JPS5985932A - グロ−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】 不発明は、ディーゼルエンジンの始動を容易にするため
に燃焼室内の空気を暖めるグロープラグに関し、より詳
しくは燃焼室内の圧力を検出する機構を備えたグロープ
ラグに関するものである。

最近、例えば自動車用ディーゼルエンジンにおいて、燃
焼室内の圧力が、過給圧力、燃料噴射時期、吸気弁の絞
９、排気環流量（ＥＧＲ）　、燃料噴射率等に応じて変
化することは知られている。しかしこのことを利用する
ための燃焼室内の圧力を検出する手段として種々の計測
装置が市販されているが、これらの計測装置は、いずれ
も高価であシ圧力検出のための圧力取出し口を設ける必
要がおることから、エンジン本体に特別な加工をしなけ
れば々らないという煩雑さがある。

本発明は以上の点に鑑み、エンジン本体に特別な加工を
施すことなく、燃焼室内の圧力を検出することを可能に
するもので、グロープラグに圧力検出機構を設けたもの
である。すなわち、本発明は、エンジンのシリンダブロ
ックに固定されるがディと、このボディに相対移動可能
に設けられるとともに、エンジンの燃焼室内に臨み、こ
の燃焼室内の圧力に応じて変位する筒状部材と、この筒
状部材に内蔵されるヒータと、上記筒状部材のボディに
対する相対変位に応動して伸縮し、上記圧力に応じた電
圧を発生する圧電素子とを備えることを特徴としている
。

以下図示実施例によシ本発明を説明する。

第１図は本発明の一実施例であるグロープラグ１をター
ボ付きディーゼルエンジンに適用し、ターボテ１−ジャ
２の過給圧力を制御するよう構成した例を示す。このタ
ーボチャージャ２の過給圧力は、ウェストゲートパルプ
３を開閉することによ多制御される。このウェストダー
トパルプ３を駆動するアクチュエータ４の圧力室５は、
通路６を介してターデテｆ−ジ１２のコンプレッサ室７
よりも上流側吸気管８に連通し、またオリフィス９を有
する通路を介してコンプレッサ室７よシも下流側吸気管
１０に連通ずる。通路６の途中に設けられた電磁弁１１
は、後述するように制御回路１２によシ、グロープラグ
１が検知した燃焼室１３内の圧力と、圧縮上死点（以下
、ＴＤＣと呼ぶ）を検出する回転検出器１４の出力とに
応じて制御される。すなわち、制御回路１２は、上記圧
力等に応じてアクチュエータ４の圧力室５内の圧力を制
御するものであシ、例えば、過給圧力を上昇させる場合
、圧力室５内の圧力を高めるべく作用する。ウェストゲ
ートパルプ３の作用は周知であるので、その詳細な説明
は省略する。

第２図は上記グロープラグ１の構造を示すものである。

この図において、？ディ２０は略筒状を呈し、その外周
にはエンジンのシリンダブロックに螺合するためのねじ
部２１が形成され、また基部にはキャップ２２を嵌着さ
れるフランジ部２３が設けられる。筒状部材２４は、が
ディ２０の孔部に摺動自在に嵌合され、この筒状部材２
４の先端部２５は閉塞されるとともにボディ２０よシ突
出し、また基部開口の周囲に形成されたフランジ部２６
は、キャップ２２の中に収容される。

このフランジ部２６とがディ２２のフランジ部２３との
間には皿ばね２７が弾装され、またフランジ部２６の上
側には圧電素子２８．２９が設けられる０皿ばね２７は
、内周部を筒状部材２４に、外周部をボディ２０に、そ
れぞれ溶接等により気密を保って接合される。この皿は
ね２７の材質は、望ましくはオーステナイト系のステン
レス鋼がよい。またはね定数は板厚により任意の大きさ
に設定できるが、強すぎると筒状部材２４の変位を妨げ
、燃焼室１３の圧力の検出感度を低下させることとなる
。逆にこのはね定数が小さすぎると熱歪の繰返しによシ
疲労破壊に至シやすい。本実施例では、皿ばね２７の板
厚を０．３　ｍｍ〜０．８　ｍｍの範囲のものとする。

圧電素子２８．２９は平板でドーナツ状を呈しキャップ
２２内にほとんど隙間なく収容される。

また圧電素子２８．２９は、周知のように圧電効果を有
するセラミックから成シ、上下面には電極が施される。

これらの電極のうち、各圧電素子２８．２９の間に位置
する電極は、圧電素子２８゜２９を圧縮した時に正電荷
が帯電するものであり、この電極には発生した電圧を外
部へ取出すための信号線３０が接続される。

上記筒状部材２４の内部には電極棒３１が挿入され、こ
の電極棒３１よシ先端側にはコイル状のヒータ３２が設
けられる。電極棒３１は筒状部材２４の基部開口から突
出し、さらに圧電素子２８゜２９およびキャップ２２を
貫通しており、これら圧電素子２８．２９およびキイツ
ブ２２との間には絶縁体３３が設けられる。電極棒３１
、ヒータ３２および筒状部材２４の間の空間には、例え
ばマグネシア等のセラミックの粉末３４が充填される。

しかして電極棒３１は、ヒータ３２のみを介して筒状部
材２４に電気的に接続する。なお、電極棒３１のキャッ
プ２２からの突出部分には電極３５が螺着され、またこ
の電極３５にはナツト３６が螺合される。

キ１ツｆ２２は、上部が断面六角形、下部が断面円形を
有し、キャップ２２の下端周縁部はぎディ２０のフラン
ジ部２３の外周部に、かしめられて固定される。

上記構成を有するグロープラグ１は、ねじ部２１を介し
てエンジンのシリンダヘッドに取付けられるが、この時
、ボディ２０の先端のチー７４面３７がシリンダヘッド
にシール性を保って密着する。しかして筒状部材２４は
燃焼室１３内に臨み、次に述べるように該室１３内の圧
力の変化に応動して進退動する。

すなわち、燃焼室１３内の圧力が高くなると、筒状部材
２４はこの圧力を受け、皿はね２７に抗して変位し、フ
ランジ部２６を介して圧電素子２８．２９を圧縮させる
。この結果、圧電効果によシ圧電素子２８．２９の電極
に電圧が発生し、信号線３０を介して制御回路１２に入
力される。

この時、筒状部材２４とボディ２０との間隙に燃焼室１
３内のガスが流入するが、皿ばね２７の弾発力によシフ
ランジ部２６が圧電素子２９に密着するので、このガス
は圧電素子２８．２９には接触しない。また皿はね２７
によシ゛、信号線３０からの信号出力の初期における経
年変化は、極めて小さく抑えられる。つまシ、弾性限界
の小さい金属ガスケットは、初期における圧縮力の経年
変化が太きいため、上記信号出力のノ々ラツキが大きく
なったシ、上記ガスに対するシール性が低下したシする
虞れがあるが、皿ばね２７によればこの問題はない。

なお、グロープラグ１の本来の機能である郷焼室１３の
加熱作用については、従来装置と同様であるので、その
詳細な説明は省略する。

第３図は制御回路１２の構成を示す。この図において、
入力端子４０は上記グロープラグ１の信号線３０に接続
され、また入力端子４１は燃料噴射ポンプに内蔵される
回転検出器１４の出力部に接続される。この回転検出器
１４は、マグネットをのセンサで回転円板の突起部分を
検出するようになっておシ、この突起部分は各気筒の圧
縮時のＴＤＣに対応するよう設定されている。一方、出
力端子４２は上記、電磁弁１１のコイルに接続される。

入力端子４０に接続された増唱器４３は、インピーダン
ス変換と、入力信号を増幅する機能を有し、その出力側
は、サンプルホールド回路４４（インサーシル社製、品
番ＩＨ５１１１）に接続される。入力端子４１に接続さ
れた整形回路４５は、回転検出器１４の出力信号を整形
するもので、サンプルホールド回路４４のコントロール
入力に接続される。

比較器４６は、反転入力がサンプルホールド回路４４の
出力側に接続され、非反転入力が三角波発振器４７の出
力側に接続されておシ、これらサンゾルホールド回路４
４および三角波発振器４７の各出力信号の大小を比較し
、その結果に応じた信号を駆動回路４８へ出力する。駆
動回路４８は比較器４６の出力信号を増幅し、出力端子
４２を介して電磁弁１１を駆動する。

次に上記制御回路１２の作動を詳述する。

グロープラグ１に接続された信号線３０から、例えば第
４図に示すような圧力波形に対応した信号が、増幅器４
３に入力される。増幅器４３はこの信号を増幅してサン
プルホールド回路４４に出力する。一方、整形回路４５
には回転検出器１４の出力信号が入力され、整形回路４
５はこの信号を整形して矩形゛のパルス信号を得、この
パルス信号をサンプルホールド回路４４へ出力する。こ
のノ臂ルス信号の高レベルは、各気筒が圧縮ＴＤＣの近
傍にあることに対応する。しかしてサンプルホールド回
路４４は、圧縮ＴＤＣにおける増幅器４３の出力をサン
プルホールドする。すなわち、サンプルホールド回路４
４は、圧縮ＴＤＣにおける燃焼室１３内の圧力に対応し
た電圧を保持する。この電圧は大気圧によって変化し、
第４図に示すように大気圧が高いほど（実線ａ）高くな
る。

比較器４６は、三角波発振器４７の出力である三角波と
、サンプルホールド回路４４の出力電圧とを比較し、該
三角波の一部が該出力電圧よｐ高い場合に高レベルの信
号を出力し、逆に低い場合には低レベルの信号を出力す
る。したがって、サンプルホールド回路４４の出力電圧
が高く々る程、比較器４６の高レベルの時間は短かくな
る。このように比較器４６はサンプルホールド回路４４
の出力電圧をデーティパルスに変換し、これを駆動回路
４８へ出力する。駆動回路４８はこのデーティパルスの
信号を増幅して電磁弁１１へ供給し、この電磁弁１１を
駆動する。すなわち、駆動回路４８は入力信号が高レベ
ルの時、すなわち高圧の時、電磁弁１１を閉塞し、入力
信号が低レベルの時、電磁弁１１を開放する。

三角波発振器４７の発振周波数は２０　Ｈｚで塾る。

したがうて比較器４６の田カパルスも２０１（ｚで変化
し、１周期毎に高レベルと低レベルのデーテイ比が変化
する。各気筒の圧縮ＴＤＣにおける指示圧力が高い場合
には、デエテイ比は小さくなって電磁弁１１への通電時
間が短くなり、該指示圧力が低い場合にはデユティ比は
大きくなって通電時間が長くなる。す表わち、デーティ
比が大きい場合、アクチュエータ４の圧力室５には大気
への空気の出る割合が太きくなシ、アクチュエータ４は
ウェストダートバルブ３を閉塞する方向に付勢する。

逆にデユティ比が小さい場合ζ圧力室５に導入される空
気圧は増’＊Ｌ、アクチーエータ４はウェストダートバ
ルブ３を開放させるべく作用する。なお、この場合、電
磁弁１１を開閉駆動するパルス信号は２０七の周波数で
変化するが、空気の慣性力により平滑され、アクチーエ
ータ４の圧力室５内の圧力はデーティ比に応じて連続的
に変化する。

以上のように本ディーゼルエンジンは、グロープラグｌ
によシ燃焼室１３内の圧力を検出し、この圧力のうちＴ
ＤＣ時の圧力を用いてウェストダートバルブ３を開閉制
御する。この圧縮ＴＤＣ時の圧力を用いるのは、この時
の圧力はエンジンの運転条件に拘らず略一定となシ、吸
気管圧力に応じて一義的に決まるからである。つまシ、
燃焼室１３内の圧力は、第４図に示すように、大気圧を
一定とすればクランク角が圧縮ＴＤＣよシ若干大きくな
った点で最大となシ、また圧縮ＴＤＣにおいて極太にな
シやすい傾向に１、このグラフは燃料噴射時期等の運転
条件によシ様々に変化するが、圧縮ＴＤＣ時の圧力の大
きさは運転条件によらず略一定となるのである。また、
クランク角が圧縮ＴＤＣよシも大きくなると、大気圧が
高い場合を示す実線ａ１中程庭の場合を示す破線ｂ１お
よび低い場合を示す一点鎖線Ｃが複雑に交叉して、それ
ぞれの大小関係が単純には定まらないが、圧縮ＴＤＣに
おいては、大気圧が高い程燃焼室１３内の圧力は高くな
る。しかして本エンジンでは、圧縮ＴＤＣ時の圧力に応
じて過給圧力を制御している。

このように燃焼室１３内の圧ｉ　ＴＤＣ時の圧力を用い
て過給圧力を制御するため、例えば高地走行のように低
圧下で車両を走行させても適性な過給圧力が得られる。

これを第５図を用いて説明すると、高圧下では一点鎖線
りで示すようにエンジン回転数がＮ１以下では過給圧力
は作用することなく一定値Ｐ２であシ、回転数がＮ１か
らＮ３までは過給圧力は増加し、回転数がＮ３を越える
とウェストゲートバルブ３が開放して過給圧力は一定値
Ｐ４になる。これに対し、低圧下においては、大気圧に
応じた過給圧力の制御を行なわないと、この過給圧力は
破ｉｎのようになる。すなわち、吸気管圧力は、エンジ
ンの回転数がＮ２以下では一定値Ｐ１であシ、回転数が
Ｎ２からＮ４まで増加し、回転数がＮ４を越えるとウェ
ストゲートバルブ３が開放するため、一定値Ｐ３となシ
、これ以上上昇しない。したがって過給圧力は低いｔま
となシ、充分なエンジン出力が得られない。ところが本
エンジン２では上述し声ように燃焼室１３内の圧力に応
じて電磁弁１１を開閉し、ウェストダートバルブ３を制
御している。すなわち、燃焼室１３内の圧力が低い時、
ウェストダートバルブ３を閉塞させ、過給圧力を高めて
いる。この結果、エンジン回転数がＮ５になるまで、ウ
ェストゲートパルプ３が開放しないので過給圧力は増加
し、回転数がＮ５を越えると過給圧力は一定値Ｐ４とな
９、高圧下と同じ状態が得られる。

なお、上記グロープラグ１によシ検出した燃焼室１３内
の圧力を、過給圧力の制御に限らず、他の種々のエンジ
ン制御に利用できることはもちろんである。

また、気温によシ過給圧力が変化する場合においても、
本発明の効果は利用されてお広気温補償をかねている。

以上のように本発明によれは、エンジン本体に特別な加
工を施すことなく、燃焼室内の圧力を検出することがで
きるので、過給圧力等の制御を行なうためにエンジン本
体の設計変更をする必要がなく、構造を極力簡素化する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例でおるグロープラグを適用し
たエンジンを示す要部の断面図、第２図は本発明の実施
例装置を示す断面図、第３図は制御回路を示す回路図、
第４図はクランク角に対する燃焼室内の圧力の変化を示
すグラフ、第５図はエンジン回転数に対する過給圧力の
変化を示すグラフである。 １・・・グロープラグ、２０・・・ボディ、２４・・・
筒状部材、２８．２９・・・圧電素子、３２・・・ヒー
タ。 特許用願人 株式会社 日本自動車部品総合研究所 特許出願代理人 弁理士　青　木　　　朗 弁理士西舘和之 弁理士　中　山　恭　介 弁理士　山　口　昭　之 第１図 ２０７− 第２国

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　エンジンのシリンダブロックに固定されるボディ
   と、このボディに、相対移動可能に設けられるとともに
   、エンジンの燃焼室内に臨み、この燃焼室内の圧力に応
   じて変位する筒状部材と、この筒状部材に内蔵されるヒ
   ータと、上記筒状部材のボディに対する相対変位に応動
   して伸縮し、上記圧力に応じた電圧を発生する圧電素子
   とを備えることを特徴とするグロープラグ。