JPH10110950A - Glow plug and its manufacture - Google Patents

Glow plug and its manufacture

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JPH10110950A
JPH10110950A JP8578497A JP8578497A JPH10110950A JP H10110950 A JPH10110950 A JP H10110950A JP 8578497 A JP8578497 A JP 8578497A JP 8578497 A JP8578497 A JP 8578497A JP H10110950 A JPH10110950 A JP H10110950A
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JP
Japan
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glow plug
rod
heating element
shaped insulator
ion
Prior art date
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Pending
Application number
JP8578497A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Murai
博之 村井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
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Priority to US08/973,799 priority patent/US6483079B2/en
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Priority to EP97915709A priority patent/EP0834652B1/en
Publication of JPH10110950A publication Critical patent/JPH10110950A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001Glowing plugs for internal-combustion engines
    • F23Q2007/002Glowing plugs for internal-combustion engines with sensing means

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a glow plug free from deposition of carbon, which is capable of precisely sensing ion current and further has superior durability. SOLUTION: A glow plug comprised of a housing 4 and a main body 10 supported within the housing is constructed such that the main body 10 is comprised of a rod-like insulator 11, an electrical energized heater 2 printed and formed within the rod-like insulator member at its one end, a pair of lead lines 21, 22 electrically connected to both ends of the electrical energized heater 2 and fed out to the other end of the rod-like insulator member, and an ion sensing electrode 3 electrically insulated against the electrical energized heater 2 and arranged within the rod-like insulator 11 so as to detect a state of ionization in the flame.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【技術分野】本発明は,燃料の着火・燃焼を促進するた
めのグロープラグ,及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a glow plug for promoting ignition and combustion of fuel, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来技術】近年,ガソリンエンジン,ディーゼルエン
ジンにおいては,環境保護の面から,排気ガスや排気煙
をより一層低減させることが要望されている。そして,
こうした要望に応えるべく,各種のエンジン改良や後処
理(触媒浄化等)により排出ガス低減,燃料・潤滑油性
状の改善,各種のエンジン燃焼制御システムの改善など
が検討されている。
2. Description of the Related Art In recent years, in gasoline engines and diesel engines, it has been demanded to further reduce exhaust gas and smoke from the viewpoint of environmental protection. And
To meet these demands, various types of engine improvement and post-treatment (catalyst purification, etc.) have been studied to reduce exhaust gas, improve fuel and lubricating oil properties, and improve various engine combustion control systems.

【0003】また,最近のエンジン燃焼制御システムに
おいては,エンジンの燃焼状態を検出することが要請さ
れており,筒内圧,燃焼光,イオン電流等を検出するこ
とによってエンジン燃焼状態を検出することが検討され
ている。特に,イオン電流によりエンジン燃焼状態を検
出することは,燃焼に伴う化学反応を直接的に観察でき
ることから極めて有用と考えられており,種々のイオン
電流検出方法が提案されている。
Further, in recent engine combustion control systems, it is required to detect the combustion state of the engine, and it is necessary to detect the combustion state of the engine by detecting the in-cylinder pressure, combustion light, ion current, and the like. Are being considered. In particular, detecting the combustion state of an engine using an ion current is considered to be extremely useful because the chemical reaction accompanying the combustion can be directly observed, and various ion current detection methods have been proposed.

【0004】例えば,特開平7−259597号公報に
は,燃料噴射ノズルの取り付け座部において,当該噴射
ノズル及びエンジンのシリンダヘッドから絶縁されたス
リーブ状のイオン検出用電極を装着し,これを外部の検
出回路に接続することにより燃料の燃焼に伴うイオン電
流を検出する方法が開示されている。また,米国特許第
4,739,731号では,セラミックグロープラグを
用いたイオン電流検出用センサが開示されている。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-259597 discloses a sleeve-shaped ion detection electrode insulated from a fuel injection nozzle and a cylinder head of an engine at a mounting seat of the fuel injection nozzle. Discloses a method for detecting an ionic current associated with fuel combustion by connecting to a detection circuit. U.S. Pat. No. 4,739,731 discloses an ion current detection sensor using a ceramic glow plug.

【0005】これらの技術では,グロープラグのヒータ
(通電発熱体)表面に白金製の導電層を取着すると共
に,この導電層を燃焼室及びグロープラグ取付金具から
絶縁している。そして,導電層に外部からイオン電流測
定用電源(直流250V)を印加して燃料燃焼に伴うイ
オン電流を検出するようにしている。
In these techniques, a conductive layer made of platinum is attached to the surface of a heater (electric heating element) of a glow plug, and this conductive layer is insulated from a combustion chamber and a glow plug mounting bracket. Then, an ion current measuring power supply (250 V DC) is applied to the conductive layer from the outside to detect an ion current accompanying fuel combustion.

【0006】[0006]

【解決しようとする課題】ところが,上記従来技術にお
いては,いずれも以下に示す問題がある。即ち,前者の
技術(特開平7−259597号公報)では,イオン電
流検出のために,他の部位より絶縁されたスリーブ状の
イオン検出用電極を設置しなくてはならず,その材料の
選択及びその加工において煩雑な作業が強いられる。そ
のため,イオン検出用電極が非常に,高価な構成となる
という問題がある。さらに,燃料噴射ノズルとイオン検
出用電極との間,及びイオン検出用電極とシリンダヘッ
ドとの間が燃焼室内にて発生するカーボンにより短絡
し,早期に使用不能となるという欠点があった。
However, all of the above-mentioned prior arts have the following problems. That is, in the former technique (Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-259597), in order to detect an ion current, a sleeve-like ion detection electrode that is insulated from other parts must be provided. In addition, complicated work is required in the processing. Therefore, there is a problem that the ion detection electrode has a very expensive configuration. Further, there is a shortcoming that the carbon between the fuel injection nozzle and the ion detection electrode and between the ion detection electrode and the cylinder head are short-circuited by carbon generated in the combustion chamber, so that the fuel cell cannot be used at an early stage.

【0007】また,後者の技術(米国特許第4,73
9,731号)では,イオン検出用電極を通電発熱体と
は別に設けると共に,両者を別々の電源に接続している
ために構造が複雑になるという欠点があった。また,イ
オン検出用電極の耐熱性及び耐消耗性を確保するため
に,白金など高価な貴金属を多量に必要とすることか
ら,グロープラグ自体が非常に高価なものとなる欠点が
あった。
The latter technique (US Pat. No. 4,734,734)
No. 9,731), there is a disadvantage that the structure is complicated because the ion detecting electrode is provided separately from the current-carrying heating element and both are connected to different power sources. In addition, since a large amount of expensive noble metal such as platinum is required in order to secure the heat resistance and wear resistance of the ion detection electrode, there is a disadvantage that the glow plug itself becomes very expensive.

【0008】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので,カーボン付着の問題がなく,精度良くイオン電流
を検出することができ,耐久性に優れたグロープラグ及
びその製造方法を提供しようとするものである。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a glow plug which has no problem of carbon adhesion, can detect an ion current with high accuracy, has excellent durability, and a method of manufacturing the same. Is what you do.

【0009】[0009]

【課題の解決手段】請求項1の発明は,ハウジングと該
ハウジング内に支持された本体とよりなるグロープラグ
において,上記本体は,棒状絶縁体と,該棒状絶縁体の
内部に印刷形成された通電発熱体及び該通電発熱体の両
端部に電気的に接続されて棒状絶縁体の外部に導出され
た一対のリード線と,上記通電発熱体と電気絶縁されて
上記棒状絶縁体の内部に配設された,火炎中のイオン化
の状態を検出するためのイオン検出用電極とよりなるこ
とを特徴とするグロープラグにある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a glow plug including a housing and a main body supported in the housing, wherein the main body is formed by printing a rod-shaped insulator and inside the rod-shaped insulator. An energizing heating element and a pair of lead wires electrically connected to both ends of the energizing heating element and led out of the rod-shaped insulator; and disposed inside the rod-shaped insulator electrically insulated from the energizing heating element. The glow plug comprises an ion detection electrode for detecting an ionization state in the flame.

【0010】本発明において最も注目すべきことは,上
記棒状絶縁体の内部に通電発熱体とリード線とが印刷形
成されており,また上記通電発熱体と電気絶縁されて上
記棒状絶縁体の内部にイオン検出用電極が配設されてい
ることである。本発明のグロープラグは,上記通電発熱
体に電流を通すことにより発熱し,その加熱により燃焼
室における着火及び燃焼を促進させる。
In the present invention, the most remarkable thing is that a current-carrying heating element and a lead wire are printed and formed inside the rod-shaped insulator, and the inside of the rod-shaped insulator is electrically insulated from the current-carrying heating element. Is provided with an ion detection electrode. The glow plug of the present invention generates heat by passing an electric current through the above-mentioned current-carrying heating element, and the ignition thereof promotes ignition and combustion in the combustion chamber.

【0011】また,イオン検出用電極は,燃焼火炎中の
イオン化の状態を検出する。即ち,イオン電流の検出時
において,イオン検出用電極とそれに近接する燃焼室の
内壁(シリンダヘッド)とは,両者間に存在する燃料燃
焼時のプラスイオン及びマイナスイオンを捕獲するため
の2電極を形成する。
The ion detecting electrode detects the state of ionization in the combustion flame. That is, at the time of detecting the ion current, the ion detection electrode and the inner wall (cylinder head) of the combustion chamber adjacent to the ion detection electrode form two electrodes between the two for capturing the positive ions and the negative ions during fuel combustion. Form.

【0012】これにより,精度良くイオン電流を検出す
ることができ,その情報を燃焼制御に有用に活用するこ
とが可能となる。また,グロープラグに,本来の燃焼室
の加熱機能(グロー機能)とイオン電流検出機能とを付
与しているので,構造がコンパクトで,かつ安価に製造
できる。
As a result, the ion current can be accurately detected, and the information can be effectively used for combustion control. In addition, since the glow plug is provided with the original function of heating the combustion chamber (glow function) and the function of detecting the ion current, the structure can be made compact and inexpensive.

【0013】また,通電発熱体は,棒状絶縁体の内部
に,印刷形成された状態で埋設されているため,燃焼火
炎による腐触がなく,抵抗値の低下,発熱特性の変化を
招くことがなく,長期にわたって高い発熱性能を発揮す
ることができる。即ち,通電発熱体が酸化により消耗す
ることがないため,その断面積が一定に保持されると共
に,その抵抗値の変化を生ずることもない。さらに,燃
焼室内での熱的衝撃等に起因して通電発熱体が破損する
等の不具合も回避できる。
Further, since the current-carrying heating element is buried in the rod-shaped insulator in a printed state, it does not corrode due to a combustion flame, and may cause a decrease in resistance value and a change in heat generation characteristics. Therefore, high heat generation performance can be exhibited over a long period of time. That is, since the current-carrying heating element is not consumed by oxidation, its cross-sectional area is kept constant and its resistance value does not change. In addition, it is possible to avoid problems such as breakage of the current-carrying heating element due to thermal shock or the like in the combustion chamber.

【0014】また,イオン検出用電極は,燃料燃焼に伴
ってその表面中にカーボンが付着する場合があるが,そ
の付着カーボンは通電発熱体の加熱動作(例えば,エン
ジンの低温始動時におけるグロー動作)によって焼き切
ることができる。そのため,長期間に渡って正確にイオ
ン電流を検出することができる。
[0014] In addition, carbon may adhere to the surface of the ion detection electrode in the course of fuel combustion, and the deposited carbon is used to heat the current-carrying heating element (for example, glow operation when the engine is started at a low temperature). ). Therefore, the ion current can be accurately detected over a long period of time.

【0015】また,本発明においては,上記通電発熱体
は,上記棒状絶縁体の内部に印刷形成により設けてあ
る。かかる印刷形成につき一例を示せば,後述するごと
く,例えば棒状絶縁体を形成するためのセラミック材料
の生成形体(グリーンシート)の表面に,スクリーン印
刷,パッド印刷,ホットスタンプ等により,所望形状に
導電性材料よりなる通電発熱体及びリード線を印刷する
ことにより行なう。次いで,生成形体を巻回し,その後
焼成する。これにより,印刷形成された通電発熱体及び
リード線を内蔵した棒状絶縁体が得られる。
Further, in the present invention, the electric heating element is provided by printing inside the rod-shaped insulator. As an example of such printing, as will be described later, for example, a conductive material is formed into a desired shape by screen printing, pad printing, hot stamping, or the like on the surface of a green body formed of a ceramic material for forming a rod-shaped insulator. This is performed by printing a conductive heating element made of a conductive material and a lead wire. Next, the formed form is wound and then fired. As a result, a bar-shaped insulator containing the printed heating element and the lead wire can be obtained.

【0016】一方,イオン検出用電極の配設に関して
は,例えば上記生成形体の巻回時に,軸方向に沿ってそ
の中心部に中空部を設けておき,上記焼成前又は焼成後
に,電気絶縁性材料を介して,上記中空部に棒状のイオ
ン検出用電極を挿入固定することにより配設する。
On the other hand, with regard to the arrangement of the ion detecting electrode, for example, when the above-mentioned formed body is wound, a hollow portion is provided in the center thereof along the axial direction, and before or after the above-mentioned sintering, A rod-shaped electrode for ion detection is inserted and fixed in the hollow part via a material.

【0017】このように,本発明においては,通電発熱
体及びリード線は棒状絶縁体の内部に印刷形成してあ
る。そのため,通電発熱体及びリード線は,0.005
〜0.02mmの薄層状態でグロープラグ内に配設する
ことができ,グロープラグがコンパクトになる。また,
通電発熱体,リード線は,燃料火炎中に露出しないので
耐久性にも優れている。
As described above, in the present invention, the electric heating elements and the lead wires are formed by printing inside the rod-shaped insulator. Therefore, the current-carrying heating element and the lead wire should be 0.005
The glow plug can be disposed in the glow plug in a thin layer state of about 0.02 mm, and the glow plug becomes compact. Also,
The current-carrying heating element and the lead wires are not exposed to the fuel flame, and therefore have excellent durability.

【0018】また,本発明のグロープラグは,上記通電
発熱体,リード線及びイオン検出用電極を上記棒状絶縁
体の内部に,一体的に設けているので,構造簡単であ
る。したがって,本発明によれば,カーボン付着の問題
がなく,精度良くイオン電流を検出することができ,耐
久性に優れたグロープラグを提供することができる。
Further, the glow plug of the present invention has a simple structure since the current-generating heating element, the lead wire, and the electrode for ion detection are integrally provided inside the rod-shaped insulator. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a glow plug which has no problem of carbon adhesion, can detect an ion current with high accuracy, and has excellent durability.

【0019】次に,請求項2の発明のように,ハウジン
グと該ハウジング内に支持された本体とよりなるグロー
プラグにおいて,上記本体は,中空部を有する電気絶縁
性の中軸と該中軸の外周に被覆された絶縁基板とよりな
る棒状絶縁体と,該棒状絶縁体の内部において上記中軸
と上記絶縁基板との間に印刷形成された,通電発熱体及
び該通電発熱体の両端部より棒状絶縁体の外部へ導出さ
れたリード線と,上記通電発熱体と電気絶縁されて,上
記中軸の中空部内に挿入固定された,火炎中のイオン化
の状態を検出するためのイオン検出用電極とを有するこ
とを特徴とするグロープラグがある。
Next, according to a second aspect of the present invention, in a glow plug comprising a housing and a main body supported in the housing, the main body includes an electrically insulating middle shaft having a hollow portion and an outer periphery of the middle shaft. A rod-shaped insulator composed of an insulating substrate covered with a conductive material, and a rod-shaped insulator formed by printing between the center shaft and the insulating substrate inside the rod-shaped insulator from both ends of the current-carrying heating element. It has a lead wire led out of the body and an ion detection electrode for detecting the state of ionization in the flame, which is electrically insulated from the current-carrying heating element and inserted and fixed in the hollow portion of the center shaft. There is a glow plug characterized by the following.

【0020】この場合には,棒状絶縁体を中軸と絶縁基
板とにより構成しているので,その製造が容易である。
また,上記請求項1と同様の効果が得られる。
In this case, since the rod-shaped insulator is constituted by the center shaft and the insulating substrate, its manufacture is easy.
Further, the same effects as those of the first aspect can be obtained.

【0021】次に,請求項3の発明のように,上記通電
発熱体は絶縁基板の内側面に印刷形成されていることが
好ましい。この場合には,シート状の絶縁基板の上に上
記通電発熱体とリード線とを予め印刷形成しておき,こ
れを中軸に巻回すれば良いので製造容易である。次に,
請求項4の発明のように,上記イオン検出用電極の先端
は,上記火炎に曝されるよう,上記棒状絶縁体の先端部
に露出していることが好ましい。この場合には,イオン
電流検出の応答性と検出精度(S/N比)の向上の効果
が得られる。次に,請求項5の発明のように,上記イオ
ン検出用電極はMoSi2 ,WC,TiNの1種又は2
種以上の導電性セラミック材料により作製することがで
きる。この場合には,耐熱性が向上し,かつ絶縁体との
膨張係数を容易に調整,合わせ込みができるため耐熱衝
撃性向上の効果が得られる。
Next, as in the third aspect of the present invention, it is preferable that the electric heating element is printed on the inner surface of the insulating substrate. In this case, it is easy to manufacture because the energizing heating element and the lead wires are printed and formed on a sheet-like insulating substrate in advance and wound around a center shaft. next,
As in the invention of claim 4, it is preferable that the tip of the ion detection electrode is exposed at the tip of the rod-shaped insulator so as to be exposed to the flame. In this case, the effect of improving the responsiveness of ion current detection and the detection accuracy (S / N ratio) can be obtained. Next, as in the invention of claim 5, the electrode for ion detection is one or two of MoSi 2 , WC and TiN.
It can be made of more than one kind of conductive ceramic material. In this case, the heat resistance is improved, and the coefficient of expansion with the insulator can be easily adjusted and combined, so that the effect of improving the thermal shock resistance can be obtained.

【0022】次に,請求項6の発明のように,上記イオ
ン検出用電極は,W,Mo,Tiの1種又は2種以上の
高融点金属により作製することができる。この場合に
は,素材が線状で使用できるため,材料,加工,組付に
関するコストの低減の効果が得られる。
Next, as in the sixth aspect of the present invention, the ion detecting electrode can be made of one or more refractory metals of W, Mo, and Ti. In this case, since the material can be used in the form of a line, the effect of reducing costs relating to the material, processing, and assembly can be obtained.

【0023】次に,請求項7の発明のように,上記棒状
絶縁体より露出しているイオン検出用電極の露出部に
は,Pt,Ir,Rh,Ru,Pdの1種又は2種以上
の貴金属が設けてあることが好ましい。この場合には,
検出用電極の耐消耗性,耐酸化性向上の効果が得られ
る。次に,次に請求項8の発明のように,上記棒状絶縁
体の先端部は半球面形状を有していることが好ましい。
この場合には,棒状絶縁体の先端鋭角部を除去する事
で,イオン検出部近傍での燃焼火炎流の乱れが抑制さ
れ,検出性能が安定,また熱応力の集中が抑制され,耐
熱衝撃性が向上する効果が得られる。
Next, one or more of Pt, Ir, Rh, Ru, Pd may be provided on the exposed portion of the ion detecting electrode exposed from the rod-shaped insulator. Is preferably provided. In this case,
The effect of improving the wear resistance and oxidation resistance of the detection electrode is obtained. Next, the tip of the rod-shaped insulator preferably has a hemispherical shape.
In this case, by removing the sharp edge of the rod-shaped insulator, the turbulence of the combustion flame flow near the ion detector is suppressed, the detection performance is stabilized, the concentration of thermal stress is suppressed, and the thermal shock resistance is reduced. Is obtained.

【0024】次に,請求項9の発明のように,上記請求
項2のグロープラグを製造するに当たり,電気絶縁性の
セラミック材料からなると共に中空部を有する中軸の生
成形体を準備し,上記中空部内にイオン検出用電極を挿
入し,一方電気絶縁性のセラミック材料からなる絶縁基
板の生成形体の表面に上記通電発熱体及びリード線を印
刷形成し,次いで上記絶縁基板の印刷形成面の上に上記
中軸の生成形体を置いて上記絶縁基板を中軸の外周に巻
き付け,次いでこれらを加熱して上記中軸及び絶縁基板
を焼成することを特徴とするグロープラグ製造方法があ
る。
Next, as in the ninth aspect of the present invention, in manufacturing the glow plug of the second aspect, a center shaft formed body made of an electrically insulating ceramic material and having a hollow portion is prepared. The electrode for ion detection is inserted into the part, and the energizing heating element and the lead wire are printed on the surface of the formed body of the insulating substrate made of an electrically insulating ceramic material, and then formed on the printed surface of the insulating substrate. There is a method for manufacturing a glow plug, which comprises winding the insulating substrate around the outer periphery of the center shaft while placing the formed shape of the center shaft, and then heating them to fire the center shaft and the insulating substrate.

【0025】この場合には,上記請求項1及び請求項2
に示した効果を有するグロープラグを容易に製造するこ
とができる。
In this case, the above-mentioned claim 1 and claim 2
The glow plug having the effects described in (1) and (2) can be easily manufactured.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施形態例1 本発明の実施形態例にかかるグロープラグにつき,図1
〜図7を用いて説明する。本例のグロープラグは,ディ
ーゼルエンジンの始動補助装置として用いられる,セラ
ミックグロープラグである。本例のグロープラグ1は,
図1に示すごとく,本体10と該本体10を装着するハ
ウジング4とからなる。上記本体10は,棒状絶縁体1
1と,該棒状絶縁体11の内部においてその一端側に印
刷形成された通電発熱体2と,該通電発熱体2の両端部
に電気的に接続されて棒状絶縁体の他端側に導出された
一対のリード線21,22とを有する。
Embodiment 1 A glow plug according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIGS. The glow plug of this embodiment is a ceramic glow plug used as a start-up assist device for a diesel engine. The glow plug 1 of this example is
As shown in FIG. 1, it comprises a main body 10 and a housing 4 on which the main body 10 is mounted. The main body 10 comprises a rod-shaped insulator 1
1, a current-carrying heating element 2 formed on one end of the rod-shaped insulator 11 by printing, and electrically connected to both ends of the current-carrying heating element 2 and led to the other end of the rod-shaped insulator. And a pair of lead wires 21 and 22.

【0027】また,上記通電発熱体2と電気絶縁されて
上記棒状絶縁体11の内部に配設された,火炎中のイオ
ン化の状態を検出するためのイオン検出用電極3を有す
る。該イオン検出用電極3は,棒状絶縁体の直径方向の
中心位置に設けてある。
Further, there is provided an ion detection electrode 3 which is electrically insulated from the electric heating element 2 and disposed inside the rod-shaped insulator 11 for detecting the state of ionization in the flame. The ion detecting electrode 3 is provided at the center of the rod-shaped insulator in the diameter direction.

【0028】上記本体10は,図1,図2に示すごと
く,金属製のハウジング4内に,金属製の環状支持体4
1を介して,固定されている。そして,上記通電発熱体
2の一方のリード線21は,棒状絶縁体11の内部を上
昇して,本体10の側面に設けた導電性の端子部23を
介して内部リード線231に電気的に接続されている。
また,他方のリード線22は,上記環状支持体41を介
してハウジング4に電気的に接続されている。また,上
記イオン検出用電極3の上部は,棒状絶縁体11の上端
部に設けた導電性の端子部31を介して内部リード線3
3に電気的に接続されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the main body 10 is provided within a metal housing 4 in a metal annular support 4.
1 and is fixed. The one lead wire 21 of the current-carrying heating element 2 rises inside the rod-shaped insulator 11 and is electrically connected to the internal lead wire 231 via a conductive terminal portion 23 provided on the side surface of the main body 10. It is connected.
The other lead wire 22 is electrically connected to the housing 4 via the annular support 41. The upper part of the ion detecting electrode 3 is connected to the inner lead wire 3 via a conductive terminal part 31 provided at the upper end of the rod-shaped insulator 11.
3 is electrically connected.

【0029】一方,ハウジング4は,上記環状支持体4
1を有し,図2に示すごとく,その上部に保護筒42を
有している。また,ハウジング4は,エンジンのシリン
ダヘッド45へ装着するための,雄ねじ部43を有す
る。上記保護筒42の上方開口部には,ゴムブッシュ4
21が嵌合されている。また,該ゴムブッシュ421に
は,外部リード線233,333が貫挿され,これらは
それぞれ接続端子232,332を介して,上記内部リ
ード線231,33に接続されている。したがって,外
部リード線233は通電発熱体2の一端に,外部リード
線333はイオン検出用電極3にそれぞれ電気的に導通
されている。
On the other hand, the housing 4 is
2, and has a protective cylinder 42 at the upper part as shown in FIG. Further, the housing 4 has a male screw portion 43 for mounting to the cylinder head 45 of the engine. A rubber bush 4 is provided at the upper opening of the protection cylinder 42.
21 are fitted. External lead wires 233 and 333 are inserted through the rubber bush 421, and these are connected to the internal lead wires 231 and 33 via connection terminals 232 and 332, respectively. Therefore, the external lead wire 233 is electrically connected to one end of the heating element 2, and the external lead wire 333 is electrically connected to the ion detecting electrode 3.

【0030】なお,通電発熱体2の他端は,上記のごと
く,環状支持体41を介してハウジング4に電気的に導
通している(図1)。また,本体10の先端部(下端
部)は,図1に示すごとく,半球面形状に形成されてお
り,イオン検出用電極3の先端30が露出している。
The other end of the heating element 2 is electrically connected to the housing 4 via the annular support 41 as described above (FIG. 1). The distal end (lower end) of the main body 10 is formed in a hemispherical shape as shown in FIG. 1, and the distal end 30 of the ion detection electrode 3 is exposed.

【0031】次に,上記グロープラグ本体10の製造方
法につき図3を用いて説明する。まず,その概要を説明
すれば,電気絶縁性のセラミック材料からなると共に,
中空部131を有する中軸13の生成形体を準備し,上
記中空部131内にイオン検出用電極3を挿入する。一
方,電気絶縁のセラミック材料からなる絶縁基板の生成
形体のシート15の表面に,上記通電発熱体及びリード
線を印刷形成し,次いで上記絶縁基板の印刷形成面の上
に上記中軸13の生成形体を置いて上記絶縁基板を中軸
の外周に巻き付る。その後これらを加熱して上記中軸及
び絶縁基板を焼成する。
Next, a method of manufacturing the glow plug body 10 will be described with reference to FIG. First, to explain the outline, it is made of an electrically insulating ceramic material,
A formed body of the central shaft 13 having the hollow portion 131 is prepared, and the ion detection electrode 3 is inserted into the hollow portion 131. On the other hand, the energizing heating element and the lead wires are formed by printing on the surface of the sheet 15 of the formed body of the insulating substrate made of an electrically insulating ceramic material, and then the formed body of the center shaft 13 is formed on the printed surface of the insulating substrate. Is placed and the insulating substrate is wound around the outer periphery of the center shaft. Thereafter, these are heated to bake the center shaft and the insulating substrate.

【0032】即ち,図3に示すごとく,まず中軸13に
ついては,セラミック材料,樹脂バインダー等からなる
原料を混合し(図3(a)),押出し成形(図3
(b))して,軸方向に貫通した中空部131を有す
る,生成形体の筒状体を作る。また,この中軸13の中
空部131内に,導電性の棒状のイオン検出用電極3を
挿入する(図3(c))。
That is, as shown in FIG. 3, first, the center shaft 13 is mixed with a raw material composed of a ceramic material, a resin binder and the like (FIG. 3A), and extruded (FIG. 3A).
(B)) Then, a cylindrical body having a hollow body 131 penetrating in the axial direction is produced. The conductive rod-shaped ion detection electrode 3 is inserted into the hollow portion 131 of the center shaft 13 (FIG. 3C).

【0033】一方,上記絶縁基板については,まずセラ
ミック材料,樹脂バインダー等からなる原料を混合し
(図3(d)),薄板状のシート15を作る(図3
(e))。次いで,シート15に端子部形成用のスルー
ホールを穿設し(図3(f)),次いで,シート15の
表面側に通電発熱体用の導電性ペーストを用いて,スク
リーン印刷により通電発熱体部分20を印刷形成する
(図3(g))。また,同様にして,リード線部分21
0,220を,スルーホール151と接続するように,
印刷形成する(図3(h))。
On the other hand, with respect to the insulating substrate, first, a raw material composed of a ceramic material, a resin binder and the like is mixed (FIG. 3D) to form a thin sheet 15 (FIG. 3).
(E)). Next, a through hole for forming a terminal portion is formed in the sheet 15 (FIG. 3F), and then the conductive heating element is formed on the front side of the sheet 15 by screen printing using a conductive paste for the conductive element. The portion 20 is formed by printing (FIG. 3G). Similarly, the lead wire portion 21
0, 220 to be connected to the through hole 151,
Print formation (FIG. 3 (h)).

【0034】更に,シート15の裏面側において,上記
スルーホール151と導通するように,導電性ペースト
により端子部分230を印刷形成する(図3(i))。
次に,シート15の表面側に,セラミック材料と樹脂バ
インダーとよりなるコーティング材料をコート印刷する
(図3(j))。これは,上記通電発熱体部分20等の
印刷形成部分とシート表面との間の段差をなくして平坦
化し,次に示す巻回時にシート15と中軸13との密着
性を向上させるためである。
Further, on the back surface of the sheet 15, a terminal portion 230 is formed by printing with a conductive paste so as to be electrically connected to the through hole 151 (FIG. 3 (i)).
Next, a coating material comprising a ceramic material and a resin binder is coated and printed on the front side of the sheet 15 (FIG. 3 (j)). This is to eliminate the step between the print-formed portion such as the energized heating element portion 20 and the sheet surface and to flatten it, and to improve the adhesion between the sheet 15 and the center shaft 13 during the next winding.

【0035】次に,上記シート15における,上記通電
発熱体部分20等を形成した表面上に,上記イオン検出
用電極3を挿入した中軸13を置き,該中軸13を巻き
込むようにしてシート15を巻き付ける(図3
(k))。次に,予備加熱により脱脂を行ない,本加熱
を行なって,セラミック材料よりなるシート15と中軸
13とを一体的に焼成する(図3(l))。このとき,
シート15,中軸13は,焼成収縮のために,両者は強
く密着接合する。また,イオン検出用電極3は,中軸1
3の焼成収縮により,強く密着接合される。
Next, the center shaft 13 into which the ion detecting electrode 3 is inserted is placed on the surface of the sheet 15 on which the energized heating element portion 20 and the like are formed, and the sheet 15 is wound around the center shaft 13. Wrap (Fig. 3
(K)). Next, degreasing is performed by preheating, main heating is performed, and the sheet 15 made of a ceramic material and the central shaft 13 are integrally fired (FIG. 3 (l)). At this time,
The sheet 15 and the center shaft 13 are strongly adhered to each other due to shrinkage during firing. The electrode 3 for ion detection is
Due to the shrinkage of baking of No. 3, it is strongly adhered and joined.

【0036】次に,上記端子部分230にCu,次いで
Niのメッキを施す(図3(m))。次いで,該端子部
分230に内部リード線231を,ロウ付けにより組み
付け(図3(n)),更にその表面にNiメッキを施す
(図3(o))。また,棒状絶縁体11の先端部は,図
1に示すごとく,球面状態に研削加工する。これによ
り,上記図1に示したグロープラグ本体10が得られ
る。
Next, the terminal portion 230 is plated with Cu and then with Ni (FIG. 3 (m)). Next, the internal lead wire 231 is assembled to the terminal portion 230 by brazing (FIG. 3 (n)), and the surface thereof is plated with Ni (FIG. 3 (o)). The tip of the rod-shaped insulator 11 is ground to a spherical state as shown in FIG. Thus, the glow plug main body 10 shown in FIG. 1 is obtained.

【0037】次に,上記グロープラグ本体10につき,
その具体例を例示すれば,上記中軸13は,外径3.9
mmで,中空部131を形成する内径は0.7mmであ
った。また,上記シート15は,厚み0.3mm,幅1
1.5mm,長さ54mmであった。また,上記巻回時
の外径は4.5mm,上記中空部131内に挿入したイ
オン検出用電極3の直径は0.7mmであった。
Next, with respect to the glow plug body 10,
For example, the center shaft 13 has an outer diameter of 3.9.
mm, the inner diameter forming the hollow portion 131 was 0.7 mm. The sheet 15 has a thickness of 0.3 mm and a width of 1 mm.
It was 1.5 mm and length 54 mm. The outer diameter at the time of the winding was 4.5 mm, and the diameter of the ion detecting electrode 3 inserted into the hollow portion 131 was 0.7 mm.

【0038】また,上記中軸13の原料は,Si34
(窒化珪素)粉末63%(重量比)と,MoSi2 (二
珪化モリブデン)粉末18%と,Y2 3 (イットリ
ア)粉末4%と,Al2 3 (アルミナ)粉末3%と,
パラフィンWAXを主成分とする複合バインダー12%
とを混合して用いた。また,シート15の原料は,Si
34 (窒化珪素)粉末70%(重量比)と,MoSi
2 (二珪化モリブデン)粉末20%と,パラフィンWA
Xを主成分とする複合バインダー10%とを混合して用
いた。
The material of the center shaft 13 is Si 3 N 4
(Silicon nitride) powder 63% (weight ratio), MoSi 2 (molybdenum disilicide) powder 18%, Y 2 O 3 (yttria) powder 4%, Al 2 O 3 (alumina) powder 3%
12% composite binder containing paraffin wax as a main component
Were used in a mixture. The material of the sheet 15 is Si
3 N 4 (silicon nitride) powder 70% (weight ratio) and MoSi
2 (Molybdenum disilicide) powder 20% and paraffin WA
It was mixed with 10% of a composite binder containing X as a main component.

【0039】また,通電発熱体部分20の材料として
は,W(タングステン)とRe(レニウム)とからなる
ペーストを用いた。また,リード線部分210,22
0,端子部分230を印刷形成した導電ペーストとして
は,W(タングステン)ペーストを用いた。また,上記
イオン検出用電極の材料は,MoSi2 (二珪化モリブ
デン)よりなる。
As the material of the electric heating element portion 20, a paste made of W (tungsten) and Re (rhenium) was used. Also, the lead wire portions 210, 22
The W (tungsten) paste was used as the conductive paste on which the terminal portions 230 were formed by printing. The material of the ion detecting electrode is made of MoSi 2 (molybdenum disilicide).

【0040】次に,上記巻回物(図3)の焼成は,アル
ゴン又は窒素雰囲気中1700〜1800℃,2〜4時
間行なった。この焼成により,上記中軸はその外径が
3.9から3.1mmに,巻回物(棒状絶縁体)の外径
は4.5mmから3.6mmに,また,イオン検出用電
極は0.7mmから0.6mmに収縮した。また,上記
イオン検出用電極3の先端部の露出部分30(図1)の
表面には,Ptをコーティングした。
Next, the above-mentioned wound material (FIG. 3) was fired at 1700 to 1800 ° C. for 2 to 4 hours in an argon or nitrogen atmosphere. Due to this firing, the outer diameter of the above-mentioned central shaft is changed from 3.9 to 3.1 mm, the outer diameter of the rolled material (rod-shaped insulator) is changed from 4.5 mm to 3.6 mm, and the ion detecting electrode is set to 0.1 mm. It shrank from 7 mm to 0.6 mm. Further, the surface of the exposed portion 30 (FIG. 1) at the tip of the ion detecting electrode 3 was coated with Pt.

【0041】次に,上記のごとく本体10とハウジング
4などとによって構成したグロープラグ1は,図4に示
すごとく,エンジンのシリンダヘッド45に対して,ハ
ウジンク4の雄ねじ部を螺合することにより装着する。
これにより,グロープラグ本体10の先端部が,シリン
ダヘッド45の燃焼室の一部である渦流室451に突出
した状態で装着される。なお,符号457は主燃焼室,
458はピストン,459は燃料噴射ノズルである。
Next, as shown in FIG. 4, the glow plug 1 composed of the main body 10 and the housing 4 is formed by screwing the male thread of the housing 4 into the cylinder head 45 of the engine as shown in FIG. Mounting.
As a result, the glow plug body 10 is mounted in a state where the tip of the glow plug body 10 projects into the swirl chamber 451 which is a part of the combustion chamber of the cylinder head 45. Reference numeral 457 indicates a main combustion chamber,
458 is a piston, and 459 is a fuel injection nozzle.

【0042】また,上記グロープラグ1は,図4に示す
ごとく,グロープラグ作動回路に接続される。即ち,通
電発熱体2の一端のリード線21は,外部リード線23
3,グローリレー53,及び12ボルトのバッテリ54
を介して,金属製のシリンダヘッド45に接続されてい
る。更に,シリンダヘッド45,ハウジング4,環状支
持体41,本体10のリード線22(図1)を介して,
通電発熱体2の他端に接続されている。これにより,通
電発熱体2の加熱用回路が形成される。
The glow plug 1 is connected to a glow plug operation circuit as shown in FIG. That is, the lead wire 21 at one end of the electric heating element 2 is connected to the external lead wire 23.
3, glow relay 53, and 12 volt battery 54
Is connected to a metal cylinder head 45 via a. Further, via the cylinder head 45, the housing 4, the annular support 41, and the lead wire 22 (FIG. 1) of the main body 10,
It is connected to the other end of the electric heating element 2. Thus, a circuit for heating the energizing heating element 2 is formed.

【0043】また,イオン検出用電極3の外部リード線
333は,イオン電流検出用抵抗521,直流電源51
を介してシリンダヘッド45に接続されている。また,
上記イオン電流検出用抵抗521には,イオン電流を検
出するための電位差計522が設けられ,これはECU
(電子制御装置)52に接続されている。また,ECU
52には,上記グローリレー53,エンジン冷却水の水
温センサ525,エンジンの回転数センサ526が接続
されている。
The external lead 333 of the ion detection electrode 3 is connected to an ion current detection resistor 521 and a DC power supply 51.
Is connected to the cylinder head 45 via the. Also,
The ionic current detecting resistor 521 is provided with a potentiometer 522 for detecting an ionic current.
(Electronic control device) 52. In addition, ECU
The glow relay 53, the engine coolant temperature sensor 525, and the engine speed sensor 526 are connected to 52.

【0044】上記図4に示した,グロープラグ1の使用
に当たっては,まずエンジンの始動時においては,EC
U52により,グローリレー53がオンとされる。その
ため,バッテリ54とグロープラグの通電発熱体2との
間が閉路となり,グロープラグ本体10の通電発熱体2
が通電され発熱する。そのためグロープラグ1は加熱状
態となり,渦流室451が加熱され,着火温度に上昇す
る。そこで,燃料噴射ノズル459から,燃料が噴射さ
れると,その都度該燃料が着火され,ピストン458が
作動し,エンジンが駆動される。
When using the glow plug 1 shown in FIG.
The glow relay 53 is turned on by U52. Therefore, the path between the battery 54 and the heating element 2 of the glow plug is closed, and the heating element 2 of the glow plug body 10 is closed.
Is energized and generates heat. Therefore, the glow plug 1 is in a heating state, the vortex chamber 451 is heated, and the ignition temperature rises. Therefore, every time fuel is injected from the fuel injection nozzle 459, the fuel is ignited, the piston 458 is operated, and the engine is driven.

【0045】一方,燃料が燃焼している際には,前記の
ごとく,イオンが発生するので,そのイオン電流をイオ
ン検出用電極3,イオン電流検出用抵抗521及び電位
差計522により検出する。即ち,グロープラグ本体1
0の上記イオン検出用電極3とシリンダヘッド45との
間には12ボルトの直流電源51によって電圧が印加さ
れている。
On the other hand, when the fuel is burning, ions are generated as described above, and the ion current is detected by the ion detection electrode 3, the ion current detection resistor 521, and the potentiometer 522. That is, the glow plug body 1
A voltage is applied between the ion detection electrode 3 and the cylinder head 45 by a DC power supply 51 of 12 volts.

【0046】そこで,渦流室451内における,燃焼火
炎帯の活性イオンの発生に伴い,イオン電流検出用抵抗
521を含む電流経路にイオン電流が流れる。なお,イ
オン電流検出用抵抗521は,約500kΩで,これを
流れるイオン電流は,その両端の電位差として電位差計
522により検出される。
Therefore, with the generation of active ions in the combustion flame zone in the swirl chamber 451, an ion current flows through a current path including the ion current detection resistor 521. The ion current detecting resistor 521 has a resistance of about 500 kΩ, and the ion current flowing therethrough is detected by the potentiometer 522 as a potential difference between both ends.

【0047】ここで,イオン電流の検出原理を略述す
る。燃料噴射ノズル459からの噴射燃料が渦流室45
1で燃焼されると,その燃焼火炎帯ではイオン化された
プラスイオンとマイナスイオンが大量に発生する。この
とき,上記イオン検出用電極3とそれに対面するシリン
ダヘッド45との間にバッテリ電圧が印加されているの
で,イオン検出用電極3にはマイナスイオンが捕獲され
ると共に,シリンダヘッド45にはプラスイオンが捕獲
される。その結果,上記の電流経路が形成され,この電
流経路を流れるイオン電流がイオン電流検出用抵抗52
1の両端の電位差として検出される。
Here, the principle of detecting the ion current will be briefly described. The fuel injected from the fuel injection nozzle 459 is supplied to the swirl chamber 45.
When the fuel is burned in step 1, a large amount of ionized positive ions and negative ions are generated in the combustion flame zone. At this time, since a battery voltage is applied between the ion detecting electrode 3 and the cylinder head 45 facing the ion detecting electrode 3, negative ions are captured by the ion detecting electrode 3 and positive ions are captured by the cylinder head 45. Ions are captured. As a result, the above-described current path is formed, and the ion current flowing through this current path is
1 is detected as a potential difference between both ends.

【0048】一方,ECU52は,CPU,ROM,R
AM,入出力回路等からなる周知のマイクロコンピュー
タやA/D変換器(共に図示略)を中心に構成され,前
記電位差計522により検出された検出信号を入力す
る。また,ECU52には,エンジン冷却水の温度を検
出するための水温センサ525の検出信号や,エンジン
クランク角に応じてエンジン回転数を検出するための回
転数センサ526の検出信号が入力され,ECU52は
各検出信号に基づいて水温Tw,エンジン回転数Neを
検知する。
On the other hand, the ECU 52 has a CPU, ROM, R
A well-known microcomputer including an AM and an input / output circuit and an A / D converter (both are not shown) are mainly configured to input a detection signal detected by the potentiometer 522. A detection signal of a water temperature sensor 525 for detecting the temperature of the engine cooling water and a detection signal of a rotation speed sensor 526 for detecting the engine speed according to the engine crank angle are input to the ECU 52. Detects the water temperature Tw and the engine speed Ne based on each detection signal.

【0049】上記ECU52は,ディーゼルエンジンの
低温始動時において,グロープラグ1の通電発熱体2を
加熱させて燃料の着火及び燃焼を促進させる。また,デ
ィーゼルエンジンの始動直後において,イオン電流を検
出する。なお,エンジン始動当初においては,グローリ
レー53がオンの状態にあり,通電発熱体2は加熱状態
に保持されるようになっている。
When the diesel engine is started at a low temperature, the ECU 52 heats the energizing heating element 2 of the glow plug 1 to promote ignition and combustion of the fuel. Immediately after the start of the diesel engine, the ion current is detected. Note that, at the beginning of the engine start, the glow relay 53 is in an on state, and the energized heating element 2 is maintained in a heated state.

【0050】以下,図5のフローチャートを用いて,上
記グローリレー53のオン,オフ切り替え処理を説明す
る。図5は,所定の時間の割り込み処理により実行され
る。まず,図5の処理がスタートすると,ECU52
は,先ずステップ11でエンジン暖機完了後であり,且
つグローリレー53がオフであるか否かを判別する。エ
ンジン始動当初においては,ステップ11が否定判別さ
れ,ECU52は続くステップ12で水温Tw及びエン
ジン回転数Neを読み込む。
The on / off switching process of the glow relay 53 will be described below with reference to the flowchart of FIG. FIG. 5 is executed by interruption processing for a predetermined time. First, when the process of FIG.
First, at step 11, it is determined whether or not the engine has been warmed up and the glow relay 53 is off. At the beginning of the engine start, a negative determination is made in step 11, and the ECU 52 reads the water temperature Tw and the engine speed Ne in the subsequent step 12.

【0051】その後,ステップ13で水温Twが所定の
暖機完了温度(本実施形態例では,60℃)以上である
か否かを判別すると共に,ステップ14でエンジン回転
数Neが所定回転数(本実施形態例では,2000rp
m)以上に達しているか否かを判別する。このときステ
ップ13,14が共に否定判別されれば,エンジンの暖
機が完了しておらず,グロープラグの通電発熱体2によ
る加熱が必要であるとみなし,ステップ15に進む。
Thereafter, in step 13, it is determined whether or not the water temperature Tw is equal to or higher than a predetermined warm-up completion temperature (60 ° C. in the present embodiment), and in step 14, the engine speed Ne is increased to a predetermined speed ( In the present embodiment, 2000 rpm
m) It is determined whether or not it has reached or exceeded. If a negative determination is made in both steps 13 and 14 at this time, it is considered that the warm-up of the engine has not been completed, and it is determined that heating by the current-carrying heating element 2 of the glow plug is necessary, and the process proceeds to step 15.

【0052】また,ステップ13,14のいずれかが肯
定判別されれば,エンジンの暖機が完了,或いはグロー
プラグ1による加熱が不要であるとみなし,ステップ1
6に進む。
If any one of the steps 13 and 14 is affirmatively determined, it is determined that the warm-up of the engine is completed or that the heating by the glow plug 1 is unnecessary, and the step 1 is performed.
Proceed to 6.

【0053】ステップ15に進んだ場合は,グローリレ
ー53はオンのまま維持される。この状態では,グロー
プラグ1の発熱作用によって燃料の着火及び燃焼が継続
される。また,ステップ16に進んだ場合,ECU52
は,グローリレー53をオフとする。
When the operation proceeds to step 15, the glow relay 53 is kept on. In this state, the ignition and combustion of the fuel are continued by the heating action of the glow plug 1. When the process proceeds to step 16, the ECU 52
Turns off the glow relay 53.

【0054】次に,図6(A)は,オシロスコープを用
いて燃料燃焼時に発生するイオン電流を観察した際の電
流波形図である。同図において,燃料噴射時期(圧縮T
DC)直後に電圧が急上昇している波形が燃料の燃焼に
よるイオン電流波形であり,A点が燃焼の開始位置,即
ち着火時期に相当する。また,このイオン電流波形に
は,2つの山が観測される。つまり,燃焼初期には,拡
散火炎帯の活性イオンにより第1の山B1が観測され,
燃焼中後期には筒内圧上昇による再イオン化により第2
の山B2が観測される。
Next, FIG. 6A is a current waveform diagram when an ion current generated during fuel combustion is observed using an oscilloscope. In the figure, the fuel injection timing (compression T
Immediately after DC), a waveform in which the voltage sharply rises is an ion current waveform due to fuel combustion, and point A corresponds to a combustion start position, that is, an ignition timing. Also, two peaks are observed in the ion current waveform. That is, in the early stage of combustion, the first peak B1 is observed by the active ions in the diffusion flame zone,
In the latter half of the combustion, the secondary
Mountain B2 is observed.

【0055】この場合,ECU52は,イオン電流波形
の第1の山B1から実際の着火時期を検出すると共に,
検出された実際の着火時期と目標着火時期との差をなく
すべく着火時期のフィードバック制御を実施する。ま
た,ECU52は,イオン電流波形の第2の山B2から
異常燃焼,失火等の燃焼状態を検出し,その検出結果を
燃料噴射制御に反映させる。こうしてイオン電流をエン
ジンの燃料噴射制御に反映させることにより,きめ細か
くエンジンの運転状態を制御することが可能となる。
In this case, the ECU 52 detects the actual ignition timing from the first peak B1 of the ion current waveform,
Feedback control of the ignition timing is performed so as to eliminate the difference between the detected actual ignition timing and the target ignition timing. Further, the ECU 52 detects a combustion state such as abnormal combustion or misfire from the second peak B2 of the ion current waveform, and reflects the detection result in the fuel injection control. By reflecting the ion current in the fuel injection control of the engine in this way, it is possible to control the operating state of the engine finely.

【0056】次に,グロープラグのイオン検出用電極3
に,燃料燃焼により発生したカーボン(スス)が付着し
た状態,即ち燻りが発生したときには,図6(B)に示
すごとく,イオン電流が燃料噴射時期の前には低く,そ
の後には上昇していくという現象が発生する(図6の
(A)と(B)を比較)。なお,図6(A)のIthは
燻り状態を判別しグローリレー53をオンにするか否か
を判断するための波高値の判定レベル(しきい値)を表
している。そこで,このような燻り現象が発生したとき
には,上記グローリレー53をオンとし,通電発熱体2
を加熱し,上記の付着カーボンを焼き切る操作を行な
う。
Next, the ion detecting electrode 3 of the glow plug
When carbon (soot) generated by fuel combustion adheres, that is, when smoke is generated, as shown in FIG. 6 (B), the ion current is low before the fuel injection timing and rises thereafter. The phenomenon of going out occurs (compare (A) and (B) in FIG. 6). It should be noted that Ith in FIG. 6 (A) represents a determination level (threshold) of the peak value for determining whether or not the glow relay 53 is ON by determining the smoldering state. Therefore, when such a smoldering phenomenon occurs, the glow relay 53 is turned on and the heating element 2 is turned on.
Is heated to burn off the attached carbon.

【0057】図7は,このカーボン焼き切り操作を,上
記図4の回路におけるECU52により行なうフローチ
ャートである。即ち,同図のステップ21において,グ
ローリレー53がオフの状態にあるとき,ステップ22
において,燃料噴射時期に上記のごとき異常イオン電流
(図6B)が検出されたか否か判定する。否であれば,
ステップ24に進み,グローリレー53はオフのままと
する。一方,異常イオン電流が検出されたときには,ス
テップ23に進み,グローリレー53をオンとし,グロ
ープラグの通電発熱体2を加熱してカーボンを焼失させ
る。
FIG. 7 is a flow chart in which the carbon burn-off operation is performed by the ECU 52 in the circuit of FIG. That is, when the glow relay 53 is in the off state in step 21 of FIG.
In, it is determined whether or not the abnormal ion current (FIG. 6B) as described above is detected at the fuel injection timing. If not,
Proceeding to step 24, the glow relay 53 remains off. On the other hand, when an abnormal ion current is detected, the process proceeds to step 23, where the glow relay 53 is turned on, and the heating element 2 of the glow plug is heated to burn out carbon.

【0058】上記のごとく,本例のグロープラグにおい
ては,棒状絶縁体11の内部に通電発熱体2とリード線
21,22とが印刷形成され,また棒状絶縁体11の内
部にイオン検出用電極3が設けてあり,これらは一体的
に構成されている。そのため,通電発熱体2によるグロ
ー動作(加熱動作)と,イオン検出用電極3によるイオ
ン電流検出とを1つのグロープラグにより達成できる。
As described above, in the glow plug of this embodiment, the heating element 2 and the lead wires 21 and 22 are printed and formed inside the rod-shaped insulator 11, and the ion detecting electrode is formed inside the rod-shaped insulator 11. 3 are provided, and these are integrally formed. Therefore, the glow operation (heating operation) by the electric heating element 2 and the ion current detection by the ion detection electrode 3 can be achieved by one glow plug.

【0059】また,イオン検出用電極3にカーボンが付
着した場合にも,該イオン検出用電極3の近くにある通
電発熱体2を通電加熱することにより,上記カーボンを
焼き切り,イオン検出用電極3を正常状態にすることが
できる。そのため,イオン電流を精度良く検出すること
ができる。
Even when carbon adheres to the electrode 3 for ion detection, the carbon is burned off by heating the current-carrying heating element 2 near the electrode 3 for ion detection. Can be brought into a normal state. Therefore, the ion current can be detected with high accuracy.

【0060】また,上記通電発熱体2,リード線21,
22が印刷形成されているのでその厚みが薄く,グロー
プラグ本体をコンパクトに構成できる。また,上記棒状
絶縁体11,通電発熱体2,リード線21,22,イオ
ン検出用電極3を一体構成しているので,構成簡単であ
る。また,通電発熱体2,リード線21,22,イオン
検出用電極3は,棒状絶縁体11の内部に設けてあるの
で,燃焼ガスによる酸化等の腐食もなく,耐久性に優れ
ている。
The above-mentioned electric heating element 2, lead wire 21,
Since the print 22 is formed by printing, its thickness is small, and the glow plug body can be made compact. Further, since the rod-shaped insulator 11, the electric heating element 2, the lead wires 21, 22 and the ion detecting electrode 3 are integrally formed, the configuration is simple. Further, since the electric heating element 2 and the lead wires 21 and 22 and the ion detection electrode 3 are provided inside the rod-shaped insulator 11, there is no corrosion such as oxidation due to combustion gas and the durability is excellent.

【0061】また,本例のグロープラグ本体10は,上
記図3に示したごとく,絶縁基板用のシート15に通電
発熱体とリード線とを印刷形成し,その上にイオン検出
用電極3を挿入した中軸13を置いて巻回し,焼成する
ことにより作製している。そのため,グロープラグ本体
の製造が容易である。また,棒状絶縁体11の先端部
は,半球形状としてあるので,燃焼室内における熱衝撃
を吸収することができる。
In the glow plug body 10 of this embodiment, as shown in FIG. 3, an electric heating element and a lead wire are formed on an insulating substrate sheet 15 by printing, and the ion detecting electrode 3 is formed thereon. It is manufactured by placing the inserted central shaft 13, winding and firing. Therefore, manufacture of the glow plug body is easy. Further, since the tip of the rod-shaped insulator 11 has a hemispherical shape, it is possible to absorb a thermal shock in the combustion chamber.

【0062】また,イオン検出用電極3の先端部30
は,燃焼ガスに接触するよう露出しており(図1),そ
の露出部分にはPt等の貴金属がコーティングしてあ
る。そのため,酸化等によるイオン検出用電極表面の絶
縁物生成が抑制され電極の導電性あるいは初期抵抗値が
確保され,検出精度の劣化を防止する効果がある。ま
た,イオン検出用電極3は,棒状絶縁体11の直径方向
の中心に配設してある。そのため,燃焼室内におけるあ
らゆる方向におけるイオン電流を高精度で検出すること
ができる。
Further, the tip portion 30 of the ion detecting electrode 3
Is exposed so as to come into contact with the combustion gas (FIG. 1), and the exposed portion is coated with a noble metal such as Pt. Therefore, the generation of an insulator on the surface of the electrode for ion detection due to oxidation or the like is suppressed, the conductivity of the electrode or the initial resistance value is secured, and there is an effect of preventing deterioration of detection accuracy. Further, the ion detection electrode 3 is disposed at the center of the rod-shaped insulator 11 in the diameter direction. Therefore, ion currents in all directions in the combustion chamber can be detected with high accuracy.

【0063】なお,上記棒状絶縁体はSi34 の他,
Al23 ,Si−Al−O−N(サイアロン)を用い
ることもできる。また,通電発熱体等を印刷形成する場
合の導電性ペーストとしては,W,Mo,Re,W/M
o,WC,WC/Re或いはW/Reと,樹脂とからな
るペーストがある。また,上記においては,生成形体の
中軸13の中空部131にイオン検出用電極3を挿入
し,次いで全体を焼成する例(図3)を示したが,上記
イオン検出用電極3は上記焼成後に上記中軸の中に挿入
し,接着剤により固定する方法を得ることもできる(図
3,右下参照)。
The rod-shaped insulator is made of Si 3 N 4 ,
Al 2 O 3, Si-Al -O-N may also be used (SiAlON). In addition, W, Mo, Re, W / M may be used as the conductive paste for printing and forming an electric heating element.
o, WC, WC / Re or W / Re, and a paste composed of a resin. In the above description, an example is shown in which the ion detection electrode 3 is inserted into the hollow portion 131 of the center shaft 13 of the formed body, and then the whole is fired (FIG. 3). It is also possible to obtain a method of inserting into the center shaft and fixing with an adhesive (see FIG. 3, lower right).

【0064】実施形態例2 本例は,図8に示すごとく,実施形態例1のグロープラ
グ作動回路(図4)を変更したもので,実施形態例1の
バッテリ54と直流電源51とを,1個のバッテリ55
のみに代えたものである。なお,イオン電流検出用抵抗
521とバッテリ55との間には,定電流,定電圧回路
524を介在することもできる。この場合には,回路構
成の簡素化とコスト低減の効果がある。
Embodiment 2 As shown in FIG. 8, the present embodiment is a modification of the glow plug operating circuit (FIG. 4) of Embodiment 1, in which the battery 54 and DC power supply 51 of Embodiment 1 are connected. One battery 55
Only in place. Note that a constant current and constant voltage circuit 524 can be interposed between the ion current detection resistor 521 and the battery 55. In this case, there are effects of simplifying the circuit configuration and reducing costs.

【0065】その他は,実施形態例1と同様である。本
例においても,実施形態例1と同様の効果を得ることが
できる。また,特に,本例においては,定電流・定電圧
回路524を介在する事で1つのバッテリーでも,グロ
ープラグ発熱時に生じるイオン検出用電極への印加電圧
の変動を防止し,安定した検出性能が維持できるという
効果を得ることができる。
The other points are the same as in the first embodiment. Also in this example, the same effect as in the first embodiment can be obtained. In particular, in this example, the interposition of the constant current / constant voltage circuit 524 prevents fluctuations in the voltage applied to the ion detection electrode caused when the glow plug generates heat even with a single battery, thereby achieving stable detection performance. The effect that it can be maintained can be obtained.

【0066】実施形態例3 本例は,図9に示すごとく,グロープラグ本体10にお
ける,通電発熱体2の一方のリード線220を,棒状絶
縁体11の上端に設けた端子部31に接続し,リード線
220とイオン検出用電極3との端子部を共用した例で
ある。尚,この場合,通電発熱体2の加熱用回路とイオ
ン電流検出回路とはECU52からの指令信号により,
スイッチ切替されるもので作動状態としては常に通電発
熱体加熱状態か,イオン電流検出状態のどちらか一方に
接続されている回路構成となっている。その他は,実施
形態例1と同様であり,実施形態例1と同様の効果を得
ることができる。
Embodiment 3 In this embodiment, as shown in FIG. 9, one lead wire 220 of the current-carrying heating element 2 in the glow plug main body 10 is connected to a terminal portion 31 provided at the upper end of the rod-shaped insulator 11. In this example, the terminal portions of the lead wire 220 and the ion detection electrode 3 are shared. In this case, the circuit for heating the current-carrying heating element 2 and the ion current detection circuit are controlled by a command signal from the ECU 52.
The circuit configuration is such that the switch is switched and the operating state is always connected to either the energized heating element heating state or the ion current detecting state. Others are the same as the first embodiment, and the same effects as the first embodiment can be obtained.

【0067】なお,本例では,上記端子部31を共用し
ているので,構造が簡単である。また,本例において
は,イオン電流検出状態では通電発熱体自体もイオン検
出用電極へと作用するため,実質イオン検出用電極の面
積が拡大でき,より広範囲に渡ったイオン検出が可能と
なり検出精度向上の効果が得られる。
In this embodiment, since the terminal portion 31 is shared, the structure is simple. Also, in this example, in the ion current detection state, the current-carrying heating element itself also acts on the ion detection electrode, so that the area of the ion detection electrode can be substantially expanded, and a wider range of ion detection can be performed, and the detection accuracy can be improved. The effect of improvement is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施形態例1における,(A)グロープラグ本
体の断面図(B)上記(A)のA−A線矢視断面図。
1A is a cross-sectional view of a glow plug main body according to a first embodiment; FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

【図2】実施形態例1における,グロープラグの全体説
明図。
FIG. 2 is an overall explanatory diagram of a glow plug according to the first embodiment.

【図3】実施形態例1における,グロープラグ本体の製
造方法の説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a glow plug body according to the first embodiment.

【図4】実施形態例1における,グロープラグ作動回路
図。
FIG. 4 is a glow plug operation circuit diagram according to the first embodiment.

【図5】実施形態例1における,グロープラグ作動シス
テムの,グロープラグ始動時のフローチャート。
FIG. 5 is a flowchart of the glow plug operation system according to the first embodiment when the glow plug is started.

【図6】実施形態例1における,(A)正常時のイオン
電流,(B)燻り時のイオン電流を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing (A) an ion current at the time of normal operation and (B) an ion current at the time of smoking in the first embodiment.

【図7】実施形態例1における,燻り判定フローチャー
ト。
FIG. 7 is a flowchart of smoldering determination in the first embodiment.

【図8】実施形態例2における,グロープラグ作動回路
図。
FIG. 8 is a glow plug operation circuit diagram according to a second embodiment.

【図9】実施形態例3における,(A)グロープラグ本
体の断面図,(B)上記(A)のB−B線矢視断面図。
9A is a cross-sectional view of a glow plug body according to a third embodiment, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 9A.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1...グロープラグ, 10...本体, 11...棒状絶縁体, 13...中軸, 15...シート, 2...通電発熱体, 21,22,220...リード線, 3...イオン検出用電極, 4...ハウジング, 45...シリンダヘッド, 451...渦流室, 1. . . Glow plug, 10. . . Body, 11. . . 12. rod-shaped insulator; . . Center axis, 15. . . Sheet, 2. . . Electric heating element, 21, 22, 220. . . Lead wire, 3. . . 3. electrode for ion detection, . . Housing, 45. . . Cylinder head, 451. . . Swirl chamber,

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F23N 5/12 F02P 17/00 E Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI F23N 5/12 F02P 17/00 E

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ハウジングと該ハウジング内に支持され
た本体とよりなるグロープラグにおいて,上記本体は,
棒状絶縁体と,該棒状絶縁体の内部に印刷形成された通
電発熱体及び該通電発熱体の両端部に電気的に接続され
て棒状絶縁体の外部に導出された一対のリード線と,上
記通電発熱体と電気絶縁されて上記棒状絶縁体の内部に
配設された,火炎中のイオン化の状態を検出するため
の,イオン検出用電極とよりなることを特徴とするグロ
ープラグ。
1. A glow plug comprising a housing and a main body supported in the housing, wherein the main body comprises:
A rod-shaped insulator, a current-carrying heating element printed and formed inside the rod-shaped insulator, and a pair of lead wires electrically connected to both ends of the current-carrying heating element and led out of the rod-shaped insulator; A glow plug, comprising an ion detection electrode for detecting a state of ionization in a flame, which is electrically insulated from a current-carrying heating element and disposed inside the rod-shaped insulator.
【請求項2】 ハウジングと該ハウジング内に支持され
た本体とよりなるグロープラグにおいて,上記本体は,
中空部を有する電気絶縁性の中軸と該中軸の外周に被覆
された絶縁基板とよりなる棒状絶縁体と,該棒状絶縁体
の内部において上記中軸と上記絶縁基板との間に印刷形
成された,通電発熱体及び該通電発熱体の両端部より棒
状体の外部に導出されたリード線と,上記通電発熱体と
電気絶縁されて,上記中軸の中空部内に挿入固定され
た,火炎中のイオン化の状態を検出するためのイオン検
出用電極とを有することを特徴とするグロープラグ。
2. A glow plug comprising a housing and a main body supported in the housing, wherein the main body comprises:
A rod-shaped insulator consisting of an electrically insulating center shaft having a hollow portion and an insulating substrate coated on the outer periphery of the center shaft, and printed and formed between the center shaft and the insulating substrate inside the rod-shaped insulator; An electric heating element and a lead wire led out of the rod-shaped body from both ends of the electric heating element, and electrically insulated from the electric heating element, and inserted and fixed in the hollow portion of the center shaft for ionization in flame. A glow plug having an ion detection electrode for detecting a state.
【請求項3】 請求項2において,上記通電発熱体は,
上記絶縁基板の内側面に印刷形成されていることを特徴
とするグロープラグ。
3. The electric heating element according to claim 2,
A glow plug formed by printing on the inner surface of the insulating substrate.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれか一項において,
上記イオン検出用電極の先端は,上記火炎に曝されるよ
う,上記棒状絶縁体の先端部に露出していることを特徴
とするグロープラグ。
4. The method according to claim 1, wherein:
A glow plug, wherein a tip of the ion detection electrode is exposed at a tip of the rod-shaped insulator so as to be exposed to the flame.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれか一項において,
上記イオン検出用電極はMoSi2 ,WC,TiNの1
種又は2種以上の導電性セラミック材料により作製され
ていることを特徴とするグロープラグ。
5. The method according to claim 1, wherein:
The ion detection electrode is made of MoSi 2 , WC or TiN.
A glow plug characterized by being made of one or more kinds of conductive ceramic materials.
【請求項6】 請求項1〜5のいずれか一項において,
上記イオン検出用電極は,W,Mo,Tiの1種又は2
種以上の高融点金属により作製されていることを特徴と
するグロープラグ。
6. The method according to claim 1, wherein:
The ion detection electrode is one or two of W, Mo, and Ti.
A glow plug characterized by being made of at least one kind of high melting point metal.
【請求項7】 請求項4〜6のいずれか一項において,
上記棒状絶縁体より露出しているイオン検出用電極の露
出部には,Pt,Ir,Rh,Ru,Pdの1種又は2
種以上の貴金属が設けてあることを特徴とするグロープ
ラグ。
7. The method according to claim 4, wherein
One or two of Pt, Ir, Rh, Ru, and Pd are provided on the exposed portion of the ion detection electrode exposed from the rod-shaped insulator.
A glow plug comprising at least one kind of noble metal.
【請求項8】 請求項1〜7のいずれか一項において,
上記棒状絶縁体の先端部は半球形状を有していることを
特徴とするグロープラグ。
8. The method according to claim 1, wherein:
The tip portion of the rod-shaped insulator has a hemispherical shape.
【請求項9】 請求項2のグロープラグを製造するに当
たり,電気絶縁性のセラミック材料からなると共に中空
部を有する中軸の生成形体を準備し,上記中空部内にイ
オン検出用電極を挿入し,一方電気絶縁性のセラミック
材料からなる絶縁基板の生成形体の表面に上記通電発熱
体及びリード線を印刷形成し,次いで上記絶縁基板の印
刷形成面の上に上記中軸の生成形体を置いて上記絶縁基
板を中軸の外周に巻き付け,次いでこれらを加熱して上
記中軸及び絶縁基板を焼成することを特徴とするグロー
プラグの製造方法。
9. A method for manufacturing a glow plug according to claim 2, further comprising preparing a center shaft forming body made of an electrically insulating ceramic material and having a hollow portion, and inserting an ion detection electrode into the hollow portion. The energization heating element and the lead wire are printed on the surface of the formed body of the insulating substrate made of an electrically insulating ceramic material, and then the center formed body is placed on the printed surface of the insulating substrate. A glow plug is wound around the outer periphery of the center shaft, and then heated to fire the center shaft and the insulating substrate.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6215105B1 (en) * 1999-08-18 2001-04-10 Delphi Technologies, Inc. Ion sensor glow plug assembly with coating between sheath and shell
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