JP2019002644A - 圧力センサ付きグロープラグ - Google Patents
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Abstract
【課題】圧力センサ付きグロープラグにおいて、消費電力の増大を抑制する。【解決手段】圧力センサ付きグロープラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、軸線方向に延び、ハウジングの軸孔に挿通される筒状の外筒と、軸線方向に延び、外筒に挿通されて、外筒に固定されるとともに、先端がハウジングの先端よりも先端側に位置する棒状のセラミックヒータと、軸孔内に配置され、径方向外側の部位がハウジングに固定され、径方向内側の部位が外筒の外周面に固定され、セラミックヒータを軸線方向に変位可能に保持する薄膜状の保持部材と、セラミックヒータの変位を検出するセンサと、を備える。外筒の先端は、ハウジングの先端よりも後端側に位置する。【選択図】 図5
Description
本明細書は、圧力センサ付きグロープラグに関する。
ディーゼルエンジン等の内燃機関の燃焼室において着火を補助するために使用されるグロープラグとして、燃焼室内の圧力を検出する機能も有する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)。この特許文献1の圧力センサ付きグロープラグは、筒状の主体金具と、主体金具の内側に配置されるとともに主体金具よりも先端側に突出する外筒と、外筒に保持されたセラミックヒータと、を備えている。さらに、この圧力センサ付きグロープラグは、圧力センサとしての機能を実現するために、セラミックヒータおよびセラミックヒータが固定される外筒が、主体金具を含むハウジングに対して軸方向に変位可能に保持される。このために、ハウジングに対して外筒を保持する保持部材には、薄膜状部材が用いられている。
特許文献1の圧力センサ付きグロープラグでは、外筒の先端側(主体金具よりも先端側に突出した部位)は、高温の燃焼ガスに曝されるため、燃焼ガスの熱を受ける。また、外筒の先端側は、セラミックヒータの先端側に近接しているため、セラミックヒータ自身が発生する熱も受ける。これに対し、保持部材が薄膜状の部材であるために、外筒の先端側が受けた熱を、保持部材を介してハウジングに逃がすことが困難であった。そのため、セラミックヒータの後端側に、この熱が多量に到達し、セラミックヒータの後端側も、より加熱されてしまう。その結果、セラミックヒータの後端側に配置された導体の抵抗値が加熱によって増大し、グロープラグの消費電力が増大する可能性があった。
本明細書は、圧力センサ付きグロープラグにおいて、消費電力の増大を抑制できる技術を開示する。
本明細書に開示される技術は、以下の適用例として実現することが可能である。
[適用例1]軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、
前記軸線方向に延び、前記ハウジングの前記軸孔に挿通される筒状の外筒と、
前記軸線方向に延び、前記外筒に挿通されて、前記外筒に固定されるとともに、先端が前記ハウジングの先端よりも先端側に位置する棒状のセラミックヒータと、
前記軸孔内に配置され、径方向外側の部位が前記ハウジングに固定され、径方向内側の部位が前記外筒の外周面に固定され、前記セラミックヒータを前記軸線方向に変位可能に保持する薄膜状の保持部材と、
前記セラミックヒータの前記変位を検出するセンサと、
を備える圧力センサ付きグロープラグであって、
前記外筒の先端は、前記ハウジングの先端よりも後端側に位置することを特徴とする、圧力センサ付きグロープラグ。
前記軸線方向に延び、前記ハウジングの前記軸孔に挿通される筒状の外筒と、
前記軸線方向に延び、前記外筒に挿通されて、前記外筒に固定されるとともに、先端が前記ハウジングの先端よりも先端側に位置する棒状のセラミックヒータと、
前記軸孔内に配置され、径方向外側の部位が前記ハウジングに固定され、径方向内側の部位が前記外筒の外周面に固定され、前記セラミックヒータを前記軸線方向に変位可能に保持する薄膜状の保持部材と、
前記セラミックヒータの前記変位を検出するセンサと、
を備える圧力センサ付きグロープラグであって、
前記外筒の先端は、前記ハウジングの先端よりも後端側に位置することを特徴とする、圧力センサ付きグロープラグ。
上記構成によれば、外筒の先端が、ハウジングの先端よりも後端側に位置するので、外筒は、高温の燃焼ガスに曝されることを低減でき、燃焼ガスの熱を受けることを抑制できる。また、外筒は、外筒とセラミックヒータの先端側とがより離間するため、セラミックヒータ自身が発生する熱を受けることを抑制できる。このため、外筒からセラミックヒータの後端側に伝わる熱量を低減できる。この結果、セラミックヒータの後端側の抵抗値が温度上昇によって増大することに起因して圧力センサ付きグロープラグの消費電力が増大することを抑制できる。
[適用例2]適用例1に記載の圧力センサ付きグロープラグであって、
前記保持部材の前記径方向内側の部位は、前記軸線方向に延びる外筒側部であり、
前記外筒側部は、前記外筒側部と前記外筒とに跨って形成された溶融部によって、前記外筒に固定され、
前記外筒の先端は、前記ハウジングの先端と、前記外筒側部の先端と、の間に位置することを特徴とする、圧力センサ付きグロープラグ。
前記保持部材の前記径方向内側の部位は、前記軸線方向に延びる外筒側部であり、
前記外筒側部は、前記外筒側部と前記外筒とに跨って形成された溶融部によって、前記外筒に固定され、
前記外筒の先端は、前記ハウジングの先端と、前記外筒側部の先端と、の間に位置することを特徴とする、圧力センサ付きグロープラグ。
上記構成によれば、外筒側部は、外筒側部と外筒との両者に跨って形成された溶融部によって、外筒に固定されている。そのうえ、外筒の先端は、ハウジングの先端と、外筒側部の先端と、の間に、位置している。そのため、セラミックヒータの後端側の温度上昇を抑制しつつ、外筒側部と外筒側部とを固定する溶融部を確実に、かつ、自由に形成できるので、保持部材の外筒側部を強固に外筒に固定できる。その結果、外筒およびセラミックヒータは、保持部材によって、ハウジングに対して確実に保持される。
[適用例3]適用例1または2に記載の圧力センサ付きグロープラグであって、
前記外筒は、前記軸線方向の全長に亘って、前記セラミックヒータの外周面と接触していることを特徴とする、圧力センサ付きグロープラグ。
前記外筒は、前記軸線方向の全長に亘って、前記セラミックヒータの外周面と接触していることを特徴とする、圧力センサ付きグロープラグ。
上記構成によれば、セラミックヒータとの間に高温の燃焼ガスが浸入することを抑制できる。この結果、セラミックヒータの後端側の部分の温度上昇を、さらに抑制できる。
なお、本明細書に開示の技術は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、圧力センサ付きグロープラグを備える始動補助装置、その圧力センサ付きグロープラグを搭載する内燃機関、その圧力センサ付きグロープラグを備える始動補助装置を搭載する内燃機関等の態様で実現することができる。
A−1.グロープラグの構成:
図1は、本実施形態の圧力センサ付きグロープラグ100(以下、単にグロープラグ100とも呼ぶ)の概略図である。図1では、グロープラグ100の後端部分については、外観図が示され、先端部分については、軸線COを含む面で切断された断面図が示されている。図2〜図4は、図1の断面図の一部分を拡大した図である。図中の一点破線は、グロープラグ100の軸線COを示している。軸線COと平行な方向(図の上下方向)を軸線方向とも呼ぶ。軸線COを中心とし、軸線COと垂直な面上の円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、当該円の周方向を、単に「周方向」とも呼ぶ。図における下方向を先端方向FDと呼び、上方向を後端方向BDとも呼ぶ。図における下側を、グロープラグ100の先端側と呼び、図における上側をグロープラグ100の後端側と呼ぶ。
図1は、本実施形態の圧力センサ付きグロープラグ100(以下、単にグロープラグ100とも呼ぶ)の概略図である。図1では、グロープラグ100の後端部分については、外観図が示され、先端部分については、軸線COを含む面で切断された断面図が示されている。図2〜図4は、図1の断面図の一部分を拡大した図である。図中の一点破線は、グロープラグ100の軸線COを示している。軸線COと平行な方向(図の上下方向)を軸線方向とも呼ぶ。軸線COを中心とし、軸線COと垂直な面上の円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、当該円の周方向を、単に「周方向」とも呼ぶ。図における下方向を先端方向FDと呼び、上方向を後端方向BDとも呼ぶ。図における下側を、グロープラグ100の先端側と呼び、図における上側をグロープラグ100の後端側と呼ぶ。
グロープラグ100は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関(図示省略)に取り付けられ、燃焼室内の燃料ガスの着火を補助するためと、燃焼室内の圧力を検出するためと、に利用される。グロープラグ100は、ハウジング10と、セラミックヒータ20と、外筒30と、保持部材40と、圧力検出部50と、樹脂部材60と、接続部材80と、中軸90と、を備えている。
ハウジング10は、主体金具11と、主体金具11よりも先端側に配置された先端キャップ部材12と、主体金具11よりも後端側に配置された後端キャップ部材13と、センサ支持部材14と、を備えている(図1等)。
主体金具11(図1、図3、図4)は、軸線方向に延びる貫通孔である軸孔11hを有する筒状の部材であり、導電性の金属、例えば、炭素鋼を用いて形成されている。主体金具11の後端部11kは、主体金具11のうちの後端部11kよりも先端側の部分よりも大きな外径を有している。後端部11kは、後端キャップ部材13の先端部13sと、直接、接合(具体的には溶接)されている(図1)。主体金具11の外周面のうち、軸線方向の中央より後端側の一部には、グロープラグ100を内燃機関に取り付けるための雄ネジ11dが形成されている。主体金具11の先端部11s(図3)は、後述するセンサ支持部材14のフランジ部14cを介して、先端キャップ部材12の後端部12kと接合(具体的には溶接)されている(図3等)。
先端キャップ部材12(図1、図3)は、筒状の部材であり、導電性の金属、例えば、炭素鋼を用いて形成されている。先端キャップ部材12の先端側の縮外径部12cは、先端側に向かって外径が縮径している(図3等)。縮外径部12cは、グロープラグ100が内燃機関に取り付けられた際に、プラグホールの座面に圧接されて、燃焼室内の気密性を確保する。
後端キャップ部材13(図1)は、筒状の部材であり、導電性の金属、例えば、炭素鋼を用いて形成されている。後端キャップ部材13の後端部分には、グロープラグ100の取り付け時に、レンチが係合する工具係合部13eが形成されている。後端キャップ部材13の後端13kには、円筒状の樹脂部材60が装着されている。
センサ支持部材14(図3、図4等)は、軸線方向に延びる軸孔14hを有する筒状の部材であり、導電性の金属、例えば、ステンレス鋼を用いて形成されている。センサ支持部材14は、主体金具11の軸孔11h内に挿通され、主体金具11の内周面に沿って配置されている。センサ支持部材14の先端は、主体金具11の先端よりも先端側に位置している。センサ支持部材14の後端は、後述するセンサ57の近傍に位置している。センサ支持部材14の先端の近傍には、径方向外側に延出したフランジ部14cが形成されている。フランジ部14cの後端側には、主体金具11の先端部11sが溶接され、フランジ部14cの先端側には、先端キャップ部材12の後端部12kが溶接されている。これによって、上述したように、主体金具11と先端キャップ部材12とが、フランジ部14cを介して接合されるとともに、主体金具11に対して、センサ支持部材14が固定される。
以上の説明から解るように、ハウジング10は、全体として、軸線方向に延びる軸孔(例えば、軸孔11h、14h)を有する筒状の形状を有している。
外筒30(図1、図3、図4)は、軸線方向に延び、貫通孔30hを有する円筒状の部材であり、導電性の金属、例えば、ステンレス鋼を用いて形成されている。外筒30の内周面には、Auメッキ層が形成されている。外筒30の外径および内径は、軸線方向のいずれの位置において一定である。外筒30は、ハウジング10の軸孔内に挿通されている。具体的には、外筒30の大部分は、センサ支持部材14の軸孔14h内に位置し、外筒30の先端部30sは、先端キャップ部材12の内部に位置している。外筒30については、さらに、後述する。
セラミックヒータ20(図1、図2等)は、軸線方向に延びる丸棒状の部材である。セラミックヒータ20の外径は、例えば、3〜4mm程度である。セラミックヒータ20は、丸棒状の絶縁性の基体26と、基体26の内部に埋設された導電性の発熱抵抗体27と、を備えている。
基体26は、絶縁性のセラミック、例えば、窒化珪素質セラミックを用いて形成されている。基体26の先端部26s(すなわち、セラミックヒータ20の先端部)は、半球状に丸められている。
発熱抵抗体27は、導電性のセラミック、例えば、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を用いて形成されている。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、を備えている。発熱部27c(図2)は、先端に配置されて、U字状に曲げられた形状を有する。発熱部27cは、通電によって高温に発熱する。一対のリード部27d、27e(図2〜図4)は、先端が発熱部27cの両端に接続され、後端側に向かって互いに平行に延びている。一対の電極取出部27f、27g(図3、図4)は、セラミックヒータ20の後端側の部分に位置している。一対の電極取出部27f、27gの径方向内側の端は、一対のリード部27d、27eと接続しており、径方向外側の端は、セラミックヒータ20の外周面20o(基体26の外周面)に露出している。一方の電極取出部27gは、他方の電極取出部27fよりも後端側に位置している。
セラミックヒータ20は、外筒30の貫通孔30hに挿通されて、外筒30に固定されている。セラミックヒータ20のうち、先端部21(図2、図3)は、外筒30の先端よりも先端側に位置しており、後端部23(図3、図4)は、外筒30の後端よりも後端側に位置している。先端部21と後端部23との間に位置する中間部22(図3、図4)は、外筒30の貫通孔30h内に保持されている。
セラミックヒータ20は、圧入(締まり嵌め)により、外筒30に固定されている。外筒30の内周面30iは、軸線方向の全長に亘って、かつ、全周に亘って、セラミックヒータ20の外周面20o(基体26の外周面)と接触している。換言すれば、外筒30の内周面30iと、セラミックヒータ20の外周面20oとの間に隙間はない。
セラミックヒータ20の電極取出部27fは、外筒30の内周面30iと接触している。これによって、電極取出部27fは、外筒30と電気的に接続される。他方の電極取出部27gは、外筒30とは接触していない。
保持部材40(図3)は、円環状であるとともに、薄肉の膜状の部材であり、導電性の金属、例えば、ステンレス鋼を用いて形成されている。保持部材40は、ハウジング10の先端キャップ部材12の内部で、かつ、外筒30の外側に位置する、環状の空間SPに配置されている。保持部材40は、外筒側部41と、金具側部45と、外筒側部41と金具側部45との間に位置する中間変形部43と、を備えている。
保持部材40の外筒側部41は、径方向内側の部位であり、軸線方向に延び、外筒30の外周面30oに沿う円筒状の部位である。外筒側部41は、金具側部45よりも先端側に位置している。外筒側部41は、例えば、レーザ溶接によって全周に亘って接合されることによって、外筒30に固定されている。図3の外筒側部41と外筒30とに跨って形成された溶融部W1は、レーザ溶接によって形成される溶融部である。
金具側部45は、径方向外側の部位であり、ハウジング10の先端キャップ部材12の内周面12iに沿う円筒状の部位である。金具側部45は、例えば、レーザ溶接によって全周に亘って接合されることによって、センサ支持部材14の先端部14sに固定されている。先端部14sは、センサ支持部材14のうち、フランジ部14cよりも先端側に位置し、先端キャップ部材12の内周面12iと、金具側部45を挟んで対向する部分である。図3の金具側部45とセンサ支持部材14(先端部14s)とに跨って形成された溶融部W2は、レーザ溶接によって形成される溶融部である
中間変形部43は、軸線COと略垂直な方向に延びている円環板状の部分である。中間変形部43は、ハウジング10(先端キャップ部材12)に対して、外筒30およびセラミックヒータ20が軸線方向に沿って変位した場合に、該変位に応じて容易に変形する程度に薄い。
このように、保持部材40は、ダイヤフラム(薄膜)として、ハウジング10に対して外筒30およびセラミックヒータ20を軸線方向に変位可能に保持している。また、保持部材40は、ハウジング10の先端キャップ部材12と外筒30との間の空間SPを通って、高温の燃焼ガスが後端側に浸入することを防止するシール部材として機能する。保持部材40は、外筒30とハウジング10との間を電気的に接続している。これによって、セラミックヒータ20の電極取出部27fは、外筒30および保持部材40を介して、ハウジング10に電気的に接続される。保持部材40は、セラミックヒータ20の熱を、ハウジング10を介して内燃機関へ逃がす機能も有する。
圧力検出部50(図1、図4等)は、変位伝達部材51と、ダイアフラム部材55と、センサ57と、一対の配線58と、集積回路59と、を備えている。
変位伝達部材51(図3、図4)は、軸線方向に延びる筒状の部材であり、導電性の金属、例えば、ステンレス鋼製を用いて形成されている。変位伝達部材51は、センサ支持部材14の軸孔14hに挿通され、保持部材40よりも後端側に位置している。変位伝達部材51の先端部51sは、レーザ溶接によって、周方向の全周に亘って外筒30の外周面30oの先端側の部分に接合されている。図3の外筒30と変位伝達部材51(先端部51s)とに跨って形成された溶融部W3は、レーザ溶接によって形成される溶融部である。変位伝達部材51の後端は、ダイアフラム部材55に接続している。
ダイアフラム部材55(図4参照)は、円環状の部材であり、導電性の金属、例えば、ステンレス鋼を用いて形成されている。ダイアフラム部材55は、セラミックヒータ20よりも後端側に位置している。ダイアフラム部材55の径方向の内側部分55aの先端には、上述した変位伝達部材51の後端が、例えば、溶接によって接合されている。ダイアフラム部材55の径方向の外側部分55bの先端には、上述したセンサ支持部材14の後端が、例えば、溶接によって接合されている。ダイアフラム部材55は、変位伝達部材51の軸線方向の変位を妨げず、変位伝達部材51の軸線方向の変位に応じて撓むダイアフラム(薄膜)として機能する。
センサ57は、ダイアフラム部材55の後端側の面に、接合されている。センサ57は、いわゆるピエゾ抵抗型の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。集積回路59は、図1に破線で示すように、ハウジング10の後端キャップ部材13の内部に配置されており、センサ57から後端側に引き出された一対の配線58を介して、センサ57と接続されている。集積回路59は、センサ57の抵抗値に応じて変化する電気信号を外部に出力する。外部の機器(例えば、エンジンコンピュータ)は、該電気信号に基づいて、内燃機関の燃焼室内の圧力を取得することができる。
接続部材80は、軸線方向に延びる円筒状の部材であり、導電性の金属、例えば、ステンレス鋼を用いて形成されている。接続部材80の先端部80sは、セラミックヒータ20の後端部23に、例えば、圧入によって、接続されている。先端部80sは、セラミックヒータ20の電極取出部27gと接触する。これによって、接続部材80および後述する中軸90は、電極取出部27gと、電気的に接続される。接続部材80は、変位伝達部材60とは離間している。接続部材80は、他方の電極取出部27fとは接触していない。
中軸90は、軸線方向に延びる棒状の部材であり、導電性の金属、例えば、ステンレス鋼を用いて形成されている。中軸90は、先端側に位置する外径が大きな先端部90sと、先端部90sよりも外径が小さく、先端部90sから後端側に延びる胴部90cと、を備えている。中軸90は、主体金具11の軸孔11h内に、主体金具11から離間した状態で挿通されている。中軸90の先端部90sを含む部分は、変位伝達部材51およびセンサ支持部材14の径方向内側に、これらから離間して配置されている。中軸90の先端部90sは、接続部材80の後端部80kに、例えば、溶接によって、接続されている。これによって、中軸90は、接続部材80を介して、セラミックヒータ20に固定されるとともに、セラミックヒータ20の電極取出部27gに電気的に接続される。中軸90の後端には、図示しない電気供給部材を介して、セラミックヒータ20の電極取出部27gに供給すべき電圧が印加される。
グロープラグ100の使用時には、ハウジング10と中軸90との間に、電圧が印加される。上述したように、一方の電極取出部27fは、外筒30と保持部材40とを介して、ハウジング10に電気的に接続されている。他方の電極取出部27gは、接続部材80を介して中軸90に電気的に接続されている。従って、ハウジング10と中軸90とに供給された電力は、電極取出部27f、27gを通じて、発熱部27cに供給される。これにより、発熱部27cが発熱する。また、上述したセラミックヒータ20および外筒30は、保持部材40によって、軸線方向に変位可能に保持されているので、内燃機関の燃焼室内の圧力に応じて、軸線方向に変位する。セラミックヒータ20および外筒30の変位は、変位伝達部材51を介して、ダイアフラム部材55に伝えられる。この結果、ダイアフラム部材55には、セラミックヒータ20および外筒30の変位に応じた歪みが生じるので、歪みゲージとして機能するセンサ57によって、セラミックヒータ20および外筒30の変位を検出できる。そして、セラミックヒータ20および外筒30の変位に基づいて、燃焼室内の圧力が検出される。
A−2.外筒30の先端部30sの近傍の構成:
図5は、図3の破線で示す領域ARの拡大図である。先端キャップ部材12は、内周側の構成の観点でみると、大内径部12Lと、中内径部12Mと、小内径部12Sと、を備えている。大内径部12Lは、最も後端側に位置し、内径が最も大きな部分である。中内径部12Mは、大内径部12Lよりも先端側に位置し、大内径部12Lよりも内径が小さな部分である。小内径部12Sは、中内径部12Mよりも先端側に位置し、中内径部12Mよりも内径が小さな部分である。大内径部12Lの内径は、保持部材40の金具側部45の外径よりも僅かに大きい。中内径部12Mの内径は、保持部材40の外筒側部41の外径よりも僅かに大きく、金具側部45の外径よりも小さい。小内径部12Sは、外筒30の先端30Aよりも先端側に位置しており、外筒側部41の外径および外筒30の外径よりも小さい。小内径部12Sの内径は、セラミックヒータ20の外径(基体26の外径)よりも僅かに大きい。
図5は、図3の破線で示す領域ARの拡大図である。先端キャップ部材12は、内周側の構成の観点でみると、大内径部12Lと、中内径部12Mと、小内径部12Sと、を備えている。大内径部12Lは、最も後端側に位置し、内径が最も大きな部分である。中内径部12Mは、大内径部12Lよりも先端側に位置し、大内径部12Lよりも内径が小さな部分である。小内径部12Sは、中内径部12Mよりも先端側に位置し、中内径部12Mよりも内径が小さな部分である。大内径部12Lの内径は、保持部材40の金具側部45の外径よりも僅かに大きい。中内径部12Mの内径は、保持部材40の外筒側部41の外径よりも僅かに大きく、金具側部45の外径よりも小さい。小内径部12Sは、外筒30の先端30Aよりも先端側に位置しており、外筒側部41の外径および外筒30の外径よりも小さい。小内径部12Sの内径は、セラミックヒータ20の外径(基体26の外径)よりも僅かに大きい。
ここで、図5の位置P1は、ハウジング10の先端10A(先端キャップ部材12の先端)の軸線方向の位置を示している。位置P2は、外筒30の先端30A(先端部30sの先端)の軸線方向の位置を示している。このように、本実施形態のグロープラグ100では、外筒30の先端30Aは、ハウジング10の先端10Aよりも後端側に位置している。この結果、外筒30は、高温の燃焼ガスに曝されることを低減でき、燃焼ガスの熱を受けることを抑制できる。また、外筒30は、セラミックヒータ20の先端側(例えば、発熱部27c)とより離間するため、セラミックヒータ20自身が発生する熱を受けることを抑制できる。このため、外筒30を介してセラミックヒータ20の後端側(例えば、中間部22や後端部23)に伝わる熱量を低減できる。この結果、セラミックヒータ20の後端側の温度上昇を抑制できる。
セラミックヒータ20では、先端の発熱部27cの温度が目標値に達することが求められる。セラミックヒータ20の発熱抵抗体27は、上述のように導電性の成分(例えば、金属や金属を含む化合物、本実施例では炭化タングステン)を含んでいるので、発熱抵抗体27の抵抗値は、温度が高いほど大きくなる。このために、セラミックヒータ20の後端側の温度が高くなると発熱抵抗体27の後端側の抵抗値が高くなるので、当該後端側の部分での消費電力(電圧降下)が増大する。この結果、先端の発熱部27cの温度が目標値に達するようにするためには、発熱抵抗体27に印加する電圧をより高くする必要がある。したがって、セラミックヒータ20の後端側の部分の温度が高くなると、発熱抵抗体27の全体の消費電力が増大してしまう。このために、セラミックヒータ20の後端側は、温度が低いことが好ましい。本実施形態のグロープラグ100は、セラミックヒータ20の後端側の温度上昇を抑制できるので、セラミックヒータ20の後端側の抵抗値が温度上昇によって増大することに起因してセラミックヒータ20の後端部分の消費電力が増大することを抑制できる。したがって、セラミックヒータ20の全体の消費電力を抑制できる。
例えば、圧力センサを備えないグロープラグでは、ハウジングの先端部分の内周面で、セラミックヒータの外周面を直接に保持することで、セラミックヒータからハウジングへと効率良く、熱を逃がすことができる。これに対して、本実施形態のグロープラグ100は、圧力センサを備えるために、セラミックヒータ20を、ハウジング10に対して、変位可能に保持する必要がある。このために、ハウジング10とセラミックヒータ20との間の伝熱経路となる保持部材40が薄膜状の部材で構成されている。この結果、保持部材40を介して、セラミックヒータ20および外筒30の熱を逃がす熱引き性能が低くなりがちである。それに対して、本実施形態のグロープラグ100は、熱引き性能が低くなりがちな圧力センサを備えるグロープラグであるが、外筒30の先端30Aの位置を工夫することで、熱引き性能を向上させて、消費電力を抑制している。
また、図5の位置P3は、保持部材40の径方向内側の外筒側部41の先端41Aの軸線方向の位置を示している。このように、本実施形態のグロープラグ100では、外筒30の先端30A(位置P2)は、ハウジング10の先端10A(位置P1)と、外筒側部41の先端41A(位置P3)と、の間に位置している。この結果、外筒30と外筒側部41とに跨る溶融部W1を、確実に、かつ、自由に形成することができる。したがって、セラミックヒータ20の先端部近傍の熱が、外筒30を介してセラミックヒータ20の後端部に伝わることを抑制しつつも、外筒およびセラミックヒータは、保持部材によって、ハウジングに対して確実に保持される。
さらに、本実施形態のグロープラグ100では、上述したように、外筒30は、軸線方向の全長に亘って、前記セラミックヒータ20の外周面20oと接触している。したがって、図5にて、矢印CSで示すように、外筒30とセラミックヒータ20との間に隙間がない。この結果、外筒30とセラミックヒータ20との間に、先端側から高温の燃焼ガスが浸入することを抑制できる。この結果、セラミックヒータ20の後端側の部分の温度上昇を、さらに抑制できる。
さらに、本実施形態のグロープラグ100では、先端キャップ部材12の先端側の小内径部12Sの内径は、外筒30の外径よりも小さい。この結果、先端キャップ部材12の先端部分をセラミックヒータ20に近づけることができるので、セラミックヒータ20の先端側の部分の熱が、ハウジング10(先端キャップ部材12)を介して、外部に逃げることを、さらに、促進できる。
B.変形例
(1)上記実施形態の外筒30の先端30Aの位置は、一例であり、これに限られない。例えば、外筒30の先端30Aは、外筒側部41の先端41A(位置P3)よりも僅かに後端側にあっても良い。この場合には、例えば、溶融部W1の位置が後端側にずらされても良い。また、外筒30の先端30Aは、先端キャップ部材12の小内径部12Sが位置する軸線方向の範囲内であっても良い。この場合には、例えば、小内径部12Sの内径は、外筒30の外径より大きくされる。
(1)上記実施形態の外筒30の先端30Aの位置は、一例であり、これに限られない。例えば、外筒30の先端30Aは、外筒側部41の先端41A(位置P3)よりも僅かに後端側にあっても良い。この場合には、例えば、溶融部W1の位置が後端側にずらされても良い。また、外筒30の先端30Aは、先端キャップ部材12の小内径部12Sが位置する軸線方向の範囲内であっても良い。この場合には、例えば、小内径部12Sの内径は、外筒30の外径より大きくされる。
(2)上記実施形態の外筒30のうち、先端側の一部、または、後端側の一部において、外筒30とセラミックヒータ20との間には、隙間があっても良い。換言すれば、外筒30の先端側の一部や、後端側の一部は、内部のセラミックヒータ20を遊嵌状に包囲していても良い。例えば、図5の矢印CSで示す部分に隙間があっても良い。
(3)上記実施形態では、圧入によって、外筒30にセラミックヒータ20が固定されている。これに代えて、ロウ付けや接着材などの他の手段を用いて、外筒30にセラミックヒータ20が固定されていても良い。
(4)上記実施形態では、センサ57は、ピエゾ抵抗型の半導体歪みゲージが用いられている。これに代えて、センサ57は、セラミックヒータ20の変位によって生じる圧力を検知する圧電素子などの他のセンサであっても良い。
(5)上記実施形態では、保持部材40とハウジング10との固定手段および、保持部材40と外筒30との固定手段は、レーザ溶接である。これに代えて、該固定手段は、ロウ付け、接着材、加締めなどの他の手段であっても良い。
(6)上記実施形態では、保持部材40は、外筒側部41よりも金具側部45が後端側に位置している。これに代えて、外筒側部41よりも金具側部45が先端側に位置していても良い。また、外筒側部41と金具側部45との間の中間変形部43は、円環状のダイヤフラム(薄膜)に代えて、蛇腹状のベローズであっても良い。
以上、本発明の実施形態および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施形態および変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。
10…ハウジング、11…主体金具、11h…軸孔、12…先端キャップ部材、12L…大内径部、12M…中内径部、12S…小内径部、12c…縮外径部、13…後端キャップ部材、13e…工具係合部、14…センサ支持部材、14c…フランジ部、14h…軸孔、20…セラミックヒータ、20o…外周面、26…基体、26m…外周面、27…発熱抵抗体、27c…発熱部、27d、27e…リード部、27f、27g…電極取出部、30…外筒、40…保持部材、41…外筒側部、43…中間変形部、45…金具側部、50…圧力検出部、51…変位伝達部材、51s…先端部、55…ダイアフラム部材、55a…内側部分、55b…外側部分、57…センサ、58…配線、59…集積回路、60…樹脂部材、80…接続部材、90…中軸、100…グロープラグ
Claims (3)
- 軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、
前記軸線方向に延び、前記ハウジングの前記軸孔に挿通される筒状の外筒と、
前記軸線方向に延び、前記外筒に挿通されて、前記外筒に固定されるとともに、先端が前記ハウジングの先端よりも先端側に位置する棒状のセラミックヒータと、
前記軸孔内に配置され、径方向外側の部位が前記ハウジングに固定され、径方向内側の部位が前記外筒の外周面に固定され、前記セラミックヒータを前記軸線方向に変位可能に保持する薄膜状の保持部材と、
前記セラミックヒータの前記変位を検出するセンサと、
を備える圧力センサ付きグロープラグであって、
前記外筒の先端は、前記ハウジングの先端よりも後端側に位置することを特徴とする、圧力センサ付きグロープラグ。 - 請求項1に記載の圧力センサ付きグロープラグであって、
前記保持部材の前記径方向内側の部位は、前記軸線方向に延びる外筒側部であり、
前記外筒側部は、前記外筒側部と前記外筒とに跨って形成された溶融部によって、前記外筒に固定され、
前記外筒の先端は、前記ハウジングの先端と、前記外筒側部の先端と、の間に位置することを特徴とする、圧力センサ付きグロープラグ。 - 請求項1または2に記載の圧力センサ付きグロープラグであって、
前記外筒は、前記軸線方向の全長に亘って、前記セラミックヒータの外周面と接触していることを特徴とする、圧力センサ付きグロープラグ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017118949A JP2019002644A (ja) | 2017-06-16 | 2017-06-16 | 圧力センサ付きグロープラグ |
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-
2017
- 2017-06-16 JP JP2017118949A patent/JP2019002644A/ja active Pending
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