JPH0127587Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は圧力センサ内蔵点火プラグに関し、特
に従来の点火プラグの外形・性能をほとんど変更
させることなく、しかも鋭敏な圧力センサ内蔵点
火プラグを提供するものである。

［従来の技術］ 駆動中の内燃機関の燃焼圧を知ることはその燃
焼状況、トルク出力等を検知でき、燃料噴射量、
気筒数、変速比等を制御することにより燃費の節
約、ノツキング防止、騒音防止に有用であること
が予想されるのであるが、圧力センサを内燃機関
に適用する従来の方法は、例えば、圧力センサを
シリンダヘツド部分に点火プラグとは別にねじ孔
を開けて取り付ける方法あるいは第１図に示すよ
うに、内燃機関３の燃焼室内に位置した開口部７
ａを有する細長い燃焼圧伝播通路７を圧力センサ
６に至るまで主体金具５内に設けた点火プラグ１
を取り付ける方法により燃焼ガス圧を測定してい
た。

［考案が解決しようとする課題］ ところが、上記の方法を採用すると既に最も効
率的に設計してある内燃機関本体構造が変化した
り、又は点火プラグ本体の外形が著しく変化して
支障を生ずることになつた。例えば、前者の方法
は内燃機関周囲の設計に制約を及ぼしたり、シリ
ンダヘツドのねじ孔と圧力センサとの間隙から燃
焼ガスが漏出したりして出力低下の原因となつ
た。一方、後者の方法はその形状が従来の点火プ
ラグと著しく異なり、前者と同様内燃機関３周囲
の設計に制約を及ぼすことの他に、その点火プラ
グ１自体、取り付け不可能な内燃機関があり、又
取り付けは可能でもその着脱が困難となり、更に
冷却水の流入口８ａ、流出口８ｂ及び圧力センサ
６の電極９，１０への図示省略されたパイプある
いは導線の接続、及びそのための各種装置が必要
なため、内燃機関３周辺が非常に複雑な構造とな
り、製造や修理に時間を要することとなつた。
又、後者のような点火プラグ１を取り付けた内燃
機関３においては伝播通路７部分が燃焼を起こさ
ない、いわゆるクエンチ域となり、アイドリング
時のHCの増大を招き、又、すきま容積の増大か
ら圧縮比が変わつて内燃機関３の出力が低下し、
更に伝播通路７での気柱振動によりＳ／Ｎ比の悪
化を生じた。それ故、圧力センサを内燃機関に取
り付けることが各種機関制御に非常に有望である
にもかかわらず、現実には実験室的使用にとどま
つていたのである。

そこで本考案者等は、このような有用な圧力セ
ンサを従来の内燃機関及びその周辺に悪影響を与
えることなく適用しようと鋭意検討の結果、通
常、精密な測定性能を有するセンサ等の適用がそ
の高電圧ゆえに考慮されたことがなかつた点火プ
ラグの中心電極部分に圧力センサを適用すること
により、点火プラグ自身や他の部分に悪影響を与
えることなく、しかも精密な測定が可能なことを
見い出し本考案の圧力センサ内蔵点火プラグを完
成したのである。

［課題を解決するための手段］ 即ち、本考案の要旨とするところは、 中心電極と接地電極との間で放電させることに
より、内燃機関燃焼室の燃料に点火するプラグに
おいて、 上記中心電極を、 高電圧が供給される基側部分と、 燃焼室側の圧力変動に応じて中心軸に沿つて移
動可能な放電用先側部分と、 に分割して別体となし、 上記基側部分と先側部分との間に、受圧面を含
む外周部が電気伝導体らなる圧力センサを、その
外周部の一部を基側部分に接し、かつその受圧面
を先側部分に接して設け、上記基側部分と上記先
側部分とにより所定の圧締力を上記圧力センサに
与えると共に、上記先側部分の中心電極の形状
を、その両端部における中心軸に直角方向の断面
積に比べて、中間部における同方向の断面積が小
さくなるように構成して軽量構造としたことを特
徴とする圧力センサ内蔵点火プラグにある。

以下図面に基づき本考案の実施例を説明してゆ
く。

［実施例］ 第２図は本考案の第１実施例を示す点火プラグ
１１の縦断面図である。ここで１２は水晶を圧電
素子とした圧力センサであり、絶縁体１６の中心
部にある中心電極挿入孔１６ｂの中に設けられて
いる。１３は中心電極の内、高電圧が供給される
基側の電極を、１４は放電する先側の電極を示
し、圧力センサ１２はこの両電極１３，１４の間
に挾まれた形で存在する。基側の電極１３の基側
先端部１３ａは、絶縁体１６の孔１６ｂに螺入さ
れている端子１７の嵌入穴１７ｂに嵌入固定され
ている。先側の電極１４は、図示するごとく、そ
の両端の係止突部１４ｂと先端部１４ｃとで支持
されて、絶縁体１６の中心電極挿入孔１６ｂ内の
ほぼ中心軸部分に中心軸に沿つて移動可能に配置
されている。この電極１４の基側先端部１４ａが
圧力センサ１２に当接しているため、基側方向へ
抜け出ることはなく、更に係止突部１４ｂが挿入
孔１６ｂの段部１６ｅに係止しているため、先側
方向へも抜け出ることはない。このため先側の電
極１４は、圧力センサ１２の受圧面としてのダイ
ヤフラム３５の変形分のみ移動可能である。絶縁
体１６は更にその大径の中央部１６ｄ及び先端部
１６ｆが接地電極１５ｆを有する主体金具１５に
被われ、金具１５のかしめ部１５ａで絶縁体１６
の肩部１６ｇに、又、他のかしめ部１５ｃで絶縁
体１６の周溝１６ｃにかしめられて、絶縁体１６
は金具１５に固定され、両者の間隙がシールされ
ている。但し、先側の電極１４を被つている絶縁
体１６の先端部１６ｆと主体金具１５の内燃機関
への螺合部１５ｄとは空隙部２１を隔てている。
又、螺合部１５ｄ近傍には内燃機関燃焼室の気密
保持のためのリング状ガスケツト２０が設けられ
ている。

上記圧力センサ１２は第３図の拡大縦断面図に
示すように、水晶板からなる圧電素子３１，３２
が各々起電力の方向を逆にして陽極３３を挟む積
層体で基本的に構成されている。この積層体の周
壁はその全周が絶縁体３４で被われ、圧電素子３
１側の端面３１ａにて陰極３６に接触し、他の圧
電素子３２側の端面３２ａにて電導性ダイヤフラ
ム３５に接触している。そしてこれらは電導性の
円筒形ケース３７に収納され、陰極３６がケース
３７と導電状態に接触し、ダイヤフラム３５はそ
の周縁部３５ａでケース３７の縁部３７ａに溶接
固定されて、ケース３７は共通の陰極となつてい
る。このように圧力センサ１２の外周部は、ケー
ス３７とダイヤフラム３５とから構成されている
ため、電気伝導性を有することになる。

陽極３３からは絶縁体１８ａに被覆された金属
線１８ｂから構成されるリード線１８が導出し、
圧電素子３１、陰極３６、ケース３７、基側の中
心電極１３及び端子１７の各々の中心部に穿設さ
れた導出孔を絶縁状態で貫通し、点火プラグ１１
の外部へ導き出されている。このリード線１８は
例えばデイストリビユータまで配設されて、デイ
ストリビユータ内部あるいはその近傍に付設され
ている増幅器に接続される。又、陰極を構成して
いるケース３７は基側の中心電極１３にその端部
１３ｄに接触することにより、圧力センサ１２の
陰極は端子１７に接続されている高圧ケーブルの
他端が接続されているデイストリビユータまで到
達し、そこで増幅器に陽極リード線１８と共に接
続され、この増幅器とコントロール装置とが接続
されることにより、圧力センサ１２の信号に基づ
いて各種装置がコントロールされることになる。

圧力センサ１２はその感度を高くするためプリ
ロード、つまり予め圧力センサ１２に対しある程
度の圧締力をかけておく。プリロードは基側の中
心電極１３が先側の中心電極１４とともに圧力セ
ンサ１２を圧縮することにより与えられる。この
圧締によるプリロードは、例えば、端子１７の雄
ねじ部１７ｄの螺合圧により発生させることがで
きる。即ち、端子１７の雄ねじ部１７ｄには、基
側の中心電極１３の基側先端部１３ａが挿入され
ている。従つて、雄ねじ部１７ｄを絶縁体１６の
雌ねじ部１６ａへ螺入すると、先側の電極１４の
係止突起１４ｂが絶縁体１６の挿入孔１６ｂの段
部１６ｅに係止することにより移動が阻止された
先側先端部１４ａにて、圧力センサ１２が支持さ
れるので、圧力センサ１２を圧締することができ
るのである。

上記先側の中心電極１４はその中間部１４ｄが
両端部より小径に形成され、中間部１４ｄが小径
でない場合に比べて、全体としてその質量が小さ
く、結果として先側の中心電極１４の圧力変動に
よる追随性・移動性が高くなつている。

上記のように構成された圧力センサ内蔵点火プ
ラグ１１は、従来の点火プラグが適用されていた
内燃機関にそのまま同様に適用することができ、
シリンダヘツドの点火プラグ取付孔へそのまま取
り付けられる。

シリンダヘツドへ適用された上記第１実施例の
点火プラグ１１は、端子１７より供給される高電
圧電流が基側の中心電極１３、圧力センサ１２の
ケース３７、ダイヤフラム３５及び先側の中心電
極１４に至り、先側の中心電極１４の白金あるい
は導電セラミツクで形成されている先端部１４ｃ
と相対している接地電極１５ｆとの間で放電を生
ずることにより、通常の点火プラグと全く同様の
作用をなす。

放電により内燃機関に爆発が生ずると、第１実
施例の点火プラグ１１の内、直接機関の燃焼室内
に露出している先側の中心電極１４の先端部１４
ｃが燃焼圧の衝撃を受ける。この時、その燃焼圧
は先側の中心電極１４を介して圧力センサ１２に
伝達されるが、電極１４の中間部１４ｄが両端部
より小径、つまり電極１４の中心軸と直角方向の
断面積が小さく形成されていることにより電極１
４の受圧面積が同一にもかかわらず軽量化され、
高い追随性・移動性を有する。従つて通常の径で
形成された電極よりも、より高い周波数成分の燃
焼圧例えばノツキング等の圧力変動にも追随でき
るので、より精度よく圧力センサ１２にその圧力
変動が伝達され、燃焼情報として検出することが
できる。

軽量により追随性・移動性が高まるのは、力
（圧力）が同一の場合、質量が小さくなるほど、
加速度が上昇することを示すニユートンの運動方
程式より導かれる。

このように燃焼圧が軽量の先側の中心電極１４
にそのまま伝達され、その基側端部１４ａが圧力
センサ１２のダイヤフラム３５を燃焼圧に応じた
圧力にて押圧することにより圧電素子３２が電荷
を発生し、次いで陽極２３を介して、もう１つの
圧電素子３１を押圧して電荷を発生させる。この
ようにして発生した圧力信号は、前述ようにプラ
ス側についてはリード線１８を伝導して、例えば
デイストリビユータ近傍にある増幅器に至り、マ
イナス側については圧力センサ１２のケース３７
から基側の中心電極１３、端子１７、高圧ケーブ
ル及びデイストリビユータに到達して、その近傍
の増幅器に接続され、各種コントロール用データ
として利用される。ここで圧力センサ１２及びそ
のリード線１８は全て高電圧に曝されている形と
なつているが、全てが高電圧に関しては同電位で
あるので、例えば基側の中心電極１３からリード
線１８の金属線１８ｂにスパークのための高電圧
電流が漏れたとしても、圧力センサ１２の圧力信
号自体がシヨートしない限り、圧力信号には何ら
悪影響をおよぼすことはない。

第１実施例は以上述べた如く、従来のプラグと
同様に内燃機関に適用でき、その外形がほとんど
変更を要しないので取り付け作業、あるいは内燃
機関自体や周辺装置に支障をきたさない。又、圧
力センサ１２に直接燃焼ガスが触れないため、圧
電素子の耐久性向上及び水冷却等の強制冷却装置
が不要となる。更に、圧力センサ１２と内燃機関
燃焼室との間に存在して、圧力センサに圧力を伝
達している先側の中心電極１４の中間部１４ｄが
両端部より小径、つまり電極１４の中心軸と直角
方向の断面積が小さく形成されて、電極１４の受
圧面積が同一にもかかわらず質量がより小さくな
つているため、追随性・移動性が高く、ノツキン
グ等の高い周波数の検出も精度よくできる。更
に、圧力センサ１２に常にプリロードがかけられ
ているので、極めて感度の高い測定を行うことが
できる。また、圧力信号取り出しに高圧ケーブル
等の点火系の配線を利用しているためワイヤハー
ネスの簡素化を図ることができ、又、元来点火系
の配線は絶縁抵抗が高く構成されているので、そ
こに組み込まれた圧力センサのリード線等の信号
線は絶縁抵抗を高く保持することができる。

次に第４図は本考案の第２実施例の要部縦断面
図を示す。第２実施例の点火プラグ４１は先側の
中心電極４４を除いては第１実施例と同一構造を
なす。本実施例においては先側の中心電極４４中
間部に中空部４４ｄが設けられている。この中空
部４４ｄは真空状態あるいは空気その他のガスが
充填されている。このことにより先側の中心電極
４４の中間部が中空部４４ｄを有することによ
り、中心軸と直角方向の断面積が小さくなり、電
極４４の受圧面積が同一にもかかわらず質量軽減
がなされ、追随性・移動性が高くなり、高周波数
の圧力変動・振動も精度よく検出することでき
る。この他第１実施例と同じ効果に加えて、先側
の中心電極４４がパイプ構造をなしていることに
より、小質量の割に機械的強度はほとんど変化せ
ずに保持され、圧力情報をより正確に伝達するこ
とが可能となる。又、先側の中心電極４４が絶縁
体４６と接触している面積が大きいことにより、
より気密性が保持され、燃焼ガスによる圧力セン
サ４２への悪影響も少なくなり、センサ４２の寿
命を延ばす。

次に第５図は本考案の第３実施例の要部縦断面
図を示す。第３実施例の点火プラグ５１は先側の
中心電極５４を除いては第１実施例と同一構造を
なす。本実施例においては、先側の中心電極５４
がその中間部に複数個のくびれ部分５４ｄを有し
ている。他の部分は絶縁体５６に接触している。
このことにより、中心軸と直角方向の断面積が部
分的に小さくなり、電極５４の受圧面積が同一に
もかかわらず質量軽減がなされ、追随性・移動性
が高くなり、高周波数の圧力変動・振動も精度よ
く検出することができる。この他第１実施例と同
じ効果に加えて、電極５４が部分的に絶縁体と接
触していることにより、小質量の割に機械的強度
はほとんど変化せずに保持され、圧力情報をより
正確に伝達することが可能となり、又、気密性も
保持され圧力センサ５２への悪影響も少なくなり
センサ５２の寿命を延ばす。又、電極５４と絶縁
体５６との接触部分が第２実施例より小面積であ
ることにより、その間の摩擦が小さく、圧力変化
に、一層追随し易い。

［考案の効果］ 以上詳述した如く、本考案の圧力センサ内蔵点
火プラグによれば、高電圧用の中心電極の一部を
兼ねてその中間部に外周部が電気伝導体からなる
圧力センサが設けられていることにより、通常の
点火プラグと同様な作用をなすとともに、圧力セ
ンサが直接燃焼ガスに曝されることがない。その
ため圧力センサ自体の耐久性が向上し、水冷却等
の強制冷却装置が不要となり、いたずらに装置が
複雑化しない。更に、先側中心電極の中間部の断
面積がその両端部より小さくなつていることによ
り受圧面積が同一にもかかわらず軽量となつてい
るので高周波数の圧力変動・振動にも追随性・移
動性が高くなり広い周波数域の圧力が精度よく検
出できる。又、従来の点火プラグに比較してその
外形がほとんど同一となるので、内燃機関の構造
を変更することなく適用が可能となる。更に圧力
センサに圧締力がかけられているため感度の高い
測定ができる。また、高電圧中心電極を圧力セン
サのリード線の片方に利用できるので、一方のリ
ード線が省略でき、ワイヤハーネスの簡素化に寄
与し、元来絶縁抵抗を高く構成してある中心電極
中に圧力センサ及びそのリード線を組み込むた
め、それらの絶縁抵抗を高く保持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧力センサと点火プラグを組み合わせ
た従来例の内燃機関への適用をしめす縦断面図、
第２図は本考案の第１実施例の縦断面図、第３図
はその圧力センサ部分の拡大縦断面図、第４図は
本考案の第２実施例の要部縦断面図、第５図は第
３実施例の要部縦断面図を表わす。 １２，４２，５２……圧力センサ、１３……基
側の中心電極、１４，４４，５４……先側の中心
電極、１４ｄ……先側の中心電極の中間部、３５
……ダイヤフラム（電気伝導体）、３７……ケー
ス（電気伝導体）、４４ｄ……中空部、５４ｄ…
…くびれ部分。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 中心電極と接地電極との間で放電させることに
   より、内燃機関燃焼室の燃料に点火するプラグに
   おいて、 上記中心電極を、 高電圧が供給される基側部分と、 燃焼室側の圧力変動に応じて中心軸に沿つて移
   動可能な放電用先側部分と、 に分割して別体となし、 上記基側部分と先側部分との間に、受圧面を含
   む外周部が電気伝導体からなる圧力センサを、そ
   の外周部の一部を基側部分に接し、かつその受圧
   面を先側部分に接して設け、上記基側部分と上記
   先側部分とにより所定の圧締力を上記圧力センサ
   に与えると共に、上記先側部分の中心電極の形状
   を、その両端部における中心軸に直角方向の断面
   積に比べて、中間部における同方向の断面積が小
   さくなるように構成して軽量構造としたことを特
   徴とする圧力センサ内蔵点火プラグ。