(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びる略筒状の胴部と、前記胴部の先端に設けられ、先端に向けて縮径する略筒状の頭部と、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、先端部が前記頭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、前記ハウジング内において前記ヒータ部と前記ハウジングとを繋ぐ連結部材と、
前記ハウジング内に設けられ、前記軸線方向に沿った前記ヒータ部の移動量に応じて、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、
前記頭部の外周には、該頭部の最外周よりも内側に、内燃機関のプラグ取り付け孔の座面に線接触する角部が環状に形成されており、
前記頭部は、前記角部よりも後端側に略円筒状の第１の円筒部を備えており、
前記軸線方向に垂直な方向に沿った前記頭部の前記角部における厚みが、前記軸線方向に垂直な方向に沿った前記第１の円筒部の厚みよりも厚く
前記連結部材は、先端側に設けられた径方向に延びる平面部と、前記平面部に接続すると共に前記平面部の後端側に配置された第２の円筒部とを有し、前記平面部が前記ヒータ部に接続され、
前記平面部は、前記第１の円筒部内に設けられてなる、
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】
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、
前記連結部材は、前記第２の円筒部に接続すると共に前記第２の円筒部の後端側に設けられた鍔状のフランジ部を有し、
前記フランジ部の先端側の面が、前記頭部の後端面に接合され、
前記頭部の後端面よりも先端側に前記連結部材と前記ヒータ部との接合部分が位置する、燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグであって、
前記角部が、前記頭部の最先端に設けら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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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内燃機関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面接触させることで燃焼室からの気密性を確保している。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０５１４８号公報
【特許文献２】特開２００２−２７６９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、燃焼室との接触部分における気密性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
本発明の第１の形態は、
軸線方向に延びる略筒状の胴部と、前記胴部の先端に設けられ、先端に向けて縮径する略筒状の頭部と、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、先端部が前記頭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、前記ハウジング内において前記ヒータ部と前記ハウジングとを繋ぐ連結部材と、
前記ハウジング内に設けられ、前記軸線方向に沿った前記ヒータ部の移動量に応じて、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、
前記頭部の外周には、該頭部の最外周よりも内側に、内燃機関のプラグ取り付け孔の座面に線接触する角部が環状に形成されており、
前記頭部は、前記角部よりも後端側に略円筒状の第１の円筒部を備えており、
前記軸線方向に垂直な方向に沿った前記頭部の前記角部における厚みが、前記軸線方向に垂直な方向に沿った前記第１の円筒部の厚みよりも厚く
前記連結部材は、先端側に設けられた径方向に延びる平面部と、前記平面部に接続すると共に前記平面部の後端側に配置された第２の円筒部とを有し、前記平面部が前記ヒータ部に接続され、
前記平面部は、前記第１の円筒部内に設けられてなる、
ことを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグである。
【０００７】
［適用例１］軸線方向に延びる略筒状の胴部と、前記胴部の先端に設けられ、先端に向けて縮径する略筒状の頭部と、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、先端部が前記頭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、前記ハウジング内において前記ヒータ部と前記ハウジングとを繋ぐ連結部材と、前記ハウジング内に設けられ、前記軸線方向に沿った前記ヒータ部の移動量に応じて、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、前記頭部の外周には、該頭部の最外周よりも内側に、内燃機関のプラグ取り付け孔の座面に線接触する角部が環状に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。
【０００８】
このような構成であれば、ハウジングの頭部に設けられた角部が、プラグ取り付け孔の座面に線接触するため、従来のように面接触させるよりも座面に対して集中的に荷重をかけることができる。また、角部が、頭部の最外周よりも内側に形成されているため、燃焼圧の受圧面積が低減される。これらの結果、グロープラグと燃焼室との接触部分における気密性を向上させることが可能になる。
【０００９】
［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、前記頭部は、後端側に略円筒状の円筒部を備えており、前記軸線方向に垂直な方向に沿った前記頭部の前記角部における厚みが、前記軸線方向に垂直な方向に沿った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。
【００１０】
このような構成であれば、プラグ取り付け孔の座面への接触時に集中的に荷重がかかる角部の剛性を高めることが可能になる。
【００１１】
［適用例３］適用例１または適用例２に記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグであって、前記連結部材が、前記頭部内に設けら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。
【００１２】
このような構成であれば、頭部の連結部材を設ける部分の厚みを胴部よりも薄くすることで、連結部材を胴部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。
【００１３】
［適用例４］適用例１から適用例３までのいずれか一項に記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグであって、前記角部が、前記頭部の最先端に設けら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。
【００１４】
このような構成であれば、頭部に対して特別な加工を行うことなく燃焼室からの気密性を向上させることが可能になる。
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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。
【図２】キャップ部近傍の拡大断面図である。
【図３】燃焼圧の受圧面積を示す図である。
【図４】グロープラグの他の実施形態を示す図である。
【図５】グロープラグの他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。なお、主体金具１１０は、本願の「胴部」に相当し、キャップ部１２０は「頭部」に相当する。
【００１８】
主体金具１１０は、炭素鋼やステンレス鋼によって形成された略円筒状の金属部材である。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をシリンダ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。
【００１９】
主体金具１１０の先端には、キャップ部１２０が配置されている。キャップ部１２０は、炭素鋼やステンレス鋼によって形成された環状の金属部材である。キャップ部１２０の後端側には、厚みが主体金具１１０よりも薄く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（図２参照）。本実施形態では、テーパ部１２４の外周に、内燃機関（図示せず）のプラグ取付け孔２００の底部に形成された先細り状の座面２１０に線接触する角部１２６が軸線Ｏを中心として環状に形成されている。本実施形態では、先端側ほど大きなテーパ角になるよう、テーパ部１２４に２段階のテーパ面を形成することでその境界に角部１２６が形成されている。なお、ここでは、テーパ角とは、軸線Ｏとテーパ面とが形成する狭角のことをいう。本実施形態では、軸線Ｏに垂直な方向に沿ったキャップ部１２０の角部１２６における厚みＴ１は、軸線Ｏに垂直な方向に沿った円筒部１２２の厚みＴ２よりも厚くなっている。厚みＴ２は、例えば、０．５ｍｍとすることができ、厚みＴ１は、０．７５ｍｍ以上とすることができる。角部１２６は、例えば、一様な初期テーパ角を有するキャップ部１２０のテーパ部１２４に、角部１２６を形成する位置から先端側に対して切削加工を施し、初期テーパ角よりも大きなテーパ角となる部分を形成することで容易に形成することができる。
【００２０】
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、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。
【００２１】
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（図１参照）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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、その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。
【００２６】
以上で説明した本実施形態では、グロープラグ１００の工具係合部１１２に工具を係合させ、内燃機関のプラグ取り付け孔２００にネジ部１１４を螺合させることで、キャップ部１２０が内燃機関のプラグ取付け孔２００の座面２１０に接触し、グロープラグ１００が内燃機関に固定される。このとき、キャップ部１２０に設けられた角部１２６が、プラグ取り付け孔２００の座面２１０に線接触するため、面接触させるよりも座面２１０に対して集中的に荷重をかけることができる。そのため、燃焼室とキャップ部１２０との間における気密性を高めることが可能になる。
【００２７】
また、本実施例では、プラグ取り付け孔２００の座面２１０に線接触する角部１２６が、キャップ部１２０の最外周（円筒部１２２）ではなく、それよりも内側のテーパ部１２４に設けられている。そのため、例えば、図３の左側に示すように、キャップ部の最外周でプラグ取り付け孔２００の座面２１０に線接触させたグロープラグの受圧面積Ａ２よりも、図３の右側に示す本実施形態のグロープラグ１００では、受圧面積Ａ１を小さくすることができる。この結果、本実施形態によれば、燃焼圧が高圧化されたとしても、グロープラグ１００の締め付け軸力を高めることなく、燃焼室とキャップ部１２０との間における気密性を向上させることができる。例えば、キャップ部１２０の最外周で座面２１０に接触させる構成のグロープラグが、２０ＭＰａの燃焼圧力に耐え得るのであれば、受圧面積が０．８倍（直径であれば０．８９４倍）になるようにそのグロープラグのキャップ部１２０に角部１２６を形成すれば、２５ＭＰａの圧力に耐え得るグロープラグ１００を得ることができる。
【００２８】
また、本実施形態では、キャップ部１２０の角部１２６における厚みＴ１を、キャップ部１２０の円筒部１２２における厚みＴ２よりも厚くした。そのため、集中的に荷重がかかる角部１２６の剛性を高めることが可能になる。
【００２９】
また、本実施形態では、キャップ部１２０の円筒部１２２内に連結部材１８０の平面部１８３が設けられている。円筒部１２２の厚みは、主体金具１１０の厚みよりも薄いため、主体金具１１０内に平面部１８３を設けるよりも、平面部１８３の面積を大きくすることができる。この結果、連結部材１８０のバネ定数が低くなり、ヒータ部１５０の軸線方向に沿った移動量を大きくすることが可能となる。そのため、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。
【００３０】
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の角部１２６の厚みは、円筒部１２２の厚み以下の厚みとしてもよい。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。
【００３１】
図４および図５は、グロープラグの他の実施形態を示す図である。図４には、キャップ部１２０ｂのテーパ部１２４ｂを多角とすることにより角部１２６ｂを形成したグロープラグ１００ｂを示している。具体的には、キャップ部１２０ｂの円筒部１２２ｂとテーパ部１２４ｂとの間に軸線Ｏに垂直な段部１２８ｂを設けることで、角部１２６ｂの後端側が軸線Ｏに略平行な面となるようにキャップ部１２０ｂが形成されている。また、図５には、キャップ部１２０ｃの外周面の最先端を角部１２６ｃとしてプラグ取り付け孔２００の座面２１０に接触させるグロープラグ１００ｃを示している。これらの図に示すように、プラグ取り付け孔２００の座面２１０に接する角部は、キャップ部１２０においてその最外周以外に設けられていれば、どのような態様によって形成されていてもよい。例えば、図４における段部１２８ｂは、軸線Ｏに垂直でなくてもよい。また、角部が座面２１０に線接触するのであれば、角部は角丸とされていてもよい。なお、図５に示した構成によれば、テーパ部１２４ｃに対して特別な加工を行うことなく上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
上記実施形態では、ハウジング１３０は、それぞれ独立した部材である主体金具１１０とキャップ部１２０とにより構成されている。これに対して、ハウジング１３０は、例えば、主体金具１１０の先端部にテーパ加工を施すことで、主体金具１１０とキャップ部１２０とが一体的に形成された構成としてもよい。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【符号の説明】
【００３８】
１００，１００ｂ，１００ｃ…グロープラグ
１１０…主体金具
１１２…工具係合部
１１４…ネジ部
１１６…配線
１２０，１２０ｂ，１２０ｃ…キャップ部
１２２，１２２ｂ…円筒部
１２４，１２４ｂ，１２４ｃ…テーパ部
１２５…開口部
１２６，１２６ｂ，１２６ｃ…角部
１２８ｂ…段部
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
【図１】
0005901882.tif 000002
【図２】
0005901882.tif 000003
【図３】
0005901882.tif 000004
【図４】
0005901882.tif 000005
【図５】
0005901882.tif 000006