JP4678981B2 - スパークプラグユニット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼室の圧力を検出するスパークプラグ本体にプラグキャップを装着したスパークプラグユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、内燃機関の燃焼室の圧力（筒内圧）を測定することにより、例えばノッキング検出、燃焼圧のピーク位置検出、失火検出等を行い、内燃機関の運転制御に役立てられている。そして、筒内圧の測定には環状の圧電セラミック等の圧電素子を備えた圧力センサが用いられることがある。このような圧力センサは例えばプラグの一実施例であるスパークプラグの主体金具に配置され、主体金具に形成されるおねじ部とシリンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合によって装着される。燃焼圧によってスパークプラグが押し上げられ、スパークプラグのシリンダヘッドへの締め付け荷重が変動するので、この荷重変動に応じて圧電素子が発する電気的出力をリード線を介して外部へ取り出すことにより、筒内圧が測定される。
【０００３】
上記のような圧力センサの一例として、特開平６−２９０８５３号公報の図１に示されるような圧力センサ内蔵タイプがある。このタイプは、圧電素子、電極板等をセンサケースに収容した圧力センサを主体金具の取付座部に一体的に取り付け、主体金具先端部のおねじ部とシリンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合によって装着する方式である。一方、上記公報の図８に示されるような圧力センサ単独タイプも知られている。このタイプは、圧電素子、電極板等をセンサケースに収容して一体の圧力センサを構成し、主体金具の取付座部（又はガスケット）とシリンダヘッドとの間に圧力センサを配置して、主体金具のおねじ部とシリンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合によって装着する方式である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
いずれのタイプも、筒内圧の変動を正確に測定するため、圧力センサはシリンダヘッドの奥部側に燃焼室と近接して配置され、筒内圧に基づく電気的出力を取り出すリード線は、主体金具に対して圧力センサ配置側（燃焼室側）とは反対側に延出される。そして、スパークプラグをシリンダヘッドにねじ込み固定するねじ嵌合部（主体金具のおねじ部とシリンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合によって構成される）が燃焼室に連通している。したがって、燃焼室内での燃焼圧力の発生によって、高圧の燃焼ガスがねじの嵌合隙間に流入する昇圧時には、スパークプラグが燃焼室の外側方向へ押し上げられる。一方、燃焼室内の圧力低下によって、嵌合隙間内に流入した燃焼ガスが流出する降圧時には、スパークプラグが元の位置に戻ろうとする。このとき、ねじ嵌合部への燃焼ガスの流入に比べてガスの抜けが悪く、流出が遅れる傾向が認められる。その結果、実際の燃焼室圧力の変化に対する圧力センサ出力は、昇圧時には追従性が比較的良いが、降圧時の追従性が悪化し、ヒステリシスを生じる。
【０００５】
さらには、これらの従来構造ではいずれも、燃焼室での燃焼による圧力エネルギが、上記したねじ嵌合部で一部吸収され、その後圧力センサの取付位置である主体金具の取付座部等に到達することになるので、圧力センサでの測定値と真の筒内圧との差が検出精度の向上を阻害する要因となっていた。
【０００６】
そこで、本発明者らはこれらの課題を解決するための新規な圧力センサ付スパークプラグの構成（以下、改善構成という）を特開平９−４９４８３号公報にて提案した。すなわち、改善構成は、内燃機関の装着凹部（プラグホール）側に形成されるめねじ部と螺合するおねじ部を有する袋ナットによって、スパークプラグを内燃機関に固定するとともに、この袋ナットがスパークプラグの主体金具の取付座部に当接することによって、圧力センサを取付座部と内燃機関との間で押圧固定することとした。これによって改善構成は、主体金具先端側のおねじ部とシリンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合によって構成される従来構造のねじ嵌合部をなくすことができ、測定時のヒステリシスの軽減と圧力センサの検出精度向上とにおいて、顕著な効果を得ることができた。しかし一方で、改善構成を実際の内燃機関に取り入れるにあたり、新たな課題の発生を見るに至った。
【０００７】
上記改善構成において、袋ナットがスパークプラグ及び圧力センサの固定手段として取り入れられ、しかもこの袋ナットのおねじ部はプラグホール側のめねじ部と螺合する。したがって、圧力センサの電気的出力を取り出すためのリード線の配線スペースや、ねじ装着のための締め付け用工具の係合スペース等を、プラグホール内において確保しようとすると、既存のものよりも相当大径のプラグホールが必要になる。しかも、リード線の配線スペースを得るために、プラグホールの軸断面形状の非円形化や、軸断面円形状のプラグホールへのリード線配線用の軸方向溝の加工工程の追加等を要する場合もある。しかしながら、内燃機関のシリンダヘッドには、吸排気弁及びそれらの作動機構等が配置されており、プラグホールはできる限り小径化することが望ましい。したがって、既存の内燃機関に改善構成を適用しようとしても設置スペース等の関係からそのままでは採用できない場合があり、これではせっかくスパークプラグと圧力センサとを一体化させた利点を生かすことができない。
【０００８】
よって、本発明の課題は、内燃機関の燃焼室の圧力をヒステリシスが少なくかつ精度よく検出できるスパークプラグ本体を、リード線取出構造等の簡素化と小型コンパクト化を図りつつプラグホールへ取り付けることのできるスパークプラグユニットを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために、本発明のスパークプラグユニットは、
内燃機関の燃焼室の圧力に基づく電気的出力を取り出すためのリード線を有する圧力センサを主体金具に配置するとともに、該圧力センサが前記内燃機関のシリンダヘッドのプラグホール前端側の底部に形成された座面に係止されることが予定され、かつ筒状の前記主体金具の内側に配置された軸状の中心電極と、該主体金具の軸線方向前端部に結合され、火花放電ギャップを隔てて前記中心電極と対向位置する接地電極とを有するスパークプラグ本体にプラグキャップが装着されたスパークプラグユニットにおいて、
前記プラグキャップには、前記軸線方向に沿って前記主体金具の後方に配置される筒状部の前端側に、前記主体金具に対し後方外側から同心状に係合するとともに、該主体金具のプラグキャップ係合部を軸線方向前方側に押圧するプラグ係合部が形成される一方、前記筒状部の後端側に、前記プラグ係合部が前記主体金具のプラグキャップ係合部を押圧した状態にて、前記シリンダヘッドに取り付け固定可能な固定部が形成され、
かつ、前記主体金具のプラグキャップ係合部は、前記リード線が挿通して後方側に延出するためのリード線挿通孔を備えるとともに、前記プラグキャップは、筒状部の前端側から後端側にかけて前記リード線が前記軸線方向に沿って収容されるリード線収容部を備え、
前記圧力センサから後方側に延出するリード線は、前記プラグキャップの筒状部の内側を通り、
前記筒状部は、その内側において、イグニッションコイルと、該イグニッションコイルの外周面を取り囲む形態の、磁路形成用の筒状のヨーク部材とを有し、
前記リード線収容部は前記ヨーク部材の外周面上に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
このように、これらの発明においては、主体金具先端側のおねじ部とシリンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合を廃止し、主体金具とプラグホール前端側の底部に形成された座面との間でスパークプラグ本体を押圧固定することとしたので、内燃機関の燃焼室の圧力をヒステリシスが少なくかつ精度よく検出できる。しかも、軸線方向に沿って主体金具の後方に配置される筒状部の前端側に、主体金具に対し後方外側から同心状に係合するとともに、主体金具を軸線方向前方側に押圧するプラグ係合部を形成する一方、筒状部の後端側に、プラグ係合部が主体金具を押圧した状態にて、シリンダヘッドに取り付け固定可能な固定部が形成されている。さらに、プラグキャップは、筒状部の前端側から後端側にかけてリード線を軸線方向に沿って収容するリード線収容部を備えており、スパークプラグユニットは、このようなプラグキャップがスパークプラグ本体に装着されている。
【００１２】
したがって、筒状部の前端側に形成されたプラグ係合部で主体金具を軸線方向前方側に押圧し、この状態を保持しながら、筒状部の後端側に形成された固定部によって、プラグキャップ（筒状部）をシリンダヘッドへ容易に取り付け固定することができる。また、その際圧力センサから引き出されたリード線は筒状部のリード線収容部に収納されるので、スパークプラグ本体及びプラグキャップの取り付け固定の邪魔にならず、スムーズな組み立て作業が行える。このように、上記プラグキャップを用いることによって、スパークプラグ本体を、プラグホール前端側の底部に形成された座面に、リード線取出構造等の簡素化を図りつつ小型コンパクトに取り付け固定して、スパークプラグユニットとなすことができる。
【００１３】
なお、リード線収容部は、筒状部の外面に形成してもよいし、また、筒状部の内部空間をそのままリード線収容部として利用することもできる。あるいは、リード線の一部は筒状部の外面に形成したリード線収容部に、他の部分は筒状部の内部空間のリード線収容部に各々収容する場合もある。
【００１４】
また、固定部が、筒状部の後端部外周面において少なくとも周方向の一部を外向きに突出させたフランジ部を有するように構成すれば、このフランジ部をプラグホールの開口周縁にて外部からシリンダヘッドに固定できるので、取り付け操作が一層迅速かつ正確に行える。
【００１５】
そして、かかる筒状部の内側において、イグニッションコイルと、そのイグニッションコイルの外周面を取り囲む形態の、磁路形成用の筒状のヨーク部材とを有することにより、筒状部にイグニッションコイルとヨーク部材とを内装する形で収納することができる。その結果、筒状部の内側に生ずるデッドスペースが削減され、プラグキャップ並びにスパークプラグユニットを一層小型コンパクトに構成することができる。
【００１６】
一方、圧力センサからリード線を介して取り出された電気的出力を増幅するためのセンサ出力増幅回路が、筒状部に保持される場合には、リード線が軸線方向に沿って筒状部に備えられたリード線収容部に収容されることとあいまって、センサ出力の減衰を極力小さくすることができる。したがって、圧力センサからの電気的出力は、筒状部を経由して検出装置、制御装置等に安定して供給されるようになる。また、筒状部の内部空間をイグニッションコイルの収容空間として有効に利用することができる。
【００１７】
また、主体金具に対するプラグ係合部の装着時押さえ荷重が９８０Ｎ以上に設定されている。これによって、約６０〜１００ＭＰａにも達する燃焼ガス圧に対して、スパークプラグユニットの気密性を十分に保持することができる。なお、スパークプラグ本体に対するプラグキャップの装着により主体金具やプラグ係合部が塑性変形を起こさないために、あるいは、シリンダヘッドに対するスパークプラグユニットの固定により、シリンダヘッドや固定部が損傷しないために、装着時押さえ荷重の上限は、１００００Ｎ以下に抑える必要がある。
【００１８】
さらに、スパークプラグ本体がプラグホールに挿入された状態において、主体金具に外向きに突出する形態で形成された鍔状のセンサ保持部と、プラグホールの座面との間で圧縮されることにより、これらセンサ保持部とプラグホールの座面との間をシールする環状のガスケットを備えている。そして、ガスケットは、そのガスケットを軸線方向に圧縮する圧縮荷重として作用する押さえ荷重Ｆと、ガスケットの圧縮変位αとの関係を測定するとともに、ガスケットの初期外径を２Ｒ1、同内径を２Ｒ2として、ガスケットへの付加圧力ＰをＦ／｛π（Ｒ1２−Ｒ2２）｝にて算出したときに、付加圧力Ｐが５８．８〜１１７．６ＭＰａ｛ＭＫＳ単位系換算６〜１２ｋｇｆ／ｍｍ２｝となる範囲に対応する圧縮変位αの変化量Δαが、０．５ｍｍ以上に設定されている。
【００１９】
ところで、最近の自動車用エンジン等においては、排気ガス規制が強化されるに伴い、混合気もリーン領域のものが多く使用されるようになってきている（いわゆるリーンバーンエンジン）。リーンの混合気は燃料混合比率が低いため、燃焼室内におけるスパークプラグ本体の接地電極と、混合気の導入方向との関係によっては、混合気の火花ギャップへの流入が接地電極に遮られて点火ミスを生じることがある。そのため、最近のリーンバーンエンジンにおいては、混合気への点火の確実性を向上させるために、接地電極が点火に最適な位置となるように、周方向の角度位置が指定されるケースが多い。
【００２０】
しかしながら、主体金具のおねじ部とシリンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合によってスパークプラグ本体をシリンダヘッドに装着する方式のエンジンにおいては、ねじ部のねじ山開始端と接地電極との間の位置関係も一定していないのが通常である。そのため、ガスケットへの適度な締付け力が生ずる圧力Ｐの範囲（以下、適性圧力範囲という）である５８．８〜１１７．６ＭＰａに到達するまで主体金具のおねじ部をねじ込んだときに、接地電極は必ずしも上記最適点火位置に位置するとは限らず、例えば目標位置から大きくずれてしまうこともありうる。
【００２１】
そこで、このようなねじ嵌合装着式のエンジンにおいて接地電極を上記最適点火位置に位置合わせするには、上記適性圧力範囲に対応するガスケットの圧縮変位αの変化量Δα（押さえ荷重Ｆに対するガスケットの潰れ代を表わす）をねじピッチ以上に設定して、接地電極を最適点火位置に回転調整する必要があった。つまり、ＪＩＳ Ｂ８０３１（内燃機関用スパークプラグ）によれば、ガスケット付スパークプラグのねじピッチは、Ｍ１８Ｓで１．５ｍｍ、Ｍ１４ＳとＭ１２Ｓで１．２５ｍｍ、Ｍ１０Ｓで１ｍｍであるから、Δαをこれらねじピッチ以上に設定することにより、上記適度な締付け力が維持された状態における接地電極の回転調整範囲を１回転分以上確保しなければならなかった。
【００２２】
しかし、本発明においては、主体金具先端側のおねじ部とシリンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合を廃止し、主体金具のセンサ保持部とプラグホール前端側の底部に形成された座面との間でスパークプラグ本体を押圧固定することとしたので、接地電極の最適点火位置への回転調整にあたりねじ締めを行う必要がない。したがって、付加圧力Ｐが５８．８〜１１７．６ＭＰａとなる範囲に対応するガスケットの圧縮変位αの変化量Δαを、０．５ｍｍ以上に設定することができる。すなわち、ガスケットの圧縮変位αの変化量Δαは、上記適性圧力範囲に対応した塑性変形（ガスケットの潰れ）を可能とし、かつ主体金具のセンサ保持部とプラグホールの座面との間のシール性を確保するために最低限必要な０．５ｍｍ以上あればよいことになる。そして、かかるスパークプラグユニットによれば、圧力センサによる燃焼圧力波形からヒステリシスを減少させることができ、圧力センサの検出精度が向上する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例である圧力センサ内蔵型スパークプラグユニット１（スパークプラグユニット）を組立状態にて示す縦断面図である。圧力センサ内蔵型スパークプラグユニット１は、大きく分けてスパークプラグ本体５とプラグキャップ１２とからなる。スパークプラグ本体５は、主体金具２に圧力センサ３が一体化されるとともに、軸線Ｏ方向前端側に火花放電ギャップｇが、同じく後端側に火花放電ギャップｇに高電圧を印加するための端子金具４が形成されたものである。
【００２４】
スパークプラグ本体５の主体金具２は筒状に形成され、その軸線Ｏ方向の前端側には、シリンダヘッドＣＨ前端の挿通孔１６ａに挿入するための取付部１６が形成され、その基端側に隣接して鍔状のセンサ保持部１７が周方向に突設されている。また、取付部１６の内周面には、軸状の絶縁体１４を止め着けるための周方向のリブ５２が形成されている。
【００２５】
絶縁体１４の内部には図示しない貫通孔が軸線方向に形成され、その前端側に中心電極５１が、後端側に端子金具４が配置され、両者が貫通孔内に充填された図示しない導電性ガラスシール層や抵抗体組成物により電気的に結合されている。そして、主体金具２の取付部１６の前端面には接地電極５０が溶接され、中心電極５１との間で火花放電ギャップｇを形成する。また、主体金具２の後端部外周面には、後述するプラグ係合部４２を係合させるための円筒状のプラグキャップ係合部２ｋが形成されている。
【００２６】
次に、プラグキャップ１２には、高電圧を発生させるためのイグニッションコイル７と、圧力センサ３のリード線８とが組み込まれている。また、イグニッションコイル７に端子金具４を電気的に接続するための端子部９と、スパークプラグ本体５に自身を着脱可能に係合させるための係合部１１とを有する。
【００２７】
そして、係合部１１にてプラグキャップ１２をスパークプラグ本体５に係合・固定することにより、端子部９が端子金具４に着脱可能に結合される。この構成によると、スパークプラグ本体５を、主体金具２の取付部１６においてプラグホールＰＨの挿通孔１６ａに挿入した後、スパークプラグ本体５にプラグキャップ１２を後付け接続することができる。これにより、プラグホールＰＨにスパークプラグ本体５及びプラグキャップ１２を取り付ける際に、これらへのリード線８の巻き付きといった不具合が全く生じなくなる。
【００２８】
また、リード線８の後端は、プラグキャップ１２に一体化された出力取出コネクタ部（以下、単にコネクタ部ともいう）１３に、回路ユニット２９を経由して接続されている。シリンダヘッドＣＨへのスパークプラグ本体５の取付位相角を一定に保ち、接地電極５０を最適点火位置に位置合わせするには、予め主体金具２の後方側開口部２ａ周縁等に接地電極５０の周方向位置に対応させてマークを付しておき、取付部１６をプラグキャップＰＨの挿通孔１６ａに挿入する際に、このマークを燃焼室ＣＲ内の混合気の流れを阻害しない既知の回転方向位置に合わせればよい。なお、コネクタ部１３に制御回路側からの信号線ケーブルを接続する際に不都合を生じないように、コネクタ部１３の周方向位置を調整したい場合には、プラグキャップ１２をスパークプラグ本体５に対して軸線Ｏ周りに相対的に回転可能に係合すればよい。
【００２９】
スパークプラグ本体５は、主体金具２の後方側開口部２ａから絶縁体１４を突出させた形態を有し、その絶縁体１４の突出部１４ａ後端に端子金具４が配置される。プラグキャップ１２の係合部１１は、絶縁体突出部１４ａを挿入するための挿入孔１５が軸線Ｏ方向に形成された、弾性材料、ここではシリコンゴム等の耐熱性ゴム成形体からなる弾性保持部材１１とされている。その挿入孔１５の奥には、端子部９が配置されている。そして、挿入孔１５を弾性的に拡径させながらここに絶縁体突出部１４ａを軸線Ｏの方向に押し込むことにより、該挿入孔１５の内面にて絶縁体突出部１４ａが保持され、端子金具４が端子部９と接触導通する。弾性保持部材１１を使用することにより、挿入孔１５に絶縁体突出部１４ａを押し込むだけでプラグキャップ１２をスパークプラグ本体５に簡単に接続することができる。また、弾性材料の弾性力により挿入孔１５の内面にて突出部１４ａを密着保持することができ、フラッシュオーバ等も生じにくい。
【００３０】
なお、端子部９はばね状に形成され、この実施例では軸線Ｏの方向においてカップ状の金具５７内に配置されている。そして、その金具５７にイグニッションコイル７からの図示しないリード部が接続され、端子部９、端子金具４及び中心電極５１を介して接地電極５０との間に形成される火花放電ギャップｇに高電圧が印加される。ばね状の端子部９は、金具５７と端子金具４との間で圧縮弾性変形した状態で、挿入孔１５の内面と突出部１４ａとの摩擦により保持され、その弾性復帰力により金具５７と端子金具４との電気的接触を確保する働きをなす。
【００３２】
次に、主体金具２は、前述の通り、軸線Ｏ方向前端側に内燃機関への取付部１６が形成されるとともに、その取付部１６の軸線Ｏ方向後端位置に対応して周方向のセンサ保持部１７が突設されている。そして、リング状の圧力センサ組立体１８の内側に、取付部１６が前端側から軸線Ｏ方向に嵌め込まれ、センサ保持部１７の前端面に当接する形で該圧力センサ組立体１８が支持されている。
【００３３】
図２に示すように、圧力センサ組立体１８の前方側には、圧力センサ組立体１８の前端面と当接してこれを覆う底部１９ａと、その底部１９ａの外周縁から軸線方向後方に立ち上がる筒状に形成されて圧力センサ組立体１８の外周面を覆う側壁部１９ｂとを有するセンサカバー１９が設けられている。圧力センサ組立体１８は、センサカバー１９の底部１９ａに近い側から、リング状の板パッキン５９、リング状の圧電セラミック素子からなる圧力センサ３、リング状の電極板６０及びリング状の絶縁板６１がこの順序にて積層された構造を有する。電極板６０からのリード部６２は絶縁板６１に形成されたスリット６１ａを経て後方に引き出され、絶縁被覆カバー８ｃで覆われたリード線８の芯線８ａと接続されている。本実施例では、リード線８は、絶縁被覆カバー８ｃで覆った芯線８ａの外側を、シールド被覆８ｂにて覆った同軸シールドケーブルとして構成されており、前端がリード部６２と接続されたリード線８は、主体金具２のプラグキャップ係合部２ｋの外側を通って後方側に延出している。
【００３４】
図１に戻り、プラグキャップ１２においてイグニッションコイル７は、一方が一次コイルとなり他方が二次コイルとなる第一コイル２２と第二コイル２３との各々の軸線が、該スパークプラグ本体５の軸線Ｏと一致する形態となるように配置されている。スパークプラグ本体５のプラグ取付部１６を、内燃機関側のプラグホールＰＨの底部に形成された挿通孔１６ａに挿入した取付状態においては、弾性保持部材１１とコイル収納部２４とは、プラグホールＰＨ内に収容されることが予定されている。これにより、深いプラグホールＰＨの底に圧力センサ内蔵型スパークプラグユニット１を取り付けた場合でも、プラグホールＰＨ内のスパークプラグ本体５の上方に生ずる空間を活用して、ここにイグニッションコイル７が収納され、シリンダヘッド周辺の省スペース化に大きく寄与する。この場合、弾性保持部材１１とコイル収納部２４との軸線Ｏ方向の合計寸法は、当然に、プラグホールＰＨの深さに対応して設定しておく必要がある。
【００３５】
コイル収納部２４は円筒状の外観形態を有するものであるが、本実施例では、コイル収納部２４内において第二コイル２３が第一コイル２２の内側に位置するように同心的に配置されている。このようにすることで、イグニッションコイル７の全体の長さ方向寸法を削減でき、コンパクト化が実現されている。具体的には、第二コイル２３の内側に軟磁性材料からなるコア２９が配置され、ヨーク部材２５は第二コイル２３の外周面を取り囲む形態にて配置されている。ヨーク部材２５の軸線方向両端部は、それぞれコア２９の両端に対応する位置まで延びており、イグニッションコイル７内で発生した磁束に対し、それら両端部を除いて略閉じた形態の磁路が形成されている。
【００３６】
具体的には、コア２９は積層珪素鋼板から削り出された円形断面の軸状を呈するものであり、両端部には、バイアス磁界印加用の永久磁石２９ａ，２９ａが配置されている。このバイアス磁界印加により、磁束飽和点に到達する磁界レベルが引き上げられ、電流変換効率を高めることができる。そして、そのコア２９が、図１（ｂ）に示すように、コアケースを兼ねた樹脂製の内ボビン（外周面には、図示しない巻線用の螺旋溝が形成してある）７０に収容され、その外面に第二コイル（本実施例では二次コイル）２３が巻線形成されている。なお、内ボビン７０は、軸線方向先端側が閉じた筒状形状とされ、その端面には、金具５７の後端部を位置決めするための凹部７０ａが形成されている。
【００３７】
そして、第二コイル２３の外側には樹脂製の外ボビン７１が配置されている。外ボビン７１も筒状に構成され、外周面には図示しない巻線用の螺旋溝が形成してあり、ここに第一コイル（本実施例では一次コイル）２２が巻線形成されている。
【００３８】
また、コイル収納部２４の後端には、取付状態においてプラグホールＰＨ外に位置する形で、回路部１２９と、リード線８が接続されるコネクタ部１３とが組み込まれたヘッド部３０が一体的に形成されている。回路部１２９をコイル収納部２４の後端側に設けて、プラグホールＰＨ外に出すことで、プラグホールＰＨ内は、その内面形状に対応したコイル収納部２４の収納空間として、より効率的に活用されることとなる。また、コネクタ部１３がプラグホールＰＨの外へ出ていることで、該コネクタ部１３への信号線ケーブル等の接続が容易となることはいうまでもない。
【００３９】
ヘッド部３０には、コイル収納部２４の後端部外周面に、イグニッションコイル７の後端部に対応して、樹脂１５０が充填された回路ケース６７が一体形成され、ここに回路部１２９が収容されている。また、コネクタ部１３は回路ケース６７の側面から側方に突出する形で形成されており、信号線ケーブルのプラグを接続するための開口部１３ａが形成されている。また、本実施例では、回路ケース６７の側壁の一部を、ケース本体６７ｂとは別体に形成されたコネクタプレート１１３にて形成し、そのコネクタプレート１１３にコネクタ部１３が形成されている。
【００４０】
回路部１２９は、イグニッションコイル７への通電・遮断を司るイグナイタ（図示せず）を含むものであり、また、本実施例ではリード線８を経て入力されるセンサ出力の変換回路を含むものである。この変換回路は、次の少なくとも１つの機能を有するものとして構成することができる：
（１）電荷電圧変換回路；
（２）電圧変換回路（例えば電圧増幅回路）；
（３）電流変換回路（例えば電流増幅回路）；
（４）インピーダンス変換回路。
【００４１】
図４は、回路部１２９をセンサ出力変換回路として構成した一例を示すものである。図４（ａ）において、オペアンプＩＣ１の２つの負入力端子に、圧力センサ３（図２）からの信号線が接続され、正入力端子が接地されて、接地レベルを基準電圧として設定している。燃焼室内にて圧力が発生すると圧力センサ３（図２）に電荷が発生し、オペアンプＩＣに接続された負帰還コンデンサＣ１により電圧変換される。オペアンプＩＣは、この負帰還コンデンサＣ１とともに、圧力センサ３にて発生する電荷を、増幅された電圧信号として出力する電荷電圧変換回路を構成する。なお、負帰還コンデンサＣ１と並列に挿入された抵抗Ｒ１は、オペアンプＩＣの出力飽和を防止するためのものであり、圧力センサ３からの信号線上に設けられた抵抗Ｒ２は、オペアンプＩＣの端子保護用である。オペアンプＩＣの出力は、図示しない配線部を介してコネクタ部１３に供給される。なお、センサからの入力電圧に対するインピーダンス変換のみを目的とする場合は、回路部１２９は、図４（ｂ）に示すような電圧フォロワ回路とすることもできる。
【００４２】
なお、プラグホール内の円筒状の空間を有効活用するために、弾性保持部材１１は円筒状に形成され、その軸線Ｏ方向後端側には、これに対応する外径の円筒状のコイル収納部２４を結合して、両者が一体の筒状形態をなすように構成している。
【００４３】
次に、プラグキャップ１２は、イグニッションコイル７の外周面を取り囲む形態の、磁路形成用の筒状のヨーク部材２５を有している。また、ヨーク部材２５の外周面は、樹脂製のコイルケース２７で覆われている。さらに、コイルケース２７の外周面は、軸線Ｏ方向に沿って主体金具２の後方に配置される筒状部４０で覆われている。
【００４４】
筒状部４０は金属パイプ４１を主体として構成され、筒状部４０の前端側には、主体金具２に対し後方外側から同心状に係合するとともに、主体金具２を軸線Ｏ方向前方側に押圧するプラグ係合部４２が形成されている。また、筒状部４０の後端側には、プラグ係合部４２が主体金具２を押圧した状態にて、シリンダヘッドＣＨに取り付け固定可能な固定部４３が形成されている。この固定部４３は、具体的には、筒状部４０の後端部外周面において少なくとも周方向の一部を外向きに突出させたフランジ部４４を有し、このフランジ部４４は、プラグホールＰＨの開口周縁にてシリンダヘッドＣＨに、ボルト等の固着具４６にて固定されている。さらに、筒状部４０の前端側から後端側にかけての外周面において、リード線８を軸線Ｏ方向に沿って収容するリード線収容部４５となるスリットを備えている（以下、スリット４５ともいう）。このスリット４５にリード線８を収容することで、金属パイプ４１の内側にリード線８が存在せず、デッドスペース削減効果が一層高められている。また、リード線８は弾性保持部材１１の内部を通過させずにすみ、リード線８の配置が簡単になる。
【００４５】
センサ保持部１７とプラグホールＰＨの座面Ｓとの間には、圧縮力が作用することにより塑性変形して、これら両者間をシールする環状のガスケットＧＫが介挿されている。ガスケットＧＫは、図５にその一例を示すように、環状の金属板素材に対し、その径方向に１ケ所ないし２ケ所以上設定された曲げ位置において、それぞれ周方向の曲げ部を形成することにより得られる環状に形成されている。図５（ｂ）では、板部材の半径方向両縁部を、２つの曲げ部７７ｃ，７７ｃによりそれぞれ逆向きに曲げて全体をＳ字状に形成している。なお、センサ保持部１７側の当接面部７７ａは、中心側が突出する斜面状に形成することで、ガスケット高さＨが２．５ｍｍ以上確保されるようにしている。
【００４６】
ガスケットＧＫの変形挙動を図６の模式図にて説明すれば、付加圧力が小さい初期の段階では、ガスケットＧＫは主に弾性的に橈み変形し、変位増大に伴い圧力（応力）が比較的大きく上昇する形となる（第１ステージ）。付加圧力があるレベルに達すると、塑性変形を伴う挫屈を開始し、変位増大に対する圧力増加の勾配が緩くなる（第２ステージ）。
【００４７】
そして、図５に示すガスケットＧＫの初期外径を２Ｒ1、同内径を２Ｒ2、押さえ荷重（圧縮荷重）をＦとして、ガスケットＧＫへの付加圧力ＰをＦ／｛π（Ｒ1２−Ｒ2２）｝にて算出したときに、図６の変形曲線において、付加圧力Ｐが５８．８〜１１７．６ＭＰａ｛ＭＫＳ単位系換算６〜１２ｋｇｆ／ｍｍ２｝となる範囲（適性圧力範囲：第２ステージに相当）に対応する、圧縮変位αの変化量Δαが０．５ｍｍ以上に設定されるものとなっている。これにより、圧力センサ３による燃焼圧力波形からヒステリシスを減少させることができ、圧力センサ３の検出精度が向上する。また、主体金具２に対するプラグ係合部４２の装着時押さえ荷重Ｆを９８０Ｎ以上に設定することによって、約６０〜１００ＭＰａにも達する燃焼ガス圧に対して、圧力センサ内蔵型スパークプラグユニット１の気密性を十分に保持することができる。
【００４８】
以下、プラグキャップ１２の組立て方法について概説する。図３（ａ）に示すように、ヨーク部材２５の外側をコイルケース２７にて覆い、コイル収納部２４側の第二アセンブリ８１を組み立てる。次いで、別途組み立てた第一アセンブリ８０に第二アセンブリ８１を結合する。次に、図３（ｂ）に示すように、第一アセンブリ８０と第二アセンブリ８１との結合体を筒状部４０に挿入する。このとき、リード線８を筒状部４０のスリット４５に押し込んで収納し、リード線８の後端部をフランジ部４４の挿通孔４７から引き出し、回路部１２９に接続しておく。この状態で、ヘッド部３０の回路ケース６７をコイルケース２７の後端部に嵌着する。
【００４９】
既に述べたように、イグニッションコイル７を収納するコイル収納部２４は、弾性保持部材１１と別体形成されて該弾性保持部材１１の後端側に嵌合されている（図１参照）。このようにすると、図３（ａ）に示すように、弾性保持部材１１側の第一アセンブリ８０と、コイル収納部２４側の第二アセンブリ８１とを別段取りにて組み立てた後、図３（ｂ）に示すように両アセンブリ８１、８２を結合すればよいから、２つの組立工程を並行して（あるいは別場所にて）行なうことが可能となり、組立工程の利便性向上及び組立て時間の短縮を図ることが可能となる。
【００５０】
本実施例では、弾性保持部材１１の挿入孔１５を、後端部にて開放させるとともに、その開放部を接続孔１５ａとして使用している。そして、コイル収納部２４側に形成された接続プラグ部材７３（この実施例でコイルケース２７に結合されている）を接続孔１５ａに押し込むことにより、弾性保持部材１１とコイル収納部２４とが着脱可能に結合されるようになっている。接続プラグ部材７３は筒状とされ、その内側空間は、端子部９の収納部として利用されている。また、カップ状の金具を同軸的にはめ込むことにより、その固定部としても機能している。なお、接続プラグ部材７３の外周面には、抜け止め用の環状のリブ７３ａが複数形成されている。上記の構成においては、信号線ケーブル等の接続が容易となる方向にコネクタ部１３を向けた状態で、弾性保持部材１１とコイル収納部２４とを結合することができる。
【００５１】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。
【００５２】
その一例として、プラグキャップの変形例を用いた圧力センサ内蔵型スパークプラグユニットを図７に示す。この実施例の圧力センサ内蔵型スパークプラグユニット１００におけるプラグキャップ１１２では、リード線８は筒状部１４０の内側を通るとともに、ヨーク部材１２５の外周面上に形成されたリード線収容部１２６に収納される。すなわち、ヨーク部材１２５の外周面上において軸線Ｏ方向に、リード線８を収容するリード線収容部１２６が形成されている。
【００５３】
具体的には、ヨーク部材１２５は、板状の軟磁性金属板材、例えば複数枚の珪素鋼板を積層したものを幅方向に筒状に丸めることにより、その幅方向両縁間にリード線収容部１２６となるスリットを形成したものである（以下、スリット１２６ともいう）。このスリット１２６にリード線８を収容することで、コイル収納部１２４の外側にリード線８がはみ出さず、デッドスペース削減効果が一層高められている。また、以上の変更に対応させて、前端がリード部６２（図２）と接続されたリード線８は、主体金具２のプラグキャップ係合部２ｋ’に形成されたリード線挿通孔２ｈ内を通って後方側に延出しており、それに続くリード線８の延出部は弾性保持部材１１１の内部に埋設されて、デッドスペース削減効果を奏している。
【００５４】
ところで、この実施例では、リード線挿通孔２ｈを有するプラグキャップ係合部２ｋ’は、ボックスレンチ等の取付用工具を係合させるための六角状の工具係合部を既存のまま用いることができる。リード線８のシールド被覆８ｂは、導体である金属線を編み合わせて形成したものであるが、その材質として軟鋼細線やニッケル細線などの軟磁性材料を採用すれば、ヨーク部材１２５のスリット１２６が軟磁性材料で埋まり、磁路断面積の減少を補うことができる。
【００５５】
また、ヨーク部材１２５の外周面は、樹脂製のコイルケース１２７で覆われている。コイルケース１２７には、ヨーク部材１２５側のスリット１２６と対応する位置に、スリット１２６と対応する形状のケース側収容空間が形成され、それらスリット１２６とケース側収容空間とが一体的にリード線収容部２００（図８（ｂ）参照）を形成する。コイルケース１２７にケース側収容空間を形成することで、ヨーク部材１２５をコイルケース１２７で覆った後でも、スリット１２６とケース側収容空間とが一体化したリード線収容部２００にリード線８を挿入すればよいから、組立てが容易である。
【００５６】
例えば、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、コイルケース１２７には、スリット１２６に沿ってその内側に入り込む溝形成部１２７ａを一体に設けることができる。この場合、ケース側収容空間は、スリット１２６に倣う形態にて溝形成部１２７ａに形成された有底溝１２７ｂとすることができる。このようにすると、スリット１２６がコイルケース１２７と一体の溝形成部１２７ａにより埋められるので、コイルケース１２７のイグニッションコイル７に対する密閉性を高めることができる。また、樹脂製の溝形成部１２７ａに形成された有底溝１２７ｂ内にリード線８を圧入するようにすれば、有底溝１２７ｂ内にリード線８をより安定的に保持することができる。
【００５７】
さらに、ヘッド部１３０の回路ケース１６７の内側に筒状のリード線保持部９０が載置される。このリード線保持部９０は、後端面に放射状に形成され、リード線８を係合保持する複数（図８の実施例では６個）の溝９２を周方向に所定の角度間隔で設けたリード線配設部９１を有している。これによって、リード線８の後端部を、信号線ケーブル等の接続が容易となる方向に容易に位置合わせして外部へ取り出すことができる。
【００５８】
以下、プラグキャップ１１２の組立て方法について、図８により説明する。図８（ａ）に示すように、スリット１２６内に溝形成部１２７ａを配置した状態で、ヨーク部材１２５の外側をコイルケース１２７にて覆い、コイル収納部１２４側の第二アセンブリ８１を組み立てる。次いで、別途組み立てた第一アセンブリ８０に第二アセンブリ８１を結合し、リード線８を有底溝１２７ｂ（図８（ｂ））に押し込む。この状態で、ヘッド部１３０の回路ケース１６７をコイルケース１２７の後端部に嵌着する。そして、第一アセンブリ８０と第二アセンブリ８１との結合体を筒状部１４０に挿入する。
【００５９】
このとき、リード線８は筒状部１４０の内側を通り、リード線８の後端部はフランジ部１４４の開口１４７から引き出される。さらに、リード線８の後端部は、リード線保持部９０の内側を通り、信号線ケーブル等の接続が容易となる方向に位置する溝９２に係合した状態でリード線保持部９０から外部へ延出され、コネクタ部１２３（図７参照）が取り付けられる。
【００６０】
なお、図７及び図８において、図１及び図３と共通する部分には同一の符号を付与して詳細な説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例たるプラグキャップを用いた圧力センサ内蔵型スパークプラグユニットの一例を組立状態にて示す縦断面図及びＸ-Ｘ断面図。
【図２】センサカバー及びセンサ組立体の構造を示す分解斜視図。
【図３】図１のプラグキャップの組立て方法の一例を示す工程説明図。
【図４】回路部の構成例をいくつか示す図。
【図５】ガスケットの一例を示す側面部分断面図及び平面図。
【図６】ガスケットの変形曲線の一例を示す図。
【図７】本発明のプラグキャップの変形例を用いた圧力センサ内蔵型スパークプラグユニットを組立状態にて示す縦断面図及びＹ-Ｙ断面図。
【図８】図７のプラグキャップの組立て方法の一例を示す工程説明図。
【符号の説明】
１ 圧力センサ内蔵型スパークプラグユニット（スパークプラグユニット）
２ 主体金具
３ 圧力センサ
５ スパークプラグ本体
７ イグニッションコイル
８ リード線
１２ プラグキャップ
１７ センサ保持部
２５ ヨーク部材
４０ 筒状部
４２ プラグ係合部
４３ 固定部
４４ フランジ部
４５ リード線収容部
５０ 接地電極
５１ 中心電極
１２９ センサ出力増幅回路
ＣＨ シリンダヘッド
ＣＲ 燃焼室
ＧＫ ガスケット
ＰＨ プラグホール
Ｓ 座面
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼室の圧力を検出するスパークプラグ本体にプラグキャップを装着したスパークプラグユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、内燃機関の燃焼室の圧力（筒内圧）を測定することにより、例えばノッキング検出、燃焼圧のピーク位置検出、失火検出等を行い、内燃機関の運転制御に役立てられている。そして、筒内圧の測定には環状の圧電セラミック等の圧電素子を備えた圧力センサが用いられることがある。このような圧力センサは例えばプラグの一実施例であるスパークプラグの主体金具に配置され、主体金具に形成されるおねじ部とシリンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合によって装着される。燃焼圧によってスパークプラグが押し上げられ、スパークプラグのシリンダヘッドへの締め付け荷重が変動するので、この荷重変動に応じて圧電素子が発する電気的出力をリード線を介して外部へ取り出すことにより、筒内圧が測定される。
【０００３】
上記のような圧力センサの一例として、特開平６−２９０８５３号公報の図１に示されるような圧力センサ内蔵タイプがある。このタイプは、圧電素子、電極板等をセンサケースに収容した圧力センサを主体金具の取付座部に一体的に取り付け、主体金具先端部のおねじ部とシリンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合によって装着する方式である。一方、上記公報の図８に示されるような圧力センサ単独タイプも知られている。このタイプは、圧電素子、電極板等をセンサケースに収容して一体の圧力センサを構成し、主体金具の取付座部（又はガスケット）とシリンダヘッドとの間に圧力センサを配置して、主体金具のおねじ部とシリンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合によって装着する方式である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
いずれのタイプも、筒内圧の変動を正確に測定するため、圧力センサはシリンダヘッドの奥部側に燃焼室と近接して配置され、筒内圧に基づく電気的出力を取り出すリード線は、主体金具に対して圧力センサ配置側（燃焼室側）とは反対側に延出される。そして、スパークプラグをシリンダヘッドにねじ込み固定するねじ嵌合部（主体金具のおねじ部とシリンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合によって構成される）が燃焼室に連通している。したがって、燃焼室内での燃焼圧力の発生によって、高圧の燃焼ガスがねじの嵌合隙間に流入する昇圧時には、スパークプラグが燃焼室の外側方向へ押し上げられる。一方、燃焼室内の圧力低下によって、嵌合隙間内に流入した燃焼ガスが流出する降圧時には、スパークプラグが元の位置に戻ろうとする。このとき、ねじ嵌合部への燃焼ガスの流入に比べてガスの抜けが悪く、流出が遅れる傾向が認められる。その結果、実際の燃焼室圧力の変化に対する圧力センサ出力は、昇圧時には追従性が比較的良いが、降圧時の追従性が悪化し、ヒステリシスを生じる。
【０００５】
さらには、これらの従来構造ではいずれも、燃焼室での燃焼による圧力エネルギが、上記したねじ嵌合部で一部吸収され、その後圧力センサの取付位置である主体金具の取付座部等に到達することになるので、圧力センサでの測定値と真の筒内圧との差が検出精度の向上を阻害する要因となっていた。
【０００６】
そこで、本発明者らはこれらの課題を解決するための新規な圧力センサ付スパークプラグの構成（以下、改善構成という）を特開平９−４９４８３号公報にて提案した。すなわち、改善構成は、内燃機関の装着凹部（プラグホール）側に形成されるめねじ部と螺合するおねじ部を有する袋ナットによって、スパークプラグを内燃機関に固定するとともに、この袋ナットがスパークプラグの主体金具の取付座部に当接することによって、圧力センサを取付座部と内燃機関との間で押圧固定することとした。これによって改善構成は、主体金具先端側のおねじ部とシリンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合によって構成される従来構造のねじ嵌合部をなくすことができ、測定時のヒステリシスの軽減と圧力センサの検出精度向上とにおいて、顕著な効果を得ることができた。しかし一方で、改善構成を実際の内燃機関に取り入れるにあたり、新たな課題の発生を見るに至った。
【０００７】
上記改善構成において、袋ナットがスパークプラグ及び圧力センサの固定手段として取り入れられ、しかもこの袋ナットのおねじ部はプラグホール側のめねじ部と螺合する。したがって、圧力センサの電気的出力を取り出すためのリード線の配線スペースや、ねじ装着のための締め付け用工具の係合スペース等を、プラグホール内において確保しようとすると、既存のものよりも相当大径のプラグホールが必要になる。しかも、リード線の配線スペースを得るために、プラグホールの軸断面形状の非円形化や、軸断面円形状のプラグホールへのリード線配線用の軸方向溝の加工工程の追加等を要する場合もある。しかしながら、内燃機関のシリンダヘッドには、吸排気弁及びそれらの作動機構等が配置されており、プラグホールはできる限り小径化することが望ましい。したがって、既存の内燃機関に改善構成を適用しようとしても設置スペース等の関係からそのままでは採用できない場合があり、これではせっかくスパークプラグと圧力センサとを一体化させた利点を生かすことができない。
【０００８】
よって、本発明の課題は、内燃機関の燃焼室の圧力をヒステリシスが少なくかつ精度よく検出できるスパークプラグ本体を、リード線取出構造等の簡素化と小型コンパクト化を図りつつプラグホールへ取り付けることのできるスパークプラグユニットを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために、本発明のスパークプラグユニットは、
内燃機関の燃焼室の圧力に基づく電気的出力を取り出すためのリード線を有する圧力センサを主体金具に配置するとともに、該圧力センサが前記内燃機関のシリンダヘッドのプラグホール前端側の底部に形成された座面に係止されることが予定され、かつ筒状の前記主体金具の内側に配置された軸状の中心電極と、該主体金具の軸線方向前端部に結合され、火花放電ギャップを隔てて前記中心電極と対向位置する接地電極とを有するスパークプラグ本体にプラグキャップが装着されたスパークプラグユニットにおいて、
前記プラグキャップには、前記軸線方向に沿って前記主体金具の後方に配置される筒状部の前端側に、前記主体金具に対し後方外側から同心状に係合するとともに、該主体金具のプラグキャップ係合部を軸線方向前方側に押圧するプラグ係合部が形成される一方、前記筒状部の後端側に、前記プラグ係合部が前記主体金具のプラグキャップ係合部を押圧した状態にて、前記シリンダヘッドに取り付け固定可能な固定部が形成され、
かつ、前記主体金具のプラグキャップ係合部は、前記リード線が挿通して後方側に延出するためのリード線挿通孔を備えるとともに、前記プラグキャップは、筒状部の前端側から後端側にかけて前記リード線が前記軸線方向に沿って収容されるリード線収容部を備え、
前記圧力センサから後方側に延出するリード線は、前記プラグキャップの筒状部の内側を通り、
前記筒状部は、その内側において、イグニッションコイルと、該イグニッションコイルの外周面を取り囲む形態の、磁路形成用の筒状のヨーク部材とを有し、
前記リード線収容部は前記ヨーク部材の外周面上に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
このように、これらの発明においては、主体金具先端側のおねじ部とシリンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合を廃止し、主体金具とプラグホール前端側の底部に形成された座面との間でスパークプラグ本体を押圧固定することとしたので、内燃機関の燃焼室の圧力をヒステリシスが少なくかつ精度よく検出できる。しかも、軸線方向に沿って主体金具の後方に配置される筒状部の前端側に、主体金具に対し後方外側から同心状に係合するとともに、主体金具を軸線方向前方側に押圧するプラグ係合部を形成する一方、筒状部の後端側に、プラグ係合部が主体金具を押圧した状態にて、シリンダヘッドに取り付け固定可能な固定部が形成されている。さらに、プラグキャップは、筒状部の前端側から後端側にかけてリード線を軸線方向に沿って収容するリード線収容部を備えており、スパークプラグユニットは、このようなプラグキャップがスパークプラグ本体に装着されている。
【００１２】
したがって、筒状部の前端側に形成されたプラグ係合部で主体金具を軸線方向前方側に押圧し、この状態を保持しながら、筒状部の後端側に形成された固定部によって、プラグキャップ（筒状部）をシリンダヘッドへ容易に取り付け固定することができる。また、その際圧力センサから引き出されたリード線は筒状部のリード線収容部に収納されるので、スパークプラグ本体及びプラグキャップの取り付け固定の邪魔にならず、スムーズな組み立て作業が行える。このように、上記プラグキャップを用いることによって、スパークプラグ本体を、プラグホール前端側の底部に形成された座面に、リード線取出構造等の簡素化を図りつつ小型コンパクトに取り付け固定して、スパークプラグユニットとなすことができる。
【００１３】
なお、リード線収容部は、筒状部の外面に形成してもよいし、また、筒状部の内部空間をそのままリード線収容部として利用することもできる。あるいは、リード線の一部は筒状部の外面に形成したリード線収容部に、他の部分は筒状部の内部空間のリード線収容部に各々収容する場合もある。
【００１４】
また、固定部が、筒状部の後端部外周面において少なくとも周方向の一部を外向きに突出させたフランジ部を有するように構成すれば、このフランジ部をプラグホールの開口周縁にて外部からシリンダヘッドに固定できるので、取り付け操作が一層迅速かつ正確に行える。
【００１５】
そして、かかる筒状部の内側において、イグニッションコイルと、そのイグニッションコイルの外周面を取り囲む形態の、磁路形成用の筒状のヨーク部材とを有することにより、筒状部にイグニッションコイルとヨーク部材とを内装する形で収納することができる。その結果、筒状部の内側に生ずるデッドスペースが削減され、プラグキャップ並びにスパークプラグユニットを一層小型コンパクトに構成することができる。
【００１６】
一方、圧力センサからリード線を介して取り出された電気的出力を増幅するためのセンサ出力増幅回路が、筒状部に保持される場合には、リード線が軸線方向に沿って筒状部に備えられたリード線収容部に収容されることとあいまって、センサ出力の減衰を極力小さくすることができる。したがって、圧力センサからの電気的出力は、筒状部を経由して検出装置、制御装置等に安定して供給されるようになる。また、筒状部の内部空間をイグニッションコイルの収容空間として有効に利用することができる。
【００１７】
また、主体金具に対するプラグ係合部の装着時押さえ荷重が９８０Ｎ以上に設定されている。これによって、約６０〜１００ＭＰａにも達する燃焼ガス圧に対して、スパークプラグユニットの気密性を十分に保持することができる。なお、スパークプラグ本体に対するプラグキャップの装着により主体金具やプラグ係合部が塑性変形を起こさないために、あるいは、シリンダヘッドに対するスパークプラグユニットの固定により、シリンダヘッドや固定部が損傷しないために、装着時押さえ荷重の上限は、１００００Ｎ以下に抑える必要がある。
【００１８】
さらに、スパークプラグ本体がプラグホールに挿入された状態において、主体金具に外向きに突出する形態で形成された鍔状のセンサ保持部と、プラグホールの座面との間で圧縮されることにより、これらセンサ保持部とプラグホールの座面との間をシールする環状のガスケットを備えている。そして、ガスケットは、そのガスケットを軸線方向に圧縮する圧縮荷重として作用する押さえ荷重Ｆと、ガスケットの圧縮変位αとの関係を測定するとともに、ガスケットの初期外径を２Ｒ1、同内径を２Ｒ2として、ガスケットへの付加圧力ＰをＦ／｛π（Ｒ1２−Ｒ2２）｝にて算出したときに、付加圧力Ｐが５８．８〜１１７．６ＭＰａ｛ＭＫＳ単位系換算６〜１２ｋｇｆ／ｍｍ２｝となる範囲に対応する圧縮変位αの変化量Δαが、０．５ｍｍ以上に設定されている。
【００１９】
ところで、最近の自動車用エンジン等においては、排気ガス規制が強化されるに伴い、混合気もリーン領域のものが多く使用されるようになってきている（いわゆるリーンバーンエンジン）。リーンの混合気は燃料混合比率が低いため、燃焼室内におけるスパークプラグ本体の接地電極と、混合気の導入方向との関係によっては、混合気の火花ギャップへの流入が接地電極に遮られて点火ミスを生じることがある。そのため、最近のリーンバーンエンジンにおいては、混合気への点火の確実性を向上させるために、接地電極が点火に最適な位置となるように、周方向の角度位置が指定されるケースが多い。
【００２０】
しかしながら、主体金具のおねじ部とシリンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合によってスパークプラグ本体をシリンダヘッドに装着する方式のエンジンにおいては、ねじ部のねじ山開始端と接地電極との間の位置関係も一定していないのが通常である。そのため、ガスケットへの適度な締付け力が生ずる圧力Ｐの範囲（以下、適性圧力範囲という）である５８．８〜１１７．６ＭＰａに到達するまで主体金具のおねじ部をねじ込んだときに、接地電極は必ずしも上記最適点火位置に位置するとは限らず、例えば目標位置から大きくずれてしまうこともありうる。
【００２１】
そこで、このようなねじ嵌合装着式のエンジンにおいて接地電極を上記最適点火位置に位置合わせするには、上記適性圧力範囲に対応するガスケットの圧縮変位αの変化量Δα（押さえ荷重Ｆに対するガスケットの潰れ代を表わす）をねじピッチ以上に設定して、接地電極を最適点火位置に回転調整する必要があった。つまり、ＪＩＳ Ｂ８０３１（内燃機関用スパークプラグ）によれば、ガスケット付スパークプラグのねじピッチは、Ｍ１８Ｓで１．５ｍｍ、Ｍ１４ＳとＭ１２Ｓで１．２５ｍｍ、Ｍ１０Ｓで１ｍｍであるから、Δαをこれらねじピッチ以上に設定することにより、上記適度な締付け力が維持された状態における接地電極の回転調整範囲を１回転分以上確保しなければならなかった。
【００２２】
しかし、本発明においては、主体金具先端側のおねじ部とシリンダヘッドのめねじ部とのねじ嵌合を廃止し、主体金具のセンサ保持部とプラグホール前端側の底部に形成された座面との間でスパークプラグ本体を押圧固定することとしたので、接地電極の最適点火位置への回転調整にあたりねじ締めを行う必要がない。したがって、付加圧力Ｐが５８．８〜１１７．６ＭＰａとなる範囲に対応するガスケットの圧縮変位αの変化量Δαを、０．５ｍｍ以上に設定することができる。すなわち、ガスケットの圧縮変位αの変化量Δαは、上記適性圧力範囲に対応した塑性変形（ガスケットの潰れ）を可能とし、かつ主体金具のセンサ保持部とプラグホールの座面との間のシール性を確保するために最低限必要な０．５ｍｍ以上あればよいことになる。そして、かかるスパークプラグユニットによれば、圧力センサによる燃焼圧力波形からヒステリシスを減少させることができ、圧力センサの検出精度が向上する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例である圧力センサ内蔵型スパークプラグユニット１（スパークプラグユニット）を組立状態にて示す縦断面図である。圧力センサ内蔵型スパークプラグユニット１は、大きく分けてスパークプラグ本体５とプラグキャップ１２とからなる。スパークプラグ本体５は、主体金具２に圧力センサ３が一体化されるとともに、軸線Ｏ方向前端側に火花放電ギャップｇが、同じく後端側に火花放電ギャップｇに高電圧を印加するための端子金具４が形成されたものである。
【００２４】
スパークプラグ本体５の主体金具２は筒状に形成され、その軸線Ｏ方向の前端側には、シリンダヘッドＣＨ前端の挿通孔１６ａに挿入するための取付部１６が形成され、その基端側に隣接して鍔状のセンサ保持部１７が周方向に突設されている。また、取付部１６の内周面には、軸状の絶縁体１４を止め着けるための周方向のリブ５２が形成されている。
【００２５】
絶縁体１４の内部には図示しない貫通孔が軸線方向に形成され、その前端側に中心電極５１が、後端側に端子金具４が配置され、両者が貫通孔内に充填された図示しない導電性ガラスシール層や抵抗体組成物により電気的に結合されている。そして、主体金具２の取付部１６の前端面には接地電極５０が溶接され、中心電極５１との間で火花放電ギャップｇを形成する。また、主体金具２の後端部外周面には、後述するプラグ係合部４２を係合させるための円筒状のプラグキャップ係合部２ｋが形成されている。
【００２６】
次に、プラグキャップ１２には、高電圧を発生させるためのイグニッションコイル７と、圧力センサ３のリード線８とが組み込まれている。また、イグニッションコイル７に端子金具４を電気的に接続するための端子部９と、スパークプラグ本体５に自身を着脱可能に係合させるための係合部１１とを有する。
【００２７】
そして、係合部１１にてプラグキャップ１２をスパークプラグ本体５に係合・固定することにより、端子部９が端子金具４に着脱可能に結合される。この構成によると、スパークプラグ本体５を、主体金具２の取付部１６においてプラグホールＰＨの挿通孔１６ａに挿入した後、スパークプラグ本体５にプラグキャップ１２を後付け接続することができる。これにより、プラグホールＰＨにスパークプラグ本体５及びプラグキャップ１２を取り付ける際に、これらへのリード線８の巻き付きといった不具合が全く生じなくなる。
【００２８】
また、リード線８の後端は、プラグキャップ１２に一体化された出力取出コネクタ部（以下、単にコネクタ部ともいう）１３に、回路ユニット２９を経由して接続されている。シリンダヘッドＣＨへのスパークプラグ本体５の取付位相角を一定に保ち、接地電極５０を最適点火位置に位置合わせするには、予め主体金具２の後方側開口部２ａ周縁等に接地電極５０の周方向位置に対応させてマークを付しておき、取付部１６をプラグキャップＰＨの挿通孔１６ａに挿入する際に、このマークを燃焼室ＣＲ内の混合気の流れを阻害しない既知の回転方向位置に合わせればよい。なお、コネクタ部１３に制御回路側からの信号線ケーブルを接続する際に不都合を生じないように、コネクタ部１３の周方向位置を調整したい場合には、プラグキャップ１２をスパークプラグ本体５に対して軸線Ｏ周りに相対的に回転可能に係合すればよい。
【００２９】
スパークプラグ本体５は、主体金具２の後方側開口部２ａから絶縁体１４を突出させた形態を有し、その絶縁体１４の突出部１４ａ後端に端子金具４が配置される。プラグキャップ１２の係合部１１は、絶縁体突出部１４ａを挿入するための挿入孔１５が軸線Ｏ方向に形成された、弾性材料、ここではシリコンゴム等の耐熱性ゴム成形体からなる弾性保持部材１１とされている。その挿入孔１５の奥には、端子部９が配置されている。そして、挿入孔１５を弾性的に拡径させながらここに絶縁体突出部１４ａを軸線Ｏの方向に押し込むことにより、該挿入孔１５の内面にて絶縁体突出部１４ａが保持され、端子金具４が端子部９と接触導通する。弾性保持部材１１を使用することにより、挿入孔１５に絶縁体突出部１４ａを押し込むだけでプラグキャップ１２をスパークプラグ本体５に簡単に接続することができる。また、弾性材料の弾性力により挿入孔１５の内面にて突出部１４ａを密着保持することができ、フラッシュオーバ等も生じにくい。
【００３０】
なお、端子部９はばね状に形成され、この実施例では軸線Ｏの方向においてカップ状の金具５７内に配置されている。そして、その金具５７にイグニッションコイル７からの図示しないリード部が接続され、端子部９、端子金具４及び中心電極５１を介して接地電極５０との間に形成される火花放電ギャップｇに高電圧が印加される。ばね状の端子部９は、金具５７と端子金具４との間で圧縮弾性変形した状態で、挿入孔１５の内面と突出部１４ａとの摩擦により保持され、その弾性復帰力により金具５７と端子金具４との電気的接触を確保する働きをなす。
【００３２】
次に、主体金具２は、前述の通り、軸線Ｏ方向前端側に内燃機関への取付部１６が形成されるとともに、その取付部１６の軸線Ｏ方向後端位置に対応して周方向のセンサ保持部１７が突設されている。そして、リング状の圧力センサ組立体１８の内側に、取付部１６が前端側から軸線Ｏ方向に嵌め込まれ、センサ保持部１７の前端面に当接する形で該圧力センサ組立体１８が支持されている。
【００３３】
図２に示すように、圧力センサ組立体１８の前方側には、圧力センサ組立体１８の前端面と当接してこれを覆う底部１９ａと、その底部１９ａの外周縁から軸線方向後方に立ち上がる筒状に形成されて圧力センサ組立体１８の外周面を覆う側壁部１９ｂとを有するセンサカバー１９が設けられている。圧力センサ組立体１８は、センサカバー１９の底部１９ａに近い側から、リング状の板パッキン５９、リング状の圧電セラミック素子からなる圧力センサ３、リング状の電極板６０及びリング状の絶縁板６１がこの順序にて積層された構造を有する。電極板６０からのリード部６２は絶縁板６１に形成されたスリット６１ａを経て後方に引き出され、絶縁被覆カバー８ｃで覆われたリード線８の芯線８ａと接続されている。本実施例では、リード線８は、絶縁被覆カバー８ｃで覆った芯線８ａの外側を、シールド被覆８ｂにて覆った同軸シールドケーブルとして構成されており、前端がリード部６２と接続されたリード線８は、主体金具２のプラグキャップ係合部２ｋの外側を通って後方側に延出している。
【００３４】
図１に戻り、プラグキャップ１２においてイグニッションコイル７は、一方が一次コイルとなり他方が二次コイルとなる第一コイル２２と第二コイル２３との各々の軸線が、該スパークプラグ本体５の軸線Ｏと一致する形態となるように配置されている。スパークプラグ本体５のプラグ取付部１６を、内燃機関側のプラグホールＰＨの底部に形成された挿通孔１６ａに挿入した取付状態においては、弾性保持部材１１とコイル収納部２４とは、プラグホールＰＨ内に収容されることが予定されている。これにより、深いプラグホールＰＨの底に圧力センサ内蔵型スパークプラグユニット１を取り付けた場合でも、プラグホールＰＨ内のスパークプラグ本体５の上方に生ずる空間を活用して、ここにイグニッションコイル７が収納され、シリンダヘッド周辺の省スペース化に大きく寄与する。この場合、弾性保持部材１１とコイル収納部２４との軸線Ｏ方向の合計寸法は、当然に、プラグホールＰＨの深さに対応して設定しておく必要がある。
【００３５】
コイル収納部２４は円筒状の外観形態を有するものであるが、本実施例では、コイル収納部２４内において第二コイル２３が第一コイル２２の内側に位置するように同心的に配置されている。このようにすることで、イグニッションコイル７の全体の長さ方向寸法を削減でき、コンパクト化が実現されている。具体的には、第二コイル２３の内側に軟磁性材料からなるコア２９が配置され、ヨーク部材２５は第二コイル２３の外周面を取り囲む形態にて配置されている。ヨーク部材２５の軸線方向両端部は、それぞれコア２９の両端に対応する位置まで延びており、イグニッションコイル７内で発生した磁束に対し、それら両端部を除いて略閉じた形態の磁路が形成されている。
【００３６】
具体的には、コア２９は積層珪素鋼板から削り出された円形断面の軸状を呈するものであり、両端部には、バイアス磁界印加用の永久磁石２９ａ，２９ａが配置されている。このバイアス磁界印加により、磁束飽和点に到達する磁界レベルが引き上げられ、電流変換効率を高めることができる。そして、そのコア２９が、図１（ｂ）に示すように、コアケースを兼ねた樹脂製の内ボビン（外周面には、図示しない巻線用の螺旋溝が形成してある）７０に収容され、その外面に第二コイル（本実施例では二次コイル）２３が巻線形成されている。なお、内ボビン７０は、軸線方向先端側が閉じた筒状形状とされ、その端面には、金具５７の後端部を位置決めするための凹部７０ａが形成されている。
【００３７】
そして、第二コイル２３の外側には樹脂製の外ボビン７１が配置されている。外ボビン７１も筒状に構成され、外周面には図示しない巻線用の螺旋溝が形成してあり、ここに第一コイル（本実施例では一次コイル）２２が巻線形成されている。
【００３８】
また、コイル収納部２４の後端には、取付状態においてプラグホールＰＨ外に位置する形で、回路部１２９と、リード線８が接続されるコネクタ部１３とが組み込まれたヘッド部３０が一体的に形成されている。回路部１２９をコイル収納部２４の後端側に設けて、プラグホールＰＨ外に出すことで、プラグホールＰＨ内は、その内面形状に対応したコイル収納部２４の収納空間として、より効率的に活用されることとなる。また、コネクタ部１３がプラグホールＰＨの外へ出ていることで、該コネクタ部１３への信号線ケーブル等の接続が容易となることはいうまでもない。
【００３９】
ヘッド部３０には、コイル収納部２４の後端部外周面に、イグニッションコイル７の後端部に対応して、樹脂１５０が充填された回路ケース６７が一体形成され、ここに回路部１２９が収容されている。また、コネクタ部１３は回路ケース６７の側面から側方に突出する形で形成されており、信号線ケーブルのプラグを接続するための開口部１３ａが形成されている。また、本実施例では、回路ケース６７の側壁の一部を、ケース本体６７ｂとは別体に形成されたコネクタプレート１１３にて形成し、そのコネクタプレート１１３にコネクタ部１３が形成されている。
【００４０】
回路部１２９は、イグニッションコイル７への通電・遮断を司るイグナイタ（図示せず）を含むものであり、また、本実施例ではリード線８を経て入力されるセンサ出力の変換回路を含むものである。この変換回路は、次の少なくとも１つの機能を有するものとして構成することができる：
（１）電荷電圧変換回路；
（２）電圧変換回路（例えば電圧増幅回路）；
（３）電流変換回路（例えば電流増幅回路）；
（４）インピーダンス変換回路。
【００４１】
図４は、回路部１２９をセンサ出力変換回路として構成した一例を示すものである。図４（ａ）において、オペアンプＩＣ１の２つの負入力端子に、圧力センサ３（図２）からの信号線が接続され、正入力端子が接地されて、接地レベルを基準電圧として設定している。燃焼室内にて圧力が発生すると圧力センサ３（図２）に電荷が発生し、オペアンプＩＣに接続された負帰還コンデンサＣ１により電圧変換される。オペアンプＩＣは、この負帰還コンデンサＣ１とともに、圧力センサ３にて発生する電荷を、増幅された電圧信号として出力する電荷電圧変換回路を構成する。なお、負帰還コンデンサＣ１と並列に挿入された抵抗Ｒ１は、オペアンプＩＣの出力飽和を防止するためのものであり、圧力センサ３からの信号線上に設けられた抵抗Ｒ２は、オペアンプＩＣの端子保護用である。オペアンプＩＣの出力は、図示しない配線部を介してコネクタ部１３に供給される。なお、センサからの入力電圧に対するインピーダンス変換のみを目的とする場合は、回路部１２９は、図４（ｂ）に示すような電圧フォロワ回路とすることもできる。
【００４２】
なお、プラグホール内の円筒状の空間を有効活用するために、弾性保持部材１１は円筒状に形成され、その軸線Ｏ方向後端側には、これに対応する外径の円筒状のコイル収納部２４を結合して、両者が一体の筒状形態をなすように構成している。
【００４３】
次に、プラグキャップ１２は、イグニッションコイル７の外周面を取り囲む形態の、磁路形成用の筒状のヨーク部材２５を有している。また、ヨーク部材２５の外周面は、樹脂製のコイルケース２７で覆われている。さらに、コイルケース２７の外周面は、軸線Ｏ方向に沿って主体金具２の後方に配置される筒状部４０で覆われている。
【００４４】
筒状部４０は金属パイプ４１を主体として構成され、筒状部４０の前端側には、主体金具２に対し後方外側から同心状に係合するとともに、主体金具２を軸線Ｏ方向前方側に押圧するプラグ係合部４２が形成されている。また、筒状部４０の後端側には、プラグ係合部４２が主体金具２を押圧した状態にて、シリンダヘッドＣＨに取り付け固定可能な固定部４３が形成されている。この固定部４３は、具体的には、筒状部４０の後端部外周面において少なくとも周方向の一部を外向きに突出させたフランジ部４４を有し、このフランジ部４４は、プラグホールＰＨの開口周縁にてシリンダヘッドＣＨに、ボルト等の固着具４６にて固定されている。さらに、筒状部４０の前端側から後端側にかけての外周面において、リード線８を軸線Ｏ方向に沿って収容するリード線収容部４５となるスリットを備えている（以下、スリット４５ともいう）。このスリット４５にリード線８を収容することで、金属パイプ４１の内側にリード線８が存在せず、デッドスペース削減効果が一層高められている。また、リード線８は弾性保持部材１１の内部を通過させずにすみ、リード線８の配置が簡単になる。
【００４５】
センサ保持部１７とプラグホールＰＨの座面Ｓとの間には、圧縮力が作用することにより塑性変形して、これら両者間をシールする環状のガスケットＧＫが介挿されている。ガスケットＧＫは、図５にその一例を示すように、環状の金属板素材に対し、その径方向に１ケ所ないし２ケ所以上設定された曲げ位置において、それぞれ周方向の曲げ部を形成することにより得られる環状に形成されている。図５（ｂ）では、板部材の半径方向両縁部を、２つの曲げ部７７ｃ，７７ｃによりそれぞれ逆向きに曲げて全体をＳ字状に形成している。なお、センサ保持部１７側の当接面部７７ａは、中心側が突出する斜面状に形成することで、ガスケット高さＨが２．５ｍｍ以上確保されるようにしている。
【００４６】
ガスケットＧＫの変形挙動を図６の模式図にて説明すれば、付加圧力が小さい初期の段階では、ガスケットＧＫは主に弾性的に橈み変形し、変位増大に伴い圧力（応力）が比較的大きく上昇する形となる（第１ステージ）。付加圧力があるレベルに達すると、塑性変形を伴う挫屈を開始し、変位増大に対する圧力増加の勾配が緩くなる（第２ステージ）。
【００４７】
そして、図５に示すガスケットＧＫの初期外径を２Ｒ1、同内径を２Ｒ2、押さえ荷重（圧縮荷重）をＦとして、ガスケットＧＫへの付加圧力ＰをＦ／｛π（Ｒ1２−Ｒ2２）｝にて算出したときに、図６の変形曲線において、付加圧力Ｐが５８．８〜１１７．６ＭＰａ｛ＭＫＳ単位系換算６〜１２ｋｇｆ／ｍｍ２｝となる範囲（適性圧力範囲：第２ステージに相当）に対応する、圧縮変位αの変化量Δαが０．５ｍｍ以上に設定されるものとなっている。これにより、圧力センサ３による燃焼圧力波形からヒステリシスを減少させることができ、圧力センサ３の検出精度が向上する。また、主体金具２に対するプラグ係合部４２の装着時押さえ荷重Ｆを９８０Ｎ以上に設定することによって、約６０〜１００ＭＰａにも達する燃焼ガス圧に対して、圧力センサ内蔵型スパークプラグユニット１の気密性を十分に保持することができる。
【００４８】
以下、プラグキャップ１２の組立て方法について概説する。図３（ａ）に示すように、ヨーク部材２５の外側をコイルケース２７にて覆い、コイル収納部２４側の第二アセンブリ８１を組み立てる。次いで、別途組み立てた第一アセンブリ８０に第二アセンブリ８１を結合する。次に、図３（ｂ）に示すように、第一アセンブリ８０と第二アセンブリ８１との結合体を筒状部４０に挿入する。このとき、リード線８を筒状部４０のスリット４５に押し込んで収納し、リード線８の後端部をフランジ部４４の挿通孔４７から引き出し、回路部１２９に接続しておく。この状態で、ヘッド部３０の回路ケース６７をコイルケース２７の後端部に嵌着する。
【００４９】
既に述べたように、イグニッションコイル７を収納するコイル収納部２４は、弾性保持部材１１と別体形成されて該弾性保持部材１１の後端側に嵌合されている（図１参照）。このようにすると、図３（ａ）に示すように、弾性保持部材１１側の第一アセンブリ８０と、コイル収納部２４側の第二アセンブリ８１とを別段取りにて組み立てた後、図３（ｂ）に示すように両アセンブリ８１、８２を結合すればよいから、２つの組立工程を並行して（あるいは別場所にて）行なうことが可能となり、組立工程の利便性向上及び組立て時間の短縮を図ることが可能となる。
【００５０】
本実施例では、弾性保持部材１１の挿入孔１５を、後端部にて開放させるとともに、その開放部を接続孔１５ａとして使用している。そして、コイル収納部２４側に形成された接続プラグ部材７３（この実施例でコイルケース２７に結合されている）を接続孔１５ａに押し込むことにより、弾性保持部材１１とコイル収納部２４とが着脱可能に結合されるようになっている。接続プラグ部材７３は筒状とされ、その内側空間は、端子部９の収納部として利用されている。また、カップ状の金具を同軸的にはめ込むことにより、その固定部としても機能している。なお、接続プラグ部材７３の外周面には、抜け止め用の環状のリブ７３ａが複数形成されている。上記の構成においては、信号線ケーブル等の接続が容易となる方向にコネクタ部１３を向けた状態で、弾性保持部材１１とコイル収納部２４とを結合することができる。
【００５１】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。
【００５２】
その一例として、プラグキャップの変形例を用いた圧力センサ内蔵型スパークプラグユニットを図７に示す。この実施例の圧力センサ内蔵型スパークプラグユニット１００におけるプラグキャップ１１２では、リード線８は筒状部１４０の内側を通るとともに、ヨーク部材１２５の外周面上に形成されたリード線収容部１２６に収納される。すなわち、ヨーク部材１２５の外周面上において軸線Ｏ方向に、リード線８を収容するリード線収容部１２６が形成されている。
【００５３】
具体的には、ヨーク部材１２５は、板状の軟磁性金属板材、例えば複数枚の珪素鋼板を積層したものを幅方向に筒状に丸めることにより、その幅方向両縁間にリード線収容部１２６となるスリットを形成したものである（以下、スリット１２６ともいう）。このスリット１２６にリード線８を収容することで、コイル収納部１２４の外側にリード線８がはみ出さず、デッドスペース削減効果が一層高められている。また、以上の変更に対応させて、前端がリード部６２（図２）と接続されたリード線８は、主体金具２のプラグキャップ係合部２ｋ’に形成されたリード線挿通孔２ｈ内を通って後方側に延出しており、それに続くリード線８の延出部は弾性保持部材１１１の内部に埋設されて、デッドスペース削減効果を奏している。
【００５４】
ところで、この実施例では、リード線挿通孔２ｈを有するプラグキャップ係合部２ｋ’は、ボックスレンチ等の取付用工具を係合させるための六角状の工具係合部を既存のまま用いることができる。リード線８のシールド被覆８ｂは、導体である金属線を編み合わせて形成したものであるが、その材質として軟鋼細線やニッケル細線などの軟磁性材料を採用すれば、ヨーク部材１２５のスリット１２６が軟磁性材料で埋まり、磁路断面積の減少を補うことができる。
【００５５】
また、ヨーク部材１２５の外周面は、樹脂製のコイルケース１２７で覆われている。コイルケース１２７には、ヨーク部材１２５側のスリット１２６と対応する位置に、スリット１２６と対応する形状のケース側収容空間が形成され、それらスリット１２６とケース側収容空間とが一体的にリード線収容部２００（図８（ｂ）参照）を形成する。コイルケース１２７にケース側収容空間を形成することで、ヨーク部材１２５をコイルケース１２７で覆った後でも、スリット１２６とケース側収容空間とが一体化したリード線収容部２００にリード線８を挿入すればよいから、組立てが容易である。
【００５６】
例えば、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、コイルケース１２７には、スリット１２６に沿ってその内側に入り込む溝形成部１２７ａを一体に設けることができる。この場合、ケース側収容空間は、スリット１２６に倣う形態にて溝形成部１２７ａに形成された有底溝１２７ｂとすることができる。このようにすると、スリット１２６がコイルケース１２７と一体の溝形成部１２７ａにより埋められるので、コイルケース１２７のイグニッションコイル７に対する密閉性を高めることができる。また、樹脂製の溝形成部１２７ａに形成された有底溝１２７ｂ内にリード線８を圧入するようにすれば、有底溝１２７ｂ内にリード線８をより安定的に保持することができる。
【００５７】
さらに、ヘッド部１３０の回路ケース１６７の内側に筒状のリード線保持部９０が載置される。このリード線保持部９０は、後端面に放射状に形成され、リード線８を係合保持する複数（図８の実施例では６個）の溝９２を周方向に所定の角度間隔で設けたリード線配設部９１を有している。これによって、リード線８の後端部を、信号線ケーブル等の接続が容易となる方向に容易に位置合わせして外部へ取り出すことができる。
【００５８】
以下、プラグキャップ１１２の組立て方法について、図８により説明する。図８（ａ）に示すように、スリット１２６内に溝形成部１２７ａを配置した状態で、ヨーク部材１２５の外側をコイルケース１２７にて覆い、コイル収納部１２４側の第二アセンブリ８１を組み立てる。次いで、別途組み立てた第一アセンブリ８０に第二アセンブリ８１を結合し、リード線８を有底溝１２７ｂ（図８（ｂ））に押し込む。この状態で、ヘッド部１３０の回路ケース１６７をコイルケース１２７の後端部に嵌着する。そして、第一アセンブリ８０と第二アセンブリ８１との結合体を筒状部１４０に挿入する。
【００５９】
このとき、リード線８は筒状部１４０の内側を通り、リード線８の後端部はフランジ部１４４の開口１４７から引き出される。さらに、リード線８の後端部は、リード線保持部９０の内側を通り、信号線ケーブル等の接続が容易となる方向に位置する溝９２に係合した状態でリード線保持部９０から外部へ延出され、コネクタ部１２３（図７参照）が取り付けられる。
【００６０】
なお、図７及び図８において、図１及び図３と共通する部分には同一の符号を付与して詳細な説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例たるプラグキャップを用いた圧力センサ内蔵型スパークプラグユニットの一例を組立状態にて示す縦断面図及びＸ-Ｘ断面図。
【図２】センサカバー及びセンサ組立体の構造を示す分解斜視図。
【図３】図１のプラグキャップの組立て方法の一例を示す工程説明図。
【図４】回路部の構成例をいくつか示す図。
【図５】ガスケットの一例を示す側面部分断面図及び平面図。
【図６】ガスケットの変形曲線の一例を示す図。
【図７】本発明のプラグキャップの変形例を用いた圧力センサ内蔵型スパークプラグユニットを組立状態にて示す縦断面図及びＹ-Ｙ断面図。
【図８】図７のプラグキャップの組立て方法の一例を示す工程説明図。
【符号の説明】
１ 圧力センサ内蔵型スパークプラグユニット（スパークプラグユニット）
２ 主体金具
３ 圧力センサ
５ スパークプラグ本体
７ イグニッションコイル
８ リード線
１２ プラグキャップ
１７ センサ保持部
２５ ヨーク部材
４０ 筒状部
４２ プラグ係合部
４３ 固定部
４４ フランジ部
４５ リード線収容部
５０ 接地電極
５１ 中心電極
１２９ センサ出力増幅回路
ＣＨ シリンダヘッド
ＣＲ 燃焼室
ＧＫ ガスケット
ＰＨ プラグホール
Ｓ 座面
Claims (5)
- 内燃機関の燃焼室の圧力に基づく電気的出力を取り出すためのリード線を有する圧力センサを主体金具に配置するとともに、該圧力センサが前記内燃機関のシリンダヘッドのプラグホール前端側の底部に形成された座面に係止されることが予定され、かつ筒状の前記主体金具の内側に配置された軸状の中心電極と、該主体金具の軸線方向前端部に結合され、火花放電ギャップを隔てて前記中心電極と対向位置する接地電極とを有するスパークプラグ本体にプラグキャップが装着されたスパークプラグユニットにおいて、
前記プラグキャップには、前記軸線方向に沿って前記主体金具の後方に配置される筒状部の前端側に、前記主体金具に対し後方外側から同心状に係合するとともに、該主体金具のプラグキャップ係合部を軸線方向前方側に押圧するプラグ係合部が形成される一方、前記筒状部の後端側に、前記プラグ係合部が前記主体金具のプラグキャップ係合部を押圧した状態にて、前記シリンダヘッドに取り付け固定可能な固定部が形成され、
かつ、前記主体金具のプラグキャップ係合部は、前記リード線が挿通して後方側に延出するためのリード線挿通孔を備えるとともに、前記プラグキャップは、筒状部の前端側から後端側にかけて前記リード線が前記軸線方向に沿って収容されるリード線収容部を備え、
前記圧力センサから後方側に延出するリード線は、前記プラグキャップの筒状部の内側を通り、
前記筒状部は、その内側において、イグニッションコイルと、該イグニッションコイルの外周面を取り囲む形態の、磁路形成用の筒状のヨーク部材とを有し、
前記リード線収容部は前記ヨーク部材の外周面上に形成されていることを特徴とするスパークプラグユニット。 - 前記固定部は、前記筒状部の後端部外周面において少なくとも周方向の一部を外向きに突出させたフランジ部を有しており、このフランジ部は前記プラグホールの開口周縁にて前記シリンダヘッドに固定可能とされている請求項１に記載のスパークプラグユニット。
- 前記筒状部は、前記圧力センサから前記リード線を介して取り出された電気的出力を増幅するためのセンサ出力増幅回路を保持している請求項１又は２に記載のスパークプラグユニット。
- 前記主体金具のプラグキャップ係合部に対する前記プラグ係合部の装着時押さえ荷重が９８０Ｎ以上に設定されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のスパークプラグユニット。
- 前記スパークプラグ本体が前記プラグホールに挿入された状態において、前記主体金具に外向きに突出する形態で形成された鍔状のセンサ保持部と、前記プラグホールの座面との間で圧縮されることにより、これらセンサ保持部とプラグホールの座面との間をシールする環状のガスケットを備え、
前記ガスケットは、そのガスケットを前記軸線方向に圧縮する圧縮荷重として作用する前記押さえ荷重Ｆと、前記ガスケットの圧縮変位αとの関係を測定するとともに、前記ガスケットの初期外径を２Ｒ1、同内径を２Ｒ2として、前記ガスケットへの付加圧力ＰをＦ／｛π（Ｒ1２−Ｒ2２）｝にて算出したときに、該圧力Ｐが５８．８〜１１７．６ＭＰａとなる範囲に対応する前記圧縮変位αの変化量Δαが、０．５ｍｍ以上に設定されている請求項４記載のスパークプラグユニット。
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| JP2001114161A JP4678981B2 (ja) | 2001-04-12 | 2001-04-12 | スパークプラグユニット |
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