JPH10110951A

JPH10110951A - グロープラグ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10110951A
Application number: JP8578597A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Murai; 博之村井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-08-09
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2017-03-19
Also published as: JP3674231B2

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，かつ製造
容易な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１０は，棒状絶縁体１１と，該棒状絶縁体の内部に設
けられた，通電発熱体２及びその両端部に電気的に接続
され外部に導出された一対のリード線２１，２２と，上
記通電発熱体２とは電気絶縁されて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とよりなる。
上記イオン検出用電極３は，上記棒状絶縁体１１の外周
部に設けた溝１５０の中に配設する。

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】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，かつ製造容易
な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，棒状絶縁体と，該棒状絶縁体の
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棒状絶縁体の外部へ導出された
一対のリード線と，上記棒状絶縁体の外周部においてそ
の軸方向に沿って設けられた溝の内部に，上記通電発熱
体と電気絶縁されて配設された，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。

【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配設さ
れており，また上記棒状絶縁体の外周部に設けた溝の内
部にイオン検出用電極が配設されていることである。

【００１１】上記通電発熱体及びリード線を棒状絶縁体
の内部に設けるに当たっては，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し，次い
で，生成形体を別途作製した中軸の周りに巻回し，その
後焼成する（実施形態例１，図３参照）。或いは，上記
通電発熱体等を形成した生成形体の上に，溝を設けた上
部シートを積層する積層法がある。（実施形態例３，図
９参照）。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。

【００１２】一方，イオン検出用電極の配設に関して
は，予め棒状絶縁体の外周部に軸方向に沿った溝を形成
しておき，上記焼成前又は焼成後に，上記溝内に棒状の
イオン検出用電極を配置，固定する。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。また，イオン検出用電極は，棒状
絶縁体の上記溝内に配置すれば良いのでグロープラグの
製造が容易である。

【００１６】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。

【００１７】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，かつ製造容易な，グロープラグを提供す
ることができる。

【００１８】次に，請求項２の発明のように，上記溝内
に配設されたイオン検出用電極の上には，該イオン検出
用電極を覆うように絶縁被覆材が充填されていることが
好ましい。この場合には，イオン検出用電極を棒状絶縁
体に対して，容易に固定することができる。上記絶縁被
覆材としては，例えば電気絶縁性のセラミック材料を用
いる。

【００１９】次に，請求項３の発明のように，上記通電
発熱体及びリード線は，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。また，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。

【００２０】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が向上するという効果が得られ
る。

【００２１】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，板状で使用できるため，材料，加工，
組付に関するコスト低減の効果が得られる。

【００２２】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，耐酸化性の向上の効果が得られ
る。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
性能が安定し，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。

【００２３】次に，請求項９の発明のように，請求項１
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電気絶縁性のセラミック材料より
なる中軸の生成形体を置いて上記絶縁基板を中軸の外周
に巻き付けると共に上記絶縁基板の巻回方向の両端部と
上記中軸との間に軸方向に沿った溝を形成し，次いで，
外溝の内部に上記イオン検出用電極を配置し，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がある。

【００２４】この場合には，絶縁基板が焼成される際，
基板の幅が狭くなり，イオン検出用電極を基板に一層強
固に接合することができる。また，上記請求項１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。

【００２５】

【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，棒状絶縁体１１
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，同
様に印刷形成された一対のリード線２１，２２とを有す
る。

【００２６】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の外周部においてその軸方向に
沿って設けられた溝１５０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。

【００２７】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の上端部は，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
３３に電気的に接続されている。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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，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１５を作る（図３Ａ）。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。ま
た，同様にして，リード線部分２１０，２２０を印刷形
成する（図３Ｂ）。

【００３１】更に，シート１５の裏面側において，上記
リード線部分２１０と導通するように，導電性ペースト
により端子部（図示略）を印刷形成する。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。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。

【００３２】一方，上記シート１５と同様の材料を用い
て作製した，円柱状の中軸１３を準備する。そして，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
（Ｃ））。このとき，図３（Ｃ）に示すごとく，シート
１５の巻回方向の両端面１５２，１５３と中軸１３との
間に，軸方向に沿った溝１５０を形成する。

【００３３】かかる溝１５０は，予めシート１５の幅を
小さくしておき，両端面１５２，１５３の間に隙間が出
来るようにしておくことにより，形成できる。或いは，
上記両端面１５２，１５３を接触させた後に，一方の端
面を小さい幅に軸方向に沿って切除し，両者間に溝を形
成する。

【００３４】次に，図３Ｄに示すごとく，上記溝１５０
内に，円柱状のイオン検出用電極３を投入し，更にその
上にセラミック材料からなる絶縁被覆材１９を充填す
る。次いで，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。このとき，シート１５，中軸１
３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，上記の焼成収縮により，溝
１５０が狭くなり，この溝１５０内に強く固定される。

【００３５】次に，図３Ｄに示すごとく，上記端子部２
３にＣｕ，次いでＮｉのメッキを施す。次いで，該端子
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，
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。

【００３６】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２．９
ｍｍであった。また，上記シート１５は，厚み０．８ｍ
ｍ，幅１１．５ｍｍ，長さ５４ｍｍであった。また，上
記巻回時の外径は４．５ｍｍ，上記溝１５０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。上
記溝１５０の幅は０．８ｍｍであった。

【００３７】また，上記中軸１３の原料は，Ｓｉ₃ Ｎ₄
（窒化珪素）粉末６３％（重量比）と，ＭｏＳｉ₂ （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。また，シート１５の原料は，Ｓｉ
₃ Ｎ₄ （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。

【００３８】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
導電ペーストを用いた。また，リード線部分２１０，２
２０，端子部２３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。また，上記溝１５０内に充填した絶縁
被覆材１９は，Ｓｉ₃ Ｎ₄ （窒化珪素）粉末６３％とＭ
ｏＳｉ₂ （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％との混合物よりなるセラミック材料を用い
た。

【００３９】次に，上記巻回物（図３Ｄ）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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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の上記溝１５０内部にイオン検出
用電極３が配設され，また棒状絶縁体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，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。

【００５８】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。

【００５９】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，絶縁性のシート１５に通電発熱
体とリード線とを印刷形成し，その上に中軸１３を置い
て巻回し，その時形成した溝１５０の中にイオン検出用
電極３を配置し，次いで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。

【００６０】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。

【００６１】なお，上記棒状絶縁体は，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，ＷＣ，ＷＣ／Ｒｅ或いはＷ／Ｒｅと樹脂からな
るペーストがある。

【００６２】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。

【００６３】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という効果を得
ることができる。

【００６４】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を積
層体により作製したものである。本例においては，実施
形態例１に示した通電発熱体部分２０等を印刷形成した
シート１５（図３）の上に，中軸１３と同様の材料から
なる上部シート１６（図９）を積層する。上部シート１
６は，イオン検出用電極３を配設する溝１６０を有す
る。この溝１６０に板状のイオン検出用電極３を入れ，
更に実施形態例１と同様に絶縁被覆材１９を充填する。
その後は，実施形態例１と同様に加熱，焼成するか若し
くはホットプレスする。

【００６５】これにより，図９に示すごとく，電気絶縁
性のシート１５，１６よりなる棒状絶縁体の間に通電発
熱体２及びリード線（図示略）が配設され，溝１６０内
にイオン検出用電極が配設されたグロープラグ本体１０
が得られる。本例においては，積層法を用いているの
で，製造がより簡単である。そして，その後，切削（研
削）する事により，所望の形状としている。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。

【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】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，グロープラグ作動回路
図。

【図９】実施形態例３における，グロープラグ本体の断
面図。

【符号の説明】１．．．グロープラグ，１０．．．本体，１１．．．棒状絶縁体，１３．．．中軸，１５．．．シート，１５０，１６０．．．溝，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，
棒状絶縁体と，該棒状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
棒状絶縁体の外部へ導出された一対のリード線と，上記
棒状絶縁体の外周部においてその軸方向に沿って設けら
れた溝の内部に，上記通電発熱体と電気絶縁されて配設
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。
【請求項２】請求項１において，上記溝内に配設され
たイオン検出用電極の上には，該イオン検出用電極を覆
うように絶縁被覆材が充填されてい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，上記通電発熱
体及びリード線は，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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【請求項９】請求項１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電気絶縁
性のセラミック材料よりなる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ると共に上記絶縁基
板の巻回方向の両端部と上記中軸との間に軸方向に沿っ
た溝を形成し，次いで，該溝の内部に上記イオン検出用
電極を配置し，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。
【請求項１０】請求項９において，上記溝内にイオン
検出用電極を配置し，次いで該イオン検出用電極を覆う
ように上記溝内に絶縁被覆材を充填し，その後上記加
熱，焼成を行なうことを特徴とするグロープラグ。