(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主体金具の取付座部内にスパークプラグの締付荷重の変動に対して電気信号に変換する圧力センサをスパークプラグの締付荷重の変動に対して電気信号に変換する方向に内蔵すると共に、上記主体金具のネジ部に上記取付座部までつながる単数或は複数のスリットを圧力導入路として配設してなるスパークプラグ。
【請求項２】
スパークプラグの締付荷重の変動に対して電気信号に変換する圧力センサを、環状の収納金具内に板パッキン及びシール用パッキンと共に電極板を挟持する圧電素子を封入して別体に構成すると共に、当該圧力センサを、主体金具のネジ部に溝設する単数或は複数のスリットを圧力導入路として配設してなるスパークプラグの主体金具の取付座部とシリンダーヘッド間において、スパークプラグの締付荷重の変動に対して電気信号に変換する方向に挟持、固定してなるスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、内燃機関に装着されるスパークプラグ、特に圧力センサを具えるスパークプラグの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内燃機関の高性能化にともなって、内燃機関の燃焼室内での混合気の燃焼を総合的に制御する必要が生じたため、内燃機関の燃焼室内でのノッキングの検出、燃料消費率の向上や排気ガスの正常化対策のため、燃焼室内での燃焼に伴う圧力変化を検知できるように、スパークプラグを構成する主体金具の取付座部内に圧力センサを配設すると共に、取付座部の下面にガスケットを配置して、燃焼室内における混合気の燃焼に伴って生じる燃焼ガスによるスパークプラグの締付荷重の変動を電気信号に変換して燃焼室内における混合気の燃焼を総合的に制御をしてなるもの（実公平１−２９５５４号）や、主体金具の取付座内に配設する圧力センサに対して直接混合気の燃焼に伴って生じる燃焼ガスの圧力を導けるように、主体金具内に圧力導孔を穿設してなるもの（実開昭６２−９６２８７号）が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来のものにおいて、実公平１−２９５５４号の場合、主体金具の取付座部内に配設される圧力センサが検知するのは、スパークプラグの内燃機関のプラグ取付部に対する締付荷重の変動であり、このスパークプラグの締付荷重の変動は、燃焼室内における混合気の燃焼に伴って生じる燃焼ガスがプラグ発火部を締付荷重方向と逆の方向に押勢するものと、主体金具のネジ部に存在する空隙を通過して、主体金具の取付座部を、スパークプラグの締付荷重方向とは逆の方向に押勢することにより発生するものとの合成作用であることから、燃焼ガスが主体金具のネジ部に存在する空隙を通過する場合には、燃焼ガスの流入と流出するネジ部の空間が著しく小さいため、燃焼ガスの流出入によって抵抗が発生して、遅れが生じるため、その合成波形に歪が生じるた為、圧力センサによる締付荷重の変動による電気信号によって点火時期等の制御において遅れが生じてしまい、実際に実機における指圧計による加圧に対する圧力センサの出力を計測すると、圧力センサの出力波形と指圧計による燃焼波形との間には歪みが計測され、精度的に不十分なものであるという欠点がある（図６、（イ）（ロ））。
【０００４】
そのため、実開昭６２−９６２８７号のように、主体金具の取付座内に配設する圧力センサに対して直接混合気の燃焼に伴って生じる燃焼ガスの圧力を導けるように、主体金具内に圧力導孔を穿設してなるものが提案されているが、主体金具内に穿設する圧力導孔の加工が困難な上、直接高圧の燃焼ガスが当たることとなるので取付強度及び圧力センサ自体の耐久性が問題となるものであり、上述した燃焼ガスの圧力導孔内での流出入による抵抗による制御の遅れは十分に解消できないものである。
【０００５】
また、圧力センサ自体をスパ−クプラグの主体金具の取付座部内に内蔵するものであると、圧力センサ自体の故障の際には、スパ−クプラグ自体の交換に迫られ、コストの上昇が避けられないものとなる問題もある。
【０００６】
そこで、この発明は上記従来のものの持つ欠点を解消するものであり、簡単な構造により、主体金具の取付座部内に配設する圧力センサのスパークプラグの締付荷重の変動を正確に測定できるようにすると共に、圧力センサ自体の故障に際しても容易に交換することができるようにするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのために、主体金具の取付座部内にスパークプラグの締付荷重の変動に対して電気信号に変換する圧力センサをスパークプラグの締付荷重の変動に対して電気信号に変換する方向に内蔵すると共に、上記主体金具のネジ部に上記取付座部までつながる単数或は複数のスリットを圧力導入路として配設してなるものである。
【０００８】
また、スパークプラグの締付荷重の変動に対して電気信号に変換する圧力センサを、環状の収納金具内に板パッキン及びシール用パッキンと共に電極板を挟持する圧電素子を封入して別体に構成すると共に、当該圧力センサを、主体金具のネジ部に溝設する単数或は複数のスリットを圧力導入路として配設してなるスパークプラグの主体金具の取付座部とシリンダーヘッド間において、スパークプラグの締付荷重の変動に対して電気信号に変換する方向に挟持、固定してなるものである。
以  上
【０００９】
【作用】
上記の構成を具えるので、内燃機関の燃焼室内において、混合気の燃焼によって生じた燃焼ガスは、スリットからなる圧力導入路を通して流入することにより、ノッキング等が生じた場合には、主体金具の取付座部におけるスパークプラグの締付荷重を変動させることになり、取付座部内に内蔵される圧力センサは、このスパークプラグの締付荷重の変動に対して電気信号を発生させ、点火時期などを制御することができる。
【００１０】
また、一旦、上記主体金具のネジ部に配設した、上記取付座部までつながるスリットからなる圧力導入路を通して流入した混合気の燃焼ガスは、再び主体金具のネジ部に配設したスリットの圧力導入路から排出されることとなるが、この主体金具のネジ部に配設したスリットの圧力導入路の径が大きいため、次の混合気の燃焼に伴って生じ、この圧力導入路を通して主体金具の取付座部内に流入する燃焼ガスとの間に抵抗が生じることが少なくなり、この燃焼ガスの流出入によって生じる抵抗に起因する圧力センサの電気信号への変換を迅速なものとし、十分な精度を確保することができる。
【００１１】
なお、圧力センサを別体に構成し、当該圧力センサを、主体金具のネジ部に溝設する単数或は複数のスリットを圧力導入路としてなるスパークプラグの主体金具の取付座部とシリンダ−ヘッド間に挟持、固定するものであっても、主体金具のネジ部に配設するスリットからなる圧力導入路より燃焼室内で生じた燃焼ガスがこの圧力導入路より主体金具の取付座部を押勢することで、スパークプラグの締付荷重が変化することとなり、かかる締付け荷重の変化に応じて圧力センサの出力が変化するので、正確且つ確実に燃焼室内の混合気の燃焼に伴った点火時期等の制御を行うことができると共に、圧力センサ自体の故障に際しても、容易かつ確実に交換可能となり、更に精度高く内燃機関の制御を行うことができる。
【００１２】
【実施例】
この発明を図１〜図３に示す第１実施例により更に説明する。（１）は、この発明の実施例である圧力センサ内蔵スパークプラグであり、この圧力センサ内蔵スパークプラグ（１）は、先端に突出して中心電極（３）を、その後方に導電性ガラスシール（５）に挟持された抵抗体（６）と共に端子電極（７）を軸孔（４）内に保持、或は封入、固定してなる絶縁体（２）と、この中心電極（３）の先端部に対向する位置に外側電極（９）を有すると共に、内燃機関自体に装着する際にプラグホールに螺合固定するネジ部（１０）を螺設し、更にシリンダヘッド（２１）の下端部にプラグホール周縁に密着する板状のガスケット（２０）を一体に接合固定する取付座部（１１）内に、環状の圧電素子（１５）を絶縁板（１６）と板パッキン（１７）によって挟持されると共に、横断面が略Ｌ字形の環状の金属ケース（１８）内に配設されて両端部がレ−ザ−溶接（Ａ，Ｂ）などにより封入され、スパークプラグの締付荷重の変動によって発する電気信号を伝達してなるリード線（１９）に接続してなる圧力センサ（１２）を内蔵する主体金具（８）から構成されるものである。
【００１３】
そして、主体金具（８）の取付座部（１１）内に内蔵してなる圧力センサ（１２）をスパークプラグの締付荷重の変動に対して電気信号に変換する方向に配置すると共に、上記圧力センサ（１２）を内蔵する取付座部（１１）内に連通する、例えば主体金具（８）のネジ部（１０）にプラグ軸方向に溝設するスリット（１３）（例えば、Ｍ１４ネジの場合には幅２ｍｍ，深さ１ｍｍ程）を圧力導入路として配設してなるものである（図３）。
【００１４】
この発明は以上の構成を具えるので、内燃機関の燃焼室内において、混合気の燃焼によって生じた燃焼ガスは、スパークプラグ（１）の締付荷重の変動に対して電気信号に変換する方向に圧力センサ（１２）を内蔵する主体金具（８）の取付座部（１１）内に燃焼ガスを連通させる圧力導入路、例えば主体金具（８）のネジ部（１０）に配設したスリット（１３）を通して流入することにより、ノッキング等が生じた場合には、主体金具（８）の取付座部（１１）におけるスパークプラグ（１）の締付荷重を遅れなしに変動させることになり、取付座部（１１）内に内蔵される圧力センサ（１２）は、このスパークプラグ（１）の締付荷重の変動に対して電気信号を発生させ、最適な点火時期などを制御することができる。
【００１５】
また、一旦、主体金具（８）の取付座部（１１）内に連通する圧力導入路、例えば主体金具（８）のネジ部（１０）に配設したスリット（１３）を通して流入した混合気の燃焼ガスは、再び主体金具（８）のネジ部（１０）にプラグ軸方向に配設した圧力導入路であるスリット（１３）から排出されることとなるが、この主体金具（８）のネジ部（１０）にプラグ軸方向に配設した圧力導入路であるスリット（１３）の径が大きいため、新たな混合気の燃焼に伴って生じ、この圧力導入路であるスリット（１３）を通して主体金具（８）の取付座部（１１）内に流入する燃焼ガスとの間に抵抗が少なくなり、この燃焼ガスの流出入によって生じる抵抗に起因する圧力センサ（１２）の電気信号への変換を迅速なものとし、点火時期等の制御について十分な精度を確保することができる。
【００１６】
なお、圧力センサ（１２）を内蔵する主体金具（８）の取付座部（１１）の下端部に一体に接合固定される板状のガスケット（２０）の厚さは、スパークプラグ（１）の装着時に内燃機関のプラグホール周縁への密着の際に変形して、ネジ部（１０）に溝設された圧力導入路であるスリット（１３）内を流出入する燃焼ガスのの妨げにならないように、十分に厚くすることで変形を防止する方が最適であり、また、主体金具（８）のネジ部（１０）に溝設されるスリット（１３）についてはスパークプラグ（１）の装着時の方向性による精度の変動をなくすため複数溝設してもよいものである。
【００１７】
更に、第１実施例において、内燃機関の燃焼室内での混合気の燃焼に伴って発生する燃焼ガスを主体金具（８）の圧力センサ（１２）を内蔵する取付座部（１１）内に取り入れる圧力導入路は、図４に示すように、下方に向かって拡開する扇形形状の圧力導入路（１４）とすることで、混合気の燃焼ガスによる気柱振動をさらに低減させ、より点火時期等の制御の精度の高いものとすることができる。
【００１８】
そこで、この発明の実施例である圧力センサ内蔵スパークプラグ（１）について、１５００ｒｐｍ、５０％の負荷の条件で、指圧計のエンジン波形と圧力センサ（１２）の出力波形を比較し、さらに両者のリサージュ曲線を計測したところ、指圧計のエンジン出力波形と同様の立ち上がりを有する圧力センサ（１２）の出力波形が得られ（図５（イ））、また指圧計と圧力センサ（１２）の出力とのリサージュ曲線は全く一致したものとなり、内燃機関の燃焼室内での混合気の燃焼に伴った圧力センサ（１２）の出力が可能となり、また両者のリサージュ曲線が一致することから（図５、（ロ））、精度の高い制御を行うことができる効果が認められる。
【００１９】
図７，図８に示すものはこの発明の第２実施例であり、上記第１記実施例のように主体金具（８）の取付座部（１１）内に内蔵されている圧力センサ（１２）を、断面Ｕ字形状の環状の収納金具（２２）内に板パッキン（２３）シール用パッキン（２４）と共に電極板（２５）を挟持する２枚の圧電素子（２６）を収納金具（２２）の先端部を加締めることにより封入して別体に構成すると共に（図７）、当該圧力センサ（１２）を、主体金具（８）のネジ部（１０）に溝設する単数或は複数のスリット（１３）を圧力導入路としてなるスパークプラグ（１）の主体金具（８）の取付座部（１１）とシリンダ−ヘッド（２１）間に挟持、固定してなるものとすることで（図８）、主体金具（８）のネジ部（１０）に配設するスリット（１３）からなる圧力導入路より燃焼室内で生じた燃焼ガスがこの圧力導入路のスリット（１３）より主体金具（８）の取付座部（１１）を押勢することで、スパークプラグ（１）の締付荷重が変化することとなり、かかる締付荷重の変化に応じて、主体金具（８）の取付座部（１１）とシリンダ−ヘッド（２１）間に挟持、固定してなる圧力センサ（１２）の出力が変化するので、この出力の変化に応じて、正確且つ確実に燃焼室内の混合気の燃焼に伴った点火時期等の制御を行うことができると共に、圧力センサ（１２）自体の故障に際しても、スパ−クプラグ（１）自体の交換をすることなく、圧力センサ（１２）のみを容易かつ確実に交換可能とすることができるものである。
【００２０】
【発明の効果】
以上のとおり、主体金具のネジ部において主体金具の取付座部内に連通する径大な圧力導入路を設けることにより、圧力センサを内蔵する主体金具の取付座部内への混合気の燃焼ガスを迅速に流入させ、さらにこの燃焼ガスの排出においても新たに流入する燃焼ガスとの間に抵抗を生じさせ難くすることにより、圧力センサの電気信号への変換を迅速かつ確実に行うものとすることができるので、最適な点火時期等を得るために精度の高い制御を行うことができると共に、近年の高性能化した内燃機関の能力を十分に発揮し得るものとすることができ、また圧力センサ自体を別体とし、主体金具の取付座部とシリンダ−ヘッド間に挟持、固定するものとすることでも正確且つ確実に制御を行うことができると共に、圧力センサの故障に際しても容易に交換することができる優れた効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例である圧力センサ内蔵スパークプラグの部分断面図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【図３】図１の要部拡大正面図である。
【図４】この第１実施例における圧力導入孔の変形を示す要部拡大正面図である。
【図５】（イ）は、この発明の実施例であるスパークプラグの圧力センサと指圧計の燃焼波形の比較であり、（ロ）は、指圧計による圧力に対する圧力センサの出力信号のリサージュ曲線である。
【図６】（イ）は、従来例であるスパークプラグの圧力センサと指圧計の燃焼波形の比較であり、（ロ）は、指圧計による圧力に対する圧力センサの出力信号のリサージュ曲線である。
【図７】第２実施例の圧力センサの要部拡大断面図である。
【図８】図７の圧力センサの取付状態を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１  圧力センサ内蔵スパークプラグ
２  絶縁体
３  中心電極
４  軸孔
５  導電性ガラスシール
６  抵抗体
７  端子電極
８  主体金具
９  外側電極
１０  ネジ部
１１  取付座部
１２  圧力センサ
１３  スリット（圧力導入路）
１４  扇形形状の圧力導入路
１５  圧電素子
１６  絶縁板
１７  板パッキン
１８  金属ケース
１９  リード線
２０  ガスケット
２１  シリンダ−ヘッド
２２  収納金具
２３  板パッキン
２４  シ−ル用パッキン
２５  電極板
２６  圧電素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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