JP5764175B2 - 燃焼圧検知センサ付きグロープラグ - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの燃焼室内における着火の促進と、それに加えて燃焼圧を検知（検出）する機能を備えた燃焼圧検知センサ付きグロープラグに関する。詳しくはエンジンヘッドに取り付けられ、燃焼室内にヒータを露出させて燃料の着火の促進を図ることに加えて、燃焼室内の燃焼圧（燃焼ガス圧）をヒータで受圧させ、これを保持するハウジング内に配置された圧電素子やヒズミセンサ（ゲージ）等の検知センサによって燃焼圧を検知するようにした燃焼圧検知センサ付きグロープラグに関する。

この種の燃焼圧検知センサ付きグロープラグ（以下、単にグロープラグともいう）としては各種のものが知られている（例えば、特許文献１）。図９は、これと同種のグロープラグ９０１の断面構造を簡略化して示した破断縦断面図である。同図のものは、筒状をなすハウジング１１０内に、通電することによって発熱する棒状（円軸状）のヒータ（例えば、メタルヒータ、又はセラミックヒータ）１０を、自身の先端（燃焼室内に突出する側の端。図示下端）１０ａが、そのハウジング１１０の先端１３６から突出するようにして備えている。なお、図９、および図１０中の「破線」は、エンジンヘッドにおける燃焼室の近傍部分を示す。このようなグロープラグ９０１では、ヒータ１０は、燃焼圧を受圧させるためやそれ自身の熱膨張等を考慮して、ハウジング１１０内において、その軸Ｇ方向（先後方向）に微小ではあるが変位可能に配置されている。すなわち、ヒータ１０は、ハウジング１１０の内周面との間に空隙（環状空隙）を保持して配置されている。そして、このヒータ１０の後方には、ヒータ１０が燃焼圧によって先端１０ａから後方に押されることによって発生する圧力を検出させ得る検知手段として、例えば圧電素子４０が配置されている。これは、燃焼圧によってヒータ１０が後方に押される力でその圧電素子４０を圧縮し、その圧縮力の変化に応じて発生する電気信号を測定することで、燃焼圧を検出するように構成されている。なお、特許文献１では、歪ゲージをその検知手段としている。

ところで、このグロープラグ９０１では、高温、高圧の燃焼ガスが、ハウジング１１０の先端１３６から、その内周面とヒータ１０の外周面との間の上記した環状空隙を通ってハウジング１１０内の後方に入り込むのを防止する（シールを確保する）必要がある。このため、ハウジング１１０の内周面とヒータ１０の外周面との間の環状空隙には、何らかのシール部材が配置されるのが普通である。例えば、同図のグロープラグ９０１では、同図中の拡大図、及び図１０に示したように、ハウジング１１０の先端部位（先端側ハウジング１３１）の内側に拡径状に形成された拡径環状空間Ｋ２を有しており、この空間Ｋ２に、燃焼ガスの後方への侵入を防止するシール部材６０が配置されている。他方、ハウジング１１０に対するヒータ１０の軸Ｇ方向の変位を許容するため、このシール部材６０には、ベローズではないがダイアフラムのようにそれ自体が先後に容易に変形できる金属薄膜（例えば、ＳＵＳ６３０製の薄膜）など、十分な可撓性のある環状膜部（メンブレン）６３を有する耐熱部材が使用されている。同図のシール部材６０は、先端側の小径筒部６５と後端側の大径筒部６１との間に、先後を仕切るように環状膜部６３を有している。そして、上記した拡径環状空間Ｋ２内において、その小径筒部６５が所定位置（黒塗り三角部）Ｗ１でヒータ１０の外周面に沿って溶接（レーザ溶接）され、その大径筒部６１がその後端側の所定位置（黒塗り三角部）Ｗ２、Ｗ３で、周方向に沿ってハウジング１１０側に溶接等により固定されている。これによってハウジング１１０の先端１３６の内周面とヒータ１０の外周面との間におけるシールが確保されている。

すなわち、このようなシール部材６０により、ハウジング１１０に対してヒータ１０が軸Ｇ方向（先後方向）に変位する際には、主としてその環状膜部６３が変形し、シールを確保しつつも、ヒータ１０の軸Ｇ方向の変位を許容できるよう構成されている。このように、シール部材６０はハウジング１１０の先端寄り部位において、その内周面とヒータ１０の外周面との間（環状空隙）に入り込む高温、高圧の燃焼ガスを遮断する役割を担うと共に、ハウジング１１０に対し、ヒータ１０が軸Ｇ方向に変位するのを許容する役割をも担っている。なお、図示はしないが、例えばハウジングの先端より奥に入り込んだ位置の、その内周面と、ヒータ１０の外周面との間にシール部材を配置することで、その間のシールを確保するようにした構成のものもある。このような構成のものでは、前記したようなハウジングの先端寄り部位におけるシール部材６０は不要となる。しかし、その奥に配置されたシール部材の位置次第では、ハウジングの先端又は先端寄り部位において、奥のシール部材とは別途に、ヒータの軸方向の変位を許容しつつ、ヒータを保持する保持部材を設けることが必要となるのが普通である。すなわち、上記シール部材と同様の変形容易性を備えた構成が必要となる。というのは、ヒータはハウジング内において隙間嵌め状態にあり、突出する先端が自由端をなしているため、このようなヒータを安定して保持するためには、ハウジングの先端又は先端寄り部位においても、奥に配置されたシール部材とは別に、ヒータを保持（支持）する必要があるためである。これより理解されるが、上記シール部材６０は、この保持の役割をも兼ねており、したがって、ハウジングの先端又は先端寄り部位においてヒータを保持する保持部材であるともといえる。

特開２０１０−１３９１４８号公報

上記したことから明らかであるが、シール部材６０は、エンジンの燃焼サイクルに伴い、ハウジング１１０の内周面とヒータ１０の外周面との間で、先端１３６側から入り込む高温、高圧の燃焼ガス（爆風）に直撃され、熱的衝撃を受ける形で配置されている。一方、このシール部材６０は、その変形容易性の確保のため、環状膜部６３を含めて、ヒータ１０やハウジング１１０の先端部位（先端側ハウジング１３１）等の他の各構成部材（各部位）に比べると、相対的に著しくその肉厚が薄いものとされている。例えば、環状膜部６３の肉厚は０．１５〜０．３０ｍｍ程度しかない。このためシール部材６０が、燃焼サイクルにおいて高温、高圧の燃焼ガスに直撃される際においては、ヒータ１０やハウジング１１０等の他の各構成部材に比べると、このシール部材６０は著しく早く、すなわち、瞬時に高温となり、したがって、瞬時に相対的に大きな熱膨張（以下、異常熱膨張ともいう）を発生させる。そして、これが燃焼サイクルにおいて繰り返されることになる。

他方、ヒータ１０は、その突出する先端１０ａが自由端であり、上記構成のシール部材６０は、その先端側の小径筒部６５が所定位置Ｗ１で、このヒータ１０の外周面に溶接で固定されており、大径筒部６１は所定位置（黒塗り三角部）Ｗ２、Ｗ３で、ハウジング１１０側に同様に固定されている。このため、図１０中に２点鎖線で示したように、シール部材６０は、燃焼ガスの直撃により、瞬時に軸Ｇ方向（図１０中の白抜き矢印方向）の先端側に向けて相対的に大きな熱膨張をすることになる。この結果として、その小径筒部６５に溶接されているヒータ１０は、このシール部材６０の異常熱膨張に対応して、先端側（自由端側）に押出される応力作用を受けることになる。すなわち、ヒータ１０は、シール部材６０の異常熱膨張により、その小径筒部６５とのヒータ側溶接部Ｗ１において先端側に引張られる作用を受けることになり、ヒータ１０の例えば後端の圧電素子４０に接している基準位置が先方に微量変位（移動）するか、圧電素子に対する圧縮力が変化することになる。

したがって、燃焼圧によってヒータ１０が後方に押される力で圧電素子４０を圧縮し、その圧縮力の変化に応じて発生する電気信号を測定、検知するよう構成されているグロープラグ９０１においては、シール部材６０の異常熱膨張によるヒータ１０の先端側への押出し作用が、その圧縮に影響を与えてしまう。このように、前記構成のグロープラグ９０１においては、燃焼圧の検出においてドリフトを発生させ、その検知精度を低下させるといった問題があった。なお、こうした問題は、燃焼圧を検知させるセンサが圧電素子４０でなく、ヒータ１０の後方への歪（ヒズミ）を検知するヒズミセンサ（歪ゲージ）を用いた場合にも同様に存在する。

また、上記もしたが、ハウジングの先端より奥に入り込んだ位置にシール部材を配置するなどの構成に基づき、ハウジングの先端又は先端寄り部位において、その奥のシール部材とは別途に、ヒータを保持する保持部材を設ける場合には、その保持においても、シール部材６０と同様にヒータの軸方向の変位を許容する必要があるのは上記した通りである。すなわち、このような保持部材には、上記したようなシール性は要求されないものの、上記シール部材６０と同様、金属薄膜など、十分な可撓性のあるものを用いることになる。このため、このような保持部材を設ける場合にも、前記したシール部材における問題と同じ問題がある。なお、上記もしたように、「シール部材」はヒータを保持する保持部材の役割をも兼ねるものであることから、以下、このシール部材についても、保持部材ともいう。

本発明は、かかる問題点を解消するためになされたもので、上記したシール部材（保持部材）、及びこれとは別途に設けられる上記したようなヒータの保持部材が、瞬時に異常熱膨張することを緩和ないし低減し、もって、上記した従来のグロープラグよりも燃焼圧の検知精度を高めることのできる燃焼圧検知センサ付きグロープラグを提供することをその目的とする。

請求項１に記載の発明は、筒状をなすハウジング内に、その先端から自身の先端を突出させた棒状をなすヒータが、前記ハウジングの内周面と該ヒータの外周面との間に隙間を保持して軸方向に変位可能に配置されており、該ヒータが燃焼圧によって先端から後方に押されることによって発生する圧力又は変位を検出することで燃焼圧を検知可能のセンサを備えてなる燃焼圧検知センサ付きグロープラグであって、
変形可能に形成され、しかも、該ヒータに外嵌状態とされて該ヒータを保持するように形成された環状膜部を有する保持部材が、少なくとも、その環状膜部を前記ハウジングの先端寄り部位の内周面と前記ヒータの外周面との間に位置させ、該ハウジングの内周面と前記ヒータの外周面との間を先後において遮断するように、該ハウジング及び該ヒータの双方に、周方向に沿って接合されて設けられてなる燃焼圧検知センサ付きグロープラグにおいて、
先端から後方に軸方向に沿って見たとき、前記保持部材の前記環状膜部より先方であって、該保持部材と前記ヒータの外周面との接合部より先方に、該ヒータの外周面において半径外方に拡径するように突出した鍔状の防燃焼ガス壁が、燃焼ガスが該防燃焼ガス壁の外周側の先端を迂回して前記環状膜部に到達可能となるように設けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記防燃焼ガス壁を、前記ハウジングの内周面と前記ヒータの外周面との間に設けたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼圧検知センサ付きグロープラグである。そして、請求項３に記載の発明は、前記防燃焼ガス壁を、前記保持部材の前記環状膜部の内周縁において先方に延るように形成した筒状部又は環状部に設けたことを特徴とする、請求項１又は２のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きグロープラグである。

請求項４に記載の発明は、前記ハウジングの先端寄り部位の内側に、該ハウジングの先端よりも内径が拡径されてなる拡径環状内周面を有しており、前記保持部材は、少なくとも、その環状膜部を該拡径環状内周面と前記ヒータの外周面との間に位置させており、
前記防燃焼ガス壁が、自身の外径が前記ハウジングの先端の内径より大径をなすことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きグロープラグである。また、請求項５に記載の発明は、前記防燃焼ガス壁を、前記保持部材の先方において、該保持部材とは別に設けたことを特徴とする、請求項１、２又は４のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きグロープラグである。

上記のような本発明のグロープラグは、これがエンジン（エンジンヘッド）に取付けられる場合には、環状膜部は、エンジンの燃焼室に連通することになる。本発明では、防燃焼ガス壁が設けられているため、エンジンの燃焼サイクル過程で、ヒータの先端から後端に向けてその外周面に沿って突進するような高温、高圧の燃焼ガスは、その防燃焼ガス壁に衝突する。すなわち本発明では、前記防燃焼ガス壁が存在することから、このような燃焼ガスが、先ず、この防燃焼ガス壁を直撃し、これを迂回するようにしてから前記環状膜部に衝突するようにした。すなわち、前記環状膜部を直撃する割合を低減している。このため、この防燃焼ガス壁が無い従来の構成のグロープラグに比べると、それが存在する分、燃焼ガスが環状膜部に到達するまでの時間を遅延させることもでき、また、到達するまでの間に燃焼ガスが冷却することが期待できる。このように本発明では、燃焼ガスが前記環状膜部を直撃することもないし、それに到達するまでの時間を遅延させることができることより、前記環状膜部が、従来のように瞬時に異常高温となって異常熱膨張することを低減ないし緩和できることから、ヒータを軸方向先方へ押出すような作用を低減ないし防止できる。これにより、その分、燃焼圧力の検出において、従来のようなドリフトの発生の問題を緩和ないし防止でき、したがって、燃焼圧の検知精度を高めることができる。

なお、請求項１に記載の発明において、「変形可能」とは、燃焼ガスが、該ハウジングの先端の内周面と前記ヒータの外周面との間の環状空隙を通って、ハウジングの内部の後方に入り込もうとしたときに、前記保持部材が前記ハウジングに対する前記ヒータの変位に伴って微小な伸びや縮みができることを意味する。

本発明では、防燃焼ガス壁は、ヒータの表面に沿うようにその軸方向に突進する高温の燃焼ガスが、前記保持部材における前記環状膜部を直撃するのを防止できればよい。したがって、請求項２に記載のように、ハウジングの前記内周面と前記ヒータの外周面との間に設けてもよいし、請求項３に記載のように、前記保持部材の前記環状膜部の内周縁において先方に延るように形成した筒状部又は環状部に設けてもよい。また、本発明において、前記保持部材は、少なくとも、その環状膜部を前記ハウジングの先端寄り部位の内周面と前記ヒータの外周面との間に位置させ、該ハウジングの内周面と前記ヒータの外周面との間を先後において遮断するように、該ハウジング及び該ヒータの双方に、周方向に沿って接合されて設けられてなることでよい。すなわち、本発明では、該保持部材における環状膜部が位置されるところの、前記ハウジングの先端を含む先端寄り部位の内周面は、先端に向けてストレート（同一径）でもよい。

しかし、請求項４に記載のように、前記ハウジングの先端寄り部位の内側に、該ハウジングの先端よりも内径が拡径されてなる拡径環状内周面を有しており、前記保持部材は、少なくとも、その環状膜部を該拡径環状内周面と前記ヒータの外周面との間に位置させており、防燃焼ガス壁は、自身の外径が前記ハウジングの先端の内径より大径をなすものとするのが好ましい。すなわち、本発明においては請求項４に記載のようにすることで、ハウジングの先端は、その奥より相対的に小径となる。そして、請求項４に記載の発明では、ヒータを先端側から見たとき、前記防燃焼ガス壁の外周縁が、ハウジングの先端の内周面より外周側に位置することになるから、ヒータの先端から後方に（その外周面に）沿って突進する燃焼ガスが前記環状膜部により直撃し難くなる。なお、請求項４に記載の発明において、「前記拡径環状内周面と前記ヒータの外周面との間」とある技術的事項は、前記拡径環状内周面と前記ヒータの外周面との間が環状の空間をなすことから、本明細書では、以後、「拡径環状空間」ともいう。なお、前記防燃焼ガス壁は、この「拡径環状空間」において設けられるのが好ましい。そして、請求項５に記載のように、前記防燃焼ガス壁は、前記保持部材の先方において、該保持部材とは別に設ける、すなわち、該保持部材とは別の部材（別部材）を、ヒータの外周面に溶接等して設けてもよい。

本発明において、上記環状膜部を有する前記保持部材を前記ハウジング及び前記ヒータの双方に、周方向に沿って接合する手段としては、レーザ溶接等の溶接によるのが好ましい。ただし、この接合手段は、溶接以外にも、ロウ付けやカシメ、又は圧入、さらにはこれらの組合せとしても良い。なお、本発明において、周方向に沿って接合され、とは、周方向に沿って全周にわたって連続して接合されることの他、周方向に沿って不連続で接合されること、及び周方向に沿って連続して接合されているものの、全周にわたっては接合されていないことも含む。周方向に沿って全周にわたって連続して接合されているということは、少なくとも、１周以上連続して接合されていることを意味することから、その接合部を挟む先後においてシールが確保されていることを意味する。したがって、保持部材がシール部材でもある場合には、シール（気密）の確保のため、ハウジング及びヒータへの接合においては、各接合部とも、それぞれ周方向に沿って、全周にわたって連続して接合される。また、周方向に沿って不連続で接合されているということは、例えば、周方向に沿って、３箇所とか４箇所など、間隔をおいて通常、複数箇所で接合されていることを意味し、シール性が要求されない保持部材である場合に適用される。すなわち、前記保持部材が、シール部材とは別途に設けられる保持部材である場合には、該保持部材自身によって、前記ハウジングの内周面と前記ヒータの外周面との間を先後にシールを保持して遮断する必要がない。このため、このような場合には、保持部材が、該内周面と該外周面との間を先後において遮断するように配置されて、前記ハウジング及び該ヒータの双方に、周方向に沿って接合されて設けられてなるとしても、周方向に沿って全周にわたって連続して接合する必要はない。

本発明を具体化した燃焼圧検知センサ付きグロープラグ（第１実施形態例）の部分破断面図、及びその要部の拡大図。 図１のＡ１部（保持部材（本例ではシール部材）を含む要部の拡大図）のさらなる拡大図。 図２のＡ２部のさらなる拡大図。 図１のグロープラグの組立て過程を説明する分解図であって、ハウジングに、シースヒータユニット等を組付ける前の分解図。 図１のグロープラグの組立て過程を説明する分解図であって、図４の状態からの組付け工程例の説明図。 図３のシール部材において、カールをなくした防燃焼ガス壁の変形例を示す図。 図１のグロープラグにおけるシール部材（保持部材）を含む要部の変形例の拡大断面図。 シール部材（保持部材）を含む要部の別例（第２実施形態例）の拡大断面図。 従来の燃焼圧検知センサ付きグロープラグの一例を示す破断縦断面図、及びそのシール部材を含む部分の拡大図。 図９のグロープラグにおける問題点を説明する、同図中のＡ９部（シール部材を含む部分）の部分拡大図。

本発明を具体化した実施形態例（第１実施形態例）の燃焼圧検知センサ付きグロープラグについて、図１〜図５に基づいて説明する。本例のグロープラグ１０１は、概略円筒状のハウジング１１０と、その内側において先端（図示、下方端）１０ａを、ハウジング１１０の先端１３６から突出させてなるシースヒータ１０と、さらには、このシースヒータ１０の後端側に配置された圧電素子４０等を主体として構成されている。以下、先ずこのグロープラグ１０１の全体構成について、図４、図５に示した組立て過程を説明する分解図も参照しながら詳細に説明する。

本例において、ハウジング１１０は、概略円筒状のハウジング本体１１１と、その内部に内挿され、シースヒータ１０の後端において圧電素子４０を支持するように、このハウジング本体１１１内に内挿、配置された圧電素子支持用内部ハウジング１２１と、ハウジング本体１１１の先端部位に位置する先端側ハウジング１３１との３部品から構成されている（図３参照）。このうち、ハウジング本体１１１は、後端寄り部位の外周面に、ねじ込み用多角形部１１３を備えていると共に、その先端側の外周面には、シリンダヘッドへのねじ込み用のネジ１１５を備えており、このネジ１１５より先端側は、そのネジ１１５の谷の径より若干小径をなす円筒管部１１７を備えている。そして、この円筒管部１１７の先端寄り部位の内周面には、圧電素子支持用内部ハウジング１２１が内挿、配置されている。

この素子支持用内部ハウジング１２１は、その外径がハウジング本体１１１の内径より若干小さい外径の円筒管をなしており（図４参照）、先端側の外周面において突出形成されたフランジ１２３を備えている。このフランジ１２３は、外径がハウジング本体１１１の円筒管部１１７の外径と同じとされ、図１の拡大図及び図２に示されるように、このフランジ１２３における後端向き面１２４を、ハウジング本体１１１の先端１１８に当接させて、例えば、溶接で固定されている。一方、図１の拡大図に示されるように、この素子支持用内部ハウジング１２１の後端１２５には、中央が開口する円環状底板１２６を有する円筒状キャップ１２７が、その筒状部１２８の先端を介して溶接されている。そして、この円筒状キャップ１２７内には、その円環状底板１２６に当接する配置で、円環状をなし、両端面に電極板４３，４４を介して、絶縁板４７が配置された圧電素子４０が配置されている。なお、各電極板４３，４４からは、後方へ配線が引き出されている。

一方、シースヒータ１０は、先端１０ａが凸となす半球面状とされ、後方に延びる円管からなるシースパイプ１１と、その内部の先端に接続されて、後方に延びる形で配置された発熱コイル２１と、この発熱コイル２１の後端にシースパイプ１１内で接続されて後方に延びる通電用軸部材（円軸部材）２５等から構成されている。本例では、このシースパイプ１１の後端から通電用軸部材２５を突出させており、シースパイプ１１の後端寄り部位には、シースパイプ１１の後端を閉塞状にするシースパイプ外装管３１が外嵌されている（図４中参照）。ただし、シースヒータ１０は、全体としてみると、棒状をなしており、シースパイプ１１の先端寄りの半分程度が、ハウジング１１０の先端１３６から突出するよう設定されている。また、図１の拡大図に示したように、このシースパイプ外装管３１の後端は、通電用軸部材２５を突出させるように縮径された円形の後端底部３３を有しており、この後端底部３３の後端向き面には、円筒部３５が突出状に形成されている。なお、本実施例では、このシースパイプ外装管３１は、その先端が、素子支持用内部ハウジング１２１の先端と略同位置か、若干それより先端側に位置するように保持されていると共に、外径が小さい薄肉部３７とされている。そして、例えば、このシースパイプ外装管３１は、周方向に沿ってシースパイプ１１の外周面に溶接されて固定されている。なお、このシースパイプ外装管３１は、素子支持用内部ハウジング１２１の内周面に対し、空隙を有して配置されている。

他方、この通電用軸部材２５は、このシースパイプ外装管３１の後端の円筒部３５内、及びその後方に配置された次記する押圧体５０の内側、さらには、上記した圧電素子４０、円筒状キャップ１２７の円環状底板１２６の各内側（貫通孔）を貫通するようにして、ハウジング１１０内においてその軸Ｇに沿って後方に延びている。そして、通電用軸部材２５の後端は、ハウジング本体１１１の後端において、図示しない絶縁材等にて絶縁が保持されて固定されており、外部に突出されている。なお、シースパイプ１１内部には、図示はしないが絶縁粉末が充填され、その後端がゴム等で封止されている。

前記したシースヒータ１０に外嵌されたシースパイプ外装管３１の後端部における円筒部３５と、上記した圧電素子４０の先端に配置された電極板４３、絶縁板４７との間には、この絶縁板４７と略同径の円環板部５１と、これから同心で先方に延びる小円環部５３を有する押圧体５０が配置されている。この押圧体５０の小円環部５３は、シースパイプ外装管３１の後端部における円筒部３５に同軸状に固定されている。しかして、シースヒータ１０は、自身の先端１０ａを上記したように筒状をなすハウジング１１０の先端１３６から突出させ、素子支持用内部ハウジング１２１内で、その内周面に対し隙間を保持した状態で配置されている。これにより、このヒータ１０は、燃焼圧によって先端１０ａから後方に押されることによって発生する圧力により軸Ｇ方向（後方）に圧縮され、圧電素子４０は、シースパイプ外装管３１の後端部の円筒部３５に固定された押圧体５０の円環板部５１と、素子支持用内部ハウジング１２１の後端に固定された円筒状キャップ１２７の円環状底板１２６との間で圧縮される。そして、この圧縮によって発生する電圧信号を、各電極板４３，４４から後方へ配線を介して出力できる構成とされている。なお、各電極板４３，４４からの配線は、例えば円筒状キャップ１２７の円環状底板１２６の内側と通電用軸部材２５のあいだを絶縁を保持して通され、外部に引き出されるように設けられている。

さて、本例のグロープラグ１０１においては、素子支持用内部ハウジング１２１は、その先端側の外周面において突出形成されたフランジ１２３における後端向き面１２４を、ハウジング本体１１１の先端１１８に当接させて、溶接で固定されているのは上記したとおりである。一方本例では、この素子支持用内部ハウジング１２１のフランジ１２３の先端向き面（環状面）１２２には、次記する本発明の要部をなすところの保持部材（本例ではシール部材）６０を介して、先端側ハウジング１３１が固定されている。なお、本例を含め、以下の各実施形態例において用いられている「保持部材」はシール部材であるため、以下の各例においては、「シール部材」という。すなわち、素子支持用内部ハウジング１２１のフランジ１２３の先端向き面（環状面）１２２には、このフランジ１２３の外径と同外径の円筒部１３３と、その先端側に外周面が先細りテーパ面を有するテーパ筒部１３５とからなる先端側ハウジング１３１が、シール部材６０を介して、溶接（Ｗ２、Ｗ３）で固定されている。シール部材６０については次に詳述するが、この先端側ハウジング１３１をなすテーパ筒部１３５の先端１３６の内径Ｄ１は、ヒータ１０の外周面と微小な環状空隙Ｋ１を有するように設定されている。一方、先端側ハウジング１３１における内周面のうち、本例では、テーパ筒部１３５の後端寄り部位より後方は、その微小な環状空隙Ｋ１をなす、その先端１３６の内径Ｄ１より内径が大径をなすように拡径された環状の内周面（拡径環状内周面１３２）を形成しており、この拡径環状内周面１３２の内側とヒータ１０の外周面との間に、拡径環状空間Ｋ２を形成している（図２、図３参照）。以下、この拡径環状内周面１３２の内側と、ヒータ１０の外周面との間の空間を拡径環状空間Ｋ２という。

本例においてシール部材６０は、後端側が、拡径環状空間Ｋ２内に納まる寸法で、相対的に大径の大径円筒部６１をなし、先端側が小径の小径円筒部（環状部）６５をなし、この両円筒部６１、６５間が、先後方向にダイヤフラムのように変形容易な金属薄膜からなる環状膜部６３で、本例では軸Ｇに垂直となるようにして連結されている。そして、大径円筒部６１において、外方に円環状に突出し、外径が先端側ハウジング１３１の円筒部１３３の外径と同じとされた固定用フランジ６２を備えている。一方、小径円筒部６５はヒータ１０の外周面に外嵌状をなす寸法とされ、その先端において、ヒータ１０の外周面において、半径外方に拡径するように突出し、自身の外径Ｄ２が先端側ハウジング１３１の先端１３６の内径Ｄ１より大径をなす防燃焼ガス壁６７を備えている。なお、本例でのこの防燃焼ガス壁６７は、鍔状（フランジ状）をなしておりその先端（外周側の先端）において、若干、後方にカールさせている。

このシール部材６０は、その大径円筒部６１の外側の固定用フランジ６２を、素子支持用内部ハウジング１２１のフランジ１２３の先端向き面１２２と、先端側ハウジング１３１の円筒部１３３との間に挟ませる形で、それぞれの間において周方向に沿って所定位置Ｗ２、Ｗ３で溶接されている。そして、小径円筒部６５とヒータ１０の外周面との間も、所定位置Ｗ１において周方向に沿って溶接されている。しかして、図２、図３中、破線矢印で示したように、燃焼ガスが、先端側ハウジング１３１の先端１３６から、その内周面とヒータ１０の外周面との間の環状空隙Ｋ１を通って、拡径環状空間Ｋ２内に入り込むとしても、そのシール部材６０にて、それより後方に入り込むのが抑制されている。

一方、本例のグロープラグ１０１をエンジンのシリンダヘッドに取り付けて使用する場合においては、その燃焼ガス（爆風）が、ヒータ１０をその先端１０ａから後方に押すことになる。これによる圧力が、素子支持用内部ハウジング１２１の後端に固定された円筒状キャップ１２７の円環状底板１２６と、ヒータ１０に外嵌されたシースパイプ外装管３１の後端部の円筒部３５に固定された押圧体５０の円環板部５１との間にある圧電素子４０を圧縮し、それによって発生する電圧信号として出力され、検出される。そして、その際において、ヒータ１０が後方に微量変位するとしても、シール部材６０における環状膜部６３が変形し、この変位を許容する。なお、この環状膜部６３は本例では軸Ｇに垂直となるよう形成されているものとしたが、先細りテーパ状をなしているものでもよいなど、その形状構造はその変位を許容できるものである限り、適宜のものとすればよい。

他方、本例のグロープラグ１０１においては、防燃焼ガス壁６７は、その外径Ｄ２が、ハウジング１１０の先端１３６の内径（内周面の径）Ｄ１より大きく設定されている。すなわち、防燃焼ガス壁６７は、ヒータ１０を、先端１０ａから後方に軸Ｇ方向に沿って見たとき、ハウジング１１０の先端１３６の内周面と、ヒータ１０の外周面との間の環状空隙Ｋ１を閉塞するように設けることが好ましい（図２、図３参照）。エンジンの燃焼サイクル過程で、ヒータ１０の先端１０ａから後端に向けて、その外周面に沿って突進する高温、高圧の燃焼ガスは、シール部材６０の先端に設けられた防燃焼ガス壁６７を直撃することになり、したがって、環状膜部６３を直撃しないためである。すなわち、本例では、拡径環状空間Ｋ２内において、同燃焼ガスは、先ずは、防燃焼ガス壁６７の前面（先端向き面）に衝突し、これを迂回して、その外周側先端のカール部に沿って流れてから環状膜部６３に到達することになる。このため、この防燃焼ガス壁６７が無い従来の構成のグロープラグ（図９、図１０参照）に比べると、それがある分、環状膜部６３が高温、高圧の燃焼ガスに直撃されるのを防止できるか、その時期を遅延させることができる。すなわち、本例では、この防燃焼ガス壁６７がある分、従来のようなシール部材における環状膜部の瞬時高温化により、それが先後に異常熱膨張するのを緩和ないし低減できる。なお、本例では、防燃焼ガス壁６７の外径Ｄ２が、ハウジング１１０の先端１３６の内径（内周面の径）Ｄ１より大きく設定されているため、燃焼ガスが環状膜部６３を直撃するのを防止する作用が極めて高いが、本発明では、この防燃焼ガス壁６７の外径Ｄ２は、ハウジング１１０の先端１３６の内径（内周面の径）Ｄ１と同じか、それより小さくてもよい。防燃焼ガス壁６７がある分、防燃焼ガス壁６７がない場合に比べれば、その直撃の防止作用が得られるためである。

この結果、本例では、上記した従来のグロープラグのように、シール部材の先後方向の異常熱膨張により、それがヒータ１０を軸方向、先方へ押出す作用を緩和できる。これにより、燃焼圧力の検出において、従来のようなドリフトの発生を緩和ないし防止できるので、その分、検出圧力精度を高めることができる。なお、本例では、防燃焼ガス壁６７はその先端（外周側の先端）６８において、若干、後方にカールさせた場合を例示したが、図６に示したシール部材６０のように防燃焼ガス壁６７におけるそのようなカールは無くてもよい。なお、図６は、図３のシール部材６０において防燃焼ガス壁６７のそのカールをなくした点のみが相違するだけであり、他の相違点はないので同一の部位には同一の符号を付し、その説明は省略する。また、カールを設けるとしても逆に、図７の変形例に示したように、防燃焼ガス壁６７の先端６８を先方にカールさせる（又は折り曲げる）ようにして、燃焼ガスの流下経路を長く、或いは複雑化してもよい。

なお、上記例のグロープラグ１０１の組立ては、例えば、次のようにすればよい。図４の中央に示したように、シースパイプ１１内に、発熱コイル２１、通電用軸部材２５の先端側を内挿し、図示しない絶縁粉末を充填する等してシースヒータ１０を組立てておく。そして、このようなシースパイプ１１の後端寄り部位にシースパイプ外装管３１を外嵌して固定する。そして、これにシール部材６０を外嵌してヒータに溶接し、素子支持用内部ハウジング１２１の後端１２５に、圧電素子４０を含む円筒状キャップ１２７を組み付けておいた組付け体を、図５の中央に示したように、シースパイプ外装管３１に外嵌し、その先端のフランジ１２３をシール部材６０に押付けるようにし、先端側ハウジング１３１をシースヒータ１０の先端１０ａから外嵌し、シール部材６０を挟み付け、溶接する。その後、図５の右図に示したようにしてハウジング本体１１１を組付け、所定の溶接工程等を経ることにより、図１のように組立てられる。

さて次に、上記本発明のグロープラグの別例（第２実施形態例）について、図８に基づいて説明する。ただし、本例は、上記した第１実施形態例のグロープラグと本質的な相違はなく、図８に示した、図２に対応する拡大図のように、シール部材２６０及び防燃焼ガス壁２６７の構造のみが異なるだけであるため、その相違点のみ説明し、同一の部位には同一の符号を付すにとめる。すなわち、本例では、上記第１実施形態例のシール部材６０と異なり、小径円筒部６５の先端において防燃焼ガス壁２６７を切り離した形で、すなわち、シール部材２６０とは別に、防燃焼ガス壁２６７を拡径環状空間Ｋ２内に存在するように、ヒータ１０の外周面に所定位置Ｗ４において周方向に溶接して設けものである。したがって、この防燃焼ガス壁２６７による場合にも、前例と同様の作用効果を有することは明らかである。すなわち、このような本例でも、エンジンの燃焼サイクル過程で、ヒータ１０の先端１０ａから後端に向けてその外周面に沿って突進する高温、高圧の燃焼ガスは、それが拡径環状空間Ｋ２内に入り込んだとしても、先ず、防燃焼ガス壁６７を直撃する。したがって、環状膜部６３を直撃しないので、シール部材２６７の異常熱膨張を低減できる。本例では、この防燃焼ガス壁２６７は断面Ｌ字形を呈しており、その一方のフランジを介してヒータ１０の外周面に溶接して、他方のフランジが防燃焼ガス壁２６７をなすようにしたものである。

上記各例（実施形態例）では、保持部材がシール部材である場合において具体化している。このため、シール部材は、ハウジング及びヒータに、周方向に沿って全周にわたって連続して接合されているものである。しかし、本発明においては、保持部材が、シール性が要求されないものである場合、すなわち、ヒータの保持のみの役割を担うものであるときは、上記もしたように、周方向に沿って全周にわたって連続して接合されていてもよいが、不連続で接合されていてもよい。例えば、周方向において間隔をおいて、例えば、３箇所又は４箇所をスポット的に接合されているだけでもよい。また、周方向に沿って連続して接合されているとしても、全周にわたって連続していなくともよい。全周（３６０度）の例えば３／４周（２７０度）の角度範囲で周方向に連続して接合しているものとしてもよい。

本発明においては、ヒータの表面に沿うようにその軸方向に突進する高温の燃焼ガスが、前記保持部材における環状膜部を直撃するのを防止できるように防燃焼ガス壁が設けられていればよく、したがって、この防燃焼ガス壁は、適宜の形状、構造のものとして具体化できる。また、この保持部材における環状膜部を直撃するのを防止できればよく、したがって、防燃焼ガス壁を先後に複数設けても良い。なお、上記例では、センサが圧電素子である場合で具体化したが、燃焼ガスがヒータを後方に押圧する際の圧力又はこれによるヒータの先後方向の変位からその燃焼圧を検知可能のセンサであればよく、したがって、例えば、ヒズミセンサを用いるものにおいても、同様に適用できる。

また、上記例のグロープラグは、ヒータをなすシースパイプ、及びシースパイプ外装管そして、ハウジングがハウジング本体や、先端側ハウジング等からなる構成のものとして具体化したが、本発明においてこれらは適宜の構成のものとして具体化できる。さらに、上記各例では、拡径環状空間が、その先端側ハウジングの内面に形成されると共に、保持部材（シール部材）の外周縁が、この先端側ハウジングと圧電素子支持用内部ハウジングのフランジとで挟まれる形で、溶接されて固定されているものとして具体化したが、保持部材のハウジングに対する溶接構造は、これらに限定されるものではない。また、上記例では、保持部材の接合の手段として溶接を用いるものとしたが、溶接を用いるとしても、レーザ溶接の他、電子ビーム溶接や抵抗溶接等、適宜の溶接を用いることができる。さらに、溶接の必要のない箇所については、圧入等による締り嵌めのみとしておいてもよいし、ロウ材を用いたロウ付けによる接合とするなど、保持部材の接合手段は適宜の手段を用いればよい。

１０ ヒータ
１０ａ ヒータの先端
４０ 圧電素子（センサ）
６０、２６７ シール部材（保持部材）
６３ シール部材（保持部材）の環状膜部
６５ 小径筒状部（シール部材（保持部材）の前記環状膜部の内周縁において先方に延るように形成した筒状部（環状部））
６７，２６７ 防燃焼ガス壁
１０１ 燃焼圧検知センサ付きグロープラグ
１１０ ハウジング
１１１ ハウジング本体
１２１ 圧電素子支持用内部ハウジング
１３２ 拡径環状内周面
１３６ ハウジングの先端
Ｇ ヒータの軸
Ｋ２ 拡径環状空間
Ｋ１ ハウジングの先端の内周面とヒータの外周面との間の環状空隙
Ｄ１ ハウジングの先端の内径
Ｄ２ 防燃焼ガス壁の外径

Claims (5)

1. 筒状をなすハウジング内に、その先端から自身の先端を突出させた棒状をなすヒータが、前記ハウジングの内周面と該ヒータの外周面との間に隙間を保持して軸方向に変位可能に配置されており、該ヒータが燃焼圧によって先端から後方に押されることによって発生する圧力又は変位を検出することで燃焼圧を検知可能のセンサを備えてなる燃焼圧検知センサ付きグロープラグであって、
   変形可能に形成され、しかも、該ヒータに外嵌状態とされて該ヒータを保持するように形成された環状膜部を有する保持部材が、少なくとも、その環状膜部を前記ハウジングの先端寄り部位の内周面と前記ヒータの外周面との間に位置させ、該ハウジングの内周面と前記ヒータの外周面との間を先後において遮断するように、該ハウジング及び該ヒータの双方に、周方向に沿って接合されて設けられてなる燃焼圧検知センサ付きグロープラグにおいて、
   先端から後方に軸方向に沿って見たとき、前記保持部材の前記環状膜部より先方であって、該保持部材と前記ヒータの外周面との接合部より先方に、該ヒータの外周面において半径外方に拡径するように突出した鍔状の防燃焼ガス壁が、燃焼ガスが該防燃焼ガス壁の外周側の先端を迂回して前記環状膜部に到達可能となるように設けられていることを特徴とする燃焼圧検知センサ付きグロープラグ。
2. 前記防燃焼ガス壁を、前記ハウジングの内周面と前記ヒータの外周面との間に設けたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼圧検知センサ付きグロープラグ。
3. 前記防燃焼ガス壁を、前記保持部材の前記環状膜部の内周縁において先方に延るように形成した筒状部又は環状部に設けたことを特徴とする、請求項１又は２のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きグロープラグ。
4. 前記ハウジングの先端寄り部位の内側に、該ハウジングの先端よりも内径が拡径されてなる拡径環状内周面を有しており、前記保持部材は、少なくとも、その環状膜部を該拡径環状内周面と前記ヒータの外周面との間に位置させており、
   前記防燃焼ガス壁が、自身の外径が前記ハウジングの先端の内径より大径をなすことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きグロープラグ。
5. 前記防燃焼ガス壁を、前記保持部材の先方において、該保持部材とは別に設けたことを特徴とする、請求項１、２又は４のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きグロープラグ。

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