JP3785698B2

JP3785698B2 - Glow plug

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Publication number: JP3785698B2
Application number: JP26367696A
Authority: JP
Inventors: 保幸佐藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-09-11
Filing date: 1996-09-11
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2016-09-11
Also published as: JPH1089226A

Description

【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４，７３９，７３１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，Ｓｉ₃Ｎ₄，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，ＭｏＳｉ₂，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，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４１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４２１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１１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１１２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２３３，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，ＥＣＵ５２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５２６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，ＥＣＵ５２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。
【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４５１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５２１の両端の電位差として検出される。
【００４０】
一方，ＥＣＵ５２は，ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，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，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５３，５３１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。
【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，２０００ｒｐｍ）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１６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ＴＤＣ）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５３，５３１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２１，２２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３８２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１．６ｍｍ（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。
【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３０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４５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，[0001]
【Technical field】
The present invention relates to a glow plug for promoting ignition and combustion of fuel and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in gasoline engines and diesel engines, it has been demanded to further reduce exhaust gas and smoke from the viewpoint of environmental protection. In order to meet these demands, various engine improvements and post-treatments (catalyst purification, etc.) are being considered to reduce emissions, improve fuel and lubricating oil properties, and improve various engine combustion control systems.
[0003]
In recent engine combustion control systems, it is required to detect the combustion state of the engine, and it has been considered to detect the combustion state of the engine by detecting in-cylinder pressure, combustion light, ion current, and the like. Yes. In particular, it is considered that detecting the combustion state of an engine with an ionic current is extremely useful because a chemical reaction accompanying combustion can be directly observed, and various ion current detection methods have been proposed.
[0004]
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 7-259597, a sleeve-like ion detection electrode insulated from the injection nozzle and the cylinder head of the engine is attached to the mounting seat of the fuel injection nozzle, and this is connected to an external detection circuit. A method of detecting an ionic current associated with combustion of fuel by connecting to a gas is disclosed.
U.S. Pat. No. 4,739,731 discloses an ion current detection sensor using a ceramic glow plug.
[0005]
In these techniques, a platinum conductive layer is attached to the surface of the glow plug heater (electric heating element), and the conductive layer is insulated from the combustion chamber and the glow plug mounting bracket. Then, an ion current measuring power source (DC 250 V) is applied to the conductive layer from the outside to detect the ion current accompanying fuel combustion.
[0006]
[Problems to be solved]
However, the above conventional techniques have the following problems.
That is, in the former technique (Japanese Patent Laid-Open No. 7-259597), for detecting the ionic current, a sleeve-like ion detection electrode insulated from other parts must be installed, and the selection of the material is required. In addition, complicated work is required in the processing.
Therefore, there is a problem that the ion detection electrode has a very expensive configuration. Furthermore, there is a drawback that the fuel injection nozzle and the ion detection electrode and between the ion detection electrode and the cylinder head are short-circuited by carbon generated in the combustion chamber and become unusable at an early stage.
[0007]
In the latter technique (US Pat. No. 4,739,731), the ion detection electrode is provided separately from the energization heating element, and the two are connected to different power sources, resulting in a complicated structure. There were drawbacks. In addition, in order to ensure the heat resistance and wear resistance of the ion detection electrode, a large amount of expensive noble metal such as platinum is required, so that the glow plug itself is very expensive.
In addition, since the ion detection electrode supported at the tip of the glow plug is exposed to a high temperature flame, stress concentration tends to occur in the vicinity of the ion detection electrode, which may cause damage such as cracks in the ceramic glow plug. There is also.
[0008]
The present invention has been made in view of such problems, and is capable of detecting an ionic current with high accuracy without causing a carbon adhesion problem, having no damage such as cracks, and having excellent durability and easy manufacturing. It is an object of the present invention to provide a plug and a manufacturing method thereof.
[0009]
[Means for solving problems]
The invention of claim 1 is a glow plug comprising a housing and a main body supported in the housing.
The main body has an insulator,
Detects the energization heating element provided inside the insulator, a pair of lead wires that are electrically connected to both ends of the energization heating element and led out of the insulator, and the state of ionization in the flame And an ion detection electrode for
The ion detecting electrode is a glow plug characterized in that at least a tip end portion thereof is covered with an insulating porous layer having a communicating hole communicating with the flame.
[0010]
The most notable aspect of the present invention is that an energization heating element, a lead wire, and an ion detection electrode are disposed inside the insulator, and at least the tip of the ion detection electrode is the insulating porous body. It is covered with a quality layer.
[0011]
The insulating porous layer has a communication hole communicating from the surface of the ion detection electrode to the flame, and is electrically insulating. Such an insulating porous layer is, for example, Si _Three N _Four , Al ₂ O _Three , SiO ₂ It is produced by sintering an electrically insulating ceramic powder mainly composed of the above.
[0012]
Next, when the energization heating element and the ion detection electrode are disposed in the insulator, for example, as shown in the embodiment, the energization heating element and the ion detection electrode are prepared in advance, An insulator having a groove to be buried is prepared, and the energization heating element and the ion detection electrode are buried in the groove and fired integrally. These energization heating elements, ion detection electrodes, and insulators are produced using, for example, ceramic powder.
[0013]
Next, the effects of the present invention will be described.
The glow plug of the present invention generates heat by passing an electric current through the energization heating element, and the heating promotes ignition and combustion in the combustion chamber.
The ion detection electrode detects the state of ionization in the combustion flame. That is, at the time of detection of ion current, the ion detection electrode and the inner wall (cylinder head) of the combustion chamber adjacent to the electrode are two electrodes for capturing positive ions and negative ions at the time of fuel combustion existing between them. Form.
[0014]
What is important here is that the tip of the ion detection electrode is covered with the insulating porous layer, so that the ion detection electrode is not directly exposed to the flame. Therefore, the ion detection electrode does not cause stress concentration due to thermal shock caused by a high-temperature flame, and does not cause damage such as cracks.
Further, since the insulating porous layer has the communication hole, the ion current flows between the ion detection electrode and the cylinder head through the communication hole and is accurately detected.
[0015]
As a result, the ion current can be detected with high accuracy, and the information can be effectively used for combustion control. In addition, since the glow plug is provided with the original heat generation function (glow function) and ion current detection function, the structure is compact and can be manufactured at low cost.
[0016]
In addition, since the heating element is buried inside the insulator, it does not suffer from combustion flame, does not cause a decrease in resistance value, or changes in heat generation characteristics, and exhibits high heat generation performance over a long period of time. It has excellent durability. That is, since the energization heating element is not consumed by oxidation, the cross-sectional area is kept constant and the resistance value does not change. Furthermore, problems such as damage to the energization heating element due to thermal shocks in the combustion chamber can be avoided.
[0017]
In addition, carbon may adhere to the surface of the insulator as the fuel burns, but the attached carbon may be burned out by the heating operation of the energizing heating element (for example, the glow operation during low temperature start of the engine). it can. Therefore, the ion current can be accurately detected over a long period of time.
[0018]
In addition, the glow plug of the present invention has a simple structure because the energization heating element, the lead wire, and the ion detection electrode are integrally provided inside the insulator.
Therefore, according to the present invention, there is provided a glow plug that can detect an ionic current with high accuracy without causing a problem of carbon adhesion, has no damage such as cracks, has excellent durability, and is easy to manufacture. Can do.
[0019]
Next, as in the invention of claim 2, the thickness of the insulating porous layer is preferably 0.2 to 1.5 mm.
If it is less than 0.2 mm, there is a risk of damage such as cracks due to the thermal shock of the flame. On the other hand, if the thickness exceeds 1.5 mm, the thickness increases, and stress concentration due to flame heat tends to occur, which may cause cracks.
[0020]
Next, as in the invention of claim 3, the insulating porous layer and the insulator are preferably made of the same material. As a result, the bondability between the two is improved and the coefficient of linear expansion of both is the same, and the thermal shock resistance is improved.
[0021]
Next, as in the invention of claim 4, the ion detection electrode can also be used as an energization heating element (FIG. 13). In this case, the insulating porous layer covers the energization heating element (that is, the ion detection electrode) at the tip of the glow plug body.
[0022]
The ion detection electrode is MoSi. ₂ , WC, TiN or the like, or a refractory metal such as W, Mo, Ti or the like.
Moreover, it is preferable that the front-end | tip part of the said insulator has a hemispherical shape. In this case, by removing the sharp corners of the insulator, the disturbance of the combustion flame flow in the vicinity of the ion detector is suppressed, the detection performance is stabilized, the concentration of thermal stress is suppressed, and the thermal shock resistance is reduced. The effect of improving is acquired.
[0023]
The communicating holes formed in the insulating porous layer of the present invention may have any hole diameter as long as it communicates from the surface of the porous layer to the electrode surface.
For example, the tip of the glow plug of the present invention is immersed in a 50:50 alcohol aqueous solution of water and alcohol, and a communication hole through which current flows when a voltage of, for example, 12 volts is applied between the tip and the aqueous solution If it is.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1
A glow plug according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The glow plug of this example is a ceramic glow plug used as a starting assist device for a diesel engine.
The glow plug 1 of this example includes a main body 10 and a housing 4 that holds the main body 10 as shown in FIG. The main body 10 is electrically connected to both ends of the insulator 11, the energizing heating element 2 provided inside the insulator 11, and the energizing heating element 2, and is led out to the other end of the insulator. And a pair of

lead wires

21 and 22.
[0025]
Further, it has an ion detection electrode 3 that is electrically insulated from the energization heating element 2 and is disposed inside the insulator 11 for detecting the state of ionization in the flame. The tip 30 of the ion detection electrode 3 is covered with an insulating porous layer 38 having a communication hole 380 (FIG. 3) communicating with the flame, including the tip of the insulator 11. ing.
[0026]
As shown in FIGS. 1 and 2, the main body 10 is fixed in a metal housing 4 through a metal annular support 41.
One lead wire 21 of the energization heating element 2 rises inside the insulator 11 and is electrically connected to the internal lead wire 231 through a conductive terminal portion 23 provided on the side surface of the main body 10. Has been. The other lead wire 22 is electrically connected to the housing 4 via the annular support 41.
The upper end portion of the ion detection electrode 3 is electrically connected to the internal lead wire 33 via a conductive terminal portion 31 provided at the upper end portion of the insulator 11.
[0027]
On the other hand, the housing 4 has the annular support 41 and, as shown in FIG. The housing 4 has a male screw portion 43 for mounting on the cylinder head 45 of the engine. A rubber bush 421 is fitted into the upper opening of the protective cylinder 42. Further, external

lead wires

233 and 333 are inserted through the rubber bushing 421, and these are connected to the internal

lead wires

231 and 33 via

connection terminals

232 and 332, respectively.
Therefore, the external lead wire 233 is electrically connected to one end of the energization heating element 2, and the external lead wire 333 is electrically connected to the ion detection electrode 3.
[0028]
As described above, the other end of the energization heating element 2 is electrically connected to the housing 4 via the annular support 41 (FIG. 1).
Further, as shown in FIG. 1, the distal end portion (lower end portion) of the main body 10 is formed in a hemispherical shape, and the distal end portion 30 of the ion detection electrode 3 is exposed.
[0029]
Next, a method for manufacturing the glow plug body 10 will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 1, the glow plug main body 10 comprises an insulator 11, an energization heating element 2 embedded therein, an ion detection electrode 3, and the insulating porous layer 38.
Therefore, first, as shown in FIG. 4, a U-shaped energization heating element 2 and a rod-shaped ion detection electrode 3 are prepared in advance with conductive ceramic powder.
[0030]
On the other hand, as shown in FIG. 5, a substantially semicircular lower portion 111, a substantially plate-shaped middle portion 112, and a substantially semicircular upper portion 113 for forming the insulator 11 are formed by using insulating ceramic powder. Prepare in advance.

U-shaped grooves

115 and 116 are formed in the upper surface of the lower portion 111 and the lower surface of the middle portion 112 for inserting the energization heating element 2.
[0031]
Further, rod-shaped

grooves

117 and 118 for inserting the ion detection electrode 3 are formed on the upper surface of the middle portion 112 and the lower surface of the lower portion 113.
The energization heating element 2 is inserted into the

U-shaped grooves

115 and 116, and the ion detection electrode 3 is inserted into the rod-shaped

grooves

117 and 118, and these are laminated.
At this time, the

lead wires

21 and 22 are connected to the energization heating element 2.
[0032]
Thereby, a laminated body is obtained as shown in the upper part of FIG. Therefore, a disk-shaped insulating porous layer 382 prepared in advance is bonded to the front end portion 18 of the laminate with an adhesive.
Next, these are heated and sintered to form an integrally sintered body. Further, as shown in FIG. 6B, the lower part of the integrated sintered body is ground (a dotted line in the lower part of the figure) to form a hemispherical shape.
As a result, the glow plug body 10 shown in FIG. 1 is obtained.
[0033]
Next, the glow plug 1 constituted by the main body 10 and the housing 4 as described above is mounted by screwing the male thread portion of the housing 4 into the cylinder head 45 of the engine as shown in FIG. Thus, the tip of the glow plug body 10 is mounted in a state of protruding into the vortex chamber 451 that is a part of the combustion chamber of the cylinder head 45. Reference numeral 457 is a main combustion chamber, 458 is a piston, and 459 is a fuel injection nozzle.
[0034]
The glow plug 1 is connected to a glow plug operating circuit as shown in FIG.
That is, the lead wire 21 at one end of the energization heating element 2 is connected to the metal cylinder head 45 through the external lead wire 233, glow relays 53, 531, and a 12-volt battery 54. Furthermore, it is connected to the other end of the energization heating element 2 via the cylinder head 45, the housing 4, the annular support 41, and the lead wire 22 (FIG. 1) of the main body 10.
Thereby, a heating circuit for the energization heating element 2 is formed.
[0035]
Further, the external lead wire 333 of the ion detection electrode 3 is connected to the cylinder head 45 via the ion current detection resistor 521 and the DC power source 51. The ion current detection resistor 521 is provided with a potentiometer 522 for detecting an ion current, which is connected to an ECU (electronic control unit) 52. The ECU 52 is connected to the glow relays 53 and 531, the engine coolant temperature sensor 525, and the engine speed sensor 526.
[0036]
When the glow plug 1 shown in FIG. 7 is used, the glow relays 53 and 531 are turned on by the ECU 52 when the engine is started. Therefore, the battery 54 and the energization heating element 2 of the glow plug are closed, and the energization heating element 2 of the glow plug body 10 is energized to generate heat. For this reason, the glow plug 1 is heated and rises to the ignition temperature.
Therefore, each time fuel is injected from the fuel injection nozzle 459, the fuel is ignited, the piston 458 is activated, and the engine is driven.
[0037]
On the other hand, when the fuel is burning, ions are generated as described above, and the ion current is detected by the ion detection electrode 3, the ion current detection resistor 521, and the potentiometer 522.
That is, a voltage is applied between the ion detection electrode 3 of the glow plug body 10 and the cylinder head 45 by a DC power source 51 of 12 volts.
[0038]
Therefore, with the generation of active ions in the combustion flame zone in the vortex chamber 451, an ionic current flows through a current path including the ionic current detection resistor 521.
The ion current detection resistor 521 has a resistance of about 500 kΩ, and the ion current flowing therethrough is detected by the potentiometer 522 as a potential difference between both ends thereof.
[0039]
Here, the principle of detection of ion current is outlined.
When the fuel injected from the fuel injection nozzle 459 burns in the vortex chamber 451, a large amount of ionized positive ions and negative ions are generated in the combustion flame zone. At this time, since a battery voltage is applied between the ion detection electrode 3 and the cylinder head 45 facing the ion detection electrode 3, negative ions are captured by the ion detection electrode 3 and positive by the cylinder head 45. Ions are captured.
As a result, the current path is formed, and the ionic current flowing through the current path is detected as a potential difference between both ends of the ionic current detection resistor 521.
[0040]
On the other hand, the ECU 52 is configured around a known microcomputer and A / D converter (both not shown) comprising a CPU, ROM, RAM, input / output circuit, etc., and receives a detection signal detected by the potentiometer 522. To do.
Further, the ECU 52 receives a detection signal from a water temperature sensor 525 for detecting the temperature of the engine cooling water and a detection signal from the rotation speed sensor 526 for detecting the engine rotation speed in accordance with the engine crank angle. Detects the water temperature Tw and the engine speed Ne based on each detection signal.
[0041]
The ECU 52 heats the energization heating element 2 of the glow plug 1 to promote fuel ignition and combustion when the diesel engine is started at a low temperature. Also, the ion current is detected immediately after the diesel engine is started.
It should be noted that at the beginning of the engine start, the glow relays 53 and 531 are in an on state, and the energization heating element 2 is maintained in a heated state.
[0042]
Hereinafter, the on / off switching process of the glow relays 53 and 531 will be described with reference to the flowchart of FIG. This figure is executed by interruption processing for a predetermined time.
First, when the processing of FIG. 8 is started, the ECU 52 first determines in step 11 whether or not the engine warm-up has been completed and whether the glow relays 53 and 531 are off. At the beginning of the engine start, step 11 is negatively determined, and the ECU 52 reads the water temperature Tw and the engine speed Ne in the subsequent step 12.
[0043]
Thereafter, in step 13, it is determined whether or not the water temperature Tw is equal to or higher than a predetermined warm-up completion temperature (60 ° C. in this embodiment), and in step 14, the engine speed Ne is set to a predetermined speed (this embodiment). In the example, it is determined whether or not it has reached 2000 rpm) or more.
At this time, if both

steps

13 and 14 are negatively determined, it is considered that the warm-up of the engine has not been completed and heating by the energization heating element 2 of the glow plug is necessary, and the routine proceeds to step 15.
[0044]
If either step 13 or 14 is positively determined, it is assumed that the engine has been warmed up or that heating by the glow plug 1 is unnecessary, and the routine proceeds to step 16.
[0045]
When the routine proceeds to step 15, the glow relays 53 and 531 are kept on. In this state, the ignition and combustion of the fuel is continued by the heat generating action of the glow plug 1.
When the routine proceeds to step 16, the ECU 52 turns off the glow relays 53 and 531.
[0046]
Next, FIG. 9A is a current waveform diagram when ionic current generated during fuel combustion is observed using an oscilloscope. In the figure, the waveform in which the voltage rapidly increases immediately after the fuel injection timing (compression TDC) is the ion current waveform due to the combustion of fuel, and the point A corresponds to the combustion start position, that is, the ignition timing.
Two peaks are observed in this ion current waveform. That is, in the early stage of combustion, the first peak B1 is observed due to the active ions in the diffusion flame zone, and in the late stage of combustion, the second peak B2 is observed due to reionization due to the increase in the in-cylinder pressure.
[0047]
In this case, the ECU 52 detects the actual ignition timing from the first peak B1 of the ion current waveform, and performs feedback control of the ignition timing so as to eliminate the difference between the detected actual ignition timing and the target ignition timing. .
The ECU 52 detects a combustion state such as abnormal combustion or misfire from the second peak B2 of the ion current waveform, and reflects the detection result in the fuel injection control. By reflecting the ionic current in the fuel injection control of the engine in this way, it becomes possible to finely control the operating state of the engine.
[0048]
Next, when carbon (soot) generated by fuel combustion adheres to the ion detection electrode 3 of the glow plug, that is, when sag occurs, the ion current is measured at the fuel injection timing as shown in FIG. 9B. A phenomenon occurs in which it is low before and then rises (compare (A) and (B) in FIG. 9). It should be noted that Ith in FIG. 9B represents a peak value determination level (threshold value) for determining whether the glow relays 53 and 531 are turned on by determining the turning state.
Therefore, when such a wrinkle phenomenon occurs, the glow relays 53 and 531 are turned on, the energizing heating element 2 is heated, and the attached carbon is burned out.
[0049]
Next, FIG. 10 is a flowchart in which this carbon burn-out operation is performed by the ECU 52 in the circuit of FIG.
That is, when the glow relays 53 and 531 are in the OFF state in step 21 in the figure, it is determined in step 22 whether or not the abnormal ion current (FIG. 9B) is detected at the fuel injection timing. If not, the process proceeds to step 24 and the glow relays 53 and 531 remain off.
On the other hand, when an abnormal ion current is detected, the routine proceeds to step 23, where the glow relays 53 and 531 are turned on, and the energization heating element 2 of the glow plug is heated to burn out the carbon.
[0050]
As described above, in the glow plug of this example, the energization heating element 2 and the

lead wires

21 and 22 are formed in the insulator 11, and the ion detection electrode 3 is provided in the insulator 11, These are integrally formed. Therefore, the glow operation (heating operation) by the energization heating element 2 and the ion current detection by the ion detection electrode 3 can be achieved by one glow plug.
[0051]
Further, even when carbon adheres to the surface of the glow plug body 10, that is, the surface of the insulator 11, the carbon is burned off by energizing and heating the energization heating element 2 near the ion detection electrode 3. , Ion current detection can be returned to the normal state. Therefore, ions can be detected with high accuracy through the communication hole 380 (FIG. 3) of the insulating porous layer 38.
[0052]
What is important here is that the tip 30 of the ion detection electrode 3 is covered with the insulating porous layer 38 (FIG. 3), so that the ion detection electrode 3 is directly exposed to a flame. There is nothing to do.
Therefore, the ion detection electrode 3 does not cause stress concentration due to thermal shock caused by a high-temperature flame, and does not cause damage such as cracks.
Further, since the insulating porous layer 38 has the communication hole 380, the ions flow between the ion detection electrode 3 and the cylinder head 45 through the communication hole 380 and are accurately detected as an ion current.
[0053]
Further, since the insulator 11, the energization heating element 2, the

lead wires

21, 22, the ion detection electrode 3, and the insulating porous layer 38 are integrally configured, the configuration is simple.
Further, since the energization heating element 2, the

lead wires

21, 22, and the ion detection electrode 3 are provided inside the insulator 11, there is no corrosion such as oxidation due to combustion gas, and the durability is excellent.
Further, since the tip of the insulator 11 has a hemispherical shape (FIGS. 1 to 3), it can absorb the thermal shock in the combustion chamber.
[0054]
Embodiment 2
Next, specific examples of the glow plug body shown in the first embodiment are shown in Table 1 together with comparative examples.
First, the energization heating element has a small particle size conductive MoSi. ₂ (Molybdenum disilicide) powder and large-diameter insulating Si _Three N _Four (Silicon nitride) and Y as a sintering aid ₂ O _Three And an organic binder to form a U-shape (FIG. 4A).
The ion detection electrode was also formed into a rod shape using the same material (FIG. 4B).
[0055]
Next, the insulator is made of Si with a small particle size. _Three N _Four And MoSi with almost the same particle size ₂ And Y ₂ O _Three And an organic binder were used to form the upper part 111, the middle part 112, and the lower part 113 as shown in FIG.
On the other hand, the insulating porous layer 38 was formed into a plate-like body 382 using the same material as that for the insulator 11 and having a larger amount of organic binder.
[0056]
These were laminated as described above, and the plate-like body 382 of the insulating porous layer was joined to the front end portion of the laminate as shown in FIG. 6 with an adhesive.
And the laminated product of these production | generation forms was pressure-sintered for 60 minutes at 1750 degreeC after degreasing | defatting an organic binder at 450 degreeC. Further, the tip of the glow plug was ground into a hemispherical shape to obtain the glow plug body shown in FIG.
[0057]
The thickness of the insulating porous layer 38 in the glow plug body 10 was variously changed as shown in Table 1.
The insulating porous layer 38 has a maximum thickness because the tip is hemispherical.
[0058]
Next, the glow plug was mounted on a cylinder head 45 of a diesel engine as shown in FIG. After the energization heating element of the glow plug is energized and heated to 1200 ° C., the engine is started, the engine is idled for 1 minute, and after 1 minute of engine stop, the above-described engine test is repeated 20 times. , 30,000 times and 30,000 times.
The state of damage such as cracks in the tip of the ion detection electrode and the surrounding insulator was observed.
The results are shown in Table 1.
[0059]
As known from Table 1, the sample (No. 1) in which the insulating porous layer 38 was not provided had chipping due to cracks in the 20,000 test. Further, among the samples provided with the insulating porous layer, the thicknesses of 0.1 and 1.6 mm (Sample Nos. 2 and 7) were damaged by cracks and the like after 30,000 tests.
Since the above test is a severe condition, the sample No. 2 and 7 have almost no problem in practical use. The thing of 3-6 has the outstanding durability.
[0060]
[Table 1]

[0061]
Embodiment 3
In this example, as shown in FIG. 11, the glow plug operation circuit (FIG. 7) of the first embodiment is modified, and the battery 54 and the DC power source 51 of the first embodiment are replaced with only one battery 55. It has been replaced.
A constant current / constant voltage circuit 524 may be interposed between the ion current detection resistor 521 and the battery 55. In this case, the circuit configuration can be simplified and the cost can be reduced.
[0062]
Others are the same as in the first embodiment.
Also in this example, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. In particular, in this example, the constant current / constant voltage circuit 524 is interposed, so that even one battery can prevent fluctuations in the voltage applied to the ion electrode when the glow plug generates heat, and can maintain stable detection performance. The effect that can be obtained.
[0063]
Embodiment 4
In this example, as shown in FIG. 12, in the glow plug body 10, the ion detection electrode 3 is integrally provided at the U-shaped lower end of the energization heating element 2, and is implemented at the tip 30 of the ion detection electrode 3. This is an example in which the same insulating porous layer 38 as in Embodiment 1 is provided.
According to this example, since the ion detection electrode 3 is provided at the tip of the energization heating element 2, the structure of the glow plug is simplified.
Others are the same as in Embodiment 1, and the same effects as in Embodiment 1 can be obtained.
[0064]
Embodiment 5
In this example, as shown in FIG. 13, the U-shaped energization heating element 2 is also used as the ion detection electrode 3.
In this example, the tip (U-shaped lower end) and the lower side surface of the ion detection electrode 3 are covered with an insulating porous layer 38.
According to this example, the structure is simple because the ion detection electrode and the energization heating element are combined. The operation circuit of the glow plug of this example is as shown in the sixth embodiment.
Others are the same as in Embodiment 1, and the same effects as in Embodiment 1 can be obtained.
[0065]
Embodiment 6
In this example, as shown in FIGS. 14 and 15, an overall cross-sectional view of the glow plug main body when the energization heating element and the ion detection electrode shown in the fourth embodiment and the fifth embodiment are integrated. And a glow plug operating circuit.
That is, as shown in FIG. 14, in the case of the integration, the lead wire 22 provided on the energization heating element 2 is connected to the terminal portion 31 provided on the upper end of the insulator 11.
[0066]
The glow plug configured as described above is attached to the cylinder head 45 in the same manner as in FIG. 11 of the first embodiment.
In the case of this example, since the energization heating element 2 and the ion detection electrode 3 are integrated, the operation circuit of the glow plug has the configuration shown in FIG.
[0067]
When the energization heating element 2 is caused to generate heat, the ion relay 530 is turned off and the glow relays 53 and 531 are turned on as shown in FIG. On the other hand, when an ion current is detected by the ion detection electrode 3, the ion relay 530 is turned on and the glow relays 53 and 531 are turned off.
As a result, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
Others are the same as in the first embodiment.
[Brief description of the drawings]
1A is a cross-sectional view of a glow plug main body, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 2 is an overall explanatory diagram of a glow plug in the first embodiment.
3 is an explanatory diagram of an insulating porous layer in Embodiment 1. FIG.
4A is a perspective view of an energization heating element and FIG. 4B is an ion detection electrode in Embodiment 1. FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a glow plug body in the first embodiment.
6 is an explanatory diagram of a method for manufacturing the glow plug body, continued from FIG. 5;
FIG. 7 is a glow plug operation circuit diagram in the first embodiment.
FIG. 8 is a flowchart when a glow plug is started in the glow plug operation system in the first embodiment.
9A and 9B are diagrams showing (A) an ion current when normal and (B) an ion current when turning in Embodiment 1. FIG.
FIG. 10 is a flowchart of turning determination in the first embodiment.
FIG. 11 is a glow plug operation circuit diagram in the third embodiment.
12 is a cross-sectional view of a glow plug main body in Embodiment 4. FIG.
13 is a cross-sectional view of a glow plug body in Embodiment 5. FIG.
14A is a cross-sectional view of a glow plug main body, and FIG. 14B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
FIG. 15 is a glow plug operation circuit diagram according to the sixth embodiment.
[Explanation of symbols]
1. . . Glow plug,
10. . . Body,
11. . . Insulator,
2. . . Energizing heating element,
21,22. . . Lead,
3. . . Ion detection electrode,
30. . . Tip,
38. . . Insulating porous layer,
4). . . housing,
45. . . cylinder head,
451. . . Vortex chamber,

Claims

In a glow plug comprising a housing and a body supported in the housing,
The main body has an insulator,
Detects the energization heating element provided inside the insulator, a pair of lead wires that are electrically connected to both ends of the energization heating element and led out of the insulator, and the state of ionization in the flame And an ion detection electrode for
A glow plug characterized in that at least a tip of the ion detection electrode is covered with an insulating porous layer having a communication hole communicating with the flame.

2. The glow plug according to claim 1, wherein the insulating porous layer has a thickness of 0.2 to 1.5 mm.

3. The glow plug according to claim 1, wherein the insulating porous layer and the insulator are made of the same material.

The glow plug according to claim 1, wherein the ion detection electrode is also used as the energization heating element.