JP3885515B2

JP3885515B2 - Glow plug with combustion pressure sensor

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Publication number: JP3885515B2
Application number: JP2001130122A
Authority: JP
Inventors: 博之村井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2021-04-26
Also published as: JP2002327919A; FR2824114A1; DE10218544A1; FR2824114B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の始動補助装置として使用されている燃焼圧センサ付きグロープラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の燃焼圧センサ付きグロープラグとしては、例えば実開平４−５７０５６号公報に記載の着火センサ付きグロープラグが提案されている。このものは、内燃機関に取付け可能な筒状のハウジングの内部に、通電により発熱する発熱体を収納したシース（パイプ部材）及び該発熱体通電用の金属製棒状の中央電極を保持させるとともに、シースに印加されるプラグ軸方向の荷重（圧力）に応じて電気信号を出力する圧電素子（燃焼圧センサ）を、該ハウジング内部に収納させたものである。
【０００３】
そして、このグロープラグにおいては、シースとハウジングとの間にはＯリングが介在されており、燃焼室内の圧力に応じて上記の軸方向の荷重がシースに印加されると、シースはＯリングを介してハウジングに対して摺動する。このシースの変位により、圧電素子に荷重が加わり上記電気信号が出力され、燃焼室内の着火時期が検出されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記グロープラグにおいては、ハウジング内の気密確保は、シースをハウジングに対して可動的な構成とするためのＯリングのみに依存しているため、燃焼室内からの燃焼ガスがハウジング内に流入する恐れがある。例えば、燃焼ガスが流入した場合、燃焼ガスの温度による圧電素子の劣化、酸素による発熱体の酸化に伴う断線、水分等による圧電素子の出力電荷のリーク等、耐久性の面で問題が生じる。
【０００５】
さらに、燃焼圧センサを構成する圧電素子がシース後端に押圧される構成で、ハウジング端面から深い位置に内蔵されているため、圧電素子からの信号取出用の出力線を設けるにあたって、ハウジングに出力線を取り出すための穴やこの穴のシールが必要となるなど、構造的にも燃焼圧センサにおける出力線の取り出しが複雑となるという問題が生じる。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、燃焼圧センサ付きグロープラグにおいて、ハウジング内部の気密性確保と燃焼圧センサにおける出力線の取り出し構造の簡素化とを両立させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一端側が内燃機関の燃焼室（１ａ）側に位置するように内燃機関に取り付けられる筒状のハウジング（２０１）と、一端側がハウジングの一端から露出するようにハウジングの内部に保持されると共に、一端側が燃焼室内に露出したパイプ部材（２０２、４０４）と、パイプ部材内に設けられ、通電により発熱する発熱部材（２０３、４０１）と、一部がハウジングの他端から突出するようにハウジング内に収納されると共に、発熱部材と電気的に導通される金属製の中軸（２０４）と、内燃機関の燃焼圧の発生に伴いパイプ部材に作用する力が中軸を介して伝達されて燃焼圧を検出する燃焼圧センサ（３００）とを備え、ハウジングの一端側にてハウジングの内周面とパイプ部材の外周面とは実質的に隙間無く固定されており、ハウジングの他端側の内周面と中軸の外周面との間に収納部（２０１ｅ）が形成され、収納部（２０１ｅ）に燃焼圧センサの少なくとも一部分が配置されていることを特徴とする。
【０００８】
これによると、燃焼ガスに晒されるハウジングの一端側において、ハウジングの内周面とパイプ部材の外周面とを実質的に隙間無く固定しているから、燃焼ガスに対するハウジング内部の気密性を確保できる。ここで、本発明者等の検討によれば、ハウジングとパイプ部材とが固定されていても、パイプ部材はハウジングの弾性力を利用して微小変位することが可能であるため、燃焼圧が印加されたときに、パイプ部材への作用力の変化は燃焼圧センサへ伝達され、従来と同様に、燃焼圧の検出は可能である。
【０００９】
また、ハウジングの他端側内周面と中軸の外周面との間に形成される収納部に燃焼圧センサを配置して、燃焼圧センサがハウジングの他端側端面部近傍に位置する構成としているため、燃焼圧センサの出力線をハウジングの他端側開口部から直接外部に取り出すことが可能であり、ハウジングに対して複雑な出力線取り出し構造を形成する必要が無くなる。
【００１０】
従って、本発明の燃焼圧センサ付きグロープラグによれば、ハウジング内部の気密性確保と燃焼圧センサにおける出力線の取り出し構造の簡素化とを両立させることができる。
【００１１】
また、ハウジングの他端側内周面と中軸の外周面との間に形成される収納部に燃焼圧センサの少なくとも一部分を配置しているため、燃焼圧センサを収納部に収納しない場合（すなわち、燃焼圧センサ全体をハウジングの外部に配置する場合）と比較すると、燃焼圧センサを収納部に収納した分だけ、グロープラグのプラグ軸方向長さを短くすることができる。さらに、このグロープラグの短縮化に伴い、燃焼圧センサへの燃焼圧伝達経路も短くなるため、燃焼圧の伝達効率がアップして燃焼圧センサの感度がアップする。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、ハウジング（２０１）の他端側の外周面に六角部（２０１ａ）が形成され、六角部の内周側に収納部（２０１ｅ）が位置することを特徴とする。
【００１３】
これによると、六角部はグロープラグを内燃機関にねじ結合する際に利用されるものであり、この六角部の内周側に収納部を設けることにより、六角部の内周側スペースを有効に利用することができる。
【００１４】
また、請求項１に記載の発明では、中軸（２０４）にねじ結合される固定ナット（２１１）と、固定ナットと燃焼圧センサ（３００）との間に配置される絶縁ブッシュ（２１０）とを備え、燃焼圧センサの少なくとも一部分がハウジングの内周面に周方向に支持された状態で配置されており、燃焼圧センサは、ハウジング（２０１）と固定ナットとの間に絶縁ブッシュを介して保持固定されていることを特徴とする。
【００１５】
ところで、上記公報に記載のグロープラグは、燃焼圧センサをスプリングにて保持する構成であるため、燃焼圧センサはプラグ軸方向に容易に変位可能で振動しやすく、従って、振動によって発生する電気信号がノイズとして出力信号に付加されるため、燃焼圧を精度良く検出できないという問題がある（Ｓ／Ｎ比が悪い）。
【００１６】
これに対し、請求項１に記載の発明では、スプリングを介装せずに燃焼圧センサを保持固定する構成であるため、燃焼圧センサはプラグ軸方向に振動しにくく、従って、振動によって発生する電気信号すなわち信号ノイズが少なくなり、燃焼圧を精度良く検出することができる（Ｓ／Ｎ比が向上）。また、請求項１に記載の発明では、燃焼圧センサの少なくとも一部分がハウジングの内周面に周方向に支持された状態で配置される構成とすることによって、後述するように、固定ナットの単独締め付けによる固定・保持（軸方向の縦振動抑制）では得られなかった燃焼圧センサ自体の径方向の横振動を大幅に抑制する効果を得ることができ、従って、振動による電気信号ノイズの発生が少なくなり、燃焼圧を精度良く検出することができる。
【００１７】
ここで、ハウジング（２０１）の一端側にて該ハウジングの内周面とパイプ部材（２０２、４０４）の外周面とを実質的に隙間無く固定するには、請求項３に記載の発明のように、パイプ部材をハウジングに対して圧入させたり、請求項４に記載の発明のように、ハウジングの一端における内周面とパイプ部材の外周面とをロウ付けすることにより、実現できる。
【００１８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る燃焼圧センサ付きグロープラグ１００をディーゼルエンジン（内燃機関）のエンジンヘッド（被取付部）１へ取り付けた状態にて示す縦断面図である。
【００２０】
グロープラグ１００は、大きくは、発熱体を備えかつ燃焼圧伝達の媒体を果たすプラグ本体部２００と、燃焼圧の発生に伴いプラグ本体部２００に作用する力を圧電素子の圧電特性に基づく電気信号に変換することによりエンジンの燃焼圧を検出する手段である圧力センサ（本発明でいう燃焼圧センサ）３００と、を備えて構成されている。
【００２１】
ここで、プラグ本体部２００は、大きくは、一端側（図１中の下方側）が燃焼室１ａ側に位置し他端側（図１中の上方側）がエンジンヘッド１の外部に位置するようにエンジンヘッド１に取り付られる金属製筒状のハウジング２０１と、一端側がハウジング２０１の一端から露出し他端側がハウジング２０１の内部に保持された筒状のシース管（本発明でいうパイプ部材）２０２と、シース管２０２の一端側に収納保持され通電により発熱する発熱コイル（本発明でいう発熱部材）２０３と、一端側が発熱コイル２０３に電気的に導通されるとともに他端側がハウジング２０１の他端から突出するようにハウジング２０１の内部に保持された金属製棒状の中軸（電極体、棒状電極）２０４とを備えている。
【００２２】
エンジンヘッド１には、外表面から内部の燃焼室１ａまで貫通するねじ穴（グローホール）が形成されており、プラグ本体部２００は、このねじ穴に対してプラグの軸方向（長手方向）に挿入されている。
【００２３】
ハウジング２０１の外形形状は、一端側（燃焼室１ａ側）が小径で他端側が大径の段付形状になっている。そして、ハウジング２０１の小径部外周面におけるプラグ軸方向の中間部には取付ねじ部２０１ｂが形成されると共に、ハウジング２０１の大径部外周面には、グロープラグ１００をエンジンヘッド１にねじ結合する際に利用される六角部２０１ａが形成されており、プラグ本体部２００は、取付ねじ部２０１ｂによってエンジンヘッド１のねじ穴とねじ結合されて固定されている。
【００２４】
また、ハウジング２０１の一端にはテーパ状のシート面２０１ｃが形成され、このシート面２０１ｃとこれに対向するエンジンヘッド１のねじ穴のシート面とが密着して、燃焼室１ａからのガス漏れ防止がなされている。ここで、ハウジング２０１の六角部２０１ａは、エンジン装着スペースに合わせて、六角部の頂角の一部を除去して円周面を形成して外形を細化しても良い（図示せず）。
【００２５】
シース管２０２は、耐熱・耐食性合金（例えばステンレス材ＳＵＳ３１０等）等よりなる。シース管２０２において、ハウジング２０１の一端から露出する一端側の先端部は閉塞し、ハウジング２０１内に位置する他端は開口している。また、発熱コイル２０３はＮｉＣｒ及びＣｏＦｅ等の抵抗線からなるもので、シース管２０２の先端側内部に配設されている。一方、シース管２０２の他端側内部には、中軸２０４の一端側が挿入配置されている。そして、発熱コイル２０３の一端はシース管２０２の一端に結合し、発熱コイル２０３の他端はシース管２０２に挿入された中軸２０４の一端に結合している。
【００２６】
また、発熱コイル２０３及び中軸２０４とシース管２０２との間には、耐熱性を有する酸化マグネシウム等の絶縁粉末２０５が充填されている。シース管２０２にはスウェージングによる絞り加工が施されており、それによって、内部に充填された絶縁粉末２０５の緻密性を高める（つまり、絶縁粉末２０５の充填密度を高めることにより熱伝導効率を上げる）と共に、該絶縁粉末２０５を介して中軸２０４及び発熱コイル２０３がシース管２０２に強固に保持固定されている。
【００２７】
ここで、シース管２０２のうち発熱コイル２０３を包含する部分において、これらシース管２０２、発熱コイル２０３及び絶縁粉末２０５により、発熱体２０６が構成されている。そして、発熱体２０６は、その先端部（シース管２０２の一端側）が燃焼室１ａ内に露出するようにして、ハウジング２０１の一端側の内部に固定され保持されている。
【００２８】
これら発熱体２０６（シース管２０２の外周面）とハウジング２０１の内周面とは、嵌合圧入による固着、または、銀ロウ等のロウ付けにより接合、固定されている。それによって、ハウジング２０１の一端側にてハウジング２０１の内周面とシース管２０２の外周面とが全周に渡って実質的に隙間無く固定された部分Ｋ１が形成され、この固定部Ｋ１により、燃焼室１ａからの燃焼ガスがハウジング２０１内部に侵入しないようになっている。
【００２９】
なお、固定部Ｋ１は、図中の引き出し線にて指示されたハウジング２０１の内周面とシース管２０２の外周面とが接触している界面であり、プラグ周方向の全周に渡っていれば、当該界面の一部でも全部でも構わない。また、シース管２０２の他端（開口端）において、当該他端と中軸２０４との間には、スウェージングの際に絶縁粉末２０５が抜けないようにするためのシール部材（シーリング）２０５ａが設けられている。
【００３０】
また、ハウジング２０１の他端側の内部において、シリコンゴム・フッ素ゴム・ＥＰＤＭ・ＮＢＲ・Ｈ−ＮＢＲ等からなる円筒リング２０７が中軸２０４の他端側から挿入配置されている。ここで、円筒リング２０７は中軸２０４の芯出しと振動抑制及びハウジング２０１内の防水・気密性確保とを目的としたものである。そして、ハウジング２０１の他端側の円筒リング２０７と接触する部分はテーパー形状にすると円筒リング２０７との密着性が良くなり、制振効果・防水・気密性はさらに向上する。
【００３１】
また、中軸２０４の他端側には、樹脂系（例えばフェノール樹脂・ＰＰＳ）あるいはセラミック系（例えばアルミナ）の絶縁材料から成る円環状の絶縁ブッシュ２１０が嵌め込まれている。また、ハウジング２０１の六角部２０１ａの内部には段付の大径穴部２０１ｄを設けることにより、その大径穴部２０１ｄと中軸２０４の外周面との間に収納部２０１ｅが形成されている。
【００３２】
この収納部２０１ｅに略円環状の圧力センサ３００（詳細後述）を収納し、絶縁ブッシュ２１０を中軸２０４に嵌め込んだ後、中軸２０４の他端に設けられた端子ねじ２０４ａに固定ナット２１１を締め付けることにより、絶縁ブッシュ２１０とハウジング２０１との間に圧力センサ３００が固定保持されている。
【００３３】
ハウジング２０１の大径穴部２０１ｄの内周面と圧力センサ３００の外周面との間にはＯリング２０８が配置され、圧力センサ３００の内周面と中軸２０４の外周面との間には円筒リング２０９が挿入配置されている。なお、このＯリング２０８と円筒リング２０９は、シリコンゴム・フッ素ゴム・ＥＰＤＭ・ＮＢＲ・Ｈ−ＮＢＲ等からなる。
【００３４】
ここで、Ｏリング２０８は、ハウジング２０１内の防水・気密性確保を目的としたものであり、円筒リング２０９は、中軸２０４の振動抑制とハウジング２０１内の防水・気密性確保とを目的としたものである。そして、センサ３００の円筒リング２０９と接触する部分はテーパー形状にすると円筒リング２０９との密着性が良くなり、制振効果、防水・気密性はさらに向上する。また、圧力センサ３００と固定ナット２１１とは、絶縁ブッシュ２１０により電気的に絶縁されている。さらに、圧力センサ３００と中軸２０４とは円筒リング２０９によって電気的に絶縁されている。
【００３５】
また、中軸２０４の他端に設けられた端子ねじ２０４ａには、コネクティングバー２が端子ナット２１２によって固定されており、このコネクティングバー２によってグロープラグ１００は他の気筒のグロープラグと電気的に接続されている。さらに、このコネクティングバー２は図示しない電源に接続され、中軸２０４、発熱コイル２０３、シース管２０２、ハウジング２０１を介してエンジンヘッド１にアースされている。これにより、グロープラグ１００において発熱体２０６は発熱し、ディーゼルエンジンの着火始動補助を行うことが可能となっている。なお、コネクティングバー２は、シース管２０２の微小変位の妨げにならないよう、柔軟性に優れたリードワイヤ（自動車用電線）を用いても良い。
【００３６】
上述のように、従来（実開平４−５７０５６号公報参照）は、圧力センサをシース後端に押圧すると共に、ハウジング端面から深い位置に圧力センサを設けていたのに対し、本実施形態では、ハウジング２０１の他端側の収納部２０１ｅに圧力センサ３００を配置し、かつ、ハウジング２０１と固定ナット２１１との間に絶縁ブッシュ２１０を介して圧力センサ３００を保持固定した独自の構成を有している。
【００３７】
次に、圧力センサ３００の詳細構成を図２を参照して説明する。図２は、図１中の圧力センサ３００の拡大断面図である。
【００３８】
圧力センサ３００においては、円環状の電極３０１を中心に、チタン酸鉛或るいはチタン酸ジルコン酸鉛からなる円環状の極性を有した圧電セラミックス３０２が、上下２枚配置されるとともに電気的に並列結合されている。これら電極３０１及び圧電セラミックス３０２は、共に略円環状をなすメタルケース３０３と台座３０４とにより、挟まれるようにパッケージングされ保護されている。
【００３９】
また、メタルケース３０３の一端側のフランジ部３０３ａにはプラグ軸方向に延びる貫通穴が形成され、その貫通穴に筒状のプロテクションチューブ３０３ｂの一端が挿入されて溶接、ロウ付け等にて一体化されている。一方、絶縁ブッシュ２１０にもプラグ軸方向に延びる貫通穴２１０ａが形成され、その貫通穴２１０ａにプロテクションチューブ３０３ｂの他端が挿入されている。
【００４０】
このチューブ３０３ｂには、圧力センサ３００の信号を取り出す出力線としてのシールド付き電線３０５が、挿入されて支持されるようになっている。メタルケース３０３内に挿入されたシールド付き電線３０５においては、その芯線３０５ａが電極３０１に溶接されて結線されている。また、芯線３０５ａとは絶縁されたシールド線３０５ｂは、プロテクションチューブ３０３ｂとかしめられることにより、ボディーアースでもあるメタルケース３０３に結線されている。
【００４１】
上記のように、圧電セラミックス３０２を２枚並列結合させる目的は、出力感度を２倍に高め、信号出力のＳ／Ｎ比を向上させることにあるが、１枚でも検出は可能である。なお、この場合、電極３０１の上下どちらか一方に絶縁部材（ポリイミドフィルム・フェノール等の樹脂材あるいは積層マイカ、アルミナ等のセラミックス材）を配置する必要がある。また、メタルケース３０３は、燃焼圧に伴う圧電セラミックス３０２に作用する微小変動を確実に伝達させるため、特に、円周側面の剛性が低くなる様に０．５ｍｍ以下の板厚素材より加工されている。
【００４２】
この圧力センサ３００の組付けは、次のようである。まず、メタルケース３０３の図２において下方側には、大径円筒部３０３ｃと小径円筒部３０３ｄが同心状に形成されている。そして、その小径円筒部３０３ｄの外周側面にシリコン製の熱収縮性の絶縁チューブ３０６を加熱して密着させ、圧電セラミックス３０２、電極３０１、圧電セラミックス３０２の順で、メタルケース３０３の小径円筒部３０３ｄにはめ込む。ここで、絶縁チューブ３０６は、圧電セラミックス３０２及び電極３０１とメタルケース３０３との電気的短絡を防止している。
【００４３】
上記の組み付け後、メタルケース３０３にはめ込まれる電極３０１には、シールド付き電線３０５の芯線３０５ａが抵抗溶接あるいはレーザー溶接にて結線される。
【００４４】
続いて、メタルケース３０３に台座３０４を挿入する。そして、メタルケース３０３と台座３０４とを上下より加圧しながら、台座３０４の外周側面とメタルケース３０３の大径円筒部３０３ｃとの接触側面をＹＡＧレーザ溶接にて接合する（図２中、溶接部をＹ１にて図示）。これにより、圧力センサ３００は全部材が密着した状態で一体化される。
【００４５】
また、シールド付き電線３０５とプロテクションチューブ３０３ｂとをシールド線３０５ｂを含む部分でかしめることで、シールド線３０５ｂとメタルケース３０３との電気的接続、シールド付き電線３０５の保持固定、及び、シールド付き電線３０５とプロテクションチューブ３０３ｂとの密着性を確保する。
【００４６】
これにより、メタルケース３０３、台座３０４、及びシールド線３０５ｂは電気的に同電位となり、圧力センサ３００をプラグ本体部２００に組付けることにより、エンジンヘッド１に短絡され、アースされる。この結果、完全密閉型かつ完全電気シールド型の圧力センサを提供することができる。
【００４７】
次に、本実施形態の燃焼圧センサ付きグロープラグ１００の組付方法について図１、図２を参照して説明する。まず、中軸２０４が組み付けられた発熱体２０６と、メッキを施したハウジング２０１とを用意する。用意される発熱体２０６におけるシース管２０２の外径は、ハウジング２０１の内径部に対してやや大きく、例えば＋６０〜＋１４０μｍの寸法差を有したものとする。
【００４８】
そして、発熱体２０６のシース管２０２をハウジング２０１へ嵌合圧入し、ハウジング２０１とシース管２０２とを相互の弾性力で固着して密閉する。こうして、ハウジング２０１、中軸２０４及び発熱体２０６が一体化される。なお、ハウジング２０１と発熱体２０６との組付けは、上記以外に、双方を銀ロウ等のロウ付けにより完全接合しても良い。この結果、ハウジング２０１内部の高い気密性が確保出来る。
【００４９】
続いて、中軸２０４の他端側（端子ねじ２０４ａ側）より、円筒リング２０７を投入して配置する。そして、大径円筒部３０３ｃの外周にＯリング２０８を挿入した状態で、圧力センサ３００を収納部２０１ｅ内に配置する。続いて、中軸２０４の他端側より円筒リング２０９、さらには圧力センサ３００に結線されたシールド付き電線３０５の他端側よりＯリング３０９を投入し、所定場所に配置する。この状態にて絶縁ブッシュ２１０を中軸２０４の他端側より投入し、かつ、シールド付き電線３０５を、絶縁ブッシュ２１０の貫通穴２１０ａを通して外部へ導出する。
【００５０】
なお、シリコンゴム・フッ素ゴム・ＥＰＤＭ・ＮＢＲ・Ｈ−ＮＢＲ等からなるＯリング３０９は、シールド付き電線３０５の外周面とプロテクションチューブ３０３ｂの端面と絶縁ブッシュ２１０に設けた貫通穴２１０ａの底部端面に接触するように押圧挿入され、このＯリング３０９にて防水、気密性が確保できる。
【００５１】
続いて、端子ねじ２０４ａに固定ナット２１１を締め付けることにより、圧力センサ３００を収納部２０１ｅ内に固定、保持する。なお、固定ナット２１１を締め付け後固定ナット２１１の六角面の一箇所をかしめて変形させるか、あるいは予め螺着面にねじロック剤を塗布して固定ナット２１１を締め付けることで、振動に対する緩み防止策を講じている。最後に、ハウジング２０１をエンジンヘッド１に取り付け、固定ナット２１１の上面にて、コネクティングバー２を端子ねじ２０４ａに取り付け、端子ナット２１２で固定する。こうして、図１に示す状態になる。
【００５２】
次に、本実施形態のグロープラグ１００の燃焼圧の検出メカニズムについて、図１〜図３を参照して説明する。図３は、燃焼圧の伝達経路を説明するための簡略モデルを示す説明図（半断面図）である。図１において、圧力センサ３００は予め固定ナット２１１により、プラグ本体部２００に固定保持され一体化が図られている。この時、圧力センサ３００に内蔵されている圧電セラミックス３０２には５０〜１００ｋｇ相当の予荷重が負荷され、この状態でグローブラグ１００がエンジンヘッド１に装着されている。
【００５３】
エンジン始動時、コネクティングバー２を介して電圧が印加され、中軸２０４、発熱コイル２０３、シース管２０２、ハウジング２０１、取付けねじ部２０１ｂ、を介してエンジンヘッド１にアースされる。これにより、グローブラグ１００における発熱体２０６が発熱し、ディーゼルエンジンの着火始動補助を行うことができる。そして、エンジン始動後、エンジン内で発生した燃焼圧は、図３の太線矢印に示す如く２つの経路Ｒ１及びＲ２に分散され、圧力センサ３００に作用する。
【００５４】
第１の経路Ｒ１は、発熱体２０６に印加された燃焼圧が、発熱体２０６と接合されたハウジング２０１に伝達され、圧力センサ３００に作用するものである。この経路Ｒ１においては、ハウジング２０１自体は取付けねじ部２０１ｂによりエンジンヘッド１へ強固に拘束されているため、それより上部では力の伝達は著しく減衰され、圧力センサ３００が配置されているハウジング２０１の収納部２０１ｅ近傍の位置変動は極めて小さい。
【００５５】
一方、第２の経路Ｒ２は、発熱体２０６に印加された燃焼圧が、発熱体２０６自身に充填された絶縁粉末２０５、中軸２０４、固定ナット２１１、絶縁ブッシュ２１０の４つの部材を介して圧力センサ３００に作用するものである。この経路Ｒ２においては、これら４つの部材には位置変動を阻害する部材等の要因は無く、全く開放されている。
【００５６】
また、ハウジング２０１とシース管２０２とが固定部Ｋ１にて固定されていても、シース管２０２は、ハウジング２０１の弾性力を利用してプラグの軸方向（図３中の上下方向）へ変位できる。そのため、第２の経路Ｒ２に沿って発熱体２０６に燃焼圧が印加されたとき、シース管２０２及び中軸２０４は一体に、プラグの軸方向へ変位する。
【００５７】
この結果、第１の経路Ｒ１で発生するハウジング２０１の収納部２０１ｅ近傍の変位量と、第２の経路Ｒ２で発生する主たる中軸２０４の変位量とでは差が生じ（つまり、第２の経路Ｒ２の変位量の方が第１の経路Ｒ１の変位量よりも大きくなり）、この変位量の差により、固定ナット２１１にて圧力センサ３００に予め負荷されている予荷重が緩和される。
【００５８】
こうして、圧力センサ３００に内蔵された圧電セラミックス３０２に負荷される荷重状態が変化するために、圧電セラミックスの有する圧電特性に伴って出力される電気信号としての発生電荷が変化し、該信号は、図２に示す電極３０１を介してシールド付き電線３０５の芯線３０５ａと、アースであるハウジング２０１、取付けねじ部２０１ｂ、メタルケース３０３、プロテクションチューブ３０３ｂ及び台座３０４を介してアース線を兼用したシールド線３０５ｂとの間に出力される。
【００５９】
この出力信号を、シールド付き電線３０５を介して、出力である発生電荷を電圧に変換して増幅させるチャージアンプ（図示せず）及び車載ＥＣＵ（エンジン制御回路／図示せず）へ入力することによって、燃焼圧を電気信号として、燃焼制御に応用することが出来る。本実施形態の燃焼圧の検出メカニズムは、以上であるが、図４に本実施形態による検出波形の一例を示す。
【００６０】
図４（ａ）及び（ｂ）は、図１に示したグロープラグ１００において、エンジン条件を１２００ｒｐｍで４０Ｎ負荷時とした場合の検出結果を示している。図４において、（ａ）は、指圧計の出力波形とグロープラグ１００における圧力センサ３００の出力波形との比較図、（ｂ）は、グロープラグ１００における圧力センサ３００からの出力を縦軸に、指圧計からの出力を横軸にとった相関出力波形を示す。
【００６１】
図４から判る様に、本グロープラグ１００における圧力センサ３００からの出力と指圧計からの出力とはほぼ同一形状波形を示し、また、相関出力波形も圧力上昇時、減少時を含めほぼ直線的な値を示している。このことから、本グローブラグ１００による燃焼圧の検出において、エンジン内の圧力変動に対応して圧力センサ３００に作用する荷重の変動を、正確に測定できている事がわかる。
【００６２】
ところで、本実施形態によれば、燃焼ガスに晒されるハウジング２０１の一端側において、ハウジング２０１の内周面とシース管（パイプ部材）２０２の外周面とを、圧入やロウ付けにより実質的に隙間無く固定しているから、燃焼ガスに対するハウジング２０１内部の気密性を確保できる。そのため、燃焼室１ａ内からの燃焼ガスがハウジング２０１内に流入する恐れは無く、圧力センサ３００が燃焼ガスに晒されて劣化したり、発熱コイル２０３が断線する等の恐れが無くなり、耐久性に優れた燃焼圧センサ付きグロープラグを提供できる。
【００６３】
また、本実施形態によれば、圧力センサ３００をハウジング２０１の他端側の収納部２０１ｅに設けることで、圧力センサ３００をハウジング２０１の端部近傍に配置した形としている。そのため、出力線であるシールド付き電線３０５は、ハウジング２０１の他端側開口部から直接外部に取り出すことが可能であり、従来のようにハウジング２０１に対して複雑な出力線取り出し構造を形成する必要が無くなる。このように、本実施形態によれば、ハウジング内部の気密性確保と燃焼圧センサにおける出力線の取り出し構造の簡素化とを両立させることができる。
【００６４】
また、本実施形態では、ハウジング２０１の収納部２０１ｅに圧力センサ３００を配置しているため、圧力センサ３００を収納部２０１ｅに収納しない場合（すなわち、圧力センサ３００全体をハウジング２０１の外部に配置する場合）と比較すると、圧力センサ３００を収納部２０１ｅに収納した分だけ、グロープラグ１００のプラグ軸方向長さを短くすることができる。
【００６５】
さらに、このグロープラグ１００の短縮化に伴い、圧力センサ３００への燃焼圧伝達経路も短くなるため、燃焼圧の伝達効率がアップして圧力センサ３００の感度がアップする。また、グロープラグ１００の短縮化に伴い、中軸２０４も短縮化され、中軸２０４自体の振動が低減でき、振動による電気信号ノイズの発生が少なくなる（Ｓ／Ｎ比が向上）。
【００６６】
また、圧力センサ３００はＯリング２０８によって圧力センサ径方向の保持がなされているため、圧力センサ３００はその径方向の振動が抑制されて、振動による電気信号ノイズの発生が少なくなる（Ｓ／Ｎ比が向上）。
【００６７】
さらに、本実施形態によれば、燃焼圧の伝達経路のうち第２の経路Ｒ２では、剛性の高い中実の中軸２０４を介して圧力センサ３００に燃焼圧を伝達しているため、精度良く燃焼圧を検出することができる。また、スプリングを介装せずに圧力センサ３００を保持固定する構成であるため、圧力センサ３００はプラグ軸方向に振動しにくく、従って、振動によるノイズの発生が少なくなり、燃焼圧を精度良く検出することができる（Ｓ／Ｎ比が向上）。しかも、圧力センサ３００の固定方法も簡単となる。
【００６８】
なお、本実施形態においては、発熱体２０６は、図１に示したような金属抵抗線（発熱コイル２０３）を基本としたいわゆる金属発熱体の他に、例えば図５に示すようなものであっても良い。図５は本実施形態の変形例としてのグロープラグ１１０を示す縦断面図である。図５に示す発熱体４００は、窒化珪素と珪化モリブデン又はタングステンカーバイトとを主成分とした導電性セラミックからなる発熱部材４０１と、タングステン製の一対のリードワイヤ４０２とを、窒化珪素を主成分とした絶縁性セラミックからなる絶縁体４０３で内包する形で焼結してなるもので、いわゆるセラミック発熱体である。
【００６９】
この発熱体４００は、耐熱・耐食性合金（例えばＳＵＳ４３０）等よりなる筒状の保護パイプ（本発明でいうパイプ部材）４０４に挿入され、保護パイプ４０４の一端側から露出するように保護パイプ４０４に保持されている。この保護パイプ４０４は、その他端側がハウジング２０１の一端側に挿入され、上記のシース管と同様、圧入やロウ付け等により、ハウジング２０１の内周面と保護パイプ４０４の外周面とは、隙間無く固定されている。
【００７０】
また、リードワイヤ４０２の一方は、中軸２０４の一端に取り付けられたキャップリード４０５を介して中軸２０４に結合され、他方は、保護パイプ４０４を介してハウジング２０１にアースされている。これにより、中軸２０４と発熱部材４０１とは電気的に導通され、発熱部材４０１に通電されて、発熱体４００は発熱するようになっている。なお、中軸２０４とハウジング２０１との間には、中軸２０４の保持・固定及び芯出しを行うための溶着ガラス４０６及びインシュレータ４０７が介在されている。このグロープラグ１１０は出力感度が低下する点を除けば、上記図１に示すグロープラグ１００と同様の効果を奏することができる。また、発熱体４００をセラミック化することにより、発熱体自体の寿命を飛躍的に向上することができ、実質的にはメンテナンスフリー化を実現できる。
【００７１】
また、本実施形態において、圧力センサ３００の構成は、図６に示す変形例のようであっても良い。図６の圧力センサ３００は、図２に示した圧力センサにおいて、メタルケース３０３の大径円筒部３０３ｃを廃止し、大径円筒部３０３ｃと台座３０４とのレーザ溶接を廃止したものである。
【００７２】
図６の圧力センサ３００によれば、収納部２０１ｅと固定ナット２１１との間で印加した荷重は全て圧電セラミックス３０２の予荷重として作用するため、感度が高く、かつ、燃焼圧の伝達応答性が向上する。そして、本構成においても、Ｏリング２０８と円筒リング２０９により防水性、気密性が十分確保されている。なお、図６の圧力センサ３００においても、圧電セラミックス３０２は１枚でも検出は可能である。この場合、電極３０１の上下どちらか一方に絶縁部材（ポリイミドフィルム・フェノール等の樹脂材あるいは積層マイカ、アルミナ等のセラミックス材）を配置する必要がある。
【００７３】
また、本実施形態において、圧力センサ３００の固定・保持手段は図７〜図１１に示す各変形例のようであっても良い。これらの変形例では、圧力センサ３００をハウジング２０１に後述する方法で予め固定・保持した後、円筒リング２０９、Ｏリング３０９及び絶縁ブッシュ２１０を配置して、端子ねじ２０４ａに固定ナット２１１が締め付けられる。
【００７４】
まず、図７の例では、メタルケース３０３のフランジ部３０３ａの外径とハウジング２０１の大径穴部２０１ｄの内径との直径寸法差を例えば５０μｍ以下に設定し、圧力センサ３００を収納部２０１ｅに配置した後圧力センサ３００を加圧した状態で、ハウジング２０１の大径穴部２０１ｄの外周側より、双方の重なり面をレーザー溶接あるいはプラズマ溶接で全周または部分的に接合して（図７中、溶接部をＹ２にて図示）、圧力センサ３００をハウジング２０１へ固定・保持している。なお、部分的な接合においては、防水・気密性の確保からＯリング２０８を配置している。また、六角部２０１ａの外周面のうち溶接部Ｙ２となる部位は円筒状として、溶接性を踏まえた肉厚の均一化を図っている。
【００７５】
次に、図８の例では、フランジ部３０３ａの外径に対し、大径穴部２０１ｄの内径を、例えば−６０μｍから−１４０μｍ程度小さめに設定することで、嵌合圧入がなされ（図８中、嵌合圧入部をＹ３にて図示）、この圧入により圧力センサ３００をハウジング２０１へ固定・保持している。
【００７６】
次に、図９の例では、圧力センサ３００を収納部２０１ｅに配置した後、圧力センサ３００を加圧した状態で、大径穴部２０１ｄの外周側より中心側に向けて、大径穴部２０１ｄの全周または一部をかしめて（図９中、かしめ部をＹ４にて図示）、圧力センサ３００をハウジング２０１へ固定・保持している。
【００７７】
次に、図１０の例では、メタルケース３０３において絶縁ブッシュ２１０側の端面に全周に渡って段差部３０３ｅを設け、圧力センサ３００を収納部２０１ｅに配置した後、段差部３０３ｅを包み込むように大径穴部２０１ｄの開口端の一部または全周をかしめて（図１０中、包みかしめ部をＹ５にて図示）、圧力センサ３００を加圧しつつハウジング２０１へ固定・保持している。なお、六角部２０１ａの外周面のうち包みかしめ部Ｙ５となる部位は円筒状として、加圧力の均一化を図っている。
【００７８】
次に、図１１の例では、フランジ部３０３ａの外周面に雄ねじ３０３ｆを形成し、大径穴部２０１ｄの内周面には、フランジ部３０３ａの雄ねじ３０３ｆと螺着可能な雌ねじ３０３ｇを形成し、これらのねじ３０３ｆ、３０３ｇを利用して圧力センサ３００をハウジング２０１へ固定・保持している（図１１中、ねじ締め付け部をＹ６にて図示）。
【００７９】
以上のように、図７〜図１１に示す例では、圧力センサ３００を固定ナット２１１により固定・保持する前に、予め、圧力センサ３００は５０Ｋｇ〜１５０Ｋｇにて加圧されて収納部２０１ｅ内に固定・保持される。
【００８０】
そして、予め圧力センサ３００を固定・保持していない図１、図２、図５、図６に示す例では、固定ナット２１１の締め付け時に圧力センサ３００に捩じり力が作用するのに対し、図７〜図１０に示す例では固定ナット２１１の締め付け時の回転に伴う圧力センサ３００への捩じり力は皆無となるため、メタルケース３０３の極薄肉部である大径円筒部３０３ｃの変形・破断、あるいはシールド付き電線３０５の芯線３０５ａの断線といった品質上のトラブルを無くすことができ、信頼性が向上できる。
【００８１】
また、図７〜図１１に示す例では、圧力センサ３００はハウジング２０１の大径穴部２０１ｄにて全周方向より固定・保持されているため、固定ナット２１１の単独締め付けによる固定・保持（軸方向の縦振動抑制）では得られなかった圧力センサ３００自体の径方向の横振動を大幅に抑制する効果を得ることができ、従って、振動による電気信号ノイズの発生が少なくなる。
【００８２】
また、図１、図２及び図５〜図１１に示す例において、圧力センサ３００の配置構成は図１２、図１３に示す変形例のようであっても良い。図１２、図１３の例では、圧力センサ３００を、収納部２０１ｅから収納部２０１ｅの外部にわたって配設したものである（すなわち、圧力センサ３００の一部が収納部２０１ｅの内部に配置されている）。そして、図１２の例ではシールド付き電線３０５をプラグ軸方向に取り出し、図１３の例ではシールド付き電線３０５をプラグ径方向に取り出すようにしている。この図１２、図１３の例においても、上記各例と同様の効果が得られる。
【００８３】
なお、図１３の例においては、特にグロープラグ近傍のエンジン装着スペースに余裕がある場合に有効であり、シールド付き電線３０５を径方向（中軸２０４に垂直）にとり出すことにより、圧力センサ３００の端面より突出したプロテクションチョーブ３０３ｂと固定ナット２１１との電気的干渉（短絡）への配慮が不要なため、絶縁ブッシュ２１０ｂを必要最小限（絶縁確保のための沿面距離は必要）に薄肉化できる。また、この場合、絶縁ブッシュ２１０ｂにはＯリング３０９と穴２１０ａは不要である。この結果、中軸２０４を短化することができ、実質グロープラグ１００の全長が短くなるため、グロープラグ１００自体が発生する振動ノイズをより低減することができる。これにより、振動による電気信号ノイズの発生が少なくなる。
【００８４】
上記図１、図２及び図５〜図１３に示す例において、圧力センサ３００の固定・保持手段は図１４に示す変形例のようであっても良い。図１４の例では、圧力センサ３００、円筒リング２０９、Ｏリング２０８、Ｏリング３０９及び絶縁ブッシュ２１０等を所定場所に配置した後、金属材料からなる円環状のストップドリング２１３（例えば板厚４ｍｍ）を中軸２０４の中段部２０４ｂへ嵌合圧入することにより、ストップドリング２１３とハウジング２０１との間に、圧力センサ３００と絶縁ブッシュ２１０とを挟むようにして固定・保持している。
【００８５】
なお、ストップドリング２１３の内径は中軸２０４の中段部２０４ｂの外径に対しては、圧入締め代として、例えば−６０μｍ〜−１４０μｍ程度小さめに設定し、かつ中軸２０４の端子ねじ２０４ａの外径に対しては、干渉せず挿入できるように寸法を設定することで、嵌合圧入がなされている。
【００８６】
この結果、図７〜図１１に示す例のように、予め圧力センサ３００をハウジング２０１へ溶接やかしめ等にて固定・保持しなくとも、圧力センサ３００には捩じり力が作用することなく予荷重の印加と固定・保持が可能となる。こうして、メタルケース３０３の極薄肉部である大径円筒部３０３ｃの変形・破断、あるいはシールド付き電線３０５の芯線３０５ａの断線といった品質上のトラブルは皆無となり、信頼性がさらに向上する。
【００８７】
また、圧力センサ３００はハウジング２０１に固定・保持されていないため、円環状のストップドリング２１３で加圧した荷重が全て圧電セラミックス３０２の予荷重として作用するため、感度低下も防止することができる。なお、図７〜図１１に示す例においても、固定ナット２１１を円環状のストップドリング２１３に置換えて固定・保持してもなんら支障はない。
【００８８】
また、上記図１、図２及び図５〜図１４において、圧力センサ３００は、ハウジング２０１の収納部２０１ｅに直接当接してアースされているが、圧力センサ３００をハウジング２０１にアースした形態となっていれば、圧力センサ３００とハウジング２０１の収納部２０１ｅとの間に剛性の高いスペーサ部材（例えば金属よりなるもの）を介在させても良い。
【００８９】
また、上記図１、図２及び図５〜図６、図１２〜図１４において、圧力センサ３００は、ハウジング２０１の収納部２０１ｅに直接当接してアースされているが、必要に応じて圧力センサ３００とハウジング２０１の収納部２０１ｅとの間に（厳密には台座３０４との収納部２０１ｅとの間）、絶縁部材（ポリイミドフィルム・フェノール等の樹脂材あるいは積層マイカ、アルミナ等のセラミックス材）を介在させれば、Ｏリング２０８（絶縁性ゴム）と円筒リング２０９（絶縁性ゴム）との三部品にて圧力センサ３００のアースフロート化が可能となる。これにより、車載ＥＣＵ（エンジン制御回路／図示せず）とのＧＮＤの共通化（アースの同電位化）が図られるため、安定した出力値が確保できる。（一般的には、エンジン本体と電源バッテリー、車載ＥＵＣはともにアースされているが、エンジン本体は導電性及び絶縁性を有した各種ガスケットが数多く介在しているため、場所によっては電位差を生じる）。
【００９０】
以上、図１・２及び図５〜図１４に示す例は、グロープラグ１００を装着する際のエンジン装着スペース、エンジン振動の大きさ、グロープラグ取り付け長さ、要求感度等を総合的に考慮した上で、効果的な仕様選定を図った方が良い。
【００９１】
また、燃焼圧センサは、荷重に基づいて内燃機関の燃焼圧を検出するものであれば、圧電セラミックスを用いたものでなくとも良く、例えば半導体圧力センサ等であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃焼圧センサ付きグロープラグの全体概略を示す縦断面図である。
【図２】図１中の圧力センサを拡大して示す縦断面図である。
【図３】燃焼圧の伝達経路をモデル化して示す説明図である。
【図４】本実施形態による燃焼圧の検出波形の一例を示す図である。
【図５】上記実施形態の変形例としてのグロープラグを示す縦断面図である。
【図６】上記実施形態における圧力センサの配置構成の変形例を示す縦断面図である。
【図７】上記実施形態における圧力センサの固定・保持手段の変形例を示す縦断面図である。
【図８】上記実施形態における圧力センサの固定・保持手段の変形例を示す縦断面図である。
【図９】上記実施形態における圧力センサの固定・保持手段の変形例を示す縦断面図である。
【図１０】上記実施形態における圧力センサの固定・保持手段の変形例を示す縦断面図である。
【図１１】上記実施形態における圧力センサの固定・保持手段の変形例を示す縦断面図である。
【図１２】上記実施形態における圧力センサの配置構成の変形例を示す縦断面図である。
【図１３】上記実施形態における圧力センサの配置構成の変形例を示す縦断面図である。
【図１４】上記実施形態における圧力センサの固定・保持手段の変形例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ａ…燃焼室、２０１…ハウジング、２０１ｅ…収納部、２０２…シース管、
２０３…発熱コイル、２０４…中軸、３００…圧力センサ、
４０１…発熱部材、４０４…保護パイプ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a glow plug with a combustion pressure sensor that is used as a starting assist device for an internal combustion engine such as a diesel engine.
[0002]
[Prior art]
As this type of glow plug with a combustion pressure sensor, for example, a glow plug with an ignition sensor described in Japanese Utility Model Laid-Open No. 4-57056 has been proposed. This has a sheath (pipe member) containing a heating element that generates heat by energization inside a cylindrical housing that can be attached to the internal combustion engine, and a metal rod-shaped central electrode for energizing the heating element, A piezoelectric element (combustion pressure sensor) that outputs an electric signal according to a load (pressure) in the plug axial direction applied to the sheath is housed in the housing.
[0003]
In this glow plug, an O-ring is interposed between the sheath and the housing, and when the above axial load is applied to the sheath according to the pressure in the combustion chamber, the sheath Through the housing. Due to the displacement of the sheath, a load is applied to the piezoelectric element and the electric signal is output, and the ignition timing in the combustion chamber is detected.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above glow plug, since the airtightness inside the housing depends only on the O-ring for making the sheath movable with respect to the housing, the combustion gas from the combustion chamber flows into the housing. There is a fear. For example, when combustion gas flows in, there are problems in terms of durability such as deterioration of the piezoelectric element due to the temperature of the combustion gas, disconnection due to oxidation of the heating element due to oxygen, leakage of the output charge of the piezoelectric element due to moisture and the like.
[0005]
Furthermore, since the piezoelectric element that constitutes the combustion pressure sensor is pressed against the rear end of the sheath and is built in at a position deep from the end face of the housing, an output line for extracting signals from the piezoelectric element is provided to the housing. There is a problem that the extraction of the output line in the combustion pressure sensor is complicated in terms of structure, such as a hole for extracting the line and a seal for the hole.
[0006]
In view of the above problems, an object of the present invention is to achieve both the airtightness inside the housing and the simplification of the structure for taking out the output line of the combustion pressure sensor in the glow plug with the combustion pressure sensor.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a cylindrical housing (201) attached to the internal combustion engine such that one end side is located on the combustion chamber (1a) side of the internal combustion engine, and one end side of the housing is the housing. A pipe member (202, 404) that is held inside the housing so as to be exposed from one end and exposed at one end side in the combustion chamber, and a heating member (203, 401) that is provided in the pipe member and generates heat when energized. A metal shaft (204) that is housed in the housing so that a part protrudes from the other end of the housing and is electrically connected to the heat generating member, and a pipe member that accompanies generation of combustion pressure in the internal combustion engine And a combustion pressure sensor (300) for detecting a combustion pressure by transmitting a force acting on the inner shaft, and at the one end side of the housing, the outer peripheral surface of the housing and the pipe member The housing portion (201e) is formed between the inner peripheral surface on the other end side of the housing and the outer peripheral surface of the central shaft, and the combustion pressure sensor of the combustion pressure sensor is formed in the storage portion (201e). It is characterized in that at least a part is arranged.
[0008]
According to this, since the inner peripheral surface of the housing and the outer peripheral surface of the pipe member are fixed substantially without a gap on one end side of the housing exposed to the combustion gas, airtightness inside the housing against the combustion gas can be ensured. . Here, according to the study by the present inventors, even if the housing and the pipe member are fixed, the pipe member can be slightly displaced using the elastic force of the housing, so that the combustion pressure is applied. When this is done, the change in the acting force on the pipe member is transmitted to the combustion pressure sensor, and the combustion pressure can be detected as in the prior art.
[0009]
In addition, a combustion pressure sensor is disposed in a storage portion formed between the inner peripheral surface of the other end side of the housing and the outer peripheral surface of the central shaft, and the combustion pressure sensor is positioned near the end surface portion of the other end side of the housing. Therefore, the output line of the combustion pressure sensor can be taken out directly from the opening at the other end of the housing, and there is no need to form a complicated output line take-out structure for the housing.
[0010]
Therefore, according to the glow plug with the combustion pressure sensor of the present invention, it is possible to achieve both the airtightness inside the housing and the simplification of the output line extraction structure in the combustion pressure sensor.
[0011]
In addition, since at least a part of the combustion pressure sensor is disposed in the storage portion formed between the inner peripheral surface of the other end side of the housing and the outer peripheral surface of the central shaft, the combustion pressure sensor is not stored in the storage portion (that is, Compared with the case where the entire combustion pressure sensor is disposed outside the housing), the plug axial length of the glow plug can be shortened by the amount that the combustion pressure sensor is housed in the housing portion. Further, as the glow plug is shortened, the combustion pressure transmission path to the combustion pressure sensor is also shortened, so that the combustion pressure transmission efficiency is improved and the sensitivity of the combustion pressure sensor is increased.
[0012]
The invention according to claim 2 is characterized in that a hexagonal portion (201a) is formed on the outer peripheral surface on the other end side of the housing (201), and a storage portion (201e) is located on the inner peripheral side of the hexagonal portion. .
[0013]
According to this, the hexagonal part is used when the glow plug is screwed to the internal combustion engine, and by providing a storage part on the inner peripheral side of the hexagonal part, the inner peripheral side space of the hexagonal part is made effective. Can be used.
[0014]
  Also,Claim1In the invention described in (1), a fixing nut (211) screwed to the middle shaft (204) and an insulating bush (210) disposed between the fixing nut and the combustion pressure sensor (300) are provided.At least a part of the combustion pressure sensor is arranged in a state of being supported in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the housing,The combustion pressure sensor is characterized in that it is held and fixed between the housing (201) and the fixing nut via an insulating bush.
[0015]
Incidentally, since the glow plug described in the above publication is configured to hold the combustion pressure sensor with a spring, the combustion pressure sensor is easily displaceable in the plug axis direction and easily vibrates. Therefore, an electric signal generated by the vibration is obtained. Is added to the output signal as noise, and there is a problem that the combustion pressure cannot be detected accurately (the S / N ratio is poor).
[0016]
  In contrast, the claimsDescribed in 1In the invention, since the combustion pressure sensor is held and fixed without using a spring, the combustion pressure sensor is less likely to vibrate in the plug shaft direction, and therefore, an electrical signal generated by the vibration, that is, signal noise is reduced. The combustion pressure can be detected with high accuracy (the S / N ratio is improved).According to the first aspect of the present invention, at least a part of the combustion pressure sensor is arranged in a state of being supported in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the housing, so that a single fixing nut is used as described later. It is possible to obtain the effect of greatly suppressing the radial lateral vibration of the combustion pressure sensor itself, which could not be obtained by clamping and holding (suppressing the longitudinal vibration in the axial direction). As a result, the combustion pressure can be accurately detected.
[0017]
  Here, to fix the inner peripheral surface of the housing and the outer peripheral surface of the pipe member (202, 404) at one end side of the housing (201) substantially without gaps,Described in 3As in the present invention, the pipe member is press-fitted into the housing.Described in 4Like this invention, it can implement | achieve by brazing the inner peripheral surface in the end of a housing, and the outer peripheral surface of a pipe member.
[0018]
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a glow plug 100 with a combustion pressure sensor according to the present invention attached to an engine head (attached part) 1 of a diesel engine (internal combustion engine).
[0020]
In general, the glow plug 100 includes a plug main body 200 that includes a heating element and serves as a medium for transmitting combustion pressure, and an electric signal based on the piezoelectric characteristics of the piezoelectric element that acts on the plug main body 200 when the combustion pressure is generated. And a pressure sensor (combustion pressure sensor as referred to in the present invention) 300 which is a means for detecting the combustion pressure of the engine by converting into the above.
[0021]
Here, the plug main body 200 is broadly positioned at one end side (lower side in FIG. 1) on the combustion chamber 1 a side and at the other end side (upper side in FIG. 1) outside the engine head 1. In this way, a metal cylindrical housing 201 attached to the engine head 1 and a cylindrical sheath tube having one end exposed from one end of the housing 201 and the other end held inside the housing 201 (a pipe member in the present invention) ) 202, a heating coil (heat generating member in the present invention) 203 that is housed and held on one end side of the sheath tube 202 and generates heat when energized, and one end side is electrically connected to the heating coil 203 and the other end side of the housing 201 A metal rod-shaped central shaft (electrode body, rod-shaped electrode) 204 held inside the housing 201 so as to protrude from the other end is provided.
[0022]
The engine head 1 is formed with a screw hole (glow hole) penetrating from the outer surface to the internal combustion chamber 1a, and the plug main body 200 extends in the axial direction (longitudinal direction) of the plug with respect to the screw hole. Has been inserted.
[0023]
The outer shape of the housing 201 is a stepped shape in which one end side (combustion chamber 1a side) has a small diameter and the other end side has a large diameter. A mounting screw portion 201b is formed in the middle portion in the plug axis direction on the outer peripheral surface of the small diameter portion of the housing 201, and the glow plug 100 is screwed to the engine head 1 on the outer peripheral surface of the large diameter portion of the housing 201. A hexagonal portion 201a used at the time is formed, and the plug main body portion 200 is fixed by being screwed to a screw hole of the engine head 1 by a mounting screw portion 201b.
[0024]
Further, a tapered seat surface 201c is formed at one end of the housing 201, and the seat surface 201c and the seat surface of the screw hole of the engine head 1 facing the seat surface 201 are in close contact with each other to prevent gas leakage from the combustion chamber 1a. Has been made. Here, the outer shape of the hexagonal portion 201a of the housing 201 may be reduced by removing a part of the apex angle of the hexagonal portion to form a circumferential surface in accordance with the engine mounting space (not shown).
[0025]
The sheath tube 202 is made of a heat-resistant / corrosion-resistant alloy (for example, stainless steel SUS310). In the sheath tube 202, the tip end on one end side exposed from one end of the housing 201 is closed, and the other end located in the housing 201 is open. The heating coil 203 is made of a resistance wire such as NiCr and CoFe, and is disposed inside the distal end side of the sheath tube 202. On the other hand, one end side of the middle shaft 204 is inserted and disposed inside the other end side of the sheath tube 202. One end of the heating coil 203 is coupled to one end of the sheath tube 202, and the other end of the heating coil 203 is coupled to one end of the central shaft 204 inserted into the sheath tube 202.
[0026]
Further, between the heat generating coil 203 and the middle shaft 204 and the sheath tube 202, an insulating powder 205 such as magnesium oxide having heat resistance is filled. The sheath tube 202 is subjected to a drawing process by swaging, thereby increasing the density of the insulating powder 205 filled therein (that is, increasing the packing density of the insulating powder 205 to increase the heat conduction efficiency). ) And the intermediate shaft 204 and the heating coil 203 are firmly held and fixed to the sheath tube 202 via the insulating powder 205.
[0027]
Here, in a portion including the heat generating coil 203 in the sheath tube 202, the heat generating body 206 is configured by the sheath tube 202, the heat generating coil 203 and the insulating powder 205. The heating element 206 is fixed and held inside the one end side of the housing 201 so that the tip end portion (one end side of the sheath tube 202) is exposed in the combustion chamber 1a.
[0028]
These heating elements 206 (the outer peripheral surface of the sheath tube 202) and the inner peripheral surface of the housing 201 are joined and fixed by fixing by fitting press-fitting or brazing such as silver brazing. Thereby, a portion K1 is formed on the one end side of the housing 201 where the inner peripheral surface of the housing 201 and the outer peripheral surface of the sheath tube 202 are fixed substantially without any gap over the entire periphery. Combustion gas from the combustion chamber 1 a does not enter the housing 201.
[0029]
The fixing portion K1 is an interface where the inner peripheral surface of the housing 201 and the outer peripheral surface of the sheath tube 202 that are instructed by the lead line in the drawing are in contact with each other, and extends over the entire circumference in the plug circumferential direction. For example, some or all of the interface may be used. Further, at the other end (open end) of the sheath tube 202, a seal member (sealing) 205a is provided between the other end and the middle shaft 204 to prevent the insulating powder 205 from being removed during swaging. It has been.
[0030]
In addition, a cylindrical ring 207 made of silicon rubber, fluororubber, EPDM, NBR, H-NBR, or the like is inserted from the other end side of the center shaft 204 inside the other end side of the housing 201. Here, the cylindrical ring 207 is for the purpose of centering the center shaft 204, suppressing vibrations, and ensuring the waterproof and airtightness in the housing 201. If the portion of the housing 201 that contacts the cylindrical ring 207 on the other end is tapered, the adhesion with the cylindrical ring 207 is improved, and the vibration damping effect, waterproofness, and airtightness are further improved.
[0031]
Further, an annular insulating bush 210 made of a resin-based (for example, phenol resin / PPS) or ceramic-based (for example, alumina) insulating material is fitted into the other end side of the center shaft 204. Further, by providing a stepped large-diameter hole 201 d inside the hexagonal part 201 a of the housing 201, a storage part 201 e is formed between the large-diameter hole 201 d and the outer peripheral surface of the central shaft 204.
[0032]
A substantially annular pressure sensor 300 (described later in detail) is accommodated in the accommodating portion 201e, and after the insulating bush 210 is fitted into the intermediate shaft 204, the fixing nut 211 is tightened to the terminal screw 204a provided at the other end of the intermediate shaft 204. As a result, the pressure sensor 300 is fixedly held between the insulating bush 210 and the housing 201.
[0033]
An O-ring 208 is disposed between the inner peripheral surface of the large-diameter hole 201 d of the housing 201 and the outer peripheral surface of the pressure sensor 300, and a cylinder is provided between the inner peripheral surface of the pressure sensor 300 and the outer peripheral surface of the center shaft 204. A ring 209 is inserted and arranged. The O-ring 208 and the cylindrical ring 209 are made of silicon rubber, fluorine rubber, EPDM, NBR, H-NBR, or the like.
[0034]
Here, the O-ring 208 is intended to ensure waterproofness and airtightness in the housing 201, and the cylindrical ring 209 is intended to suppress vibration of the central shaft 204 and ensure waterproofness and airtightness in the housing 201. Is. If the portion of the sensor 300 that contacts the cylindrical ring 209 is tapered, the adhesion with the cylindrical ring 209 is improved, and the vibration damping effect and waterproof / airtightness are further improved. Further, the pressure sensor 300 and the fixing nut 211 are electrically insulated by the insulating bush 210. Further, the pressure sensor 300 and the middle shaft 204 are electrically insulated by a cylindrical ring 209.
[0035]
Further, a connecting bar 2 is fixed to a terminal screw 204a provided at the other end of the middle shaft 204 by a terminal nut 212, and the glow plug 100 is electrically connected to a glow plug of another cylinder by the connecting bar 2. Has been. Further, the connecting bar 2 is connected to a power source (not shown), and is grounded to the engine head 1 via the center shaft 204, the heating coil 203, the sheath tube 202, and the housing 201. Thereby, the heat generating element 206 generates heat in the glow plug 100, and it is possible to assist ignition start of the diesel engine. In addition, the connecting bar 2 may use a lead wire (automotive electric wire) having excellent flexibility so as not to prevent a minute displacement of the sheath tube 202.
[0036]
As described above, in the past (see Japanese Utility Model Publication No. 4-57056), the pressure sensor is pressed against the rear end of the sheath, and the pressure sensor is provided at a deep position from the housing end surface. The pressure sensor 300 is disposed in the housing 201e on the other end side of the housing 201, and the pressure sensor 300 is held and fixed between the housing 201 and the fixing nut 211 via the insulating bush 210. Yes.
[0037]
Next, a detailed configuration of the pressure sensor 300 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the pressure sensor 300 in FIG.
[0038]
In the pressure sensor 300, two piezoelectric ceramics 302 having an annular polarity made of lead titanate or lead zirconate titanate are arranged at the upper and lower sides around an annular electrode 301 and electrically. They are connected in parallel. The electrode 301 and the piezoelectric ceramic 302 are packaged and protected so as to be sandwiched between a metal case 303 and a pedestal 304 each having a substantially annular shape.
[0039]
Further, a through hole extending in the plug axial direction is formed in the flange portion 303a on one end side of the metal case 303, and one end of the cylindrical protection tube 303b is inserted into the through hole and integrated by welding, brazing, or the like. Has been. On the other hand, the insulating bush 210 is also formed with a through hole 210a extending in the plug axial direction, and the other end of the protection tube 303b is inserted into the through hole 210a.
[0040]
In the tube 303b, a shielded electric wire 305 serving as an output line for extracting a signal from the pressure sensor 300 is inserted and supported. In the shielded electric wire 305 inserted into the metal case 303, the core wire 305 a is welded to the electrode 301 and connected. Further, the shield wire 305b insulated from the core wire 305a is connected to the metal case 303 which is also a body ground by being caulked with the protection tube 303b.
[0041]
As described above, the purpose of connecting two piezoelectric ceramics 302 in parallel is to double the output sensitivity and improve the S / N ratio of the signal output, but even one sheet can be detected. In this case, it is necessary to dispose an insulating member (resin material such as polyimide film / phenol, laminated mica, ceramic material such as alumina) on either the upper or lower side of the electrode 301. Also, the metal case 303 is processed from a plate thickness material of 0.5 mm or less so that the rigidity of the circumferential side surface is lowered in order to reliably transmit the minute fluctuations acting on the piezoelectric ceramic 302 due to the combustion pressure. Yes.
[0042]
The assembly of the pressure sensor 300 is as follows. First, a large-diameter cylindrical portion 303c and a small-diameter cylindrical portion 303d are formed concentrically below the metal case 303 in FIG. Then, a heat-shrinkable insulating tube 306 made of silicon is heated and brought into close contact with the outer peripheral side surface of the small-diameter cylindrical portion 303d, and the piezoelectric ceramic 302, the electrode 301, and the piezoelectric ceramic 302 are sequentially followed by the small-diameter cylindrical portion 303d of the metal case 303. Fit in. Here, the insulating tube 306 prevents an electrical short circuit between the piezoelectric ceramic 302 and the electrode 301 and the metal case 303.
[0043]
After the above assembly, the core wire 305a of the shielded electric wire 305 is connected to the electrode 301 fitted in the metal case 303 by resistance welding or laser welding.
[0044]
Subsequently, the pedestal 304 is inserted into the metal case 303. Then, while pressing the metal case 303 and the pedestal 304 from above and below, the contact side surface between the outer peripheral side surface of the pedestal 304 and the large diameter cylindrical portion 303c of the metal case 303 is joined by YAG laser welding (in FIG. 2, the welded portion). Is shown as Y1). Thereby, the pressure sensor 300 is integrated in a state where all members are in close contact.
[0045]
Further, by caulking the shielded wire 305 and the protection tube 303b at a portion including the shield wire 305b, electrical connection between the shield wire 305b and the metal case 303, holding and fixing of the shielded wire 305, and shielded wire Adhesion between 305 and the protection tube 303b is ensured.
[0046]
Thereby, the metal case 303, the pedestal 304, and the shield wire 305b are electrically at the same potential, and when the pressure sensor 300 is assembled to the plug body 200, it is short-circuited to the engine head 1 and grounded. As a result, it is possible to provide a completely sealed and completely electric shield type pressure sensor.
[0047]
Next, a method for assembling the glow plug 100 with the combustion pressure sensor of the present embodiment will be described with reference to FIGS. First, a heating element 206 to which the center shaft 204 is assembled and a plated housing 201 are prepared. It is assumed that the outer diameter of the sheath tube 202 in the prepared heating element 206 is slightly larger than the inner diameter portion of the housing 201, and has a dimensional difference of, for example, +60 to +140 μm.
[0048]
Then, the sheath tube 202 of the heating element 206 is fitted and press-fitted into the housing 201, and the housing 201 and the sheath tube 202 are fixed and sealed with mutual elastic force. Thus, the housing 201, the middle shaft 204, and the heating element 206 are integrated. In addition to the above, the housing 201 and the heating element 206 may be completely joined together by brazing such as silver brazing. As a result, high airtightness inside the housing 201 can be ensured.
[0049]
Subsequently, the cylindrical ring 207 is inserted and arranged from the other end side (terminal screw 204a side) of the middle shaft 204. And the pressure sensor 300 is arrange | positioned in the accommodating part 201e in the state which inserted the O ring 208 in the outer periphery of the large diameter cylindrical part 303c. Subsequently, the cylindrical ring 209 is inserted from the other end side of the central shaft 204, and further, the O-ring 309 is inserted from the other end side of the shielded electric wire 305 connected to the pressure sensor 300, and arranged at a predetermined place. In this state, the insulating bush 210 is inserted from the other end side of the middle shaft 204, and the shielded electric wire 305 is led out through the through hole 210 a of the insulating bush 210.
[0050]
The O-ring 309 made of silicon rubber, fluororubber, EPDM, NBR, H-NBR, etc. is provided on the outer peripheral surface of the shielded electric wire 305, the end surface of the protection tube 303b, and the bottom end surface of the through hole 210a provided in the insulating bush 210. The O-ring 309 can ensure waterproofness and airtightness.
[0051]
Subsequently, the pressure sensor 300 is fixed and held in the storage portion 201e by tightening the fixing nut 211 to the terminal screw 204a. After tightening the fixing nut 211, one portion of the hexagonal surface of the fixing nut 211 is caulked and deformed, or a screw lock agent is applied to the screwing surface in advance and the fixing nut 211 is tightened to prevent loosening against vibration. Have taken. Finally, the housing 201 is attached to the engine head 1, and the connecting bar 2 is attached to the terminal screw 204 a on the upper surface of the fixing nut 211 and fixed with the terminal nut 212. Thus, the state shown in FIG. 1 is obtained.
[0052]
Next, the detection mechanism of the combustion pressure of the glow plug 100 of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is an explanatory view (half-sectional view) showing a simplified model for explaining a combustion pressure transmission path. In FIG. 1, the pressure sensor 300 is fixed and held on the plug main body 200 in advance by a fixing nut 211 so as to be integrated. At this time, a preload equivalent to 50 to 100 kg is applied to the piezoelectric ceramic 302 built in the pressure sensor 300, and the glove lug 100 is attached to the engine head 1 in this state.
[0053]
When the engine is started, a voltage is applied via the connecting bar 2 and grounded to the engine head 1 via the center shaft 204, the heat generating coil 203, the sheath tube 202, the housing 201, and the mounting screw portion 201b. Thereby, the heat generating body 206 in the glove lug 100 generates heat, and ignition start assistance of the diesel engine can be performed. After the engine is started, the combustion pressure generated in the engine is distributed to the two paths R1 and R2 as shown by the thick arrows in FIG.
[0054]
In the first path R <b> 1, the combustion pressure applied to the heating element 206 is transmitted to the housing 201 joined to the heating element 206 and acts on the pressure sensor 300. In this path R1, since the housing 201 itself is firmly restrained to the engine head 1 by the mounting screw portion 201b, the force transmission is significantly attenuated above the housing 201, and the housing 201 in which the pressure sensor 300 is disposed is arranged. The position fluctuation in the vicinity of the storage portion 201e is extremely small.
[0055]
On the other hand, in the second path R <b> 2, the combustion pressure applied to the heating element 206 is pressured through four members, the insulating powder 205 filled in the heating element 206 itself, the middle shaft 204, the fixing nut 211, and the insulating bush 210. It acts on the sensor 300. In this route R2, these four members are free from any factors such as members that hinder position fluctuations.
[0056]
Even if the housing 201 and the sheath tube 202 are fixed by the fixing portion K1, the sheath tube 202 can be displaced in the axial direction of the plug (vertical direction in FIG. 3) using the elastic force of the housing 201. . Therefore, when a combustion pressure is applied to the heating element 206 along the second path R2, the sheath tube 202 and the middle shaft 204 are integrally displaced in the axial direction of the plug.
[0057]
As a result, there is a difference between the amount of displacement in the vicinity of the housing portion 201e of the housing 201 that occurs in the first path R1 and the amount of displacement of the main central shaft 204 that occurs in the second path R2 (that is, the second path R2 The displacement amount of the first path R1 is larger than the displacement amount of the first path R1), and the preload preliminarily applied to the pressure sensor 300 by the fixing nut 211 is relieved by the difference in the displacement amount.
[0058]
In this way, since the load state applied to the piezoelectric ceramic 302 incorporated in the pressure sensor 300 changes, the generated charge as an electric signal output along with the piezoelectric characteristics of the piezoelectric ceramic changes. A shielded wire 305b that also serves as a ground wire via the core wire 305a of the shielded electric wire 305 via the electrode 301 shown in FIG. Is output between and.
[0059]
By inputting this output signal to a charge amplifier (not shown) and an in-vehicle ECU (engine control circuit / not shown) for converting the generated generated charge into a voltage and amplifying it via a shielded electric wire 305. The combustion pressure can be used as an electrical signal for combustion control. Although the combustion pressure detection mechanism of the present embodiment is as described above, FIG. 4 shows an example of a detection waveform according to the present embodiment.
[0060]
FIGS. 4A and 4B show detection results when the engine conditions are 1200 rpm and 40 N load in the glow plug 100 shown in FIG. 4, (a) is a comparison diagram of the output waveform of the acupressure gauge and the output waveform of the pressure sensor 300 in the glow plug 100, and (b) is the output from the pressure sensor 300 in the glow plug 100 on the vertical axis. The correlation output waveform with the horizontal axis representing the output from the acupressure gauge is shown.
[0061]
As can be seen from FIG. 4, the output from the pressure sensor 300 and the output from the acupressure gauge in the glow plug 100 show substantially the same waveform, and the correlation output waveform is also almost linear including when the pressure rises and when it decreases. The value is shown. From this, it can be seen that in the detection of the combustion pressure by the glove lug 100, the fluctuation of the load acting on the pressure sensor 300 corresponding to the pressure fluctuation in the engine can be measured accurately.
[0062]
By the way, according to the present embodiment, on one end side of the housing 201 exposed to the combustion gas, the inner peripheral surface of the housing 201 and the outer peripheral surface of the sheath tube (pipe member) 202 are substantially spaced by press fitting or brazing. Since they are fixed without any problems, the airtightness inside the housing 201 against the combustion gas can be secured. Therefore, there is no possibility that the combustion gas from the combustion chamber 1a flows into the housing 201, and there is no possibility that the pressure sensor 300 is deteriorated by being exposed to the combustion gas or the heating coil 203 is disconnected. A glow plug with an excellent combustion pressure sensor can be provided.
[0063]
Further, according to the present embodiment, the pressure sensor 300 is provided in the storage portion 201 e on the other end side of the housing 201, so that the pressure sensor 300 is disposed in the vicinity of the end portion of the housing 201. Therefore, the shielded electric wire 305 as an output line can be directly taken out from the opening on the other end side of the housing 201, and it is necessary to form a complicated output line take-out structure with respect to the housing 201 as in the past. Disappears. Thus, according to the present embodiment, it is possible to achieve both the airtightness inside the housing and the simplification of the structure for taking out the output line in the combustion pressure sensor.
[0064]
In the present embodiment, since the pressure sensor 300 is disposed in the housing portion 201e of the housing 201, the pressure sensor 300 is not housed in the housing portion 201e (that is, the entire pressure sensor 300 is disposed outside the housing 201). As compared with the case), the plug axial length of the glow plug 100 can be shortened by the amount of the pressure sensor 300 stored in the storage portion 201e.
[0065]
Further, as the glow plug 100 is shortened, the combustion pressure transmission path to the pressure sensor 300 is also shortened, so that the combustion pressure transmission efficiency is increased and the sensitivity of the pressure sensor 300 is increased. Further, with the shortening of the glow plug 100, the middle shaft 204 is also shortened, the vibration of the middle shaft 204 itself can be reduced, and the generation of electric signal noise due to the vibration is reduced (the S / N ratio is improved).
[0066]
Further, since the pressure sensor 300 is held in the radial direction of the pressure sensor by the O-ring 208, the pressure sensor 300 is suppressed from vibrating in the radial direction, and electric signal noise due to vibration is reduced (S / N). Ratio).
[0067]
Furthermore, according to the present embodiment, the combustion pressure is transmitted to the pressure sensor 300 via the solid shaft 204 having high rigidity in the second path R2 among the combustion pressure transmission paths. The pressure can be detected. In addition, since the pressure sensor 300 is held and fixed without using a spring, the pressure sensor 300 is unlikely to vibrate in the plug shaft direction, and therefore noise generated by vibration is reduced, and the combustion pressure is accurately detected. (S / N ratio is improved). Moreover, the method for fixing the pressure sensor 300 is also simplified.
[0068]
In this embodiment, the heating element 206 is, for example, as shown in FIG. 5 in addition to the so-called metal heating element based on the metal resistance wire (heating coil 203) as shown in FIG. May be. FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a glow plug 110 as a modification of the present embodiment. A heating element 400 shown in FIG. 5 includes a heating member 401 made of a conductive ceramic mainly composed of silicon nitride and molybdenum silicide or tungsten carbide, and a pair of lead wires 402 made of tungsten. It is a so-called ceramic heating element that is sintered in a form encapsulated with an insulator 403 made of insulating ceramic.
[0069]
The heating element 400 is inserted into a cylindrical protection pipe (pipe member in the present invention) 404 made of a heat-resistant / corrosion-resistant alloy (for example, SUS430) or the like, and is attached to the protection pipe 404 so as to be exposed from one end side of the protection pipe 404. Is retained. The other end side of the protective pipe 404 is inserted into one end side of the housing 201, and the inner peripheral surface of the housing 201 and the outer peripheral surface of the protective pipe 404 are not spaced by press fitting, brazing, or the like, similar to the above-described sheath tube. It is fixed.
[0070]
One of the lead wires 402 is coupled to the middle shaft 204 via a cap lead 405 attached to one end of the middle shaft 204, and the other is grounded to the housing 201 via a protective pipe 404. Thereby, the middle shaft 204 and the heat generating member 401 are electrically connected to each other, and the heat generating member 401 is energized to generate heat. Note that a weld glass 406 and an insulator 407 for holding, fixing, and centering the middle shaft 204 are interposed between the middle shaft 204 and the housing 201. The glow plug 110 can achieve the same effects as the glow plug 100 shown in FIG. 1 except that the output sensitivity is lowered. Further, by making the heating element 400 ceramic, the life of the heating element itself can be drastically improved, and substantially maintenance-free can be realized.
[0071]
Further, in the present embodiment, the configuration of the pressure sensor 300 may be the modification shown in FIG. The pressure sensor 300 of FIG. 6 is obtained by eliminating the large-diameter cylindrical portion 303c of the metal case 303 and eliminating the laser welding between the large-diameter cylindrical portion 303c and the pedestal 304 in the pressure sensor shown in FIG.
[0072]
According to the pressure sensor 300 of FIG. 6, since all the loads applied between the storage portion 201e and the fixing nut 211 act as preloads for the piezoelectric ceramic 302, the sensitivity is high and the combustion pressure transmission response is high. improves. Also in this configuration, the O-ring 208 and the cylindrical ring 209 ensure sufficient waterproofness and airtightness. In the pressure sensor 300 of FIG. 6, even one piezoelectric ceramic 302 can be detected. In this case, it is necessary to dispose an insulating member (resin material such as polyimide film / phenol, laminated mica, ceramic material such as alumina) on either the upper or lower side of the electrode 301.
[0073]
Further, in the present embodiment, the fixing / holding means of the pressure sensor 300 may be as shown in each modification shown in FIGS. In these modified examples, after the pressure sensor 300 is fixed and held in advance in the housing 201 by a method described later, the cylindrical ring 209, the O-ring 309, and the insulating bush 210 are disposed, and the fixing nut 211 is tightened to the terminal screw 204a. .
[0074]
First, in the example of FIG. 7, the difference in diameter between the outer diameter of the flange portion 303a of the metal case 303 and the inner diameter of the large-diameter hole portion 201d of the housing 201 is set to 50 μm or less, for example, and the pressure sensor 300 is placed in the storage portion 201e. After the placement, the pressure sensor 300 is pressurized, and the overlapping surfaces of both are joined from the outer circumference side of the large-diameter hole portion 201d of the housing 201 by laser welding or plasma welding all or partly (in FIG. 7). , The welded portion is indicated by Y 2), and the pressure sensor 300 is fixed and held to the housing 201. In the partial joining, the O-ring 208 is disposed to ensure waterproofness and airtightness. Moreover, the site | part used as the welding part Y2 among the outer peripheral surfaces of the hexagonal part 201a is made into the cylindrical shape, and the thickness is equalized based on weldability.
[0075]
Next, in the example of FIG. 8, fitting press-fitting is performed by setting the inner diameter of the large-diameter hole 201d to be smaller, for example, about −60 μm to −140 μm with respect to the outer diameter of the flange 303a (in FIG. 8). The fitting press-fitting portion is indicated by Y3), and the pressure sensor 300 is fixed and held to the housing 201 by this press-fitting.
[0076]
Next, in the example of FIG. 9, after the pressure sensor 300 is disposed in the storage portion 201 e, the large-diameter hole portion is moved from the outer peripheral side of the large-diameter hole portion 201 d toward the center side in a state where the pressure sensor 300 is pressurized. The entire circumference or a part of 201d is caulked (in FIG. 9, the caulking portion is indicated by Y4), and the pressure sensor 300 is fixed and held to the housing 201.
[0077]
Next, in the example of FIG. 10, the stepped portion 303e is provided on the end surface on the insulating bush 210 side in the metal case 303 over the entire circumference, and after the pressure sensor 300 is disposed in the storage portion 201e, the stepped portion 303e is wrapped. A part or the entire circumference of the open end of the large-diameter hole 201d is caulked (in FIG. 10, the enveloping caulking part is indicated by Y5), and the pressure sensor 300 is fixed and held on the housing 201 while being pressurized. In addition, the site | part used as the wrapping and crimping part Y5 among the outer peripheral surfaces of the hexagonal part 201a is made into the cylindrical shape, and the uniform pressure is aimed at.
[0078]
Next, in the example of FIG. 11, a male screw 303f is formed on the outer peripheral surface of the flange portion 303a, and a female screw 303g that can be screwed with the male screw 303f of the flange portion 303a is formed on the inner peripheral surface of the large-diameter hole portion 201d. The pressure sensor 300 is fixed and held to the housing 201 using these screws 303f and 303g (in FIG. 11, the screw tightening portion is indicated by Y6).
[0079]
As described above, in the example shown in FIGS. 7 to 11, before the pressure sensor 300 is fixed and held by the fixing nut 211, the pressure sensor 300 is preliminarily pressurized at 50 kg to 150 kg and is stored in the storage portion 201 e. Fixed / held.
[0080]
In the examples shown in FIGS. 1, 2, 5, and 6 where the pressure sensor 300 is not fixed and held in advance, a torsional force acts on the pressure sensor 300 when the fixing nut 211 is tightened. In the example shown in FIGS. 7 to 10, there is no torsional force applied to the pressure sensor 300 due to the rotation when the fixing nut 211 is tightened. Therefore, the large-diameter cylindrical portion 303 c that is an extremely thin portion of the metal case 303 is deformed. -Troubles in quality such as breakage or disconnection of the core wire 305a of the shielded electric wire 305 can be eliminated, and reliability can be improved.
[0081]
Further, in the example shown in FIGS. 7 to 11, the pressure sensor 300 is fixed and held in the large-diameter hole 201 d of the housing 201 from the entire circumferential direction. The effect of significantly suppressing the lateral vibration in the radial direction of the pressure sensor 300 itself, which could not be obtained by suppressing the longitudinal vibration in the direction), can be obtained, and therefore the generation of electrical signal noise due to vibration is reduced.
[0082]
Further, in the examples shown in FIGS. 1, 2, and 5 to 11, the arrangement of the pressure sensor 300 may be the modification shown in FIGS. 12 and 13. 12 and 13, the pressure sensor 300 is disposed from the storage portion 201e to the outside of the storage portion 201e (that is, a part of the pressure sensor 300 is disposed inside the storage portion 201e. ). In the example of FIG. 12, the shielded electric wire 305 is taken out in the plug axial direction, and in the example of FIG. 13, the shielded electric wire 305 is taken out in the plug radial direction. Also in the examples of FIGS. 12 and 13, the same effects as the above examples can be obtained.
[0083]
In the example of FIG. 13, this is particularly effective when there is room in the engine mounting space near the glow plug, and the end face of the pressure sensor 300 is obtained by taking out the shielded electric wire 305 in the radial direction (perpendicular to the central shaft 204). Since it is not necessary to consider electrical interference (short circuit) between the more prominent protection chove 303b and the fixing nut 211, the insulation bushing 210b can be thinned to a necessary minimum (a creepage distance is necessary for ensuring insulation). In this case, the O-ring 309 and the hole 210a are not necessary for the insulating bush 210b. As a result, the middle shaft 204 can be shortened, and the overall length of the glow plug 100 can be shortened, so that vibration noise generated by the glow plug 100 itself can be further reduced. Thereby, generation | occurrence | production of the electric signal noise by vibration decreases.
[0084]
In the examples shown in FIGS. 1, 2, and 5 to 13, the fixing / holding means of the pressure sensor 300 may be the modification shown in FIG. 14. In the example of FIG. 14, after the pressure sensor 300, the cylindrical ring 209, the O-ring 208, the O-ring 309, the insulating bush 210, and the like are arranged at predetermined locations, an annular stopped ring 213 made of a metal material (for example, a plate thickness of 4 mm). Is fixed and held between the stop ring 213 and the housing 201 with the pressure sensor 300 and the insulating bush 210 sandwiched therebetween.
[0085]
The inner diameter of the stop ring 213 is set to be, for example, about −60 μm to −140 μm smaller than the outer diameter of the middle step portion 204 b of the middle shaft 204, and the outer diameter of the terminal screw 204 a of the middle shaft 204. On the other hand, fitting press-fitting is performed by setting the dimensions so that they can be inserted without interference.
[0086]
As a result, as in the example shown in FIGS. 7 to 11, the torsional force does not act on the pressure sensor 300 even if the pressure sensor 300 is not fixed or held to the housing 201 by welding or caulking in advance. Preload can be applied and fixed / held. In this way, there is no quality problem such as deformation / breakage of the large-diameter cylindrical portion 303c, which is an extremely thin portion of the metal case 303, or disconnection of the core wire 305a of the shielded electric wire 305, and the reliability is further improved.
[0087]
In addition, since the pressure sensor 300 is not fixed or held on the housing 201, all the loads pressurized by the annular stop ring 213 act as preloads of the piezoelectric ceramic 302, so that it is possible to prevent a decrease in sensitivity. In the examples shown in FIGS. 7 to 11, there is no problem even if the fixing nut 211 is replaced with an annular stop ring 213 and fixed and held.
[0088]
In FIGS. 1, 2, and 5 to 14, the pressure sensor 300 is grounded by directly contacting the housing portion 201 e of the housing 201. However, the pressure sensor 300 is grounded to the housing 201. If so, a highly rigid spacer member (for example, a metal member) may be interposed between the pressure sensor 300 and the housing part 201e of the housing 201.
[0089]
Further, in FIGS. 1, 2, 5 to 6, and 12 to 14, the pressure sensor 300 is grounded by directly contacting the housing 201 e of the housing 201. 300 and between the housing portion 201e of the housing 201 (strictly between the housing portion 201e of the pedestal 304), an insulating member (resin material such as polyimide film / phenol or laminated mica, ceramic material such as alumina) is provided. When interposed, the pressure sensor 300 can be grounded with three parts of the O-ring 208 (insulating rubber) and the cylindrical ring 209 (insulating rubber). As a result, the common GND (equal ground potential) with the vehicle-mounted ECU (engine control circuit / not shown) can be achieved, so that a stable output value can be secured. (Generally, the engine body, the power supply battery, and the in-vehicle EUC are both grounded, but the engine body has many conductive and insulating gaskets, so there are potential differences depending on the location.) .
[0090]
As described above, the examples shown in FIGS. 1 and 2 and FIGS. 5 to 14 comprehensively consider the engine mounting space when mounting the glow plug 100, the magnitude of the engine vibration, the glow plug mounting length, the required sensitivity, and the like. In the above, it is better to select effective specifications.
[0091]
The combustion pressure sensor may not be made of piezoelectric ceramics as long as it detects the combustion pressure of the internal combustion engine based on the load, and may be a semiconductor pressure sensor, for example.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an overall outline of a glow plug with a combustion pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged longitudinal sectional view showing a pressure sensor in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram modeling a combustion pressure transmission path;
FIG. 4 is a diagram showing an example of a combustion pressure detection waveform according to the present embodiment.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a glow plug as a modification of the embodiment.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a modification of the arrangement configuration of the pressure sensors in the embodiment.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a modification of the fixing / holding means of the pressure sensor in the embodiment.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a modification of the fixing / holding means of the pressure sensor in the embodiment.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a modification of the fixing / holding means of the pressure sensor in the embodiment.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a modification of the fixing / holding means of the pressure sensor in the embodiment.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a modification of the fixing / holding means of the pressure sensor in the embodiment.
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a modification of the arrangement configuration of the pressure sensors in the embodiment.
FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing a modification of the arrangement configuration of the pressure sensors in the embodiment.
FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing a modification of the fixing / holding means of the pressure sensor in the embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a ... Combustion chamber, 201 ... Housing, 201e ... Storage part, 202 ... Sheath tube,
203 ... heating coil, 204 ... middle shaft, 300 ... pressure sensor,
401 ... heating member, 404 ... protective pipe.

Claims

A cylindrical housing (201) attached to the internal combustion engine such that one end side is located on the combustion chamber (1a) side of the internal combustion engine;
Pipe members (202, 404) that are held inside the housing such that one end side is exposed from the one end of the housing, and one end side is exposed in the combustion chamber;
A heating member (203, 401) provided in the pipe member and generating heat when energized;
A metal center shaft (204) that is housed in the housing such that a portion protrudes from the other end of the housing and is electrically connected to the heating member;
A combustion pressure sensor (300) for detecting the combustion pressure by transmitting a force acting on the pipe member with the generation of the combustion pressure of the internal combustion engine through the middle shaft;
The inner peripheral surface of the housing and the outer peripheral surface of the pipe member are fixed substantially without a gap on the one end side of the housing,
Combustion said housing portion between the other end side inner circumferential surface and the outer peripheral surface of the center pole of the housing (201e) is formed, at least a portion of the combustion pressure sensor in said housing portion (201e) is located Glow plug with pressure sensor,
A fixed nut (211) screwed to the middle shaft, and an insulating bush (210) disposed between the fixed nut and the combustion pressure sensor,
At least a portion of the combustion pressure sensor is disposed in a circumferentially supported state on the inner peripheral surface of the housing;
The glow plug with a combustion pressure sensor , wherein the combustion pressure sensor is held and fixed between the housing and the fixing nut via the insulating bush .

The hexagonal part (201a) is formed in the outer peripheral surface of the other end side of the housing (201), and the storage part (201e) is located on the inner peripheral side of the hexagonal part. Glow plug with combustion pressure sensor.

By pressing the pipe members (202, 404) into the housing (201), the inner peripheral surface of the housing and the outer peripheral surface of the pipe member are fixed substantially without a gap. A glow plug with a combustion pressure sensor according to claim 1 or 2 .

The outer peripheral surface of said housing said pipe member and the inner circumferential surface of (201) (202,404), by being brazed, claim 1 or 2, characterized in that it is substantially without gap secured A glow plug with a combustion pressure sensor as described in 1.