WO2010134320A1 - 燃焼圧センサ及び燃焼圧センサ付グロープラグ - Google Patents

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WO2010134320A1
WO2010134320A1 PCT/JP2010/003330 JP2010003330W WO2010134320A1 WO 2010134320 A1 WO2010134320 A1 WO 2010134320A1 JP 2010003330 W JP2010003330 W JP 2010003330W WO 2010134320 A1 WO2010134320 A1 WO 2010134320A1
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WO
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housing
pressure sensor
bellows
combustion pressure
combustion
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/003330
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English (en)
French (fr)
Inventor
高橋和生
林貴之
柳沢英紀
Original Assignee
シチズンファインテックミヨタ株式会社
シチズンホールディングス株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines
    • F23Q2007/002—Glowing plugs for internal-combustion engines with sensing means

Definitions

  • the present invention relates to a combustion pressure sensor for detecting combustion pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine and a glow plug with the combustion pressure sensor.
  • FIG. 8 shows a combustion pressure sensor 31 disclosed in Patent Document 1.
  • the combustion pressure sensor 31 is a sensor that detects the combustion pressure in the combustion chamber 32 in the internal combustion engine, and includes a housing 33, a transmission member 34, a load detection unit 35, and a seal member 36.
  • the housing 33 is a hollow member attached to the internal combustion engine so that the tip end side is located on the combustion chamber 32 side.
  • the transmission member 34 is a member slidably inserted in the axial hole 33-2 of the housing 33 so as to expose the distal end pressure receiving portion 34-1 from the distal end portion 33-1 of the housing 33. It has a function to transmit pressure.
  • the load detection unit 35 is disposed at the rear end portion of the transmission member 34, and has a function of detecting a change in load acting on the transmission member 34.
  • the seal member 36 is fixed to the housing 33 at the tip end side of the load detection unit 35 and has a function of closing the gap 37 between the housing 33 and the transmission member 34, but it is necessary to allow movement of the transmission member 34 Therefore, usually, a gap of 20 to 30 ⁇ m is provided.
  • the seal member 36 is stainless steel.
  • the seal member 36 is provided with a facing portion 36-1 facing the outer circumferential surface of the transmission member 34 in a shape along the outer circumferential surface of the transmission member 34, and is bent outward from one end of the facing portion 36-1.
  • a fixing portion 36-2 is provided. The fixing portion 36-2 is fixed to the tip end portion 33-1 of the housing 33 by means such as welding.
  • the combustion pressure sensor 31 is inserted and fixed to an engine head portion 38 such as a diesel engine. That is, an attachment opening 38-1 for attaching the combustion pressure sensor 31 is formed in the engine head portion 38, and the tip end 33 of the housing 33 of the combustion pressure sensor 31 is formed in the attachment opening 38-1. A tapered portion 38-2 is formed to bring -1 into contact. Then, the combustion pressure sensor 31 causes the base end of the housing 33 to contact the chamfered portion 33-3 provided on the outer periphery of the distal end portion 33-1 of the housing 33 with the tapered portion 38-2 of the engine head portion 38. A screw 33-4 provided in the vicinity is screwed into the vicinity of the proximal end of the mounting opening 38-1 of the engine head 38.
  • the load detection unit 35 is provided with a detection element 35-1 for outputting an electric signal at the time of combustion pressure detection, and a pair of electrode plates 35 arranged to sandwich the detection element 35-1 and for taking out the electric signal of the detection element 35-1. Composed of -2 and 35-3.
  • a holding member 35-4 for holding the load detection unit 35 is disposed on the base end side of the load detection unit 35, and a detection element is provided by the holding member 35-4 so that a load change can be easily detected at the time of combustion pressure detection.
  • a compressive load is applied to 35-1 and the electrode plates 35-2 and 35-3 in advance.
  • the tip pressure receiving portion 34-1 of the transmission member 34 receives the combustion pressure generated by the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 32.
  • the transmission member 34 is pushed to the axial direction base end side, and the combustion pressure is transmitted to the load detection unit 35. Then, the compression load applied in advance to the load detection unit 35 fluctuates to generate an output corresponding to the combustion pressure. Under the present circumstances, if a piezoelectric element is used as a detection element, the voltage and electric charge which respond
  • the high heat gas generated at the time of combustion is suppressed from entering the housing 33 by the seal member 36.
  • the temperature rise in the housing 33 is prevented, and the heat load on the load detection unit 35 disposed at the base end of the housing 33 is suppressed. That is, it is possible to prevent the combustion gas in the combustion chamber 32 from intruding into the gap 37 between the housing 33 and the transmission member 34, and it is possible to suppress the temperature rise in the housing 33. Therefore, the heat load on the load detection unit 35 disposed between the housing 33 and the transmission member 34 can be reduced.
  • the seal member 36 is not fixed to the transmission member 34, and the transmission member 34 can slide relative to the housing 33. Therefore, when the combustion pressure sensor 31 is attached to the internal combustion engine, a load is applied in the axial direction of the housing 33, and even if the housing 33 is deformed so as to contract in the axial direction, the load due to the deformation is transmitted to the load detection unit 35 It can prevent. That is, since the seal member 36 is not fixed to the transmission member 34 and the transmission member 34 can slide relative to the housing 33, the deformation of the housing 33 is not transmitted as the displacement of the transmission member 34. As a result, no stress is applied to the load detection unit 35 due to the deformation of the housing 33.
  • the seal member 36 is fixed to the housing 33, the seal member 36 does not shift, and the gap 37 between the housing 33 and the transmission member 34 can be closed.
  • the seal member 36 is not fixed to the transmission member 34, and the minute gap 37 is formed between the seal member 36 and the transmission member 34, the deformation of the housing 33 is prevented from being transmitted as the displacement of the transmission member 34. it can.
  • Patent Document 2 discloses a pressure measurement glow plug using a bellows.
  • FIG. 10 shows a pressure measurement glow plug disclosed in Patent Document 2.
  • FIG. 9 shows only the portion corresponding to the combustion pressure sensor in the pressure measurement glow plug shown in FIG. That is, FIG. 9 shows a combustion pressure sensor 41 provided with a bellows part 42-1 as the seal member 42, and the bellows part of the seal member 42 at a part of the opposed part 42-2 opposed to the outer peripheral surface of the transmission member 43. 42-1 is provided. Further, a flat portion 42-3 along the outer peripheral surface of the transmission member 43 is formed on the facing portion 42-2 on the tip end side of the bellows portion 42-1. The flat portion 42-3 and the transmission member 43 are in contact with each other. In the case of FIG. 9, even when the seal member 42 is in contact with the transmission member 43, the deformation of the housing 44 can be absorbed by the bellows portion 42-1. Can be suppressed.
  • the pressure measurement glow plug shown in FIG. 10 is obtained by adding the function of the glow plug to the combustion pressure sensor 41 of FIG.
  • the glow plug with combustion pressure sensor 50 shown in FIG. 10 includes cylindrical plug main bodies 53 and 54 that can be mounted in a cylinder (not shown) of a diesel engine, and a heating rod 51 containing a heating element that generates heat by energization. It comprises a combustion pressure sensor (not shown) etc. which outputs an electric signal according to the weight of the heating rod 51 which moves by receiving the pressure in the cylinder.
  • the combustion pressure sensor is disposed in the direction of the arrow Fr in the figure.
  • the heating rod 51 is mechanically and firmly connected to the combustion pressure sensor and the bellows 52.
  • the bellows 52 is arranged as a sealing element between the heating rod 51 and the plug body 53, 54 so that the heating rod 51 can be moved in the plug body 53, 54 without friction in the axial direction.
  • the bellows 52 is made of a metallic material, and the mechanical connection between the bellows 52 and the heating rod 51 is such that radially curved fillet welds are provided on the end face from the cylindrical portion of the bellows 52 to the heating rod 51 or radially This is done by providing a rolled through weld on the cylindrical portion of the bellows 52.
  • the plug bodies 53, 54 are mechanically coupled together.
  • the plug body 54 is provided on the combustion chamber side and has a sealing cone 54-1, whereby the glow plug is sealed from the combustion pressure of the cylinder head.
  • the bellows 52 is mechanically connected to the plug body 53 on the terminal side.
  • the heating rod 51 is thermally isolated from the plug bodies 53 and 54, and the heating rod 51 is elastically supported in the plug bodies 53 and 54 via the bellows 52.
  • JP 2008-139150 A Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-84468
  • Patent Document 1 combustion pressure sensor
  • Patent Document 2 pressure measurement glow plug
  • the transmitting members 34 and 43 or the heating rod 51 (hereinafter simply referred to as transmitting member) serving as the transmitting member is configured to move in the housings 33 and 44 or the plug bodies 53 and 54 (hereinafter simply referred to as the housing)
  • the engine head portion and the housing of the engine are in close contact with each other by bringing the chamfers formed at the respective tips into contact with the tapered portions formed at the engine head portion.
  • the space formed by the housing and the transmission member forms a gap that allows the combustion chamber of the engine head to communicate with the space, and dust such as carbon generated during combustion is indicated by the arrow Ff in the figure.
  • the passage invades and deposits in the space, causing a clogging phenomenon.
  • the movement of the transmission member is restrained, the sensing performance of the combustion pressure sensor is lowered, and finally, measurement becomes impossible.
  • the transmission member since the transmission member is long, the length of the transmission member changes due to temperature change, and a detection error is also generated due to the influence thereof, and the transmission member itself is compressed. Cause a delay.
  • An object of the present invention is to provide a combustion pressure sensor and a glow plug with combustion pressure sensor which solve the problems existing in such background art.
  • the combustion pressure sensor Ms is a combustion pressure sensor that detects the combustion pressure in the combustion chamber Eb of the internal combustion engine E, and the tip end side is positioned on the combustion chamber Eb side.
  • the hollow housing 2 attached to the internal combustion engine E and the shaft hole 2h of the housing 2 are slidably inserted, and the tip pressure receiving portion 3p is exposed from the tip portion 2s of the housing 2 to transmit the combustion pressure of the combustion chamber Eb.
  • Transmission member 3 a load detection unit 4 disposed at the rear end of the transmission member 3 for detecting a change in load acting on the transmission member 3, the transmission member 3 being inserted inside, and one end of the housing 2
  • a bellows 5 fixed in a sealing manner to the distal end 2s of the housing 2 and fixed in a sealed manner to the distal end pressure receiving portion 3p exposed at the other end from the distal end 2s of the housing 2; Do.
  • the transmission member 3 is provided with the bellows spacer 11 fixed to the outer peripheral portion, and the other end of the bellows 5 can be fixed to the bellows spacer 11. Further, when the housing 2 is attached to the internal combustion engine E, the position of the tip 2s of the housing 2 to which one end of the bellows 5 is fixed is selected so that the temperature of the bellows 5 is heated to 450 ° C. or more. At this time, it is desirable that the bellows 5 be formed of a heat-resistant material of at least 450 ° C. or higher.
  • the housing 2 is integrated by a sealing block 2d located on the combustion chamber Eb side, a rear housing 2u located on the side away from the combustion chamber Eb, and a sensor holder 12 located between the rear housing 2u and the sealing block 2s.
  • a langasite-based high heat resistance element 4p as a high heat resistance piezoelectric element.
  • the glow plug with combustion pressure sensor M comprises a combustion pressure sensor Ms for detecting the combustion pressure in the combustion chamber Eb of the internal combustion engine E and solves the above-mentioned problems.
  • a hollow housing 2 attached to the internal combustion engine E so that the tip end side is positioned on the combustion chamber Eb side, and the axial hole 2h of the housing 2
  • the transmitting member 3 which is slidably inserted and at least a part transmitting the combustion pressure of the combustion chamber Eb by exposing the front end pressure receiving portion 3p from the front end portion 2s of the housing 2 also serves as the heating rod 3r
  • a load detection unit 4 disposed at the rear end and detecting a change in load acting on the transmission member 3, and the transmission member 3 is inserted through the inside, and one end thereof is the tip 2 of the housing 2 Closed shape is fixed, and the other end characterized by comprising comprises a bellows 5 that fixed to the closed shape relative to the tip receiving portion 3p exposed from the distal end 2s of the housing 2 relative
  • the transmission member 3 can be provided with the heater sleeve 3s mounted on the outer peripheral portion of the heating rod 3r, and fixed to the outer peripheral portion of the heater sleeve 3s.
  • the bellows spacer 11 can be provided, and the other end of the bellows 5 can be fixed to the bellows spacer 11.
  • the position of the tip 2s of the housing 2 to which one end of the bellows 5 is fixed is selected so that the temperature of the bellows 5 is heated to 450 ° C. or more.
  • the bellows 5 be formed of a heat-resistant material of at least 450 ° C. or higher.
  • the housing 2 is integrally formed by a sealing block 2d located on the combustion chamber E side, a rear housing 2u located on the side away from the combustion chamber E, and a sensor holder 12 located between the rear housing 2u and the sealing block 2d. Can be configured.
  • the bellows 5 Since the bellows 5 is disposed outside the housing 2, the bellows 5 can be exposed directly to the high temperature of the combustion chamber Eb. Therefore, dust such as carbon adhering to the bellows 5 can be burned off, and accumulation of dust on the outer surface of the bellows 5 can be suppressed.
  • the transmission member 3 is provided with the bellows spacer 11 fixed to the outer peripheral portion, and if the other end of the bellows 5 is fixed to the bellows spacer 11, various fixing modes are selected and adopted. As well as being able to create a good seal of the fixation site.
  • the tip 2s of the housing 2 for fixing one end of the bellows 5 so that the temperature of the bellows 5 is heated to 450 ° C. or higher when the housing 2 is attached to the internal combustion engine E If the position is selected, the function of burning off the dust such as carbon adhering to the bellows 5 can be reliably performed.
  • the bellows 5 may have the function of burning off dust such as carbon adhering to the bellows 5. It is possible to avoid the deterioration of the durability of the or the high temperature.
  • the sealing block 2d located on the combustion chamber Eb side, the rear housing 2u located on the side away from the combustion chamber Eb, and the rear housing 2u and the sealing block 2s
  • the heating rod 3r transmission member 3
  • the delay of the signal generation in the load detection part 4 accompanying compression of the transmission member 3 itself can be suppressed.
  • the bellows spacer 11 can be fixed to the outer peripheral portion of the heater sleeve 3s. And can create a better seal of the fixation site.
  • a front sectional view showing an essential part of a glow plug with a combustion pressure sensor according to a preferred embodiment of the present invention Front sectional view showing the lower half of the glow plug with combustion pressure sensor, Front sectional view of the bellows part in the bellows (before welding) used for the glow plug with combustion pressure sensor Front sectional view of the bellows used for the glow plug with combustion pressure sensor, Front sectional view showing the whole of the glow plug with combustion pressure sensor, Front sectional drawing which shows the internal structure of the sensor holder in the glow plug with a combustion pressure sensor, The characteristic diagram of the temperature to the surface axial direction position of the glow plug when using the glow plug with the same combustion pressure sensor, Front sectional view of a combustion pressure sensor according to the background art, 10 is a front sectional view of the combustion pressure sensor of FIG. Front sectional view showing only a portion corresponding to a combustion pressure sensor in a pressure measurement glow plug according to the background art
  • 2 Housing, 2h: Shaft hole of housing, 2s: Tip of housing, 2d: Sealing block, 2u rear housing, 3: Transmission member, 3p: Tip receiving portion, 3r: heating rod, 3s: heater sleeve, 4: Load detector, 4p: Piezoelectric element, 5: bellows, 11: bellows spacer, 12: sensor holder, M: glow plug with combustion pressure sensor, Ms: combustion pressure sensor, E: internal combustion engine, Eb: combustion chamber
  • the M shows a glow plug with a combustion pressure sensor.
  • 2 is a hollow housing, and as shown in FIG. 2, a sealing block 2d located on the combustion chamber Eb side and a rear housing 2u located on the side away from the combustion chamber Eb
  • the sensor housing 12 is integrally formed with the rear housing 2 u and the sealing block 2 s, and an axial hole 2 h is provided in the center of the housing 2, particularly in the sealing block 2 d and the sensor holder 12.
  • the tip end side of the sealing block 2d is located on the combustion chamber Eb side. Therefore, at the intermediate position, a sealing conical portion 2dj attached to the internal combustion engine (engine) E is formed.
  • the sealing conical part 2dj while forming the sealing conical part 2dj by a taper surface from the middle position of the sealing block 2d to the tip side, the outer diameter of the sealing block 2d located forward (downward) from the tip of the sealing conical part 2dj The small diameter tip 2d is formed.
  • a transmission member 3 includes a heating rod 3r and a heater sleeve 3s attached to an outer peripheral portion of the heating rod 3r.
  • the heating rod 3r is formed of a ceramic heater, and its tip is formed into a spherical surface. Therefore, the heating rod 3r doubles as a heating element of the glow plug M.
  • the heater sleeve 3s is formed in a pipe shape, and the heating rod 3r (ceramic heater) is inserted into the inside of the heater sleeve 3s, and is protruded (exposed) from the tip of the heater sleeve 3s by a predetermined length.
  • the transmission member 3 is inserted into the shaft hole 2 h of the sealing block 2 d. Thereby, the transmission member 3 can slide on the inner periphery of the sealing block 2d, and the tip end side of the transmission member 3 protrudes a predetermined length from the tip 2s of the housing 2, and the rear end side of the transmission member 3 On the other side of the sealing block 2d is projected from the rear end of the sealing block 2d by a predetermined length to face an internal space to be the axial hole 2h of the sensor holder 12.
  • the heating rod 3r (transmission member 3) can be further shortened, so the length change of the transmission member 3 due to temperature change Can be suppressed, and detection errors due to temperature can be suppressed. Moreover, the delay of the signal generation in the load detection part 4 accompanying compression of the transmission member 3 itself can be suppressed.
  • 11 is a bellows spacer formed in a ring shape, and is fixed to the outer peripheral portion of the heater sleeve 3 s constituting the transmission member 3.
  • 5 shows a cylindrical bellows.
  • the bellows 5 can be manufactured, for example, by a welding method as shown in FIGS. 3 and 4. In this case, as shown in FIG. 3, if a plurality of ring-shaped bellows parts 5p are prepared, and the bellows parts 5p are sequentially joined by welding or the like, the bellows 5 shown in FIG. 4 can be obtained.
  • 5c shows the auxiliary fixing tool for performing joining of the bellows 5 and the bellows spacer 11, or joining of the bellows 5 and the front-end
  • the bellows 5 is formed of a heat-resistant material of at least 450 ° C. or higher.
  • the heat-resistant material for example, Inconel (registered trademark) 718, which is a nickel-based superalloy, can be used. If the bellows 5 is formed of such a heat-resistant material, even if it has a function of burning out the refuse such as carbon adhering to the bellows 5, deterioration in durability of the bellows 5, deterioration due to high temperature, etc. can be avoided. .
  • such a bellows 5 is not limited to the form shown in FIG. 4, and as long as the purpose as the bellows 5 can be achieved, the general shape shown in FIG. 9 and FIG. It may be a so-called diaphragm-like one without a plurality of.
  • the bellows 5 is mounted on the outer peripheral portion of the transmission member 3, and one end is hermetically sealed to the tip 2 s of the housing 2 and the other end is the tip 2 s of the housing 2 And fixed in an airtight manner to the distal end pressure receiving portion 3p exposed from the above. That is, one end of the bellows 5 is fixed to the tip of the small diameter tip 2 ds of the sealing block 2 d by welding or the like to form a sealed state, and the other end of the bellows 5 is fixed to the outer peripheral portion of the heater sleeve 3 s in the transmission member 3 The outer peripheral surface of the bellows spacer 11 is fixed by welding or the like to form a sealed state.
  • FIG. 7 shows a characteristic diagram of the temperature [° C.] with respect to the surface axial direction position (measurement position [mm]) of the glow plug when the glow plug with combustion pressure sensor M is used, as apparent from the figure
  • the temperature Tx [deg.] C.) becomes higher as it goes to the tip side of the transmission member 3 (tip pressure receiving portion 3p), and reaches around 1000 [[deg.] C.] near the tip.
  • the bellows 5 is disposed in the region Zu at the tip end side of the position Xu in FIG. There is a need.
  • the other end position of the bellows 5 fixed to the tip 2s of the housing 2 is 480 It is desirable to select at a position where the temperature is about [° C.].
  • Such a mounting position of the bellows 5 can be realized by selecting the length of the small diameter tip 2 ds in the housing 2 and the fixing position of the bellows spacer 11. In this way, when the housing 2 is attached to the engine E, the position of the tip 2s of the housing 2 to which one end of the bellows 5 is fixed is selected so that the temperature of the bellows 5 is heated to 450 ° C. or higher. Thus, the function of burning off the dust such as carbon adhering to the bellows 5 can be reliably performed.
  • 15 is a diaphragm type spring formed in a ring plate shape, and the central side is fixed to the rear end of the heater sleeve 3s, and the outer peripheral side is fixed to the rear end of the sealing block 2d. Therefore, the outer peripheral side of the diaphragm spring 15 can be sandwiched and fixed between the rear end of the sealing block 2 d and the front end of the sensor holder 12.
  • the diaphragm-type spring 15 has a function of guiding the pressure received by the transmission member 3 (ceramic heater) in parallel to the piezoelectric element 4 p of the load detection unit 4 and providing a preload to the piezoelectric element 4 p. A constant pressure is applied to the piezoelectric element 4p even in a loaded state.
  • the load detection unit 4 includes the piezoelectric element 4 p and a pair of electrodes 16 and 17 disposed on both sides in the axial direction of the piezoelectric element 4 p.
  • the load detection unit 4 includes the insulating member 18 inside the sensor holder 12. Are fixed by the sensor housing 19 via the sensor housing 19. Then, the insulating member 20 is interposed between the rear end surface of the heating rod 3r and the front end surface of the one electrode 16, and the change in load received by the tip pressure receiving portion 3p is transmitted to the piezoelectric element 4p.
  • the heater wire 21 connected to the rear end of the peripheral surface of the heating rod 3 r is disposed, the front end is connected to the other electrode 17, and the rear end is connected to the lead wire 22.
  • the sensor holder 12 may be integral with the rear housing 2 u.
  • the piezoelectric element 4p is used for combustion of the engine E It is preferable to use a langasite-based high heat resistance element which is less likely to change with time even at high temperature, because it is disposed near the chamber Eb.
  • the load detecting unit 4 uses a high heat resistance piezoelectric element 4 p and a high heat resistance element of langasite type, stable measurement can be performed even when the combustion pressure sensor Ms is brought close to the combustion chamber Eb. (Detection) can be performed. Further, since the combustion pressure sensor Ms can be brought closer to the combustion chamber Eb, there is an advantage that the heating rod 3r can be further shortened.
  • the heater wire 21 is a wire for supplying an electric current to the heating rod 3r configured by a ceramic heater, and the heater sleeve 3s and one of the electrodes 16 are conducted to the ground of the glow plug M (housing 2).
  • the other electrode 17 is an electrode for collecting the charge generated by the piezoelectric element 4 p, and the electrode 17 and the sensor housing 19 are insulated by the insulating member 18.
  • the spring 23 is for sending a detection signal from the electrode 17 to the lead wire 22, and the signal line including the spring 23 and the sensor housing 19 are insulated by the insulating member 24.
  • reference numeral 61 denotes an amplifier case, which is disposed inside the rear housing 2 u.
  • the shield insulating pipe 62 and the heater wire 21 are fixed to the inside of the rear housing 2 u by the amplifier case 61.
  • Reference numeral 63 denotes an amplifier housing for fixing the amplifier case 61, which is disposed at the rear end (upper end) of the rear housing 2u.
  • An amplifier circuit board 64 charges a detection signal from the load detection unit 4 and converts the combustion pressure (pressure value) into a voltage and outputs the voltage.
  • 65 is a connector pin (tab contact) for outputting a detection signal related to the combustion pressure from the amplifier circuit board 64
  • 66 is a connector pin (glow heater contact) for supplying power to the glow (ceramic) heater
  • 67 is an amplifier case Shown are O-rings that are waterproofed by fixing 61.
  • the glow plug with combustion pressure sensor M is a combustion pressure sensor that detects the combustion pressure in the combustion chamber Eb of the internal combustion engine E, and the tip end is located on the combustion chamber Eb side
  • the hollow housing 2 attached to the internal combustion engine E and the shaft hole 2h of the housing 2 are slidably inserted into the housing 2 so that the front end pressure receiving portion 3p is exposed from the front end 2s of the housing 2 to burn the combustion chamber Eb.
  • the bellows 5 has one end fixed to the end 2s of the housing 2 in a sealed manner and the other end fixed to the end pressure receiving portion 3p exposed from the end 2s of the housing 2 in a sealed manner.
  • the distal end 2s of the housing 2 and the distal end pressure receiving portion 3p of the transmission member 3 are fixed in a sealed state by the bellows 5, and dust such as carbon enters and accumulates in the internal space of the housing 2 from the combustion chamber Eb. Can be prevented. Therefore, it is possible to solve the problem that the movement of the transmission member is restrained, and to solve the problem that the sensing performance of the combustion pressure sensor Ms is lowered and the measurement becomes impossible.
  • the bellows 5 has one end fixed in a sealing manner to the tip 2s of the housing 2 and the other end fixed in a sealing manner to the tip pressure receiving portion 3p exposed from the tip 2s of the housing 2,
  • the bellows 5 alleviates the displacement due to expansion and contraction of the glow plug M itself when the glow plug M with a combustion pressure sensor is attached to the engine E, and carbon in the housing 2 of the glow plug M from the combustion chamber Eb of the engine E It is possible to prevent the ingress of rubbish and the like.
  • the bellows 5 can be exposed directly to the high temperature of the combustion chamber Eb, dust such as carbon adhering to the bellows 5 can be burned off, and accumulation of dust on the outer surface of the bellows 5 can be suppressed.
  • the glow plug with combustion pressure sensor M has been described, but if the transmission member 3 is configured as a simple rod member without being configured as a heating rod 3r such as a ceramic heater, it is configured as a combustion pressure sensor Ms can do.
  • the transmission member 3 is configured using the heating rod 3r and the heater sleeve 3s attached to the outer peripheral portion of the heating rod 3r.
  • the housing 2 is integrated by a sealing block 2d located on the combustion chamber Eb side, a rear housing 2u located on the side away from the combustion chamber Eb, and a sensor holder 12 located between the rear housing 2u and the sealing block 2s.
  • the combustion pressure sensor Ms and the glow plug with combustion pressure sensor M according to the present invention are used as a combustion pressure sensor or glow plug with combustion pressure sensor for internal combustion engines in various other applications including internal combustion engines represented by automobile engines. can do.

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Abstract

　内燃機関Ｅの燃焼室Ｅｂ内における燃焼圧を検出する燃焼圧センサであって、先端側が燃焼室Ｅｂ側に位置するように内燃機関Ｅに取付ける中空状のハウジング２と、このハウジング２の軸孔２ｈにスライド可能に挿通配置し、先端受圧部３ｐをハウジング２の先端部２ｓから露出させて燃焼室Ｅｂの燃焼圧を伝達する伝達部材３と、この伝達部材３の後端部に配設し、伝達部材３に作用する荷重の変化を検出する荷重検出部４と、内部に伝達部材３を挿通させるとともに、一端をハウジング２の先端部２ｓに対して密閉状に固定し、かつ他端をハウジング２の先端部２ｓから露出する先端受圧部３ｐに対して密閉状に固定するベローズ５とを具備する。

Description

燃焼圧センサ及び燃焼圧センサ付グロープラグ
　本発明は、内燃機関の燃焼室内における燃焼圧を検出する燃焼圧センサ及び燃焼圧センサ付グロープラグに関する。
　従来、内燃機関に取付けられ、内燃機関の燃焼室内における燃焼圧を検出するための燃焼圧センサとしては、例えば、特許文献１で開示される燃焼圧センサが知られている。図８に、特許文献１に開示される燃焼圧センサ３１を示す。
　この燃焼圧センサ３１は、内燃機関における燃焼室３２内の燃焼圧を検出するセンサであって、ハウジング３３と伝達部材３４と荷重検出部３５とシール部材３６とを備えている。ハウジング３３は、先端側が燃焼室３２側に位置するように内燃機関に取付けられる中空状の部材である。伝達部材３４は、先端受圧部３４－１をハウジング３３の先端部３３－１から露出させるようにハウジング３３の軸孔３３－２にスライド可能に挿通配置させた部材であり、燃焼室３２の燃焼圧を伝達する機能を備える。荷重検出部３５は、伝達部材３４の後端部に配設され、当該伝達部材３４に作用する荷重の変化を検出する機能を備える。シール部材３６は、荷重検出部３５よりも先端側においてハウジング３３に固定され、ハウジング３３と伝達部材３４との間の隙間３７を塞ぐ機能を備えるが、伝達部材３４の動きを許容する必要があるため、通常、２０～３０μｍの隙間は有している。また、シール部材３６はステンレス鋼である。さらに、シール部材３６は、伝達部材３４の外周面に対向する対向部３６－１を伝達部材３４の外周面に沿った形状に設けると共に、対向部３６－１の一端から外方へ屈曲形成された固定部３６－２を設けている。そして、この固定部３６－２は溶接等の手段によりハウジング３３の先端部３３－１に固定される。
　この燃焼圧センサ３１は、ディーゼルエンジン等のエンジンヘッド部３８に挿通固定される。即ち、エンジンヘッド部３８には、燃焼圧センサ３１を取付けるための取付開口部３８－１が形成されており、この取付開口部３８－１には、燃焼圧センサ３１のハウジング３３の先端部３３－１を当接させるテーパ部３８－２が形成される。そして、燃焼圧センサ３１は、ハウジング３３の先端部３３－１の外周に設けた面取り部３３－３を、エンジンヘッド部３８のテーパ部３８－２に当接させつつ、ハウジング３３の基端部付近に設けたネジ部３３－４をエンジンヘッド部３８の取付開口部３８－１の基端部付近に螺合させる。
　荷重検出部３５は、燃焼圧検出時に電気信号を出力する検出素子３５－１と、この検出素子３５－１を挟み込むように配置され、検出素子３５－１の電気信号を取出す一対の電極板３５－２，３５－３とによって構成される。荷重検出部３５の基端側には荷重検出部３５を保持する保持部材３５－４が配置してあり、燃焼圧検出時において荷重変化を検出しやすいように、保持部材３５－４によって検出素子３５－１及び電極板３５－２、３５－３に、予め圧縮荷重を印加した状態としておく。これにより、燃焼室３２内の混合気が燃焼することにより発生する燃焼圧を、伝達部材３４の先端受圧部３４－１が受ける。この結果、伝達部材３４が軸線方向基端側に押され、荷重検出部３５に燃焼圧が伝達される。そして、荷重検出部３５に予め印加されている圧縮荷重が変動することで、燃焼圧に対応する出力を生じる。この際、検出素子として圧電素子を用いれば、荷重の変動に対応する電圧や電荷を発生させ、燃焼圧に略比例した出力を発生させる。
　また、燃焼時に発生する高熱ガスは、シール部材３６によってハウジング３３内に侵入することが抑制される。これにより、ハウジング３３内の温度上昇を防ぎ、ハウジング３３の基端部に配された荷重検出部３５への熱負荷を抑制している。即ち、燃焼室３２における燃焼ガスがハウジング３３と伝達部材３４との間の隙間３７に侵入することを防ぐことができ、ハウジング３３内の温度上昇を抑制できる。それ故、ハウジング３３と伝達部材３４との間に配設された荷重検出部３５への熱負荷を低減することができる。
　この場合、シール部材３６は伝達部材３４に固定されておらず、伝達部材３４はハウジング３３に対してスライド可能である。そのため、燃焼圧センサ３１を内燃機関に取付ける際に、ハウジング３３の軸方向に荷重がかかり、ハウジング３３が軸方向に縮むように変形したとしても、その変形による荷重が荷重検出部３５に伝わることを防ぐことができる。即ち、シール部材３６が伝達部材３４に固定されておらず、伝達部材３４はハウジング３３に対してスライド可能となることにより、ハウジング３３の変形が伝達部材３４の変位として伝わることはない。その結果、荷重検出部３５にハウジング３３の変形による応力がかかることはない。
　さらに、シール部材３６はハウジング３３に固定されているため、シール部材３６のズレが生じることがなく、ハウジング３３と伝達部材３４との間の隙間３７を塞ぐことができる。また、シール部材３６は、伝達部材３４には固定されておらず、伝達部材３４との間に微小隙間３７を形成しているため、ハウジング３３の変形が伝達部材３４の変位として伝わることを抑制できる。
　他方、図８に示すシール部材３６の代わりにベローズを用いた燃焼圧センサも知られており、特許文献２には、ベローズを用いた圧力測定グロー・プラグが開示されている。図１０に、特許文献２に開示される圧力測定グロー・プラグを示す。
　なお、図９は、図１０に示す圧力測定グロー・プラグにおける燃焼圧センサに相当する部分のみを示したものである。即ち、図９は、シール部材４２としてベローズ部４２－１を設けた燃焼圧センサ４１であり、シール部材４２における、伝達部材４３の外周面に対向する対向部４２－２の一部にベローズ部４２－１を設けてある。また、ベローズ部４２－１の先端側の対向部４２－２には、伝達部材４３の外周面に沿った平坦部４２－３を形成してある。そして、平坦部４２－３と伝達部材４３とが接触している。図９の場合には、シール部材４２が伝達部材４３に接触している場合においても、ハウジング４４の変形をベローズ部４２－１において吸収することができるため、ハウジング４４の変形に伴う伝達部材４３の変位を抑制できる。
　図１０に示す圧力測定グロー・プラグは、いわば図９の燃焼圧センサ４１にグロー・プラグの機能を付加したものである。図１０に示す燃焼圧センサ付グロープラグ５０は、ディーゼルエンジンのシリンダ（不図示）内に取り付け可能な筒状のプラグ本体５３，５４と、通電により発熱する発熱体を収納した加熱ロッド５１と、シリンダ内の圧力を受けて移動する過熱ロッド５１の加重に応じて電気信号を出力する燃焼圧センサ（不図示）等で構成される。なお、燃焼圧センサは、図中、矢印Ｆｒ方向に配設される。
　加熱ロッド５１は、燃焼圧センサおよびベローズ５２に機械的に堅固に連結される。ベローズ５２は、加熱ロッド５１とプラグ本体５３、５４との間のシーリング要素として配置され、加熱ロッド５１がプラグ本体５３、５４内で軸方向に摩擦を生じることなく移動することができる。ベローズ５２は金属材料から作成され、ベローズ５２と加熱ロッド５１との機械的結合は、放射状に廻らされた隅肉溶接をベローズ５２の円筒形部分から加熱ロッド５１までの端面に設けたり、放射状に廻らされた貫通溶接をベローズ５２の円筒形部分に設けることによって行われる。プラグ本体５３、５４は、共に機械的に連結される。プラグ本体５４は、燃焼室側に設けられ、シーリング円錐部５４－１を有しており、それによってグロープラグはシリンダヘッドの燃焼圧から密封されている。ベローズ５２は、端子側でプラグ本体５３に機械的に連結される。加熱ロッド５１はプラグ本体５３、５４から熱的に遮断されるとともに、加熱ロッド５１はプラグ本体５３、５４内でベローズ５２を介して弾性的に支持される。
特開２００８－１３９１５０号公報 特開２００６－８４４６８号公報
　しかし、上述した従来の燃焼圧センサ（特許文献１）及び圧力測定グロー・プラグ（特許文献２）は、次のような問題点があった。
　即ち、伝達部材３４、４３または伝達部材を兼ねる加熱ロッド５１（以下、単に伝達部材という）がハウジング３３、４４またはプラグ本体５３、５４（以下、単にハウジングという）内を移動する形状であり、内燃機関のエンジンヘッド部とハウジングは、それぞれの先端に形成された面取り部とエンジンヘッド部に形成されたテーパ部とを当接させることで密着固定されている。
　したがって、いずれの構造もハウジングと伝達部材により形成される空間とエンジンヘッド部の燃焼室が連通する隙間が形成されているため、燃焼時に発生するカーボン等のゴミが、図中矢印Ｆｆ方向で示す経路により前記空間に侵入・堆積し、詰り現象が生じる。この結果、伝達部材の動きが束縛され、燃焼圧センサのセンシング性能が低下するとともに、最終的には計測不能に陥る。しかも、図８に示す構造では、伝達部材が長いため、温度変化により伝達部材の長さが変化し、その影響で検出誤差も発生するとともに、伝達部材自体が圧縮されるため検出素子における信号発生に遅延を生じてしまう。
　本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した燃焼圧センサ及び燃焼圧センサ付グロープラグの提供を目的とするものである。
　本発明に係る燃焼圧センサＭｓは、上述した課題を解決するため、内燃機関Ｅの燃焼室Ｅｂ内における燃焼圧を検出する燃焼圧センサであって、先端側が燃焼室Ｅｂ側に位置するように内燃機関Ｅに取付ける中空状のハウジング２と、このハウジング２の軸孔２ｈにスライド可能に挿通配置し、先端受圧部３ｐをハウジング２の先端部２ｓから露出させて燃焼室Ｅｂの燃焼圧を伝達する伝達部材３と、伝達部材３の後端部に配設し、伝達部材３に作用する荷重の変化を検出する荷重検出部４と、内部に伝達部材３を挿通させるとともに、一端をハウジング２の先端部２ｓに対して密閉状に固定し、かつ他端をハウジング２の先端部２ｓから露出する先端受圧部３ｐに対して密閉状に固定するベローズ５とを具備してなることを特徴とする。
　この場合、発明の好適な態様により、伝達部材３には、外周部に固定したベローズスペーサ１１を設け、このベローズスペーサ１１にベローズ５の他端を固定することができる。また、ハウジング２は、内燃機関Ｅに取付けた際に、ベローズ５の温度が４５０〔℃〕以上に加熱されるように、ベローズ５の一端を固定するハウジング２の先端部２ｓ位置を選定するとともに、この際、ベローズ５は、少なくとも４５０〔℃〕以上の耐熱性素材により形成することが望ましい。なお、ハウジング２は、燃焼室Ｅｂ側に位置するシーリングブロック２ｄと、燃焼室Ｅｂから離れる側に位置するリアハウジング２ｕと、このリアハウジング２ｕとシーリングブロック２ｓの間に位置するセンサホルダ１２により一体に構成することができる。さらに、荷重検出部４には、高耐熱性の圧電素子としてランガサイト系の高耐熱性素子４ｐを用いることが望ましい。
　一方、本発明に係る燃焼圧センサ付グロープラグＭは、上述した課題を解決するため、内燃機関Ｅの燃焼室Ｅｂ内における燃焼圧を検出する燃焼圧センサＭｓを具備するとともに、燃焼室Ｅｂ内に臨む加熱ロッド３ｒを備えてなる燃焼圧センサ付グロープラグであって、先端側が燃焼室Ｅｂ側に位置するように内燃機関Ｅに取付ける中空状のハウジング２と、このハウジング２の軸孔２ｈにスライド可能に挿通配置し、先端受圧部３ｐをハウジング２の先端部２ｓから露出させて燃焼室Ｅｂの燃焼圧を伝達する少なくとも一部が加熱ロッド３ｒを兼ねる伝達部材３と、この伝達部材３の後端部に配設し、伝達部材３に作用する荷重の変化を検出する荷重検出部４と、内部に伝達部材３を挿通させるとともに、一端をハウジング２の先端部２ｓに対して密閉状に固定し、かつ他端をハウジング２の先端部２ｓから露出する先端受圧部３ｐに対して密閉状に固定するベローズ５とを具備してなることを特徴とする。
　この場合、発明の好適な態様により、伝達部材３には、加熱ロッド３ｒの外周部に装着したヒータスリーブ３ｓを備えることができるとともに、この伝達部材３には、ヒータスリーブ３ｓの外周部に固定したベローズスペーサ１１を設け、このベローズスペーサ１１にベローズ５の他端を固定することができる。また、ハウジング２は、内燃機関Ｅに取付けた際に、ベローズ５の温度が４５０〔℃〕以上に加熱されるように、ベローズ５の一端を固定するハウジング２の先端部２ｓ位置を選定するとともに、この際、ベローズ５は、少なくとも４５０〔℃〕以上の耐熱性素材により形成することが望ましい。なお、ハウジング２は、燃焼室Ｅ側に位置するシーリングブロック２ｄと、燃焼室Ｅから離れる側に位置するリアハウジング２ｕと、このリアハウジング２ｕとシーリングブロック２ｄの間に位置するセンサホルダ１２により一体に構成できる。
　このような本発明に係る燃焼圧センサＭｓ及び燃焼圧センサ付グロープラグＭによれば、次のような顕著な効果を奏する。
　（１）　ベローズ５の一端をハウジング２の先端部２ｓに対して密閉状に固定し、かつ他端をハウジング２の先端部２ｓから露出する先端受圧部３ｐに対して密閉状に固定することにより、ハウジング２の先端部２ｓと伝達部材３の先端受圧部３ｐが密閉状態に固定されるため、燃焼室Ｅｂからハウジング２の内部空間にカーボン等のゴミが進入・堆積し、詰り現象が生じる不具合を防止できる。したがって、伝達部材の動きが束縛されるなどの不具合を解消し、燃焼圧センサＭｓにおけるセンシング性能の低下、更には計測が不能に陥る問題を解消できる。
　（２）　ベローズ５がハウジング２の外部に配置されているため、ベローズ５を燃焼室Ｅｂの高温に直接晒すことができる。したがって、ベローズ５に付着したカーボン等のゴミを焼き切ることができ、ベローズ５の外面におけるゴミの堆積を抑制できる。
　（３）　好適な態様により、伝達部材３に、外周部に固定したベローズスペーサ１１を設け、このベローズスペーサ１１に、ベローズ５の他端を固定するようにすれば、多様な固定態様を選択採用できるとともに、固定部位の良好な密閉状態をつくり出すことができる。
　（４）　好適な態様により、ハウジング２を内燃機関Ｅに取付けた際に、ベローズ５の温度が４５０〔℃〕以上に加熱されるように、ベローズ５の一端を固定するハウジング２の先端部２ｓ位置を選定すれば、ベローズ５に付着したカーボン等のゴミを焼き切る作用を確実に行わせることができる。
　（５）　好適な態様により、ベローズ５を、少なくとも４５０〔℃〕以上の耐熱性素材により形成すれば、ベローズ５に付着したカーボン等のゴミを焼き切る機能を持たせる場合であっても、ベローズ５の耐久性の低下や高温による劣化等を回避できる。
　（６）　好適な態様により、ハウジング２を構成するに際し、燃焼室Ｅｂ側に位置するシーリングブロック２ｄと、燃焼室Ｅｂから離れる側に位置するリアハウジング２ｕと、このリアハウジング２ｕとシーリングブロック２ｓの間に位置するセンサホルダ１２により、一体に構成すれば、加熱ロッド３ｒ（伝達部材３）をより短くできるため、温度変化による伝達部材３の長さ変化を抑制できるとともに、温度による検出誤差を抑制できる。また、伝達部材３自体が圧縮されることに伴う荷重検出部４における信号発生の遅延を抑制できる。
　（７）　好適な態様により、荷重検出部４に、高耐熱性の圧電素子としてランガサイト系の高耐熱性素子４ｐを用いれば、燃焼圧センサＭｓを燃焼室Ｅｂに近付けた場合であっても、安定した計測（検出）を行うことができるとともに、燃焼圧センサＭｓを燃焼室Ｅｂにより近付けることが可能になることから加熱ロッド３ｒを更に短くできる。
　（８）　好適な態様により、伝達部材３に、加熱ロッド３ｒの外周部に装着したヒータスリーブ３ｓを含ませれば、ヒータスリーブ３ｓの外周部にベローズスペーサ１１を固定できるため、より多様な固定態様を選択できるとともに、固定部位のより良好な密閉状態をつくり出すことができる。
本発明の好適実施形態に係る燃焼圧センサ付グロープラグの要部を示す正面断面図、 同燃焼圧センサ付グロープラグの下半部を示す正面断面図、 同燃焼圧センサ付グロープラグに用いるベローズ（溶接前）におけるベローズパーツの正面断面図、 同燃焼圧センサ付グロープラグに用いるベローズの正面断面図、 同燃焼圧センサ付グロープラグの全体を示す正面断面図、 同燃焼圧センサ付グロープラグにおけるセンサホルダの内部構造を示す正面断面図、 同燃焼圧センサ付グロープラグを使用した際におけるグロープラグの表面軸方向位置に対する温度の特性図、 背景技術に係わる燃焼圧センサの正面断面図、 図１０の燃焼圧センサの正面断面図、 背景技術に係わる圧力測定グロー・プラグにおける燃焼圧センサに相当する部分のみを示す正面断面図、
　２：ハウジング，２ｈ：ハウジングの軸孔，２ｓ：ハウジングの先端部，２ｄ：シーリングブロック，２ｕリアハウジング，３：伝達部材，３ｐ：先端受圧部，３ｒ：加熱ロッド，３ｓ：ヒータスリーブ，４：荷重検出部，４ｐ：圧電素子，５：ベローズ，１１：ベローズスペーサ，１２：センサホルダ，Ｍ：燃焼圧センサ付グロープラグ，Ｍｓ：燃焼圧センサ，Ｅ：内燃機関，Ｅｂ：燃焼室
　次に、本発明に係る最良実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
　まず、本実施形態に係る燃焼圧センサ付グロープラグＭの構成について、図１～図６を参照して説明する。
　Ｍは、燃焼圧センサ付グロープラグを示す。燃焼圧センサ付グロープラグＭにおいて、２は中空状のハウジングであり、図２に示すように、燃焼室Ｅｂ側に位置するシーリングブロック２ｄと、燃焼室Ｅｂから離れる側に位置するリアハウジング２ｕと、このリアハウジング２ｕとシーリングブロック２ｓ間に位置するセンサホルダ１２により一体に構成し、ハウジング２の中心、特に、シーリングブロック２ｄとセンサホルダ１２には軸孔２ｈを設ける。この場合、シーリングブロック２ｄは、先端側が燃焼室Ｅｂ側に位置する。したがって、中間位置には、内燃機関（エンジン）Ｅに取付けるシーリング円錐部２ｄｊを形成する。即ち、シーリングブロック２ｄの中間位置から先端側にテーパ面によるシーリング円錐部２ｄｊを形成するとともに、このシーリング円錐部２ｄｊの先端から前方（下方）に位置するシーリングブロック２ｄを、外径が小径となる小径先端部２ｄｓとして形成する。
　３は伝達部材であり、加熱ロッド３ｒ及びこの加熱ロッド３ｒの外周部に装着したヒータスリーブ３ｓにより構成する。加熱ロッド３ｒは、セラミックヒータにより構成し、先端を球面に形成する。したがって、加熱ロッド３ｒは、グロープラグＭの発熱体を兼ねている。ヒータスリーブ３ｓはパイプ状に形成し、加熱ロッド３ｒ（セラミックヒータ）をヒータスリーブ３ｓの内部に挿入するとともに、ヒータスリーブ３ｓの先端から所定長さ突出（露出）させる。
　そして、伝達部材３は、シーリングブロック２ｄの軸孔２ｈに挿通させる。これにより、伝達部材３は、シーリングブロック２ｄの内周を摺動可能となり、伝達部材３の先端側がハウジング２の先端部２ｓから所定長さ突出するとともに、伝達部材３の後端側（先端側の反対側）はシーリングブロック２ｄの後端から所定長さ突出させ、センサホルダ１２の軸孔２ｈとなる内部空間に臨ませる。ハウジング２を、このようなシーリングブロック２ｄ，センサホルダ１２及びリアハウジング２ｕの組合わせにより構成すれば、加熱ロッド３ｒ（伝達部材３）をより短くできるため、温度変化により伝達部材３の長さ変化を抑制できるとともに、温度による検出誤差を抑制できる。また、伝達部材３自体が圧縮されることに伴う荷重検出部４における信号発生の遅延を抑制できる。さらに、１１はリング状に形成したベローズスペーサであり、伝達部材３を構成するヒータスリーブ３ｓの外周部に固定する。
　一方、５は円筒状のベローズを示す。ベローズ５は、例えば、図３及び図４に示すような溶接法により製造することができる。この場合、図３に示すように、リング形のベローズパーツ５ｐ…を複数用意し、ベローズパーツ５ｐ…同士を順次溶接等により接合すれば、図４に示すベローズ５を得ることができる。なお、５ｃは、ベローズ５とベローズスペーサ１１の接合、又はベローズ５とシーリングブロック２ｄにおける先端部２ｓの接合を、より良好に行うための補助固定具を示す。したがって、この補助固定具５ｃは各種形状及び大きさにより形成できる。また、ベローズ５の、全体長さ，伸縮性及びバネ性等については、適宜設定することができる。
　さらに、ベローズ５は、少なくとも４５０〔℃〕以上の耐熱性素材により形成する。耐熱性素材としては、例えば、ニッケル基の超合金である「インコネル（登録商標）７１８」を用いることができる。ベローズ５をこのような耐熱性素材により形成すれば、ベローズ５に付着したカーボン等のゴミを焼き切る機能を持たせる場合であっても、ベローズ５の耐久性の低下や高温による劣化等を回避できる。なお、このようなベローズ５は、図４に示す形態に限定されるものではなく、ベローズ５としての目的が達成できれば、図９及び図１０に示す一般的な形状であってもよいし、波形が複数無い所謂ダイヤフラム状のものであってもよい。
　そして、ベローズ５は、図１に示すように、伝達部材３の外周部に装着し、一端をハウジング２の先端部２ｓに対して密閉状に固定するととも、他端をハウジング２の先端部２ｓから露出する先端受圧部３ｐに対して密閉状に固定する。即ち、ベローズ５の一端を、シーリングブロック２ｄにおける小径先端部２ｄｓの先端に溶接等により固定して密閉状にするとともに、ベローズ５の他端を、伝達部材３におけるヒータスリーブ３ｓの外周部に固定したベローズスペーサ１１の外周面に溶接等により固定して密閉状にする。このように、ベローズ５の他端を、伝達部材３に備えるベローズスペーサ１１に固定するようにすれば、多様な固定態様を選択採用できるため、固定部位の良好な密閉状態をつくり出すことができるとともに、ベローズスペーサ１１を加熱ロッド３ｒの外周部に装着したヒータスリーブ３ｓに固定するようにすれば、より多様な固定態様を選択できるため、固定部位のより良好な密閉状態をつくり出すことができる。
　ところで、ベローズ５は、燃焼圧センサ付グロープラグＭの最外郭に位置し、シーリングブロック２ｄのシーリング円錐部２ｄｊをエンジンＥに取付けた際には、伝達部材３の先端受圧部３ｐのみならず、ベローズ５も燃焼室Ｅｂの内部に臨むことになる。このため、燃焼室Ｅｂの内部で発生するカーボン等のゴミが、ベローズ５の外周面に形成される谷部（凹部）に入り込み、堆積しやすくなるが、ベローズ５の外周面に付着するカーボン等のゴミは、次のように焼き切ることができる。
　即ち、図７は、燃焼圧センサ付グロープラグＭを使用した際におけるグロープラグの表面軸方向位置（測定位置〔ｍｍ〕）に対する温度〔℃〕の特性図を示すが、同図から明らかなように、温度Ｔｘ〔℃〕は伝達部材３（先端受圧部３ｐ）の先端側へ行くに従って高くなり、先端付近では、１０００〔℃〕前後に達する。一方、通常、カーボン等のゴミを焼き切る温度は、４５０〔℃〕以上と言われているため、ベローズ５は、４５０〔℃〕となる図７における位置Ｘｕよりも先端側の領域Ｚｕに配する必要がある。しかし、必要以上に先端側に配した場合には、高温によりベローズ５の寿命や劣化において不利になるたる、例示のように、ハウジング２の先端部２ｓに固定するベローズ５の他端位置を、４８０〔℃〕程度となる位置に選定することが望ましい。このようなベローズ５の装着位置は、ハウジング２における小径先端部２ｄｓの長さやベローズスペーサ１１の固定位置の選定により実現できる。このように、ハウジング２をエンジンＥに取付けた際に、ベローズ５の温度が４５０〔℃〕以上に加熱されるように、ベローズ５の一端を固定するハウジング２の先端部２ｓ位置を選定すれば、ベローズ５に付着したカーボン等のゴミを焼き切る作用を確実に行わせることができる。
　他方、１５は、リング板状に形成したダイヤフラム型バネであり、中心側をヒータスリーブ３ｓの後端に固定するとともに、外周側をシーリングブロック２ｄの後端に固定する。したがって、ダイヤフラム型バネ１５の外周側は、シーリングブロック２ｄの後端とセンサホルダ１２の前端間に挟み込んで固定することができる。ダイヤフラム型バネ１５は、伝達部材３（セラミックヒータ）の受けた圧力を荷重検出部４の圧電素子４ｐへ平行に導くとともに、圧電素子４ｐに予圧を与える機能を備えており、伝達部材３が無負荷状態でも一定の圧力を圧電素子４ｐに与えている。
　この場合、荷重検出部４は、圧電素子４ｐとこの圧電素子４ｐの軸方向両側に配した一対の電極１６，１７を備え、この荷重検出部４は、センサホルダ１２の内部に、絶縁部材１８を介してセンサハウジング１９により保持固定される。そして、加熱ロッド３ｒの後端面と一方の電極１６の前端面間に絶縁部材２０を介在させて、先端受圧部３ｐが受ける荷重の変化を圧電素子４ｐに伝達する。また、センサホルダ１２の内部には、加熱ロッド３ｒの周面後端に接続したヒータワイヤ２１を配するとともに、他方の電極１７に対して先端を接続し、かつ後端をリードワイヤ２２に接続したスプリング２３等を配設する。なお、センサホルダ１２はリアハウジング２ｕと一体であってもよい。
　圧電素子４ｐは、従来、ＰＺＴ，水晶，シリコンベースの歪ゲージ，ランガサイト系の圧電素子等が使用されているが、本実施形態に係る燃焼圧センサＭｓでは、圧電素子４ｐをエンジンＥの燃焼室Ｅｂに近い位置に配するため、高温でも経時変化の少ないランガサイト系の高耐熱素子を用いることが好ましい。このように、荷重検出部４に、高耐熱性の圧電素子４ｐであるランガサイト系の高耐熱素子を用いれば、燃焼圧センサＭｓを燃焼室Ｅｂに近付けた場合であっても、安定した計測（検出）を行うことができる。また、燃焼圧センサＭｓを燃焼室Ｅｂにより近付けることが可能になることから加熱ロッド３ｒを更に短くできる利点がある。
　ヒータワイヤ２１は、セラミックヒータにより構成した加熱ロッド３ｒに電流を流すためのワイヤであり、ヒータスリーブ３ｓ及び一方の電極１６は、グロープラグＭ（ハウジング２）のグランドに導通する。他方の電極１７は圧電素子４ｐで発生した電荷を集める電極であり、電極１７とセンサハウジング１９間は、絶縁部材１８により絶縁される。スプリング２３は電極１７からの検出信号をリードワイヤ２２に送るためのものであり、スプリング２３を含む信号ラインとセンサハウジング１９間は、絶縁部材２４により絶縁される。
　その他、図５において、６１はアンプケースであり、リアハウジング２ｕの内部に配される。このアンプケース６１により、シールド絶縁パイプ６２とヒータワイヤ２１がリアハウジング２ｕの内部に固定される。また、６３はアンプケース６１を固定するアンプハウジングであり、リアハウジング２ｕの後端（上端）に配設する。６４は荷重検出部４からの検出信号をチャージし、燃焼圧（圧力値）を電圧に変換して出力するアンプ回路基板である。さらに、６５はアンプ回路基板６４からの燃焼圧に係わる検出信号を出力するコネクタピン（タブコンタクト）、６６はグロー（セラミック）ヒータに給電するためのコネクタピン（グローヒータコンタクト）、６７はアンプケース６１を固定して防水を行うＯリングをそれぞれ示す。
　よって、このような本実施形態に係る燃焼圧センサ付グロープラグＭによれば、内燃機関Ｅの燃焼室Ｅｂ内における燃焼圧を検出する燃焼圧センサであって、先端側が燃焼室Ｅｂ側に位置するように内燃機関Ｅに取付ける中空状のハウジング２と、このハウジング２の軸孔２ｈにスライド可能に挿通配置し、先端受圧部３ｐをハウジング２の先端部２ｓから露出させて燃焼室Ｅｂの燃焼圧を伝達する伝達部材３と、この伝達部材３の後端部に配設し、伝達部材３に作用する荷重の変化を検出する荷重検出部４と、内部に伝達部材３を挿通させるとともに、一端をハウジング２の先端部２ｓに対して密閉状に固定し、かつ他端をハウジング２の先端部２ｓから露出する先端受圧部３ｐに対して密閉状に固定するベローズ５とを備えてなるため、ベローズ５によりハウジング２の先端部２ｓと伝達部材３の先端受圧部３ｐが密閉状態に固定され、燃焼室Ｅｂからハウジング２の内部空間にカーボン等のゴミが進入・堆積し、詰り現象が生じる不具合を防止できる。したがって、伝達部材の動きが束縛されるなどの不具合を解消し、燃焼圧センサＭｓにおけるセンシング性能の低下、更には計測が不能に陥る問題を解消できる。
　しかも、一端をハウジング２の先端部２ｓに対して密閉状に固定し、かつ他端をハウジング２の先端部２ｓから露出する先端受圧部３ｐに対して密閉状に固定するベローズ５を備えるため、このベローズ５により、燃焼圧センサ付グロープラグＭをエンジンＥに取付けたときのグロープラグＭ自身の膨張・収縮による変位を緩和すると共にエンジンＥの燃焼室ＥｂからグロープラグＭのハウジング２内にカーボン等のゴミが侵入するのを防止できる。また、ベローズ５を燃焼室Ｅｂの高温に直接晒すことができるため、ベローズ５に付着したカーボン等のゴミを焼き切ることができ、ベローズ５の外面におけるゴミの堆積を抑制できる。
　以上の実施形態では、燃焼圧センサ付グロープラグＭについて説明したが、伝達部材３を、セラミックヒータ等の加熱ロッド３ｒとして構成することなく、単なるロッド部材として構成すれば、燃焼圧センサＭｓとして構成することができる。
　以上、最良実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，手法等において、本発明の精神を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。
　例えば、伝達部材３は、加熱ロッド３ｒ及びこの加熱ロッド３ｒの外周部に装着したヒータスリーブ３ｓを用いて構成した場合を示したが、前述したように、燃焼圧センサＭｓとして構成する場合には、加熱ロッド３ｒに対応する単純なロッド部材のみで構成してもよく、この場合にはベローズ５の一端をこのロッド部材の外周面に直接固定することができる。また、ハウジング２は、燃焼室Ｅｂ側に位置するシーリングブロック２ｄと、燃焼室Ｅｂから離れる側に位置するリアハウジング２ｕと、このリアハウジング２ｕとシーリングブロック２ｓの間に位置するセンサホルダ１２により一体に構成した場合を示したが、同様の構造を有するものであれば、組合せ点数などの構成形態は任意に実施できる。
　本発明に係る燃焼圧センサＭｓ及び燃焼圧センサ付グロープラグＭは、自動車のエンジンで代表される内燃機関をはじめ、他の各種用途における内燃機関の燃焼圧センサ又は燃焼圧センサ付グロープラグとして利用することができる。

Claims (13)

  1. 　内燃機関の燃焼室内における燃焼圧を検出する燃焼圧センサであって、先端側が前記燃焼室側に位置するように前記内燃機関に取付ける中空状のハウジングと、このハウジングの軸孔にスライド可能に挿通配置し、先端受圧部を前記ハウジングの先端部から露出させて前記燃焼室の燃焼圧を伝達する伝達部材と、この伝達部材の後端部に配設し、前記伝達部材に作用する荷重の変化を検出する荷重検出部と、内部に前記伝達部材を挿通させるとともに、一端を前記ハウジングの先端部に対して密閉状に固定し、かつ他端を前記ハウジングの先端部から露出する前記先端受圧部に対して密閉状に固定するベローズとを具備することを特徴とする燃焼圧センサ。
  2. 　前記伝達部材は、外周部に固定したベローズスペーサを備え、このベローズスペーサに前記ベローズの他端を固定してなることを特徴とする請求項１記載の燃焼圧センサ。
  3. 　前記ハウジングは、前記内燃機関に取付けた際に、前記ベローズの温度が４５０〔℃〕以上に加熱されるように、前記ベローズの一端を固定する前記ハウジングの先端部位置を選定してなることを特徴とする請求項１記載の燃焼圧センサ。
  4. 　前記ベローズは、少なくとも４５０〔℃〕以上の耐熱性素材により形成することを特徴とする請求項３記載の燃焼圧センサ。
  5. 　前記ハウジングは、前記燃焼室側に位置するシーリングブロックと、前記燃焼室から離れる側に位置するリアハウジングと、このリアハウジングと前記シーリングブロックの間に位置するセンサホルダを一体に備えてなることを特徴とする請求項１記載の燃焼圧センサ。
  6. 　前記荷重検出部は、高耐熱性の圧電素子としてランガサイト系の高耐熱性素子を用いることを特徴とする請求項１記載の燃焼圧センサ。
  7. 　内燃機関の燃焼室内における燃焼圧を検出する燃焼圧センサを備えるとともに、前記燃焼室内に臨む加熱ロッドを備えてなる燃焼圧センサ付グロープラグであって、先端側が前記燃焼室側に位置するように前記内燃機関に取付ける中空状のハウジングと、このハウジングの軸孔にスライド可能に挿通配置し、先端受圧部を前記ハウジングの先端部から露出させて前記燃焼室の燃焼圧を伝達する少なくとも一部が前記加熱ロッドを兼ねる伝達部材と、この伝達部材の後端部に配設し、前記伝達部材に作用する荷重の変化を検出する荷重検出部と、内部に前記伝達部材を挿通させるとともに、一端を前記ハウジングの先端部に対して密閉状に固定し、かつ他端を前記ハウジングの先端部から露出する前記先端受圧部に対して密閉状に固定するベローズとを具備することを特徴とする燃焼圧センサ付グロープラグ。
  8. 　前記伝達部材は、前記加熱ロッドの外周部に装着したヒータスリーブを備えることを特徴とする請求項７記載の燃焼圧センサ付グロープラグ。
  9. 　前記伝達部材は、前記ヒータスリーブの外周部に固定したベローズスペーサを備え、このベローズスペーサに前記ベローズの他端を固定してなることを特徴とする請求項８記載の燃焼圧センサ付グロープラグ。
  10. 　前記ハウジングは、前記内燃機関に取付けた際に、前記ベローズの温度が４５０〔℃〕以上に加熱されるように、前記ベローズの一端を固定する前記ハウジングの先端部位置を選定してなることを特徴とする請求項７記載の燃焼圧センサ付グロープラグ。
  11. 　前記ベローズは、少なくとも４５０〔℃〕以上の耐熱性素材により形成することを特徴とする請求項１０記載の燃焼圧センサ付グロープラグ。
  12. 　前記ハウジングは、前記燃焼室側に位置するシーリングブロックと、前記燃焼室から離れる側に位置するリアハウジングと、このリアハウジングと前記シーリングブロックの間に位置するセンサホルダを一体に備えることを特徴とする請求項７記載の燃焼圧センサ付グロープラグ。
  13. 　前記荷重検出部は、高耐熱性の圧電素子としてランガサイト系の高耐熱性素子を用いることを特徴とする請求項７記載の燃焼圧センサ付グロープラグ。
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