JPH10122114A - グロープラグ、グロープラグを用いたイオン電流検出装置、及びグロープラグの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構成で且つ精度良くイオン電流を検出す
る。 【解決手段】グロープラグ１は、ディーゼルエンジンの
燃焼室内に一部が晒されたセラミック発熱部６を有す
る。セラミック発熱部６は、Ｕ字状をなし一対のリード
線９ａ，９ｂ，１１ａ，１１ｂによって通電加熱される
発熱体７と、該発熱体７を埋設する耐熱性絶縁体８と、
前記発熱体７に一体形成されたイオン検出用電極１４と
を有する。つまり、発熱体７とイオン検出用電極１４と
は、電気的に接続されている。イオン検出用電極１４
は、その一部が燃焼室内で発生する火炎に晒され、その
火炎中のイオン化の状態（イオン電流）を検出する。な
お、イオン検出用電極１４はその大部分が耐熱性絶縁体
８に埋設されているため、ハウジング側（アース側）に
対して導通される可能性は少ない。また、発熱体７はそ
の全体が耐熱性絶縁体８に埋設されているため、燃焼時
の酸化消耗によって発熱特性が変化することはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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、そのグロープラグを用
いたイオン電流検出装置、及びグロープラグの製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガソリンエンジンのみならずディ
ーゼルエンジンにおいても環境保護の面から、機関から
排出される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（触媒等）による排出
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、上記検討事項に関連して、最近のエ
ンジン燃焼制御システムにおいてはエンジン運転中の燃
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】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ツドから絶縁されたスリーブ状
の電極を装着し、その電極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。

【０００５】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。つまり、かかる技術では、セ
ラミックグロープラグのヒータ（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
に外部からの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】

【発明が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を招来する。つ
まり、前者の技術（特開平７−２５９５９７号公報）で
は、イオン検出のために他の部位より絶縁されたスリー
ブ状の電極を設置しなくてはならず、同電極の材料の用
意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、イオン電流検出用の電極が非常に高価な構成とな
るという問題があった。さらに、燃料噴射ノズルと電極
との間、及び電極とシリンダヘツ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、イオン電流を検出する電極を発熱
体とは別に発熱体上に設けると共に、当該電極及び発熱
体を別々の電源に接続していたために構造が複雑になる
という欠点があった。それに加えて、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。さらに、上記センサの場合
には、電極の略全体が燃焼室内に晒され、且つ、ハウジ
ングと電極との間隔が狭い。そのため、電極へのカーボ
ンの付着により当該電極とハウジングとの間が導通（短
絡）され、結果としてイオン電流の誤検出を招くという
問題を生じる。

【０００８】本発明は、上記の状況を鑑みてなされたも
のであって、その目的とするところは、簡単な構成で且
つ精度良くイオン電流が検出できるグロープラグ、グロ
ープラグを用いたイオン電流検出装置、及びグロープラ
グの製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、上記課題を解決
するために、請求項１に記載のグロープラグは、耐熱性
絶縁体と、前記耐熱性絶縁体に埋設され、一対のリード
線によって通電加熱される発熱体と、同じく前記耐熱性
絶縁体に埋設されると共に、一部が前記燃焼室内で発生
する火炎に晒され、その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備えることを特徴とし
ている。

【００１０】この場合、グロープラグの発熱体は、当該
発熱体の加熱時において、その加熱作用により燃焼室で
の燃料の着火及び燃焼を促進させる役割をなす。また、
耐熱性絶縁体に埋設され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
焼室の内壁とは、両者間に存在する燃料燃焼時のプラス
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。上記構成によれば、非常に簡単な構成であるにもか
かわらず、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、グロープラグにイオン電流検出機能を付与す
ることにより、安価なイオン電流検出用センサを提供す
ることができる。

【００１１】また、本グロープラグでは、イオン検出用
電極の大部分が耐熱性絶縁体に埋設され、その一部のみ
が外部に露出しているため、グロープラグ外周に若干量
のカーボンが付着したとしても従来技術（米国特許第
４，７３９，７３１号）のように電極とハウジング（燃
焼室の内壁側）との間が導通されてイオン電流が誤検出
されるといった不具合が生じにくくなる。なおより望ま
しくは、イオン検出用電極の露出部をグロープラグ先端
に設けて、当該露出部とハウジング（燃焼室の内壁側）
とをできるだけ離間させるとよい。

【００１２】なお、グロープラグの外周にはその使用に
伴って多少のカーボンが付着すると考えられるが、その
付着カーボンは発熱体の加熱動作（例えば、エンジンの
低温始動時におけるグロー動作）によって焼き切られ
る。その結果、イオン電流の検出に際しても長期にわた
ってその検出性能を維持することができる。

【００１３】さらに、発熱体自体は、耐熱性絶縁体の内
部に埋設されているため、抵抗値の低下等による発熱特
性の変化を招くことはなく、長期にわたって高い発熱性
能を維持することができる。つまり、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発熱体が破損
する等の不具合も回避できる。

【００１４】本発明のグロープラグにおいて、発熱体と
イオン検出用電極とは次のように構成される。請求項２
に記載の発明では、前記発熱体と前記イオン検出用電極
とを電気的に接続させて構成している。さらにより具体
的には、請求項３に記載の発明では、前記発熱体と前記
イオン検出用電極とを一体成形するのに対し、請求項４
に記載の発明では、前記発熱体と前記イオン検出用電極
との間に、リード線を介在させている。請求項２〜４の
いずれの場合においても、既述の通り発熱体の発熱性能
を長期にわたって維持すると共に、イオン電流検出性能
を維持することができる。なお、製造工程上の観点から
見れば、請求項３に記載の構成が最も簡便にグロープラ
グを製造することができると言える。

【００１５】また、請求項５に記載のグロープラグで
は、前記発熱体と前記イオン検出用電極とを絶縁させて
構成している。この場合、発熱体とイオン検出用電極と
は別々の電源経路にて通電されることになるため、発熱
体を加熱させながらそれと同時にイオン検出用電極によ
りイオン電流を検出することができる（即ち、常に燃焼
状態を把握することができる）。

【００１６】請求項６に記載の発明では、前記イオン検
出用電極の少なくとも前記火炎に晒される箇所を導電性
セラミック材料により構成している。この場合、イオン
検出用電極が高温な燃焼ガスに晒されても、当該電極の
酸化消耗が最小限に抑えられる。そのため、グロープラ
グによるイオン電流検出性能の耐久性がより一層向上す
る。

【００１７】請求項７に記載の発明では、発熱体とイオ
ン検出用電極とを、異なる組成の混合物、或いは異なる
粒径の粉体からなる混合物を用いて作り分けている。か
かる場合、上記の如く作り分けを行うことによって、発
熱体とイオン検出用電極との抵抗値が相違することとな
り、用途に応じたグロープラグ（イオン電流検出用セン
サ）を提供することができる。つまり、イオン電流の検
出結果を例えば失火検出に用いるのであれば、イオン電
流の有無だけを判定すればよいため、イオン検出用電極
の抵抗値は比較的大きくすることができ例えば約５ＭΩ
以下であればよい（但し、発熱体は１Ω程度）。また、
イオン電流の検出結果を例えば着火時期検出に用いるの
であれば、イオン電流の立ち上がりを瞬時に検出する必
要があるのでイオン検出用電極の抵抗はなるべく小さい
方が望ましい（５００ｋΩ以下が望ましい）。

【００１８】他方、上記のグロープラグはそれ自体、若
干量のカーボンが付着してもイオン検出用電極とハウジ
ング（燃焼室の内壁側）とが導通しにくい構成である旨
を記載したが、長期の使用に際してはカーボンの付着及
び堆積が生じ、それが問題となりうる。そこで、請求項
８のイオン電流検出装置では、発熱体による加熱動作と
イオン検出用電極によるイオン電流検出動作とが同時に
実施できる請求項５のグロープラグを用い、イオン電流
検出状態を継続したまま、付着カーボンを除去する構成
を提案している。詳細には、発熱体への通電状態をオン
・オフするスイッチング手段と、燃料燃焼前の所定時期
にイオン検出用電極より流れる漏洩電流を検出する漏洩
電流検出手段と、該検出された漏洩電流が所定のしきい
値よりも大きければ、一時的に前記発熱体を通電させる
ようスイッチング手段を操作する操作手段とを備える。

【００１９】要するに、燃焼室内においてグロープラグ
外周部にカーボンが付着すると、イオン検出用電極の露
出部とハウジング側との導通により絶縁抵抗が低下して
漏洩電流が流れ、所望のイオン電流波形が得られない。
即ち、図２４の（ｂ）に示すように、本来のイオン電流
波形に先立って漏洩電流が流れる（図２４のＡ点以
前）。これに対し、本発明では、所定時期において漏洩
電流を検出し（図２４では、燃料噴射のタイミング）、
この漏洩電流に基づいてグロープラグ外周のカーボン付
着状態を推定する。そして、こうしたカーボン付着状態
であれば、発熱体を加熱させて付着カーボンを焼き切る
ようにしている。以上の構成により、常に所望のイオン
電流波形（例えば、図２４の（ａ）に示す波形）が検出
できることとなり、その検出結果を用いた着火時期検出
や失火検出等の処理を精度良く実施することができる。

【００２０】因みに、グロープラグ外周にカーボンが付
着した場合、イオン検出用電極とハウジング側との間の
絶縁抵抗は燃焼室内での圧力に依存し、圧力上昇時に絶
縁抵抗が低下して漏洩電流が流れ易くなる。そこで、請
求項９に記載した発明では、燃焼室内の圧力上昇時に漏
洩電流を検出するようにしている。この場合、漏洩電流
の有無を確実に検出することができる。この圧力上昇時
とは、例えばディーゼルエンジンにおける圧縮行程時に
相当する。なお、かかるタイミングとして、燃焼室内へ
の燃料噴射のタイミングに対応して漏洩電流を検出する
ようにしてもよい。つまり、燃料噴射のタイミングと
は、例えばディーゼルエンジンにおいては燃焼室圧力が
上昇し、且つ燃料の燃焼直前の時期に相当する。従っ
て、上記の如くカーボンが付着した状況下では、より一
層確実に漏洩電流を検出することができる。

【００２１】請求項１０に記載の発明はグロープラグの
製造方法に関するものであって、その製造時には、先ず
発熱体及びイオン検出用電極を生成し、次に、発熱体及
びイオン検出用電極を耐熱性絶縁体にて包囲すると共
に、それを所定温度にてホットプレスする。さらに、前
記耐熱性絶縁体の一部を切削加工し、前記イオン検出用
電極を外部に露出させる。上記製造方法によれば、特に
煩雑な製造工程を要することもなく上記特有な構成を有
するグロープラグが作製でき、既述の優れたイオン電流
検出機能を備えたグロープラグが簡便な製造方法にて提
供できるようになる。

【００２２】また、グロープラグの製造方法にかかる発
明は、次の請求項１１及び請求項１２に記載するように
してもよい。これら請求項の製造方法によっても、既述
した特有な構成を有し且つ優れたイオン電流検出機能を
備えたグロープラグを製造することができ、その製造過
程において煩雑な工程が強いられることもない。

【００２３】つまり、請求項１１に記載の発明では、発
熱体及びイオン検出用電極を薄板状の耐熱性絶縁シート
材に設け、そのシート材を棒状の耐熱性絶縁中軸部に巻
き付ける。そして、耐熱性絶縁シート材及び耐熱性中軸
部を加熱処理した後、耐熱性絶縁シート材及び耐熱性中
軸部の一部を切削加工してイオン検出用電極を外部に露
出させるようにしている。

【００２４】一方、請求項１２に記載の発明では、耐熱
性絶縁材料からなる複数の積層材を用意し、そのうち特
定の積層体に発熱体及びイオン検出用電極を設ける。そ
して、発熱体及びイオン検出用電極を設けた積層材がほ
ぼ中央になるように、複数の積層材を重ね合わせ、その
重ね合わせた複数の積層材を加熱処理する。さらに、前
記重ね合わせた複数の積層材の一部を切削加工し、イオ
ン検出用電極を外部に露出させるようにしている。

【００２５】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、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（以
下、単にグロープラグという）に本発明を具体化した第
１の実施の形態を図面に従って説明する。つまり、本実
施の形態のグロープラグは、ディーゼルエンジンのシリ
ンダヘッドに形成された燃焼室（渦流室）に設けられる
ものであって、その一部が燃焼室内に晒されるようにな
っている。そして、同グロープラグは、エンジンの低温
始動時において、燃料噴射ノズルより噴射される燃料の
着火及び燃焼を促進させる役割をなす。また、本実施の
形態におけるグロープラグは、上記の始動補助機能に加
えて、燃料燃焼時の燃焼火炎帯に存在する活性イオンを
検出する役割をもなす。

【００２６】ここで、図１には、本実施の形態における
グロープラグ１の全体構成を示す。同図において、グロ
ープラグ１は略円筒状をなす金属製のハウジング２を有
しており、このハウジング２の外周面には当該グロープ
ラグ１を後述するシリンダヘッドに取り付けるための雄
ねじ部３及び六角部４が形成されている。ハウジング２
の上部には、管状のプロテクションチューブ５が溶着さ
れている。

【００２７】また、前記ハウジング２にはセラミック発
熱部６が保持されており、このセラミック発熱部６は、
導電性を有するＵ字状の発熱体７と、絶縁性を有する耐
熱性絶縁体８と、前記発熱体７に一体成形されたイオン
検出用電極１４と、前記発熱体７の両端に接続されると
共に前記絶縁体８に埋設された２本のタングステンリー
ド線９ａ，９ｂとから構成されている。

【００２８】詳しくは、前記発熱体７はその大部分が耐
熱性絶縁体８内に埋設され、強固に保持されるものであ
るが、図２の要部拡大図に示すように、発熱体７先端に
形成されたイオン検出用電極１４の端面は、耐熱性絶縁
体８の外周面と同一面上に設けられている。この場合、
発熱体７とイオン検出用電極１４とは一体的に成形され
ているため、両部材７，１４は常に電気的に接続された
状態となっている。かかる構成において、発熱体７の露
出部と後述するディーゼルエンジンの渦流室１７（破線
部）の内壁とは、イオン電流を検出するための対向電極
を形成する。

【００２９】また、図１において、前記各タングステン
リード線９ａ，９ｂの上端には、耐熱性絶縁体８内に埋
め込まれた導電性チップ１０ａ，１０ｂが接続されてお
り、導電性チップ１０ａ，１０ｂには各々にリード線１
１ａ，１１ｂが接続されている。これら２本のリード線
１１ａ，１１ｂがグロープラグ１の外部信号入力線とな
っている。なお、前記ハウジング２及びプロテクション
チューブ５と、リード線１１ａ，１１ｂとの間は、絶縁
チューブ１２及びゴムブッシュ１３により電気的に絶縁
されている。リード線１１ａ，１１ｂは、ゴムブッシュ
１３と共にプロテクションチューブ５のカシメ締め付け
力により固定されている。

【００３０】以下に、セラミック発熱部６の詳細な構成
について説明する。つまり、セラミック発熱部６の発熱
体７、イオン検出用電極１４及び耐熱性絶縁体８は、い
ずれも導電性セラミック粉末（本実施の形態では、珪化
モリブデンＭｏＳｉ2 粉末）と絶縁性セラミック粉末
（本実施の形態では、窒化珪素Ｓｉ3 Ｎ4 粉末）との混
合物よりなる焼結体にて構成されている。但し、発熱体
７及びイオン検出用電極１４ではＭｏＳｉ2 粉末の平均
粒径がＳｉ3 Ｎ4 粉末のそれよりも小さく、耐熱性絶縁
体８ではＭｏＳｉ2 粉末の平均粒径がＳｉ3 Ｎ4 粉末の
それと同じ若しくはそれよりも大きくしてある。即ち、
各粉体の粒径を変更することにより発熱体７及びイオン
検出用電極１４と、耐熱性絶縁体８とを作り分けるよう
にしている。また、発熱体７及びイオン検出用電極１４
と、耐熱性絶縁体８とについて、ＭｏＳｉ2 粉末とＳｉ
3 Ｎ4 粉末との配合割合が変えられている。

【００３１】より具体的な数値を示せば、発熱体７及び
イオン検出用電極１４ではＭｏＳｉ2 粉末の平均粒径が
１〜３μｍ、Ｓｉ3 Ｎ4 粉末の平均粒径が１０〜２０μ
ｍであり、耐熱性絶縁体８ではＭｏＳｉ2 粉末の平均粒
径が約１．１μｍ、Ｓｉ3 Ｎ4 粉末の平均粒径が約０．
７μｍとなっている。また、発熱体７及びイオン検出用
電極１４と耐熱性絶縁体８とについて、ＭｏＳｉ2 粉末
とＳｉ3 Ｎ4 粉末との配合割合を示せば、前者（発熱体
７及びイオン検出用電極１４）はＭｏＳｉ2 粉末を６０
〜７０ｗｔ％、Ｓｉ3 Ｎ4 粉末を４０〜３０ｗｔ％と
し、後者（耐熱性絶縁体８）はＭｏＳｉ2 粉末を２０〜
３０ｗｔ％、Ｓｉ3 Ｎ4 粉末を８０〜７０ｗｔ％として
いる。また、両者とも、助材としてＹ2 Ｏ3 とＡｌ2 Ｏ
3 とを合計１０ｗｔ％程度添加している。

【００３２】上記構成を有するセラミック発熱部６にお
いて、発熱体７及びイオン検出用電極１４では、小径の
ＭｏＳｉ2 粉末（導電性セラミック粉末）が大径のＳｉ
3 Ｎ4 粉末（絶縁性セラミック粉末）を取り囲んで互い
に連なっており、それにより発熱体７及びイオン検出用
電極１４に電流が流れ、発熱体７が発熱される。一方、
耐熱性絶縁体８では、大径のＭｏＳｉ2 粉末（導電性セ
ラミック粉末）間に小径のＳｉ3 Ｎ4 粉末（絶縁性セラ
ミック粉末）が介在するため、両者は直列に並んだ状態
となり発熱体７に比べて抵抗が大きく絶縁層を形成す
る。

【００３３】ここで、セラミック発熱部６の製造方法を
図３〜図６を用いて説明する。先ずＭｏＳｉ2 粉末、Ｓ
ｉ3 Ｎ4 粉末、及び助剤としてのＹ2 Ｏ3 粉末，Ａｌ2
Ｏ3 粉末の混合物にバインダーを混練してペースト化
し、発熱体７、イオン検出用電極１４、耐熱性絶縁体８
を所望の形状に射出成形する。このとき、図３に示すよ
うに、複数個の発熱体７及びイオン検出用電極１４は連
結バー２８を介して連結状態で、且つタングステンリー
ド線９ａ，９ｂが接続された状態で成形される。そし
て、各々の発熱体７及びイオン検出用電極１４を、イオ
ン検出用電極１４の途中部（図３の一点鎖線部）にて切
断する。

【００３４】一方、図４に示すように、耐熱性絶縁体８
を形成するための絶縁部８ａ，８ｂは、２つ一組の半円
柱状に形成され、それら絶縁部８ａ，８ｂの対向面には
それぞれに、前記発熱体７，リード線９ａ，９ｂ，イオ
ン検出用電極１４を所定部位に収容するための溝部２９
が形成されている。

【００３５】そして、図５に示すように、前記絶縁部８
ａ及び８ｂで包囲するように、前記溝部２９に発熱体７
及びイオン検出用電極１４の一体物を配置し、１７００
〜１８００℃にてホットプレスする。その後、図６の破
線に沿うようにして、セラミック発熱部６の外周部を切
削加工すると、先端が球状で且つ円柱状のセラミック発
熱部６が得られる。このとき、発熱体７はその全体が耐
熱性絶縁体８に埋設されるのに対し、イオン検出用電極
１４の端面はセラミック発熱部６の先端部において露出
することとなる。

【００３６】次に、上記の如く構成されるグロープラグ
１を用いたイオン電流検出システムを図７，図８を用い
て説明する。なお、図７，図８は共に、本実施の形態に
おけるイオン電流検出システムの概要を示す構成図であ
る。このうち図７は、グロープラグ１（発熱体７）の加
熱状態、即ちエンジン始動時における燃料の着火及び燃
焼を促進するための状態を示し、図８は、燃料燃焼に伴
うイオン電流をグロープラグ１により検出する状態を示
す。

【００３７】各図において、ディーゼルエンジンのシリ
ンダヘッド１５にはねじ孔１６が形成されており、この
ねじ孔１６に前記グロープラグ１が螺着されている。即
ち、グロープラグ１をシリンダヘッド１５に螺着する際
には、前記六角部４を所定の工具で挟み、同プラグ１の
雄ねじ部３をねじ孔１６にねじ入れるようにする。

【００３８】グロープラグ１のセラミック発熱部６の先
端部は、シリンダヘッド１５に形成された渦流室１７に
突出配置されている。この渦流室１７にはピストン１８
上部に設けられた主燃焼室１９が連通されており、渦流
室１７は燃焼室の一部をなす。渦流室１７には燃料噴射
ノズル２０の先端部が配設されており、この燃料噴射ノ
ズル２０から渦流室１７内に燃料が噴射されるようにな
っている。

【００３９】また、１２Ｖ（ボルト）の直流電源からな
るバッテリ２１とグロープラグ１との間にはスイッチ回
路２５が配設されており、このスイッチ回路２５は、２
つの２位置切替スイッチ２３，２４の操作状態に応じて
バッテリ２１とグロープラグ１との間の電気経路を切り
換える。スイッチ回路２５は、電子制御装置（以下、Ｅ
ＣＵという）３０からの指令信号が入力されない通常時
には発熱体加熱状態（図７の状態）を保持し、ＥＣＵ３
０からの指令信号が入力されると、前記発熱体加熱状態
からイオン電流検出状態（図８の状態）に移行する。こ
のとき、２つの切替スイッチ２３，２４は同時に動作す
る。

【００４０】つまり、切替スイッチ２３，２４の端子２
３ａ，２４ａには前記グロープラグ１のリード線１１
ａ，１１ｂがそれぞれに接続されている。また、切替ス
イッチ２３，２４は、前記端子２３ａ及び２４ａに対し
て選択的に接続される各々２つずつの接点２３ｂ，２３
ｃ及び２４ｂ，２４ｃを有する。

【００４１】かかる場合において、発熱体加熱状態で
は、図７に示すように、端子２３ａと接点２３ｂとの間
が閉路されると共に、端子２４ａと接点２４ｂとの間が
閉路されている。このとき、グロープラグ１の一方のリ
ード線１１ａには端子２３ａ及び接点２３ｂを介してバ
ッテリ２１のプラス側が接続されると共に、他方のリー
ド線１１ｂには端子２４ａ及び接点２４ｂを介してバッ
テリ２１のマイナス側が接続されている。即ち、発熱体
７は加熱状態に保持される（このとき、図７中の２点鎖
線で示す経路を電流が流れる）。なお、接点２４ｂは、
シリンダヘッド１５の一部にも接続されている。

【００４２】また、イオン電流検出状態では、図８に示
すように、端子２３ａと接点２３ｃとの間が閉路される
と共に、端子２４ａと接点２４ｃとの間が閉路される。
即ち、切替スイッチ２３，２４は共にオープン状態とな
る。この場合、切替スイッチ２３に並列に設けられた電
気経路（図８の２点鎖線で示す経路）のイオン電流検出
用抵抗２６を介して、バッテリ電圧がリード線１１ａに
印加される。つまり、セラミック発熱部６の先端に形成
されたイオン検出用電極１４とシリンダヘッド１５との
間にバッテリ電圧が印加されることとなり、燃焼火炎帯
の活性イオンの発生に伴い図８中に２点鎖線で示す経路
でイオン電流が流れる。

【００４３】なお、イオン電流検出用抵抗２６の抵抗値
は５００ｋΩ程度であって、このイオン電流検出用抵抗
２６を流れるイオン電流は、当該抵抗２６の両端の電位
差として電位差計２７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２０による噴射燃料が渦流室１７で
燃焼に供されると、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、イオン検出用電極１４とそれに対面するシリンダ
ヘッド１５との間にバッテリ電圧が印加されることによ
り、イオン検出用電極１４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１５にはプラスイオンが捕
獲される。その結果、図８に示す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２６両端の電位差として検出される。

【００４５】一方、ＥＣＵ３０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２７により検出された検出信号を入力する。
また、ＥＣＵ３０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３１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３２の検出信号が入力され、ＥＣＵ３０は各センサ
３１，３２の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ＥＣＵ３０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の発熱体７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
ゼルエンジンの暖機完了時において、前記スイッチ回路
２５に切り替え指令信号を出力し、本システムの回路を
イオン電流検出状態として燃焼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、スイッチ回路２５
は発熱体加熱状態に保持されるようになっている。以
下、図９のフローチャートを用いて、前記スイッチ回路
２５の切り替え処理を説明する。図９は、所定の時間の
割り込み処理により実行される。

【００４７】さて、図９の処理がスタートすると、ＥＣ
Ｕ３０は、先ずステップ１１０でエンジン暖機完了後で
あり、且つスイッチ回路２５がイオン電流検出状態にあ
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１１０が否定判別され、ＥＣＵ３０は続くステッ
プ１２０で水温Ｔｗ及びエンジン回転数Ｎｅを読み込
む。

【００４８】その後、ＥＣＵ３０は、ステップ１３０で
水温Ｔｗが所定の暖機完了温度（本実施の形態では、６
０℃）以上であるか否かを判別すると共に、ステップ１
４０でエンジン回転数Ｎｅが所定回転数（本実施の形態
では、２０００ｒｐｍ）以上に達しているか否かを判別
する。かかる場合、ステップ１３０，１４０が共に否定
判別されれば、ＥＣＵ３０は、エンジンの暖機が完了し
ておらず、グロープラグ１（発熱体７）による加熱が必
要であるとみなし、ステップ１５０に進む。また、ステ
ップ１３０，１４０のいずれかが肯定判別されれば、Ｅ
ＣＵ３０は、エンジンの暖機が完了した、或いはグロー
プラグ１（発熱体７）による加熱が不要であるとみな
し、ステップ１６０に進む。

【００４９】ステップ１５０に進んだ場合、ＥＣＵ３０
は、スイッチ回路２５を発熱体加熱状態（図７の状態）
に保持し、その後本処理を終了する。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
促進される。

【００５０】また、ステップ１６０に進んだ場合、ＥＣ
Ｕ３０は、スイッチ回路２５を発熱体加熱状態からイオ
ン電流検出状態（図８の状態）に移行させ、その後本ル
ーチンを終了する。この状態では、イオン電流検出用抵
抗２６により燃料燃焼時に生じるイオン電流が検出され
る。

【００５１】なお、前記ステップ１４０が肯定判別され
てステップ１６０に進む場合とは、例えばレーシング状
態で一時的にエンジン回転数Ｎｅが上昇する場合が考え
られ、この場合にはエンジン暖機が未だ完了していな
い。従って、スイッチ回路２５が一旦イオン電流検出状
態に移行したとしても、ＥＣＵ３０は、次回処理時のス
テップ１１０を否定判別し、ステップ１３０，１４０の
判別処理を再び実施する。そして、一時的なエンジン回
転数Ｎｅの上昇が収まり、同回転数Ｎｅが低下すると
（Ｎｅ＜２０００ｒｐｍ）、スイッチ回路２５を再度、
発熱体加熱状態に復帰させる（ステップ１５０）。

【００５２】その後、水温Ｔｗ≧６０℃となりエンジン
暖機が完了すると、ＥＣＵ３０はステップ１１０を肯定
判別する。そして、エンジン暖機が完了し、且つスイッ
チ回路２５がイオン電流検出状態に移行した後には、Ｅ
ＣＵ３０はステップ１１０を毎回肯定判別する。これに
より、当該スイッチ回路２５がイオン電流検出状態（図
８の状態）のままで保持されることとなる。

【００５３】図１０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、燃料噴射開始の直後に電圧が急上
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。

【００５４】この場合、ＥＣＵ３０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、
該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、ＥＣＵ３０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。

【００５５】次に、本実施の形態における効果を説明す
る。 （ａ）要するに、本実施の形態のグロープラグ１は、耐
熱性絶縁体８と、耐熱性絶縁体８に埋設され、一対のリ
ード線９ａ，９ｂ（１１ａ，１１ｂ）によって通電加熱
される発熱体７と、発熱体７に一体的に形成され、燃焼
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１４とを備える。つまり、イオン検出用電極１４
は、その一部（端面）が渦流室１７内で発生する火炎に
晒されるように構成した。かかる構成によれば、イオン
電流の検出時において、イオン検出用電極１４とそれに
近接する渦流室１７の内壁とは、燃料燃焼時に発生する
燃焼イオン（プラス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。その結果、非常に簡単な構成で
あるにもかかわらず、精度良くイオン電流を検出するこ
とができ、安価なイオン電流検出用センサとしてのグロ
ープラグ１を提供することができる。

【００５６】（ｂ）また、本グロープラグ１では、イオ
ン検出用電極１４の大部分が耐熱性絶縁体８に埋設さ
れ、その一部のみが外部に露出しているため、グロープ
ラグ１外周に若干量のカーボンが付着したとしても従来
技術（米国特許第４，７３９，７３１号）のように電極
とハウジング（アース側）との間が導通されてイオン電
流が誤検出されるといった不具合が生じにくくなる。特
に本実施の形態の構成では、イオン検出用電極１４の露
出部がグロープラグ１の先端部に設けられているため、
当該露出部と渦流室１７とが十分に離間しており、上記
のような不具合をより好適に解消することができる。

【００５７】なお、グロープラグ１の使用に伴ってその
外周に付着する若干量のカーボンは発熱体７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）
によって焼き切られる。その結果、イオン電流の検出に
際しても長期にわたってその検出性能を保持することが
できる。

【００５８】（ｃ）さらに、かかる構成において、発熱
体７自体は、耐熱性絶縁体８の内部に埋設されているた
め、酸化消耗による発熱特性の変化を招くことはなく、
長期にわたって高い発熱性能を維持することができる。
また、渦流室１７内での熱的衝撃等に起因して発熱体７
が破損する等の不具合も回避できる。図面にて説明すれ
ば、発熱体７が酸化消耗するとその抵抗値が変化し、図
１１に示すように発熱性能が低下する（図に破線で示
す）。しかし、本実施の形態では、かかる不具合が回避
できる（図の実線の特性が維持される）。

【００５９】（ｄ）さらに、本実施の形態のグロープラ
グ１においては、イオン検出用電極１４（及び発熱部
７）を導電性セラミック材料により成形した。それによ
り、高温な燃焼ガスに晒されてもイオン検出用電極１４
の酸化消耗が最小限に抑えられ、グロープラグ１による
イオン電流検出性能の耐久性をより一層向上させること
ができる。

【００６０】（ｅ）また、グロープラグ１のセラミック
発熱部６（発熱体７，イオン検出用電極１４，耐熱性絶
縁体８）を、導電性セラミック粉末（ＭｏＳｉ2 粉末）
と絶縁性セラミック粉末（Ｓｉ3 Ｎ4 粉末）との混合物
により形成した。そのため、耐熱性及び耐消耗性に優れ
たセラミック発熱部６を提供することができる。また、
本セラミック発熱部６は、エンジンの低温始動時におい
て良好なる始動補助機能を維持することができる。

【００６１】（ｆ）上記グロープラグ１の製作に際して
は、導電性セラミック粉末と絶縁性セラミック粉末との
混合物からセラミック発熱部６（発熱体７，イオン検出
用電極１４，耐熱性絶縁体８）を成形すると共に、耐熱
性絶縁体８の外周面を切削加工してイオン検出用電極１
４を外部に露出させるようにした。かかる工程によれ
ば、特に煩雑な製造工程を要することもなく、簡便な方
法にて上記の優れたイオン電流検出機能を兼ね備えたグ
ロープラグ１を製作することができる。

【００６２】（ｇ）一方、本実施の形態のイオン電流検
出装置ではスイッチ回路２５を設け、同スイッチ回路２
５により、発熱体加熱状態とイオン電流検出状態とを切
り替えるようにした。即ち、上記２つの状態の電圧印加
は共通のリード線１１ａ，１１ｂを用いて行われ、両状
態の切替えはスイッチ回路２５により選択的に実施され
る。従って、本イオン電流検出装置において、その発熱
体７に接続されるリード線１１ａ，１１ｂの配線構成
や、その他イオン電流の検出に関する構成が簡素化で
き、安価なイオン電流検出装置を提供することができ
る。

【００６３】（ｈ）併せて、本実施の形態では、ディー
ゼルエンジンに本イオン電流検出装置を適用することと
し、バッテリ２１の一端に前記発熱体７に接続された片
方のリード線１１ａを接続すると共に、他端にシリンダ
ヘッド１５を接続するようにした。この場合、イオン電
流を検出するために必要な対向電極（イオン検出用電極
１４及び渦流室１７の壁部）の構成が簡素化できる。

【００６４】（ｉ）特に、本実施の形態のイオン電流検
出装置は、ディーゼルエンジンの燃焼室内での燃焼火炎
帯の活性イオンを検出するものであるため、燃焼イオン
密度が高い状態でイオン電流を検出することができ、そ
の検出精度を高めることができる。従って、ディーゼル
エンジンの燃焼状態を精度良く検出し、その検出結果を
燃料噴射制御に反映させることも可能となる。

【００６５】（ｊ）本実施の形態では、スイッチ回路２
５（接点２３ｃ）を介することなく、直接、イオン検出
用電極１４とシリンダブロック１５との間にバッテリ２
１による供給電源を印加するように構成したため、スイ
ッチ回路２５の切替え動作によるノイズ等の悪影響を排
除することができる。即ち、スイッチ回路２５の各接点
は酸化によって抵抗値が上昇し、このような接点抵抗の
上昇時には元々微弱なイオン電流の検出が困難になるお
それがある。しかし、本実施の形態では、上記のような
不具合を解消することができる。

【００６６】（ｋ）また、本実施の形態では、通常の車
載バッテリ２１によりイオン電流を検出するようにした
ため、イオン電流検出用の電源として車載バッテリ以外
の電源が不要となり、構成の複雑化を招くことなくイオ
ン電流検出装置を実現することができる。

【００６７】次に、本発明の第２〜第７の実施の形態に
おけるグロープラグの構成を図１２〜図２５を用いて説
明する。但し、各実施の形態の構成において、上述した
第１の実施の形態と同等であるものについては図面に同
一の記号を付すと共にその説明を簡略化する。そして、
以下には第１の実施の形態との相違点を中心に説明す
る。

【００６８】（第２の実施の形態）図１２は、第２の実
施の形態におけるグロープラグの要部を示す断面図であ
る。上記第１の実施の形態では、耐熱性絶縁体８の先端
部（球状部）にイオン検出用電極１４を設けていたが、
本実施の形態では、耐熱性絶縁体８の側面部にイオン検
出用電極４１を設けている。つまり、イオン検出用電極
４１の端面は、耐熱性絶縁体８の側面において同一面で
露出している。この場合にも、上記第１の実施の形態と
同様に、本発明の目的を達成することができる。なお、
イオン検出用電極４１は発熱体７に一体成形され、両部
材４１，７は電気的に接続された状態となっている。ま
た、発熱体７自体は耐熱性絶縁体８によって保護されて
いるため、その発熱特性が損なわれることもない。

【００６９】（第３の実施の形態）図１３は、第３の実
施の形態におけるグロープラグの要部を示す断面図であ
る。図１３のグロープラグでは、耐熱性絶縁体８の先端
部においてリード線４３を介してイオン検出用電極４２
が発熱体７に電気的に接続されている。このとき、発熱
体７とイオン検出用電極４２との組成は同じになってい
る。かかる構成においても、本発明の目的を達成するこ
とができる。

【００７０】（第４の実施の形態）図１４は、第４の実
施の形態におけるグロープラグの要部を示す断面図であ
る。本実施の形態のグロープラグでは、図１４に示すよ
うに、耐熱性絶縁体８の先端部においてイオン検出用電
極４４の端面が比較的広い面積を有することを特徴とし
ている。なお、このイオン検出用電極４４は、グロープ
ラグを下方から見て略楕円状をなす（図示は省略す
る）。かかる構成においても、本発明の目的を達成する
ことができる。特に本構成では、イオン検出用電極４４
が燃焼火炎に晒される面積が広いため、イオン電流をよ
り一層精度良く検出することが可能となる。

【００７１】ここで、前記図１４のグロープラグの製造
方法の特徴部分について図１５，図１６を用いて説明す
る。つまり、製造当初において、発熱体７及びイオン検
出用電極４４は、ＭｏＳｉ2 粉末とＳｉ3 Ｎ4 粉末との
混合物を射出成形することにより図１５の形状に成形さ
れる。このとき、図１５に示すように、複数個の発熱体
７及びイオン検出用電極４４が連結バー２８を介して連
結状態で成形される。そして、各々の発熱体７及びイオ
ン検出用電極４４を、連結バー２８の途中部（図１５の
一点鎖線部）にて切断する。

【００７２】その後、発熱体７及びイオン検出用電極４
４等を耐熱性絶縁体８にて包囲して１７００〜１８００
℃にてホットプレスする。そして図１６の破線に沿うよ
うにして、セラミック発熱部６の外周部を切削加工する
と、先端が球状で且つ円柱状のセラミック発熱部６が得
られる。このとき、発熱体７はその全体が耐熱性絶縁体
８に埋設されるが、イオン検出用電極４４の端面はセラ
ミック発熱部６の先端部において略楕円状に露出するこ
ととなる。

【００７３】（第５の実施の形態）図１７は、第５の実
施の形態におけるグロープラグの要部を示す断面図であ
る。つまり、上記各実施の形態では、耐熱性絶縁体８の
外周面とイオン検出用電極の露出端面とを同一面として
いたが、本実施の形態では、図１７に示すように、イオ
ン検出用電極４５を耐熱性絶縁体８の外周面よりも突出
させている。この場合にも、上記各実施の形態と同様
に、本発明の目的を達成することができる。また、かか
る構成によれば、イオン検出用電極４５の露出面積が大
きくなるため、イオン電流の検出精度が向上する。な
お、イオン検出用電極４５の突出部の形状は、円錐状、
角錐状、円柱状、Ｊ字状、逆Ｔ字状にする等、任意でよ
く、さらにはその突出電極を複数個設けてもよい。

【００７４】（第６の実施の形態）図１８，図１９は、
第６の実施の形態におけるグロープラグの要部を示す断
面図である。つまり、上記各実施の形態では、発熱体と
イオン検出用電極とを一体成形して電気的に接続するか
（第３の実施の形態以外）、又は共通のリード線を介し
て電気的に接続していた（第３の実施の形態）。これに
対して、本実施の形態では、発熱体とイオン検出用電極
とを別体に形成すると共に、これら両部材（発熱体及び
イオン検出用電極）からそれぞれ別のリード線を取り出
して当該両部材を電気的に接続している。

【００７５】図１８（ａ），（ｂ）のグロープラグは、
耐熱性絶縁体８の先端部（球状部）にイオン検出用電極
５１を設けた事例を示す。詳細には、図１８（ａ）で
は、Ｕ字状の発熱体７の両端からリード線５２，５３を
取り出すと共に、そのうちの一方のリード線５３と前記
イオン検出用電極５１から取り出されたリード線５４と
を、耐熱性絶縁体８内部にて接続させている。

【００７６】また、図１８（ｂ）では、発熱体７及びイ
オン検出用電極５１と、リード線５２〜５４との構造は
前記図１８（ａ）と略同様であるが、外部からの信号入
力部が異なる構成となっている。つまり、リード線５２
は耐熱性絶縁体８の側面に露出しており、この露出部は
環状の導電体５５を介して外部リード線５６に接続され
ている。また、リード線５３，５４は耐熱性絶縁体８端
面に設けられた導電層５７により電気的に接続されてい
る。

【００７７】一方、図１９（ａ），（ｂ）のグロープラ
グは、耐熱性絶縁体８の側面に環状のイオン検出用電極
６１を設けた事例を示す。詳細には、図１９（ａ）で
は、Ｕ字状の発熱体７の両端からリード線６２，６３を
取り出すと共に、そのうちの一方のリード線６３と前記
イオン検出用電極６１から取り出されたリード線６４と
を、耐熱性絶縁体８内部にて接続させている。

【００７８】また、図１９（ｂ）では、発熱体７及びイ
オン検出用電極６１と、リード線６２〜６４との構造は
前記図１９（ａ）と略同様であるが、外部からの信号入
力部が異なる構成となっている。つまり、リード線６２
は耐熱性絶縁体８の側面に露出しており、この露出部は
環状の導電体６５を介して外部リード線６６に接続され
ている。また、リード線６３，６４は耐熱性絶縁体８端
面に設けられた導電体６７により電気的に接続されてい
る。

【００７９】上記図１８、図１９のいずれの場合にも、
上記各実施の形態と同様に、簡単な構成で且つ精度良く
イオン電流を検出することができると共に、発熱体７の
発熱性能を長期にわたって維持することができ、本発明
における所望の効果を得ることができる。

【００８０】（第７の実施の形態）次に、請求項５、８
及び９に記載の発明にかかる第７の実施の形態を説明す
る。つまり、上記第１〜第６の各実施の形態ではいずれ
も、発熱体とイオン検出用電極とを電気的に接続して構
成していたが、本実施の形態では発熱体とイオン検出用
電極とを電気的に絶縁して構成することを特徴とし、こ
うして構成されるグロープラグを用いたイオン電流検出
装置を具体化するものである。

【００８１】図２０は、本実施の形態におけるグロープ
ラグ１の要部を示す断面図である。同図において、セラ
ミック発熱部６の耐熱性絶縁体８には、発熱体７とイオ
ン検出用電極７１とが別体として埋設され、当該発熱部
６の先端にはイオン検出用電極７１の一部（先端面）が
露出している。発熱体７の両端に接続された一対のリー
ド線７２，７３のうち、一方のリード線７２は耐熱性絶
縁体８の側面から取り出されてハウジング２に電気的に
接続され、他方のリード線７３はハウジング２とは絶縁
されつつ耐熱性絶縁体８の外部に導かれている。また、
イオン検出用電極７１に接続されたリード線７４は、発
熱体７側のリード線７３並びにハウジング２に対して絶
縁されつつ耐熱性絶縁体８の外部に導かれている。

【００８２】ここで、上記構成のセラミック発熱部６の
製造過程を図２１を用いて簡単に説明する。先ずは前記
各実施の形態と同様にＭｏＳｉ2 粉末とＳｉ3 Ｎ4 粉末
との混合物にバインダーを混練してペースト化し、発熱
体７、イオン検出用電極７１、耐熱性絶縁体８を各々に
所望の形状に射出成形する。このとき、耐熱性絶縁体８
は半円柱状に分割形成されており、その間に、前記発熱
体７、発熱体７に接続されたリード線７２，７３、イオ
ン検出用電極７１及びそれに接続されたリード線７４が
所定位置、即ち、耐熱性絶縁体８に形成された溝部７５
に収容配置される。そして、発熱体７及びイオン検出用
電極７１等を耐熱性絶縁体８にて包囲しながら各部材を
組み付けた後に、その一体物を１７００〜１８００℃に
てホットプレスする。さらにその後、セラミック発熱部
６の外周部を切削加工すると、先端が球状で且つ円柱状
のセラミック発熱部６が得られる。このとき、前記図２
０に示すように、発熱体７はその全体が耐熱性絶縁体８
に埋設されるのに対し、イオン検出用電極７１の端面は
セラミック発熱部６の先端部において露出することとな
る。

【００８３】次に、上記の如く構成されるグロープラグ
１を用いたイオン電流検出システムを図２２を用いて説
明する。同図において、グロープラグ１のハウジング２
はエンジンのシリンダヘッド１５に螺着され、同プラグ
１のセラミック発熱部６の先端部は、シリンダヘッド１
５に形成された渦流室１７に突出配置されている。渦流
室１７には、同室内１７に燃料を噴射する燃料噴射ノズ
ル２０の先端部が配設されている。

【００８４】発熱体７の一方のリード線７２は、ハウジ
ング２を介してアースされ、他方のリード線７３は、グ
ローリレー７６を介して定格１２Ｖ（ボルト）のバッテ
リ２１のプラス側に接続されている。グローリレー７６
はＥＣＵ３０からの指令信号に応じてＯＮ／ＯＦＦさ
れ、通常時はＯＦＦ状態に保持されている。つまり、Ｅ
ＣＵ３０からの指令に従いグローリレー７６がＯＮされ
ると、発熱体７はバッテリ２１からの電力供給により加
熱され、同リレー７６がＯＦＦされると、当該加熱状態
が停止されることとなる。

【００８５】また、イオン検出用電極７１に接続された
リード線７４は、イオン電流検出用抵抗２６を介して前
記バッテリ２１のプラス側に常時接続されている。従っ
て、上記構成によれば、燃料噴射ノズル２０による燃料
噴射に伴なう燃料の燃焼毎に、その都度、イオン電流が
検出されることとなる。なお、イオン電流検出用抵抗２
６の抵抗値は５００ｋΩ程度であって、このイオン電流
検出用抵抗２６を流れるイオン電流は、当該抵抗２６の
両端の電位差として電位差計２７により検出されＥＣＵ
３０に入力される。

【００８６】以下、図２３のフローチャートを用いて、
前記グローリレー７６の切り替え処理を説明する。図２
３は、イグニションキーのＯＮ操作に伴う電源投入に従
いＥＣＵ３０により実行される。

【００８７】さて、図２３の処理がスタートすると、Ｅ
ＣＵ３０は、先ずステップ２０１でエンジン暖機完了後
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２０１が否定判別され、ＥＣＵ３０は続く
ステップ２０２で水温Ｔｗ及びエンジン回転数Ｎｅを読
み込む。

【００８８】その後、ＥＣＵ３０は、ステップ２０３で
水温Ｔｗが所定の暖機完了温度（本実施の形態では、６
０℃）以上であるか否かを判別すると共に、ステップ２
０４でエンジン回転数Ｎｅが所定回転数（本実施の形態
では、２０００ｒｐｍ）以上に達しているか否かを判別
する。かかる場合、ステップ２０３，２０４が共に否定
判別されれば、ＥＣＵ３０は、エンジンの暖機が完了し
ておらず、グロープラグ１（発熱体７）による加熱が必
要であるとみなし、ステップ２０５に進む。また、ステ
ップ２０３，２０４のいずれかが肯定判別されれば、Ｅ
ＣＵ３０は、エンジンの暖機が完了した、或いはグロー
プラグ１（発熱体７）による加熱が不要であるとみな
し、ステップ２０６に進む。

【００８９】ステップ２０５に進んだ場合、ＥＣＵ３０
は、グローリレー７６をＯＮ状態とし、その後ステップ
２０１に戻る。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促進される。また、ス
テップ２０６に進んだ場合、ＥＣＵ３０は、グローリレ
ー７６をＯＮ状態からＯＦＦ状態に移行させ、その後ス
テップ２０１に戻る。なお、前記ステップ２０４が肯定
判別されてステップ２０６に進む場合とは、例えばレー
シング状態で一時的にエンジン回転数Ｎｅが上昇する場
合が考えられ、この場合には、一時的なエンジン回転数
Ｎｅの上昇が収まり次第、グローリレー７６が再度、Ｏ
Ｎ状態（発熱体加熱状態）に復帰させられる（ステップ
２０５）。

【００９０】その後、水温Ｔｗ≧６０℃となりエンジン
暖機が完了するとグローリレー７６がＯＦＦされ（ステ
ップ２０６）、それと共にＥＣＵ３０は、ステップ２０
１を肯定判別してステップ２０７に進む。そして、ＥＣ
Ｕ３０は、ステップ２０７で、燃料噴射ノズル２０によ
る燃料噴射開始のタイミングにおいてイオン電流検出用
抵抗２６により検出された電流値Ｉｐを読み込み、続く
ステップ２０８で当該電流値Ｉｐが所定のしきい値Ｉｔ
ｈ以上であるか否かを判別する。この電流値Ｉｐは、セ
ラミック発熱部６外周に付着したカーボンにより流れる
漏洩電流の値に相当する。

【００９１】ステップ２０８が否定判別された場合（Ｉ
ｐ＜Ｉｔｈの場合）、ＥＣＵ３０はステップ２０１に戻
る。かかる場合、セラミック発熱部６外周にカーボンが
付着していない、又は付着カーボンが許容量以下である
として、グローリレー７６がＯＦＦ状態のままで保持さ
れる。

【００９２】一方、ステップ２０８が肯定判別されると
（Ｉｐ≧Ｉｔｈの場合）、ＥＣＵ３０はステップ２０９
に進み、グローリレー７６をそれまでのＯＦＦ状態から
ＯＮ状態（発熱体加熱状態）に移行させる。つまり、ス
テップ２０８が肯定判別された場合には、セラミック発
熱部６外周に許容量を超えるカーボンが付着していると
考えられる。この場合、付着カーボンに起因してイオン
検出用電極７１とアース側（ハウジング２及びシリンダ
ヘッド１５側）との間の絶縁抵抗が低下し、漏洩電流が
流れる（Ｉｐ≧Ｉｔｈとなる）。よって、前記付着カー
ボンを焼き切るべく、グローリレー７６をＯＮさせて発
熱体７を加熱させる。

【００９３】その後、ＥＣＵ３０は、ステップ２１０で
グローリレー７６のＯＮ状態を所定時間（本実施の形態
では、２秒間）だけ保持し、続くステップ２１１でグロ
ーリレー７６をＯＦＦ状態に復帰させる。そして、再び
ステップ２０１に戻る。それ以降、ＥＣＵ３０は、ステ
ップ２０７で漏洩電流を監視しつつ、グローリレー７６
を最適状態でＯＮ／ＯＦＦ制御する。

【００９４】なお、本実施の形態では、グローリレー７
６により請求項記載のスイッチング手段が構成されてい
る。また、図２３のステップ２０７が請求項記載の漏洩
電流検出手段に相当し、ステップ２０８〜２１１が請求
項記載の操作手段に相当する。

【００９５】図２４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。但し、図２４の（ａ）は、セラミック発熱部６外
周にカーボンが付着していない状態について示し、同図
の（ｂ）は、セラミック発熱部６外周にカーボンが付着
した状態について示す。

【００９６】図２４の（ａ）において、燃料噴射開始
（同図では、噴射開始に伴う立ち上がりエッジ）の直後
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。このとき、燃料噴射開始時には、電流値は
略「０」に保持されている。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Ｂ１１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Ｂ１２が観測される。

【００９７】この場合、ＥＣＵ３０は、イオン電流波形
の第１の山Ｂ１１から実際の着火時期を検出すると共
に、該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、ＥＣＵ３０は、イオン電流波形の第２の山Ｂ
１２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。

【００９８】一方、図２４の（ｂ）においては、燃料噴
射開始のタイミングで許容レベル（しきい値Ｉｔｈ）を
超える漏洩電流が観測される。従って、当該状態では、
発熱体７の発熱作用により付着カーボンの除去が実施さ
れる（前記図２３のステップ２０９〜２１１が実施され
る）。かかるカーボンの付着状態において、その状態を
放置しておくと、漏洩電流値が次第に大きくなり、やが
て第１の山Ｂ１１との区別が困難になるおそれがある
が、そのような不都合も回避される。

【００９９】ここで、本実施の形態のイオン電流検出シ
ステムは、図２５に示すように構成してもよい。図２５
の構成では２つの直流電源が設けられており、その一方
は前記発熱体７を加熱するための発熱体加熱用電源７７
であり、他方はイオン電流を検出するためのイオン電流
検出用電源７８である。この場合、発熱体７の一方のリ
ード線７３と発熱体加熱用電源７７との間には、グロー
プラグ１の発熱動作をＯＮ／ＯＦＦするためのグローリ
レー７６が配設され、イオン検出用電極７１のリード線
７４とイオン電流検出用電源７８との間には、イオン電
流検出用抵抗２６が配設されている。かかる場合にも、
常時、イオン電流が検出されつつ発熱体７の加熱動作が
操作できる。なお、発熱体加熱用電源７７としては例え
ば１２Ｖ（ボルト）の直流電源（一般的な車載バッテ
リ）を用い、イオン電流検出用電源７８としては例えば
５０Ｖ（ボルト）の直流電源を用いている。

【０１００】以上、第７の実施の形態によれば、上記各
実施の形態と同様に、非常に簡単な構成であるにもかか
わらず、精度良くイオン電流を検出することができるな
どの効果が得られるのは勿論のこと、その他にも以下に
示す効果が得られる。

【０１０１】（イ）本実施の形態のグロープラグ１で
は、発熱体７とイオン検出用電極７１とを絶縁させて構
成した。この場合、発熱体７とイオン検出用電極７１と
は別々の電源経路にて通電されることになるため、発熱
体７を加熱させながらそれと同時にイオン検出用電極７
１によりイオン電流を検出することができる（即ち、燃
焼状態を把握することができる）。

【０１０２】（ロ）また、本実施の形態では、燃料噴射
開始のタイミングにて漏洩電流としての電流値Ｉｐを検
出し、その電流値Ｉｐが所定のしきい値Ｉｔｈ以上であ
れば一時的に発熱体７を加熱させるようグローリレー７
６を操作するようにした（前記図２３のステップ２０９
〜２１１）。つまり、漏洩電流としての電流値Ｉｐに基
づいてセラミック発熱部６外周のカーボン付着状態を推
定し、カーボン付着量が許容値を超えるとみなされる状
態であれば、グロープラグ１の発熱作用により付着カー
ボンを焼き切るようにした。その結果、常に所望のイオ
ン電流波形が検出できることとなり、その検出結果を用
いた着火時期検出や失火検出等の処理を精度良く実施す
ることができる。因みにかかる場合にも、イオン電流の
検出動作を中断することなく、カーボンの除去処理を実
施することができるという有利な効果が得られる。

【０１０３】（ハ）特に本実施の形態では、燃料噴射開
始のタイミングにて漏洩電流（電流値Ｉｐ）を検出する
ようにした。つまり、燃料噴射開始のタイミングとは、
ディーゼルエンジンの燃焼室圧力が上昇し、且つ燃料の
燃焼直前の時期に相当する。従って、上記の如くカーボ
ンが付着した状況下では、確実に漏洩電流を検出するこ
とができる。

【０１０４】なお、本発明は、上記各実施の形態の他に
次の形態にて実現できる。 （１）上記各実施の形態では、発熱体とイオン検出用電
極とを同一組成（同一粒径）の混合物（小径のＭｏＳｉ
2 粉末と、大径のＳｉ3 Ｎ4 粉末との混合物）にて構成
したが、これを変更し、発熱体とイオン検出用電極とを
異なる組成の混合物により構成してもよい。かかる場
合、両部材の組成を変えることにより、発熱体の抵抗値
とイオン検出用電極の抵抗値とが異なる値となる。例え
ばイオン検出用電極に対しては、導電性セラミック粉末
としてのＭｏＳｉ2 粉末の径を発熱体よりも大きくし
（又は、絶縁性セラミック粉末としてのＳｉ3 Ｎ4 粉末
の径を小さくし）、その抵抗値を大きくする。このよう
な作り分けはグロープラグの用途に応じて行われる。

【０１０５】つまり、イオン電流の検出結果を例えば失
火検出に用いるのであれば、イオン電流の有無だけを判
定すればよいため、イオン検出用電極の抵抗値は比較的
大きくすることができ例えば約５ＭΩ以下であればよい
（但し、発熱体は１Ω程度）。また、イオン電流の検出
結果を例えば着火時期検出に用いるのであれば、イオン
電流の立ち上がりを瞬時に検出する必要があるのでイオ
ン検出用電極の抵抗はなるべく小さい方が望ましい（５
００ｋΩ以下が望ましい）。図面で説明すれば、図２６
に示すように、イオン検出用電極の抵抗値が大きくなる
ほど、イオン電流の立ち上がりが鈍くなる。

【０１０６】（２）また、上記各実施の形態では、導電
性セラミック粉末としてのＭｏＳｉ2 粉末と、絶縁性セ
ラミック粉末としてのＳｉ3 Ｎ4 粉末との粒径及び配合
割合を変えることにより、発熱体、イオン検出用電極及
び耐熱性絶縁体を作り分けていたが、これを変更しても
よい。例えば、ＭｏＳｉ2 粉末とＳｉ3 Ｎ4 粉末との粒
径だけを変えて前記各部材を作り分けたり、或いはＭｏ
Ｓｉ2 粉末とＳｉ3 Ｎ4 粉末との配合割合だけを変えて
前記各部材を作り分けたりしてもよい。この場合、「Ｍ
ｏＳｉ2 粉末の粒径＜Ｓｉ3 Ｎ4 粉末の粒径」とすれば
抵抗値が小さくなって導通部材としての発熱体及びイオ
ン検出用電極が成形でき、「ＭｏＳｉ2粉末の粒径＞Ｓ
ｉ3 Ｎ4 粉末の粒径」とすれば抵抗値が大きくなって絶
縁部材としての耐熱性絶縁体が成形できる。また、各粉
末の配合割合を変更することについて述べれば、ＭｏＳ
ｉ2 粉末の配合割合が多くなるほど抵抗値が小さくな
り、Ｓｉ3 Ｎ4 粉末の配合割合が多くなるほど抵抗値が
大きくなる。

【０１０７】（３）上記各実施の形態において、前記グ
ロープラグ１の一端に２つの端子を設け、これにより２
線式のグロープラグを構成してもよい。この場合、導電
線としてのリード線１１ａ，１１ｂは、前記２つの端子
に電気的に接続されることとなる。

【０１０８】（４）上記第１の実施の形態では、イオン
電流検出システム（図７，８）において発熱体加熱状態
とイオン電流検出状態とを切替えるために２つの２位置
切替スイッチ２３，２４からなるスイッチ回路２５を用
いたが、これを変更してもよい。例えば、大電流を制御
可能な半導体スイッチ（トランジスタ、サイリスタ等）
に変更してもよく、要するに上記２つの状態を切替え可
能な手段であればよい。また、第７の実施の形態におけ
るイオン電流検出システム（図２２，２５）についても
同様に、スイッチング手段としてのグローリレー７６を
半導体スイッチ等にに変更してもよい。

【０１０９】（５）上記第１の実施の形態では、発熱体
加熱状態とイオン電流検出状態とにおいて共通の直流電
源（車載バッテリ２１）を用いたが、２つの直流電源を
用いる構成としてもよい。具体的には、発熱体７を加熱
するための発熱体加熱用電源と、イオン電流を検出する
ためのイオン電流検出用電源とを用意し、例えば発熱体
加熱用電源として１２Ｖ（ボルト）の直流電源（車載バ
ッテリ）を用い、イオン電流検出用電源として５０Ｖ
（ボルト）の直流電源を用いる。

【０１１０】（６）上記第１の実施の形態では、ＥＣＵ
３０が実行する制御プログラム（図９のルーチン）によ
ってスイッチ回路２５を動作させ、それにより発熱体加
熱状態とイオン電流検出状態とを切替えるように構成し
ていたが、これを変更してもよい。例えば、エンジン始
動から所定時間（１〜２分程度）だけ発熱体加熱状態と
し、所定時間経過後は、自動的に発熱体加熱状態からイ
オン電流検出状態に切替えるようにしてもよい。また、
上記２つの状態の切替え動作を機械的に行わせるように
してもよい。具体的には、バイメタルとその変形により
動作する切替えスイッチとを採用し、同スイッチの動作
により前記２つの状態を切り替えるように構成してもよ
い。

【０１１１】（７）上記第６及び第７の実施の形態で記
載したように、発熱体とイオン検出用電極とが別体にて
構成される場合において、イオン検出用電極を下記の
（７−１）〜（７−５）に示す材料にて構成してもよ
い。

【０１１２】（７−１）高融点金属にてイオン検出用電
極を構成する。因みに、発熱体の加熱温度が１０００〜
１２００℃であることから、１３００℃以上の高融点材
料が望ましい。その具体例としては、 ・Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｐｔ等の貴金属、及びその
合金材料を用いる。この場合、前記貴金属が絶縁性セラ
ミック材としての窒化珪素に対し、窒化物や珪化物を生
成しないので、焼結性が良好で、且つ耐久性に優れたイ
オン検出用電極が得られる。 ・貴金属と卑金属との合金を用いる。この場合、イオン
検出用電極の熱膨張係数を容易に調整することができ
る。 ・融点１３００℃以上の金属、又はその合金（Ｎｉ，Ｃ
ｏ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔｉ等）を用いる。この場合、イオン検
出用電極を安価に製作できる。また、上記と同様に、焼
結性及び耐久性に優れ、さらに熱膨張係数が容易に調整
可能なイオン検出用電極が得られる。 ・融点１３００℃以上の金属、又はその合金（Ｎｉ，Ｃ
ｏ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔｉ等）の粉末と絶縁性セラミック材と
の混合物を用いる。この場合、絶縁体との接合性が良好
なイオン検出用電極が得られる。

【０１１３】（７−２）導電性セラミック材料にてイオ
ン検出用電極を構成する。その具体例としては、金属の
珪化物、ホウ化物、炭化物、窒化物又はその混合物を使
用する。かかる場合、絶縁性セラミック材とイオン検出
用電極とを同時に焼成できるため、その作業性が向上す
る。併せて、上記導電性セラミック材料と、Ａｌ2 Ｏ3
，サイアロン（Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 等の化合
物），ＢＮ等の絶縁性セラミック材料との混合物を使用
することも可能である。

【０１１４】（７−３）導電性ガラスにてイオン検出用
電極を構成する。 （７−４）半導体材料（例えば、ＳｉＣ＋Ｓｉ3 Ｎ4 ）
にてイオン検出用電極を構成する。この場合、常温では
絶縁体として機能し、高温ではイオン検出用電極として
機能する。

【０１１５】（７−５）Ｎａ，Ｃａ，Ｋ，Ｍｇといった
不純物が所定値以下（例えば、０．５％以下）のセラミ
ック材料にてイオン検出用電極を構成する。この場合、
イオン検出用電極の高温強度が増し、熱衝撃等の性能が
向上する。ここで、不純物の含有量と曲げ強度との関連
を示す実験結果を図２７〜図２９に示す。つまり、図２
７は、温度＝１２００℃の高温条件下で、Ｃａ，Ｋ，Ｎ
ａの不純物量（％）と曲げ強度（ＭＰａ）との関係を示
すグラフであって、同グラフによれば、各々の不純物量
が０．５％以下の場合に十分な曲げ強度（約７００ＭＰ
ａ）が得られることが分かる。また、図２８は、温度＝
１２００℃の高温条件下で、Ｎａ＋Ｃａ＋Ｋの不純物混
合量（％）と曲げ強度（ＭＰａ）との関係を示すグラフ
であって、同グラフによれば、不純物混合量が０．５％
以下の場合に十分な曲げ強度（約７００ＭＰａ）が得ら
れることが分かる。さらに、図２９は、不純物量が各
０．１％以下、Ｃａ量が１％、Ｋ量が１％、Ｎａ量が１
％のそれぞれについて、温度（℃）と曲げ強度（ＭＰ
ａ）との関係を示すグラフであって、同グラフによれ
ば、不純物量を各０．１％以下にした場合が最も曲げ強
度（高温強度）が高く、不純物量を少なくした方が高温
強度が高いことが分かる。

【０１１６】（８）前記各実施の形態では、イオン検出
用電極を射出成形法にて成形する旨を記載したが、印刷
法にてイオン検出用電極を成形してもよい（発熱部７も
同様に印刷法にて成形してもよい）。また、焼結体とし
て成形された当該電極を耐熱性絶縁体に組み込むように
してもよい。さらに、グロープラグ１の製造方法とし
て、下記の（８−１），（８−２），（８−３）に示す
ような方法を適用してもよい。

【０１１７】（８−１）図３０は、耐熱性絶縁シートを
円柱状に巻回してセラミック発熱部６を作製するように
した製造方法を示す。先ずセラミック材料、樹脂バイン
ダー等からなる原料を混合し、薄板状のシート９１を作
製する（図３０（ａ））。次いで、図３０（ｂ）に示す
ように、シート９１の表面側に、通電性ペーストを用い
たスクリーン印刷により発熱体部９２とイオン検出用電
極部９３とを成形する。このとき、イオン検出用電極部
９３は、Ｕ字状をなす発熱体部９２の先端より幾分突出
した形状に設けられる。また同様にして、リード線部９
４ａ，９４ｂを印刷成形する。さらに、図３０（ｂ）の
状態において、シート９１の表面側に、セラミック材料
と樹脂バインダーとからなるコーティング材料をコート
印刷する。これは、上記発熱体部９２やイオン検出用電
極部９３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、後述のシート巻回時にシート９１と
中軸部との密着性を向上させるために実施される。な
お、シート９１の裏面には、前記リード線部９４ａ，９
４ｂと導通するように端子部９５ａ，９５ｂを導電性ペ
ーストにより印刷形成しておく。

【０１１８】その後、前記シート９１と同様の材料（セ
ラミック材料、樹脂バインダー等からなる混合材）にて
作製した円柱状の中軸部９６を用意し、図３０（ｃ）に
示すように、中軸部９６をシート９１にて巻回する。こ
のとき、前記発熱体部９２及びイオン検出用電極部９３
が印刷されたシート表面が内側になるようにシート９１
が中軸部９６に巻き付けられる。この図３０（ｃ）の状
態では、シート９１の巻回方向の両端面９７，９８の間
に、軸方向に延びる溝部９９が形成される。この溝部９
９は、シート９１の巻回方向の幅寸法を中軸部９６の外
径寸法よりも小さくすることで形成される。なお、シー
ト９１の両端面９７，９８を接触させた後に、重なり合
った一方の端面を軸方向に沿って切除し、両者間に溝部
９９を形成するようにしてもよい。

【０１１９】その後、図３０（ｄ）に示すように、前記
溝部９９内にセラミック材料からなる絶縁被覆材１００
を充填する。さらに、予備加熱により脱脂処置を施した
後、本加熱を実施してシート９１と中軸部９６とを一体
的に焼成する。このとき、シート９１と中軸部９６と
は、焼成収縮のために密着接合されると共に、前記溝部
９９の間隙が狭められることになる。そして、前記リー
ド線部９４ａ，９４ｂに接続された端子部９５ａ，９５
ｂにＣｕメッキ及びＮｉメッキを施す。最後に、図３０
（ｄ）に示す円柱体の先端部を球面状態に研削加工する
と、例えば図２等に示すようなセラミック発熱部６が得
られる。このとき、発熱体７（発熱体部９２）はその全
体が耐熱性絶縁体８（シート９１及び中軸部９６）に埋
設されるのに対し、イオン検出用電極１４（イオン検出
用電極部９３）の端面はセラミック発熱部６の先端部に
おいて露出することとなる。

【０１２０】（８−２）図３１及び図３２は、複数の耐
熱性絶縁材料を積層してセラミック発熱部６を作製する
ようにした製造方法を示す。図３１に示すように、本実
施の形態では先ず、薄板状をなす第１の積層材１０１
と、ほぼ半円柱状をなす第２及び第３の積層材１０２，
１０３とが用意される。これら第１〜第３の積層材１０
１〜１０３は、いずれも電気絶縁性のセラミック材料の
生成形体（グリーンシート）であり、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てプレス成形さ
れている。第１の積層材１０１にはその表面側に、通電
性ペーストを用いたスクリーン印刷により発熱体部１０
４とイオン検出用電極部１０５とが成形されている。こ
のとき、イオン検出用電極部１０５は、Ｕ字状をなす発
熱体部１０４の先端より幾分突出した形状に設けられて
いる。また同様にして、リード線部１０６ａ，１０６ｂ
が導電性ペーストにより印刷成形されている。

【０１２１】そして、図３２（ａ）に示すように、上記
第１の積層材１０１を中央にしてその両面に第２，第３
の積層材１０２，１０３を重ね合わせ、これらを予備加
熱により脱脂処置を施した後、本加熱を実施して第１〜
第３の積層材１０１〜１０３を一体的に焼成する。その
後、図３２（ｂ）に示すように、前記（ａ）の一体物を
円柱状に研削加工すると共に、図３２（ｃ）に示すよう
に、前記リード線部１０６ａ，１０６ｂの端部にＣｕメ
ッキ及びＮｉメッキを施して端子部１０７とする。最後
に、円柱体の先端部を球面状態に研削加工すると、例え
ば図２等に示すようなセラミック発熱部６が得られる。
このとき、発熱体７（発熱体部１０４）はその全体が耐
熱性絶縁体８（第１〜第３の積層材１０１〜１０３）に
埋設されるのに対し、イオン検出用電極１４（イオン検
出用電極部１０５）の端面はセラミック発熱部６の先端
部において露出することとなる。

【０１２２】（８−３）図３３では、いずれも薄板状を
なす同様の耐熱性絶縁材料（セラミック材料、樹脂バイ
ンダー等の混合材）からなる第１〜第５の積層材１１１
〜１１５が用意され、そのうち、中央に配置される第３
の積層材１１３の表面には、通電性ペーストを用いたス
クリーン印刷により発熱体部１１６とイオン検出用電極
部１１７とが成形されている。このとき、イオン検出用
電極部１１７は、Ｕ字状をなす発熱体部１１６の先端よ
り幾分突出した形状に設けられている。また同様にし
て、リード線部１１８ａ，１１８ｂが導電性ペーストに
より印刷成形されている。

【０１２３】そして、第１〜第５の積層材１１１〜１１
５を重ね合わせ、これらを予備加熱により脱脂処置を施
した後、本加熱を実施して第１〜第５の積層材１１１〜
１１５を一体的に焼成する。その後、上記積層材の一体
物を円柱状に研削加工すると共に、その先端部を球面状
態に研削加工すると、例えば図２等に示すようなセラミ
ック発熱部６が得られる。このとき、発熱体７（発熱体
部１１６）はその全体が耐熱性絶縁体８（第１〜第５の
積層材１１１〜１１５）に埋設されるのに対し、イオン
検出用電極１４（イオン検出用電極部１１７）の端面は
セラミック発熱部６の先端部において露出することとな
る。かかる（８−３）の実施の形態によれば、最初に用
意する複数の耐熱性絶縁材がいずれも同様のシート材で
よいため、例えば前記（８−２）の実施の形態に比べて
予め用意しておく耐熱性絶縁材料の汎用性が向上するこ
とになる。

【０１２４】これら（８−１），（８−２），（８−
３）の製造方法によっても、既述した特有な構成を有し
且つ優れたイオン電流検出機能を備えたグロープラグ１
を製造することができ、その製造過程において煩雑な工
程が強いられるといった不都合が回避できる。

【０１２５】なお因みに、既述したセラミック発熱体６
の製造過程において、最初に略円柱状の部材を作製し、
その部材の先端を球面状態に研削加工するようにしてい
たものに対しても、最初に直方体やその他の立方体を作
製した後に、先端が球面で且つ円柱状のセラミック発熱
体６を研削加工するようにその製造方法を変更してもよ
い。また、上記（８−２），（８−３）の製造方法にお
いて、耐熱性絶縁材料からなる積層材の枚数は任意でよ
く、これら複数の積層材のうちほぼ中央に配置される積
層材に発熱体及びイオン検出用電極を設ける構成であれ
ばよい。さらに、上記製造方法において、発熱体部とイ
オン検出用電極とを別体で設けてもよく、要は、最後の
研削加工後にイオン検出用電極が露出するように作製で
きるものであればよい（発熱体部とイオン検出用電極と
を別体に設ける場合には、それらを設ける積層材を別々
にしてもよい）。

【０１２６】（９）上記各実施の形態では、オールセラ
ミックタイプのグロープラグについて記述したが、グロ
ープラグの構成を変更してもよい。例えば、発熱体とし
てのコイル状の金属線（例えば、タングステン線）をセ
ラミック材料からなる耐熱性絶縁体に埋設し、その金属
線の一部に、燃焼火炎に晒されるイオン検出用電極を電
気的に接続する。この場合にも、イオン電流検出機能を
兼ね備えた安価なグロープラグを提供することができ
る。また、発熱体の発熱性能も長期にわたって維持でき
る。

【０１２７】（１０）上記第７の実施の形態では、燃料
噴射開始のタイミングで漏洩電流（電流値Ｉｐ）を検出
したが（図２３のステップ２０７）、これを変更しても
よい。例えば、燃料噴射時期内であって、その開始時以
外のタイミングで漏洩電流を検出したり、ＴＤＣ前の所
定クランク角にて漏洩電流を検出したりするようにして
もよい。この所定クランク角は、回転数センサ３２の検
出信号から求められる所定番号のパルス出力タイミング
として与えられる。要するに、グロープラグ外周にカー
ボンが付着した場合、露出電極とアース側との絶縁抵抗
は燃焼室内での圧力に依存する。そのため、漏洩電流の
検出時期は、燃料の着火前であって筒内圧の高い状態、
即ち圧縮行程時であればよい。但し、グロープラグ外周
に多量のカーボンが付着した場合には、いずれのタイミ
ングにおいても漏洩電流が観測されるため、望ましくは
上記の如く圧縮行程で漏洩電流を検出することとする
が、これに限定されるものではない。

【０１２８】（１１）また、上記第７の実施の形態で
は、図２３のステップ２１０において、予め設定されて
いる所定時間（２秒間）だけグローリレー７６をＯＮ状
態（発熱体加熱状態）で保持させたが、この保持時間を
可変設定するようにしてもよい。例えば図２３のステッ
プ２０７で読み込まれた電流値Ｉｐに応じてＯＮ状態の
保持時間を設定するようにしてもよい。一例としては、
電流値Ｉｐ（漏洩電流）が大きくなるほど保持時間が長
くなるように設定する。この場合、付着カーボンをより
一層確実に除去することができる。

【０１２９】（１２）上記第７の実施の形態におけるイ
オン電流検出システム（図２２）において、破線枠で示
す位置に定電流・定電圧回路８０を設けてもよい。この
場合、発熱体加熱状態下（グローリレー７６がＯＮの状
態下）においてイオン検出用電極７１に印加される電圧
が降下するといった不具合が回避できる。その結果、安
定した検出精度が確保できる。また、上記のように定電
流・定電圧回路８０を追加しただけであるので、煩雑な
回路構成が強いられることはなく、コスト高騰を招くこ
ともない。

【０１３０】（１３）上記各実施の形態では、渦流室を
有するディーゼルエンジンの燃焼室内における燃焼イオ
ンを検出するイオン電流検出装置に本発明のグロープラ
グを適用したが、燃料を燃焼室内に直接噴射する、いわ
ゆる直噴型エンジンに本発明のグロープラグを適用して
もよい。また、他の装置に本グロープラグを適用するこ
ともできる。例えば、ガソリンエンジンの排気管中で未
燃燃料を燃焼させる装置において、その未燃燃料の燃焼
に伴う燃焼イオンを本発明のグロープラグにより検出す
ることも可能である。この場合、当該装置により検出さ
れたイオン電流から未燃燃料の燃焼状態が判定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態におけるグロープラグの概要
を示す全体構成図。

【図２】第１の実施の形態におけるグロープラグの要部
を拡大して示す断面図。

【図３】グロープラグの製造手順を示す説明図。

【図４】グロープラグの製造手順を示す説明図。

【図５】グロープラグの製造手順を示す説明図。

【図６】グロープラグの製造手順を示す説明図。

【図７】イオン電流検出システムの概要を示すものであ
って、発熱体加熱状態を示す構成図。

【図８】イオン電流検出システムの概要を示すものであ
って、イオン電流検出状態を示す構成図。

【図９】スイッチ回路の切り替え処理を示すフローチャ
ート。

【図１０】イオン電流波形の一例を示す図。

【図１１】グロープラグの発熱特性を示す線図。

【図１２】第２の実施の形態におけるグロープラグの要
部を拡大して示す断面図。

【図１３】第３の実施の形態におけるグロープラグの要
部を拡大して示す断面図。

【図１４】第４の実施の形態におけるグロープラグの要
部を拡大して示す断面図。

【図１５】第４の実施の形態におけるグロープラグの製
造手順を示す説明図。

【図１６】第４の実施の形態におけるグロープラグの製
造手順を示す説明図。

【図１７】第５の実施の形態におけるグロープラグの要
部を拡大して示す断面図。

【図１８】第６の実施の形態におけるグロープラグの要
部を拡大して示す断面図。

【図１９】第６の実施の形態におけるグロープラグの要
部を拡大して示す断面図。

【図２０】第７の実施の形態におけるグロープラグの要
部を拡大して示す断面図。

【図２１】第７の実施の形態におけるグロープラグの製
造手順を示す説明図。

【図２２】第７の実施の形態におけるイオン電流検出シ
ステムの概要を示す構成図。

【図２３】グローリレーの切り替え処理を示すフローチ
ャート。

【図２４】イオン電流波形の一例を示す図。

【図２５】第７の実施の形態において、他のイオン電流
検出システムの概要を示す構成図。

【図２６】イオン検出用電極の抵抗値とイオン電流波形
との関係を説明するための図。

【図２７】温度＝１２００℃の高温条件下で、Ｃａ，
Ｋ，Ｎａの不純物量と曲げ強度との関係を示すグラフ。

【図２８】温度＝１２００℃の高温条件下で、Ｎａ＋Ｃ
ａ＋Ｋの不純物混合量と曲げ強度との関係を示すグラ
フ。

【図２９】不純物量が各０．１％以下、Ｃａ量が１％、
Ｋ量が１％、Ｎａ量が１％のそれぞれについて、温度と
曲げ強度との関係を示すグラフ。

【図３０】他の実施の形態において、グロープラグの製
造手順を説明するための斜視図。

【図３１】他の実施の形態において、グロープラグの製
造手順を説明するための斜視図。

【図３２】他の実施の形態において、グロープラグの製
造手順を説明するための斜視図。

【図３３】他の実施の形態において、グロープラグの製
造手順を説明するための斜視図。

【符号の説明】

１…グロープラグ、７…発熱体、８…耐熱性絶縁体、９
ａ，９ｂ，１１ａ，１１ｂ…リード線、１４…イオン検
出用電極、１７…燃焼室をなす渦流室、２６…イオン電
流検出用抵抗、３０…漏洩電流検出手段及び操作手段を
構成するＥＣＵ（電子制御装置）、４１，４２，４４，
４５，５１，６１，７１…イオン検出用電極、４３，５
２〜５４，６２〜６４，７２，７３…リード線、７６…
スイッチング手段としてのグローリレー、９１…耐熱性
絶縁シート材をなすシート、９２，１０４，１１６…発
熱体部、９３，１０５，１１７…イオン検出用電極部、
９６…耐熱性絶縁中軸部をなす中軸部、１０１〜１０
３，１１１〜１１５…積層材。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料を燃焼させるための燃焼室内に一部が
   晒されたグロープラグであって、 耐熱性絶縁体と、 前記耐熱性絶縁体に埋設され、一対のリード線によって
   通電加熱される発熱体と、 同じく前記耐熱性絶縁体に埋設されると共に、一部が前
   記燃焼室内で発生する火炎に晒され、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を備えるこ
   とを特徴とするグロープラグ。
2. 【請求項２】請求項１に記載のグロープラグにおいて、 前記発熱体と前記イオン検出用電極とは電気的に接続さ
   れているものであることを特徴とするグロープラグ。
3. 【請求項３】前記発熱体と前記イオン検出用電極とが一
   体成形されている請求項２に記載のグロープラグ。
4. 【請求項４】前記発熱体と前記イオン検出用電極との間
   には、リード線が介在されている請求項２に記載のグロ
   ープラグ。
5. 【請求項５】請求項１に記載のグロープラグにおいて、 前記発熱体と前記イオン検出用電極とは絶縁されている
   ものであることを特徴とするグロープラグ。
6. 【請求項６】前記イオン検出用電極の少なくとも前記火
   炎に晒される箇所は導電性セラミック材料よりなる請求
   項１〜５のいずれかに記載のグロープラグ。
7. 【請求項７】発熱体とイオン検出用電極とは、異なる組
   成の混合物、或いは異なる粒径の粉体からなる混合物を
   用いて作り分けられている請求項１〜６のいずれかに記
   載のグロープラグ。
8. 【請求項８】請求項５に記載のグロープラグを用いて燃
   料燃焼時に発生するイオン電流を検出するイオン電流検
   出装置であって、 前記発熱体への通電状態をオン・オフするスイッチング
   手段と、 燃料燃焼前の所定時期に前記イオン検出用電極より流れ
   る漏洩電流を検出する漏洩電流検出手段と、 前記漏洩電流検出手段により検出された漏洩電流が所定
   のしきい値よりも大きければ、一時的に前記発熱体を通
   電させるよう前記スイッチング手段を操作する操作手段
   とを備えることを特徴とするイオン電流検出装置。
9. 【請求項９】前記漏洩電流検出手段は、前記燃焼室内の
   圧力上昇時に漏洩電流を検出するものである請求項８に
   記載のイオン電流検出装置。
10. 【請求項１０】一対のリード線によって通電加熱される
    発熱体、及び燃焼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を生成する工程と、 前記発熱体及びイオン検出用電極を耐熱性絶縁体にて包
    囲し、それを所定温度にてホットプレスする工程と、 前記耐熱性絶縁体の一部を切削加工し、前記イオン検出
    用電極を外部に露出させる工程とからなることを特徴と
    するグロープラグの製造方法。
11. 【請求項１１】一対のリード線によって通電加熱される
    発熱体、及び燃焼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を薄板状の耐熱性絶縁シート材に
    設ける工程と、 前記シート材を棒状の耐熱性絶縁中軸部に巻き付ける工
    程と、 前記耐熱性絶縁シート材及び耐熱性中軸部を加熱処理す
    る工程と、 前記耐熱性絶縁シート材及び耐熱性中軸部の一部を切削
    加工し、前記イオン検出用電極を外部に露出させる工程
    とからなることを特徴とするグロープラグの製造方法。
12. 【請求項１２】耐熱性絶縁材料からなる複数の積層材を
    用意し、そのうち特定の積層体に、一対のリード線によ
    って通電加熱される発熱体、及び燃焼火炎中のイオン化
    の状態を検出するためのイオン検出用電極を設ける工程
    と、 前記発熱体及びイオン検出用電極を設けた積層材がほぼ
    中央になるように、前記複数の積層材を重ね合わせる工
    程と、 前記重ね合わせた複数の積層材を加熱処理する工程と、 前記重ね合わせた複数の積層材の一部を切削加工し、前
    記イオン検出用電極を外部に露出させる工程とからなる
    ことを特徴とするグロープラグの製造方法。