(57)【要約】【課題】  貫通穴の断面積を増加させることなく、圧力センサが組み込まれたグロープラグを提供すること。【解決手段】  エンジンヘッド１４を貫通して燃焼室１２に臨む貫通穴１３に取付け可能なグロープラグ１０であって、貫通穴１３を画定するエンジンヘッド１４の壁に螺着固定されるハウジング２３と、燃焼室１２内に一部が突出するとともにハウジング２３内に固定される中軸３４と、その突出部位に設けられている発熱部材３６と、ダイアフラム４２を有し、そのダイアフラムに作用する圧力を検出する圧力センサ４０を備えている。中軸３４には、燃焼室１２側から反燃焼室側に伸びる中空空間３８が形成されている。その中空空間３８の燃焼室１２側は燃焼室１２に連通しているとともに、反燃焼室側はダイアフラム４２によって封止されている。【選択図】  図１
2005344943.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可能なグロープラグであって、
貫通穴を画定するエンジンヘッドの壁に固定する部位と燃焼室内に突出する部位を有している支持部材と、
前記支持部材の前記突出部位に設けられている発熱部材と、
ダイアフラムを有しており、そのダイアフラムに作用する圧力を検出する圧力センサを備えており、
前記突出部位には、燃焼室側から反燃焼室側に伸びる中空空間が形成されており、
その中空空間の燃焼室側は燃焼室に連通しているとともに、反燃焼室側はダイアフラムによって封止されていることを特徴とするグロープラグ。
【請求項２】
前記突出部位は略円筒状の絶縁性セラミックで形成され、
その絶縁性セラミックに発熱部材を構成する導電性セラミックが埋め込ま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３】
中空空間は、前記突出部位の側面で、燃焼室に連通していることを特徴とする請求項１又は２のグロープラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に利用されるグロープラグ（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】
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存在する。燃焼圧が測定できれば、その測定値を用いて燃料供給装置や内燃機関をフィードバック制御することが可能となり、低燃費化や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。そこで、グロープラグのハウジング内に、燃焼圧センサを併設したグロープラグが開発されており、そのグロープラグが非特許文献１に記載されている。
【非特許文献１】http://www.aries-ing.com/news/uploads/alert18es.pdf
【０００３】
非特許文献１に記載されるグロープラグは、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られるグロープラグであり、その貫通穴を画定するエンジンヘッドの壁に固定する略筒状のハウジングを備えている。このハウジング内に、燃焼室側に発熱コイルが埋設されたシース管を設けた中軸が固定されており、その一部は燃焼室内に突出している。さらに、このハウジング内には、その中軸の軸方向と平行に燃焼圧導入孔が燃焼室側から反燃焼室側に伸びて形成されている。この中軸と圧力導入孔は、貫通穴を断面視したときにオフセットされた位置関係に形成されている。この燃焼圧導入孔の反燃焼室側に燃焼圧センサが設けられている。燃焼圧は、この燃焼圧導入孔を伝播し燃焼圧センサによって検出される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のグロープラグでは、貫通穴を断面視したときに、中軸と燃焼圧導入孔がオフセットされた位置関係に形成されている。このため、燃焼圧導入孔を形成するのに要するスペースの分だけ貫通穴の断面積を大きく形成しなければならない。大きくなった断面積によって、燃焼室側の貫通穴の凹部（取付けられたグロープラグと燃焼室との間に存在する貫通穴）の体積は大きくなる。これにより燃焼室の体積が余分に付加される。この付加される体積によって、燃焼ガスの着火性や火炎の広がり効果などが悪化し、燃焼効率などが低下するという事態が生じてしまう。
一方、上記の事態を抑制しようと燃焼圧導入孔の孔径を小さく形成すると、燃焼圧の伝播する速度が遅くなり応答性が低下するという問題や、あるいは燃焼圧導入孔内に未燃焼成分が堆積し、測定される燃焼圧に次第に誤差が重畳するという問題が顕著になってくる。したがって、中軸とは別個に圧力導入孔が併設された構成を採用すると、付加体積が増大するという問題が生じる。
本発明は上記の問題を鑑みて創作された。即ち、本発明の目的は、貫通穴の断面積を増加させることなく、圧力センサが組み込まれたグロープラグを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明で具現化されるグロープラグは、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可能なグロープラグである。このグロープラグは、貫通穴を画定するエンジンヘッドの壁に固定する部位と燃焼室内に突出する部位を有している支持部材を備えている。この支持部材の突出部位には発熱部材が設けられている。さらに、このグロープラグはダイアフラムを有しており、そのダイアフラムに作用する圧力を検出する圧力センサを備えている。突出部位には、燃焼室側から反燃焼室側に伸びる中空空間が形成されている。その中空空間の燃焼室側は燃焼室に連通しているとともに、反燃焼室側はダイアフラムによって封止されている。このダイアフラムは、支持部材の中空空間と圧力センサとの間に存在していればよく、支持部材に直接的に形成されている場合や、圧力センサの一部材として形成されている場合や、あるいは支持部材や圧力センサとは別の他部材に形成される場合など、その構成や形状などは特に限定されない。要は支持部材の中空空間を封止していればよい。
支持部材の固定部位と突出部位は、それぞれ別個の部材で構成されていてもよい。例えば、固定部位はハウジング等であり、突出部位は先端に発熱部材が設けられている中軸等である。
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圧電素子が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ピエゾ抵抗素子の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タイプの圧力センサや、加えられた力に起因して変形する量を光で検出する圧力センサを挙げることができる。
【０００６】
上記のグロープラグでは、燃焼室内の燃焼圧が支持部材の中空空間を伝播し、反燃焼室側に設けられているダイアフラムを変形させる。このダイアフラムの変形に連動して圧力センサに設けられている圧電素子やピエゾ抵抗素子が歪んだり、あるいは電極板が設けられている場合はその距離が変動することで燃焼圧を測定することができる。即ち、本発明の支持部材の中空空間は燃焼圧導入孔として機能する。そして、この中空空間は、発熱部材が設けられている突出部位に形成されている。
従来から知られるグロープラグでは、発熱部材が設けられている突出部位と燃焼圧導入孔は、貫通穴を断面視したときにオフセットされた位置関係に形成されていた。そのため、貫通穴の断面積は大きくならざるを得なかった。
本発明では、発熱部材が設けられている突出部位と中空空間（燃焼圧導入孔）を、貫通穴を断面視したときに同軸上に形成する。発熱部材が設けられている突出部位に燃焼圧を導入する機能を兼用させるのである。したがって貫通穴の断面積が大きくなることはない。
本発明の構成を採用することで、貫通穴の断面積を大きくすることなく、圧力センサが組み込まれたグロープラグを得ることができる。
【０００７】
突出部位は、略円筒状の絶縁性セラミックで形成され、その絶縁性セラミックに発熱部材を構成する導電性セラミックが埋め込まれていることが好ましい。
導電性セラミックに電流が通電され、それにより導電性セラミックが発熱し燃焼ガスを着火する発熱部材として機能する。また、この突出部位は、材料にセラミックを利用することから、成型加工が容易であるという特徴を有している。本発明の突出部位は、材料にセラミックを利用することで、略円筒状という形状と発熱部材を備えるという両者の機能を同時に具備させることに成功している。
【０００８】
中空空間は、突出部位の側面で燃焼室に連通していることが好ましい。
本発明の突出部位は、燃焼圧を伝播する燃焼圧導入孔を備えているという機能と、グロープラグの本来の機能である燃焼ガスの着火を確実に実施できるという機能の両者を同時に具備することが好ましい。
中空空間が突出部位の側面で燃焼室に連通することで、突出部位の燃焼室側の先端部は中空空間が形成されない。したがって、この先端に発熱部材を十分に設けることができ、十分な発熱量を確保することができる。したがって、燃焼ガスを確実に着火させることができる。同時に、燃焼圧はその側面から中空空間を伝播し、ダイアフラムに正確に作用することができる。両者の機能を同時に具備した突出部位を得ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のグロープラグは、貫通穴の断面積を増加させることなく圧力センサを組み込むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施例の主要な特徴を記す。
（実施形態）  燃焼圧センサは、半導体ピエゾ抵抗素子を利用するのが好ましい。燃焼圧センサが小型化され、グロープラグのハウジング内に燃焼圧センサを収容可能となる。したがって、中軸と燃焼圧センサが貫通穴の軸に沿って一直線上に配置される。貫通穴の断面積を小さくすることができる。貫通穴の燃焼室側の凹部（付加体積）を低減することができる。
【実施例】
【００１１】
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１０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。
図示左側が燃焼室１２であり、エンジンヘッド１４を貫通して燃焼室１２に望む貫通穴１３にグロープラグ１０が取り付けられている。
このグロープラグ１０は、貫通穴１３を画定するエンジンヘッド１４の壁にねじ結合箇所２９によって螺着固定されている略筒状のハウジング２３（固定部位の一例）を備えている。このハウジング２３の燃焼室１２側の端部は、先細りのテーパ状に加工されたテーパ面２２を有している。このテーパ面２２の形状に対応して、エンジンヘッド１４の内壁に段付き面２４が形成されている。ハウジング２３を貫通穴１３内に螺着固定したときに、このテーパ面２２と段付き面２４は密着され、これにより燃焼室１２内の燃焼ガスが外部へ漏れるのを防止している。
【００１２】
円筒状のハウジング２３内に、中軸３４（突出部位の一例）が固定されており、この中軸３４の先端の一部は燃焼室１２内に突出している。この中軸３４には、保護用の金属パイプ３２が一巡してロウ付け固定（あるいは圧入固定）されており、さらに、この金属パイプ３２にはハウジング２３が一巡してロウ付け固定（あるいは圧入固定）されている。中軸３４と金属パイプ３２を一体として評価すれば、中軸３４がハウジング２３に固定されていると評価することができる（中軸３４とハウジング２３が一つの支持部材として評価できる。なお、本実施例の中軸３４とハウジング２３を一つの部材で構成してもよい。）。また、ハウジング２３と金属パイプ３２間と、金属パイプ３２と中軸３４間は、いずれも一巡して固定されているので燃焼室１２内の燃焼ガスが外部へ漏れるのを防止することができる。
中軸３４は絶縁性セラミックであり、その形状は円筒状で形成されている。燃焼室１２側に導電性セラミックの発熱部材３６が埋め込まれている。この発熱部材３６も円筒状で形成されている。いずれも耐食性に優れた窒化珪素（ＳｉＮ）を材料に利用している。
中軸３４は円筒状であり、燃焼室１２側から反燃焼室側に伸びる中空空間３８が形成されている。この中空空間３８は、中軸３４の先端で燃焼室１２に連通している。そして、中空空間３８の反燃焼室側はダイアフラム４２によって外部に対して封止されている。なお、このダイアフラム４２は、後に説明する燃焼圧センサ４０の一部材として構成されている。
【００１３】
図２に、中軸３４の燃焼室１２側の先端近傍の要部斜視図を示す。この斜視図は、一部が切り欠かれており、中空空間３８の一部が露出された断面として示されている。
図２に示すように、本実施例の中軸３４は円筒状であり、その内部に中空空間３８が形成されている。従来の中軸と比較しても、その全体の大きさはほぼ変わらない。本実施例の中軸３４は、従来の中軸に中空空間３８が形成されたと評価できる。
また、中空空間３８の孔径は、中軸３４の強度などを考慮しても、燃焼圧を伝播させるのに十分な孔径を確保することができる。燃焼圧の伝播する速度が遅くなり応答性が低下するという問題や、燃焼ガスの未燃焼成分が堆積するといった問題は生じない。正確な燃焼圧を測定することができる。
【００１４】
図１に戻る。中軸３４の反燃焼室側には、ハウジング２３に固定されている略円筒状のセンサ用ハウジング２７を介して燃焼圧センサ４０が固定されている。
この燃焼圧センサ４０は、金属製のダイアフラム４２と、熱絶縁ロッド４３と、半球４４と、ピエゾ抵抗素子４５と、ハーメ端子４６と、これら各構成要素を内包するインナーハウジング４７を備えている。ダイアフラム４２は中軸３４の中空空間３８を封止している。熱絶縁ロッド４３は、燃焼室１２内の熱の影響を主にピエゾ抵抗素子４５に及ぶのを抑制し、ダイアフラム４２に加わる圧力を力に変換するためのものである。半球４４は、半球４４に加わる力をピエゾ抵抗素子４５に均等に伝えるためのものである。ピエゾ抵抗素子４５は、加えられた力に起因して抵抗値が変化する材料であり、例えばシリコン半導体が用いられる。ハーメ端子４６は、インナーハウジング４７にロウ付け固定（あるいは圧入固定）され気密性を確保するとともに、燃焼圧センサ４０の入出力信号を取り出す接続端子が設けられている。
上記したように、中軸３４自体の大きさは、従来のそれと変わらない。したがって、貫通穴１３の断面積は、このグロープラグ１０に燃焼圧センサ４０を組み込むか否かに関わらず、その大きさは変わらない。
【００１５】
燃焼圧センサ４０よりも反燃焼室側に絶縁体軸５２が設けられている。この絶縁体軸５２には、例えば加工性セラミックや封着ガラスが利用されている。
ハウジング２３の反燃焼室側は、深皿状の収容部が形成されており、この内部に絶縁ブッシュ５４と、図示しないヒータ用コネクタやセンサ用コネクタが形成されている。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。絶縁ブッシュ５４によって、ハウジング４２の内部は外部から閉塞され、気密性が確保されている。
図示しないヒータ用コネクタを経由して、ヒータ線６６が外部から発熱部材３６に向けて、ハウジング２３の内部を亘って導入されている。このヒータ線６６に電流を通電することで発熱部材３６を発熱させる。また、発熱部材３６を通った電流は、金属パイプ３２介してエンジンヘッド１２に電気的に導出させている。
図示しないセンサ用コネクタを経由して、センサ入力線６２とセンサ出力線６４が燃焼圧センサ４０のハーメ端子４６に向けて、ハウジング２３の内部を亘って導入されている。このセンサ入出力線６２、６４の他端は、ハーメ端子４６の接続端子に接続されている。このセンサ入出力線６２、６４は、図示しない燃焼圧検出回路に接続され、さらに、この燃焼圧検出回路は制御回路に接続されている。燃焼圧検出回路で検出された燃焼圧の結果に基づいて、制御回路は例えばインジェクタなどをフィードバック制御する。
【００１６】
次に、このグロープラグを用いて燃焼圧が測定される動作を図１と図２を参照して説明する。
燃焼室１２内の燃焼圧は、中軸３４の中空空間３８を伝播し、反燃焼室側に設けられているダイアフラム４２に作用する。ダイアフラム４２には、燃焼圧の大きさに応じて撓み応力が加わり、燃焼圧に対応した量だけ歪む。ダイアフラム４２が歪むと、その後方に配置されている熱絶縁ロッド４３と半球４４に圧縮応力が加わり、その圧縮力に応じてピエゾ抵抗素子４５が歪む。ピエゾ抵抗素子４５は、その歪み量に応じて抵抗値が変動することから、その抵抗値の変動を電圧値として検出し、検出された電圧値から燃焼圧が測定される。
【００１７】
上記のグロープラグでは、中軸３４に中空空間３８を形成することで、この中軸３４自体に燃焼ガスを着火するという機能の他に、燃焼圧導入孔としての機能をも兼用させている。したがって、従来の構造のように、中軸とは別個に圧力導入孔を設けておらず、貫通穴１３の断面積が大きくなることはない。換言すると、既設されている中軸３４を利用して、その中軸３４の断面積内に中空空間３８（燃焼圧導入孔）を形成したと評価することができ、貫通穴１３の断面積が大きくなることはないのである。
また、本実施例の構造は、従来構造に比して極めて単純な構造である。従来構造では別個に燃焼圧導入孔を設けるなど構造が複雑化することから、燃焼ガスの漏れを防止することが困難となっていた。本実施例では、中軸３４に中空空間３８を形成しても、ダイアフラム４２によって燃焼ガスの漏れは容易に防止される。
【００１８】
（第２実施例）  図３に第２実施例のグロープラグ１１０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。また、本実施例は、第１実施例と比較して中軸１３４の構造のみが異なっている。したがって、中軸１３４以外の構成要素に関してはその説明を省略する。
本実施例の中軸１３４は、絶縁性セラミックであり、その形状は略円筒状で形成されている。燃焼室１２側に導電性セラミックの発熱部材１３６が埋め込まれている。いずれも耐食性に優れた窒化珪素（ＳｉＮ）を材料に利用している。
中軸１３４は略円筒状であり、燃焼室１１２側から反燃焼室側に伸びる中空空間１３８が形成されている。その中空空間１３８は、中軸１３４の側面に形成されている中空穴１３７と連結している。この中空穴１３７は、中軸１３４を一巡して保護している金属パイプ１３２よりも燃焼室１１２側に形成されており、したがって、中軸１３４の中空空間１３８はこの中空穴１３７を介して燃焼室１１２に連通されている。
【００１９】
図４に、中軸１３４の燃焼室１１２側の先端近傍の要部斜視図を示す。この斜視図は、一部が切り欠かれており、中空空間１３８の一部が露出された断面として示されている。
図に示すように、本実施例の中軸１３４は略円筒状であり、その内部に中空空間１３８が形成され、その中空空間１３８は側面の中空穴１３７を介して燃焼室１１２に連通されている。
燃焼圧は、この中空穴１３７から中空空間１３８を伝播して、反燃焼室側のダイアフラム１４２に作用することができる。また、中空空間１３８の孔径は、強度などを考慮しても、燃焼圧を伝播させるのに十分な孔径を確保することができ、燃焼圧の伝播する速度が遅くなり応答性が低下するという問題や、燃焼ガスの未燃焼成分が堆積するといった問題は生じない。
【００２０】
中空穴１３７を中軸１３４の側面に設けることで、中軸１３４の先端部に埋設される発熱部材１３６の量を多くすることができる。これにより、発熱部材１３６に電流を通電したときに、発熱部材１３６から発生する熱量が大きくなり、燃焼ガスを着火する確実性を増大させることができる。
したがって、この中軸１３４の構成を採用することで、燃焼圧をダイアフラムに正確に作用させるという機能と、燃焼ガスを確実に着火するという機能の両者を有効に具備させることができる。
【００２１】
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。
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】
【００２２】
【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実施例の中軸の斜視図を示す。
【図３】第２実施例のグロープラグの断面図を示す。
【図４】第２実施例の中軸の斜視図を示す。
【符号の説明】
【００２３】
１３：貫通穴
１４：エンジンヘッド
２３：ハウジング
３２：金属パイプ
３４：中軸
３６：発熱部材
３８：中空空間
４０：燃焼圧センサ
４２：ダイアフラム
４３：熱絶縁ロッド
４４：半球
４５：ピエゾ抵抗素子
４６：ハーメ端子
４７：インナーハウジング
１３７：中空穴
【図１】
2005344943.tif 000003
【図２】
2005344943.tif 000004
【図３】
2005344943.tif 000005
【図４】
2005344943.tif 000006