(57)【要約】【課題】グロープラグ一体型の筒内圧センサを備える圧縮自着火方式の内燃機関において、グローホールの奥側にデポジットが堆積するのを抑制する。【解決手段】グローホール２６の内周面に形成された第１の遮熱膜４０と第２の遮熱膜４２は、陽極酸化皮膜から構成されており、シリンダヘッド１６の母材よりも熱伝導率と容積比熱が低い。そのため、これらの遮熱膜の周囲をグローヒーティング時に高温化し、堆積したデポジットを良好に焼却できる。また、第２の遮熱膜４２は、第１の遮熱膜４０よりも更に容積比熱が低いため、第２の遮熱膜４２の周囲にグローヒーティング時の熱が篭もり続けるのを抑えることもできる。従って、グローヒーティング後に第２の遮熱膜４２の表面にデポジットが堆積するのを抑制できる。【選択図】図２
2016156343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドに形成されて燃焼室と連通する小径部と、前記小径部よりも前記シリンダヘッドの内部側に形成された大径部と、前記小径部と前記大径部を接続するテーパ状の中間部とを備えるグローホールと、
前記中間部の内周面に当接し前記大径部に収容されたケーシングと、前記燃焼室側に一端が延出するように前記ケーシングに保持されたスリーブと、前記燃焼室側に一端が延出するように前記スリーブに保持され、前記燃焼室内の圧力変動に伴い軸方向に変位すると共に通電により発熱するヒータロッドとを備えるグロープラグ一体型の筒内圧センサと、  前記スリーブの延出端を通り前記ヒータロッドの軸方向に垂直な平面と前記小径部の内周面とが交わる所定箇所から、前記小径部の前記燃焼室側の開口端までの前記グローホールの内周面に形成され、熱伝導率および容積比熱が前記シリンダヘッドの母材よりも低い第１の遮熱膜と、
前記中間部のケーシング当接箇所から前記所定箇所までの前記グローホールの内周面に形成され、熱伝導率が前記母材よりも低く、尚且つ、容積比熱が前記第１の遮熱膜よりも低い第２の遮熱膜と、
を備え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】
この発明は内燃機関に関し、より詳細には、グロープラグ一体型の筒内圧センサを備える圧縮自着火方式の内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２０１３−１７０５１７号公報には、グロープラグ一体型の筒内圧センサを備える圧縮自着火式の内燃機関が開示されている。この筒内圧センサは、燃焼室内の圧力変動に伴い軸方向に変位すると共に通電により発熱するヒータロッドを備えており、ヒータロッドの変位量を検出することで筒内圧センサとして機能し、ヒータロッドへの通電によりグロープラグとして機能する。
【０００３】
また、例えば特開２０１０−２４９００８号公報には、熱伝導率と容積比熱の低い陽極酸化皮膜を燃焼室の壁面に形成した内燃機関が開示されている。陽極酸化皮膜を燃焼室の壁面に形成することで、燃焼室内のガス温度に応じて壁面温度を変化させて燃焼ガスと壁面との温度差を減少させ、熱損失低減と吸気過熱防止を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１７０５１７号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４９００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、グロープラグ一体型の筒内圧センサを内燃機関に搭載する場合、当該筒内圧センサを収容するグローホールとヒータロッドの間に未燃ＨＣ等が流入することでデポジットが堆積し、ヒータロッドの摺動抵抗が生じて筒内圧の検出精度が低下するという問題がある。この点、ヒータロッドに通電するグローヒーティングを行うことでグローホール内を高温化できるので、堆積したデポジットを焼却できる。
【０００６】
しかし、ヒータロッドの構造上、グローヒーティング時に高温化するのはグローホールの入口側であり、グローホールの奥側はそれ程高温化しない。また、グローヒーティングを行うのは冷間運転時であることから、グローヒーティング時にヒータロッドから発せられた熱の多くがシリンダヘッド（エンジン冷却水等）に奪われてしまう。そのため、グローヒーティングを行ったとしても、堆積したデポジットを十分に焼却できないという問題がある。また仮に、グローヒーティングによってデポジットを焼却できたとしても、グローホールの奥側は熱が篭もり易い構造であることから、グローヒーティング後にデポジットの再堆積が促進されてしまうという問題もある。
【０００７】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。即ち、グロープラグ一体型の筒内圧センサを備える圧縮自着火方式の内燃機関において、グローホールの奥側にデポジットが堆積するの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】
【０００８】
上述の課題を解決するため、本発明は、内燃機関であって、
シリンダヘッドに形成されて燃焼室と連通する小径部と、前記小径部よりも前記シリンダヘッドの内部側に形成された大径部と、前記小径部と前記大径部を接続するテーパ状の中間部とを備えるグローホールと、
前記中間部の内周面に当接し前記大径部に収容されたケーシングと、前記燃焼室側に一端が延出するように前記ケーシングに保持されたスリーブと、前記燃焼室側に一端が延出するように前記スリーブに保持され、前記燃焼室内の圧力変動に伴い軸方向に変位すると共に通電により発熱するヒータロッドとを備えるグロープラグ一体型の筒内圧センサと、  前記スリーブの延出端を通り前記ヒータロッドの軸方向に垂直な平面と前記小径部の内周面とが交わる所定箇所から、前記小径部の前記燃焼室側の開口端までの前記グローホールの内周面に形成され、熱伝導率および容積比熱が前記シリンダヘッドの母材よりも低い第１の遮熱膜と、
前記中間部のケーシング当接箇所から前記所定箇所までの前記グローホールの内周面に形成され、熱伝導率が前記母材よりも低く、尚且つ、容積比熱が前記第１の遮熱膜よりも低い第２の遮熱膜と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、小径部の所定箇所から中間部のケーシング当接箇所までのグローホールの内周面に第１の遮熱膜を形成し、当該小径部の所定箇所から燃焼室側の開口端までのグローホールの内周面に第２の遮熱膜を形成することができる。第１の遮熱膜と第２の遮熱膜の熱伝導率は何れも、シリンダヘッド母材の熱伝導率よりも低いので、グローヒーティング時にこれらの遮熱膜の周囲を高温化できる。従って、これらの遮熱膜の周囲、つまり、ケーシング当接箇所よりも燃焼室側のグローホール内に堆積したデポジットを、グローヒーティング時に良好に焼却することができる。
【００１０】
また、第２の遮熱膜の容積比熱は第１の遮熱膜の容積比熱よりも低いので、グローヒーティングの後において、第２の遮熱膜の周囲にグローヒーティング時の熱が篭もるのを抑えてデポジット前駆体が形成されるのを予防しつつ、第１の遮熱膜の周囲（つまり、グローホールの入口側）を第２の遮熱膜の周囲（つまり、グローホールの奥側の温度）よりも高温にしてグローホールの入口側にデポジットの前駆体を形成させ易くすることもできる。従って、グローヒーティング後にグローホールの奥側にデポジットが堆積するのを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態の内燃機関１０の断面模式図である。
【図２】筒内圧センサ２４近傍の拡大模式図である。
【図３】グローホール２６の他の形状を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態の内燃機関は、車両等の移動体に搭載される圧縮自着火式内燃機関（具体的にはディーゼルエンジン）である。図１は、本実施の形態の内燃機関１０の断面模式図である。図１に示すように、内燃機関１０は、シリンダブロック（不図示）内に形成されたシリンダボア１２と、シリンダボア１２内を上下方向に移動可能に収納されたピストン１４と、シリンダブロックの上方に取り付けられたシリンダヘッド１６と、を備えている。少なくともシリンダボア１２の壁面とピストン１４の頂面とシリンダヘッド１６の底面とにより燃焼室１８が画定される。ピストン１４の頂面の中央部には、キャビティ２０が形成されている。このキャビティ２０も燃焼室１８の一部を構成する。
【００１３】
シリンダヘッド１６には、燃焼室１８内に燃料を直接噴射するためのインジェクタ２２が取り付けられている。インジェクタ２２の近傍には、グロープラグ一体型の筒内圧センサ２４が取り付けられている。図２は、筒内圧センサ２４近傍の拡大模式図である。図２に示すように、筒内圧センサ２４は、シリンダヘッド１６に形成されたグローホール２６内に収容されている。グローホール２６は、燃焼室１８と連通する小径部２８と、小径部２８よりも大径の大径部３０と、小径部２８と大径部３０とを接続するテーパ状の中間部３２とから構成されている。
【００１４】
また、図示は省略するが、大径部３０のシリンダヘッド内部側には、筒状のケーシング３４をグローホール２６に対して固定するための雌ねじ部が形成されている。この雌ねじ部を利用してケーシング３４をグローホール２６内にねじ込むことにより、中間部３２にケーシング３４の先端部が緊密に当接し、これによって燃焼室１８に連通する小径部２８側が大径部３０に対してシールされた状態となる。
【００１５】
ケーシング３４の先端開口には、ヒータロッド３６を支持するためのスリーブ３８が挿通保持されている。スリーブ３８の先端部はケーシング３４から燃焼室１８側に延出しており、この先端部よりも更に燃焼室１８側に、ヒータロッド３６の先端部が延出している。ヒータロッド３６の先端部には発熱体（図示しない）が埋設されており、この発熱体に通電することで燃焼室１８内が予熱される。発熱体への通電（グローヒーティング）を行うと、ヒータロッド３６の先端側の温度が１２００℃程度まで上昇する。また、ヒータロッド３６はその長手方向（軸方向）に移動可能に構成されており、燃焼室１８内の圧力変動に伴って変位したヒータロッド３６の変位量を圧電素子（図示しない）等により測定することで筒内圧が検出される。
【００１６】
また、図２に示すように、グローホール２６の内周面には２種類の遮熱膜が形成されている。第１の遮熱膜４０は、スリーブ３８の先端部を通りヒータロッド３６の軸方向に対して垂直な平面Ｆと小径部２８とが交わる箇所から、小径部２８の燃焼室１８側の開口端の箇所までに形成されている。また、第２の遮熱膜４２は、第１の遮熱膜４０よりもグローホール２６の奥側、具体的には、上述した平面Ｆが小径部２８に交わる箇所から、中間部３２のケーシング当接箇所までに形成されている。
【００１７】
ここで、第１の遮熱膜４０と第２の遮熱膜４２は、何れも陽極酸化皮膜から構成されている。陽極酸化皮膜は、シリンダヘッドの母材（アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金）の陽極酸化処理によって得られる多孔質膜であり、母材よりも熱伝導率と容積比熱（単位体積当たりの熱容量）が低いという性質を有している。第１の遮熱膜４０と第２の遮熱膜４２も同様で、シリンダヘッド１６の母材よりも熱伝導率と容積比熱が低い。但し、第２の遮熱膜４２は、第１の遮熱膜４０よりも更に容積比熱が低い。なお、容積比熱の異なる低熱伝導率の陽極酸化皮膜を得る手法は、例えば特開２０１０−２４９００８号公報に開示されている。
【００１８】
上述したように、グロープラグ一体型の筒内圧センサを使用する場合、グローホールとヒータロッドの間に未燃ＨＣ等が流入することでデポジットが堆積するという問題がある。本実施の形態の内燃機関１０においても同様で、中間部３２のケーシング当接箇所よりも燃焼室１８側のグローホール２６内にデポジットが堆積する。ここで、グローヒーティングを行えば堆積したデポジットを焼却できるものの、上述した発熱体の埋設位置がヒータロッド３６の先端部であることから、グローヒーティング時に十分に高温化するのはスリーブ３８よりも燃焼室１８側であり、スリーブ３８よりもシリンダヘッド１６の内部側はそれ程高温化しない。また、グローヒーティングを行うのは冷間運転時であることから、グローヒーティング時にヒータロッド３６から発せられた熱の多くがシリンダヘッド１６側に逃げてしまうという問題もある。
【００１９】
この点、本実施の形態では、シリンダヘッド１６の母材よりも熱伝導率の低い第１の遮熱膜４０と第２の遮熱膜４２を形成したので、遮熱膜を形成しない場合と比較して、グローヒーティング時にヒータロッド３６から発せられた熱がシリンダヘッド１６側に逃げるのを抑えて遮熱膜の周囲を高温化できる。従って、遮熱膜の周囲、つまり、中間部３２のケーシング当接箇所よりも燃焼室１８側のグローホール２６内に堆積したデポジットをグローヒーティング時に良好に焼却することができる。
【００２０】
また、グローヒーティング時同様、内燃機関１０の高負荷運転時は燃焼室１８内だけでなくグローホール２６内も高温化するので、第１の遮熱膜４０と第２の遮熱膜４２によって上述した遮熱膜の周囲を高温化してデポジットを良好に焼却できる。
【００２１】
また、上述したように、グローヒーティングによってデポジットを焼却できたとしても、グローホールの奥側は熱が篭もり易い構造であることから、グローヒーティング後にデポジットの再堆積が促進されてしまうという問題もある。本実施の形態のグローホール２６の構造も同様で、スリーブ３８よりもシリンダヘッド１６の内部側は、グローヒーティング後にデポジットが再堆積し易い構造となっている。
【００２２】
この点、本実施の形態では、第１の遮熱膜４０よりも容積比熱の低い第２の遮熱膜４２を形成したので、グローヒーティング後に第２の遮熱膜４２の周囲にグローヒーティング時の熱が篭もり続けるのを抑えることができる。また、グローヒーティング後の第１の遮熱膜４０の周囲を第２の遮熱膜４２の周囲よりも相対的に高温にできるので、第１の遮熱膜４０の周囲にデポジットの前駆体を形成させ易くすることもできる。従って、グローヒーティング後に第２の遮熱膜４２の周囲にデポジットが堆積するのを抑制できる。
【００２３】
なお、第１の遮熱膜４０の容積比熱はシリンダヘッド１６の母材の容積比熱よりも低いので、遮熱膜を形成しない場合に比べれば、第１の遮熱膜４０の周囲にグローヒーティング時の熱が篭もり続けるのを抑えて、デポジットの前駆体を形成させ難くできていることは言うまでもない。
【００２４】
また、グローヒーティング後同様、上述した高負荷運転後もデポジットが再堆積し易い。しかし、本実施の形態によれば、高負荷運転後においても、第２の遮熱膜４２の周囲にグローヒーティング時の熱が篭もり続けるのを抑えることもできる。
【００２５】
ところで、上記の実施の形態では、小径部２８がストレート形状である内燃機関１０を例に説明した。しかし、第１の遮熱膜４０および第２の遮熱膜４２は、図３に示すグローホールの内周面、即ち、スリーブ３８の周囲において小径部２８の径が段状に拡大したグローホール２６の内周面にも同様に形成できる。
【００２６】
また、上記の実施の形態では、図２で説明した平面Ｆが小径部２８に交わる箇所から、中間部３２のケーシング当接箇所まで第２の遮熱膜４２を形成した。つまり、平面Ｆが小径部２８に交わる箇所に、第１の遮熱膜４０と第２の遮熱膜４２の境界を設けた。但し、この境界が当該箇所よりもグローホールの奥側または燃焼室側に多少シフトしていても上記実施の形態と同様の効果を得ることができるので、第２の遮熱膜４２を当該箇所の近傍から中間部３２のケーシング当接箇所まで形成し、第２の遮熱膜４２よりも燃焼室側に第１の遮熱膜４０を形成してもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１０  内燃機関
１８  燃焼室
２４  筒内圧センサ
２６  グローホール
２８  小径部
３０  大径部
３２  中間部
３４  ケーシング
３６  ヒータロッド
３８  スリーブ
４０  第１の遮熱膜
４２  第２の遮熱膜
【図１】
2016156343.tif 000003
【図２】
2016156343.tif 000004
【図３】
2016156343.tif 000005