JPH0949482A - 圧力センサ付プラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼室１内の圧力を高い精度で圧力センサ３
で検出することができるとともに、燃焼室１内の昇圧と
降圧とのヒステリシスを小さく抑える。 【解決手段】 主体金具１４は、挿入穴６内に挿入され
る挿入筒１５を有し、この周囲にはネジは形成されてい
ない。主体金具１４をシリンダヘッド４に固定する手段
として、座部１６の外径方向に対向して形成されたフラ
ンジ１７を用いている。このフランジ１７は、ネジ２１
によってシリンダヘッド４の凹部５内に向けて固定さ
れ、主体金具１４の座部１６が、ガスケット１９および
圧力センサ３を凹部５の底に押し付ける。燃焼室１で混
合気が爆発した際、排気ガスが従来のようにネジ嵌合部
の微小隙間に進入しないため、ネジ嵌合部のガスの流
入、流出がおきず、圧力センサ３のヒステリシスが抑え
られる。また、昇圧エネルギーがネジ嵌合部で吸収され
ないため、圧力センサ３の検出精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内の圧力を
検出する圧力センサを備えたプラグに関し、特にスパー
クプラグに適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】燃焼室内の圧力を検出する技術として、
例えば、エンジンのシリンダヘッドに螺合されるスパー
クプラグに、圧力センサを取り付けたものが知られてい
る。ここで、圧力センサを備えない一般的なスパークプ
ラグは、シリンダヘッドの挿入穴内に、主体金具のネジ
嵌合部をネジ込む構造を有し、ネジ嵌合部をシリンダヘ
ッドの挿入穴内にネジ込むことで、主体金具の座部が、
ガスケットを介してシリンダヘッドに押し付けられる構
造となっている。

【０００３】そこで、従来の圧力センサ付スパークプラ
グは、図７に示すように、主体金具１０１の座部１０２
（本発明の押圧部に相当する）と、シリンダヘッド１０
３との間に、環状の圧力センサ１０４を配置し、主体金
具１０１のネジ嵌合部１０５をシリンダヘッド１０３の
挿入穴内にネジ込んで圧力センサ１０４を取り付けてい
た。なお、この状態では、圧力センサ１０４には、主体
金具１０１のネジ込みによる軸力が加えられた状態とな
る。このため、燃焼室内に燃焼圧力が生じると、その燃
焼圧力をスパークプラグが受けて、圧力センサ１０４に
加えられる軸力が変化し、圧力センサ１０４が軸力の変
化に応じた信号を出力する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の構造では、プラ
グをエンジンに固定するためのネジ嵌合部１０５が燃焼
室１０６に連なっているため、燃焼室１０６内に燃焼圧
力が発生する際、高圧の燃焼ガスがネジ嵌合部１０５の
微小隙間に流入し、燃焼室１０６内の圧力低下によっ
て、ネジ嵌合部１０５の微小隙間内に流入した燃焼ガス
が流出する。特に降圧時のガスの流出が緩やかとなる。
このように、従来の構造のものでは、ネジ嵌合部１０５
の微小隙間へのガスの流入および緩やかなガスの流出に
よって、圧力センサ１０４の検出値に大きなヒステリシ
スが生じる不具合があった。

【０００５】つまり、従来の構造では、燃焼室１０６の
昇圧時にプラグが燃焼室１０６の外側へ押し上げられる
とともに、ネジ嵌合部１０５にガスが流入し、降圧時に
プラグが元の位置へ戻ろうとしても、ネジ嵌合部１０５
に流入したガスが抜けきらず、プラグの戻りが悪くな
る。この結果、実際の燃焼圧力の変化に対して圧力セン
サ１０４の検出値が追従しない不具合が生じていた。

【０００６】さらに、従来の構造では、燃焼室１０６の
昇圧時のエネルギーが座部１０２に到達する以前に、挿
入穴内におけるネジ嵌合部１０５で一部吸収されるた
め、圧力センサ１０４の検出精度が低下する不具合も生
じていた。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、燃焼室内の圧力を高い精度で圧力
センサで検出することができるとともに、燃焼室内の昇
圧と降圧とのヒステリシスを小さく抑えることができる
圧力センサ付プラグの提供にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の圧力センサ付プ
ラグは、次の技術的手段を採用した。 〔請求項１の手段〕圧力センサ付プラグは、 エンジン
の燃焼室に連通する挿入穴内に挿入される挿入部を備え
るとともに、前記エンジンに向けて押し付けられる押圧
部を有するプラグと、前記エンジンと前記押圧部との間
に配置された圧力センサとを備える。そして、前記押圧
部は、外径方向へ突出するフランジを有し、このフラン
ジは、前記エンジンにねじ込まれるネジによって前記エ
ンジンへ向けて押しつけられて、前記プラグを前記エン
ジンに固定するとともに、前記圧力センサを前記押圧部
と前記エンジンとの間で押し付けることを特徴とする。

【０００９】〔請求項２の手段〕請求項１の圧力センサ
付プラグにおいて、前記プラグは、前記燃焼室内に点火
を行なうスパークプラグで、高電圧が印加される中心電
極、この中心電極を絶縁保持する絶縁体、この絶縁体を
保持した状態で前記エンジンに固定される主体金具とを
備え、この主体金具は、前記フランジを備える前記押圧
部と、前記挿入穴内に挿通される挿入筒とを備え、この
挿入筒には、前記エンジンに螺合されるネジは形成され
ていないことを特徴とする。

【００１０】〔請求項３の手段〕請求項２の圧力センサ
付プラグにおいて、前記挿入穴が形成される前記エンジ
ンは、前記挿入穴内における前記燃焼室側の内径を小さ
くするための環状の段部を備えるとともに、前記挿入筒
には、前記段部に当接する環状の段当接部が形成された
ことを特徴とする。

【００１１】

【発明の作用および効果】

〔請求項１の作用および効果〕圧力センサ付プラグは、
上述のように、圧力センサをエンジンに押し付ける押圧
部を有するとともに、この主体部をエンジンに固定する
フランジを有し、ネジを用いてこのフランジをエンジン
に固定することで、圧力センサを押圧部とエンジンとの
間で押し付ける。

【００１２】このため、燃焼室内に燃焼圧力が発生した
際、高圧の燃焼ガスが従来のようにネジ嵌合部の微小隙
間に流入することがない。つまり、従来技術のように、
ネジ嵌合部の微小隙間に燃焼ガスの流入影響、および微
小隙間から燃焼ガスが緩やかに流出する影響を圧力セン
サが受けることなく、燃焼室内の圧力変化を圧力センサ
が受けることができる。この結果、燃焼室内の圧力変化
による圧力センサのヒステリシスを、従来に比較して小
さく抑えることができる。

【００１３】また、従来技術では、燃焼室内に燃焼圧力
が発生した際、燃焼室の昇圧時のエネルギーが押圧部に
到達する以前に、挿入穴内のネジ嵌合部でエネルギーの
一部が吸収されたが、本発明では、挿入穴内で昇圧のエ
ネルギーが吸収されることなく、直接的に押圧部へ伝え
られる。この結果、従来に比較して、圧力センサの出力
が上昇し、燃焼室内の検出精度を高めることができる。

【００１４】〔請求項２の作用および効果〕本発明のプ
ラグを、スパークプラグに適用しても、上記請求項１と
同じ作用および効果を奏することができる。

【００１５】〔請求項３の作用および効果〕本発明のプ
ラグを、スパークプラグに適用した場合、従来技術のよ
うに、挿入穴内にネジ嵌合部が無いため、主体金具とエ
ンジンとの接触面積が低下して、スパークプラグの熱引
きが劣化することが懸念されるが、請求項３を採用し、
エンジンの挿入穴内に形成された段部と、主体金具に形
成された段当接部とを当接することで、主体金具とエン
ジンとの接触面積が増加し、主体金具からエンジンへの
熱引きを適性に保つことができる。なお、段部と段当接
部との接触面積を調節することで、熱引きを調節するこ
とが可能である。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の圧力センサ付プラグを、圧力
センサ付スパークプラグに適用した第１、第２実施例に
基づき、図面を参照して説明する。

【００１７】〔第１実施例の構成〕図１ないし図５は第
１実施例を説明するためのもので、図１はエンジンのシ
リンダヘッドに装着された圧力センサ付スパークプラグ
の断面図、図２は図１の上視図、図３はスパークプラグ
の要部断面図である。

【００１８】圧力センサ付スパークプラグは、エンジン
の燃焼室１に火花放電を行なうスパークプラグ２と、こ
のスパークプラグ２に装着されたか環状の圧力センサ３
とを組み合わせたものである。スパークプラグ２が組み
付けられるエンジンのシリンダヘッド４には、スパーク
プラグ２をシリンダヘッド４に装着するための装着凹部
５が形成されるとともに、この装着凹部５の底には、ス
パークプラグ２の端部を燃焼室１内へ導くための挿入穴
６が形成されている。装着凹部５の側壁には、後述する
出力取出用リード線２４を配置するためのリード溝５ａ
が形成されている。なお、スパークプラグ２は、請求項
１にかかるプラグで、図中符号７が挿入穴６内に挿入さ
れる挿入部に相当する。

【００１９】スパークプラグ２は、一端に設けられた端
子１１を介して高電圧を受ける中心電極１２と、この中
心電極１２を絶縁保持する略筒状の絶縁体１３と、この
絶縁体１３を保持した状態でエンジンのシリンダヘッド
４に固定される主体金具１４とから構成される。なお、
本実施例に示す中心電極１２および絶縁体１３は、周知
なものである。

【００２０】主体金具１４は、内部において絶縁体１３
を強固に保持する略筒状の金具で、挿入穴６内に挿入さ
れる挿入筒１５、この挿入筒１５より大径の座部１６
（押圧部に相当する）、およびこの座部１６の外径方向
へ突出して設けられたフランジ１７を備える。挿入筒１
５は、周囲にネジが形成されていない筒体で、端部に中
心電極１２に対向配置される外側電極１８が溶接等によ
って固定さている。座部１６は、フランジ１７によっ
て、装着凹部５の底へ向けて付勢されるもので、この座
部１６と装着凹部５の底との間に、燃焼ガスの流出を防
ぐガスケット１９、および環状の圧力センサ３が、軸方
向に加圧される。このように座部１６は、圧力センサ３
を軸方向へ押し付ける押圧部に相当するものである。

【００２１】フランジ１７は、上述のように、座部１６
の外径方向へ突出して設けられた主体金具１４と一体の
もので、スパークプラグ２をエンジンに固定する略長円
板状（図２参照）の金具である。このフランジ１７は、
座部１６の両側に突出して形成され、それぞれにはボル
ト２１を挿通するためのネジ穴２２が形成されている。
そして、ボルト２１をネジ穴２２に挿入し、挿入したボ
ルト２１を装着凹部５の底に設けられた雌ネジ２３にね
じ込むことにより、主体金具１４の座部１６を装着凹部
５の底へ向けて付勢し、スパークプラグ２をシリンダヘ
ッド４に固定するとともに、ガスケット１９および圧力
センサ３を座部１６と装着凹部５の底との間に強固に挟
み込むものである。

【００２２】圧力センサ３は、圧電素子等を用いた周知
な構造の環状のセンサで、軸方向に加わる圧力変化に応
じた出力信号を発生するものである。なお、圧力センサ
３の発生した出力信号は、出力取出用リード線２４を介
して図示しない検出回路へ伝えられる。

【００２３】〔実施例の作動〕次に、圧力センサ付スパ
ークプラグによる燃焼室１内の圧力測定の作動を説明す
る。圧力センサ付スパークプラグが装着されたエンジン
は、周知なガソリンエンジンで、燃焼室１内に供給され
た圧縮混合気が着火した際、燃焼（爆発）によって燃焼
室１内の圧力が急激に上昇する。そして、上昇した圧力
は、爆発による爆発行程および排気行程等によって下降
する。

【００２４】圧縮混合気の爆発によって生じる圧力の上
昇は、燃焼室１内に露出するスパークプラグ２にも与え
られる。スパークプラグ２に与えられた圧力上昇エネル
ギーは、スパークプラグ２をシリンダヘッド４に固定す
る主体金具１４が受け、結果的に圧力上昇エネルギーは
座部１６が上昇するエネルギーとなる。このように、座
部１６に上昇するエネルギーが加えられると、圧力セン
サ３に加えられる軸力が変化し、圧力センサ３が軸力の
変化に応じた信号を出力する。

【００２５】〔実験結果〕次に、本実施例の圧力センサ
付スパークプラグと、従来構造の圧力センサ付スパーク
プラグ（図７参照）とを比較した実験結果を示す。図４
は圧力センサ付スパークプラグの脱着によって生じる圧
力センサ３の出力信号のバラツキを示すもので、実線が
本実施例の圧力センサ付スパークプラグの測定結果を示
し、破線が従来構造の圧力センサ付スパークプラグの測
定結果を示す。

【００２６】この図４から読み取れるように、本実施例
の圧力センサ付スパークプラグは、圧力センサ３が高い
出力信号を発生するとともに、出力値のバラツキが極め
て小さい。これに対して従来構造の圧力センサ付スパー
クプラグは、圧力センサの出力信号が低く、且つ出力値
のバラツキが極めて大きい。

【００２７】図５は圧力センサ３の昇圧、減圧による出
力信号のヒステリシスを示すもので、実線が本実施例の
圧力センサ付スパークプラグの測定結果を示し、破線が
従来構造の圧力センサ付スパークプラグの測定結果を示
す。この図５から読み取れるように、本実施例の圧力セ
ンサ付スパークプラグによる圧力センサ３は、極めてヒ
ステリシスが小さい。これに対して従来構造の圧力セン
サ付スパークプラグによる圧力センサは、ヒステリシス
が大きい。

【００２８】〔実施例の効果〕本実施例の圧力センサ付
スパークプラグは、燃焼室１内において圧縮混合気の爆
発によって生じる高圧の燃焼ガスが、従来のようにネジ
嵌合部の微小隙間に流入することがない。このため、従
来技術のように、ネジ嵌合部の微小隙間に燃焼ガスが流
入する影響、および微小隙間からガスが緩やかに流出す
る影響を圧力センサ３が受けず、燃焼室１内の圧力変化
を直接的に圧力センサ３が受けることができる。この結
果、図５に示したように、圧力センサ３の出力信号のヒ
ステリシスを、従来に比較して小さく抑えることができ
る。

【００２９】また、従来技術では、燃焼室１内において
圧縮混合気の爆発によって生じるエネルギーが、座部１
６に到達する以前に、挿入穴６内のネジ嵌合部でエネル
ギーの一部が吸収されたが、本実施例では、挿入穴６内
で昇圧のエネルギーが吸収されることなく、直接的に座
部１６へ伝えられる。この結果、図４で示したように、
従来に比較して圧力センサ３の出力が上昇し、燃焼室１
内の検出精度を高めることができる。

【００３０】〔第２実施例〕図６は第２実施例を示すも
ので、エンジンのシリンダヘッド４に装着された圧力セ
ンサ付スパークプラグの断面図である。本実施例のエン
ジンのシリンダヘッド４は、挿入穴６内における燃焼室
１側の内径を小さくするための環状の段部３１を備え
る。この段部３１は、燃焼室１に向かって径が窄まるテ
ーパー状に形成されている。また、主体金具１４の挿入
筒１５（挿入穴６内に挿通される部分）には、段部３１
に当接する環状の段当接部３２が形成されている。この
段当接部３２も、段部３１のテーパー形状に一致するよ
う、テーパー状に形成されている。

【００３１】この第２実施例では、絶縁体１３から主体
金具１４に伝えられた熱が、段部３１と段当接部３２と
の当接部分を設けることによって、主体金具１４とシリ
ンダヘッド４との当接面積が大きくなり、結果的に絶縁
体１３から主体金具１４へ伝えられた熱がシリンダヘッ
ド４へ効率良く伝わる。このように、段部３１と段当接
部３２との接触面積を調節することで、絶縁体１３の温
度を適性温度に保つことができ、結果的にスパークプラ
グ２の熱引きを適性値に設定することができる。

【００３２】〔変形例〕上記の実施例では、プラグの一
例として、スパークプラグ２を例に示したが、グロープ
ラグなど、燃焼室１に連通する挿入穴６内に外部から取
り付けられる他のプラグに本発明を適用しても良い。ま
た、プラグは単にネジのない棒状の押圧部と圧力センサ
を軸方向に押圧するフランジを備えた形体としたもので
あっても良い。フランジ１７を主体金具１４と一体に設
けた例を示したが、フランジ１７を座部１６と別体に設
け、フランジ１７をエンジンに固定することにより、フ
ランジ１７が座部１６を燃焼室１へ向けて付勢するよう
に設けても良い。圧力センサ３の出力信号の利用例とし
ては、ノックセンサとして利用しても良いし、燃焼圧力
検知用センサとして利用しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】エンジンのシリンダヘッドに装着された圧力セ
ンサ付スパークプラグの断面図である（第１実施例）。

【図２】図１の上視図である（第１実施例）。

【図３】スパークプラグの要部断面図である（第１実施
例）。

【図４】脱着によって生じる圧力センサの出力信号のバ
ラツキを示すグラフである（第１実施例）。

【図５】圧力センサの出力信号のヒステリシスを示すグ
ラフである（第１実施例）。

【図６】エンジンのシリンダヘッドに装着された圧力セ
ンサ付スパークプラグの断面図である（第２実施例）。

【図７】エンジンのシリンダヘッドに装着された圧力セ
ンサ付スパークプラグの要部断面図である（従来技
術）。

【符号の説明】

１ 燃焼室 ２ スパークプラグ ３ 圧力センサ ４ シリンダヘッド（エンジンの一部） ６ 挿入穴 ７ 挿入部 １２ 中心電極 １３ 絶縁体 １４ 主体金具 １５ 挿入筒 １６ 座部（押圧部に相当） １７ フランジ ３１ 段部 ３２ 段当接部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの燃焼室に連通する挿入穴内に挿
   入される挿入部を備えるとともに、前記エンジンに向け
   て押し付けられる押圧部を有するプラグと、 前記エンジンと前記押圧部との間に配置された圧力セン
   サとを備えた圧力センサ付プラグにおいて、 前記押圧部は、外径方向へ突出するフランジを有し、 このフランジは、前記エンジンにねじ込まれるネジによ
   って前記エンジンへ向けて押しつけられて、前記プラグ
   を前記エンジンに固定するとともに、前記圧力センサを
   前記押圧部と前記エンジンとの間で押し付けることを特
   徴とする圧力センサ付プラグ。
2. 【請求項２】請求項１の圧力センサ付プラグにおいて、 前記プラグは、前記燃焼室内に点火を行なうスパークプ
   ラグで、 高電圧が印加される中心電極、この中心電極を絶縁保持
   する絶縁体、この絶縁体を保持した状態で前記エンジン
   に固定される主体金具とを備え、 この主体金具は、前記フランジを備える前記押圧部と、
   前記挿入穴内に挿通される挿入筒とを備え、 この挿入筒には、前記エンジンに螺合されるネジは形成
   されていないことを特徴とする圧力センサ付プラグ。
3. 【請求項３】請求項２の圧力センサ付プラグにおいて、 前記挿入穴が形成される前記エンジンは、前記挿入穴内
   における前記燃焼室側の内径を小さくするための環状の
   段部を備えるとともに、 前記挿入筒には、前記段部に当接する環状の段当接部が
   形成されたことを特徴とする圧力センサ付プラグ。