JPH1089225A

JPH1089225A - グロープラグ

Info

Publication number: JPH1089225A
Application number: JP26367596A
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: JP3785697B2

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】ハウジング４とこれにに支持された本体
１０とよりなる。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２１，２
２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，上記火炎に曝されるように絶縁体１１から露出
した露出部３０を有する。露出部３０は，０．１〜３０
μｍの表面粗さＲｚ（１０点平均粗さ）に研磨された研
磨部分６を有している。

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
なると共に，該イオン検出用電極は，上記火炎に曝され
るように上記絶縁体から露出した露出部を有し，かつ，
該露出部は，０．１〜３０μｍの表面粗さＲｚ（１０点
平均粗さ）に研磨された研磨部分を有していることを特
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
記絶縁体の内部に通電発熱体とイオン検出用電極が配設
されており，またイオン検出用電極の絶縁体からの露出
部分は上記特定の表面粗さＲｚに研磨された研磨部分を
有することである。

【００１１】該研磨部分の表面粗さＲｚは，ＪＩＳＢ
０６０１に規定されている１０点平均粗さ（Ｒｚ）に
よって示しており，その値は，０．１〜３０μｍの範囲
内にある。０．１μ未満の場合には，十分にイオン電流
を検出することができないという問題があり，一方，３
０μを超える場合には，熱衝撃等によってクラックが入
りやすいという問題がある。また，研磨部分は，砥石
等を用いて研磨することにより，表面粗さＲｚを上記特
定範囲に制御する。この場合，砥石等における砥粒の粒
度，研磨条件等を調整することにより，所望の表面粗さ
Ｒｚを得る。

【００１２】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，図
４に示すごとく，予め両者の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。

【００１３】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。

【００１４】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，イオン検出用電極は２個以上の生成形体に印刷し
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してもよい。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。

【００１５】そして，このようにして得られた絶縁体を
必要に応じて研削した後，イオン検出用電極の露出部分
における研磨部分を上記のごとく研磨する。これによ
り，イオン検出用電極の露出部分に上記特定の表面粗さ
Ｒｚの研磨部分を有するグロープラグを得ることができ
る。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】また，本発明においては，イオン検出用電
極の露出部分に，上記研磨部分を有する。そして，この
研磨部分は，表面粗さＲｚが０．１〜３０μｍの範囲内
にある。そのため，研磨部分は，ミクロ的に見ると多数
の凹凸を有している（図９）。この凹凸のうち凸部に
は，イオン検出用電極とこれに近接するシリンダヘッド
との間における電界が集中する。電界が集中した凸部近
傍は，電位勾配が急峻となる。この電位勾配により，燃
焼ガス中の荷電粒子は上記凸部近傍に引きつけられる。
それ故，上記特定の表面粗さＲｚの研磨部分を有するイ
オン検出用電極は，燃焼室内の荷電粒子を強く引きつ
け，さらにイオン電流検出精度を向上させることができ
る。

【００１９】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

【００２０】次に，請求項２の発明のように，上記イオ
ン検出用電極の先端における露出部の面積は，１×１０
^-6〜０．５ｃｍ²であることが好ましい。イオン検出用
電極の露出部の面積（Ｓ）は，０＜Ｓであればイオン出
力の検出は可能である。しかし，印刷により形成する場
合に露出部の面積が１×１０^-6ｃｍ²未満の場合には，
露出部の寸法が例えば１０μｍ×１０μｍ以下の非常に
小さな大きさとなり，生産性が悪くなるという問題があ
る。一方，０．５ｃｍ²を超える場合にはイオン検出用
電極の占める部分が大きくなりすぎ，その結果，通電発
熱体が小さくなり，生産性が悪くなるという問題があ
る。

【００２１】また，請求項３の発明のように，上記イオ
ン検出用電極は，上記通電発熱体と電気的に接続されて
いる構造をとることができる。この場合には，例えば，
イオン検出用電極と通電発熱体とを一体成形することが
でき，製造を容易にすることができる。

【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，
図１に示すごとく，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。本体１０は，絶縁体１
１と，該絶縁体１１の内部に設けられた通電発熱体２及
び該通電発熱体２の両端部に電気的に接続されて絶縁体
１１の外部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１０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は上記火
炎に曝されるように絶縁体１１から露出した露出部３０
を有している。また，露出部３０は，０．１〜３０μｍ
の表面粗さＲｚ（１０点平均粗さ）に研磨された研磨部
分６（図１）を有している。

【００２４】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，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，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。

【００２５】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。

【００２６】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い
る。そして，本例においては，通電発熱体２及びイオン
検出用電極３は，いずれも絶縁体１１内に埋設されてい
る。

【００２７】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３，図４に示すごとく，Ｕ字状
の通電発熱体２の成形品２９と棒状のイオン検出用電極
３の成形品３９を準備する。これらの成形品２９，３９
は，それぞれ通電発熱体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。

【００２８】そして，成形品２９，３９は，絶縁体１１
用のセラミック粉末の中に埋設し，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リ
ード線２１，２２を成形品２９に接続しておく。これに
より，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が得られる。

【００２９】次いで，絶縁体１１の外形を整えるために
研削を行い，胴部を円柱状にすると共に先端部を半球面
形状にする。次いで，本例においては，絶縁体１１から
露出したイオン検出用電極３の露出部３０全体を研磨部
分６として，研磨した。研磨は，＃６００の砥石を用い
て行った。これにより，本例においては，研磨部分６の
表面粗さＲｚを４．５μｍに整えた。

【００３０】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。

【００３１】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，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。

【００３２】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。

【００３３】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，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，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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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との間に直流電源５１の電圧が印加されて
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５２１の両端の電位差として検出される。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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，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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】次に，グロープラグの絶縁体１１の表面
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。

【００４６】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，図８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７Ｂ）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。

【００４７】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とを設けてあり，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１がコンパクトに
なる。

【００４８】また，絶縁体１１の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，絶縁体１１の
表面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１
１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。

【００４９】さらに，本例においては，イオン検出用電
極３の露出部３０に上記研磨部分６を有する。そして，
研磨部分６の表面粗さＲｚは，０．１〜３０μｍの範囲
内に研磨してある。そのため，図９に示すごとく，研磨
部分６には，ミクロ的に見ると凸部６１が多数存在す
る。

【００５０】そして，この凸部６１には，シリンダヘッ
ド４５とイオン検出用電極３との間の電界が集中する。
また，電界が集中した凸部６１近傍は，電位勾配が急峻
となる。この電位勾配により，燃焼ガス中のマイナスの
荷電粒子７はイオン検出用電極３の凸部６１近傍に強く
引きつけられ，荷電粒子７の移動が活発となる。それ
故，研磨部分６を有するイオン検出用電極３は，さらに
精度よくイオン電流を検出することができる。

【００５１】実施形態例２本例は，実施形態例１に示したグロープラグ（本発明
品）における研磨部分６の効果をさらに明確にすべく，
比較品と共にイオン電流の検出試験を行った。比較品
は，実施形態例１に示した研磨部分を０．０１μｍの表
面粗さＲｚに研磨したものを用いた。尚，本発明品の研
磨部分は上記のごとく４．５μｍの表面粗さＲｚであ
る。

【００５２】本発明品が検出したイオン電流の波形Ｅ１
を図１０に，比較品が検出したイオン電流の波形Ｃ１を
図１１にそれぞれ示す。図１０，図１１は，共に横軸に
時間，縦軸に電流値をとったものであり，横軸には燃料
噴射時期を縦線Ｐにより示してある。両図の比較から知
られるように，本発明品は常に高いピーク値の波形が精
度よく検出され，一方，比較品は，ピーク値が非常に小
さく検出精度が低い状態の波形Ａや，検出されない場合
Ｂが発生した。この結果から，イオン検出用電極３の露
出部３０に特定範囲の表面粗さＲｚを有する研磨部分６
を設けることによって，イオン電流の検出精度を大幅に
向上させることができることがわかる。

【００５３】実施形態例３本例においては，実施形態例１に示したグロープラグに
おける研磨部分６の表面粗さＲｚを種々変更し，そのイ
オン電流検出精度への影響を試験した。試験に用いるグ
ロープラグとしては，研磨部分６の表面粗さＲｚを０．
０１〜１００μの範囲で変更したものを複数準備した。
研磨部分６の表面粗さＲｚ以外は，実施形態例１と同様
とした。

【００５４】イオン電流の検出精度は，グロープラグを
セットした試験用のディーゼルエンジンを８００ｒｐｍ
の回転数により運転し，１分間イオン電流を検出させ，
燃料噴射回数に対して何回精度よくイオン電流を検出す
ることができたかにより求めた。精度よくイオン電流を
検出したか否かの判断は，エンジン運転時間中のイオン
電流のピーク値の平均値の０．３倍以上の電流値を検出
した場合は検出できたとし，上記平均値の０．３倍未満
の電流値しか検出できなかった場合には検出できなかっ
たとした。

【００５５】したがって，例えば１００回燃料噴射され
た場合に，１００回精度よくイオン電流を検出した場合
には検出精度は１００％であり，５０回だけ精度よくイ
オン電流を検出した場合には検出精度は５０％である。
試験結果を図１２に示す。図１２は，横軸に研磨部分６
の表面粗さＲｚを，縦軸にイオン電流の検出精度をとっ
た。図１２より知られるごとく，イオン電流の検出精度
は研磨部分の表面粗さＲｚが０．１μｍ以上の場合に
は，いずれも１００％であった。一方，表面粗さＲｚが
０．１μｍ未満の場合には，表面粗さＲｚが小さいほど
検出精度が低下した。

【００５６】また，表面粗さＲｚが３０μｍを超えるも
のについてはクラックが発生した。これは，凹凸が大き
いため，その凹部等に応力集中が起こりやすいからであ
ると考えられる。したがって，本例によれば，研磨部分
６の表面粗さＲｚは０．１〜３０μｍが最適であること
がわかる。

【００５７】実施形態例４本例は，図１３〜図１５に示すごとく，通電発熱体２と
イオン検出用電極３とを電気的に接続して一体化した。
そして，図１３〜図１５に示すごとく，イオン検出用電
極３の露出部３０の面積を変更し，その面積とイオン電
流検出精度との関係を試験した。また，グロープラグ本
体の直径Ｄは３．５ｍｍ，ハウジング４からの突出長さ
Ｌは１０ｍｍとした。

【００５８】図１３に示したグロープラグ１０３は，イ
オン検出用電極３の露出部３０を本体１０の先端部の半
球面部分全体に設け，さらに露出部３０全体を表面粗さ
Ｒｚ＝４．５μｍの研磨部分６とした。この場合の露出
部３０の面積（研磨部分６の面積）は，０．５ｃｍ²で
ある。

【００５９】図１４に示したグロープラグ１０４は，イ
オン検出用電極３の露出部３をできるだけ小さくし，さ
らに露出部３０全体を表面粗さＲｚ＝４．５μｍの研磨
部分６とした。この場合の露出部３０の面積（研磨部分
６の面積）は，１×１０^-6ｃｍ²である。

【００６０】図１５に示したグロープラグ１０５は，イ
オン検出用電極３の露出部３を上記図１３，図１４の場
合の中間程度の大きさとし，さらに露出部３０全体を表
面粗さＲｚ＝４．５μｍの研磨部分６とした。この場合
の露出部３０の面積（研磨部分６の面積）は，０．００
８ｃｍ²である。

【００６１】また，例えば図１５に示したグロープラグ
を用いた全体図を図１６に示す。また，その作動回路を
図１７に示す。即ち，図１６に示すごとく，通電発熱体
２とイオン検出用電極３とを一体化の場合には，通電発
熱体２に設けたリード線２２を，絶縁体１１の上端に設
けた端子部３１に接続する。このように構成したグロー
プラグは，前記実施形態例１と同様にして，シリンダヘ
ッド４５に装着する。

【００６２】また，本例の場合には，通電発熱体２とイ
オン検出用電極３とが一体化されているので，グロープ
ラグの作動回路は，図１７に示す構成となる。そして，
通電発熱体２を発熱させる場合には，同図に示すごと
く，イオンリレー５３０はオフとし，グローリレー５
３，５３１はオンとする。一方，イオン検出用電極３に
よりイオン電流を検出する場合には，イオンリレー５３
０をオンとし，グローリレー５３及び５３１はオフとす
る。

【００６３】次に，上記３種類のグロープラグ１０３，
１０４，１０５を用いて，実施形態例３と同様の条件に
より，イオン電流の検出精度を調べた。その結果，いず
れのグロープラグも検出精度が１００％となり，非常に
良好であった。この結果から，露出部３０に上記特定の
範囲内の表面粗さＲｚを有する研磨部分を設けることに
よって，露出部３０の面積が１×１０^-6〜０．５ｃｍ²
の範囲内において変動しても，十分良好にイオン電流の
検出ができることがわかる。また，本例の結果から，露
出部３０の面積は，１×１０^-6ｃｍ²という非常に小さ
い面積でもよいことから，少しでも露出部３０が外部に
露出していれば有効であることもわかる。

【００６４】実施形態例５本例は，図１８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。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。

【００６５】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，製造過程における通電
発熱体の成形体の斜視図。

【図４】実施形態例１における，製造過程におけるイオ
ン検出用電極の成形体の斜視図。

【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，研磨部分のイオン電流
検出効果を示す説明図。

【図１０】実施形態例２における，本発明品のイオン電
流波形を示す説明図。

【図１１】実施形態例２における，比較品のイオン電流
波形を示す説明図。

【図１２】実施形態例３における，研磨部分の表面粗さ
Ｒｚとイオン電流検出精度との関係を示す説明図。

【図１３】実施形態例４における，イオン検出用電極の
形状を示す説明図。

【図１４】実施形態例４における，イオン検出用電極の
形状を示す説明図。

【図１５】実施形態例４における，イオン検出用電極の
形状を示す説明図。

【図１６】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Ｂ−Ｂ線矢視断面
図。

【図１７】治具保持部４における，グロープラグ作動回
路図。

【図１８】実施形態例５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．．．棒状絶縁体，２．．．通電発熱体，２１，２２，２２０．．．リード線，３．．．イオン検出用電極，３０．．．露出部，４．．．ハウジング，４５．．．シリンダヘッド，４５１．．．渦流室，６．．．研磨部分，６１．．．凸部，

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ると共に，該イオン検
出用電極は，上記火炎に曝されるように上記絶縁体から
露出した露出部を有し，かつ，該露出部は，０．１〜３
０μｍの表面粗さＲｚ（１０点平均粗さ）に研磨された
研磨部分を有し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，上記イオン検出用電
極の先端における露出部の面積は，１×１０^-6〜０．５
ｃｍ²で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，上記通電発熱体と電気的に接続されている
ことを特徴とするグロープラグ。