JP5047770B2 - Glow plug with combustion pressure sensor - Google Patents
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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。 The present invention relates to a glow plug with a combustion pressure sensor used for an internal combustion engine such as an automobile engine.
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。)。
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。 In the above-described conventional glow plug with a combustion pressure sensor, the soot generated in the combustion chamber is clogged between the support tube having axial extensibility that supports the heater and the housing, and the displacement of the heater is hindered or the combustion is prevented. When used over a long period of time, for example, the axial extensibility of the support tube changes due to the influence of heat, there has been a problem that it becomes increasingly difficult to detect the combustion pressure with high accuracy.
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。 The present invention has been made to solve the above problems. An object of this invention is to provide the glow plug with a combustion pressure sensor which can detect a combustion pressure with high precision over a long period of time.
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、前記ヒータ接続部の外径R1と前記可動部の外径R2とはR1>R2とされることを特徴とする。 The glow plug with a combustion pressure sensor of the present invention is formed in a cylindrical shape, has a seat surface in close contact with the engine on the axial front end side, and an engine mounting screw on the outer peripheral surface on the axial rear end side from the seat surface A housing having a portion, a pressure detection element, and a heater provided such that a front end side protrudes from a front end portion of the housing and a rear end side is accommodated in the housing, and a front end surface is a pressure receiving surface, A heater that transmits a combustion pressure to a pressure detection element; and a heater support member that supports the heater with respect to the housing, and is provided so as to be positioned on the front end side of the seat surface and applied to the pressure receiving surface. A cylindrical movable part that displaces the heater in the axial direction by being elastically deformed in accordance with the combustion pressure, and a heater connection part that is provided on the distal end side of the movable part and connected to the heater The at the rear end side of the sheet surface; and a heater support member; and a housing connection portion connected to the housing, wherein the outer diameter R1 of the heater connection portion to the outer diameter R2 of the movable portion R1> It is characterized by R2 .
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。 In the glow plug with a combustion pressure sensor according to the present invention, the heater supporting member that supports the heater with respect to the housing is provided so as to be positioned on the front end side from the seat surface, and is elastic according to the combustion pressure applied to the pressure receiving surface. A cylindrical movable part that displaces the heater in the axial direction by being deformed in a mechanical manner is provided. That is, this movable part is provided outside the housing. Therefore, a flaw is clogged between the movable part and the housing, the axial displacement of the heater is not hindered and the combustion pressure detection accuracy is not lowered, and high-precision combustion pressure detection can be performed over a long period of time. .
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。 In the glow plug with a combustion pressure sensor having the above configuration, it is preferable that the pressure detection element is provided on the rear end side of the housing connecting portion of the heater support member. With such a configuration, it is possible to suppress the pressure detection element from being deteriorated due to the thermal influence of the combustion gas. That is, in general, in a glow plug with a combustion pressure sensor, combustion gas enters the housing up to the housing connecting portion of the heater support member, and is greatly affected by the thermal influence. For this reason, if a pressure detection element is provided in the rear end side from the housing connection part of a heater support member, the thermal influence of combustion gas can be reduced.
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。 In the glow plug with the combustion pressure sensor having the above-described configuration, the movable portion is provided at a position where the movable portion is hidden from view by a member provided on the distal end side of the movable portion when viewed from the distal end side in the axial direction. It is preferable. With such a configuration, it is possible to suppress the heat in the combustion chamber from being directly applied to the movable part and degrading the movable part due to thermal influence.
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。 In the glow plug with the combustion pressure sensor configured as described above, the movable portion of the heater support member can be formed of a thin portion that is thinner than the portion of the heater support member other than the movable portion. Moreover, the movable part of the heater support member can also be constituted by a bellows. Furthermore, it is preferable that the movable part of the heater support member is composed of a member having a Young's modulus lower than that of the heater support member other than the movable part. By adopting such a configuration, it is possible to promote the displaceability in the axial direction of the heater and perform good pressure transmission of the combustion pressure to the pressure sensor.
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。 According to the glow plug with a combustion pressure sensor of the present invention, it is possible to provide a glow plug with a combustion pressure sensor that can detect combustion pressure with high accuracy over a long period of time.
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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 show a configuration of a
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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
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。
As shown in FIG. 2, a screw portion 4 for attaching the
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。
As shown in FIG. 1, the front
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。
As shown in FIG. 1, the
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。
Further, the
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。
A
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の外径R1は、可動部12の外径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。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the outer diameter R1 of the
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。
A rear end side of the
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。
A through
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。
As described above, in the present embodiment, the
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。
In FIG. 1, a
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。
In the
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。
When combustion pressure is applied to the front end surface (pressure receiving surface) 23 of the
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。
When the
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。
Further, since the distal
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。
The
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。 In the above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment and the like, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof.
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。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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、
前記ヒータ接続部の外径R1と前記可動部の外径R2とはR1>R2とされる
ことを特徴とする燃焼圧力センサ付きグロープラグ。 A housing that is formed in a cylindrical shape, has a seat surface in close contact with the engine on the axial front end side, and has a screw portion for engine attachment on the outer peripheral surface on the axial rear end side from the seat surface;
A pressure sensing element;
A heater provided such that a front end side protrudes from a front end portion of the housing and a rear end side is accommodated in the housing, the front end surface being a pressure receiving surface, and a heater for transmitting combustion pressure to the pressure detecting element; ,
A heater support member for supporting the heater with respect to the housing, and the elastic support member is elastically deformed in accordance with a combustion pressure applied to the pressure receiving surface provided so as to be positioned on the front end side of the seat surface. A cylindrical movable portion that displaces the heater in the axial direction, a heater connecting portion that is provided on the front end side of the movable portion and connected to the heater, and is connected to the housing on the rear end side of the seat surface. A heater support member provided with a housing connection part ,
A glow plug with a combustion pressure sensor , wherein an outer diameter R1 of the heater connecting portion and an outer diameter R2 of the movable portion satisfy R1> R2 .
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。 The glow plug with a combustion pressure sensor according to claim 1,
A glow plug with a combustion pressure sensor, wherein the pressure detection element is provided on a rear end side of the housing connecting portion of the heater support member.
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。 The glow plug with a combustion pressure sensor according to claim 1 or 2,
The glow plug with a combustion pressure sensor, wherein the movable part is provided at a position hidden from view by a member provided on the tip side of the movable part when viewed from the tip side in the axial direction.
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。 In the glow plug with a combustion pressure sensor according to any one of claims 1 to 3,
The glow plug with a combustion pressure sensor, wherein the movable portion of the heater support member is formed of a thin portion that is thinner than a portion of the heater support member other than the movable portion.
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。 In the glow plug with a combustion pressure sensor according to any one of claims 1 to 3,
The glow plug with a combustion pressure sensor, wherein the movable part of the heater support member is constituted by a bellows.
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。 In the glow plug with a combustion pressure sensor according to any one of claims 1 to 5,
The glow plug with a combustion pressure sensor, wherein the movable portion of the heater support member is composed of a member having a Young's modulus lower than that of the heater support member other than the movable portion.
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