JP2609784B2 - 筒内圧検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジン燃焼室内の圧
力を検出する筒内圧検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の筒内圧検出装置としては、例えば
図５ないし図７に示すようなものがある（特開平１−３
１２４３９号公報）。

【０００３】図５において、１０はエンジンヘッド１に
螺合される雄ねじ部１０ａを有する主体金具であり、主
体金具１０には、その中心線１１より偏心して点火プラ
グ装着孔１０ｂが貫通して形成され、この装着孔１０ｂ
内に、軸心に中心電極１２ａを有する点火プラグセラミ
ックスアッセンブリ１２が装着されている。また、主体
金具１０のねじ込み先端には、エンジンの燃焼室に開口
するガスボリューム１３が形成され、そのガスボリュー
ム１３から斜め上方に向く所定深さの円筒状のざぐり孔
１４が形成されている。ざぐり孔１４内には、ガスボリ
ューム１３側が閉塞された筒状の受圧ヘッド１５が挿入
されている。

【０００４】受圧ヘッド１５は、ガスボリューム１３に
臨む受圧部１５ａの端面に結合部１５ｆを介してシール
用のダイアフラム１５ｇが設けられている。ダイアフラ
ム１５ｇは軸方向に比較的容易に弾性変形する形状にな
っている。一方、受圧ヘッド挿入用ざぐり孔１４の開口
端は太径穴１４Ｌとされ、この太径穴１４Ｌとざぐり孔
１４との連設部分にテーパ部１４Ｔが形成されている。
また、受圧ヘッド１５は、受圧部１５ａの上方に、これ
に連設する断熱部１５ｂと、この断熱部１５ｂの上方に
位置する雌ねじ部１５ｃと、挿入端側に位置するスプリ
ング部１５ｄと、スプリング部１５ｄの先端にあってざ
ぐり孔１４に密嵌合するシール部１５ｅとを備えてい
る。スプリング部１５ｄは、ねじ１６と雌ねじ部１５ｃ
のねじのかみあいによるばね係数より小さい係数をもつ
ようにし、燃焼圧により撓む影響をねじのかみあい部分
より十分大きくすることにより、ねじのかみあい部分の
ばね係数の変動による測定精度の低下を防ぐようになっ
ている。そして、スプリング部１５ｄは、雌ねじ部１５
ｃに比べて薄肉に形成され、受圧部１５ａに作用する燃
焼圧により軸方向に撓むようにされている。

【０００５】主体金具１０は、ざぐり孔１４の底部にね
じ受部１７を有し、このねじ受部１７には、ざぐり孔１
４と同心に貫通孔１７ａが形成され、さらにシール用の
空所１８も形成されている。空所１８から挿入されるね
じ１６は、ねじ受部１７の貫通孔１７ａを通して受圧ヘ
ッド１５内に挿入され、受圧ヘッド１５を適宜回り止め
してその雌ねじ部１５ｃに螺合される。このようにして
受圧ヘッド１５がねじ１６により締め付けられると、そ
の受圧ヘッド１５はシール部１５ｅがざぐり孔１４の底
部に押圧されて固定されると同時に、ダイアフラム１５
ｇの外周がテーパ部１４Ｔに弾性的に押し付けられ、受
圧ヘッド１５によるざぐり孔１４のシール性が得られる
ようになっている。

【０００６】ねじ１６の首下部の外周は、テフロン等か
ら成る絶縁チューブ１９によって被覆されており、ねじ
１６の頭部１６ａとこれに対向するねじ受部１７間に
は、リング状に成形した圧電セラミックス（圧電素子）
２０、電極板２１及び絶縁板２２の積層体の両面をワッ
シャで挟んで成るセンサＳＥが介在され、センサＳＥは
ねじ１６によって所定の締付力で圧縮され、圧電セラミ
ックス２０及び電極板２１は絶縁チューブ１９及び絶縁
板２２によってねじ１６及び主体金具１０から電気的に
絶縁されている。電極板２１には、シールドケーブル２
３の中心導体２３ａが接続され、その接続部分は絶縁チ
ューブ２４により被覆されている。シールドケーブル２
３はケーブルホルダ２５により保持され、このケーブル
ホルダ２５は空所１８の開口部にかしめにより固定され
ている。さらに空所１８の内部には軟質のシール部材２
６が充填され、かしめ部分の外周囲は硬質のシール部材
２７により水密にシールされている。

【０００７】また、受圧ヘッド１５がざぐり孔１４内に
円滑に挿入されるように受圧ヘッド１５の外周にテフロ
ンや二硫化モリブデン等の潤滑剤を塗布しておくことが
行われている。

【０００８】そして、まず、筒内圧検出装置の主体金具
１０がエンジンヘッド１に螺着される。これは、図８に
示すプラグレンチ３１の爪３１ａ，３１ｂを主体金具１
０の切欠部３２ａ，３２ｂに係合し、プラグレンチ３１
で主体金具１０を締め付けることにより行われる。

【０００９】かかる状態で、点火プラグセラミックスア
ッセンブリ１２の中心電極１２ａと電極３３間に火花放
電が発生すると、エンジン燃焼室内の混合気が着火燃焼
し、その燃焼圧がダイアフラム１５ｇに作用する。ダイ
アフラム１５ｇは比較的容易に弾性変形するため、燃焼
圧は主に結合部１５ｆを通して受圧部１５ａに伝わる。
これにより、スプリング部１５ｄが軸方向に撓み、受圧
ヘッド１５を含むねじ１６が矢印Ａ方向に変位する。こ
の結果、ねじ１６により所定の締付力で締め付けられて
いた圧電セラミックス２０に生ずる応力が減少し、その
応力の減少に応じて圧電セラミックス２０の発生電圧が
変化する。従って、この電圧変化分を電極板２１及びシ
ールドケーブル２３を通して不図示の計測装置により検
出することで燃焼圧が計測される。このとき受圧ヘッド
１５の矢印Ａ方向への変位に伴いダイアフラム１５ｇが
テーパ部１４Ｔに強く押し付けられて両者の接触面のシ
ールをさらに確実とし、燃焼ガスが受圧ヘッド１５とざ
ぐり孔１４間の隙間に侵入することが防止されるように
なっている。また、受圧ヘッド１５には、混合気の燃焼
による熱が伝達されるが、受圧ヘッド１５の断熱部１５
ｂは中空になっており、その熱伝達断面積が小さいた
め、ねじ１６を通して圧電セラミックス２０に伝達され
る熱は少なく、圧電セラミックス２０の温度は、その圧
電特性を損う温度まで上昇することが防止される。従っ
て、圧電セラミックス２０の冷却は不要となっている。
さらに、受圧ヘッド１５は、ダイアフラム１５ｇ及び結
合部１５ｆを含む受圧部１５ａの部分がガスボリューム
１３に直接対向しており、他に導圧通路が全くないた
め、燃焼ガス圧による共鳴が生じることがなく、燃焼圧
の検出精度の向上が得られるようになっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の筒内圧検出装置
は、受圧ヘッド１５がねじ１６により締め付けられる
と、受圧ヘッド１５はシール部１５ｅがざぐり孔１４の
底部に押圧されて固定され、これと同時にダイアフラム
１５ｇの外周がテーパ部１４Ｔに押し付けられて、この
シール部１５ｅとダイアフラム１５ｇの２点で主体金具
に当る構成となっている。このため、受圧ヘッド１５等
の長さに僅かな寸法誤差、例えば、ざぐり孔１４に対し
て受圧ヘッド１５が長いと、ダイアフラム１５ｇがテー
パ部１４Ｔに十分に当らず、燃焼ガスのシールが不完全
になるおそれがある。これと逆に、ざぐり孔１４に対し
て受圧ヘッド１５が短かいと、シール部１５ｅがざぐり
孔１４の底部に十分に当らず、燃焼圧による圧電セラミ
ックス２０への応力伝達が不確実になるおそれがある。
このため、従来の筒内圧検出装置は、なお一層の改善が
望まれていた。

【００１１】そこで、本発明は、燃焼圧による圧電素子
への応力伝達を確実にするとともに、燃焼ガスのシール
を確実に行うことができる筒内圧検出装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、第１に、燃焼部側から所定深さに形成さ
れたざぐり孔及び該ざぐり孔の底面に貫通する貫通孔を
有し、燃焼部に固着される主体金具と、一端に燃焼圧を
受ける受圧部を、他端に燃焼圧で収縮変形するスプリン
グ部を有し、かつ中間部に雌ねじ部を有し、前記ざぐり
孔内に設置される筒状の受圧ヘッドと、前記貫通孔を通
して前記受圧ヘッド内に挿入され前記雌ねじ部に螺合し
て当該受圧ヘッドを前記ざぐり孔底面に押圧固定するね
じと、該ねじの頭部と前記主体金具間に圧縮状態で配設
された圧電素子とを備え、燃焼圧による前記スプリング
部の収縮により前記ねじによる受圧ヘッドの締付力が低
下するように構成してなる筒内圧検出装置であって、前
記ざぐり孔の内周に嵌り合う外径を有するダイアフラム
を前記受圧ヘッドの前記受圧部に形成し、前記受圧ヘッ
ドを前記ざぐり孔に固定して前記ダイアフラムの周囲を
前記ざぐり孔の内周部にレーザ溶接により溶接してなる
ことを要旨とする。

【００１３】第２に、燃焼部側から所定深さに形成され
たざぐり孔及び該ざぐり孔の底面に貫通する貫通孔を有
し、燃焼部に固着される主体金具と、一端に燃焼圧を受
ける受圧部を、他端に燃焼圧で収縮変形するスプリング
部を有し、かつ中間部に雌ねじ部を有し、前記ざぐり孔
内に設置される筒状の受圧ヘッドと、前記貫通孔を通し
て前記受圧ヘッド内に挿入され前記雌ねじ部に螺合して
当該受圧ヘッドを前記ざぐり孔に固定するねじと、該ね
じの頭部と前記主体金具間に圧縮状態に配設された圧電
素子とを備え、燃焼圧による前記スプリング部の収縮に
より前記ねじによる受圧ヘッドの締付力が低下するよう
に構成してなる筒内圧検出装置であって、前記受圧ヘッ
ドは、前記受圧部にダイアフラムを形成し該ダイアフラ
ムの周囲を前記主体金具のざぐり孔と機械結合させると
ともに、他端にはねじ部を形成して前記主体金具のざぐ
り孔と螺合させてなることを要旨とする。

【００１４】

【作用】上記構成において、第１に、受圧ヘッドは、ね
じの締込みにより、そのスプリング部の先端部が主体金
具のざぐり孔底面に確実に当って固定される。この結
果、燃焼圧によるスプリング部が確実に収縮変形して圧
電素子への応力伝達が確実となる。また、受圧部に形成
されたダイアフラムの周囲が受圧ヘッドをざぐり孔に固
定した上でざぐり孔の内周部にレーザ溶接されて燃焼ガ
スのシールが確実に行われる。

【００１５】第２に、受圧ヘッドは、他端がねじ部の螺
合により主体金具のざぐり孔に固着される。この結果、
燃焼圧によりスプリング部が確実に収縮変形して圧電素
子への応力伝達が確実となる。また、受圧部に形成され
たダイアフラムの周囲が主体金具のざぐり孔に機械結合
されて燃焼ガスのシールが確実に行われる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１７】図１は、本発明の第１実施例を示す図であ
る。

【００１８】なお、図１及び後述の各実施例を示す図に
おいて前記図５ないし図７における部材及び部位と同一
ないし均等のものは、前記と同一符号を以って示し、重
複した説明を省略する。

【００１９】まず、筒内圧検出装置の構成を説明する
と、本実施例では、ざぐり孔１４は受圧ヘッド１５が入
る最小限の内径とされてざぐり孔１４の形成部分の主体
金具１０の肉厚が確保され、そのざぐり孔１４の開口端
に太径の嵌合い部１４ｘが形成されている。嵌合い部１
４ｘの内径はダイアフラム１５ｇの外径に合うように形
成されるが、ダイアフラム１５ｇの外径は、可能な範囲
で大きくすることによって検出感度の向上を図ってい
る。受圧ヘッド１５をざぐり孔１４内に装着するに際し
ては、まず受圧ヘッド１５をねじ１６で締め込んでシー
ル部１５ｅがざぐり孔１４の底部に押圧固定された状態
とする。次いで、ダイアフラム１５ｇの周囲を嵌合い部
１４ｘの内周部にレーザ溶接し、溶接部１５ｙでざぐり
孔１４の開口部を燃焼部からシールする。

【００２０】ここで、上記の受圧ヘッド１５を締め込む
際のねじ１６の締付けを説明する。

【００２１】ねじ１６の締付けは、ねじ部によりねじ首
の部位が細いので、そのねじ首の破断及び疲れ、さらに
受圧ヘッド１５のスプリング部１５ｄの座屈応力から余
裕をみたトルクで行う。また、初期ゆるみを防止するた
め、２度のねじ締付けを行う。なお、この２度締付けの
２度目をレーザ溶接による溶接後に行うと、ゆるみ防止
が一層確実となる。

【００２２】次に、上述のように構成された筒内圧検出
装置の作用を説明する。

【００２３】受圧ヘッド１５は、ねじ１６の締込みによ
り、シール部１５ｅが主体金具１０のざぐり孔１４底面
に確実に当って固定される。この結果、燃焼圧によりス
プリング部１５ｄが確実に収縮変形してセンサＳＥへの
応力伝達が確実となり、燃焼圧の検出精度が向上する。
また、ダイアフラム１５ｇとざぐり孔１４の開口部が溶
接部１５ｙで確実に結合されて燃焼ガスのシールが確実
に行われる。

【００２４】図２には、本発明の第２実施例を示す。

【００２５】本実施例では、嵌合い部１４ｘの開口端
に、さらに太径の太径部１４ｚの形成によりダイアフラ
ム１５ｇの表面（下面）とほぼ面一となる平面部１４ｙ
が形成されている。ダイアフラム１５ｇの周囲のレーザ
溶接は、この平面部１４ｙとの間で行われる。したがっ
てレーザ溶接が容易、かつ一層確実に行われる。

【００２６】図３には、本発明の第３実施例を示す。

【００２７】本実施例では、受圧ヘッド１５におけるス
プリング部１５ｄの先端近傍の外周部に、シール部に代
えて左ねじの雄ねじ部１５ｘが形成され、これに対応し
てざぐり孔１４の内周面に左ねじの雌ねじ部１０ｘが形
成されている。受圧ヘッド１５が右ねじの切られたねじ
１６で締め込まれると、左ねじの雄ねじ部１５ｘが雌ね
じ部１０ｘに締め込まれてスプリング部１５ｄの先端部
が主体金具１０に固着される。これと同時に、ダイアフ
ラム１５ｇの外周がテーパ部１４Ｔに弾性的に押し付け
られて主体金具１０に機械結合され、ざぐり孔１４の開
口部が燃焼部からシールされる。

【００２８】上述のように、受圧ヘッド１５は、ねじ１
６の締込みにより、他端が雄ねじ部１５ｘと雌ねじ部１
０ｘの螺合により主体金具１０に確実に固着され、これ
と同時にダイアフラム１５ｇがテーパ部１４Ｔに確実に
当って主体金具１０に機械結合される。この結果、燃焼
圧によりスプリング部１５ｄが確実に収縮変形してセン
サＳＥへの応力伝達が確実になるとともに燃焼ガスのシ
ールが確実に行われる。

【００２９】図４には、本発明の第４実施例を示す。

【００３０】本実施例は、上記第３実施例において、さ
らにダイアフラム１５ｇの周囲を主体金具１０における
太径穴１４Ｌの内周部にレーザ溶接し、溶接部１５ｙに
より燃焼ガスのシール性を一層高めたものである。ま
た、溶接部１５は、各ねじによる螺合部の回り止めとし
ても作用し、センサＳＥへの応力伝達及び燃焼ガスのシ
ール性の経時変化が防止される。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１に、主体金具に形成したざぐり孔の内周に合う外径
を有するダイアフラムを受圧ヘッドの受圧部に形成し、
受圧ヘッドをざぐり孔に固定した上でこのダイアフラム
の周囲を前記ざぐり孔の内周部にレーザ溶接したため、
受圧ヘッドは、ねじの締込みにより、そのスプリング部
の先端部がざぐり孔の底面に確実に当り、燃焼圧により
スプリング部が確実に収縮変形して圧電素子への応力伝
達が確実となる。また、溶接部により燃焼ガスの確実な
シール性が得られる。

【００３２】第２に、受圧ヘッドの受圧部にダイアフラ
ムを形成し、このダイアフラムの周囲を主体金具のざぐ
り孔と機械結合させるとともに、受圧ヘッドの他端には
ねじ部を形成して前記主体金具のざぐり孔と螺合させた
ため、受圧ヘッドは、スプリング部の先端部及びダイア
フラムの周囲が主体金具に確実に固定されて上記と同様
の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る筒内圧検出装置の第１実施例を示
す縦断面図である。

【図２】本発明の第２実施例を示す要部縦断面図であ
る。

【図３】本発明の第３実施例を示す縦断面図である。

【図４】本発明の第４実施例を示す要部縦断面図であ
る。

【図５】従来の筒内圧検出装置を示す縦断面図である。

【図６】従来例の外観を示す正面図である。

【図７】図６の側面図である。

【図８】主体金具をエンジンヘッドに螺着するのに用い
るプラグレンチの側面図である。

【符号の説明】

１０ 主体金具 １０ｘ 左ねじの雌ねじ部 １４ ざぐり孔 １４Ｔ テーパ部 １４ｘ 嵌合い部 １５ 受圧ヘッド １５ａ 受圧部 １５ｃ 雌ねじ部 １５ｄ スプリング部 １５ｇ ダイアフラム １５ｘ 左ねじの雄ねじ部 １５ｙ 溶接部 １６ ねじ １６ａ ねじの頭部 １７ａ 貫通孔 ２０ 圧電セラミックス（圧電素子）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼部側から所定深さに形成されたざぐ
   り孔及び該ざぐり孔の底面に貫通する貫通孔を有し、燃
   焼部に固着される主体金具と、一端に燃焼圧を受ける受
   圧部を、他端に燃焼圧で収縮変形するスプリング部を有
   し、かつ中間部に雌ねじ部を有し、前記ざぐり孔内に設
   置される筒状の受圧ヘッドと、前記貫通孔を通して前記
   受圧ヘッド内に挿入され前記雌ねじ部に螺合して当該受
   圧ヘッドを前記ざぐり孔底面に押圧固定するねじと、該
   ねじの頭部と前記主体金具間に圧縮状態で配設された圧
   電素子とを備え、燃焼圧による前記スプリング部の収縮
   により前記ねじによる受圧ヘッドの締付力が低下するよ
   うに構成してなる筒内圧検出装置であって、 前記ざぐり孔の内周に嵌り合う外径を有するダイアフラ
   ムを前記受圧ヘッドの前記受圧部に形成し、前記受圧ヘ
   ッドを前記ざぐり孔に固定して前記ダイアフラムの周囲
   を前記ざぐり孔の内周部にレーザ溶接により溶接してな
   ることを特徴とする筒内圧検出装置。
2. 【請求項２】 燃焼部側から所定深さに形成されたざぐ
   り孔及び該ざぐり孔の底面に貫通する貫通孔を有し、燃
   焼部に固着される主体金具と、一端に燃焼圧を受ける受
   圧部を、他端に燃焼圧で収縮変形するスプリング部を有
   し、かつ中間部に雌ねじ部を有し、前記ざぐり孔内に設
   置される筒状の受圧ヘッドと、前記貫通孔を通して前記
   受圧ヘッド内に挿入され前記雌ねじ部に螺合して当該受
   圧ヘッドを前記ざぐり孔に固定するねじと、該ねじの頭
   部と前記主体金具間に圧縮状態で配設された圧電素子と
   を備え、燃焼圧による前記スプリング部の収縮により前
   記ねじによる受圧ヘッドの締付力が低下するように構成
   してなる筒内圧検出装置であって、 前記受圧ヘッドは、前記受圧部にダイアフラムを形成し
   該ダイアフラムの周囲を前記主体金具のざぐり孔と機械
   結合させるとともに、他端にはねじ部を形成して前記主
   体金具のざぐり孔と螺合させてなることを特徴とする筒
   内圧検出装置。