JPH03110781A - 光センサ内蔵型スパークプラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の燃焼室の温度あるいは燃焼光信号
波形を計測するスパークプラグに関する。

［従来の技術］ 筒状主体金具に絶縁体を嵌め込み、該絶縁体の軸孔に中
心導体を差込み、該中心導体内に石英ガラスロッドある
いは光ファイバーなどを挿設し、燃焼光信号、温度など
を測定する光センサを組込んだスパークプラグが、英国
特許第２６３８８３号、特開昭５６−１０６１２３号公
報などで知られている。

［発明が解決しようとする課Ｍ］ しかるに、このような光センサ内蔵型スパークプラグは
、中心導体に挿設する石英ガラスロッド、光ファイバー
などにより中心導体の熱引きが悪化し、耐ブレイグニシ
ョン性（耐熱性）が極端に低下する不具合が起きる。こ
の不具合を脚長部を短くして回避しようとすると耐汚損
性が低下してしまう。

本発明の目的は、耐ブレイグニション性に優れる光セン
サ内蔵型スパークプラグの提供にある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は、先端に外側電極を
形成した筒状主体金具と、該筒状主体金具に嵌め込まれ
て固定される軸孔付きの絶縁体と、先端を１Ｍ口または
閉塞して形成し、前記軸孔内に差込まれる中心導体と、
該中心導体内に装入され、赤外線を伝導する光導波体と
を備える光センサ内蔵型スパークプラグにおいて、前記
絶縁体は、少なくとも脚長部を窒化アルミニウムを主体
とするセラミック焼結体で形成した構成を採用した。

［作用および発明の効果］ 本発明の光センサ内蔵型スパーク１ラグはつぎの効果を
奏する。

中心導体内に赤外線を伝導する光導波体を装入している
ので、光導波体を装入しない場合に比べ中心導体の熱引
きは悪くなる。ここで、少なくとも脚長部を熱伝導に優
れる窒化アルミニウムを主体とするセラミック焼結体で
形成している。このため、中心導体の発火部の熱は速や
かに主体金具に伝導され熱引きがスムースに行われる。

よって、光センサ内蔵型スパークプラグは耐ブレイグニ
ション性に優れる。

［実施例］ 本発明にかかる光センサ内蔵型プラグの第１実施例を第
１図〜第４図に基づき説明する。

光センサ内蔵型プラグＡは、先端に外側電極１１を溶接
した筒状主体金具１と、テーパ２１付きの軸孔２２を有
し、前記筒状主体金具１に嵌め込まれて固定される絶縁
体２と、前記テーパ２１に鍔を係止して差込まれる鍔付
筒状中心電極３１、前記軸孔２２の後端から差込まれた
管状端子電極３３、該端子電極３３と前記鍔付中心電極
３１とを軸孔２２内で封着する導電性ガラス３４からな
る中心導体３と、前記中心導体３に挿設される光ファイ
バー４とを備える。

筒状主体金具１（炭素［Ｊ）は、外周に取付けねじ１２
、内周にパツキン面１３を形成した先端部と、内方にか
しめられ、線パツキン１４および絶縁粉末１５が配され
る後端部と、ガスケット１６が配設され六角部１７が形
成される中央部とからなる。外側電極１１（耐熱金属製
）は、前記絶縁体２の先端を覆うように張り出している
。

絶縁体２（窒化アルミニウムの焼成体；１２０Ｗ／ｍ−
ｋ）は、径小の脚長部２３（長さ２０ｍｍ）、後端のコ
ルゲーション部２４、中央の胴部２５からなる０脚長部
２３は前記パツキン面１３にパツキン１８を介して固定
される。テーパ２１は円錐面である。コルゲーション部
２４にはプラグキャップ１００が外嵌される。

鍔付筒状中心電極３１はニッケル合金で形成され、鍔状
部と、前記絶縁体２の先端面から僅かに突出して配設さ
れる棒状部とからなる。

端子電極３３は鋼で形成され管状を呈する。この端子電
極３３の先端部は前記筒状主体金具１の略中央部に位置
し、その先端部外周は螺刻されている。端子電極３３に
は端子３５から高電圧が印加される。

導電性ガラス３４（ポウケイ酸ガラス粉末、銅粉末を主
成分とする）は前記端子型ｆｉ３・３の先端部と前記鍔
付筒状中心電極３１の鍔状部とを軸孔２２内でガス密的
に加熱封着し、かつ両者の電気的接続を図っている。さ
らに光ファイバー４を軸孔２２内に保持している。

光ファイバー４（サファイヤガラスで外径１ｍｍ）は、
高屈折率のコアを低屈折率のクラッドが取巻いている。

この光ファイバー４の先端面は燃焼室側に露出し、前記
鍔付中心電極の先端面から１ｍｍ引っ込んで配設されて
いる。なお、プラグキャップ１００からコネクタ３００
までの間は、シリコン層、テフロン層、アラミド繊維、
テフロン層の４層で被覆される。

つぎに、光センサ内蔵型プラグＡの製造工程（要部）を
説明する。

（１）焼成絶縁体２の軸孔の後端側から鍔付筒状中心電
極３１を挿入する。

（２）光ファイバー４を鍔付筒状中心電極３１内に差込
む。

（３）軸孔２２の後端側から導電性ガラス粉末を入れて
押圧し、さらに端子電極３３を差し込む。

（４）端子電極３を加圧（４０ｋｇ前後）しながら加熱
（９５０℃前後）し、導電性ガラス粉末を溶融させ、端
子電極３の先端部、鍔付筒状中心電極３１および光ファ
イバー４を絶縁体２の軸孔２２内で一体に封属する。

つぎに、光センサ内蔵型プラグＡの温度測定試験につい
て述べる。

第３図に示すように、光センサ内蔵型プラグＡは、ガソ
リン機関のシリンダヘッド２０１に主体金具１の取付り
ねじ１２を介して螺着される。

この機関において、２０２はシリンダ、２０３はピスト
ン、２０４は排気ボート、２０５は吸気ボー１〜．２０
６は排気弁、２０７は吸気弁である。

また、光ファイバー４のコネクタ３００は硫化鉛ＰｂＳ
、ＣｄＳｅ、ＧａＡｓＰ、ＧａＰ、Ｓｉからなる検知器
としての検出器３０１、放射率補償回路３０２、アナロ
グ−デジタルコンバータ３０３、リニアライザー３０４
を順に介してデジタル用の表示装置３０５に接続されて
いる。また、フェアライザー３０４からはデジタル−ア
ナログコンバータ３０６を介してペンレコーダ３０７に
接続されている。

機関の稼働状態において、燃料が燃焼室２０８内で燃焼
し、プラグ先端部が昇温して燃焼室２０８に近い温度に
なる。プラグ先端部が昇温するに伴い中心導体３の鍔付
中心電極３１から比較的波長の長い（λ−６５０ｎ　ｍ
以上）熱輻射、すなわち赤外線が発生し、この赤外線を
光ファイバー４が受け、該光ファイバー４を通して検出
器３０１に伝わる。この検出器３０１は赤外線を電気信
号に変換し、この電気信号は放射率補償回路３０２によ
り補償される。こうして補償された電気信号はアナログ
−デジタルコンバータ２０３およびリニアライザー３０
４を介して表示装置３０５により燃焼室２０８内の温度
あるいは燃焼圧力に対応した燃焼光信号がデジタル表示
される。また、同時にデジタル−アナログコンバータ３
０６を介してペンレコーダ３０７により燃ｉｆｆ、室２
０８内の温度あるいは圧力が連続的に記録される。

つぎに耐熱性の比較試験について述べる。

１６００ｃｃ、４気筒ＤＯＨＣガソリンエンジンにスパ
ークプラグを装着（各５セツト試験した）、５５００　
ｒ　ｐ　ｍ　Ｘ　４　／　４の条件で点火進角を可変し
て試験し、ブレイグニションの発生具合を第４図に示す
。

比較晶■は、本発明にかかる光センサ内蔵型プラグＡの
絶縁体（ｉＮ）を２０Ｗ／ｍ−にのアルミナの焼成体に
変え、脚長部を１４ｍｍにしたものである。

比較晶■は、光ファイバー４が挿設されてなく、脚長部
が１４ｍｍで２０Ｗ／ｍ−にのアルミナの焼成体を有す
るもの（ＢＰＲ６ＥＹ）である。

第４図から分かるように、本発明にかかる光センサ内蔵
型プラグＡは、光ファイバー４が挿設されているのにも
かかわらず、脚長部を６ｍｍ長くしたく耐汚損性は向上
する）状態で、比較晶■と同等（熱価６）の耐熱性を得
ることができた。

本実施例の光センサ内蔵型プラグＡはつぎの作用および
効果を奏する。

（１）光ファイバー４にサファイアガラスを用いている
ので光ファイバー４は耐熱性に優れる。このため、光フ
ァイバー４の先端面を燃焼室側に露出して温度あるいは
燃焼光信号計測の感度および応答速度を上げることがで
きる。なお、先端面が露出していても、中心型ｆｉ３１
の発火部の温度を高くすることができるので先端面はカ
ーボンなどで汚損され難い。

（２）絶縁体２に熱伝導率の良い窒化アルミニウムのセ
ラミック焼結体を使っているので、中心電極３１の発火
部の熱は速やかに絶縁体２を介して主体金具１に伝導さ
れ熱引きがスムースに行える。

このため、光センサ内蔵型プラグＡは、絶縁体がアルミ
ナで脚長部が同じ長さで、光ファイバー４が挿設されて
いないスパークプラグよりも良好な耐熱性が得られる。

（３）導電性ガラス３４で端子電極３３の先端部と中心
電極３１の鍔状部とを加熱封着して中心導体３としてい
る。このため、中心導体３と絶縁体２との接合強度は強
固である。また、光ファイバー４も導電性ガラス３４に
強固に固着される。

第５図は、本発明にかかる光センサ内蔵型プラグの第２
実施例であり、この光センナ内蔵型プラグＢは、ＡＪ）
Ｎ焼結体からなる脚長部絶縁体２６とアルミナからなる
コルゲーション部絶縁体２７とを主体金具１の中央部で
接合している。また、中心電極３１は先端３５を閉塞さ
れてその内部に光ファイバー４が封入されている。

光センサ内蔵型プラグＢは良熱伝導が要求される脚長部
側のみを窒化アルミニウムのセラミックとしているので
材料コストが低減できる。また、先端が閉塞した中心電
極３１を用いているので、光導波体にコストの安い石英
ガラス製のものを使用することができる。特に光ファイ
バーの先端を封塞することによって、火花放電時の光を
検出しなく、かつカーボン汚損の影響を排除することが
できる。

本発明は上記実施例以外につぎの実施態様を有する。゛ ａ、第１実施例において、光ファイバー４の先端面と中
心電極３１の先端面との距離１はＯｍｍ〜１．５ｍｍが
好適である。１゜５ｍｍを越えると感度が悪化し、突出
させると端面の劣化が起き易くなる。

ｂ、導電性ガラスは抵抗体であっても良い。

Ｃ１光フアイバー４のコネクタ３００内部に光電素子（
ホトダイオード）を配する構成であっても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す光センサ内蔵型プラ
グの要部部分断面図、第２図はそのプラグにソケットを
嵌めた状態を示す部分断面図、第３図はそのプラグを用
いた温度測定システムを示す説明図で、第４図は耐熱試
験結果のグラフである。 第５図は本発明の第２実施例を示す光センサ内蔵型プラ
グの要部部分断面図である、 図中　１・・・筒状主体金具　２・・・絶縁体　３・・
・中心導体　４・・・光ファイバー（光導波体）１１・
・・外側電極　２２・・・軸孔　２６・・・脚長部絶縁
体（絶縁体）Ａ、Ｂ・・・光センサ内蔵型プラグ（光セ
ンサ内蔵型スパークプラグ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）先端に外側電極を形成した筒状主体金具と、該筒状
   主体金具に嵌め込まれて固定される軸孔付きの絶縁体と
   、 先端を開口または閉塞して形成し、前記軸孔内に差込ま
   れる中心導体と、 該中心導体内に装入され、赤外線を伝導する光導波体と を備える光センサ内蔵型スパークプラグにおいて、 前記絶縁体は、少なくとも脚長部を窒化アルミニウムを
   主体とするセラミック焼結体で形成したことを特徴とす
   る光センサ内蔵型スパークプラグ。