(57)【要約】【課題】生産性の低下や製造コストの増大を招くことなく、煤の詰まりによる燃焼圧力検出感度の低下を抑制することができるとともに、グロープラグとしての特性の変動を抑制することができ、信頼性及び耐久性の向上を図ることのできる燃焼圧力センサ付きグロープラグ及び内燃機関を提供する。【解決手段】シート部材２の開口６の内周面８の形状を、軸方向後端から軸方向先端に向けて直線状の形状、又は、軸方向後端から軸方向先端に向けて拡径する形状としたことを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成されたハウジングと、
前記ハウジング内に配置された圧力検出素子と、
軸方向に延在する柱状の外形を有し、先端側が前記ハウジングの先端部から突出し、後端側が前記ハウジング内に収容されるように設けられ、先端面が受圧面とされ、前記圧力検出素子に燃焼圧を伝達するヒータと、
前記ヒータを保持する円筒部と、前記円筒部と前記ハウジングとを直接又は他部材を介して連結するとともに前記ハウジングに対して前記ヒータの軸方向の相対変位を許容し、かつ燃焼ガスに晒される部分を有する連結部とを具備したヒータ保持部材と、
径方向中央部に前記ヒータを突出させるための開口を有する環状の形状とされ、前記連結部よりも軸方向先端側に位置し、内燃機関に設けられたテーパシートと接触するテーパ状のシート面を有するシート部材と、
を具備した燃焼圧力センサ付きグロープラグであって、
前記シート部材の前記開口の内周面の形状が、軸方向後端から軸方向先端に向けて直線状の形状、又は、軸方向後端から軸方向先端に向けて拡径する形状と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。
【請求項２】
筒状に形成されたハウジングと、
前記ハウジング内に配置された圧力検出素子と、
軸方向に延在する柱状の外形を有し、先端側が前記ハウジングの先端部から突出し、後端側が前記ハウジング内に収容されるように設けられ、先端面が受圧面とされ、前記圧力検出素子に燃焼圧を伝達するヒータと、
前記ヒータを保持する円筒部と、前記円筒部と前記ハウジングとを直接又は他部材を介して連結するとともに前記ハウジングに対して前記ヒータの軸方向の相対変位を許容し、かつ燃焼ガスに晒される部分を有する連結部とを具備したヒータ保持部材と、
径方向中央部に前記ヒータを突出させるための開口を有する環状の形状とされ、前記連結部よりも軸方向先端側に位置し、内燃機関に設けられたテーパシートと接触するテーパ状のシート面を有するシート部材とを具備し、
前記シート部材の前記開口の内周面の形状が、軸方向後端から軸方向先端に向けて直線状の形状、又は、軸方向後端から軸方向先端に向けて拡径する形状とされている燃焼圧力センサ付きグロープラグが、燃焼室に通じるグローホールに装着される内燃機関であって、
前記グローホール内に設けられた前記テーパシートより前記燃焼室側のグローホール径が、前記開口の軸方向先端の径より大径とされていることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関に使用される燃焼圧力センサ付きグロープラグ及びそのグロープラグが取り付けられる内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車用のディーゼルエンジン等の内燃機関に使用されるグロープラグとして、内燃機関の燃焼圧力を検出するための燃焼圧力センサを具備した燃焼圧力センサ付きグロープラグが知られている。
【０００３】
このような燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいては、ヒータとヒータの後端側を収容するハウジングとの間に、ハウジングに対してヒータの軸方向の相対変位を許容しつつ保持する連結部（可動部）を設ける必要がある。この連結部としては、部材の薄肉化により相対変位をし易くし、燃焼圧力センサへの伝達荷重を高めるようにすることが一般的である。
【０００４】
また、燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいては、図８に示すように、ヒータ２０をその先端側が突出するように収容するハウジング１の先端部に、テーパ状のシート面７を有するシート部材２を設け、このシート部材２のシート面７を、内燃機関のグローホールに設けられたテーパシートと圧接させて気密をとるようになっている。このため、上記の連結部１１は、燃焼圧力センサ付きグロープラグ自体を内燃機関に取り付ける際の締め付けトルクによる変形等の影響を避けるため、シート部材２のシート面７より後端側に設けることが多い。この連結部１１の内周部分は肉薄（厚さ例えば０．３ｍｍ）とされた可動部１２とされている。なお、シート部材２は、中央部にヒータ２０を突出させるための開口６を有する環状の形状とされている。
【０００５】
この場合、可動部１２は、部材を薄肉化することによって、ヒータ２０の軸方向変位を生じ易くするとともに、この可動部１２によって気密をとる構造となっている。また、シート部材２の先端部分は、ヒータ２０の外周とシート部材２の内周との間の間隔を絞るように、内周側に向けて突出した突出部９を有する構造となっている。このため、燃焼圧力センサ付きグロープラグを内燃機関に装着して使用した際に、燃焼ガスによって、ヒータ２０の外側（ヒータ保持部材１０の外側）の、シート部材２の内周面と可動部１２の軸方向先端側の面とによって囲まれた空間１５内に煤が詰まる場合があった。このように空間１５内に煤が詰まると、ヒータ２０が軸方向に変位し難くなり、燃焼圧力の検出感度が低下するという問題と、ヒータ２０からハウジング１への熱の伝達状態が変化するため、燃焼圧力センサ付きグロープラグとしての特性の変動が起きるという問題が発生する。
【０００６】
また、上記のような煤の詰まりを防止するため、上記した空間内に、予め耐熱性部材を詰めておく技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この技術では、耐熱部材を詰める工程が増えるため生産性の低下や製造コストの増大を招くという問題と、耐熱性部材の存在により、燃焼圧力検出感度の低下や燃焼圧力センサ付きグロープラグとしての特性の変動が生じるという問題があった。
【特許文献１】ＷＯ２００７／０７３９５９Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいては、煤の詰まりによる燃焼圧力検出感度の低下や燃焼圧力センサ付きグロープラグとしての特性の変動が生じるという問題があった。また、予め耐熱性部材を詰めておく技術では、耐熱部材を詰める工程が増えるため生産性の低下や製造コストの増大を招くという問題と、耐熱性部材の存在により、燃焼圧力検出感度の低下や燃焼圧力センサ付きグロープラグとしての特性の変動が生じるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、生産性の低下や製造コストの増大を招くことなく、煤の詰まりによる燃焼圧力検出感度の低下を抑制することができるとともに、グロープラグとしての特性の変動を抑制することができ、信頼性及び耐久性の向上を図ることのできる燃焼圧力センサ付きグロープラグ及び内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の燃焼圧力センサ付きグロープラグは、筒状に形成されたハウジングと、前記ハウジング内に配置された圧力検出素子と、軸方向に延在する柱状の外形を有し、先端側が前記ハウジングの先端部から突出し、後端側が前記ハウジング内に収容されるように設けられ、先端面が受圧面とされ、前記圧力検出素子に燃焼圧を伝達するヒータと、前記ヒータを保持する円筒部と、前記円筒部と前記ハウジングとを直接又は他部材を介して連結するとともに前記ハウジングに対して前記ヒータの軸方向の相対変位を許容し、かつ燃焼ガスに晒される部分を有する連結部とを具備したヒータ保持部材と、径方向中央部に前記ヒータを突出させるための開口を有する環状の形状とされ、前記連結部よりも軸方向先端側に位置し、内燃機関に設けられたテーパシートと接触するテーパ状のシート面を有するシート部材と、を具備した燃焼圧力センサ付きグロープラグであって、前記シート部材の前記開口の内周面の形状が、軸方向後端から軸方向先端に向けて直線状の形状、又は、軸方向後端から軸方向先端に向けて拡径する形状とされていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の燃焼圧力センサ付きグロープラグでは、シート部材の開口の内周面の形状が、軸方向後端から軸方向先端に向けて直線状の形状、又は、軸方向後端から軸方向先端に向けて拡径する形状とされている。これによって、ヒータの外側部の、シート部材の内周面と連結部（可動部）の軸方向先端側の面とによって囲まれた空間内において、燃焼ガスが滞留することを抑制することができ、この空間内に煤が詰まることを抑制することができるので、煤の詰まりによる燃焼圧力検出感度の低下を抑制することができるとともに、グロープラグとしての特性の変動を抑制することができ、信頼性及び耐久性の向上を図ることができる。また、耐熱部材を詰める等の工程が増えることもなく、生産性の低下や製造コストの増大を招くこともない。
【００１１】
また、本発明の内燃機関は、筒状に形成されたハウジングと、前記ハウジング内に配置された圧力検出素子と、軸方向に延在する柱状の外形を有し、先端側が前記ハウジングの先端部から突出し、後端側が前記ハウジング内に収容されるように設けられ、先端面が受圧面とされ、前記圧力検出素子に燃焼圧を伝達するヒータと、前記ヒータを保持する円筒部と、前記円筒部と前記ハウジングとを直接又は他部材を介して連結するとともに前記ハウジングに対して前記ヒータの軸方向の相対変位を許容し、かつ燃焼ガスに晒される部分を有する連結部とを具備したヒータ保持部材と、径方向中央部に前記ヒータを突出させるための開口を有する環状の形状とされ、前記連結部よりも軸方向先端側に位置し、内燃機関に設けられたテーパシートと接触するテーパ状のシート面を有するシート部材とを具備し、前記シート部材の前記開口の内周面の形状が、軸方向後端から軸方向先端に向けて直線状の形状、又は、軸方向後端から軸方向先端に向けて拡径する形状とされている燃焼圧力センサ付きグロープラグが、燃焼室に通じるグローホールに装着される内燃機関であって、前記グローホール内に設けられた前記テーパシートより前記燃焼室側のグローホール径が、前記開口の軸方向先端の径より大径とされていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の内燃機関では、グローホール内に設けられたテーパシートより燃焼室側のグローホール径が、前記の燃焼圧力センサ付きグロープラグの開口の軸方向先端の径より大径とされている。これによって、燃焼圧力センサ付きグロープラグにおけるヒータの外側部の、シート部材の内周面と連結部（可動部）の軸方向先端側の面とによって囲まれた空間内において、燃焼ガスが滞留することをさらに抑制することができ、この空間内に煤が詰まることをさらに抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、生産性の低下や製造コストの増大を招くことなく、煤の詰まりによる燃焼圧力検出感度の低下を抑制することができるとともに、グロープラグとしての特性の変動を抑制することができ、信頼性及び耐久性の向上を図ることのできる燃焼圧力センサ付きグロープラグ及び内燃機関を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１、図２は、本発明の実施形態に係る燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００の構成を示すもので、図１（ａ）は燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００の全体構成を示す側面図、図１（ｂ）は燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００の全体構成を示す断面図、図２は、図１（ｂ）の要部を拡大して示す断面図である。なお、図１、図２に示す一点鎖線Ｏは、軸方向を示す軸線である。
【００１５】
図１に示すように、燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００は、例えば、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ等）、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ６３０等）等の高強度の金属からなり、略筒状に形成されたハウジング１を具備している。ハウジング１の軸方向先端（図１中下側の端部）には、シート部材２が設けられている。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、ハウジング１の外周面には、燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００を図示しない内燃機関（エンジン）に取り付けるためのねじ部４が形成されている。このねじ部４より軸方向後端側（図１中上側）の外周部には、ハウジング１を機関に取り付ける際に、スパナやレンチ等の工具を係合させる工具係合部５が設けられている。ハウジング１には、先端側がハウジング１の先端部から突出し、後端側がハウジング１内に収容されるようにヒータ２０が設けられている。ヒータ２０は、軸方向に延在する柱状の形状とされている。
【００１７】
上記シート部材２は、ヒータ２０をハウジング１の先端から突出させた状態とするための開口６を有する環状の形状とされており、その軸方向先端側端面は、自動車用ディーゼルエンジン等の内燃機関と密接するテーパ状のシート面７が形成されている。開口６内には、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ６３０等）等の金属からなり、略円筒状に形成されたヒータ支持部材（円筒部）１０が設けられており、このヒータ支持部材１０の内側にヒータ２０が保持されている。ハウジング１内の後端側には、ＩＣ（ＡＳＩＣ）６１を搭載した基板６２が配置されている。この基板６２は、後述する圧力検出素子４６の圧力検出信号を処理するため信号処理回路を構成するものである。
【００１８】
ヒータ２０は、図２に示すように、絶縁性基材としての絶縁性セラミック２１の内部に導電性セラミック２２を埋設した構造のセラミックヒータ（窒化珪素、アルミナ等からなる）から構成されている。ヒータ２０の側周面には、導電性セラミック２２が露出した露出部（陰極側）２３、露出部（陽極側）２４が設けられている。このうち、より軸方向先端側に設けられた露出部（陰極側）２３は、ヒータ支持部材１０によって覆われ、露出部（陰極側）２３とヒータ支持部材１０とは電気的に接続されている。セラミック製のヒータ２０と金属製のヒータ支持部材１０とは、溶接によって接合することができないため、ロー付け又は圧入（本実施形態では圧入）によって接合されている。
【００１９】
一方、露出部（陰極側）２３より軸方向後端側に設けられた露出部（陽極側）２４は、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ６３０等）等の金属からなり、略円筒状に形成されたリング部材３０によって覆われ、露出部（陽極側）２４は、リング部材３０と電気的に接続されている。ヒータ２０とリング部材３０も、ロー付け又は圧入（本実施形態では圧入）によって接合されている。図１に示すヒータ２０の先端面２５は、燃焼室内部の燃焼圧を受ける受圧面とされている。
【００２０】
図２に示すように、ヒータ支持部材１０は、その後端部に、外側に鍔状に突出するフランジからなる連結部１１を具備している。また、この連結部１１の内周部分は肉薄（厚さ例えば０．３ｍｍ）とされた可動部１２とされている。この可動部１２は、ヒータ２０の受圧面２５に印加される燃焼圧に応じて弾性的に変形することにより、ヒータ２０を軸方向に変位させる機能を有する。
【００２１】
ハウジング１の先端部を構成するシート部材２は、その開口６の内周面８の形状が、軸方向後端から軸方向先端に向けて直線状の形状とされている。このシート部材２の開口６の内周面８の形状は、図３に示すように、軸方向後端から軸方向先端に向けて拡径する形状（テーパ形状）としてもよい。すなわち、シート部材２の開口６の内周面８の形状は、軸方向に隣り合った２つの部位を比較した時に、先端側の内径の方が小さくなることがない形状となっている。このような形状とすることによって、ヒータ２０の外側部の、シート部材２の内周面８と可動部１２の軸方向先端側の面（燃焼ガスに晒される部分）とによって囲まれた空間１５内において、燃焼ガスが滞留することを抑制することができ、この空間１５内に煤が詰まることを抑制することができる。したがって、煤の詰まりによる燃焼圧力検出感度の低下を抑制することができるとともに、グロープラグとしての特性の変動を抑制することができ、信頼性及び耐久性の向上を図ることができる。また、耐熱部材を詰める等の工程が増えることもなく、生産性の低下や製造コストの増大を招くこともない。
【００２２】
ヒータ支持部材１０の連結部１１より後端側には、円筒状に後端側に向けて延在し圧力検出素子を保持する円筒状部材４０が設けられている。この円筒状部材４０の軸方向先端側には、外側に鍔状に突出するフランジ部４１が形成されている。そして、このフランジ部４１と、上記したヒータ支持部材１０の連結部１１の外周部分とを、シート部材２とハウジング１との間に介在させた状態で溶接等によって固定することにより、円筒状部材４０及びヒータ支持部材１０がハウジング１に接続されている。
【００２３】
円筒状部材４０の後端側端部には、円板状に形成された絶縁板４２が、その後端側に設けられた筒状体４５によって固定されている。図４に示すように、絶縁板４２には、当該絶縁板４２を貫通してグロー電極４３、及び複数（例えば３つ）の素子電極４４が設けられている。
【００２４】
上記絶縁板４２の先端側の面に圧力検出素子４６が配置されている。この圧力検出素子４６は、例えばガラス等の下側絶縁板４７を介して絶縁板４２の先端側の面に固定されている。また、圧力検出素子４６の先端側の面には、例えばガラス等の上側絶縁板４８が設けられている。各素子電極４４と圧力検出素子４６とは、ポンディングワイヤ４９によって接続されている。
【００２５】
図２に示すように、圧力検出素子４６は、ベアリング鋼等からなり先端側が半球状に形成された半球部材５０、及びセラミック等の絶縁材料からなり後端側が半球部材５０の形状に合わせて凹陥された形状の絶縁部材５１を介して、ヒータ２０の後端に初期荷重を加えた状態で固定されている。
【００２６】
図５は、上記構造の燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００の製造工程の一部を示すものである。図５（ａ）に示すように、ヒータ支持部材１０及び円筒状部材４０を固着したヒータ２０をハウジング１に固着した状態から、まず、ヒータ２０の後端側に、絶縁部材５１及び半球部材５０を配置する（ｂ）。次に、圧力検出素子４６等を搭載した図４に示した絶縁板４２を半球部材５０の後端側に配置する（ｃ）。この後、絶縁板４２の後端側に筒状体４５を配置し、初期荷重を加えた状態で、後端側の筒状体４５を円筒状部材４０に全周溶接する（ｄ）。このような工程によって、圧力検出素子４６が、ヒータ２０の軸方向変位によって燃焼圧力を検知可能な状態に固定されている。なお、グロー電極４３は、予め円筒状部材４０側に固着されており、このグロー電極４３が絶縁板４２に設けられた貫通孔内に位置するよう組み立てられる。
【００２７】
上記のように、燃焼圧力によるヒータ２０の軸方向変位を圧力検出素子４６で検出する場合、圧力検出素子４６としては、例えば、Ｓｉ素子、ＳＯＩ素子等のピエゾ抵抗素子から構成され、圧力が加わった際の歪みに応じた電気信号を出力するように構成されたものを使用することができる。このような圧力検出素子４６を構成する場合、ガラス、金属等からなる基板に、Ｓｉ素子、ＳＯＩ素子等の素子を接合した構造とすることができる。素子の表面にはピエゾ抵抗体が形成され、素子が歪み変形された際の抵抗値の変化から圧力を検出する。この他に、ＰＺＴ、水晶等の圧電素子を使用することもできる。
【００２８】
圧力検出素子４６の検出信号は、燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００に内蔵された基板６２に設けられた信号処理回路、又は外部に設けられた信号処理回路によって処理された後、ＥＣＵなどの制御機器に入力され、エンジン内における燃焼圧の変化が検知される。
【００２９】
上記構成の燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００では、図１に示すように、ヒータ２０の先端部が、ハウジング１の先端部から突出した状態となっている。そして、図６に示すように、グロープラグ１００を、内燃機関２００の燃焼室（図示せず。）に通じるグローホール２０１内に挿入し、図１に示したねじ部４を、内燃機関２００の取り付けねじ（図示せず。）に締め付けてシート面７を、内燃機関２００のグローホール２０１内に設けられたテーパシート２０３に当接させることにより、気密性を確保する。この状態で、ヒータ２０の先端側が燃焼室内に位置するように内燃機関に取り付けられ、ヒータ２０に通電して発熱させることによって内燃機関の始動を補助する。
【００３０】
ここで、図６に示す内燃機関２００では、テーパシート２０３より燃焼室側（図６中下側）のグローホール２０２の径Ｒが、シート部材２の開口６の径ｒより大径となるように構成されている。したがって、内燃機関２００の燃焼室（図示せず。）と、グロープラグ１００の空間１５内との通気がさらに促進され、当該空間１５に燃焼ガスが滞留することをさらに抑制することができる。これによって、この空間１５内に煤が詰まることをより一層抑制することができる。
【００３１】
上記のようにして内燃機関２００にグロープラグ１００を装着した状態で、ヒータ２０の先端面（受圧面）２５に燃焼圧が加わると、可動部１２が弾性的に変形する（撓む）ことにより、ヒータ２０が後方に向けて軸方向に変位し、圧力検出素子４６が、絶縁部材５１及び半球部材５０を介して押圧される。圧力検出素子４６が配置された絶縁板４２は、軸方向後端側を、円筒状部材４０に全周溶接された筒状体４５によって保持されており、円筒状部材４０は、フランジ部４１を介してハウジング１に固着されているので、圧力検出素子４６が押圧力を受け、押圧力に応じた出力信号が発せられる。そして、この圧力検出素子４６の出力信号は、センサ用端子４４によって基板６２に設けられた信号処理回路に伝えられ、信号処理回路により増幅される。
【００３２】
なお、連結部１１は、ヒータ支持部材１０とハウジング１とを直接連結するものに限らず、ヒータ支持部材１０とハウジング１とを他部材を介して連結する構成であってもよい。例えば、図７に示すよう、連結部１１が円筒状部材４０を介してハウジング１に連結された構成等とすることができる。
【００３３】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る燃焼圧力センサ付きグロープラグの全体及び断面構成を示す図。
【図２】図１の燃焼圧力センサ付きグロープラグの要部の断面構成を示す図。
【図３】図１の燃焼圧力センサ付きグロープラグの変形例の要部の断面構成を示す図。
【図４】図１の燃焼圧力センサ付きグロープラグの要部構成を示す斜視図。
【図５】図１の燃焼圧力センサ付きグロープラグの製造工程を示す図。
【図６】本発明の実施形態に係る内燃機関の要部の断面構成を示す図。
【図７】本発明の実施形態の変形例の要部の断面構成を示す図。
【図８】従来の燃焼圧力センサ付きグロープラグの要部の断面構成を示す図。
【符号の説明】
【００３５】
１……ハウジング、２……シート部材、４……ねじ部、５……工具係合部、６……開口、７……シート面、８……内周面、１０……ヒータ支持部材、１１……連結部、１２……可動部、１５……空間、２０……ヒータ、２１……絶縁性セラミック、２２……導電性セラミック、２３，２４……露出部、２５……受圧面、４０……円筒状部材、４１……フランジ部、４２……絶縁板、４５……筒状体、４６……圧力検出素子、１００……燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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