(57)【要約】【課題】グロープラグの機能を兼ね備えた筒内圧センサを備えた内燃機関において、電力消費を抑えつつデポジットの堆積による筒内圧の検出精度の低下を抑制する。【解決手段】筒状のハウジング部と、ハウジング部の先端部から軸方向に突出して設けられたヒータロッドと、ヒータロッドがハウジング部の外部から受ける圧力を検出する検出部と、により構成された筒内圧センサを備える内燃機関において、内燃機関は、燃焼室内へ通じる孔を備え、筒内圧センサは、ハウジング部の先端部が孔内に位置し且つヒータロッドの先端が前記孔から燃焼室内に突出するように固定され、孔の一部領域であってハウジング部の先端部よりも燃焼室側となる燃焼室領域に、デポジットの堆積を促進させるための促進構造を備える。【選択図】図２
2015101984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のハウジング部と、前記ハウジング部の先端部から軸方向に突出して設けられ、通電により発熱することで着火を促進するヒータロッドと、前記ハウジング部と前記ヒータロッドとの隙間を塞ぐように設けられ前記ハウジング部の外部から受ける圧力に応じて前記ヒータロッドの位置を軸方向に変化させる受圧部と、前記ヒータロッドの位置の変化を検知することで前記圧力を検出する検出部と、により構成された筒内圧センサを備える内燃機関において、
前記内燃機関は、燃焼室内へ通じる孔を備え、
前記筒内圧センサは、前記受圧部が前記孔内に位置し且つ前記ヒータロッドの先端が前記孔から前記燃焼室内に突出するように固定され、
前記孔の一部領域であって、前記受圧部よりも前記燃焼室側となる燃焼室側領域に、デポジットの堆積を促進させるための促進構造を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記促進構造は、前記燃焼室側領域に設けられ、前記ヒータロッドとの隙間が前記受圧部におけるそれよりも狭くなるように構成された小径部を含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記促進構造は、前記小径部の壁内に配置された冷却機構を含むことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記冷却機構は、前記小径部の壁内に前記内燃機関の冷却水を流通させる機構であることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記促進構造は、前記燃焼室側領域の壁部を冷却するための冷却機構を含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関し、詳しくは、グロープラグとしての機能を兼ね備えた筒内圧センサを備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２００９−２２２０３１号公報には、グロープラグとしての機能を兼ね備えた筒内圧センサが燃焼室に装着された圧縮点火方式の内燃機関が開示されている。この筒内圧センサは、筒内圧センサの受圧部を通電によって発熱するグロープラグのヒータロッド（発熱チューブ）で構成することにより、グロープラグと筒内圧センサとを一体に構成したものである。圧縮点火方式の内燃機関では、ＥＧＲガス中に含まれるＰＭ（Particulate Matter）が燃焼室内に混入する。これらＰＭの一部が筒内圧センサの受圧部周辺の隙間に入り込むと、当該隙間でデポジットとして堆積し、燃焼室内の圧力変化を正確に検出することができなくなるおそれがある。この課題に対して、上記従来の技術では、デポジットが筒内圧センサの受圧部の変位を妨げる程度まで付着堆積していると判断した場合、グロープラグの発熱チューブ内のヒータエレメントに対して通電を行うこととしている。これにより、受圧部に付着しているデポジットが加熱されて燃焼する結果、受圧部からデポジットが除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２２０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、センサ本体から突出するグロープラグのヒータロッドは、その全体が一様に昇温されるわけではない。すなわち、ヒータロッドは、着火ポイントとなる先端部こそ高温に昇温されるが、それ以外の範囲については消費電力や耐熱性の観点から昇温し難い構造となっている。このため、ヒータロッドを発熱させて付着したデポジットを燃焼させる上記従来の技術では、ヒータロッドの根本部に接する筒内圧センサの受圧部に付着したデポジットを十分に燃焼させることができない、或いは燃焼させるために多大な電力を必要とすることが想定される。
【０００５】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、としての機能を兼ね備えた筒内圧センサを備えた内燃機関において、電力消費を抑えつつデポジットの堆積による筒内圧の検出精度の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、筒状のハウジング部と、前記ハウジング部の先端部から軸方向に突出して設けられ、通電により発熱することで着火を促進するヒータロッドと、前記ハウジング部と前記ヒータロッドとの隙間を塞ぐように設けられ前記ハウジング部の外部から受ける圧力に応じて前記ヒータロッドの位置を軸方向に変化させる受圧部と、前記ヒータロッドの位置の変化を検知することで前記圧力を検出する検出部と、により構成された筒内圧センサを備える内燃機関において、
前記内燃機関は、燃焼室内へ通じる孔を備え、
前記筒内圧センサは、前記受圧部が前記孔内に位置し且つ前記ヒータロッドの先端が前記孔から前記燃焼室内に突出するように固定され、
前記孔の一部領域であって、前記受圧部よりも前記燃焼室側となる燃焼室側領域に、デポジットの堆積を促進させるための促進構造を備えることを特徴としている。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、
前記促進構造は、前記燃焼室側領域に設けられ、前記ヒータロッドとの隙間が前記受圧部におけるそれよりも狭くなるように構成された小径部を含むことを特徴としている。
【０００８】
第３の発明は、第２の発明において、
前記促進構造は、前記小径部の壁内に配置された冷却機構を含むことを特徴としている。
【０００９】
第４の発明は、第３の発明において、
前記冷却機構は、前記小径部の壁内に前記内燃機関の冷却水を流通させる機構であることを特徴としている。
【００１０】
第５の発明は、第１の発明において、
前記促進構造は、前記燃焼室側領域の壁部を冷却するための冷却機構を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、固定された筒内圧センサの受圧部の位置よりも燃焼室側となる孔の燃焼室側領域にデポジットの堆積を促進させるための構成が設けられる。このような構成によれば、燃焼室内のＰＭの一部は、受圧部に到達する前の当該出口部においてデポジットとして堆積する機会が増す。このため、本発明によれば、受圧部に到達するＰＭの量を効果的に減らすことができるので、受圧部にデポジットが固着することによる筒内圧の検出精度の低下を抑制することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、孔の燃焼室側領域にヒータロッドとの隙間が受圧部よりも狭くされた小径部が設けられる。このような構成によれば、燃焼室から孔への燃焼ガスの流入が制限される。このため、本発明によれば、孔の燃焼室側領域の昇温を抑制することができるので、当該燃焼室側領域へのデポジットの堆積を有効に促進させることができる。
【００１３】
第３の発明によれば、小径部の壁内に冷却機構が配置される。このため、本発明によれば、孔の燃焼室側領域において更にデポジットの堆積を促進させることができる。
【００１４】
第４の発明によれば、冷却機構は、内燃機関の冷却水を流通させる機構として構成される。このため、本発明によれば、簡易な構成で小径部の壁面を有効に冷却することができる。
【００１５】
第５の発明によれば、燃焼室側領域の壁面に冷却機構が配置される。このため、本発明によれば、燃焼室側領域の昇温を抑制することができるので、当該燃焼室側領域へのデポジットの堆積を有効に促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１としての内燃機関を説明するための概略構成図である。
【図２】内燃機関に装着された筒内圧センサの周辺を示す断面図である。
【図３】標準的な軽油燃料の蒸留性状特性を示す図である。
【図４】小径部の径を調整して孔とヒータロッドとの距離を変えてエンジン耐久試験を行った結果を示す図である。
【図５】小径部の形状の他の例を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態２の内燃機関に装着された筒内圧センサの周辺を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２の内燃機関の変形例を示す図である。
【図８】実施の形態２の内燃機関の冷却機構の他の変形例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２の内燃機関の他の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１としての内燃機関を説明するための概略構成図である。図１に示すとおり、本実施の形態の内燃機関１０は、軽油を燃料とする圧縮自着火式のディーゼルエンジンとして構成されている。内燃機関１０の筒内には、その内部を往復運動するピストン１２が設けられている。また、内燃機関１０は、シリンダヘッド１４を備えている。ピストン１２とシリンダヘッド１４との間には、燃焼室１６が形成されている。燃焼室１６には、吸気通路１８および排気通路２０の一端が連通している。吸気通路１８および排気通路２０には、それぞれ吸気弁２２および排気弁２４が配置されている。
【００１９】
吸気通路１８の入口には、エアクリーナ２６が取り付けられている。また、排気通路２０の途中には、排気ガスを浄化するための後処理装置２８が設けられている。
【００２０】
シリンダヘッド１４には、燃料を筒内に噴射するための燃料噴射弁３０が設けられている。また、シリンダヘッド１４には、燃焼室１６の頂部から燃焼室１６内に突出するように筒内圧センサ４０が取り付けられている。筒内圧センサ４０は、ヒータロッドを備えることによってグロープラグとしての機能を兼ね備えた筒内圧センサである。以下、図２を参照して、筒内圧センサ４０の構造及びその取付部の詳細について説明する。なお、以下の説明では、「筒内圧センサ４０」を単に「センサ４０」とも称することとする。
【００２１】
図２は、内燃機関に装着された筒内圧センサの周辺を示す断面図である。先ず、筒内圧センサ４０の構成についてその詳細を説明する。この図に示すように、センサ４０はグロープラグとしての機能を備えた筒内圧センサであり、筒状のハウジング部４０１の先端からヒータロッド４０２が軸方向に突出した形状になっている。ヒータロッド４０２は通電により発熱するように構成されたグロープラグとして機能するものである。ハウジング部４０１の先端部とヒータロッド４０２との隙間には、当該隙間を塞ぐための高分子のシール部４０３が設けられている。シール部４０３はハウジング部４０１の外部からの圧力を受ける受圧部として機能する。受圧部が圧力を受けると、ヒータロッド４０２の軸方向の位置が、受けた圧力に応じて変化する。ハウジング部４０１の内部には、ヒータロッド４０２の端部と接触するように検出部としての検出用素子４０４が配置されている。検出用素子４０４は、ヒータロッド４０２の軸方向の変位を検出し、変位量に応じた信号、つまり受圧部の受けた圧力に応じた信号を出力する。
【００２２】
次に、筒内圧センサ４０の取付部についてその詳細を説明する。シリンダヘッド１４には、燃焼室１６に通じる孔３２が設けられている。センサ４０はハウジング部４０１の先端部が当該孔３２のテーパ部３２１に密着するまでねじ込まれることで固定される。これにより、センサ４０のヒータロッド４０２は、孔３２から燃焼室１６へ突出するように配置される。
【００２３】
本発明の実施の形態１の内燃機関１０は、この取付部の構成に特徴を有している。すなわち、図２に示すように、センサ４０の受圧部よりも燃焼室１６側となる孔３２の燃焼室側領域の一部であって、燃焼室１６へ開口する出口部には、孔径をハウジング部の先端部（すなわち受圧部）の孔径から一段小径に構成した小径部３４が設けられている。このような構成によれば、小径部３４では、ヒータロッド４０２と孔３２の壁面との距離（隙間）が、受圧部における同隙間よりも狭く構成される。
【００２４】
次に、本発明の実施の形態１の内燃機関１０の作用およびその効果について説明する。デポジットは燃焼ガス中の燃料の未燃成分やオイル成分が液化し、その後における周囲の熱による反応を経て酸化物や炭素状物質になったものである。つまり、デポジットの堆積と温度との間には密接な関連がある。
【００２５】
図３は、標準的な軽油燃料の蒸留性状特性を示す図である。この図に示すように、燃料が常時４００℃以上であれば気体燃料は液化しないため、当該気体燃料がシリンダヘッドの表面でデポジットとなって付着することはない。また、この図に示すように、燃料を８００℃以上に加熱することとすれば、デポジットとなった成分を加熱によりＣＯ，ＣＯ２，ＨＣなどに分解して排出することもできる。しかしながら、内燃機関の筒内を常に高温に保つためには熱源が必要となり燃費の悪化を招く。また、内燃機関の運転状態によっては、例えば冷間始動直後等の筒内の温度が低い状態もあり、デポジットの堆積を回避できない条件も想定される。堆積したデポジットは、上述したように高温加熱により分解除去することもできるが、やはり燃費の悪化が問題となる。
【００２６】
そこで、本実施の形態１の内燃機関１０では、孔３２の燃焼室１６への出口部に小径部３４を設けることとしている。図４は、孔３２とヒータロッド４０２との距離を変化させてエンジン耐久試験を行った結果を示す図である。なお、図中（Ａ）は孔とヒータロッドとの距離に対する孔に堆積したデポジットの量を、図中（Ｂ）は同距離に対する筒内圧センサにより検出された最高到達圧Pmaxを、それぞれ示している。
【００２７】
図４に示す結果を参照すると、小径部３４の径を小さくして燃焼室１６の近傍の範囲においてヒータロッドとの距離を狭くすると、燃焼室１６の近傍の孔３２におけるデポジットの堆積が促進されることが分かる。また、その際のセンサ出力は、燃焼室１６の近傍の孔３２に堆積するデポジット量が多いほど、出力低下の割合が小さいことが分かる。
【００２８】
上記試験結果から以下の現象が推測される。すなわち、小径部３４の径を小さくして燃焼室１６の近傍の範囲においてヒータロッドとの距離を狭くすると、孔３２への燃焼ガスの出入りが少なくなる。その結果、孔３２の昇温は抑制され、デポジットが堆積し易い環境となる。また、孔３２でのデポジットの堆積が一度始まると、デポジット上での熱交換も行われるため、未燃成分が更に液化し易い環境となる。その結果、孔３２における燃焼室１６の近傍の範囲にはデポジットが堆積し、孔３２の奥の空間まで未燃成分が到達し難くなる。これにより、受圧部付近におけるデポジットの堆積が回避されるので、受圧部へのデポジット堆積によるセンサ出力の低下が有効に抑制される。なお、孔３２内における受圧部近傍は、小径部３４を設けずに十分な空間を確保しておくことが好ましい。受圧部近傍の空間を狭くするとデポジットの堆積による筒内圧の検出精度の低下が起き易くなるからである。
【００２９】
このように、本発明の実施の形態１の内燃機関１０によれば、デポジットを小径部３４に堆積させる簡易な構成によって、受圧部付近へのデポジットの堆積を抑制することができる。これにより、ヒータロッド４０２を加熱して受圧部付近のデポジットを燃焼させる必要がないので、電力消費を抑えつつデポジットの堆積による筒内圧の検出精度の低下を抑制することが可能となる。また、小径部３４に堆積したデポジットは、ヒータロッド４０２の先端部側で効果的に加熱することができるので、少ない電力消費量であっても堆積したデポジットを有効に燃焼処理することが可能となる。
【００３０】
ところで、上述した実施の形態１の内燃機関では、孔３２の出口部に、ハウジング部４０１の先端部（すなわち受圧部）の孔径よりも一段小径に構成された小径部３４を設けることとしたが、小径部の配置はこれに限られない。すなわち、孔３２における受圧部よりも燃焼室１６側となる燃焼室側領域に配置されるのであれば、孔３２の途中が小径になるように小径部を設けることとしてもよい。
【００３１】
また、上述した実施の形態１の内燃機関では、孔３２の燃焼室１６近傍の範囲（燃焼室側領域）に、ハウジング部４０１の先端部（すなわち受圧部）の孔径よりも一段小径に構成された小径部３４を設けることとしたが、小径部の形状はこれに限られない。すなわち、孔３２における受圧部近傍の空間を確保しつつ燃焼室側領域の径を小径に構成するのであれば、例えば、ハウジング部の先端部（すなわち受圧部）から孔３２の燃焼室側領域に向かって徐々に小径になるように小径部を設けることとしてもよい。
【００３２】
図５は、小径部の形状の他の例を説明するための図である。この図に示す例では、孔径をハウジング部の先端部（すなわち受圧部）から孔３２の燃焼室側領域に向かって徐々に小径になるように構成された小径部３４１を設けることとしている。このような構成によれば、上述した実施の形態１の構成と同様の効果を奏することができる。
【００３３】
なお、上述した実施の形態１では、小径部３４又は小径部３４１が第１の発明の「促進構造」に相当している。
【００３４】
実施の形態２．
上述した実施の形態１の内燃機関では、孔３２の燃焼室側領域に小径部３４を設けて、当該燃焼室側領域へのデポジットの堆積を促進させることとしている。ここで、図３の蒸留性状特性にも示したように、燃料は温度が低いほど液化し易い。特に、この図に示す標準的な軽油燃料では、温度が１８０℃以下になるとほぼ液化する。そこで、本実施の形態２の内燃機関では、小径部３４の冷却を更に促進させるための促進構造を備えることとしている。
【００３５】
図６は、本発明の実施の形態２の内燃機関に装着された筒内圧センサの周辺を示す断面図である。なお、この図に示す内燃機関は、小径部３４周囲に冷却機構３６を備える点を除き、図２に示す内燃機関と同様の構成である。冷却機構３６は、例えば内燃機関１０の冷却水が流通する通路によって構成されている。このような構成によれば、小径部３４の周囲を効果的に冷却することができるので、当該小径部３４におけるデポジットの堆積を更に促進して受圧部への堆積を抑制することができる。
【００３６】
なお、冷却機構３６は、小径部３４の周囲を標準的な軽油の液化温度である１８０℃以下に冷却することができるように構成されることが好ましい。これにより、当該小径部３４におけるデポジットの堆積を効果的に促進することができる。
【００３７】
図７は、本発明の実施の形態２の内燃機関の変形例を示す図である。図７に示すように、冷却機構３６は図５に示す内燃機関の小径部３４１の周囲に設けることとしてもよい。
【００３８】
また、冷却機構の構成は、冷却水が流通させる冷却機構３６に限られない。図８は、実施の形態２の内燃機関の冷却機構の他の変形例を示す図である。図８に示す内燃機関では、ヒートパイプで構成された冷却機構３８が小径部３４の周囲に設けられている。冷却機構３８は、小径部３４周囲から受圧部の周囲へ向かって延在するヒートパイプに寄り構成され、小径部３４周囲から受圧部の周囲へ向かって熱がヒートパイプ内を移動するように構成されている。このような構成によれば、小径部３４の周囲を効果的に冷却することができるので、当該小径部３４におけるデポジットの堆積を更に促進して受圧部への堆積を抑制することができる。なお、冷却機構３８は、図７に示す内燃機関の冷却機構として適用してもよい。
【００３９】
さらに、図９は、本発明の実施の形態２の内燃機関の他の変形例を示す図である。上述した図６に示す内燃機関では、冷却機構３６を小径部３４の周囲に設けることとしたが、図９に示すように、小径部を備えていない内燃機関において、孔３２の燃焼室側領域に冷却機構３６を配置することとしてもよい。冷却機構３６によれば、孔３２の燃焼室側領域の燃焼ガスを冷却することができるので、少なくとも冷却によるデポジットの堆積を促進する効果を得ることができる。なお、図９における内燃機関では冷却機構３６を備えているが、冷却機構３６に替えてヒートパイプにより構成された冷却機構３８を設けることとしてもよい。
【００４０】
なお、上述した実施の形態２では、冷却機構３６又は冷却機構３８が第３の発明の「冷却機構」及び第５の発明の「冷却機構」に相当している。
【符号の説明】
【００４１】
１０  内燃機関
１２  ピストン
１４  シリンダヘッド
１６  燃焼室
１８  吸気通路
２０  排気通路
２２  吸気弁
２４  排気弁
２６  エアクリーナ
２８  後処理装置
３０  燃料噴射弁
３２  孔
３４，３４１  小径部（促進構造）
３６，３８  冷却機構（促進構造）
４０  筒内圧センサ（センサ）
３２１  テーパ部
４０１  ハウジング部
４０２  ヒータロッド
４０３  シール部
４０４  検出用素子
【図１】
2015101984.tif 000003
【図２】
2015101984.tif 000004
【図３】
2015101984.tif 000005
【図４】
2015101984.tif 000006
【図５】
2015101984.tif 000007
【図６】
2015101984.tif 000008
【図７】
2015101984.tif 000009
【図８】
2015101984.tif 000010
【図９】
2015101984.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月18日(2014.7.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のハウジング部と、前記ハウジング部の先端部から軸方向に突出して設けられ、通電により発熱することで着火を促進するヒータロッドと、前記ヒータロッドが前記ハウジング部の外部から受ける圧力を検出する検出部と、により構成された筒内圧センサを備える内燃機関において、
前記内燃機関は、燃焼室内へ通じる孔を備え、
前記筒内圧センサは、前記先端部が前記孔内に位置し且つ前記ヒータロッドの先端が前記孔から前記燃焼室内に突出するように固定され、
前記孔の一部領域であって、前記先端部よりも前記燃焼室側となる燃焼室側領域に、デポジットの堆積を促進させるための促進構造を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記促進構造は、前記燃焼室側領域に設けられ、前記ヒータロッドと前記孔の壁面との隙間が前記先端部におけるそれよりも狭くなるように構成された小径部を含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記促進構造は、前記小径部の壁内に配置された冷却機構を含むことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記冷却機構は、前記小径部の壁内に前記内燃機関の冷却水を流通させる機構であることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記促進構造は、前記燃焼室側領域の壁部を冷却するための冷却機構を含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関し、詳しくは、グロープラグとしての機能を兼ね備えた筒内圧センサを備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２００９−２２２０３１号公報には、グロープラグとしての機能を兼ね備えた筒内圧センサが燃焼室に装着された圧縮点火方式の内燃機関が開示されている。この筒内圧センサは、筒内圧センサの受圧部を通電によって発熱するグロープラグのヒータロッド（発熱チューブ）で構成することにより、グロープラグと筒内圧センサとを一体に構成したものである。圧縮点火方式の内燃機関では、ＥＧＲガス中に含まれるＰＭ（Particulate Matter）が燃焼室内に混入する。これらＰＭの一部が筒内圧センサの受圧部周辺の隙間に入り込むと、当該隙間でデポジットとして堆積し、燃焼室内の圧力変化を正確に検出することができなくなるおそれがある。この課題に対して、上記従来の技術では、デポジットが筒内圧センサの受圧部の変位を妨げる程度まで付着堆積していると判断した場合、グロープラグの発熱チューブ内のヒータエレメントに対して通電を行うこととしている。これにより、受圧部に付着しているデポジットが加熱されて燃焼する結果、受圧部からデポジットが除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２２０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、センサ本体から突出するグロープラグのヒータロッドは、その全体が一様に昇温されるわけではない。すなわち、ヒータロッドは、着火ポイントとなる先端部こそ高温に昇温されるが、それ以外の範囲については消費電力や耐熱性の観点から昇温し難い構造となっている。このため、ヒータロッドを発熱させて付着したデポジットを燃焼させる上記従来の技術では、ヒータロッドの根本部に接する筒内圧センサの受圧部に付着したデポジットを十分に燃焼させることができない、或いは燃焼させるために多大な電力を必要とすることが想定される。
【０００５】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、グロープラグとしての機能を兼ね備えた筒内圧センサを備えた内燃機関において、電力消費を抑えつつデポジットの堆積による筒内圧の検出精度の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、筒状のハウジング部と、前記ハウジング部の先端部から軸方向に突出して設けられ、通電により発熱することで着火を促進するヒータロッドと、前記ヒータロッドが前記ハウジング部の外部から受ける圧力を検出する検出部と、により構成された筒内圧センサを備える内燃機関において、
前記内燃機関は、燃焼室内へ通じる孔を備え、
前記筒内圧センサは、前記先端部が前記孔内に位置し且つ前記ヒータロッドの先端が前記孔から前記燃焼室内に突出するように固定され、
前記孔の一部領域であって、前記先端部よりも前記燃焼室側となる燃焼室側領域に、デポジットの堆積を促進させるための促進構造を備えることを特徴としている。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、
前記促進構造は、前記燃焼室側領域に設けられ、前記ヒータロッドと前記孔の壁面との隙間が前記先端部におけるそれよりも狭くなるように構成された小径部を含むことを特徴としている。
【０００８】
第３の発明は、第２の発明において、
前記促進構造は、前記小径部の壁内に配置された冷却機構を含むことを特徴としている。
【０００９】
第４の発明は、第３の発明において、
前記冷却機構は、前記小径部の壁内に前記内燃機関の冷却水を流通させる機構であることを特徴としている。
【００１０】
第５の発明は、第１の発明において、
前記促進構造は、前記燃焼室側領域の壁部を冷却するための冷却機構を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、固定された筒内圧センサのハウジング部の先端部の位置よりも燃焼室側となる孔の燃焼室側領域にデポジットの堆積を促進させるための構成が設けられる。このような構成によれば、燃焼室内のＰＭの一部は、ハウジング部の先端部に到達する前の当該出口部においてデポジットとして堆積する機会が増す。このため、本発明によれば、ハウジング部の先端部に到達するＰＭの量を効果的に減らすことができるので、ハウジング部の先端部にデポジットが固着することによる筒内圧の検出精度の低下を抑制することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、孔の燃焼室側領域にヒータロッドとの隙間がハウジング部の先端部よりも狭くされた小径部が設けられる。このような構成によれば、燃焼室から孔への燃焼ガスの流入が制限される。このため、本発明によれば、孔の燃焼室側領域の昇温を抑制することができるので、当該燃焼室側領域へのデポジットの堆積を有効に促進させることができる。
【００１３】
第３の発明によれば、小径部の壁内に冷却機構が配置される。このため、本発明によれば、孔の燃焼室側領域において更にデポジットの堆積を促進させることができる。
【００１４】
第４の発明によれば、冷却機構は、内燃機関の冷却水を流通させる機構として構成される。このため、本発明によれば、簡易な構成で小径部の壁面を有効に冷却することができる。
【００１５】
第５の発明によれば、燃焼室側領域の壁面に冷却機構が配置される。このため、本発明によれば、燃焼室側領域の昇温を抑制することができるので、当該燃焼室側領域へのデポジットの堆積を有効に促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１としての内燃機関を説明するための概略構成図である。
【図２】内燃機関に装着された筒内圧センサの周辺を示す断面図である。
【図３】標準的な軽油燃料の蒸留性状特性を示す図である。
【図４】小径部の径を調整して孔とヒータロッドとの距離を変えてエンジン耐久試験を行った結果を示す図である。
【図５】小径部の形状の他の例を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態２の内燃機関に装着された筒内圧センサの周辺を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２の内燃機関の変形例を示す図である。
【図８】実施の形態２の内燃機関の冷却機構の他の変形例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２の内燃機関の他の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１としての内燃機関を説明するための概略構成図である。図１に示すとおり、本実施の形態の内燃機関１０は、軽油を燃料とする圧縮自着火式のディーゼルエンジンとして構成されている。内燃機関１０の筒内には、その内部を往復運動するピストン１２が設けられている。また、内燃機関１０は、シリンダヘッド１４を備えている。ピストン１２とシリンダヘッド１４との間には、燃焼室１６が形成されている。燃焼室１６には、吸気通路１８および排気通路２０の一端が連通している。吸気通路１８および排気通路２０には、それぞれ吸気弁２２および排気弁２４が配置されている。
【００１９】
吸気通路１８の入口には、エアクリーナ２６が取り付けられている。また、排気通路２０の途中には、排気ガスを浄化するための後処理装置２８が設けられている。
【００２０】
シリンダヘッド１４には、燃料を筒内に噴射するための燃料噴射弁３０が設けられている。また、シリンダヘッド１４には、燃焼室１６の頂部から燃焼室１６内に突出するように筒内圧センサ４０が取り付けられている。筒内圧センサ４０は、ヒータロッドを備えることによってグロープラグとしての機能を兼ね備えた筒内圧センサである。以下、図２を参照して、筒内圧センサ４０の構造及びその取付部の詳細について説明する。なお、以下の説明では、「筒内圧センサ４０」を単に「センサ４０」とも称することとする。
【００２１】
図２は、内燃機関に装着された筒内圧センサの周辺を示す断面図である。先ず、筒内圧センサ４０の構成についてその詳細を説明する。この図に示すように、センサ４０はグロープラグとしての機能を備えた筒内圧センサであり、筒状のハウジング部４０１の先端からヒータロッド４０２が軸方向に突出した形状になっている。ヒータロッド４０２は通電により発熱するように構成されたグロープラグとして機能するものである。ハウジング部４０１の先端部とヒータロッド４０２との隙間には、当該隙間を塞ぐための高分子の材料から成るシール部４０３が設けられている。シール部４０３及びヒータロッド４０２はハウジング部４０１の外部からの圧力を受ける受圧部として機能する。受圧部が圧力を受けると、ハウジング部４０１の内外に圧力差が生じ、ヒータロッド４０２の軸方向の位置が、受けた圧力に応じて変化する。ハウジング部４０１の内部には、ヒータロッド４０２の端部と接触するように検出部としての検出用素子４０４が配置されている。検出用素子４０４は、ヒータロッド４０２の軸方向の変位を検出し、変位量に応じた信号、つまり受圧部の受けた圧力に応じた信号を出力する。
【００２２】
次に、筒内圧センサ４０の取付部についてその詳細を説明する。シリンダヘッド１４には、燃焼室１６に通じる孔３２が設けられている。センサ４０はハウジング部４０１の先端部が当該孔３２のテーパ部３２１に密着するまでねじ込まれることで固定される。これにより、センサ４０のヒータロッド４０２は、孔３２から燃焼室１６へ突出するように配置される。
【００２３】
本発明の実施の形態１の内燃機関１０は、この取付部の構成に特徴を有している。すなわち、図２に示すように、センサ４０のハウジング部４０１の先端部よりも燃焼室１６側となる孔３２の燃焼室側領域の一部であって、燃焼室１６へ開口する出口部には、孔径をハウジング部４０１の先端部（すなわち受圧部であるシール部４０３）の孔径から一段小径に構成した小径部３４が設けられている。このような構成によれば、小径部３４では、ヒータロッド４０２と孔３２の壁面との距離（隙間）が、ハウジング部４０１の先端部における同隙間よりも狭く構成される。
【００２４】
次に、本発明の実施の形態１の内燃機関１０の作用およびその効果について説明する。デポジットは燃焼ガス中の燃料の未燃成分やオイル成分が液化し、その後における周囲の熱による反応を経て酸化物や炭素状物質になったものである。つまり、デポジットの堆積と温度との間には密接な関連がある。
【００２５】
図３は、標準的な軽油燃料の蒸留性状特性を示す図である。この図に示すように、燃料が常時４００℃以上であれば気体燃料は液化しないため、当該気体燃料がシリンダヘッドの表面でデポジットとなって付着することはない。また、この図に示すように、燃料を８００℃以上に加熱することとすれば、デポジットとなった成分を加熱によりＣＯ，ＣＯ２，ＨＣなどに分解して排出することもできる。しかしながら、内燃機関の筒内を常に高温に保つためには熱源が必要となり燃費の悪化を招く。また、内燃機関の運転状態によっては、例えば冷間始動直後等の筒内の温度が低い状態もあり、デポジットの堆積を回避できない条件も想定される。堆積したデポジットは、上述したように高温加熱により分解除去することもできるが、やはり燃費の悪化が問題となる。
【００２６】
そこで、本実施の形態１の内燃機関１０では、孔３２の燃焼室１６への出口部に小径部３４を設けることとしている。図４は、孔３２とヒータロッド４０２との距離を変化させてエンジン耐久試験を行った結果を示す図である。なお、図中（Ａ）は孔とヒータロッドとの距離に対する孔に堆積したデポジットの量を、図中（Ｂ）は同距離に対する筒内圧センサにより検出された最高到達圧Pmaxを、それぞれ示している。
【００２７】
図４に示す結果を参照すると、小径部３４の径を小さくして燃焼室１６の近傍の範囲においてヒータロッドとの距離を狭くすると、燃焼室１６の近傍の孔３２におけるデポジットの堆積が促進されることが分かる。また、その際のセンサ出力は、燃焼室１６の近傍の孔３２に堆積するデポジット量が多いほど、出力低下の割合が小さいことが分かる。
【００２８】
上記試験結果から以下の現象が推測される。すなわち、小径部３４の径を小さくして燃焼室１６の近傍の範囲においてヒータロッドとの距離を狭くすると、孔３２への燃焼ガスの出入りが少なくなる。その結果、孔３２の昇温は抑制され、デポジットが堆積し易い環境となる。また、孔３２でのデポジットの堆積が一度始まると、デポジット上での熱交換も行われるため、未燃成分が更に液化し易い環境となる。その結果、孔３２における燃焼室１６の近傍の範囲にはデポジットが堆積し、孔３２の奥の空間まで未燃成分が到達し難くなる。これにより、ハウジング部４０１の先端部付近におけるデポジットの堆積が回避されるので、受圧部であるシール部４０３へのデポジット堆積によるセンサ出力の低下が有効に抑制される。なお、孔３２内におけるハウジング部４０１の先端部近傍は、小径部３４を設けずに十分な空間を確保しておくことが好ましい。ハウジング部４０１の先端部近傍の空間を狭くするとデポジットの堆積による筒内圧の検出精度の低下が起き易くなるからである。
【００２９】
このように、本発明の実施の形態１の内燃機関１０によれば、デポジットを小径部３４に堆積させる簡易な構成によって、ハウジング部４０１の先端部付近へのデポジットの堆積を抑制することができる。これにより、ヒータロッド４０２を加熱してハウジング部４０１の先端部付近のデポジットを燃焼させる必要がないので、電力消費を抑えつつデポジットの堆積による筒内圧の検出精度の低下を抑制することが可能となる。また、小径部３４に堆積したデポジットは、ヒータロッド４０２の先端部側で効果的に加熱することができるので、少ない電力消費量であっても堆積したデポジットを有効に燃焼処理することが可能となる。
【００３０】
ところで、上述した実施の形態１の内燃機関では、孔３２の出口部に、ハウジング部４０１の先端部（すなわち受圧部であるシール部４０３）の孔径よりも一段小径に構成された小径部３４を設けることとしたが、小径部の配置はこれに限られない。すなわち、孔３２におけるハウジング部４０１の先端部よりも燃焼室１６側となる燃焼室側領域に配置されるのであれば、孔３２の途中が小径になるように小径部を設けることとしてもよい。
【００３１】
また、上述した実施の形態１の内燃機関では、孔３２の燃焼室１６近傍の範囲（燃焼室側領域）に、ハウジング部４０１の先端部（すなわち受圧部であるシール部４０３）の孔径よりも一段小径に構成された小径部３４を設けることとしたが、小径部の形状はこれに限られない。すなわち、孔３２におけるハウジング部４０１の先端部近傍の空間を確保しつつ燃焼室側領域の径を小径に構成するのであれば、例えば、ハウジング部４０１の先端部（すなわち受圧部であるシール部４０３）から孔３２の燃焼室側領域に向かって徐々に小径になるように小径部を設けることとしてもよい。
【００３２】
図５は、小径部の形状の他の例を説明するための図である。この図に示す例では、孔径をハウジング部の先端部（すなわち受圧部であるシール部４０３）から孔３２の燃焼室側領域に向かって徐々に小径になるように構成された小径部３４１を設けることとしている。このような構成によれば、上述した実施の形態１の構成と同様の効果を奏することができる。
【００３３】
なお、上述した実施の形態１では、小径部３４又は小径部３４１が第１の発明の「促進構造」に相当している。
【００３４】
実施の形態２．
上述した実施の形態１の内燃機関では、孔３２の燃焼室側領域に小径部３４を設けて、当該燃焼室側領域へのデポジットの堆積を促進させることとしている。ここで、図３の蒸留性状特性にも示したように、燃料は温度が低いほど液化し易い。特に、この図に示す標準的な軽油燃料では、温度が１８０℃以下になるとほぼ液化する。そこで、本実施の形態２の内燃機関では、小径部３４の冷却を更に促進させるための促進構造を備えることとしている。
【００３５】
図６は、本発明の実施の形態２の内燃機関に装着された筒内圧センサの周辺を示す断面図である。なお、この図に示す内燃機関は、小径部３４周囲に冷却機構３６を備える点を除き、図２に示す内燃機関と同様の構成である。冷却機構３６は、例えば内燃機関１０の冷却水が流通する通路によって構成されている。このような構成によれば、小径部３４の周囲を効果的に冷却することができるので、当該小径部３４におけるデポジットの堆積を更に促進して受圧部であるシール部４０３への堆積を抑制することができる。
【００３６】
なお、冷却機構３６は、小径部３４の周囲を標準的な軽油の液化温度である１８０℃以下に冷却することができるように構成されることが好ましい。これにより、当該小径部３４におけるデポジットの堆積を効果的に促進することができる。
【００３７】
図７は、本発明の実施の形態２の内燃機関の変形例を示す図である。図７に示すように、冷却機構３６は図５に示す内燃機関の小径部３４１の周囲に設けることとしてもよい。
【００３８】
また、冷却機構の構成は、冷却水が流通させる冷却機構３６に限られない。図８は、実施の形態２の内燃機関の冷却機構の他の変形例を示す図である。図８に示す内燃機関では、ヒートパイプで構成された冷却機構３８が小径部３４の周囲に設けられている。冷却機構３８は、小径部３４周囲からハウジング部４０１の先端部の周囲へ向かって延在するヒートパイプに寄り構成され、小径部３４周囲からハウジング部４０１の先端部の周囲へ向かって熱がヒートパイプ内を移動するように構成されている。このような構成によれば、小径部３４の周囲を効果的に冷却することができるので、当該小径部３４におけるデポジットの堆積を更に促進して受圧部であるシール部４０３への堆積を抑制することができる。なお、冷却機構３８は、図７に示す内燃機関の冷却機構として適用してもよい。
【００３９】
さらに、図９は、本発明の実施の形態２の内燃機関の他の変形例を示す図である。上述した図６に示す内燃機関では、冷却機構３６を小径部３４の周囲に設けることとしたが、図９に示すように、小径部を備えていない内燃機関において、孔３２の燃焼室側領域に冷却機構３６を配置することとしてもよい。冷却機構３６によれば、孔３２の燃焼室側領域の燃焼ガスを冷却することができるので、少なくとも冷却によるデポジットの堆積を促進する効果を得ることができる。なお、図９における内燃機関では冷却機構３６を備えているが、冷却機構３６に替えてヒートパイプにより構成された冷却機構３８を設けることとしてもよい。
【００４０】
なお、上述した実施の形態２では、冷却機構３６又は冷却機構３８が第３の発明の「冷却機構」及び第５の発明の「冷却機構」に相当している。
【符号の説明】
【００４１】
１０  内燃機関
１２  ピストン
１４  シリンダヘッド
１６  燃焼室
１８  吸気通路
２０  排気通路
２２  吸気弁
２４  排気弁
２６  エアクリーナ
２８  後処理装置
３０  燃料噴射弁
３２  孔
３４，３４１  小径部（促進構造）
３６，３８  冷却機構（促進構造）
４０  筒内圧センサ（センサ）
３２１  テーパ部
４０１  ハウジング部
４０２  ヒータロッド
４０３  シール部
４０４  検出用素子