JPH1089687A

JPH1089687A - グロープラグ

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Publication number: JPH1089687A
Application number: JP26937296A
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: 1998-04-10
Anticipated expiration: 2016-09-18
Also published as: JP3834889B2

Abstract

(57)【要約】【課題】カーボンの付着の問題がなく，かつ，実質
的にイオン検出用電極が火炎に曝される面積を大きくす
ることができ，イオン検出電流を精度よく得ることがで
きる，イオン検出用電極付き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とを有する。また，イオン検
出用電極３の絶縁体１１からの露出部分を覆うように絶
縁体１１の表面に設けられ，かつ，イオン検出用電極３
に電気的に接続されている導電層６を有する。

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】これに対し，上記種々の問題を解決すべ
く，特開平８−１４７１３２号公報において，イオン検
出用電極が絶縁体により埋設されたグロープラグが提案
されている。このような構成とすることによって，イオ
ン検出用電極と燃料噴射ノズル又は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
により短絡することがなく常に安定した検出信号を得る
ことができた。

【０００９】しかしながら，イオン検出用電極が絶縁体
により埋設されたグロープラグにおいては，イオン検出
用電極の燃焼室に対する露出面積が非常に小さくなり，
十分なイオン検出電流を得ることが困難であるという新
規な課題が見いだされた。

【００１０】本発明は，かかる課題を解決すべくなされ
たもので，カーボンの付着の問題がなく，かつ，実質的
にイオン検出用電極が火炎に曝される面積を大きくする
ことができ，イオン検出電流を精度よく得ることができ
る，イオン検出用電極付きグロープラグを提供しようと
するものである。

【００１１】

【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，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，該イ
オン検出用電極の上記絶縁体からの露出部分を覆うよう
に上記絶縁体の表面に設けられ，かつ，上記イオン検出
用電極に電気的に接続されている導電層を配設してある
ことを特徴とするグロープラグにある。

【００１２】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，上記絶縁体の表面には，上記構成の導電層
を配設してあることである。

【００１３】上記導電層は，イオン検出用電極の絶縁体
からの露出部分を覆うように，その露出部分の面積より
も広い面積をもって配設されている。また，導電層は，
イオン検出用電極と電気的接続されていると共にそれ自
体導電性を有している。したがって，導電層は，イオン
検出用電極の露出部分の面積を実質的に拡大するという
役割を果たしている。

【００１４】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同時にリー
ド線を接合し，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。

【００１５】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
の材料粉末とパラフィンワックスを主成分とする樹脂と
を混合し，それを射出成形することにより作製する。次
に，脱脂を含めた加圧焼結を行い焼成する。その後，円
筒研削及び球面加工研削によって，イオン検出機能付き
セラミックヒータを作製する。

【００１６】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）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。次いで，生成形体を巻回し，
その後焼成する。

【００１７】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。また，上記いずれの製造方法においても絶縁体の表
面にイオン検出用電極が露出するようにしておく。

【００１８】次に，上記絶縁体の表面に上記導電層を形
成するに当たっては，例えば，まず絶縁体の形状，粗さ
等を必要に応じて調整する。次いで，絶縁体表面に，パ
ット印刷，円筒スクリーン印刷等によって，導電層を所
望形状に印刷し，焼き付けすることにより行う。また，
プラズマコーティング，蒸着，その他の方法により導電
層を形成することもできる。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】また，本発明においては，絶縁体の表面に
上記イオン検出用電極に電気的に接続された導電層を配
設してある。そのため，導電層がイオン検出用電極の露
出部分としての役割を果たし，その面積を増大させる。
それ故，イオン電流の検出をより確実に行うことができ
る。それ故，導電層を有さない場合に比べて，さらに精
度良くイオン電流を検出することができ，より一層燃料
制御の向上を図ることができる。

【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，かつ，実質的にイオン検出用電極が火炎に曝される
面積を大きくすることができ，精度良くイオン電流を検
出することができる。

【００２３】次に，請求項２の発明のように，上記導電
層は，部分的に上記絶縁体を露出させることにより形成
したエッジ部分を有することが好ましい。この場合に
は，上記エッジ部分が他の平滑な部分よりもイオンを吸
着し易い性質（エッジ効果）を発揮する。そのため，イ
オン電流の検出の応答性が良好となり，例えば後述する
イオン電流検出時の立ち上がり角度を急峻にし，またピ
ーク値を増大させることができる。

【００２４】なお，上記導電層から部分的に絶縁体を露
出させて形成したエッジ部分とは，例えば後述するよう
に，導電層を網目構造等にしてその網目間に絶縁体を露
出させて形成する場合だけでなく，ベタ層の導電層と絶
縁体の露出部分との境界部分に形成するエッジ部分をも
含む。

【００２５】また，請求項３の発明のように，上記エッ
ジ部分は角状であることが好ましい。角状のエッジ部分
は，例えば後述する実施形態例１に示すごとく，絶縁体
との境界部分を滑らかにすることなく，段状に形成する
ことにより得ることができる。この場合には，上記エッ
ジ効果をさらに増大させることができる。

【００２６】また，請求項４の発明のように，上記導電
層は，網目構造を有し，網目の間には上記絶縁体の表面
が露出している構成をとることもできる（図１０〜図１
５）。この場合には，各網目部分にそれぞれ角状のエッ
ジ部分を多数形成することができ，さらに確実に上記の
エッジ効果を発揮させることができる。

【００２７】また，請求項５の発明のように，上記導電
層は，金属又は導電性セラミックにより構成することが
できる。上記金属としては，特に高融点金属と活性金属
とを混合したもの用いることが好ましい。この場合に
は，活性金属により上記絶縁体と導電層との密着性を高
めることができ，一方，高融点金属により耐久性を高め
ることができる。

【００２８】上記高融点金属としては，例えば，白金，
金等の貴金属，ニッケル，鉄，クロム等があり，これら
を単独または混合して用いることができる。また，上記
活性金属としては，チタン，ジルコニウム，ハフニウ
ム，バナジウム等があり，これらも単独または混合して
用いることができる。好ましくは，金とニッケルの合計
を９０重量％以上とし，残りを活性なバナジウムとする
組み合わせにするのがよい。この場合には，金とニッケ
ルとが耐久性を保持しつつ導電性を発揮し，バナジウム
が絶縁体との密着性を高める。

【００２９】また，上記導電性セラミックとしては，種
々の金属の珪化物，炭化物，窒化物，ホウ化物を用いる
ことができる。好ましくは，耐酸化性の理由により珪化
物がよい。また，上記導電性セラミックには，絶縁体と
の密着性を向上させるために，例えば酸化アルミニウ
ム，二酸化珪素等の酸化物系セラミックを混合すること
が好ましい。

【００３０】また，請求項６の発明のように，上記導電
層の厚みは，１〜２０μｍであることが好ましい。１μ
ｍ未満の場合には，燃焼波または燃焼残差物が激しく衝
突するため，摩耗により導電層が薄くなり，耐久性がな
くなるという問題があり，好ましくは５μｍ以上がよ
い。一方，２０μｍを超える場合には，絶縁体との熱膨
張係数が大きく異なるため，冷熱によりクラックが発生
し，絶縁体から剥がれ落ちるという問題があり，好まし
くは１５μｍ以下がよい。

【００３１】

【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。

【００３２】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。また，絶縁体１１の表面には，イ
オン検出用電極３に電気的に接続され，かつ角状のエッ
ヂ部分６１を有する導電層６を配設してある。本例にお
ける導電層６は，図１に示すごとく，グロープラグ本体
１０の先端をキャップ状に覆う形状を有しており，上端
部分のみにエッジ部分６１を有するベタ層となってい
る。

【００３３】また，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。

【００３４】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。

【００３５】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
状に形成されている。

【００３６】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
て一体的に加圧焼成する。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，
通電発熱体２とイオン検出用電極３とを内蔵した絶縁体
１１が得られる。

【００３７】次に，絶縁体１１の表面に導電層６を形成
するに当たっては，絶縁体１１の表面を粗くした後，導
電層材料を印刷する。まず，絶縁体１１表面粗さは，リ
ン酸等によるエッチングにより粗くする。また，絶縁体
１１を円筒研削する部分については，＃３００以下の粗
い砥石を使用して表面粗さを大きくすることもできる。
これにより，絶縁体１１と導電層６との密着性を高め
る。

【００３８】次いで，グロープラグ本体１０先端の球面
部分はパット印刷法により，円筒部分は円筒スクリーン
印刷法により，導電層材料を印刷する。このとき，導電
層材料が上記イオン検出用電極の露出部分に接触するよ
うに印刷する。次いで，真空雰囲気中又は窒素雰囲気中
において，９００℃以上の温度で導電層を焼き付ける。
これにより，図１に示すごとく，絶縁体１１表面に導電
層６が形成される。また，本例においては，上記導電層
材料として，金属を主体とする材料を用いた。具体的に
は，Ａｕ９３重量％，Ｎｉ５重量％，Ｖ２重量％の混合
材を用いた。また，導電層の厚さは１０μｍとした。

【００３９】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。

【００４０】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５３，５３１，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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。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，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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】さらに本例においては，絶縁体１１の表面
に導電層６を配設してある。そして，導電層６は，その
上端にエッジ部分６１を有する。そのため，イオン検出
用電極の露出面積が拡大されると共に，上記エッジ部分
６１のエッジ効果によって，イオン電流の検出精度，及
び応答性を向上させることができる。

【００６１】即ち，図８に示すごとく，イオン電流の検
出においては，最初の立ち上がり角度Ｄと，ピーク値Ｐ
が重要である。そして，本例においては，上記導電層６
を設けているために，立ち上がり角度Ｄが大きく急峻な
立ち上がりが得られ，またピーク値Ｐも非常に大きい。
それ故，イオン検出精度が一層向上し，さらに精度よく
燃料の燃焼状態を制御することができる。尚，本例にお
いては，上記エッジ部分６１を角状としたが，これを丸
い状態にした場合においても，エッジ部を形成する限り
ほぼ同等の効果が得られる。

【００６２】実施形態例２本例においては，実施形態例１に示したグロープラグに
おける導電層の効果を明確にすべく，イオン電流の検出
試験を実施した。準備した試料は，実施形態例１に示し
たキャップ状の大きなベタ層の導電層６を有するグロー
プラグ（試料Ｎｏ．Ｅ１）と，図９に示すごとく皿状の
小さなベタ層の導電層６０２を有するグロープラグ（試
料Ｎｏ．Ｅ２）と，導電層を設けていないグロープラグ
（試料Ｎｏ．Ｃ１）の３種類である。これらは，導電層
以外の部分は実施形態例１のグロープラグと同様であ
る。

【００６３】試験は，各グロープラグをそれぞれ同じデ
ィーゼルエンジンに装着して，同一条件においてイオン
電流を測定した。そして，前述した図８に示すごとく，
得られたイオン電流の波形を比較し，その立ち上がり角
度Ｄとピーク値Ｐによりイオン電流検出精度及び応答性
を評価した。なお，上記立ち上がり角度Ｄが大きいほ
ど，またピーク値Ｐが大きいほど，検出精度及び応答性
が良い。

【００６４】評価結果を表１に示す。表１により知られ
るごとく，導電層６，６０２を有する場合（Ｅ１，Ｅ
２）には，導電層を有さない場合（Ｃ１）に比べて，立
ち上がり角度Ｄ，ピーク値Ｐ共に優れていた。この結果
から，導電層６，６０２を配設することにより，イオン
電流の検出精度及び応答性が格段に向上することがわか
る。また，Ｅ１とＥ２はそれ程大きな差は見られない
が，若干導電層の面積が広く，エッジ部分６１が大きい
Ｅ１の方が優れていた。

【００６５】

【表１】

【００６６】実施形態例３本例においては，図１０〜図１２に示すごとく，実施形
態例１に示したグロープラグにおける導電層６の模様
（絶縁体１１の露出部分の形状）を種々変更した試料を
準備し（試料Ｎｏ．Ｅ３〜Ｅ５），その模様による影響
を試験した。また，各導電層の全体形状は実施形態例１
と同様のキャップ状とし，その大きさも全て統一した。
また，各試料（Ｅ３〜Ｅ５）は，導電層部分以外は実施
形態例１と同様である。また試験方法は，実施形態例２
と同様である。

【００６７】変更した導電層の模様を図１０〜図１２に
示す。図１０は，試料Ｎｏ．Ｅ３の碁盤目状の網目模様
を有する導電層６０３の模様を示している。この導電層
６０３は，図１３に示すごとく，各網目の間から絶縁体
１１が露出しており，各網目と絶縁体１１との境界部分
には，エッジ部分６１が設けられている。

【００６８】図１１は，試料Ｎｏ．Ｅ４の導電層６０４
の模様を示している。導電層６０４は，上記Ｅ３の絶縁
体１１露出部分の形状を円形状に変更したものであり，
その境界部分にはエッジ部分６１を設けてある。また，
図１２は，試料Ｎｏ．Ｅ５の導電層６０５の模様を示し
ている。導電層６０５は，絶縁体１１の露出部分をくさ
び模様状に有しており，その境界部分にエッジ部分６１
を有している。また，上記導電層６０４，６０５を装着
した本体１０を正面から見た形状は，模様以外図１３と
同様である。

【００６９】このような種々の模様の導電層を有するグ
ロープラグを用いて，実施形態例２と同様にイオン電流
検出波形の立ち上がり角度Ｄとピーク値Ｐを求めた。そ
の結果を上記Ｅ１の結果と共に表２に示す。表２より知
られるごとく，導電層に模様を設けた本例の試料（Ｅ３
〜Ｅ５）は，いずれも模様を有さないＥ１よりもさらに
立ち上がり角度Ｄとピーク値Ｐが向上した。これは，導
電層に図１０〜図１２に示すごとく，絶縁体１１を露出
させる模様を付することにより，エッジ部分６１を増加
させることができ，上記のエッジ効果を確実に発揮させ
ることができるからであると考えられる。

【００７０】なお，本例においては，上記のごとく３種
類の模様の導電層について評価したが，その他図１４，
図１５に示すごとき模様を有する導電層６０６，６０７
を設けた場合にも，上記Ｅ３〜Ｅ５と同様の効果が得ら
れる。

【００７１】

【表２】

【００７２】実施形態例４本例は，図１６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。

【００７３】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。

【００７４】実施形態例５本例は，図１７に示すごとく，実施形態例１における通
電発熱体２とイオン検出用電極３を別体とし，これらを
電気的に絶縁した状態でそれぞれ絶縁体１１内に埋設し
た例である。また，本体１０の先端には，実施形態例１
と同様のキャップ状の導電層６を配設してある。その他
は，実施形態例１と同様である。本例の場合において
も，実施形態例１と同様の作用効果が得られる。

【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１における，イオン電流検出時の重
要な点を示す説明図。関係を示す説明図。

【図９】実施形態例２における，導電層の配設状態を示
す，（Ａ）断面図，（Ｂ）底面図。

【図１０】実施形態例３における，導電層の模様を示す
説明図。

【図１１】実施形態例３における，導電層の模様を示す
説明図。

【図１２】実施形態例３における，導電層の模様を示す
説明図。

【図１３】実施形態例３における，導電層の配設状態を
示す説明図。

【図１４】実施形態例３における，導電層の模様を示す
説明図。

【図１５】実施形態例３における，導電層の模様を示す
説明図。

【図１６】実施形態例４における，グロープラグ作動回
路図。

【図１７】実施形態例５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。

【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，６，６０２〜６０６．．．導電層，６１．．．エッジ部分，

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，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，該イオン検出用電極の上記絶
縁体からの露出部分を覆うように上記絶縁体の表面に設
けられ，かつ，上記イオン検出用電極に電気的に接続さ
れている導電層を配設して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，上記導電層は，部分
的に上記絶縁体を露出させることによって形成されたエ
ッジ部分を有することを特徴とするグロープラグ。
【請求項３】請求項２において，上記エッジ部分は角
状であ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，
上記導電層は，網目構造を有し，網目の間には上記絶縁
体の表面が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１項において，
上記導電層は，金属又は導電性セラミックであることを
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１項において，
上記導電層の厚みは，１〜２０μｍであることを特徴と
するグロープラグ。