DE19903224A1

DE19903224A1 - Detector for ion current generated by combustion ions

Info

Publication number: DE19903224A1
Application number: DE1999103224
Authority: DE
Inventors: Tohru Yoshinaga; Tokio Kohama; Hiroshi Yorita; Masaki Takeyama; Masatoshi Ikeda; Takehiko Kato
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 1999-08-05
Also published as: JP3864532B2; JPH11210610A

Abstract

An ion current detector for detecting an ion current generated by combustion ions which are created by the application of a voltage has a positive electrode (2,3) and a negative electrode. The latter is located so that it lies opposite the positive electrode with a gap (9) between them so as to generate the combustion ions in this gap by the application of a voltage between the electrodes. The negative electrode comprises a semiconducting component (21) to generate a free electron coupled to the combustion ions when a voltage is applied between the electrodes. The semiconducting component is located on an outer surface of the electrode.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ionenstromdetektor zur Erfassung eines Ionenstromes, der durch Verbrennungsionen erzeugt wird, die aufgrund einer Verbrennung entstehen. Vorzugsweise wird die vorliegende Erfindung an einer Ionenstromerfassungszündkerze zur Erfassung eines Verbrennungszustandes eines Verbrennungsmotors angewandt.The present invention relates to a Ion current detector for the detection of an ion current through Combustion ions are generated due to combustion arise. The present invention is preferred an ion current detection spark plug for detecting a Combustion state of an internal combustion engine applied.

Ein herkömmlicher Ionenstromdetektor wird dazu verwendet, einen Ionenstrom zu messen, der aufgrund einer Verbrennung erzeugt wird, und, um einen Verbrennungszustand eines Verbrennungsmotors zu erfassen, wir beispielsweise eine Zufallsverbrennung, eine Vorzündung und ein Klopfen. Der Ionenstromdetektor hat ein Paar Elektroden, d. h. positive und negative Elektroden, die mit einem Spalt dazwischen angeordnet sind und sich einander gegenüberliegen. Der Ionenstromdetektor erfaßt einen Ionenstrom, der durch Verbrennungsionen zwischen den zwei Elektroden erzeugt wird, wenn eine Spannung zwischen den zwei Elektroden angelegt wird. Eine Art eines bekannten Ionenstromdetektors ist eine Ionenstromerfassungszündkerze.A conventional ion current detector is used to to measure an ion current due to combustion is generated and to a combustion state of a To detect internal combustion engine, for example one Random combustion, pre-ignition and knock. Of the Ion current detector has a pair of electrodes, i. H. positive and negative electrodes arranged with a gap between them are and face each other. The ion current detector detects an ion current caused by combustion ions between the two electrodes is generated when a voltage between the two electrodes is applied. Kind of a well-known Ion current detector is an ion current detection spark plug.

Die Ionenstromerfassungszündkerze hat eine Mittelelektrode und eine Erdungselektrode als Elektrodenpaar. Wenn die Funkenentladung an einem Zündspalt ausgeführt wird, der zwischen der Mittel- und der Erdungselektrode ausgebildet ist, werden brennbare Gase oder dergleichen am Zündspalt verbrannt, wodurch Verbrennungsionen erzeugt werden. Wenn zwischen der Mittel- und der Erdungselektrode vor oder nach der Funkenentladung eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung angelegt wird (kapazitive Entladung und Induktionsentladung), wird durch die Verbrennungsionen ein Ionenstrom erzeugt und fließt durch den Zündspalt, um durch den Ionenstromdetektor gemessen zu werden. Folglich wird der Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors erfaßt. The ion current detection spark plug has a center electrode and a grounding electrode as a pair of electrodes. If the Spark discharge is carried out at an ignition gap that is formed between the center and the ground electrode, combustible gases or the like are burned at the ignition gap, thereby generating combustion ions. If between the Middle and ground electrodes before or after the Spark discharge a DC voltage or an AC voltage is applied (capacitive discharge and induction discharge), an ion current is generated by the combustion ions and flows through the ignition gap to through the ion current detector to be measured. As a result, the combustion state of the Internal combustion engine detected.

Jedoch ist ein Ausgangsniveau des Ionenstromes, der durch die Ionenstromerfassungszündkerze erfaßt wird, relativ gering und liegt bei ein paar µA. Ferner kann der Ionenstromausgang aus der Zündkerze ein Rauschen aufweisen, das durch andere elektrische Ausstattungen erzeugt wird, da die Zündkerze am Motor befestigt ist. Deshalb ist es erforderlich, ein Rauschen von dem Ionenstrom zu unterscheiden und nur den Ionenstrom herauszunehmen, so daß der Ionenstrom korrekt erfaßt wird. Dies erfordert viele Verfahren wie eine Begrenzung eines Erfassungsgenauigkeitssteuerbereiches des Ionenstromdetektors zur Unterscheidung zwischen dem Ionenstrom und Rauschen, einer Rauscheliminierung durch Signalverarbeitung usw. Folglich kann sich die Erfassungsgenauigkeit des Ionenstromdetektors verschlechtern und eine Größe einer Signalverarbeitungsschaltung kann groß werden, was zu hohen Produktionskosten führt. Somit wird eine Zunahme der Ionenstromausgangsleistung des Ionenstromdetektors stark gewünscht.However, an initial level of ion current is caused by the Ion current detection spark plug is detected, relatively low and is a few µA. Furthermore, the ion current output can be off the spark plug has a noise caused by others electrical equipment is generated because the spark plug on Engine is attached. Therefore it is necessary to have a noise to be distinguished from the ion current and only the ion current out so that the ion current is correctly detected. This requires many procedures such as limiting one Detection accuracy control range of the ion current detector to distinguish between the ion current and noise, one Noise elimination through signal processing, etc. Consequently the detection accuracy of the ion current detector deteriorate and a size one Signal processing circuit can get large, resulting in high Production costs leads. Thus, an increase in Ion current output power of the ion current detector strong wanted.

Es wird ferner gewünscht, die Ionenstromausgangsleistung eines anderen Ionenstromdetektors zu vergrößern, wie beispielsweise einer Ionenstromerfassungssonde zur Erfassung eines Verbrennungszustandes einer allgemeinen Brennkammer wie eines Boilers und eines Gas-Badheizgerätes, um eine Erfassungsgenauigkeit bei dem Erfassung einer Zufallsverbrennung oder dergleichen zu verbessern.It is also desirable to increase the ion current output power other ion current detectors, such as an ion current detection probe for detecting a Combustion condition of a general combustion chamber such as one Boilers and a gas bath heater to a Accuracy of capture when capturing a Random combustion or the like to improve.

Die vorliegende Erfindung wurde im Lichte des vorgenannten Problemes getätigt und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ionenstromdetektor zur Erfassung eines Ionenstromes, der durch Verbrennungsionen erzeugt wird, die durch Verbrennung erzeugt werden, zu schaffen, bei dem eine Ionenstromausgangsleistung vergrößert ist.The present invention has been made in light of the foregoing Problem is done and it is a task of the present Invention, an ion current detector for detecting a Ion current generated by combustion ions, the generated by combustion, creating one Ion current output power is increased.

Gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein Ionenstromdetektor eine Zündkerze zur Durchführung einer Funkenentladung. Die Zündkerze hat positive und negative Elektroden, die mit einem Zündspalt dazwischen angeordnet sind und sich einander gegenüberliegen. Wenn eine Spannung zwischen den positiven und den negativen Elektroden angelegt wird, erzeugen Verbrennungsionen in dem Zündspalt einen Ionenstrom, der von dem Ionenstromdetektor erfaßt werden soll. Zumindest ein Teil der negativen Elektrode ist aus einem Halbleiterbauteil hergestellt. Das Halbleiterbauteil entlädt freie Elektronen, die mit Verbrennungsionen kombiniert werden sollen, wenn eine Spannung zwischen den positiven und negativen Elektroden angelegt wird. Deshalb nimmt eine Anzahl an freien Elektronen, die mit den Verbrennungsionen kombiniert werden sollen, in dem Zündspalt zu, wodurch ein Ionenstrom zunimmt, der zwischen den positiven und negativen Elektroden fließt. Folglich nimmt eine Ionenstromausgangsleistung des Ionenstromdetektors zu, wodurch eine Erfassungsgenauigkeit des Ionenstromdetektors verbessert wird.According to the present invention has an ion current detector a spark plug to carry out a spark discharge. The Spark plug has positive and negative electrodes that match one Ignition gap are arranged in between and each other opposite. If there is a tension between the positive and applied to the negative electrodes Combustion ions in the ignition gap have an ion current of the ion current detector is to be detected. At least part of it the negative electrode is made of a semiconductor device manufactured. The semiconductor device discharges free electrons, which should be combined with combustion ions if one Voltage between the positive and negative electrodes is created. Therefore, a number of free electrons to be combined with the combustion ions in the Ignition gap, whereby an ion current increases, which between the positive and negative electrodes flows. Hence one takes Ion current output power of the ion current detector increases, whereby improves detection accuracy of the ion current detector becomes.

Das Halbleiterbauteil ist vorzugsweise auf einer äußeren Oberfläche der negativen Elektrode angeordnet, und zwar in einer solchen Art und Weise, daß das Halbleiterbauteil der positiven Elektrode gegenüberliegt.The semiconductor component is preferably on an outer Arranged surface of the negative electrode, namely in such a way that the semiconductor device of opposite positive electrode.

Brief description of the drawings

Zusätzliche Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen leichter verstanden.Additional objects and advantages of the present invention are described in the following detailed description of preferred embodiments with reference to the attached drawings easier to understand.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die einen Ionenstromdetektor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 1 is a schematic view showing an ion current detector according to a first embodiment of the present invention.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Seitenansicht, die einen Zündungsteil des Ionenstromdetektors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. Fig. 2 is an enlarged side view showing an ignition portion of the ion current detector according to the first embodiment.

Fig. 3 ist ein Graph, der einen Vergleich zwischen Ionenstromausgangsleistungen des Ionenstromdetektors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und einem herkömmlichen Ionenstromdetektor zeigt. Fig. 3 is a graph showing a comparison between ion current output power of the ion current detector according to the first embodiment and a conventional ion current detector.

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht, die einen Ionenstromdetektor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 4 is a schematic view showing an ion current detector according to a second embodiment of the present invention.

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht, die einen Ionenstromdetektor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 5 is a schematic view showing an ion current detector according to a third embodiment of the present invention.

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, die einen Ionenstromdetektor gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 6 is a schematic view showing an ion current detector according to a fourth embodiment of the present invention.

Fig. 7 ist eine schematische Ansicht, die einen Ionenstromdetektor in einer Querschnittansicht zeigt, in der eine Glühkerze des Ionenstromdetektors gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu sehen ist. Fig. 7 is a schematic view showing an ion current detector in a cross-sectional view of a glow plug in the ion current detector is to be seen according to a fifth embodiment of the present invention.

Fig. 8 ist eine schematische Ansicht, die einen Ionenstromdetektor gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 8 is a schematic view showing an ion current detector according to a sixth embodiment of the present invention.

Fig. 9 ist ein Graph, der einen Vergleich zwischen Ionenstromausgangsleistungen des Ionenstromdetektors gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel, dem Ionenstromdetektor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und einem herkömmlichen Ionenstromdetektor zeigt. Fig. 9 is a graph showing a comparison between ion current output power of the ion current detector according to the sixth embodiment, the ion current detector according to the first embodiment and a conventional ion current detector.

Fig. 10 ist eine schematische Ansicht, die einen Ionenstromdetektor gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 10 is a schematic view showing an ion current detector according to a seventh embodiment of the present invention.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im nachfolgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.Embodiments of the present invention are in the following with reference to the accompanying drawings described.

First embodiment

Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird an einer Zündkerze für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeuges angewandt. Ein Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors wird durch einen Ionenstromdetektor erfaßt, indem ein Ionenstrom erfaßt wird, der während der Verbrennung mit der Zündkerze erzeugt wird. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, hat ein Ionenstromdetektor K1 einen Ionenstromerfassungszündkerze 1 (im nachfolgenden wird darauf als Zündkerze Bezug genommen) und eine Steuereinheit A10, die elektrisch mit der Zündkerze 1 verbunden ist. Eine Verbrennungskammer 2 ist in einem (nicht gezeigten) Zylinderblock des Verbrennungsmotors ausgebildet. Ein Kraftstoff-Luftgemisch wird in die Verbrennungskammer 2 eingeführt und darin verbrannt. Ein Kolben 3 ist im Inneren der Verbrennungskammer 2 angeordnet. Der Kolben 3 bewegt sich in der Verbrennungskammer 2 so hin und her, daß das Kraftstoff-Luftgemisch in die Verbrennungskammer eingesaugt wird, um komprimiert und verbrannt zu werden, und aus der Verbrennungskammer 2 ausgestoßen wird. Der Zylinderblock und der Kolben 3 sind aus Metall wie beispielsweise Aluminium, eine Aluminiumlegierung und Gußeisen hergestellt.A first embodiment of the present invention is applied to a spark plug for an internal combustion engine of a vehicle. A combustion state of the internal combustion engine is detected by an ion current detector by detecting an ion current generated with the spark plug during the combustion. As shown in FIG. 1, an ion current detector K1 has an ion current detection spark plug 1 (hereinafter referred to as a spark plug) and a control unit A10 which is electrically connected to the spark plug 1 . A combustion chamber 2 is formed in a cylinder block (not shown) of the internal combustion engine. A fuel-air mixture is introduced into the combustion chamber 2 and burned therein. A piston 3 is arranged inside the combustion chamber 2 . The piston 3 reciprocates in the combustion chamber 2 so that the air-fuel mixture is sucked into the combustion chamber to be compressed and burned, and is discharged from the combustion chamber 2 . The cylinder block and the piston 3 are made of metal such as aluminum, an aluminum alloy and cast iron.

Die Zündkerze 1 hat eine zylindrische Metallhülle 4, die ein (nicht gezeigtes) Gewinde auf ihrer äußeren zylindrischen Oberfläche hat. Die Metallhülle 4 wird in eine mit einem Gewinde versehene Bohrung eingeschraubt, die in dem Zylinderblock ausgebildet ist, so daß die Zündkerze 1 abnehmbar an dem Zylinderblock befestigt werden kann. Die Zündkerze 1 liegt im Inneren der Verbrennungskammer 2 durch einen Endabschnitt 4a der Hülle 4 bloß. In Fig. 1 sind die Zündkerze 1 und der Kolben 3 in einer äußeren Darstellung gezeigt und die Verbrennungskammer 2 wird durch eine perspektivische Ansicht gezeigt.The spark plug 1 has a cylindrical metal sheath 4 which has a thread (not shown) on its outer cylindrical surface. The metal shell 4 is screwed into a threaded bore formed in the cylinder block so that the spark plug 1 can be detachably attached to the cylinder block. The spark plug 1 is inside the combustion chamber 2 through an end portion 4 a of the shell 4 bare. In Fig. 1, the spark plug 1 and the piston 3 are shown in an external representation and the combustion chamber 2 is shown by a perspective view.

Ein zylindrisches Isolationsporzellan 5 ist ins Innere der Hülle 4 eingesetzt und eine Mittelelektrode 6 und ein Anschluß 7 sind in das Isolationsporzellan 5 eingesetzt. Endabschnitte 5a, 5b des Isolationsporzellans erstrecken sich jeweils von den Endabschnitten 4a, 4b der Hülle 4, um frei zu liegen. Ferner erstreckt sich ein Ende der Mittelelektrode 6 von dem Endabschnitt 5a des Isolationsporzellans 5, um frei zu liegen, und ein Ende des Anschlusses 7 erstreckt sich von dem Endabschnitt 5b des Isolationsporzellans 5, um frei zu liegen. Die Mittelelektrode 6 und der Anschluß 7 sind im Inneren des Isolationsporzellans miteinander elektrisch verbunden.A cylindrical insulating porcelain 5 is inserted into the interior of the shell 4 and a central electrode 6 and a connection 7 are inserted into the insulating porcelain 5 . End portions 5 a, 5 b of the insulating porcelain each extend from the end portions 4 a, 4 b of the shell 4 to be exposed. Furthermore, one end of the center electrode 6 extends from the end portion 5 a of the insulating porcelain 5 to be exposed, and one end of the terminal 7 extends from the end portion 5 b of the insulating porcelain 5 to be exposed. The center electrode 6 and the connection 7 are electrically connected to one another in the interior of the insulating porcelain.

Eine L-förmige Erdungselektrode 8, die aus einer Nickel- Chromlegierung (Ni-Cr) hergestellt ist, ist durch Schweißen mit dem Endabschnitt 4a der Hülle 4 verbunden. Die Erdungselektrode 8 und die Mittelelektrode 6 bilden einen Zündteil der Zündkerze 1. Im ersten Ausführungsbeispiel wird die Erdungselektrode 8 geerdet, während eine positive Spannung an die Mittelelektrode 6 angelegt wird, so daß eine Zündung und eine Ionenstromerfassung ausgeführt werden. D.h., die Mittel- und die Erdungselektroden 6, 8 dienen jeweils als positive und negative Elektroden des Ionenstromdetektors K1 und bilden den Zündteil der Zündkerze 1. Die Zündkerze 1 ist so angeordnet, daß der Zündteil der Zündkerze 1 zum Inneren der Verbrennungskammer 2 hin bloßliegt.An L-shaped ground electrode 8 , which is made of a nickel-chromium alloy (Ni-Cr), is connected by welding to the end portion 4 a of the sheath 4 . The ground electrode 8 and the center electrode 6 form an ignition part of the spark plug 1 . In the first embodiment, the ground electrode 8 is grounded while a positive voltage is applied to the center electrode 6 , so that ignition and ion current detection are carried out. That is, the center and ground electrodes 6 , 8 each serve as positive and negative electrodes of the ion current detector K1 and form the ignition part of the spark plug 1 . The spark plug 1 is disposed so that the firing portion of the spark plug 1 is exposed to the inside of the combustion chamber. 2

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, hat die Mittelelektrode 6, die aus einer Ni-Cr-Legierung hergestellt ist, einen Abschnitt mit einem großen Durchmesser 61 und einen Abschnitt mit einem kleinen Durchmesser 62 am Ende der Mittelelektrode 6. Eine Edelmetallspitze 63 ist an einem Ende des Abschnittes mit kleinem Durchmesser 62 durch Schweißen befestigt. Das Ende der Mittelelektrode 6 liegt dem Ende der Erdungselektrode 8 gegenüber, an dem eine Edelmetallspitze 81 durch Schweißen befestigt ist.As shown in FIG. 2, the center electrode 6 made of a Ni-Cr alloy has a large diameter portion 61 and a small diameter portion 62 at the end of the center electrode 6 . A noble metal tip 63 is attached to one end of the small diameter portion 62 by welding. The end of the center electrode 6 is opposite to the end of the ground electrode 8 to which a noble metal tip 81 is fixed by welding.

Die Edelmetallspitzen 63, 81 sind aus einer Platin- Iridiumlegierung (Pt-Ir) hergestellt und sind mit einem Zündspalt 9 (Elektrodenabstand) dazwischen angeordnet, so daß sie sich einander gegenüberliegen. In dem Zündspalt 9 findet eine Funkenentladung zwischen der Edelmetallspitze 63 der Mittelelektrode 6 und der Edelmetallspitze 81 der Erdungselektrode 8 statt, wodurch ein Kraftstoff-Luftgemisch darin entzündet wird. Ferner ist ein Halbleiterbauteil 82, das aus gesintertem Metalloxid wie Kupferoxid (Cu₂O) hergestellt ist, auf einer Oberfläche der Erdungselektrode 8 angeordnet, so daß es der Mittelelektrode 6 gegenüberliegt. Das Halbleiterbauteil 82 kann elektrisch mit der Edelmetallspitze 81 verbunden werden oder es kann nichtelektrisch damit verbunden werden.The noble metal tips 63 , 81 are made of a platinum-iridium alloy (Pt-Ir) and are arranged with an ignition gap 9 (electrode gap) between them, so that they face each other. A spark discharge takes place in the ignition gap 9 between the noble metal tip 63 of the center electrode 6 and the noble metal tip 81 of the grounding electrode 8 , as a result of which a fuel-air mixture is ignited therein. Further, a semiconductor device 82 made of sintered metal oxide such as copper oxide (Cu ₂ O) is arranged on a surface of the ground electrode 8 so that it is opposite to the center electrode 6 . The semiconductor device 82 may be electrically connected to the noble metal tip 81 or it may be non-electrically connected to it.

Das Halbleiterbauteil 82 entlädt freie Elektronen nahe der Oberfläche des Halbleiterbauteils 82, wenn eine Spannung zur Ionenstromerfassung an die Mittel- und Erdungselektroden 6, 8 angelegt wird, wie später beschrieben wird. Das Halbleiterbauteil 82 kann aus einem anderen Metalloxid wie beispielsweise Zinkoxid (ZnO) und Siliziumcarbid (SiC) hergestellt werden. Das Halbleiterbauteil 82 ist auf der Erdungselektrode 8 angeordnet, in dem gesintertes Metalloxid mit der Erdungselektrode 8 verbunden ist, oder indem Metall durch Schweißen oder Aufdampfen und anschließendes Oxidieren auf der Erdungselektrode 8 befestigt wird.The semiconductor device 82 discharges free electrons near the surface of the semiconductor device 82 when a voltage for ion current detection is applied to the center and ground electrodes 6 , 8 , as will be described later. The semiconductor device 82 can be made of another metal oxide such as zinc oxide (ZnO) and silicon carbide (SiC). The semiconductor device 82 is arranged on the ground electrode 8 , in which sintered metal oxide is connected to the ground electrode 8 , or in that metal is attached to the ground electrode 8 by welding or vapor deposition and subsequent oxidation.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 erstreckt sich das Ende des Anschlusses 7 aus dem Endabschnitt 5b des Isolationsporzellans 5, um außerhalb der Verbrennungskammer 2 frei zu liegen und ist elektrisch mit der Steuereinheit A10 verbunden. Die Steuereinheit A10 wird verwendet, um eine Spannung an die Mittel- und Erdungselektroden 6, 8 anzulegen, so daß eine Zündung oder eine Ionenstromerfassung durchgeführt wird, um einen Ionenstrom zu erfassen. Die Steuereinheit A10 besteht aus einem Zündschaltkreis A0, der mit dem Anschluß 7 verbunden ist, einer Spannungsanlageeinheit A1, die mit der Sekundärwicklung des Zündkreises A0 verbunden ist, und eine Ionenstromerfassungseinheit A2, die mit der Spannungsanlageeinheit A1 verbunden ist.Referring to FIG. 1, the end of the terminal 7 from the end portion 5 extends b of the insulation porcelain 5, to be exposed outside the combustion chamber 2 and is electrically connected to the control unit A10. The control unit A10 is used to apply a voltage to the center and ground electrodes 6 , 8 so that ignition or ion current detection is performed to detect an ion current. The control unit A10 consists of an ignition circuit A0, which is connected to the terminal 7 , a voltage system unit A1, which is connected to the secondary winding of the ignition circuit A0, and an ion current detection unit A2, which is connected to the voltage system unit A1.

Der Zünschaltkreis A0 hat eine Zündspule, die aus Primär- und Sekundärwicklungen hergestellt ist, einen Leistungstransistor und eine Batterie (nicht gezeigt). Der Zündschaltkreis A0 legt eine Spannung an die Mittelelektrode 6 an, so daß eine Funkenentladung in dem Zündspalt 9 erzeugt wird. Folglich wird das Kraftstoff-Luftgemisch in der Verbrennungskammer 2 entzündet. Die Spannungsanlageeinheit Al hat eine Gleichstrombatterie (nicht gezeigt) oder dergleichen und legt eine Spannung (beispielsweise eine Gleichspannung) an die Sekundärwicklung des Zündschaltkreises A0 an, bevor oder nachdem die Funkenentladung stattgefunden hat. Die Ionenstromerfassungseinheit A2 hat einen Widerstand R1 und einen Ionenstromverarbeitungsschaltkreis A21, der mit einem Computer oder dergleichen versehen ist. Eine Spannung des Widerstandes R1 wird durch den Ionenstromverarbeitungsschaltkreis A21 in einen Strom umgewandelt und durch die Ionenstromerfassungseinheit A2 erfaßt. Somit kann ein aufgrund der Verbrennung durch die Zündkerze 1 erzeugter Ionenstrom mittels der Ionenstromerfassungseinheit A2 erfaßt werden.The target circuit A0 has an ignition coil made of primary and secondary windings, a power transistor and a battery (not shown). The ignition circuit A0 applies a voltage to the center electrode 6 , so that a spark discharge is generated in the ignition gap 9 . As a result, the air-fuel mixture in the combustion chamber 2 is ignited. The voltage installation unit A1 has a DC battery (not shown) or the like and applies a voltage (for example, a DC voltage) to the secondary winding of the ignition circuit A0 before or after the spark discharge has taken place. The ion current detection unit A2 has a resistor R1 and an ion current processing circuit A21 provided with a computer or the like. A voltage of the resistor R1 is converted into a current by the ion current processing circuit A21 and detected by the ion current detection unit A2. Thus, an ion current generated due to the combustion by the spark plug 1 can be detected by the ion current detection unit A2.

Als nächstes wird die Funktionsweise des Ionenstromdetektors K1 beschrieben. Um den Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors zu erfassen, legt die Spannungsanlageeinheit A1 eine positive Spannung (eine Spannung zur Erfassung des Ionenstromes) an die Mittelelektrode 6 der Zündkerze 1 durch den Anschluß 7 an, bevor oder nachdem die Funkenentladung stattgefunden hat. Wenn die Verbrennung in der Verbrennungskammer 2 auftritt, werden Verbrennungsionen erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt, wird, wenn eine positive Spannung an die Mittelelektrode 6 angelegt wird, ein elektrisches Feld zwischen der Mittel- und der Erdungselektrode 6, 8 erzeugt, wodurch freie Elektronen von der Erdungselektrode 8 entladen werden. Positive Verbrennungsionen bewegen sich aufgrund des elektrischen Feldes zu der Erdungselektrode 8 hin und reagieren mit den dreien Elektronen, die von der Erdungselektrode 8 entladen werden. Als ein Ergebnis wird ein Ionenstrom erzeugt und an die Ionenstromerfassungseinheit A2 ausgegeben.The operation of the ion current detector K1 will be described next. In order to detect the combustion state of the internal combustion engine, the voltage system unit A1 applies a positive voltage (a voltage for detecting the ion current) to the center electrode 6 of the spark plug 1 through the terminal 7 before or after the spark discharge has taken place. When the combustion occurs in the combustion chamber 2 , combustion ions are generated. At this time, when a positive voltage is applied to the center electrode 6, an electric field between the center and the ground electrode 6, 8 generates, whereby free electrons are discharged from the ground electrode. 8 Positive combustion ions move toward the ground electrode 8 due to the electric field and react with the three electrons discharged from the ground electrode 8 . As a result, an ion current is generated and output to the ion current detection unit A2.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird zumindest ein Teil der Erdungselektrode 8 aus dem Halbleiterbauteil 82 hergestellt. Da freie Elektronen leicht von der Oberfläche des Halbleiterbauteils 82 entladen werden, nimmt eine Anzahl an freien Elektronen, die von der Erdungselektrode 8 entladen werden, zu. Deshalb erhöht sich die Zahl freier Elektronen, die mit den Verbrennungsionen reagieren, wodurch die Ionenstromausgangsleistung erhöht wird.According to the first exemplary embodiment, at least a part of the grounding electrode 8 is produced from the semiconductor component 82 . Since free electrons are easily discharged from the surface of the semiconductor device 82 , a number of free electrons discharged from the ground electrode 8 increase. Therefore, the number of free electrons that react with the combustion ions increases, thereby increasing the ion current output.

Im ersten Ausführungsbeispiel ist das Halbleiterbauteil 82, das aus Cu₂O hergestellt ist, ein Halbleiter vom P-Typ und hat positive Löcher in seiner Kristallstruktur. Wenn eine positive Spannung an die Mittelelektrode 6 als positive Elektrode angelegt wird, wird ein elektrisches Feld an das Halbleiterbauteil 82 angelegt, das sich auf der Oberfläche der Erdungselektrode 8 als negative Elektrode befindet. Folglich bewegen sich die positiven Löcher im Inneren des Halbleiterbauteils 82 in eine Richtung entgegengesetzt zur Oberfläche der Erdungselektrode 8. Anschließend werden die gleiche Anzahl an freien Elektronen wie diejenigen der positiven Löcher, die sich bewegt haben, von der Oberfläche des Halbleiterbauteils 82 entladen und reagieren mit den positiven Verbrennungsionen, wodurch ein Ionenstrom erzeugt wird. D.h., die positiven Löcher dienen als Träger elektrischer Ladung und erleichtern eine Entladung freier Elektronen von dem Halbleiterbauteil 82, was dazu führt, daß die Anzahl freier Elektronen, die mit den Verbrennungsionen reagieren sollen, zunimmt.In the first embodiment, the semiconductor device 82 made of Cu ₂ O is a P-type semiconductor and has positive holes in its crystal structure. When a positive voltage is applied to the center electrode 6 as a positive electrode, an electric field is applied to the semiconductor device 82 located on the surface of the ground electrode 8 as a negative electrode. As a result, the positive holes inside the semiconductor device 82 move in a direction opposite to the surface of the ground electrode 8 . Thereafter, the same number of free electrons as those of the positive holes that have moved are discharged from the surface of the semiconductor device 82 and react with the positive combustion ions, thereby generating an ion current. That is, the positive holes serve as carriers of electrical charge and facilitate discharge of free electrons from the semiconductor device 82 , which leads to an increase in the number of free electrons to be reacted with the combustion ions.

Somit nimmt ein Ionenstromfluß zwischen den Mittel- und Erdungselektroden 6, 8 zu und eine Ionenstromausgangsleistung, die von dem Ionenstromdetektor K1 erfaßt werden soll, wird groß, wodurch eine Erfassungsgenauigkeit des Ionenstromdetektors K1 verbessert wird.Thus, an ion current flow between the center and ground electrodes 6 , 8 increases, and an ion current output power to be detected by the ion current detector K1 becomes large, thereby improving a detection accuracy of the ion current detector K1.

Fig. 3 zeigt einen Vergleich zwischen einer Ionenstromausgangsleistung der Zündkerze 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und einer Ionenstromausgangsleistung einer herkömmlichen Zündkerze, die eine Erdungselektrode ohne dem Halbleiterbauteil hat. Die Erfassung wird ohne Last, unter der Bedingung, daß die Motordrehzahl 1200 Umdrehungen pro Minute beträgt und eine Spannung von +100 V angelegt wird, durchgeführt. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Ionenstromausgangsleistung der Zündkerze 1 um 2-10 mal größer als diejenige der herkömmlichen Zündkerze. Fig. 3 shows a comparison between an ion current output power of the spark plug 1 according to the first embodiment, and an ion current output of a conventional spark plug having a ground electrode without the semiconductor device. The detection is carried out under no load, on the condition that the engine speed is 1200 revolutions per minute and a voltage of +100 V is applied. As shown in Fig. 3, the ion current output of the spark plug 1 is 2-10 times larger than that of the conventional spark plug.

Second embodiment

Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. In diesem und in den folgenden Ausführungsbeispielen werden Komponenten, die im wesentlichen dieselben sind, wie diejenigen in den vorherigen Ausführungsbeispielen, mit denselben Bezugszeichen versehen. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist zumindest ein Teil einer Verbrennungskammer 2A aus einem Halbleiterbauteil hergestellt. Ein Ionenstromdetektor K2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hat eine Zündkerze 1A, die Steuereinheit A10 (nicht gezeigt) und die Verbrennungskammer 2A, ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Erdungselektrode 8 der Zündkerze 1A ist nicht mit einem Halbleiterbauteil versehen. A second embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG. 4. In this and the following exemplary embodiments, components which are essentially the same as those in the previous exemplary embodiments are provided with the same reference symbols. In the second exemplary embodiment, at least part of a combustion chamber 2 A is produced from a semiconductor component. An ion current detector K2 according to the second embodiment has a spark plug 1 A, the control unit A10 (not shown) and the combustion chamber 2 A, similar to the first embodiment. The ground electrode 8 of the spark plug 1 A is not provided with a semiconductor device.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, hat die Verbrennungskammer 2A eine innere Wand 20. Ein Teil der inneren Wand 20, bei dem ein Klopfen aufzutreten neigt, ist aus einem Halbleiterbauteil 21 hergestellt. Das Halbleiterbauteil 21 kann aus demselben Material wie dasjenige des Halbleiterbauteils 82 im ersten Ausführungsbeispiel hergestellt werden. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist das Halbleiterbauteil 21 aus Cu₂O hergestellt. Ferner kann das Halbleiterbauteil 21 auf der Oberfläche der inneren Wand 20 in derselben Art und Weise ausgebildet werden, wie derjenigen, bei der das Halbleiterbauteil 82 an der Oberfläche der Erdungselektrode 8 im ersten Ausführungsbeispiel befestigt wurde.As shown in Fig. 4, the combustion chamber 2 A has an inner wall 20. A part of the inner wall 20 where knocking tends to occur is made of a semiconductor device 21 . The semiconductor device 21 can be made of the same material as that of the semiconductor device 82 in the first embodiment. In the second exemplary embodiment, the semiconductor component 21 is produced from Cu ₂ O. Further, the semiconductor device 21 can be formed on the surface of the inner wall 20 in the same manner as that in which the semiconductor device 82 is attached to the surface of the ground electrode 8 in the first embodiment.

Die innere Wand 20 der Verbrennungskammer 2A ist durch die Metallhülle 4 der Zündkerze 1A, die in den Zylinderblock (nicht gezeigt) eingeschraubt ist, mit der Erdungselektrode 8 elektrisch verbunden. D.h., die Mittelelektrode 6 dient im zweiten Ausführungsbeispiel als positive Elektrode und die Verbrennungskammer 2A und die Erdungselektrode 8 dienen als negative Elektrode. Die innere Wand 20 liegt der Mittelelektrode 6 gegenüber, wobei sich dazwischen ein Verbrennungsvolumen 22 im Verbrennungsraum 2A als Spalt befindet. Deshalb bildet die Mittelelektrode 6, die Erdungselektrode 8 und die Verbrennungskammer 2A in dem Ionenstromdetektor K2 ein Paar Elektroden, die aus positiven und negativen Elektroden hergestellt sind.The inner wall 20 of the combustion chamber 2 A is screwed through the metal shell 4 of the spark plug 1 A (not shown) in the cylinder block, electrically connected to the ground electrode. 8 That is, the center electrode 6 is used in the second embodiment as a positive electrode and the combustion chamber 2 A and the ground electrode 8 serving as the negative electrode. The inner wall 20 lies opposite the center electrode 6 , with a combustion volume 22 in the combustion chamber 2 A as a gap between them. Therefore, the center electrode 6, the ground electrode 8 and the combustion chamber 2 A forms in the ion current detector K2 a pair of electrodes made of positive and negative electrodes.

Als nächstes wird die Funktion des Ionenstromdetektors K2 beschrieben. An der Mittelelektrode 6 wird zur Erfassung eines Verbrennungszustandes des Verbrennungsmotors eine positive Spannung angelegt, bevor oder nachdem die Funkenentladung stattgefunden hat. Wenn eine Verbrennung in der Verbrennungskammer 2A auftritt, werden Verbrennungsionen erzeugt. Wenn die positive Spannung an der Mittelelektrode 6 als positive Elektrode angelegt wird, wird ein elektrisches Feld an die Erdungselektrode 8 als negative Elektrode und an die innere Wand 20 des Verbrennungsraumes 2A angelegt. The function of the ion current detector K2 will be described next. To detect a combustion state of the internal combustion engine, a positive voltage is applied to the center electrode 6 before or after the spark discharge has taken place. When combustion occurs 2 A in the combustion chamber, combustion ions are generated. When the positive voltage is applied to the center electrode 6 as a positive electrode, an electric field at the ground electrode 8 as a negative electrode and the inner wall 20 of the combustion chamber 2 is applied A.

Aufgrund des elektrischen Feldes bewegen sich positive Verbrennungsionen zur Erdungselektrode 8 und der Innenwand 20 hin und reagieren mit freien Elektronen, die von der Oberfläche der Erdungselektrode 8 und der Oberfläche der inneren Wand 20 entladen werden, wodurch der Ionenstrom erzeugt wird. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist zumindest ein Teil der inneren Wand 20 des Verbrennungsraumes 2A aus dem Halbleiterbauteil 21 hergestellt. Deshalb nehmen die freien Elektronen, die von der inneren Wand 20 entladen werden, zu und eine Anzahl an freien Elektronen, die mit den positiven Verbrennungsionen reagieren sollen, nimmt zu. Folglich wird ein Ionenstrom groß. Genauer gesagt wird im zweiten Ausführungsbeispiel ein Klopfen mit einer hervorragenden Genauigkeit erfaßt, da ein Teil der inneren Wand 20, an dem ein Klopfen aufzutreten neigt, aus dem Halbleiterbauteil 21 hergestellt ist.Due to the electric field, positive combustion ions move toward the ground electrode 8 and the inner wall 20 and react with free electrons that are discharged from the surface of the ground electrode 8 and the surface of the inner wall 20 , thereby generating the ion current. According to the second exemplary embodiment, at least part of the inner wall 20 of the combustion chamber 2 A is produced from the semiconductor component 21 . Therefore, the free electrons that are discharged from the inner wall 20 increase and a number of free electrons that are supposed to react with the positive combustion ions increases. As a result, an ion current becomes large. More specifically, in the second embodiment, knock is detected with excellent accuracy because a part of the inner wall 20 on which knock tends to occur is made of the semiconductor device 21 .

Somit nimmt im zweiten Ausführungsbeispiel ein Ionenstromfluß zwischen der Mittelelektrode 6 und der inneren Wand 20 des Verbrennungsraumes 2A zu, wodurch eine Ionenstromausgangsleistung der Zündkerze 1A zunimmt. Folglich wird eine Erfassungsgenauigkeit des Ionenstromdetektors K2 verbessert.Thus, increases in the second embodiment, an ion current flow between the center electrode 6 and the inner wall 20 of the combustion chamber 2 A to, whereby an ion current output power of the spark plug 1 A increases. As a result, detection accuracy of the ion current detector K2 is improved.

Die gesamte innere Wand 20 kann aus dem Halbleiterbauteil 21 hergestellt werden.The entire inner wall 20 can be produced from the semiconductor component 21 .

Third embodiment

Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im dritten Ausführungsbeispiel ist eine obere Oberfläche des Kolbens 3A teilweise aus einem Halbleiterbauteil 31 hergestellt. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist das Halbleiterbauteil 31 auf einem äußeren Umfangsabschnitt einer oberen Oberfläche des Kolbens 3A ausgebildet, so daß ein Klopfen, das an einem Endabschnitt einer Verbrennungskammer 2B auftritt, genauer erfaßt wird. Das Halbleiterbauteil 31 kann in der gleichen Art und Weise unter Verwendung des gleichen Materials wie in den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen ausgebildet werden.A third embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG. 5. In the third exemplary embodiment, an upper surface of the piston 3 A is partially produced from a semiconductor component 31 . As shown in FIG. 5, the semiconductor device 31 is formed on an outer peripheral portion of an upper surface of the piston 3 A so that knock that occurs at an end portion of a combustion chamber 2 B is detected more accurately. The semiconductor device 31 can be formed in the same manner using the same material as in the first and second embodiments.

Der Kolben 3A ist durch die Verbrennungskammer 2B und die Metallhülle 4 der Zündkerze 1A mit der Erdungselektrode 8 elektrisch verbunden. Die Mittelelektrode 6 dient als positive Elektrode und die Erdungselektrode 8 dient als negative Elektrode. Die obere Oberfläche 30 des Kolbens 3A liegt der Mittelelektrode 6 gegenüber, wobei das Verbrennungsvolumen 22 in der Verbrennungskammer 2B als Spalt dazwischen besteht. Deshalb bildet die Mittel- und die Erdungselektrode 6, 8, die Verbrennungskammer 2B und der Kolben 3A in dem Ionenstromdetektor K3 ein Paar Elektroden, die aus positiven und negativen Elektroden hergestellt sind.The piston 3 A is electrically connected through the combustion chamber 2 and the B metal shell 4 of the spark plug 1 A to the ground electrode. 8 The center electrode 6 serves as a positive electrode and the ground electrode 8 serves as a negative electrode. The upper surface 30 of the piston 3 A is opposite the center electrode 6 , the combustion volume 22 in the combustion chamber 2 B being a gap therebetween. Therefore, the center and ground electrodes 6 , 8 , the combustion chamber 2 B and the piston 3 A in the ion current detector K3 form a pair of electrodes made of positive and negative electrodes.

Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel nimmt ein Ionenstromfluß zwischen der Mittelelektrode 6 und dem Kolben 3A aufgrund der freien Elektronen, die von dem Halbleiterbauteil 31 entladen werden, das auf dem Kolben 3A angeordnet ist, zu, wobei eine Ionenstromausgangsleistung, die durch den Ionenstromdetektor K3 erfaßt werden soll, zunimmt. Folglich wird eine Erfassungsgenauigkeit des Ionenstromdetektors K3 verbessert. Genauer gesagt wird im dritten Ausführungsbeispiel ein Klopfen, das am Endabschnitt der Verbrennungskammer 2B auftritt, mit einer hervorragenden Genauigkeit erfaßt.According to the third embodiment, an ion current flow between the center electrode 6 and the piston takes 3 A due to the free electrons that are discharged from the semiconductor device 31, the 3 A is disposed on the piston to, in which an ion current output power detected by the ion current detector K3 should be increasing. As a result, detection accuracy of the ion current detector K3 is improved. More specifically, in the third embodiment, knock that occurs at the end portion of the combustion chamber 2 B is detected with excellent accuracy.

Die gesamte Oberfläche des Kolbens 3A kann aus dem Halbleiterbauteil 31 hergestellt werden.The entire surface of the piston 3 A can be produced from the semiconductor component 31 .

Fourth embodiment

Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben. Ein Ionenstromdetektor K4 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist eine Kombination des Ionenstromdetektors K2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und dem Ionenstromdetektor K3 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Die innere Wand 20 einer Verbrennungskammer 2C und die obere Oberfläche 30 des Kolbens 3A sind teilweise jeweils aus den Halbleiterbauteilen 21, 31 hergestellt. Somit werden beide Effekte der zweiten und dritten Ausführungsbeispiele im vierten Ausführungsbeispiel erzielt.A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6. An ion current detector K4 according to the fourth embodiment is a combination of the ion current detector K2 according to the second embodiment and the ion current detector K3 according to the third embodiment. The inner wall 20 of a combustion chamber 2 C and the upper surface 30 of the piston 3 A are partially made in each case from the semiconductor components 21 , 31 . Thus, both effects of the second and third embodiments are achieved in the fourth embodiment.

Im vierten Ausführungsbeispiel kann die Erdungselektrode 8 ferner teilweise aus dem Halbleiterbauteil 82 hergestellt sein. In diesem Fall ist das vierte Ausführungsbeispiel eine Kombination aus dem ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel und eine Ionenstromausgangsleistung wird effektiver als in den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen erhöht.In the fourth exemplary embodiment, the grounding electrode 8 can also be partially produced from the semiconductor component 82 . In this case, the fourth embodiment is a combination of the first, second, and third embodiments, and an ion current output is increased more effectively than in the first to third embodiments.

Fifth embodiment

Ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben. Im fünften Ausführungsbeispiel wird die vorliegende Erfindung an einer Glühkerze 100 angewandt, die eine Zündung eines Dieselmotors verbessert, wenn der Motor gestartet wird, und die einen Verbrennungszustand des Motors erfaßt. Ein Ionenstromdetektor K5 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel weist die Glühkerze 100 und eine Steuereinheit B10 auf.A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7. In the fifth embodiment, the present invention is applied to a glow plug 100 that improves ignition of a diesel engine when the engine is started and that detects a combustion state of the engine. An ion current detector K5 according to the fifth exemplary embodiment has the glow plug 100 and a control unit B10.

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, ist eine Mittelelektrode 101, die in einer Stiftform ausgebildet ist, in der Mitte der Glühkerze 100 angeordnet. Um die Mittelelektrode 101 herum sind ein zylindrischer Isolator 102, ein zylindrisches inneres Elektrodenrohr 103, ein zylindrischer Isolator 104 und ein zylindrisches äußeres Elektrodenrohr 105 außerhalb von der Mittelelektrode 101 in dieser Reihenfolge konzentrisch angeordnet. Die Mittelelektrode 101, das innere Elektrodenrohr 103 und das äußere Elektrodenrohr 105 sind durch die Isolatoren 102, 104, die dazwischen angeordnet sind, voneinander isoliert.As shown in FIG. 7, a center electrode 101 , which is formed in a pin shape, is arranged in the center of the glow plug 100 . Around the center electrode 101 , a cylindrical insulator 102 , a cylindrical inner electrode tube 103 , a cylindrical insulator 104 and a cylindrical outer electrode tube 105 are arranged concentrically in this order outside of the center electrode 101 . The center electrode 101 , the inner electrode tube 103 and the outer electrode tube 105 are insulated from one another by the insulators 102 , 104 which are arranged between them.

Ein Gehäuse 106 ist am Zylinderkopf 200 abnehmbar befestigt. Die Bauteile 101 bis 105 werden in dem Gehäuse so gehalten, daß die Bauteile 101 bis 105 von dem Gehäuse 106 isoliert sind. Ein Heizabschnitt 108 wird durch das Gehäuse 106 so gehalten, daß er zum Inneren einer Verbrennungskammer 201 frei liegt. Der Heizabschnitt 108 hat einen batterieseitigen Heizgeräteanschluß 109, einen relaisseitigen Heizgeräteanschluß 110 und ein keramisches Heizgerät 111, die elektrisch in Serie miteinander verbunden sind und in einem Isolationsmaterial eingebettet sind. Das keramische Heizgerät 111 liegt teilweise im Inneren der Verbrennungskammer 201 frei.A housing 106 is removably attached to the cylinder head 200 . The components 101 to 105 are held in the housing such that the components 101 to 105 are insulated from the housing 106 . A heating section 108 is held by the housing 106 so that it is exposed to the inside of a combustion chamber 201 . The heating section 108 has a battery-side heater connection 109 , a relay-side heater connection 110 and a ceramic heater 111 , which are electrically connected to one another in series and are embedded in an insulation material. The ceramic heater 111 is partially exposed inside the combustion chamber 201 .

Eine zylindrische Metallhülse 112 ist zwischen dem Heizabschnitt 108 und dem Gehäuse 106 angeordnet. Die Hülse 112 ist von den Heizgeräteanschlüssen 109, 110 und dem keramischen Heizgerät 111 isoliert. In dem fünften Ausführungsbeispiel bildet das keramische Heizgerät 111 und die Hülse 112 eine Ionensonde 113. D.h., das keramische Heizgerät 111 und die Hülse 112 bilden ein Elektrodenpaar und das keramische Heizgerät 111 dient als positive Elektrode und die Hülse 112 dient als negative Elektrode.A cylindrical metal sleeve 112 is arranged between the heating section 108 and the housing 106 . The sleeve 112 is isolated from the heater connections 109 , 110 and the ceramic heater 111 . In the fifth embodiment, the ceramic heater 111 and the sleeve 112 form an ion probe 113 . That is, the ceramic heater 111 and the sleeve 112 form a pair of electrodes, and the ceramic heater 111 serves as a positive electrode and the sleeve 112 serves as a negative electrode.

Die Hülse 112 ist so angeordnet, daß sie von dem geerdeten Gehäuse 106 isoliert ist. Ferner ist eine Oberfläche der Hülse 112, die in der Verbrennungskammer 200 bloß liegt, teilweise aus einem Halbleiterbauteil 112a hergestellt, das aus einem Metalloxid wie beispielsweise Cu₂O besteht. Das Halbleiterbauteil 112a funktioniert ähnlich wie die Halbleiterbauteile 82, 21 und 31 in den ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispielen.The sleeve 112 is arranged to be isolated from the grounded housing 106 . Furthermore, a surface of the sleeve 112 , which is exposed in the combustion chamber 200 , is partially made of a semiconductor component 112 a, which consists of a metal oxide such as Cu ₂ O. The semiconductor component 112 a functions similarly to the semiconductor components 82 , 21 and 31 in the first, second and third exemplary embodiments.

Im Gehäuse 106 wird der batterieseitige Heizgeräteanschluß 109 elektrisch mit der Mittelelektrode 101 verbunden und der relaisseitige Heizgeräteanschluß 110 wird durch einen Leiterdraht 131, der von einem Isolationsrohr 130 umhüllt wird, elektrisch mit dem äußeren Elektrodenrohr 105 verbunden. Andererseits wird die Hülse 112 durch einen Leiterdraht 141, der von einem Isolationsrohr 140 umhüllt ist, mit dem inneren Elektrodenrohr 103 elektrisch verbunden.In the housing 106 , the battery-side heater connection 109 is electrically connected to the center electrode 101 , and the relay-side heater connection 110 is electrically connected to the outer electrode tube 105 by means of a conductor wire 131 , which is surrounded by an insulation tube 130 . On the other hand, the sleeve 112 is electrically connected to the inner electrode tube 103 by a conductor wire 141 which is covered by an insulation tube 140 .

Die Steuereinheit B10 hat einen Glühkreis B1 zum Liefern von elektrischem Strom an die Glühkerze 100 und eine Ionenstromerfassungseinheit B2 zur Erfassung eines Ionenstromes, der durch die Glühkerze 100 erzeugt wird. Der Glühkreis B1 hat eine Batterie 150, die elektrisch mit der Mittelelektrode 101 verbunden ist, und ein Relais 151, das mit dem äußeren Elektrodenrohr 105 elektrisch verbunden ist. Die Ionenstromerfassungseinheit B2 hat einen Erfassungswiderstand 152, der mit dem inneren Elektrodenrohr 103 elektrisch verbunden ist, und einen Operationsverstärker 153 zur Erfassung eines Potentialunterschiedes zwischen beiden Enden des Erfassungswiderstandes 152.The control unit B10 has a glow circuit B1 for supplying electric current to the glow plug 100 and an ion current detection unit B2 for detecting an ion current generated by the glow plug 100 . The glow circuit B1 has a battery 150 that is electrically connected to the center electrode 101 and a relay 151 that is electrically connected to the outer electrode tube 105 . The ion current detection unit B2 has a detection resistor 152 , which is electrically connected to the inner electrode tube 103 , and an operational amplifier 153 for detecting a potential difference between both ends of the detection resistor 152 .

Demgemäß fließt ein elektrischer Strom durch die Batterie 150, die Mittelelektrode 101, den batterieseitigen Heizgeräteanschluß 109, das keramische Heizgerät 111, den relaisseitigen Heizgeräteanschluß 110, den Leiterdraht 131, das äußere Elektrodenrohr 105 und das Relais 151 in dieser Reihenfolge, wenn ein elektrischer Strom an die Glühkerze 100 geliefert wird. Die Batterie 150 ist an einer Seite geerdet, die der Mittelelektrode 101 gegenüberliegt. Ein elektrischer Strom fließt von der Hülse 112 durch den Leiterdraht 141, das innere Elektrodenrohr 103, den Erfassungswiderstand 152 in dieser Reihenfolge. Der Erfassungswiderstand 152 ist an einer Seite geerdet, die der im inneren Elektrodenrohr 103 gegenüberliegt.Accordingly, an electric current flows through the battery 150 , the center electrode 101 , the battery-side heater terminal 109 , the ceramic heater 111 , the relay-side heater terminal 110 , the lead wire 131 , the outer electrode tube 105 and the relay 151 in that order when an electric current is applied the glow plug 100 is supplied. The battery 150 is grounded on a side opposite to the center electrode 101 . An electric current flows from the sleeve 112 through the lead wire 141 , the inner electrode tube 103 , the detection resistor 152 in that order. The detection resistor 152 is grounded on a side opposite to that in the inner electrode tube 103 .

Das Relais 151 ist in Bezug zu dem keramischen Heizgerät 111 an einer Seite angeordnet, die der Batterie 150 gegenüberliegt. Deshalb wird eine positive Spannung an das keramische Heizgerät 111 angelegt, ungeachtet der Tatsache, ob die Glühkerze 100 eingeschaltet oder ausgeschaltet ist, oder ob das Relais 151 geöffnet oder geschlossen ist. Da die Hülse 112 geerdet ist, dient das keramische Heizgerät 111 als positive Elektrode und die Hülse 112 dient als negative Elektrode.The relay 151 is disposed on a side opposite to the battery 150 with respect to the ceramic heater 111 . Therefore, a positive voltage is applied to the ceramic heater 111 regardless of whether the glow plug 100 is on or off, or whether the relay 151 is open or closed. Since the sleeve 112 is grounded, the ceramic heater 111 serves as a positive electrode and the sleeve 112 serves as a negative electrode.

Wenn eine Flamme Kontakte mit der Ionensonde 113 herstellt, werden das keramische Heizgerät 111 und die Hülse 112 aufgrund eines Ionenstromes, der durch die Verbrennungsionen der Flamme erzeugt wird, elektrisch verbunden. Deshalb strömt ein elektrischer Strom durch die Batterie 150, die Mittelelektrode 101, den batterieseitigen Heizgeräteanschluß 109, das keramische Heizgerät 111, die Hülse 112, den Leiterdraht 141, das innere Elektrodenrohr 103, den Erfassungswiderstand 152 in dieser Reihenfolge. Folglich tritt ein Potentialunterschied zwischen beiden Enden des Erfassungswiderstandes 152 auf und ein Ionenstrom wird durch den Operationsverstärker 153 als ein Spannungssignal erfaßt.When a flame contacts the ion probe 113 , the ceramic heater 111 and the sleeve 112 are electrically connected due to an ion current generated by the combustion ions of the flame. Therefore, an electric current flows through the battery 150 , the center electrode 101 , the battery-side heater terminal 109 , the ceramic heater 111 , the sleeve 112 , the lead wire 141 , the inner electrode tube 103 , the detection resistor 152 in this order. As a result, a potential difference occurs between both ends of the detection resistor 152 and an ion current is detected by the operational amplifier 153 as a voltage signal.

Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel nimmt ein Ionenstromfluß in der Ionensonde 113 aufgrund der freien Elektronen, die von dem Halbleiterbauteil 112a der Hülse 112 entladen werden, zu. Deshalb nimmt eine Ionenstromausgangsleistung, die durch den Ionenstromdetektor K5 erfaßt werden soll, zu, wodurch eine Erfassungsgenauigkeit des Ionenstromdetektors K5 verbessert wird.According to the fifth embodiment, an ion current flow in the ion probe 113 increases due to the free electrons that are discharged from the semiconductor device 112 a of the sleeve 112 . Therefore, an ion current output that is to be detected by the ion current detector K5 increases, thereby improving a detection accuracy of the ion current detector K5.

Sixth embodiment

Ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fign. 8 und 9 beschrieben. In dem sechsten Ausführungsbeispiel wird anstelle der Gleichspannung eine Wechselspannung an die Mittel- und Erdungselektroden 6, 8 einer Ionenstromerfassungszündkerze 1B angelegt. Die Mittel- und Erdungselektroden 6, 8 bilden ein Elektrodenpaar, das aus positiven und negativen Elektroden hergestellt ist, und die abwechselnd als negative Elektrode dienen.A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. 8 and 9. In the sixth embodiment, an AC voltage is applied to the center and ground electrodes 6 , 8 of an ion current detection spark plug 1 B instead of the DC voltage. The center and ground electrodes 6 , 8 form a pair of electrodes which are made of positive and negative electrodes and which alternately serve as a negative electrode.

Der Ionenstromdetektor K6 umfaßt die Zündkerze 1B und eine Steuereinheit C10. Die Steuereinheit C10 hat eine Wechselspannungsanlageeinheit C1 und eine Ionenstromerfassungseinheit C2 zur Erfassung eines Ionenstromes. Die Wechselspannungsanlageeinheit 01 legt eine Wechselspannung an die zweite Wicklung des Schaltkreises, bevor oder nachdem die Funkenentladung stattgefunden hat. Die Wechselspannungsanlageeinheit C1 hat einen Spannungserzeuger C11 und eine Zündspule C12, die elektrisch mit der Mittelelektrode 6 verbunden sind. Der Spannungserzeuger C11 ist nicht nur mit einer Zündfunktion zum Anlegen einer Spannung an die Mittelelektrode 6 ausgestattet, so daß eine Funkenentladung ausgeführt wird, sondern auch mit einer sinusförmigen Oszillationsfunktion zum Anlegen einer Wechselspannung.The ion current detector K6 comprises the spark plug 1 B and a control unit C10. The control unit C10 has an AC voltage unit C1 and an ion current detection unit C2 for detecting an ion current. The AC voltage system unit 01 applies an AC voltage to the second winding of the circuit before or after the spark discharge has taken place. The AC voltage unit C1 has a voltage generator C11 and an ignition coil C12, which are electrically connected to the center electrode 6 . The voltage generator C11 is equipped not only with an ignition function for applying a voltage to the center electrode 6 so that a spark discharge is carried out, but also with a sinusoidal oscillation function for applying an AC voltage.

Die Ionenstromerfassungseinheit C2 hat einen Widerstand R2 und einen Ionenstromsignalverarbeitungsschaltkreis C21, der mit einem Computer ausgestattet ist. Eine Spannung des Widerstandes R2 wird durch den Ionenstromsignalverarbeitungsschaltkreis C21 in einen Strom umgewandelt und durch die Ionenstromerfassungseinheit C2 erfaßt. Somit wird ein Ionenstrom, der von der Zündkerze 1B aufgrund der Verbrennung erzeugt wird, durch den Ionenstromdetektor K6 erfaßt.The ion current detection unit C2 has a resistor R2 and an ion current signal processing circuit C21 equipped with a computer. A voltage of the resistor R2 is converted into a current by the ion current signal processing circuit C21 and detected by the ion current detection unit C2. Thus, an ion current generated by the spark plug 1 B due to the combustion is detected by the ion current detector K6.

Im sechsten Ausführungsbeispiel hat ein Isolationsporzellan 5A der Zündkerze 1B ein Halbleiterbauteil 50 an einer Endoberfläche 5a des Isolationsporzellans 5A, angrenzend an den Zündspalt 9. Das Halbleiterbauteil 50 entlädt freie Elektronen, die mit den Verbrennungsionen reagieren sollen, wenn eine Spannung zwischen den Mittel- und Erdungselektroden 6, 8 angelegt wird. In the sixth exemplary embodiment, an insulating porcelain 5 A of the spark plug 1 B has a semiconductor component 50 on an end surface 5 a of the insulating porcelain 5 A, adjacent to the ignition gap 9 . The semiconductor device 50 discharges free electrons that are to react with the combustion ions when a voltage is applied between the center and ground electrodes 6 , 8 .

Das Halbleiterbauteil 50 kann auf einer Oberfläche der Mittelelektrode 6 angeordnet sein. Jedoch ist das Halbleiterbauteil 50 im sechsten Ausführungsbeispiel auf der Endoberfläche 5a des Isolationsporzellans 5 angeordnet, so daß das Halbleiterbauteil 50 eine große Fläche hat. Das Halbleiterbauteil 50 kann durch dasselbe Verfahren unter Verwendung desselben Materials wie in den ersten bis vierten Ausführungsbeispielen beschrieben erzeugt werden. Im sechsten Ausführungsbeispiel bestehen die Halbleiterbauteile 50, 82 aus Cu₂O.The semiconductor component 50 can be arranged on a surface of the center electrode 6 . However, the semiconductor device 50 is disposed in the sixth embodiment on the end surface 5a of the insulation porcelain 5 so that the semiconductor device 50 has a large area. The semiconductor device 50 can be produced by the same method using the same material as described in the first to fourth embodiments. In the sixth exemplary embodiment, the semiconductor components 50 , 82 consist of Cu ₂ O.

Als nächstes wird die Funktion des Ionenstromdetektors K6 beschrieben. Bevor und nachdem die Funkenentladung der Zündkerze IB stattgefunden hat, legt die Wechselspannungsanlageeinheit C1 eine positive und eine negative Wechselspannung an die Mittelelektrode 6 der Zündkerze 1B an, so daß ein Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors erfaßt wird. Wenn die Verbrennung in der Verbrennungskammer auftritt, werden Verbrennungsionen erzeugt.Next, the function of the ion current detector K6 will be described. Before and after the spark discharge of the spark plug IB has taken place, the AC voltage unit C1 applies a positive and a negative AC voltage to the center electrode 6 of the spark plug 1 B, so that a combustion state of the internal combustion engine is detected. When the combustion occurs in the combustion chamber, combustion ions are generated.

Wenn eine positive Spannung an die Mittelelektrode 6 angelegt wird, wird ein elektrisches Feld an die Erdungselektrode 8 angelegt. Deshalb werden freie Elektronen von der Oberfläche der Erdungselektrode 8 entladen und reagieren mit positiven Verbrennungsionen. Folglich fließt ein Ionenstrom. Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist zumindest ein Teil der Erdungselektrode 8 aus dem Halbleiterbauteil 82 hergestellt. Deshalb nimmt die Anzahl freier Elektronen, die von der Oberfläche der Erdungselektrode 8 entladen werden, um mit den Verbrennungsionen zu reagieren, zu, wodurch ein Ionenstrom anwächst. Folglich wird eine Ionenstromausgangsleistung des Ionenstromdetektors K6 erhöht.When a positive voltage is applied to the center electrode 6 , an electric field is applied to the ground electrode 8 . Therefore, free electrons are discharged from the surface of the ground electrode 8 and react with positive combustion ions. As a result, an ion current flows. According to the sixth embodiment, at least part of the ground electrode 8 is made of the semiconductor device 82 . Therefore, the number of free electrons discharged from the surface of the ground electrode 8 to react with the combustion ions increases, whereby an ion current increases. As a result, an ion current output of the ion current detector K6 is increased.

Wenn eine negative Spannung an die Mittelelektrode 6 angelegt wird, nimmt eine Anzahl an freien Elektronen, die von der Mittelelektrode 6 und dem Halbleiterbauteil 50 entladen werden, zu, wodurch die Zahl freier Elektronen, die mit den Verbrennungsionen reagieren sollen, anwächst. Folglich nimmt eine Ionenstromausgangsleistung des Ionenstromdetektors K6 zu.When a negative voltage is applied to the center electrode 6 , a number of free electrons that are discharged from the center electrode 6 and the semiconductor device 50 increase, whereby the number of free electrons that are to react with the combustion ions increases. As a result, an ion current output of the ion current detector K6 increases.

In den ersten bis fünften Ausführungsbeispielen wird ein Ionenstrom unter Verwendung einer Gleichspannung erfaßt. Dies bedeutet, daß, wenn alle freien Elektronen, die entladen werden, mit Verbrennungsionen reagieren, der Ionenstromfluß stoppt. Im sechsten Ausführungsbeispiel werden die Verbrennungsionen nicht in den Elektroden 6, 8 absorbiert, da eine Wechselspannung mit hoher Frequenz an die Elektroden 6, 8 angelegt wird. Deshalb halten die Verbrennungsionen einen Oszillationszustand, so daß ein Ionenstrom weiterhin zwischen der Mittelelektrode 6 und der Erdungselektrode 8 fließt. Folglich verlängert sich eine Erfassungsperiode und eine Ionenstromausgangsleistung ist im Vergleich zu den ersten bis vierten Ausführungsbeispielen erhöht.In the first to fifth embodiments, an ion current is detected using a DC voltage. This means that when all free electrons that are discharged react with combustion ions, the flow of ion current stops. In the sixth embodiment, the combustion ions are not absorbed in the electrodes 6 , 8 because an alternating voltage is applied to the electrodes 6 , 8 at a high frequency. Therefore, the combustion ions maintain an oscillation state so that an ion current continues to flow between the center electrode 6 and the ground electrode 8 . As a result, a detection period is lengthened and an ion current output is increased compared to the first to fourth embodiments.

Somit wächst im sechsten Ausführungsbeispiel ein Ionenstromfluß zwischen der Mittelelektrode 6 und der Erdungselektrode 8 an, wodurch eine Ionenstromausgangsleistung, die erfaßt werden soll, zunimmt. Des weiteren wird eine Erfassungsgenauigkeit durch Anlegen einer Wechselspannung verbessert. Fig. 9 zeigt einen Vergleich zwischen einer Ionenstromausgangsleistung der Zündkerze 1B gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel, die mit dem Zusatz "mit Halbleiter (Wechselspannung)" in Fig. 9 versehen ist, einer Ionenstromausgangsleistung der Zündkerze 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, die mit dem Zusatz "mit Halbleiter (Gleichstrom)" in Fig. 9 versehen ist, und einer Ionenstromausgangsleistung einer herkömmlichen Zündkerze, die mit "ohne Halbleiter" in Fig. 9 versehen ist. Die Erfassung wird unter der gleichen Bedingung wie in Fig. 3 durchgeführt. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist eine Ionenstromausgangsleistung der Zündkerze 1B um 2 bis 10 mal größer als diejenige der herkömmlichen Zündkerze und sie ist größer als diejenige der Zündkerze 1 im ersten Ausführungsbeispiel. Ferner hat die Zündkerze 1B eine längere Erfassungsdauer als diejenige der Zündkerze 1. Mit anderen Worten, der Erfassungsbereich der Zündkerze 1B des sechsten Ausführungsbeispieles ist größer als derjenige des ersten Ausführungsbeispieles.Thus, in the sixth embodiment, an ion current flow between the center electrode 6 and the ground electrode 8 increases , whereby an ion current output that is to be detected increases. Furthermore, detection accuracy is improved by applying an AC voltage. FIG. 9 shows a comparison between an ion current output power of the spark plug 1 B according to the sixth exemplary embodiment, which is provided with the addition “with semiconductor (AC voltage)” in FIG. 9, an ion current output power of the spark plug 1 according to the first exemplary embodiment, that with the addition "with semiconductor (direct current)" in FIG. 9, and an ion current output of a conventional spark plug provided with "without semiconductor" in FIG. 9. The detection is carried out under the same condition as in FIG. 3. As shown in FIG. 9, an ion current output of the spark plug 1 B is 2 to 10 times larger than that of the conventional spark plug and is larger than that of the spark plug 1 in the first embodiment. Furthermore, the spark plug 1 B has a longer detection period than that of the spark plug 1 . In other words, the detection range of the spark plug 1 B of the sixth embodiment is larger than that of the first embodiment.

Es kann auch nur eines der Halbleiterbauteile 50, 82 vorgesehen werden, so daß nur ein Ionenstrom, der durch eine der Elektroden 6, 8 erzeugt wird, zunimmt.Only one of the semiconductor components 50 , 82 can also be provided, so that only an ion current, which is generated by one of the electrodes 6 , 8 , increases.

Seventh embodiment

Ein siebtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben. Im siebten Ausführungsbeispiel hat ein Ionenstromdetektor K7 die Zündkerze 1B ähnlich wie im sechsten Ausführungsbeispiel. Des weiteren ist die innere Wand 20 der Verbrennungskammer 2C teilweise aus dem Halbleiterbauteil 21 hergestellt und der Kolben 3A ist teilweise aus dem Halbleiterbauteil 31 hergestellt, ähnlich wie im vierten Ausführungsbeispiel. Deshalb nimmt eine Ionenstromausgangsleistung im siebten Ausführungsbeispiel im Vergleich zum sechsten Ausführungsbeispiel effektiver zu.A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 10. In the seventh exemplary embodiment, an ion current detector K7 has the spark plug 1 B similarly to the sixth exemplary embodiment. Furthermore, the inner wall 20 of the combustion chamber 2 C is partially made of the semiconductor component 21 and the piston 3 A is partially made of the semiconductor component 31 , similar to the fourth exemplary embodiment. Therefore, an ion current output increases more effectively in the seventh embodiment compared to the sixth embodiment.

In den vorstehend erwähnten ersten bis siebten Ausführungsbeispielen sind die Oberflächen der Zündkerze, der Glühkerze, der Verbrennungskammer und des Kolbens des Verbrennungsmotors teilweise aus einem Halbleiterbauteil hergestellt; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf den Verbrennungsmotor beschränkt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auf eine Ionenstromsonde zur Erfassung eines Verbrennungszustandes von allgemeinen Verbrennungskammern wie einem Boiler und einem Gasbaderhitzer angewandt werden. In diesem Fall ist zumindest eine Elektrode der positiven und negativen Elektroden der Ionensonde teilweise aus Halbleitermaterial hergestellt. In the above-mentioned first to seventh Embodiments are the surfaces of the spark plug, the Glow plug, the combustion chamber and the piston of the Internal combustion engine partly from a semiconductor component produced; however, the present invention is not based on limited the internal combustion engine. For example, the present invention to an ion current probe for detection a general combustion condition Combustion chambers like a boiler and a gas bath heater be applied. In this case there is at least one electrode the positive and negative electrodes of the ion probe partially made of semiconductor material.

Ferner kann ein Halbleiter vom n-Typ anstelle eines Halbleiters vom p-Typ als Material für die Halbleiterbauteile 82, 21, 31, 112a, 50 verwendet werden. Ein Halbleiter vom n-Typ hat freie Elektronen, die aus irgendeinem Grund von dessen Kristallgitter getrennt sind. Die freien Elektronen werden zur positiven Elektrode angezogen und von einer Oberfläche des Halbleiters entladen. Die entladenen freien Elektronen reagieren mit Verbrennungsionen, wodurch ein Ionenstrom erzeugt wird. Somit dienen die freien Elektronen als Träger einer elektrischen Ladung, um eine Ionenstrom zu vergrößern. Demgemäß können die oben erwähnten Halbleiterbauteile 82, 21, 31, 112a, 50 aus einem Halbleiter hergestellt werden, der entweder vom p-Typ oder vom n-Typ ist.Furthermore, an n-type semiconductor can be used instead of a p-type semiconductor as a material for the semiconductor components 82 , 21 , 31 , 112 a, 50 . An n-type semiconductor has free electrons that are separated from its crystal lattice for some reason. The free electrons are attracted to the positive electrode and discharged from a surface of the semiconductor. The discharged free electrons react with combustion ions, creating an ion current. The free electrons thus serve as carriers of an electrical charge in order to increase an ion current. Accordingly, the above-mentioned semiconductor devices 82 , 21 , 31 , 112 a, 50 can be made of a semiconductor which is either p-type or n-type.

In den ersten bis vierten Ausführungsbeispielen kann die Mittelelektrode 6 geerdet sein und eine positive Spannung kann an die Erdungselektrode 8 angelegt werden. D.h., die Mittelelektrode 6 kann als negative Elektrode dienen und die Erdungselektrode 8 als positive Elektrode. In diesem Fall ist zumindest ein Teil der Mittelelektrode 6 aus einem Halbleitermaterial hergestellt, oder ein Teil des Isolationsporzellans ist aus einem Halbleitermaterial hergestellt, wie im sechsten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.In the first to fourth embodiments, the center electrode 6 may be grounded and a positive voltage may be applied to the ground electrode 8 . That is, the center electrode 6 can serve as a negative electrode and the ground electrode 8 as a positive electrode. In this case, at least a part of the center electrode 6 is made of a semiconductor material, or a part of the insulating porcelain is made of a semiconductor material, as was described in the sixth exemplary embodiment.

Ferner kann das Halbleiterbauteil 82 im Inneren der negativen Elektrode angeordnet sein, um freie Elektronen zu entladen. Jedoch ist in den oben erwähnten Ausführungsbeispielen das Halbleiterbauteil 82 auf einer äußeren Oberfläche der negativen Elektrode angeordnet, so daß freie Elektronen mit Verbrennungsionen leichter reagieren.Furthermore, the semiconductor device 82 can be arranged inside the negative electrode in order to discharge free electrons. However, in the above-mentioned embodiments, the semiconductor device 82 is arranged on an outer surface of the negative electrode, so that free electrons react more easily with combustion ions.

Ein Ionenstromdetektor K1 hat eine Zündkerze 1 zur Durchführung einer Funkenentladung. Die Zündkerze 1 hat Mittel- und Erdungselektroden 6, 8, die mit einem Zündspalt 9 dazwischen angeordnet sind und einander gegenüberliegen. Wenn eine positive Spannung an die Mittelelektrode 6 angelegt wird, wird ein Kraftstoff-Luftgemisch an dem Zündspalt 9 entzündet, um Verbrennungsionen zu erzeugen. Ein Ionenstrom wird durch die Verbrennungsionen erzeugt und wird durch den Ionenstromdetektor K1 erfaßt. Eine Oberfläche der Erdungselektrode 8, die der Mittelelektrode 6 gegenüberliegt, ist teilweise aus einem Halbleiterbauteil 82 hergestellt. Wenn zwischen den Mittel- und Erdungselektroden 6, 8 eine Spannung angelegt wird, entlädt das Halbleiterbauteil 82 freie Elektronen. Deshalb wird die Anzahl freier Elektronen, die mit den Verbrennungsionen reagieren, erhöht, wodurch ein Ionenstrom zunimmt. Somit wird eine Ionenstromausgangsleistung des Ionenstromdetektors K1 während der Verbrennung erhöht.An ion current detector K1 has a spark plug 1 for performing a spark discharge. The spark plug 1 has center and ground electrodes 6 , 8 , which are arranged with an ignition gap 9 between them and are opposite one another. When a positive voltage is applied to the center electrode 6 , a fuel-air mixture is ignited at the ignition gap 9 to generate combustion ions. An ion current is generated by the combustion ions and is detected by the ion current detector K1. A surface of the ground electrode 8 , which is opposite to the center electrode 6 , is partially made of a semiconductor device 82 . When a voltage is applied between the center and ground electrodes 6 , 8 , the semiconductor device 82 discharges free electrons. Therefore, the number of free electrons that react with the combustion ions is increased, whereby an ion current increases. Thus, an ion current output of the ion current detector K1 is increased during the combustion.

Claims

1. ion current detector (K1-7) for detecting an ion current, which is caused by combustion ions, which are generated by applying a voltage, comprising the following components:
a positive electrode ( 2-2 C, 3-3 A, 6 , 8 , 111 ); and
a negative electrode ( 2-2 C, 3-3 A, 6 , 8 , 112 ), which is arranged so that it the positive electrode ( 2-2 C, 3-3 A, 6 , 8 , 111 ) with a Gap ( 9 ) therebetween faces the combustion ions at the gap ( 9 ) by applying the voltage between the positive electrode ( 2-2 C, 3-3 A, 6 , 8 , 111 ) and the negative electrode ( 2-2 C , 3-3 A, 6 , 8 , 112 ), whereby:
the negative electrode ( 2-2 C, 3-3 A, 6 , 8 , 112 ) comprises a semiconductor device ( 21 , 31 , 82 , 112 a) to generate a free electron which is coupled to the combustion ions when the Voltage is applied to the positive and negative electrodes ( 2-2 C, 3-3 A, 6 , 8 , 111 , 112 ).

2. ion current detector (K1-7) according to claim 1, characterized in that the semiconductor component ( 21 , 31 , 82 , 112 a) on an outer surface of the negative electrode ( 2-2 C, 3-3 A, 6 , 8 , 112 ) is arranged.

3. ion current detector (K1-7) according to claim 1 or 2, characterized in that the semiconductor component ( 21 , 31 , 82 , 112 a) of the positive electrode ( 2-2 C, 3-3 A, 6 , 8 , 111 ) opposite.

4. ion current detector (K2) for an internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, further comprising the following components:
a combustion chamber (2 A), in which a combustion of a fuel-air mixture occurs; and
a spark plug ( 1 A), which contains an ignition component, which is made of a central electrode ( 6 ) and a grounding electrode ( 8 ), which is opposite the central electrode ( 6 ) with an ignition gap ( 9 ) therebetween, the spark plug ( 1 A is) mounted in such a way to the combustion chamber (2 a) that the Zündbauteil inside the combustion chamber (2 a) is disposed, wherein:
the combustion chamber (2 A) is electrically connected to the grounding electrode (8);
the ground electrode (6) is the positive electrode and the combustion chamber (2 A) the negative electrode is; and
at least a part of the combustion chamber (2 A) of a semiconductor component (21) is made.

5. ion current detector (K3) for an internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized by further following components:
a combustion chamber ( 2 B) in which the combustion of the air-fuel mixture occurs;
a piston (3 A), which is in the combustion chamber (2 B) arranged, which reciprocates, so that the combustion occurs inside the combustion chamber (2 B); and
a spark plug ( 1 A), which contains an ignition component, which is made of a central electrode ( 6 ) and a grounding electrode ( 8 ), which is opposite the central electrode ( 6 ) with an ignition gap ( 9 ) therebetween, the spark plug ( 1 A ) is attached to the combustion chamber ( 2 B) in such a way that the ignition component is arranged inside the combustion chamber ( 2 B), wherein:
the piston ( 3 A) is electrically connected to the ground electrode ( 8 );
the center electrode ( 6 ) is the positive electrode and the piston ( 3 A) is the negative electrode; and
at least part of the piston ( 3 A) is made from the semiconductor component ( 31 ).

6. ion current detector (K4) according to claim 5, characterized in that the combustion chamber ( 2 C) is electrically connected to the grounding electrode ( 8 ), and that at least part of the combustion chamber ( 2 C) is made of the semiconductor component ( 21 ).

7. ion current detector (K1-7) according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the semiconductor component ( 21 , 31 , 50 , 82 , 112 a) is made of a metal oxide.

8. Spark plug ( 1 ) for igniting a fuel-air mixture by applying a voltage and for detecting an ion current which is caused by combustion ions which are generated by the ignition, the spark plug ( 1 ) having the following components:
a center electrode ( 6 ); and
a ground electrode ( 8 ) which is arranged so that it is the center electrode ( 6 ) with a gap ( 9 ) therebetween to the combustion ions at the ignition gap ( 9 ) by applying the voltage between the center electrode ( 6 ) and the ground electrode ( 8 ), where:
the center electrode ( 6 ) or the ground electrode ( 8 ), which serves as the negative electrode, contains a semiconductor component ( 82 ) in order to generate a free electron which is coupled to the combustion ions when the voltage is applied to the center and ground electrodes ( 6 , 8 ) is created.

9. Spark plug ( 1 B) for igniting a fuel-air mixture by applying a voltage and for detecting an ion current, which is caused by the combustion ions generated by the ignition, the spark plug ( 1 B) having the following components:
a center electrode ( 6 ) which has a tip to serve as a negative electrode;
an insulation component ( 5 A), which covers the center electrode ( 6 ) with the exception of the tip; and
a ground electrode ( 8 ) which is arranged to face the tip of the center electrode ( 6 ) with an ignition gap ( 9 ) therebetween, for the combustion ions at the ignition gap ( 9 ) by applying the voltage between the center electrode ( 6 ) and the ground electrode ( 8 ), where:
a semiconductor component ( 50 ) is provided on an outer surface ( 5 a) of the insulation component ( 5 A) at the periphery of the ignition gap ( 9 ) to generate a free electron which is coupled to the combustion ions when the voltage is applied to the means - And grounding electrodes ( 6 , 8 ) is applied.

10. ion current detector (K7) for an internal combustion engine, which has a spark plug ( 1 B) for igniting a fuel-air mixture by applying a discharge voltage and for detecting an ion current which is caused by the combustion ions generated by the ignition by applying an alternating voltage , wherein the ion current detector (K7) has the following:
a center electrode ( 6 ) having a tip;
an insulation component ( 5 A), which covers the center electrode ( 6 ) with the exception of the tip;
a ground electrode ( 8 ) which is arranged to face the tip of the center electrode ( 6 ) with an ignition gap ( 9 ) therebetween, around the combustion ions at the ignition gap ( 9 ) by applying the discharge voltage between the center electrode ( 6 ) and the ground electrode ( 8 ) generate;
a combustion chamber ( 2 C) in which the combustion of the fuel-air mixture takes place; and
a piston (3 A), which is arranged in the combustion chamber (2 C), so that the combustion takes place in the combustion chamber (2 C) reciprocates, wherein:
the combustion chamber ( 2 C) and the piston ( 3 A) are electrically connected to the ground electrode ( 8 );
a first semiconductor component (50, 82) which is electrically connected to the center electrode (6) and provided on an outer surface of the center electrode (6) and / or an outer surface of the insulation member (5 A) on the periphery of the spark gap (9) to generate a free electron that is coupled to the combustion ions; and
a second semiconductor component ( 21 , 31 , 82 ) on a part of the ground electrodes ( 8 ), which is opposite the center electrode ( 6 ), and / or the combustion chamber ( 2 C) and / or the piston ( 3 A), around a free electron to be coupled to the combustion ions when the AC voltage is applied to the center and ground electrodes ( 6 , 8 ).