JP2001330248A - セラミックヒータ又はグロープラグの特性測定方法 - Google Patents
セラミックヒータ又はグロープラグの特性測定方法Info
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Abstract
抵抗を測定するセラミックヒータ又はグロープラグの特
性測定方法を提供すること。 【解決手段】 予め、セラミックヒータ2の先端部2A
を導電性の金属膜で被覆する。セラミックヒータ2の両
端子部6A,7A間に、電流計21、スイッチ22を介
して定電圧電源23を接続する。定電圧電源23から電
流を流してセラミックヒータ2を加熱しながら、先端部
2Aを含む領域を見込むようにセットした赤外線放射温
度計24によって、先端部2Aのうち表面温度Tsが最
も高くなる部分の温度を測定し、温度変換器25に表示
する。また同様に、セラミックヒータ2の先端部2Aに
接触された絶縁抵抗計26の一方の端子であるプローブ
27の先端部27Aと、セラミックヒータ2の端子部7
Aに接続された他方の端子との間の基体抵抗値Riを測
定する。
Description
を促進し、また、燃料燃焼時に発生するイオンを検出す
るように制御されるグロープラグ、又は、グロープラグ
に用いられるセラミックヒータの特性を測定する特性測
定方法に関する。
ィーゼルエンジンの乗用車への搭載が増加しており、ユ
ーザから、より一層の燃費向上の他、ガソリンエンジン
に比して劣っていた振動や騒音、始動性などの改善が求
められている。一方、環境保護の観点から排出ガスのク
リーン化も求められている。これらの要求に対応するた
め、エンジンにおける燃料噴射のタイミングや噴射量を
制御すべく、燃料燃焼時に発生するイオンを検知し、こ
の結果を用いたフィードバック制御が提案されている。
なお、イオンの検出は、具体的には、グロープラグとエ
ンジンの燃焼室内壁との間に電圧を印加し、イオンの存
在によって流れるイオン電流を検出する方法が提案され
ている。
焼室内に露出する露出部にセラミックヒータが用いられ
ているものがある。セラミックヒータが用いられたグロ
ープラグで上記の方法を使用してイオン電流を検出する
ためには、発熱体を覆っているセラミック基体部分にあ
る程度の導電性が必要であり、そのために例えば、発熱
体に通電することによって発生した熱によって窒化珪素
の温度を上昇させ、絶縁抵抗を低下させることが行われ
る。そして、この状態でグロープラグとエンジンの燃焼
室内壁との間に電圧を印加すると、このセラミック基体
とエンジン燃焼室内のイオンを介して、イオン電流を検
出することができる。
ようなセラミック基体の絶縁抵抗値は、発熱体とセラミ
ック基体との熱膨張係数を合わせるために添加した導電
セラミックの素材や添加量によって異なり、また、セラ
ミック基体の温度によって変化する。イオン電流を的確
に検出するためには、イオン電流測定の為の回路の特性
を適正にする必要がある。このためには、グロープラグ
あるいはセラミックヒータの温度と絶縁抵抗値との関係
が既知であることが好ましい。そこで、セラミックヒー
タに通電して加熱しつつ、各温度におけるセラミック基
体の絶縁抵抗を測定する必要があった。
ものであって、セラミックヒータを通電加熱しつつその
絶縁抵抗を測定するセラミックヒータ又はグロープラグ
の特性測定方法を提供することを目的とする。
その解決手段は、グロープラグに用いられ、通電により
発熱する通電発熱体がセラミック基体で覆われているセ
ラミックヒータの特性測定方法であって、上記セラミッ
クヒータの表面に絶縁抵抗計の一方の端子であるプロー
ブを当接させた状態で、上記通電発熱体へ通電して上記
セラミックヒータを加熱する加熱ステップと、上記プロ
ーブと絶縁抵抗計の他方の端子に接続する通電発熱体と
の間でセラミック基体の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測
定ステップと、上記セラミックヒータの表面温度を測定
する表面温度測定ステップと、を備えるセラミックヒー
タの特性測定方法である。
によれば、加熱ステップでセラミックヒータを加熱しな
がら、絶縁抵抗測定ステップでセラミックヒータの表面
と通電発熱体との間の絶縁抵抗を測定する。さらに、表
面温度測定ステップでセラミックヒータの表面温度を測
定する。セラミック基体の絶縁抵抗に比べて通電発熱体
の抵抗は無視できるので、絶縁抵抗測定ステップではセ
ラミック基体の絶縁抵抗値が測定される。従って、セラ
ミックヒータの温度を変化させながら、セラミック基体
の絶縁抵抗とセラミックヒータの表面温度を測定でき
る。
であって、前記セラミックヒータの表面のうち、少なく
とも前記プローブの当接部分に金属膜を有するセラミッ
クヒータの特性測定方法とすると良い。
ローブを当接させるに際し、両者が密着できるとは限ら
ない。そのため、ヒータ表面へのプローブの当接のさせ
方によっては、接触面積が小さくなって正確な絶縁抵抗
値が測定できなくなる等、測定にばらつきが生じるおそ
れがある。これに対し、本発明のセラミックヒータの特
性測定方法では、少なくともプローブの当接部分のセラ
ミックヒータ表面に金属膜を有するので、金属膜の良好
な導電性により接触面積が小さくても絶縁抵抗測定のた
めの微小電流をプローブへ確実に流すことができる。プ
ローブが金属膜と接触していれば、プローブの当接のさ
せ方に影響されることなく絶縁抵抗を測定できるので、
測定が容易でばらつきの少ない測定が可能となる。
る通電発熱体がセラミック基体で覆われているセラミッ
クヒータを有するグロープラグの特性測定方法であっ
て、上記セラミックヒータの表面に絶縁抵抗計の一方の
端子であるプローブを当接させた状態で、上記通電発熱
体へ通電して上記セラミックヒータを加熱する加熱ステ
ップと、上記プローブと絶縁抵抗計の他方の端子に接続
する通電発熱体との間でセラミック基体の絶縁抵抗を測
定する絶縁抵抗測定ステップと、上記セラミックヒータ
の表面温度を測定する表面温度測定ステップと、を備え
るグロープラグの特性測定方法である。
まれた状態でも、エンジンの燃焼室内に露出するための
露出部分を有する。そこで、この露出部分に絶縁抵抗計
のプローブを当接させることで、グロープラグについて
も同様に絶縁抵抗値を測定することができる。即ち、こ
のグロープラグの特性測定方法によれば、加熱ステップ
でセラミックヒータを加熱しながら、絶縁抵抗測定ステ
ップでセラミックヒータの表面と通電発熱体との間の絶
縁抵抗を測定する。さらに、表面温度測定ステップでセ
ラミックヒータの表面温度を測定する。セラミック基体
の絶縁抵抗に比べて通電発熱体及びグロープラグの導電
路の抵抗は無視できるので、絶縁抵抗測定ステップでは
セラミック基体の絶縁抵抗値が測定される。従って、セ
ラミックヒータの温度を変化させながら、セラミック基
体の絶縁抵抗とセラミックヒータの表面温度を測定でき
る。
って、前記セラミックヒータの表面のうち、少なくとも
前記プローブの当接部分に金属膜を有するグロープラグ
の特性測定方法とすると良い。
ローブを当接させるに際し、両者の表面が滑らかで密着
できるとは限らない。そのため、ヒータ表面へのプロー
ブの当接のさせ方によっては、接触面積が小さくなって
正確な絶縁抵抗値が測定できなくなる等、測定にばらつ
きが生じるおそれがある。これに対し、本発明のグロー
プラグの特性測定方法では、少なくともプローブの当接
部分のセラミックヒータ表面に金属膜を有するので、金
属膜の良好な導電性により接触面積が小さくても絶縁抵
抗測定のための微小電流をプローブへ確実に流すことが
できる。プローブが金属膜と接触していれば、プローブ
の当接させ方に影響されることなく絶縁抵抗を測定でき
るので、測定が容易でばらつきの少ない測定が可能とな
る。なお、金属膜とグロープラグのハウジングとの絶縁
のため、グロープラグの外筒の先端と金属膜との間に隙
間を設けるようにするのが好ましい。具体的には、50
0〜1000V程度で絶縁抵抗を測定することを考慮
し、1mm以上、好ましくは1.5mm以上の隙間とす
るのが好ましい。さらに好ましくは、2mm程度の隙間
とすると良い。
ープラグの特性測定方法では、プローブの少なくとも先
端部が鉄で形成されているセラミックヒータの特性測定
方法とするのが好ましい。
セラミックヒータに当接させると、セラミックヒータの
熱がプローブに伝導される。セラミックヒータの熱がプ
ローブに逃げることは、プローブの当接によりセラミッ
クヒータ自身の温度が変化することになり好ましくな
い。これに対し、プローブの先端部を例えば鉄のような
電気伝導は良好であるが熱伝導は良好でない材質で形成
すると、プローブを介しての熱の逃げが少なくなるので
より正確な測定ができる。
ープラグの特性測定方法では、プローブの先端部はセラ
ミックヒータの径の1/10〜1/100の細径棒状で
あるセラミックヒータの特性測定方法とするのが好まし
い。
はその接触面積にも関係する。プローブ先端部の径がセ
ラミックヒータの径に対し1/10を越えるとその熱伝
導が無視できなくなり、セラミックヒータの温度の正確
な測定が難しくなる。また、1/100より細くなる
と、プローブの強度が小さく取り扱いが難しくなるので
絶縁抵抗値の正確な測定が難しくなる。従って、1/1
0〜1/100とすることで、熱放散を防ぎつつ、容易
に取り扱って測定できる。
プラグの特性測定方法では、前記表面温度測定ステップ
は赤外線放射温度計で前記セラミックヒータの表面温度
を測定するセラミックヒータの特性測定方法とするのが
好ましい。
縁抵抗と同時に測定しても表面温度や絶縁抵抗値の測定
結果に悪影響を及ぼさない。また、温度測定の為にセラ
ミックヒータやグロープラグに加工を施す必要もなく容
易に測定できる。また、比較的広い範囲を視野に入れる
ことが可能なものでは、セラミックヒータ全体、あるい
はグロープラグの露出部全体を視野内に捉えて、その内
の最も高温である箇所の温度を測定することができる。
また、最も高温である部分の裏側に絶縁抵抗計のプロー
ブを当てることにより、測定した表面温度とその温度に
おける絶縁抵抗値との関係をより的確に測定できる。つ
まり、前記プローブの当接部分は、前記セラミックヒー
タの表面温度が最も高くなる部分とすることが好まし
い。最も表面温度の高くなる部分は限られた場所になる
ので、測定毎の測定場所によるバラツキを小さくするこ
とができるからである。特に具体的には、U字状の前記
通電発熱体の内側先端部分に対応する表面を選択すると
良い。この部分が最も高温になるからである。
クヒータの特性測定方法の実施の形態について、図面を
参照しつつ説明する。図1に示すセラミックヒータ2
は、略U字状のセラミック発熱体(通電発熱体)4と、
これを覆うセラミック基体5、及びタングステンからな
る2つのリード6,7とを有する。セラミック発熱体4
の一方の端部4Aは、リード6を経由してセラミックヒ
ータ2の後端(図中上端)に導かれ、端子部6Aがセラ
ミックヒータ2の外面に露出している。一方、セラミッ
ク発熱体4の他方の端部4Bは、リード7を経由してセ
ラミックヒータ2の中央部外周に導かれ、端子部7Aが
セラミックヒータ2の外面に露出している。
体とし、導電セラミックである炭化チタンを若干添加し
たセラミックからなる。このセラミック基体5は、常温
では絶縁体であるが、温度が上がるにつれて抵抗が下が
り、導電性を示す。窒化珪素は温度の上昇と共に、徐々
に絶縁抵抗が低下するものであるが、このセラミック基
体5のように、窒化珪素にさらに導電性セラミックを添
加すると、その基体抵抗値(絶縁抵抗値)Riは窒化珪
素のものよりさらに低抵抗側にスライドした変化を示す
ようになる。また、セラミック発熱体4は、セラミック
基体5に用いたセラミック材とタングステンカーバイト
(WC)とからなる導電性のセラミックである。
部)2Aの表面温度Tsと、セラミック発熱体4と先端
部2A表面間の基体抵抗値Riとの関係を測定する方法
を説明する。まず予め、先端部2Aを導電性の金属膜9
で被覆する。具体的には、厚さ1μm程度の金層または
銀層を蒸着によって形成する。セラミック発熱体4と先
端部2A表面間の基体抵抗値Riを安定して測定できる
ようにするためである。なお、セラミック発熱体4を発
熱させたとき、表面のうち最も高温となるのはU字状の
セラミック発熱体4のうち内側先端部4Cに対応した部
分であるので、この部分を含むように金属膜9を形成し
ておく。次いで、図2に示すように、セラミックヒータ
2の端子部6Aと7Aの間に、電流計21、スイッチ2
2を介して定電圧電源23を接続する。これにより定電
圧電源23からVg=12Vの一定電圧が給電され、セ
ラミック発熱体4が発熱して先端部2Aの温度が昇温す
る。なお、定電圧電源23としては、KIKUSUI
製、PVS20−130を用いた。
め、先端部2Aを含む領域を見込むようにセットした赤
外線放射温度計24によって、先端部2Aのうち表面温
度Tsが最も高くなる部分の温度を測定する。この表面
温度Tsは、温度変換器25によって表示される。な
お、赤外線放射温度計24には、日本アビオニクス製、
TVS−100を用いた。
るプローブ27の先端部27Aをセラミックヒータ2の
先端部2Aに接触させ、他方の端子を端子部7A(又は
端子部6A)に接触させて、両端子間の絶縁抵抗値を測
定することで基体抵抗値Riを測定する。この時、上記
のように測定された表面温度Tsが最も高い部分の裏側
(セラミックヒータ2の中心軸を中心として対称となる
位置)に先端部27Aを接触させるようにする。つま
り、プローブ27とは逆側からセラミックヒータ2を見
込むように赤外線放射温度計24の視野をセットする。
これは、表面温度Tsの分布はほぼ軸のまわりに対称で
あることと、プローブ27が赤外線放射温度計24の視
野内に入らないようにするためである。なお、表面温度
Tsが最も高い部分は、前記したようにセラミック発熱
体4の内側先端部4Cに対応した部分である。
ック発熱体4とセラミック基体5の表面との間の基体抵
抗値Riが測定できる。上記したように、先端部2Aに
は、金層などの金属膜9が形成されているので、プロー
ブ27の接触状態に影響されることなく安定して基体抵
抗値Riを測定することができる。なお、プローブ27
の先端部27Aは、先端部2Aの熱を逃がし難くするた
め、直径0.1mmの円柱状に形成した鉄製の部材を用
いている。また、絶縁抵抗計26には、ADVANTE
ST製、R8340(ULTRA HIGH RESI
STANCEMETER)を用いた。
ミック発熱体4に電流を流してセラミックヒータ2を加
熱しながら、先端部2Aの表面温度Tsと基体抵抗値R
iを同時に測定する。これにより、先端部2Aの表面温
度Tsの変化につれてセラミック発熱体4とセラミック
基体5の表面との間の基体抵抗値Riが変化する関係を
知ることができる。
いるセラミック基体5の組成を変更したものを複数種類
製作して、その特性を測定した例を示す。まずその組成
を表1に示す。
セラミックヒータ2について、上記測定を行った結果を
図3に示す。このグラフから容易に理解できるように、
いずれの組成においても、先端部2Aの表面温度Tsが
高くなるにつれて、基体抵抗値Riが低下することが判
る。しかも、TiN,TiC,WC,MoSi2,Si
Cなどの導電セラミックの添加量が多いほど基体抵抗値
Riが低い側にスライドするようにして低くなることが
判る。
定方法では、定電圧電源23でセラミックヒータ2のセ
ラミック発熱体4に通電し加熱しながら、赤外線放射温
度計24で表面温度Tsを、絶縁抵抗計26で基体抵抗
値Riをそれぞれ同時に測定できる。従って、表面温度
Tsの上昇につれて変化する基体抵抗値Riの様子をグ
ラフ化して、セラミックヒータ2の特性として得ること
ができる。こうしてセラミックヒータ2の特性を測定し
ておくことで、このセラミックヒータ2をグロープラグ
に用いた場合の、イオン電流測定の為の回路の特性を適
正に選択することができる。
施形態について説明する。上記実施形態1では、セラミ
ックヒータ2単体の表面温度Tsと基体抵抗値Riを測
定した。これに対し、本実施形態2では、組み立てられ
たグロープラグ10を用いる点で異なるのみで、定電圧
電源23、赤外線放射温度計24、及び絶縁抵抗計26
等は同様な構成であるので、異なる部分について説明し
同様な部分については説明を省略あるいは簡略化する。
を、図4に示す。グロープラグ10は、金属製で筒状の
ハウジング1とセラミックヒータ2を有する。セラミッ
クヒータ2は、実施形態1で使用したものと同様の構造
であり、その先端部(図中下部)2Aを外部に露出させ
るようにして、金属製の外筒3にロウ付けされ、さらに
この外筒3はハウジング1にロウ付けにより固着されて
いる。
リード6を経由してセラミックヒータ2の後端(図中上
端)に導かれ、端子部6Aとコイルバネ状のコイルリー
ド8を介して、中軸11に接続している。この中軸11
の先端(図中上端)には、オネジが螺刻されたターミナ
ル部11Tとなっている。一方、セラミック発熱体4の
他方の端部4Bは、リード7を経由してセラミックヒー
タ2の中央部外周に導かれ、端子部7Aとリード線12
を介して、中軸11の長手方向中央部を取り囲むターミ
ナルスリーブ13に接続している。従って、このグロー
プラグ10では、中軸11(ターミナル部11T)と、
ターミナルスリーブ13との間に電流を流すことによ
り、セラミック発熱体4が発熱し、これに伴ってセラミ
ックヒータ2の先端部2Aの表面温度が上昇する構造と
なっている。
絶縁リング14によってハウジング1と絶縁され、ま
た、ターミナルスリーブ13の内周に沿って配置された
筒状の絶縁スリーブ15によって、中軸11とも絶縁さ
れている。従って、セラミック発熱体4は、ハウジング
1とは絶縁された構造となっている。
面温度Tsと、セラミック発熱体4と先端部2A表面間
の基体抵抗値Riとの関係を測定する方法を図5に示
す。実施形態1とは測定対象が異なるのみであり、各機
器の接続位置が変更されている他は図2と同様の構成で
ある。まず予め、先端部2Aを金層や銀層などの導電性
の金属膜9で被覆する。具体的には、外筒3の先端3A
と2mm程度の隙間をあけて金属膜9を形成する。後述
する絶縁抵抗の測定において、500〜1000Vを印
加するので、外筒3とショートしないようにするためで
ある。次いで、図5に示すように、グロープラグ10の
ターミナル部11Tとターミナルスリーブ13の間に、
電流計21、スイッチ22を介して定電圧電源23を接
続する。一方、先端部2Aの表面温度Tsを知るため、
先端部2Aを含む領域を見込むようにセットした赤外線
放射温度計24によって、先端部2Aのうち表面温度T
sが最も高くなる部分の温度を測定する。この表面温度
Tsは、温度変換器25によって表示される。さらに、
絶縁抵抗計26のプローブ27の先端部27Aを先端部
2Aに接触させ、ターミナルスリーブ13との間の基体
抵抗値Riを測定する。
クヒータ2と同様にグロープラグ10の特性の測定がで
きる。しかも、グロープラグ10として既に組み立てら
れたものを測定するので、実際にエンジン内で使用され
る場合の特性により近い測定結果を得ることができる。
即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更
して適用できることはいうまでもない。例えば、上記実
施形態では、先端部2Aに金層あるいは銀層を蒸着する
としたが、被膜を形成する方法としてはメッキ又はスパ
ッタリングによってもよい。また例えば、上記実施形態
では、先端部の表面温度Tsを赤外線放射温度計24に
よって測定するとしたが、熱電対によってもよい。
Ts、基体抵抗値Riを測定する測定方法を説明する説
明図である。
面温度Tsと基体抵抗値Riの関係を示すグラフであ
る。
s、基体抵抗値Riを測定する測定方法を説明する説明
図である。
Claims (4)
- 【請求項1】グロープラグに用いられ、通電により発熱
する通電発熱体がセラミック基体で覆われているセラミ
ックヒータの特性測定方法であって、 上記セラミックヒータの表面に絶縁抵抗計の一方の端子
であるプローブを当接させた状態で、上記通電発熱体へ
通電して上記セラミックヒータを加熱する加熱ステップ
と、 上記プローブと絶縁抵抗計の他方の端子に接続する通電
発熱体との間でセラミック基体の絶縁抵抗を測定する絶
縁抵抗測定ステップと、 上記セラミックヒータの表面温度を測定する表面温度測
定ステップと、を備えるセラミックヒータの特性測定方
法。 - 【請求項2】請求項1に記載のセラミックヒータの特性
測定方法であって、 前記セラミックヒータの表面のうち、少なくとも前記プ
ローブの当接部分に金属膜を有するセラミックヒータの
特性測定方法。 - 【請求項3】通電により発熱する通電発熱体がセラミッ
ク基体で覆われているセラミックヒータを有するグロー
プラグの特性測定方法であって、 上記セラミックヒータの表面に絶縁抵抗計の一方の端子
であるプローブを当接させた状態で、上記通電発熱体へ
通電して上記セラミックヒータを加熱する加熱ステップ
と、 上記プローブと絶縁抵抗計の他方の端子に接続する通電
発熱体との間でセラミック基体の絶縁抵抗を測定する絶
縁抵抗測定ステップと、 上記セラミックヒータの表面温度を測定する表面温度測
定ステップと、を備えるグロープラグの特性測定方法。 - 【請求項4】請求項3に記載のグロープラグの特性測定
方法であって、 前記セラミックヒータの表面のうち、少なくとも前記プ
ローブの当接部分に金属膜を有するグロープラグの特性
測定方法。
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- 2000-05-23 JP JP2000151625A patent/JP4094205B2/ja not_active Expired - Fee Related
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