JPH03159088A - 内燃機関の燃焼光伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車等の内燃機関に用いられる燃焼室内の
燃焼光を燃焼光センサに伝送する燃焼光伝送装置に関す
る。

［従来の技術］ 実開昭６１−１３３９９１号公報においては、スパーク
プラグ内に配置されたガラスロッドとスパークプラグ外
に配置された光ファイバとを結合する光伝送装置が開示
されている。この光伝送装置は、ガラスロッドに光ファ
イバを組付ける際に、光ファイバの端面をガラスロッド
の端面に押圧しながら、光ファイバーの外周に装着され
た係止金具をスパークプラグに形成された係止溝内に嵌
め込むことによって結合している。

［発明が解決しようとする課題］ したがって、前述の従来の光伝送装置においては、光フ
ァイバの端面をガラスロッドの端面に押圧する際に、光
ファイバーの結合側端部に曲げ応力が加わってしまう、
このため、光ファイバーの結合側端部が折損してしまう
可能性があった。

この不具合を解消するため、本願出願人等は、光ファイ
バーの結合側端部の外周に金属管をはめ合わせて、光フ
ァイバーの結合側端部を補強した光伝送装置を考えた。

また、このように光ファイバーの結合側端部の外周に金
属管を容易に嵌め合わす場合には、光フ・ｒイバーの結
合側端部の外周と金属管の内周との間に若干の隙間が必
要である。

このため、この光伝送装置を内燃機関に組付けた場合に
は、内燃機関の運転時の振動により光ファイバーの結合
側端部が金属管内部で振動する可能性がある。このよう
に、光ファイバーの結合側端部が金属管内部で振動する
と、光ファイバーの結合側端部の外周が金属管の内周に
衝突することによって、光ファイバーが折損してしまう
という可能性があった。

本発明は、光ファイバーの折損を防止する内燃機関の燃
焼光伝送装置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の内燃機関の燃焼光伝送装置は、内燃機関に用い
られるスパークプラグ内に配設され、−端面が前記内燃
機関の燃焼室内に臨み、前記一端面から受光した前記燃
焼室内の燃焼光を他端面から放光する光導体と、前記ス
パークグラブ外に配設され、結合側端面が前記光導体の
他端面に結合され、前記光導体から導かれた前記燃焼光
を伝送する光ファイバーと、前記光ファイバーの結合側
端部の外周に嵌め合わされ、前記光ファイバーの結合側
端部を補強する硬質の管状部材と、前記光ファイバーの
結合側端部の外周と前記管状部材の内周との間に配設さ
れ、前記光ファイバーと前記管状部材との衝突をやわら
げるＭ部材とを備えている。

［作用コ 光ファイバーの結合側端部の外周に嵌め合わされた硬質
の管状部材によって、光導体の他端面に光ファイバーの
結合側端面を結合する際に加わる曲げ応力を軽減して、
光ファイバーの結合側端面の折損を防ぐ。

そして、光ファイバーの結合側端部の外周と管状部材の
内周との間に配設された緩衝材によって、内燃機関の運
転時の振動が管状部材に伝達されても、この振動を減衰
して光ファイバーに伝達させることにより、管状部材内
における光ファイバーの結合側端部の振動を軽減する。

また、たとえ内燃機関の運転時の振動により光ファイバ
ーの結合側端部が管状部材内で振動した場合でも、光フ
ァイバーの結合側端部の外周と金属管の内周との衝突を
やわらげることによって光ファイバーの折損が防がれる
。

［発明の効果］ 光ファイバーの折損を防止することができるので、内燃
機関の運転時の振動に対する燃焼光伝送装置の信頼性を
向上できる。

［実施例］ 本発明の内燃機関の燃焼光伝送装置を図に示す実施例に
基づき説明する。

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例を示す。第１
図は内燃機関の燃焼光伝送装置の主要部を示し、第２図
は自動車等の内燃機関に用いられるスパークプラグを示
し、第３図および第４図はこのスパークプラグに組み込
まれた燃焼光伝送装置を示す。

このスパークプラグ１は、筒状絶縁体２、および該絶縁
体２に保持された管状中心電極３を備えている。そして
、このスパークプラグに組み込まれた燃焼光伝送装置Ａ
は、中心電極３に保持された光導体４、該光導体４に結
合される光ファイバー５、および中心電極３に高電圧を
供給する中心電極３に高電圧を供給する管状ターミナル
を兼ねた光コネクタ６を備えている。

なお、１１は中心電極３の先端面との間にギャップを形
成する外側電極である。１２は絶縁体２の外周に固定さ
れた取付金具である。この取付金具１２は、先端面に外
側電極１１が溶接等の接合方法により接合され、外周に
内燃機関に取り付けるための取付用ねじ部１３が形成さ
れている。

絶縁体２は、アルミナまたは窒化アルミニウム製で、先
端２１および後端２２で開口している軸方向の軸孔２３
を有する。また、絶縁体２は、内燃機関の燃焼室（図示
せず）内に突出される脚長部２４から燃焼室外に配され
る後端側部２５に亘って中心電極３が挿通されている。

そして、脚長部２４の軸孔２３内には、中心電極３が嵌
め込まれている。さらに、後端側部２５の軸孔２３内に
は、光コネクタ６を締結するための内周ねじ２６が形成
されている。なお、後端側部２５の軸孔２３内周と光コ
ネクタ６との間は、セメントシールやガラスシールが施
されて接合されている。

中心型ＩＩｉ！３は、ニッケル合金などの耐熱性金属製
で、先端面３１が絶縁体２の先端２１より突出し、且つ
後端面３２が絶縁体２の後端２２より突出した状態で、
絶縁体２の軸孔２３内に嵌め込まれて絶縁体２に保持さ
れている。また、中心電極３は、後端面３２が光コネク
タ６の後端より引っ込んだ状態で、光コネクタ６内に嵌
め込まれて光コネクタ６に保持されている。そして、中
心電極３は、先端面３１および後端面３２で開口してい
る軸方向の内孔３３を有する。この内孔３３の内部には
、光導体４が嵌め込まれている。

光導体４は、サファイアガラス等の透光性セラミック製
で細い棒状を呈する。この光導体４は、一端面が内燃機
関の燃焼室に臨む受光面４１とされ、他端面が光ファイ
バー５に向かって燃焼光を放光する放光面４２とされて
いる。光導体４は、中心電極３の内孔３３内に嵌め込ん
で、中心電極３と光導体４との間に配設される耐熱性セ
メントまたはガラスシールなどを利用して中心電極３に
固着されている。そして、受光面４１は中心電極３の先
端面３１と面一とされ、放光面４２は中心電極３の後端
面３２と面一　とされている、　光ファイバー５は、可
撓性の石英ガラス製で、高屈折率のコア、および該コア
の周囲を取り囲んだ低屈折率のクラッドを有し、光導体
４から伝送された燃焼光を光電変換素子（フォトダイオ
ード、フォトトランジスタ）等からなる燃焼光センサ（
図示せず）に導くものである。燃焼光センサは、燃焼室
内の燃焼光を検出することによって、燃料と空気との混
合気の失火を判別する。

また、光ファイバー５の結合側端部の外周には、ステン
レス製の補強管５１が緩やかに嵌め合わされている。

補強管５１は、本発明の硬質の管状部材であって、光フ
ァイバー５の結合側端部が光導体４に同軸的に配置され
るように案内するガイドとして働くとともに、光導体４
との結合の際に加わる曲げ応力から光ファイバー５の結
合側端部を保護するための補強部材として働く。

また、光ファイバー５と補強管５１との空隙には、光フ
ァイバー５の結合側端部の外周と補強管５１の内周との
衝突を緩和するポリフッ化エチレン、シリコンゴムなど
の緩衝材５２が配設されている。この緩衝材５２は、補
強管５１に伝達される内燃機関の運転時の振動を減衰し
て光ファイバー５の結合側端部に伝達する。

そして、光ファイバー５の一端側は、光コネクタ６内に
補強管５１とともに差し込まれて一端面が光導体４の放
光面４２に結合される。

光コネクタ６は、後端側が絶縁体２の後端２２より突出
した状態で、後端側部２５の軸孔２３内に嵌め込まれて
絶縁体２に保持されている。この光コネクタ６は、軸穴
６１と鍔部６５を介して、雄ねじ６２、および外周ねじ
６３を有する。

軸穴６１は、内部に中心電極３を中間底めにより嵌め合
わせることによって中心電極３と光コネクタ６とを電気
的に接続する端子部として働く、また、軸穴６１は、内
部で光導体４の放光面４２と光ファイバー５の一端面と
を同軸上、に結合させるコネクタ部として働く。

雄ねじ６２の図示下端には、光コネクタ８を係止するテ
ーパ部６４が形成されている。

外周ねじ６３は、絶縁体２の後端側部２５の軸孔２３内
に形成された内周ねじ２６に螺合して鍔部６５が絶縁体
２の後端に当接する。このため、光コネクタ６は、絶縁
体２にねじ込まれて固着される。

また、光コネクタ６は、高圧ケーブル７内の芯線７１と
導電性金属製のカプラー８．９を介して電気的に接続さ
れている中心電極３と高圧ケーブル７内の芯線７１とを
電気的に接続して、中心電極３に高電圧を供給するもの
である。

高圧ケーブル７は、合成ゴム等からなる絶縁体であって
、内部に芯線７１とともに光ファイバー５が挿通されて
いる。このように、本実施例では、光ファイバー５が高
圧ケーブル７内に一体的に収められているので、狭いス
ペースでも組付作業が非常に容易となるとともに、装名
性が非常に優れる。また、光ファイバー５を高圧ケーブ
ル７と同一の軸方向に取出しているので、光ファイバー
５と高圧ケーブル７とが従来のスパークプラグのように
絶縁体２の径方向および軸方向に光ファイバー５または
高圧ケーブル７が突出された構造となっていないので、
非常にコンパクトなスパークプラグ１および燃焼光伝送
装ＺＡを提供することができる。

芯線７１は、カシメリング７２をかしめることによって
光コネクタ９と接続されている。７３はシリコンゴム製
のゴムキャップである。このゴムキャップ７３には、光
コネクタ９の軸方向の移動を規制する内周溝７４が形成
されている。

カプラ〜８．９は、軸方向に形成された軸穴８１．９１
内に光ファイバー５の一端側および補強管５１を差し込
んで光ファイバー５を保持している。

カプラー８の先端側には、光コネクタ６の外周に形成さ
れた縫ねじ６２のテーバ部６４を係止するコイルスプリ
ングまたは板ばね等の係止具８２、および光コネクタ６
の後端側部分を嵌め込むための嵌込穴８３が形成されて
いる。

カプラー９の軸穴９１には、補強管５１の図示上方への
移動を規制するように補強管５１の後端を係止する段部
９２が形成されている。さらに、力１ラー９の先端側に
は、カプラー８の後端側部分を嵌め込むための嵌込穴９
３が形成されている。

つぎに、光コネクタ６への中心電極３、光導体４、光フ
ァイバー５および高圧ケーブル１の組付・け方法を第１
図ないし第３図に基づき説明する。

軸穴６１内に中心電極３を中間液めにより嵌め合わせる
ことによって、中心電極３が光コネクタ６に保持される
。同時に、中心型８ｉ！３と光コネクタ６とが導通され
る。また、中心電極３の内孔３３内には、光導体４が嵌
め込まれているので、光導体４の軸心が光コネクタ６の
軸穴６１の軸心と同軸上に位置決めされる。なお、中心
電極３の後端面３２および光導体４の放光面４２の位置
は、光コネクタ６のテーバ部６４の位置より図示上方に
位置するように配置される。

−・方、カプラー９と高圧ケーブル７の芯線１１とがカ
シメリング１２をかしめることによって、高圧ケーブル
７とカプラー９とが導通される。そして、カプラー９の
嵌込穴９３内に力１ラー８の後端側部分を嵌め込むこと
によって、カプラー８とカプラー９とが導通される。

また、光ファイバー５および補強管５１の・一端側がカ
プラー８の軸穴８１より突出して嵌込穴８３内に位置す
るように、光ファイバー５および補強管５１をカプラー
８．９の軸穴８１．９１内に嵌め込むことによって、光
ファイバー５および補強管５１がカプラー８．９に保持
される。このとき、補強管５１の後端は、カプラー９の
段部９２に図示上方への移動規制されている。

前述のように組付けることによって、光ファイバー５の
一端側部分、補強管５１、高圧ケーブル７の端末、およ
びカプラー８．９からなる組付体が形成される。

この組付体を光コネクタ６に組付ける際には、カプラー
８の嵌込穴８３内に突設されている補強管５１の一端側
の外周を軸穴６１の内周壁に沿って軸穴６１内に差し込
んでいく、そして、カプラー８のコイルスプリングまた
は板ばねによる係止具８２が光コネクタ６のテーパ部６
４を越えると、光ファイバー５の一端面が光導体４の放
光面４２に押圧されて、光ファイバー５の結合側端部に
大きな曲げ応力が加わる。しかるに、補強管５１により
光ファイバー５の結合側端部が補強されているので、光
ファイバー５の結合側端部に加わる大きな曲げ応力が軽
減される。このため、光ファイバー５の結合側端部の折
損を確実に防止できる。

そして、前述のように光コネクタ６のテーパ部６４の位
置より図示上方に中心電極３の後端面３２および光導体
４の放光面４２が位置するので、光ファイバー５の弾性
力により組付体を図示上、方に押し上げることによって
、カプラー８の係止具８２が光コネクタ６の雄ねじ６２
のテーパ部６４に係止される。

同時に、光コネクタ６の雄ねじ６２がカプラー８の嵌込
穴８３内に嵌め込まれることによって、光コネクタ６と
カプラー８とが導通される。このため、中心電極３と高
圧ケーブル７の芯線７１とが光コネクタ６、カプラー８
．９およびカシメリング７２を介して導通される。

また、前述のように補強管５１の後端がカプラー９の段
部９２に図示上方への移動規制され、月つ補強管５１の
先端が中心電ｉ３の後端面３２に図示下方への移動が規
制されている。そして、補強管５１は、光コネクタ６の
軸穴６１内に嵌め込まれている。このため、光コネクタ
６の軸穴６１と同軸上に位置するとともに、補強管５１
の軸方向の移動が規制される。よって、補強管５１内の
光ファイバー５は、光コネクタ６の軸穴６１と同軸上に
位置し、しかも補強管５１が光導体４の放光面４２から
離間することはない（スナップイン方式）。

したがって、光導体４の軸心と光ファイバー５の軸心と
がほぼ同軸上に位置することによって、光導体４の放光
面４２と光ファイバー５の一端面とがほぼ同軸上に結合
する。このように、光導体４と光ファイバー５とを光コ
ネクタ６に容易に組付けることができるので、組付けが
簡易となり組付作業性を向上できる。

なお、光コネクタ６の軸穴６１は、中心電極３に高電圧
を供給する端子部として働くとともに、光導体４の軸心
と光ファイバー５の軸心とを同軸上で結合するコネクタ
部としても働く、このため、ターミナルとコネクタとを
別部材により構成した従来プラグと比較してターミナル
周辺の構造が簡易となるので生産性を向上できる。

本実施例のスパークプラグ１の伴動を第１図ないし第４
図に基づき左明する。

内燃機関の燃焼室内に燃料と空気との混合気が供給され
ると、高圧ケーブル７がらカプラー８．９、光コネクタ
６を経て中心電極３に高電圧が印加される。中心電極３
に高電圧が印加されると、中心電極３の先端面３１と外
側電極１１との間に形成されるギャップに火花放電が生
起して、燃焼室内の混合気が着火する。そして、混合気
の燃焼による燃焼光は、光導体４の受光面４１で受光し
て、光導体４の放光面４２から光ファイバー５に放光さ
れる。そして、光ファイバーは、光導体４から導かれた
燃焼光を燃焼光センサに伝送する。

一方、内燃機関の運転中には、スパークプラグ１が内燃
機関に取付けられているので、取付金具１２、絶縁体２
、光コネクタ６を経て補強管５１に内燃機関の振動が伝
達されてくる。このとき、補強管５１内の緩衝材５２は
、補強管５１に伝達された内燃機関の振動を減衰して光
ファイバー５の結合側端部に伝達させることにより、補
強管５１内で光ファイバー５の結合側端部が振動するこ
とを抑制する。

このため、振動によって光ファイバー５の結合側端部に
大きな曲げ応力が加わって折損することを防止できる。

また、緩衝材５２によって、光ファイバー５の結合側端
部が補強管５１内で振動した場合でも、光ファイバー５
の結合側端部の外周が補強管５１の内周に衝突すること
による、光ファイバー５の結合側端部が受ける衝撃を軽
減して、光ファイバー５の結合側端部の折損を防ぐ。

さらに、前述のように光導体４と光ファイバ５とを結合
するコネクタを兼ねた光コネクタ６によって、光導体４
と光ファイバー５とがほぼ同軸上に結合している。この
ため、光導体４の放光面４２の軸心と光ファイバー５の
一端面の軸心とが振動によってずれることを防止できる
。

したがって、光導体４の放光面４２と光ファイバー５の
一端面との間の位置ずれや、光ファイバー５の結合側端
部の折損等の要因による、光導体４の放光面４２から光
ファイバー５の外部に燃焼光漏れを軽減できる。このた
め、光導体４から光ファイバー５に伝送される燃焼光の
伝送損失を軽減することができる。よって、内燃機関の
運転時の振動に対する燃焼光伝送装置Ａの信頼性を著し
く向上することができる。

第５図および第６図は本発明の第２実施例を示す。

本実施例では、高圧ケーブル７の外周側面に光ファイバ
ー５を配置して、光ファイバー５を高圧ケーブル７とほ
ぼ同一の軸方向に取出している。

こ□のように配置しても、光ファイバー５と高圧ケーブ
ル７とが従来のスパークプラグのように絶′縁体２の径
方向および軸方向に光ファイバー５または高圧ケーブル
７が突出されたｔｉｌｌ造となっていないので、非常に
コンパクトなスパーク１ラグ１および燃焼光伝送装置Ａ
を提供することができる。

（変形例） 本実施例では、中心電極の内孔の内部に光導体を嵌め込
んで、光導体の外周を中心電極で覆ったが、光導体の外
周に導電性の金属被）Ｐｉ（中心電極〉を付着させて光
導体の外周を覆うように中心電極を配設しても良い。

本実施例では、中心電極とターミナルとを別途形成した
が、中心電極とターミナルとを一体的に形成しても良い
。

本実施例では、光導体としてサファイアガラスを使用し
たが、光導体として石英ガラスなどの種々の透光性セラ
ミックを使用しても良い。

本実施例では、ターミナルと光ファイバとの結合をコイ
ルスプリングまたは板ばね等の係止具によるスナップイ
ン方式を使用して行ったが、ターミナルと光ファイバと
の結合をバヨネットロック方式、またはねじロック方式
等を使用して行っても良い、バヨネットロック方式とは
、光ファイバーを半周稈回転させてターミナルの細大内
に位置決めする方法である。ねじロック方式とは、ター
ミナルに外周ねじを形成し、力１ラーの細大内に内周ね
じを形成して、カプラーをターミナルにねじ込むことに
より、光ファイバーをターミナルの細大内に位置決めす
る方法である。

本実施例では、硬質の管状部材として、ステンレス製の
補強管を用いたが、他の硬質の金属やセラミック等の管
状部材を用いても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例を示す、第１
図は内燃機関の燃焼光伝送装置の主要部を示す断面図、
第２図は内燃機関用スパーク１ラグを示す断面図、第３
図は光導体と光ファイバーとの結合部を示す断面図、第
４図は第３図のＢ−Ｂ断面図である。 第５図および第６図は本発明の第２実施例を示す、第５
図は光導体と光ファイバーとの結合部を示す断面図、第
６図は第５図のＣ−Ｃ断面図である。 図中

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）（ａ）内燃機関に用いられるスパークプラグ内に配
   設され、一端面が前記内燃機関の燃焼室内に臨み、前記
   一端面から受光した前記燃焼室内の燃焼光を他端面から
   放光する光導体と、 （ｂ）前記スパークプラグ外に配設され、結合側端面が
   前記光導体の他端面に結合され、前記光導体から導かれ
   た前記燃焼光を伝送する光ファイバーと、 （ｃ）前記光ファイバーの結合側端部の外周に嵌め合わ
   され、前記光ファイバーの結合側端部を補強する硬質の
   管状部材と、 （ｄ）前記光ファイバーの結合側端部の外周と前記管状
   部材の内周との間に配設され、前記光ファイバーと前記
   管状部材との衝突をやわらげる緩衝材と を備えた内燃機関の燃焼光伝送装置。