JPH0129999Y2 - - 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、その測定値に
基づき燃料噴射量、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
ラグとは別にネジ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７ａ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（実公昭48−11581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
ンダヘツドのネジ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、排
気中の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。伝播通路と圧力センサとをコン
パクトにプラグ内に設けた考案（実開昭57−
28351号）もあるが、コンパクト化のために伝播
通路がシリンダヘツド部分の雌ネジ溝を利用して
おり、上記クエンチ域等の欠点が解決されないば
かりか、複雑な伝播通路のため、動的圧力の検出
は不可能に近かつた。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。

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周辺に悪影響を与える
ことなく適用しようと鋭意検討の結果本考案を完
成した。

［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、接地電極
が付設された主体金具、該主体金具に包囲された
絶縁体及び該絶縁体に包囲された中心電極からな
り該中心電極と上記接地電極との間で放電させる
ことにより、内燃機関の燃焼室内の燃料に点火す
るプラグにおいて、 上記主体金具と絶縁体との間に、上記燃焼室方
向に開口し上記主体金具内面と上記絶縁体外面と
により壁面が構成される導通孔を設け、該導通孔
内に圧力センサを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の大径
中央部１６ｄの先端方向の一段細くなつた部分の
円筒状外周面１６ｇと、主体金具１５の円筒状内
周面１５ｉとの間に設けられている。圧力センサ
１２の内面上端角部は絶縁体１６の上記円筒状外
周面１６ｇに隣接する肩部１６ｈにて衝止し、一
方、圧力センサ１２の外面下端角部は主体金具１
５の上記円筒状内周面１５ｉに隣接する肩部１５
ｅにて衝止して、圧力センサ１２全体が支持固定
されている。

１３は中心電極の内、基側の電極を、１４は先
側の電極を示し、これら両者の間には抵抗調節用
の充填材１３ｃが封入されている。基側電極１３
の基側先端部１３ａは絶縁体１６の挿入孔１６ｂ
に挿入されている端子１７に螺入固定されてい
る。一方、基側中心電極１３の先側先端部１３ｂ
は絶縁体の中心にある挿入口１６ｂの雌ネジ部１
６ｉに螺入している。絶縁体１６の大径中央部１
６ｄ及び先端部１６ｆは接地電極１５ｆを有する
主体金具１５に被われ、金具１５のかしめ部１５
ａで絶縁体１６の肩部１６ｃにかしめられて、絶
縁体１６は金具１５と一体に固定されている。た
だし、圧力センサ１２が配置されている部分から
先端部分にかけて、絶縁体１６と主体金具１５と
の間に空隙部が設けられ、主体金具１５の内周面
と絶縁体１６の外周面とにより壁面を構成する燃
焼ガスの導通孔２２が形成されている。又、主体
金具１５の螺合部１５ｄの基部に隣接して内燃機
関燃焼室の気密保持のためのリング状ガスケツト
２０が設けられている。

次に第３図乃至第５図に本実施例に使用される
第１例の圧力センサ１２を示す。該圧力センサ１
２は第３図の平面図、第４図の正面図及び第５図
の部分破断斜視図に示されるようにリング状をな
す。ここにおいて２３はケース、２４はダイヤフ
ラム、３２は陽極リード線、１２ａは圧力センサ
中心穴である。

ケース２３はリング状の容器形状をなし、内部
に圧電素子、電極及び絶縁材が収納され、リング
状円板の形状をなすダイヤフラム２４でケース２
３が密閉されて、圧力センサ１２が形成されてい
る。

上記リング状の圧力センサ１２は、第６図及び
第７図に示すように主体金具１５の内周面と絶縁
体１６の外周面との間に形成された断面リング状
の導通孔２２の最奥部に、そのリング中心穴１２
ａに絶縁体１６を挿入した状態に配置されてい
る。第６図において、２５はリング状圧電素子で
あり、３０は、その圧電素子２５を内外より絶縁
状態に保持している絶縁材である。

第８図は、本実施例の内、圧力センサ１２とそ
の周辺部分を示す拡大縦断面図である。圧力セン
サ１２の縦断面は長方形をなし、圧電素子２５
ａ，２５ｂ、陽極２８、陰極２７，２９、絶縁材
３０、ケース２３、ダイヤフラム２４及びリード
線３２で基本的に構成されている。圧電素子２５
ａ，２５ｂは各々その電荷発生の方向を逆に配置
されている。リード線３２で貫通されている圧電
素子２５ａも含めた３枚の圧電素子２５ａはその
上面にマイナスの電荷、下面にプラスの電荷を生
ずるように配置され、他の３枚の電圧素子２５ｂ
はその上面にプラスの電荷、下面にマイナスの電
荷を生ずるよう配置されている。

これらの内の積層されている５枚の圧電素子２
５ａ，２５ｂの２つの界面２５ｃは電気的に陰極
２７あるいはケース２３に接続され、一方、２つ
の界面２５ｄは電気的に陽極２８に接続されてい
る。ダイヤフラム２４はその縁部２４ａでケース
の縁部２３ａに溶接固定され、ケース２３が密閉
されている。この構成により導通孔２２へ露出し
ているダイヤフラム２４へ圧力Ｆがかかつた際、
陽極２８と接続しているリード線３２と、陰極２
７，２９と接続しているケース２３との間に起電
力を生ずることになる。このリード線３２は主体
金具１５と絶縁体１６との間隙部３１を導出し、
第２図に示されている主体金具１５の孔１５ｇを
貫通して外部へ導出し、外部のチヤージアンプに
接続される。そして、更に、圧力センサ１２のケ
ース２３が主体金具１５に接触していることによ
り、リード線３２と車体との間に信号電流が流れ
て、チヤージアンプにより該信号電流が増幅・変
換される。そして、このチヤージアンプに対しコ
ントロール装置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。

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、外観は従来の点火プラグとほとんど
変化なく構成することができるので、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。

本実施例の点火プラグ１１がシリンダヘツドへ
適用された場合、放電により内燃機関内に爆発が
生ずると、機関の燃焼室内に開口部２１で直接通
じている導通孔２２内を衝撃圧が伝わり、圧力セ
ンサ１２に至る。そこでダイヤフラム２４が押圧
されて、前述したごとく圧力信号が発生すること
となる。

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、その外形がほとんど
変更を要しないので取り付け作業が従来通り容易
であり、内燃機関自体や周辺装置に支障をきたさ
ない。又主体金具に沿つた導通孔２２を介して燃
焼圧を受けるため主体金具１５を介するエンジン
ブロツクの冷却効果により昇温しにくく、圧力セ
ンサの寿命が長くなり、しかも、導通孔２２は一
般的に金属より熱伝導性の低い絶縁体１６にも沿
つているため、完全に冷却されることがなく、ク
エンチ域を生じにくくしている。更に、圧力セン
サ１２が主体金具１５よりも内部に配置されてい
るため導通孔２２が自ずと短くなつて、燃焼圧が
直接圧力センサ１２に伝達されるため、測定精度
が高い。又、主体金具１５と絶縁体１６との間隙
部分を導通孔２２としているため、絶縁体１６の
内部に導通孔２２を穿つ必要がなく、更に組み立
ても簡単で工数も大きく増加しないので、プラグ
製造においても特に困難性を生じない。

更に、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、放電
耐久性が向上し、プラグの寿命をエンジン寿命と
同程度にすることも可能であるので、メンテナン
スフリーとすることもできる。

上記第１実施例において使用した第１例の圧力
センサ１２以外に第２例として第９図に示すよう
な構造の圧力センサ３３を使用することもでき同
様な効果を上げることができる。第９図は、第１
実施例と同一形状の点火プラグに適用した例を示
す。圧力センサ３３の縦断面は長方形をなし、圧
電素子３４ａ，３４ｂ、リード線３５、絶縁材３
６、陽極３７、陰極３８及びケース３９ａ，３９
ｂで基本的に構成されている。ケースは外側ケー
ス３９ａと内側ケース３９ｂとにわかれて、上端
側で陰極３８に相対して溶接等で電導状態に固定
されている。又、下端側では、各々相手側に向つ
て、縁部３９ｃ，３９ｄが突出して設けられてお
り、ケース３９ａ，３９ｂに挾まれた絶縁材３６
及び圧電素子３４ｂの端部をその縁部３９ｃ，３
９ｄで押圧し、内部の圧電素子３４ａ，３４ｂ、
絶縁材３６を支持している。結局、圧力センサ３
３はその１つの圧電素子３４ｂの下面が縁部３９
ｃ，３９ｄとの間に形成されたリング状開口部３
９ｅで導通孔２２に露出していることになる。こ
のような構造の他に、開口部３９ｅにダイヤフラ
ムを設けて、直接圧電素子３４ｂが露出しないよ
うにしてもよい。又、主体金具１５と絶縁体１６
との間隙には充填材３１ａが充填されており、気
密性を高め燃焼ガスの漏出を防いでいる。陽極３
７より導出しているリード線３５は圧電素子３４
ａ、陰極３８及び充填材３１ａ中を抜け、主体金
具の孔１５ｇを貫通して外部の増幅器に接続され
ている。

この構成により圧電素子３４ｂ露出面へ圧力Ｆ
がかかつた場合、リード線３５とケース３９ａと
の間に起電力を生じ、その信号電流がリード線３
５及び車体により増幅器まで伝達され、その信号
に基づき各種装置がコントロールされることにな
る。

次に第３例として、第１０図に示すような構造
の圧力センサ４１を使用することもできる。ここ
において４２はケース、４３はダイヤフラム、４
４は圧電素子と電極との積層体を表わす。ケース
４２とダイヤフラム４３は、第１実施例の圧力セ
ンサ１２のケース２３及びダイヤフラム２４と同
じ形状のものである。積層体４４は、リング状ケ
ース４２の円心を中心として90゜間隔に４個がケ
ース４２内に配置されている。各積層体４４の陽
極からは図示しないリード線が導出し、ケース４
２内で一本となつてケース４２外へ導出されてい
る。このような構造とすれば、圧電素子及び電極
の節約になりコストダウンに寄与し、しかも、ダ
イヤフラム４３の面積は変化していないので、積
層体４４自身の受圧面が小さくてもダイヤフラム
４３の受けた圧力が積層体４４に集中し、高出力
となる。

又、第４例として第１１図に示すごとく、圧電
素子５５，５７、電極５４，５６，５８及び絶縁
材５９からなる円筒状積層体を、同形のケース５
２内に収納し、ダイヤフラム５３でシールして密
閉一体となし、更に陽極５６よりリード線６０を
ケース外へ導出した構造の圧力センサ５１も適用
可能である。この形の圧力センサ５１を適用する
には、第１２図及び第１３図に示すごとく点火プ
ラグ６１の主体金具６２に接して、絶縁体６３に
導通孔６６の延長として、圧力センサ収納室６３
ａを設けて圧力センサ５１を収納する等の方法で
することができる。ただし導通孔６６は圧力セン
サ５１のダイヤフラム５３に至るまでは第２図に
示す第１実施例の導通孔２２と同形状の、断面リ
ング状の導通孔６６でよい。６４は中心電極の挿
入口、６５は抵抗調節用充填材である。上記のよ
うに圧力センサ５１を複数個配置しなくとも、１
個のみ配置しても本考案の目的は達成できるが、
故障等の障害を考慮すると、複数あれば他の圧力
センサによりカバーされ信頼性の向上につなが
る。

上述した第１例〜第４例の圧力センサにおい
て、そのケース２３，３９ａ，３９ｂ，４２，５
２全体にプリロード、つまり予めある程度の圧力
をかけておけば圧力センサ１２，３３，４１，５
１の出力が安定するので好ましい。プリロードは
主体金具１５、６２かしめ部のかしめ加工の際、
かしめ力によつて発生させることができる。第１
０図に示す第３例の場合には圧電素子積層体４４
が複数に分割されているがケース４２内に収納さ
れていることにより第１例、第２例と同様に全体
に均一なプリロードをかけることが可能である。

［考案の効果］ 以上詳述したごとく本考案の圧力センサ内蔵点
火プラグは従来のプラグと同様に各種の内燃機関
に適用でき、製造上も簡単に組み立てることがで
きて工数も大きく増加せず、その外形がほとんど
変更を要しないので取付け作業が従来通り容易で
あり、内燃機関自体や周辺装置に支障をきたさな
い。又、主体金具と絶縁体とを壁面とする導通孔
を介して燃焼圧を受けるため主体金具を介するエ
ンジンブロツクの冷却効果により、昇温しにくい
とともに、全壁面が金属ではないために、クエン
チ域ともなりにくい。従つて、圧力センサの寿命
が長くなるとともに、排気のHCも増大させるこ
とがない。しかも導通孔が自ずと短くなるので高
い測定精度を保持する。

【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示す縦断面図、
第２図は本考案の第１実施例を示す縦断面図、第
３図は第１実施例に用いられる圧力センサの第１
例を示す平面図、第４図はその正面図、第５図は
その部分破断斜視図、第６図は第２図における
−断面図、第７図は−断面図、第８図は第
１実施例の圧力センサ周辺部分の拡大縦断面図、
第９図は圧力センサの第２例の適用を示す拡大縦
断面図、第１０図は圧力センサの第３例を示す部
分破断縦断面図、第１１は圧力センサの第４例を
示す部分破断斜視図、第１２図はその適用状態を
示す点火プラグの部分縦断面図、第１３図はその
−断面図を表す。 １２，３３，４１，５１……圧力センサ、２
３，３９ａ，３９ｂ，４２，５２……ケース、２
４，４３，５３……ダイヤフラム、３２，３５，
６０……リード線、１３，１４……中心電極、１
５，６２……主体金具、１６，６３……絶縁体、
２２，６６……導通孔。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 接地電極が付設された主体金具、該主体金具に
   包囲された絶縁体及び該絶縁体に包囲された中心
   電極からなり該中心電極と上記接地電極との間で
   放電させることにより、内燃機関の燃焼室内の燃
   料に点火するプラグにおいて、 上記主体金具と絶縁体との間に、上記燃焼室方
   向に開口し上記主体金具内面と上記絶縁体外面と
   により壁面が構成される導通孔を設け、該導通孔
   内に圧力センサを設けたことを特徴とする圧力セ
   ンサ内蔵点火プラグ。