JPH1089224A

JPH1089224A - グロープラグ

Info

Publication number: JPH1089224A
Application number: JP26367496A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Sato; 保幸佐藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-09-11
Filing date: 1996-09-11
Publication date: 1998-04-07
Anticipated expiration: 2016-09-11
Also published as: JP3823394B2

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
グを提供すること。【解決手段】本体１０は，絶縁体１１と，その内部に
設けられた通電発熱体２及び一対のリード線２１，２２
と，イオン検出用電極３とよりなる。イオン検出用電極
３は，通電発熱体２の途中に電気的に接続されていると
共に，その先端３０は上記火炎に曝されるように絶縁体
１１から露出している。イオン検出用電極３の先端３０
は，ハウジング４の先端部４１１から２ｍｍ以上離れた
位置に配置されている。また通電発熱体全体の電気抵抗
をＲ（Ω），通電発熱体のプラス端からイオン検出用電
極３の先端３０までの電気抵抗をＢ（Ω）としたとき，
Ｂ（Ω）≧Ｒ（Ω）／３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】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。

【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，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
に接続されて上記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
なり，上記イオン検出用電極は，上記通電発熱体の途中
に電気的に接続されていると共に，その先端は上記火炎
に曝されるように上記絶縁体から露出しており，かつ，
上記イオン検出用電極の先端は，上記ハウジングの先端
部から２ｍｍ以上離れた位置に配置されていることを特
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
記絶縁体の内部に上記通電発熱体とイオン検出用電極と
が配設されており，また該イオン検出用電極の先端は，
上記ハウジングの先端部から２ｍｍ以上離れた位置に配
置されていることである。

【００１１】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４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
を絶縁体の原料であるセラミック粉末中に埋め込んで一
体成形する。或いは，予め別途作製しておいた２つ割の
絶縁体の間に上記通電発熱体とイオン検出用電極を挟持
配設する。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
材料を射出成形することにより作製する。

【００１２】また，上記通電発熱体，イオン検出用電極
は，上記絶縁体の内部に印刷形成により設けることもで
きる。かかる印刷形成につき一例を示せば，例えば絶縁
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）を２個準備し，その１つの生成形体の表面
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，その
リード線，及びイオン検出用電極を印刷することにより
行なう。

【００１３】次いで，印刷部を覆うように他の生成形体
を積層し，その後焼成する。ここで，通電発熱体，リー
ド線及びイオン検出用電極は，２個以上の生成形体に印
刷して積層してもよい。また，通電発熱体とイオン検出
用電極を別々の生成形体に印刷して，積層時又は焼成後
に導通させてもよい。これにより，印刷形成された通電
発熱体，リード線，イオン検出用電極を内蔵した絶縁体
が得られる。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】また，本発明においては，イオン検出用電
極の先端位置を，ハウジングの先端部から２ｍｍ以上離
している。そのため，グロープラグ本体の表面にカーボ
ンが堆積しても確実にイオン電流の検出を行うことがで
きる。即ち，後述する図１０に示すごとく，イオン検出
用電極の先端位置とハウジングの先端部との距離（Ｌ，
図２）が２ｍｍ未満の場合には，その距離が近い程イオ
ン出力の検出率が低くなる。これに対して，上記距離が
２ｍｍ以上である本発明は，確実にイオン出力を検出す
ることができる。

【００１７】この理由は次のように考えられる。上記イ
オン検出用電極の先端からハウジングの先端部までの距
離（Ｌ）が２ｍｍ未満の場合には，グロープラグ本体に
カーボンが堆積した場合にはイオン検出用電極とハウジ
ングとの絶縁抵抗の低下が大きく，短絡に近い状態とな
るため，イオン電流の検出が困難となる。これに対し，
本発明においては上記距離（Ｌ）が２ｍｍ以上であるた
め，グロープラグ本体にカーボンが堆積していても，絶
縁抵抗の低下が小さく，短絡状態になることはない。ま
た，長時間の使用により，仮に絶縁抵抗の低下が進行し
ても，後述する通電発熱体への通電による発熱によりカ
ーボンを焼失することができる。そのため，本発明のグ
ロープラグは，イオン電流を確実に検出することができ
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９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

【００１９】次に，請求項２の発明のように，上記通電
発熱体全体の電気抵抗をＲ（Ω），上記通電発熱体のプ
ラス端から上記イオン検出用電極の上記先端までの電気
抵抗をＢ（Ω）としたとき，Ｂ（Ω）≧Ｒ（Ω）／３の
関係にあることが好ましい。この場合には，グロープラ
グ本体にカーボンが堆積して上記の短絡に近い状態にな
っても，通電発熱体，イオン検出用電極，付着カーボン
の回路に適正な電流を流すことができる。そのため，こ
の回路の通電発熱により，カーボンを焼失させることが
できる。また，上記の短絡状態解消後には，通電発熱体
にに電流が流れ，カーボン焼失が促進される。

【００２０】なお，上記電気抵抗Ｂ（Ω）が非常に大き
い場合には，上記の通電発熱体，イオン検出用電極，付
着カーボンの回路の抵抗値が大きくなる。この場合に
は，付着カーボンが存在していても，通電発熱体全体に
ほぼ正常な電流が流れ，通電発熱体の発熱により付着カ
ーボンを焼失させることができる。それ故，グロープラ
グ本来の発熱機能を常時発揮させることができると共に
グロープラグ本体に堆積したカーボンを容易に焼失させ
ることができる。

【００２１】また，上記電気抵抗Ｒ（Ω），Ｂ（Ω）
を，Ｂ（Ω）≧Ｒ（Ω）／３に構成するに当たっては，
通電発熱体とイオン検出用電極の材料，或いは通電経路
の太さ，厚み，長さ等を変えることにより行うことがで
きる。例えば，材料変化による手段としては，原料とな
る導電性セラミック粉末と絶縁性セラミック粉末との混
合割合を調整することにより行うことができる。また，
通電経路の長さを変える手段としては，通電発熱体への
イオン検出用電極の接続位置を変えることにより行うこ
とができる。

【００２２】

【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８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。

【００２３】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，通電発
熱体２の途中に電気的に接続されていると共に，その先
端３０は上記火炎に曝されるように絶縁体１１から露出
している。

【００２４】かつ，図１，図２に示すごとく，イオン検
出用電極３の先端３０は，ハウジングの先端部４１１か
ら２ｍｍ以上離れた位置に配設されている。また，本例
においては，通電発熱体２全体の電気抵抗値をＲ
（Ω），通電発熱体２のプラス端２１０からイオン検出
用電極３の先端までの電気抵抗をＢ（Ω）としたとき，
Ｂ（Ω）≧Ｒ（Ω）／３の関係になるように構成してあ
る。

【００２５】また，上記本体１０は，図１，図３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４１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。

【００２６】一方，ハウジング４は，上記環状支持体４
１を有し，図３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。

【００２７】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は通電発熱体２の
他端にそれぞれ電気的に導通されている。また，本体１
０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。

【００２８】次に，上記グロープラグ本体１０を製造す
るに当たっては，まず図４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。
この一体成形品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
て一体的に成形する。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。

【００２９】また，通電発熱体２，イオン検出用電極
３，絶縁体１１は，いずれも絶縁性セラミックと導電性
セラミックとを主成分として作製した。そして，絶縁性
セラミック粒子及び導電性セラミック粒子の混合割合，
粒径の調整等により，これら通電発熱体２，イオン検出
用電極３，絶縁体１１における，それぞれの線膨張係
数，電気抵抗等の物理的特性を調整した。

【００３０】また，本例においては絶縁性セラミックと
して窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）を，導電性セラミックとし
て珪化モリブデン（ＭｏＳｉ₂）を用いた。その他，絶
縁性セラミックとしては，ＡｌＯ₃，ＢＮ，ＡｌＮ等を
用いることができる。また，導電性セラミックとして
は，Ｍｏ₅Ｓｉ₃，ＷＣ，ＴｉＮ等を用いることもでき
る。

【００３１】また，本例における上記の電気抵抗Ｒ
（Ω），Ｂ（Ω）の調整は，上記距離Ｌの値を２ｍｍ以
上に保持しつつ，イオン検出用電極３の接続位置を変え
ることにより調整した。即ち，通電長さの調整によっ
て，Ｂ（Ω）≧Ｒ（Ω）／３の関係を実現させた。

【００３２】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５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。

【００３３】また，上記グロープラグ１は，図５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５３，５３１，及び１２ボルトのバッ
テリ５４を介して，外部リード線３３３に接続されてい
る。更に，該外部リード線３３３は，内部リード線３
３，及び本体１０内のリード線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。

【００３４】また，イオン検出用電極３は，上記外部リ
ード線２３３，イオンリレー５３０，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５
２１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
５３，５３１，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。

【００３５】上記図５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，イオンリレー５３０はオフとし，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。

【００３６】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１２ボルトの直流電源５１によっ
て電圧が印加されている。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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５３，５３１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。

【００４１】以下，図６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。図６は，所定の時間の割り込み処理により
実行される。まず，図６の処理がスタートすると，ＥＣ
Ｕ５２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１
１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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】次に，図７（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。

【００４６】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。

【００４７】また，本例においては，上記のごとく，イ
オン検出用電極３の先端３０とハウジング４の先端部４
１１との距離Ｌが２ｍｍ以上である。そのため，グロー
プラグ本体に燃料燃焼により発生したカーボン（スス）
が堆積しても，イオン電流を確実に検出することができ
る。

【００４８】しかしながら，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７
（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７の（Ａ）と（Ｂ）を比較）。なお，図７（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。

【００４９】図８は，このカーボン焼き切り操作を，上
記図５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５３，５３１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７Ｂ）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。

【００５０】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。

【００５１】そして，ここに重要なことは，図２に示す
ごとく，通電発熱体２全体の電気抵抗Ｒ（Ω）と，通電
発熱体２のプラス端２１０からイオン検出用電極３の先
端３０までの電気抵抗Ｂ（Ω）とは，Ｂ（Ω）≧Ｒ
（Ω）／３の関係にある。そのため，グロープラグ本体
１０にカーボンが堆積してイオン検出用電極３とハウジ
ング４との間が短絡に近い状態になっても，適正な電流
が流れる。

【００５２】即ち，グロープラグ本体１０にカーボンが
堆積して短絡に近い状態になった場合には，通電発熱体
から，イオン検出用電極，付着カーボンという経路の回
路に適正な電流を流すごとができる。そのため，上記回
路の通電発熱によりカーボンを焼失させることができ
る。また，上記短絡状態が解消した後には，通電発熱体
に電流が流れ，さらにカーボンの焼失が促進される。

【００５３】なお，上記電気抵抗Ｂ（Ω）が非常に大き
い場合には，上記の通電発熱体，イオン検出用電極，付
着カーボンの回路の抵抗値が大きくなる。この場合に
は，付着カーボンが存在していても，通電発熱体全体に
ほぼ正常な電流が流れ，通電発熱体の発熱により付着カ
ーボンを焼失させることができる。

【００５４】また，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２１，２２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，グロープラグ
表面にカーボンが付着した場合にも，上記のごとく通電
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をさらに正常状態にするこ
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。

【００５６】また，通電発熱体２，リード線２１，２
２，イオン検出用電極３は，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。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。

【００５７】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いる（図１）。な
お，イオン検出用電極３を図９に示すごとく，絶縁体１
１の先端部（下流）に配置することもできる。この場合
には，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。

【００５８】実施形態例２本例は，図１０に示すごとく，実施形態例１に示したグ
ロープラグ本体１０につき，イオン検出用電極３の先端
３０とハウジング４の先端部４１１との距離Ｌと，イオ
ン出力の検出率との相関についての試験を行った具体例
を示す。グロープラグ本体１０の製造に当たっては，上
記距離Ｌに対応する位置にイオン検出用電極３を配設し
た種々の一体成形品２９を予め射出成形により作製して
おく（図４）。次いで，一体成形品２９をセラミック粉
末中に埋設してホットプレスすることにより，絶縁体１
１中に通電発熱体２及びイオン検出用電極３を内蔵した
絶縁体１１を作製する。このようにして，上記距離Ｌの
異なるグロープラグを種々作製し，準備する。

【００５９】また，イオン出力の検出率は，次にように
定義した。即ち，エンジン運転中にイオン電流を連続サ
ンプリングすると，図７に示すイオン波形の波高値Ｈは
一定でなく，燃焼毎のバラツキ，カーボン付着による出
力低下等により，バラツキがある。そこで，一定時間か
つ一定条件での運転中の波高値Ｈの平均値ｈを求め，平
均値ｈの０．３倍以上の波高値を有する場合を検出精度
良好として，全燃焼回数中のｈの０．３倍以上の発生率
をイオン出力の検出率とした。また，試験は，４気筒２
０００ｃｃのディーゼルエンジンを用い，まずグロープ
ラグ本体にカーボンを堆積させる運転を行い，次いで，
イオン検出状況を調べた。

【００６０】カーボンの堆積運転は，上記エンジンを無
負荷８００ｒｐｍにおいて２分間運転し，次いで無負荷
４０００ｒｐｍにおいて２分間運転することを１サイク
ルとして，これを３０サイクル行うことにより実施し
た。また，イオン検出状況の測定は，上記サイクルをさ
らに１０サイクル行い，その間のイオン電流検出により
行った。

【００６１】測定結果を図１０に示す。同図は，横軸に
距離Ｌ（ｍｍ）を，縦軸にイオン出力の検出率（％）を
取った。同図より知られるごとく，距離Ｌが２ｍｍ以上
の場合には，イオン出力の検出率が１００％となり，一
方，距離Ｌが２ｍｍ未満の場合には，Ｌが小さいほど検
出率が小さくなることがわかる。

【００６２】実施形態例３本例においては，表１に示すごとく，実施形態例１に示
したグロープラグ本体１０につき，上記通電発熱体２の
全電気抵抗Ｒ（Ω）（図２）と，通電発熱体２のプラス
端２１０からイオン検出用電極３の先端３０までの電気
抵抗Ｂ（Ω）（図２）との関係を種々変更し，試験し
た。電気抵抗Ｂ（Ω）の変更は，実施形態例２と同様
に，通電発熱体２とイオン検出用電極３の一体成形品に
おけるイオン検出用電極３の配設位置を変更することに
より行った。

【００６３】そして，試験する試料としては，表１に示
すごとく，通電発熱体２の全電気抵抗Ｒ（Ω）を全て一
定とし，Ｂ（Ω）の値を変化させた８種類のグロープラ
グ（試料Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ３，Ｅ１〜Ｅ５）を準備した。
なお，グロープラグの製造方法，構造，その他について
は，実施形態例１と同様である。

【００６４】また，耐久試験は，４気筒のディーゼルエ
ンジンを用いた。そして，エンジン停止状態において通
電発熱体２に通電を開始し，２分後に通電を停止する。
一方エンジンは，上記通電開始後５秒後に始動し，始動
直後に無負荷８００ｒｐｍにおいて１分間運転し，次い
で無負荷４０００ｒｐｍにおいて２分間運転し，次いで
無負荷８００ｒｐｍにおいて１分間運転した後停止す
る。そして，上記の通電発熱体２への通電開始からエン
ジン停止までを１サイクルとし，これを５００サイクル
実施した。

【００６５】試験結果を表１に示す。表１より知られる
ごとく，Ｂ（Ω）＜Ｒ（Ω）／３の場合（Ｃ１〜Ｃ３）
には，いずれも早期にヒューズが溶断してしまった。こ
れは，イオン検出用電極３の先端３０とハウジング４の
先端部４１１との間が短絡状態になり，プラス側リード
線との間において短絡回路が形成され，この状態で，通
電発熱体への通電がされたため，ヒューズが溶断するほ
どの大電流が流れたことを示している。一方，Ｂ（Ω）
≧Ｒ（Ω）／３の場合（Ｅ１〜Ｅ５）には，上記試験の
５００サイクルの間においては，何ら異常は発生しなか
った。

【００６６】

【表１】

【００６７】実施形態例４本例は，図１１に示すごとく，実施形態例１のグロープ
ラグ作動回路（図５）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。また，グロープラグの外部
リード線３３３とバッテリ５５との間の回路には，新た
にもう一つのグローリレー５３，５３１１を設けた。２
つのグローリレー５３，５３１，５３１は，いずれも同
時に作動し，常に両者がオンか，或いは両者がオフの状
態になるよう構成されている。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。

【００６８】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，電気抵抗Ｒ（Ω），Ｂ
（Ω）を示す説明図。

【図３】実施形態例１における，グロープラグの全体説
明図。

【図４】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５】実施形態例１における，グロープラグ作動回路
図。

【図６】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７】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８】実施形態例１における，燻り判定フローチャー
ト。

【図９】実施形態例１における，イオン検出用電極の位
置を変更した例を示す説明図。

【図１０】実施形態例２における，距離Ｌとイオン出力
の検出率との関係を示す説明図。

【図１１】実施形態例４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，２１０．．．プラス端，２２０．．．マイナス端，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上記絶縁体
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り，上記イオン検出用
電極は，上記通電発熱体の途中に電気的に接続されてい
ると共に，その先端は上記火炎に曝されるように上記絶
縁体から露出しており，かつ，上記イオン検出用電極の
先端は，上記ハウジングの先端部から２ｍｍ以上離れた
位置に配置されてい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，上記通電発熱体全体
の電気抵抗をＲ（Ω），上記通電発熱体のプラス端から
上記イオン検出用電極の上記先端までの電気抵抗をＢ
（Ω）としたとき，Ｂ（Ω）≧Ｒ（Ω）／３の関係にあることを特徴とするグロープラグ。