JP2014206356A - 燃焼圧センサ付きグロープラグ - Google Patents
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Description
しかし、このように弾性変形可能な接続部材を用いた場合には、この接続部材の弾性によって、ヒータ部に軸線方向の荷重が掛かり、燃焼圧の検知に影響を与えてしまう。しかも、この荷重は、グロープラグ毎にばらつきが大きく、キャリブレーションを行っても、その影響を吸収することが難しい。
このような接触導通機構を用いることにより、前述の弾性変形可能な接続部材を用いたグロープラグのように、接続部材の弾性による軸線方向の荷重をヒータ部に掛けることがない。このため、この軸線方向の荷重による燃焼圧の検知への影響やグロープラグ毎のばらつきを抑えることができ、燃焼圧を適切に検知可能な燃焼圧センサ付きグロープラグとなる。
なお、直線運動軸受機構としては、例えば、リニアモーションボールベアリング、リニアブッシュ、リニアベアリング、リニアボールベアリング、リニアローラーベアリングなど、いわゆる直動軸受と呼ばれる機構が挙げられる。
このように、ヒータ側後端部を直線運動軸受機構の一部として用いることで、より小型で安価に直線運動軸受機構を構成することができる。
このような直線運動軸受機構としては、具体的には、例えば、丸棒状のヒータ側後端部と、このヒータ側後端部に径方向外側から多点接触するボールベアリングとで構成される軸受機構などが挙げられる。
なお、ヒータ側後端部の形状は、丸棒状のものに限られず、例えば、四角棒状など、多角形棒状であっても良い。
このような第1接触部及び第2接触部を設けた摺動接触機構を用いることにより、接触導通機構をより簡易に実現することができる。
なお、径方向からの接触には、その接触の仕方によって、径方向外側からの接触と、径方向内側からの接触の両方が考えられる。例えば、弾性的に接触し摺動する場合としては、(1)外部接続端子等に設けた板ばね状の第2接触部を、ヒータ部等に設けた棒状の第1接触部に径方向外側から弾性的に接触摺動させるものが挙げられる。また、(2)外部接続端子等に設けた板ばね状の第2接触部を、ヒータ部等に設けた筒状の第1接触部に径方向内側から弾性的に接触摺動させるものも挙げられる。また、これらとは逆に、(3)ヒータ部等に設けた板ばね状の第1接触部を、外部接続端子等に設けた棒状の第2接触部に径方向外側から弾性的に接触摺動させるものや、(4)ヒータ部等に設けた板ばね状の第1接触部を、外部接続端子等に設けた筒状の第2接触部に径方向内側から弾性的に接触摺動させるものなども挙げられる。
このような弾性接触部を設けることにより、ヒータ部が軸線方向に変位しても、ヒータ側後端部と第2接触部の弾性接触部との接触を確実に維持しつつ摺動することができる。
なお、弾性接触部を有する第2接触部としては、例えば、板ばね状をなして、1点または多点で接触するものが挙げられる。
これにより、ヒータ部が軸線方向に変位しても、ヒータ側後端部と嵌合接触部との接触を確実に維持しつつ摺動することができる。
以下、本発明の第1の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。まず、図1〜図3を参照して、本実施形態1に係る燃焼圧センサ付きグロープラグ1の構造について説明する。図1は、グロープラグ1全体の縦断面図である。また、図2は、その圧力センサ部分を拡大した拡大断面図であり、図3は、後端部分の拡大断面図である。
なお、これら図1等において、グロープラグ1の軸線AXに沿う軸線方向HJのうち、ヒータ130が配置された側(図中下側)を先端側GSとし、これと反対側(図中上側)を後端側GKとして説明する。
なお、円筒部151の内側には、内筒190の先端部190sとヒータ130のシースチューブ131とを連結する連結部材であるメンブレン170が収容されている。すなわち、先端キャップ150は、ヒータ130、中軸120及び圧力センサ200を、主体金具110及び内筒190内に収容し、さらに、メンブレン170を内筒190の先端部190s及びヒータ130のシースチューブ131に溶接により連結した後に、内筒190の先端部190sに外嵌され、フランジ部191に溶接されている。
また、先端キャップ150の先端側GSには、先端150sに向かって縮径する形状のテーパ部152が形成されている。グロープラグ1を内燃機関に取り付けた際には、テーパ部152が、内燃機関のプラグ取り付け孔の所定のシート面に密接し、燃焼室内からの気密が確保される。
以上のように、主体金具110、内筒190のフランジ部191及び先端部190s並びに先端キャップ150は一体とされて、グロープラグ1のハウジング100をなしている。
シースチューブ131は、ニッケル合金やステンレス鋼等によって形成され、軸線方向HJに自身のチューブ先端部131sからチューブ後端部131kまで延び、チューブ先端部131sが半球状に閉塞した筒状チューブである。
また、シースチューブ131内の先端部分には、チューブ先端部131sに接合された発熱コイル132と、この発熱コイル132の後端に直列接続された制御コイル133とが配置され、これらの周囲に酸化マグネシウム粉末等の絶縁粉末が充填されている。さらに、シースチューブ131内には、次述する中軸120の軸線方向HJ先端側GSの略半分が挿入され、その先端の中軸先端部120sは、制御コイル133の後端に導通している。
これにより、メンブレン170を介して、ヒータ130のシースチューブ131とハウジング100(内筒190の先端部190s)とが導通される。加えて、ヒータ130と内筒190の先端部190sが、メンブレン170で弾性的に連結されることで、ヒータ130は、ハウジング100に保持され、かつ、このメンブレン170の弾性によって、軸線方向HJの変位が許容されている。そして、次述するように、ヒータ130の軸線方向HJの変位は、ヒータ130と一体とされた伝達スリーブ220によってセンサ本体210に伝達される。
このセンサ本体210のダイアフラム体214は、略円筒状をなす内周部211及び外周部212とこれらの間に架け渡され薄肉とされた環状のダイアフラム部213とからなり、内周部211の内側には、中軸120が環状の隙間を介して挿通されている。また、外周部212は内筒190の後端部190kに結合され、内周部211は伝達スリーブ220の後端部220kに結合されている。
そして、この端子カバー260の内側には、外部からヒータ130への給電を受け入れる金属製の外部接続端子160及びこれを取り囲んで配置された端子アセンブリ250が配置されており、これらは、その一部を、端子カバー260の後端部260kから軸線方向HJ後端側GKに突出させた状態で収容されている。なお、外部接続端子160には、上記給電のための接続に用いる接続孔160hが形成されている。
なお、端子カバー260の後端部260kは縮径され、これにより、段部261が形成されている。端子アセンブリ250も同様に、後端部250kが縮径した形態とされ、端子カバー260の段部261に、端子アセンブリ250の外周に形成された肩部251が係合している。
また、外部接続端子160の軸線方向HJ先端側GSには、径方向外側に向けて拡径した拡径部161が形成され、この拡径部161は、端子アセンブリ250の内側に形成された段部252に係合している。
このような接触導通機構10を用いることにより、ヒータ130及び中軸120に軸線方向HJの荷重を掛けることがないので、この軸線方向HJの荷重による燃焼圧の検知への影響やグロープラグ毎のばらつきを抑えることができ、燃焼圧を適切に検知可能な燃焼圧センサ付きグロープラグ1となる。
このように、中軸後端部120kを直線運動軸受機構10の一部として用いることで、より小型で安価に直線運動軸受機構10を構成することができる。
次いで、本発明の第2の実施の形態を、図4を参照しつつ説明する。図4は、本実施形態2に係る燃焼圧センサ付きグロープラグ1Aの後端部分の拡大断面図である。実施形態1のグロープラグ1では、接触導通機構として、中軸後端部120k、外部接続端子160の筒部162の先端部162s及びボールベアリングのボール163からなる直線運動軸受機構10を用いていた。これに対し、本実施形態2のグロープラグ1Aでは、実施形態1とは異なり、接触導通機構として、中軸後端部120kに径方向HRから弾性的に接触する金属の板ばね部164を備える摺動接触機構10Aを用いている。
なお、本実施形態2及びその他の実施形態において、ヒータ130や圧力センサ200等の接触導通機構以外の構造は、実施形態1のグロープラグ1と同様であるので、これらについては説明を省略する。
なお、板ばね部164は、弾性接触部165で中軸後端部120kに接触すると共に、中軸後端部120kと板ばね部164とは、この接触を維持しつつ、中軸後端部120kが板ばね部164に対し軸線方向HJに摺動する。また、板ばね部164及びその弾性接触部165と中軸後端部120kとで、接触導通機構である摺動接触機構10Aが構成されている。また、ヒータ130、中軸120、外部接続端子160及び摺動接触機構10Aで、これらを導通する導通経路が形成されている。
これにより、ヒータ130及び中軸120と外部接続端子160とが、接触導通機構10Aにより径方向HRに接触導通して、互いに電気的に導通している。また、これと共に、ヒータ130及び中軸120の軸線方向HJの変位が許容され、ヒータ130及び中軸120が軸線方向HJに変位しても、中軸120と外部接続端子160との導通が維持される。
本実施形態2のグロープラグ1Aにおいて、中軸後端部120kがヒータ側後端部及び第1接触部に相当し、弾性接触部165を有する外部接続端子160の板ばね部164が第2接触部に相当する。
このような接触導通機構10Aを用いることにより、実施形態1と同様、ヒータ130及び中軸120に軸線方向HJの荷重を掛けることがないので、この軸線方向HJの荷重による燃焼圧の検知への影響やグロープラグ毎のばらつきを抑えることができ、燃焼圧を適切に検知可能な燃焼圧センサ付きグロープラグ1となる。
このような中軸後端部120k(第1接触部)及び板ばね部164(第2接触部)を設けた摺動接触機構10Aを用いることにより、接触導通機構10Aをより簡易に実現することができる。
このような弾性接触部165を設けることにより、ヒータ130及び中軸120が軸線方向HJに変位しても、中軸後端部120k(第1接触部)と板ばね部164(第2接触部)との接触を確実に維持しつつ摺動することができる。
次いで、本発明の第3の実施の形態を、図5に示す。この図5は、本実施形態3に係る燃焼圧センサ付きグロープラグ1Bの後端部分の拡大断面図である。実施形態2のグロープラグ1Aでは、接触導通機構として、板ばね部164を1枚備え、この板ばね部164の弾性接触部165により、中軸後端部120kに1箇所で接触している摺動接触機構10Aを用いていた。これに対し、本実施形態3のグロープラグ1Bでは、接触導通機構として、板ばね部164(弾性接触部165)を複数備え、中軸後端部120kに複数箇所で接触している摺動接触機構10Bを用いている点で異なり、ヒータ部130、中軸120、外部接続端子160及び摺動接触機構10Bで、これらを導通する導通経路が形成されている。なお、本実施形態3では、板ばね部164を2枚備えて、中軸後端部120kの被接触部123に2箇所で接触する例を示したが、摺動接触機構10Bとして、さらに多くの板ばね部164(弾性接触部165)を備えていても良い。
次いで、本発明の第4の実施の形態を、図6を参照しつつ説明する。図6は、本実施形態4に係る燃焼圧センサ付きグロープラグ1Cの後端部分の拡大断面図である。実施形態2,3では、接触導通機構である摺動接触機構10A,10Bとして、板ばね部164を有していた。これに対し、本実施形態4のグロープラグ1Cでは、実施形態2,3の板ばね部164とは異なり、接触導通機構である摺動接触機構10Cとして、嵌合孔167をなす筒状の嵌合接触部168を有している。
なお、本実施形態4では、中軸後端部120kがヒータ側後端部及び第1接触部に相当し、嵌合接触部168が第2接触部に相当する。また、中軸後端部120k(第1接触部)と嵌合接触部168(第2接触部)とで、接触導通機構である摺動接触機構10Cが構成されている。また、ヒータ130、中軸120、外部接続端子160及び摺動接触機構10Cで、これらを導通する導通経路が形成されている。
これにより、ヒータ130及び中軸120と外部接続端子160とが、接触導通機構10Cにより径方向HRに接触導通して、互いに電気的に導通している。また、これと共に、ヒータ130及び中軸120の軸線方向HJの変位が許容され、ヒータ130及び中軸120が軸線方向HJに変位しても、中軸120と外部接続端子160との導通が維持される。
このような接触導通機構10Cを用いることにより、実施形態1〜3と同様、ヒータ130及び中軸120に軸線方向HJの荷重を掛けることがないので、この軸線方向HJの荷重による燃焼圧の検知への影響やグロープラグ毎のばらつきを抑えることができ、燃焼圧を適切に検知可能な燃焼圧センサ付きグロープラグ1となる。
これにより、ヒータ130及び中軸120が軸線方向HJに変位しても、中軸後端部120kと嵌合接触部168との接触を確実に維持しつつ摺動することができる。
また、このような中軸後端部120k及び嵌合接触部168を設けることにより、接触導通機構である摺動接触機構10Cをより簡易に実現することができる。
例えば、実施形態1〜4では、グロープラグ1は、ヒータ130として、シースヒータを備えたいわゆるメタルグロープラグを例示した。しかし、グロープラグとしては、これに限られず、ヒータとして、セラミックヒータを備えたいわゆるセラミックグロープラグを用いても良い。
また、実施形態1〜4では、圧力検知素子215としてピエゾ抵抗型素子を用いたが、圧力検知素子としては、圧電素子等を用いることもできる。
また、実施形態1では、ヒータ側後端部である中軸後端部120kの形状を丸棒状としたが、中軸後端部120kは軸状であれば良く、例えば、角棒状など、その断面が多角形をなすものであっても良い。
また、実施形態4では、摺動接触機構10Cとして、筒状の嵌合接触部168(第2接触部)を外部接続端子160に設ける一方、ヒータ側後端部である直円柱状(直棒状)の中軸後端部120k(第1接触部)に嵌合接触部168が径方向HR外側から接触する構成とした(図6参照)。しかし、これとは逆に、ヒータ側後端部である中軸後端部120kに筒状の嵌合接触部を設けて、この中軸後端部120kに設けた嵌合接触部(第1接触部)が、外部接続端子160に設けた直棒状の第2接触部に径方向HR外側から接触する構成としても良い。
しかし、ボール163を、外部接続端子160に導通する別の部材に設けても良く、また、ボール163を、中軸120に導通し従動する別の部材に接触導通させても良い。
また、実施形態2,3の板ばね部164や実施形態4の嵌合接触部168も、外部接続端子160と一体とされて、それぞれ中軸後端部120kに直接、径方向HRに接触導通していた。
しかし、中軸120と外部接続端子160を導通する導通経路中に、中軸120に導通し従動する別の部材や、外部接続端子160に導通する別の部材を有していても良く、接触導通機構は、中軸120またはこれに導通する部材と外部接続端子160またはこれに導通する部材とを、直接にまたはボールベアリングのボール163のような別部材を介して間接に、径方向HRに接触導通させるものであれば良い。
HJ 軸線方向
GS 先端側
GK 後端側
HR 径方向
1,1A,1B,1C 燃焼圧センサ付きグロープラグ(グロープラグ)
10 直線運動軸受機構(接触導通機構)
10A,10B,10C 摺動接触機構(接触導通機構)
100 ハウジング
110 主体金具(ハウジング)
120 中軸(ヒータ部)
120k 中軸後端部(ヒータ側後端部,第1接触部)
130 ヒータ(ヒータ部)
130s ヒータ先端部
150 先端キャップ(ハウジング)
150s (先端キャップ(ハウジング)の)先端
160 外部接続端子
162 筒部
162s (筒部の)先端部(直線運動軸受)
163 ボールベアリングのボール(直線運動軸受)
164 板ばね部(第2接触部)
165 弾性接触部
167 嵌合孔
168 嵌合接触部(第2接触部)
190 内筒
190s (内筒の)先端部(ハウジング)
191 フランジ部(ハウジング)
192 内筒本体(圧力センサ)
200 圧力センサ
210 センサ本体(圧力センサ)
215 圧力検知素子(検知素子)
220 伝達スリーブ(圧力センサ)
Claims (8)
- 自身の軸線に沿う軸線方向に延びる筒状のハウジングと、
自身のヒータ先端部を上記ハウジングの先端から突出させて、上記軸線方向に変位可能に上記ハウジング内に配置され、通電により上記ヒータ先端部が発熱するヒータ部と、
上記ヒータ部よりも上記軸線方向の後端側に位置し上記ハウジングと絶縁された状態でこれに固定された外部接続端子と、
上記ハウジングに対する上記ヒータ部の上記軸線方向の変位から燃焼圧を検知する圧力センサとを備え、
上記ヒータ部と上記外部接続端子とを導通する導通経路中に、
上記ヒータ部の上記軸線方向の変位を許容し、かつ、
上記ヒータ部またはこれに導通し従動する部材と上記外部接続端子またはこれに導通する部材とを、直接にまたはこれらとは別部材を介して間接に、上記軸線に直交する径方向に接触導通させて、上記ヒータ部が上記軸線方向に変位しても、上記導通経路の導通を維持する接触導通機構を有する
燃焼圧センサ付きグロープラグ。 - 請求項1に記載の燃焼圧センサ付きグロープラグであって、
前記接触導通機構は、
前記ヒータ部またはこれに導通し従動する部材を前記軸線方向に変位可能に支持する直線運動軸受機構である
燃焼圧センサ付きグロープラグ。 - 請求項2に記載の燃焼圧センサ付きグロープラグであって、
前記直線運動軸受機構は、
前記ヒータ部またはこれに導通し従動する部材のうち前記軸線方向後端側に位置し、軸状とされたヒータ側後端部と、
前記外部接続端子またはこれに導通する部材に設けた、上記ヒータ側後端部を挿入可能な直線運動軸受とからなる
燃焼圧センサ付きグロープラグ。 - 請求項1に記載の燃焼圧センサ付きグロープラグであって、
前記接触導通機構は、
前記ヒータ部またはこれに導通し従動する部材に設けられた第1接触部と、
前記外部接続端子またはこれに導通する部材に設けられた第2接触部とを含み、
上記第1接触部と上記第2接触部とは、一方が他方に前記径方向から接触し、かつ、この接触を維持しつつ、上記第1接触部が上記第2接触部に対し前記軸線方向に摺動する摺動接触機構である
燃焼圧センサ付きグロープラグ。 - 請求項4に記載の燃焼圧センサ付きグロープラグであって、
前記第1接触部は、
前記ヒータ部またはこれに導通し従動する部材のうち前記軸線方向後端側に位置するヒータ側後端部であり、
前記第2接触部は、
前記外部接続端子またはこれに導通する部材のうち前記軸線方向先端側に位置し、上記ヒータ側後端部に前記径方向から弾性的に接触する弾性接触部を有する
燃焼圧センサ付きグロープラグ。 - 請求項5に記載の燃焼圧センサ付きグロープラグであって、
前記第2接触部は、
金属の板ばね部である
燃焼圧センサ付きグロープラグ。 - 請求項5または請求項6に記載の燃焼圧センサ付きグロープラグであって、
前記第2接触部は、
前記弾性接触部を複数備え、前記ヒータ側後端部に複数箇所で接触してなる
燃焼圧センサ付きグロープラグ。 - 請求項4に記載の燃焼圧センサ付きグロープラグであって、
前記第1接触部は、
前記ヒータ部またはこれに導通し従動する部材のうち前記軸線方向後端側に位置し、直棒状とされたヒータ側後端部であり、
前記第2接触部は、
前記外部接続端子またはこれに導通する部材のうち前記軸線方向先端側に位置し、上記ヒータ側後端部とすきまばめに嵌合する嵌合孔をなし、上記ヒータ側後端部を径方向外側から包囲する筒状の嵌合接触部である
燃焼圧センサ付きグロープラグ。
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