JPH1089228A

JPH1089228A - グロープラグ

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Publication number: JPH1089228A
Application number: JP26937196A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kurano; 敦倉野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1996-09-18
Publication date: 1998-04-07
Anticipated expiration: 2016-09-18
Also published as: JP3785699B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】ハウジング４とこの内に支持された本体
１０とよりなる。本体１０は，絶縁体１１と，これの内
部に設けられた通電発熱体２及びリード線２１，２２
と，絶縁体１１の内部に配設された，イオン検出用電極
３とよりなる。イオン検出用電極３の先端３０は，上記
火炎に曝されるよう，絶縁体１１の先端部３０に露出し
ている。イオン検出用電極３の線膨張係数をＫ，通電発
熱体２の線膨張係数をＨ，絶縁体１１の線膨張係数をＳ
としたとき，Ｈ≧Ｓ，Ｈ≧Ｋの関係にある。各線膨張係
数Ｋ，Ｈ，Ｓは，さらに，０≦Ｈ−Ｓ≦２．０×１０^-6
かつ，０≦Ｈ−Ｋ≦２．０×１０^-6（／℃）の関係にあ
ることが好ましい。

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。

【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】さらに，イオン検出用電極に白金層を配設
しても，長時間の使用によって白金層に微小クラックが
発生し，白金層が剥離してしまう場合がある。この場合
には正確なイオン電流が検出できない。また，上記クラ
ックが通電発熱体内部にまで進展し，通電発熱体が破断
するという問題が生じる場合もあった。

【０００９】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を
提供しようとするものである。

【００１０】

【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，絶縁体と，該絶縁体の内部に設
けられた通電発熱体及び該通電発熱体の両端部に電気的
に接続されて絶縁体の外部に導出された一対のリード線
と，上記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
と共に，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，上記絶縁体より露出しており，かつ，上記
イオン検出用電極の線膨張係数をＫ，上記通電発熱体の
線膨張係数をＨ，絶縁体の線膨張係数をＳとしたとき，
Ｈ≧Ｓ，Ｈ≧Ｋの関係にあることを特徴とするグロープ
ラグにある。

【００１１】本発明において最も注目すべきことは，上
記絶縁体の内部に通電発熱体とリード線とが配設されて
おり，また，上記通電発熱体の線膨張係数Ｈと，イオン
検出用電極の線膨張係数Ｋ又は絶縁体の線膨張係数Ｓと
の関係が，Ｈ≧Ｓ，Ｈ≧Ｋの関係にあることである。

【００１２】上記線膨張係数Ｈが上記Ｓ又はＫより小さ
い場合には，後述するようなグロープラグ本体表面にお
ける圧縮応力状態が得られず，引張応力状態となってし
まう。そのため，グロープラグ本体へのクラックの発生
の可能性が高くなり，グロープラグの耐久性の向上を図
ることが困難となる。

【００１３】また，上記通電発熱体及びイオン検出用電
極を絶縁体中に配設するに当たっては，例えば図３に示
すごとく，予め両者の一体成形品を作製しておき，これ
を絶縁体粉末の中に埋め込んで一体成形する。或いは，
予め別途作製しておいた２つ割の絶縁体成形体の間に上
記通電発熱体とイオン検出用電極からなる一体成形品を
挟持配設する。

【００１４】これらの絶縁体成形品，或いは通電発熱体
とイオン検出用電極との一体成形品は，例えば，これら
の材料であるセラミック粉末とパラフィンワックスを主
成分とする樹脂を混合し，それを射出成形することによ
り作製する。その後，脱脂を含めた加圧焼成を行ない，
研削によってイオン検出機能付きセラミックヒーターを
作製する。

【００１５】次に，本発明の作用効果につき説明する。
まず，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。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。

【００１６】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。

【００１７】また，本発明においては，上記通電発熱
体，イオン検出用電極，絶縁体の各線膨張係数Ｈ，Ｋ，
Ｓが，上記のごとく，Ｈ≧Ｓ，Ｈ≧Ｋの関係にある。即
ち，通電発熱体は，イオン検出用電極，絶縁体のいずれ
よりも線膨張係数が大きい。そのため，グロープラグ使
用時においては，グロープラグ本体の表面を常に圧縮応
力状態に維持することができる。

【００１８】即ち，グロープラグ本体を作製する際に
は，上述したごとく，粉末材料を成形して約１８００℃
という高温において焼結させる。この焼結体は，焼結直
後の高温状態においては，殆ど内部応力がない状態であ
ると考えられる。

【００１９】一方，グロープラグを実際に使用する温度
は，室温〜約１０００℃程度であり上記焼結温度よりも
低いため，グロープラグ本体は，上記の焼結直後よりも
縮小する。このとき，本体を構成する通電発熱体，イオ
ン検出用電極，絶縁体の各線膨張係数Ｈ，Ｋ，Ｓは上記
の関係にあり，表面に露出する絶縁体とイオン検出用電
極の線膨張係数Ｋ，Ｓよりも，内部に埋設された通電発
熱体の線膨張係数Ｈが大きい。そのため，本体の表面部
分には，常に圧縮応力が作用する。

【００２０】このように，本発明においては，グロープ
ラグ使用時において常に本体表面に圧縮応力が作用して
いる。この圧縮応力状態は，周知のごとく，引張応力状
態の場合よりもクラック等の損傷に対して有利である。
それ故，本発明のグロープラグは，本体表面の損傷を防
止することができる。

【００２１】また，通電発熱体は，棒状絶縁体の内部に
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。

【００２２】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。

【００２３】次に，請求項２の発明のように，上記各線
膨張係数Ｋ，Ｈ，Ｓは，さらに，０≦Ｈ−Ｓ≦２．０×
１０^-6（／℃）かつ，０≦Ｈ−Ｋ≦２．０×１０^-6（／
℃）の関係にあることが好ましい。

【００２４】上記Ｈ−Ｓが０未満の場合は上述した通り
である。一方，上記Ｈ−Ｓが２．０×１０^-6を超える場
合には，通電発熱体の引張応力が大きくなり，長期間の
使用において通電発熱体の抵抗値が早く上昇するという
問題がある。また，上記Ｈ−Ｋが０未満の場合は上述し
た通りである。一方，上記Ｈ−Ｋが２．０×１０^-6を超
える場合にも同様に，長期間の使用において通電発熱体
の抵抗値が早く上昇するという問題がある。

【００２５】次に，請求項３の発明のように，上記イオ
ン検出用電極は，主成分が金属の珪化物，炭化物，窒化
物，硼化物の１種又は２種以上の導電性セラミック材
料，または該導電性セラミック材料と絶縁性セラミック
材料との混合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。

【００２６】次に，請求項４の発明のように，上記イオ
ン検出用電極は，主成分が融点１２００℃以上の金属の
１種又は２種以上の高融点金属材料，または該高融点金
属材料と絶縁性セラミック材料との混合材料により作製
することができる。上記前者の金属の場合には，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。

【００２７】また，後者の場合には，高温強度，耐酸化
性が向上し，しかも発熱体と絶縁体との線膨張係数を容
易に調整，合わせ込みができるため，耐久性に優れた効
果が得られる。また，上記融点を１２００℃とした理由
は，グロープラグの通電発熱体を１０００〜１１００℃
に発熱させるため，イオン検出用電極の耐熱性を考慮し
たためである。

【００２８】

【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，絶縁体１１
と，該絶縁体１１の内部に設けられた通電発熱体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。

【００２９】また，上記絶縁体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，絶縁体
の直径方向の中心位置に設けてある。そして，イオン検
出用電極３の先端３０は，上記火炎に曝されるよう，絶
縁体１１の先端部に露出している。

【００３０】また，上記イオン検出用電極３の線膨張係
数をＫ，通電発熱体２の線膨張係数をＨ，絶縁体の線膨
張係数をＳとしたとき，Ｈ≧Ｓ，Ｈ≧Ｋの関係にある。
この各線膨張係数Ｋ，Ｈ，Ｓの調整は，後述するごと
く，その材料として用いた絶縁性セラミックと導電性セ
ラミックとの混合比の調整により行った。

【００３１】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，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，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３３に電気
的に接続されている。なお，外部リード線２３１は，通
電発熱体２とイオン検出用電極３用のリード線として共
用されている。

【００３２】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（図４）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４２１が嵌合されている。また，該ゴムブッシュ４
２１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。

【００３３】したがって，外部リード線２３３，３３２
は通電発熱体２の両端にそれぞれ電気的に導通されてい
る。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。

【００３４】次に，上記グロープラグ本体１０の製造に
当たっては，まず図３に示すごとき，通電発熱体２とイ
オン検出用電極３との一体成形品２９を準備する。該一
体成形品２９は，通電発熱体２及びイオン検出用電極３
用のセラミック粉末を用いて射出成形，或いはプレス成
形により作製する。そして，この一体成形品２９は，絶
縁体１１の中に埋設し，これらをホットプレスにて一体
的に焼結する。その後，研削によって絶縁体１１の形状
を円筒・球面加工する。なお，上記埋設に先立って，上
記リード線２１，２２を接続しておく。これにより，上
記グロープラグ本体１０が得られる。

【００３５】また，上記通電発熱体２，イオン検出用電
極３，絶縁体１１のセラミック材料としては，いずれも
絶縁性セラミックとしての窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）と，
導電性セラミックとしての珪化モリブデン（ＭｏＳ
ｉ₂）とを用い，これに焼結助剤を添加した。そして，
Ｓｉ₃Ｎ₄とＭｏＳｉ₂との混合比を変化させると線膨
張係数が変化するという，後述す図８に示されたごとき
特性を利用して，各線膨張係数Ｈ，Ｋ，Ｓを調整した。
これにより，Ｈ≧Ｋ，Ｈ≧Ｓを実現した。なお，上記通
電発熱体２，イオン検出用電極３，絶縁体１１の各絶縁
抵抗の調整は，各セラミック材料の粒度の調整により行
った。

【００３６】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。

【００３７】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の加熱用回路としては，通電発熱体２の一端
のリード線２１が，外部リード線２３３，グローリレー
５３，５３１，及び１２ボルトのバッテリ５４，他方の
外部リード線３３３を介して他端のリード線２２に接続
されることにより構成されている。

【００３８】また，イオン電流検出用回路としては，共
用されている外部リード線２３３が，イオンリレー５３
０，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に接続されることにより構成され
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，ＥＣＵ５２には，上記グローリレー５３，５
３１，イオンリレー５３０，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。

【００３９】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５３，５３１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。

【００４０】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，グローリレー５３，５
３１はオフとし，イオンリレー５３０をオンとして，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１０の上記イオン検出用電極３とシリンダ
ヘッド４５との間には直流電源５１によって電圧が印加
されている。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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及び一般走行中において，
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５３，５３１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。

【００４５】以下，図５のフローチャートを用いて，上
記グローリレー５３，５３１のオン，オフ切り替え処理
を説明する。このフローは，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５３，５３１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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】ステップ１５に進んだ場合は，グローリレ
ー５３，５３１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５３，５３１をオフとす
る。そして，イオンリレー５３０をオンとして，イオン
電流を検出する。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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（Ｂ）のＩｔｈは
燻り状態を判別しグローリレー５３，５３１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５３，５３１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。

【００５２】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，図７のステップ２１において，グ
ローリレー５３，５３１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２５に進み，グローリレー５３，５３
１はオフのままとする。

【００５３】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，イオンリレー５３０をオフ，
次にステップ２４においてグローリレー５３，５３１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。

【００５４】上記のごとく，本例のグロープラグにおい
ては，絶縁体１１の内部に通電発熱体２とリード線２
１，２２とイオン検出用電極３とが設けてあり，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。また，そのためグロープラグがコンパクトにな
る。

【００５５】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，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。また，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。

【００５６】また，イオン検出用電極３は，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。

【００５７】さらに，本例においては，イオン検出用電
極３，通電発熱体２，絶縁体１１の各線膨張係数Ｋ，
Ｈ，Ｓが，Ｈ≧ＳおよびＨ≧Ｋの関係にある。即ち，本
体１０の表面に露出したイオン検出用電極３，絶縁体１
１よりも，内部に完全に埋設された通電発熱体２の線膨
張係数が大きい。それ故，本例のグロープラグ１は，そ
の使用時において本体１０の表面を常に圧縮応力状態に
することができ，耐久性に優れている。

【００５８】実施形態例２本例においては，実施形態例１における通電発熱体２，
イオン検出用電極３，絶縁体１１の主材料である絶縁性
セラミックとしてのＳｉ₃Ｎ₄と導電性セラミックとし
てのＭｏＳｉ₂との混合比を変更し，この混合比と線膨
張係数との関係を調査した。さらに，本例においては，
上記各線膨張係数Ｈ，Ｋ，Ｓを変化させたグロープラグ
を準備して耐久試験を行い，本発明の有効性を確認し
た。

【００５９】まず，上記Ｓｉ₃Ｎ₄とＭｏＳｉ₂の混合
比と線膨張係数との関係は，Ｓｉ₃Ｎ₄を１００とし
て，これに導電体としてのＭｏＳｉ₂を０〜１００％ま
で１０％刻みで添加して焼結体を作成し，その線膨張係
数を測定した。なお，焼結助剤として，Ｙ₂Ｏ₃とＡｌ
₂Ｏ₃とを合計１０重量％外部添加した。測定結果を図
８に示す。同図は，横軸にＳｉ₃Ｎ₄に対するＭｏＳｉ
₂の添加量を，縦軸に線膨張係数をとった。

【００６０】同図より知られるごとく，ＭｏＳｉ₂の添
加量を増加させるほど線膨張係数が増加することがわか
る。また，この線膨張係数は，材料の粒度等にはあまり
左右されず，混合比だけでほぼ決定されることもわかっ
ている。そのため，Ｓｉ₃Ｎ₄とＭｏＳｉ₂の混合比が
同一であれば，上記通電発熱体，イオン検出用電極，絶
縁体の線膨張係数は同一となる。

【００６１】次に，図８に示された特徴を利用して，Ｓ
ｉ₃Ｎ₄とＭｏＳｉ₂の混合比を種々変化させ，通電発
熱体等の線膨張係数が異なる種々のグロープラグを準備
し，耐久試験を行った。なお，本例においては，わかり
やすくするために，イオン検出用電極と絶縁体の線膨張
係数Ｋ，Ｓを常に同一にした。

【００６２】準備したグロープラグ（試料Ｎｏ．Ｅ１〜
Ｅ１３，Ｃ１〜Ｃ６）の線膨張係数差〔Ｈ−Ｋ（Ｓ）〕
を表１に示す。試料Ｎｏ．Ｅ１〜Ｅ１３が本発明品であ
り，Ｃ１〜Ｃ６が比較品である。また，耐久試験は，エ
ンジンの始動を最高１００００サイクルまで繰り返し，
そのサイクルの増加に対する，クラックの発生時期，通
電発熱体の抵抗上昇率，イオン電流検出の可否について
調べた。

【００６３】結果を表１に示す。表１より知られるごと
く，試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ６についてはいずれも１０００
０サイクル未満においてグロープラグ本体にクラックが
発生し，そのクラックによってイオン電流検出ができな
くなった。これに対し，試料Ｎｏ．Ｅ１〜Ｅ１３は，１
００００サイクルにおいても本体にクラックが発生せ
ず，常に正常なイオン電流検出を行うことができた。な
お，１００００サイクルの間正常であれば，市場におい
て問題を起こさないことはわかっている。

【００６４】また，通電発熱体の抵抗上昇率は，線膨張
係数差〔Ｈ−Ｋ（Ｓ）〕が２．０×１０^-6を超える場合
に徐々に増加した。この通電発熱体の抵抗上昇は，その
発熱温度が低下し，速熱性が遅くなるという問題があ
る。それ故，線膨張係数差〔Ｈ−Ｋ（Ｓ）〕としては，
２．０×１０^-6以下であることが好ましいことがわか
る。

【００６５】

【表１】

【００６６】実施形態例３本例は，図９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。

【００６７】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。

【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，通電発熱体及びイオン
検出用電極の一体成形品の斜視図。

【図４】実施形態例１における，グロープラグ作動回路
図。

【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。

【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。

【図７】実施形態例１における，燻り判定フローチャー
ト。

【図８】実施形態例２における，絶縁性セラミックへの
導電体添加量と線膨張係数との関係を示す説明図。

【図９】実施形態例３における，グロープラグ作動回路
図。

【符号の説明】

１．．．グロープラグ，１０．．．本体，１１．．．絶縁体，２．．．通電発熱体，２１，２２．．．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，
絶縁体と，該絶縁体の内部に設けら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絶縁体の外
部に導出された一対のリード線と，上記絶縁体の内部に
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と共に，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，上記絶縁
体より露出しており，かつ，上記イオン検出用電極の線
膨張係数をＫ，上記通電発熱体の線膨張係数をＨ，絶縁
体の線膨張係数をＳとしたとき，Ｈ≧Ｓ，Ｈ≧Ｋの関係
にあ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，上記各線膨張係数
Ｋ，Ｈ，Ｓは，さらに，０≦Ｈ−Ｓ≦２．０×１０^-6 （／℃）かつ，０≦Ｈ−Ｋ≦２．０×１０^-6 （／℃）の関係にあることを特徴とするグロープラグ。
【請求項３】請求項１又は２において，上記イオン検
出用電極は，主成分が金属の珪化物，炭化物，窒化物，
硼化物の１種又は２種以上の導電性セラミック材料，ま
たは該導電性セラミック材料と絶縁性セラミック材料と
の混合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４】請求項１〜３のいずれか１項において，
上記イオン検出用電極は，主成分が融点１２００℃以上
の金属の１種又は２種以上の高融点金属材料，または主
成分が該高融点金属材料と絶縁性セラミック材料との混
合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。