JP6370100B2 - 燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ - 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の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の内側又は外側に設けられたセンサ（ヒズミセンサ（ゲージ）や圧電素子等）によって燃焼圧を検知し、燃料噴射系等の制御を行うようにした燃焼圧検知センサ付きのグロープラグに関する。

この種の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ（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１０は、これと同種のグロープラグ１００の先端側の部分を簡略化して示した縦断面図である。同図のものは、筒状をなすハウジング１１０内に、先端２０１に、通電することによって発熱する抵抗発熱体からなる先端発熱部２０５を備えた棒状（円軸状）のセラミックヒータ（以下、ヒータともいう）２００を、その先端２０１が、そのハウジング１１０の先端１３６から先方に突出するようにして設けられている。なお、本願においてグロープラグ又はその構成部品（部材）等に関して先端とは、図１０におけるそれらの下端をいい、後端とはその逆の端（上端）をいうものとする。また、図１０の拡大図中の「破線」は、グロープラグ１００が取付けられるエンジンヘッドのプラグホールのうちの燃焼室の近傍部分を示す。このようなグロープラグ１００では、ヒータ２００が、ハウジング１１０内において、受圧する燃焼圧に応じて軸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おり、その圧力がセンサにて検知されるように構成されている。図１０のグロープラグでは、ヒータ２００は、ハウジング１１０の内周面との間で半径方向に空間（環状空隙）を保持して配置されており、ヒータ２００が燃焼圧によって後方に押圧されてハウジング１１０に対し相対的に後方に変位すると、その変位（又はそれによる圧力）は、ヒータ２００に固定された軸部材（例えば、中空軸部材）からなる圧力伝達部材３５０を介してハウジング１１０に内蔵されているセンサ４００に伝達され、ヒータ２００の相対変位量、又はそれによる圧力に対応した電気信号を同センサから出力させるように構成されている。

このグロープラグ１００では、ハウジング１１０の先端寄り部位の内周面とヒータ２００の外周面との間には、半径方向に微小な空間を有しており、これが先端１３６の開口に向けて連通する環状の空間（空隙）をなしている。このため、その空間Ｋに、高温、高圧の燃焼ガスが侵入して、ハウジング１１０内において後方に至り、外部に漏出するのを防止するため、耐熱材からなる変位部材（メンブレン）３００が設けられている。この変位部材３００は、例えば、リング状ないし短筒状をなし、ヒータ２００に被せられるように配置され、そして、ハウジング１１０側とヒータ２００側とに、それぞれ周方向に沿って溶接されて、その空間Ｋを先後においてシール状に遮断している。一方、この変位部材３００は、ヒータ２００の軸Ｇ方向の変位を許容する必要があるため、薄い金属板（膜）からなり、変形可能に形成されている。なお、同図のグロープラグ１００では、ハウジング１１０の先端寄り部位の内周面は、その先端１３６の開口より奥において拡径されている一方、変位部材３００は、先端側が小径で後端側が大径の異径短筒状をなし、その大径部が、奥の拡径空間Ｋに配置されてハウジング１１０側に接合され、その小径部がヒータ２００（外周面）側に接合されている。このような変位部材３００は、ヒータ２００がハウジング１１０に対して相対的に軸Ｇ方向に変位するのに応じて、その中間部位がダイアフラムのように先後に変形する。なお、セラミックヒータ２００においては、これに金属製の変位部材３００を直接溶接することができないため、溶接接合とする際には、そのヒータ２００に外嵌されて固定された金属製のパイプ２５０に対して溶接されるのが普通である。

特開２０１０−１３９１４８号公報

ところで、ディーゼルエンジンにおいては、その燃焼過程で各種の成分からなる煤（すす）が発生する。このような煤は、グロープラグ１００の先端側の構造上、燃焼室側に位置するハウジング１１０の先端寄り部位の内周面と、ヒータ２００の外周面との間に存在する変位部材３００にて止められるものの、図１０の拡大図（右側）中に黒点で示したように、環状の空間Ｋ内に侵入する。結果、侵入した煤は、その空間Ｋ（燃焼室側空間ＫＡ）の奥（後方）の変位部材３００の表面に付着し、堆積するように残留するため、変位部材３００の変形を阻害する。一方、変位部材３００は、ヒータ２００の軸Ｇ方向の変位に伴って変形するから、このような煤の存在は、燃焼圧の検知性能を低下させる要因となる。

また、上記環状空間Ｋへの煤の侵入があると、この空間Ｋを包囲する、変位部材３００の表面（先端向き面）だけでなく、これより先方のハウジング１１０の先端寄り部位の内周面とヒータ２００の外周面との各面にも、煤が付着、堆積するから、その付着等が進行すれば、やがてはその空間Ｋ（燃焼室側空間ＫＡ）を閉塞してしまうなど、煤の詰まりを生じさせる。そればかりか、このような煤は、それが接着剤となり、ヒータ２００をハウジング１１０に密着させることもある。一方、煤の粒子（粒径）が大きく、上記空間Ｋに侵入し難いものである場合もあるが、その場合には、ヒータ２００のうち、ハウジング１１０の先端１３６の開口より先方に突出する部位の後端部位（その後端部位の外周面とハウジング１１０の先端面との隅角）に、図１０の拡大図（左側）中に黒点で示したように、煤が付着、堆積することになり、ハウジング１１０の先端１３６において、それより後方の空間Ｋを閉塞してしまう。この結果、変位部材３００が燃焼圧を受けられないことになり、その変形が阻害されることから、燃焼圧の検知性能を低下させる。このように、従来のグロープラグにおいては、発生する煤が、上記空間内に残留したり、ハウジングの先端から突出する部位の後端部位に付着等することにより、検知性能が低下するという問題があった。

本発明は、燃焼圧検知センサ付きのグロープラグにおける、このような煤の付着、堆積等に基づく、燃焼圧の検知性能の低下防止を図ることをその目的としてなされたものであり、かかる煤を効率的に除去することのできる燃焼圧検知センサ付きの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、先端部に、通電によって発熱する先端発熱部が設けられた棒状のセラミックヒータと、該セラミックヒータを自身の内周側に配置するとともに、該セラミックヒータの先端を自身の先端から先方に突出させて配置する筒状のハウジングと、該セラミック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によってその燃焼圧を検知可能のセンサと、を備え、
前記ハウジングの先端寄り部位の内周面と前記セラミックヒータの外周面との間に、該ハウジングの先端の開口に連通する環状の空間を有すると共に、その空間には、前記ハウジング側と前記セラミックヒータ側とに、それぞれ周方向に沿って接合され、前記セラミックヒータの軸方向の変位を許容するように変形可能に形成された変位部材が設けられてなる燃焼圧検知センサ付きのグロープラグにおいて、
前記セラミックヒータには、その先後方向のうち、前記ハウジングの先端から先方に突出する部位における後端寄り部位と、それより後方の前記変位部材の後端とで挟まれる先後領域における少なくとも一部の該セラミックヒータ自身の外周面を加熱するため、通電によって発熱する後方発熱部が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、先端部に、通電によって発熱する先端発熱部が設けられた棒状のセラミックヒータと、該セラミックヒータを自身の内周側に配置するとともに、該セラミックヒータの先端を自身の先端から先方に突出させて配置する筒状のハウジングと、該セラミック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によってその燃焼圧を検知可能のセンサと、を備え、
前記ハウジングの先端寄り部位の内周面と前記セラミックヒータの外周面との間に、該ハウジングの先端の開口に連通する環状の空間を有すると共に、その空間には、前記ハウジング側と前記セラミックヒータ側とに、それぞれ周方向に沿って接合され、前記セラミックヒータの軸方向の変位を許容するように変形可能に形成された変位部材が設けられてなる燃焼圧検知センサ付きのグロープラグにおいて、
前記セラミックヒータの先後方向のうち、前記ハウジングの先端から先方に突出する部位における後端寄り部位と、それより後方の前記変位部材の後端とで挟まれる先後領域内に対し、通電によって発熱する抵抗発熱体からなる後方発熱部が設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記先後領域は 前記セラミックヒータの先後方向のうち、前記ハウジングの先端と、それより後方の前記変位部材の後端とで挟まれる先後領域であることを特徴とする、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のグロープラグである。

請求項４に記載の発明は、前記後方発熱部は、前記先端発熱部と電気的に並列接続となるように設けられていることを特徴とする、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のグロープラグである。
請求項５に記載の発明は、前記後方発熱部は、前記棒状のセラミックヒータをなす絶縁性セラミック基体内において該先端発熱部から後方に延びるように設けられた通電用の一対のリード線状部の先後方向における途中部位相互間を接続する形で設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグである。
請求項６に記載の発明は、前記後方発熱部は、前記棒状のセラミックヒータをなす絶縁性セラミック基体内において前記先端発熱部から後方に延びるように設けられた通電用の一対のリード線状部とは別途に後方に延びるように設けられた一対のリード線状部の先端又は先端寄り部位の相互間を接続する形で設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグである。

請求項７に記載の発明は、前記後方発熱部は、前記先端発熱部をなす抵抗発熱体よりも大きい抵抗値をもつ抵抗発熱体からなることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグである。
請求項８に記載の発明は、前記後方発熱部は、前記先端発熱部と電気的に直列接続となるように、前記棒状のセラミックヒータをなす絶縁性セラミック基体内において該先端発熱部から後方に延びるように設けられた通電用の一対のリード線状部の先後方向における途中部位において、その先後を接続する形で設けられていることを特徴とする、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のグロープラグである。

請求項９に記載の発明は、前記後方発熱部は、前記先端発熱部をなす抵抗発熱体よりも小さい抵抗値をもつ抵抗発熱体からなることを特徴とする、請求項８に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグである。
請求項１０に記載の発明は、前記ハウジングの先端の開口に連通する環状の空間は、該ハウジングの径方向において、該先端側の相対的に狭い空間と、その後方の相対的に広い空間とからなり、この広い空間において前記変位部材における前記ハウジング側への接合がなされていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグである。

ディーゼルエンジンの燃焼過程で発生する粒子状の物質である煤（すす）は、燃焼圧検知センサ付きのグロープラグをなすハウジングの先端の開口から、その先端寄り部位の内周面と、セラミックヒータの外周面との間の環状の空間に入り込んで、該内周面や該外周面、そして変位部材に付着、堆積等する。このような場合、本発明のグロープラグにおいては、通電による先端発熱部による加熱に加えて、その後方に設けられた前記後方発熱部による加熱が得られるから、かかる煤を燃焼して除去する作用、効果が得られる。すなわち、先端発熱部は、着火促進のための効率的な発熱を得るため、その発熱は先端の一部に限られるが、本発明では、前記後方発熱部による加熱が得られるため、前記セラミックヒータのうち、前記ハウジングの先端より先方に突出する部位の後端部位（根元部位）の外周面に付着する煤、又は前記空間内において付着等し、残留する煤を燃焼して除去する作用、効果が得られる。これにより、本発明の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグによる場合には、このような煤の付着等に起因する、変位部材の変形容易性を損ねることや、ハウジングの先端寄り部位の内周面とヒータの外周面との空間の閉塞や詰まりを防止するのに有効である。その結果、煤に起因するヒータの軸方向への変位（動き）を阻害する要因を除去できるため、燃焼圧の検知性能の低下防止に奏功する。なお、前記後方発熱部の発熱温度は、煤の燃焼効果が得られるよう、煤の性質等に応じて設定すればよい。

煤の付着や残留の形態は、煤の粒子が小さい場合には、前記空間の奥に入り込み易い。しかし、ハウジングの先端の内周面とセラミックヒータの外周面との空間における径方向の寸法が小さいか、煤の粒子が相対的に大きい場合には、前記セラミックヒータのうちの前記ハウジングの先端より先方に突出する部位の後端部位の外周面に付着し易い。このため、前記後方発熱部は、セラミックヒータの先後方向のうち、煤が付着等し易い部位のヒータの外周面が集中して、又は効率的に加熱されるように、前記空間の形状や大きさ等に応じて設ければよい。したがって、請求項２に記載の発明のように、前記後方発熱部は、ヒータの先後方向のうち、前記ハウジングの先端から先方に突出する部位における後端寄り部位と、それより後方の前記変位部材の後端とで挟まれる先後領域内において、煤の付着性向を考慮して設ければよい。したがって、その先後領域の全体に設ける必要は必ずしもなく、先後領域の少なくとも一部に設けることでもよい。また、煤が、前記後端寄り部位の外周面へ付着する問題が小さいようであれば、請求項３に記載の発明のように、ヒータの先後方向のうち、前記ハウジングの先端と、それより後方の前記変位部材の後端とで挟まれる先後領域内に、前記したようにして設ければよい。

また、変位部材に付着等する煤の燃焼による除去効率を高めるためには、変位部材の加熱効率が高められるべきであるから、変位部材への熱伝導に優れる位置に、前記後方発熱部を設けるのがよい。すなわち、この後方発熱部は、変位部材のセラミックヒータ側への接合部、又はそれに近い位置に設けるのがよい。ただし、本発明において設ける前記後方発熱部の先後方向におけるその数は、１箇所に限られない。煤が付着し、残留し易い部位の先後領域（範囲）が長いような場合には、複数とすればよい。

なお、グロープラグのセラミックヒータの先端発熱部に要求される加熱温度は１３００℃程度であるが、煤の燃焼はその成分にもよるが、通常は４００℃程度で行い得るから、前記後方発熱部はこのような加熱が得られるように、その抵抗値等の設定をすればよい。前記後方発熱部は、請求項４に記載のように、前記先端発熱部と電気的に並列接続で設ける場合には、請求項５又は６に示したものが例示される。そして、このように前記後方発熱部を電気的に並列接続で設ける場合には、請求項７に記載のように、前記後方発熱部をなす抵抗発熱体の抵抗値は、所望とする加熱温度が得られるように、前記先端発熱部をなす抵抗発熱体の抵抗値より大きいものとすればよい。そして、その設定は、例えば、タングステン粉末を混合してなる導電性セラミックを抵抗発熱体に用いる場合には、タングステンの配合量を調整（加減）して行えばよい。このように、後方発熱部を先端発熱部と電気的に並列接続となるように設けることで、先端発熱部の発熱量を低下させることなく、後方発熱部を設けることができる。

一方、前記後方発熱部は、請求項８に記載のように、前記先端発熱部と電気的に直列接続となるように設けてもよい。なお、直列接続において、上記温度設定とする場合には、並列接続とは逆に、請求項９に記載のように、前記先端発熱部をなす抵抗発熱体に対し、前記後方発熱部をなす抵抗発熱体の抵抗値を小さいものとすればよい。このような直列接続は、セラミックヒータが細い仕様のセラミックヒータにおいて好適である。

なお、前記ハウジングの先端部位の内周面における形状、構造は、前記変位部材の形状、構造、その相手方（ハウジング又はセラミックヒータ）への接合手段等により異なるものとなるが、請求項１０に記載のように、前記ハウジングの先端の開口に連通する環状の空間は、該先端側の相対的に狭い空間と、その後方に続く広い空間とからなり、この広い空間において前記変位部材における前記ハウジング側への接合をするのがよい。

本発明を具体化した燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ（第１実施形態例）の正面図、部分拡大縦断面図、及びその部分のさらなる拡大図。 図１の右下の要部の部位の拡大図。 図２のＡ−Ａ線断面図。 変位部材の断面形状等の変更による後方発熱部の位置の別例を説明する要部拡大断面図。 変位部材の断面形状等の変更による後方発熱部の位置の別例を説明する要部拡大断面図。工程例の説明図。 変位部材の断面形状等の変更による後方発熱部の位置の別例を説明する要部拡大断面図。 図１のグロープラグにおいて後方発熱部を先端発熱部と電気的に並列接続で設けた別例を説明する部分縦断面図、及びその要部の拡大図とその各部の横断面図。 図７におけるＢ−Ｂ線に沿う要部の拡大断面図。 図１のグロープラグにおいて後方発熱部を、先端発熱部と電気的に直列接続で設けた別例を説明する部分縦断面図、及びその要部の拡大図。 従来の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグの一例を示す部分縦断面図、及びその変位部材を含む部分の拡大半断面図。

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のグロープラグについて、図１〜図３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）２０１を、ハウジング１１０の先端１３６から突出させてなるセラミックヒータ２００と、ハウジング１１０の先端寄り部位における内周面とヒータ２００の外周面との間に設けられている変位部材３００、さらには、このセラミックヒータ２００の後端側に配置された燃焼圧検知センサ（以下、単にセンサともいう）４００等から構成されている。なお、センサ４００は本例では、歪部材４０５及びこれに取付けられた歪センサ素子（以下、センサ素子）４１０を含むものからなっている。また、セラミックヒータ２００は、丸棒状のセラミック基体２０３に対し、その先後の中間部位を包囲するように、例えば圧入により外嵌された金属のパイプ２５０とからなるものであり、このパイプ２５０の先端側を含む部位をハウジング１１０の先端１３６から先方に突出させている。ヒータ２００の詳細は後述することとし、先ずこのグロープラグ１０１の全体構成について詳細に説明する。

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、その内部にてヒータ２００の後端においてセンサ４００を支持するように、このハウジング本体１１１内に同軸で内挿、配置されたセンサ支持用内部ハウジング１２１、そして、ハウジング本体１１１の先端に同軸で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。このうち、ハウジング本体１１１は、その外周面のうち、後端寄り部位にシリンダヘッドへのねじ込み用多角形部１１３を備えていると共に、それより先方には、ねじ込み用のネジ１１５を備えている。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をなしている。そして、この円筒管部１１７の内側に、上記したセンサ支持用内部ハウジング１２１が内挿、配置されている。

このセンサ支持用内部ハウジング１２１は、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形状をなしており、先端寄り部位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を、ハウジング本体１１１の先端に当接させて、例えば、溶接で固定されている。図中の黒塗り三角は溶接を示している。

このセンサ支持用内部ハウジング１２１の後端には、図１の拡大図に示されるように、中央が開口する円環板状のダイヤフラムを有する歪部材４０５が、それ自身の外側の先端向き面において同軸状に設けられた環状部の先端を介して溶接されている。そして、この歪部材４０５の内側（環状の内周寄り部位）の先端向き面に同軸状に設けられた筒状部の先端には、センサ支持用内部ハウジング１２１の内側において、ヒータ２００の外周面に外嵌されて固定された変位伝達用中空軸部材３５０における後方部位である縮径筒部３５３の後端が同軸配置で当接され、溶接されている。なお、変位伝達用中空軸部材３５０はセンサ支持用内部ハウジング１２１に対し、空隙を保持して配置されている。

この変位伝達用中空軸部材３５０は、その先端を介し、センサ支持用内部ハウジング１２１の先端の近傍（若干先方）において、セラミックヒータ２００をなす丸棒状のセラミック基体２０３に外嵌されて固定された金属製のパイプ（円管）２５０に溶接されている。一方、歪部材４０５をなす円環板状ダイヤフラムの後端向き面にはセンサ素子４１０が取付けられている。これにより、ヒータ２００の軸Ｇ方向への動き（燃焼圧による先後動）があると、これと一体に設けられている変位伝達用中空軸部材３５０の動きに対応して、歪部材４０５における円環板状ダイヤフラムが先後に変形し、その変形に対応してセンサ素子４１０が変形することによる抵抗値の変化を電気信号として取り出すように設定されている。すなわち、この抵抗値の変化に応じて発生する信号は、図示しない配線を介して外部のＥＣＵに出力され、燃焼圧を検知し、燃料噴射系等の制御が行われる設定とされている。

他方、センサ支持用内部ハウジング１２１におけるフランジ１２３より先方の短円筒部１２５は、その先端において外径が小さい小円筒部１２６を有しており、この小円筒部１２６の外周面が、本例では変位部材３００のハウジング１１０側への接合部とされている。本例では、変位部材３００は、先端側が小径で後端側が大径の異径円筒をなすものとされており、その後方の大径部（大径円筒部）３１０がその小円筒部１２６に外嵌されて周方向に沿ってシール状に溶接されている。そして、このセンサ支持用内部ハウジング１２１の先端寄り部位の外周面に設けられたフランジの先端向き面（環状面）には、先端側ハウジング１３１が同軸で固定されている。すなわち、図２に示したように、この先端向き面（環状面）には、フランジ１２３の外径と同外径で、後端側の内径が、その短円筒部１２５に嵌り込む大きさをなす、先端側ハウジング１３１の筒状部１３３が同軸で嵌めこまれ、溶接により固定されている。なお、先端側ハウジング１３１の内径は、後端寄り部位が大径で、先端寄り部位が同軸で小径の横断面円形となるように形成されている。ただし、この先端側ハウジング１３１は、後端寄り部位の筒状部（円筒部）１３３に対し、その先端側は、外周面が先細りテーパのテーパ筒部１３５をなしており、そのテーパ面が、エンジンヘッドのプラグホールへのねじ込みにおいて、そのテーパ座面に圧接するように形成されている。

本例では、図２に示したように、このような先端側ハウジング１３１のなすハウジング１１０の先端１３６を含む先端寄り部位の内周面１３７は、ヒータ２００の外周面２５３と径方向においてなす空間（以下、環状空間ともいう）Ｋが、先端側が相対的に狭い空間Ｋ１となり、後端側が相対的に広い空間Ｋ２となるように、先端側が小径で、後端側が大径とされている。なお、この環状空間Ｋには、センサ支持用内部ハウジング１２１、及び変位伝達用中空軸部材３５０の先端が位置しており、変位部材３００の大径部である大径円筒部３１０が、その広い空間Ｋ２に位置するように設定されている。また、変位部材３００における小径円筒部３２０は、その狭い空間Ｋ１に先端が入り込ませられている形で、ヒータ２００の外周面（金属パイプ２５０の外周面）２５３に外嵌されて周方向に沿ってシール状に溶接されている。ただし、この小径円筒部３２０に対応して、先端側ハウジング１３１の先端側の小径をなす内径（内周面の直径）のうち、後端部分は若干内径が大きくされている。

しかして、燃焼ガスが、先端側ハウジング１３１の先端１３６の開口１３８、すなわち、その先端１３６の内周面１３７とヒータ２００の外周面２５３との間の狭い環状空間Ｋ１を通って、その奥の広い環状空間Ｋ２内に入り込むとしても、その空間Ｋを先後に遮断するように変位部材３００が設けられているため、それより後方の後方空間ＫＢに入り込むことはない。なお、このような変位部材３００は、ヒータ２００の軸Ｇ方向への変位に伴い、主として、後端側の大径円筒部３１０と、先端側が小径の小径円筒部３２０との間をつなぐ円形板部３３０のうち、小径円筒部３２０側が先後動するように変形し、その変位を許容する設定とされている。なお、変位部材３００は、耐熱性がありかつ変形容易な金属薄膜から形成されている。

さて次に、本発明の要部をなす、セラミックヒータ２００について詳細に説明する。このヒータ２００は、上記もしたように、丸棒状のセラミック基体２０３と、それに外嵌めされて固定された金属製のパイプ２５０とからなるもので、ハウジング１１０と同軸状に配置されている。なお、パイプ２５０は、ロウ付けでもよいが、本例では圧入により固定されている。このヒータ２００をなすセラミック基体２０３は、絶縁性のセラミック（例えば、窒化珪素やアルミナ等）によって形成されている。そして、その先端（先端部）２０１の内部には、通電することにより発熱する抵抗発熱体（例えば、窒化珪素を主成分として導電性材料（例えば、タングステンやモリブデン）を含む導電性セラミック）からなる先端発熱部２０５を埋設状に備えている。この先端発熱部２０５は、セラミック基体２０３の先端部２０１側において折り返し状（Ｕ字状）に形成されている。そして、ヒータ２００をなすセラミック基体２０３内には、先端発熱部２０５をなす抵抗発熱体の各端（後端）において後方に延びる通電用の一対のリード線状部２１０、２２０を備えている。このリード線状部２１０、２２０は、基体２０３の後端寄り部位の側面（外周面）において、先後を異にして、それぞれ露出させられ、それぞれが電極端子２１５，２２５となるように設けられている。

そして、このようなヒータ２００に対しては、その先後方向のうち、グロープラグ１０１として組立てられた状態において、ハウジング１１０の先端１３６から先方に突出する部位における後端寄り部位（ハウジング１１０の先端１３６近傍）、又はハウジング１１０の先端１３６と、変位部材３００の後端３１５とで、先後に挟まれる先後領域におけるヒータ２００の外周面２５３を加熱するため、通電によって発熱する抵抗発熱体からなる後方発熱部２６０が設けられている。この後方発熱部２６０は、ヒータ２００のうち、ハウジング１１０の先端１３６と変位部材３００の後端３１５とで先後に挟まれる先後領域内のうち、ハウジング１１０の先端１３６と、その後方の変位部材３００の先端３２３との間に設けられており、先端発熱部２０５と電気的に並列接続で設けられている（図２参照）。すなわち、後方発熱部２６０は、このような先後領域内において、先端発熱部２０５から後方に延びるように設けられた一対のリード線状部２１０、２２０の先後方向における途中部位相互間を接続する形で設けられている。

本例ではリード線状部２１０、２２０、及び後方発熱部２６０とも、導電性セラミックで形成されている。ただし、リード線状部２１０、２２０は無用な発熱が行われないようにタングステンの混合比が高められており、後方発熱部２６０をなす抵抗発熱体は、煤の燃焼が得られる発熱となるように、その混合比が下げられている。すなわち、先端発熱部２０５は燃料の着火の促進上から、例えば１３００℃程度の発熱が要求されるのに対し、後方発熱部２６０は、その発熱により煤の燃焼が得られればよいので、本例では、燃焼させたい煤の付着等の対象箇所である、上記した先後領域におけるヒータ２００の外周面（本例では、パイプ２５０の外周面）２５３が、例えば、４００〜５００℃程度となるように形成されている。そして、本例では、後方発熱部２６０を先端発熱部２０５と電気的に並列接続で設けたため、後方発熱部２６０をなす抵抗発熱体は、先端発熱部２０５をなす抵抗発熱体よりも大きい抵抗値とされている。

なお、このようなヒータ２００の後端寄り部位の側面に設けられた、一対のリード線状部２１０、２２０の各電極端子２１５，２２５のうち、先方寄りの電極端子（接地用端子）２１５は、ヒータ２００に外嵌された金属製のパイプ２５０の後端寄り部位の内周面に圧接されて、これを介してハウジング１１０に電気的に接続されている。また、相対的にヒータ２００の後方に位置する電極端子（正電位側端子）２２５は、ヒータ２００の後端に圧入等により外嵌、固定され金属製のリング３６０の内周面に圧接されて電気的に接続され、導通材（軸部材）３７０を介して、グロープラグ１０１の後方に設けられた図示しない外部端子に電気的に接続されている。ただし、本例において導通材３７０は、ハウジング１１０内において、電気的絶縁を保持するようにして後方に延びるように配置された通電用の軸部材とされ、その先端の大径部３７３がリング３６０に圧入等により固定され、小径の軸部を、上記した変位伝達用中空軸部材３５０の後端の縮径筒部３５３内、及び歪部材４０５内を絶縁を保持して貫通され、配置されている。

しかして、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）の圧力、すなわち、燃焼圧によって、ヒータ２００は変位部材３００とともに軸Ｇ方向（後方）に変位する。このため、このヒータ２００に固定された変位伝達用中空軸部材３５０の後端の縮径筒部３５３において、センサ支持用内部ハウジング１２１の後端に固定された歪部材４０５における円環板状ダイヤフラムの内側を後方に押圧して変形させる。そして、その変形をセンサ素子４１０において電気信号として出力し、上記したように燃焼圧が検出される。

さて、このようなグロープラグ１０１の使用過程において、燃焼ガスに含まれる煤は、ハウジング１１０（先端側ハウジング１１０）の先端１３６の開口１３８から、その先端寄り部位の内周面１３７と、セラミックヒータ２００（パイプ２５０）の外周面２５３との間の環状の空間Ｋに入り込み、これらの内周面１３７や外周面２５３、そして変位部材３００に、図２中（右側）に黒点で示したように、付着、堆積することになる。しかし、本例では、ヒータ２００の先後方向のうち、先端側ハウジング１１０の先端１３６と変位部材３００との間に挟まれる先後領域において、上記したように後方発熱部２６０が設けられている。このため、本例のグロープラグ１０１によれば、燃料の着火の促進のための先端発熱部２０５の発熱と同時に、後方発熱部２６０の発熱が得られる。これにより、その後方発熱部２６０に対応するヒータ２００の外周面２５３の加熱が得られる。すなわち、本例では、この加熱によってヒータ２００の外周面や変位部材３００等に付着しようとする煤、又は付着している煤を燃焼して除去する作用、効果が得られる。このように、本例では、後方発熱部２６０が設けている分、これが設けられていない従来のグロープラグ１０１に比べると、前記先後領域内における煤の付着、堆積を低減できるから、その付着等の進行による変位部材３００の変形容易性や、ヒータ２００の変位の容易性を阻害することを防止する作用、効果が得られるので、燃焼圧の検知精度の低下防止に奏功する。

なお、後方発熱部２６０を設けるヒータ２００における先後位置は、空間Ｋ内に入り込む煤を、効率的に燃焼、除去できる位置、大きさとして設定すればよい。上記空間Ｋの形状や該空間Ｋの先後等の寸法は、グロープラグの設計（種類）に応じて異なるし、煤が付着、堆積等しがちとなる部位も異なるため、そのような煤の燃焼、除去が効率的に行われるように、後方発熱部２６０を設ける先後位置等を設定すればよい。例えば、主として、変位部材３００への煤の付着等を解消したいときは、図２中、破線で示した後方発熱部２６２のように、これを変位部材３００のヒータ２００への接合部に近い位置に設けるのがよい。また、煤が粒径が比較的大きいために上記空間Ｋ内に入り込み難い場合には、上記もしたように、ヒータ２００のうちのハウジング１１０（先端側ハウジング１１０）の先端１３６より先方に突出する部位の後端部位（根元）の外周面２５３に煤が付着し、ハウジング１１０の先端１３６におけるヒータ２００の外周面２５３との開口１３８を閉塞しがちとなる。したがって、このような場合には、図２中、その開口１３８の近傍に破線で示した後方発熱部２６３のように、その後端部位（根元）に対応する部位に設けるのがよい。

さらに、煤が付着等する先後領域が大きい（長い）場合には、このように、複数の後方発熱部２６０，２６２，２６３を設けてもよいし、或いは、発熱温度を高めることとしてもよい。一方で、煤が付着、堆積等する先後領域が小さい（短い）ものでは、ハウジング１１０の先端１３６、又はその先端１３６より先方に突出するヒータ２００の部位の後端部位と、それより後方の前記変位部材３００の後端３１５とで挟まれる先後領域のうち、煤が付着し易い、少なくとも一部の領域に設ければよい。すなわち、煤が付着等する先後領域は、その大きさや、変位部材の断面形状等によっても異なるから、後方発熱部は、それらの設計に応じて、空間内に付着等する煤を効率的に燃焼、除去できるように設ければよい。

なお、変位部材３００の後端３１５（又はそれに近い位置）に対応する部位に後方発熱部２６０を設けるのがよい場合は、図４又は図５に示したような場合である。以下の各例では、実質的には、変位部材の断面形状の相違、及びそれに基づくその配置、接合構造のみが上記例と異なるだけであるから、その相違点のみ説明し、同一部位、同一箇所には、前記例におけるのと同一の符号を付すに止める。すなわち、図４は、変位部材３００が、上記例とは逆に、先端側が大径で後端側が小径の異径筒状のものであり、このような異径筒状のものでは、その後端側の小径円筒部３２０においてヒータ２００の外周面２５３に接合されることになり、したがって、その接合部は変位部材３００の後端寄り部位となる。そして、大径円筒部３１０が先端側になり、ハウジング（先端側ハウジング）１１１側に接合される。このものにおいて、図中、黒点で示したように煤が空間Ｋの奥に入り込み、変位部材３００における大径円筒部３１０と小径円筒部３２０との間をつなぐ円形板部３３０に付着するような場合には、後方発熱部２６０の加熱によるその円形板部３３０への熱伝導性が重要となる。したがって、このような場合には、変位部材３００の後端３１５（又はそれに近い位置）に対応する部位、又はその溶接部位に近い位置に後方発熱部２６０を設けるのがよい。なお、図４において、変位部材における３３０大径円筒部３１０は、先端側ハウジング１３１における短円筒部１２５の先端の小円筒部１２６に外嵌、溶接で固定されたパイプ（円管）１４０における先端側の内周面に溶接され、このパイプ１４０を介してハウジング（先端側ハウジング１３１）に固定されている。

また、図５は図４の変形例とでも言うべきものであり、変位部材３００が、先方に向けて凸となすＵ又はＪ断面形状をなし、その断面における各脚部３４０，３５０において、ヒータ２００とハウジング（先端側ハウジング）１１１側に接合されており、ヒータ２００側における脚部３４０が長く、その長い脚部３４０の後端寄り部位においてヒータ２００に溶接で接合されている。このような場合において、変位部材３００に付着等する煤（先端向き凸面に付着堆積する煤）を効率的に燃焼させたい場合には、後方発熱部２６０からの変位部材３００への熱伝導上からして、変位部材３００における後端側（特に、溶接箇所）が効率的に加熱されるのがよく、したがって、後方発熱部２６０はその溶接箇所に近い先後位置となるようにするのがよい。なお、このものでも、ハウジング（先端側ハウジング）１１１側への接合は、前例と同様にパイプ１４０を介して行われている。

前記したことから明らかなように、図２の上記例における変位部材３００に付着等する煤を効率的に燃焼させたい場合には、変位部材３００の先端寄り部位のうち、ヒータへの溶接箇所に近い位置に後方発熱部２６０を設けるのがよい。また、図６に示したように、変位部材３００が、図５におけるのとは逆に、後方に向けて凸となすＵ又はＪ断面形状をなし、その断面における各脚部３４０，３５０において、ヒータ２００とハウジング（先端側ハウジング）１１１側に接合されており、ヒータ２００側における脚部３４０が長く、その長い脚部３４０の先端寄り部位においてヒータ２００に溶接で接合されている場合において、変位部材３００に付着等する煤を効率的に燃焼させたい場合には、変位部材３００の先端側（特にもその溶接箇所に近い位置）に対応する部位に後方発熱部２６０を設けるのがよい。なお、この種グロープラグ１０１において、前記セラミックヒータ２００のうち、前記ハウジング１１０の先端１３６より先方に突出する部位の後端部位又はハウジング１１０の先端１３６と、それより後方の前記変位部材３００の後端３１５と先後間の寸法（先後領域寸法）は、変位部材３００の先後長等にもよるが、通常は、５〜１０ｍｍと小さいので、後方発熱部は、この先後領域内のいずれに設けるとしても、上記空間Ｋ内に付着等する煤の燃焼作用は得られる。

上記例では、後方発熱部２６０は、先端発熱部２０５と電気的に並列接続で設けたが、このように並列接続で設ける場合には、図７、図８に示した別例のように設けてもよい。すなわち、本例では、後方発熱部２６０は、棒状のヒータ２００をなす絶縁性セラミック基体２０３内において先端発熱部２０５から後方に延びるように設けられた通電用の一対のリード線状部２１０、２２０とは別に、後方に延びるように設けられた一対のリード線状部２７０，２８０の先端相互間を接続する形で設けたものである。このものでは後方発熱部２６０から後方に延びる一方のリード線状部２７０，２８０のうちの、接地側の電極端子２７５は、先後方向において、先端発熱部２０５に連なる接地側の電極端子２１５と同位置で外周面に露出されており、金属製のパイプ２５０の内周面に圧接されて電気的に接続されている。そして、他方のリード線状部２８０における正電位側の電極端子２８５は、先後方向において、先端発熱部２０５に連なる正電位側の電極端子２２５と同位置で外周面に露出されており、金属製のリング３６０の内周面に圧接されて電気的に接続されている。本例では、ヒータ２００の横断面（円形）の中心を挟んで１つの直径上に、先端発熱部２０５から後方に延びる一対のリード線状部２１０、２２０を対象配置で設け、この直径と直角な直線（直径）上に、後方発熱部２６０から後方に延びる一対のリード線状部２７０、２８０を対象配置で設けている。ただし、このような各一対のリード線状部は、ヒータ２００をなすセラミック基体２０３の横断面において、適宜の配置で設けることができる。

上記例では、後方発熱部を先端発熱部と電気的に並列接続で設けたが、図９に示したように、電気的に直列接続で設けてもよい。同図において、後方発熱部は、棒状のヒータ２００をなす絶縁性セラミック基体２０３内において先端発熱部２０５から後方に延びるように設けられた通電用の一対のリード線状部２１０、２２０の先後方向における、それぞれの途中部位においてその先後を接続する形で設けられている。ヒータ２００の直径（太さ）が小さいため、後方発熱部２６０を、先端発熱部２０５と電気的に並列接続で設け難い場合に好適である。このものにおいて、先端発熱部２０５と後方発熱部２６０との発熱温度の設定を、前者が高くなり後者が低くなるような上記のようにするには、後方発熱部２６０を、先端発熱部２０５をなす抵抗発熱体よりも小さい抵抗値をもつ抵抗発熱体から形成すればよい。この場合、リード線状部２１０、２２０を含めて導電性セラミックで各発熱部を形成する場合において、これを、例えばタングステンを導電材とする場合には、タングステンの混合比を、先端発熱部２０５の形成用においては最小とし、先端発熱部２０５と後方発熱部２６０とをつなぐ部位のリード線状部２１０、２２０と、後方発熱部２６０から後方に延びるリード線状部２１０、２２０の形成用においてはできるだけ低抵抗（低電圧）となるように最大とし、後方発熱部２６０の形成用には、煤の燃焼に効率的な加熱が得られるように、その中間の値として設定すればよい。すなわち、電力消費の低減や、ヒータ２００の後端側の無用な昇温による電極端子２１５，２２５の酸化防止のため等を考慮して、各部位の抵抗の大きさを設定すればよい。

本発明における要部であるところの後方発熱部は、その発熱により上記したように付着等する煤を燃焼、除去できればよく、したがって、この後方発熱部は、適宜の形状、構成のものとして具体化できる。また、上記例のグロープラグ１０１は、セラミックヒータ２００、及び変位伝達用中空軸部材３５０、そして、ハウジング１１０がハウジング本体や、先端側ハウジング１１０等からなる構成のものとして具体化したが、本発明における燃焼圧検知センサ付きのグロープラグは、これらの構成のものに限られることなく、適宜の構成のものとして具体化できる。

さらに、上記例では、ハウジング１１０の先端１３６の開口１３８に連通する環状の空間Ｋは、ハウジング１１０の径方向において、先端１３６側の相対的に狭い空間Ｋ１と、その後方の相対的に広い空間Ｋ２とからなり、この広い空間Ｋ２において変位部材３００におけるハウジング１１０側への接合がなされている。そして、主として、この空間Ｋにおける変位部材３００の先方において付着する煤を除去する場合で説明したが、煤の付着等による問題は、この空間の形状に関係なく、ヒータの先後動を許容するためと、変位部材を設けるための空間を有する燃焼圧検知センサ付きのグロープラグにおいて発生する問題である。したがって、本発明は、この空間の形状に係わらず、このような空間を有する燃焼圧検知センサ付きのグロープラグに広く適用できるのであって、例えば、ハウジングの先端部位における内周面と、セラミックヒータの外周面との間の空間におけるハウジングの径方向の寸法（空間寸法）が先後において一定のものにも広く適用できる。

また、上記例では、燃焼圧検知用のセンサが歪センサである場合で具体化したが、本発明は、燃焼圧検知センサ付きのグロープラグにおいて、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（軸方向の変位）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、これに限定されるものではない。ピエゾ抵抗体を備えた半導体素子のような、半導体歪ゲージを用いたものでも、或いは、燃焼圧にて圧電素子を圧縮することで発生する電圧変化を検知するものなど、各種のセンサ（センサ素子）方式を用いた燃焼圧検知センサ付きのグロープラグに広く適用できる。また、そのセンサは、ハウジングに内蔵されるものに限られず、ハウジングの外部に設ける構造のものにおいても適用できることは言うまでもない。

さらに、上記例では、セラミックヒータはその横断面が円形のものにおいて具体化したが、本発明のヒータは横断面が四角等の多角形のものにおいても具体化できるなど、本願における棒状のヒータにおける「棒状」は、先後に長いもの全体を含む概念である。また、上記例では、セラミックヒータは、金属製のパイプを圧入等により被せてなるものとし、上記空間に位置する部位でのヒータの外周面がそのパイプの外周面である場合で説明したが、変位部材の接合箇所より先方においては、ヒータをなすセラミック基体の外周面が露出するものであっても、もちろんよい。なお、変位部材は、上記空間を先後に遮断でき、かつヒータの変位を許容できるものでありさえすればよい。したがって、上記したような先後において異径のものに限られるものでもないし、その断面形状（ヒータの軸線を通る縦断面形状）には種々のものがあることから、例えば、先後に長いベローズ（蛇腹）状の変位部材としたものもにおいても、本発明は適用ができ、そして、その効果が得られる。

１０１ 燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ
１１０ ハウジング
１１１ ハウジング本体
１２１ センサ支持用内部ハウジング
１３１ 先端側ハウジング
１３６ ハウジング（先端側ハウジング）の先端
１３７ ハウジング（先端側ハウジング）の先端寄り部位の内周面
１３８ ハウジング（先端側ハウジング）の先端の開口
２００ セラミックヒータ
２０１ ヒータの先端
２０３ セラミックヒータをなす絶縁性セラミック基体
２０５ 先端発熱部
２１０，２２０ 通電用の一対のリード線状部
２５３ セラミックヒータ（パイプ）の外周面
２６０、２６２，２６３ 後方発熱部
２７０，２８０ 通電用の一対のリード線状部
３００ 変位部材
３１５ 変位部材の後端
４００ センサ
Ｋ 環状の空間

Claims (10)

1. 先端部に、通電によって発熱する先端発熱部が設けられた棒状のセラミックヒータと、該セラミックヒータを自身の内周側に配置するとともに、該セラミックヒータの先端を自身の先端から先方に突出させて配置する筒状のハウジングと、該セラミック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によってその燃焼圧を検知可能のセンサと、を備え、
   前記ハウジングの先端寄り部位の内周面と前記セラミックヒータの外周面との間に、該ハウジングの先端の開口に連通する環状の空間を有すると共に、その空間には、前記ハウジング側と前記セラミックヒータ側とに、それぞれ周方向に沿って接合され、前記セラミックヒータの軸方向の変位を許容するように変形可能に形成された変位部材が設けられてなる燃焼圧検知センサ付きのグロープラグにおいて、
   前記セラミックヒータには、その先後方向のうち、前記ハウジングの先端から先方に突出する部位における後端寄り部位と、それより後方の前記変位部材の後端とで挟まれる先後領域における少なくとも一部の該セラミックヒータ自身の外周面を加熱するため、通電によって発熱する後方発熱部が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のグロープラグ。
2. 先端部に、通電によって発熱する先端発熱部が設けられた棒状のセラミックヒータと、該セラミックヒータを自身の内周側に配置するとともに、該セラミックヒータの先端を自身の先端から先方に突出させて配置する筒状のハウジングと、該セラミック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によってその燃焼圧を検知可能のセンサと、を備え、
   前記ハウジングの先端寄り部位の内周面と前記セラミックヒータの外周面との間に、該ハウジングの先端の開口に連通する環状の空間を有すると共に、その空間には、前記ハウジング側と前記セラミックヒータ側とに、それぞれ周方向に沿って接合され、前記セラミックヒータの軸方向の変位を許容するように変形可能に形成された変位部材が設けられてなる燃焼圧検知センサ付きのグロープラグにおいて、
   前記セラミックヒータの先後方向のうち、前記ハウジングの先端から先方に突出する部位における後端寄り部位と、それより後方の前記変位部材の後端とで挟まれる先後領域内に対し、通電によって発熱する抵抗発熱体からなる後方発熱部が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のグロープラグ。
3. 前記先後領域は 前記セラミックヒータの先後方向のうち、前記ハウジングの先端と、それより後方の前記変位部材の後端とで挟まれる先後領域であることを特徴とする、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のグロープラグ。
4. 前記後方発熱部は、前記先端発熱部と電気的に並列接続となるように設けられていることを特徴とする、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のグロープラグ。
5. 前記後方発熱部は、前記棒状のセラミックヒータをなす絶縁性セラミック基体内において該先端発熱部から後方に延びるように設けられた通電用の一対のリード線状部の先後方向における途中部位相互間を接続する形で設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ。
6. 前記後方発熱部は、前記棒状のセラミックヒータをなす絶縁性セラミック基体内において前記先端発熱部から後方に延びるように設けられた通電用の一対のリード線状部とは別途に後方に延びるように設けられた一対のリード線状部の先端又は先端寄り部位の相互間を接続する形で設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ。
7. 前記後方発熱部は、前記先端発熱部をなす抵抗発熱体よりも大きい抵抗値をもつ抵抗発熱体からなることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ。
8. 前記後方発熱部は、前記先端発熱部と電気的に直列接続となるように、前記棒状のセラミックヒータをなす絶縁性セラミック基体内において該先端発熱部から後方に延びるように設けられた通電用の一対のリード線状部の先後方向における途中部位において、その先後を接続する形で設けられていることを特徴とする、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のグロープラグ。
9. 前記後方発熱部は、前記先端発熱部をなす抵抗発熱体よりも小さい抵抗値をもつ抵抗発熱体からなることを特徴とする、請求項８に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ。
10. 前記ハウジングの先端の開口に連通する環状の空間は、該ハウジングの径方向において、該先端側の相対的に狭い空間と、その後方の相対的に広い空間とからなり、この広い空間において前記変位部材における前記ハウジング側への接合がなされていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃焼圧検知センサ付きのグロープラグ。

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