(57)【要約】  スパークプラグアセンブリは、上側ショルダと下側ショルダと、外側表面を有する金属製の環状外側シェルと、内側表面で囲まれるキャビティとを含む。内側表面は、絶縁体の下側ショルダに対向するように内方に延在するフランジを有する。外側シェルは近傍端部および対向固定端部を有する。固定端部は雄ねじ部および、フランジに隣接して外方に延在する環状封止座部を有する。外側シェルは封止座部および近傍端部の間に、径方向に延在する環状ショルダを有する。近傍端部は絶縁体の上側ショルダと軸方向に対向する折返し部を有する。センサアセンブリはシェルのショルダと折返し部との間の外側シェルの近傍に設置される。センサアセンブリは絶縁体と外側シェルとの間の相対的な軸方向の移動に応じて信号を送る。
2012516547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側ショルダおよび下側ショルダを有する概して環状のセラミック絶縁体と、
外側表面と内側表面で囲まれる中央キャビティとを含む金属製の環状外側シェルとを備え、前記内側表面は、前記絶縁体の前記下側ショルダに軸方向に対向するように、径方向内方に延在するフランジを有し、前記外側シェルは近傍端部および対向固定端部を有し、前記固定端部は雄ねじ部および、前記フランジに隣接する前記雄ねじ部から径方向外方に延在する環状封止座部を有し、前記外側シェルは、前記封止座部と前記近傍端部との間を径方向に延在する環状ショルダを有し、前記近傍端部は前記キャビティに向けて径方向内方に延在する環状の折返し部を有し、前記折返し部は前記絶縁体の前記上側ショルダと軸方向に対向しており、前記絶縁体の前記外側シェルに対する軸方向の移動を抑制し、
前記外側シェルの近傍であって、前記シェルの前記ショルダと前記折返し部との間に設置され、前記絶縁体と前記外側シェルとの間の相対的な軸方向の移動に応じて信号を送るセンサアセンブリをさらに備える、スパークプラグアセンブリ。
【請求項２】
前記封止座部は前記フランジと実質的に径方向に位置合わせされる、請求項１に記載のスパークプラグアセンブリ。
【請求項３】
前記シェルの前記ショルダは前記封止座部に対して径方向外方に延在する、請求項１に記載のスパークプラグアセンブリ。
【請求項４】
前記外側表面は前記封止座部および前記シェルの前記ショルダとの間において実質的に円筒形である、請求項３に記載のスパークプラグアセンブリ。
【請求項５】
前記封止座部は前記下側ショルダと軸方向に位置合わせされる、請求項１に記載のスパークプラグアセンブリ。
【請求項６】
前記シェルの前記ショルダは環状の溝部を前記封止座部と前記シェルの前記ショルダとの間に有し、さらに前記溝部の内部に設置され、前記外側表面から径方向外方に延在する封止部を有する、請求項１に記載のスパークプラグアセンブリ。
【請求項７】
前記封止座部はテーパを有する、請求項１に記載のスパークプラグアセンブリ。
【請求項８】
上側表面と下側表面とを有し、前記上側表面と前記下側表面との間を延在する開口部を有し、前記開口部は前記下側表面に隣接する縮径領域と、前記上側表面に隣接する拡径領域とを、前記縮径領域と前記拡径領域との間を延在する封止座部とともに有するシリンダヘッドと、
前記開口部に固定されるような構成を有するスパークプラグアセンブリとを備え、前記スパークプラグアセンブリは、上側ショルダおよび下側ショルダを有する概して環状のセラミック絶縁体と、近傍端部および対向固定端部の間を延在する外側表面を、内側表面で囲まれる中央キャビティとともに有する金属製の環状外側シェルとを備え、前記内側表面は、前記絶縁体の前記下側ショルダに軸方向に対向し、径方向に延在するフランジを有し、前記固定端部は、前記シリンダヘッドの前記縮径領域とねじ係合する構成である雄ねじ部を有し、環状封止座部は、前記ねじ部に隣接するように延在し、前記シリンダヘッドの封止座部と対向し、環状ショルダは、前記封止座部および前記近傍端部の間を径方向に延在し、前記近傍端部は前記絶縁体の前記上側ショルダに軸方向に対向する環状の折返し部を有し、
前記外側シェルの近傍であって、前記ショルダと前記折返し部との間に設置され、前記絶縁体と前記外側シェルとの間の相対的な軸方向の移動に応じて信号を送るセンサアセンブリとをさらに備える、内燃機関の構成要素。
【請求項９】
前記封止座部は前記フランジと実質的に径方向に位置合わせされる、請求項８に記載の内燃機関の構成要素。
【請求項１０】
前記シェルの前記ショルダは前記シェルの前記封止座部に対して径方向外方に延在する、請求項８に記載の内燃機関の構成要素。
【請求項１１】
前記シェルの前記ショルダは前記シリンダヘッドの前記上側表面の上を少なくとも部分的に延在する、請求項１０に記載の内燃機関の構成要素。
【請求項１２】
前記シェルの前記ショルダは前記シリンダヘッドの前記上側表面から軸方向に離れた状態を維持する、請求項１１に記載の内燃機関の構成要素。
【請求項１３】
前記封止座部は前記シェルの前記ショルダと軸方向に位置合わせされる、請求項８に記載の内燃機関の構成要素。
【請求項１４】
前記シェルの前記外側表面は、前記シェルの前記封止座部と前記シェルの前記ショルダとの間において実質的に円筒形である、請求項８に記載の内燃機関の構成要素。
【請求項１５】
前記シェルの前記外側表面は、前記シェルの前記封止座部と前記シェルの前記ショルダとの間に環状の溝部を有し、前記環状の溝部に設置される前記開口部の前記拡径領域に係合する構成の封止部をさらに有する、請求項１４に記載の内燃機関の構成要素。
【請求項１６】
前記封止座部はテーパを有する、請求項８に記載の内燃機関の構成要素。
【請求項１７】
前記封止座部は実質的に平坦である、請求項８に記載の内燃機関の構成要素。
【請求項１８】
環状のギャップが前記シェルの前記外側表面と、前記シリンダヘッドの前記開口部の前記拡径領域との間に形成される、請求項８に記載の内燃機関の構成要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
本願は、２００９年１月２９日に出願された米国仮出願連続番号第６１／１４８，１２１号の利益を主張し、米国仮出願連続番号第６１／１４８，１２１号は、全文が引用によって本明細書に援用される。
【０００２】
発明の背景
１．技術分野
本発明は概して点火装置に関し、より特定的には一体型燃焼センサを有するスパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術
エンジンの使用中にシリンダボアの内部の燃焼圧力を感知するセンサを、スパークプラグアセンブリに組み込むことが知られている。燃焼圧力の大きさを感知することができれば、そのエンジンが意図どおりに動作しているかどうか、あるいは処置が必要かどうかが決定できる。あいにく、一体型電流センサを用いたスパークプラグ技術は、燃料ガスの力に加えてセンサに余分な力を及ぼす様々な好ましくない影響のために、燃料圧力を正確に測定する能力に限界がある。一体型センサに加わるこれらの好ましくない力は、一般には設置時および／またはエンジンの動作中に起こる。したがって、当該センサにより得られる圧力測定は燃焼力の真実かつ正確な表示とならないことがある。
【０００４】
図１に示すように、公知のスパークプラグアセンブリ１は、シリンダボアの内部の燃焼力を感知するための一体型センサ２を有する。アセンブリ１は金属外側シェル４の内部に固定されたセラミック絶縁体３を有する。絶縁体３はシェル４の折返し部５と内側ガスケット６との間の圧縮の下で固定される。絶縁体３になされる圧縮は、動作条件中におけるガスケット６の信頼度の高い封止を提供する働きを有する。センサ２は、シェル４の外側フランジ７と六角固定部８との間の圧縮の下で保持される。動作時において、絶縁体３のコアノーズ９に加えられる燃焼力は、絶縁体３をシリンダボアから離れるように軸方向の上方に押し、燃焼力の一部はシェル折返し部５を介してシェル４に伝わり、燃焼力は今度はシェル４の伸縮可能な上部１０を引き伸ばす。伸縮可能な上部１０が引き伸ばされると、センサ２に加わる圧縮力が小さくなる、そのことはシリンダボアの内部における燃焼力と直接の相関関係を有するものと解釈される。しかし、スパークプラグアセンブリ１がシリンダブロックの内部に設置される間に、シェル４の雄ねじ部１１と外側フランジ７の下側封止面の上のガスケット封止面１２との間で引張力が生じる。１つのアセンブリと他のアセンブリとの間においてトルク公差を締め付ける結果として、および、たとえば通常使用中の、シリンダヘッドの温度変化または制御できない変形に起因して、当該引張力の大きさは変化し得る。引張力の大きさにかかわらず、制御不可能なかつ知られていない態様において、引張力は、折返し部５とガスケット６との間の絶縁体３を圧縮する力を小さくする傾向がある。このようにして、燃焼中に伸縮可能な部分１０の上に加えられる張力は減少する。そのことは知られていないかつ制御不可能な態様でセンサ２に与えられる「組み立てられた状態での」予圧力に直接的に影響を及ぼす。このように、燃焼中にセンサ２により表示される当該力の大きさは、シリンダボアの内部の圧縮力を正確に示すものとならないことがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の要約
スパークプラグアセンブリは、上側ショルダおよび下側ショルダを有する概して環状のセラミック絶縁体と、外側表面と内側表面で囲まれる中央キャビティとを含む金属製の環状外側シェルとを有する。上記シェルの内側表面は、絶縁体の下側ショルダに軸方向に対向するように、径方向内方に延在するフランジを有する。上記外側シェルは近傍端部および対向固定端部を有する。上記固定端部は雄ねじ部および、フランジに隣接する雄ねじ部から径方向外方に延在する環状封止座部を有する。さらに上記外側シェルは、封止座部と近傍端部との間を径方向に延在する環状ショルダを有する。上記近傍端部は絶縁体の上側ショルダと軸方向に対向するように、また絶縁体の外側シェルに対する軸方向の移動を抑制するように、キャビティに向けて径方向内方に延在する環状の折返し部を有する。さらに、上記外側シェルの近傍の、シェルのショルダと折返し部との間にセンサアセンブリが設置される。上記センサアセンブリは絶縁体と外側シェルとの間の相対的な軸方向の移動に応じて信号を送る。
【０００６】
本発明の他の局面によれば、内燃機関の構成要素が提供される。上記構成要素は、上側表面と下側表面とを有し、上側表面と下側表面との間を延在する開口部を有するシリンダヘッドを含む。上記開口部は下側表面に隣接する縮径領域と、上側表面に隣接する拡径領域とを、縮径領域と拡径領域との間を延在する封止座部とともに有する。さらに、上記構成要素は、開口部に固定されるような構成を有するスパークプラグアセンブリを有する。上記スパークプラグアセンブリは、上側ショルダおよび下側ショルダを有する概して環状のセラミック絶縁体と、近傍端部および対向固定端部の間を延在する外側表面を、内側表面で囲まれる中央キャビティとともに有する金属製の環状外側シェルとを含む。内側表面は、絶縁体の下側ショルダに軸方向に対向し、径方向に延在するフランジを有する。上記固定端部は、シリンダヘッドの縮径領域とねじ係合する構成である雄ねじ部を有し、環状封止座部は、ねじ部に隣接するように延在し、シリンダヘッドの封止座部と軸方向に対向する。環状ショルダは、上記封止座部および近傍端部の間を径方向に延在する。上記近傍端部は絶縁体の上側ショルダに軸方向に対向する環状の折返し部を有する。上記外側シェルの近傍の、ショルダと折返し部との間にセンサアセンブリが設置される。上記センサアセンブリは絶縁体と外側シェルとの間の相対的な軸方向の移動に応じて信号を送る。
【０００７】
本発明のこれらおよび他の局面、特徴および利点が、現在の好ましい実施例および最良の態様、添付の請求項および添付の図面の以下の詳細な説明に関連して考慮されるとより容易に認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来技術に従って構成されたスパークプラグの断面図である。
【図２】本発明の一の局面に従って構成されたスパークプラグの部分断面図である。
【図３】本発明の他の局面に従って構成されたスパークプラグの部分断面図である。
【図４】本発明のさらに他の局面に従って構成されたスパークプラグの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
現状好ましい実施例の詳細な説明
図面を参照しながらより詳細に説明すれば、図２は本発明の１つの現状好ましい実施例に従って構成されたスパークプラグアセンブリ２０を半分割したものを示す。アセンブリ２０は環状セラミック絶縁体２２と、セラミック絶縁体２２の少なくとも一部を囲む金属製の環状シェル２４とを有する。接地電極２６は、作動可能にシェル２４に取付けられ、中央電極アセンブリ２８は絶縁体２２を貫通するように延在する細長い本体を有し、公知のように、中央電極アセンブリ２８と接地電極２６とはスパークギャップ２９を形成する。概略３０で示されるセンサアセンブリはシェル２４の外側の近傍に一体として組み立てられ、またその上にスパークプラグアセンブリ２０が配置されるシリンダブロック（図示せず）のシリンダボアの内部の燃焼圧力を表示するように構成されている。センサアセンブリ３０が個々のシリンダボアの内部の燃焼圧力を、外部からの力の影響を受けずに正確に測定できるように、スパークプラグアセンブリ２０はここでシリンダヘッド３１として示される内燃機関の構成要素に取り付けるために構成される。外部からの力とはたとえばスパークプラグアセンブリ２０をシリンダヘッド３１にねじ止めする際に発生する引張力、およびシリンダヘッド３１の温度変化および／または制御不可能な変形をさす。
【００１０】
導電性の金属外側シェル２４は、様々なコーティングされた、またはコーティングされない鋼合金を含む、任意の好適な金属から構成されてもよい。シェル２４は概して環状の外側表面３２を有し、バレル部３６を含む上側末端部３４と下側固定端部３８との間を延在する概して管状の本体である。下側固定端部３８は雄ねじ部４０を有し、シリンダヘッド３１の燃焼チャンバ開口部４２の内部にねじ締めされるように構成される。開口部４２は、エンジンブロック（図示せず）と当接する、上方の実質的に平坦な表面４３と下方の実質的に平坦な表面４５との間を延在するように構成される。開口部４２は封止座部１１２と下側平坦表面４５との間を延在する縮径領域４７を有し、当該領域４７はシェル２４のねじ部４０とねじ締めされるように構成された雌ねじ４９を有する。さらに、開口部４２は封止座部１１２から上側平坦表面４３に延びる拡径領域５１を有する。領域５１はシェル２４と緩く径方向にすきまばめするような大きさの直径を有する。シェル２４はまた、バレル部３６の最下部と隣接する外側表面３０から径方向外側に延在する環状ショルダまたはフランジ４４を有する。環状ショルダまたはフランジ４４は、環状で概して平坦な上側表面またはショルダ４６を供給する。フランジ４４は直線状の円筒領域４８により、ねじ部４０から軸方向に離れている。円筒領域４８はねじ部４０よりもわずかに直径が大きく、フランジ４４よりも直径が小さい。円筒領域４８はシリンダヘッド３１の開口部４２の内部の径方向のすきまばめに合う大きさである。円筒領域４８は最下部に環状のエッジまたはコーナを有しており、ねじ部４０に隣接するテーパの封止座部５０を供給するために円錐状に面取りがなされている。シェル２４の封止座部５０はシリンダヘッド３１の封止座部１１２と封止当接されるように構成される。
【００１１】
接地電極２６は、固定端部３８に取付けられ、通常使われる単一のＬ字形状を部分的に有するように描写される、しかし直線状、曲線状、環状、トロコイド状および他の構成の複数の接地電極が、スパークプラグアセンブリ２０の意図する応用例次第で代用され得、これらは２つ、３つまたは４つの接地電極を有する構成であり、当該電極が環状のリング、および特別なスパーキング表面構成を達成するための他の構造体によって一体に接合されてもよい。
【００１２】
外側シェル２４の管状シェル本体は、末端部３４と固定端部３８との間のシェルの長さ分を貫通するように延在する開口キャビティ５４を供給する内壁または表面５２を有する。内側下部フランジ５６は、下側封止表面５７を供給するために、外側封止座部５０に隣接する内側表面５２から径方向内側に延在する。下側封止表面５７は、外側封止座部５０から径方向に位置合わせされるか、実質的に径方向内側に位置合わせされる。内側表面５２は、絶縁体２２の増径領域８１を収容するために、末端部３４に隣接する拡径領域５８を有するように表わされる。したがって、環状中間フランジまたはショルダ６０は拡径領域５８からキャビティ５４の縮径領域６２まで、径方向内側に延在する。ショルダ６０は外側フランジ４４から位置合わせ、または実質的に径方向内側に位置合わせされる。拡径領域５８はショルダ６０から、実質的に直線状に、円筒状にまた一定の直径を有するように延び、キャビティ５４の絶縁体２２を軸方向に直立させて保持するように径方向内側に延在する環状折返し部６４まで上方に延在する。シェル２４はまた、折返し部６４の変形に続いて起こる、そのものの加熱およびそれに伴う大きな軸方向の圧縮力の負荷に応答するように、軸方向および径方向の外側に傾倒するように設計および適用された変形可能なバックル領域６６を含んでもよい。これはシェル２４を絶縁体２２に対し固定された軸方向の位置に保持し、絶縁体２２とシェル２４との間に気密封止を形成するためである。ガスケット、セメントまたは他の封止材料がまた、気密封止を完全なものとし、スパークプラグアセンブリ２０の構造的完全性を改善するために、絶縁体２２とシェル２４との間に介在され得る。
【００１３】
多くのスパークプラグシェルとは異なり、シェル２４はバレル部３６の上に、燃焼チャンバの開口部におけるスパークプラグの取付けのための六角形または他の形状を受けるツールのような、バレル部３６との取付け部を含まない。バレル部３６の外側表面は実質的に円筒形を維持する。代わりに、以下に述べられるように、取付け部はセンサアセンブリ３０に組み込まれる。
【００１４】
絶縁体２２は、アルミニウム酸化物または、高い絶縁耐力、高い機械的強度、高い熱導電性、および優れた熱衝撃への抵抗を有する他の好適な電気的に絶縁性を有する材料を含んでもよく、未焼成状態のセラミック粉末から押出成形され、セラミック粉末を高密度にして焼結するために十分な高温で焼結されてもよい。絶縁体２２は、上側端部または近傍端部（図示されず）と下側コアノーズ端部または遠隔端部７２との間を延在する環状外側表面６８とともに、細長い本体を有する。絶縁体２２は概して管状または環状の構造を有し、中央ボアまたは通路７４を含み、通路７４は、末端部または近傍端部に最も近い上側マスト部と、下側遠隔端部７２に最も近い下側ノーズ部７８との間を縦に延在する。中央通路７４は断面直径が変化し、ここに例示するように、概して末端部またはその近傍において最大となり、コアノーズ端部７２またはその近傍において最小となる、そのため概して直径が変化するように管状に連続する要素を有する。これらの要素は、中央電極アセンブリ２８の末端スタッド８０によるコネクタを延長した領域を囲む第１絶縁体要素７９を含んでいる。この第１絶縁体要素７９は、シェル２４の折返し部６４を押すように係合される第１絶縁ショルダ８２の最上部または上方に移行し、その後第１絶縁体要素直径よりも大きくなるよう増加した直径を有する第２絶縁体要素８１に移行する。第２絶縁体要素８１はここではシェル２４のバレル部３６の内部に収容される最大直径領域として表わされる。第２要素８１は第２ショルダ、または中間ショルダ８４とも言われる領域を経由して第３絶縁体要素８３に移行する。第３絶縁体要素８３は好ましくは第２絶縁体要素８１の直径よりも小さい直径を有し、概して第１絶縁体要素７９の直径よりも小さい直径を有する。第３要素８３は第３ショルダを経由して、下側絶縁体ショルダ８６としても表わされるコアノーズ部７８に移行する。
【００１５】
中央電極アセンブリ２８は任意の好適な形状を有し得る中央電極８８を有し、また限定しない例示により、概して上側末端部９０と下側点火端部９２との間を延在する概して円柱状の外側表面を有する本体を有し、また末端部９０には直径が増加されたヘッド９３まで径方向外側に延びる弓状のフレアまたはテーパを有するように、ここに表わされる。環状ヘッド９３は末端部９０が絶縁体２２の内部において載置され封止されるのを容易にし、一方で点火端部９２は概して絶縁体２２のノーズ部７８から延在する。中央電極８８は任意の好適な導電材料から構成され、スパークプラグ製造の分野においてよく知られる、たとえば様々なニッケルおよびニッケル系合金のようなものであり、また銅または銅系合金コアの上を覆う材料を含んでもよい。
【００１６】
一体の圧力センサアセンブリ３０はピエゾをベースとした、圧力変換器として作用するセンサアセンブリである、圧力センサアセンブリ３０は、シリンダ内の圧力の変化によりスパークプラグアセンブリ２０に誘起される機械的な弾性歪みエネルギを電気的な出力信号に変換する。当該信号はセンサアセンブリから出力され、当該信号はそれにより後に様々な構成物の制御機能を制御するために用いられる燃焼事象に関する重要な情報を提供するために用いられる。ピエゾセンサアセンブリは、選択されるピエゾ変換器に応じて、センサ信号としての可変出力電圧を発生する圧電センサアセンブリであってもよいし、センサ信号としての可変抵抗を発生するピエゾ抵抗センサアセンブリであってもよい。
【００１７】
ピエゾセンサアセンブリ３０はバレルショルダまたはフランジ表面４６と当接し、フランジ４４からバレル部３６に沿って上方に延在する。ピエゾセンサアセンブリ３０は下側電極コンタクト９６、ピエゾ変換器９８、上側電極コンタクト１００、絶縁体１０２および上側ブッシング１０４を含む。これらの要素は、上記の順番にバレル部３６の上に配置され、そして圧縮アセンブリ予圧の付加により効果的に結合され、溶接の接合のような上側ブッシング１０４のバレル部３６の外側表面への固定によるアセンブリ予圧のもとで一体となる。
【００１８】
下側電極コンタクト９６が、バレル部３６の上に配置されるように組み立てられてもよいように、下側電極コンタクト９６は、バレル部３６の外側直径よりも大きな内側直径を有する薄いリングの形態となっている。下側電極コンタクト９６の外側直径は、バレルショルダ４６と接続し、下側電極コンタクト９６がバレルショルダ４６の上に載置することができるような適切な大きさである。このように、下側電極コンタクト９６の下側表面はバレルショルダ４６と当接し、上側表面はピエゾ変換器９８のための機械的座部および電気的接続部との双方を供給する。バレルショルダ４６はアセンブリの予圧を受けて可塑的に変形することがないように、適切な厚みを有する。下側電極コンタクト９６は、多くの純金属および合金を含む任意の好適な導電性の材料から構成されてもよい。しかし、下側電極コンタクト９６は、エンジンが作動する環境において、電気的接続する際に特性が簡単に劣化しないような導電性材料から形成されることが好ましく、それは当該環境において発生することが知られる高温酸化および腐食に対する耐性を有する真鍮のようなものを含むが、あくまで一例でありこれに限定されない。
【００１９】
ピエゾ変換器９８は円筒形のリングまたは円板の形状である。多くの断面形状をとることが可能であると考えられるが、ピエゾ変換器９８は正方形を含む矩形の断面形状を有し得る。ピエゾ変換器９８はセンサ信号としての可変出力電圧を印加するのに効果的な圧電変換器、またはセンサ信号としての可変抵抗を印加するのに効果的なピエゾ抵抗変換器のいずれでもよい。ピエゾ変換器９８はバレル部３６の上に配置されるように組み立てられてもよいように、バレル部３６の外側直径よりも大きな内側直径を有する。さらに、当該内側直径は製造時および動作時にバレル部３６と接触しないような大きさを有する、このようにして変換器の動きに伴う摩擦による損傷を避ける。ピエゾ変換器９８の内側および外側直径は、下側電極コンタクト９６と接続し、ピエゾ変換器９８の下側表面が下側電極コンタクト９６の上側表面の上に載置することができるような適切な大きさである。同様の直径についての関係が、ピエゾ変換器９８の上側表面と上側電極コンタクト１００の下側表面との間の接触についても成立する。ピエゾ変換器９８は任意の好適な圧電材料またはピエゾ抵抗材料からなることができる。１つの実施例においては、ピエゾ変換器９８はピエゾセラミックから形成される圧電変換器である。ピエゾセラミックはチタン酸塩、タンタル酸塩、タングステン酸塩または石英を含んでもよい。
【００２０】
上側電極コンタクト１００はＬ字形状のリングの形状を有し、バレル部３６の外側直径よりも大きな内側直径を有し、このようにして上側電極コンタクト１００はバレル部３６の上に配置されるように組み立てられてもよいようになっている。内側直径はバレル部３６の外側表面から電気的に絶縁するようにスペースを残すような大きさである。上側電極コンタクト１００の外側直径は、ピエゾ変換器９８の上側表面と接続し、上側電極コンタクト１００の下側表面がピエゾ変換器９８の上側表面を覆うことができるような適切な大きさである。上側電極コンタクト１００は、多くの純金属および合金を含む任意の好適な導電性の材料から構成されてもよい。しかし、上側電極コンタクト１００は、エンジンが作動する環境において、導電する際に特性が簡単に劣化しないような導電性材料から形成されることもまた好ましく、それは当該環境において発生することが知られる高温酸化および腐食に対する耐性を有する真鍮のようなものを含むが、あくまで一例でありこれに限定されない。上側電極コンタクト１００の下側表面はピエゾ変換器９８の上側表面と当接し、下側表面はピエゾ変換器９８のための機械的座部および電気的接続部との双方を供給する。アセンブリの電気信号出力の伝達のためにピエゾセンサアセンブリ３０とともになされる電気的接続は、上側電極コンタクト１００を通してなされ、好ましくは信号ワイヤ（図示せず）との好適な電気的接続を構成することによりなされる。遮蔽同軸ケーブルのような、任意の好適な電気的接続の形態が用いられ得る。
【００２１】
絶縁体１０２は面取り付きの円筒形のリングまたは円板の形状である。多くの断面形状をとることが可能であると考えられるが、絶縁体１０２は正方形を含む概して矩形の断面形状を有し得、平坦な下側表面および凸形状の上側表面を有するか、または少なくとも１つの面取りにより上側表面が切り取られた形状となる。ここでは１対の小さな面取りまたは、互いに対向する円周方向のエッジに沿う半径として示される。面取りの数、長さおよび角度を変更することにより絶縁体１０２と上側ブッシング１０４との間の線接触が確実になされ、所望するように接触の線の軸が径方向内側または外側に移動され得る。接触を面取りが集中するところを経由する線接触に限定することにより、センサアセンブリの要素の熱膨張の不整合に付随する半径方向の力を含む、センサの要素に付随する半径方向の力の付加を減らすことができる。また軸方向に付加される力は、その大きさおよび位置について、より精密に制御され得る。表面が接触する面積を減らすことにより、当該表面を通って関連する構成要素に付加される無秩序な力もまた減少される。絶縁体１０２は上側電極コンタクト１００およびピエゾ変換器９８を電気的に絶縁するのに効果的な任意の電気的に絶縁性の材料としてもよい。絶縁体１０２はまた、機械的エネルギを上側電極コンタクト１００およびピエゾ変換器９８に移す機械的アクチュエータであり、また絶縁体９２はエンジンが作動、特に圧縮する温度において高い弾性率を有する、セラミックのような材料から形成されることが好ましい。絶縁体１０２はバレル部３６の上に配置されるように組み立てられてもよいように、バレル部３６の外側直径よりも大きな直径を有する。また絶縁体１０２は製造時およびピエゾセンサアセンブリ３０の動作時にバレル部３６と接触しないような大きさを有する。このようにして絶縁体１０２の軸方向の動きに伴う摩擦による損傷を避ける。絶縁体１０２の内側および外側直径は、上側電極コンタクト１００と接続し、絶縁体１０２の下側表面が上側電極コンタクト１００の上側表面の上に載置することができ、また上側電極コンタクト１００のＬ字型の構成の内部に嵌るような適切な大きさである。絶縁体１０２の高さは、上側電極コンタクト１００のＬ字型の脚部の上側ブッシング１０４からの電気的および機械的な絶縁を提供するために十分に大きい。絶縁体１０２は、たとえば絶縁体２２に用いられるようなアルミナ系セラミックのような任意の好適な誘電材料から形成され得る。
【００２２】
上側ブッシング１０４が係合し、上側ブッシング１０４はバレル部３６の外側表面に溶接されている。ピエゾセンサアセンブリ３０の各要素は、上側ブッシング１０４から絶縁体１０２の上側表面に付加される圧力による圧縮の予圧のもとで接触している。上側ブッシング１０４のバレル部３６への溶接は所望の予圧を固定する。上側ブッシング１０４がバレル部１０４の上に配置されるように組み立てられてもよいように、上側ブッシング１０４はバレル部３６の外側直径よりも大きな内側直径を有する円筒形のリングの形状である。上側ブッシング１０４は内側に延在する位置合わせ縁部１０６を含む。わずかな締まりばめと、上側ブッシング１０４の同心円状の位置合わせを手助けする構成とするために、当該縁部１０６の内側直径は、バレル部３６の外側直径よりわずかに小さい。上側ブッシング１０４の円筒形のリング形状は、上側ブッシング１０４の中央領域の内側直径上にカウンタボアを形成することにより薄くなった薄肉部１０８を有する。薄肉部１０８を設けることにより、上側ブッシング１０４へのばねのような径方向の応答特性が付加され、上側ブッシング１０４の弾性が増加する。上側ブッシング１０４の外側表面は、六角形や十二角形のような、好適なスパークプラグ取付構成１１０を有する。この構成１１０の大きさは好ましくは、この関連のスパークプラグ応用品の業界標準ツールサイズに従う。もちろん応用品のなかには、標準スパナレンチを受ける溝部のようなものや、レーシングスパークプラグおよび他の応用品において、および他の環境において知られるような他の特徴を有し、六角形以外のツール受け取りインターフェイスを必要とするものもある。上側ブッシング１０４はまた、ピエゾセンサアセンブリ３０からの出力信号を、エンジンコントローラまたは他のエンジン診断装置のような信号生成装置に伝達するために用いられる信号ケーブルおよびコネクタ（図示せず）の設置に用いられ得る突起部を含んでもよい。代替的に上側ブッシング１０４はまた、突起部がないように形成されてもよい。上側ブッシング１０４は様々な級数の鋼およびメッキされた鋼を含む、任意の好適な材料から形成され得る。しかし上側ブッシング１０４は鋼よりも熱膨張係数が小さく、セラミック絶縁材料の熱膨張係数に極力近い熱膨張係数を有する、コバールのような材料から形成されることが好ましい。コバールはさらにエンジン作動環境において高い動作特性をも有し、当該環境において発生することが知られる高温酸化および腐食に対する耐性を含む材料から形成されることが好ましい。コバールは名目上の構成はニッケル−コバルト−鉄合金であり、重量にして、約２９％のニッケル、１７％のコバルト、０．３０％のマンガン、０．２０％のシリコン、０．０２％の炭素および残りは鉄で構成される。上側ブッシング１０４の下側表面は絶縁体１０２の上側表面と当接し、絶縁体１０２のための機械的座部を供給する。
【００２３】
組み立て時に、ピエゾセンサアセンブリ３０の各要素はバレル部３６の上に配置され、圧縮の予圧が約３６０ポンド加えられ、そして上側ブッシング１０４は所望のアセンブリ予圧値に固定するためにバレル部３６にレーザ溶接される。完成したスパークプラグアセンブリ２０がシリンダヘッド３１のねじ切りされた開口部４２に設置される際に、シリンダヘッド３１によりスパークプラグアセンブリ２０に付加される力は、センサアセンブリ３０の組み立て時に変換器９８に与えられる圧縮の予圧による顕著な影響をもたらさない。このことは部分的には、フランジ４４が、その上に組み立てられるシリンダヘッド３１の上側平坦表面４３と間隔をあけて非接触の状態を保つことが原因である。代わりに、シェル２４とシリンダヘッド３１との間の座部は、シェル２４の封止座部５０と縮径環状封止座部１１２との間において、シリンダヘッド３１の内部に発生する。封止座部１１２は、シリンダヘッド３１の上側表面４３と下側表面４５との間の開口部４２の内部に形成される。この座部の係合の位置は、絶縁体２２の第３または下側ショルダ８６がシェル２４の下側フランジ５６に対して載置される位置に直接的に隣接する。封止ガスケット１１４は気密封止を容易に形成するために用いられ得る。このように、シリンダヘッド３１の封止座部１１２は組み立ての際に下側フランジ５６と径方向に位置合わせされるか、または実質的に径方向に位置合わせされるように構成される。さらに封止座部１１２は、シリンダヘッド３１の上側表面４３との予め決められた軸方向の距離を有するように形成される。これはスパークプラグアセンブリ２０のシリンダヘッド３１への組み立てを遂行する際に、シェル２４のフランジ４４がシリンダヘッド上側表面４３から軸方向に間隔を確実に保つようにするためである。このようにして、シェル２４とシリンダヘッド３１との間に付加される圧縮負荷と、絶縁体２２の下側ショルダ８６とシェル２４の下側フランジ５６との間に付加される圧縮負荷とが互いに径方向に位置合わせされるかまたは実質的に径方向に位置合わせされた状況下で、シェル２４は、センサアセンブリ３０に影響しかねないあらゆる軸方向の歪みが実質的に存在しない状態を保つ。したがって、絶縁体２２はシェル２４に対する軸方向の位置を保ち、そして、スパークプラグアセンブリ２０のシリンダヘッド３１への組み立ての際にセンサアセンブリ３０に付加される軸方向の負荷は、センサアセンブリ３０のシェル２４への組み立ての際に最初に付加された状態として維持される。したがって、使用中にセンサアセンブリ３０により送られる信号は、絶縁体２２のノーズ部７８に与えられる圧縮圧力を正確に示すものとなる。センサアセンブリ３０への影響を防ぐために、シェル２４とシリンダヘッド３１との間に付加される負荷と、絶縁体２２とシェルの第３ショルダ８６との間に付加される負荷との軸方向の位置の相対関係は、互いに実質的に隣接することが好ましく、シェル２４とシリンダヘッド３１との間の負荷は絶縁体２２と下側ショルダ８６との間の負荷と径方向に位置合わせされることがより好ましい。このことは絶縁体２２が、シリンダヘッド３１の開口部４２の内部におけるスパークプラグアセンブリ２０の組み立ての際に、シェル２４に対して軸方向に位置がシフトすることを抑制する。
【００２４】
図３において、本発明の別の局面に従って構成されたスパークプラグアセンブリは概して１２０で示される、そこでは上記と同様の特徴を有する要素については、上記の参照番号を１００ずつずらしたものが用いられる。本実施例の１つの顕著な相違点は、アセンブリ１２０はシェル１２４とシリンダヘッド１３１の開口部１４２との間に配置される振動制御要素１１６を有することである。振動制御要素１１６はシェル１２４とシリンダヘッド１３１との間で軸方向に相対的に移動することができ、これにより径方向の振動は弱められることが好ましい。振動制御要素１１６はたとえばＯリングのようなものやばね座金、円錐形のばね、または柔軟性の部材を含む任意の好適な弾性材料から形成されることができる。要素１１６の位置を維持することを容易にするために、封止座部１５０とフランジ１４４との間におけるシェル１２４の外側の表面に延在する環状の溝部１１８が示される。フランジ１４４はシリンダヘッド１３１の上側平坦表面１４３と接触しない状態を維持する。溝部１１８はシリンダヘッド１３１の開口部１４２に形成され得、必要であれば封止部材がシリンダヘッド１３１の溝部に配置される。封止要素１１６はこのように溝部１１８の内部に配置されることにより封止のために溝部１１８から径方向外側に延在し、かつ振動が弱められるようにシリンダヘッド１３１と係合している。図３には詳細に述べられない特徴部分を示す追加の参照番号が付されている。それ以外については、スパークプラグアセンブリ１２０は上記と同様である。
【００２５】
図４において、本発明の別の局面に従って構成されたスパークプラグアセンブリは概して２２０で示される、そこでは上記と同様の特徴を有する要素については、上記の参照番号を２００ずつずらしたものが用いられる。アセンブリ２２０はスパークプラグアセンブリ２０に類似する、しかし、外側フランジ２４４が、シリンダヘッド２３１の開口部２４２の内部に受け入れられるように、円筒領域２４８の長さ全体にわたって延在する。フランジ２４４は上側環状平坦ショルダ２４６および環状平坦封止座部２５０との間を延在し、ショルダ２４６および封止座部２５０は互いに軸方向に位置合わせされかつ並走している。封止座部２５０は上記の封止座部５０のように、絶縁体２２２の下側ショルダ２８６とシェル２２４の下側内部封止フランジ２５６との間の封止を形成する封止ガスケット２１４と径方向に実質的に位置合わせされるように隣接する。したがって、上記のように、スパークプラグアセンブリが開口部４２に完全に嵌った状態では、「組み立てられた状態での」センサアセンブリ２３０の予圧は影響を及ぼさない状態が維持され、これによりシリンダボアの内部の燃焼圧力を正確に示すことができる。スパークプラグアセンブリ１２０のように、振動制御ガスケット２１６が設けられ得る。ガスケット２１６はシェルフランジ２４４の封止座部２５０とシリンダヘッド２３１の開口部２４２の封止座部２１２との間に配置される。ガスケット２１６は上記のように機能する。
【００２６】
図２および図３に示される実施例は、直径が１０ｍｍ程度の比較的小さいスパークプラグ構成に好適であるが、より大きな直径を有するスパークプラグアセンブリにも同様に適している。
【００２７】
明らかに、本発明の多くの改良例や変形例が上記の記載に基づいて考えられる。それゆえ添付のクレームの適用範囲内において、本発明は実施されるか明細書に記載されるべきであることが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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