JPH10110952A

JPH10110952A - グロープラグ

Info

Publication number: JPH10110952A
Application number: JP8602697A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Murai; 博之村井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-08-09
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 1998-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】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すること。【解決手段】ハウジング４と該ハウジング４内に支持
された本体１０とよりなるグロープラグにおいて，上記
本体は，第１絶縁基板１１と，該第１絶縁基板の表側面
と被覆絶縁基板１３との間に印刷形成された，通電発熱
体２及び該通電発熱体２の両端部に接続された一対のリ
ード線２１，２２と，上記第１絶縁基板１１の裏側面に
積層させた第２絶縁基板１２と，上記第１絶縁基板１１
と第２絶縁基板１２の間に設けられ，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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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接地しなくてはならず，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。

【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。

【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。

【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，第１絶縁基板と，該第１絶縁基
板の表側面に配設した被覆絶縁基板と，上記第１絶縁基
板の表側面と被覆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に接続された一対の
リード線と，上記第１絶縁基板の裏側面に積層させた第
２絶縁基板と，上記第１絶縁基板と第２絶縁基板の間に
設けられ，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。

【００１０】本発明において最も注目すべきことは，上
記第１絶縁基板の表側面と被覆絶縁基板との間に通電発
熱体とリード線とが印刷形成されており，また上記第１
絶縁基板と第２絶縁基板の間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。

【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。

【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。

【００１３】また，通電発熱体は，第１絶縁基板と被覆
絶縁基板との間に，印刷形成された状態で埋設されてい
る。そのため，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，耐久性に優れてい
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。

【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。

【００１５】また，本発明においては，上記通電発熱体
は，例えば，上記第１絶縁基板の表側面に印刷形成によ
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，例えば第１絶縁基板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。なお，上記通電発熱
体及びリード線は，上記被覆絶縁基板に，印刷形成する
こともできる。

【００１６】また，上記第２絶縁基板，第１絶縁基板，
被覆絶縁基板はこの順に積層されている。これらの間の
接合は，例えば実施形態例１にも示すごとく，これら各
基板をセラミック材料の生成形体とし，これらを積層
し，焼成することにより焼成結合させる。或いは，各基
板の間を接着剤を用いて接合する。

【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，第１絶縁基板と被覆絶縁基板との間
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，上記のごと
く燃料火炎中に露出しないので耐久性にも優れている。

【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，上記被覆絶
縁基板，第１絶縁基板，第２絶縁基板と共に，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。

【００１９】次に，請求項２の発明のように，上記第１
絶縁基板及び被覆絶縁基板の外表面は，曲面形状部を有
していることを特徴とするグロープラグがある。この場
合には，上記外表面の曲面形状部を利用して，第１絶縁
基板，第２絶縁基板，被覆絶縁基板の積層体を，断面円
形状に，容易に加工することができる（図４参照）。

【００２０】次に，請求項３の発明のように，第１絶縁
基板と，第２絶縁基板とを積層してなると共に，両者間
には通電発熱体と該通電発熱体の両端部に接続された一
対のリード線と，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が設けてあることを特徴とするグ
ロープラグがある。この場合は，第１絶縁基板と第２絶
縁基板との間に，通電発熱体とリード線とイオン検出用
電極とを，併列的に設けることができる（実施形態例５
参照）。そのため，グロープラグの製造が容易である。

【００２１】次に，請求項４の発明のように，上記イオ
ン検出用電極は第２絶縁基板の表側面に印刷形成されて
いることが好ましい。第２絶縁基板の上に上記イオン検
出用電極を予め印刷形成しておき，この上に第１絶縁基
板を積層すれば良いので製造容易である。

【００２２】次に，請求項５の発明のように，上記イオ
ン検出用電極は，導電性線材であり上記第２絶縁基板の
表側面と上記第１絶縁基板の裏側面との間に挟持配設さ
れていることが好ましい。この場合には，イオン検出用
電極は予め線材の状態に作成しておき，これを第１絶縁
基板と第２絶縁基板の間に配設すれば良い。それ故，グ
ロープラグの製造が容易である。なお，上記導電性線材
としては，金属線，セラミック材料の焼結体などがあ
る。

【００２３】次に，請求項６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
第２絶縁基板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７の発
明のように，上記イオン検出用電極はＭｏＳｉ₂ ，Ｗ
Ｃ，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。

【００２４】次に，請求項８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。

【００２５】次に，請求項９の発明のように，上記第２
絶縁基板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・耐酸化性の向上の効果が得られ
る。次に，請求項１０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
が向上するという効果が得られる。

【００２６】

【発明の実施の形態】

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９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，
本体１０（図１）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，図１に示すごとく，第１
絶縁基板１１と，該第１絶縁基板１１の表側面において
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第１絶縁基板の他
端側に導出された一対のリード線２１，２２とを有す
る。

【００２７】また，第１絶縁基板１１の表側面に上記通
電発熱体２及びリード線２１，２２を覆うように配設し
た被覆絶縁基板１３と，上記第１絶縁基板１１の裏側面
に積層された第２絶縁基板とを有する。そして，上記通
電発熱体２と電気絶縁されて上記第２絶縁基板１２の表
側面に配設された，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，本体１０の直径方向の略中心位置に設けてあ
る。これらは，後述のごとく，焼成により一体的に形成
されている。

【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，本体１０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，本体１０の上方側部に設
けた導電性の端子部３１を介して内部リード線３３に電
気的に接続されている。

【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。

【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。

【００３１】次に，上記グロープラグ本体１０の製造方
法につき図３〜図５を用いて説明する。まず，第１絶縁
基板１用の板状成形体１１０，第２絶縁基板用の第２成
形体１２０，被覆絶縁基板用の第３成形体１３０を準備
する。上記第２成形体１２０は下面に，一方第３成形体
１３０は上面にそれぞれ曲面形状部１２１，１３１を有
する。そして，これら３つの成形体は，電気絶縁性のセ
ラミック材料からなる生成形体（グリーンシート）であ
る。

【００３２】上記成形体１１０，１２０，１３０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，
プレス成形して，上記形状に成形する（図３（ａ）
（ｂ）（ｃ））。次いで，まず第１成形体１１０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
（ｄ））。また，同様にして，リード線部分２１０，２
２０を印刷形成する（図３（ｅ））。また，第２成形体
１２０の表側面にイオン検出用電極用の導電ペーストを
用いて，イオン検出用電極部分３０を印刷形成する（図
３（ｆ））。

【００３３】次に，図４（Ａ）に示すごとく，上記第２
成形体１２０の上に第１成形体１１０を，更にその上に
第３成形体１３０を積層する。次に，予備加熱により脱
脂を行ない，本加熱を行なって，これらを一体的に焼成
する。これにより，上記各生成形体は，第１絶縁基板１
１，第２絶縁基板１２，被覆絶縁基板１３となる。

【００３４】次に，上記焼成体につき，図４（Ｂ）に示
すごとく，上記第２成形体，第３成形体の半円状の曲面
形状部１２１，１３１を利用して，研削により，グロー
プラグを断面円形に作製する。次に，上記リード線部分
２１０の端部にＣｕ，次いでＮｉのメッキを施して，端
子部２３とする（図４（Ｃ），図１）。更に，図５に示
すごとく，この端子部２３に内部リード線２３１（図
１）を，ロウ付けにより組み付け，更にその表面にＮｉ
メッキを施す。また，同様に端子部３１を形成し，これ
に内部リード線３３を接続する。これにより，上記図
１，図５に示したグロープラグ本体１０が得られる。

【００３５】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る。まず，第１絶縁基板１１，第２
絶縁基板１２，被覆絶縁基板１３の成形体の原料は，Ｓ
ｉ₃ Ｎ₄ （窒化珪素）粉末６３％（重量比）と，ＭｏＳ
ｉ₂ （二珪化モリブデン）粉末１８％と，Ｙ₂Ｏ₃（イ
ットリア）粉末４％と，Ａｌ₂Ｏ₃（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。

【００３６】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２１０，２２０
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３
の印刷形成に用いた導電ペーストは，Ｗ（タングステ
ン）とＲｅ（レニウム）よりなる。

【００３７】次に，上記積層体（図４（Ａ））の焼成
は，アルゴン又は窒素雰囲気中１７００〜１８００℃，
１〜２時間のホットプレスを行なった。得られた本体１
０の直径は３．５ｍｍであった。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。

【００３８】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６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。

【００３９】また，上記グロープラグ１は，図６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。

【００４０】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。

【００４１】上記図６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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】以下，図７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７は，所定の時間の割り込み処理により実行され
る。まず，図７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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】次に，図８（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。

【００５２】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。

【００５３】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８（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８の
（Ａ）と（Ｂ）を比較）。なお，図８（Ａ）のＩｔｈは
燻り状態を判別し，グローリレー５３をオンするか否か
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。

【００５４】図９は，このカーボン焼き切り操作を，上
記図６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８（Ｂ））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。

【００５５】上記のごとく，本例のグロープラグにおい
ては，本体１０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，また本体１０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。

【００５６】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を正常状態に戻すことが
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。

【００５７】また，上記通電発熱体２，リード線２１，
２２は，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，上記第
１，第２，被覆の各絶縁基板１１，１２，１３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，製造容易である。また，
通電発熱体２，リード線２１，２２，イオン検出用電極
３は，絶縁体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。また，本体
１０の先端部は，半球形状としてある（図１）ので，燃
焼室内における熱衝撃を吸収することができる。

【００５８】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，本体１０の直径方向の中心
近傍に配設してある。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。

【００５９】なお，上記各絶縁基板は，Ｓｉ₃ Ｎ₄ の
他，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，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
／Ｍｏ，或いはＷ／Ｒｅ，ＷＣ，ＷＣ／Ｒｅと樹脂から
なるペーストがある。

【００６０】実施形態例２本例は，図１０に示すごとく，実施形態例１のグロープ
ラグ作動回路（図６）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５
５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。

【００６１】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つのバッテリでも，グロー
プラグ発熱時に生じるイオン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効果を得ることが
できる。

【００６２】実施形態例３本例は，図１１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の上方側部に設けた端子部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３１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。

【００６３】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
出電極へと作用するため，実質イオン検出電極の面積が
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。

【００６４】実施形態例４本例は，図１２（Ａ），（Ｂ）に示すごとく，第２絶縁
基板１２の表側面に通電発熱体２とイオン検出用電極３
とを，同一面上に印刷形成した例である。また，グロー
プラグ本体１０の上端に共用端子部３１を設け，これに
通電発熱体２の一方のリード線２２と，イオン検出用電
極３とを接続したものである。イオン検出用電極３の先
端３０は露出している。その他は，実施形態例１と同様
である。

【００６５】本例によれば，通電発熱体２，リード線２
１，２２，イオン検出用電極３を，全て，第２絶縁基板
１２に印刷形成したので，これらの印刷形成が容易であ
る。また，第２絶縁基板１２と第１絶縁基板１１との２
つの成形体を準備すれば良いので，製造容易，低コスト
である。その他，実施形態例１と同様の効果を得ること
ができる。

【００６６】実施形態例５本例は図１３に示すごとく，第２絶縁基板１２の表側面
に半円状凹部１２０を，また第１絶縁基板１１の裏側面
に半円状凹部１１０を設け，この両者の半円状凹部の間
に円柱状のイオン検出用電極３を挟持する例である。ま
た，第１絶縁基板１１，第２絶縁基板１２，被覆絶縁基
板１３ともに，板状体としておく。それ故，グロープラ
グ本体１０は，実施形態例１と異なって断面四角形状で
ある（図１３Ｂ）。

【００６７】その他は，実施形態例１と同様に，焼成
後，棒状に研削する。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，本例によれば，
イオン検出用電極３は断面が円形状の成形体であるた
め，イオン検出すべく電極表面積を容易に有効かつ大幅
に確保でき，特にイオン検出精度向上の効果を得ること
ができる。

【００６８】実施形態例６本例は，図１４，図１５に示すごとく，Ｕ字状の２つの
通電発熱体２８，２９を設けたものである。まず，図１
４Ａ，Ｂに示すグロープラグは，上記一方の通電発熱体
２８が，第１絶縁基板１１と被覆絶縁基板１３との間，
他方の通電発熱体２９は内側絶縁基板１１５と第２絶縁
基板１２との間に設けられている。また，イオン検出用
電極３は，上記第１絶縁基板１１と内側絶縁基板１１５
との間に配置されている。また，上記通電発熱体２８，
２９の両端は，実施形態例１と同様にリード線２１，２
２を介して，端子部２３，環状支持体４１に接続されて
いる。

【００６９】また，図１５に示すグロープラグは，上記
通電発熱体２８，２９を，それぞれ第１絶縁基板１１と
被覆絶縁基板１３，第１絶縁基板１１と内側絶縁基板１
１５との間に設け，イオン検出用電極３を内側絶縁基板
１１５と第２絶縁基板１２との間に設けたものである。
その他は，上記図１４（Ａ）と同様である。

【００７０】本例の場合には，いずれも通電発熱体を２
系統設けてあるので，グロープラグの加熱を，急速かつ
均一に行なうことができ，イオン検出用電極３へのカー
ボン付着による燻りが発生した際のカーボン焼失時間の
大幅な短縮が図れ，イオン電流検出状態への回復を早
め，一層精度良くイオン電流を検出することができる。
その他は，実施形態例１と同様である。また，実施形態
例１と同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】実施形態例１における，グロープラグの全体説
明図。

【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。

【図４】図３に続く，グロープラグ本体の製造方法の説
明図。

【図５】図４に続く，グロープラグ本体の製造方法の説
明図。

【図６】実施形態例１における，グロープラグ作動回路
図。

【図７】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。

【図８】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。

【図９】実施形態例１における，燻り判定フローチャー
ト。

【図１０】実施形態例２における，グロープラグ作動回
路図。

【図１１】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。

【図１２】実施形態例４における，（Ａ）グロープラグ
本体の断面図，（Ｂ）上記（Ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面
図。

【図１３】実施形態例５における，グロープラグの製造
方法の説明図。

【図１４】実施形態例６における，（Ａ）グロープラグ
本体の断面図，（Ｂ）上記（Ａ）のＤ−Ｄ線矢視断面
図。

【図１５】実施形態例６における，他のグロープラグ本
体の図１４のＤ−Ｄ線相当断面図。

【符号の説明】

１．．．グロープラグ，１０．．．本体，１１．．．第１絶縁基板，１２．．．第２絶縁基板，１３．．．被覆絶縁基板，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，

Claims

【特許請求の範囲】

【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，
第１絶縁基板と，該第１絶縁基板の表側面に配設した被
覆絶縁基板と，上記第１絶縁基板の表側面と被覆絶縁基
板との間に印刷形成された，通電発熱体及び該通電発熱
体の両端部に接続された一対のリード線と，上記第１絶
縁基板の裏側面に積層させた第２絶縁基板と，上記第１
絶縁基板と第２絶縁基板の間に設けられ，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。
【請求項２】請求項１において，上記第１絶縁基板及
び被覆絶縁基板の外表面は，曲面形状部を有しているこ
とを特徴とするグロープラグ。
【請求項３】第１絶縁基板と，第２絶縁基板とを積層
してなると共に，両者間には通電発熱体と該通電発熱体
の両端部に接続された一対のリード線と，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が設けて
あることを特徴とするグロープラグ。
【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は，上記第２絶縁基板の表側面に
印刷形成されていることを特徴とするグロープラグ。
【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，導電性線材であり上記第２絶
縁基板の表側面と上記第１絶縁基板の裏側面との間に挟
持配設されていることを特徴とするグロープラグ。
【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の先端は，上記火炎に曝されるよ
う，上記第２絶縁基板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。
【請求項７】請求項１〜６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。
【請求項８】請求項１〜７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。
【請求項９】請求項４〜８のいずれか一項において，
上記第２絶縁基板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。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれか一項におい
て，グロープラグ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。