング８１は、軸線方向ＨＪに延びる円筒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材である。この接続リング８１は、主体金具１０の軸孔１０ｈ内で、後述する変位伝達部材５１及びセンサ支持部材５３の径方向内側に配置されている。接続リング８１のうち先端側ＧＳの部位には、セラミックヒータ２０のヒータ後端部２３が圧入されている。一方、接続リング８１のうち後端側ＧＫの部位には、中軸部材８３の中軸先端部８３ｓの嵌合部８３ｓａが挿入され溶接されている。これにより、セラミックヒータ２０の一方の電極取出部２７ｇが、接続リング８１を介して中軸部材８３に電気的に接続される。

中軸部材８３は、軸線方向ＨＪに延びる丸棒状で金属製（具体的には、等のステンレス鋼製）の部材である。この中軸部材８３は、主体金具１０の軸孔１０ｈに主体金具１０から離間した状態で挿通されている。また、この中軸部材８３のうち先端側ＧＳの部位は、後述する変位伝達部材５１及びセンサ支持部材５３の径方向内側に、これらから離間して配置されている。この中軸部材８３は、先端側ＧＳに位置する径大な中軸先端部８３ｓと、この中軸先端部８３ｓよりも径小で、中軸先端部８３ｓから後端側ＧＫに延びる中軸胴部８３ｃとからなる。中軸先端部８３ｓのうち先端側ＧＳの嵌合部８３ｓａには、前述のように、接続リング８１が挿入されている。

セラミックヒータ２０は、外筒３０（図２〜図４参照）に保持されている。具体的には、セラミックヒータ２０の先端側が外筒３０の先端３１ａよりも先端側ＧＳに突出し、セラミックヒータ２０の後端側が外筒３０に保持されている（図２〜図４参照）。

外筒３０は、軸線方向ＨＪに延びる円筒状で金属製（具体的には、ＳＵＳ６３０（熱膨張率０．０４４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃）等のステンレス鋼製）の部材である。外筒３０の先端３１ａが主体金具１０の段部１１ｓの先端１１Ｓａよりも後端側ＧＫに位置するようにして、外筒３０が主体金具１０の軸孔１０ｈ内に配置されている（図２、図３参照）。

この外筒３０は、主体金具１０にセラミックヒータ２０と共に軸線方向ＨＪに変位可能に保持されている。具体的には、外筒３０が主体金具１０の軸孔１０ｈ内に配置された状態で、後述する可動部材４０、変位伝達部材５１及びセンサ支持部材５３等を介して、主体金具１０に軸線方向ＨＪに変位可能に保持されている。

この外筒３０は、外径は軸線方向ＨＪにわたって等しい一方、内径が先端側ＧＳの部位で大きく、後端側ＧＫの部位で小さくされた段付き形状を有する。具体的には、先端側ＧＳに位置する離間部３４と、これよりも後端側ＧＫに位置する保持部３５とから構成される。このうち離間部３４は、自身の内部のセラミックヒータ２０を離間しつつ包囲しており、また、離間部３４の軸線方向ＨＪ長さ（実施形態では約４ｍｍ）は、保持部３５の軸線方向ＨＪ長さ（実施形態では約１１ｍｍ）よりも短くしている。

なお、この離間部３４には、後述する可動部材４０が溶接されている。一方、保持部３５では、圧入（締まり嵌め）により、自身の内部にセラミックヒータ２０を保持している。また、この保持部３５において、セラミックヒータ２０の一方の電極取出部２７ｆが、外筒３０に接触して外筒３０と電気的に接続される。

次に、可動部材４０について説明する。可動部材４０（図３参照）は、筒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材である。この保持部材４０は、主体金具１０の内周面（具体的には先端キャップ部材１１の内周面）と外筒３０の外周面との間の環状空間ＫＡに配置されている。この可動部材４０は、軸線方向ＨＪの位置Ｗ１において、後述するセンサ支持部材５３に保持され、これを介して主体金具１０に保持される一方、位置Ｗ１よりも先端側ＧＳの位置Ｗ２において、外筒３０を保持する。

具体的には、この可動部材４０は、外筒側部４１と、金具側部４５と、これらの間に位置する中間変形部４３とからなる。可動部材４０のうち外筒側部４１は、先端側ＧＳに位置する円筒状の部位であり、自身の内部に外筒３０を保持する。具体的には、この外筒側部４１は、軸線方向ＨＪの位置Ｗ１よりも先端側ＧＳの位置Ｗ２において、外筒３０のうち離間部３４の溶接部３４ｃに、周方向全周にわたって溶接されている。また、金具側部４５は、外筒側部４１よりも径大な円筒状で後端側ＧＫに位置する部位であり、後述するセンサ支持部材５３を介して主体金具１０に保持される。具体的には、この金具側部４５は、軸線方向ＨＪの位置Ｗ１において、センサ支持部材５３の支持先端部５３ｓに外嵌して周方向全周にわたって溶接されている。更に、センサ支持部材５３は、後述するように、主体金具１０に周方向全周にわたって溶接されているので、可動部材４０の金具側部４５は、溶接により間接に主体金具１０に固定されている。

このような形態で、可動部材４０は、外筒３０及びセラミックヒータ２０を主体金具１０に保持させると共に、主体金具１０の先端キャップ部材１１の内周面と外筒３０の外周面との間の環状空間ＫＡを軸線方向ＨＪに気密に分割するシール部材として機能する。このため、グロープラグ１の先端側ＧＳから環状空間ＫＡに入り込んだ燃焼ガスが、環状空間ＫＡを通じて外筒３０の後端側ＧＫまで入り込むのを防止できる。

更に、可動部材４０の中間変形部４３は、セラミックヒータ２０及び外筒３０の軸線方向ＨＪの変位に伴って変形する部位である。具体的には、中間変形部４３は、円環板状のダイヤフラム（薄膜）をなしており、この中間変形部４３が変形して、セラミックヒータ２０及び外筒３０の軸線方向ＨＪの変位を許容する。
なお、この可動部材４０は、外筒３０と主体金具１０との間を電気的にも接続しており、セラミックヒータ２０の一方の電極取出部２７ｆは、外筒３０及び可動部材４０を介して、主体金具１０に電気的に接続される。

次に、センサ部５０について説明する。センサ部５０は、変位伝達部材５１と、センサ支持部材５３と、ダイアフラム部材５５と、センサ５７と、一対の配線５８と、集積回路５９とから構成される。このうち変位伝達部材５１（図３及び図４参照）は、軸線方向ＨＪに延びる筒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材である。この変位伝達部材５１は、主体金具１０の軸孔１０ｈ内で、センサ支持部材５３の径方向内側に、かつ、可動部材４０よりも後端側ＧＫに配置されている。この変位伝達部材５１は、軸線方向ＨＪの位置Ｗ３において、周方向全周にわたって外筒３０に溶接されている。一方で、この変位伝達部材５１の後端側ＧＫには、ダイアフラム部材５５が接続している。

センサ支持部材５３（図３及び図４参照）は、軸線方向ＨＪに延びる筒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材である。このセンサ支持部材５３は、主体金具１０の軸孔１０ｈ内で、変位伝達部材５１の径方向外側に配置されている。このセンサ支持部材５３は、筒状の支持先端部５３ｓと、その後端側ＧＫに位置する径大なフランジ部５３ｃと、このフランジ部５３ｃから後端側ＧＫに延びる筒状の支持本体部５３ｋとからなる。このうち支持先端部５３ｓには、前述のように、可動部材４０の金具側部４５が外嵌して溶接されている。また、フランジ部５３ｃは、主体金具１０の先端キャップ部材１１の後端部１１ｋと金具本体部材１３の先端部１３ｓとの間に挟持された状態で、主体金具１０に溶接されている。また、支持本体部５３ｋの後端側ＧＫには、ダイアフラム部材５５が接続している。

ダイアフラム部材５５（図４参照）は、金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材であり、その後端側ＧＫの主面に、センサ５７が接合されている。このセンサ５７は、ピエゾ抵抗体を有する半導体歪みゲージであり、ダイアフラム部材５５の撓み変形に伴って自身の抵抗値が変化する。また、集積回路５９は、図１中に破線で示すように、主体金具１０の後端キャップ部材１５の内部に配置されており、センサ５７から後端側ＧＫに引き出された一対の配線５８を介して、センサ５７と接続されている。この集積回路５９は、センサ５７の抵抗値を用いて電気信号を外部に出力する。

次に、実施形態のグロープラグ１を、エンジンヘッド１１０のグローホール１１１内に配置した内燃機関１０１について説明する。
図５に示すように、内燃機関１０１は、ピストン、クランクなどが収容されたエンジンブロック（図示外）と、これに取り付けられたエンジンヘッド１１０とを有する。エンジンヘッド１１０には、図示しない吸気ポート、排気ポート、冷却水通路などが設けられている。また、エンジンヘッド１１０には、図示しないノズル装着孔が設けられており、これに燃料噴射装置が挿通されて固定されている。更に、このエンジンヘッド１１０には、グローホール１１１が設けられており、これにグロープラグ１が挿通されて固定されている。

グローホール１１１は、エンジンヘッド１１０の内外を貫通する形態で設けられており、先端側孔部１１２と、シート部１１３と、後端側孔部１１４とからなる。このうち先端側孔部１１２は、先端側ＧＳに位置して燃焼室ＮＳに開口し、軸線方向ＨＪに一定の内径を有する。

また、シート部１１３は、先端側孔部１１２の後端側ＧＫに位置し、燃焼室ＮＳ側（図中下方）ほど径小なテーパ状をなす。このシート部１１３の内周面をなすシート面１１３ｋには、グロープラグ１の主体金具１０のうち段部１１ｓの外表面１１ｓｍが圧接している。

また、後端側孔部１１４は、シート部１１３の後端側ＧＫに位置して、内燃機関１０１の外部に開口し、軸線方向ＨＪに一定の内径を有する。この後端側孔部１１４のうち後端側ＧＫの部位には、グロープラグ１を取り付けるための雌ネジを有する取付部１１４ｄが設けられている。

このようなグローホール１１１に対し、グロープラグ１は、セラミックヒータ部２０の先端側ＧＳの一部が燃焼室ＮＳ内に突出する形態で挿通されている。そして、グロープラグ１の取付部１３ｄの雄ネジがグローホール１１１の取付部１１４ｄの雌ネジに螺合することにより、グロープラグ１がグローホール１１１に固定されている。そして、図５に示すように、主体金具１０の段部１１ｓから延びる筒状部１１Ｔが、グローホール１１１の先端側孔部１１２内において、セラミックヒータ２０を取り囲むように配置される。

以上に説明したように、実施形態のグロープラグ１は、外筒３０の先端３１ａが、段部１１ｓの先端１１ｓａよりも軸線方向ＨＪの後端側ＧＫに配置されている。これにより、外筒３０がグローホール１１１の先端側孔部１１２内に配置されることなく、主体金具１０内部に配置される。このため、外筒３０が、燃焼室ＮＳ内からグローホール１１１内に進入した燃焼ガスを、燃焼室ＮＳにより近くで且つより広い位置で受熱することを抑制できる。その結果、外筒３０と電極取出部２７ｆとの接触位置付近が高温化することを抑制し、外筒３０と電極取出部２７ｆとの電気的接続の信頼性を維持できる。

また、実施形態のグロープラグ１は、主体金具１０が、段部１１ｓの先端１１ｓａから先端側ＧＳに向かって延びる筒状部１１Ｔをさらに有している。これにより、外筒３０を段部１１ｓよりも軸線方向ＨＪの後端側ＧＫに配置させた構成であっても、セラミックヒータ２０の露出する部位が増えることを抑制できる。つまり、グロープラグ１をエンジンヘッド１１０のグローホール１１１内に配置する際に、主体金具１０の筒状部１１Ｔによって、セラミックヒータ２０がグローホール１１１の先端側孔部１１２の壁面１１２ｓ（図５参照）に接触してセラミックヒータ２０にクラックや欠けが発生することを防止できる。

また、実施形態のグロープラグ１であれば、筒状部１１Ｔがグローホール１１１の先端側孔部１１２内に配置されることとなり、筒状部１１Ｔが、燃焼室ＮＳ内からグローホール１１１内に進入した燃焼ガスを、燃焼室ＮＳにより近くで且つより広い位置で受熱してしまうことがある。しかしながら、筒状部１１Ｔは主体金具１０の段部１１ｓに連結しているため、筒状部１１Ｔが受熱した熱は段部１１ｓを経由してエンジンヘッド１１０に放熱することとなり、外筒３０と電極取出部２７ｆとの電気的接続の信頼性に影響を及ぼす虞がない。

さらに、実施形態のグロープラグ１は、外筒３０が、セラミックヒータ２０の後端側を保持する保持部３５と、保持部３５よりも先端側に延びると共に、セラミックヒータ２０と離間する離間部３４とを有し、可動部材４０は離間部３４に結合している。このように、外筒３０に離間部３４を設けてこの離間部３４に可動部材４０を結合することで、可動部材４０と外筒３０とを結合することによって発生するセラミックヒータ２０のクラックや欠けを抑制できる。

その上、実施形態のグロープラグ１においては、外筒３０の先端３１ａを段部１１の先端１１ｓａよりも軸線方向ＨＪの後端側ＧＫに配置させているので、離間部３４の内表面から燃焼ガスを受熱することを抑制できる。つまり、このような構成であっても、外筒３０と電極取出部２７ｆとの接触位置付近が高温化することを抑制し、外筒３０と電極取出部２７ｆとの電気的接続の信頼性を維持できる。

さらに、実施形態のグロープラグ１は、離間部３４の軸線方向ＨＪの長さが、保持部３５の軸線方向ＨＪの長さよりも短い。これにより、燃焼ガスを外表面及び内表面から受熱する離間部３４の長さが短くなることで、離間部３４によって受熱する熱量を減少させることができ、外筒３０と電極取出部２７ｆとの接触位置付近が高温化することをより抑制できる。

さらに、実施形態のグロープラグ１は、抵抗体２７が、セラミックヒータ２０の先端側ＧＳに設けられた発熱部２７ｃと発熱部２７ｃの後端側ＧＫに接続されるリード部２７ｄ、２７ｅとを有し、筒状部１１Ｔの先端１１Ｔａは、発熱部２７ｃの後端よりも後端側ＧＫに配置されている。これにより、セラミックヒータ２０がグローホール１１１の先端側孔部１１２の壁面１１２ｓに接触してセラミックヒータ２０にクラックや欠けが発生することを防止しつつ、セラミックヒータ２０の発熱部２７ｃで発熱した熱を筒状部１１Ｔが受熱することを抑制でき、セラミックヒータ２０の発熱効率の低下を抑制できる。

さらに、実施形態のグロープラグ１は、筒状部１１Ｔ及び前記段部１１ｓの熱伝導率が、外筒３０の熱伝導率以上である。これにより、筒状部１１Ｔで受熱した熱を、筒状部１１Ｔから段部１１ｓを経由してエンジンヘッド１１０により放熱することができる。

また、実施形態の内燃機関１０１においても、図５に示すように、外筒３０の先端３１ａを、エンジンヘッド１１０のグローホール１１１内に形成されたシート面１１３ｋに当接する主体金具１０の段部１１ｓの先端１１ｓａよりも軸線方向ＨＬの後端側ＧＫに配置させている。これにより、外筒３０がグローホール１１１の先端側孔部１１２内に配置されることなく、主体金具１０の内部に配置される。このため、外筒３０が、燃焼室ＮＳ内からグローホール１１１内に進入した燃焼ガスを、燃焼室ＮＳにより近くで且つより広い位置で受熱することを抑制できる。その結果、外筒３０と電極取出部２７ｆとの接触位置付近が高温化することを抑制し、外筒３０と電極取出部２７ｆとの電気的接続の信頼性を維持できる。

また、実施形態の内燃機関１０１によれば、主体金具１０は、段部１１ｓの先端１１ｓａから先端側ＧＳに向かって、グローホール１１１内に延びる筒状部１１Ｔをさらに有している。これにより、外筒３０が段部１１ｓの先端１１ｓａよりも軸線方向ＨＪの後端側ＧＫに配置させた構成であっても、セラミックヒータ２０の露出する部位が増えることを抑制できる。つまり、グロープラグ１をエンジンヘッド１１０のグローホール１１１内に配置する際に、主体金具１０の筒状部１１Ｔによって、セラミックヒータ２０がグローホール１１１の先端側孔部１１２の壁面１１２ｄに接触してセラミックヒータ２０にクラックや欠けが発生することを防止できる。

また、実施形態の内燃機関１０１であれば、筒状部１１Ｔがグローホール１１１の先端側孔部１１２内に配置されることとなり、筒状部１１Ｔが、燃焼室ＮＳ内からグローホール１１１内に進入した燃焼ガスを、燃焼室ＮＳにより近くで且つより広い位置で受熱してしまうことがある。しかしながら、筒状部１１Ｔは主体金具１０の段部１１ｓに連結しているため、筒状部１１Ｔが受熱した熱は段部１１ｓを経由してエンジンヘッド１１０に放熱することとなり、外筒３０と電極取出部２７ｆとの電気的接続の信頼性に影響を及ぼす虞がない。

さらに、実施形態の内燃機関１０１は、筒状部１１Ｔが、グローホール１１１内の先端側孔部１１２の壁面１１２ｄに当接している。これにより、筒状部１１Ｔが受熱した熱が段部１１ｓを経由してエンジンヘッド１１０に放熱するだけでなく、筒状部１１Ｔから直接エンジンヘッド１１０に放熱するため、外筒３０と電極取出部２７ｆとの電気的接続の信頼性をより維持することができる。

さらに、実施形態の内燃機関１０１は、筒状部１１Ｔの先端１１Ｔａが、グローホール１１１内に位置している。これにより、セラミックヒータ２０がグローホール１１１の先端側孔部１１２の壁面１１２ｄに接触してセラミックヒータ２０にクラックや欠けが発生することを防止しつつ、筒状部１１Ｔが燃焼室ＮＳ内に直接晒されることで、筒状部１１Ｔが受熱する熱量が増えすぎてしまうことを抑制できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、実施形態では、筒状部１１Ｔは軸線方向ＨＪに沿って延びていたが、これに限られるものではない。例えば、筒状部１１Ｔの外表面及び内表面に凹凸形状を有していても良いし、また、図６に示すように、筒状部１１１Ｔが、蛇腹形状を有していても良い。なお、図６は、実施形態の図２に対応する図面である。これにより、筒状部１１１Ｔの表面積が増え、筒状部１１１Ｔで燃焼ガスを受熱しやすくすることができる。

また、実施形態では、抵抗体２７の発熱部２７ｃ、及び一対のリード部２７ｄ、２７ｅが単一材料の導電性セラミックから形成されていたが、これに限られるものではない。例えば、抵抗体の発熱部と、一対のリード部とが別材料の導電性セラミックから形成されているものであってもよい。なお、抵抗体の発熱部、及び一対のリード部を単一材料の導電性セラミックから形成するものにおいては、抵抗体の断面積が相対的に減少した部位を発熱部と定義し、その他の部位をリード部と定義するものとする（図２参照）。

また、実施形態では、可動部材４０の金具側部４５は、センサ支持部材５３の支持先端部５３ｓに溶接されていたが、これに限られることはなく、主体金具１０に直接的に溶接されていても良い。さらに、実施形態では、可動部材４０とセンサ支持部材５３との接合、及び可動部材４０と外筒３０との接合を、それぞれ溶接にて接合していたが、これに限られず、ロウ付け等によって接合しても良い。

また、実施形態では、外筒３０の離間部３４の軸線方向ＨＪ長さが保持部３５の軸線方向ＨＪ長さよりも短くしていたが、これに限られることは無く、外筒の離間部の軸線方向長さが保持部の軸線方向長さよりも長くしても良い。さらに、外筒に離間部を設けず、外筒全体にてセラミックヒータを保持する形態であっても良い。

また、実施形態では、筒状部１１Ｔの全体が、グローホール１１１内の先端側孔部１１２の壁面１１２ｄに当接していたが、これに限られることは無い。例えば、筒状部の一部が、グローホール内の先端側孔部の壁面に当接していても良い。

１・・・圧力センサ付きグロープラグ（グロープラグ）
１０・・・主体金具
１１・・・段部
１１Ｔ・・・筒状部
２０・・・セラミックヒータ
３０・・・外筒
３４・・・離間部
３５・・・保持部
４０・・・可動部材
５０・・・センサ部
１０１・・・内燃機関
１１０・・・エンジンヘッド
１１１・・・グローホール
１１１Ｔ・・・筒状部
１１２・・・先端側孔部

Claims (9)

1. 軸線方向に延びると共に、絶縁セラミック製の基体、及び該基体内に埋設された導電セラミック製の抵抗体を有するセラミックヒータであり、前記抵抗体には、前記セラミックヒータの後端側外表面に露出する電極取出部が設けられたセラミックヒータと、
   前記電極取出部と直接的又は間接的に接触するとともに、前記セラミックヒータの先端を自身から突出させた状態で少なくとも前記セラミックヒータの後端側を保持する筒状の外筒と、
   前記セラミックヒータ及び前記外筒とは離間しつつ、前記セラミックヒータの先端を自身から突出させた状態で前記セラミックヒータ及び前記外筒を自身の内部に挿通させた筒状のハウジングであり、エンジンヘッドのグローホール内に形成されたシート面に当接可能な外表面を有する段部を備えたハウジングと、
   弾性を有する筒状をなし、前記ハウジング内に配置されて前記外筒と前記ハウジングとに直接的又は間接的に結合し、前記セラミックヒータを前記軸線方向に変位可能な可動部材と、
   前記ハウジングに対する前記セラミックヒータの変位を検知するセンサと、
   を備えた圧力センサ付きセラミックグロープラグであって、
   前記外筒の先端は、前記段部の先端よりも前記軸線方向の後端側に配置されてなり、
   前記ハウジングには、前記段部の先端から先端側に向かって延びる筒状部をさらに有することを特徴とする圧力センサ付きグロープラグ。
2. 請求項１に記載に圧力センサ付きグロープラグであって、
   前記外筒は、前記セラミックヒータの後端側を保持する保持部と、該保持部よりも先端側に延びると共に、前記セラミックヒータと離間する離間部とを有し、前記可動部材は前記離間部に結合することを特徴とする圧力センサ付きグロープラグ。
3. 請求項２に記載の圧力センサ付きグロープラグであって、
   前記離間部の前記軸線方向の長さは、前記保持部の前記軸線方向の長さよりも短いことを特徴とする圧力センサ付きグロープラグ。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の圧力センサ付きグロープラグであって、
   前記抵抗体は、前記セラミックヒータの先端側に設けられた発熱部と該発熱部の後端側に接続されるリード部とを有し、
   前記筒状部の先端は、前記発熱部の後端よりも軸線方向後端側に配置されていることを特徴とする圧力センサ付きグロープラグ。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の圧力センサ付きグロープラグであって、
   前記筒状部の外表面及び内表面の少なくともいずれか一方は、凹凸を有することを特徴とする圧力センサ付きグロープラグ。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の圧力センサ付きグロープラグであって、
   前記筒状部及び前記段部の熱伝導率は、前記外筒の熱伝導率以上であることを特徴とする圧力センサ付きグロープラグ。
7. 圧力センサ付きグロープラグをエンジンヘッドのグローホール内に装着してなる内燃機関であり、
   前記圧力センサ付きグロープラグは、
   軸線方向に延びると共に、絶縁セラミック製の基体、及び該基体内に埋設された導電セラミック製の抵抗体を有するセラミックヒータであり、前記抵抗体には、前記セラミックヒータの後端側外表面に露出する電極取出部が設けられたセラミックヒータと、
   前記電極取出部と直接的又は間接的に接触するとともに、前記セラミックヒータの先端を自身から突出させた状態で少なくとも前記セラミックヒータの後端側を保持する筒状の外筒と、
   前記セラミックヒータ及び前記外筒とは離間しつつ、前記セラミックヒータの先端を自身から突出させた状態で前記セラミックヒータ及び前記外筒を自身の内部に挿通させた筒状のハウジングと、
   弾性を有する筒状をなし、前記ハウジング内に配置されて前記外筒と前記ハウジングとに直接的又は間接的に結合し、前記セラミックヒータを前記軸線方向に変位可能な可動部材と、
   前記ハウジングに対する前記セラミックヒータの変位を検知するセンサと、
   を備え、
   前記グローホール内には、前記ハウジングの段部の外表面が当接するシート面が形成されてなる内燃機関であって、
   前記外筒の先端は、前記段部の先端よりも前記軸線方向の後端側に配置されてなり、
   前記ハウジングには、前記段部の先端から先端側に向かって、前記グローホール内に延びる筒状部をさらに有することを特徴とする内燃機関。
8. 請求項７に記載の内燃機関であって、
   前記筒状部の少なくとも一部は、前記グローホール内の壁面に当接してなることを特徴とする内燃機関。
9. 請求項７または請求項８に記載の内燃機関であって、
   前記筒状部の先端は、前記グローホール内に位置することを特徴とする内燃機関。