JPH03216983A - 圧力検出器付点火プラグ - Google Patents

圧力検出器付点火プラグ

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JPH03216983A
JPH03216983A JP1322190A JP1322190A JPH03216983A JP H03216983 A JPH03216983 A JP H03216983A JP 1322190 A JP1322190 A JP 1322190A JP 1322190 A JP1322190 A JP 1322190A JP H03216983 A JPH03216983 A JP H03216983A
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combustion chamber
communication hole
pressure
hole
housing
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Application number
JP1322190A
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English (en)
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Yasuyuki Sato
保幸 佐藤
Minoru Nishida
実 西田
Yoshinori Otsuka
義則 大塚
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Denso Corp
Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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    • G01L23/22Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の燃焼圧を検出する燃焼圧検出部を備
える点火プラグに関するものである。
〔従来の技術〕
従来、内燃機関の燃焼圧を検出する手段としての圧力検
出器は例えば特開昭62−291534または特開昭6
2−293131で示されるものが知られている。
この場合は半導体歪ゲージ素子を用い、回路で補償する
ので精度温度特性およびインピーダンスの点が優れるが
、圧力検出器単体であり、プラグ内蔵ではないのでエン
ジンにプラグ穴以外の圧力検出器用の穴を開ける必要が
あり、最近のエンジンは高機能で余分なスペースは無い
のでエンジン設計に無理をしていることになる。更に燃
焼圧を検出し高精度な制御を実施するためには各気筒毎
に全て検出することが望ましいが、圧力検出器単体の場
合はスペース上非常に困難である。
上記理由により従来より燃焼圧検出手段を備える点火プ
ラグとして、例えば実開昭52−129837に示すよ
うに圧電素子をプラグ肩部に埋め込むもの、実公昭48
−11581に示すように圧力導管を用いて圧力をブラ
グネジ部上の位置まで導きダイヤフラムによって検出す
るものが知られている。しかしいずれの場合も検出素子
には圧電素子が用いられており圧電素子の耐熱性の点か
らプラグの燃焼室壁面からできるだけ遠いところ、例え
ば、特公昭4B−11581の場合は、圧力導入穴ので
きるだけ奥に、この圧電素子を配置しなくてはいけない
。そのため、気中振動(燃焼による圧力導管の中での共
振)の高周波成分をノッキング等と判断しでしまう場合
があり、正確な圧力検出ができなくなってしまう。
さらに、また圧電素子特有の温度特性およびインビーダ
ンスが高いので、リードで外部に取り出す時に点火ノイ
ズの影響を受けやすいという問題があり、実際には、実
用化は非常に困難である。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、正6
育な圧力検出が可能な燃焼圧検出手段を有する圧力検出
器付点火プラグを提供することを目的とするものである
〔課題を解決するための手段〕
そこで本発明では、第1の発明として、内燃機関の燃焼
室壁に取付け可能であり、燃焼室と大気側とを連通可能
とする軸方向に形成された第1連通孔および第2連通孔
を有するハウジングと、第1連通孔に固定されるととも
に、軸方向に貫通された内孔を有する絶縁碍子と、内孔
の燃焼室側に固定される中心電極と、ハウジングの燃焼
室側端面に設けられるとともに、中心電掻と相対向する
ことにより、放電部を形成する対向電極と、第2連通孔
に固定されるとともに、第2連通孔の燃焼室側開口部近
傍に形成され燃焼室と第2連通孔を貫通させる貫通孔と
、第2連通孔の燃焼室側開口部近傍に形成されるととも
に貫通孔を介して燃焼室の圧力を検出する圧力検出部と
を有するセンシングエレメントと、センシングエレメン
トに電気的に導通され、第2連通孔の大気側より導出さ
れる取り出しリード線とからなる圧力検出器付点火プラ
グとした。
さらに、第2の発明として内燃機関の燃焼室壁に取付け
可能であり、燃焼室と大気側とを連通可能とする軸方向
に形成された第1連通孔および第2連通孔を有するハウ
ジングと、第1連通孔に固定されるとともに、軸方向に
貫通された内孔を有する絶縁碍子と、内孔の燃焼室側に
固定される中心電極と、ハウジングの燃焼室側端面に設
けられるとともに、中心電極と相対向することにより、
放電部を形成する対向電掻と、第2連通孔に固定される
とともに、燃焼室の圧力を検出する圧力検出部を有する
センシングエレメントとからなり、第2連通孔の少なく
ともハウジングの燃焼室端部より圧力検出部までの軸方
向に対して垂直方向の断面形状が長円又は楕円形状であ
る圧力検出器付点火プラグとした。
さらにまた、第3の発明として、内燃機関の燃焼室壁に
取付け可能であり、燃焼室と大気側とを連通可能とする
軸方向に形成された第1連通孔および第2連通孔を有す
るハウジングと、第1連通孔に固定されるとともに、軸
方向に貫通された内孔を有する絶縁碍子と、内孔の燃焼
室側に固定される中心電掻と、ハウジングの燃焼室側端
面に設けられるとともに、中心電極と相対向することに
より、放電部を形成する対向電極と、第1連通孔の大気
側に設けられ、中心電極と導通されるターミナルと、タ
ーミナルに電気的に導通された高圧電線とからなる点火
プラグであって、第2連通孔の燃焼室側近傍において第
2連通孔に固定されるとともに、燃焼室の圧力を検出す
る圧力検出部を有するセンシングエレメントと、センシ
ングエレメントの圧力検出部と電気的に導通され、第2
連通孔の大気側近傍において第2連通孔を塞ぐとともに
大気側に導出される取り出しリード線と、点火プラグの
前記高圧電線と、前記取り出しリード線とを内在したプ
ラグキャップとした。
〔作用〕
第1の発明とすることにより、圧力検出部を第2連通孔
の燃焼室近傍としたので、燃焼室内の圧力を直接圧力検
出部に受けることができるとともに気柱振動の影響をな
くすことができ、正確な圧力検出が可能な圧力検出器付
点火プラグとした。
また第2の発明により、第2貫通孔を同一のハウジング
の大きさと比較して大きくすることができたので、圧力
検出器の取り付けが容易であるばかりでな《、従来のハ
ウジングの大きさを変えずにより大きな圧力検出部とす
ることができるのでより正確な圧力検出が可能となった
第3の発明によって、圧力検出器付点火プラグを内燃機
関に装着する時、取り出しリード線が巻き付くことなく
容易に装着することができる。さらに、センシングエレ
メントに取り出しリード線が直接、接続されているので
、外部からの高電圧に誘発される電気出力による誤動作
もなく正確な圧力検出が可能な圧力検出器付点火プラグ
を得ることができる。
〔実施例〕
第1図(a). (b)は、本発明の第1実施例の圧力
検出器付点火プラグを示す。
第1実施例の圧力検出器付点火ブラグlには、センシン
グエレメント2.センシングエレメント2に接続するリ
ード線3,絶縁碍子4に保持された中心電極5,この中
心電極5の先端面51との間に放電部であるギャップ1
00を形成する対向電極である接地電極6とを備える. また、絶縁碍子4は、先端面4lおよび後端面42で開
口している軸方向の内孔43を有する。
この絶縁碍子4のうち内燃機関の燃焼室A内に突出され
る脚長部44の内孔43内に中心電極5が嵌め込まれて
いる.ハウジング7の燃焼室A側端面7Iに固定される
接地電極6は、中心電極5の先端面51に対向配置(放
電部100を形成)している。
ハウジング7は、外周に取付用ネジ72が形成されると
ともに燃焼室A側と大気側とに連通ずる第1連通孔73
および第2連通孔74の2つの孔を有する。さらにこの
ハウジングは、一方では突起8の大気側面81にパッキ
ン91を有し、他方ではハウジング70大気側端面73
のリング92a,92b、粉末93を有し、大気側端面
73をかしめることによって絶縁碍子4を保持可能とし
ている。
また、第2連遥孔74には、センシングエレメント2が
配設されており、ハウジング7の燃焼室/Jl端面7l
で溶接によって接合固定されている。
このセンシングエレメント2は信号を外部に取り出すた
めのリード線3が第2連通孔74の略中央部にて接続さ
れている。
さらに、101は電波雑音防止用の抵抗体を示し、10
2a,102bは導電ガラス層を示し、103はターミ
ナル軸部を示す、104はターミナルを示す。
第1図働)は、第1図(a)で示す圧力検出器付点火ブ
ラグ1を下方(接地電掘6側)より見た正面図である。
次に、センシングエレメント2の詳細を第2図に示す。
第2図(a)はセンシングエレメント2の横断面図であ
り、20は圧力検出部である半導体歪ゲージにて圧力を
検出するセンシングチップ21はエレメントホルダであ
り、例えば熱膨張係数の小さいFe−Ni−Co系合金
で構成されており表面にはNiのメッキが施されており
、貫通孔の一部をなす圧力導入ポート21l、保持部2
6およびこの保持部26に形成した貫通孔212を有し
、端部213をハウジング7の燃焼室端面71で溶接に
よって接合固定してある。センシングチップ20は貫通
孔212を覆うようにする接合部215によって接合(
例えばロー付け)され、保持部26上において貫通孔2
12を覆うように、センシングチップ20のダイヤフラ
ム部214が形成される。また、22はセラミック等か
らなり、表面に金属配線が施されたリード基板であり、
エレメントホルダ2lに密着固定されている。23はセ
ンシングエレメント2の信号を増幅および温度補償をす
る回路チップでありリード基板22に密着固定してある
。24はワイヤ、25は外部に信号を取り出すリードワ
イヤである。
第2図(b)はセンシングエレメント2の正面図であり
、第2図(C)はセンシングチップ20の断面図である
。センシングエレメント2はサファイア基板よりなるセ
ンシングチップ20の表面にシリコンを気相成長させた
単結晶薄膜からなる半導体歪ゲージ素子201a〜20
1dを形成してある。
なお、この半導体歪ゲージ201a〜201dを形成す
る導体薄膜の面方位は(100)であり半導体歪ゲージ
素子201a〜201dの長手方向は(110)の軸方
向、すなわちχ方自となっている。また、半導体歪ゲー
ジ素子201a〜201dはダイヤフラム214の周線
部直上に第2図(b)に示すように4ケ所配置され、さ
らにこの半導?歪ゲージ201a〜201dはセンシン
グチップ20に形成した6本のシリコンからなるシリコ
ンリード202に導通され、次にこのシリコンリード2
02の途中よりこの上に耐熱性の金属薄膜のリード電f
i203によりシリコンリード202と導通をとり、全
体をSiN2あるいはSiO■の絶縁膜204にてリー
ド電極203の一部(バット部)を残し保護してある。
またセンシングチップ20の裏面には貫通孔212に相
当する部分であるダイヤフラム部214を除いて金属薄
膜30が形成されている。この場合Ti薄膜301.M
 o薄膜3 0 2, N i 3膜303の3層によ
り構成してあり、エレメントホルダ2lにロー付部21
5により固定される。
リード基板22の上には銀パラジウム等の厚膜印刷によ
り配線221a,22lb,221c,221dの4本
が形成されており、リード電極203とワイヤ24で結
線している。
第3図は配線201a〜201dとリード電極との結線
を示しており、第3図より明らかなように、この結線に
より半導体歪ゲージ201a〜20ldのブリッジが構
成されている。
この配線は第2図(b)の如く、ワイヤ224で回路チ
ップ23と接続され、さらに回路チップ230入出力を
ワイヤ225で配線バッド223を介してリードワイヤ
25に接続し、外部に導出している。
第1実施例に示す圧力検出器付点火プラグの構成とする
ことによって、内燃機関に火花放電する機能に加えセン
シングエレメント2とリード線3により燃焼室の圧力を
検出することができる。
特に第1実施例においては、センシングチップ20の基
板をサファイアより形成したので耐熱性に優れる。また
、センシングチップ20とエレメントホルダ21とのロ
ー付面は伝熱性良好な熱伝導層として機能するため、ダ
イヤフラム214に高温流体の熱が伝達されても、エレ
メントホルダ2lにすみやかに伝導される。また、エレ
メントホルダ2lの熱は、ハウジング7の燃焼室側端面
71での溶接部からの熱伝導、および、第2連通札内で
の熱伝達により、ハウジング7にすみやかに放熱される
。そのため、センシングエレメント20の信軌性は高い
とともに、回路チップ23に構成される回路が高温によ
り誤動作することがなく、さらにリード電極203.配
線221のバット部223のワイヤボンディングの温度
上昇に対する信頼性の悪化も避けることができる。
なお、半導体歪ゲージ,シリコンリード自体は耐熱的に
十分耐え得ることができる。
さらに、ダイヤフラム214を有するセンシングヂップ
20として耐熱性に優れるサファイヤ基板を使用し、か
つサファイア基板上に単結晶シリコン薄膜よりなる半導
体歪ゲージ素子201を形成するようにしているため、
高温下(l50゜C以」二)で使用しても、シリコン基
板に不純物を拡散して形成する拡散ゲージのようにPN
接合部でリーク電流が大きくなり高温下での検出が不可
能になるという問題がなく、高温下での高圧検出を行う
ことができる。
またエレメントホルダ2lとハウジング端面71での溶
接,エレメントホルダ21とセンシングチ,プ20との
ロー付は強固に行われるので高温・高圧環境下における
圧力検出は十分行うことができる。
また、複数のリード基板をエレメントホルダに固定し耐
熱リードで電気的に接続してもよい。このように基板を
複数にすることでエレメントホルダにかかる熱応力を分
散させることができる。
さらに、また検出位置すなわち半導体歪ゲージ201a
〜201dの配置はハウジング燃焼室側端面71よりブ
ラグ1の軸にそって奥側であり、ワイヤ24の位置.回
路チップ23の位置はさらに奥側になるので、プラグ1
の中心電極5.接地電極6は高温にさらされるが、半導
体歪ゲージ201a 〜201d,  リード電極20
3のワイヤ接続部,回路チップ23は順次温度が低くな
るように構成され、熱による破損を防いでいる。
以上のように、第1実施例の構成とすることによって、
ハウジング7の燃焼室側端面71より貫通孔212、つ
まり圧力検出部までの距離Lは従来と比較して大幅に短
くすることができたので、距離Lが長いことによって起
因する気柱振動の発生を抑えることが可能となった。
しかし、プラグのハウジング7の側壁に第2連通孔74
を設けセンシングエレメント2を内挿しているため、圧
力導入ポート211及び貫通孔2l2は深くなるほど、
燃焼室からの距離が離れるため、その底部の温度が低下
する。また、通常ガソリンの燃焼により生成されるカー
ボンは、寒冷時及び機関の温度が低い時に多く発生し、
その一部は燃焼室及びプラグの壁面に付着する。そして
、機関の温度が高くなると焼失する。そのため、カーボ
ンが圧力導入ポー}211及び貫通孔212をふさぎ、
燃焼室内の流体圧がダイアフラム214に伝わりにくく
なり、正確な圧力を検出できなくなる場合があり、上記
観点を含めて距離Lの最適値を検討してみる。
第4図は、圧力導入ポート21Iの端面から貫通孔21
2までの深さLが深い例である。この場合、寒冷時及び
機関の温度が低い時、ガソリンの燃焼により住成される
カーボンは圧力導入ポート211及び貫通孔212に堆
積し、その堆積量も温度が低い部分ほど多くなる。また
、機関の温度が高くなったときにおいても、深さが深い
ため、温度があまり上昇せずカーボンがなかなか焼失し
ないため、第5図に示す如くくり返し使用することによ
り、圧力導入ポートの入口付近のみカーボンが少なくな
るだけで、奥にいくほどカーボンが圧力導入ポート21
1及び貫通孔212をふさぎ、燃焼室内の流体圧がダイ
アフラム214に伝わらなくなり、正確な圧力を検出で
きなくなる。第6図は、本発明に示されるような圧力導
入ポート211の端面から貫通孔212までの深さLが
浅い例である。この場合も、寒冷時及び機関の温度が低
い時、ガソリンの燃焼により生成されるカーボンは圧力
導入ポート211及び貫通孔212に堆積するが、その
堆積量は深さが浅いため、機関の温度が高くなったとき
には第7図の如く温度が上昇しカーボンはほとんど焼失
してしまい圧力導入ポート2l1及び貫通孔212をふ
さぐこともなく正確な圧力を検出することができる。
我々が、鋭意研究した結果、端面71から貫通孔212
までの深さLは圧力導入ポート211の内径が1〜5 
mmの間においては、内径にかかわらず、10mm以下
に圧力検出部を設けることによってカーボンの堆積によ
る不具合の発生がないことを見出した。
さらにまた、圧力導入ポート211の内径が1〜5mm
でかつ距#Lが10mm以下の場合においては、気柱振
動が生じないこともまた確かめられた。
〔第2実施例〕 第2実施例では、リード取り出し部に関する発明であり
、他の構造については第1実施例と全く同一とした。
第8図(alはセンシングチップ20のリードの取り出
し部を示す断面図であり、第2実施例では、センシング
チップ20からの信号をワイヤである耐熱り一ド240
を介してリードワイヤ25に接続している。ここで、耐
熱り一ド240は硬度の小さいやわらかい材質の例えば
ポッティング樹脂等によりなる封止材32によりハウジ
ング7とエレメントホルダ21の間に形成される隙間7
5に固定されている。
第8図(b)にセンシングチップ20と耐熱リード24
の取付けの状態を断面にて示す。シリコンリード202
の上にTi薄膜304とPt薄膜305の2Nから成る
リード電極203およびその上にハンダのハンブ31を
形成し、耐熱リード24のリード241を接触させ熱(
例えばレーザ光など)によりバンブ31を軟化あるいは
溶融させリード241をリード電極203に接続する。
第9図(a), (b)は、第2実施例に使用される耐
熱り一ド240の構成を示している。241は例えば銅
よりなる金属のリードであり細長い板状のものである.
242と243は耐熱性に優れるポリイミド等の樹脂か
らなるカハーである。上下のカバー242,243で金
属リー1241を挟み込み熱をかけることで一体化して
ある。
以下この耐熱リードのセンシングチップ20への組付方
法について説明する両端の金属リード241のはみ出し
ている部分をセンシングチップ20のパンプ3lに熱圧
着等で固定し、この状態でハウジング7の開口部ヘセン
シングエレメン1・2を挿入し溶接にて接合した後、耐
熱り一ド240の他端をリードワイヤ25に熱圧着等で
固定する。
その後ハウジング7の孔75を例えばポッティング樹脂
よりなる封止材32により埋めてシールする。
本第2実施例を採用することにより、第1実施例におけ
るリード基板22を省略することができ、構造を大幅に
節略にすることができた。
さらに、第2貫通孔74を封止材32により埋めること
によってワイヤリード240を固定しているが、第2貫
通孔を封止材32によって埋めることにより、ハウジン
グ7より受ける熱を外部に放熱し易くすることができる
〔第3実施例〕 第1実施例ではセンシングエレメント2の大気側端面に
増幅及び温度補償を行う回路チップ23を形成すること
を述べたが、第3実施例では、さらにこの回路チップ2
3に調整手段を形成した。
第10図は第3実施例の圧力検出器付点火プラグの断面
図を示したものであり、第1図と同一部品のものには同
一符号を付してある。
第3実施例では、 ハウジング7の六角部80の下には、後述するセンシン
グエレメント2上の半導体歪ゲージ出力の出力調整用の
抵抗値をレーザトリミング等の手段で調整するための開
口部76を有し、調整終了後、密封リング77を挿入し
て密封リング77の両端を接着剤あるいは溶接等の手段
で密封できるようにした。
また、第3実施例の圧力検出器付点火プラグには出力調
整可能なセンシングエレメント1002が設けられてい
る。
第11図(a)は第3実施例に使用されるセンシングエ
レメント1002の断面図である。
第11図(a)において、1020は半導体歪ゲージに
て圧力を検出するセンシングチップ、102lはエレメ
ントホルダであり熱膨張係数の小さいFe−Ni−Go
系合金で構成されており、表面にはNiメッキが施され
ている。そしてこのエレメントホルダ1021には圧力
導入ポート1211,貫通孔1212を有し、ホルダ端
部1213をハウジング7の燃焼室端面71で溶接によ
って接合固定する。センシングチップ1020は貫通孔
l212を遮蔽するように接合(例えばロー付け等)さ
れている。1022はセラミック等からなり表面に金属
配線がほどこされたリード基板であり、エレメントホル
ダに密着固定されている。
l023はセンシングエレメントの信号を増幅あるいは
温度補償する回路チップでありリード基板1022に密
着固定してある。122lはリード基板上の金属配線で
あり、センシングチップ1020と回路チップ1023
の間をボンディングワイヤ1024.1224a,12
24bで電気的に接続するための配線部である。
さらに、センシングエレメント1020は、ハウジング
7の第2連通孔74に挿入され燃焼室端面71とセンシ
ングエレメント1020のエレメントホルダl021の
端部1213を溶接等の手段でハウジング7と密着させ
ている。
第11図(b)は、センシングチップl020とリード
基板1022の正面図であり、第11図(C)はセンシ
ングチップ1020の断面図である。センシングチップ
1020はサファイアよりなる基板1l00の表面にシ
リコンを気相成長させた単結晶薄膜からなる半導体歪ゲ
ージ1201a,120lb.1201c,1201d
を形成してある。
なお単結晶薄膜の面方位は(100)であり、半導体歪
ゲージの長手力向は(110)の方向となっている。
半導体歪ゲージ1 20 1 a−1 20 1dはダ
イヤフラム1214の周辺部直上に第2図(b)に示す
ように4ケ所配置され、同じくサファイア基板1100
上に形成したシリコンからなるシリコンリードl202
と結線され、さらに途中からこの上に耐熱性のリード電
極1203によりシリコンリード1202と導通をとり
、全体をSiNあるいはS i O tの絶縁膜120
4で金属薄膜1203のパッド部1203aを除いて保
護してある。
またサファイヤ基板1100の裏面には貫通孔1212
に相当する部分、ダイヤフラム部1214を除いて金属
薄膜1030が形成されている。
第3実施例ではTi薄膜1301,Mo薄膜1302,
Ni薄膜1303の3層により構成し、エレメントホル
ダ1021にロー付により固定される。
リード基板1022の上には、厚膜印刷による配線12
21a,122lb,1221c,1221dが形成し
てあり、金属薄膜1203とをボンディングワイヤ10
24で結線することで半導体歪ゲージ1201a−12
01dをブリッジ構成とし、この4本の配線1221a
 〜1221dとボンディングワイヤ1224aで回路
チップ1023と接続される。さらに回路チップ102
3の入出力をボンディングワイヤ1224bでリード基
板1022上の厚膜配線1225a,1225b〜12
25cと接続される。
l230はリード基板I2上に印刷,焼成された厚膜の
調整用抵抗で、後述する検出回路のトリミング抵抗とな
る。
1025は電源,GND,信号線からなるリードワイヤ
である。
第12図は、検出回路の一実施例を示す。回路チップ1
023上の回路構成は、初段の増幅回路1500、次段
の増幅回路l600からなる。初段の増幅回路は3ヶの
オペアンブ1510a,1510b,1510cと7ヶ
の抵抗1511,1512,1513,1514,15
15.1516.1517からなる。次段の増幅回路1
600は、1ヶのオペアンプ16lOと2ヶの抵抗16
II,1230からなる。ここで初段および次段の増幅
回路において出力調整抵抗1230を除いてすべてのオ
ペアンプと抵抗は回路チップ1023上にICプロセス
を経て形成されるが、抵抗l230のみは第11図(a
)で示したリード基板1022上に厚膜印刷,焼成を経
て形成される。
各抵抗の値は第3実施例によれば、抵抗151lは5K
Ω,抵抗1512,1513,1514.l515はI
OKΩ,1516.1517は50KΩ,抵抗1611
.1230は20KΩで構成すると、初段の増幅率は5
0倍.次段の増幅率は1となる。
一般に、半導体歪ゲージは不純物を拡散させる工程で形
成されるが、不純物量や拡散条件のバラツキ、あるいは
ダイヤフラムの形成条件のバラッキ等でブリッジ出力が
一定とならないため、圧力検出器を点火プラグに取りつ
けた後に出力調整を行う必要があり、この調整が点火プ
ラグに取りつけられているため非常に困難であるが、第
3実施例ではハウジング7の開口部76には、第11図
(b)で示した出力調整用抵抗l230が露出しており
、レーザトリミングで所望の値にトリミングすることに
より出力調整が容易にできるようになった。
〔第4実施例〕 前記第3実施例では、圧力検出の出力値を容易に調整可
能とする回路を示したが第4実施例においては、圧力検
出器の温度補償を容易に行えることができる回路を示す
第13図は、第4実施例の回路を示し、第12図と同一
部品は同一符号を付した。
1500.1600はそれぞれ初段,次段の増幅回路を
表わすが、本実施例では次段の増幅回路1600の抵抗
16l2は回路チップ1023上に形成し固定抵抗とす
る。1700は温度補償回路で、回路チップ1023上
に形成するトランジスタl 7 1 0,抵抗1720
と第11図(b)におけるリード基板1203上に形成
する抵抗1230からなる。
温度補償調整用抵抗1230は、第3の実施例と同様に
、ハウジング7の開口部76に露出しているため、レー
ザトリミングにより所望の値にトリミングできる。
従来、半導体歪ゲージは一般にその圧力感度は温度の上
昇と共に減少するため、燃焼圧を検出するような温度の
高い領域で使用する場合には温度補償が必要になる。第
4実施例では定電圧動作で、ブリッジの印加電圧を温度
に対して変化させて補?を行う。すなわち、トランジス
タl710のヘース・エミッタ間電圧■■は温度の上昇
と共に減少するため、ブリッジの印加電圧は温度と共に
上昇する。このため温度上昇に対する圧力惑度の減少を
補償することができる。その補償する量は、温度補償調
整用抵抗l230と抵抗1720の値の比で決まるため
、温度補償調整用抵抗1230をトリミングすることで
、所望の値に容易に決定させることができる。
第3.4実施例においては回路千ップ1023上に検出
回路を形成し、リード基板1022上に調整用抵抗を厚
膜印刷の手段で形成したが、調整用抵抗をS i / 
C r等の薄膜抵抗とし、回路チップ1023上に形成
することも可能である。
また、第3.4実施例では、センシングエレメンI−1
020を点火プラグ1に実装した後に、レーザトリミン
グ等の手段で調整したが、実装する前に調整して実装す
ることも可能である。
上記方法の場合、予めセンシングエレメント1020を
実装する前に調整用抵抗を調整し、リ一ドワイヤを接続
後、点火プラグのハウジング7の第2連通孔74に挿入
し実装するので、ハウジング7には、開口部76と密封
用リング77は不要となる。
また、出力調整,温度補償調整について述べたが、ブリ
ッジの不平衡調整についても適用できる。
さらに、第3,4実施例において出力調整.温度補償調
整,不平衡調整の少なくともふたつ以上を組み合わせて
も本発明は適用できる。
〔第5実施例〕 第14図は、本実施例のセンシングチソプ2020とセ
ンシングホルダ2021とが組みつけられた断面図を示
す。第5実施例においては、リード基板を廃止し、セン
シングチップ2020を長く延長させることによって、
リード取り出し部をセンシングチップ2020が兼ねる
ようにしたものである。
センシングチノプ2020のエレメントホルダ2021
への固定はダイヤフラム2214の一端のみにろう付け
し、リードを取り出す他端は、固定をしなかった。
上記構成とすることにより、リード取り出し部を廃止で
き簡単な構成とできただけでなく、エレメントホルダ2
021とセンシングホルダ2020とは一点のみの固定
としているので、エレメントホルダ2021の応力がセ
ンシングチツプ2020に影響することを押さえること
ができた。
〔第6実施例〕 第6実施例においては第1実施例におけるハウジング7
の燃焼室と外気とを連通させる第2連通7L74の形状
について検討した。
第15図は第6実施例における圧力検出器点火プラグ4
000を接地電極4006側より見た正面図である。
第1実施例とは連通孔4074の断面形状が相違するの
みであり、他の構成は同一とした。
第15図よりあきらかなように第6実施例において、連
通孔4074は長円形又は楕円形状とし、この連通孔4
074内にセンシングエレメント2のエレメントホルダ
21を嵌合することにより、限られた寸法の点火プラグ
内に絶縁碍子と圧力検出器を配置し、絶縁碍子の信頼性
を確保するとともに、圧力検出器の検出精度の高い、圧
力検出器内蔵点火プラグを提供することができる。
次にハウジング端面形状について第16図に第6実施例
を第17図に第1実施例の連通孔形状を示す。第1実施
例.第6実施例とも絶縁碍子を保持する第1,第2連通
孔4073,4074の中心と、圧力検出器を配設する
連通孔4173.4174の中心を結んだ方向の寸法を
同一にしてあるが、第16図および第17図から明らか
なように、第6実施例に係る長円形又は楕円形の第2連
通孔を形成することによりセンシングチノプを配置する
スペースが格段に大きくなることがわかる。
そのため、圧力検出器内蔵点火プラグは、絶縁碍子を保
持する第1連通孔の中心と圧力検出器を配置する第2連
通孔の中心を結ぶ方向には、寸法の余裕がなかったが、
第16図の如く、圧力検出器を配置する第2運通孔を長
円形又は楕円形としたことにより活用されていなかった
部分も、圧力検出器のスペースとして利用できる様にな
り、圧力検出器を大きくすることができ、製造が容易に
なるとともに、圧力検出器を大きくしても全体として小
型な圧力検出器付点火プラグとすることができた。
なお、第6実施例において第2連通孔4074のIdl
 方向の形状はセンシングエレメント2が配設される部
分全てを長円形又は楕円形としてもよいし、センシング
エレメント2のハウジング7の燃焼室端に密着させ固定
する端部71より、センシングエレメント2の大きなス
ペースを要する部分まで形成し、その奥は第1実施例の
第1連通孔73の形状と同一である丸孔にしてもよい。
次に、ハウジング6に長円形又は楕円形の圧力検出器を
配置する孔の製造方法を述べる。本第6実施例の孔の製
造としては長円形又は楕円形の孔と丸孔を有する金属粉
末成形品を作りそれを高温で焼成する焼結法による。
また、さらに以下に述べる方法によって作ってもよい。
第18図乃至第21図にその製造過程を示す。
まず、第18図のように圧力検出器を配置する長円形又
は楕円形の孔74を有するパイプ3000を所定の長さ
に切断する。
そして、第19図のように丸棒を所定の長さに切断し、
上記第18図に示すような長円形又は楕円形の孔74を
有するパイプ3000を挿入する穴3110を形成する
次に、第20図のように長円形又は楕円形の孔74を有
するパイプ3000を丸棒3100の穴3110にロー
付,圧入,焼きばめ等の方法で固着する。
最後に、第21図のように上記第20図より切削加工す
ることによりハウジング7を得る。上記方法によれば長
円形又は楕円形の孔の加工をする必要がなく容易に第5
実施例のハウジング7を得ることができる。
(第7実施例〕 第22図は、第7実施例における圧力検出器付点火プラ
グ1の内燃機関への取り付け時の構成を示す断面図であ
る。
また第23図は第7実施例のプラグキャップ5000の
断面図を示す。
ここで、圧力検出器付点火プラグ1は第1実施例のもの
と同一構造であり、Aは熱焼室11は内燃機関の壁面を
5000は第7実施例のプラグキャップを示す。このプ
ラグキャップ5000は、合成樹脂等、硬質のプラグキ
ャップ本体5010よりなり、絶縁碍子4のターミナル
104側より挿入されている。また、このプラグキャッ
プ本体5010の内部には、金属線,抵抗線,巻線抵抗
の一種が封入された高圧電線5020が挿入埋設されそ
の高圧電線5020の先端には、前述のターミナル10
4と嵌合する筒状端子5030が取りつけられている。
高圧電線5020のもう一方の端部は、図示しないディ
ストリビューター又はコイルに装着されるべく、図示し
ない端子が取り付けられている。
また、管状のプラグキャップ本体5010の外周部には
、一端がセンシングエレメント2に接続され、他端が図
示しない制御装置に接続された出力信号取り出し用のリ
ード線3が埋設されている。
ここで、プラグキャップ本体5010の外形寸法は、ハ
ウジング7の六角寸法以下になっており、キャソプ50
00を装着した状態において、本発明品をエンジンに装
着する場合、プラグレンチ内にキャップ5000が入り
、ハウジング7の六角部80とプラグレンチが嵌合する
ようになっている。この図示しないプラグレンチにより
、プラグキャップ5000を有する圧力検出器付点火ブ
ラグ1を内燃機関の壁面1lに第22図の如く内燃機関
の壁面11のプラグホールl2に装着する。
その後、第7実施例ではブラグホールl2内のほこり,
水の侵入.気密を保持する為、プラグホールカバー50
40によってブラグホール12の大気側開口部112を
封止する。
なお、第7実施例においては、プラグキャップ本体50
10がプラグホイール12より突出しているが、プラグ
ホールl2の上端面の下に位置してもよい、要はプラグ
ホールカバー5040にて固定できればよい. 次に第7実施例におけるプラグキャップ本体5010の
内部への高圧電線5020およびリード線3の組み付け
方法を以下いくつか述べる。
1番目の方法としては、端子5030を有する高圧電線
5020とリード線3を挿入埋設する孔を有する管状の
プラグキャノブ本体5010を用意し各々の孔に端子5
030を有する高圧電線5020とリード!IiA3を
挿入埋設する方法。
2番目の方法としては、管状のプラグキャップ本体50
10を成形する際に予め端子5030を有する高圧電線
5020を所定の位置に埋設しておき、管状のプラグキ
ャップ本体5010と端子5030を有する高圧電線5
020が一端となったものを用意し、その後リード線3
を挿入埋設する方法。
3番目の方法としては、ターミナル104に予め端子5
030を有する高圧電線5020を装着しておく、即ち
、第22図において管状のプラグキャップ本体5010
のない状態のものを用意し、その外周にプラグキャップ
本体5010を成形する型を配置し型の中に合成樹脂を
入れプラグキャップ本体5010を成形し端子5030
を有する高圧電線5020とリード線3を埋設する方法
である。
第7実施例を採用することによって以下の優れた効果を
得ることができる。
すなわち、従来従案されている圧力検出器内蔵点火プラ
グは、その構成上、検出器の出力信号取り出し用のリー
ド線が、点火プラグに取り付けられている為、スパーク
プラグをエンジンに装着する時、検出器の出力信号取り
出し用のリード線が邪魔となり、線が巻きついてしまっ
たり、はなはだしい場合には、断線したりして装着が非
常に困難である。さらに、点火プラグ装着用のレンチも
専用のものにする必要かある。
そして、この問題を解決する手段として、特開昭64−
54686に示される様に検出器の出力信号取り出し用
のリード線を廃し、点火プラグ上に、検出器の出力信号
のターミナルを形成し、点火プラグをエンジンに装着し
たのち、点火プラグにプラグキャップを装着した時、ブ
ラグキャ・ノブ内にも形成してあるターミナルと導通さ
せて、出力信号を取り出す方法が提案されている。
しかしながら、圧力検出器内蔵点火プラグにおいて、点
火プラグ部は、パルス上の高電圧が印加され、検出器の
出力信号にはそのパルス状の高電圧により、電気信号が
誘発され誤動作の原因となるため、検出器の出力信号用
のリード線は、点火プラグに印加される高電圧より遮蔽
されていなければならない。それに対し、特開昭64−
54686のものは、点火プラグ上に形成したターミナ
ルとプラグキャンプ内に形成したターミナルの接続部を
点火プラグに印加される高電圧より、電気的に遮蔽する
ことは困難であり、接続部にて高電圧による電気出力が
誘発され誤動作してしまう。
それに対して第7実施例を採用することにより、エンジ
ンに装着する時、リード線が邪魔をすることなく容易に
装着することができ、巻きついたり、断線したりする不
具合はな《なる。さらに、センシングエレメントから途
中接続部を持たずブラグホールの外にリード線を取り出
すことができるため、高電圧に誘発される電気出力によ
る誤動作もなくなり、信頼性の高いものを得ることがで
きる。
前記実施例におけるエレメントホルダl1の形状はまた
次のようにしてもよい。
つまり、第24図の如くエレメントホルダ21を挿入す
る第2連通孔74をハウジング7の先端部7lに対して
斜め形状として、絶縁碍子4を保持する第1連通孔73
に形成されるハウジング7のポケット部73aを解して
燃焼圧力を検出してもよい。
また第25図の如く、エレメントホルダ21のセンシン
グチップ2Gを接合する面をプラグの軸方向に斜めに配
置し貫通孔212で直接ハウジング7のポケット部73
aを介して燃焼圧力を検出してもよい。
このように、第1連通孔74の燃焼室側先端面を斜め形
状としたり、センシングチップ20を斜めに配置するこ
とによって、圧力の奥行き導入ポート211を短くする
ことができるとともに、圧力導入ボー}211の開口が
大きくできるので、歪ゲージによる正確な圧力検出がで
き、かつ、燃焼残渣がない良好な圧力検出ができる。
さらにまた、エレメントホルダ21の形状としては、エ
レメントホルダ2lの圧力導入ポート211をなくすべ
く、貫通孔212をハウジングのポケット部73aに形
成してもよい。
また、エレメントホルダ121の圧力導入ポート211
をなくずべく、ハウジング7の取りつけネジ部のネジを
全周にわたって一部除去し、エレメントホルダ1210
貫通孔212をハウジング7のつけネジを除去した部分
に形成してもよい。
また、エレメントホルダ121の圧力導入ポート2l1
をなくすべく、ハウジング7の取りつけネジ部のネジを
軸方向に一部除去し、エレメントホルダ21の貫通孔2
12をハウジング7の取りつけネジを除去した部分に形
成してもよい。
また第26図の如く、エレメントホルダ21の圧力導入
ポートをなくすべく、エレメントホルダ21をセンシン
グチップ20とリード線22の部分と回路チップ23と
の部分に分割しセンシングチップ20とリード基板22
をエレメントホルダ21を形成する容器6000に封入
し、貫通孔212をハウジングのポケット部74aに形
成し、リード基板22との間をリード線60lOにて接
続してもよい。
また第26図の貫通孔212はポケット部74aに形成
するのではなく、ハウジング7の取りつけネジ部のネジ
を全周にわたって一部除去し、エレメントホルダ21の
貫通孔212をハウジング7の取りつけネジを除去した
部分に形成し、リード基板22との間をリート線にて接
続してもよい。
また、同様にハウジング7の取りつけネジ部のネジを軸
方向に一部除去し、エレメントホルダ21の貫通孔21
2をハウジング7の取りつけネジを除去した部分に形成
し、リード基板22との間をリード線にて接続してもよ
い。
さらには、センシングチップを軸方向に直角に配置し、
ハウジング7の端面倒に貫通孔212を形成してもよい
さらに第7実施例にて示した圧力検出器付点火プラグの
内燃機関のプラグホールの取り付けは以下のような第7
実施例の変形例によっても可能である。
第27図はその一例を示す。第27図の如く、絶縁碍子
4とプラグキャップ本体5010の密着性をさらに良く
する為、シリコンゴム等,軟質の合成樹脂からなる圧着
用キャップ5100を設けてもよい。このような構造と
することにより、ターミナル104又は筒状端子503
0より絶縁碍子4の表面を経て生じるハウジング7への
飛火を確実に抑制できる。
第28図ではプラグキャップ本体5010の内部にディ
ストリビューター又はコイルからの高圧電線5200の
接続端子521oと接続される接続端子5300を設け
、この接続端子5300とターミナル104との接続端
子5030の間を高圧電線5020で接続したものであ
り、プラグキャップ本体5010の端面より高圧電線5
020が突出することなく、装着がさらに容易になる。
また第28図のような構造において、ディストリビュー
タ又はコイルからの高圧電線を本発明のものに装着する
様になっているが、近年一般的になってきた点火プラグ
に直接コイルを装着する高圧コードのないタイプのもの
においても、本発明のプラグキャップに点火コイルを直
接装着することができる。
また第28図の実施例において第27図に示す圧着キャ
ップ5100を通用してもよい。
また、プラグキャップ本体5010にリード線3を埋設
する方法についても、第29図に示す様にプラグキャッ
プ本体5010に埋設用の溝を設けたものでもよい。
本考案は、第1図に示される圧力検出器付内蔵点火プラ
グのみに限定されず、各種提案されている圧力検出器内
蔵プラグ全てに適用が可能である。
〔発明の効果] 本発明を採用することにより、正確な圧力検出ができる
圧力検出器付点火プラグを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
第1図(a), (b)は、本発明の第1実施例におけ
る圧力検出器付点火プラグの断面図および正面図、第2
図(a)乃至第2図(C)は第1実施例におけるセンシ
ングエレメントの構成を示す構成図、第3図はセンシン
グエレメントにおける回路の一部を示す回路図、第4図
乃至第7図は圧力導入ポート内のカーボン付着量を示す
断面図、第8図(a), (b)は第2実施例における
センシングエレメントの構成図、第9図(a), 0)
)は第2実施例におけるリードワイヤの構成図、第10
図(a), (b)は第3実施例における圧力検出器付
点火プラグの断面図および正面図、第11図(a)乃至
第11図(C)は第2実施例におけるセンシングエレメ
ントの構成図、第12図は第2実施例における回路図、
第13図は第3実施例における回路図、第14図は第5
実施例におけるセンシングエレメントの構成図、第15
図は第6実施例における圧力検出器付点火プラグの正面
図、第16図は第6実施例におけるハウジングの連通孔
の形状を示す模式図、第17図は従来のハウジングの連
通孔の形状を示す模式図、第18図乃至第21図は第6
実施例におけるハウジングの製造方法を示す工程図、第
22図は第7実施例における内燃機関に取り付けられる
圧力検出器付点火プラグの断面図、第23図は第7実施
例におけるプラグキャップの断面図、第24図乃至第2
6図は本発明の圧力検出器付点火プラグのその他の実施
例を示す断面図、第27図乃至第29図は圧力検出器付
点火プラグの取り付け方法における他の実施例を示す断
面図である。 ■・・・点火プラグ,2.1020・・・センシングエ
レメント 3・・・取り出しリード線,4・・・絶縁碍
子,5・・・中心電極.20・・・センシグチップ(圧
力検出部),23・・・回路チップ.26・・・保持部
,32・・・封止材,71・・・ハウジングの燃焼室側
端面,73・・・第1連通孔.74・・・第2連通孔,
76・・・開口部,77・・・密封リング,100・・
・放電部,201a〜201d・・・歪ゲージ,211
・・・圧力封入ポート,212・・・貫通孔,214・
・・ダイヤフラム.1230・・・検出信号調整手段,
5000・・・プラグキャップ,5020・・・高圧電
線。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)内燃機関の燃焼室壁に取付け可能であり、該燃焼
    室と大気側とを連通可能とする軸方向に形成された第1
    連通孔および第2連通孔を有するハウジングと、 前記第1連通孔に固定されるとともに、軸方向に貫通さ
    れた内孔を有する絶縁碍子と、 前記内孔の燃焼室側に固定される中心電極と、前記ハウ
    ジングの前記燃焼室側端面に設けられるとともに、前記
    中心電極と相対向することにより、放電部を形成する対
    向電極と、前記第2連通孔に固定されるとともに、前記
    第2連通孔の前記燃焼室側開口部近傍に形成され、前記
    燃焼室と前記第2連通孔を貫通させる貫通孔と、前記第
    2連通孔の前記燃焼室側開口部近傍に形成されるととも
    に前記貫通孔を介して前記燃焼室の圧力を検出する圧力
    検出部とを有するセンシングエレメントと、 前記センシングエレメントに電気的に導通され、前記第
    2連通孔の大気側より導出される取り出しリード線と からなることを特徴とする圧力検出器付点火プラグ。
  2. (2)前記圧力検出部は、前記センシングエレメントの
    前記貫通孔を覆うように薄肉形状のダイヤフラムを有す
    るとともに、該ダイヤフラムの周辺部に形成された歪ゲ
    ージとからなり、圧力に応じて歪ゲージにより圧力信号
    を得るようにしたことを特徴とする請求項1記載の圧力
    検出器付点火プラグ。
  3. (3)前記圧力検出部と前記ハウジングの前記燃焼室側
    端面との距離は10mm以下であることを特徴とする請
    求項1乃至2いずれか記載の圧力検出器付点火プラグ。
  4. (4)前記センシングエレメントの前記燃焼室側には前
    記圧力検出部が形成されるとともに前記大気側には前記
    圧力検出部によって検出した信号を加工する回路チップ
    を介して外部に出力する取り出しリード線が接続されて
    いることを特徴とする請求項1乃至3いずれか記載の圧
    力検出器付点火プラグ。
  5. (5)前記センシングエレメントは、前記ハウジングの
    前記燃焼室側端面より前記第2連通孔の略中央部まで伸
    び前記第2連通孔の前記燃焼室側開口近傍において、前
    記圧力検出部を保持するとともに、前記ダイヤフラムの
    対向箇所に連通孔を有する保持部と、前記保持部に囲ま
    れ前記連通孔に前記燃焼室の圧力を導入する圧力導入ポ
    ートとが形成されるエレメントホルダと、該エレメント
    ホルダの前記第2連通孔の略中央部において、前記取り
    出しリード線が接続されることを特徴とする請求項1乃
    至4いずれか記載の圧力検出器付点火プラグ。
  6. (6)前記ハウジングの前記第2連通孔の燃焼室側端面
    を軸方向に対して斜め形状としたことを特徴とする請求
    項1乃至5いずれか記載の圧力検出器付点火プラグ。
  7. (7)前記ハウジングの前記第2連通孔の略中央部には
    、前記取り出しリード線により塞がれる連通孔と、密封
    リングによって塞がれる開口部とを有し、前記開口部の
    対応する前記エレメントホルダ上には前記回路チップと
    前記取り出しリード線とに導通された圧力検出信号調整
    手段が形成されることを特徴とする請求項1乃至5いず
    れか記載の圧力検出器付点火プラグ。
  8. (8)前記圧力検出信号調整手段は、出力調整手段、温
    度補償手段、不平衡調整手段の少なくとも1つであるこ
    とを特徴とする請求項6記載の圧力検出器付点火プラグ
  9. (9)前記圧力検出部と前記取り出しリード線とに接続
    するリードワイヤが、前記第2連通孔内において封止材
    により固定されていることを特徴とする請求項1乃至3
    いずれか記載の圧力検出器付点火プラグ。
  10. (10)内燃機関の燃焼室壁に取付け可能であり、該燃
    焼室と大気側とを連通可能とする軸方向に形成された第
    1連通孔および第2連通孔を有するハウジングと、 前記第1連通孔に固定されるとともに、軸方向に貫通さ
    れた内孔を有する絶縁碍子と、 前記内孔の燃焼室側に固定される中心電極と、前記ハウ
    ジングの前記燃焼室側端面に設けられるとともに、前記
    中心電極と相対向することにより、放電部を形成する対
    向電極と、前記第2連通孔に固定されるとともに、前記
    燃焼室の圧力を検出する圧力検出部を有するセンシング
    エレメントとからなり、 前記第2連通孔の少なくとも前記ハウジングの前記燃焼
    室端部より前記圧力検出部までの軸方向に対して垂直方
    向の断面形状が長円又は楕円形状であることを特徴とす
    る圧力検出器付点火プラグ。
  11. (11)内燃機関の燃焼室壁に取付け可能であり、該燃
    焼室と大気側とを連通可能とする軸方向に形成された第
    1連通孔および第2連通孔を有するハウジングと、 前記第1連通孔に固定されるとともに、軸方向に貫通さ
    れた内孔を有する絶縁碍子と、 前記内孔の燃焼室側に固定される中心電極と、前記ハウ
    ジングの前記燃焼室側端面に固定されるとともに、前記
    中心電極と相対向することにより、放電部を形成する対
    向電極と、前記第1連通孔の大気側に設けられ、前記中
    心電極と導通されるターミナルと、 該ターミナルに電気的に導通された高圧電線とからなる
    点火プラグであって、 前記第2連通孔の前記燃焼室側近傍において前記第2連
    通孔に固定されるとともに、前記燃焼室の圧力を検出す
    る圧力検出部を有するセンシングエレメントと、 該センシングエレメントの前記圧力検出部と電気的に導
    通され、前記第2連通孔の前記大気側近傍において前記
    第2連通孔を塞ぐとともに大気側に導出される取り出し
    リード線と、 前記点火プラグの前記高圧電線と、前記取り出しリード
    線とを内在したプラグキャップ とからなることを特徴とする圧力検出器付点火プラグ。
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