JP2007085578A - Glow plug with combustion pressure sensor - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a glow plug with a combustion pressure sensor that is integrally provided with a combustion pressure sensor for detecting a change in the combustion pressure of the internal combustion engine and assists starting of the internal combustion engine.
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(ハウジング)の軸孔内を挿通される中軸の先端にヒータ(発熱体)を接合したヒータ部材が、主体金具の先端部にて、圧入嵌合による固着またはロウ付けにより接合、固定されされている。また、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(例えば特許文献1参照。)。 2. Description of the Related Art A known glow plug for assisting the start of an internal combustion engine is provided with a combustion pressure sensor for detecting the combustion pressure of the internal combustion engine. In such a glow plug with a combustion pressure sensor, piezoelectric ceramics are generally used as a sensor element for detecting the combustion pressure. Then, a heater member in which a heater (heating element) is joined to the tip of the middle shaft that is inserted through the shaft hole of the metal shell (housing) is joined by fixing or brazing at the tip of the metal shell, It is fixed. Moreover, it has the structure by which a piezoelectric ceramic is hold | maintained in the state to which the preload was added between the rear-end part of a heater member, and the rear-end part of a metal shell (for example, refer patent document 1).
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。
しかしながら、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、他の気筒で発生した燃焼圧に起因する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、燃焼圧センサ付きグロープラグが剛性の異なるエンジンヘッドに取り付けられた場合、燃焼圧に伴うエンジンヘッドの変形量が異なるためヒータ部材の変位の大きさに差が生じ、異なった出力(燃焼圧の検出値)が得られる場合がある。このため、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って、検出される燃焼圧が正しい値と検出値が正しくなるように補正する必要があった。 However, since the deformation of the body of the metal shell that causes the displacement between the metal shell and the heater member is due to the deformation of the engine head, the deformation of the engine head due to the combustion pressure generated in other cylinders also Displacement may occur and may be detected as noise. In addition, when the glow plug with a combustion pressure sensor is attached to an engine head having different rigidity, the amount of deformation of the engine member due to the combustion pressure differs, resulting in a difference in the displacement of the heater member and a different output (combustion pressure). Detection value) may be obtained. For this reason, it is necessary to perform calibration after attaching the glow plug with the combustion pressure sensor to correct the detected combustion pressure so that the detected value and the detected value are correct.
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、燃焼圧に伴うエンジンヘッドの変形の影響を受けにくくす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。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a glow plug with a combustion pressure sensor that can be hardly affected by the deformation of the engine head due to the combustion pressure.
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し、前記ヒータ部材を保持する突出部とを備え、前記主体金具は、その外周面上に、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、前記突出部のうち、前記軸孔の内壁面との結合部位は、前記シール部の前記軸線方向先端の部位と、前記ねじ部の前記軸線方向後端の部位との中央の部位、もしくはその中央の部位よりも後端側の部位にあることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a glow plug with a combustion pressure sensor according to a first aspect of the present invention includes a metal shell having an axial hole extending along the axial direction, a heater that generates heat when energized, and a rear end side of the heater. A heater member that is positioned and electrically connected to the heater, the heater member being disposed in the shaft hole so as to be displaced along the axial direction; and a combustion pressure of the internal combustion engine A combustion pressure sensor that detects a combustion pressure transmitted through the heater member that is displaced in the axial direction according to the above, and a protrusion that protrudes from the inner wall surface of the shaft hole and holds the heater member, The metal shell is formed on its outer peripheral surface with a screw portion that is screwed into the mounting hole of the internal combustion engine, and a seal portion that is in contact with the inner peripheral surface of the mounting hole on the tip side of the screw portion, Of the protrusions, the shaft holes The coupling portion with the surface is at a central portion between the axial tip portion of the seal portion and the axial rear end portion of the screw portion, or at a rear end side portion relative to the central portion. It is characterized by that.
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、前記結合部位は、前記ねじ部の前記軸線方向先端の部位、もしくはその部位よりも先端側の部位にあることを特徴とする。 Further, in the glow plug with a combustion pressure sensor of the invention according to claim 2, in addition to the structure of the invention according to claim 1, the coupling part is more than the part at the tip end in the axial direction of the screw part or the part thereof. It exists in the site | part of the front end side, It is characterized by the above-mentioned.
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、ヒータ部材と主体金具との間に突出部を介在させたことで、ヒータ部材を主体金具に直接固定しないため、燃焼圧によりエンジンヘッドに変形が生じ、シール部とねじ部との間で主体金具が押圧力を受け変形を生じても、ヒータ部材の変位には影響を及ぼしにくくすることができる。さらに、主体金具のシール部の先端の部位と、ねじ部の後端の部位との中央の部位、もしくはその中央の部位よりも後端側の部位にて主体金具と突出部との結合部位が形成されるようにすれば、主体金具の変形がヒータ部材の変位に及ぼす影響を、より確実に、低減することができる。なお、上記中央の部位よりも先端側の部位に結合部位がある場合、燃焼圧によって主体金具がシール部とねじ部との間で圧縮される押圧力を受けると、シール部と結合部位との間での主体金具の変形に加え、結合部位とねじ部との間で主体金具が変形しやすくなり、軸線方向において結合部位が変位する虞が生ずる。すると、その結合部位に結合された突出部とともにヒータ部材に変位が生じ、燃焼圧センサにノイズとして検出されてしまう虞がある。 In the glow plug with a combustion pressure sensor according to the first aspect of the present invention, since the protrusion is interposed between the heater member and the metal shell, the heater member is not directly fixed to the metal shell. Even if the deformation occurs and the metal shell is subjected to a pressing force between the seal portion and the screw portion, the deformation of the heater member can be hardly affected. Furthermore, the joint part of the metal shell and the protruding part is located at the center part of the front end part of the seal part of the metal shell and the rear end part of the threaded part or at the rear end side of the central part. If formed, the influence of the deformation of the metal shell on the displacement of the heater member can be more reliably reduced. In addition, when there is a joint part in the tip side part from the central part, if the metal shell receives a pressing force compressed between the seal part and the screw part by the combustion pressure, the seal part and the joint part In addition to the deformation of the metal shell, the metal shell is easily deformed between the coupling site and the threaded portion, and the coupling site may be displaced in the axial direction. Then, there is a possibility that the heater member is displaced together with the protruding portion coupled to the coupling site, and is detected as noise by the combustion pressure sensor.
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のように、ねじ部の先端の部位、もしくはその部位よりも先端側の部位に結合部位を形成すれば、内燃機関の燃焼室から主体金具の内周と突出部の外周との間に入り込んだ高温の燃焼ガスが結合部位より後端側に進入することがなく、ねじ部に到達することがない。このため、燃焼ガスによる熱負荷がねじ部にかかりにくく、熱膨張に起因するねじ部の取り付け緩みの発生を防止することができる。 Further, as in the glow plug with a combustion pressure sensor according to the second aspect of the present invention, if the coupling portion is formed at the tip portion of the screw portion or at the tip side of the portion, the main portion from the combustion chamber of the internal combustion engine. The high-temperature combustion gas that has entered between the inner periphery of the metal fitting and the outer periphery of the protruding portion does not enter the rear end side from the coupling site, and does not reach the screw portion. For this reason, it is difficult for the thermal load due to the combustion gas to be applied to the screw portion, and it is possible to prevent occurrence of loose attachment of the screw portion due to thermal expansion.
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。
Hereinafter, an embodiment of a glow plug with a combustion pressure sensor embodying the present invention will be described with reference to the drawings. First, the structure of the glow plug 1 of the present embodiment as an example of a glow plug with a combustion pressure sensor will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a partially cutaway longitudinal sectional view of the glow plug 1. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the tip side of the glow plug 1 attached to the
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。
The glow plug 1 of the present embodiment is attached to, for example, an engine head of a diesel engine, and is used as a heat source that assists ignition at the start of the engine. As shown in FIG. 1, the
図1,図2に示すように、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位41において溶接された長細い筒状の金属部材である。接合部位41より先端側の先端側主体金具50は長細い円筒状の胴部56を有し、その軸孔51の内径が先端部55にて縮径されている。そしてこの先端部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3参照)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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、接合部位41より後端側の後端側主体金具60には、そ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3参照)に取り付けるためのねじ部67が形成されている。そして図1に示すように、ねじ部67よりも後端側には、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。後端側主体金具60の軸孔61の内径は、この工具係合部66内で拡径され、拡径部63として構成されている。工具係合部66の後端には、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。
Further, the rear end-
また、図1,図2に示すように、後端側主体金具60のねじ部67よりも先端側の部分には、主体金具40の軸孔51,61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。なお、本実施の形態では、主体金具40は先端側主体金具50と後端側主体金具60とから構成されており、先端側主体金具50の軸孔51と、後端側主体金具60の軸孔61とが連結して主体金具40の軸孔51,61をなす。つまり軸孔は、先端側主体金具50と後端側主体金具60との接合部位41において連結されており、上記凸部64は、この接合部位41より軸孔51,61内に突出された状態となる。本実施の形態においては、軸孔51,61と凸部64との結合部位は、この接合部位41付近に位置することとなる。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
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。そして接続リング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。
A
また、図1に示すように、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。
As shown in FIG. 1, a small-diameter
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。
Next, the
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。
A plurality of
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。
Further, a
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の内周面に中軸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。
A flanged cylindrical insulating
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。
In addition, a
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。
Next, as shown in FIG. 2, the
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より後端側に設けられた係合部72の外周に、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。
A cylindrical
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位置に配置された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。
Next, the
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。圧力検知スリーブ90は、軸線O方向に圧縮される圧力を加えられた際に、その胴部93が径方向に広がって撓むことができるように構成されている。
The
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。
With such a configuration, the rear end
また、先端側主体金具50は、その軸孔51の後端側に後端側主体金具60の凸部64を係合させるようにして、上記筒状体の外周を取り囲む。この状態で接合部位41が溶接され、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。
Further, the front end
なお、本発明における「突出部」とは、上記筒状体において接合部位41より先端側で先端側主体金具50内にてヒータ部材10を支持する部位を指し、より具体的には後端側主体金具60の凸部64、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をいう。これらにより構成される「突出部」は、本実施の形態のように後端側主体金具60の一部を含めた複数の部材から構成してもよいし、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、本発明における「突出部のうち、軸孔の内壁面との結合部位」は、主体金具40の軸孔51,61から突出する上記突出部の根元付近の部位(より具体的には凸部64の根元付近の部位)であり、本実施の形態においては凸部64のうち、接合部位41付近の部位が相当するが、必ずしも結合部位と接合部位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結合部位に相当する。例えば、凸部64、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、その一端部における軸孔51,61の内壁面との接合部位が、本発明における「結合部位」に相当する。
In the present invention, the “protruding portion” refers to a portion of the cylindrical body that supports the
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。
Further, as described above, the
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。
Next, the operation of the glow plug 1 when detecting the combustion pressure of the engine will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the tip end side of the glow plug 1 that has been deformed due to the pressing force due to the combustion pressure. In FIG. 3, for the sake of explanation, the bending that occurs in the distal end
図1に示す、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(図3参照)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後端側主体金具60のねじ部67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(図3参照)にシール部53のテーパ面54が当接され、ねじ部67とシール部53とが取付孔210内に係止されることで、主体金具40がエンジンヘッド200に固定される。
When the glow plug 1 shown in FIG. 1 is attached to the attachment hole 210 (see FIG. 3) of the
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、この変形によってシール部53が押圧力(図中矢印U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67との間で圧縮される。すると、ねじ部67よりも先端側の接合部位41にて後端側主体金具60に接合された先端側主体金具50が軸線O方向に圧縮される押圧力を受け、その胴部56において、径方向に広がる撓み(図中矢印Sで示す。)を生ずる。しかし、後端側主体金具60はねじ部67によってエンジンヘッド200に固定されているので、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に結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の変位は生じにくい。
If the pressure in the combustion chamber increases with the operation of the engine, the
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V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胴部93にて径方向に広がる撓み(図中矢印T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。
On the other hand, when the front end portion 28 of the
このようにグロープラグ1では、図3に示すように、先端側主体金具50の胴部56が撓むことで、つまり、シール部53とねじ部67との間において主体金具40が変形することで、エンジンヘッド200の変形に対するヒータ部材10の変位への影響を低減できる構造を有している。ここで、先端側主体金具50と後端側主体金具60との接合部位41をシール部53に近づけた場合、後端側主体金具60の接合部位41からねじ部67までの部位は、エンジンヘッド200の変形に伴う押圧力を受けることとなる。すると、後端側主体金具60の接合部位41よりも先端側の部位、すなわち凸部64やその先端で圧力検知スリーブ90が結合された小径部65の位置も変位を生ずることとなり、その結果、エンジンヘッド200の変形に伴いヒータ部材10に変位が生ずる虞がある。
As described above, in the glow plug 1, as shown in FIG. 3, the
そこで本実施の形態では後述する評価試験の結果に基づいて、図2に示すように、シール部53の先端の部位Aとねじ部67の後端の部位Bとの中央の部位C、もしくはその中央の部位Cよりも後端側の部位(部位Cより後端)に、接合部位41(部位D)が位置することとして規定している。ここで、接合部位41(部位D)を基準としたのは、接合部位41より先端側の部位は、先端側主体金具50と、後端側主体金具60の凸部64や圧力検知スリーブ90などからなる上記筒状体の一部とによる2重管構造を構成しており、内側にある上記筒状体の一部にはエンジンヘッド200の変形による直接の押圧力が加わらないためである。シール部53の先端の部位Aと、ねじ部67の後端の部位Bとの中央の部位Cよりも先端側の部位(部位A−部位C間)に接合部位41(部位D)がある場合、燃焼圧によって主体金具40がシール部53とねじ部67との間で圧縮される押圧力を受けると、先端側主体金具50のシール部53と接合部位41との間の部位に加え、後端側主体金具60の接合部位41とねじ部67との間の部位が撓みやすいため、この部位と一体となった凸部64の軸線O方向における位置が変位して、ノイズとして検出されてしまう虞がある。
Therefore, in the present embodiment, based on the result of an evaluation test described later, as shown in FIG. 2, the central portion C of the tip portion A of the
[実施例1]
上記のように接合部(部位D)をシール部53の先端の部位Aとねじ部67の後端の部位Bとの中央の部位C、もしくはその中央の部位Cよりも後端側の部位(部位Cより後端)に位置するように規定することによる効果を確認するため、以下に示す評価試験を行った。
[Example 1]
As described above, the joint portion (part D) is a central part C between the front part A of the
この評価試験では、先端側主体金具と後端側主体金具との接続部の位置を異ならせて作製した11本のグロープラグのサンプルを2種類のエンジンヘッドQ,Rそれぞれに順に組み付け、同一の燃焼圧を印加して、得られる出力値から感度依存性を求めた。エンジンヘッドRはグロープラグの取付孔の周囲に大きな空洞を有するエンジンヘッドであり、エンジンヘッドQは、空洞を有しないエンジンヘッドである。いずれもアルミニウム製で、空洞を有するエンジンヘッドRは、燃焼圧を受けるとエンジンヘッドQよりも大きく変形する。 In this evaluation test, 11 glow plug samples prepared by changing the positions of the connecting portions of the front end side metal shell and the rear end side metal shell are assembled in order to the two types of engine heads Q and R, respectively. Sensitivity dependence was determined from the output value obtained by applying combustion pressure. The engine head R is an engine head having a large cavity around the glow plug mounting hole, and the engine head Q is an engine head having no cavity. Both are made of aluminum, and the engine head R having a cavity is deformed more greatly than the engine head Q when subjected to combustion pressure.
グロープラグのサンプルは、図2に示すように、部位A−部位D間の長さXを、部位A−部位B間の長さLで除した比率に100を掛けた値(以下、「接合位置」といい、単位は%で表す。)が0%〜100%まで10%ごとに異なる11種類のものを準備した。ここで、各サンプルの主体金具は、先端側主体金具の内径をΦ6.4、外径をΦ8.4(厚さ1.0mm)とし、後端側主体金具の内径をΦ4.4、外径をΦ8.4(厚さ2.0mm)とし、共にS45Cを材料として作製した。 As shown in FIG. 2, the glow plug sample is obtained by multiplying the ratio of the length X between the part A and the part D by the length L between the part A and the part B multiplied by 100 (hereinafter referred to as “joining”). “Position” and the unit is expressed in%.) 11 types were prepared which differed every 10% from 0% to 100%. Here, for the metal shell of each sample, the inner diameter of the front metal shell is Φ6.4, the outer diameter is Φ8.4 (thickness 1.0 mm), and the inner diameter of the rear metal shell is Φ4.4, the outer diameter. Was made Φ8.4 (thickness 2.0 mm), and both were made using S45C as a material.
そして接合位置が同じサンプルをエンジンヘッドQ,Rに組み付け、同一の燃焼圧を印加して、それぞれのエンジンヘッドQ,Rにおけるサンプルの出力値(本実施の形態では燃焼圧により変化する歪検出素子の抵抗値に基づく電圧値)を得た。エンジンヘッドQに組み付けたサンプルから得られた出力値をSQ、エンジンヘッドRに組み付けたサンプルから得られた出力値をSRとしたとき、
(1−SQ/SR)×100(%) ・・・ (1)
を計算により求め、得られた値を「感度依存性」として、「接合位置」との関係をグラフ化したところ、図4に示すような結果が得られた。
Samples having the same joining position are assembled to the engine heads Q and R, the same combustion pressure is applied, and output values of the samples at the engine heads Q and R (in this embodiment, a strain detection element that changes depending on the combustion pressure) Voltage value based on the resistance value). When the output value obtained from the sample assembled on the engine head Q S Q, the output values obtained from samples assembled on the engine head R was S R,
(1-S Q / S R ) × 100 (%) (1)
4 was obtained by calculation, and the obtained value was expressed as “sensitivity dependency”, and the relationship with “joining position” was graphed. As a result, the result shown in FIG. 4 was obtained.
なお、上記のようにエンジンヘッドQは変形しにくいため、このエンジンヘッドQに組み付けたサンプルの出力値は、燃焼圧による押圧力を受けたヒータ部材の変位によるものとなる。一方で、変形しやすいエンジンヘッドRに組み付けたサンプルの出力値は、燃焼圧による押圧力を受けたヒータ部材の変位によるものと、エンジンヘッドRの変形に伴う主体金具の変形に起因して生じたヒータ部材の変位によるものとの合成の変位によるものとなる。従って、SQ/SRの値が0に近づくほど、エンジンヘッドの変形に伴う主体金具の変形が、得られる出力値の大きさ、すなわちヒータ部材の変位の大きさに影響を及ぼすと言える。また、SQ/SRの値が1に近づくほど、エンジンヘッドの変形によって主体金具が変形しても、ヒータ部材の変位には影響を及ぼしにくいと言える。 Since the engine head Q is not easily deformed as described above, the output value of the sample assembled to the engine head Q is due to the displacement of the heater member that receives the pressing force due to the combustion pressure. On the other hand, the output value of the sample assembled to the easily deformable engine head R is caused by the displacement of the heater member subjected to the pressing force due to the combustion pressure and the deformation of the metal shell accompanying the deformation of the engine head R. This is due to the combined displacement with the displacement of the heater member. Therefore, it can be said that as the value of S Q / S R approaches 0, the deformation of the metal shell accompanying the deformation of the engine head affects the magnitude of the output value obtained, that is, the displacement of the heater member. Further, it can be said that as the value of S Q / S R approaches 1, even if the metal shell is deformed by the deformation of the engine head, the displacement of the heater member is hardly affected.
図4に示すように、接合位置が小さくなるほど(すなわち接合部位41(部位D)がシール部53の先端の部位Aに近づくほど)、感度依存性が高くなる(すなわち主体金具40の変形によるヒータ部材10の変位への影響が大きくなる)ことが確認できた。また、接合位置が大きくなるほど、すなわち接合部位41(部位D)がねじ部67の後端の部位Bに近づくほど、感度依存性が低くなり、主体金具40が変形してもヒータ部材10の変位へは影響しにくくなることが確認できた。さらに、接合位置が50%である場合を変極点として、これより接合位置が小さい値である場合には、接合位置に対する感度依存性の変化の割合が大きく異なることが確認できた。
As shown in FIG. 4, the smaller the joining position (that is, the closer the joining part 41 (part D) approaches the part A at the tip of the seal portion 53), the higher the sensitivity dependency (that is, the heater due to deformation of the metal shell 40). It was confirmed that the influence on the displacement of the
この評価試験の結果より、接合位置が50%以上、すなわち、接合部位41(部位D)が、シール部53の先端の部位Aと、ねじ部67の後端の部位Bとの中央の部位C、もしくはその中央の部位Cよりも後端側の部位(部位C−部位B間)に位置するように主体金具40を形成すれば、感度依存性を10%未満とすることができ、燃焼圧に伴うエンジンヘッドの変形がヒータ部材の変位に影響しにくい燃焼圧センサ付きグロープラグを作製することができることがわかった。
From the result of this evaluation test, the joining position is 50% or more, that is, the joining part 41 (part D) is the center part C between the part A at the front end of the
なお、本発明は各種の変形が可能である。例えば、図2に示す、接合部位41(部位D)は、部位C−部位B間に形成されるとよいとしたが、ねじ部67の先端の部位E、もしくはその部位Eよりも先端側の部位に形成するとなおよい。前述したように、先端側主体金具50にヒータ支持部材70は固定されておらず、エンジンを稼働させた際に、高温の燃焼ガスがシール部53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50の内周と、後端側主体金具60や圧力検知スリーブ90などからなる上記筒状体の外周との間に入り込む場合がある。このとき、燃焼ガスは接合部位41まで到達するが、上記のようにねじ部67の先端の部位Eより先端側に接合部位41(部位D)があれば、ねじ部67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67にかかりにくく、熱膨張に起因するねじ部67の取り付け緩みの発生を防止することができる。
The present invention can be variously modified. For example, the joint part 41 (part D) shown in FIG. 2 is preferably formed between the part C and the part B, but the tip part E of the
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。
In this embodiment, a piezoresistive element is used as the
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。
Further, a temperature sensing element capable of detecting the temperature is provided on the substrate of the
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。
The heater member provided in the glow plug 1 is provided with the
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。 The present invention can be used for a combustion pressure sensor that detects the combustion pressure of an internal combustion engine, a glow plug equipped with a combustion pressure sensor, a temperature sensor, and the like.
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 接合部位
51 軸孔
53 シール部
61 軸孔
64 係合部
67 ねじ部
70 ヒータ支持部材
90 圧力検知スリーブ
95 中間スリーブ
100 燃焼圧センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
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し、前記ヒータ部材を保持する突出部と
を備え、
前記主体金具は、
その外周面上に、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、
前記突出部のうち、前記軸孔の内壁面との結合部位は、
前記シール部の前記軸線方向先端の部位と、前記ねじ部の前記軸線方向後端の部位との中央の部位、もしくはその中央の部位よりも後端側の部位にあることを特徴とする燃焼圧センサ付きグロープラグ。 A metal shell having an axial hole extending along the axial direction;
A heater member having a heater that generates heat by energization and a middle shaft that is located on the rear end side of the heater and is electrically connected to the heater, and is disposed in the shaft hole so as to be displaced along the axial direction. A heater member disposed in
A combustion pressure sensor that detects a combustion pressure transmitted through the heater member that is displaced in the axial direction in accordance with a combustion pressure of an internal combustion engine;
A protrusion projecting from the inner wall surface of the shaft hole and holding the heater member,
The metallic shell is
On the outer peripheral surface, there are formed a screw portion that is screwed into the mounting hole of the internal combustion engine, and a seal portion that is in contact with the inner peripheral surface of the mounting hole on the tip side of the screw portion,
Of the protrusions, the coupling site with the inner wall surface of the shaft hole is:
Combustion pressure characterized by being in a central part between the axially leading end part of the seal part and the axially rear end part of the screw part, or in a rear end side part from the central part. Glow plug with sensor.
2. The glow plug with a combustion pressure sensor according to claim 1, wherein the coupling part is located at a part of the screw portion in the axial direction front end or a part of the front end side of the part.
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JP2011169887A (en) * | 2010-01-22 | 2011-09-01 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Combustion pressure sensor |
JP2014020592A (en) * | 2012-07-12 | 2014-02-03 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Ceramic glow plug with combustion pressure detection sensor |
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