JP2007085577A - 燃焼圧センサ付きグロープラグ - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンヘッドの変形の影響を受けにくく、良好なセンサ感度を得られるとともに、小径化を図ることができる燃焼圧センサ付きグロープラグを提供する。
【解決手段】 ヒータ部材１０のセラミックヒータ２０が圧入嵌合されたヒータ支持部材７０には、中間スリーブ９５、圧力検知スリーブ９０、後端側主体金具６０が連結されて、内部に中軸３０が挿通された筒状体を構成する。先端側主体金具５０はその筒状体を取り囲んだ状態で後端側主体金具６０に接合される。燃焼圧によりエンジンヘッド２００に変形が生ずると、先端側主体金具５０の胴部５６が撓むが、ヒータ部材１０に変位は生じない。一方、燃焼圧によるセラミックヒータ２０への直接的な押圧力の作用で圧力検知スリーブ９０の可撓部９３が撓むとヒータ部材１０に変位が生じ、その変位が燃焼圧センサにより燃焼圧として検出される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の燃焼圧の変化を検出するための燃焼圧センサを一体に備え、内燃機関の始動を補助する燃焼圧センサ付きグロープラグに関するものである。

内燃機関の始動を補助するためのグロープラグに、内燃機関の燃焼圧を検出するための燃焼圧センサを一体に備えたものが知られている。このような燃焼圧センサ付きグロープラグでは、一般に、燃焼圧を検出するセンサ素子として圧電セラミックスが利用される。そして、主体金具の軸孔内を挿通される中軸の先端にヒータを接合したヒータ部材が主体金具の先端部にて固定され、ヒータ部材の後端部と主体金具の後端部との間で、圧電セラミックスが予荷重を加えられた状態で保持される構成を有する。

このような燃焼圧センサ付きグロープラグがエンジンヘッドの取付孔に取り付けられる際には、シールを兼ねて主体金具の先端部外周面を取付孔の燃焼室側の内周面に当接させた状態で、主体金具の外周に形成された雄ねじ部が取付孔の雌ねじ部に螺合される。すなわち主体金具は、先端部と雄ねじ部とによってエンジンヘッドに係止された状態となる。内燃機関の駆動に伴い発生した燃焼圧によってエンジンヘッドに変形が生ずると、主体金具は先端部に押圧力を受けて雄ねじ部との間で圧縮されるため、胴部がその径方向に膨らむように弾性的に変形する。その結果、主体金具の先端部と雄ねじ部との距離が短くなり、先端部に固定されたヒータ部材が主体金具に対して相対的に変位する。すると圧電セラミックスに加えられた予荷重が軽減され、そのときの圧電セラミックスの電荷の変化を検出することで燃焼圧の検出が行われる。

しかし、主体金具とヒータ部材との間の変位を生じさせる主体金具の胴部の変形はエンジンヘッドの変形によるものであるため、他の気筒で燃焼圧が発生した際のエンジンヘッドの変形によっても変位が生じ、ノイズとして検出されてしまう場合がある。また、変位の大きさは主体金具に変形を生じさせるエンジンヘッドの剛性に依存することとなる。つまり、燃焼圧センサ付きグロープラグの取り付けられるエンジンヘッドによって異なった出力（燃焼圧の検出値）が得られる場合があり、燃焼圧センサ付きグロープラグの取り付け後にキャリブレーションを行う必要が生ずる。

そこで、主体金具（グロープラグ本体）に対しヒータ部材（加熱ロッド）が変位自在な状態となるように、例えば主体金具内に膜を設け、その膜を介して主体金具とヒータ部材とを接合する。つまり、ヒータ部材は主体金具内で膜によって支持された状態となる。このようにすれば、エンジンヘッドの変形に伴い主体金具に変形が生じてもヒータ部材に変位を生じさせにくく、一方で、ヒータ部材が燃焼圧による直接的な押圧力を受けた場合には、膜が厚み方向に撓むことで、ヒータ部材に変位を生じさせることができる（例えば特許文献１参照。）。
特開２００５−９０９５４号公報

ところで、特許文献１のように主体金具内でヒータ部材を膜で支持する形態において、センサ感度はヒータ部材の変位可能な大きさに依存し、ヒータ部材の変位可能な大きさは膜が厚み方向へ撓むことのできる大きさに依存し、膜が撓むことのできる大きさは主体金具の内周面とヒータ部材の外周面との間のクリアランスに依存する。しかしながら、そのクリアランスは十分な大きさを有しておらず、良好なセンサ感度が得られないという問題があった。また、センサ感度を向上させるためには、そのクリアランスを大きくする必要があり、燃焼圧センサ付きグロープラグの小径化を図ることが難しいという問題があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、エンジンヘッドの変形の影響を受けにくく、良好なセンサ感度を得られるとともに、小径化を図ることができる燃焼圧センサ付きグロープラグを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグは、軸線方向に沿って延びる軸孔を有する主体金具と、通電によって発熱するヒータと該ヒータの後端側に位置して該ヒータと電気的に導通される中軸とを有するヒータ部材であって、前記軸線方向に沿って変位するように前記軸孔内に配置されるヒータ部材と、内燃機関の燃焼圧に応じて前記軸線方向に変位する前記ヒータ部材を介して伝達される燃焼圧を検出する燃焼圧センサと、前記軸孔の内壁面から突出する凸部と該凸部から前記軸線方向の先端側または後端側に向かって延び、前記ヒータ部材を保持する連結部とを有する突出部とを備えている。

また、請求項２に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記連結部は、可撓性を有する可撓部を備えている。

また、請求項３に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグは、請求項１または２に記載の発明の構成に加え、前記連結部は、前記軸線方向の先端側に向かって延びることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグは、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記主体金具の外周面上には、内燃機関の取付孔に螺合するねじ部と、そのねじ部より先端側にて前記取付孔の内周面に当接するシール部とが形成され、前記凸部のうち、前記軸孔の内壁面との結合部位は、前記ねじ部と前記シール部との間にあることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグは、請求項４に記載の発明の構成に加え、前記主体金具のうち、前記シール部と前記ねじ部との間において、前記結合部位より先端側の部分は、その厚みが、前記結合部位より後端側の部分の厚みよりも薄く形成された部位を有することを特徴とする。

また、請求項６に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグは、請求項４に記載の発明の構成に加え、前記主体金具のうち、前記シール部と前記ねじ部との間において、前記結合部位より先端側の部分は、その硬度が、前記結合部位より後端側の部分の硬度よりも低く構成された部位を有することを特徴とする。

また、請求項７に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグは、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記主体金具の外周面上には、内燃機関の取付孔に螺合するねじ部と、そのねじ部よりも先端側にて前記取付孔の内周面に当接するシール部とが形成され、前記凸部のうち、前記軸孔の内壁面との結合部位は、前記ねじ部より後端側にあることを特徴とする。

また、請求項８に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグは、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記主体金具は、前記軸線方向における先端側の部位をなす先端側主体金具と、後端側の部位をなす後端側主体金具とから構成され、前記凸部は、前記後端側主体金具に結合されていることを特徴とする。

また、請求項９に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグは、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記突出部は、該突出部を介して前記軸孔内を燃焼ガスが流通しないように、該軸孔内の気密性を保持していることを特徴とする。

また、請求項１０に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグは、請求項１乃至９のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記連結部は、円筒形状に形成されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグでは、主体金具の軸孔内に配置されるヒータ部材は突出部を介して主体金具に結合されており、主体金具に直接固定されていないため、エンジンヘッドの変形に伴い主体金具が変形を生じても、ヒータ部材に変位を生じさせにくい。一方で、ヒータ部材が直接的な押圧力を受けると、突出部が変形を生ずることにより、ヒータ部材は変位を生ずることができる。これにより、他の気筒で発生した燃焼圧に起因するエンジンヘッドの変形の影響を受けにくく、燃焼圧の検出結果にノイズが重畳されることを低減することができ、かつ、取り付けられるエンジンヘッドの剛性に依存しにくい燃焼圧の検出を行うことができる。また、突出部の連結部を変形させることにより、膜に比べて変形部が大きくなるため、ヒータ部材が変位可能な距離を大きくすることができ、ひいては燃焼圧センサの感度を向上させることができる。また、主体金具とヒータ部材との間のクリアランスを小さくしたとしても、連結部の硬度や長さ、厚みを調整することで、連結部の変形可能な大きさ、すなわちヒータ部材が変位可能な距離を調整することができるので、燃焼圧センサの感度を十分に確保したまま燃焼圧センサ付きグロープラグの小径化を図ることができる。

そして請求項２に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグのように、連結部に可撓部を設ければ、突出部は可撓部において径方向に撓むことで、弾性的に変形することができる。さらに、連結部の硬度や長さ、厚みを調整することで、主体金具とヒータ部材との間のクリアランスを大きくすることなく、容易に、突出部の軸線方向への変形量を大きくすることができる。従って、ヒータ部材が変位可能な距離を大きくすることができ、延いては燃焼圧センサの感度を向上することができる。

また、請求項３に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグのように、連結部を軸線方向の先端側に向かって延ばし、先端側の端部にてヒータ部材と結合すれば、燃焼圧によってヒータ部材が主体金具の後端側に押圧された際に、連結部を軸線方向に圧縮する形態とすることができる。これにより、連結部を伸長する形態とした場合と比べ容易にヒータ部材の変位量を大きくすることができる。

また、主体金具とヒータ部材との間には燃焼室側から燃焼ガスが進入する場合があるが、請求項４に発明の燃焼圧センサ付きグロープラグのように、凸部のうち、軸孔の内壁面との結合部位が主体金具のねじ部とシール部との間にあることで、燃焼ガスはその結合部位よりも後端側に進入しにくい。従って、主体金具のねじ部が形成された部位は、高温の燃焼ガスに曝されにくい。これにより、ねじ部の熱膨張に起因するねじ緩みが発生する虞を低減することができる。

ところで主体金具は、内燃機関の取付孔にシール部を当接させ、ねじ部を螺合させることによって取付孔に固定されており、燃焼圧によってエンジンヘッドに変形が生じた場合、主体金具はねじ部とシール部との間で圧縮され、変形を生ずることとなる。凸部の結合部位はねじ部とシール部との間にあるが、請求項５に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグでは、主体金具のうち、シール部とねじ部との間において、その結合部位よりも先端側の部分に、その厚みが、後端側の部分の厚みよりも薄く形成した部位を有したことで、主体金具の変形が、結合部位よりも先端側の厚みの薄い、すなわち剛性の低い部分にて生じやすくなる。つまり、結合部位やその後端側の部分においては主体金具に変形が生じにくくなるので、凸部のうち、軸孔の内壁面との結合部位の位置と、ヒータ部材の位置との関係が、主体金具の変形によっては変化しにくく、取り付けられるエンジンヘッドの剛性に依存しにくい燃焼圧の検出を行うことができる。

このような効果は、請求項６に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグのように、主体金具のうち、シール部とねじ部との間において、結合部位よりも先端側の部分に、その硬度を、後端側の部分の硬度よりも低く構成した部位を有することによっても得ることができる。

一方、請求項７に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグのように、凸部のうち、軸孔の内壁面との結合部位がねじ部よりも後端側に位置するように構成した場合、エンジンヘッドの変形に伴い主体金具に変形の生ずる虞のあるシール部からねじ部にかけての部位には、結合部位を配置させないようにすることができる。このようにすれば、主体金具の構成を、結合部位よりも先端側の部分と後端側の部分との間で異ならせることなく、結合部位の位置と、ヒータ部材の位置との関係を一定に保つことができ、取り付けられるエンジンヘッドの剛性に依存しにくい燃焼圧の検出を行うことができる。

また、請求項８に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグでは、主体金具を先端側主体金具と後端側主体金具とから構成し、後端側主体金具に突出部を結合している。このような構成とすれば、主体金具とヒータ部材との間に、容易に突出部を介在させることができ、製造の際の手間を軽減することができる。後端側主体金具と突出部とを結合した状態で、その内部にヒータ部材を配置して突出部と結合し、さらに、先端側主体金具と後端側主体金具とを接合することによって主体金具を一体に形成すれば、主体金具とその軸孔内に配置されるヒータ部材との間に、容易に、突出部を介在させることができる。

また、請求項９に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグのように、突出部により軸孔内の気密性を保持することで、主体金具の軸孔の先端側より燃焼ガスが軸孔内に進入しても突出部より後端側には達することがない。これにより軸孔を介した燃焼室内の気密性を保つことができ、ガス抜けが生じたり、燃焼圧センサが高温の燃焼ガスに曝されたりすることを防止することができる。

また、請求項１０に係る発明の燃焼圧センサ付きグロープラグのように、連結部を円筒形状に形成することで、ヒータ部材の変位を生じさせる際に連結部にかかる内部応力が、軸線を中心として均等となるようにすることができる。このようにすればヒータ部材の変位方向成分として連結部の径方向の成分を生じさせず、ヒータ部材を軸線方向と平行な方向に変位させることができるので、安定した燃焼圧の検出結果を得ることができる。また、角筒と違って、角等の応力集中する部位がないため、連結部の耐久性を高めることができる。

以下、本発明を具体化した燃焼圧センサ付きグロープラグの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１，図２を参照して、燃焼圧センサ付きグロープラグの一例としての本実施の形態のグロープラグ１の構造について説明する。図１は、グロープラグ１の一部切欠縦断面図である。図２は、エンジンヘッド２００に取り付けたグロープラグ１の先端側の拡大断面図である。なお、軸線Ｏ方向において、セラミックヒータ２０の配置された側（図１における下側）をグロープラグ１の先端側、燃焼圧センサ１００の配置された側（図１における上側）を後端側として説明する。

本実施の形態のグロープラグ１は、例えばディーゼルエンジンのエンジンヘッドに取り付けられ、エンジン始動時の点火を補助する熱源として利用される。図１に示すように、主体金具４０の先端側には軸線Ｏ方向にセラミックヒータ２０が配置されており、主体金具４０の軸孔５１，６１内を挿通される中軸３０と機械的に接続され、一体となったヒータ部材１０として構成される。ヒータ部材１０のセラミックヒータ２０は先端側が燃焼室内に露出され、燃焼圧による押圧力を受けると軸線Ｏ方向に変位し、その押圧力が主体金具４０の後端側に設けられた燃焼圧センサ１００に伝達されるように構成されている。

主体金具４０は、軸線Ｏ方向に貫通する軸孔５１，６１を有し、軸線Ｏ方向に分割される２つの構成部品が接合部４１において溶接された長細い筒状の金属部材である。接合部４１より先端側の先端側主体金具５０には、その後端側の外周面に、グロープラグ１をエンジンヘッド２００の取付孔２１０（図２参照）に取り付けるためのねじ部５２が形成されている。先端側主体金具５０の軸孔５１の内径は先端部５５にて縮径されており、その先端部５５に、先端側に向け先細るテーパ面５４を有するシール部５３が形成されている。シール部５３は、そのテーパ面５４を取付孔２１０の先端側（図中下方の燃焼室側）に形成された係止面２２０（図２参照）に当接させ、取付孔２１０の内周面と主体金具４０の外周面との間への燃焼ガスの進入を防ぐための部位である。

また、接合部４１より後端側の後端側主体金具６０には、エンジンヘッド２００への取り付けの際に使用される工具が係合する工具係合部６６が形成されている。この工具係合部６６の後端側には、後述する燃焼圧センサ１００を後端側主体金具６０に固定するため、軸線Ｏと直交する断面が円環状で、軸線Ｏ方向後端側に向けて壁状に突出する基端部６２が設けられている。また、後端側主体金具６０の軸孔６１の内径は工具係合部６６内で拡径され、拡径部６３として構成されている。

そして、後端側主体金具６０の先端部（接合部４１付近）には、軸孔５１の内壁面から突出した凸部６４が形成されている。さらに凸部６４の先端側は外径が二段階に縮径されており、最も先端側の小径部６５の外周には、後述する圧力検知スリーブ９０の後端部９２が係合される。

この主体金具４０の軸孔５１，６１内には、軸線Ｏ方向に延びる鉄系素材（例えばＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼）からなる金属製の中軸３０が挿通されている。中軸３０の先端には小径の係合部３１が形成され、この係合部３１に金属製筒状の接続リング１５が嵌合される。この接続リング１５に後述するセラミックヒータ２０の後端部２９が圧入嵌合されることによって、接続リング１５を介し、中軸３０とセラミックヒータ２０とが機械的に接続され、ヒータ部材１０として一体に構成される。

また、中軸３０の後端側には小径の後端部３２が形成されている。後端部３２は、後述する燃焼圧センサ１００内を挿通する位置に配置され、その後端側が燃焼圧センサ１００より後方に露出されている。そして後端部３２のその露出部分には、セラミックヒータ２０に通電するための外部回路との電気的な接続を行う接続端子８０が加締めにより固定されている。

次に、後端側主体金具６０の基端部６２には、燃焼圧センサ１００が設けられている。燃焼圧センサ１００は、例えばシリコン等の半導体基板上にピエゾ抵抗型素子を形成した公知の半導体歪みゲージ（後述する歪検出素子１２０）をダイアフラム上に配設し、燃焼圧による押圧力によってダイアフラムを撓ませることで燃焼圧の検出を行うセンサである。後端側主体金具６０の基端部６２に固定される歪部材１１０は、基端部６２の外周を取り囲んで係合するリング状の係止部１１１と、その係止部１１１の縁端を周縁とし、軸線Ｏ方向を厚み方向とする薄い円環状の金属板からなるダイアフラム部１１２とから構成される。ダイアフラム部１１２は可撓性を有し、中央が開口されており、その開口に中軸３０の後端部３２が接触しないように挿通されている。

この歪部材１１０のダイアフラム部１１２上には複数の歪検出素子１２０が貼設されている。歪検出素子１２０は、ダイアフラム部１１２が撓むことにより歪みが生じ、その歪みの度合いにあわせて自身の抵抗値が変化する。また、ダイアフラム部１１２に対向するように、歪部材１１０よりも後端側には中継基板１３０が配置されている。この中継基板１３０上には、歪検出素子１２０の抵抗値を電圧値に変換して増幅し、検出値として出力するための公知の電気回路などを内蔵したＡＳＩＣ１３１等が配設されている。なお、歪検出素子１２０は中継基板１３０と図示外の金ワイヤーやフレキシブルケーブルなどにより電気的に接続されている。また、中継基板１３０には、ＥＣＵ等の外部回路（図示外）と電気的な接続を行うための接続ケーブル１３２が接続されている。

また、中軸３０の後端部３２には絶縁性セラミックからなる筒状の筒部材１４０が嵌合され、先端が、中軸３０の後端部３２が形成される段状の境目部分に当接した状態で固定されている。そして筒部材１４０の後端は、歪部材１１０のダイアフラム部１１２の中央の開口部分の周縁に当接されている。燃焼圧によりヒータ部材１０の中軸３０が軸線Ｏ方向後端側に変位した際には、ダイアフラム部１１２の開口部分が筒部材１４０に押圧されて、ダイアフラム部１１２に撓みが生ずるように構成されている。

そして筒部材１４０および中軸３０の外周と、後端側主体金具６０の拡径部６３の内周との間隙には鍔付き筒状の絶縁部材１５０が配設されており、主体金具４０と中軸３０とが絶縁されている。さらに、絶縁部材１５０の先端面と、軸孔６１の拡径部６３先端側の段状の面と、中軸３０の外周面とで囲まれた間隙には、例えばシリコンゴムからなるＯリング１６０が介在されており、主体金具４０の軸孔５１，６１内の気密性の維持と、軸孔５１，６１の内壁面に中軸３０の外周面が接触しないように中軸３０の位置決めとを行っている。

また、後端側主体金具６０の基端部６２に配置された上記歪部材１１０や中継基板１３０の外周および上方（後端側）を覆うカバー１７０が設けられており、歪部材１１０の係止部１１１の外周に係合した状態で外周全周をレーザ溶接されることにより、後端側主体金具６０と一体に固定されている。なお、カバー１７０と、中軸３０の後端部３２に固定される接続端子８０との間には環状の絶縁ゴム１８０が介在されており、両者の絶縁が図られている。

次に、図２に示すように、先端側主体金具５０の軸孔５１内の先端側に配置されるセラミックヒータ２０は丸棒状をなし、先端部２８が曲面状に加工された絶縁性セラミックからなる基体２５の内部に、導電性セラミックからなる断面略Ｕ字状の発熱素子２４が埋設された構造を有する。発熱素子２４は、セラミックヒータ２０の先端部２８に配置され、その曲面にあわせて両端が略Ｕ字状に折り返された発熱体２１と、その発熱体２１の両端にそれぞれ接続され、セラミックヒータ２０の後端部２９に向けて軸線Ｏに沿って略平行に埋設されたリード部２２，２３とから構成される。発熱体２１は、その断面積がリード部２２，２３の断面積よりも小さくなるように成形されており、通電時、主に発熱体２１において発熱が行われる。また、セラミックヒータ２０の後端部２９の外周面には、リード部２２，２３のそれぞれから突出された電極取出部２６，２７が、互いに軸線Ｏ方向にずれた位置に露出されている。なお、セラミックヒータ２０が、本発明における「ヒータ」に相当する。

このセラミックヒータ２０の胴部分の外周には、円筒状のヒータ支持部材７０が取り巻くように配置されている。ヒータ支持部材７０は導電性の金属部材からなり、セラミックヒータ２０が、後端部２９の電極取出部２６を後方に露出させた状態で圧入により固定される。ヒータ支持部材７０の内周面にはセラミックヒータ２０の電極取出部２７が接触されており、ヒータ支持部材７０とセラミックヒータ２０のリード部２３とが電気的に接続されている。一方で、電極取出部２６は、セラミックヒータ２０の後端部２９に嵌合された接続リング１５の内周面に接触されている。また、ヒータ支持部材７０の後端側には外方に突設された鍔部７１が周方向全周にわたって形成されている。鍔部７１は、鍔部７１より後端側の係合部７２の外周にて、中間スリーブ９５の先端部９６を係合させる際の位置決めとして機能する。

次に、中間スリーブ９５は、ヒータ支持部材７０に固定されたセラミックヒータ２０の後端部２９と、接続リング１５を介しセラミックヒータ２０に機械的に接続された中軸３０の先端部とを取り囲む金属製筒状の部材で、先端部９６がヒータ支持部材７０の係合部７２に溶接されている。中間スリーブ９５は中軸３０とは非接触の状態で固定されており、両者間は空隙をもって絶縁されている。後端部９７は段状に小径に形成され、そこに圧力検知スリーブ９０の先端部９１が係合されて溶接されている。

圧力検知スリーブ９０は中間スリーブ９５よりも厚みの薄い、例えばＳＵＳ等の金属製の円筒形状の部材で、中間スリーブ９５と同様に、中軸３０とは空隙をもって絶縁されている。圧力検知スリーブ９０の先端部９１は中間スリーブ９５の後端部９７に係合され、後端部９２は後端側主体金具６０の先端の小径部６５に係合されており、それぞれ溶接により接合されている。また、圧力検知スリーブ９０の先端部９１と後端部９２との間の部分は、軸線Ｏ方向に圧縮される圧力を加えられた際に径方向に広がるように撓んで圧力検知スリーブ９０の軸方向の長さを短くすることのできる可撓部９３として構成されている。なお、圧力検知スリーブ９０と中間スリーブ９５とが、本発明における「連結部」に相当し、凸部６４が、本発明における「凸部」に相当する。つまり、本発明における「突出部」は、本実施の形態において、圧力検知スリーブ９０、中間スリーブ９５および凸部６４から構成される。また、本発明における「凸部のうち、軸孔の内壁面との結合部位」は、主体金具４０の軸孔５１，６１から突出する凸部６４の根元付近の部位であり、本実施の形態においては接合部４１付近の部位が相当するが、必ずしも結合部位と接合部４１とが一致するわけではなく、軸孔と突出部との境目付近の部位が相当する。もっとも、本実施の形態では圧力検知スリーブ９０と中間スリーブ９５とヒータ支持部材７０と凸部６４とは、後端側主体金具６０の一部を含めた複数の部材から構成されるが、単一の部材から構成してもよいし、後端側主体金具６０と一体となってもよい。また、凸部６４は、後端側主体金具６０と一体となっているが、別部材であってもよい。例えば、圧力検知スリーブ９０および中間スリーブ９５に相当する単一もしくは複数の部材の一端部が、主体金具４０の軸孔５１，６１の内壁面に直接接合された形態である場合には、その一端部が、本発明における「凸部」に相当し、接合部位が、本発明における「結合部位」に相当する。

このような構成により、後端側主体金具６０、圧力検知スリーブ９０、中間スリーブ９５およびヒータ支持部材７０はそれぞれ連結され、各連結部分が溶接されることで一体となり、高い気密性を保つことができる筒状体の形態に構成される。そしてこの筒状体内に、接続リング１５により一体に接合されたセラミックヒータ２０と中軸３０とからなるヒータ部材１０が配置される。このヒータ部材１０のセラミックヒータ２０は上記筒状体先端側のヒータ支持部材７０に固定され、中軸３０は筒状体後端側に配設されるＯリング１６０によって、筒状体と接触しないように位置決め支持される。

また、先端側主体金具５０が上記筒状体の外周を取り囲んだ状態で先端側主体金具５０と後端側主体金具６０との境界部分が溶接により接合され（つまり、この溶接された境界部分が接合部４１である。）、先端側主体金具５０と後端側主体金具６０とが一体となった主体金具４０が形成される。このとき、先端側主体金具５０のシール部５３はヒータ支持部材７０の外周を囲う位置に配置されるが、ヒータ支持部材７０を保持（固定）してはいない。また、先端側主体金具５０の軸孔５１の内壁面と凸部６４の外壁面とは密接した状態にあるが、必ずしも両者が密着した状態にはなく、僅かながら間隙を有している。

また、前述したように、ヒータ支持部材７０は、その内部にてセラミックヒータ２０の電極取出部２７を介しリード部２３と電気的に接続されており、後端側主体金具６０、圧力検知スリーブ９０、中間スリーブ９５およびヒータ支持部材７０からなる上記筒状体は、発熱体２１に電圧を印加するための一方の電極として機能する。一方、中軸３０の係合部３１とセラミックヒータ２０の後端部２９とが金属製の接続リング１５により接続されている。これにより、セラミックヒータ２０のリード部２２と中軸３０とが電気的に接続され、中軸３０は、発熱体２１に電圧を印加するための他方の電極として機能する。つまり、主体金具４０と中軸３０とが、セラミックヒータ２０の発熱素子２４に電圧を印加するための２つの電極として機能する。

次に、グロープラグ１において、エンジンの燃焼圧を検出する際の動作について、図１〜図３を参照して説明する。図３は、燃焼圧による押圧力を受けて変形の生じたグロープラグ１の先端側の拡大断面図である。なお、図３では説明のため、先端側主体金具５０や圧力検知スリーブ９０に生ずる撓みは、実際の大きさよりも誇張して描画している。

図２に示すように、グロープラグ１が内燃機関のエンジンヘッド２００の取付孔２１０に取り付けられる際には、セラミックヒータ２０の先端部２８を燃焼室内に露出させた状態で先端側主体金具５０のねじ部５２が螺合される。このとき、取付孔２１０の燃焼室側に設けられた係止面２２０にシール部５３のテーパ面５４が当接されて、主体金具４０がエンジンヘッド２００に固定される。

エンジンの稼働に伴い燃焼室内の圧力が増加すると、燃焼圧によってエンジンヘッド２００に変形を生ずる場合がある。図３に示すように、この変形に伴ってシール部５３が押圧力（図中矢印Ｃで示す。）を受けると、主体金具４０は、そのシール部５３と、取付孔２１０に係止されるねじ部５２との間で圧縮される。すると、軸線Ｏ方向に圧縮される押圧力を受けた主体金具４０の先端側主体金具５０は、胴部５６（シール部５３とねじ部５２との間の部分）において径方向に広がる撓み（図中矢印Ａで示す。）を生ずる。しかし、ねじ部５２よりも軸線Ｏ方向後端側にて先端側主体金具５０に接合されている後端側主体金具６０には、エンジンヘッド２００の変形に伴う内部応力の影響がほとんど及ばない。従って、その後端側主体金具６０に接合された圧力検知スリーブ９０、中間スリーブ９５、ヒータ支持部材７０およびヒータ部材１０も、エンジンヘッド２００の変形に伴う内部応力の影響をほとんど受けることがない。そして、ヒータ部材１０は先端側主体金具５０には固定されていないため、エンジンヘッド２００の変形に起因するヒータ部材１０の変位はほぼ生じない。

一方、燃焼室内に露出されたセラミックヒータ２０の先端部２８が燃焼圧による押圧力（図中矢印Ｄで示す。）を受けると、後端側主体金具６０、圧力検知スリーブ９０、中間スリーブ９５およびヒータ支持部材７０のうちで最も厚みが薄く剛性の低い圧力検知スリーブ９０が、押圧力の作用を受けて、中間スリーブ９５に係合した先端部９１と後端側主体金具６０に係合した後端部９２との間の可撓部９３にて径方向に広がる撓み（図中矢印Ｂで示す。）を生ずる。この撓みによって、ヒータ部材１０が後端側主体金具６０に対して軸線Ｏ方向後端側に変位する。すると、中軸３０の後端部３２に固定された筒部材１４０の後端に、歪部材１１０のダイアフラム部１１２の開口部分の周辺が軸線Ｏ方向後端側に押圧される。これによりダイアフラム部１１２は撓み、ダイアフラム部１１２に貼設された歪検出素子１２０に歪みが生ずる。歪検出素子１２０には外部回路（図示外）から供給される電圧が印加されており、歪みの大きさ、すなわちヒータ部材１０の変位の大きさに応じて変化する歪検出素子１２０の抵抗値が電圧値の変化として検出され、燃焼圧の検出値として外部回路に対し出力される。

なお、本発明は各種の変形が可能である。例えば、図４に示すように、先端側主体金具３５０と後端側主体金具３６０との分割位置、すなわち接合部３４１を、ねじ部３６２よりも軸線Ｏ方向先端側に設けてもよい。前述したように、ヒータ部材１０の軸線Ｏ方向への変位を可能とするため、先端側主体金具３５０のシール部３５３ではヒータ支持部材７０が保持（固定）されていない。このため、エンジンを稼働させた際に、高温の燃焼ガスがシール部３５３とヒータ支持部材７０との間隙を通過して、先端側主体金具３５０の内周と、後端側主体金具３６０、圧力検知スリーブ９０、中間スリーブ９５およびヒータ支持部材７０からなる筒状体の外周との間に入り込む場合がある。このとき、燃焼ガスは先端側主体金具３５０と後端側主体金具３６０との接合部３４１まで到達するが、上記のようにねじ部３６２より先端側に接合部３４１があるため、ねじ部３６２に到達することがない。このような構成とすれば、燃焼ガスによる熱負荷がねじ部３６２にかかりにくく、熱膨張に起因するねじ部３６２の取り付け緩みの発生を防止することができる。

また、図５に示すように、先端側主体金具４５０と後端側主体金具４６０との分割位置、すなわち接合部４４１を、図４の変形例の場合よりもさらに先端側に設けてもよい。このように構成すれば、上記のような燃焼ガスによる熱負荷を、よりねじ部４６２にかかりにくくすることができる。このとき、後端側主体金具４６０の胴部４６６の厚みＥに対し、先端側主体金具４５０の胴部４５６の厚みＦを小さく構成すれば、後端側主体金具４６０の胴部４６６よりも先端側主体金具４５０の胴部４５６の剛性を低くさせることができる。すると、燃焼圧による押圧力により主体金具４４０がシール部４５３とねじ部４６２との間で圧縮された場合に、確実に、胴部４５６を撓ませることができ、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、この場合、後端側主体金具４６０とヒータ支持部材７０との間に十分な距離を設けることができなければ、本実施の形態の中間スリーブ９５を構成から省き、圧力検知スリーブ９０によりヒータ支持部材７０と後端側主体金具４６０の凸部６４とを接続するとよい。

また、上記図５に示す変形例において、先端側主体金具４５０の胴部４５６における硬度が後端側主体金具４６０の胴部４６６における硬度よりも低くなるように構成してもよい。このようにすれば上記変形例と同様に、燃焼圧による押圧力により主体金具４４０がシール部４５３とねじ部４６２との間で圧縮された場合に、確実に、胴部４５６を撓ませることができる。さらに上記変形例を組み合わせ、先端側主体金具４５０の胴部４５６の厚みＦおよび硬度が、後端側主体金具４６０の胴部４６６の厚みＥおよび硬度よりも薄く低くなるように構成してもよい。すなわち、燃焼圧による押圧力により主体金具４４０がシール部４５３とねじ部４６２との間で圧縮された場合に、その間にある接合部４４１よりも先端側の部分である先端側主体金具４５０の胴部４５６が、接合部４４１よりも後端側の部分である後端側主体金具４６０の胴部４６６よりも撓みやすい構成であればよい。

また、本実施の形態では燃焼圧センサ１００の歪検出素子１２０としてピエゾ抵抗型素子を用いたが、薄い絶縁板上に銅やニッケル合金などの金属からなる抵抗体を形成する際に、蛇行させるなどして電極間の距離が長くなるように構成した歪みゲージを用いてもよい。あるいは、歪検出素子１２０として、ピエゾ電荷型素子を用いてもよい。この場合、燃焼圧による押圧力で中軸が変位すると、ピエゾ電荷型素子が押圧されるように構成し、そのとき発生した電荷を検出値として出力させる構成としてもよい。あるいは、予めピエゾ電荷型素子に予荷重をかけた状態とし、燃焼圧による押圧力で中軸が変位すると予荷重が緩和されるようにして、発生した電荷を検出値として出力させる構成としてもよい。もしくは、光学式位置センサを用い、中軸の変位量と変位速度（または加速度）とを測定し、その測定結果に基づき燃焼圧を算出してもよい。

また、歪検出素子１２０の基板上に温度検出が可能な感温素子を設け、感温素子により検出された温度情報に基づいて、歪検出素子１２０の検出する燃焼圧の検出値に補正を行う温度補償回路をＡＳＩＣ１３１に設けてもよい。

また、グロープラグ１の備えるヒータ部材として、本実施の形態ではセラミックヒータ２０を備えたが、先端部を半球状に閉塞したシースチューブ内にコイル状の発熱抵抗体や制御コイルを配設したシーズヒータであってもよい。

また、圧力検知スリーブ９０は板バネ状の部材であってもスプリング状であっても同様の効果を得ることができるが、後端側主体金具６０の軸孔６１内の気密性を保つ観点から筒状の部材であることが好ましい。この場合、角筒であってもよいし、円筒も真円でも楕円であってもよいが、圧力検知スリーブ９０にかかる内部応力の軸線Ｏと直交する方向成分が軸線Ｏを中心に均等になるようにして偏りをもたせないことが、ヒータ部材１０の中軸３０の変位方向を一定に保つ上で望ましい。より望ましくは、円筒であることが好ましい。

また、圧力検知スリーブとして蛇腹状の筒体を用い、軸線Ｏ方向において複数箇所で撓みを生じさせて変位量を大きくしてもよいし、圧力検知スリーブの厚みを軸線Ｏ方向の数ヶ所にて薄く形成することで同様の効果を得てもよい。また、軸線Ｏ方向に複数の圧力検知スリーブを配置させてもよい。

本発明は、内燃機関の燃焼圧を検知する燃焼圧センサや、燃焼圧センサを備えたグロープラグ、温度センサ等に利用することができる。

グロープラグ１の一部切欠縦断面図である。 エンジンヘッド２００に取り付けたグロープラグ１の先端側の拡大断面図である。 燃焼圧による押圧力を受けて変形の生じたグロープラグ１の先端側の拡大断面図である。 変形例としてのグロープラグ３００の一部切欠縦断面図である。 変形例としてのグロープラグ４００の一部切欠縦断面図である。

符号の説明

１ グロープラグ
１０ ヒータ部材
２０ セラミックヒータ
３０ 中軸
４０ 主体金具
４１ 接合部
５０ 先端側主体金具
５１，６１ 軸孔
５２ ねじ部
５３ シール部
６０ 後端側主体金具
９０ 圧力検知スリーブ
９１ 先端部
９２ 後端部
９３ 可撓部
１００ 燃焼圧センサ

Claims (10)

1. 軸線方向に沿って延びる軸孔を有する主体金具と、
   通電によって発熱するヒータと該ヒータの後端側に位置して該ヒータと電気的に導通される中軸とを有するヒータ部材であって、前記軸線方向に沿って変位するように前記軸孔内に配置されるヒータ部材と、
   内燃機関の燃焼圧に応じて前記軸線方向に変位する前記ヒータ部材を介して伝達される燃焼圧を検出する燃焼圧センサと、
   前記軸孔の内壁面から突出する凸部と該凸部から前記軸線方向の先端側または後端側に向かって延び、前記ヒータ部材を保持する連結部とを有する突出部と
   を備えたことを特徴とする燃焼圧センサ付きグロープラグ。
2. 前記連結部は、可撓性を有する可撓部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼圧センサ付きグロープラグ。
3. 前記連結部は、前記軸線方向の先端側に向かって延びることを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼圧センサ付きグロープラグ。
4. 前記主体金具の外周面上には、内燃機関の取付孔に螺合するねじ部と、そのねじ部より先端側にて前記取付孔の内周面に当接するシール部とが形成され、
   前記凸部のうち、前記軸孔の内壁面との結合部位は、前記ねじ部と前記シール部との間にあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼圧センサ付きグロープラグ。
5. 前記主体金具のうち、前記シール部と前記ねじ部との間において、前記結合部位より先端側の部分は、その厚みが、前記結合部位より後端側の部分の厚みよりも薄く形成された部位を有することを特徴とする請求項４に記載の燃焼圧センサ付きグロープラグ。
6. 前記主体金具のうち、前記シール部と前記ねじ部との間において、前記結合部位より先端側の部分は、その硬度が、前記結合部位より後端側の部分の硬度よりも低く構成された部位を有することを特徴とする請求項４に記載の燃焼圧センサ付きグロープラグ。
7. 前記主体金具の外周面上には、内燃機関の取付孔に螺合するねじ部と、そのねじ部よりも先端側にて前記取付孔の内周面に当接するシール部とが形成され、
   前記凸部のうち、前記軸孔の内壁面との結合部位は、前記ねじ部より後端側にあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼圧センサ付きグロープラグ。
8. 前記主体金具は、前記軸線方向における先端側の部位をなす先端側主体金具と、後端側の部位をなす後端側主体金具とから構成され、
   前記凸部は、前記後端側主体金具に結合されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の燃焼圧センサ付きグロープラグ。
9. 前記突出部は、該突出部を介して前記軸孔内を燃焼ガスが流通しないように、該軸孔内の気密性を保持していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の燃焼圧センサ付きグロープラグ。
10. 前記連結部は、円筒形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の燃焼圧センサ付きグロープラグ。
    

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