JPH0127586Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は圧力センサ内蔵点火プラグに関し、特
に従来の点火プラグの外形・性能をほとんど変更
させることなく、しかも鋭敏な圧力センサ内蔵点
火プラグを提供するものである。

［従来の技術］ 駆動中の内燃機関の燃焼圧を知ることはその燃
焼状況、トルク出力等を検知でき、燃料噴射量、
気筒数、変速比等を制御することにより燃費の節
約、ノツキング防止、騒音防止に有用であること
が予想されるのであるが、圧力センサを内燃機関
に適用する従来の方法は、例えば、圧力センサを
シリンダヘツド部分に点火プラグとは別にねじ孔
を開けて取り付ける方法あるいは第１図に示すよ
うに、内燃機関３の燃焼室内に位置した開口部７
ａを有する細長い燃焼圧伝播通路７を圧力センサ
６に至るまで主体金具５内に設けた点火プラグ１
を取り付ける方法により燃焼ガス圧を測定してい
た（特開昭57−40887号）。

［考案が解決しようとする課題］ ところが、上記の方法を採用すると既に最も効
率的に設計してある内燃機関本体構造が変化した
り、又は点火プラグ本体の外形が著しく変化して
支障を生ずることになつた。例えば、前者の方法
は内燃機関周囲の設計に制約を及ぼしたり、シリ
ンダヘツドのねじ孔と圧力センサとの間隙から燃
焼ガスが漏出したりして出力低下の原因となつ
た。一方、後者の方法はその形状が従来の点火プ
ラグと著しく異なり、前者と同様内燃機関３周囲
の設計に制約を及ぼすことの他に、点火プラグ１
自体、取り付け不可能な内燃機関があり、又取り
付けは可能でもその着脱が困難となり、更に冷却
水の流入口８ａ、流出口８ｂ及び圧力センサ６の
電極９，１０への図示省略されたパイプあるいは
導線の接続、及びそのための各種装置が必要なた
め、内燃機関３周辺が非常に複雑な状態となり、
製造や修理に時間を要することとなつた。又、後
者のような点火プラグ１を取り付けた内燃機関３
においては伝播通路７部分が燃焼を起こさない、
いわゆるクエンチ域となり、アイドリング時の
HCの増大を招き、又、すきま容積の増大から圧
縮比が変わつて、内燃機関３の出力が低下し、更
に伝播通路７での気柱振動によりＳ／Ｎ比の悪化
を生じた。それ故、圧力センサを内燃機関に取り
付けることが各種機関制御に非常に有望であるに
もかかわらず、現実には実験室的使用にとどまつ
ていたのである。

点火プラグ中にコンパクトにセンサを配備する
ものとして、中心電極の中心軸に穿孔して熱電対
を設けたプラグ（実公昭51−1377）もあるが、こ
のような穿孔中に圧力センサを設けても、圧力の
検出は不可能であつた。

そこで本考案者等は、このような有用な圧力セ
ンサを従来の内燃機関及びその周辺に悪影響を与
えることなく適用しようと鋭意研究の結果、通
常、精密な測定性能を有する圧力センサ等の適用
がその高電圧ゆえに考慮されたことがなかつた点
火プラグの中心電極部分に対し、中心電極を特別
な形状として圧力センサを適用することにより、
点火プラグ自身や他の部分に悪影響を与えること
なく、しかも精密な測定が可能なことを見い出し
本考案の圧力センサ内蔵点火プラグを完成したの
である。

［課題を解決するための手段］ 即ち、本考案の要旨とするところは、 中心電極と接地電極との間で放電させることに
より、内燃機関燃焼室の燃料に点火するプラグに
おいて、 上記中心電極を、 高電圧が供給される基側部分と、 燃焼室側の圧力変動に応じて中心軸に沿つて移
動可能な放電用先側部分と、 に分割して別体となし、 上記基側部分と先側部分との間に、受圧面を含
む外周部が電気伝導体からなる圧力センサを、そ
の外周部の一部を基側部分に接し、かつその受圧
面を先側部分に接して設けたことを特徴とする圧
力センサ内蔵点火プラグにある。

以下図面に基づき本考案の実施例を説明してゆ
く。

［実施例］ 第２図は本考案の第１実施例を示す点火プラグ
１１の縦断面図である。ここで１２は水晶を圧電
素子とした圧力センサであり、絶縁体１６中心部
にある中心電極挿入孔１６ｂの中に設けられてい
る。１３は中心電極のうち、高電圧が供給される
基側の電極を、１４は放電する先側の電極を示
し、圧力センサ１２はこの両電極１３，１４の間
に挟まれた形で存在する。基側の電極１３の基側
先端部１３ａは、絶縁体１６の孔１６ｂに螺入さ
れている端子１７の嵌入穴１７ｂに嵌入固定され
ている。先側の電極１４は、図示するごとく、そ
の外周面で、絶縁体１６の中心電極挿入孔１６ｂ
の内面に当接することで支持され、中心軸に沿つ
て移動可能に配置されている。この電極１４の基
側先端部１４ａが圧力センサ１２の受圧面に当接
し、係止突部１４ｂが挿入孔１６ｂの段部１６ｅ
に係止しているため、実際には圧力センサ１２の
受圧面としてのダイヤフラム３５の変形分のみ移
動可能である。従つて先側の電極１４とダイヤフ
ラム３５とが一体となつて、振動又は移動するこ
とが可能である。絶縁体１６は更にその大径の中
央部１６ｄ及び先端部１６ｆが接地電極１５ｆを
有する主体金具１５に被われ、金具１５のかしめ
部１５ａで絶縁体１６の肩部１６ｇに、又、他の
かしめ部１５ｃで絶縁体１６の周溝１６ｃにかし
められて、絶縁体１６は金具１５に固定され、両
者の間隙がシールされている。但し、先側の電極
１４を被つている絶縁体１６の先端部１６ｆと主
体金具１５の内燃機関への螺合部１５ｄとは空隙
部１９を隔ている。又、螺合部１５ｄ近傍には内
燃機関の気密保持のためのリング状ガスケツト２
０が設けられている。

圧力センサ１２は第３図の拡大縦断面図に示す
ように、水晶板からなる圧電素子３１，３２が
各々起電力の方向を逆にして陽極３３を挟む積層
体で基本的に構成されている。この積層体の周壁
は全周絶縁体３４で被われ、圧電素子３１側の端
面３１ａにて陰極３６に接触し、他の圧電素子３
２側の端面３２ａにて受圧面としての電導性ダイ
ヤフラム３５に接触している。そしてこれらは電
導性の円筒形ケース３７に収納され、陰極３６が
ケース３７と導電状態に接触し、ダイヤフラム３
５はその周縁部３５ａでケース３７の縁部３７ａ
に溶接固定されて、ケース３７は共通の陰極とな
つている。このように圧力センサ１２の外周部
は、ケース３７とダイヤフラム３５とから構成さ
れているため、電気伝導性を有することになる。

陽極３３からは絶縁体１８ａに被覆された金属
線１８ｂから構成されるリード線１８が導出し、
圧電素子３１、陰極３６、ケース３７、基側の中
心電極１３及び端子１７の各々の中心部に穿設さ
れた導出孔を絶縁状態で貫通し、点火プラグ１１
の外部へ導き出されている。このリード線は例え
ばデイストリビユータまで配設されてデイストリ
ビユータ内部あるいはその近傍に付設されている
増幅器に接続される。又、陰極を構成しているケ
ース３７は基側の中心電極１３の端部１３ｄに接
触することにより、圧力センサ１２の陰極は、端
子１７に接続されている高圧ケーブルの他端が接
続されているデイストリビユータまで到達し、そ
こで増幅器に陽極リード線１８と共に接続され
る。この増幅器とコントロール装置とが接続され
ることにより、圧力センサ１２の信号に基づいて
各種装置がコントロールされることになる。

圧力センサ１２はその感度を高くするためプリ
ロード、つまり予め圧力センサ１２にある程度の
圧力をかけておくことが好ましい。プリロードは
基側の中心電極１３が圧力センサ１２を圧締する
ことにより与えられる。この圧締によるプリロー
ドは基側の中心電極１３の基側先端部１３ａが挿
入固定されている端子１７の雄ねじ部１７ｄと絶
縁体１６の雌ねじ部１６ａとの螺合圧により、先
側の電極１４の係止突部１４ｂが絶縁体１６の挿
入孔１６ｂの段部１６ｅに係止し、その基側先端
部１４ａに当接した圧力センサ１２を押圧するこ
とにより発生する。

上記のように構成された圧力センサ内蔵点火プ
ラグ１１は、従来の点火プラグが適用されていた
内燃機関にそのまま同様に適用することができ、
シリンダヘツドの点火プラグ取付孔へそのまま取
り付けられる。

シリンダヘツドへ適用された上記第１実施例の
点火プラグ１１は、端子１７より供給される高電
圧電流が基側の中心電極１３、圧力センサ１２の
ケース３７、ダイヤフラム３５及び先側の中心電
極１４に至り、先側の中心電極１４の白金あるい
は導電セラミツクで形成されている先端部１４ｃ
と相対している接地電極１５ｆとの間で放電を生
ずることにより、通常の点火プラグと全く同様の
作用をなす。

放電により内燃機関内に爆発が生ずると、第１
実施例の点火プラグ１１の内、直接機関の燃焼室
内に露出している先側の中心電極１４の先端部１
４ｃが、燃焼圧の衝撃を受ける。その圧力自体ま
たはその変動・振動力は先側の電極１４の基側端
部１４ａにより基側の中心電極１３に支持されて
いる圧力センサ１２のダイヤフラム３５を押圧
し、更に圧電素子３２を押圧して電荷を発生し、
次いで陽極３３を介して、もう１つの圧電素子３
１を押圧して電荷を発生させる。このようにして
発生した圧力信号は、前述のようにプラス側につ
いてはリード線１８を伝導して、例えばデイスト
リビユータ近傍にある増幅器に至り、マイナス側
については圧力センサ１２のケース３７から基側
の中心電極１３、端子１７、高圧ケーブル及びデ
イストリビユータに到達して、その近傍の増幅器
に接続され、各種コントロール用データとして利
用される。ここで圧力センサ１２及びそのリード
線１８は全て高電圧に曝されている形となつてい
るが、全てが同電位であるので、例えば基側の中
心電極１３からリード線１８の金属線１８ｂにス
パークのため高電圧電流が漏れたとしても、圧力
センサ１２の圧力信号自体がシヨートしない限
り、圧力信号には何ら悪影響をおよぼすことはな
い。

第１実施例は以上述べた如く、従来のプラグと
同様に内燃機関に適用でき、圧力センサ１２はそ
の外周部が電気伝導体からなり中心電極１３，１
４の一部を兼ねているので、その外形がほとんど
変更を要しない。従つて、取り付け作業あるいは
内燃機関自体や周辺装置に支障をきたさない。
又、圧力センサ１２に直接燃焼ガスが触れないた
め、圧電素子３１，３２の耐久性向上及び水冷却
等の強制冷却装置が不要となる。更に、圧力信号
取り出しに高圧ケーブル等の点火系の配線部を利
用しているためワイヤハーネスの簡素化を図るこ
とができ、又、元来点火系の配線は絶縁抵抗が高
く構成されているので、そこに組み込まれた圧力
センサ１２のリード線１８等の信号線は絶縁抵抗
を高く保持することができる。更に、圧力センサ
１２に十分なプリロードをかけておけば、燃焼室
内の負圧も検出でき、かつ圧力センサ１２のヒス
テリシスも小くなる。又、先側の中心電極１４の
先端部１４ｃを白金あるいは導電セラミツクとす
れば耐熱性、耐電食性が高いので、プラグ１１の
寿命を内燃機関の寿命と同程度にすることも可能
であり、それ故メンテナンスフリーとすることも
できる。

次に第４図は本考案の第２実施例を示す。第２
実施例の点火プラグ４０は圧力センサ４１、主体
金具４４、端子４６及びガスケツト４９について
は第１実施例と同形である。但し圧力センサ４１
はより小型に構成されている。

本実施例においては、圧力センサ４１が第１実
施例に比べて絶縁体４５の挿入孔４５ａ内の先端
近傍に設けられている。それ故、基側の中心電極
４２はより一層長く形成され、逆に先側の中心電
極４３は極めて短かく形成されている。先側の中
心電極４３は第１実施例の先側の中心電極１４の
如く、その先端部に白金あるいは導電セラミツク
といつた放電に耐久性を有する材質を設けた構造
としてもよく、又、全体を放電耐久性の材質とし
ても先側の中心電極４３は小さいものであるので
コスト的に問題を生じない。又、先側の中心電極
４３はその基側が先側の径より太く構成され、絶
縁体４５の先端部４５ｂの挿入孔の開口部分の内
径が他の部分の挿入孔内径より細く構成されて圧
力センサ４１側からの押圧力により先側の中心電
極４３が抜け出るのを防止している。

第２実施例は以上のように構成されているの
で、第１実施例の効果に加えて、より周波数の高
い燃焼圧力の圧力情報も、圧力センサ４１に圧力
を伝達する先側の中心電極４３が軽いことによ
り、固有振動数を高くとれるため同一感度で検出
できる。又、先側の中心電極４３全体が導電セラ
ミツクで構成されれば絶縁体４５との間に熱歪み
が生じにくいので好ましい。

次に第５図は本考案の第３実施例を示す。第３
実施例の点火プラグ５０は圧力センサ５１、主体
金具５４及びガスケツト５９については第１実施
例と同形である。

本実施例においては、圧力センサ５１が第１実
施例に比べて絶縁体５５の挿入孔５５ａ内の端子
５２に接した部分に設けられ、端子５２は第１実
施例における基側の電極を兼用している形に構成
されている。それ故、圧力センサ５１は点火プラ
グ５０の上部に位置し、先側の電極５３はその分
だけ長く形成され、絶縁体５５の挿入孔５５ａの
段部５５ｂも上部に形成されて先側の電極５３の
係止突部５３ｂが係止されている。先側の電極５
３の先端部５３ａは白金あるいは導電セラミツク
により構成され電極５３に耐熱性及び放電耐久性
を与えている。

第３実施例は以上のように構成されているの
で、第１実施例の効果に加えて圧力センサ５１へ
燃焼室の熱がより伝達されにくく、熱に対する耐
久性を向上させることが可能となる。

次に第６〜第１０図に示す如く先側の中心電極
の先端部形状の各種態様を取ることにより、圧力
センサの精度向上、点火プラグ自体の寿命を延長
させることができる。

第６図は第４実施例を示し、その先側の中心電
極６１の先端部６１ａが絶縁体６２の先端部６２
ａから電極６１の軸とはほぼ直角の方向に、絶縁
体６２の端面に密着して円板状に膨出しているこ
とにより、先端部６１ａは断面Ｔ字形をなしてい
る。

第４実施例は上記の構成をなすことにより、棒
状の電極に比べて、その受圧面６１ｂの面積が大
きくなり、より精度の高い燃焼圧測定あるいはセ
ンサの小型化及び簡素化が可能となる。又、受圧
面６１ｂが大きくなつたことに伴い、その縁角部
６１ｃも長くなることにより、接地電極６３との
放電を生じ易い縁角部６１ｃの寿命も延長する。
先端部６１ａを白金あるいは導電セラミツクで形
成すれば、耐熱性、放電耐久性が向上し、さらに
寿命が延長される。

第７図は第５実施例を示し、第４実施例と同様
に電極６６の先端部６６ａは軸とはほぼ直角方向
に円板状に膨出すると共に、さらにその上に小径
の円板状の段部６６ｂが設けられている。この構
成では圧力センサが感ずる受圧面は６６ｃ及び６
６ｄであり、その和は第４実施例と同じである
が、縁角部は６６ｅの他に６６ｆが形成されてい
るので、第４実施例に比べてさらに放電容易で、
寿命も延長される。

第８図は第６実施例を示し、第４実施例と同様
に電極７１の先端部７１ａは軸とほぼ直角の方向
に円板状に膨出すると共に、更にその中心部を通
つて凹形の条溝７１ｂが設けられている。この構
成では圧力センサが感ずる受圧面は７１ｃ及び７
１ｄであり、その和は第４実施例と同じである
が、縁角部は７１ｅの他に７１ｆが形成されてい
るので、第４実施例に比べて更に放電容易で、寿
命も延長される。

第９図は第７実施例を示し、第４実施例と同様
に電極７６の先端部７６ａは軸とほぼ直角の方向
に円板状に膨出すると共に、更にその中心部を通
つてＶ形の条溝７６ｄが設けられている。この構
成では圧力センサが感ずる受圧面は７６ｃ及び７
６ｄであり、更に７６ｃは中心電極方向に換算し
た面積であり、その和は第４実施例と同じである
が、縁角部は７６ｅの他に７６ｆが形成されてい
るので、第４実施例に比べて更に放電容易で寿命
も延長される。

次に第１０図は第８実施例を示す。ここにおい
て先側の中心電極８１の中心部には、中空部８１
ｃが形成されている。中空部８１ｃは真空状態あ
るいはガス又は電極８１より比重の小さい液体が
密封されている。このことにより、先端部８１ａ
が膨出あるいは段部８１ｂが形成されて先端部８
１ａの質量が大きくなつても、中空部８１ｃを設
けることにより、電極８１全体として質量を小さ
く保持することができ、各部の疲労を軽減すると
共、周波数の高い燃焼圧も精度を落とさずに検出
でき、又、先端部の質量が大きくされていない場
合には、更により周波数の高い燃焼圧を精度よく
検出できる。

上記第４〜第８実施例において、絶縁体と電極
先端部との各密着面６４，６７，７２，７７，８
２は隙間ができてしまうと受圧面を大きくした効
果が消滅してしまうので、例えば耐熱性更に望ま
しくは耐熱性に加えて柔軟性のある充填材等で各
密着面６４，６７，７２，７７，８２を密封して
おくことが好ましい。

［考案の効果］ 以上詳述した如く、本考案の圧力センサ内蔵点
火プラグによれば、圧力センサが２つに別体とし
て分割された高電圧用の中心電極に挟まれて設け
られていることにより、圧力センサが直接燃焼ガ
スに曝されることがない。そのため圧力センサ自
体の耐久性が向上し、水冷却等の強制冷却装置が
不要となり、いたずらに装置が複雑化しない。
又、圧力センサは外周部が電気伝導体からなる。
そのため、圧力センサが中心電極の一部を兼ねる
ことができるので、中心電極部分に圧力センサの
収納スペースが確保できる。従つて、従来の点火
プラグに比較してその外形がほとんど同一とな
り、内燃機関の構造を変更することなく適用が可
能となる。又、圧力センサはその受圧面にて中心
電極の先端部分と接触しているため、先側部分が
受けた圧力自体またはその変動や振動をそのまま
検出できる。更に高電圧中心電極を圧力センサの
リード線の片方に利用しているので、一方のリー
ド線が省略でき、ワイヤハーネスの簡素化に寄与
するとともに、元来絶縁抵抗を高く構成してある
中心電極中に圧力センサ及びそのリード線を組み
込んでいるため、それらの絶縁抵抗を高く保持で
きる。この他に、部品点数が少なく構成が簡素な
こと、このために組立が容易で故障が少ないこ
と、質量調整が中心電極の密度等の変更のみで可
能なこと、中心電極の取り替えが容易なこと、及
び大質量のものを移動または振動させることがな
いので圧力変動も高周波数域も感度よく検出でき
ること、移動または振動する部分が小さいため耐
久性が高いことといつた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧力センサと点火プラグを組み合わせ
た従来例の内燃機関への適用をしめす縦断面図、
第２図は本考案の第１実施例の縦断面図、第３図
はその圧力センサ部分の拡大縦断面図、第４図は
本考案の第２実施例の縦断面図、第５図は第３実
施例の縦断面図、第６図は第４実施例の部分拡大
縦断面図、第７図は第５実施例の部分拡大縦断面
図、第８図は第６実施例の部分拡大縦断面図、第
９図は第７実施例の部分拡大縦断面図、第１０図
は第８実施例の部分拡大縦断面図を表わす。 １２，４１，５１……圧力センサ、１３，４２
……基側の中心電極、１４，４３，５３……先側
の中心電極、１５ｆ，４４ｆ，５４ｆ……接地電
極、３５……ダイヤフラム（受圧面）、３７……
ケース。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 中心電極と接地電極との間で放電させること
   により、内燃機関燃焼室の燃料に点火するプラ
   グにおいて、 上記中心電極を、 高電圧が供給される基側部分と、 燃焼室側の圧力変動に応じて中心軸に沿つて
   移動可能な放電用先側部分と、 に分割して別体となし、 上記基側部分と先側部分との間に、受圧面を
   含む外周部が電気伝導体からなる圧力センサ
   を、その外周部の一部を基側部分に接し、かつ
   その受圧面を先側部分に接して設けたことを特
   徴とする圧力センサ内蔵点火プラグ。 ２ 圧力センサが基側の中心電極と先側の中心電
   極とから予圧を受けている実用新案登録請求の
   範囲第１項記載の圧力センサ内蔵点火プラグ。 ３ 中心電極が圧力センサのリード線の一方を兼
   用している実用新案登録請求の範囲第１項ある
   いは第２項記載の圧力センサ内蔵点火プラグ。 ４ 圧力センサより先側の中心電極が固有振動数
   を高く設定された実用新案登録請求の範囲第１
   項乃至第３項のいずれかに記載の圧力センサ内
   蔵点火プラグ。 ５ 圧力センサが中心電極の先端近傍に設けられ
   ている実用新案登録請求の範囲第４項記載の圧
   力センサ内蔵点火プラグ。 ６ 圧力センサより先側の中心電極が基側の中心
   電極より質量の低い材質である実用新案登録請
   求の範囲第４項あるいは第５項記載の圧力セン
   サ内蔵点火プラグ。 ７ 圧力センサより先側の中心電極の先端放電部
   分が白金あるいは導電セラミツクである実用新
   案登録請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか
   に記載の圧力センサ内蔵点火プラグ。 ８ 圧力センサより先側の中心電極の内燃機関燃
   焼室中に露出している部分が中心電極軸とはほ
   ぼ直角の方向に膨出している実用新案登録請求
   の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載の圧
   力センサ内蔵点火プラグ。