JP5027026B2

JP5027026B2 - グロープラグ

Info

Publication number: JP5027026B2
Application number: JP2008075335A
Authority: JP
Inventors: 佳浩中村
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2028-03-24
Also published as: JP2009228988A

Description

本発明は、内燃機関に取り付けられて気筒内の温度を測定する機能を備えたグロープラグに関するものである。

従来から、発熱ヒータの表面に温度センサを設けた温度測定用のグロープラグが知られている（例えば、特許文献１参照）。このグロープラグの主体金具の外面には、内燃機関の取付孔内に形成された雌ねじに対応するねじ山が形成されている。これによりグロープラグを内燃機関の取付孔に取り付けることができる。このグロープラグを用いて、内燃機関の気筒内の温度測定を行う場合、気筒内の所望の位置に向けて温度センサが配置されるように、グロープラグを内燃機関の取付孔に取り付けなければならない。
特開２００１−３３６４６８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のグロープラグでは、主体金具のねじ山のねじ切り開始位置は既に決まっている。つまり、そのねじ山を内燃機関の取付孔の雌ねじに螺合させると、気筒内における温度センサの向く方向は決まってしまう。そのため、主体金具のねじ山のねじ切り開始位置に対して温度センサを周方向にずらしたグロープラグを数本作製しておく必要があった。そしてその中から内燃機関の取付孔に取り付けられた状態で、温度センサが所望の方向に向けられたグロープラグを選択しなければならないため、非常に手間であった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、ヒータに設けられた温度センサの位置を周方向にずらして調節できるグロープラグを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のグロープラグは、軸孔を有し、内燃機関の取付孔内に設けられる雌ねじと螺合するねじ山が自身の外周面に形成された筒状の主体金具と、当該主体金具の前記軸孔内に保持されるヒータと、当該ヒータの軸中心から径方向にずれた位置に設けられる温度センサとを備えたグロープラグであって、前記主体金具は、軸線方向先端側に配置され、前記ヒータを自身の先端側から突出させる筒状の第１の主体金具と、軸線方向後端側に配置され、前記ねじ山が形成された筒状の第２の主体金具とが同一軸線上で接合してなるものであって、前記第１の主体金具の軸線方向後端部と、前記第２の主体金具の軸線方向先端部とが対向する一対の接合部において、一方の接合部には、周方向に配置された複数の凹部が設けられ、他方の接合部には、前記凹部に嵌る凸部が設けられている。

請求項１に係る発明のグロープラグでは、第１の主体金具と第２の主体金具とにおいて、一方の接合部に、他方の接合部に設けられた凸部が嵌る複数の凹部が周方向に並んで設けられているので、第１の主体金具と第２の主体金具とを周方向に相互にずらして接合できる。これにより、温度センサの位置を周方向にずらして調節できるので、内燃機関の取付孔にプラグを取り付けた状態で、温度センサを所望の位置に向けて配置することができる。

以下、本発明の一実施形態であるグロープラグ１の一実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、グロープラグ１の外観図であり、図２は、グロープラグ１の縦断面図であり、図３は、図２に示すＩ−Ｉ線矢視方向断面図であり、図４は、図３に示すＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図であり、図５は、第１主体金具４０と、第２主体金具５０との接合態様を示す図であり、図６は、グロープラグ１の分解図である。なお、軸線Ｏ方向において、セラミックヒータ２０の配置された側（図１，図２における下側）をグロープラグ１の先端側として説明する。

はじめに、本実施形態であるグロープラグ１の構造について説明する。図１に示すグロープラグ１は、例えば、直噴式ディーゼルエンジン１５０の取付孔１５４に取り付けられ、エンジン１５０の始動時の点火を補助する熱源として利用されるものである。

図２に示すように、グロープラグ１は、内部に発熱抵抗体２７を有するセラミックヒータ２０と、当該セラミックヒータ２０を径方向に保持するヒータ保持部材８０と、セラミックヒータ２０の後端部に連結され、軸線Ｏに沿って後端側に延設された棒状の中軸３０と、ヒータ保持部材８０の後端部（後述する金具嵌合部８３）に接合された筒状の第１主体金具４０と、当該第１主体金具４０の後端部（後述する第１接合端部４５）に接合された筒状の第２主体金具５０とを備えている。そして、第２主体金具５０をエンジン１５０の取付孔１５４に取り付けることによって、グロープラグ１がエンジン１５０に取り付けられる。以下、各部材について順次説明する。

まず、セラミックヒータ２０について説明する。図２に示すように、セラミックヒータ２０は丸棒状に形成されている。その先端部２２は、半球状に曲面加工された絶縁性セラミックからなる基体２１を有する。その基体２１の内部には、導電性セラミックからなる断面略Ｕ字状の発熱素子２４が埋設されている。この発熱素子２４は、先端部２２の曲面にあわせて両端が略Ｕ字状に折り返された発熱抵抗体２７（図２乃至図４参照）と、当該発熱抵抗体２７の両端にそれぞれ接続され、セラミックヒータ２０の後端部２３に向けて軸線Ｏに沿って互いに略平行に延設されたリード部２８，２９とを備えている。なお、発熱抵抗体２７は、その断面積がリード部２８，２９の断面積よりも小さくなるように形成されている。

また、セラミックヒータ２０の中央より後端側の外周面には、リード部２８，２９から各々突出する電極取出部２５，２６が設けられている。電極取出部２５，２６は、軸線Ｏ方向の互いにずれた位置で各々露出されている。さらに、図３，図４に示すように、基体２１の外表面には軸方向（図４中上下方向）に沿って溝３５が形成されている。その溝３５の内側には、２本の金属線３８（図４では１本のみ図示）の先端が溶接された熱電対３６がセメント３７で覆うように埋設されている。なお、図３，図４に示す熱電対３６が本発明の「温度センサ」に相当する。

このようなセラミックヒータ２０を備えるグロープラグ１がエンジン１５０の取付孔１５４に取り付けられると、セラミックヒータ２０の先端部２２が燃焼室１６０内に露出される。そして、熱電対３６によって先端部２２の表面温度に極めて近い部分の温度を測定できる。即ち、燃焼室１６０において熱電対３６が向く方向の温度を測定できる。

次に、ヒータ保持部材８０について説明する。図２に示すように、ヒータ保持部材８０は軸線Ｏ方向に延びる円筒状の金具である。このヒータ保持部材８０の筒孔８４には、セラミックヒータ２０の胴部分が径方向に保持される。そして、そのセラミックヒータ２０の先端部２２及び後端部２３が、筒孔８４の両端から各々突出されている。また、ヒータ保持部材８０の胴部８１の後端側には、肉厚の鍔部８２が形成されている。これら胴部８１と鍔部８２との間はテーパ状の係止部８５で接続されている。従って、グロープラグ１がエンジン１５０の取付孔１５４に取り付けられる際には、この係止部８５が、取付孔１５４内に設けられた段部１５６に係止される。これにより、取付孔１５４を介した燃焼室１６０内の気密漏れを防止できる。

また、鍔部８２の後端には、第１主体金具４０との接合を行うために、第１主体金具４０の先端部４１を外嵌めによる圧入によって嵌合させる段状の金具嵌合部８３が設けられている。そして、セラミックヒータ２０の電極取出部２５，２６のうち、先端側に形成された電極取出部２５は、このヒータ保持部材８０の筒孔８４の内周面に接触している。これにより、電極取出部２５とヒータ保持部材８０とが電気的に接続されている。

また、ヒータ保持部材８０の金具嵌合部８３から後端側に露出されたセラミックヒータ２０の後端部２３には、金属製で筒状の接続リング７５が嵌合されている。セラミックヒータ２０の電極取出部２６は、この接続リング７５の内周面に接触している。これにより、電極取出部２６と接続リング７５とが電気的に接続されている。

さらに、第１主体金具４０の先端部４１が、ヒータ保持部材８０の金具嵌合部８３に接合することによって、第１主体金具４０とヒータ保持部材８０とが電気的に接続される。このとき、セラミックヒータ２０の後端部２３及び接続リング７５が第１主体金具４０の内側に配置される。さらに、セラミックヒータ２０と第１主体金具４０とがそれぞれヒータ保持部材８０によって位置決めされ、第１主体金具４０と接続リング７５とが非接触の状態で維持される。

次に、第１主体金具４０について説明する。図２，図６に示すように、第１主体金具４０は、軸線Ｏ方向に貫通する軸孔４３を有する筒状の金属部材である。この軸孔４３の内側には、セラミックヒータ２０の後端部２３に接合された中軸３０の先端側が内挿される。そして、第１主体金具４０の先端部４１は、ヒータ保持部材８０の金具嵌合部８３に対して圧入により嵌合される。さらに、この先端部４１の内周は金具嵌合部８３の外周に密着され、さらに外周から両者の合わせ部位がレーザ溶接される。これにより、第１主体金具４０とヒータ保持部材８０とが一体に接合される。

また、第１主体金具４０の後端部には、図５に示すように、第２主体金具５０の先端部（後述する第２接合端部５５）と嵌合するために、凹凸状に形成された第１接合端部４５が設けられている。即ち、この第１接合端部４５の端面には、凸部４７と凹部４８とが交互に設けられている。凸部４７及び凹部４８は径方向から見た形状が何れも長方形状に形成され、それらの幅長は互いに同じ長さに調整されている。

次に、第２主体金具５０について説明する。図２，図６に示すように、軸線Ｏ方向に貫通する軸孔５３を有すると共に、第１主体金具４０の第１接合端部４５に接合される筒状の金属部材である。この軸孔５３の内側には、セラミックヒータ２０に接合された中軸３０の後端側が内挿される。そして、第２主体金具５０の後端側の外周面には、ねじ山が形成されたねじ部５２が設けられている。ねじ部５２は、グロープラグ１をエンジン１５０の取付孔１５４に取り付けた際に、その取付孔１５４に設けられる雌ねじ１５７と螺合して、グロープラグ１の固定を行うものである。

また、第２主体金具５０のねじ部５２よりも後端側には、エンジン１５０へのグロープラグ１の取り付けの際に使用される工具（図示外）が係合する断面六角形状の工具係合部５６が形成されている。この工具係合部５６の内側では軸孔５３は拡径されている。

また、第２主体金具５０の先端部には、図５に示すように、上述した第１主体金具４０の第１接合端部４５と嵌合するために、凹凸状に形成された第２接合端部５５が設けられている。即ち、この第２接合端部５５の端面には、凸部５７と凹部５８とが交互に設けられている。凸部５７は、第１主体金具４０の第１接合端部４５の凹部４８に対応する形状を備え、凹部５８は、第１主体金具４０の第１接合端部４５の凸部４７に対応する形状を備えている。

従って、第１主体金具４０の第１接合端部４５に対して、第２主体金具５０の第２接合端部５５を同軸上に押し込むことで、第１主体金具４０の第１接合端部４５の凹部４８に、第２主体金具５０の第２接合端部５５の凸部５７が嵌め合わされ、第２主体金具５０の第２接合端部５５の凹部５８に、第１主体金具４０の第１接合端部４５の凸部４７が嵌め合わされる。こうして、エンジン１５０の取付孔１５４の内側において、第１主体金具４０と第２主体金具５０とが互いに同軸上に接合される。そして、第１主体金具４０と第２主体金具５０とが接合した状態では、互いに周方向に回転しないようになっている。

次に、中軸３０について説明する。図２に示すように、中軸３０は軸線Ｏ方向に延設され、その長さが主体金具４０の軸線Ｏ方向の長さよりも長く形成された金属棒である。この中軸３０は、第１主体金具４０の軸孔４３の内側と、第２主体金具５０の軸孔５３の内側とに各々挿通される。中軸３０の先端部３１には、その先端に、接続リング７５の内周に係合するため小径のリング係合部３４が形成されている。このリング係合部３４を接続リング７５に係合させることで、セラミックヒータ２０と中軸３０とが接続リング７５を介して軸線Ｏに沿って一体に連結される。さらに、中軸３０の先端部３１と接続リング７５とは、外周から両者の合わせ部位がレーザにより溶接されることで一体に接合される。従って、中軸３０は、接続リング７５を介し、セラミックヒータ２０の電極取出部２６と電気的に接続される。そして、上記したように、セラミックヒータ２０と、第１主体金具４０とがそれぞれヒータ保持部材８０に位置決めされる。従って、第１主体金具４０の軸孔４３の内側で、中軸３０と主体金具４０とが非接触の状態で維持されるので、電気的に絶縁される。

また、中軸３０の後端部３２は、その一部が第２主体金具５０の後端よりも後方へ突出されている。この後端部３２には、円筒状の樹脂製の絶縁ブッシュ９１と、絶縁ブッシュ９１の脱落を防止するための丸ナット９２と、通電用のケーブル接続用の端子用ねじ９３がこの順序で中軸３０に嵌め込まれて固定される。

次に、上記構造からなるグロープラグ１のエンジン１５０への取り付け時における熱電対３６の位置合わせ方法について説明する。まず、グロープラグ１の組み立てを行う。図６に示すように、セラミックヒータ２０の後端部に接続リング７５（図２参照）を介して中軸３０を連結する。次いで、そのセラミックヒータ２０を、ヒータ保持部材８０の筒孔８４（図２参照）の内側に保持させる。さらに、ヒータ保持部材８０の筒孔８４の後端側から突出する中軸３０の後端部３２に対して、第１主体金具４０の軸孔４３を先端側から被せるようにして通す。そして、ヒータ保持部材８０の金具嵌合部８３に、第１主体金具４０の先端部４１を嵌合させる。このとき、両者の合わせ部位に対して外周からレーザ溶接を行う。これにより、第１主体金具４０とヒータ保持部材８０とが一体に接合され、プラグ中間体２００が完成する。

次いで、プラグ中間体２００の後端側に突出する中軸３０の後端部３２に対して、第２主体金具５０の軸孔５３を先端側から被せるようにして通す。このとき、第２主体金具５０の第２接合端部５５を、第１主体金具４０の第１接合端部４５に対向させ、第１主体金具４０と同軸上に取り付ける。そして、第１主体金具４０の第１接合端部４５と、第２主体金具５０の第２接合端部５５とを接合する。

つまり、図５に示すように、第１主体金具４０の第１接合端部４５の凹部４８に、第２主体金具５０の第２接合端部５５の凸部５７を嵌め合わせ、第２主体金具５０の第２接合端部５５の凹部５８に、第１主体金具４０の第１接合端部４５の凸部４７を嵌め合わせる。こうして、図１に示すように、第１主体金具４０に対して、第２主体金具５０が同軸上に接合される。次いで、プラグ中間体２００に取り付けられた第１主体金具４０の後端側に対して、絶縁ブッシュ９１、丸ナット９２、端子用ねじ９３の順にそれぞれ取り付ける。こうして、グロープラグ１の組み立てが一時的に完了する。

次に、一時的に組み立てが完了したグロープラグ１を、エンジン１５０の取付孔１５４に取り付ける（図１，図２参照）。このとき、第２主体金具５０のねじ部５２のねじ山を、エンジン１５０の取付孔１５４に設けられた雌ねじ１５７に螺合させる。これにより、グロープラグ１がエンジン１５０の取付孔１５４に取り付けられ、セラミックヒータ２０の先端部２２が燃焼室１６０内に露出される。ここで、先端部２２の外表面に埋設された熱電対３６（図３参照）の向く方向は、ねじ部５２のねじ山のねじ切り開始位置と、雌ねじ１５７のねじ切り開始位置とによって決まる。

しかしながら、熱電対３６の向く方向が、燃焼室１６０内の目標の方向に対してずれている場合がある。この場合、グロープラグ１をエンジン１５０の取付孔１５４から一旦取り外す。そして、第１主体金具４０と第２主体金具５０との接合を取り外し、熱電対３６の温側点と、燃焼室１６０内の目標の方向とのずれを補正するように、第１主体金具４０と第２主体金具５０とを互いにずらして再度接合する。例えば、熱電対３６の向く方向が、燃焼室１６０内の目標の方向に対して９０度ずれている場合は、第１主体金具４０と第２主体金具５０とを互いに９０度ずらせばよい。そして、再接合したグロープラグ１を、エンジン１５０の取付孔１５４に再度取り付ける。これにより、熱電対３６の温側点を、燃焼室１６０内の目標の方向に向けることができる。従って、燃焼室１６０内の所望の場所の温度を正確に検出できる。

また、図２に示すように、エンジン１５０の取付孔１５４に取り付けられたグロープラグ１では、ヒータ保持部材８０の係止部８５が、取付孔１５４内の段部１５６に係止されている。従って、そのヒータ保持部材８０に溶接された第１主体金具４０が取付孔１５４内で周方向に回転しない。そして、その第１主体金具４０に接合された第２主体金具５０についても、第１主体金具４０に対して凹凸形状で互いに嵌め合う接合態様であるので、取付孔１５４内で周方向に回転しない。

以上説明したように、本実施形態のグロープラグ１は、セラミックヒータ２０と、該セラミックヒータ２０を保持するヒータ保持部材８０と、セラミックヒータ２０の後端部２３に連結された中軸３０と、ヒータ保持部材８０の後端部に接合された第１主体金具４０と、該第１主体金具４０の後端部に接合された第２主体金具５０とを備える。セラミックヒータ２０の先端部２２には、温度測定用の熱電対３６が埋設されている。そして、第１主体金具４０の第１接合端部４５には、凸部４７と凹部４８とが交互に設けられている。第２主体金具５０の第２接合端部５５には、凸部５７と凹部５８とが交互に設けられている。これにより、第１接合端部４５の凹部４８に、第２接合端部５５の凸部５７を嵌め合わせ、第２接合端部５５の凹部５８に、第１接合端部４５の凸部４７を嵌め合わすことができる。

ここで、グロープラグ１をエンジン１５０の取付孔１５４に取り付けた際に、熱電対３６の向く方向が燃焼室１６０内の目標の方向に対してずれている場合がある。この場合、グロープラグ１をエンジン１５０の取付孔１５４から一旦取り外して、熱電対３６の向く方向と、燃焼室１６０内の目標の方向とのずれを補正するように、第１主体金具４０と第２主体金具５０とを互いにずらして再接合する。そして、再接合したグロープラグ１を、エンジン１５０の取付孔１５４に再度取り付けることにより、熱電対３６の向く方向を、燃焼室１６０内の目標の方向に向けることができる。このように、一本のグロープラグ１で、熱電対３６の温側点の位置を自由に調節できる。従って、熱電対３６の位置を周方向にずらしたグロープラグを複数本作製しておく必要がないので、グロープラグ１のエンジン１５０への取り付けを速やかに行うことができる。また、一本のグロープラグ１で対応できるので、複数本用意する必要のあった従来に比べてコストを大幅に節約できる。

なお、本発明は各種の変形が可能である。本実施の形態では絶縁性セラミックからなる基体２１の内部に導電性セラミックからなる発熱素子２４を埋設したセラミックヒータ２０を備えたが、これに限られず、先端部が半球状に閉塞した金属製のシースチューブ内にコイル状の発熱抵抗体や制御抵抗体を配したシーズヒータを備えてもよい。

また、上記実施形態では、第１主体金具４０の第１接合端部４５と、第２主体金具５０の第２接合端部５５との接合態様は凹凸形状の嵌め合いになっているが、凹凸の形状は特に限定されない。

例えば、図７に示す第１変形例のように、第１主体金具４０の第１接合端部１４５と、第２主体金具５０の第２接合端部１５５との径方向から見た凹凸形状を三角形状に各々形成してもよい。また、図８に示す第２変形例のように、第１主体金具４０の第１接合端部２４５と、第２主体金具５０の第２接合端部２５５との径方向から見た凹凸形状を波形状に各々形成してもよい。また、図９に示す第３変形例のように、第１主体金具４０の第１接合端部３４５に凹部３４６を複数設け、第２主体金具５０の第２接合端部３５５に凸部３５６を１つ設けてもよい。なお、第１接合端部３４５の形状と、第２接合端部３５５の形状とを入れ替えてもよい。

本発明は、温度センサのみを有するグロープラグだけでなく、圧力センサ等を組み込んだグロープラグに対しても利用することができる。

グロープラグ１の外観図である。グロープラグ１の縦断面図である。図２に示すＩ−Ｉ線矢視方向断面図である。図３に示すＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図である第１主体金具４０と、第２主体金具５０との接合態様を示す図である。グロープラグ１の分解図である。第１主体金具４０と第２主体金具５０との接合態様の第１変形例を示す図である。第１主体金具４０と第２主体金具５０との接合態様の第２変形例を示す図である。第１主体金具４０と第２主体金具５０との接合態様の第３変形例を示す図である。

符号の説明

１グロープラグ
２０セラミックヒータ
３６熱電対
４０第１主体金具
４３軸孔
４５第１接合端部
４７凸部
４８凹部
５０第２主体金具
５２ねじ部
５３軸孔
５５第２接合端部
５７凸部
５８凹部
１５０エンジン
１５４取付孔
１５７雌ねじ
１６０燃焼室

Claims

軸孔を有し、内燃機関の取付孔内に設けられる雌ねじと螺合するねじ山が自身の外周面に形成された筒状の主体金具と、当該主体金具の前記軸孔内に保持されるヒータと、当該ヒータの軸中心から径方向にずれた位置に設けられる温度センサとを備えたグロープラグであって、
前記主体金具は、
軸線方向先端側に配置され、前記ヒータを自身の先端側から突出させる筒状の第１の主体金具と、
軸線方向後端側に配置され、前記ねじ山が形成された筒状の第２の主体金具と
が同一軸線上で接合してなるものであって、
前記第１の主体金具の軸線方向後端部と、前記第２の主体金具の軸線方向先端部とが対向する一対の接合部において、一方の接合部には、周方向に配置された複数の凹部が設けられ、他方の接合部には、前記凹部に嵌る凸部が設けられていることを特徴とするグロープラグ。