(57)【要約】【課題】  ハウジング自体の弾性変形を利用しないで燃焼圧を測定する圧力センサが一体となったグロープラグを提供する。【解決手段】  貫通穴を画定する内壁に結合する略筒状のハウジング４２、４４と、ハウジング４２、４４内にスライド可能に収容されている中軸２０と、中軸２０の反燃焼室側とハウジング４２、４４間に固定されている圧力センサ５０と、前記中軸２０と前記ハウジング４２、４４の間に設けられており、中軸２０を軸線に沿ってスライド可能に支持する支持部材３０を備えている。ハウジング４２、４４の燃焼室側の端部は、グロープラグ５１を貫通穴に取付けるとエンジンヘッド１２の内壁と密着しており、支持部材３０は、中軸２０に固定する中軸固定部３３、３５と、ハウジング４２に固定するハウジング固定部(突出部３６)と、両者間にあって弾性変形することによって両者間の軸方向距離を変化させる起歪部３２、３４を備えている。【選択図】  図１
2006010306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンヘッドを貫通して燃焼室に臨む貫通穴に取付けるグロープラグであって、
貫通穴を画定する内壁に結合する略筒状のハウジングと、
ハウジング内にスライド可能に収容されている中軸と、
中軸の反燃焼室側とハウジング間に固定されている圧力センサと、
中軸とハウジング間に設けられており、中軸をその軸線に沿ってスライド可能に支持する支持部材を備えており、
グロープラグを貫通穴に取付けると、ハウジングの燃焼室側の端部はエンジンヘッドの内壁に密着し続け、
支持部材は、中軸に固定されている中軸固定部と、ハウジングに固定されているハウジング固定部と、両者間にあって弾性変形することによって両者間の軸方向距離を変化させる弾性部を備えていることを特徴とするグロープラグ。
【請求項２】
支持部材は、中軸の先端側に固定されている先端側中軸固定部と、ハウジングに固定されているハウジング固定部と、両者間にある先端側弾性部と、中軸の後端側に固定されている後端側中軸固定部と、ハウジング固定部と後端側中軸固定部間にある後端側弾性部を備えていることを特徴とする請求項１のグロープラグ。
【請求項３】
先端側弾性部は、先端側中軸固定部から燃焼室側に向けて伸びる部分を備えていることを特徴とする請求項２のグロープラグ。
【請求項４】
先端側弾性部は、ハウジング固定部から燃焼室側に向けて伸びる部分を備えていることを特徴とする請求項３のグロープラグ。
【請求項５】
後端側弾性部は、後端側中軸固定部から反燃焼室側に向けて伸びる部分を備えていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかのグロープラグ。
【請求項６】
先端側弾性部のばね定数は、後端側弾性部のばね定数よりも小さいことを特徴とする請求項２〜５のいずれかのグロープラグ。
【請求項７】
後端側中軸固定部は、中軸の最後端に固定されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれかのグロープラグ。
【請求項８】
先端側中軸固定部は中軸を一巡しており、ハウジング固定部はハウジングを一巡しており、先端側弾性部は両者間を一巡していることを特徴とする請求項２〜７のいずれかのグロープラグ。
【請求項９】
２つの支持部材を備えており、
先端側支持部材は、中軸の先端側に固定されている先端側中軸固定部と、ハウジングの先端側に固定されている先端側ハウジング固定部と、両者間にある先端側弾性部を有し、
後端側支持部材は、中軸の後端側に固定されている後端側中軸固定部と、ハウジングの後端側に固定されている後端側ハウジング固定部と、両者間にある後端側弾性部を有していることを特徴とする請求項１のグロープラグ。
【請求項１０】
先端側弾性部は、先端側中軸固定部から燃焼室側に向けて伸びる部分を備えていることを特徴とする請求項９のグロープラグ。
【請求項１１】
先端側弾性部は、先端側ハウジング固定部から燃焼室側に向けて伸びる部分を備えていることを特徴とする請求項１０のグロープラグ。
【請求項１２】
後端側弾性部は、後端側中軸固定部から反燃焼室側に向けて伸びる部分を備えていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかのグロープラグ。
【請求項１３】
先端側弾性部のばね定数は、後端側弾性部のばね定数よりも小さいことを特徴とする請求項９〜１２のいずれかのグロープラグ。
【請求項１４】
先端側中軸固定部は中軸を一巡しており、先端側ハウジング固定部はハウジングを一巡しており、先端側弾性部は両者間を一巡していることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかのグロープラグ。
【請求項１５】
中軸固定部は、中軸のほぼ中心よりも反燃焼室側に形成されていることを特徴とする請求項１のグロープラグ。
【請求項１６】
エンジンヘッドを貫通して燃焼室に臨む貫通穴に取付けるグロープラグであって、
貫通穴を画定する内壁に結合する略筒状のハウジングと、
ハウジング内にスライド可能に収容されている中軸と、
中軸の反燃焼室側とハウジング間に固定されている圧力センサと、
中軸とハウジング間に設けられており、中軸をその軸線に沿ってスライド可能に支持する支持部材を備えており、
グロープラグを貫通穴に取付けると、ハウジングの燃焼室側の端部はエンジンヘッドの内壁に密着し続け、
支持部材は、中軸の先端側又はハウジングのいずれか一方に固定されているとともに中軸をハウジングに対して摺動可能に支持する先端側中軸支持部と、中軸の後端側に固定されている後端側中軸固定部と、ハウジングに固定されているハウジング固定部と、後端側中軸固定部とハウジング固定部間にある後端側弾性部を備えていることを特徴とするグロープラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に取付けられるグロープラグ（始動補助装置）に関する。より詳細には、内燃機関の燃焼圧を測定するための燃焼圧センサが組込まれているグロープラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関の燃焼圧を測定したいという要求がある。燃焼圧が測定できれば、その測定値を利用して燃料供給装置や内燃機関等をフィードバック制御することが可能になり、低燃費化、排出ガスの清浄化等に有効であると期待されている。
一方、この種の内燃機関では、エンジンヘッド内に燃焼圧センサを設置するためのスペースを確保することが困難であるという問題がある。この問題を解決するために、燃焼圧センサをグロープラグと一体に形成する技術が開発されており、この種のグロープラグが特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００２−３２７９１９号公報（その公報の図１参照）
【０００３】
図１２に、特許文献１に開示されている燃焼圧センサが組込まれたグロープラグ２５１の断面を示す。グロープラグ２５１は、エンジンヘッド２１２に取付け可能な構造を備えており、ハウジング２４２と、中軸２２０と、圧電素子２５０等によって構成されている。グロープラグ２５１は、エンジンヘッド２１２を貫通して燃焼室２１５に臨む貫通穴２１３にねじ込まれている。
ハウジング２４２は略筒状であり、ねじ部２４１を利用して貫通穴２１３を画定する内壁に結合されている。中軸２２０は、ハウジング２４２内にスライド可能に収容されている。中軸２２０の先端（紙面左側）には、図示しない発熱コイルが内蔵されている。中軸２２０とハウジング２４２は、嵌合圧入部２１８において固着されている。中軸２２０の後端（紙面右側）は、ハウジング２４２よりも外方に向けて突出しており、その部分にナット２０２がねじ込まれている。
ハウジング２４２とナット２０２の間には、リング状の圧電素子２５０とリング状の絶縁ブッシュ２０４が挿入されている。ナット２０２を所定トルクで締めることによって圧電素子２５０には所定の荷重がかかっている。
グロープラグ２５１に燃焼圧が作用していない状態では、圧電素子２５０に蓄えられた電荷に相当する電圧が圧電素子２５０から出力されている。先端側からグロープラグ２５１に燃焼圧が作用すると、ハウジング２４２は、中軸２２０に作用する燃焼圧に基づいてハウジング２４２の嵌合圧入部２１８とねじ部２４１の間の領域２１６において軸方向に圧縮され、中軸２２０が反燃焼室側に変位する。これにより、圧電素子２５０に作用している荷重が減少するので、圧電素子２５０に蓄えられている電荷量が変動する。電荷量の変動は、電圧値の変動として検出することができる。この電圧変動を測定することによって燃焼圧を測定することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
グロープラグ２５１では、ハウジング２４２自体の弾性変形を利用して燃焼圧を測定することから、下記の点で改良を必要としている。
グロープラグ２５１では、ハウジング２４２の先端テーパ面２４２ａと、貫通穴２１３の段付き面２１２ａを密着させることによって、ハウジング２４２の外周と貫通穴２１３の内周の間に燃焼ガスが浸入するのを防止する構造が採用されている。
しかしながら、グロープラグ２５１では、燃焼圧によってハウジング２４２の領域２１６が弾性変形して軸方向に収縮すると、ハウジング２４２のテーパ面２４２ａと貫通穴２１３の段付き面２１２ａが離反してしまう。大きな出力を得るためにハウジング２４２の収縮が大きくなるようにすると、ハウジング２４２のテーパ面２４２ａと貫通穴２１３の段付き面２１２ａが大きく離反してしまう。テーパ面２４２ａと段付き面２１２ａが離反しないように、ハウジング２４２の収縮が小さくなるようにすると、測定される燃焼圧の感度が低下する。したがって、所定の測定感度を維持しようとすれば、ハウジング２４２のテーパ面２４２ａと貫通穴２１３の段付き面２１２ａが離反してしまう現象は避けられない。
この結果、上記のグロープラグ２５１では、燃焼圧が作用してハウジング２４２の領域２１６が軸方向に収縮してテーパ面２４２ａと段付き面２１２ａが離反すると、ハウジング２４２の外周と貫通穴２１３の内周との間に燃焼ガスが浸入し、そこに未燃焼成分が堆積することが避けられず、エンジン性能の低下や故障の原因となる。また、ハウジング２４２の外周と貫通穴２１３の内周との間に未燃焼成分が堆積すると、燃焼圧に起因してハウジング２４２が領域２１６で軸方向に収縮する現象が妨げられるようになる。上記のグロープラグ２５１では、長期間使用していると、燃焼圧の測定値に誤差が加わってしまう。特に、燃焼圧の変化によってハウジング２４２が大きく収縮するようにして測定感度を増大させようとすると、この問題が顕著に現れてしまう。
本発明者らは、従来技術ではハウジング自体の弾性変形を利用して燃焼圧を測定することから上記問題が生じることに着眼し、本発明の創作に至ったのである。
本発明は、ハウジング自体は実質的に弾性変形しない燃焼圧センサ一体型のグロープラグ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】
【０００５】
本発明は、エンジンヘッドを貫通して燃焼室に臨む貫通穴に取付けるグロープラグに具現化される。
本発明のグロープラグは、貫通穴を画定する内壁に結合する略筒状のハウジングと、そのハウジング内にスライド可能に収容されている中軸と、その中軸の反燃焼室側とハウジングの間に固定されている圧力センサを備えている。
本発明のグロープラグはさらに、中軸をその軸線に沿ってスライド可能に支持する支持部材を備えている。支持部材は、中軸とハウジングの間に設けられており、中軸に固定されている中軸固定部と、ハウジングに固定されているハウジング固定部と、両者間にあって弾性変形することによって両者間の軸方向距離を変化させる弾性部を備えている。
ハウジングは燃焼圧によって実質的に弾性変形することはなく、グロープラグを貫通穴に取付けると、ハウジングの燃焼室側の端部はエンジンヘッドの内壁に密着し続ける。
本発明で利用される中軸の典型例としては、シース管に発熱コイルが埋設された部材(金属グロープラグの一例)や、絶縁性のセラミック管に導電性セラミックとリードワイヤが内包されている部材(セラミックグロープラグの一例)などが挙げられる。中軸の先端に発熱部材が内蔵されている構造に代えて、中軸の先端自体が発熱部材によって形成されていることもある。
支持部材は、ハウジングの一部を利用して形成されていてもよい。支持部材がハウジングの一部として形成されている場合は、外殻を構成するハウジングと中軸の間に配置されている部材を支持部材として評価することができる。また支持部材及び／又はハウジングは、複数の部材で構成されていても構わない。また、支持部材の数に関して特に制限がなく、１個や２個あるいはそれ以上であっても構わない。
ここでいう弾性部とは、中軸をその軸線に沿って平行に変位させるために、その弾性変形が積極的に利用される部分をいう。軸線に沿った弾性部の弾性特性は、ハウジングの弾性特性に対して十分に柔らかい。したがって、燃焼圧が印加されたときに、ハウジングは実質的に弾性変形することなく、弾性部が優先的に弾性変形する。
本発明で利用される圧力センサの典型例には、加えられた力に起因して歪むことによって発生する電荷が変化する圧電タイプの圧力センサや、加えられた力に起因して抵抗値が変化するピエゾ抵抗タイプの圧力センサや、加えられた力に起因して一対の電極板の距離が変化する容量型の圧力センサや、加えられた力に起因して変化する距離を光学的に計測する圧力センサ等を挙げることができる。
【０００６】
上記のグロープラグに燃焼圧が作用すると、支持部材に設けられている弾性部が、中軸の軸線方向に弾性変形する。即ち、中軸に固定されている中軸固定部と、ハウジングに固定されているハウジング固定部の軸方向距離が変化する。ハウジングと中軸の間に設けられている支持部材の弾性部が弾性変形するのであって、ハウジング自体はほとんど弾性変形しない。これにより、中軸はハウジングに対してその位置を変位させることになる。圧力センサは、ハウジングと中軸の間に固定されていることから、中軸は圧力センサに対してその位置を変位させることになる。これにより、圧力センサの出力から中軸の変位量を測定することができ、その変位量から燃焼圧を測定することができる。
上記のグロープラグでは、ハウジング自体をほとんど弾性変形させることなく燃焼圧を測定することができる。したがって、グロープラグを貫通穴内に取り付ける際に、その挿入具合を細かく調整する必要がない。十分にきつく挿入することで、ハウジングの燃焼室側の端部とエンジンヘッドを強く密着させることができる。ハウジングの端部とエンジンヘッドの内壁との密着箇所が離反しない。したがって、ハウジングの外周と貫通穴の内周との間に未燃焼成分が堆積することがなく、堆積物が燃焼圧の測定値を変化させてしまうことがない。中軸が大きく変位するようにして測定感度を増大させても、ハウジングの燃焼室側の端部とエンジンヘッドを強く密着させておくことができる。
【０００７】
本発明の一つのグロープラグでは、一つの支持部材を利用して中軸をスライド可能に支持する構造が採用されている。支持部材は、中軸の先端側に固定されている先端側中軸固定部と、ハウジングに固定されているハウジング固定部と、両者間にある先端側弾性部と、中軸の後端側に固定する後端側中軸固定部と、ハウジング固定部と後端側中軸固定部間にある後端側弾性部を備えている。なお、本明細書でいう「先端側」及び「後端側」という用語は、両者の相対的な位置関係を指す。例えば、中軸の先端側とは、後端側と呼ばれるものよりも先端側に存在していることをいい、中軸の先端を指すものではないことに留意されたい。
支持部材のハウジング固定部が拘束されているので、燃焼圧が作用すると、先端側弾性部は加わる応力に基づいて弾性変形する。これにより、中軸は反燃焼室側に向けてスライドする。後端側弾性部もまた弾性変形するので、中軸のスライドが禁止されることはない。このとき、中軸は先端側と後端側の２箇所で支持されているので、平行を維持してスライドすることができる。
この場合も、ハウジング自体が実質的に弾性変形しないことから、ハウジングの先端がエンジンヘッドから離反する問題は回避される。長期に亘って正確な燃焼圧を測定することができる。
【０００８】
先端側弾性部は、先端側中軸固定部から燃焼室側に向けて伸びる部分を備えていることが好ましい。先端側弾性部は、中軸に直交する方向よりも燃焼室側に向けて伸びていればよい。先端側弾性部は、中軸に直交する方向から中軸と平行な方向までの角度範囲において伸びていればよい。
支持部材は、内燃機関の燃焼行程のときに火炎に曝される。支持部材が火炎に曝されると、燃焼工程の短時間内に熱膨張を起こすことが本発明者らの研究によって分かってきた。なかでも、ハウジングの燃焼室側の端部よりも燃焼室側に存在する支持部材は、火炎に曝されると燃焼室側に向けて熱膨張を起こす。支持部材は先端側中軸固定部を介して中軸に連結しているので、支持部材が熱膨張を起こすと、中軸は燃焼室に向けて移動する。このため、圧力センサに予め加えられていた予荷重が抜けるので（あるいは圧力センサの種類によっては初期状態が変動する）、燃焼圧に基づく圧力センサの測定値が真の値からずれてしまうことが分かってきた。
そこで、支持部材を構成する先端側弾性部が、先端側中軸固定部から燃焼室側に向けて伸びる部分を備えている構造を採用する。この構造を採用すると、先端側弾性部は、燃焼行程の短期間内に反燃焼室側に向けて熱膨張を起こそうとする。したがって、先端側弾性部以外の支持部材が熱膨張を起こそうとする方向と、先端側弾性部が熱膨張を起こそうとする方向が逆となり相殺される。したがって、燃焼行程のときに、圧力センサに予め加えられていた予荷重（あるいは圧力センサの初期状態）が変動してしまう現象が抑制され、正確な燃焼圧を測定することができる。
【０００９】
先端側弾性部が先端側中軸固定部から燃焼室側に向けて伸びる部分を備えている場合、さらに先端側弾性部がハウジング固定部から燃焼室側に向けて伸びる部分を備えていることが好ましい。即ち、先端側弾性部が、先端側中軸固定部とハウジング固定部の間において、燃焼室側に向けて折り返す構造を備えていることが好ましい。
この構造を採用すると、先端側弾性部が機械的なばね構造になるので、燃焼圧に対して感度良く弾性変形することができる。したがって、予荷重（あるいは圧力センサの初期状態）の変動を抑制するのみならず、燃焼圧に基づく中軸の変位量をも向上させることができ、高感度な圧力センサとすることができる。
【００１０】
後端側弾性部は、後端側中軸固定部から反燃焼室側に向けて伸びる部分を備えていることが好ましい。
グロープラグを通電したとき、即ち、中軸自体がヒータ機能によって高温に達したときに、中軸が大きく熱膨張を起こす。このとき、中軸のほぼ中心を境にして、中軸の先端側は燃焼室側に向けて熱膨張しており、中軸の後端側は反燃焼室側に向けて熱膨張することが本発明者らの研究によって分かってきた。なかでも、中軸の後端側が反燃焼室側に向けて熱膨張を起こすと、圧力センサに予め加えられていた予荷重に追加の荷重が加わるので（あるいは圧力センサの初期状態が変動するので）、燃焼圧に基づく圧力センサの測定値が真の値からずれてしまうことが分かってきた。
そこで、後端側弾性部が後端側中軸固定部から反燃焼室側に向けて伸びる部分を備えている構造を採用する。この構造を採用すると、後端側弾性部のうち少なくとも後端側中軸固定部に近い側は、グロープラグを通電したときに、中軸からの熱を受けて燃焼室側に向けて熱膨張を起こそうとする。即ち、中軸の後端側が熱膨張を起こそうとする方向と後端側弾性部が熱膨張を起こそうとする方向が逆方向となる。これにより、中軸の後端側の熱膨張が、後端側弾性部の熱膨張によって相殺される。したがって、グロープラグを通電したときに、圧力センサに予め加えられていた予荷重（あるいは圧力センサの初期状態）が変動してしまう現象が抑制され、正確な燃焼圧を測定することができる。
【００１１】
先端側弾性部のばね定数は、後端側弾性部のばね定数よりも小さいことが好ましい。
前記したように、グロープラグを通電したとき、中軸の後端側が反燃焼室側に向けて熱膨張を起こすと、燃焼圧に基づく圧力センサの真の値がずれてしまう。先端側弾性部に後端側弾性部のばね定数よりも小さいばね定数を有するものを採用すると、先端側弾性部が優先的に弾性変形することから、中軸の後端側の熱膨張が燃焼室側に向けて生じるようになる。したがって、グロープラグを通電したときに、中軸が熱膨張したとしても、圧力センサに予め加えられていた予荷重（あるいは圧力センサの初期状態）が変動してしまう現象が抑制され、正確な燃焼圧を測定することができる。
【００１２】
後端側中軸固定部は、中軸の最後端に固定しているのが好ましい。
仮に、後端側中軸固定部が中軸の最後端に固定していない場合を想定すると、後端側中軸固定部よりも後端に位置する中軸が熱膨張を起こしたときに、中軸が後端側中軸固定部によって拘束されているので、燃焼室側に向けての膨張よりも反燃焼室側に向けての熱膨張の方が優位に生じることによって、圧力センサに予め加えられていた予荷重（あるいは圧力センサの初期状態）が大きく変動してしまう。
本発明では、後端側中軸固定部が中軸の最後端に固定する構造を採用することによって、後端側中軸固定部よりも後端に中軸が存在しないようにする。これにより、中軸の膨張に基づいて、圧力センサに予め加えられていた予荷重（あるいは圧力センサの初期状態）が変動してしまう現象が顕著に抑制され、正確な燃焼圧を測定することができる。
【００１３】
先端側中軸固定部は中軸を一巡しており、ハウジング固定部はハウジングを一巡しており、先端側弾性部は両者間を一巡していることが好ましい。
先端側中軸固定部が中軸を一巡して形成されているので、中軸と支持部材の間から燃焼ガスが漏れることが防止されている。ハウジング固定部がハウジングを一巡しているので、中軸とハウジングの間から燃焼ガスが漏れることが防止されている。さらに、先端側弾性部が両者間を一巡して形成されている。これにより先端側弾性部は中軸の軸線に沿ってバランスよく弾性変形することができ、ひいては中軸が軸線に沿ってバランスよく平行に変位することができる。正確な燃焼圧の測定が可能となる。
【００１４】
本発明の他の一つのブロープラグでは、２つの支持部材を利用して中軸を支持する構造が採用されている。この場合、先端側支持部材は、中軸の先端側に固定されている先端側中軸固定部と、ハウジングの先端側に固定されている先端側ハウジング固定部と、両者間にある先端側弾性部とを有している。後端側支持部材は、中軸の後端側に固定されている後端側中軸固定部と、ハウジングの後端側に固定されている後端側ハウジング固定部と、両者間にある後端側弾性部とを有している。
上記の支持部材では、先端側弾性部と後端側弾性部が同時に圧縮又は伸張して弾性変形することによって中軸のスライド運動を許容する。圧縮してもよいし伸張してもよい。
２つの支持部材を利用して中軸の先端側及び後端側を支持することから、貫通穴内でより安定的に中軸を支持することができる。
この場合も、ハウジング自体は実質的に弾性変形しないことから、ハウジングの先端がエンジンヘッドから離反する問題は回避される。長期に亘って正確な燃焼圧を測定することができる。
【００１５】
２つの支持部材を利用する場合でも、先端側弾性部は、先端側中軸固定部から燃焼室側に向けて伸びる部分を備えていることが好ましい。
この構造を採用すると、燃焼行程のときに、先端側弾性部は燃焼行程の短期間内に反燃焼室側に向けて熱膨張を起こそうとする。したがって、先端側弾性部以外の先端側支持部材が熱膨張を起こそうとする方向と、先端側弾性部が熱膨張を起こそうとする方向が逆となり相殺される。したがって、燃焼行程のときに、圧力センサに予め加えられていた予荷重（あるいは圧力センサの初期状態）が変動してしまう現象が抑制され、正確な燃焼圧を測定することができる。
【００１６】
２つの支持部材を利用するとともに先端側弾性部が先端側中軸固定部から燃焼室側に向けて伸びる部分を備えているときは、さらに先端側弾性部がハウジング固定部から燃焼室側に向けて伸びる部分を備えていることが好ましい。即ち、先端弾性部が、先端側中軸固定部と先端側ハウジング固定部の間において、燃焼室側に向けて折り返す構造を備えていることが好ましい。
この構造を採用すると、燃焼行程のときに、圧力センサに予め加えられていた予荷重（あるいは圧力センサの初期状態）が変動してしまう現象を抑制するとともに、燃焼圧に基づく中軸の変位量をも向上させることができる。高感度な圧力センサを得ることができる。
【００１７】
２つの支持部材を利用する場合でも、後端側弾性部は、後端側中軸固定部から反燃焼室側に向けて伸びる部分を備えていることが好ましい。
この構造を採用すると、グロープラグを通電したときに、中軸の後端側が熱膨張を起こそうとする方向と後端側弾性部が熱膨張を起こそうとする方向が逆方向となる。これにより、中軸の後端側の熱膨張が、後端側弾性部の熱膨張によって相殺される。したがって、グロープラグを通電したときに、圧力センサに予め加えられていた予荷重（あるいは圧力センサの初期状態）が変動してしまう現象が抑制され、正確な燃焼圧を測定することができる。
【００１８】
２つの支持部材を利用する場合でも、先端側弾性部のばね定数は、後端側弾性部のばね定数よりも小さいことが好ましい。
先端側弾性部に後端側弾性部のばね定数よりも小さいばね定数を有するものを採用すると、先端側弾性部が優先的に弾性変形することから、中軸の後端側の熱膨張が燃焼室側に向けて生じるようになる。したがって、グロープラグを通電したときに、中軸が熱膨張したとしても、圧力センサに予め加えられていた予荷重（あるいは圧力センサの初期状態）が変動してしまう現象が抑制され、正確な燃焼圧を測定することができる。
【００１９】
先端側中軸固定部は中軸を一巡しており、先端側ハウジング固定部はハウジングを一巡しており、先端側弾性部は両者間を一巡していることが好ましい。
先端側中軸固定部が中軸を一巡して形成されているので、中軸と支持部材の間から燃焼ガスが漏れることが防止されている。先端側ハウジング固定部がハウジングを一巡しているので、中軸とハウジングの間から燃焼ガスが漏れることが防止されている。さらに、先端側弾性部は両者間を一巡して形成されている。これにより先端側弾性部は中軸の軸線に沿ってバランスよく弾性変形することができ、ひいては中軸が軸線に沿ってバランスよく平行に変位することができる。正確な燃焼圧の測定が実現される。
【００２０】
本発明の他の一つのグロープラグでは、中軸固定部が、中軸のほぼ中心よりも反燃焼室側に形成されている構造が採用されている。
グロープラグへの通電に伴って中軸が熱膨張することによって圧力センサに予め加えられていた予荷重（あるいは圧力センサの初期状態）が変動してしまう現象は、中軸のうち後端側の熱膨張が大きく影響することが分かってきた。熱膨張の方向は、中軸固定部によって拘束される部分をほぼ境にして、その先端側及び後端側において各々の方向に生じる。後端側の中軸の熱膨張の方向は、後端側に向けて生じる。したがって、中軸固定部が中軸のほぼ中心よりも反燃焼室側に形成されていると、中軸固定部よりも後端側の部分が相対的に減少する。したがって、中軸のうち後端側の熱膨張が小さくなり、圧力センサに与える影響を顕著に小さくすることができる。
【００２１】
本発明の他の一つのグロープラグでは、中軸をハウジングに対して摺動可能に支持する支持部材を備えた構造が採用されている。支持部材は、中軸又はハウジングのいずれか一方に固定されているとともに中軸の先端側をハウジングに対して摺動可能に支持する先端側中軸支持部と、中軸の後端側に固定されている後端側中軸固定部と、ハウジングに固定されているハウジング固定部と、後端側中軸固定部とハウジング固定部間にある後端側弾性部を備えている。先端側中軸支持部は、先端側中軸支持部と中軸が当接しており先端側中軸支持部とハウジングが固定している構造としてもよく、あるいは先端側中軸支持部と中軸が固定しており先端側中軸支持部とハウジングが当接している構造としてもよい。先端側中軸支持部と中軸が当接しており先端側中軸支持部とハウジングが固定している構造の場合、先端側中軸支持部がハウジングに固定する部分は、ハウジング固定部と兼用してもよい。
この構造を採用すると、中軸が熱膨張を起こしたとしても、中軸の先端側が拘束されていないことから、中軸の熱膨張が燃焼室側に向けて生じるようになる。したがって、中軸が熱膨張したとしても、圧力センサに予め加えられていた予荷重（あるいは圧力センサの初期状態）が変動してしまう現象が顕著に抑制され、正確な燃焼圧を測定することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のグロープラグによると、ハウジング自体の弾性変形を利用しない構成を採用することで、ハウジングの燃焼室側の端部をエンジンヘッドの内壁に密着させておくことができ、燃焼ガスがハウジングの外周と貫通穴の内周の間に浸入することを防止できる。堆積物が中軸のスライド抵抗を変化させることがなく、長期に亘って使用しても正確な燃焼圧を測定し続けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
最初に本発明の主要な特徴を列記する。
（第１形態）  弾性部の一例としては、支持部材内に残部より膜厚が薄い起歪部が形成されている構造や、支持部材自体がダイアフラム状に形成されそれ自体が弾性部である構造を挙げることができる。
（第２形態）  弾性部を有する支持部材と、中軸を摺動可能に支持する部材の組み合わせによって中軸を前後で支持してもよい。
（第３形態）  第２形態において、弾性部を有する支持部材は後端側に設けられており、中軸を摺動可能に支持する部材は先端側に設けられているのが好ましい。中軸の熱膨張を燃焼室側に向けて優先的に生じさせることができるので、圧力センサに予め加えられていた予荷重（あるいは圧力センサの初期状態）が変動してしまう現象が抑制され、正確な燃焼圧を測定することができる。
【実施例】
【００２４】
図面を参照して以下に各実施例を詳細に説明する。
（第１実施例）  図１に、第１実施例のグロープラグ５１の断面図を模式的に示す。この断面図は主要な構成要素のみを記載しており、その形状はデフォルメされている点に留意されたい。グロープラグ５１は、一つの支持部材３０を利用して中軸２０をハウジングに対してスライド可能に支持するタイプである。
グロープラグ５１は、エンジンヘッド１２を貫通して燃焼室１５に望む貫通穴１３に取り付けられている。グロープラグ５１は、ハウジング４２を備えている。ハウジング４２は、ねじ結合領域４１を利用して貫通穴１３の内壁に螺着されている。ハウジング４２は略円筒状に形成されており、その内部に中空空間が形成されている。ハウジング４２は、貫通穴１３の内壁に沿った形状で形成されている。グロープラグ５１は、ハウジング４２の中空空間内にセンサ用ハウジング４４を備えている。センサ用ハウジング４４は、ねじ結合領域４３を利用してハウジング４２に螺着されている。グロープラグ５１において、センサ用ハウジング４４は、ハウジング４２と別個の部材で構成されているが、実質的にはハウジング４２と一体として評価することができ、両者を含めてハウジングということができる。
センサ用ハウジング４４内に、中軸２０がスライド可能に収容されている。中軸２０の先端は、燃焼室１５内に突出している。詳細な図示は省略されているが、中軸２０の先端には絶縁性セラミックに内包されたヒータ発熱線が設けられている。さらに中軸２０は、ヒータ発熱線に電気的に接続されているリードワイヤを備えており、そのリードワイヤは絶縁性セラミック内を通って後端側（図示右側）に向けて伸びている。セラミックには良好な耐食性を備えている窒化珪素(SiN)が用いられている。なお、中軸２０に、例えばシース管に発熱コイルが埋設された金属グロープラグを用いてもよい。
【００２５】
中軸２０の反燃焼室側の端部とセンサ用ハウジング４４の間に圧力センサ５０が固定されている。圧力センサ５０は、ピエゾ抵抗効果を利用するタイプのセンサが利用されている。圧力センサ５０は、力を均等に受けるための半球５２と、半導体ピエゾ抵抗素子５４と、センサ用ハウジング４４に固定するためのセンサ固定部材５６を備えている。センサ固定部材５６とセンサ用ハウジング４４はロウ付け固定(あるいは嵌合圧入)されている。圧力センサ５０は中軸２０の軸線に沿って配置されている。中軸２０と圧力センサ５０は、中軸２０の軸線と直交する面で断面視したときに、その軸が一致して配置されている。また、圧力センサ５０は、ハウジング４４の中空空間内に収容されており、換言すると、中軸２０に置き換わって配置されているとも言える。
中軸２０とセンサ用ハウジング４４の間には支持部材３０が設けられている。支持部材３０に関しては後に詳細する。
【００２６】
ハウジング４２の反燃焼室側には、深皿状の収容部が形成されている。収容部の内部には、絶縁ブッシュ６２と、ヒータ用コネクタ７２と、センサ用コネクタ７４が形成されている。この収容部の形状はとくに限定するものではなく、円形、多角形などを採用することができる。収容部の深皿の底に相当する箇所は、エンジンヘッドから離間して形成されているのが好ましい。エンジンヘッドからの振動が直接的に伝達されず、その振動を緩和することができる。
ハウジング４２の中空空間は、絶縁ブッシュ６２によって外部から閉塞されている。
ヒータ線８２は、ヒータ用コネクタ７２を経由して外部から中軸２０に向けて導入されている。ヒータ線８２は、ハウジング４２の中空空間内とセンサ用ハウジング４４に形成されている開口(図示省略)内を伸びている。ヒータ線８２は、中軸２０の後端に電気的に接続している。中軸２０の後端には、中軸２０の先端からリードワイヤが伸びてきており、リードワイヤとヒータ線８２が電気的に接続している。
センサ用コネクタ７４を経由して、センサ入力線８４とセンサ出力線８６が圧力センサ５０に向けて導入されている。センサ入出力線８４、８６はハウジング４２の中空空間内を伸びるとともに、圧力センサ５０の接続端子に接続している。センサ入出力線８４、８６の他端は、圧力算出回路９２に接続している。さらに、圧力算出回路９２で算出された燃焼圧は制御回路９４に入力されている。制御回路９４は、例えばインジェクタをフィードバック制御する。
【００２７】
次に、支持部材３０を詳細に説明する。図２に、支持部材３０の拡大断面図を模式的に示す。
中軸２０は、その周囲を金属パイプ２２によって保護されている。中軸２０と金属パイプ２２はロウ付け固定(あるいは嵌合圧入)されており、燃焼室内のガスが両者の間から漏れることが防止されている。金属パイプ２２は、中軸２０の一部として評価することができる。金属パイプ２２は導電性であり、ヒータ線８２を介して中軸２０内に流された電流が、エンジンヘッド１２に向けて導出するときの経路にも利用される。
支持部材３０のほぼ中央に、燃焼室１５側に向けて先細りのテーパ状の突出部３６が形成されている。突出部３６は、エンジンヘッド１２の内壁に形成されている段付き面１２ａ(図１参照)に対応した形状で形成されている。したがって、この突出部３６のテーパ面３６ａがエンジンヘッド１２の段付き面１２ａに密着固定される。これにより、センサ用ハウジング４４及びハウジング４２の外周と、貫通穴１３の内周の間に燃焼ガスが浸入するのを防止することができる。
突出部３６のテーパ面３６ａに対して反対側の面に、センサ用ハウジング４４が密着している（図１参照）。したがって、突出部３６は、センサ用ハウジング４４の一部と評価することもできる。センサ用ハウジング４４の端部がエンジンヘッド１２の内壁に密着していると表現することもできる。また、突出部３６は、支持部材３０をセンサ用ハウジング４４に固定するハウジング固定部でもある。
【００２８】
支持部材３０は、突出部３６を挟んで金属パイプ２２の先端側と後端側(中軸２０の軸線に沿って先端側と後端側であり、この場合は図示左右である)の２箇所において金属パイプ２２に固定している。これにより、中軸２０は貫通穴内に平行に支持されている。図示３３が先端側中軸固定部であり、図示３５が後端側中軸固定部である。中軸固定部３３、３５は、いずれも中軸２０を一巡してロウ付け固定されている。なかでも、先端側中軸固定部３３によって、燃焼ガスが金属パイプ２２と支持部材３０の間から漏れることが防止されている。したがって、先端側中軸固定部３３とテーパ状の突出部３６によって燃焼ガス漏れが防止されているので、燃焼ガスがこの支持部材３０より反燃焼室側へ漏れることがない。
また、金属パイプ２２は先端側と後端側の２箇所で固定されているので、中軸２０が軸線に沿って平行に安定的に支持されている。
【００２９】
支持部材３０には、先端側中軸固定部３３と突出部３６の間に、残部より膜厚が薄い先端側起歪部３２(先端側弾性部の一例)が形成されている。さらに、支持部材３０には、後端側中軸固定部３５と突出部３６の間に、残部より膜厚が薄い後端側起歪部３４(後端側弾性部の一例)が形成されている。先端側起歪部３２は、先端側中軸固定部３３と突出部３６の両者間を一巡して形成されている。後端側起歪部３４は、後端側中軸固定部３５と突出部３６の両者間を一巡して形成されている。起歪部３２、３４はいずれも、薄肉な円筒状の構造である。また、起歪部３２、３４は、中軸２０の軸線に沿って平行方向に残部より薄く形成されている。
後端側起歪部３４の前方に、後端側起歪部３４に比して膜厚の大きい感度調整領域３８が形成されている。感度調整領域３８の幅Ｌを調節することによって、後端側起歪部３４の軸線方向の弾性係数（ばね定数）を調整することができる。例えば、感度調整領域３８の幅Ｌを短く調整すれば、相対的に後端側起歪部３４の幅が長くなり、後端側起歪部３４の軸線方向の弾性歪みが大きくなる。一方、感度調整領域３８の幅Ｌを長く調整すれば、後端側起歪部３４の軸線方向の弾性歪みが小さくなる。なお、同様の構成が先端側起歪部３２にも形成されているのが好ましい。調整可能な感度の幅を大きくすることができる。
【００３０】
次に、グロープラグ５１に燃焼圧が作用したときの動作を説明する。図３は、図１及び図２に示す構成のうち、弾性作用を示し得る構成のみを簡単化して表した図である。図１、図２及び図３を同時に参照すると、グロープラグ５１の動作を理解し易い。
中軸２０に燃焼圧が印加されると、支持部材３０の突出部３６が拘束されているので、先端側の先端側起歪部３２に応力が加わる。先端側起歪部３２は、軸線方向に平行に薄く形成されているので、先端側起歪部３２は圧縮して弾性変形する。一方、突出部３６よりも後端側に設けられている後端側起歪部３４は、軸線方向に沿って伸張して弾性変形する。これにより中軸２０は、軸線と平行に反燃焼室側に向けてスライドする。このとき、図３に示すように、ハウジング４２及びセンサ用ハウジング４４にも厳密な意味での弾性変形は生じているが、この弾性歪みは起歪部３２、３４に比して十分に小さく、実質的に弾性変形していないと評価することができる。
したがって、中軸２０は、圧力センサ５０の半球５２及び半導体ピエゾ抵抗素子５４を大きく歪ませる。この歪みに対応して半導体ピエゾ抵抗素子５４の抵抗値が変動し、これが電圧値の変動として測定される。測定された電圧値は算出回路９２に入力され、燃焼圧に換算される。燃焼圧の結果は制御回路９４に入力され、制御回路９４はこの結果に基づいてインジェクタの燃料の噴射タイミングや噴射量などを調整する。
このように、本実施例では、支持部材３０を設けることによって、ハウジング４２及びセンサ用ハウジング４４を実質的に弾性変形させることなく、中軸２０を優先的に変位させることに成功している。突出部３６のテーパ面３６ａとエンジンヘッド１２の段付き面１２ａの密着箇所から中軸２０の軸線方向に沿った位置に存在するハウジング４２及びセンサ用ハウジング４４は弾性変形せずに、その位置と中軸２０の間に設けられた先端側起歪部３２及び後端側起歪部３４が弾性変形することによって、中軸２０を変位させることに成功している。ハウジング４２及びセンサ用ハウジング４４は弾性変形されないので、突出部３６のテーパ面３６ａとエンジンヘッド１２の段付き面１２ａの密着箇所が離反することがない。したがって、ハウジング４２及びセンサ用ハウジング４４の外周と貫通穴１３の内周との間に未燃焼成分が堆積することがなく、堆積物が燃焼圧の測定値を変化させてしまうことがない。この圧力センサ５０が組込まれたグロープラグ５１を利用すると、長期間に亘って正確な燃焼圧を測定することができる。
【００３１】
上記の実施例は、他に次のような特徴を有している。
（１）従来のように、ハウジングの弾性変形を利用して燃焼圧を測定する手法に比して、本実施例のように起歪部３２、３４の弾性変形を利用すると、中軸２０の変位量が大きくなり、高感度に燃焼圧を測定することができる。
（２）ハウジング４２と圧力センサ５０の間にセンサ用ハウジング４４が介在しているので、圧力センサ５０に伝達されるエンジンヘッド１２の振動がよく緩和され、ノイズが低減されている。
（３）グロープラグ５１を貫通穴１３内に取り付ける際に、エンジンヘッド１２への密着を強くするために十分にきつく挿入し、ハウジング４２及びセンサ用ハウジング４４自体に予荷重を加えた場合でも、支持部材３０の起歪部３２、３４には予荷重が加わることがない。正確な燃焼圧を測定することができる。また、ハウジング４２及びセンサ用ハウジング４４自体のがたつきを抑えることで、より正確な燃焼圧を測定することができる。
（４）半導体ピエゾ抵抗素子５４が用いられている圧力センサ５０を採用することによって、圧力センサ５０が小型化されており、圧力センサ５０を貫通穴１３内に収容することに成功している。したがって、中軸２０が従来構造に比して短く構成されている。これにより、中軸２０自体の振動が抑制され、測定値にノイズが重畳してしまうことが低減されている。
また、上記の実施例は次の変形例であってもよい。
起歪部は先端側と後端側の２つではなく、いずれか一方だけでもよい。この場合、他方の中軸固定部が摺動可能に金属パイプを支持する構造にするのが好ましい。これにより、一方の起歪部の弾性変形を阻害することなく、中軸を軸線に沿ってスライド可能に支持することができる。なお、摺動可能に金属パイプを支持する構造は、先端側に設けるのが好ましい。この場合、中軸が熱膨張を起こしたとしても、中軸の熱膨張が燃焼室側に向けて生じるようになる。したがって、中軸が熱膨張したとしても、圧力センサに予め加えられていた予荷重（あるいは圧力センサの初期状態）が変動してしまう現象が抑制され、正確な燃焼圧を測定することができる。
【００３２】
また、支持部材には、次の変形例を採用することもできる。
図４に、支持部材の一つの変形例の支持部材３０Ａの断面図を模式的に示す。なお、支持部材３０Ａを備えた変形例のグロープラグの全体図を示さないが、図１に示す支持部材３０を支持部材３０Ａに置き換えれば、変形例のグロープラグの全体図となる。
支持部材３０Ａでは、先端側起歪部３２Ａが、先端側中軸固定部３３から燃焼室側に向けて伸びている。さらに、後端側起歪部３４Ａが、後端側中軸固定部３５から反燃焼室側に向けて伸びている。支持部材３０Ａは、（１）先端起歪部３２Ａを設けることによって燃焼行程の火炎に基づく中軸２０の移動の影響を低減でき、（２）後端起歪部３４Ａを設けることによってグロープラグの通電による中軸２０の熱膨張の影響を低減できる点において有用である。
（１）の効果に関して
支持部材３０Ａのうち、突出部３６のテーパ面３６ａよりも燃焼室側に位置している先端側起歪部３２Ａ、第１肉厚部分３７Ａ、薄肉部分３７Ｂ、及び第２肉厚部分３７Ｃは、燃焼室内に向けて露出している。したがって、先端側起歪部３２Ａ、第１肉厚部分３７Ａ、薄肉部分３７Ｂ、及び第２肉厚部分３７Ｃは、内燃機関の燃焼行程のときに、燃焼による火炎に曝される。これにより、先端側起歪部３２Ａ、第１肉厚部分３７Ａ、薄肉部分３７Ｂ、及び第２肉厚部分３７Ｃは、燃焼行程の短期間内に、火炎に基づく温度上昇によって熱膨張を起こす。
支持部材３０Ａのうち、第１肉厚部分３７Ａ、薄肉部分３７Ｂ、及び第２肉厚部分３７Ｃ、とりわけ薄肉部分３７Ｂは、燃焼行程の短期間内に、燃焼室側に向けて熱膨張を起こす。一方、先端側起歪部３２Ａは先端側中軸固定部３３から燃焼室側に向けて伸びているので、先端側起歪部３２Ａは反燃焼室側に向けて熱膨張を起こす。即ち、先端側起歪部３２Ａ以外の第１肉厚部分３７Ａ、薄肉部分３７Ｂ、及び第２肉厚部分３７Ｃが熱膨張を起こす方向（燃焼室側方向）と、先端側起歪部３２Ａが熱膨張を起こす方向（反燃焼室側方向）が逆方向となる。
図５に、センサ出力特性を示す。縦軸がセンサ出力であり、横軸がクランク角である。本実施例のセンサ出力が実線１８である。先端側起歪部３２Ａが先端側中軸固定部３３から燃焼室側に向けて伸びていない場合を比較例とし、そのセンサ出力が破線１７である。図５の破線１７に示すように、燃焼行程のときに、先端側起歪部３２Ａ以外の第１肉厚部分３７Ａ、薄肉部分３７Ｂ、及び第２肉厚部分３７Ｃ、とりわけ薄肉部分３７Ｂが熱膨張を起こすと、中軸２０が燃焼室側に向けて移動するので、圧力センサ５０に予め加えられていた予荷重が抜けてしまい、燃焼圧が真の値よりも小さく測定され、正確な燃焼圧を測定することができないことが分かる。一方、先端起歪部３２Ａを設けると、実線１８に示すように、予荷重が抜ける現象が抑制され、正確な燃焼圧を測定することが可能になるのである。
（２）の効果に関して
グロープラグ５１を通電したとき、即ち、中軸２０自体がヒータ機能によって高温に達したときに、中軸２０は熱膨張を起こす。このとき、中軸２０のほぼ中心を境にして、中軸２０の先端側は燃焼室側に向けて熱膨張しており、中軸２０の後端側は反燃焼室側に向けて熱膨張する。なかでも、中軸２０の後端側が反燃焼室側に向けて熱膨張を起こすと、圧力センサ５０に予め加えられていた予荷重に追加の荷重が加わるので、燃焼圧に基づく圧力センサ５０の測定値が真の値からずれてしまう。
図４に示す支持部材３０Ａは、後端側起歪部３４Ａと、その後端側起歪部３４Ａよりも反燃焼室側に肉厚な部分３９Ａを備えている。肉厚な部分３９Ａが設けられているので、肉厚な部分３９Ａと後端側起歪部３４Ａの間に温度差が生じる。さらに、後端側起歪部３４Ａが後端側中軸固定部３５から反燃焼室側に向けて伸びていることから、後端側起歪部３４Ａは、グロープラグ５１を通電したときに、中軸２０からの熱を受けて燃焼室側に向けて熱膨張を起こそうとする。即ち、中軸２０の後端側が熱膨張を起こそうとする方向（反燃焼室側）と後端側起歪部３４Ａが熱膨張を起こそうとする方向（燃焼室側）が逆方向となる。これにより、中軸２０の後端側の熱膨張と後端側起歪部３４Ａの熱膨張は相殺される。したがって、グロープラグ５１を通電したときに、圧力センサ５０に予め加えられていた予荷重が追加で増加することが抑制され、正確な燃焼圧を測定することができる。
なお、先端側起歪部３２Ａは、中軸２０に対して平行に伸びている例を示しているが、先端弾性部３２Ａは、中軸２０に直交する方向よりも燃焼室側に向けて伸びていればよい。先端弾性部３２Ａは、中軸２０に直交する方向から中軸２０と平行な方向までの角度範囲において、中軸２０に対して傾斜して伸びていてもよい。
また、後端起歪部３４Ａも、中軸２０に対して平行に伸びている例を示しているが、後端弾性部３４Ａは、中軸２０に直交する方向よりも反燃焼室側に向けて伸びていればよい。後端弾性部３４Ａは、中軸２０に直交する方向から中軸２０と平行な方向までの角度範囲において、中軸２０に対して傾斜して伸びていてもよい。
【００３３】
図６に、支持部材の他の一つの変形例として支持部材３０Ｂの断面を模式的に示す。
支持部材３０Ｂは、先端側中軸固定部３３から燃焼室側に向けて伸びる第１先端側起歪部３２Ｂと、突出部３６から燃焼室側に向けて伸びる第２先端側起歪部３２Ｃを備えている。即ち、第１先端側起歪部３２Ｂ及び第２先端側起歪部３２Ｃは、先端側中軸固定部３３と突出部３６の間において、燃焼室側に向けて折り返す構造を形成している。
この構造を採用すると、第１先端側起歪部３２Ｂ及び第２先端側起歪部３２Ｃの複合構造が、機械的なばね構造として機能する。このため、第１先端側起歪部３２Ｂ及び第２先端側起歪部３２Ｃの複合構造は、燃焼圧に対して感度良く弾性変形することができる。
さらに、中軸２０の軸線方向における第１先端側起歪部３２Ｂの長さＬ２と第２先端起歪部３２Ｃの長さＬ１は、第１先端側起歪部３２Ｂの方が長く形成されている。したがって、第１先端側起歪部３２Ｂ及び第２先端側起歪部３２Ｃの複合構造の中軸２０の軸線方向における熱膨張は、反燃焼室側に向けて生じる。この熱膨張は、第２肉厚部分３７Ｃの燃焼室側に向けての熱膨張との間で相殺されるので、予荷重の抜けを抑制することができる。第１先端側起歪部３２Ｂ及び第２先端側起歪部３２Ｃの複合構造は、予荷重の抜けの抑制を抑制するとともに、燃焼圧に基づく中軸２０の変位量をも向上させることができ、高感度な圧力センサ５０とすることができる。
また、後端側起歪部３４Ｂは、後端側中軸固定部３５から中軸２０に直交する方向に伸びている。この場合、図４に示す後端側起歪部３４Ａに比して、燃焼圧に対する中軸２０の変位量を大きくすることができ、高感度な圧力センサとすることができる。
【００３４】
図７に、支持部材の他の一つの変形例として支持部材３０Ｃの断面を模式的に示す。
支持部材３０Ｃは、図６に示す支持部材３０Ｂの後端側起歪部３４Ｂを変更した例である。支持部材３０Ｃの後端側起歪部３４Ｃは、後端側中軸固定部３５から反燃焼室側に向けて、中軸２０の軸線に対して傾斜して伸びている。
支持部材３０Ｃの後端側起歪部３４Ｃは、グロープラグ５１を通電したときに圧力センサ５０に予め加えられていた予荷重が追加で増加することを抑制する効果と、燃焼圧に対する中軸２０の変位量を大きくする効果の両者をバランスよく具備しており、極めて有用な圧力センサとすることができる。
【００３５】
図８に、グロープラグ５１の他の一つの変形例を示す。図１に示す構造を参照すると、本変形例の構造を理解し易い。この変形例では、後端側中軸固定部３５が、中軸２０の最後端に固定している。なお、図８中に後端側中軸固定部３５は記載されていないが、図２を参照すればその位置関係は理解できる。図８の変形例では、後端側中軸固定部３５よりも後端側に中軸２０が存在しない構造が採用されている。
後端側中軸固定部３５よりも後端側に位置する中軸２０が熱膨張を起こすと、中軸２０が後端側中軸固定部３５によって拘束されているので、燃焼室側に向けての膨張よりも反燃焼室側に向けての熱膨張の方が優位に生じ易い。このため、圧力センサ５０に予め加えられていた予荷重に追加の荷重が加わってしまう。
図８の変形例では、後端側中軸固定部３５が中軸２０の最後端に固定する構造を採用することによって、後端側中軸固定部３５よりも後端側に中軸２０が存在しない構造にすることができる。このため、後端側中軸固定部３５よりも後端側の中軸２０の熱膨張に関する影響が排除され、圧力センサ５０に予め加えられていた予荷重が追加で増加してしまう現象が顕著に抑制される。
なお、図８の変形例の場合は、図９に示す中軸の構造を採用するのが好ましい。図９は、中軸２０の断面構造である。図９に示す中軸２０は、リング状の金属電極２５が中軸２０の軸線に沿って中軸２０内を伸びている。金属電極２５の周囲は、絶縁セラミック２４によって取り囲まれている。外部から伸びているヒータ線８２は、金属電極２５に接続している。この構造を採用することによって、中軸２０の後端面から露出する金属電極２５に対して、ヒータ線８２を接続することが可能になる。
【００３６】
（第２実施例）  図１０に、第２実施例のグロープラグ１５１の断面図を模式的に示す。この断面図は、主要な構成要素のみを記載しており、その形状はデフォルメされている点に留意されたい。グロープラグ１５１は、中軸の軸線に沿って先端側と後端側に２つの支持部材が設けられたタイプである。
グロープラグ１５１は、エンジンヘッド１１２を貫通して燃焼室１１５に望む貫通穴１１３に取り付けられている。グロープラグ１５１は、ハウジング１４２を備えている。ハウジング１４２は、ねじ結合領域１４１を利用して貫通穴１１３の内壁に螺着されている。ハウジング１４２は、略円筒状で形成されており、その内部に中空空間を備えている。ハウジング１４２は、貫通穴の内壁に沿った形状で形成されている。ハウジング１４２の燃焼室１１５側の端部には、燃焼室１１５側に向けてテーパ状に加工されたテーパ面１４２ａが形成されている。テーパ面１４２ａは、対向するエンジンヘッド１１２の段付き面１１２ａと密着している。
ハウジング１４２の中空空間内にスライド可能に中軸が収容されている。便宜上、中軸は、先端側中軸１２２と中央側中軸１２４と後端側中軸１２９に区別して説明する。中軸の先端には、セラミックグロープラグ型の発熱部材１２０が形成されている。発熱部材１２０は燃焼室１１５内に突出している。
【００３７】
グロープラグ１５１は、ダイアフラム状の先端側支持部材１３３を備えている。先端側支持部材１３３は、先端側中軸１２２に固定する先端側中軸固定部１３３ａと、ハウジング１４２の先端側に固定する先端側ハウジング固定部１３３ｃと、先端側中軸固定部１３３ａと先端側ハウジング固定部１３３ｃの両者の間を伸びるダイアフラム状の先端側弾性部１３３ｂを備えている。先端側支持部材１３３は、先端側弾性部１３３ｂに曲げ応力が加わることで弾性変形することができる。
【００３８】
ハウジング１４２の反燃焼室側には、深皿状の収容部が形成されている。収容部の内部には、絶縁ブッシュ１６２、１６４と、ヒータ用コネクタ１３０と、圧力センサ１５０が形成されている。絶縁ブッシュ１６２、１６４及びヒータ用コネクタ１３０は、圧力センサ１５０の周囲を取り囲むように円環状に形成されている。絶縁ブッシュ１６２、１６４は、ヒータ用コネクタ１３０とハウジング１４２の間に介在して形成されており、絶縁性の確保と振動の緩和を実現している。
ヒータ用コネクタ１３０は、ハウジング１４２の中空空間内を伸びて形成されるとともに、中央中軸１２４に形成されている係止部１２６によって係止されている。さらに、ヒータ用コネクタ１３０は、ねじ結合箇所１３５(後端側中軸固定部の一例)を利用して中央中軸１２４に螺着している。これにより、ヒータ用コネクタ１３０と中軸が電気的に接続されることを実現している。また、ヒータ用コネクタ１３０は、絶縁ブッシュ１６２を介在させて、ねじ結合箇所１４３(後端側ハウジング固定部の一例)を利用してハウジング１４２に固定されている。これにより、先端側の先端側支持部材１３３と合わせて、中軸を軸線に沿って平行に安定的に支持することを実現している。このことから、ヒータ用コネクタ１３０は、中軸を支持するという意味において後端支持部材と評価することができる。
さらに、ヒータ用コネクタ１３０に、残部より膜厚が薄い起歪部１３４(後端側弾性部の一例)が形成されている。起歪部１３４は軸線と直交する面内で一巡して形成されている。起歪部１３４は薄肉な円筒状の構造である。起歪部１３４は軸方向に沿って薄く形成されている。起歪部１３４の幅は、その周囲の残部を加工することで、自由に調整可能である。起歪部１３４は、ねじ結合箇所１３５から反燃焼室側に向けて伸びている。
【００３９】
中軸の反燃焼室側端部とヒータ用コネクタ１３０との間に圧力センサ１５０が固定されている。圧力センサ１５０は、絶縁部材１６６を介してヒータ用コネクタ１３０に支持されている。圧力センサ１５０は、ピエゾ抵抗効果を利用するタイプのセンサであり、半球１５２と、半導体ピエゾ抵抗素子１５４と、センサ固定部材１５６を備えている。センサ固定部材１５６は、絶縁部材１６６にロウ付け固定(あるいは嵌合圧入)されている。中軸と圧力センサ１５０の半球１５２の間には、ジルコニアからなる断熱部材１５７が介在して形成されている。
圧力センサ１５０は中軸の軸線に沿って配置されている。圧力センサ１５０と中軸は、軸線と直交する面で断面視したときに、その軸が一致して配置されている。
【００４０】
ヒータ用コネクタ１３０にヒータ線１８２が接続されている。これにより、ヒータ線１８２から供給される電流が、ヒータ用コネクタ１３０と中軸を介して発熱部材１２０に通電可能となっている。
圧力センサ１５０の接続端子にセンサ入力線１８４とセンサ出力線１８６が接続されている。センサ入出力線１８４、１８６の他端は、圧力算出回路１９２に接続されている。さらに、圧力算出回路１９２で算出された燃焼圧は制御回路１９４に入力されている。制御回路１９４は、図示しないインジェクタを制御する。
【００４１】
次に、グロープラグ１５１に燃焼圧が作用したときの動作を説明する。図１１は、図１０に示す構成のうち、弾性作用を示し得る構成のみを簡単化して表した図である。図１０及び図１１の両者を参照すると、グロープラグ１５１の動作を理解し易い。
発熱部材１２０と中軸に燃焼圧が作用すると、先端側支持部材１３３の先端側ハウジング固定部１３３ｃが拘束されているので、ダイアフラム状の先端側弾性部１３３ｂは弾性変形する。同時に、起歪部１３４には圧縮応力が加わり、起歪部１３４は軸線に沿って平行に圧縮される。したがって、中軸は軸線に沿って平行に大きく変位する。
【００４２】
一方、ハウジング１４２は、ねじ結合箇所１４１が拘束されており、この先端側において圧縮応力は加わるが、ハウジング１４２の弾性係数は先端側弾性部１３３ｂ及び起歪部１３４の弾性係数に比して極めて大きいので、ほとんど弾性変形しないと考えられる。したがって、テーパ面１４２ａとエンジンヘッド１１２の段付き面１１２ａとの密着箇所は離反することが防止されている。
ねじ結合箇所１４１よりも後端側のハウジング１４２は弾性変形しないので、後端側のねじ結合領域１４３を介して固定されているヒータ用コネクタ１３０もほとんど変位しない。したがって、圧力センサ１５０はほとんど変位しない。これにより、圧力センサ１５０に対して、中軸は極めて大きく変位することになる。したがって、後端側中軸１２９は、圧力センサ１５０の半球１５２及び半導体ピエゾ抵抗素子１５４を大きく歪ませる。この歪みに対応して半導体ピエゾ抵抗素子１５４の抵抗値が変動し、これが電圧値の変動として測定される。
測定された電圧値は算出回路１９２に入力され、燃焼圧に換算される。燃焼圧の結果は制御回路１９４に入力され、制御回路１９４はこの結果に基づいてインジェクタの燃料の噴射タイミングや噴射量などを調整する。
【００４３】
上記の実施例は、他に次のような特徴を有している。
（１）従来のように、ハウジングの弾性変形を利用して燃焼圧を測定する手法に比して、本実施例のようにダイアフラム状の先端側支持部材１３３や後端側の起歪部１３４の弾性変形を利用すると、中軸の変位量が大きくなり、高感度に燃焼圧を測定することができる。
（２）グロープラグ１５１を貫通穴内に取り付ける際に、エンジンヘッド１１２への密着を強くするために十分にきつく挿入し、ハウジング１４２自体に予荷重を加えた場合でも、先端側支持部材１３３の先端側弾性部１３３ｂや、後端側の起歪部１３４に予荷重が加わることがない。正確な燃焼圧を測定することができる。また、ハウジング１４２自体のがたつきを抑えることで、より正確な燃焼圧を測定することができる。
（３）上記の圧力センサ１５０は、先端側支持部材１３３やハウジング１４２から離れた位置に配置されている。さらに、圧力センサ１５０は、それら部材との間に絶縁ブッシュ１６２、１６４や、ヒータ用コネクタ１３０が介在しているので、エンジンヘッド１１２の振動の伝達がよく緩和されており、ノイズが顕著に低減されている。また、振動がよく緩和される材料として、例えばプラスチックやガラスやゴムなどを好適に採用することができる。
（４）グロープラグ１５１では、起歪部１３４がねじ結合箇所１３５から反燃焼室側に向けて伸びている。したがって、起歪部１３４は、グロープラグ１５１を通電したときに、中軸の先端に設けられた発熱部材１２０からの熱を受けて燃焼室側に向けて熱膨張を起こそうとする。即ち、中軸のうちとりわけ中央側中軸１２４が熱膨張を起こそうとする方向と起歪部１３４が熱膨張を起こそうとする方向が逆方向となる。これにより、中央側中軸１２４の熱膨張が、起歪部１３４の熱膨張によって抑えられる。したがって、グロープラグ１５１を通電したときに、圧力センサ１５０に予め加えられていた予荷重が追加で増加することが抑制され、正確な燃焼圧を測定することができる。
【００４４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
第１実施例、第２実施例及びそれらの変形例において、先端側弾性部に後端側弾性部のばね定数よりも小さいばね定数を有するものを採用するのが好ましい。ここでいうばね定数は、中軸の軸線方向におけるばね定数をいう。両者のばね定数に差を設けるためには、異なる構造の弾性部を設ける他に、異なる材料を利用してもよい。例えば、先端側弾性部にゴム材料のような低ヤング率を有する材料を採用するのが好ましい。先端側弾性部には、燃焼室の圧力をシールできるものであれば、その構造及び材料は限定されない。好ましくは、燃焼室内の熱を反燃焼室側に伝達するのを抑制する低い熱伝導の材料を採用するのがよい。先端側弾性部が後端側弾性部よりもばね定数が小さく調整されていると、先端側弾性部が優先的に弾性変形することから、中軸の後端側の熱膨張が燃焼室側に向けて生じるようになる。したがって、グロープラグを通電したときに、中軸が熱膨張したとしても、圧力センサに予め加えられていた予荷重が追加で増加してしまう現象が抑制され、正確な燃焼圧を測定することができる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１実施例のグロープラグの断面図を示す。
【図２】第１実施例の支持部材の拡大断面図を示す。
【図３】第１実施例を簡単化した断面図を示す。
【図４】第１実施例の支持部材の一つの変形例を示す。
【図５】第１実施例の変形例のセンサ出力特性を示す。
【図６】第１実施例の支持部材の他の一つの変形例を示す。
【図７】第１実施例の支持部材の他の一つの変形例を示す。
【図８】第１実施例の変形例を示す。
【図９】第１実施例の変形例の中軸の断面図を示す。
【図１０】第２実施例のグロープラグの要部断面図を示す。
【図１１】第２実施例を簡単化した断面図を示す。
【図１２】従来のグロープラグの要部断面図を示す。
【符号の説明】
【００４６】
１３、１１３：貫通穴
１２、１１２：エンジンヘッド
２０、１２２、１２４、１２９：中軸
３０：支持部材
３２、３２Ａ：先端側起歪部
３２Ｂ：第１先端側起歪部
３２Ｃ：第２先端側起歪部
１３３：先端側支持部材
３３、１３３ａ：先端側中軸固定部
１３３ｃ：先端側ハウジング固定部
１３３ｂ：先端側弾性部
３５：後端側中軸固定部
３４、３４Ｂ、３４Ｃ：後端側起歪部
３６：突出部
３８：感度調整領域
４２、１４２：ハウジング
４４：センサ用ハウジング
５０、１５０：圧力センサ
５１、１５１：グロープラグ
９２、１９２：算出回路
９４、１９４：制御回路
１２ａ、１１２ａ：段付き面
３６ａ、１４２ａ：テーパ面
【図１】
2006010306.tif 000003
【図２】
2006010306.tif 000004
【図３】
2006010306.tif 000005
【図４】
2006010306.tif 000006
【図５】
2006010306.tif 000007
【図６】
2006010306.tif 000008
【図７】
2006010306.tif 000009
【図８】
2006010306.tif 000010
【図９】
2006010306.tif 000011
【図１０】
2006010306.tif 000012
【図１１】
2006010306.tif 000013
【図１２】
2006010306.tif 000014