JP2015190689A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】グロープラグのうち主体金具の収容孔の内周面とヒータ部のヒータ孔内部の外周面との隙間に煤が詰まり難い内燃機関を提供すること。【解決手段】内燃機関１０１を構成する圧力センサ付きグロープラグ１は、収容孔１０ｈを有する筒状の主体金具１０と、ヒータ突出部２０ｓ及びヒータ孔内部２０ｋを有する棒状のヒータ部２０と、センサ部５０とを備える。そして、横断面でのグローホール１１１の突出部包囲部１１６の内径ｄ１とヒータ突出部２０ｓの外径ｄ２との径差のうち最小径差をＢ＝ｍｉｎ（ｄ１−ｄ２）とし、横断面での収容孔１０ｈの一定内径部１０ｈｃの内径ｄ３とヒータ孔内部２０ｋの外径ｄ４との径差のうち最小径差をＣ＝ｍｉｎ（ｄ３−ｄ４）としたとき、Ｂ＜Ｃを満たす。【選択図】図５

Description

本発明は、圧力センサ付きグロープラグをエンジンヘッドのグローホール内に装着した内燃機関に関する。

従来より、内燃機関として、圧力センサ付きグロープラグをエンジンヘッドのグローホール内に取り付けた内燃機関が知られている。このうち圧力センサ付きグロープラグ（以下、単にグロープラグとも言う）は、内燃機関（ディーゼルエンジン）の燃焼室内における着火を促進する機能に加えて、燃焼圧を検知する機能を有する。即ち、このグロープラグは、燃焼室内の燃焼圧（燃焼ガス圧）をヒータ部で受圧させ、これに伴うヒータ部の変位を圧電素子や歪みセンサ（ゲージ）等を有するセンサ部によって検知する。

このグロープラグは、例えば、筒状の主体金具と、自身の先端側部分（以下、ヒータ突出部とも言う）が主体金具から突出し、自身の後端側部分（以下、ヒータ孔内部とも言う）が主体金具の収容孔内に配置された状態で、主体金具に保持された棒状のヒータ部と、センサ部とを有する。このうちヒータ部は、燃焼圧に応じて軸線方向に変位可能に配置されており、このヒータ部の変位をセンサ部で検知する。例えば特許文献１（特開２０１０−１３９１４８号公報）に、このようなグロープラグ及びこれを装着した内燃機関が開示されている（特許文献１の図６及びその説明箇所等を参照）。

特開２０１０−１３９１４８号公報

上述のグロープラグでは、主体金具にヒータ部を軸線方向に変位可能に保持させるために、ヒータ部のヒータ孔内部を主体金具から離間させている（ヒータ孔内部の外径を主体金具の収容孔の内径よりも小さくしている）。このため、主体金具の収容孔の内周面とヒータ孔内部の外周面との間には、隙間が形成されている。一方、グロープラグをエンジンヘッドのグローホール内に装着するべく、ヒータ部のヒータ突出部の外径をグローホールの内径よりも小さくしている。このため、グローホールの内周面とヒータ突出部の外周面との間にも、隙間が形成されている。

しかるに、燃焼ガスは、グローホールの内周面とヒータ突出部の外周面との隙間を通じて、主体金具の収容孔の内周面とヒータ孔内部の外周面との隙間にも届く。すると、主体金具の収容孔の内周面とヒータ孔内部の外周面との隙間に煤が詰まり易い。この隙間に煤が詰まると、ヒータ部が軸線方向に変位し難くなって、燃焼圧の検出感度が低下するおそれがある。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、グロープラグのうち主体金具の収容孔の内周面とヒータ部のヒータ孔内部の外周面との隙間に煤が詰まり難い内燃機関を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の一態様は、圧力センサ付きグロープラグをエンジンヘッドのグローホール内に装着してなる内燃機関であって、上記圧力センサ付きグロープラグは、軸線方向に貫通した収容孔を有する筒状の主体金具と、上記主体金具の先端よりも上記軸線方向の先端側に突出したヒータ突出部、及び、上記ヒータ突出部の上記軸線方向の後端側で、かつ上記主体金具の上記収容孔内に、上記主体金具とは離間しつつ配置されたヒータ孔内部を有し、上記軸線方向に変位可能に上記主体金具に保持された棒状のヒータ部と、上記ヒータ部の上記変位を検知するセンサ部と、を備え、上記収容孔は、先端開口端縁の上記軸線方向の後端側に続き、上記軸線方向に一定の内径を有する一定内径部を有し、上記グローホールのうち、上記ヒータ部の上記ヒータ突出部を径方向外側から囲む部位を突出部包囲部とし、上記突出部包囲部及び上記ヒータ突出部における、上記軸線方向に直交する横断面での、上記突出部包囲部の内径ｄ１と上記ヒータ突出部の外径ｄ２との径差（ｄ１−ｄ２）のうち、最小径差をＢ＝ｍｉｎ（ｄ１−ｄ２）とし、上記一定内径部及び上記ヒータ孔内部における上記横断面での、上記一定内径部の内径ｄ３と上記ヒータ孔内部の外径ｄ４との径差（ｄ３−ｄ４）のうち、最小径差をＣ＝ｍｉｎ（ｄ３−ｄ４）としたとき、上記突出部包囲部、上記ヒータ突出部、上記一定内径部、及び上記ヒータ孔内部を、Ｂ＜Ｃを満たす形態としてなる内燃機関である。

この内燃機関では、グローホールの突出部包囲部の内径ｄ１とヒータ部のヒータ突出部の外径ｄ２との最小径差Ｂと、収容孔の一定内径部の内径ｄ３とヒータ部のヒータ孔内部の外径ｄ４との最小径差Ｃについて、Ｂ＜Ｃを満たす。つまり、この内燃機関では、グローホールの突出部包囲部の内周面とヒータ部のヒータ突出部の外周面との隙間よりも、収容孔の一定内径部の内周面とヒータ部のヒータ孔内部の外周面との隙間の方が大きくなる。

煤は、隙間を小さくした部分に詰まり易く、隙間を大きくした部分には詰まり難い。従って、上述のようにＢ＜Ｃを満たす形態とすることで、隙間が相対的に大きい、収容孔の一定内径部の内周面とヒータ部のヒータ孔内部の外周面との隙間には、煤が詰まり難くなる。よって、この内燃機関では、収容孔の一定内径部の内周面とヒータ部のヒータ孔内部の外周面との隙間に煤が詰まることに起因して、ヒータ部が軸線方向に変位し難くなって燃焼圧の検出感度が低下するのを防止できる。
なお、グローホールの突出部包囲部の内周面とヒータ部のヒータ突出部の外周面との隙間は、相対的に小さい。但し、突出部包囲部及びヒータ突出部は、燃焼室に近く高温になるので、これらの隙間に煤が溜まっても、熱により燃焼して消失する。このため、これらの隙間に煤は詰まり難い。

なお、径差（ｄ１−ｄ２）は、突出部包囲部及びヒータ突出部を、軸線方向に直交する各横断面で見たときの径差である。従って、最小径差Ｂ＝ｍｉｎ（ｄ１−ｄ２）は、内径ｄ１の最も小さい値と外径ｄ２の最も大きい値との差ではなく、横断面における径差（ｄ１−ｄ２）を、軸線方向に移動しつつ測定したときに得られる最も小さい値を指す。
同様に、 径差（ｄ３−ｄ４）は、一定内径部及びヒータ孔内部を、軸線方向に直交する各横断面で見たときの径差である。従って、最小径差Ｃ＝ｍｉｎ（ｄ３−ｄ４）は、内径ｄ３の最も小さい値と外径ｄ４の最も大きい値との差ではなく、横断面における径差（ｄ３−ｄ４）を、軸線方向に移動させつつ測定したときに得られる最も小さい値を指す。

「ヒータ部」としては、例えば、絶縁性のセラミックからなるセラミック基体及び発熱抵抗体を一体化させたセラミックヒータ本体と、このセラミックヒータ本体を自身の内側に保持した筒状で金属製の外筒とを有するセラミックヒータ部が挙げられる。更に、セラミックヒータ本体としては、例えば、発熱抵抗体をセラミック基体の内部に埋設した形態が挙げられる。また、発熱抵抗体としては、例えば、導電性のセラミックやＷ（タングステン）などの金属からなるものが挙げられる。また、「ヒータ部」として、軸線方向の先端が閉じ後端が開口した有底筒状で金属製のシーズチューブと、このシーズチューブ内に配置された発熱コイルとを有するシーズヒータ部も挙げられる。

「センサ部」としては、例えば、歪みセンサ（歪みゲージ）、ピエゾ抵抗体を有する半導体歪みゲージ、圧電素子などの変位センサ、及び、ヒータ部の変位を変位センサに導く部材を含む構成としたものが挙げられる。

更に、上記の内燃機関であって、前記ヒータ部は、絶縁性のセラミックからなるセラミック基体及び発熱抵抗体を一体化させたセラミックヒータ本体と、上記セラミックヒータ本体を自身の内側に保持した筒状で金属製の外筒と、を有するセラミックヒータ部であり、上記外筒は、少なくとも前記収容孔の前記一定内径部の内側に前記軸線方向の全体にわたって位置し、前記外径ｄ２は、上記セラミックヒータ本体または上記外筒のうち前記ヒータ突出部の外周面をなす部位の外径であり、前記外径ｄ４は、上記外筒のうち前記ヒータ孔内部をなす部位の外径である内燃機関とすると良い。

この内燃機関では、ヒータ部がセラミックヒータ本体及び外筒を有するセラミックヒータ部であり、このうち外筒は、少なくとも収容孔の一定内径部の内側に軸線方向の全体にわたって位置している。このように一定内径部の内側に外筒が存在する形態では、ヒータ孔内部の外径ｄ４が大きくなりがちで、最小径差Ｃ＝ｍｉｎ（ｄ３−ｄ４）が小さくなりがちである。しかし、この内燃機関では、前述のように、Ｂ＜Ｃを満たす形態としているので、収容孔の一定内径部の内側に外筒が存在するにも拘わらず、収容孔の一定内径部の内周面とヒータ部のヒータ孔内部の外周面との隙間に煤が詰まり難くなる。

或いは、前記の内燃機関であって、前記ヒータ部は、前記軸線方向の先端が閉じ後端が開口した有底筒状で金属製のシーズチューブと、上記シーズチューブ内に配置された発熱コイルと、を有するシーズヒータ部であり、前記外径ｄ２は、上記シーズチューブのうち前記ヒータ突出部をなす部位の外径であり、前記外径ｄ４は、上記シーズチューブのうち前記ヒータ孔内部をなす部位の外径である内燃機関とすると良い。

この内燃機関では、ヒータ部がシーズチューブ内に発熱コイルを配置したシーズヒータ部である。このようなシーズヒータ部を有する内燃機関でも、前述のように、Ｂ＜Ｃを満たす形態とすることで、収容孔の一定内径部の内周面とヒータ部のヒータ孔内部の外周面との隙間に煤が詰まり難くなる。

実施形態１に係る内燃機関のうち、圧力センサ付きグロープラグ近傍の部位の部分断面図である。 実施形態１に係り、圧力センサ付きグロープラグのうち、ヒータ突出部近傍の部位を拡大した拡大縦断面図である。 実施形態１に係り、圧力センサ付きグロープラグのうち、ヒータ孔内部近傍の部位を拡大した拡大縦断面図である。 実施形態１に係り、圧力センサ付きグロープラグのうち、接続リング及び中軸先端部近傍の部位を拡大した拡大縦断面図である。 実施形態１に係る内燃機関のうち、グローホールの座面近傍の部位を拡大した拡大断面図である。 実施形態２に係る内燃機関のうち、圧力センサ付きグロープラグ近傍の部位の部分断面図である。 実施形態２に係り、圧力センサ付きグロープラグのうち、ヒータ突出部近傍の部位を拡大した拡大縦断面図である。 実施形態２に係り、圧力センサ付きグロープラグのうち、ヒータ孔内部の先端側近傍の部位を拡大した拡大縦断面図である。 実施形態２に係り、圧力センサ付きグロープラグのうち、ヒータ孔内部の後端側近傍の部位を拡大した拡大縦断面図である。 実施形態２に係る内燃機関のうち、グローホールの座面近傍の部位を拡大した拡大断面図である。

（実施形態１）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１及び図５に、本実施形態１に係る内燃機関（ディーゼルエンジン）１０１を示す。また、図２〜図４に、圧力センサ付きグロープラグ１（以下、単にグロープラグ１とも言う）を示す。なお、図１〜図５において、グロープラグ１及びその主体金具１０の軸線ＡＸに沿う方向を軸線方向ＨＪとし、軸線方向ＨＪのうち、セラミックヒータ部（ヒータ部）２０が配置された側（図中下側）を先端側ＧＳ、これと反対側（図中上側）を後端側ＧＫとする。

内燃機関１０１（図１及び図５参照）は、ピストン、クランクなどが収容されたエンジンブロック（図示外）と、これに取り付けられたエンジンヘッド１１０とを有する。エンジンヘッド１１０には、図示しない吸気ポート、排気ポート、冷却水通路などが設けられている。また、エンジンヘッド１１０には、図示しないノズル装着孔が設けられており、これに燃料噴射装置が挿通されて固定されている。更に、このエンジンヘッド１１０には、グローホール１１１が設けられており、これにグロープラグ１が挿通されて固定されている。

まず、グロープラグ１について説明する（図１〜図４）。グロープラグ１は、内燃機関１０１の燃料の着火促進を図ることに加えて、燃焼室内の燃焼圧（燃焼ガス圧）を検知する。このグロープラグ１は、主体金具１０、セラミックヒータ部２０、保持部材４０、センサ部５０等から構成されている。
このうち主体金具１０は、軸線方向ＨＪに貫通した収容孔１０ｈを有する筒状で金属製（具体的には炭素鋼製）の部材である。収容孔１０ｈは、先端側ＧＳで細くされており、この先端側ＧＳの部位には、面取りされた先端開口端縁１０ｈｓの後端側ＧＫに続き、軸線方向ＨＪに一定の内径ｄ３を有する一定内径部１０ｈｃが設けられている。本実施形態１では、この一定内径部１０ｈｃの内径ｄ３は、ｄ３＝６．０ｍｍである。

また、主体金具１０は、先端側ＧＳに位置する筒状の先端キャップ部材１１と、後端側ＧＫに位置する筒状の後端キャップ部材１８と、これらの間に位置して軸線方向ＨＪに延びる筒状の金具本体部材１７とからなる（図１参照）。先端キャップ部材１１の後端部１１ｋと金具本体部材１７の先端部１７ｓとは、後述するセンサ支持部材５３のフランジ部５３ｃを介して接合（具体的には溶接）されている（図３参照）。金具本体部材１７の後端部１７ｋと後端キャップ部材１８の先端部１８ｓも、接合（具体的には溶接）されている（図１参照）。

先端キャップ部材１１（図３参照）は、先端側ＧＳに向かうほど径小の先細り形状をなす筒状の先端側部１２と、これよりも後端側ＧＫに位置し、一定の外径を有する筒状の後端側部１３とからなる。先端側部１２のテーパ状をなす外周面１２ｍは、後述するように、グロープラグ１をエンジンヘッド１１０に取り付けた際に、グローホール１１１の座面１１３ｎ（図５参照）に圧接されて、燃焼室ＮＳ内の気密性を確保する。

また、図１に示すように、主体金具１０のうち、金具本体部材１７の後端側ＧＫの部位には、このグロープラグ１をエンジンヘッド１１０に取り付けるための雄ネジを有する取付部１７ｄが設けられている。また、後端キャップ部材１８のうち後端側ＧＫの部位には、断面形状が六角形状で、このグロープラグ１をエンジンヘッド１１０に取り付ける際に工具を係合させる工具係合部１８ｅが設けられている。また、この後端キャップ部材１８には、後端キャップ部材１８の後端１８ｂよりも後端側ＧＫに突出する形態で、円筒状をなす配線取出用の樹脂部材１９が装填されている。

次に、セラミックヒータ部２０について説明する。セラミックヒータ部２０は、先端側ＧＳの部位及び後端側ＧＫの部位が、それらの間の中間部位よりもそれぞれ細くされた棒状をなす。このため、後述するように、ヒータ突出部２０ｓの外径ｄ２は、その後端側ＧＫの部位（後端側部２０ｓｂ）の外径ｄ２２よりも、先端側ＧＳの部位（先端側部２０ｓａ）の外径ｄ２１が小さい（ｄ２１＜ｄ２２）（図２参照）。また、ヒータ孔内部２０ｋの外径ｄ４は、その先端側ＧＳの部位（先端側部２０ｋａ）の外径ｄ４１よりも、後端側ＧＫの部位（後端側部２０ｋｂ）の外径ｄ４２の外径が小さい（ｄ４２＜ｄ４１）（図３参照）。また、ヒータ突出部２０ｓの先端側ＧＳの部位（先端側部２０ｓａ）の外径ｄ２１と、ヒータ孔内部２０ｋの後端側ＧＫの部位（後端側部２０ｋｂ）の外径ｄ４２は、等しく（ｄ２１＝ｄ４２）、ヒータ突出部２０ｓの後端側ＧＫの部位（後端側部２０ｓｂ）の外径ｄ２２と、ヒータ孔内部２０ｋの先端側ＧＳの部位（先端側部２０ｋａ）の外径ｄ４１は、等しい（ｄ２２＝ｄ４１）。

このセラミックヒータ部２０は、セラミックヒータ本体２１と外筒３１とから構成される。このうちセラミックヒータ本体２１は、軸線方向ＨＪに延びる丸棒状で、先端が半球状に曲面加工された形状を有するセラミック製のヒータである。具体的には、このセラミックヒータ本体２１は、絶縁性セラミック（具体的には窒化珪素質セラミック）からなるセラミック基体２６の内部に、導電性セラミック（具体的には導電成分として炭化タングステンを含有する窒化珪素質セラミック）からなる発熱抵抗体２７が埋設されている。

この発熱抵抗体２７は、発熱部２７ｃと、一対のリード部２７ｄ，２７ｅと、一対の電極取出部２７ｆ，２７ｇとからなる。発熱部２７ｃ（図２参照）は、先端側ＧＳに配置されて、Ｕ字状に曲げ返された形状をなし、通電時に高温に発熱する。また、一対のリード部２７ｄ，２７ｅ（図２〜図４参照）は、発熱部２７ｃの両端に繋がり、後端側ＧＫに向けて互いに平行に延びる。また、一対の電極取出部２７ｆ，２７ｇ（図３及び図４参照）は、後端側ＧＫで一対のリード部２７ｄ，２７ｅとそれぞれ繋がる一方、セラミック基体２６の外周面２６ｍに露出する。一方の電極取出部２７ｇは、他方の電極取出部２７ｆよりも後端側ＧＫに配置されている。

また、外筒３１（図２〜図４参照）は、軸線方向ＨＪに延びる円筒状で金属製の部材である。この外筒３１は、筒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の外筒本体３７と、この外筒本体３７の内周面上にＡｕメッキで形成された金属層３８とから構成される。この外筒３１は、その内部（径方向内側）に圧入（締まり嵌め）によりセラミックヒータ本体２１を保持する。具体的には、セラミックヒータ本体２１のうち、本体先端部２１ｓ（図２参照）が外筒３１の先端３１ａよりも先端側ＧＳに突出し、本体後端部２１ｋ（図３及び図４参照）が外筒３１の後端３１ｂよりも後端側ＧＫに突出し、本体先端部２１ｓと本体後端部２１ｋとの間に位置する本体中間部２１ｃ（図２〜図４参照）が外筒３１の径方向内側に配置される形態で、外筒３１がセラミックヒータ本体２１を保持している。これにより、セラミックヒータ本体２１の一方の電極取出部２７ｆが、外筒３１の金属層３８に当接して外筒３１と電気的に接続される。

これらセラミックヒータ本体２１及び外筒３１からなるセラミックヒータ部２０は、軸線方向ＨＪに変位可能に主体金具１０に保持されている。具体的には、ヒータ突出部２０ｓ（図２参照）が主体金具１０の先端１１ｓａよりも先端側ＧＳに突出し、ヒータ孔内部２０ｋ（図３及び図４参照）が主体金具１０の収容孔１０ｈ内に主体金具１０とは離間しつつ配置された状態で、後述する保持部材４０、変位伝達部材５１及びセンサ支持部材５３等を介して、主体金具１０に軸線方向ＨＪに変位可能に保持されている。

ヒータ突出部２０ｓのうち、先端側ＧＳに位置する先端側部２０ｓａは、外筒３１がなく、セラミックヒータ本体２１の本体先端部２１ｓのみからなる（本体先端部２１ｓがヒータ突出部２０ｓの外周面２０ｓｍをなす）。ヒータ突出部２０ｓの外径ｄ２のうち、この先端側部２０ｓａの外径ｄ２１は、軸線方向ＨＪに一定であり、ｄ２１＝３．１ｍｍである。
一方、ヒータ突出部２０ｓのうち、先端側部２０ｓａの後端側ＧＫに位置する後端側部２０ｓｂは、セラミックヒータ本体２１の本体中間部２１ｃと、外筒３１のうち主体金具１０の先端１１ｓａよりも先端側ＧＳに突出する外筒先端側部３１ｓとからなる。ヒータ突出部２０ｓの外径ｄ２のうち、この後端側部２０ｓｂの外径ｄ２２は、軸線方向ＨＪに一定であり、先端側部２０ｓａの外径ｄ２１よりも大きく（ｄ２２＞ｄ２１）、ｄ２２＝４．０ｍｍである。

また、ヒータ孔内部２０ｋのうち、先端側ＧＳに位置する先端側部２０ｋａは、セラミックヒータ本体２１の本体中間部２１ｃと、外筒３１のうち主体金具１０の収容孔１０ｈ内に位置する外筒後端側部３１ｋとからなる。ヒータ孔内部２０ｋの外径ｄ４のうち、この先端側部２０ｋａの外径ｄ４１は、軸線方向ＨＪに一定であり、ヒータ突出部２０ｓの後端側部２０ｓｂの外径ｄ２２と等しく（ｄ４１＝ｄ２２）、ｄ４１＝４．０ｍｍである。
一方、ヒータ孔内部２０ｋのうち、後端側ＧＫに位置する後端側部２０ｋｂは、外筒３１がなく、セラミックヒータ本体２１の本体後端部２１ｋのみからなる。ヒータ孔内部２０ｋの外径ｄ４のうち、この後端側部２０ｋｂの外径ｄ４２は、軸線方向ＨＪに一定であり、ヒータ突出部２０ｓの先端側部２０ｓａの外径ｄ２１と等しく（ｄ４２＝ｄ２１）、ｄ４２＝３．１ｍｍである。

主体金具１０のうち収容孔１０ｈの一定内径部１０ｈｃの内側には、軸線方向ＨＪの全体にわたってヒータ孔内部２０ｋの先端側部２０ｋａが配置されている（軸線方向ＨＪの全体にわたって外筒３１の外筒後端側部３１ｋが配置されている）。前述のように、収容孔１０ｈの一定内径部１０ｈｃは、内径ｄ３＝６．０ｍｍである。従って、一定内径部１０ｈｃ及びヒータ孔内部２０ｋにおける、軸線方向ＨＪに直交する横断面での、一定内径部１０ｈｃの内径ｄ３とヒータ孔内部２０ｋの外径ｄ４との径差（ｄ３−ｄ４）は、軸線方向ＨＪの位置に拘わらず一定であり、径差（ｄ３−ｄ４）＝ｄ３−ｄ４１＝６．０−４．０＝２．０ｍｍである。よって、本実施形態１では、径差（ｄ３−ｄ４）のうちの最小径差Ｃ＝ｍｉｎ（ｄ３−ｄ４）も、Ｃ＝２．０ｍｍである。

なお、セラミックヒータ部２０のセラミックヒータ本体２１の本体後端部２１ｋは、接続リング６１（図３及び図４参照）を介して、中軸部材６３（図４参照）に接続されている。接続リング６１は、軸線方向ＨＪに延びる円筒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材である。この接続リング６１は、主体金具１０の収容孔１０ｈ内で、後述する変位伝達部材５１及びセンサ支持部材５３の径方向内側に配置されている。接続リング６１のうち先端側ＧＳの部位には、セラミックヒータ本体２１の本体後端部２１ｋが圧入されている。一方、接続リング６１のうち後端側ＧＫの部位には、中軸部材６３の中軸先端部６３ｓの嵌合部６３ｓａが圧入されている。これにより、セラミックヒータ本体２１の一方の電極取出部２７ｇが、接続リング６１を介して中軸部材６３に電気的に接続される。

中軸部材６３は、軸線方向ＨＪに延びる丸棒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材である。この中軸部材６３は、主体金具１０の収容孔１０ｈに主体金具１０から離間した状態で挿通されている。また、この中軸部材６３のうち先端側ＧＳの部位は、後述する変位伝達部材５１及びセンサ支持部材５３の径方向内側に、これらから離間して配置されている。この中軸部材６３は、先端側ＧＳに位置する径大な中軸先端部６３ｓと、この中軸先端部６３ｓよりも径小で、中軸先端部６３ｓから後端側ＧＫに延びる中軸胴部６３ｃとからなる。中軸先端部６３ｓのうち先端側ＧＳの嵌合部６３ｓａには、前述のように、接続リング６１が圧入されている。

次に、保持部材４０について説明する。保持部材４０（図３参照）は、筒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材である。この保持部材４０は、主体金具１０の内周面（具体的には先端キャップ部材１１の内周面１１ｎ）とセラミックヒータ部２０の外周面２０ｍとの間の環状空間ＫＡに配置されている。この保持部材４０は、主体金具１０に保持される一方で、主体金具１０に保持された位置よりも先端側ＧＳで、セラミックヒータ部２０の外筒３１に溶接されている。

この保持部材４０は、自身の径方向内側にセラミックヒータ部２０を軸線方向ＨＪの変位が可能な状態で保持する。具体的には、保持部材４０は、外筒側部４１と、金具側部４５と、これらの間に位置する中間変形部４３とからなる。保持部材４０のうち外筒側部４１は、先端側ＧＳに位置する円筒状の部位であり、自身の径方向内側にセラミックヒータ部２０を保持する。具体的には、この外筒側部４１は、外筒３１に周方向全周にわたって溶接されている。また、金具側部４５は、外筒側部４１よりも径大な円筒状で後端側ＧＫに位置する部位であり、後述するセンサ支持部材５３を介して主体金具１０に保持される。具体的には、この金具側部４５は、センサ支持部材５３の支持先端部５３ｓに外嵌して周方向全周にわたって溶接されている。更に、センサ支持部材５３は、後述するように、主体金具１０に周方向全周にわたって溶接されているので、保持部材４０の金具側部４５は、溶接により間接に主体金具１０に固定されている。

更に、保持部材４０の中間変形部４３は、セラミックヒータ部２０の軸線方向ＨＪの変位に伴って変形する部位である。具体的には、中間変形部４３は、円環板状のダイヤフラム（薄膜）をなしており、この中間変形部４３が変形して、セラミックヒータ部２０の軸線方向ＨＪの変位を許容する。
なお、この保持部材４０は、外筒３１と主体金具１０との間を電気的にも接続するので、セラミックヒータ本体２１の一方の電極取出部２７ｆは、外筒３１及び保持部材４０を介して、主体金具１０に電気的に接続される。

次に、センサ部５０について説明する。センサ部５０は、変位伝達部材５１と、センサ支持部材５３と、ダイアフラム部材５５と、センサ素子５７と、一対の配線５８と、集積回路５９とから構成される。このうち変位伝達部材５１（図３及び図４参照）は、軸線方向ＨＪに延びる筒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材である。この変位伝達部材５１は、主体金具１０の収容孔１０ｈ内で、センサ支持部材５３の径方向内側に、かつ、保持部材４０よりも後端側ＧＫに配置されている。この変位伝達部材５１は、外筒３１に周方向全周にわたって溶接されている。一方で、この変位伝達部材５１の後端側ＧＫには、ダイアフラム部材５５が接続している。

センサ支持部材５３（図３及び図４参照）は、軸線方向ＨＪに延びる筒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材である。このセンサ支持部材５３は、主体金具１０の収容孔１０ｈ内で、変位伝達部材５１の径方向外側に配置されている。このセンサ支持部材５３は、筒状の支持先端部５３ｓと、その後端側ＧＫに位置する径大なフランジ部５３ｃと、このフランジ部５３ｃから後端側ＧＫに延びる筒状の支持本体部５３ｋとからなる。このうち支持先端部５３ｓには、前述のように、保持部材４０の金具側部４５が外嵌して溶接されている。また、フランジ部５３ｃは、主体金具１０の先端キャップ部材１１の後端部１１ｋと金具本体部材１７の先端部１７ｓとの間に挟持された状態で、主体金具１０に溶接されている。また、支持本体部５３ｋの後端側ＧＫには、ダイアフラム部材５５が接続している。

ダイアフラム部材５５（図４参照）は、金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材であり、その後端側ＧＫの主面に、センサ素子５７が接合されている。このセンサ素子５７は、ピエゾ抵抗体を有する半導体歪みゲージであり、ダイアフラム部材５５の撓み変形に伴って自身の抵抗値が変化する。また、集積回路５９は、図１中に破線で示すように、主体金具１０の後端キャップ部材１８の内部に配置されており、センサ素子５７から後端側ＧＫに引き出された一対の配線５８を介して、センサ素子５７と接続されている。この集積回路５９は、センサ素子５７の抵抗値を用いて電気信号を外部に出力する。

次いで、エンジンヘッド１１０に設けられたグローホール１１１について説明する（図１及び図５参照）。グローホール１１１は、エンジンヘッド１１０の内外を貫通する形態で設けられており、先端側円孔部１１２と、テーパ孔部１１３と、後端側円孔部１１４とからなる。このうち先端側円孔部１１２は、先端側ＧＳに位置して燃焼室ＮＳに開口し、軸線方向ＨＪに一定の内径ｄ１１を有する円柱孔である。本実施形態１では、この先端側円孔部１１２の内径ｄ１１は、ｄ１１＝５．８ｍｍである。

また、テーパ孔部１１３は、先端側円孔部１１２の後端側ＧＫに位置し、燃焼室ＮＳ側（図中下方）ほど径小なテーパ状をなす部位である。このテーパ孔部１１３の内周面をなす座面１１３ｎには、グロープラグ１の主体金具１０のうち先端キャップ部材１１の先端側部１２のテーパ状をなす外周面１２ｍが圧接している。
また、後端側円孔部１１４は、テーパ孔部１１３の後端側ＧＫに位置して、内燃機関１０１の外部に開口し、軸線方向ＨＪに一定の内径を有する円柱孔である。この後端側円孔部１１４のうち後端側ＧＫの部位には、グロープラグ１を取り付けるための雌ネジを有する取付部１１４ｄが設けられている。

このようなグローホール１１１に対し、前述のグロープラグ１は、セラミックヒータ部２０のヒータ突出部２０ｓの先端側ＧＳの一部が燃焼室ＮＳ内に突出する形態で挿通されている。そして、グロープラグ１の取付部１７ｄの雄ネジがグローホール１１１の取付部１１４ｄの雌ねじに螺合することにより、グロープラグ１がグローホール１１１に固定されている。

ここで、グローホール１１１のうち、セラミックヒータ部２０のヒータ突出部２０ｓを径方向外側から囲む部位を突出部包囲部１１６とし、主体金具１０を径方向外側から囲む部位を金具包囲部１１７とする。即ち、突出部包囲部１１６は、グローホール１１１のうち、先端側円孔部１１２と、テーパ孔部１１３のうちの先端側孔部１１３ｓとから構成される。一方、金具包囲部１１７は、テーパ孔部１１３のうちの後端側孔部１１３ｋと、後端側円孔部１１４とから構成される。

突出部包囲部１１６の内径ｄ１については、突出部包囲部１１６のうち先端側円孔部１１２の内径ｄ１１が、前述のように、ｄ１１＝５．８ｍｍである。また、テーパ孔部１１３の先端側孔部１１３ｓの内径は、先端側円孔部１１２の内径ｄ１１よりも大きくされている。一方、ヒータ突出部２０ｓの外径ｄ２のうち、先端側部２０ｓａの外径ｄ２１は、前述のように、ｄ２１＝３．１ｍｍであり、後端側部２０ｓｂの外径ｄ２２は、先端側部２０ｓａの外径ｄ２１よりも大きく（ｄ２２＞ｄ２１）、ｄ２２＝４．０ｍｍである。従って、突出部包囲部１１６及びヒータ突出部２０ｓにおける、軸線方向ＨＪに直交する横断面での、突出部包囲部１１６の内径ｄ１とヒータ突出部２０ｓの外径ｄ２との径差（ｄ１−ｄ２）のうち、最小径差Ｂ＝ｍｉｎ（ｄ１−ｄ２）は、Ｂ＝ｄ１１−ｄ２２＝５．８−４．０＝１．８ｍｍである。また、上述の径差（ｄ１−ｄ２）のうち、最大径差Ｄ＝ｍａｘ（ｄ１−ｄ２）は、Ｄ＝ｄ１１−ｄ２１＝５．８−３．１＝２．７ｍｍである。
一方、前述のように、横断面における一定内径部１０ｈｃの内径ｄ３とヒータ孔内部２０ｋの外径ｄ４との最小径差Ｃ＝ｍｉｎ（ｄ３−ｄ４）は、Ｃ＝ｄ３−ｄ４１＝２．０ｍｍである。従って、この内燃機関１０１では、Ｂ＜Ｃを満たしている。

以上で説明したように、本実施形態１の内燃機関１０１では、グローホール１１１の突出部包囲部１１６の内径ｄ１とセラミックヒータ部２０のヒータ突出部２０ｓの外径ｄ２との最小径差Ｂと、主体金具１０の収容孔１０ｈの一定内径部１０ｈｃの内径ｄ３とセラミックヒータ部２０のヒータ孔内部２０ｋの外径ｄ４との最小径差Ｃについて、Ｂ＜Ｃを満たす。つまり、この内燃機関１０１（図５参照）では、グローホール１１１の突出部包囲部１１６の内周面１１６ｎとセラミックヒータ部２０のヒータ突出部２０ｓの外周面２０ｓｍとの隙間ＳＡよりも、収容孔１０ｈの一定内径部１０ｈｃの内周面１０ｈｃｎとセラミックヒータ部２０のヒータ孔内部２０ｋの外周面２０ｋｍとの隙間ＳＢの方が大きくなる。

煤は、隙間を小さくした部分に詰まり易く、隙間を大きくした部分には詰まり難い。従って、上述のようにＢ＜Ｃを満たす形態とすることで、隙間が相対的に大きい、収容孔１０ｈの一定内径部１０ｈｃの内周面１０ｈｃｎとセラミックヒータ部２０のヒータ孔内部２０ｋの外周面２０ｋｍとの隙間ＳＢには、煤が詰まり難くなる。よって、収容孔１０ｈの一定内径部１０ｈｃの内周面１０ｈｃｎとセラミックヒータ部２０のヒータ孔内部２０ｋの外周面２０ｋｍとの隙間ＳＢに煤が詰まることに起因して、セラミックヒータ部２０が軸線方向ＨＪに変位し難くなって燃焼圧の検出感度が低下するのを防止できる。
なお、グローホール１１１の突出部包囲部１１６の内周面１１６ｎとセラミックヒータ部２０のヒータ突出部２０ｓの外周面２０ｓｍとの隙間ＳＡは、相対的に小さい。但し、突出部包囲部１１６及びヒータ突出部２０ｓは、燃焼室ＮＳに近く高温になるので、これらの隙間ＳＡに煤が溜まっても、熱により燃焼して消失する。このため、これらの隙間ＳＡに煤は詰まり難い。

更に、本実施形態１では、ヒータ部がセラミックヒータ本体２１及び外筒３１を有するセラミックヒータ部２０であり、このうち外筒３１は、収容孔１０ｈの一定内径部１０ｈｃの内側に軸線方向ＨＪの全体にわたって位置している。このように一定内径部１０ｈｃの内側に外筒３１が存在する形態では、ヒータ孔内部２０ｋの外径ｄ４（ｄ４１）が大きくなりがちで、最小径差Ｃ＝ｍｉｎ（ｄ３−ｄ４）が小さくなりがちである。しかし、この内燃機関１０１では、前述のように、Ｂ＜Ｃを満たす形態としているので、収容孔１０ｈの一定内径部１０ｈｃの内側に外筒３１が存在するにも拘わらず、収容孔１０ｈの一定内径部１０ｈｃの内周面１０ｈｃｎとセラミックヒータ部２０のヒータ孔内部２０ｋの外周面２０ｋｍとの隙間ＳＢに煤が詰まり難くなる。

（実施形態２）
次いで、第２の実施形態について説明する（図６〜図１０参照）。実施形態１では、内燃機関１０１を構成する圧力センサ付きグロープラグ１のヒータ部がセラミックヒータ部２０であったのに対し、本実施形態２では、内燃機関３０１を構成する圧力センサ付きグロープラグ２０１のヒータ部が、シーズヒータ部２２０である点が大きく異なる。なお、実施形態１と基本的に同様な形態をなす部位には、実施形態１と同じ符号を付して、その説明を省略または簡潔化する。

本実施形態２の圧力センサ付きグロープラグ２０１（以下、単にグロープラグ２０１とも言う）のうち、シーズヒータ部２２０は、先端側ＧＳの部位が後端側ＧＫの部位よりもやや細くされた棒状をなす（図７参照）。このため、後述するように、ヒータ突出部２２０ｓの外径ｄ２は、その後端側ＧＫの部位の外径ｄ２２よりも、先端側ＧＳの部位の外径ｄ２１が小さい（ｄ２１＜ｄ２２）。

このシーズヒータ部２２０は、シーズチューブ２２１と、発熱コイル２２７と、絶縁粉末２２８とを有する。シーズチューブ２２１は、軸線方向ＨＪに延び、先端２２１ａが閉じ後端２２１ｂが開口した有底筒状で金属製（具体的には鉄−ニッケル合金製）の部材である。また、発熱コイル２２７は、絶縁粉末２２８と共にシーズチューブ２２１内に配置され、そのコイル先端部２２７ｓがシーズチューブ２２１の先端２２１ａの内側に接続されると共に、コイル後端部２２７ｋが中軸部材２６３の中軸先端部２６３ｓに接続されている。

この中軸部材２６３は、軸線方向ＨＪに延びる丸棒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材である。この中軸部材２６３のうち先端側ＧＳの部位は、シーズチューブ２２１内に配置されており、そのうちの中軸先端部２６３ｓに発熱コイル２２７のコイル後端部２２７ｋを巻き付けて接続している（図７参照）。一方、中軸部材２６３のうち後端側ＧＫの部位は、シーズチューブ２２１の後端２２１ｂよりも後端側ＧＫに突出している（図９参照）。

シーズヒータ部２２０は、軸線方向ＨＪに変位可能に主体金具１０に保持されている。具体的には、ヒータ突出部２２０ｓ（図７参照）が主体金具１０の先端１１ｓａよりも先端側ＧＳに突出し、ヒータ孔内部２２０ｋ（図８及び図９参照）が主体金具１０の収容孔１０ｈ内に主体金具１０とは離間しつつ配置された状態で、保持部材４０、変位伝達部材５１及びセンサ支持部材５３等を介して、主体金具１０に軸線方向ＨＪに変位可能に保持されている。

このうちヒータ孔内部２２０ｋの外径（シーズチューブ２２１のうちヒータ孔内部２２０ｋをなすチューブ後端側部２２１ｋの外径）ｄ４は、軸線方向ＨＪに一定であり、ｄ４＝４．０ｍｍである。一方、収容孔１０ｈの一定内径部１０ｈｃの内径ｄ３は、本実施形態２では、ｄ３＝６．０ｍｍである。従って、一定内径部１０ｈｃ及びヒータ孔内部２２０ｋにおける軸線方向ＨＪに直交する横断面での、一定内径部１０ｈｃの内径ｄ３とヒータ孔内部２２０ｋの外径ｄ４との径差（ｄ３−ｄ４）は、軸線方向ＨＪの位置に拘わらず一定であり、径差（ｄ３−ｄ４）＝ｄ３−ｄ４＝６．０−４．０＝２．０ｍｍである。よって、径差（ｄ３−ｄ４）のうちの最小径差Ｃ＝ｍｉｎ（ｄ３−ｄ４）も、Ｃ＝２．０ｍｍである。

また、ヒータ突出部２２０ｓの外径ｄ２については、ヒータ突出部２２０ｓのうち後端側ＧＫの部位の外径（シーズチューブ２２１のうちヒータ突出部２２０ｓをなすチューブ先端側部２２１ｓの外径）ｄ２２が、ヒータ孔内部２２０ｋの外径ｄ４と等しく（ｄ２２＝ｄ４）、ｄ２２＝４．０ｍｍである。一方、ヒータ突出部２２０ｓのうち先端側ＧＳの部位の外径ｄ２１は、ヒータ孔内部２２０ｋ等よりも径小とされており、ｄ２１＝３．５ｍｍである。

これに対し、グローホール１１１の突出部包囲部１１６の内径ｄ１については、突出部包囲部１１６のうち先端側円孔部１１２の内径ｄ１１が、本実施形態２では、ｄ１１＝５．８ｍｍである。従って、突出部包囲部１１６及びヒータ突出部２２０ｓにおける軸線方向ＨＪに直交する横断面での、突出部包囲部１１６の内径ｄ１とヒータ突出部２２０ｓの外径ｄ２との径差（ｄ１−ｄ２）のうち、最小径差Ｂ＝ｍｉｎ（ｄ１−ｄ２）は、Ｂ＝ｄ１１−ｄ２２＝５．８−４．０＝１．８ｍｍである。また、上述の径差（ｄ１−ｄ２）のうち、最大径差Ｄ＝ｍａｘ（ｄ１−ｄ２）は、Ｄ＝ｄ１１−ｄ２１＝５．８−３．５＝２．３ｍｍである。よって、本実施形態２の内燃機関３０１も、Ｂ＜Ｃを満たしている。

以上で説明したように、本実施形態２の内燃機関３０１も、グローホール１１１の突出部包囲部１１６の内径ｄ１とシーズヒータ部２２０のヒータ突出部２２０ｓの外径ｄ２との最小径差Ｂと、収容孔１０ｈの一定内径部１０ｈｃの内径ｄ３とシーズヒータ部２２０のヒータ孔内部２２０ｋの外径ｄ４との最小径差Ｃについて、Ｂ＜Ｃを満たす。つまり、この内燃機関３０１（図１０参照）も、グローホール１１１の突出部包囲部１１６の内周面１１６ｎとシーズヒータ部２２０のヒータ突出部２２０ｓの外周面２２０ｓｍとの隙間ＳＡよりも、収容孔１０ｈの一定内径部１０ｈｃの内周面１０ｈｃｎとシーズヒータ部２２０のヒータ孔内部２２０ｋの外周面２２０ｋｍとの隙間ＳＢの方が大きくなる。このため、隙間が相対的に大きい、収容孔１０ｈの一定内径部１０ｈｃの内周面１０ｈｃｎとシーズヒータ部２２０のヒータ孔内部２２０ｋの外周面２２０ｋｍとの隙間ＳＢには、煤が詰まり難くなる。よって、収容孔１０ｈの一定内径部１０ｈｃの内周面１０ｈｃｎとシーズヒータ部２２０のヒータ孔内部２２０ｋの外周面２２０ｋｍとの隙間ＳＢに煤が詰まることに起因して、シーズヒータ部２２０が軸線方向ＨＪに変位し難くなって燃焼圧の検出感度が低下するのを防止できる。その他、実施形態１と同様な部分は、実施形態１と同様な作用効果を奏する。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態１，２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。

１，２０１ グロープラグ
１０ 主体金具
１０ｈ 収容孔
１０ｈｃ 一定内径部
１０ｈｃｎ （一定内径部の）内周面
１０ｈｓ 先端開口端縁
１１ 先端キャップ部材
１１ｓａ （主体金具及び先端キャップ部材の）先端
１２ （先端キャップ部材の）先端側部
２０ セラミックヒータ部（ヒータ部）
２２０ シーズヒータ部（ヒータ部）
２０ｓ，２２０ｓ ヒータ突出部
２０ｋ，２２０ｋ ヒータ孔内部
２１ セラミックヒータ本体
２６ セラミック基体
２７ 発熱抵抗体
２２１ シーズチューブ
２２１ａ （シーズチューブの）先端
２２１ｂ （シーズチューブの）後端
２２７ 発熱コイル
３１ 外筒
４０ 保持部材
５０ センサ部
１０１，３０１ 内燃機関
１１０ エンジンヘッド
１１１ グローホール
１１２ 先端側円孔部
１１３ テーパ孔部
１１３ｓ （テーパ孔部の）先端側孔部
１１３ｋ （テーパ孔部の）後端側孔部
１１４ 後端側円孔部
１１６ 突出部包囲部
１１７ 金具包囲部
ＡＸ （主体金具の）軸線
ＨＪ 軸線方向
ＧＳ （軸線方向の）先端側
ＧＫ （軸線方向の）後端側
ＮＳ 燃焼室
ｄ１ （突出部包囲部の）内径
ｄ２ （ヒータ突出部の）外径
ｄ３ （一定内径部の）内径
ｄ４ （ヒータ孔内部の）外径

Claims (3)

1. 圧力センサ付きグロープラグをエンジンヘッドのグローホール内に装着してなる内燃機関であって、
   上記圧力センサ付きグロープラグは、
   軸線方向に貫通した収容孔を有する筒状の主体金具と、
   上記主体金具の先端よりも上記軸線方向の先端側に突出したヒータ突出部、及び、上記ヒータ突出部の上記軸線方向の後端側で、かつ上記主体金具の上記収容孔内に、上記主体金具とは離間しつつ配置されたヒータ孔内部を有し、上記軸線方向に変位可能に上記主体金具に保持された棒状のヒータ部と、
   上記ヒータ部の上記変位を検知するセンサ部と、を備え、
   上記収容孔は、
   先端開口端縁の上記軸線方向の後端側に続き、上記軸線方向に一定の内径を有する一定内径部を有し、
   上記グローホールのうち、上記ヒータ部の上記ヒータ突出部を径方向外側から囲む部位を突出部包囲部とし、
   上記突出部包囲部及び上記ヒータ突出部における、上記軸線方向に直交する横断面での、上記突出部包囲部の内径ｄ１と上記ヒータ突出部の外径ｄ２との径差（ｄ１−ｄ２）のうち、最小径差をＢ＝ｍｉｎ（ｄ１−ｄ２）とし、
   上記一定内径部及び上記ヒータ孔内部における上記横断面での、上記一定内径部の内径ｄ３と上記ヒータ孔内部の外径ｄ４との径差（ｄ３−ｄ４）のうち、最小径差をＣ＝ｍｉｎ（ｄ３−ｄ４）としたとき、
   上記突出部包囲部、上記ヒータ突出部、上記一定内径部、及び上記ヒータ孔内部を、Ｂ＜Ｃを満たす形態としてなる
   内燃機関。
2. 請求項１に記載の内燃機関であって、
   前記ヒータ部は、
   絶縁性のセラミックからなるセラミック基体及び発熱抵抗体を一体化させたセラミックヒータ本体と、
   上記セラミックヒータ本体を自身の内側に保持した筒状で金属製の外筒と、を有する
   セラミックヒータ部であり、
   上記外筒は、少なくとも前記収容孔の前記一定内径部の内側に前記軸線方向の全体にわたって位置し、
   前記外径ｄ２は、上記セラミックヒータ本体または上記外筒のうち前記ヒータ突出部の外周面をなす部位の外径であり、
   前記外径ｄ４は、上記外筒のうち前記ヒータ孔内部をなす部位の外径である
   内燃機関。
3. 請求項１に記載の内燃機関であって、
   前記ヒータ部は、
   前記軸線方向の先端が閉じ後端が開口した有底筒状で金属製のシーズチューブと、
   上記シーズチューブ内に配置された発熱コイルと、を有する
   シーズヒータ部であり、
   前記外径ｄ２は、上記シーズチューブのうち前記ヒータ突出部をなす部位の外径であり、
   前記外径ｄ４は、上記シーズチューブのうち前記ヒータ孔内部をなす部位の外径である
   内燃機関。

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