JPH1089226A

JPH1089226A - グロープラグ

Info

Publication number: JPH1089226A
Application number: JP26367696A
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: JP3785698B2

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，クラック等の損傷がなく，
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１において，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，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外部へ導出された一対のリード線
２１，２２，及び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とよりなり，かつ上記イオン
検出用電極３は，少なくともその先端部３０が，上記火
炎中へ連通する連通孔を有する絶縁性多孔質層３８によ
り被覆されている。

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，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。また，グロープラグの先端部に支持されるイオ
ン検出用電極は高温度の火炎に曝されるため，イオン検
出用電極の近傍では応力集中が生じ易く，セラミックグ
ロープラグにクラック等の損傷を生ずるおそれもある。

【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，クラック等の損傷がなく，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，絶縁体と，該絶縁体の内部に設
けられた，通電発熱体，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へ導出された一対のリード
線，及び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，かつ上記イオン検出用電極
は，少なくともその先端部が，上記火炎中へ連通する連
通孔を有する絶縁性多孔質層により被覆されていること
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
記絶縁体の内部に通電発熱体とリード線とイオン検出用
電極とが配設されており，かつ該イオン検出用電極にお
ける少なくとも先端部は上記絶縁性多孔質層により被覆
されていることである。

【００１１】上記絶縁性多孔質層は，イオン検出用電極
の表面から火炎中まで連通する連通孔を有し，電気絶縁
性である。かかる絶縁性多孔質層は，例えば，Ｓｉ₃Ｎ
₄，Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂などを主成分とした電気絶縁
性のセラミック粉末を焼結することにより作製する。

【００１２】次に，上記通電発熱体及びイオン検出用電
極を上記絶縁体中に配設するに当たっては，例えば実施
形態例に示すごとく，予め通電発熱体，イオン検出用電
極を作製しておき，一方これらを埋設する溝を設けた絶
縁体を準備し，上記溝内に上記通電発熱体，イオン検出
用電極を埋設して一体的に焼成する。これら，通電発熱
体，イオン検出用電極，絶縁体は，例えばセラミック粉
末を用いて作製する。

【００１３】次に，本発明の作用効果につき説明する。
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】そして，ここに重要なことは，上記イオン
検出用電極の先端部は上記絶縁性多孔質層により被覆さ
れているので，イオン検出用電極は直接に火炎に曝され
ることがない。そのため，イオン検出用電極は，高温の
火炎による熱的衝撃に基づく応力集中が生ぜず，クラッ
ク等の損傷を生ずることがない。また，絶縁性多孔質層
は上記連通孔を有するので，上記イオン電流はこの連通
孔を通じてイオン検出用電極とシリンダヘッドとの間に
流れ，正確に検出される。

【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，本来の発熱機
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，通電発熱体は，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。

【００１７】また，上記絶縁体は，燃料燃焼に伴ってそ
の表面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。

【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，クラッ
ク等の損傷がなく，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。

【００１９】次に，請求項２の発明のように，上記絶縁
性多孔質層の厚みは０．２〜１．５ｍｍであることが好
ましい。０．２ｍｍ未満では火炎の熱的衝撃を受けてク
ラック等の損傷のおそれがある。一方，１．５ｍｍを越
えると厚みが大きくなるため，火炎熱による応力集中が
生じ易く，クラックを生じるおそれがある。

【００２０】次に，請求項３の発明のように，上記絶縁
性多孔質層と上記絶縁体とは同じ材料により作製されて
いることが好ましい。これにより，両者間の接合性が向
上すると共に両者の線膨張係数が同じとなり耐熱衝撃性
が向上する。

【００２１】次に，請求項４の発明のように，上記イオ
ン検出用電極は通電発熱体と兼用することができる（図
１３）。この場合には，上記絶縁性多孔質層はグロープ
ラグの本体の先端部において，通電発熱体（即ちイオン
検出用電極）を被覆する。

【００２２】なお，上記イオン検出用電極は，ＭｏＳｉ
₂，ＷＣ，ＴｉＮ等を含有する導電性セラミック材料，
或いはＷ，Ｍｏ，Ｔｉ等の高融点金属により作製するこ
とができる。また，上記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，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】なお，本発明の絶縁性多孔質層に形成され
る連通孔は，多孔質層の表面から，電極表面まで連通さ
れたものであれば，どのような孔径であっても良い。例
えば，本発明のグロープラグの先端を，水とアルコール
が５０：５０のアルコール水溶液中に浸して，先端と上
記水溶液との間に，例えば１２ボルトの電圧を印加した
とき，電流が流れる連通孔であればよい。

【００２４】

【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１０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を保持する
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。

【００２５】また，上記通電発熱体２と電気絶縁され
て，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。また，該イオン検出用電極３の先端部３０には，上
記絶縁体１１の先端部も含めて，上記火炎中へ連通する
連通孔３８０（図３）を有する絶縁性多孔質層３８が被
覆されている。

【００２６】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の上端部は，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。

【００２７】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。

【００２８】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の先端部３０が露出している。

【００２９】次に，上記グロープラグ本体１０の製造方
法につき図４〜図５を用いて説明する。まず，グロープ
ラグの本体１０は，前記図１に示したごとく，絶縁体１
１とその中に埋設した通電発熱体２とイオン検出用電極
３と，上記絶縁性多孔質層３８とよりなる。そこで，ま
ず図４に示すごとく，導電状のセラミック粉末により，
Ｕ字形状の通電発熱体２と，棒状のイオン検出用電極３
とを予め作製しておく。

【００３０】一方，図５に示すごとく，絶縁体１１を形
成するための，略半円状の下部１１１と略板状の中部１
１２と略半円状の上部１１３とを，絶縁性のセラミック
粉末を用いて予め作製しておく。上記下部１１１の上面
と中部１１２の下面には，上記通電発熱体２を入れるた
めのＵ字溝１１５，１１６を形成しておく。

【００３１】また，中部１１２の上面と，下部１１３の
下面には，上記イオン検出用電極３を入れるための棒状
溝１１７，１１８を形成しておく。そして，上記Ｕ字溝
１１５，１１６に上記通電発熱体２を，棒状溝１１７，
１１８に上記イオン検出用電極３を入れ，これらを積層
する。なお，この際，通電発熱体２にはリード線２１，
２２を接続しておく。

【００３２】これにより，図６（Ａ）の上方に示すごと
き，積層体が得られる。そこで，該積層体の先端部１８
に，予め作成しておいた円板状の絶縁性多孔質層３８２
を接着剤により接合する。次いで，これらを加熱，焼結
して，一体焼結体とする。更に，図６（Ｂ）に示すごと
く，上記一体焼結体の下方を，研削加工し（同図の下方
の点線），半球面状とする。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。

【００３３】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７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。

【００３４】また，上記グロープラグ１は，図７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，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。

【００３５】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５３，５３１，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５２
６が接続されている。

【００３６】上記図７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，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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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で燃焼すると，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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】以下，図８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。同図は，所定の時間の割り込み処理により
実行される。まず，図８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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】次に，図９（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。

【００４７】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。

【００４８】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９（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９の
（Ａ）と（Ｂ）を比較）。なお，図９（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】次に，図１０は，このカーボン焼き切り操
作を，上記図７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９Ｂ）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５
３，５３１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５３，５３１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。

【００５０】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とが形成され，さらに絶縁体１１の内部にイオ
ン検出用電極３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。

【００５１】また，グロープラグ本体１０の表面，つま
り上記絶縁体１１の表面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
オン電流検出を正常状態に戻すことができる。そのた
め，絶縁性多孔質層３８の連通孔３８０（図３）を介し
てイオンを精度良く検出することができる。

【００５２】そして，ここに重要なことは，上記イオン
検出用電極３の先端部３０は上記絶縁性多孔質層３８に
より被覆されている（図３）ので，イオン検出用電極３
は直接に火炎に曝されることがない。そのため，イオン
検出用電極３は，高温の火炎による熱的衝撃に基づく応
力集中が生ぜず，クラック等の損傷を生ずることがな
い。また，絶縁性多孔質層３８は上記連通孔３８０を有
するので，上記イオンはこの連通孔３８０を通じてイオ
ン検出用電極３とシリンダヘッド４５との間に流れ，イ
オン電流として正確に検出される。

【００５３】また，上記絶縁体１１，通電発熱体２，リ
ード線２１，２２，イオン検出用電極３，及び絶縁性多
孔質層３８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，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，半球面状（図１〜図３）
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。

【００５４】実施形態例２次に，上記実施形態例１に示したグロープラグ本体の具
体例につき，表１に，比較例と共に示す。まず，上記通
電発熱体は，小粒径の導電性のＭｏＳｉ₂（二珪化モリ
ブデン）粉末と大粒径の絶縁性のＳｉ₃Ｎ₄（窒化珪
素）と焼結助剤であるＹ₂Ｏ₃と，有機バインダーとを
用いてＵ字状に成形した（図４Ａ）。また，イオン検出
用電極も同じ材料を用いて棒状に成形した（図４Ｂ）。

【００５５】次に，上記絶縁体は，小粒径のＳｉ₃Ｎ₄
と，ほぼ同粒径のＭｏＳｉ₂とＹ₂Ｏ₃と有機バインダ
ーとを用いて，上記図５に示したごとく，上部１１１，
中部１１２，下部１１３にそれぞれ成形した。一方，絶
縁性多孔質層３８は，上記絶縁体１１用と同じ材料で有
機バインダーの量を多くしたものを用いて，板状体３８
２に成形した。

【００５６】そして，これらを上記のごとく，積層する
と共にこの積層体の先端部に，図６に示すごとく，上記
絶縁性多孔質層の板状体３８２を接着剤を介して接合し
た。そして，これらの生成形体の積層品を，４５０℃で
有機バインダーを脱脂後，１７５０℃で６０分間，加圧
焼結した。更に，グロープラグの先端部を半球面状に研
削し，図１に示すグロープラグ本体を得た。

【００５７】なお，上記グロープラグ本体１０におけ
る，上記絶縁性多孔質層３８の厚みは，表１に示すごと
く，種々に変えた。絶縁性多孔質層３８の厚みは，先端
部が半球状であるため，最大厚みを示した。

【００５８】次に，上記グロープラグを，実施形態例１
の図７に示すごとく，ディーゼルエンジンのシリンダヘ
ッド４５に装着した。そして，グロープラグの通電発熱
体に通電して１２００℃に加熱後，エンジンを始動し，
１分間のアイドリングを行ない，エンジン停止１分間の
後，再び上記通電，始動，停止を繰り返すエンジンテス
トを２０，０００回及び３０，０００回行なった。そし
て，イオン検出用電極の先端部，及びその周囲の絶縁体
のクラック等の損傷状況を観察した。その結果を，表１
に示す。

【００５９】表１より知られるごとく，絶縁性多孔質層
３８を設けていない試料（Ｎｏ．１）は２万回テストで
クラックによるチッピングが発生していた。また，絶縁
性多孔質層を設けたもののうち厚み０．１及び１．６ｍ
ｍ（試料Ｎｏ．２，７）は，３万回テストでクラック等
の損傷が発生していた。なお，上記テストは過酷な条件
であるため，試料Ｎｏ．２及び７も実用上殆ど問題ない
が，特に試料Ｎｏ．３〜６のものは優れた耐久性を有し
ている。

【００６０】

【表１】

【００６１】実施形態例３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７）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。

【００６２】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。

【００６３】実施形態例４本例は，図１２に示すごとく，グロープラグ本体１０に
おいて，通電発熱体２のＵ字状の下端にイオン検出用電
極３を一体的に設け，該イオン検出用電極３の先端部３
０に実施形態例１と同様の絶縁性多孔質層３８を設けた
例である。本例によれば，通電発熱体２の先端部にイオ
ン検出用電極３を設けるのでグロープラグの構造が簡単
になる。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。

【００６４】実施形態例５本例は，図１３に示すごとく，Ｕ字状の通電発熱体２を
イオン検出用電極３として兼用した例である。本例にお
いては，イオン検出用電極３の先端部（Ｕ字状の下端
部）及び下方側面を絶縁性多孔質層３８により被覆して
いる。本例によれば，イオン検出用電極と通電発熱体と
を兼用しているので構造が簡単である。本例のグロープ
ラグの作動回路は，実施形態例６に示すようである。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。

【００６５】実施形態例６本例は，図１４，図１５に示すごとく，上記実施形態例
４及び実施形態例５に示した，通電発熱体とイオン検出
用電極とを一体化した場合の，グロープラグ本体の全体
断面図，及びグロープラグ作動回路を示すものである。
即ち，図１４に示すごとく，上記一体化の場合には，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。

【００６６】このように構成したグロープラグは，前記
実施形態例１の図１１と同様にして，シリンダヘッド４
５に装着する。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１５に示す構成となる。

【００６７】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５３，５３１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５３０をオンとし，グローリレー５３
及び５３１はオフとする。これにより，実施形態例１と
同様の効果が得られる。その他は，実施形態例１と同様
である。

【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，絶縁性多孔質層の説明
図。

【図４】実施形態例１における，（Ａ）通電発熱体，
（Ｂ）イオン検出用電極の斜視図。

【図５】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６】図５に続く，グロープラグ本体の製造方法の説
明図。

【図７】実施形態例１における，グロープラグ作動回路
図。

【図８】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９】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１０】実施形態例１における，燻り判定フローチャ
ート。

【図１１】実施形態例３における，グロープラグ作動回
路図。

【図１２】実施形態例４における，グロープラグ本体の
断面図。

【図１３】実施形態例５における，グロープラグ本体の
断面図。

【図１４】実施形態例６における，（Ａ）グロープラグ
本体の断面図，（Ｂ）上記（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図。

【図１５】実施形態例６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，３０．．．先端部，３８．．．絶縁性多孔質層，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，
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
部へ導出された一対のリード線，及び火炎中のイオン化
の状態を検出するためのイオン検出用電極とよりなり，
かつ上記イオン検出用電極は，少なくともその先端部
が，上記火炎中へ連通する連通孔を有する絶縁性多孔質
層により被覆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，上記絶縁性多孔質層
の厚みは０．２〜１．５ｍｍ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，上記絶縁性多
孔質層と上記絶縁体とは，同じ材料により形成されてい
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は，上記通電発熱体と兼用されて
いることを特徴とするグロープラグ。