JPH1197153A - 圧力センサ付スパークプラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温の燃焼ガスによる圧電素子への熱の伝導
を減らすことができ、圧電素子の焦電特性や温度特性を
改善した圧力センサ付スパークプラグの提供。 【解決手段】 圧力センサ内蔵のスパークプラグＡは、
絶縁碍子１と、軸孔１０内に嵌め込まれて固定される中
心電極２と、座部ケース３０を一体に溶接し、六角部３
１、鍔部３４、中間筒部３３、及び先方筒部３２を有す
る主体金具３と、環状空間４００内に配設される圧力セ
ンサ４とを具備し、座部ケース３０の外周面に放熱フィ
ン３０６を形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパークプラグの
取付金具内に、圧電素子を使用した圧力センサを配設し
た圧力センサ付スパークプラグに関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の燃焼圧力を測定するために、
従来より、圧力センサ付のスパークプラグが使用される
（特開平６- ２９０８５３号公報、実開平２- １８２９
１号公報）。尚、内蔵する圧電素子には、圧力を加える
ことによって圧電効果を示す単結晶や焼結体が使用され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術は、以
下の課題を有する。 〔ア〕圧電素子は、熱変化によるパイロ電気の発生（焦
電特性）や、温度上昇による出力の増大（温度特性）な
ど、熱的変化を受け易い特性を有する。 〔イ〕主体金具の取付け座部に圧電素子を保護する金属
ケースを溶接する構造であるため、製造に手間がかかる
とともに、機械的衝撃が加わると脱落する虞がある。

【０００４】本発明の目的は、高温の燃焼ガスによる圧
電素子への熱の伝導を減らすことができ、圧電素子の焦
電特性や温度特性を改善した圧力センサ付スパークプラ
グの提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為、
本発明は、以下の構成を採用した。 （１）スパークプラグをシリンダヘッドへ取り付けるた
めの前記スパークプラグの取付金具内に、圧電素子を使
用した圧力センサを配設した圧力センサ付スパークプラ
グであって、前記取付金具と前記圧力センサとの間の取
付金具に放熱部を設けた。

【０００６】（２）圧力センサ付スパークプラグは、上
記（１）の構成を有し、前記取付金具の取付け座面及び
該取付け座面を除く取付金具外周面の両方、若しくは前
記取付金具の取付け座面又は前記取付け座面を除く取付
金具外周面のいずれか一方に前記放熱部を設けた。

【０００７】（３）圧力センサ付スパークプラグは、上
記（１）又は（２）の構成を有し、前記放熱部の形状は
凹凸を呈するフィン形状である。

【０００８】（４）圧力センサ付スパークプラグは、上
記（１）〜（３）のいずれかの構成を有し、軸孔付の絶
縁碍子と、軸孔内に嵌め込まれて固定される中心電極
と、後端側に設けられる六角部、先端側に設けられる筒
状部、及び前記六角部と前記筒状部との間に設けられる
肉厚の鍔部を有し、前記絶縁碍子を嵌め込んで固定する
内側主体金具と、機関配設ネジを外周に形成した先方筒
部、前記鍔部より長い軸方向長を有する径大の後方筒
部、及び該後方筒部と前記先方筒部との間に設けられ前
記先方筒部と同じ内径を有する肉厚筒部を備え、前記筒
状部から前記鍔部にかけての前記内側主体金具を外嵌す
る外側主体金具と、前記肉厚筒部の内端面と前記鍔部の
内端面との間に形成される空間に、圧電素子を使用した
圧力センサを配設した。

【０００９】（５）圧力センサ付スパークプラグは、上
記（４）の構成を有し、前記外側主体金具と前記内側主
体金具とは、後方筒部内周面の一部及び鍔部外周面に形
成したネジにより螺合され、前記先方筒部及び前記筒状
部の各先端を溶接することにより一体化されている。

【００１０】

【作用および発明の効果】

〔請求項１について〕圧電素子を使用した圧力センサを
配設した圧力センサ付スパークプラグは、スパークプラ
グの取付金具を介してシリンダヘットに取り付けられ
る。この為、高温の燃焼ガス（高温）の熱が圧力センサ
に伝わり、圧電素子の焦電特性や温度特性に影響を与え
る。

【００１１】熱の伝導は以下の二通りが考えられる。 シリンダヘッドから取付金具の取付け座面に熱を受け
る→圧力センサの圧電素子 燃焼室内に臨む部分の取付金具に混合気の燃焼による
熱を受ける→ネジ首部分→取付け座面近傍の取付金具→
圧力センサの圧電素子

【００１２】しかし、スパークプラグをシリンダヘッド
へ取り付けるためのスパークプラグの取付金具と圧力セ
ンサとの間の取付金具に放熱部を設けている。この為、
圧電素子への熱の伝導を減少させることができるため、
焦電特性及び温度特性への影響を防止することができ
る。

【００１３】〔請求項２について〕放熱部は、具体的に
は、スパークプラグの取付金具の取付け座面（取付け座
面の一部で良い）、又は取付け座面を除く取付金具（取
付金具の一部でも良い）のいずれか一方に設ける。尚、
取付け座面（取付け座面の一部で良い）、及び取付け座
面を除く取付金具（取付金具の一部で良い）の両方に放
熱部を設ければ、更に効果的に圧電素子への熱の伝導を
減少させることができるため、焦電特性及び温度特性へ
の影響を一層防止することができる。

【００１４】〔請求項３について〕放熱部を凹凸を呈す
るフィン形状にした場合には、放熱部が熱を空気中に効
果的に放散し、圧電素子への熱の伝導を著しく減少させ
ることができる。従って、焦電特性及び温度特性への影
響を大幅に防止することができる。

【００１５】〔請求項４について〕内側主体金具は六角
部、筒状部、及び肉厚の鍔部を有し、中心電極を軸孔内
に嵌め込んだ絶縁碍子を固定している。外側主体金具
は、機関配設ネジを外周に形成した先方筒部、鍔部より
長い軸方向長を有する径大の後方筒部、及び後方筒部と
先方筒部との間に設けられ先方筒部と同じ内径を有する
肉厚筒部を備え、筒状部から鍔部にかけての内側主体金
具を外嵌している。

【００１６】スパークプラグの主体金具を二重構造と
し、外側主体金具の肉厚筒部の内端面と、内側主体金具
の鍔部の内端面との間に形成される空間内に、圧電素子
を使用した圧力センサを配設する構成であるので、圧力
センサが破損し難いとともに、圧力センサの脱落を防止
できる。

【００１７】〔請求項５について〕内側主体金具の鍔部
の内端面に圧力センサの後端面を仮止め又は固着した状
態で、後方筒部内周面の一部に形成したネジと鍔部外周
面に形成したネジとにより内側主体金具と外側主体金具
とを螺合して圧力センサを空間内に配設する。そして、
先方筒部の先端と筒状部の先端とをシーム溶接すること
により、外側主体金具と内側主体金具とを一体化する。
この為、圧力センサ付スパークプラグの製造が容易であ
るとともに、機械的な衝撃による圧力センサの破損が起
き難く、且つ脱落も防止できる。尚、内側主体金具と外
側主体金具とを螺合する前に内側主体金具内に絶縁碍子
を嵌め込んで固定するか、外側主体金具と内側主体金具
とを一体化した後に内側主体金具内に絶縁碍子を嵌め込
んで固定する。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施例及び第２実施
例（請求項１、２、３に対応）を図１〜図３に基づいて
説明し、第３実施例（請求項１〜５に対応）を図４に基
づいて説明する。圧力センサ内蔵のスパークプラグＡ、
Ｂは、図１〜図３に示す様に、軸孔１０付の絶縁碍子１
と、軸孔１０内に嵌め込まれて固定される中心電極２
と、後述する座部ケース３０を溶接した主体金具３と、
環状空間４００内に配設される圧電式の圧力センサ４と
を具備する。

【００１９】尚、端子電極５は、端子部５１が絶縁碍子
１の頭部端面１２０から突出し、シール部（図示せず）
が軸孔１０内で封着され、中心電極２と電気接続されて
いる。そして、圧力センサ内蔵のスパークプラグＡ、Ｂ
は、座部ケース３０の前部端面３０１に配した銅製の板
状ガスケット（図示せず）を介してエンジンのシリンダ
ヘッドのプラグ装着孔（図示せず）に螺着され、端子部
５１に嵌められたプラグキャップ（図示せず）を介して
端子電極５に高電圧が印加される。

【００２０】絶縁碍子１は、アルミナを主体とするセラ
ミック焼結体で形成され、先方に位置する脚長部１１
と、後方に位置し外周にコルゲーション１２１を形成し
た頭部１２と、脚長部１１- 頭部１２間に位置する径大
部１３とからなる。尚、主体金具３（座部ケース３０溶
接前）内に絶縁碍子１を嵌め込んで固定した後に圧力セ
ンサ４を装着し、座部ケース３０を溶接している。

【００２１】中心電極２は、ニッケル合金製の鞘材と、
この鞘材内に封入される芯材（銅等の良熱伝導性金属）
とで構成され、碍子先端面１１１から先端部２１が突出
する様に軸孔１０内に嵌め込まれ、シールガラス（図示
せず）を介して基部（図示せず）が軸孔１０内で封着さ
れている。

【００２２】主体金具３（低炭素鋼製）は、後端側に設
けられる六角部３１と、機関配設用の雄ネジ３２１を外
周に形成した先方筒部３２と、雄ネジ３２１の外周と略
同一の外周を有し先方筒部３２の後方に位置する中間筒
部３３と、六角部３１- 中間筒部３３間に設けられ、外
周に座部ケース３０嵌合用の雄ネジ３４１を形成した肉
厚の鍔部３４とを有する。

【００２３】良熱伝導性金属製（銅合金等）の座部ケー
ス３０は、雄ネジ３４１に螺合する雌ネジを後部内周に
形成した後方筒部３０２と、中間筒部３３と略同内径の
先方筒部３０３とからなり、シーム溶接３０４、３０５
により主体金具３と一体化している。

【００２４】図１に示す圧力センサ内蔵のスパークプラ
グＡ（第１実施例）では、座部ケース３０の先方筒部３
０３の外周面（取付け座面を除く取付金具外周面に相
当）に凹凸状の放熱フィン３０６を形成している。又、
図３に示す圧力センサ内蔵のスパークプラグＢ（第２実
施例）では、座部ケース３０の先方筒部３０３の取付け
座面（取付金具の取付け座面に相当）に凹凸状の放熱フ
ィン３０６を形成している。

【００２５】電極板４２（環状板状）と板パッキン４３
（環状板状）とにより圧電素子４１（環状板状）を挟
み、鍔部３４の配設面３４２と電極板４２との間に絶縁
板４４（環状板状）を配置している。

【００２６】絶縁性収縮チューブ４０は、圧電素子４１
及び電極板４２の内径側と主体金具３との接触を避けて
絶縁するためのもので、絶縁性収縮チューブ４０を挿嵌
した中間筒部３３には、圧力センサ４（圧電素子４１、
電極板４２、及び絶縁板４４）が嵌め込まれる。電極板
４２に電気接続される被覆リード線４５は、圧力センサ
内蔵のスパークプラグＡの締め付け荷重の変動（燃焼圧
力の変化により変動）に対応して変化する電気信号を圧
力検出回路（図示せず）に伝送する為のものである。

【００２７】圧力センサ内蔵のスパークプラグＡ、Ｂ
は、以下の工程を経て製造される。 (1) 端子電極５及び中心電極２を軸孔１０内にガラスシ
ールした絶縁碍子１を主体金具３内に嵌め込んで固定す
る。

【００２８】(2) 絶縁板４４、電極板４２、及び圧電素
子４１を合計した厚みと略同一の長さを有する絶縁性収
縮チューブ４０を、該絶縁性収縮チューブ４０の一端が
配設面３４２に当接する様に中間筒部３３に挿嵌する。
絶縁性収縮チューブ４０を挿嵌した中間筒部３３に、圧
力センサ４（圧電素子４１、電極板４２、及び絶縁板４
４）を嵌め込む。

【００２９】(3) 座部ケース３０を主体金具３に螺合す
ると、座部ケース３０とにより形成される環状空間４０
０内に圧力センサ４が内蔵される。 (4) 座部ケース３０と主体金具３とをシーム溶接３０
４、３０５すると、主体金具３と座部ケース３０とが一
体化する。

【００３０】つぎに、本発明の第３実施例（請求項１〜
５に対応）を図４に基づいて説明する。圧力センサ内蔵
のスパークプラグＡ、Ｂでは、座部ケース３０に主体金
具３を溶接することによって環状空間４００を作ってい
るが、第３実施例の圧力センサ内蔵のスパークプラグＣ
は、内側主体金具６と外側主体金具７とを用いて圧力セ
ンサ４を内蔵するための環状空間４００を作っている。

【００３１】圧力センサ内蔵のスパークプラグＣは、以
下の点が圧力センサ内蔵のスパークプラグＡ、Ｂと異な
る。内側主体金具６（低炭素鋼製）は、後端側に設けら
れる六角部６１と、先端側に設けられる径小の筒状部６
２と、六角部６１- 筒状部６２間に設けられ、外周に雄
ネジ６３１を形成した肉厚の鍔部６３とを有する。尚、
筒状部６２の後端側には絶縁性収縮チューブ４０が挿嵌
されている。

【００３２】外側主体金具７は、機関配設用の雄ネジ７
１１を外周に形成した先方筒部７１と、鍔部６３より長
い軸方向長を有し、内周の一部に雌ネジ７２１を形成し
た径大の後方筒部７２と、後方筒部７２と先方筒部７１
との間に設けられ、先方筒部７１と同じ内径を有する肉
厚筒部７３とを備え、筒状部６２から鍔部６３に亘って
内側主体金具６を外嵌している。

【００３３】圧力センサ内蔵のスパークプラグＣでは、
外側主体金具７の肉厚筒部７３の外周に凹凸状の放熱フ
ィン７３１を形成している。尚、肉厚筒部７３の取付け
座面に凹凸状の放熱フィンを形成しても良い。

【００３４】圧力センサ内蔵のスパークプラグＣは、以
下の工程を経て製造される。 (1) 絶縁板４４、電極板４２、及び圧電素子４１を合計
した厚みと略同一の長さを有する絶縁性収縮チューブ４
０を、該絶縁性収縮チューブ４０の一端が配設面６３２
に当接する様に筒状部６２に挿嵌する。

【００３５】(2) 絶縁性収縮チューブ４０を挿嵌した筒
状部６２に、圧力センサ４（圧電素子４１、電極板４
２、及び絶縁板４４）を嵌め込む。

【００３６】(3) 図４に示す様に、外側主体金具７を内
側主体金具６に螺合すると、外側主体金具７と内側主体
金具６とにより形成される環状空間４００内に圧力セン
サ４が内蔵される。

【００３７】(4) 外側主体金具７と内側主体金具６とを
シーム溶接７０すると、主体金具３と外側主体金具７と
内側主体金具６とが一体化する。

【００３８】(5) 端子電極５及び中心電極２を軸孔１０
内にガラスシールした絶縁碍子１を内側主体金具６に嵌
め込んで固定する。

【００３９】つぎに、圧力センサ内蔵のスパークプラグ
Ａ、Ｂ、Ｃの利点を述べる。 〔ア〕圧力センサ内蔵のスパークプラグＡ、Ｂは、座部
ケース３０の先方筒部３０３の外周面や取付け座面に凹
凸状の放熱フィン３０６を形成している。これにより、
高温の燃焼ガスの熱を受熱して、座部ケース３０が熱く
なっても、その熱を速やかに空気中に放散することがで
き、圧力センサ４（圧電素子４１）の昇温が抑制され
る。

【００４０】よって、エンジンを長時間運転したり、エ
ンジンの出力を増大させても、圧力センサ４の、出力変
化率や出力ドリフト率は小さく、温度熱燃焼圧力を測定
する際に誤差の発生を防止することができる。

【００４１】〔イ〕圧力センサ内蔵のスパークプラグＣ
は、高温の燃焼ガスの熱を受熱して内側主体金具６や外
側主体金具７が熱くなっても、肉厚筒部７３の外周面や
取付け座面に凹凸状の放熱フィン７３１を形成している
ので、その熱を速やかに空気中に放散することができる
ため、圧電素子４１の昇温を抑制することができる。

【００４２】よって、エンジンを長時間運転したり、エ
ンジンの出力を増大させても、圧力センサ４の、出力変
化率や出力ドリフト率は小さく、温度熱燃焼圧力を測定
する際に誤差の発生を防止することができる。

【００４３】〔ウ〕圧力センサ内蔵のスパークプラグＣ
は、環状空間４００内に圧力センサ４を配設し、外側主
体金具７と内側主体金具６とをシーム溶接７０して、主
体金具３０と外側主体金具７と内側主体金具６とを一体
化している。この為、機械的強度に優れ、圧力センサ４
の脱落を防止することができる。圧力センサ内蔵のスパ
ークプラグＣは、圧力センサ内蔵のスパークプラグＡ、
Ｂと比較して圧力センサ４の内径が外側主体金具７の雄
ネジ７１１の外径に制限されることがない。従って、受
圧面積を大きく取ることができるため、圧力センサ４の
出力も大きく、ノイズの影響を受け難い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る、圧力センサ内蔵の
スパークプラグＡの部分断面図である。

【図２】圧力センサ内蔵のスパークプラグＡの分解組み
付け図である。

【図３】本発明の第２実施例に係る、圧力センサ内蔵の
スパークプラグＢの部分断面図である。

【図４】本発明の第３実施例に係る、圧力センサ内蔵の
スパークプラグＣの部分断面図である。

【符号の説明】

１ 絶縁碍子 ２ 中心電極 ４ 圧力センサ ６ 内側主体金具 ７ 外側主体金具 １０ 軸孔 ４１ 圧電素子 ６１ 六角部 ６２ 筒状部 ６３ 鍔部 ７０、３０４、３０５ シーム溶接 ７１ 先方筒部 ７２ 後方筒部 ７３ 肉厚筒部 ３０６、７３１ 放熱フィン（放熱部） ３２１、７１１ 雄ネジ（機関配設ネジ） ４００ 環状空間（空間） Ａ、Ｂ、Ｃ 圧力センサ内蔵のスパークプラグ（圧力セ
ンサ付スパークプラグ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スパークプラグをシリンダヘッドへ取り
   付けるための前記スパークプラグの取付金具内に、圧電
   素子を使用した圧力センサを配設した圧力センサ付スパ
   ークプラグであって、 前記取付金具と前記圧力センサとの間の取付金具に放熱
   部を設けたことを特徴とする圧力センサ付スパークプラ
   グ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の圧力センサ付スパーク
   プラグにおいて、 前記取付金具の取付け座面及び該取付け座面を除く取付
   金具外周面の両方、 若しくは前記取付金具の取付け座面又は前記取付け座面
   を除く取付金具外周面のいずれか一方に前記放熱部を設
   けたことを特徴とする圧力センサ付スパークプラグ。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の圧力セン
   サ付スパークプラグにおいて、 前記放熱部の形状は凹凸を呈するフィン形状であること
   を特徴とする圧力センサ付スパークプラグ。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
   の圧力センサ付スパークプラグにおいて、 軸孔付の絶縁碍子と、 軸孔内に嵌め込まれて固定される中心電極と、 後端側に設けられる六角部、先端側に設けられる筒状
   部、及び前記六角部と前記筒状部との間に設けられる肉
   厚の鍔部を有し、前記絶縁碍子を嵌め込んで固定する内
   側主体金具と、 機関配設ネジを外周に形成した先方筒部、前記鍔部より
   長い軸方向長を有する径大の後方筒部、及び該後方筒部
   と前記先方筒部との間に設けられ前記先方筒部と同じ内
   径を有する肉厚筒部を備え、前記筒状部から前記鍔部に
   かけての前記内側主体金具を外嵌する外側主体金具と、 前記肉厚筒部の内端面と前記鍔部の内端面との間に形成
   される空間に、圧電素子を使用した圧力センサを配設し
   たことを特徴とする圧力センサ付スパークプラグ。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の圧力センサ付スパーク
   プラグにおいて、 前記外側主体金具と前記内側主体金具とは、 後方筒部内周面の一部及び鍔部外周面に形成したネジに
   より螺合され、 前記先方筒部及び前記筒状部の各先端を溶接することに
   より一体化されていることを特徴とする圧力センサ付ス
   パークプラグ。