JP2009150570A - 燃焼圧力センサ付きグロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】長期に亘り高精度で燃焼圧力検出を行うことのできる燃焼圧力センサ付きグロープラグを提供する。
【解決手段】ヒータ２０を支持するためのヒータ支持部材１０には、その全体がシート面６より先端側に位置するように、つまり、その全体がハウジング１より先端側に露出した状態となる可動部１２が設けられている。この可動部１２は、ヒータ２０の先端の受圧面に印加される燃焼圧に応じて弾性的に変形することにより、ヒータ２０を軸方向に変位させる機能を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関に使用される燃焼圧力センサ付きグロープラグに関する。

従来から、自動車用のディーゼルエンジン等の内燃機関に使用されるグロープラグとして、内燃機関の燃焼圧力を検出するための燃焼圧力センサを具備した燃焼圧力センサ付きグロープラグが知られている。このような燃焼圧力センサ付きグロープラグとしては、例えば、ハウジング内に設けられた軸方向伸展性を有する支持管等でヒータを軸線方向に変位可能な状態にハウジングに支持し、ヒータ先端の受圧面に印加される燃焼圧力でヒータが軸線方向後端側に変位し、圧力センサを押圧するようにした燃焼圧力センサ付きグロープラグが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７−１２０９３９号公報

上記した従来の燃焼圧力センサ付きグロープラグでは、ヒータを支持する軸方向伸展性を有する支持管とハウジングとの間に、燃焼室内から発生した煤が詰まり、ヒータの変位が妨げられたり、燃焼に伴う熱の影響により支持管の軸方向伸展性が変化するなどして、長期に亘って使用した場合、次第に高精度な燃焼圧力の検出が困難になるという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、長期に亘り高精度で燃焼圧力検出を行うことのできる燃焼圧力センサ付きグロープラグを提供することを目的とする。

本発明の燃焼圧力センサ付きグロープラグは、筒状に形成され、軸方向先端側に機関と密接するシート面を有し、当該シート面より軸方向後端側の外周面に機関取り付け用のねじ部を有するハウジングと、圧力検出素子と、先端側が前記ハウジングの先端部から突出し、後端側が前記ハウジング内に収容されるように設けられたヒータであって、先端面が受圧面とされ、前記圧力検出素子に燃焼圧を伝達するヒータと、前記ヒータを前記ハウジングに対して支持するヒータ支持部材であって、全体が前記シート面より先端側に位置するように設けられ前記受圧面に印加される燃焼圧に応じて弾性的に変形することにより前記ヒータを軸方向に変位させる筒状の可動部と、前記可動部より先端側に設けられ前記ヒータと接続されるヒータ接続部と、前記シート面より後端側で前記ハウジングと接続されるハウジング接続部とを具備したヒータ支持部材とを具備したことを特徴とする。

本発明の燃焼圧力センサ付きグロープラグでは、ヒータをハウジングに対して支持するヒータ支持部材に、全体がシート面より先端側に位置するように設けられ受圧面に印加される燃焼圧に応じて弾性的に変形することによりヒータを軸方向に変位させる筒状の可動部が設けられている。すなわち、この可動部がハウジングの外側に設けられている。したがって、可動部とハウジングとの間に煤が詰まって、ヒータの軸方向変位が妨げられ燃焼圧力検出精度が低下するということがなく、長期に亘って高精度な燃焼圧力検出を行うことができる。

上記構成の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、圧力検出素子が、ヒータ支持部材のハウジング接続部より後端側に設けられている構成とすることが好ましい。このような構成とすれば、圧力検出素子が燃焼ガスの熱的影響により劣化することを抑制することができる。すなわち、一般的に燃焼圧力センサ付きグロープラグでは、ヒータ支持部材のハウジング接続部まで、ハウジング内に燃焼ガスが入り込み、その熱的影響を大きく受ける。このため、圧力検出素子を、ヒータ支持部材のハウジング接続部より後端側に設ければ、燃焼ガスの熱的影響を軽減することができる。

上記構成の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、可動部は、軸方向先端側から見たときに、当該可動部より先端側に設けられた部材によって隠れて見えない位置に設けられている構成とすることが好ましい。このような構成とすれば、燃焼室内の熱が直接可動部に加わり、可動部が熱的影響により劣化することを抑制することができる。

上記構成の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、ヒータ支持部材の可動部は、当該可動部以外の当該ヒータ支持部材の部位より薄肉とされた薄肉部から構成することができる。また、ヒータ支持部材の可動部は、ベローズにより構成することもできる。さらに、ヒータ支持部材の可動部は、当該可動部以外の当該ヒータ支持部材の部位よりヤング率が低い部材から構成することが好ましい。このような構成とすることにより、ヒータの軸線方向における変位性を促進させ、燃焼圧力の圧力センサへの良好な圧力伝達を行うことが可能となる。

本発明の燃焼圧力センサ付きグロープラグによれば、長期に亘り高精度で燃焼圧力検出を行うことのできる燃焼圧力センサ付きグロープラグを提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１，２は、本発明の実施形態に係る燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００の構成を示すもので、図１は燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００の先端部分を拡大して示す断面図、図２は燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００の全体構成を示す一部切り欠き側面図である。

図１，２に示すように、燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００は、例えば、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ等）、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ６３０等）等の高強度の金属からなり、略筒状に形成されたハウジング１を具備している。ハウジング１は、先端側ハウジング２と後端側ハウジング３とを接続して構成されている。

図２に示すように、後端側ハウジング３の外周面には、燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００を図示しない機関（エンジン）に取り付けるためのねじ部４が形成されている。このねじ部４より後端側の外周部には、ハウジング１を機関に取り付ける際に、スパナやレンチ等の工具を係合させる工具係合部５が設けられている。

図１に示すように、先端側ハウジング２は、ヒータ２０をハウジング１の先端から突出させた状態とするための開口部６を有しており、その軸方向先端側端面は、自動車用ディーゼルエンジン等の機関と密接するシート面（テーパ面）７が形成されている。開口部６内には、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ６３０等）等の金属からなり、略筒状に形成されたヒータ支持部材１０が設けられており、このヒータ支持部材１０の内側にヒータ２０が設けられている。ヒータ２０は、例えば、絶縁性セラミック２１の内部に導電性セラミック２２を設けたセラミックヒータ（窒化珪素、アルミナ等からなる）、又はメタルグローヒータ（コイル、ステンレスチューブ、絶縁粉末等からなる）から構成されている。図２に示すヒータ２０の先端面２３は、燃焼室内部の燃焼圧を受ける受圧面とされている。

図１に示すように、ヒータ支持部材１０は、その中間部外側に、鍔状に突出するフランジからなるハウジング接続部１１を具備している。そして、このハウジング接続部１１を、先端側ハウジング２と後端側ハウジング３との間に介在させた状態で溶接等によって固定することにより、ヒータ支持部材１０がハウジング１に接続されている。

また、ヒータ支持部材１０には、その全体がシート面６より先端側に位置するように、つまり、その全体がハウジング１より先端側に露出した状態となる可動部１２が設けられている。この可動部１２は、ヒータ２０の受圧面に印加される燃焼圧に応じて弾性的に変形することにより、ヒータ２０を軸方向に変位させる機能を有する。本実施形態では、この可動部１２は、その肉厚を他のヒータ支持部材１０の部分の肉厚より薄肉とした薄肉部によって構成されている。このように薄肉部によって可動部１２を構成する場合、肉厚は例えば０．２±０．１ｍｍ程度（他の部位（例えば、後述するヒータ接続部１３）は０．４ｍｍ程度）、軸方向の長さは例えば５ｍｍ程度とすることが好ましい。この可動部を構成する材料としては、繰り返し耐力を有し、ヤング率が低い材料を用いることが好ましく、例えば、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ６３０等）、マルエージ鋼、純チタン、チタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ等）によって構成することが好ましい。この可動部１２の他の実施形態としては、可動部１２を蛇腹状のベローズで構成してもよい。また、肉厚を薄くしたり蛇腹状等とすることなく、他の部位と同じ形状としつつ、可動部１２のみを、ヤング率が他のヒータ支持部材１０の部分のヤング率より低い部材によって構成してもよい。

上記ヒータ支持部材１０の可動部１２より先端側には、ヒータ接続部１３が設けられている。このヒータ接続部１３は、圧入もしくはロウ付けにより、その内周部がヒータ２０と接続した状態とされたおり、その肉厚は、可動部１２より肉厚（例えば０．４ｍｍ程度）とされている。

本実施形態では、図１に示すように、上記のヒータ接続部１３の外形Ｒ１は、可動部１２の外形Ｒ２より大きく、Ｒ１＞Ｒ２とされており、その結果、軸方向先端側からヒータ接続部１３の先端部を見た場合に、可動部１２がヒータ接続部１３に隠れて見えない位置となっている。このような構成とすることにより、燃焼室内の熱が、直接可動部１２に伝わることを防止し、可動部１２が熱によって劣化することを抑制できるようになっている。なお、このような作用を得るためには、Ｒ１≧Ｒ２となっていればよい。また、上記したように、ヒータ接続部１３が肉厚となっており、その体積が大きくなっているので、ヒータ接続部１３の熱容量が増大し、可動部１２に対する遮熱効果が増大する。

ヒータ支持部材１０のハウジング接続部１１より後端側は、円筒状に後端側に向けて延在しており、その後端側端部には、素子押え３１が固着されている。素子押え３１より先端側のヒータ支持部材１０の後端側部内には、絶縁部材４０を介して圧力検出素子３０が設けられている。この圧力検出素子３０としては、例えば圧電素子等を使用することができる。また、素子押え３１は、例えば、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ等）、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ６３０等）等の高強度の金属から構成されている。

上記の素子押え３１の中央には、貫通孔３２が形成されており、この貫通孔３２を貫通するように、棒状に形成された導電性の中軸３３が設けられている。この中軸３３の先端部には、径大となるフランジ部３４が形成されており、このフランジ部３４が圧力検出素子３０とヒータ２０の後端部との間に介在するように配置され、ヒータ２０から伝達された燃焼圧力は、このフランジ部３４及びフランジ部３４と圧力検出素子３０との間に設けられた絶縁部材４１を介して圧力検出素子３０に伝達されるようになっている。また、中軸３３は、導電性のリング部材３５を介してヒータ２０の導電性セラミック２２と電気的に接続され、この中軸３３を介してヒータ２０に電力が供給されるようになっている。なお、中軸３３は、図２に示すヒータ通電線８と電気的に接続され、圧力検出素子３０は、信号出力線９と電気的に接続されて、ハウジング１の外部に電気的に導出されている。

上記したように、本実施形態では、ヒータ支持部材１０のハウジング接続部１１より後端側に圧力検出素子３０が設けられている。これによって、圧力検出素子３０が燃焼ガスの熱的影響により劣化することを抑制することができる。すなわち、燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００において、燃焼室内からの燃焼ガスは、ヒータ支持部材１０とハウジング１との間の間隙から、ハウジング接続部１１の先端側まで入り込む。このため、ハウジング接続部１１より先端側では、燃焼ガスの熱的影響を大きく受けるが、ハウジング接続部１１より後端側では燃焼ガスの熱的影響が小さくなる。この燃焼ガスの熱的影響が小さいハウジング接続部１１より後端側に圧力検出素子３０を設けることによって、圧力検出素子３０に対する燃焼ガスの熱的影響を軽減することができる。

なお、図１において、ハウジング接続部１１より後端側に隣接する部分１４は、ヒータ支持部材１０の後端側部のうち他の部分よりも厚肉で且つ径大の圧入部であり、ハウジング１の後端側ハウジング３内にこの圧入部１４を圧入することにより、後端側ハウジング３（ハウジング１）の軸線とヒータ支持部材１０の軸線とが一致するように、後端側ハウジング３とヒータ支持部材１０とが固定される。

上記構成の燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００では、図２に示すように、ヒータ２０の先端部が、ハウジング１の先端部から突出した状態となっている。そして、グロープラグ１００を図示しない機関のプラグ取り付け孔内に挿入し、ねじ部４を機関の取り付けねじに締め付けてシート面７を機関に当接させることにより、気密性を確保する。この状態で、ヒータ２０の先端側が燃焼室内に位置するように内燃機関に取り付けられ、ヒータ２０に通電して発熱させることによって内燃機関の始動を補助する。

そして、ヒータ２０先端面（受圧面）２３に燃焼圧が加わると、可動部１２が弾性的に変形する（撓む）ことにより、ヒータ２０が後方に向けて軸方向に変位し、圧力検出素子３０が押圧されることにより、圧力検出信号が検出される。なお、圧力検出素子３０より後端側のハウジング１内には、圧力検出素子３０からの出力信号を処理するための電子回路（図示せず。）が搭載され、この電子回路の信号は、信号出力線９を介してＥＣＵなどの制御機器に入力され、機関（エンジン）内における燃焼圧の変化が検知される。

このような状態で長期間に亘り燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００が使用されると、ハウジング１の内側とヒータ支持部材１０の外側との間の間隙に、燃焼室で発生した煤が詰まる場合がある。しかしながら、燃焼圧力センサ付きグロープラグ１００では、弾性的に変形する可動部１２全体がハウジング１の外側に位置するように設けられているので、煤の詰まりによって可動部１２の可動性が損なわれることはない。これによって、長期に亘って高精度な燃焼圧力検出を行うことが可能となる。

また、機関に当接されて気密性を確保するシート面７を構成する先端側ハウジング２と、可動部１２とは、別部材で構成されているので、ねじ部４を機関の取り付けねじに締め付け、シート面７が機関と密接されて先端側ハウジング２が撓むように変形した場合でも、その撓みが圧力検出結果に与える影響を軽減することができる。さらに、燃焼による機関のヘッド部分の歪みが圧力検出結果に与える影響を軽減することができる。したがって、高精度な燃焼圧力検出を行うことが可能となる。

上記圧力検出素子３０としては、圧電素子以外に例えば、Ｓｉ素子、ＳＯＩ素子から構成され、圧力が加わった際の歪みに応じた電気信号を出力するように構成されているものでも良い。この圧力検出素子３０を構成する場合、ガラス、金属等からなる基板に、Ｓｉ素子、ＳＯＩ素子等の素子を接合した構造とすることができる。素子の表面にはピエゾ抵抗体が形成され、素子が押圧された際の抵抗値の変化から圧力を検出する。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等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言うまでもない。

本発明の実施形態に係る燃焼圧力センサ付きグロープラグの要部構成を示す図。 本発明の実施形態に係る燃焼圧力センサ付きグロープラグの全体構成を示す図。

符号の説明

１……ハウジング、２……先端側ハウジング、３……後端側ハウジング、４……ねじ部、５……工具係合部、６……開口部、７……シート面、８……ヒータ通電線、９……信号出力線、１０……ヒータ支持部材、１１……ハウジング接続部、１２……可動部、１３……ヒータ接続部、１４……圧入部、２０……ヒータ、２１……絶縁性セラミック、２２……導電性セラミック、２３……先端面（受圧面）、３０……圧力検出素子、３１……素子押え、３２……貫通孔、３３……中軸、３４……フランジ部、３５……リング部材、４０，４１……絶縁部材、１００……燃焼圧力センサ付きグロープラグ。

Claims (6)

1. 筒状に形成され、軸方向先端側に機関と密接するシート面を有し、当該シート面より軸方向後端側の外周面に機関取り付け用のねじ部を有するハウジングと、
   圧力検出素子と、
   先端側が前記ハウジングの先端部から突出し、後端側が前記ハウジング内に収容されるように設けられたヒータであって、先端面が受圧面とされ、前記圧力検出素子に燃焼圧を伝達するヒータと、
   前記ヒータを前記ハウジングに対して支持するヒータ支持部材であって、全体が前記シート面より先端側に位置するように設けられ前記受圧面に印加される燃焼圧に応じて弾性的に変形することにより前記ヒータを軸方向に変位させる筒状の可動部と、前記可動部より先端側に設けられ前記ヒータと接続されるヒータ接続部と、前記シート面より後端側で前記ハウジングと接続されるハウジング接続部とを具備したヒータ支持部材と
   を具備したことを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
2. 請求項１記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
   前記圧力検出素子が、前記ヒータ支持部材の前記ハウジング接続部より後端側に設けられていることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
3. 請求項１又は２記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
   前記可動部は、軸方向先端側から見たときに、当該可動部より先端側に設けられた部材によって隠れて見えない位置に設けられていることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
4. 請求項１〜３いずれか1項記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
   前記ヒータ支持部材の前記可動部は、当該可動部以外の当該ヒータ支持部材の部位より薄肉とされた薄肉部から構成されていることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
5. 請求項１〜３いずれか1項記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
   前記ヒータ支持部材の前記可動部は、ベローズにより構成されていることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。
6. 請求項１〜５いずれか1項記載の燃焼圧力センサ付きグロープラグにおいて、
   前記ヒータ支持部材の前記可動部は、当該可動部以外の当該ヒータ支持部材の部位よりヤング率が低い部材から構成されていることを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。

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