JP3912352B2 - Glow plug with combustion pressure sensor - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの燃焼室内の燃焼圧を検出する燃焼圧センサを有する燃焼圧センサ付きグロープラグに関し、特に、グロープラグにおける発熱体が、通電により発熱する発熱部材を絶縁性セラミックで保持してなるものであるセラミックグロープラグに関する。 The present invention relates to a glow plug with a combustion pressure sensor having a combustion pressure sensor that detects a combustion pressure in a combustion chamber of an engine, and in particular, a heating element in the glow plug holds a heating member that generates heat by energization with an insulating ceramic. The present invention relates to a ceramic glow plug.
この種の一般的な燃焼圧センサ付きグロープラグの概略断面構成を図７に示す（例えば、特許文献１参照。）。 FIG. 7 shows a schematic cross-sectional configuration of a general glow plug with a combustion pressure sensor of this type (see, for example, Patent Document 1).
このグロープラグは、一端側がエンジンの燃焼室１ａ側に位置するようにエンジンヘッド１にネジ結合可能な筒状のハウジング２０１を有する。
This glow plug has a
ハウジング２０１の外周面には、当該ネジ結合のための取付ネジ部２０１ｂが形成されている。ハウジング２０１の内部には、一端側がハウジング２０１の一端から露出するようにパイプ部材４０４が保持されている。
A
このパイプ部材４０４は、ハウジング２０１の一端側の部位とロウ付けや圧入などにより固定されている。このパイプ部材４０４とハウジング２０１との固定部は、図７中、固定部Ｋ１として示してある。
The
パイプ部材４０４の内部には、通電により発熱する発熱部材４０１が設けられている。この発熱部材４０１は絶縁性セラミックからなる絶縁体４０３で保持されることで発熱体４００が構成され、この発熱体４００がパイプ部材４０４に挿入保持されている。
Inside the
この発熱体４００は、例えば、窒化珪素と珪化モリブデン又はタングステンカーバイドとを主成分とした導電性セラミックからなる発熱部材４０１を、窒化珪素を主成分とした絶縁性セラミックからなる絶縁体４０３で内包する形で焼結してなるもので、いわゆるセラミック発熱体である。
The
また、ハウジング２０１の内部には、金属製の電極としての中軸２０４が収納されている。中軸２０４の一端側は、キャップリード４０５などを介して、発熱部材４０１と接続されて電気的に導通し、中軸２０４の他端側は、ハウジング２０１の他端から突出している。
Further, inside the
また、この中軸２０４は、ハウジング２０１の他端にて中軸２０４とハウジング２０１との間に充填された溶着ガラス４０６によって、ハウジング２０１に保持され固定されている。
Further, the
そして、ハウジング２０１の他端側には、燃焼圧を検出する燃焼圧センサ３００が設けられ、この燃焼圧センサ３００は、中軸２０４の他端側に設けられた固定ナット２１１などによってハウジング２０１に固定されている。
A
この燃焼圧センサ３００は、圧電素子からなるものであり、エンジンの燃焼圧の発生に伴いパイプ部材４０４に作用する力が中軸２０４を介して伝達されることで当該燃焼圧を検出するものである。
The
このようなグロープラグは、エンジンに装着された状態において、燃焼室１ａ内の圧力すなわち燃焼圧に応じた軸方向の荷重がパイプ部材４０４に印加されると、パイプ部材４０４はハウジング２０１に対して微小変動する。
When such a glow plug is attached to the engine, when an axial load corresponding to the pressure in the
このパイプ部材４０４の変位によりパイプ部材４０４に固定された発熱体に一体化されている中軸２０４も同様に変位し、この中軸２０４の変位によって、固定ナット２１１による燃焼圧センサ３００への荷重が変化（緩和）される。
Due to the displacement of the
そして、その荷重変化に伴って燃焼圧センサ３００から出力される信号に基づいて、上記した燃焼圧が検出されるようになっている。
しかしながら、本発明者らの検討によれば、上記図７に示したセラミック発熱体４００を有する燃焼圧センサ付きグロープラグにおいては、燃焼圧を検出する信号において図８に示すように、著しい出力感度の低下が見られた。
However, according to the study by the present inventors, in the glow plug with the combustion pressure sensor having the
図８では、上記従来のグロープラグにおいて、エンジン条件を１２００ｒｐｍで２０Ｎ・ｍ負荷時とした場合の燃焼圧検出結果を示している。図８には、指圧計により検出した燃焼圧である基準筒内圧と、グロープラグの燃焼圧センサ３００による検出信号とが示されている。
FIG. 8 shows a combustion pressure detection result when the engine condition is 1200 rpm and 20 N · m load in the conventional glow plug. FIG. 8 shows a reference in-cylinder pressure, which is a combustion pressure detected by a finger pressure gauge, and a detection signal from the
検出信号は、基準筒内圧に比べてかなりスケールを大きくして示すことで、基準筒内圧と比べて信号ピークの大きさがそろえてあるが、実際には、かなり小さい信号であり、出力感度が低下している。そして、この感度低下に伴って、検出信号における振動ノイズも相対的に大きくなり、ＳＮ比も悪化している。 The detection signal is shown with a considerably larger scale than the reference in-cylinder pressure, so that the signal peaks are aligned with the reference in-cylinder pressure. It is falling. And with this sensitivity fall, the vibration noise in a detection signal also becomes relatively large, and the S / N ratio also deteriorates.
本発明者らの検討によれば、この出力感度低下の原因は、次のように考えられる。 According to the study by the present inventors, the cause of the decrease in output sensitivity is considered as follows.
上述したように、燃焼室にて発生した燃焼圧は、パイプ部材４０４から中軸２０４へ伝達されるとともに、ハウジング２０１にも加わる。それにより、中軸２０４およびハウジング２０１は軸方向に歪み変位するが、これら両者の歪み変位の差が燃焼圧センサ３００によって検出される。
As described above, the combustion pressure generated in the combustion chamber is transmitted from the
このような検出メカニズムにおいて、上記図７に示すように、燃焼圧センサ３００の近傍に位置する中軸２０４の他端側の部位が、溶着ガラス４０６によってハウジング２０１に保持固定されている。そのため、燃焼圧センサ３００の近傍において、ハウジング２０１と中軸２０４との歪み変位の差は非常に小さいものとなってしまう。
In such a detection mechanism, as shown in FIG. 7, a portion on the other end side of the
このように、従来のセラミックグロープラグを用いた燃焼圧センサ付きグロープラグにおいては、中軸２０４による燃焼圧の伝達効率が低いため、上記した出力感度の低下を招くと考えられる。
Thus, in the conventional glow plug with the combustion pressure sensor using the ceramic glow plug, the transmission efficiency of the combustion pressure by the
そこで、本発明は上記問題に鑑み、セラミックグロープラグを用いた燃焼圧センサ付きグロープラグにおいて、中軸による燃焼圧の伝達効率を高めることを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to increase the combustion pressure transmission efficiency of the center shaft in a glow plug with a combustion pressure sensor using a ceramic glow plug.
上記目的を達成するため、本発明は、中軸の保持部の位置を、極限に中軸先端部の燃焼室側へ移動させることにより、中軸とハウジングとの歪変位の差の助長を図ることに着目してなされたものである。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention focuses on promoting the difference in strain displacement between the central shaft and the housing by moving the holding portion of the central shaft to the combustion chamber side of the distal end portion of the central shaft as much as possible. It was made.
請求項１に記載の発明では、一端側がエンジンの燃焼室（１ａ）側に位置するようにエンジンに取り付けられる筒状のハウジング（２０１）と、一端側がハウジングの一端から露出するようにハウジングの内部に保持されたパイプ部材（４０４）と、パイプ部材内に設けられ通電により発熱する発熱部材（４０１）を絶縁性セラミック（４０３）で保持してなる発熱体（４００）と、一端側が発熱部材と接続されて電気的に導通するとともに他端側がハウジングの他端から突出するようにハウジング内に収納されている金属製の中軸（２０４）と、中軸の他端側に設けられ、エンジンの燃焼圧の発生に伴いパイプ部材に作用する力が中軸を介して伝達されて燃焼圧を検出する燃焼圧センサ（３００）とを備える燃焼圧センサ付きグロープラグにおいて、中軸の一端側の部位には、中軸をハウジングに固定して保持させる保持部（４０６）が設けられ、中軸の他端側の部位には、中軸をハウジングに弾性的に保持させる弾性部材（２０７）が設けられていることを特徴とする。
In the first aspect of the present invention, a cylindrical housing (201) attached to the engine so that one end side is located on the combustion chamber (1a) side of the engine, and the inside of the housing so that one end side is exposed from one end of the housing. A pipe member (404) held in the pipe member, a heat generating member (400) that is provided in the pipe member and generates heat by energization and is held by an insulating ceramic (403), and one end side is a heat generating member A metal center shaft (204) housed in the housing so that the other end side is connected and electrically conductive and protrudes from the other end of the housing, and provided on the other end side of the center shaft, and is provided with an engine combustion pressure. A glow plug with a combustion pressure sensor, comprising a combustion pressure sensor (300) for detecting a combustion pressure by transmitting a force acting on the pipe member through the middle shaft with the occurrence of Oite, elastic in the region of the center pole of the one end side, the center pole holding portion for holding fixed to the housing (406) is provided at a portion of the center pole on the other end side, which resiliently hold the center pole to the housing A member (207) is provided .
本発明によれば、従来のものが中軸の他端すなわち燃焼圧センサの近傍にて中軸がハウジングに固定されていたのに対し、燃焼圧センサから極力離れた位置にて中軸を固定保持した構成を実現できる。 According to the present invention, the conventional configuration is such that the middle shaft is fixed to the housing at the other end of the middle shaft, that is, near the combustion pressure sensor, whereas the middle shaft is fixedly held at a position as far as possible from the combustion pressure sensor. Can be realized.
そして、本発明の中軸においては、その一端側が発熱体近傍にて保持部によってハウジングに固定保持されているものの、その保持部から燃焼圧センサまでの長い部分は固定されていない形にできる。そのため、燃焼圧センサには中軸の歪み変位を阻害されることなく伝達することができる。 And in the center axis | shaft of this invention, although the one end side is fixedly hold | maintained at the housing by the holding | maintenance part in the heat generating body vicinity, the long part from the holding | maintenance part to a combustion pressure sensor can be made into the form which is not fixed. For this reason, the strain displacement of the central shaft can be transmitted to the combustion pressure sensor without being obstructed.
よって、本発明によれば、燃焼圧センサの近傍におけるハウジングと中軸との歪み変位の差を、従来に比べて大きくすることができるため、中軸による燃焼圧の伝達効率を高めることができる。そして、従来に比べて出力感度を向上させることができる。 Therefore, according to the present invention, since the difference in strain displacement between the housing and the central shaft in the vicinity of the combustion pressure sensor can be increased as compared with the conventional case, the transmission efficiency of the combustion pressure by the central shaft can be increased. And output sensitivity can be improved compared with the past.
ここで、請求項２に記載の発明のように、保持部（４０６）は、中軸（２０４）の一端側の部位とハウジング（２０１）との間を埋める溶着ガラスにすることができる。 Here, as in the second aspect of the present invention, the holding portion (406) can be a welded glass that fills the space between the one end side of the central shaft (204) and the housing (201).
また、請求項３に記載の発明のように、保持部（４０６）は、中軸（２０４）の一端側の部位をハウジング（２０１）の外周面からかしめて固定するものにできる。 Further, as in the invention described in claim 3, the holding portion (406) can be fixed by caulking a portion on one end side of the central shaft (204) from the outer peripheral surface of the housing (201).
さらに、請求項４に記載の発明のように、保持部（４０６）は、中軸（２０４）の一端側の部位をハウジング（２０１）の内周面に圧入して固定するものにできる。 Further, as in the invention described in claim 4, the holding portion (406) can be fixed by press-fitting a portion on one end side of the central shaft (204) into the inner peripheral surface of the housing (201).
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、説明の簡素化を図るため、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in order to simplify description, in each following embodiment, the same code | symbol is attached | subjected in the figure to the part which is mutually the same or equivalent.
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃焼圧センサ付きグロープラグ１００の全体概略をディーゼルエンジン（内燃機関）のエンジンヘッド（被取付部）１へ取り付けた状態にて示す縦断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an overall outline of a
グロープラグ１００は、大きくは、発熱体４００を備えかつ燃焼圧伝達の媒体を果たすプラグ本体部２００と、燃焼圧に伴いプラグ本体部２００に作用する力を圧電素子の圧電特性に基づく電気信号に変換することによりエンジンの燃焼圧を検出する手段である圧力センサ（本発明でいう燃焼圧センサ）３００と、を備えて構成されている。
The
ここで、プラグ本体部２００は、大きくは、一端側（図１中の下方側）が燃焼室１ａ側に位置し他端側（図１中の上方側）がエンジンヘッド１の外部に位置するようにエンジンヘッド１に取り代られる金属製筒状のハウジング２０１と、一端側がハウジング２０１の一端から露出し他端側がハウジング２０１の内部に保持された筒状の保護パイプ（本発明でいうパイプ部材）４０４と、保護パイプ４０４の一端側から露出するように保護パイプ４０４内に保持された発熱体４００と、一端側が発熱体４００の発熱部材４０１に電気的に導通されるとともに他端側がハウジング２０１の他端から突出するようにハウジング２０１の内部に保持された金属製棒状の中軸（電極体、棒状電極）２０４とを備えている。
Here, the plug
エンジンヘッド１には、その外表面から内部の燃焼室１ａまで貫通するねじ穴（グローホール）が形成されており、プラグ本体部２００は、このねじ穴に対してプラグの軸方向（長手方向）に挿入されている。
The engine head 1 is formed with a screw hole (glow hole) penetrating from the outer surface thereof to the
ハウジング２０１は、硫黄快削鋼または炭素鋼等からなり、その外形形状は一端側（燃焼室１ａ側）が小径で他端側が大径の段付形状になっている。そして、ハウジング２０１の小径部外周面におけるプラグ軸方向の中問部には、取付ネジ部２０１ｂが形成されている。
The
また、ハウジング２０１の大径部外周面にはグロープラグ１００をエンジンヘッド１にねじ結合する際に利用される六角部２０１ａが形成されている。そして、グロープラグ１００のプラグ本体部２００は、ハウジング２０１の取付ネジ部２０１ｂによって、エンジンヘッド１のネジ穴とネジ結合されている。
Further, a
また、ハウジング２０１の一端にはテーパ状のシート面２０１ｃが形成され、このシート面２０１ｃとこれに対向するエンジンヘッド１のネジ穴のシート面とが密着して、燃焼室１ａからのガス漏れ防止がなされている。
In addition, a
ここで、ハウジング２０１の六角部２０１ａは、エンジン装着スペースに合わせて、六角部の頂角の一部を除去・円周面を形成して外形を細化しても良い（図示せず）。
Here, the outer shape of the
発熱体４００は、通電により発熱する発熱部材４０１を絶縁性セラミック４０３で保持してなるものである。
The
具体的には、発熱体４００は、窒化珪素と珪化モリブデン又はタングステンカーバイドとを主成分とした導電性セラミックからなるＵ字状の発熱部材４０１とタングステン製の一対のリードワイヤ４０２とを、窒化珪素を主成分とした絶縁性セラミックからなる絶縁体４０３で内包する形で焼結してなる。なお、発熱部材４０１は金属等であっても良い。
Specifically, the
この発熱体４００は、耐熱・耐食性合金（例えばＳＵＳ４３０）等よりなる筒状の保護パイプ４０４の一端側から発熱部材４０１側の端部が露出するように、保護パイプ４０４に挿入されている。そして、発熱体４００は保護パイプ４０４に対して、銀−銅ロウ等のロウ材を介した焼きばめやメタライズ接合等により圧着保持され接合されている。
The
また、発熱体４００における保護パイプ４０４の他端側から露出する端部には、銀−銅ロウ等のロウ材を介して筒状のキャップリード４０５が焼きばめ固定されている。
Further, a
また、このキャップリード４０５には、中軸２０４の一端側がかしめ固定されており、このキャップリード４０５を介して発熱体４００と中軸２０４とが接続されている。
Further, one end side of the
そして、発熱体４００におけるリードワイヤ４０２の一方は、ロウ材を介して焼きばめ固定されたキャップリード４０５を介し、中軸２０４と電気的に導通しており、リードワイヤ４０２の他方は、保護パイプ４０４との接触部にてロウ材等で保護パイプ４０４と電気的に導通されハウジング２０１にアースされている。
One of the
これにより、中軸２０４と発熱部材４０１との電気的導通がなされ、発熱部材４０１に通電することで発熱体４００は発熱するようになっている。ちなみに、発熱体４００をセラミック化することにより、発熱体自体の寿命を飛躍的に向上することができ、実質的には、メンテナンスフリー化を実現できる。
Thereby, the
ここで、この発熱体４００は、上述したように、発熱部材４０１側の端部が保護パイプ４０４の一端側から燃焼室１ａに露出するように、保護パイプ４０４に挿入され固定されている。
Here, as described above, the
ここにおいて、保護パイプ４０４の外周面とハウジング２０１の内周面とは、銀ロウ等のロウ付けにより接合、または、保護パイプ４０４のハウジング２０１への嵌合圧入による固着等により固定されている。
Here, the outer peripheral surface of the
それによって、ハウジング２０１の一端側にてハウジング２０１の内面と保護パイプ４０４の外面とが全周に渡って実質的に隙間無く固定された部分Ｋ１が固定部として形成される。そして、この固定部Ｋ１により、燃焼室１ａからの燃焼ガスがハウジング２０１内部に侵入しないようになっている。
Thereby, a portion K1 in which the inner surface of the
なお、固定部Ｋ１は、図中の引き出し線にて指示されたハウジング２０１の内面と保護パイプ４０４の外面とが接触している界面であり、プラグ径方向の全周に渡っていれば、当該界面の一部でも全部でも構わない。
Note that the fixed portion K1 is an interface where the inner surface of the
ここで、本実施形態独自の構成として、キャップリード４０５を介して発熱部材４０１と電気的に導通されている中軸２０４の一端側の部位には、中軸２０４をハウジング２０１に固定して保持させる保持部４０６が設けられている。この保持部４０６は溶着ガラスや無機系接着剤等を採用できる。
Here, as a configuration unique to the present embodiment, the
本例では、保持部４０６は、中軸２０４の一端側の部位とハウジング２０１との間を埋める溶着ガラス４０６である。この溶着ガラス４０６は、たとえば鉛ガラス等を採用できる。
In this example, the holding
また、本例では、溶着ガラス４０６よりも中軸２０４の一端寄りの部位には、溶着ガラス４０６の位置決めとたれ防止並びに中軸２０４の芯出しを目的としたインシュレータ４０７が設けられている。
Further, in this example, an
このインシュレータ４０７は必要に応じて設けられるもので、耐熱性と絶縁性に優れたセラミック材、例えばアルミナ、ジルコニア、マグネシアからなる。その形状は、円筒状かつ中軸２０４の中段部２０４ｂ及びキャップリード４０５の小径部４０５ａの外周に摺動可能な内外径を有したものである。
The
また、ハウジング２０１の他端側の内部において、シリコンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、Ｈ−ＮＢＲ等からなる円筒リング２０７が中軸２０４の他端側から挿入配置されている。
A
ここで、円筒リング２０７は中軸２０４の芯出しと振動抑制及びハウジング２０１内の防水・気密性確保とを目的としたものである。
Here, the
そして、ハウジング２０１の他端側のうち円筒リング２０７と接触する部分をテーパ形状にすることによって、円筒リング２０７とハウジング２０１との密着性が良くなり、制振効果・防水・気密性はさらに向上する。
Further, by making the portion of the other end side of the
なお、ハウジング２０１のメッキの際には、円筒リング２０７のシール効果により、ハウジング内部には、一切、処理液やメッキが付着することはなく、短絡の恐れは排除できる。
When plating the
また、中軸２０４の他端側には、樹脂系（例えばフェノール樹脂・ＰＰＳ・積層マイカ）あるいはセラミック系（例えばアルミナ）の絶縁材料から成る絶縁ブッシュ２１０が嵌め込まれている。
Further, an insulating
また、ハウジング２０１の六角部２０１ａの内部には、段付の大径穴部２０１ｄを設けることにより、その大径穴部２０１ｄと中軸２０４の外周面との問に収納部２０１ｅが形成されている。
Further, by providing a stepped large-
この収納部２０１ｅには略円環状の圧力センサ３００（詳細後述）が収納されている。この圧力センサ３００は、収納部２０１ｅに収納された後、絶縁ブッシュ２１０を中軸２０４に嵌め込み、中軸２０４の他端に設けられた端子ネジ２０４ａに固定ナット２１１を締め付けることにより、絶縁ブッシュ２１０とハウジング２０１との間に固定保持されている。
A substantially annular pressure sensor 300 (described later in detail) is accommodated in the
このように、中軸２０４の他端側すなわちハウジング他端側の収納部２０１ｅに設けられた圧力センサ３００は、固定ナット２１１の軸力によって、中軸２０４の一端側方向に向かってハウジング２０１へ押しつけるように固定されている。
As described above, the
また、ハウジング２０１の大径穴部２０１ｄの内周面と圧力センサ３００の外周面との問にはＯリング２０８が配置され、圧力センサ３００の内周面と中軸２０４の外周面との問には円筒リング２０９が挿入され配置されている。
In addition, an O-
なお、このＯリング２０８と円筒リング２０９は、シリコンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、Ｈ−ＮＢＲ等からなる。
The O-
ここで、Ｏリング２０８は、ハウジング２０１内の防水・気密性確保を目的としたものであり、円筒リング２０９は、中軸２０４の振動抑制とハウジング２０１内の防水・気密性確保とを目的としたものである。そして、センサ３００の円筒リング２０９と接触する部分はテーパー形状にすると円筒リング２０９との密着性が良くなり、防水・気密性はさらに向上する。
Here, the O-
また、圧力センサ３００と固定ナット２１１とは、絶縁ブッシュ２１０により電気的に絶縁されている。さらに、圧力センサ３００と中軸２０４とは円筒リング２０９によって電気的に絶縁されている。
Further, the
また、中軸２０４の他端に設けられた端子ネジ２０４ａには、各気筒問との結線用として、コネクティングバー２が端子ナット２１２によって固定され、電気的に接続されている。
Further, a connecting
このコネクティングバー２は図示しない電源に接続され、中軸２０４、キャップリード４０５、リードワイヤ４０２、発熱部材４０１、保護パイプ４０４、ハウジング２０１を介してエンジンヘッド１にアースされている。
The connecting
これにより、グロープラグ１００において発熱体４００は発熱し、ディーゼルエンジンの着火始動の補助を行うことが可能となっている。
Thereby, the
なお、各気筒間との結線にあたっては、発熱体４００が挿入された保護パイプ４０４（本発明でいうパイプ部材）の微小変位の妨げにならないよう、柔軟性に優れたリードワイヤ（自動車用電線）を用いても良い。
It should be noted that when connecting between the cylinders, a lead wire (automotive electric wire) having excellent flexibility so as not to prevent a minute displacement of the protective pipe 404 (pipe member in the present invention) into which the
［圧力センサの詳細構成］
次に、圧力センサ３００の詳細構成を図２を参照して説明する。図２は、図１中の圧力センサ３００の拡大断面図である。
[Detailed configuration of pressure sensor]
Next, a detailed configuration of the
圧力センサ３００においては、円環状の極性を有した圧電セラミックス３０２が、ともに略円環状をなすメタルケース３０３と電極３０１に挟持されるようにパッケージングされてなるものである。
In the
この圧電セラミックス３０２は例えば厚さ０．４ｍｍのチタン酸鉛あるいはチタン酸ジルコン酸鉛からなるものである。また、圧力センサ３００におけるメタルケース３０３および電極３０１とハウジング２０１の収納部２０１ｅとの間には、インシュレータ３０４が介在されている。
The piezoelectric ceramic 302 is made of, for example, lead titanate or lead zirconate titanate having a thickness of 0.4 mm. An
このインシュレータ３０４は天然マイカ、積層マイカ及びアルミナ等のセラミックス材あるいは、ポリイミドフィルム、フェノール等の樹脂材からなるもので、例えば厚さ０．２ｍｍ程度のものである。インシュレータ３０４は、圧力センサ３００で発生した出力信号がハウジング２０１ヘ短絡しない様、電極３０１を電気的に絶縁している。
The
なお、メタルケース３０３および電極３０１における圧電セラミックス３０２との接触面は、表面粗さ６．３Ｚ以下（例えば３．２Ｚや１．６Ｚ）となるような研削または研磨加工を施すことにより平面度を向上させることが好ましい。
The contact surface of the
それにより、メタルケース３０３および電極３０１が圧電セラミックス３０２と接触する面において面圧の均一化が図られ、密着性の向上と組み付け加圧時の素子割れを防止しやすくできる。
As a result, the surface pressure of the
ここで、メタルケース３０３と電極３０１の材質は、上記の研削又は研磨加工を容易にするため、磁性材である例えばＳＵＳ４３０を選定することができる。
Here, for the material of the
また、メタルケース３０３は大きくは略円環状のフランジ部３０３ａと突出したパイプ状の小円形部３０３ｄで形成されているので、上記の研削又は研磨加工する上では、加工が容易ではない。
Further, since the
そこで、メタルケース３０３をフランジ部と小円筒部に分離し、研削又は研磨力加工を必要とするフランジ部を単純な円盤状とし、加工後に双方をロウ付け等により一体化しても良い。
Therefore, the
また、メタルケース３０３の一端側のフランジ部３０３ａには、プラグ軸方向に延びる貫通穴が形成されており、その貫通穴には筒状のプロテクションチューブ３０３ｂの一端が挿入され、溶接、ロウ付け等にて一体に形成されている。
Further, a through hole extending in the plug axis direction is formed in the
一方、絶縁ブッシュ２１０にもプラグ軸方向に延びる貫通穴２１０ａが形成され、その貫通穴２１０ａにプロテクションチューブ３０３ｂの他端が挿入されている。
On the other hand, the insulating
このプロテクションチューブ３０３ｂには、圧力センサ３００の信号を取り出す出力線としてのシールド付き電線３０５が、挿入されて支持されるようになっている。メタルケース３０３内に挿入されたシールド付き電線３０５においては、その芯線３０５ａが電極３０１に溶接されて結線されている。
In this
また、芯線３０５ａとは絶縁されたシールド線３０５ｂは、プロテクションチューブ３０３ｂとかしめられることにより、ボディーアースでもあるメタルケース３０３に結線されている。
Further, the
なお、本例の圧力センサ３００では、圧電セラミックス３０２を１枚としているが、その目的は、圧力センサ３００の簡素化と低重心化を図り、圧力センサ３００自体が発生する振動ノイズを低減し信号出力のＳ／Ｎ比を向上させることにある。
In the
しかし、上記した特許文献１の第２図に記載の圧力センサのように、圧電セラミックス３０２が２枚でも検出は可能である。
However, as with the pressure sensor described in FIG. 2 of Patent Document 1 described above, even two
なお、この場合、電極３０１の下側のインシュレータ３０４を排除し圧電セラミックス３０２を配置することとなる。このように、圧電セラミックス３０２を２枚並列結合させることにより、出力感度が２倍に高まり、出力信号の対ノイズ性が向上できる。
In this case, the
［圧力センサの組付け方法］
この圧力センサ３００の組付けは、次のようである。まず、メタルケース３０３の小径部３０３ｄの円周側面にシリコン製の熱収縮性の絶縁チューブ３０６を加熱して密着させる。
[Assembly method of pressure sensor]
The assembly of the
次に、圧電セラミックス３０２、電極３０１の順に、これらをメタルケース３０３の小径部３０３ｄにはめ込む。ここで、絶縁チューブ３０６は、圧電セラミックス３０２および電極３０１とメタルケース３０３との電気的短絡を防止している。
Next, the piezoelectric ceramic 302 and the
上記の組付け後、メタルケース３０３にはめ込まれた電極３０１に対して、シールド付き電線３０５の芯線３０５ａを、抵抗溶接あるいはレーザ溶接等にて結線する。
After the above assembly, the
また、シールド付き電線３０５とプロテクションチューブ３０３ｂとをシールド線３０５ｂを含む部分でかしめる。それにより、シールド線３０５ｂとメタルケース３０３との電気的接続、シールド付き電線３０５の保持固定、及び、シールド付き電線３０５とプロテクションチューブ３０３ｂとの密着性を確保する。
Further, the shielded
そして、このようにして、メタルケース３０３、圧電セラミックス３０２、電極３０１およびシールド付き電線３０５が一体化された圧力センサ３００は、後述するように、ハウジング２０１の収納部２０１ｅへインシュレータ３０４を介して配設される。
In this way, the
それにより、圧力センサ３００は、金属性のメタルケース３０３と、金属性のプラグ本体部２００により包含された形となる。その結果、完全密閉型かつ完全電気シールド型の圧力センサを提供することができる。
As a result, the
［燃焼圧センサ付きグロープラグの組付方法］
次に、本実施形態の燃焼圧センサ付きグロープラグ１００の組付方法について図１、図２を参照して説明する。
[Assembly method of glow plug with combustion pressure sensor]
Next, a method for assembling the
まず、発熱体４００に保護パイプ４０４および中軸２０４が組み付けられたものと、メッキを施したハウジング２０１とを用意する。
First, a
ここで、中軸２０４と発熱体４００との組み付け方を示す。まず、発熱体４００は保護パイプ４０４に挿入して、銀−銅ロウ等のロウ材を介した焼きばめやメタライズ接合等により圧着保持する。また、発熱体４００とキャップリード４０５とは銀−銅ロウ（ロウ付温度８００℃）等のロウ材を介して焼きばめ固定する。
Here, how to assemble the
次に、中軸２０４の中段部２０４ｂへ円筒状の鉛ガラスからなる仮焼成形体としての溶着ガラス４０６と環状のインシュレータ４０７を挿入し、この状態にて中軸２０４の細径部２０４ｅを発熱体４００のキャップリード４０５の小径部４０５ａ内孔へ挿入し、細径部２０４ｅおよび小径部４０５ａを８点かしめ等にてかしめ固定する。
Next, a welded
なお、かしめの際は、溶着ガラス４０６およびインシュレータ４０７がかしめ型等と干渉しない様、中軸２０４の中段部２０４ｂを任意に摺動させ配置する。
During caulking, the
このとき、インシュレータ４０７は、キャップリード４０５のテーパ部に干渉して止まるため、インシュレータ４０７によって溶着ガラス４０６の位置決めがなされる。
At this time, the
そして、インシュレータ４０７と溶着ガラス４０６が組み付けられた上記一体化部材を、中軸２０４の他端側を先端として、ハウジング２０１の一端側から挿入する。そして、発熱体４００を保持・固定している保護パイプ４０４とハウジング２０１の双方を銀ロウ等のロウ付けにより完全に接合する。こうして、ハウジング２０１、中軸２０４及び発熱体４００が一体化される。
Then, the integrated member in which the
なお、発熱体４００を含む上記一体化部材とハウジング２０１との組付けは、次の様でも良い。まず、用意される発熱体４００における保護パイプ４０４の外径を、ハウジング２０１の内径部に対してやや大きく、例えば＋６０〜＋１４０μｍの寸法差を有したものとする。
The assembly of the integrated member including the
そして、ハウジング２０１への上記一体化部材の挿入において、保護パイプ４０４をハウジング２０１へ嵌合圧入し、ハウジング２０１と保護パイプ４０４とを相互の弾性力で固着して密閉する。この結果、ハウジング２０１内部の高い気密性が確保出来る。
Then, when the integrated member is inserted into the
このようにして、ハウジング２０１、中軸２０４及び発熱体４００を一体化し固定した後、このものを例えば５００℃で３０分間、全体加熱をして、ハウジング２０１と中軸２０４との隙間に位置する溶着ガラス４０６を完全に溶融させ、中軸２０４をハウジング２０１へ保持・固着させる。ちなみに、本実施形態における溶着ガラス４０６の引抜き強度は、３ＫＮ以上確保されている。
After the
その後、中軸２０４の他端側から円筒リング２０７を挿入して、ハウジング２０１他端の開口部を円筒リング２０７にて密閉した後、ハウジング２０１にメッキを施す。
Thereafter, the
続いて、中軸２０４の他端側（つまり、端子ネジ２０４ａ側）からハウジング２０１内にインシュレータ３０４を投入して配置する。そして、フランジ部３０３ａの外周にＯリング２０８を挿入した状態で、圧力センサ３００を収納部２０１ｅ内に配置する。
Subsequently, the
続いて、中軸２０４の他端側より円筒リング２０９を投入し、さらには、圧力センサ３００に結線されたシールド付き電線３０５の他端側よりＯリング３０９を投入し、所定場所に配置する。
Subsequently, the
この状態にて絶縁ブッシュ２１０を中軸２０４の他端側より投入するとともに、シールド付き電線３０５は、絶縁ブッシュ２１０の貫通穴２１０ａを通して外部へ導出する。
In this state, the insulating
なお、図２に示すように、Ｏリング３０９は、シールド付き電線３０５の外周面とプロテクションチューブ３０３ｂの端面と絶縁ブッシュ２１０に設けた貫通穴２１０ａの底部端面に接触するように押圧され挿入されている。
As shown in FIG. 2, the O-
このＯリング３０９は、シリコンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、Ｈ−ＮＢＲ等からなるもので、防水、防振を目的とするものである。
The O-
また、絶縁ブッシュ２１０は、樹脂系（例えばフェノール樹脂、ＰＰＳ、積層マイカ）あるいはセラミック系（例えばアルミナ）の絶縁材料であれば問題はないが、好ましくは、比重が小さく、ヤング率が大きく、クリープ特性に優れた素材が有効である。
The insulating
これにより、絶縁ブッシュ２１０を軽くして圧力センサ３００の低重心化が図られ、振動ノイズレベルを低減できる。
As a result, the insulating
また、絶縁ブッシュ２１０の経時変化すなわちクリープを抑制できるため、このクリープに伴う圧力センサ３００に印加される予荷重（つまり、固定ナット２１１による圧力センサ３００の加圧力）の変化で生じる出力変動を、低減できる。
Further, since the temporal change, that is, the creep of the insulating
そこで、絶縁ブッシュ２１０としては、例えばガラス繊維を配合した熱硬化性のフェノール樹脂を選定し、さらに熱処理として例えば１７５℃〜２０５℃、３〜２０時間加熱を加えることによりクリープ特性を改善したものを採用できる。
Therefore, as the insulating
こうして、絶縁ブッシュ２１０まで組み付けた後、中軸２０４の端子ネジ２０４ａに沿って固定ナット２１１を締め付けることにより、圧力センサ３００を収納部２０１ｅ内に固定して保持する。
Thus, after assembling the insulating
なお、固定ナット２１１を締め付けた後、固定ナット２１１の六角面の１箇所をかしめて変形させるか、あるいは予め螺着面（ネジの部分）にネジロック剤を塗布して固定ナット２１１を締め付けることで、振動に対する固定ナット２１１の緩み防止策を講じても良い。
In addition, after tightening the fixing
また、絶縁ブッシュ２１０は、略円環状のものであるが、その円周面の一部に対向し合うフラットな２面を有するものとして良い。このような絶縁ブッシュ２１０を用いれば、完全に円環状のものに比べて、固定ナット２１１を締め付ける際に、絶縁ブッシュ２１０の対向し合うフラットな２面をスパナ等で拘束することで、絶縁ブッシュ２１０が回転しないように固定ナット２１１を回転させることができる。
The insulating
それにより、圧力センサ３００を構成する圧電セラミック３０２や電極３０１と芯線３０５ａとの溶接部へのねじり力を回避しつつ、圧力センサ３００へ予荷重を加えることが可能となる。これにより、圧電セラミック３０２や芯線３０５へのねじりによる破壊や破断を防止することができる。
Accordingly, it is possible to apply a preload to the
このようにして、固定ナット２１１を締め付けて圧力センサ３００を固定した後、ハウジング２０１をエンジンヘッド１にネジ結合して取り付け、次に、固定ナット２１１の上面にて、コネクティングバー２を端子ネジ２０４ａに取り付け、端子ナット２１２で固定する。こうして、上記図１に示す状態になる。
After fixing the
［燃焼圧センサ付きグロープラグにおける燃焼圧の検出メカニズム］
次に、本実施形態のグロープラグ１００における基本的な燃焼圧の検出メカニズムについて説明する。
[Detection mechanism of combustion pressure in glow plug with combustion pressure sensor]
Next, a basic combustion pressure detection mechanism in the
圧力センサ（燃焼圧センサ）３００は圧電素子からなるものであり、エンジンの燃焼圧の発生に伴い保護パイプ４０４に作用する力が、保護パイプ４０４と一体化された発熱体４００に固定されている中軸２０４を介して伝達されることで当該燃焼圧を検出するものである。
The pressure sensor (combustion pressure sensor) 300 is composed of a piezoelectric element, and the force acting on the
上記図１において、圧力センサ３００は予め固定ナット２１１により、プラグ本体部２００に固定保持され一体化が図られている。この時、圧力センサ３００に内蔵されている圧電セラミックス３０２には、エンジン装着後に所定の予荷重が負荷されるように、グロープラグ１００がエンジンヘッド１に装着されている。
In FIG. 1, the
エンジン始動時、コネクテイングバー２を介して電圧が印加され、中軸２０４、キャップリード４０５、リードワイヤ４０２、発熱部材４０１、保護パイプ４０４、ハウジング２０１、取付けネジ部２０１ｂを介してエンジンヘッド１にアースされる。
When the engine is started, a voltage is applied via the connecting
これにより、グロープラグ１００における発熱体４００が発熱し、ディーゼルエンジンの着火始動の補助を行うことができる。そして、エンジン始動後、エンジン内で発生した燃焼圧が保護パイプ４０４および発熱体４００に印加されると、保護パイプ４０４はハウジング２０１に対して微小変動する。
Thereby, the
この保護パイプ４０４の変位により、保護パイプ４０４に固定された発熱体に一体化されている中軸２０４も同様に変位し、この中軸２０４の変位によって、固定ナット２１１による圧力センサ３００への荷重が緩和される。
Due to the displacement of the
そして、その荷重変化に伴って、圧力センサ３００から出力される信号に基づいて、上記した燃焼圧が検出されるようになっている。
The combustion pressure is detected based on a signal output from the
さらに言うならば、燃焼室１ａにて発生した燃焼圧は、保護パイプ４０４から中軸２０４へ伝達されるとともに、ハウジング２０１にも加わる。それにより、中軸２０４およびハウジング２０１は軸方向に歪み変位するが、これら両者２０１、２０４の歪み変位の差が圧力センサ３００によって検出される。
In other words, the combustion pressure generated in the
つまり、圧力センサ３００近傍においては、取付けネジ部２０１ｂによってエンジンヘッド１に強固に保持されているハウジング２０１に比べて、中軸２０４の方が歪み変位量が大きく、この中軸２０４の変位に伴い、固定ナット２１１にて予め負荷されている圧力センサ３００への予荷重が緩和される。
That is, in the vicinity of the
こうして、圧力センサ３００に内蔵された圧電セラミックス３０２に負荷される荷重状態が変化するために、圧電セラミックス３０２の有する圧電特性に伴って出力される電気信号としての発生電荷が変化する。
Thus, since the load state applied to the piezoelectric ceramic 302 incorporated in the
そして、この電気信号は、図２に示す電極３０１を介してシールド付き電線３０５の芯線３０５ａと、アースであるメタルケース３０３、プロテクションチューブ３０３ｂを介してアース線を兼用したシールド線３０５ｂとの問に出力される。
This electric signal is transmitted between the
この出力信号を、シールド付き電線３０５を介して、出力である発生電荷を電圧に変換して増幅させるチャージアンプ（図示せず）及び車載ＥＣＵ（エンジン制御回路／図示せず）へ入力することによって、燃焼圧を電気信号として、燃焼制御に応用することができる。
By inputting this output signal to a charge amplifier (not shown) and an in-vehicle ECU (engine control circuit / not shown) for converting the generated generated charge into a voltage and amplifying it via a shielded
本実施形態の燃焼圧の検出メカニズムは、以上であるが、図３に本実施形態による検出波形の一例を示す。 Although the combustion pressure detection mechanism of the present embodiment is as described above, FIG. 3 shows an example of a detection waveform according to the present embodiment.
［検出波形の一例］
図３は、図１に示したグロープラグ１００において、エンジン条件を１２００ｒｐｍで２０Ｎ・ｍ負荷時とした場合の検出結果を示している。
[Example of detected waveform]
FIG. 3 shows a detection result when the engine conditions are 1200 rpm and 20 N · m load in the
図３においては、指圧計のエンジン出力波形（つまり、基準筒内圧）とグロープラグ１００における圧力センサ３００の出力波形（検出信号）とを、同スケールにて並記してある。
In FIG. 3, the engine output waveform of the acupressure gauge (that is, the reference in-cylinder pressure) and the output waveform (detection signal) of the
図３からわかるように、本グロープラグ１００における圧力センサ３００からの出力と指圧計からの出力とはほぼ同一形状波形を示し、本実施形態のグロープラグ１００においては、検出信号におけるノイズも小さく、出力感度およびＳＮ比に優れていることがわかる。
As can be seen from FIG. 3, the output from the
［本実施形態の効果等について］
このように、本実施形態において、出力感度およびＳＮ比に優れた検出信号が得られるのは、本実施形態独自の構成として、中軸２０４における圧力センサ３００の設置部とは反対側の端部である一端側の部位に、中軸２０４をハウジング２０１に固定して保持させる保持部４０６を設けたことによる。
[Effects of this embodiment]
As described above, in the present embodiment, a detection signal excellent in output sensitivity and SN ratio can be obtained at the end of the
それによれば、従来のもの（上記図７参照）が、中軸２０４の他端すなわち圧力センサ３００の近傍にて中軸２０４がハウジング２０１に固定されていたのに対し、圧力センサ３００から極力離れた位置にて中軸２０４を固定保持した構成を実現できる。
According to this, in the conventional one (see FIG. 7 above), the
そして、本実施形態の中軸２０４においては、その一端側が発熱体４００近傍にて保持部４０６によってハウジング２０１に固定保持されているものの、その保持部４０６から圧力センサ３００までの長い中軸部分は固定されていない形にできる。そのため、圧力センサ３００へは中軸２０４の歪み変位を阻害されることなく伝達することができる。
In the
よって、本実施形態によれば、圧力センサ３００の近傍におけるハウジング２０１と中軸２０４との歪み変位の差を、従来に比べて大きくすることができるため、中軸２０４による燃焼圧の伝達効率を高めることができる。
Therefore, according to the present embodiment, the difference in strain displacement between the
そして、上記図８と図３との比較から明らかなように、従来に比べてＳＮ比を向上させることができる。 As is clear from the comparison between FIG. 8 and FIG. 3, the SN ratio can be improved as compared with the conventional case.
図４は従来品の出力感度と本実施形態の出力感度とを、本実施形態の出力感度を１と規格化し、感度比として示した図である。図４によれば、本実施形態は、従来品に比べ約５倍出力感度が向上している。 FIG. 4 is a diagram showing the output sensitivity of the conventional product and the output sensitivity of the present embodiment, normalized as the output sensitivity of the present embodiment as 1, and expressed as a sensitivity ratio. According to FIG. 4, the output sensitivity of this embodiment is improved about 5 times compared with the conventional product.
ここで、中軸２０４はキャップリード４０５を介してセラミック発熱体４００へ結合・固定されているにも係わらず、加えて中軸２０４をハウジング２０１へ固定・保持している。その理由は次のようである。
Here, although the
セラミック発熱体は、その外郭が絶縁体で、硬くて、全く柔軟性が無く脆い性質を持っている。そのため、中軸と発熱体との基本的な結合は、メタライズ接合を除けば、溶接はおろか、塑性変形を必要とするかしめは不可能である。さらに、メタライズは技術的に手間がかかるなど困難な手法である。残るところでは、接着は、熱負荷がかかるため適用できない。 The ceramic heating element has an insulating outer shell, is hard, has no flexibility and is brittle. For this reason, the basic coupling between the central shaft and the heating element cannot be caulked, which requires plastic deformation as well as welding, except for metallized bonding. Furthermore, metallization is a difficult technique because it requires technical effort. Where it remains, adhesion is not applicable due to the heat load.
そこで、結論的には、中軸と発熱体との電気的結線については、衝撃や局部的な外力が加わらないように、キャップリードとセラミック発熱体とを比較的柔らかい銀−銅ロウ等を介して焼きばめ結合し、このキャップリードと中軸とをかしめ固定している。 Therefore, as a conclusion, for the electrical connection between the central shaft and the heating element, the cap lead and the ceramic heating element are connected via a relatively soft silver-copper brazing solder or the like so as not to apply an impact or a local external force. The cap lead and the center shaft are caulked and fixed by shrink fitting.
したがって、キャップリードとセラミック発熱体との機械的強度は非常に小さい。そこで、中軸の保持・固定強度は、中軸と発熱体との結合部に頼るものではなく、中軸単独での保持・固定強度に依存せざるを得ない。そのため、手法の一つとして、ガラス溶着方法を選定した経緯となっている。 Therefore, the mechanical strength between the cap lead and the ceramic heating element is very small. Therefore, the holding / fixing strength of the middle shaft does not depend on the joint between the middle shaft and the heating element, but must depend on the holding / fixing strength of the middle shaft alone. For this reason, the glass welding method has been selected as one of the methods.
なお、セラミックグロープラグにおける中軸と発熱体との結合は、上述のキャップリードを介した方法以外にも、例えば特開２００１−１６５４４０号公報の図１や図２に記載されているような金属線を用いた方法もある。 In addition, the coupling between the central shaft and the heating element in the ceramic glow plug is not limited to the above-described method using the cap lead, for example, a metal wire as described in FIGS. 1 and 2 of JP-A-2001-165440. There is also a method using.
その場合でも同様に、中軸の保持・固定強度は中軸単独での保持・固定強度に依存せざるを得ず、ガラス溶着方法が選定される。いずれにせよ、セラミックグロープラグにおいては、中軸を溶着ガラスで保持することは有効である。 Even in this case, similarly, the holding / fixing strength of the central shaft must depend on the holding / fixing strength of the central shaft alone, and a glass welding method is selected. In any case, in the ceramic glow plug, it is effective to hold the central shaft with the welded glass.
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係る燃焼圧センサ付きグロープラグ１１０の全体概略をディーゼルエンジン（内燃機関）のエンジンヘッド（被取付部）１へ取り付けた状態にて示す縦断面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an overall outline of a
本実施形態は上記第１実施形態に対して、中軸２０４をハウジング２０１に固定して保持させる保持部の構成を変形したものである。
The present embodiment is a modification of the first embodiment in which the structure of the holding portion that holds the
図５に示される例では、中軸２０４の一端側の部位の外径部に絶縁部材５０２を包含したシース管５０１を配置することによって、中軸２０４へ支持部５００を形成している。
In the example shown in FIG. 5, the
そして、保持部４０６においては、中軸２０４は支持部５００を介し、ハウジング２０１の外周面から径方向に向けてかしめられることによって、ハウジング２０１の内径部へ固定・保持されている。
In the holding
なお、本実施形態も第１実施形態と同様に、圧力センサ３００から極力離れた位置にて中軸２０４を固定保持しているので、圧力センサ３００の近傍におけるハウジング２０１と中軸２０４との歪み変位の差を、従来に比べて大きくすることができる。これで、中軸２０４による燃焼圧の伝達効率が高まり、従来に比べて出力感度を向上させることができる。
In the present embodiment, as in the first embodiment, since the
まず、本実施形態独自の中軸２０４に形成された支持部５００の詳細な形成方法について以下に示す。
First, a detailed method of forming the
金属製からなる棒状の中軸２０４は、その一端側の部位に細径部２０４ｅが形成されている。その細径部２０４ｅは、発熱体４００と電気的導通がなされるようロウ材を介して焼きばめ固定されたキャップリード４０５の小径部４０５ａの内孔に挿入可能な寸法としている。
The rod-shaped
次に、中軸２０４に形成された細径部２０４ｅを、ＳＵＳ３１０等からなるシース管５０１に同軸上に嵌挿して、シース管５０１の一端側における細径部２０４ｅの外径部とシース管５０１の内径部との間の隙間を、円環状の成形ゴム栓で塞ぐ。
Next, the
なお、細径部２０４ｅの先端部は、キャップリード４０５の小径部４０５ａへ挿入して、かしめ固定ができるように、必要長さを予めシース管５０１の一端側から突出させる。
The distal end of the
その後、絶縁部材５０２として、耐熱性を有する酸化マグネシウムやガラス編組、天然マイカ等からなる粉末状または筒状成形体を、中軸２０４の細径部２０４ｅとシース管５０１との間の隙間に充填または装填し、シース管５０１の他端側を液状のゴムで塞ぐ。
After that, as the insulating
そして、シース管５０１を、外径部から径方向の中心に向かってスエージングにて絞り加工を施すことにより、絶縁部材５０２を圧粉または圧着する。
Then, the
その後、シース管５０１の両端側に塞がれたゴム栓は、以下実施される組付け方法に基づき、当該ゴム栓が高温で加熱されて発生するガスによって組付けが阻害される場合は、焼却や切削にて除去することが望ましい。さもなければ残存させても良い。こうして中軸２０４の一端側の部位に支持部５００を形成することができる。
Thereafter, the rubber plugs closed at both ends of the
なお、スエージングで絞り加工された後の支持部５００の長さ、すなわち中軸２０４の細径部２０４ｅがシース管５０１内の絶縁部材５０２とともに包含される長さは、１５ｍｍ以上あることが実用上好ましい。
It is practical that the length of the
これは、圧力センサ３００が、ハウジング２０１の収納部２０１ｅへ固定ナット２１１の螺着によって組付けられる際に、中軸２０４に作用する捩り力や引張り力に耐えうる保持強度を確保するためである。
This is to ensure a holding strength that can withstand a torsional force or a tensile force acting on the
もし、中軸２０４の支持部５００において、シース管５０１内の絶縁部材５０２とともに包含される細径部２０４ｅの長さが短すぎると、固定ナット２１１の螺着の際に、中軸２０４が回転したり、支持部５００から抜けてしまったりする。そこで、このような実用性を考慮して、支持部５００の長さは１５ｍｍ以上としている。
If the length of the
これにより、支持部５００を構成するシース管５０１は、絶縁部材５０２の介在により中軸２０４とは完全に電気的に絶縁され、中軸２０４へは強固に固定され保持されることとなる。
As a result, the
以下、本実施形態の燃焼圧センサ付きグロープラグ１１０の組付方法について説明する。なお、ここでは主に上記第１実施形態と異なるところを述べることにする。
Hereinafter, a method for assembling the
まず、上記の要領で支持部５００を形成した中軸２０４と、上記第１実施形態と同一方法にて発熱体４００に保護パイプ４０４およびキャップリード４０５が組み付けられたものと、メッキを施したハウジング２０１とを用意する。
First, the
用意された中軸２０４の支持部５００の外径部は、ハウジング２０１の内径部に対してやや小さく、例えば−５０〜−３００μｍの寸法差を有したものとする。
The prepared outer diameter portion of the
次に、中軸２０４の支持部５００の一端側から突出した細径部２０４ｅの部位を、発熱体４００に焼きばめ固定されたキャップリード４０５の小径部４０５ａの内孔へ挿入し、細径部２０４ｅおよび小径部４０５ａを８点かしめ等にてかしめ固定する。
Next, the portion of the
そして、中軸２０４の他端側を先端として、ハウジング２０１の一端側からハウジング２０１へ挿入し、発熱体４００を保持・固定している保護パイプ４０４とハウジング２０１の双方を銀ロウ等のロウ付けにより完全に接合する。こうして、ハウジング２０１、中軸２０４及び発熱体４００が一体化される。
Then, with the other end side of the
また、本実施形態において発熱体４００を含む上記一体化部材とハウジング２０１との組付けは、この他に上記第１実施形態と同様の嵌合圧入によって、ハウジング２０１、中軸２０４及び発熱体４００を一体化しても良い。
In the present embodiment, the assembly of the integrated member including the
その後、中軸２０４に形成された支持部５００を例えば長さ５ｍｍで略全周に渡って、ハウジング２０１の外周面とともに径方向の中心に向け、外径寸法が元寸法に対して例えば−１００〜−４００μｍかしまるように、保持部４０６を形成する。
Thereafter, the
これによって、中軸２０４をハウジング２０１に固定して保持する。本実施形態では、かしめによる保持部４０６の引抜き強度、すなわち保持力は３ｋＮ以上確保されている。
As a result, the
なお、本実施形態における保持部４０６の位置は、ハウジング２０１の取付けネジ部２０１ｂと、保護パイプ４０４とハウジング２０１との固定部Ｋ１との間の中軸２０４の一端、すなわち発熱体４００との結合部近傍に形成することが望ましい。
In this embodiment, the holding
これは、圧力センサ３００から極力離れた位置にて中軸２０４を固定保持することで、燃焼圧にともなうハウジング２０１ならびに中軸２０４の歪変位を助長させ、かつ阻害なく圧力センサ３００へ伝達させるためである。
This is because the strain displacement of the
また、かしめによる保持部４０６の形成は、ハウジング２０１の部位の全周面に施しても良いが、中軸２０４つまりは支持部５００の捩り力や引張り力が十分に確保されるように固定・保持されれば、かしめ形状の形態は限定されない。例えば、断続的な８点かしめ、あるいは多角形状にかしめても良い。さらに、保持部４０６は少なくとも１箇所以上あれば良い。
In addition, the holding
その後、中軸２０４の他端側から円筒リング２０７を挿入して、ハウジング２０１他端の開口部を円筒リング２０７にて密閉する。
Thereafter, the
以下、圧力センサ３００や絶縁ブッシュ２１０等の構成ならびに組付け方法は、上記第１実施形態と同一の手順を踏むことで、上記図５に示す状態となる。
Hereinafter, the configuration and the assembling method of the
ここで、本実施形態によれば、保持部４０６は、中軸２０４の一端側の部位をハウジング２０１の外周面から径方向に向けてかしめて固定されるものであるため、上記第１実施形態のようなハウジング２０１や中軸２０４の部材を、溶着ガラス４０６が溶融する５００℃程度の高温まで全体加熱する必要がなくなる。
Here, according to the present embodiment, the holding
これにより、機械的強度を必要とするハウジング２０１や中軸２０４は、熱的影響にともなう部材強度の低下（焼鈍）が排除される。そのため、例えばエンジン取付けのハウジング２０１の締付けで生じる座屈、あるいは圧力センサ３００への固定ナット２１１の締付けで生じる中軸２０４の伸びを防止することができる。
As a result, the
その結果、圧力センサ３００に内蔵されている圧電セラミックス３０２には、エンジン装着後に所定の予荷重が変動することなく負荷されるため、燃焼圧の検出性能が改善される。
As a result, the piezoelectric ceramic 302 incorporated in the
また、本実施形態によれば、ハウジング２０１と中軸２０４および発熱体４００を一体化した後、高温による全体加熱は不要となるため、本組付け状態でのメッキ等による表面処理は排除される。つまり、ハウジング２０１や端子ネジ２０４ａは予め単体でメッキを施すことができる。
In addition, according to the present embodiment, after the
その結果、本組付け状態でメッキ等を施すような上記第１実施形態において懸念されがちな、円筒リング２０７の密閉不備に起因したハウジング２０１内部へのメッキ液や洗浄液等の浸漬による部材間の絶縁低下を、事前に阻止することができ、特にグロープラグの通電機能に係わる基本品質を向上させることができる。
As a result, there is a concern in the first embodiment in which plating or the like is performed in the present assembled state. Between members due to dipping of plating liquid, cleaning liquid, or the like into the
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係る燃焼圧センサ付きグロープラグ１２０の全体概略をディーゼルエンジン（内燃機関）のエンジンヘッド（被取付部）１へ取り付けた状態にて示す縦断面図である。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing an overall outline of a
本実施形態は、上記第２実施形態と同様、中軸２０４をハウジング２０１に固定して保持させる保持部の構成を変形したものである。
As in the second embodiment, the present embodiment is a modification of the configuration of the holding portion that holds the
図６に示される例では、中軸２０４の一端側の部位の外径部に、絶縁部材５０２を包含したシース管５０１からなる支持部５００を形成している。そして、保持部４０６においては、中軸２０４は支持部５００を介し、圧入嵌着でハウジング２０１の内径部へ固定・保持されている。
In the example shown in FIG. 6, a
なお、本実施形態も第１実施形態と同様に、圧力センサ３００から極力離れた位置にて中軸２０４を固定保持しているので、圧力センサ３００の近傍におけるハウジング２０１と中軸２０４との歪み変位の差を、従来に比べて大きくすることができる。
In the present embodiment, as in the first embodiment, since the
これで、中軸２０４による燃焼圧の伝達効率が高まり、従来に比べて出力感度を向上させることができる。
Thereby, the transmission efficiency of the combustion pressure by the
以下、本実施形態の燃焼圧センサ付きグロープラグ１２０の組付方法について説明する。なお、ここでは主に上記第１、第２実施形態と異なるところを述べることにする。
Hereinafter, a method for assembling the
まず、上記第２実施形態と同一方法で支持部５００を形成した中軸２０４と、上記第１実施形態と同一方法で発熱体４００に保護パイプ４０４およびキャップリード４０５が組み付けられたものと、メッキを施したハウジング２０１とを用意する。
First, the
用意された中軸２０４の一端側の部位に形成された支持部５００の外径部は、ハウジング２０１の最小内径部に対してやや大きく、例えば＋６０〜＋１４０μｍの寸法差（圧入締め代）を有したものとする。
The outer diameter portion of the
次に、中軸２０４の支持部５００の一端側から突出した細径部２０４ｅの部位を、発熱体４００に焼きばめ固定されたキャップリード４０５の小径部４０５ａの内孔へ挿入し、細径部２０４ｅおよび小径部４０５ａを８点かしめ等にてかしめ固定する。
Next, the portion of the
そして、このかしめ固定された中軸２０４と発熱体４００との一体化部材を、発熱体４００を先端として、ハウジング２０１の他端のハウジングの六角部２０１ａ側から挿入する。
Then, the caulking and fixing integrated member of the
そして、中軸２０４の支持部５００を構成しているシース管５０１の他端側または中軸２０４の他端側（端子ネジ２０４ａ側）を、ハウジング２０１の一端側（つまり、テーパ状のシート面２０１Ｃ）に向けて加圧し、支持部５００を、ハウジング２０１の最小内径部へ所定の長さ分、嵌挿させる。
The other end side of the
これにより、中軸２０４の支持部５００の外径部はハウジング２０１の最小内径部に圧入嵌着されて保持部４０６を形成し、中軸２０４はハウジング２０１に固定して保持される。
As a result, the outer diameter portion of the
なお、本実施形態によれば、例えば圧入締め代を６０〜１４０μｍ、圧入長さを１０ｍｍに設定することで圧入による保持部４０６の引抜き強度、すなわち保持力は４ｋＮ以上確保されている。
According to the present embodiment, for example, by setting the press-fitting tightening margin to 60 to 140 μm and the press-fitting length to 10 mm, the pulling strength of the holding
次に、発熱体４００を保持・固定している保護パイプ４０４とハウジング２０１の双方を銀ロウ等のロウ付けにより完全に接合する。こうして、ハウジング２０１、中軸２０４及び発熱体４００が一体化される。
Next, both the
なお、本実施形態における保持部４０６の位置も、ハウジング２０１の取付けネジ部２０１ｂと、保護パイプ４０４とハウジング２０１との固定部Ｋ１との間の中軸２０４の一端すなわち発熱体４００との結合部近傍に形成することが望ましい。
Note that the position of the holding
その理由は、上記同様、圧力センサから極力離れた位置にて中軸２０４を固定保持することで、燃焼圧にともなうハウジング２０１ならびに中軸２０４の歪変位を助長させ、かつ阻害なく圧力センサ３００へ伝達させるためである。
The reason is that, as described above, the
その後、中軸２０４の他端側から円筒リング２０７を挿入して、ハウジング２０１他端の開口部を円筒リング２０７にて密閉する。
Thereafter, the
以下、圧力センサ３００や絶縁ブッシュ２１０等の構成ならびに組付け方法は、上記第１実施形態と同一の手順を踏むことで、上記図６に示す状態となる。
Hereinafter, the configuration and the assembling method of the
ここで、本実施形態によれば、保持部４０６は、中軸２０４の一端側の部位をハウジング２０１の最小内径部に圧入して固定されるものであるため、上記第２実施形態と同様に、熱的影響が排除されることとなる。
Here, according to the present embodiment, since the holding
これにより、部材強度の低下（焼鈍）に起因した燃焼圧の検出性能の悪化と、組付け品の表面処理工程で懸念されるメッキ液等の浸漬に起因したグロープラグの通電機能に係わる信頼性の悪化とを、事前に阻止することができる。 As a result, the reliability related to the energization function of the glow plug due to the deterioration of the detection performance of the combustion pressure due to the reduction in member strength (annealing) and the immersion of the plating solution, which is a concern in the surface treatment process of the assembled product Can be prevented in advance.
また、本実施形態である保持部４０６の圧入は、上記第２実施形態の保持部４０６のかしめに比べればハウジング２０１自体の変形量は遥かに小さく、原理的にも支持部５００はハウジング２０１の内径部の円周面に沿って均一に加圧され、かつ加圧力は径方向に分散される。そのため、保持部４０６の形成にともなうハウジング２０１の曲がりや振れ量の発生は、極めて小さく抑えることができる。
Further, the press-fitting of the holding
つまり、本実施形態では、中軸２０４を圧入して固定・保持させた後のハウジング２０１の曲がりや振れの修正は全く不要となる。
That is, in the present embodiment, it is not necessary to correct any bending or deflection of the
その結果、特にハウジング２０１の一端側に形成されているテーパ状のシート面２０１ｃの真円度と振れ精度は、ハウジング２０１の単体の加工精度をそのまま維持することができる。
As a result, in particular, the roundness and runout accuracy of the tapered
これにより、エンジン装着時には、ハウジング２０１の一端側のシート面２０１ｃとこれに対向するエンジンヘッド１のネジ穴のシート面とが確実に密着する。
Thus, when the engine is mounted, the
そのため、例えばシート面２０１ｃの精度悪化にともなう燃焼室１ａからのガス漏れに起因したエンジン出力低下や失火等の潜在的な懸念点を排除・無視することができることから、製品自体の基本品質の向上に繋げることができる。
For this reason, for example, potential concerns such as engine output reduction and misfire due to gas leakage from the
なお、上記第２、第３実施形態における中軸と発熱体との結合には、上述のキャップリード部材を介した方法以外にも、例えば電気抵抗が小さく耐熱・耐酸化性に優れた細いニッケル線をコイル状に加工した金属線部材を用いても良い。あるいは、前記の部材等は全く介在させず、中軸の一端側の先端部に、発熱体の端部の一部が直接嵌挿可能な凹部を形成し、そこへ発熱体を挿入してロウ材による焼きばめで中軸と発熱体とを直接結合しても良い。 In addition to the method using the cap lead member described above, for example, a thin nickel wire having low electrical resistance and excellent heat resistance and oxidation resistance may be used for the connection between the central shaft and the heating element in the second and third embodiments. A metal wire member processed into a coil shape may be used. Alternatively, the above-described member or the like is not interposed at all, and a concave portion into which a part of the end of the heating element can be directly inserted is formed at the tip of one end side of the central shaft, and the heating element is inserted into the recess. The center shaft and the heating element may be directly coupled by shrink fitting.
ここで結合とは、電気的導通を目的とするいわゆる結線を意味するものであり、あくまでも中軸の保持・固定強度の確保は中軸の保持部に依存するものである。 Here, the coupling means a so-called connection for the purpose of electrical continuity, and the securing of the holding and fixing strength of the middle shaft depends on the holding portion of the middle shaft.
１ａ…燃焼室、２０１…ハウジング、２０４…中軸、３００…圧力センサ、
４００…発熱体、４０１…発熱部材、４０３…絶縁体、
４０４…保護パイプ、４０６…保持部材。
DESCRIPTION OF
400 ... heating element, 401 ... heating member, 403 ... insulator,
404: protective pipe, 406: holding member.
Claims (4)
一端側が前記ハウジングの前記一端から露出するように前記ハウジングの内部に保持されたパイプ部材（４０４）と、
前記パイプ部材内に設けられ、通電により発熱する発熱部材（４０１）を絶縁性セラミック（４０３）で保持してなる発熱体（４００）と、
一端側が前記発熱部材と接続されて電気的に導通するとともに、他端側が前記ハウジングの他端から突出するように前記ハウジング内に収納されている金属製の中軸（２０４）と、
前記中軸の他端側に設けられ、前記エンジンの燃焼圧の発生に伴い前記パイプ部材に作用する力が前記中軸を介して伝達されて前記燃焼圧を検出する燃焼圧センサ（３００）とを備える燃焼圧センサ付きグロープラグにおいて、
前記中軸の一端側の部位には、前記中軸を前記ハウジングに固定して保持させる保持部（４０６）が設けられ、前記中軸の他端側の部位には、前記中軸を前記ハウジングに弾性的に保持させる弾性部材（２０７）が設けられていることを特徴とする燃焼圧センサ付きグロープラグ。 A cylindrical housing (201) attached to the engine such that one end side is located on the combustion chamber (1a) side of the engine;
A pipe member (404) held inside the housing such that one end side is exposed from the one end of the housing;
A heating element (400) provided in the pipe member and holding a heating member (401) that generates heat when energized by an insulating ceramic (403);
A metal center shaft (204) housed in the housing so that one end side is connected to the heat generating member and is electrically connected, and the other end side protrudes from the other end of the housing;
A combustion pressure sensor (300) provided on the other end side of the middle shaft and detecting the combustion pressure by transmitting a force acting on the pipe member as the combustion pressure of the engine is generated through the middle shaft; For glow plugs with combustion pressure sensors,
A holding portion (406) for fixing and holding the middle shaft to the housing is provided at a portion on one end side of the middle shaft, and the middle shaft is elastically attached to the housing at a portion on the other end side of the middle shaft. A glow plug with a combustion pressure sensor, wherein an elastic member (207) to be held is provided .
The combustion pressure sensor according to claim 1, wherein the holding portion (406) is configured to press-fit and fix a portion on one end side of the central shaft (204) to an inner diameter portion of the housing (201). With glow plug.
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