JP2006046823A - Glow plug with combustion pressure detecting function - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の始動補助装置として使用すると共に、内燃機関の燃焼圧の変化を検知することができる燃焼圧検知機能付グロープラグに関する。 The present invention relates to a glow plug with a combustion pressure detecting function that can be used as an auxiliary start device for an internal combustion engine such as a diesel engine and can detect a change in combustion pressure of the internal combustion engine.
内燃機関の始動補助を行うためのグロープラグに、燃焼圧検知機能を付加した燃焼圧検知機能付グロープラグとしては、例えば特許文献1に記載の燃焼圧センサ付グロープラグなどが提案されている。
この燃焼圧センサ付グロープラグは、筒状のハウジングと、自身の一端をハウジング先端から突出させた形態で他端をハウジングの先端(ヒータ保持部)に保持されてなるパイプ部材(ヒータ部材)とを有する。また、このグロープラグは、ヒータ部材と電気的及び機械的に剛に結合された金属製の中軸と、内燃機関の運転による燃焼圧の発生に伴いヒータ部材に作用する力が中軸を介して伝達されてこの燃焼圧を検出する燃焼圧センサを有する。
このうちヒータ保持部内周とヒータ部材外周とは、隙間なく固定されているため、ヒータ部材とハウジング先端部との隙間を通って、燃焼室からハウジング内に水分やガスが侵入しないようにされている。
This glow plug with a combustion pressure sensor has a tubular housing and a pipe member (heater member) in which one end of the glow plug is protruded from the front end of the housing and the other end is held by the front end (heater holding portion) of the housing. Have The glow plug also has a metallic center shaft that is electrically and mechanically rigidly connected to the heater member, and the force acting on the heater member as the combustion pressure is generated by the operation of the internal combustion engine is transmitted through the center shaft. And a combustion pressure sensor for detecting the combustion pressure.
Of these, the inner periphery of the heater holding portion and the outer periphery of the heater member are fixed without a gap, so that moisture and gas do not enter the housing from the combustion chamber through the gap between the heater member and the front end of the housing. Yes.
しかしながら、このグロープラグを内燃機関に取り付けて運転した場合、高圧の燃焼ガスは、ヒータ部材外周とハウジングのヒータ保持部内周との間を通って、肉厚の薄い筒状のハウジングの内側面と中軸との間の空間に侵入する場合がある。さらに、この空間に入った燃焼ガスは、肉厚の薄い筒状の隙間を通って侵入しているため、内燃機関の運転により、燃焼室内の燃焼圧が低下しても、隙間に侵入した燃焼ガスは、急には抜けずゆっくりと圧力が下がることとなる。 However, when the glow plug is installed in an internal combustion engine, the high-pressure combustion gas passes between the outer periphery of the heater member and the inner periphery of the heater holding portion of the housing, and the inner surface of the thin cylindrical housing. There is a case of entering the space between the central axis. Furthermore, since the combustion gas that has entered this space enters through the thin cylindrical gap, even if the combustion pressure in the combustion chamber decreases due to the operation of the internal combustion engine, the combustion gas that has entered the gap Gas does not escape suddenly, but the pressure drops slowly.
一方、このタイプのグロープラグで用いられるセンサには、ハウジングの内側面と中軸の間の空間の圧力変化が生じたとき、燃焼圧の変化の検知に影響を生じるタイプのセンサがある。
このようなタイプのセンサでは、ハウジングの内側面と中軸の間の空間に燃焼ガスが侵入したり、その燃焼ガスの圧力の低下が遅れたりすると、センサの出力が影響を受け、センサの出力変化が燃焼室の燃焼圧の変化を反映しない不具合が生じることがある。
特に樹脂でセンサ部自身の基端側を封止したものは、浸入した燃焼ガスが基端側に抜けないので、影響が大きくなりやすい。
On the other hand, as a sensor used in this type of glow plug, there is a type of sensor that affects detection of a change in combustion pressure when a pressure change in the space between the inner surface of the housing and the middle shaft occurs.
In this type of sensor, if the combustion gas enters the space between the inner surface of the housing and the middle shaft, or the drop in pressure of the combustion gas is delayed, the output of the sensor is affected and the output of the sensor changes. However, there may be a problem that does not reflect the change in the combustion pressure in the combustion chamber.
In particular, in the case where the base end side of the sensor unit itself is sealed with resin, the invading combustion gas does not escape to the base end side, so that the influence is likely to increase.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、燃焼圧の変化を適切に検知できる燃焼圧検知機能付グロープラグを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a glow plug with a combustion pressure detection function that can appropriately detect a change in combustion pressure.
その解決手段は、燃焼圧検知機能付グロープラグであって、通電により発熱するヒータ部材と、筒状のハウジングであって、自身の軸線方向先端側に位置し、上記ヒータ部材の一部を先端側より突出させた形態で、このヒータ部材を自身の内側に保持するヒータ保持部、を含み、上記ヒータ保持部が内燃機関の燃焼室側に位置するように上記内燃機関に取り付けられるハウジングと、上記ハウジング内に挿通されてなり、上記ヒータ部材と電気的に導通される中軸であって、上記燃焼圧検知機能付グロープラグを上記内燃機関に取り付けたとき、燃焼圧の変化により、ハウジングに対して軸線方向に相対変位を生じる構成とされてなる中軸と、上記ハウジング内に収容され、上記ハウジングと上記中軸との相対変位を用いて、上記燃焼圧の変化を検知するセンサ部であって、上記ハウジングの内側面と上記中軸の間の空間に圧力変化が生じたとすると、上記センサ部での上記燃焼圧の変化の検知に影響を生じる構成とされてなり、その基端側が、樹脂により気密及び液密に封止されてなるセンサ部と、上記中軸が貫通してなるリング状のシール部材であって、上記軸線方向に見て上記センサ部と上記中軸先端との間に配置され、上記中軸と上記ハウジングの内側面との間の空間のうち、上記シール部材より上記センサ部側の空間を上記シール部材より先端側の空間に対して気密とするシール部材と、を備える燃焼圧検知機能付グロープラグである。 The solution is a glow plug with a combustion pressure detection function, which is a heater member that generates heat when energized, and a cylindrical housing, which is located on the front end side in the axial direction of the self, and a part of the heater member A heater holding part for holding the heater member inside itself in a form protruding from the side, and a housing attached to the internal combustion engine so that the heater holding part is located on the combustion chamber side of the internal combustion engine; An intermediate shaft that is inserted into the housing and is electrically connected to the heater member. When the glow plug with the combustion pressure detecting function is attached to the internal combustion engine, the combustion pressure changes with respect to the housing. The combustion shaft is configured to generate a relative displacement in the axial direction, and accommodated in the housing, and the relative displacement between the housing and the middle shaft is used to change the combustion pressure. If a pressure change occurs in the space between the inner side surface of the housing and the central shaft, the sensor unit is configured to affect the detection of the change in the combustion pressure in the sensor unit. A sensor part whose base end is hermetically and liquid-tightly sealed with a resin, and a ring-shaped seal member through which the middle shaft penetrates, the sensor part and the middle shaft as viewed in the axial direction A seal disposed between the front end and the space between the inner shaft and the inner side surface of the housing, wherein the space closer to the sensor part than the seal member is hermetically sealed with respect to the front end side of the seal member. A glow plug with a combustion pressure detection function.
本発明の燃焼圧検知機能付グロープラグでは、リング形状のシール部材をハウジング基端部と中軸先端部との間に配置し、センサ部を中軸とハウジングの内側面との間の空間のうち、シール部材よりセンサ部側の空間をシール部材より先端側の空間に対して気密に保持している。このため、ヒータ部材外周とハウジングのヒータ保持部内周との隙間を通って侵入した燃焼ガスは、センサ部に達することはない。従って、この燃焼ガスがセンサ部の出力に影響を及ぼすこともないため、本発明の燃焼圧検知機能付グロープラグでは、適切な燃焼圧検知出力を得ることが出来る。 In the glow plug with a combustion pressure detection function of the present invention, a ring-shaped seal member is disposed between the housing base end and the center shaft tip, and the sensor unit is located in the space between the center shaft and the inner surface of the housing. The space closer to the sensor part than the seal member is kept airtight with respect to the space closer to the tip than the seal member. For this reason, the combustion gas that has entered through the gap between the outer periphery of the heater member and the inner periphery of the heater holding portion of the housing does not reach the sensor portion. Therefore, since this combustion gas does not affect the output of the sensor unit, an appropriate combustion pressure detection output can be obtained with the glow plug with a combustion pressure detection function of the present invention.
なお、リング状のシール部としては、ハウジングに対する中軸の相対変位を妨げることなく、中軸とハウジングの内側面との間の空間のうち、シール部材よりセンサ部側の空間をシール部材より先端側の空間に対して気密に保持できれば、いずれのものでも良い。具体的には、例えば、フッ素ゴムからなるOリングを用いることができる。 As the ring-shaped seal portion, the space on the sensor portion side from the seal member in the space between the middle shaft and the inner side surface of the housing is prevented from interfering with the relative displacement of the middle shaft with respect to the housing. Any material can be used as long as it can be kept airtight with respect to the space. Specifically, for example, an O-ring made of fluororubber can be used.
また、中軸とハウジングは、燃焼圧の変化に伴って、中軸がハウジングに対して軸線方向に相対的に変位する構成とする。このような構成としては、例えば、具体的には、燃焼室に面するヒータ部材及びハウジングのうちこのヒータ部材を保持するヒータ保持部にかかる燃焼圧が変化すると、軸線方向に伸縮してヒータ部材及びヒータ保持部の変位を生じさせるハウジングと、ヒータ部材と一体化された中軸とからなるものが挙げられる。このものでは、燃焼圧が変化すると、ハウジングが軸線方向に伸縮するため、ハウジングに対して、さらに具体的にはハウジングのうち内燃機関への固定部に対して、中軸が軸線方向に相対的に変位することになる。 Further, the middle shaft and the housing are configured such that the middle shaft is relatively displaced in the axial direction with respect to the housing as the combustion pressure changes. As such a configuration, for example, when the combustion pressure applied to the heater holding portion that holds the heater member among the heater member and housing facing the combustion chamber changes, the heater member expands and contracts in the axial direction. In addition, a housing including a housing that causes displacement of the heater holding portion and a central shaft integrated with the heater member may be used. In this case, when the combustion pressure changes, the housing expands and contracts in the axial direction. Therefore, the inner shaft is relatively relative to the housing, more specifically, the fixed portion of the housing to the internal combustion engine relative to the axial direction. Will be displaced.
本明細書において、センサ部は、ハウジングと中軸との相対変位を用いて、燃焼圧の変化を検知するが、ハウジングの内側面と中軸との間の空間に圧力変化が生じたとすると、センサ部での燃焼圧の変化の検知に影響を生じる構成とされたものである。具体的には、例えば、ハウジングの内側面と中軸との間の空間の圧力変化に応じて、中軸が変位してしまう構造を有する場合が挙げられる。 In this specification, the sensor unit detects a change in combustion pressure using the relative displacement between the housing and the central shaft. If a pressure change occurs in the space between the inner surface of the housing and the central shaft, the sensor unit This is a configuration that affects the detection of a change in combustion pressure in the engine. Specifically, for example, there is a case where the middle shaft is displaced in accordance with a change in pressure in the space between the inner surface of the housing and the middle shaft.
また、センサ部において、燃焼圧変化を検知するセンサの具体例としては、例えば、水晶や圧電セラミックなどの圧電素子、圧力に応じた変位を計測する歪ゲージや静電容量変位計などが挙げられる。
このうち、圧電素子を用いると、安価で構造が簡単になるため、特に好ましい。
Specific examples of sensors that detect changes in combustion pressure in the sensor unit include, for example, piezoelectric elements such as quartz and piezoelectric ceramics, strain gauges that measure displacement according to pressure, and capacitance displacement meters. .
Of these, the use of a piezoelectric element is particularly preferable because it is inexpensive and has a simple structure.
また、他の解決手段は、燃焼圧検知機能付グロープラグであって、通電により発熱するヒータ部材と、筒状のハウジングであって、軸線方向の最も先端側に位置するハウジング先端部、上記軸線方向の最も基端側に位置するハウジング基端部、上記ハウジング先端部と上記ハウジング基端部との間に位置し、このハウジングを内燃機関の取付孔内にネジ止めするための雄ネジ部、上記ハウジング先端部と上記雄ネジ部との間に位置し、上記取付孔内の所定部位と直接または間接に圧接して、このハウジングと上記取付孔との間の気密を保持するためのシール部、及び、上記雄ネジ部より上記軸線方向先端側に位置し、上記ヒータ部材の一部を上記ハウジング先端部より先端側に突出させた形態で、このヒータ部材を自身の内側に直接または間接に保持するヒータ保持部、を含み、上記ネジ止めにより上記ハウジング先端部が内燃機関の燃焼室側に位置するように上記内燃機関に取り付けられるハウジングと、導電性の中軸であって、上記軸線方向基端側に位置する中軸基端部、及び上記軸線方向先端側に位置する中軸先端部、を含み、上記ハウジング内に収容されると共に、上記中軸基端部が上記ハウジング基端部から突出するように配置され、上記中軸先端部で上記ヒータ部材と電気的に導通され、上記ヒータ部材と直接または間接にかつ機械的に剛に結合されてなる中軸と、上記ハウジング内に収容され、上記ハウジングと上記中軸との軸線方向の相対変位を記燃焼圧の変化を検知するセンサ部であって、上記ハウジングの内側面と上記中軸の間の空間に圧力変化が生じたとすると、上記センサ部での上記燃焼圧の変化の検知に影響を生じる構成とされてなり、その基端側が、樹脂により気密及び液密に封止されてなるセンサ部と、上記中軸が貫通してなるリング状のシール部材であって、上記軸線方向に見て上記センサ部と上記中軸先端との間に配置され、上記中軸と上記ハウジングの内側面との間の空間のうち、上記シール部材より上記センサ部側の空間を上記シール部材より先端側の空間に対して気密とするシール部材と、を備える燃焼圧検知機能付グロープラグである。 Another solution is a glow plug with a combustion pressure detection function, a heater member that generates heat when energized, a cylindrical housing, the front end of the housing positioned on the most front end side in the axial direction, the axis A housing base end located on the most base end side in the direction, a male screw portion for screwing the housing into the mounting hole of the internal combustion engine, located between the housing front end and the housing base end, A seal portion located between the housing front end portion and the male screw portion, and is in direct or indirect pressure contact with a predetermined portion in the mounting hole to maintain airtightness between the housing and the mounting hole. In addition, the heater member is positioned directly on the inner side of itself or in a form in which a part of the heater member is protruded from the front end of the housing to the front end side from the male screw portion. A housing that is attached to the internal combustion engine such that the front end of the housing is positioned on the combustion chamber side of the internal combustion engine by screwing, and a conductive center shaft, the axial direction A middle shaft proximal end portion located on the proximal end side and a middle shaft distal end portion located on the distal end side in the axial direction. The middle shaft proximal end portion is housed in the housing and protrudes from the housing proximal end portion. An inner shaft that is electrically connected to the heater member at the tip end portion of the middle shaft and is directly or indirectly mechanically rigidly coupled to the heater member; A sensor part for detecting a change in combustion pressure, which indicates a relative displacement in the axial direction between the inner shaft and the middle shaft, and a pressure change occurs in a space between the inner surface of the housing and the middle shaft. And the sensor part having an influence on the detection of the change in the combustion pressure in the sensor part, the sensor part in which the base end side is hermetically and liquid-tightly sealed with resin, and the central shaft penetrates. A ring-shaped seal member, which is disposed between the sensor portion and the front end of the middle shaft as viewed in the axial direction, and is a seal member in a space between the middle shaft and the inner surface of the housing. A glow plug with a combustion pressure detecting function, further comprising: a seal member that seals the space on the sensor portion side with respect to the space on the tip side of the seal member.
本発明の燃焼圧検知機能付グロープラグは、通電により発熱するヒータ部材と、筒状のハウジングと、導電性の中軸と、燃焼圧の変化を検知するセンサ部を有している。
このうちハウジングは、ハウジング自身を内燃機関の取付孔内にネジ止めするための雄ネジ部、ハウジング先端部と雄ネジ部との間に位置し、ハウジングと取付孔との気密を保持するためのシール部、及び、雄ネジ部より先端側に位置し、ヒータ部材を保持するヒータ保持部を有している。このヒータ保持部は、ヒータ部材の一部をハウジング先端部より先端側に突出させた形態で、このヒータ部材を自身の内側に保持している。
また、中軸は、このハウジング内に収容され、中軸基端部がハウジング基端部から突出するように配置されると共に、中軸先端部でヒータ部材と電気的に導通した状態とされているうえ、機械的に剛に結合されている。具体的には、ヒータ部材が軸線方向に変位したとき、中軸も同じく軸線方向に変位するように結合されている。
The glow plug with a combustion pressure detection function of the present invention has a heater member that generates heat when energized, a cylindrical housing, a conductive center shaft, and a sensor unit that detects changes in combustion pressure.
Among these, the housing is located between the male screw part for screwing the housing itself into the mounting hole of the internal combustion engine, between the front end part of the housing and the male screw part, and for maintaining the airtightness between the housing and the mounting hole. It has a heater and a heater holding part that is located on the tip side of the seal part and the male screw part. The heater holding part holds the heater member inside itself in a form in which a part of the heater member protrudes from the front end of the housing toward the front end.
Further, the middle shaft is housed in the housing, and the middle shaft base end portion is disposed so as to protrude from the housing base end portion, and is electrically connected to the heater member at the middle shaft front end portion. It is mechanically rigidly connected. Specifically, when the heater member is displaced in the axial direction, the middle shaft is also coupled so as to be displaced in the axial direction.
このグロープラグを内燃機関の取付孔内にネジ止めして、内燃機関を運転すると、ヒータ部材のうちハウジング先端部より先端側に突出した部分には、内燃機関の燃焼圧がかかるので、燃焼圧の変化により、このヒータ部材を保持しているハウジングのヒータ保持部と内燃機関にネジ止めされた雄ネジ部との間が伸縮すると共にヒータ部材も軸線方向に変位する。一方、その先端がヒータ部材と機械的に剛に結合されている中軸も、前述したように、燃焼圧の変化により軸線方向基端側に変位する。従って、中軸、ひいては中軸の基端側と上述のように伸縮したハウジング、さらに具体的にはハウジングのうち内燃機関への固定部である雄ネジ部とは、軸線方向の相対変位が生じることとなる。センサ部はこの相対変位を用いて燃焼圧の変化を検知する。 When this glow plug is screwed into the mounting hole of the internal combustion engine and the internal combustion engine is operated, the combustion pressure of the internal combustion engine is applied to the portion of the heater member protruding from the front end of the housing. Due to this change, the heater holding portion of the housing holding the heater member and the male screw portion screwed to the internal combustion engine expand and contract, and the heater member is also displaced in the axial direction. On the other hand, the middle shaft whose tip is mechanically rigidly connected to the heater member is also displaced toward the proximal side in the axial direction by the change in the combustion pressure, as described above. Accordingly, relative displacement in the axial direction occurs between the middle shaft, and thus the proximal end side of the middle shaft, the housing that has been expanded and contracted as described above, and more specifically, the male screw portion that is a fixed portion to the internal combustion engine in the housing. Become. A sensor part detects the change of a combustion pressure using this relative displacement.
ところで、ヒータ部とハウジングのヒータ保持部とは、本来気密になるように、例えば、圧入などによって、保持されている。しかしながら、内燃機関の運転により、高い燃焼圧が発生すると、ヒータ部とヒータ保持部との隙間からハウジング内に燃焼ガスが侵入することがある。この隙間から燃焼ガスが侵入すると、ハウジングの内側面と中軸の間の空間の圧力は上がることとなる。一方、内燃機関の燃焼室内の燃焼圧が下がっても、この空間に入った燃焼ガスは、肉厚の薄い筒状の隙間を通って侵入しているため、急には抜けず、ゆっくりと圧力が下がることとなる。すると、センサの出力がこの空間内の圧力変化に影響を受け、センサの出力変化が本来の燃焼圧の変化を反映しない虞がある。
特に樹脂でセンサ部自身の基端側を封止したものは、浸入した燃焼ガスが基端側に抜けないので、影響が大きくなりやすい。
By the way, the heater part and the heater holding part of the housing are held by, for example, press fitting so as to be airtight. However, when a high combustion pressure is generated by the operation of the internal combustion engine, the combustion gas may enter the housing from the gap between the heater part and the heater holding part. When the combustion gas enters from this gap, the pressure in the space between the inner surface of the housing and the central shaft increases. On the other hand, even if the combustion pressure in the combustion chamber of the internal combustion engine decreases, the combustion gas that has entered this space has entered through the thin cylindrical gap, so it does not escape suddenly but slowly. Will go down. Then, the output of the sensor is affected by the pressure change in the space, and the output change of the sensor may not reflect the change in the original combustion pressure.
In particular, in the case where the base end side of the sensor unit itself is sealed with resin, the invading combustion gas does not escape to the base end side, so that the influence is likely to increase.
しかるに、本発明の燃焼圧検知機能付グロープラグでは、リング形状のシール部材をセンサ部と中軸先端部との間に配置しており、これによって、センサ部を中軸とハウジングの内側面との間の空間のうち、シール部材よりセンサ部側の空間をシール部材より先端側の空間に対して気密に保持している。このため、ヒータ部材外周とハウジングのヒータ保持部内周との隙間を通って侵入した燃焼ガスは、センサ部に達することはない。従って、この燃焼ガスがセンサ部の出力に影響を及ぼすこともないため、本発明の燃焼圧検知機能付グロープラグでは、適切な燃焼圧検知出力を得ることが出来る。 However, in the glow plug with a combustion pressure detection function of the present invention, the ring-shaped seal member is arranged between the sensor portion and the tip end portion of the center shaft, whereby the sensor portion is disposed between the center shaft and the inner surface of the housing. Among these spaces, the space closer to the sensor part than the seal member is kept airtight with respect to the space closer to the tip than the seal member. For this reason, the combustion gas that has entered through the gap between the outer periphery of the heater member and the inner periphery of the heater holding portion of the housing does not reach the sensor portion. Therefore, since this combustion gas does not affect the output of the sensor unit, an appropriate combustion pressure detection output can be obtained with the glow plug with a combustion pressure detection function of the present invention.
上記のいずれかに記載の燃焼圧検知機能付グロープラグであって、前記シール部材は、前記軸線方向に見て前記センサ部と雄ネジ部との間に配置される燃焼圧検知機能付グロープラグとすると良い。 The glow plug with a combustion pressure detecting function according to any one of the above, wherein the seal member is disposed between the sensor part and the male screw part when viewed in the axial direction. And good.
グロープラグは、自身の発する熱や内燃機関からの熱により各所が高温になりがちである。しかし、燃焼圧検知機能付グロープラグでは、センサ部と雄ネジ部の間は、内燃機関から軸線方向基端側に突出した位置にあるため、内燃機関で発生した熱が伝達する途中で放熱されるなどして、比較的低い温度に保たれている。
本発明の燃焼圧検知機能付グロープラグでは、シール部材は、このハウジング基端部と雄ネジ部の間にあるため、比較的低温に保たれている。従って、シール部材が雄ネジ部より先端側にある場合に比して、シール部材の特性が劣化しにくい、あるいは、耐熱性の低いもので済ますことができる。
ところで、シール部材として、ゴムや樹脂などからなる弾力性を有する材料を使用する場合がある。これらの材料は高温にさらされると、特性が劣化し、変形したり、破損したりする虞があるので、本発明を適用するのが特に好ましい。
Glow plugs tend to be hot at various places due to the heat they generate and the heat from the internal combustion engine. However, in the glow plug with a combustion pressure detection function, the space between the sensor part and the male screw part is projected from the internal combustion engine to the proximal side in the axial direction. For example, the temperature is kept relatively low.
In the glow plug with a combustion pressure detecting function of the present invention, the seal member is kept at a relatively low temperature because it is between the housing base end portion and the male screw portion. Therefore, as compared with the case where the seal member is located on the tip side from the male screw portion, the seal member can be hardly deteriorated in characteristics or can be low in heat resistance.
By the way, an elastic material made of rubber or resin may be used as the seal member. When these materials are exposed to a high temperature, their characteristics deteriorate, and there is a risk of deformation or breakage. Therefore, it is particularly preferable to apply the present invention.
本発明の実施にかかる燃焼圧検知機能付グロープラグを図面を参照して説明する。 A glow plug with a combustion pressure detecting function according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の第1の実施の形態を、図1〜図7を参照して説明する。
グロープラグ10は、内燃機関の始動補助のため通電によってヒータ部材1を発熱させることができるほか、内燃機関の燃焼圧の変化を検知することができるように構成された燃焼圧センサ2を有するグロープラグである。このグロープラグ10は、図1に示すように、軸線AXに沿う方向(以下、単に軸線方向ともいう)に延びる筒状のハウジング3と、このハウジング3内に保持された導電性の中軸4と、この中軸4の軸線方向先端側(図中下方。以下、単に先端側ともいう)に配置されたヒータ部材1とを備えている。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The
このヒータ部材1は、窒化珪素質セラミックからなり、図2に示すように、ヒータ先端部1sが略半球状とされた棒状の形態を有する。このヒータ部材1は、ヒータ先端部1sに内に非金属発熱体からなるヒータ発熱部1hを有する。また、ヒータ部材1の基端側の外周面には、このヒータ発熱部1hの発熱に必要な電力の供給端子であるヒータ接続部1b、1cを有する。さらに、ヒータ発熱部1hの両端とヒータ接続部1b、1cをそれぞれ導通するヒータ導電路1d、1eとを有する。これらは、窒化珪素質セラミックによって包囲されている。
The
一方、図1〜図3に示すように、ハウジング3は、筒状のハウジング本体部材31、この先端側に配置され、上述のヒータ部材1を保持するヒータ保持部材32、及びハウジング本体部材31の基端に配置されているセンサキャップ33からなる。
このうち、ヒータ保持部材32とハウジング本体部材31とは、図2に示すように、ハウジング本体部材31のうち先端側(図1中下方)に位置する先端側溶接部31yで、レーザ溶接により固着されている。また、ハウジング本体部材31とセンサキャップ33とは、図3に示すように、ハウジング本体部材31の軸線方向基端側(図3中上方。以下、単に基端側ともいう)に位置する基端側第1溶接部31vで、レーザ溶接により固着されている。
このように3つの部材からなるハウジング3のうち、最も先端側にある部分をハウジング先端部3sとし、最も基端側にある部分をハウジング基端部3kとする。
On the other hand, as shown in FIGS. 1 to 3, the
Among these, the
In this way, of the
このハウジング3は、ハウジング先端部3sとハウジング基端部3kとの間に、具体的には、ハウジング本体部材31の軸線方向の中間部分に、このハウジング3を図4のように内燃機関Eの取付孔EHに取り付けるための雄ネジ部3nを備える。
さらに、このハウジング3のハウジング本体部材31は、ハウジング基端部3kと雄ネジ部3nとの間に、ネジ止めのときにレンチなどの工具を係合させる六角形状の工具係合部3rを有する。
またさらに、このハウジング3は、ハウジング先端部3sと雄ネジ部3nとの間に、具体的には、ヒータ保持部材32の基端部分に、取付孔EHの取付面EHTに圧接して、このハウジング3と取付孔EHとの間を気密に保つための、先細のテーパ面からなるシール部3cを有する。
The
Further, the
Furthermore, the
また、図2に示すように、ヒータ保持部材32は、ヒータ部材1を、そのヒータ先端部1sをハウジング先端部3sより先端側に突出させた形態で保持している。具体的には、このヒータ保持部材32は、ヒータ部材1のうち基端側がこのヒータ保持部3h内に圧入されている。このため、ヒータ保持部材32とヒータ部材1は気密に密着し、このグロープラグ10を内燃機関Eに装着した場合でも、燃焼ガスがハウジング3内に侵入しにくくなっている。
さらに、ヒータ部材1のヒータ接続部1bとヒータ保持部材32の内周面とが、電気的に導通するので、このヒータ部材1のヒータ発熱部1hの一端は、ハウジング3と電気的に接続されることになる。
As shown in FIG. 2, the
Further, since the
さらに、図2に示すように、ヒータ部材1のうちヒータ基端部1kは、金属からなる接続リング5のうち接続リング先端部5s内に圧入されている。さらに、中軸4の中軸先端部4sは、接続リング5の接続リング基端部5kの内周に挿入され、中軸先端側溶接部4yで溶接により固着されている。このため、中軸4と、ヒータ部材1とは、接続リング5を介して、機械的に剛に結合される。その上、中軸4とヒータ部材1のヒータ接続部1cとは、接続リングを介して電気的に接続されている。
従って、ハウジング3と中軸4とに電圧を印加することで、ヒータ部材1を発熱させることができる。
Further, as shown in FIG. 2, the heater
Therefore, the
次いで、図3を参照して、ハウジング3のうち最も基端側に位置するハウジング基端部3kについて説明する。このハウジング基端部3kは、センサキャップ33及びハウジング本体部材31のハウジング本体基端部31kを含む。
このうち、センサキャップ33は、略筒状の形態を有する胴部33dと、その軸線方向先端側(図3中、下方)に位置する円環状の環状部33kとを備える。さらに、このセンサキャップ33は、胴部33dの軸線方向基端(図中上端)から、軸線AXに直交し径方向内側に突出する第1内方突出部33tを含む。さらに、この第1内方突出部33tは、軸線方向先端側を向いた先端側第1内方突出面33mを含む。また、環状部33kは、胴部33dに比して、肉厚が薄くされている。
また、図5(a)に示すように、胴部33d及び第1内方突出部33tには、中軸4をその軸線AXに沿って貫通させると共に、後述する配線部材を挿通するための挿通孔33hを含む。
Next, with reference to FIG. 3, the housing
Among these, the
Further, as shown in FIG. 5 (a), the
なお、センサキャップ33及びハウジング本体基端部31kは、前述の通り基端側第1溶接部31vで固着されている。これにより、センサキャップ33の第1内方突出部33tと胴部33d、及びハウジング本体基端部31kで、後述する燃焼圧センサ2をその内部に収容するための包囲空間Gを形成している。
この包囲空間Gの先端側に位置するハウジング本体基端部31kは、径方向内側に突出する第2内方突出部31tを構成する。また、この第2内方突出部31tは、ハウジング本体部材31の基端面であり、軸線方向基端側を向く、基端側第2内方突出面31mを含んでいる。この基端側第2内方突出面31mは、センサキャップ33の先端側第1内方突出面33mに対向している。
The
The housing main body
次いで、中軸4について説明する。鉄からなる中軸4は、ハウジング3の内部に配置されている。また、この中軸4は、基端側に位置する中軸基端部4kとこの中軸基端部4kから先端側に延びる棒状の形態を有する中軸本体4hとからなる。このうち中軸基端部4kは、その先端側に雌ネジ部4mが形成されている。また、中軸本体4hは、その基端側に雄ネジ部4nが形成されている。中軸基端部4kと中軸本体4hとは、雌ネジ部4mと雄ネジ部4nとで、ネジ止めされた後、カシメ加工により固着される(図3参照)。
Next, the
この中軸4のうち中軸先端部4sは、前述したように、ヒータ部材1のヒータ基端部1kに接続リング5を介して機械的に剛に結合している(図2参照)。一方、中軸4のうち基端側の端部である中軸基端部4kは、ハウジング基端部3k(センサキャップ33)より基端側に位置して、ハウジング3より基端側に突出しており、図示しない接続端子を差し込み接続できる形態にされている。
As described above, the middle
また、図3に示すとおり、中軸4のうち、軸線方向の燃焼圧センサ2とハウジング3の雄ネジ部3nとの間には、リング状のOリング8が配置されている。このOリング8は、耐熱性を有するフッ素ゴムからなり、圧縮変形して、中軸4とハウジング3の内側面3iに密着している。このため、中軸4とハウジング3の内側面3iとの間の空間のうち、Oリング8より燃焼圧センサ2側の空間JをOリング8より先端側の空間Hに対して気密に保持している。また、このOリング8は、弾力性を有するため、燃焼圧の変化による中軸4の軸線方向の変位を妨げることはない。
さらに、このOリング8は、中軸4の軸線方向の燃焼圧センサ2と雄ネジ部3nとの間、即ち、内燃機関Eから突出した位置に配置されている。この位置は、内燃機関Eで発生した熱が伝達する途中で放熱されるなどして、比較的低い温度に保たれる。従って、Oリング8が雄ネジ部3nより先端側にある場合に比して、Oリング8の特性が劣化しにくい。
Further, as shown in FIG. 3, a ring-shaped O-
Further, the O-
また、この中軸4は、中軸基端部4kよりも先端側(図中下方)において、円柱状の中軸本体4hのほか、燃焼圧センサ2の一部を成し、筒状で中軸本体4hを内部に挿通して、これと一体化してなる中軸スリーブ41を有する。この中軸スリーブ41は、図3に示すように、貫通孔41hを有する筒形状を有し、その軸線方向中間位置には、径方向外側に向けて突出するフランジ状の外方突出部41fを含む。さらに、この中軸スリーブ41の外方突出部41fは、軸線方向基端側を向く基端側外方突出面41dと、軸線方向先端側を向く先端側外方突出面41eとを有している。
なお、以下では、この中軸スリーブ41において、外方突出部41fを挟んで、外方突出部41fより基端側に位置する筒の部分を第1筒部41bと、外方突出部41fより先端側に位置する筒の部分を第2筒部41cとする。
Further, the
In the following description, in the
次いで、図3、図5を参照して、ハウジング3のハウジング基端部3kに形成された燃焼圧センサ2について説明する。
この燃焼圧センサ2の中心には、図3に示すように、中軸本体4hを挿通固着された中軸スリーブ41が配置されている。この中軸スリーブ41は、その外方突出部41fが、ハウジング3(センサキャップ33)の第1内方突出部33tよりも先端側(図3中、下方)に、かつ、ハウジング3(ハウジング本体部材31)の第2内方突出部31t(ハウジング本体基端部31k)よりも基端側(図3中、上方)に位置するよう配置されている。また、中軸スリーブ41のうち、外方突出部41fより基端側に延びる第1筒部41bは、センサキャップ33の第1内方突出部33tよりも基端側に突出するように延びている。また、中軸スリーブ41のうち外方突出部41fより先端側に延びる第2筒部41cは、第2内方突出部31tの基端側第2内方突出面31mよりも先端側まで延びて、ハウジング本体部材31内に挿入されている。
また、中軸スリーブ41の第1筒部41bの外周を絶縁チューブ29bが包囲し、第2筒部41cの外周を絶縁チューブ29cが包囲している。
Next, the
At the center of the
Further, the outer periphery of the
この燃焼圧センサ2のうち、第1内方突出部33tの先端側第1内方突出面33mと外方突出部41fの基端側外方突出面41dとの間には、第1絶縁スペーサ23、第1−1電極部27b、第1圧電素子21、第2−1電極部28b及び第2絶縁スペーサ24が、基端側から先端側にかけてこの順番で、内部に中軸スリーブ41の第1筒部41bを挿通した状態で配置されている。さらに、外方突出部41fの先端側外方突出面41eとハウジング本体基端部31kの基端側第2内方突出面31mとの間には、第3絶縁スペーサ25、第1−2電極部27c、第2圧電素子22、第2−2電極部28c、第4絶縁スペーサ26が、基端側から先端側にかけてこの順番で、内部に中軸スリーブ41の第2筒部41cを挿通して配置されている。
In the
このうち、第1、第2、第3、第4絶縁スペーサ23、24、25、26は、アルミナセラミックからなり、リング状の形態を有している。
また、第1電極部材27は、リング状の二つの電極部である第1−1電極部27b、第1−2電極部27c及びこれらを接続する第1連結部27dを含む。さらに、第2電極部材28についても同様に、リング状の二つの電極部である第2−1電極部28b、第2−2電極部28c及びこれらを接続する第2連結部28dを含む。
Among these, the first, second, third, and fourth insulating
The
チタン酸ジルコン酸鉛からなるリング状の第1圧電素子21及び第2圧電素子22は、自身の軸線方向に分極されており、軸線方向の圧縮応力の変化に応じて、それぞれの両端にプラスあるいはマイナスの電荷を発生する。第1圧電素子21は、軸線方向の圧縮応力が増加すると、第1−1面21bにプラス電荷を発生し、第1−2面21cにマイナス電荷を発生するように配置されている。また、第2圧電素子22は、軸線方向の圧縮応力が減少すると、第2−2面22cにプラス電荷を発生し、第2−1面22bにマイナス電荷を発生するように配置されている。
The ring-shaped first
この燃焼圧センサ2は、センサキャップ33は、軸線方向先端方向への押圧力が掛けられた状態、即ち、第1、第2圧電素子21,22に軸線方向の圧縮力が掛かった状態で、その環状部33kがその全周に亘って、ハウジング基端部3kの外周面に基端側第1溶接部31vで、レーザ溶接されている。従って、この燃焼圧センサ2では、第1圧電素子21及び第2圧電素子22に軸線方向に圧縮荷重が常時掛かる状態となっている。なお、このレーザ溶接の際、基端側第1溶接部31vにはビード(径方向外側への***)が発生する。センサキャップ33の外側に包囲部材7を組み付けるとき、この包囲部材7がビードに干渉して、適切に組み付けを行えない虞がある。このため、環状部33kは、このようなビードが発生しても、組み付けの際、包囲部材7に干渉しないように、薄肉とされている。
従って、第1内方突出部33t、第1絶縁スペーサ23、第1−1電極部27b、第1圧電素子21、第2−1電極部28b、第2絶縁スペーサ24、外方突出部41f、第3絶縁スペーサ25、第1−2電極部27c、第2圧電素子22、第2−2電極部28c、第4絶縁スペーサ26及び第2内方突出部31tが積層されて、図3に示すように、互いに上下の部材と密着している。
In this
Accordingly, the first inward protruding
なお、中軸本体4hと中軸スリーブ41についても、第1筒部41bの基端41kにおいて、中軸スリーブ41と中軸本体4hとが近接する部位L2でアーク溶接(アルゴン溶接)されている。このため、中軸スリーブ41と中軸本体4hとは一体となっている。
Note that the center shaft
また、図5(b)に示すように、第1圧電素子21及び第2圧電素子22で発生した電荷(出力信号)は、第1電極部材27、第2電極部材28、リード線61、62及びケーブル65によって外部に取り出されている。
具体的には、第1圧電素子21のうち、第1−1面21bは第1電極部材27の第1−1電極部27bに、第1−2面21cは第2電極部材28の第2−1電極部28bに当接している。また、第2圧電素子22のうち、第2−2面22cは第1電極部材27の第1−2電極部27cに、第2−1面22bは第2電極部材28の第2−2電極部28cにそれぞれ当接している。従って、第1圧電素子21の第1−1面21bと第2圧電素子22の第2−2面22cとは、第1電極部材27によって導通されている。同様に、第1圧電素子21の第1−2面21cと第2圧電素子22の第2−1面22bとは、第2電極部材28によって導通されている。
Further, as shown in FIG. 5B, the charges (output signals) generated in the first
Specifically, among the first
なお、図5(b)に示すように、第1電極部材27及び第2電極部材28は、それぞれ第1、第2連結部27d、28dにおいて、リード線61及びリード線62と、それぞれスポット溶接されて接続されている。さらに、リード線61、62は、内部編粗66を有するケーブル65として、絶縁を取った状態で外部に取り出される。具体的には、図示しないチャージアンプなどを経由してECUなどの制御機器に入力され、燃焼圧の変化を検知する。
また、このケーブル65のうち内部編粗66はケーブル固定部材67にカシメ固定され、このケーブル固定部材67は、次述する包囲部材7の膨出部7b内に溶接されて固定されている。これにより、このケーブル65の引張りなどにより、リード線61、62に力が加わって第1電極部材27及び第2電極部材28が変形したり、リード線61、62が外れたりすることが防止されている。
As shown in FIG. 5B, the
Further, the inner knitted rough 66 of the
本実施例のグロープラグ10では、図3に示すように、上述の燃焼圧センサ2を含むハウジング基端部3kは、筒状の包囲部材7に包囲されその内部に収容されている。包囲部材7は、略円筒状の円筒部7eと、この円筒部7eの周方向一部において径方向外側に突出する膨出部7bとからなる。この包囲部材7の円筒部7eは、燃焼圧センサ2をなす各部材を包囲する。また、膨出部7b内には、第1、第2電極部材27、28に接続するリード線61、62が収容されている。さらに、包囲部材7内には、基端側から封止樹脂Fが充填されており、この封止樹脂Fにより燃焼圧センサ2が包囲され封止されている。
In the
次いで、本実施例のグロープラグ10を内燃機関Eに取り付けて使用する場合について説明する。
このグロープラグ10の内燃機関Eへの取り付けは、図4(a)に示すように、内燃機関Eの取付孔EHに、グロープラグ10のうちハウジング3の雄ネジ部3nを、シール部3cが、燃焼室ECの近傍に設けられた取付面EHTに圧接するまでねじ込むことによってなされる。具体的には、ハウジング3に形成された工具係合部3rに工具を係合させ、締付けに必要な回転トルクをハウジング3に与えることで行う。
Next, the case where the
As shown in FIG. 4A, the
このグロープラグ10では、テーパ面をなすハウジング3のシール部3cが取付孔EHの取付面EHTに当接すると、グロープラグ10が内燃機関Eに固定される。これと共に、シール部3cが取付面EHTに圧接、密着して燃焼室EC内に生じる高圧の燃焼ガスが取付孔EH内に漏れ出ることを防止することができる(図4(b)参照)。
In the
なお、このようにしてハウジング3をネジ止め固定すると、ハウジング3のうち、シール部3cと雄ネジ部3nとの間が圧縮され、この間が弾性的に縮む。すると、ハウジング3のうちこの圧縮された部分の弾性力によって、シール部3cと取付孔EHの取付面EHTとが弾性的に圧接され、より確実に気密を保つことができる。
In addition, when the
さらに、この内燃機関Eを始動させると、燃料の爆発燃焼により、燃焼室EC内の高圧の燃焼圧が発生する。
すると、この燃焼圧により、グロープラグ10のヒータ部材1及びハウジング先端部3sは、軸線方向基端側に押されて変位すると共に、ハウジング3のうち雄ネジ部3nとシール部3cの間の部分が、さらに圧縮される。
Further, when the internal combustion engine E is started, a high combustion pressure in the combustion chamber EC is generated due to the explosive combustion of the fuel.
Then, by this combustion pressure, the
中軸4は、前述のとおり、接続リング5を介して機械的に剛にヒータ部材1と結合され、ヒータ部材1は、ハウジング3のヒータ保持部3hで保持されているため、ヒータ保持部3h(ハウジング先端部3s)が変位すると、中軸4も同様に変位することになる。
従って、ハウジング基端部3kにおいて、燃焼圧の上昇に伴って、中軸4は、ハウジング3に対し、さらに具体的にはハウジングのうち内燃機関への固定部である雄ネジ部3nに対して、軸線方向基端側に相対的に突出することになる。さらに、中軸4に固着された中軸スリーブ41が基端側に変位するため、この中軸スリーブ41の外方突出部41fも基端側に変位する。
As described above, the
Therefore, at the housing
このため、予荷重により軸線方向の圧縮荷重が掛かっている第1、第2圧電素子21,22について見ると、第1圧電素子21は圧縮荷重が増加し、第2圧電素子22は圧縮応力が減少する。すると、第1圧電素子21の第1−1面21bにプラス電荷が、第1−2面21cにマイナス電荷が発生し、第2圧電素子22の第2−2面22cにプラス電荷が発生し、第2−1面22bにマイナス電荷が発生する。このとき発生した各電荷は、第1電極部材27及び第2電極部材28の各電極部へ導出される。具体的には、第1圧電素子21については、第1−1面21bに発生したプラス電荷は第1−1電極部27bへ、第1−2面21cに発生したマイナス電荷は第2−1電極部28bへそれぞれ導出される。また、第2圧電素子22についても同様に、第2−2面22cに発生したプラス電荷は第1−2電極部27cへ、第2−1面22bに発生したマイナス電荷は第2−2電極部28cへそれぞれ導出される。
さらに、いずれも第1電極部材27の一部である第1−1電極部27bと第1−2電極部27cで発生したプラス電荷は足し合わされてリード線61で外部に取り出される。同様に、いずれも第2電極部材28の一部である第2−2電極部28cと第2−1電極部28bで発生したマイナス電荷は足し合わされてリード線62で外部に取り出される。
Therefore, when looking at the first and second
Further, the positive charges generated in the first and
ここで、グロープラグ10のうちハウジング3の内側面3iと中軸4との間の空間Hの気圧が変化した場合を想定する。例えば、空間H内の気圧が上昇すると、中軸スリーブ41が基端側(図3中、上方)に持ち上げられる。すると、各圧電素子に掛かる圧縮応力も変化するため、上述の各圧電素子の説明と同様にその出力が変化する。
従って、この燃焼圧センサ2では、ハウジング3の内側面3iと中軸4との間の空間Hの気圧が変化すると、燃焼圧の変化の検知に影響を生じる虞がある。
さらに、本実施例にかかるグロープラグ10では、燃焼圧センサ2のうち基端側が封止樹脂Fにより封止されているため、燃焼ガスなどの逃げ場がなく、特に上述の影響を受けやすい。
Here, it is assumed that the atmospheric pressure in the space H between the
Therefore, in this
Furthermore, in the
一方、燃料の爆発燃焼により生じた燃焼室EC内の高圧の燃焼ガスは、ヒータ部材1の外周面1gとハウジング3のヒータ保持部3hの内周面3hnとの隙間GIN(図2参照)を通って、ハウジング3の内側面3iと中軸4との間の空間Hに侵入する場合がある。
On the other hand, the high-pressure combustion gas in the combustion chamber EC generated by the explosive combustion of the fuel passes through a gap GIN (see FIG. 2) between the outer
しかるに、このグロープラグ10では、前述したように、中軸4のうち、軸線方向の燃焼圧センサ2とハウジング3の雄ネジ部3nとの間には、リング状のOリング8が配置されている。このため、このグロープラグ10は、燃焼ガスがヒータ部材1の外周面1gとハウジング3のヒータ保持部3hの内周面3hnとの隙間GINからハウジング3の内側面3iと中軸4との間の空間Hに入ったとしても、Oリング8より燃焼圧センサ2側の空間Jをこの空間Hに対して気密に保持している。従って、燃焼ガスは、燃焼圧センサ2に達することがなく、燃焼圧の変化の検知に影響を及ぼすことはないため、適切な燃焼圧を検知するグロープラグ10となし得る。
However, in the
また、上述の効果を確認するため、グロープラグ10の燃焼圧センサ2の出力を、図6に示す内燃機関Eを使用した測定システムEVAを用いて実際の出力を測定した。この測定システムEVAでは、燃焼室EC内に燃料インジェタIJを用いて燃料を噴射するタイプの内燃機関Eを用いる。この内燃機関E(燃焼室EC)の燃焼圧を、比較例1であり、Oリング8を配置しないグロープラグJGP、及び、本実施例1にかかるOリング8を配置したグロープラグ10を用いて計測する。
なお、基準圧力センサKS(KISTLER社製6052A)を用いて、グロープラグ10とグロープラグJGPを用いた場合で、基準圧力センサKSの出力が略同じとなるように、内燃機関Eの運転条件を調整して測定した。
Moreover, in order to confirm the above-mentioned effect, the output of the
The operating conditions of the internal combustion engine E are set so that the output of the reference pressure sensor KS is substantially the same when the
具体的には、グロープラグ10の燃焼圧センサ2の出力、及び比較例1にかかるグロープラグJGPの出力は、チャージアンプCA1(KISTLER社製5011)に接続され、基準圧力センサKSの出力はチャージアンプCA2(KISTLER社製5011)に接続されている。さらに、チャージアンプCA1、CA2の出力はオシロスコープOSCに接続されている。また、内燃機関Eのクランク角との関係を観測するため、内燃機関Eの図示しないクランク角センサ出力もオシロスコープOSCに接続されている。
この状態で、内燃機関Eを作動させ、オシロスコープOSCのX軸入力にクランク角センサ出力を、Y軸入力にチャージアンプCA1出力及びCA2出力を接続して、その関係を示すグラフを示す波形を取得した。
Specifically, the output of the
In this state, the internal combustion engine E is operated, the crank angle sensor output is connected to the X-axis input of the oscilloscope OSC, and the charge amplifier CA1 output and CA2 output are connected to the Y-axis input, and a waveform showing a graph showing the relationship is obtained. did.
測定システムEVAを用いて測定した結果を図7に示す。横軸はクランク角であり、縦軸はセンサ出力を示している。また、実線の波形はCA1出力、即ち、測定対象の燃焼圧センサ(グロープラグJGPまたはグロープラグ10)の出力波形を示し、破線の波形はCA2出力、即ち、基準圧力センサKSの出力波形を示している。
このうち、図7(a)は、比較例1のグロープラグJGPにおいて、燃焼ガスが隙間GINを通じて、空間H内に侵入した場合の燃焼圧センサ2についてのクランク角とセンサ出力との関係を示すグラフである。一方、図7(b)は、本実施例にかかるグロープラグ10の燃焼圧センサ2についてのクランク角とセンサ出力との関係を示すグラフである。
The result of measurement using the measurement system EVA is shown in FIG. The horizontal axis represents the crank angle, and the vertical axis represents the sensor output. The solid line waveform indicates the CA1 output, that is, the output waveform of the combustion pressure sensor (glow plug JGP or glow plug 10) to be measured, and the broken line waveform indicates the CA2 output, that is, the output waveform of the reference pressure sensor KS. ing.
Among these, FIG. 7A shows the relationship between the crank angle and the sensor output for the
図7(a)に示す基準圧力センサKSとグロープラグJGPの出力波形を比較すると、グロープラグJGPの出力の変化が、基準圧力センサKSの出力の変化に比して遅れている。例えば、センサ出力のピーク値となるポイントについて見ると、基準圧力センサKSの出力のピーク値は、クランク角が0°のポイントであるのに対して、グロープラグJGPの出力のピーク値は、クランク角が約15°のポイントであることから、上述の遅れが生じていることは明らかである。
このグロープラグJGPの出力の変化の遅れは、次のようにして生じると考えられる。
即ち、内燃機関Eの運転により、高圧の燃焼ガスが生じると、この燃焼ガスが、隙間GINを通じて、ハウジング3の内側面3iと中軸4との間の空間H内に侵入する。一方、クランク角が0°を超えると、内燃機関Eの燃焼室ECの燃焼圧が下がっても、この空間Hに入った燃焼ガスは、肉厚の薄い筒状の隙間GINを通って侵入しているため、急には抜けず、ゆっくりと圧力が下がることとなる。このため、燃焼圧センサ2の出力が、この空間Hの気圧変化の影響を受け、燃焼圧センサ2の出力変化が本来の燃焼圧の変化(基準センサの出力変化)よりも遅れたと考えられる。
When comparing the output waveforms of the reference pressure sensor KS and the glow plug JGP shown in FIG. 7A, the change in the output of the glow plug JGP is delayed compared to the change in the output of the reference pressure sensor KS. For example, looking at the point that is the peak value of the sensor output, the peak value of the output of the reference pressure sensor KS is the point where the crank angle is 0 °, whereas the peak value of the output of the glow plug JGP is Since the angle is a point of about 15 °, it is clear that the above-mentioned delay has occurred.
The delay in the change in the output of the glow plug JGP is considered to occur as follows.
That is, when high-pressure combustion gas is generated by the operation of the internal combustion engine E, the combustion gas enters the space H between the
これに対し、図7(b)に示す基準圧力センサKSと本実施例にかかるグロープラグ10の出力波形を比較すると、例えば、基準圧力センサKS及びグロープラグ10は、クランク角が0°のときピーク値になるなど、ほぼ同様の変化を示している。
本実施例1のグロープラグ10も比較例1のグロープラグJGPと同様、燃焼ガスが、隙間GINを通じて、ハウジング3の内側面3iと中軸4との間の空間H内に侵入する。しかしながら、Oリング8によって、この空間HとOリング8より燃焼圧センサ2側の空間Jとが気密に保持されているため、この燃焼ガスによる空間Jの気圧変化は生じない。従って、空間Hの気圧変化の影響が燃焼圧センサ2に及ばないため、燃焼圧センサ2の出力変化は、本来の燃焼圧の変化を反映することとなる。
従って、本実施例1のグロープラグ10は、基準圧力センサKSと同様に燃焼圧の変化を適切に測定できることが判る。
On the other hand, when the output waveforms of the reference pressure sensor KS shown in FIG. 7B and the
Similarly to the glow plug JGP of the comparative example 1, the
Therefore, it can be seen that the
次いで、本実施例1にかかるグロープラグ10の製造方法について説明する。グロープラグ10の製造のうち、ヒータ部材1の製造については公知の手法によればよいので、説明を省略する。
Next, a method for manufacturing the
ヒータ部材1のうち基端側をヒータ保持部材32に圧入固定し、ヒータ基端部1kを接続リング5を介して中軸4の中軸先端部4sと結合する。次いで、ヒータ保持部材32とハウジング本体部材31を固着する。さらに、中軸4をOリング8に挿通した状態で、Oリング8をハウジング3の基端側からその内側面3iの内側まで押し込む。
このようにして、ハウジング3内に中軸本体4hが配置された状態において、本実施例1のグロープラグ10を以下のようにして製造する。
The base end side of the
In this way, the
まず、図5(b)に示す燃焼圧センサ2の製造のうち、各部材の中軸スリーブ41への組付について説明する。中軸スリーブ41の第1筒部41b及び第2筒部41cにはあらかじめ絶縁チューブ29b及び絶縁チューブ29cをそれぞれ被せておく(図3参照)。この中軸スリーブ41の外方突出部41fを挟んで、軸線方向両側に部材を組付ける。具体的には、まず、中軸スリーブ41の第1筒部41bに、第2絶縁スペーサ24、第2−1電極部28b、第1圧電素子21を、この順に挿通する。また、中軸スリーブ41の第2筒部41cに第3絶縁スペーサ25、第1−2電極部27c、第2圧電素子22を、この順に挿通する。次いで、第1−2電極部27cの他端である第1−1電極部27bを第1筒部41bに挿通し、同様に、第2−1電極部28bの他端である第2−2電極部28cを第2筒部41cに挿通する。最後に、第1絶縁スペーサ23を第1筒部41bに、第4絶縁スペーサ26を第2筒部41cに挿通して、各部材の中軸スリーブ41の組付が完了する。
First, in the manufacture of the
次いで、その基端部分がハウジング本体基端部31kから突出している中軸本体4hを、この中軸スリーブ41に、先端側から挿通して、ハウジング本体基端部31kに第4絶縁スペーサ26を当接させる。さらに、センサキャップ33を、中軸スリーブ41の第1筒部41bが一部基端側に突出した状態で、軸線方向基端側から先端側に向けて所定の押圧力で押圧する。この押圧力を維持した状態で、このセンサキャップ33の環状部33kと、ハウジング基端部3kの基端側の外周面のうち基端側第1溶接部31vを、YAGレーザを用いて全周に亘りレーザ溶接する。これにより、この燃焼圧センサ2では、第1圧電素子21及び第2圧電素子22に軸線方向に圧縮荷重が常時掛かる状態となる(図3参照)。
Next, the middle shaft
その後、中軸スリーブ41の基端41kと、中軸本体4hとの境界部分を、全周に亘りアーク溶接する。これにより、部位L2において、中軸スリーブ41が中軸本体4hに固着されて一体となる。
Thereafter, the boundary portion between the
次いで、図5(b)に示すようにリード線61、62を第1電極部材27及び第2電極部材28にスポット溶接する。さらに、包囲部材7を基端側から被せ、ハウジング本体部材31の基端側第2溶接部31wをハウジング基端部3kと全周に亘ってレーザ溶接する(図3参照)。その後、センサキャップ33の基端側及び包囲部材7内に樹脂を充填し硬化させて、封止樹脂Fを形成する。最後に、中軸本体4hの雄ネジ部4nを、中軸基端部4kの雌ネジ部4mにねじ込み、中軸本体4hと中軸基端部4kとを結合し、グロープラグ10を完成させる。
Next, as shown in FIG. 5B, the
以上において、本発明を実施例1に即して説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、本実施例1では、ヒータ部材として、発熱部材を窒科珪素質セラミックで包囲したセラミックヒータを用いたが、通電により発熱し、その基端部をハウジングのヒータ保持部で保持できる部材であればよい。従って、例えば、発熱部材を金属製からなるシース部材で包囲したメタルヒータを用いてもよい。
また、本実施例1では、Oリングを軸線方向で雄ネジ部とセンサ部との間に配置した。しかし、Oリングは、ハウジングの内側面と中軸の間の空間のうち、Oリングより燃焼圧側の空間とOリングより先端側の空間を気密に保持できればよい。従って、例えば、Oリングを、ヒータ保持部より基端側で雄ネジ部より基端側に配置するなど、他の位置に配置しても良い。
In the above, the present invention has been described with reference to the first embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof. .
For example, in the first embodiment, the heater member is a ceramic heater in which the heat generating member is surrounded by a carbonic acid silicon ceramic. However, the heater member is a member that generates heat when energized and can hold the base end portion by the heater holding portion of the housing. I just need it. Therefore, for example, a metal heater in which the heat generating member is surrounded by a metal sheath member may be used.
In the first embodiment, the O-ring is disposed between the male screw portion and the sensor portion in the axial direction. However, the O-ring only needs to be able to hold the space between the inner surface of the housing and the middle shaft in a space tighter than the O-ring on the combustion pressure side and on the tip side of the O-ring. Therefore, for example, the O-ring may be arranged at other positions, such as arranged at the base end side from the heater holding portion and at the base end side from the male screw portion.
1 ヒータ部材
2 燃焼圧センサ
3 ハウジング
3c シール部
3h ヒータ保持部
3i 内側面
3k ハウジング基端部
3n 雄ネジ部
3r 工具係合部
3s ハウジング先端部
4 中軸
8 Oリング
10 グロープラグ
AX 軸線
DESCRIPTION OF
Claims (3)
通電により発熱するヒータ部材と、
筒状のハウジングであって、
自身の軸線方向先端側に位置し、上記ヒータ部材の一部を先端側より突出させた形態で、このヒータ部材を自身の内側に保持するヒータ保持部、を含み、
上記ヒータ保持部が内燃機関の燃焼室側に位置するように上記内燃機関に取り付けられるハウジングと、
上記ハウジング内に挿通されてなり、上記ヒータ部材と電気的に導通される中軸であって、
上記燃焼圧検知機能付グロープラグを上記内燃機関に取り付けたとき、燃焼圧の変化により、ハウジングに対して軸線方向に相対変位を生じる構成とされてなる中軸と、
上記ハウジング内に収容され、上記ハウジングと上記中軸との相対変位を用いて、上記燃焼圧の変化を検知するセンサ部であって、
上記ハウジングの内側面と上記中軸の間の空間に圧力変化が生じたとすると、上記センサ部での上記燃焼圧の変化の検知に影響を生じる構成とされてなり、
その基端側が、樹脂により気密及び液密に封止されてなる
センサ部と、
上記中軸が貫通してなるリング状のシール部材であって、
上記軸線方向に見て上記センサ部と上記中軸先端との間に配置され、
上記中軸と上記ハウジングの内側面との間の空間のうち、上記シール部材より上記センサ部側の空間を上記シール部材より先端側の空間に対して気密とする
シール部材と、
を備える燃焼圧検知機能付グロープラグ。 A glow plug with a combustion pressure detection function,
A heater member that generates heat when energized;
A cylindrical housing,
A heater holding part that is located on the tip end side in the axial direction and that holds a part of the heater member protruding from the tip end side, and holds the heater member on its inside;
A housing attached to the internal combustion engine such that the heater holding portion is located on the combustion chamber side of the internal combustion engine;
A central shaft that is inserted into the housing and electrically connected to the heater member;
When the glow plug with the combustion pressure detection function is attached to the internal combustion engine, a middle shaft configured to cause relative displacement in the axial direction with respect to the housing due to a change in the combustion pressure;
A sensor unit that is housed in the housing and detects a change in the combustion pressure using a relative displacement between the housing and the middle shaft;
If a pressure change occurs in the space between the inner surface of the housing and the middle shaft, it is configured to affect the detection of the change in the combustion pressure in the sensor unit,
A sensor part whose base end side is hermetically and liquid-tightly sealed with a resin;
A ring-shaped seal member formed by penetrating the middle shaft,
Arranged between the sensor portion and the tip of the middle shaft as seen in the axial direction,
Of the space between the middle shaft and the inner side surface of the housing, a seal member that makes the space closer to the sensor part than the seal member to the space closer to the distal end than the seal member;
Glow plug with combustion pressure detection function.
通電により発熱するヒータ部材と、
筒状のハウジングであって、
軸線方向の最も先端側に位置するハウジング先端部、
上記軸線方向の最も基端側に位置するハウジング基端部、
上記ハウジング先端部と上記ハウジング基端部との間に位置し、このハウジングを内燃機関の取付孔内にネジ止めするための雄ネジ部、
上記ハウジング先端部と上記雄ネジ部との間に位置し、上記取付孔内の所定部位と直接または間接に圧接して、このハウジングと上記取付孔との間の気密を保持するためのシール部、及び、
上記雄ネジ部より上記軸線方向先端側に位置し、上記ヒータ部材の一部を上記ハウジング先端部より先端側に突出させた形態で、このヒータ部材を自身の内側に直接または間接に保持するヒータ保持部、を含み、
上記ネジ止めにより上記ハウジング先端部が内燃機関の燃焼室側に位置するように上記内燃機関に取り付けられるハウジングと、
導電性の中軸であって、
上記軸線方向基端側に位置する中軸基端部、及び
上記軸線方向先端側に位置する中軸先端部、を含み、
上記ハウジング内に収容されると共に、
上記中軸基端部が上記ハウジング基端部から突出するように配置され、
上記中軸先端部で上記ヒータ部材と電気的に導通され、
上記ヒータ部材と直接または間接にかつ機械的に剛に結合されてなる
中軸と、
上記ハウジング内に収容され、上記ハウジングと上記中軸との軸線方向の相対変位を記燃焼圧の変化を検知するセンサ部であって、
上記ハウジングの内側面と上記中軸の間の空間に圧力変化が生じたとすると、上記センサ部での上記燃焼圧の変化の検知に影響を生じる構成とされてなり、
その基端側が、樹脂により気密及び液密に封止されてなる
センサ部と、
上記中軸が貫通してなるリング状のシール部材であって、
上記軸線方向に見て上記センサ部と上記中軸先端との間に配置され、
上記中軸と上記ハウジングの内側面との間の空間のうち、上記シール部材より上記センサ部側の空間を上記シール部材より先端側の空間に対して気密とする
シール部材と、
を備える燃焼圧検知機能付グロープラグ。 A glow plug with a combustion pressure detection function,
A heater member that generates heat when energized;
A cylindrical housing,
A housing front end located on the most front end side in the axial direction;
A housing proximal end located on the most proximal side in the axial direction;
A male screw portion located between the housing front end and the housing base end and screwing the housing into the mounting hole of the internal combustion engine;
A seal portion located between the housing front end portion and the male screw portion, in direct or indirect pressure contact with a predetermined portion in the mounting hole, and maintaining airtightness between the housing and the mounting hole ,as well as,
A heater that is located on the axially leading end side from the male screw portion and that holds the heater member directly or indirectly inside itself in a form in which a part of the heater member protrudes to the leading end side from the housing leading end portion. Holding part,
A housing attached to the internal combustion engine such that the front end of the housing is positioned on the combustion chamber side of the internal combustion engine by the screwing;
A central axis of conductivity,
A middle shaft proximal end located on the axial proximal end, and a middle shaft distal end located on the axial distal end,
Housed in the housing,
The middle shaft base end portion is disposed so as to protrude from the housing base end portion,
Electrically connected to the heater member at the tip of the central shaft,
A middle shaft that is directly or indirectly and mechanically rigidly coupled to the heater member;
A sensor unit that is housed in the housing, detects a change in combustion pressure, and records a relative displacement in an axial direction between the housing and the middle shaft;
If a pressure change occurs in the space between the inner surface of the housing and the middle shaft, it is configured to affect the detection of the change in the combustion pressure in the sensor unit,
A sensor part whose base end side is hermetically and liquid-tightly sealed with a resin;
A ring-shaped seal member formed by penetrating the middle shaft,
Arranged between the sensor portion and the tip of the middle shaft as seen in the axial direction,
Of the space between the middle shaft and the inner side surface of the housing, a seal member that makes the space closer to the sensor part than the seal member to the space closer to the distal end than the seal member;
Glow plug with combustion pressure detection function.
前記シール部材は、
前記軸線方向に見て前記センサ部と雄ネジ部との間に配置される
燃焼圧検知機能付グロープラグ。 A glow plug with a combustion pressure detection function according to claim 1 or 2,
The sealing member is
A glow plug with a combustion pressure detecting function disposed between the sensor portion and the male screw portion when viewed in the axial direction.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004229539A JP2006046823A (en) | 2004-08-05 | 2004-08-05 | Glow plug with combustion pressure detecting function |
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