WO2012114721A1 - 燃焼圧力センサ付きグロープラグ - Google Patents

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glow plug
pressure sensor
metal shell
combustion pressure
cap
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忠 渡邊
前田　俊介
佳浩 中村
松井　正好
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日本特殊陶業株式会社
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02P19/00—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition
    • F02P19/02—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs
    • F02P19/028—Incandescent ignition, e.g. during starting of internal combustion engines; Combination of incandescent and spark ignition electric, e.g. layout of circuits of apparatus having glowing plugs the glow plug being combined with or used as a sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
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    • 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 glow plug, and more particularly to a glow plug with a combustion pressure sensor.
  • a glow plug is used as an auxiliary heat source.
  • a male screw provided in a housing thereof is screwed into a female screw formed in a plug mounting hole of an engine head, and a tapered shape provided in a front end of the housing. This seal surface is brought into contact with a tapered seat surface formed in the plug mounting hole of the internal combustion engine, thereby ensuring airtightness from the combustion chamber.
  • a new combustion method such as a premixed combustion method has been proposed, and accordingly, the combustion pressure of the internal combustion engine tends to increase. Therefore, it may be difficult for a conventional glow plug to ensure sufficient airtightness against a high combustion pressure.
  • a glow plug having a pressure sensor for detecting the combustion pressure in an internal combustion engine it is necessary to incorporate a movable structure of the sensor and heater (a structure capable of relative displacement with respect to the housing) inside, so the thickness of the housing It is difficult to thicken. Therefore, considering the possibility of plastic deformation of the housing, it is difficult to improve the airtightness between the combustion chamber by simply increasing the fastening axial force of the glow plug.
  • the engine head to which the glow plug is attached is often formed of aluminum having a high thermal expansion coefficient. For this reason, when the internal combustion engine reaches a high temperature, the engine head expands accordingly, and the axial force of the glow plug decreases.
  • the problem to be solved by the present invention is to improve the airtightness between the combustion chamber and the glow plug with the combustion pressure sensor.
  • the present invention has been made to solve at least a part of the problems described above, and can be realized as the following forms or application examples.
  • a cylindrical metal shell extending in the axial direction, and a cylindrical shape provided at the tip of the metal shell, having a shorter length along the axial direction than the metal shell and reducing the diameter toward the tip A cap-shaped housing, a rear end portion disposed in the housing, a tip portion projecting from a tip end of the cap portion, and a rod-like heater portion movable along the axial direction, and the axial direction
  • a glow plug with a combustion pressure sensor wherein the cap part is formed of a material having a higher tensile strength or proof stress than a material of the metal shell, and the metal shell is formed of the cap part.
  • Than charge, having a combustion pressure sensor glow plug characterized in that it is formed by the thermal expansion coefficient is large material.
  • Application Example 2 The glow plug with a combustion pressure sensor according to Application Example 1, wherein the cap portion includes a cylindrical cylindrical portion on a rear end side, and the thickness of the metal shell is set to the cylinder
  • the present invention can be configured as a glow plug with a combustion pressure sensor as described above, a manufacturing method of a glow plug with a combustion pressure sensor, an internal combustion engine equipped with a glow plug with a combustion pressure sensor, and the like.
  • the cap portion is formed of a material having a higher tensile strength or proof strength than the material of the metal shell, the cap portion where the stress during tightening concentrates. The rigidity can be increased.
  • the metal shell having a length longer than that of the cap portion is formed of a material having a larger coefficient of thermal expansion than the material of the cap portion, the thermal expansion of the glow plug can follow the thermal expansion of the engine head. It becomes possible. As a result, even when the combustion pressure in the combustion chamber is high or the thermal expansion coefficient of the engine head is large, the airtightness between the combustion chamber and the glow plug is not increased without excessively increasing the initial tightening axial force. It becomes possible to ensure the sex.
  • the thickness of the metal shell is thicker than the cylindrical portion provided on the rear end side of the cap portion, so that the rigidity of the metal shell having a lower tensile strength or proof strength than the cap portion is increased. Can do.
  • the connecting member is disposed in the cylindrical portion of the cap portion having a larger inner diameter and thinner than the metal shell, the coupling member is connected rather than disposed in the metal shell.
  • the area of the member can be increased.
  • the movable range of the heater section can be increased, and the performance of the pressure sensor can be improved.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a glow plug 100 as an embodiment of the present invention.
  • 1A shows the overall configuration of the glow plug 100
  • FIG. 1B shows a partial cross-sectional configuration
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view in the vicinity of a cap portion 120 described later.
  • the lower side of the axis O of the glow plug 100 in FIGS. 1 and 2 is the front end side of the glow plug 100 and the upper side is the rear end side.
  • a downward direction along the axis O of the glow plug 100 is defined as an axial direction OD.
  • the glow plug 100 includes a housing 130 having a metal shell 110 and a cap portion 120, and a heater portion 150.
  • the metal shell 110 is a substantially cylindrical metal member.
  • the metallic shell 110 is made of a high thermal expansion metal.
  • the high thermal expansion metal refers to a metal having a tensile strength of 600 MPa or less and a thermal expansion coefficient of 14 ppm / ° C. or more in a temperature range of ⁇ 40 to 150 ° C., for example, SUS304, which is an austenitic stainless steel. SUS303, SUS316, etc. can be used.
  • the length L1 along the axial direction OD of the metal shell 110 is longer than the length L2 of the cap portion 120, and can be, for example, 40 mm or more.
  • a tool engaging portion 112 with which a tool for attaching the glow plug 100 to the internal combustion engine is engaged is formed at the rear end portion of the metal shell 110. Further, a screw portion 114 formed with a screw groove (not shown) for fixing the glow plug 100 to the engine head is provided on the tip side of the tool engaging portion 112. A plurality of wirings 116 that are electrically connected to an integrated circuit 166 (described later) and a central shaft 170 (described later) in the housing 130 are inserted into the rear end portion of the tool engaging portion 112.
  • a cap 120 which is an annular metal member, is disposed at the tip of the metallic shell 110. As shown in FIG. 2, a cylindrical portion 122 having a substantially constant outer diameter is formed on the rear end side of the cap portion 120, and a tapered portion 124 that decreases in diameter toward the front end is formed on the front end side. .
  • the length L2 along the axial direction OD of the cap portion 120 is shorter than the length L1 of the metal shell 110, and may be, for example, 15 mm or less.
  • the cap part 120 is formed of a high strength metal having a high tensile strength (or proof stress).
  • the high strength metal means a metal having a coefficient of thermal expansion of less than 14 ppm / ° C.
  • the thickness T1 of the cylindrical portion 122 of the cap portion 120 is thinner than the thickness T2 of the metallic shell 110 on the tip side of the screw portion 114, and the inner diameter B1 of the cylindrical portion 122 is the metallic shell. 110 is larger than the inner diameter B2.
  • the thickness T1 can be, for example, 0.5 to 1.0 mm, and the thickness T2 can be 0.7 to 1.2 mm.
  • the glow plug 100 When the glow plug 100 is attached to the internal combustion engine, the glow plug 100 contacts the seat surface 210 of the plug attachment hole 200 of the engine head at the outermost corner portion 126 of the cap portion 120. By the contact (line contact) of the corner portion 126 with the seating surface 210, airtightness from the combustion chamber to the outside is maintained.
  • the heater unit 150 includes a sheath tube 152, a heating coil 154, and insulating powder 155.
  • the sheath tube 152 is formed of stainless steel or the like excellent in heat resistance and corrosion resistance, and has a tip end closed in a hemispherical shape and a rear end opened in the metal shell 110 as shown in FIG.
  • the heating coil 154 is a wire-wound resistor and is disposed inside the distal end side of the sheath tube 152.
  • a middle shaft 170 that is a metal bar-like member is inserted into the heater unit 150, and the rear end of the heating coil 154 is fixed to the tip of the middle shaft 170. Electric power is supplied to the heating coil 154 from the outside through the wiring 116 and the central shaft 170.
  • the sheath tube 152 is filled with insulating powder 155 such as magnesium oxide having heat resistance in a gap with the heating coil 154.
  • a seal member 156 for sealing the insulating powder 155 in the sheath tube 152 is inserted between the opened rear end of the sheath tube 152 and the middle shaft 170.
  • the sheath tube 152 is subjected to a swaging process, whereby the denseness of the insulating powder 155 filled therein is enhanced, and the heat conduction efficiency is improved.
  • the heater unit 150 having such a configuration is arranged such that the rear end side is disposed in the metal shell 110 and the front end side is projected from the opening 125 of the cap unit 120 toward the axial direction OD.
  • an annular pressure sensor 160 disposed on the rear end side of the heater unit 150, a sensor fixing member 132 for fixing the pressure sensor 160 in the housing 130, and an axis O of the heater unit 150
  • the sensor fixing member 132 is a substantially cylindrical member formed of stainless steel or the like.
  • the sensor fixing member 132 is disposed along the inner periphery of the metallic shell 110, and a flange-shaped flange portion 133 is formed at the tip thereof.
  • the flange portion 133 is welded to the front end surface of the metal shell 110.
  • the outer periphery of the pressure sensor 160 is welded to the rear end of the sensor fixing member 132.
  • the pressure sensor 160 is fixed near the central portion in the housing 130 by the sensor fixing member 132.
  • the transmission sleeve 134 is a substantially cylindrical member formed of stainless steel or the like.
  • the transmission sleeve 134 is disposed between the sensor fixing member 132 and the heater unit 150.
  • the distal end of the transmission sleeve 134 is welded to the outer periphery of the heater portion 150 in the vicinity of the position where the flange portion 133 of the sensor fixing member 132 is formed. Further, the rear end of the transmission sleeve 134 is welded to the inner peripheral portion of the annular pressure sensor 160.
  • the load generated by the displacement along the axis O of the heater unit 150 or the displacement along the axis O of the heater unit 150 is transmitted to the inner peripheral portion of the pressure sensor 160 by the transmission sleeve 134.
  • the connecting member 180 (see FIG. 2) is an annular member having elasticity formed of stainless steel, nickel alloy or the like.
  • the connecting member 180 includes a flange-like flange portion 182 provided on the rear end side, a thin-film-like flat portion 183 provided on the front end side, and a cylindrical portion 184 that connects the flange portion 182 and the flat portion 183.
  • the flange portion 182 has an upper surface (rear end side surface) welded to the flange portion 133 of the sensor fixing member 132, and a lower surface (front end side surface) welded to the rear end surface of the cap portion 120.
  • the flat portion 183 has a folded portion 185 that is folded toward the distal end side at the inner peripheral portion thereof.
  • the connecting member 180 is welded to the outer periphery of the heater unit 150 at the folded portion 185.
  • the flat portion 183 of the connecting member 180 is disposed in the cylindrical portion 122 of the cap portion 120.
  • the heater unit 150 is connected to the housing 130 by the connecting member 180, and displacement along the axis O is allowed by the elastic force of the connecting member 180.
  • the connecting member 180 also serves to ensure airtightness from the combustion chamber into the metal shell 110 by connecting the heater portion 150 and the housing 130.
  • the pressure sensor 160 (see FIG. 1) includes an annular metal diaphragm 162 having a central opening 170 through which the central shaft 170 passes, and a piezoresistive element 164 joined to the upper surface (rear end surface) of the metal diaphragm 162. And.
  • the metal diaphragm 162 is made of, for example, stainless steel.
  • An integrated circuit 166 provided at a predetermined position in the housing 130 is electrically connected to the piezoresistive element 164. As described above, the rear end of the transmission sleeve 134 connected to the heater unit 150 is joined to the inner periphery of the metal diaphragm 162.
  • the transmission sleeve 134 transmits the load or the amount of displacement generated by the displacement to the metal diaphragm 162, thereby bending the metal diaphragm 162.
  • the integrated circuit 166 detects the combustion pressure of the internal combustion engine by detecting the deformation of the metal diaphragm 162 using the piezoresistive element 164.
  • the integrated circuit 166 outputs an electrical signal indicating the combustion pressure thus detected to an external ECU or the like through the wiring 116 inserted at the rear end of the metal shell 110.
  • the cap portion 120 is formed of a high-strength metal having a higher tensile strength (or proof stress) in a temperature range of ⁇ 40 to 300 ° C. than the material of the metal shell 110. . For this reason, it is possible to increase the rigidity of the cap portion 120 in which stress when the glow plug 100 is tightened is concentrated.
  • the metal shell 110 which is the main metal part having a longer length than the cap part 120, is made of a high thermal expansion metal having a higher coefficient of thermal expansion in the temperature range of ⁇ 40 to 150 ° C. than the material of the cap part 120. Is formed by.
  • the cap portion 120 is preferably formed of a material having a tensile strength (or proof stress) in the temperature range of ⁇ 40 to 300 ° C. of 900 MPa or more. Thereby, the rigidity of the cap part 120 can be further increased.
  • the thermal expansion coefficient of the metal shell 110 is preferably formed of a material having a magnitude of 2/3 or more of the thermal expansion coefficient of the material constituting the engine head. . Thereby, it becomes possible to ensure sufficient airtightness between the combustion chamber and the glow plug 100.
  • the cap portion 120 is formed of a high-strength metal, the thickness T1 of the cylindrical portion 122 can be made thinner than the thickness T2 of the metal shell 110. Therefore, the inner diameter B1 of the cylindrical portion 122 can be made larger than the inner diameter B2 of the metal shell 110, and thereby the area of the flat portion 183 of the connecting member 180 can be increased. As a result, since the movable range along the axis O of the heater unit 150 can be increased, the performance (for example, the S / N ratio) of the pressure sensor 160 can be improved.
  • the thickness T1 of the cylindrical portion 122 can be made thinner than the thickness T2 of the metallic shell 110.
  • the thickness T2 of the metallic shell 110 can be made thicker than the thickness T1 of the cylindrical portion 122. That's what it means. Therefore, it is possible to increase the rigidity of the metal shell 110 formed of a high thermal expansion metal in order to follow the thermal expansion of the engine head. Therefore, even when steel having the characteristics of high thermal expansion and high strength (high tensile strength or large proof stress) cannot be used, the metal shell 110 and the cap portion 120 have different characteristics as in this embodiment. By comprising with a material, it can suppress that the intensity
  • the present invention is not limited to such an embodiment, and various configurations can be adopted without departing from the spirit of the present invention.
  • the thickness T1 of the cap part 120 may be larger than the thickness T2 of the metal shell 110.
  • the flat portion 183 of the connecting member 180 can be provided in the metal shell 110.
  • the following various aspects can be adopted.
  • the heater unit 150 is configured by embedding the heat generating coil 154 in the sheath tube 152, but other configurations are possible.
  • the heater unit 150 may be configured as a ceramic heater in which a conductive ceramic is embedded in an insulating ceramic.
  • the pressure sensor 160 is configured by the annular metal diaphragm 162 and the piezoresistive element 164.
  • the configuration of the pressure sensor 160 is not limited to this, and a known pressure sensor employed in a glow plug with a combustion pressure sensor can be appropriately applied.
  • the housing 130 and the heater unit 150 are connected by the connecting member 180 having the thin film-like flat part 183.
  • the housing 130 and the heater unit 150 may be coupled by a bellows (bellows) -shaped member.
  • the heater unit 150 and the pressure sensor 160 are connected via the transmission sleeve 134. However, the rear end portion of the heater unit 150 is directly connected to the pressure sensor 160. Also good.
  • power is supplied to the heater unit 150 through the middle shaft 170.
  • the middle shaft 170 may be omitted, and power may be directly supplied from the wiring 116 to the heater unit 150.

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Abstract

燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、燃焼室との間の気密性を向上させる。グロープラグ１００は、軸線方向に延びる略円筒状の主体金具と、主体金具の先端に設けられ、主体金具よりも軸線方向に沿った長さが短く、先端に向けて縮径する略筒状のキャップ部と、を有するハウジングと、ヒータ部と、連結部材と、圧力センサと、を備えている。キャップ部は、主体金具の材料よりも、引張強度または耐力が大きい材料により形成されており、主体金具は、キャップ部の材料よりも、熱膨張率が大きい材料により形成されている。

Description

燃焼圧力センサ付きグロープラグ
　本発明は、グロープラグに関し、特に、燃焼圧力センサ付きのグロープラグに関する。
　ディーゼルエンジン等の圧縮着火方式の内燃機関では、補助熱源としてグロープラグが使用される。例えば、特許文献１，２に記載されたグロープラグは、そのハウジングに設けられた雄ネジをエンジンヘッドのプラグ取付け孔に形成された雌ねじに螺合させるとともに、ハウジングの先端に設けられたテーパ状のシール面を、内燃機関のプラグ取付け孔に形成されたテーパ状の座面に接触させることで燃焼室からの気密性を確保している。
　しかし、近年では、従来の拡散燃焼方式に加えて予混合燃焼方式等の新しい燃焼方式が提案されており、それに伴い、内燃機関の燃焼圧が上昇する傾向にある。そのため、従来のグロープラグでは、高圧化された燃焼圧に対して十分な気密性を確保することが困難な場合がある。特に、内燃機関内の燃焼圧力を検出するための圧力センサを備えるグロープラグでは、内部にセンサやヒータの可動構造（ハウジングに対する相対変位を可能にする構造）を組み込む必要があるため、ハウジングの厚みを厚くすることが難しい。よって、ハウジングの塑性変形等の可能性を考慮すると、単純にグロープラグの締め付け軸力を高めることによって燃焼室との間の気密性を向上させることが困難である。また、グロープラグが取り付けられるエンジンヘッドは、熱膨張率の高いアルミニウム等によって形成されていることが多い。そのため、内燃機関が高温になると、それに応じてエンジンヘッドが膨張し、グロープラグの軸力が低下してしまうという問題もある。
特開２００４－２０５１４８号公報 特開２００２－２７６９４２号公報
　前述の問題を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、燃焼室との間の気密性を向上させることである。
　本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］軸線方向に延びる筒状の主体金具と、前記主体金具の先端に設けられ、前記主体金具よりも前記軸線方向に沿った長さが短く、先端に向けて縮径する筒状のキャップ部と、を有するハウジングと、後端部が前記ハウジング内に配置され、先端部が前記キャップ部の先端から突出し、前記軸線方向に沿って移動可能な棒状のヒータ部と、前記軸線方向に沿った前記ヒータ部の移動を可能としつつ、前記ヒータ部と前記ハウジングとを繋ぐ連結部材と、前記ヒータ部を介して伝達される荷重に応じて、燃焼圧の検出を行う圧力センサと、を備える燃焼圧力センサ付きグロープラグであって、前記キャップ部は、前記主体金具の材料よりも、引張強度または耐力が大きい材料により形成されており、前記主体金具は、前記キャップ部の材料よりも、熱膨張率が大きい材料により形成されていることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
［適用例２］適用例１に記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグであって、前記キャップ部は、後端側に、円筒状の円筒部を備えており、前記主体金具の厚みは、前記円筒部の厚みよりも厚いことを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
［適用例３］適用例２に記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグであって、前記円筒部の内径は、前記主体金具の内径よりも大きく、前記連結部材が、前記円筒部内に配置されていることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
　本発明は、上述した燃焼圧力センサ付きグロープラグとしての構成のほか、燃焼圧力センサ付きグロープラグの製造方法や、燃焼圧力センサ付きグロープラグを備える内燃機関などとしても構成することが可能である。
　適用例１のような構成のグロープラグであれば、キャップ部が、主体金具の材料よりも、引張強度または耐力が大きい材料により形成されているため、締め付けの際の応力が集中するキャップ部の剛性を高めることが可能になる。また、キャップ部よりも長さの長い主体金具が、キャップ部の材料よりも、熱膨張率が大きい材料により形成されているため、エンジンヘッドの熱膨張にグロープラグの熱膨張を追従させることが可能になる。これらの結果、燃焼室内の燃焼圧が高い場合や、エンジンヘッドの熱膨張率が大きい場合であっても、初期の締め付け軸力を過度に高めることなく、燃焼室とグロープラグとの間の気密性を確保することが可能になる。
　適用例２のような構成であれば、主体金具の厚みがキャップ部の後端側に設けられた円筒部よりも厚いため、キャップ部よりも引張強度あるいは耐力が小さい主体金具の剛性を高めることができる。
　適用例３のような構成であれば、主体金具よりも内径が大きく、かつ、厚みが薄いキャップ部の円筒部内に連結部材を配置するので、連結部材を主体金具内に配置するよりも、連結部材の面積を広げることができる。そのため、ヒータ部の可動範囲を大きくすることが可能になり、圧力センサの性能を向上させることができる。
本発明の一実施形態としてのグロープラグの構成を示す説明図である。 キャップ部近傍の拡大断面図である。
　図１は、本発明の一実施形態としてのグロープラグ１００の構成を示す説明図である。図１（ａ）は、グロープラグ１００の全体構成を示し、図１（ｂ）は、部分的な断面構成を示している。また、図２は、後述するキャップ部１２０近傍の拡大断面図である。以下では、図１，２におけるグロープラグ１００の軸線Ｏの下方をグロープラグ１００の先端側とし、上方を後端側として説明する。また、グロープラグ１００の軸線Ｏに沿った下向きの方向を軸線方向ＯＤとする。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、グロープラグ１００は、主体金具１１０とキャップ部１２０とを有するハウジング１３０と、ヒータ部１５０と、を備えている。
　主体金具１１０は、略円筒状の金属部材である。本実施形態では、主体金具１１０は、高熱膨張金属によって形成されている。本実施形態において、高熱膨張金属とは、－４０～１５０℃の温度領域における引張強度が６００ＭＰａ以下で且つ熱膨張率が１４ｐｐｍ／℃以上の金属をいい、例えば、オーステナイト系のステンレス鋼であるＳＵＳ３０４やＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３１６等を用いることができる。主体金具１１０の軸線方向ＯＤに沿った長さＬ１は、キャップ部１２０の長さＬ２よりも長く、例えば、４０ｍｍ以上とすることができる。
　主体金具１１０の後端部には、グロープラグ１００を内燃機関に取り付けるための工具が係合する工具係合部１１２が形成されている。また、工具係合部１１２よりも先端側には、グロープラグ１００をエンジンヘッドに固定するためのネジ溝（図示せず）が形成されたネジ部１１４が備えられている。工具係合部１１２の後端部には、ハウジング１３０内の集積回路１６６（後述）や中軸１７０（後述）に電気的に接続される複数の配線１１６が挿入されている。
　主体金具１１０の先端には、環状の金属部材であるキャップ部１２０が配置されている。図２に示すように、キャップ部１２０の後端側には、外径がほぼ一定の円筒部１２２が形成され、先端側には、先端に向かって縮径するテーパ部１２４が形成されている。キャップ部１２０の軸線方向ＯＤに沿った長さＬ２は、主体金具１１０の長さＬ１よりも短く、例えば、１５ｍｍ以下とすることができる。本実施形態では、キャップ部１２０は、高い引張強度（または耐力）を有する高強度金属によって形成されている。本実施例において、高強度金属とは、－４０～３００℃の温度領域における熱膨張率が１４ｐｐｍ／℃未満で且つ引張強度が８００ＭＰａ以上の金属をいい、例えば、析出硬化系のステンレス鋼であるＳＵＳ６３０や、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）７１８、マルエージング鋼等を用いることができる。また、本実施形態では、キャップ部１２０の円筒部１２２における厚みＴ１は、ネジ部１１４よりも先端側の主体金具１１０の厚みＴ２よりも薄くなっており、円筒部１２２の内径Ｂ１は、主体金具１１０の内径Ｂ２よりも大きくなっている。厚みＴ１は、例えば、０．５～１．０ｍｍとすることができ、厚みＴ２は、０．７～１．２ｍｍとすることができる。グロープラグ１００は、内燃機関に取り付けられた際に、キャップ部１２０の最外周の角部１２６において、エンジンヘッドのプラグ取り付け孔２００の座面２１０に接触する。この角部１２６の座面２１０への接触（線接触）により、燃焼室から外部への気密が保持される。
　ヒータ部１５０は、シース管１５２と発熱コイル１５４と絶縁粉末１５５とを備えている。シース管１５２は、耐熱・耐食性に優れたステンレス鋼等によって形成されており、図１に示すように、先端部が半球状に閉塞し、後端が主体金具１１０内において開口している。発熱コイル１５４は、巻線型抵抗であり、シース管１５２の先端側内部に配置されている。ヒータ部１５０には、金属製の棒状部材である中軸１７０が挿入され、発熱コイル１５４の後端は、この中軸１７０の先端に固定される。発熱コイル１５４には、配線１１６および中軸１７０を通じて、外部から電力が供給される。シース管１５２内には、発熱コイル１５４との隙間に、耐熱性を有する酸化マグネシウム等の絶縁粉末１５５が充填されている。シース管１５２の開口された後端と中軸１７０との間には、絶縁粉末１５５をシース管１５２内に密封するためのシール部材１５６が挿入されている。シース管１５２には、スウェージング加工が施されており、これにより、内部に充填された絶縁粉末１５５の緻密性が高められ、熱伝導効率を向上させている。このような構成のヒータ部１５０は、後端側が主体金具１１０内に配置され、先端側が、キャップ部１２０の開口部１２５から軸線方向ＯＤに向かって突出するように配置されている。
　ハウジング１３０内には、ヒータ部１５０よりも後端側に配置された環状の圧力センサ１６０と、圧力センサ１６０をハウジング１３０内に固定するためのセンサ固定部材１３２と、ヒータ部１５０の軸線Ｏに沿った変位によって発生する荷重又はヒータ部１５０の軸線Ｏに沿った変位を圧力センサ１６０に伝達するための伝達スリーブ１３４と、ヒータ部１５０の外周をハウジング１３０の内部に連結するための連結部材１８０と、が設けられている。
　センサ固定部材１３２は、ステンレス鋼等によって形成された略円筒形状の部材である。センサ固定部材１３２は、主体金具１１０の内周に沿って配置されており、その先端部には、鍔状のフランジ部１３３が形成されている。このフランジ部１３３は、主体金具１１０の先端面に溶接されている。また、センサ固定部材１３２の後端には、圧力センサ１６０の外周部が溶接されている。本実施形態では、このセンサ固定部材１３２によって、圧力センサ１６０がハウジング１３０内の中央部付近に固定されている。
　伝達スリーブ１３４は、ステンレス鋼等によって形成された略円筒状の部材である。伝達スリーブ１３４は、センサ固定部材１３２とヒータ部１５０との間に配置されている。伝達スリーブ１３４の先端は、センサ固定部材１３２のフランジ部１３３が形成されている位置付近において、ヒータ部１５０の外周に溶接されている。また、伝達スリーブ１３４の後端は、環状の圧力センサ１６０の内周部に溶接されている。ヒータ部１５０の軸線Ｏに沿った変位によって発生する荷重又はヒータ部１５０の軸線Ｏに沿った変位は、この伝達スリーブ１３４によって圧力センサ１６０の内周部に伝達される。
　連結部材１８０（図２参照）は、ステンレス鋼やニッケル合金等によって形成された弾性を有する環状の部材である。連結部材１８０は、後端側に設けられた鍔状のフランジ部１８２と、先端側に設けられた薄膜状の平面部１８３と、フランジ部１８２と平面部１８３とを接続する円筒部１８４とを有する。フランジ部１８２は、その上面（後端側の面）が、センサ固定部材１３２のフランジ部１３３に溶接され、その下面（先端側の面）が、キャップ部１２０の後端面に溶接されている。図２に示すように、平面部１８３は、その内周部分に、先端側に向かって折り返された折り返し部１８５を有している。連結部材１８０は、この折り返し部１８５において、ヒータ部１５０の外周に溶接されている。本実施形態では、連結部材１８０の平面部１８３は、キャップ部１２０の円筒部１２２内に配置されている。ヒータ部１５０は、この連結部材１８０によって、ハウジング１３０に連結されるとともに、この連結部材１８０の弾性力によって、軸線Ｏに沿った変位が許容されている。なお、この連結部材１８０は、ヒータ部１５０とハウジング１３０とを連結することで、燃焼室から主体金具１１０内への気密を確保する役割も果たす。
　圧力センサ１６０（図１参照）は、中軸１７０が通る開口部１６１が中央に設けられた環状の金属ダイアフラム１６２と、金属ダイアフラム１６２の上面（後端側の面）に接合されたピエゾ抵抗素子１６４と、を備えている。金属ダイアフラム１６２は、例えば、ステンレス鋼等によって形成されている。ピエゾ抵抗素子１６４には、ハウジング１３０内の所定の部位に設けられた集積回路１６６が電気的に接続されている。前述のように、金属ダイアフラム１６２の内周には、ヒータ部１５０に接続された伝達スリーブ１３４の後端が接合されている。そのため、燃焼圧の受圧によってヒータ部１５０が軸線Ｏに沿って変位すると、伝達スリーブ１３４によって、変位により発生する荷重又は変位量が金属ダイアフラム１６２に伝達され、金属ダイアフラム１６２を撓らせる。集積回路１６６は、この金属ダイアフラム１６２の変形をピエゾ抵抗素子１６４を用いて検出することで、内燃機関の燃焼圧を検出する。集積回路１６６は、こうして検出された燃焼圧を示す電気信号を、主体金具１１０の後端に挿入された配線１１６を通じて外部のＥＣＵ等に出力する。
　以上で説明した本実施形態のグロープラグ１００では、キャップ部１２０を、主体金具１１０の材料よりも－４０～３００℃の温度領域における引張強度（または耐力）の大きな高強度金属によって形成している。そのため、グロープラグ１００を締め付ける際の応力が集中するキャップ部１２０の剛性を高めることが可能になる。更に、本実施形態では、キャップ部１２０よりも長さの長い主たる金属部品である主体金具１１０を、キャップ部１２０の材料よりも－４０～１５０℃の温度領域における熱膨張率の大きな高熱膨張金属によって形成している。そのため、エンジンヘッドの熱膨張に主体金具１１０の熱膨張を追従させることができる。これらの結果、燃焼室内の燃焼圧が高い場合や、エンジンヘッドの熱膨張率が大きい場合であっても、初期の締め付け軸力を必要以上に高めることなく、燃焼室とグロープラグ１００との間の気密性を確保することが可能になる。尚、キャップ部１２０は、－４０～３００℃の温度領域における引張強度（または耐力）が９００ＭＰａ以上の材料によって形成されることが好ましい。これにより、キャップ部１２０の剛性を更に高めることが可能になる。また、－４０～１５０℃の温度領域において、主体金具１１０の熱膨張率は、エンジンヘッドを構成する材料の熱膨張率の２／３以上の大きさを有した材料によって形成されることが好ましい。これにより、燃焼室とグロープラグ１００との間の気密性を十分に確保することが可能になる。
　また、本実施形態では、高強度金属によりキャップ部１２０を形成しているため、円筒部１２２の厚みＴ１を主体金具１１０の厚みＴ２よりも薄くすることができる。よって、円筒部１２２の内径Ｂ１を主体金具１１０の内径Ｂ２よりも大きくすることが可能になり、これにより、連結部材１８０の平面部１８３の面積を大きくすることができる。この結果、ヒータ部１５０の軸線Ｏに沿った可動範囲を大きくすることができるので、圧力センサ１６０の性能（例えば、Ｓ／Ｎ比）を向上させることが可能になる。
　また、円筒部１２２の厚みＴ１を主体金具１１０の厚みＴ２よりも薄くすることができるということは、換言すれば、主体金具１１０の厚みＴ２を円筒部１２２の厚みＴ１よりも厚くすることができるということである。そのため、エンジンヘッドの熱膨張に追従させるために高熱膨張金属によって形成した主体金具１１０の剛性を高めることが可能になる。よって、高熱膨張かつ高強度（高い引張強度あるいは大きな耐力）という特性を有する鋼を利用することができない場合であっても、主体金具１１０とキャップ部１２０とを本実施形態のように異なる特性の材料によって構成することで、グロープラグ１００全体の強度が低下することや内燃機関の運転時に締め付け軸力が低下することを抑制することができる。
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができる。例えば、キャップ部１２０の厚みＴ１を、主体金具１１０の厚みＴ２よりも大きくしてもよい。また、連結部材１８０の平面部１８３を主体金具１１０内に設けることも可能である。その他、以下のような種々の態様を採ることが可能である。
　上記実施形態では、ヒータ部１５０は、シース管１５２の中に発熱コイル１５４を埋設することで構成されているが、他の構成とすることも可能である。例えば、絶縁性セラミックの内部に導電性セラミックを埋設したセラミックヒータとしてヒータ部１５０を構成してもよい。
　上記実施形態では、圧力センサ１６０は、環状の金属ダイアフラム１６２とピエゾ抵抗素子１６４によって構成することとした。しかし、圧力センサ１６０の構成はこれに限られず、燃焼圧力センサ付きのグロープラグで採用されている周知の圧力センサを適宜適用することが可能である。
　上記実施形態では、薄膜状の平面部１８３を有する連結部材１８０によって、ハウジング１３０とヒータ部１５０とを連結することとした。これに対して、例えば、ベローズ（蛇腹）状の部材によって、ハウジング１３０とヒータ部１５０とを連結することとしてもよい。
　上記実施形態では、ヒータ部１５０と圧力センサ１６０とが伝達スリーブ１３４を介して接続されることとしたが、ヒータ部１５０の後端部が、直接的に、圧力センサ１６０に接続される構成としてもよい。
　上記実施形態では、中軸１７０を通じてヒータ部１５０に電力が供給されることとしたが、中軸１７０を省略し、配線１１６からヒータ部１５０に直接的に電力が供給されることとしてもよい。
　　１００…グロープラグ
　　１１０…主体金具
　　１１２…工具係合部
　　１１４…ネジ部
　　１１６…配線
　　１２０…キャップ部
　　１２２…円筒部
　　１２４…テーパ部
　　１２５…開口部
　　１２６…角部
　　１３０…ハウジング
　　１３２…センサ固定部材
　　１３３…フランジ部
　　１３４…伝達スリーブ
　　１５０…ヒータ部
　　１５２…シース管
　　１５４…発熱コイル
　　１５５…絶縁粉末
　　１５６…シール部材
　　１６０…圧力センサ
　　１６１…開口部
　　１６２…金属ダイアフラム
　　１６４…ピエゾ抵抗素子
　　１６６…集積回路
　　１７０…中軸
　　１８０…連結部材
　　１８２…フランジ部
　　１８３…平面部
　　１８４…円筒部
　　１８５…折り返し部
　　２００…プラグ取り付け孔
　　２１０…座面

Claims (3)

  1. 　軸線方向に延びる筒状の主体金具と、前記主体金具の先端に設けられ、前記主体金具よりも前記軸線方向に沿った長さが短く、先端に向けて縮径する筒状のキャップ部と、
    を有するハウジングと、
    　後端部が前記ハウジング内に配置され、先端部が前記キャップ部の先端から突出し、前記軸線方向に沿って移動可能な棒状のヒータ部と、
    　前記軸線方向に沿った前記ヒータ部の移動を可能としつつ、前記ヒータ部と前記ハウジングとを繋ぐ連結部材と、
    　前記ヒータ部を介して伝達される荷重に応じて、燃焼圧の検出を行う圧力センサと、を備える燃焼圧力センサ付きグロープラグであって、
    　前記キャップ部は、前記主体金具の材料よりも、引張強度または耐力が大きい材料により形成されており、
    　前記主体金具は、前記キャップ部の材料よりも、熱膨張率が大きい材料により形成されていることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
  2. 　請求項１に記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグであって、
    　前記キャップ部は、後端側に、円筒状の円筒部を備えており、
    　前記主体金具の厚みは、前記円筒部の厚みよりも厚いことを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
  3. 　請求項２に記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグであって、
    　前記円筒部の内径は、前記主体金具の内径よりも大きく、
    　前記連結部材が、前記円筒部内に配置されていることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
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