JP4094205B2

JP4094205B2 - Method for measuring characteristics of ceramic heater or glow plug

Info

Publication number: JP4094205B2
Application number: JP2000151625A
Authority: JP
Inventors: 雅人谷口; 靖坂倉; 学沖中
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2020-05-23
Also published as: JP2001330248A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料の着火・燃焼を促進し、また、燃料燃焼時に発生するイオンを検出するように制御されるグロープラグ、又は、グロープラグに用いられるセラミックヒータの特性を測定する特性測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃費向上のため、熱効率の良いディーゼルエンジンの乗用車への搭載が増加しており、ユーザから、より一層の燃費向上の他、ガソリンエンジンに比して劣っていた振動や騒音、始動性などの改善が求められている。一方、環境保護の観点から排出ガスのクリーン化も求められている。
これらの要求に対応するため、エンジンにおける燃料噴射のタイミングや噴射量を制御すべく、燃料燃焼時に発生するイオンを検知し、この結果を用いたフィードバック制御が提案されている。なお、イオンの検出は、具体的には、グロープラグとエンジンの燃焼室内壁との間に電圧を印加し、イオンの存在によって流れるイオン電流を検出する方法が提案されている。
【０００３】
ところで、グロープラグにはエンジンの燃焼室内に露出する露出部にセラミックヒータが用いられているものがある。セラミックヒータが用いられたグロープラグで上記の方法を使用してイオン電流を検出するためには、発熱体を覆っているセラミック基体部分にある程度の導電性が必要であり、そのために例えば、発熱体に通電することによって発生した熱によって窒化珪素の温度を上昇させ、絶縁抵抗を低下させることが行われる。そして、この状態でグロープラグとエンジンの燃焼室内壁との間に電圧を印加すると、このセラミック基体とエンジン燃焼室内のイオンを介して、イオン電流を検出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなセラミック基体の絶縁抵抗値は、発熱体とセラミック基体との熱膨張係数を合わせるために添加した導電セラミックの素材や添加量によって異なり、また、セラミック基体の温度によって変化する。イオン電流を的確に検出するためには、イオン電流測定の為の回路の特性を適正にする必要がある。このためには、グロープラグあるいはセラミックヒータの温度と絶縁抵抗値との関係が既知であることが好ましい。そこで、セラミックヒータに通電して加熱しつつ、各温度におけるセラミック基体の絶縁抵抗を測定する必要があった。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、セラミックヒータを通電加熱しつつその絶縁抵抗を測定するセラミックヒータ又はグロープラグの特性測定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
しかしてその解決手段は、グロープラグに用いられ、通電により発熱する通電発熱体がセラミック基体で覆われているセラミックヒータの特性測定方法であって、上記セラミックヒータの表面に絶縁抵抗計の一方の端子であるプローブを当接させた状態で、上記通電発熱体へ通電して上記セラミックヒータを加熱する加熱ステップと、上記プローブと絶縁抵抗計の他方の端子に接続する通電発熱体との間でセラミック基体の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定ステップと、上記セラミックヒータの表面温度を測定する表面温度測定ステップと、を備えるセラミックヒータの特性測定方法である。
【０００７】
本発明のセラミックヒータの特性測定方法によれば、加熱ステップでセラミックヒータを加熱しながら、絶縁抵抗測定ステップでセラミックヒータの表面と通電発熱体との間の絶縁抵抗を測定する。さらに、表面温度測定ステップでセラミックヒータの表面温度を測定する。
セラミック基体の絶縁抵抗に比べて通電発熱体の抵抗は無視できるので、絶縁抵抗測定ステップではセラミック基体の絶縁抵抗値が測定される。従って、セラミックヒータの温度を変化させながら、セラミック基体の絶縁抵抗とセラミックヒータの表面温度を測定できる。
【０００８】
さらに、セラミックヒータの特性測定方法であって、前記セラミックヒータの表面のうち、少なくとも前記プローブの当接部分に金属膜を有するセラミックヒータの特性測定方法とすると良い。
【０００９】
セラミックヒータの表面に絶縁抵抗計のプローブを当接させるに際し、両者が密着できるとは限らない。そのため、ヒータ表面へのプローブの当接のさせ方によっては、接触面積が小さくなって正確な絶縁抵抗値が測定できなくなる等、測定にばらつきが生じるおそれがある。これに対し、本発明のセラミックヒータの特性測定方法では、少なくともプローブの当接部分のセラミックヒータ表面に金属膜を有するので、金属膜の良好な導電性により接触面積が小さくても絶縁抵抗測定のための微小電流をプローブへ確実に流すことができる。プローブが金属膜と接触していれば、プローブの当接のさせ方に影響されることなく絶縁抵抗を測定できるので、測定が容易でばらつきの少ない測定が可能となる。
【００１０】
また、他の解決手段は、通電により発熱する通電発熱体がセラミック基体で覆われているセラミックヒータを有するグロープラグの特性測定方法であって、上記セラミックヒータの表面に絶縁抵抗計の一方の端子であるプローブを当接させた状態で、上記通電発熱体へ通電して上記セラミックヒータを加熱する加熱ステップと、上記プローブと絶縁抵抗計の他方の端子に接続する通電発熱体との間でセラミック基体の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定ステップと、上記セラミックヒータの表面温度を測定する表面温度測定ステップと、を備えるグロープラグの特性測定方法である。
【００１１】
セラミックヒータがグロープラグに組み込まれた状態でも、エンジンの燃焼室内に露出するための露出部分を有する。そこで、この露出部分に絶縁抵抗計のプローブを当接させることで、グロープラグについても同様に絶縁抵抗値を測定することができる。
即ち、このグロープラグの特性測定方法によれば、加熱ステップでセラミックヒータを加熱しながら、絶縁抵抗測定ステップでセラミックヒータの表面と通電発熱体との間の絶縁抵抗を測定する。さらに、表面温度測定ステップでセラミックヒータの表面温度を測定する。
セラミック基体の絶縁抵抗に比べて通電発熱体及びグロープラグの導電路の抵抗は無視できるので、絶縁抵抗測定ステップではセラミック基体の絶縁抵抗値が測定される。従って、セラミックヒータの温度を変化させながら、セラミック基体の絶縁抵抗とセラミックヒータの表面温度を測定できる。
【００１２】
さらに、グロープラグの特性測定方法であって、前記セラミックヒータの表面のうち、少なくとも前記プローブの当接部分に金属膜を有するグロープラグの特性測定方法とすると良い。
【００１３】
セラミックヒータの表面に絶縁抵抗計のプローブを当接させるに際し、両者の表面が滑らかで密着できるとは限らない。そのため、ヒータ表面へのプローブの当接のさせ方によっては、接触面積が小さくなって正確な絶縁抵抗値が測定できなくなる等、測定にばらつきが生じるおそれがある。これに対し、本発明のグロープラグの特性測定方法では、少なくともプローブの当接部分のセラミックヒータ表面に金属膜を有するので、金属膜の良好な導電性により接触面積が小さくても絶縁抵抗測定のための微小電流をプローブへ確実に流すことができる。プローブが金属膜と接触していれば、プローブの当接させ方に影響されることなく絶縁抵抗を測定できるので、測定が容易でばらつきの少ない測定が可能となる。なお、金属膜とグロープラグのハウジングとの絶縁のため、グロープラグの外筒の先端と金属膜との間に隙間を設けるようにするのが好ましい。具体的には、５００〜１０００Ｖ程度で絶縁抵抗を測定することを考慮し、１ｍｍ以上、好ましくは１．５ｍｍ以上の隙間とするのが好ましい。さらに好ましくは、２ｍｍ程度の隙間とすると良い。
【００１４】
さらに、上記のセラミックヒータ又はグロープラグの特性測定方法では、プローブの少なくとも先端部が鉄で形成されているセラミックヒータの特性測定方法とするのが好ましい。
【００１５】
絶縁抵抗測定のためにプローブの先端部をセラミックヒータに当接させると、セラミックヒータの熱がプローブに伝導される。セラミックヒータの熱がプローブに逃げることは、プローブの当接によりセラミックヒータ自身の温度が変化することになり好ましくない。これに対し、プローブの先端部を例えば鉄のような電気伝導は良好であるが熱伝導は良好でない材質で形成すると、プローブを介しての熱の逃げが少なくなるのでより正確な測定ができる。
【００１６】
さらに、上記のセラミックヒータ又はグロープラグの特性測定方法では、プローブの先端部はセラミックヒータの径の１／１０〜１／１００の細径棒状であるセラミックヒータの特性測定方法とするのが好ましい。
【００１７】
プローブの先端部からの伝導による熱放散はその接触面積にも関係する。プローブ先端部の径がセラミックヒータの径に対し１／１０を越えるとその熱伝導が無視できなくなり、セラミックヒータの温度の正確な測定が難しくなる。また、１／１００より細くなると、プローブの強度が小さく取り扱いが難しくなるので絶縁抵抗値の正確な測定が難しくなる。従って、１／１０〜１／１００とすることで、熱放散を防ぎつつ、容易に取り扱って測定できる。
【００１８】
さらに上記のセラミックヒータ又はグロープラグの特性測定方法では、前記表面温度測定ステップは赤外線放射温度計で前記セラミックヒータの表面温度を測定するセラミックヒータの特性測定方法とするのが好ましい。
【００１９】
赤外線放射温度計は非接触であるので、絶縁抵抗と同時に測定しても表面温度や絶縁抵抗値の測定結果に悪影響を及ぼさない。また、温度測定の為にセラミックヒータやグロープラグに加工を施す必要もなく容易に測定できる。
また、比較的広い範囲を視野に入れることが可能なものでは、セラミックヒータ全体、あるいはグロープラグの露出部全体を視野内に捉えて、その内の最も高温である箇所の温度を測定することができる。また、最も高温である部分の裏側に絶縁抵抗計のプローブを当てることにより、測定した表面温度とその温度における絶縁抵抗値との関係をより的確に測定できる。つまり、前記プローブの当接部分は、前記セラミックヒータの表面温度が最も高くなる部分とすることが好ましい。最も表面温度の高くなる部分は限られた場所になるので、測定毎の測定場所によるバラツキを小さくすることができるからである。特に具体的には、Ｕ字状の前記通電発熱体の内側先端部分に対応する表面を選択すると良い。この部分が最も高温になるからである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明のセラミックヒータの特性測定方法の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１に示すセラミックヒータ２は、略Ｕ字状のセラミック発熱体（通電発熱体）４と、これを覆うセラミック基体５、及びタングステンからなる２つのリード６，７とを有する。セラミック発熱体４の一方の端部４Ａは、リード６を経由してセラミックヒータ２の後端（図中上端）に導かれ、端子部６Ａがセラミックヒータ２の外面に露出している。一方、セラミック発熱体４の他方の端部４Ｂは、リード７を経由してセラミックヒータ２の中央部外周に導かれ、端子部７Ａがセラミックヒータ２の外面に露出している。
【００２１】
また、セラミック基体５は、窒化珪素を主体とし、導電セラミックである炭化チタンを若干添加したセラミックからなる。このセラミック基体５は、常温では絶縁体であるが、温度が上がるにつれて抵抗が下がり、導電性を示す。窒化珪素は温度の上昇と共に、徐々に絶縁抵抗が低下するものであるが、このセラミック基体５のように、窒化珪素にさらに導電性セラミックを添加すると、その基体抵抗値（絶縁抵抗値）Ｒｉは窒化珪素のものよりさらに低抵抗側にスライドした変化を示すようになる。また、セラミック発熱体４は、セラミック基体５に用いたセラミック材とタングステンカーバイト（ＷＣ）とからなる導電性のセラミックである。
【００２２】
このセラミックヒータ２の先端部（図中下部）２Ａの表面温度Ｔｓと、セラミック発熱体４と先端部２Ａ表面間の基体抵抗値Ｒｉとの関係を測定する方法を説明する。まず予め、先端部２Ａを導電性の金属膜９で被覆する。具体的には、厚さ１μｍ程度の金層または銀層を蒸着によって形成する。セラミック発熱体４と先端部２Ａ表面間の基体抵抗値Ｒｉを安定して測定できるようにするためである。なお、セラミック発熱体４を発熱させたとき、表面のうち最も高温となるのはＵ字状のセラミック発熱体４のうち内側先端部４Ｃに対応した部分であるので、この部分を含むように金属膜９を形成しておく。
次いで、図２に示すように、セラミックヒータ２の端子部６Ａと７Ａの間に、電流計２１、スイッチ２２を介して定電圧電源２３を接続する。これにより定電圧電源２３からＶｇ＝１２Ｖの一定電圧が給電され、セラミック発熱体４が発熱して先端部２Ａの温度が昇温する。なお、定電圧電源２３としては、ＫＩＫＵＳＵＩ製、ＰＶＳ２０−１３０を用いた。
【００２３】
一方、先端部２Ａの表面温度Ｔｓを知るため、先端部２Ａを含む領域を見込むようにセットした赤外線放射温度計２４によって、先端部２Ａのうち表面温度Ｔｓが最も高くなる部分の温度を測定する。この表面温度Ｔｓは、温度変換器２５によって表示される。なお、赤外線放射温度計２４には、日本アビオニクス製、ＴＶＳ−１００を用いた。
【００２４】
さらに、絶縁抵抗計２６の一方の端子であるプローブ２７の先端部２７Ａをセラミックヒータ２の先端部２Ａに接触させ、他方の端子を端子部７Ａ（又は端子部６Ａ）に接触させて、両端子間の絶縁抵抗値を測定することで基体抵抗値Ｒｉを測定する。この時、上記のように測定された表面温度Ｔｓが最も高い部分の裏側（セラミックヒータ２の中心軸を中心として対称となる位置）に先端部２７Ａを接触させるようにする。つまり、プローブ２７とは逆側からセラミックヒータ２を見込むように赤外線放射温度計２４の視野をセットする。これは、表面温度Ｔｓの分布はほぼ軸のまわりに対称であることと、プローブ２７が赤外線放射温度計２４の視野内に入らないようにするためである。なお、表面温度Ｔｓが最も高い部分は、前記したようにセラミック発熱体４の内側先端部４Ｃに対応した部分である。
【００２５】
こうして、絶縁抵抗計２６により、セラミック発熱体４とセラミック基体５の表面との間の基体抵抗値Ｒｉが測定できる。上記したように、先端部２Ａには、金層などの金属膜９が形成されているので、プローブ２７の接触状態に影響されることなく安定して基体抵抗値Ｒｉを測定することができる。なお、プローブ２７の先端部２７Ａは、先端部２Ａの熱を逃がし難くするため、直径０．１ｍｍの円柱状に形成した鉄製の部材を用いている。また、絶縁抵抗計２６には、ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ製、Ｒ８３４０（ＵＬＴＲＡＨＩＧＨＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥＭＥＴＥＲ）を用いた。
【００２６】
この構成で、定電圧電源２３によってセラミック発熱体４に電流を流してセラミックヒータ２を加熱しながら、先端部２Ａの表面温度Ｔｓと基体抵抗値Ｒｉを同時に測定する。
これにより、先端部２Ａの表面温度Ｔｓの変化につれてセラミック発熱体４とセラミック基体５の表面との間の基体抵抗値Ｒｉが変化する関係を知ることができる。
【００２７】
ここで、セラミックヒータ２に用いられているセラミック基体５の組成を変更したものを複数種類製作して、その特性を測定した例を示す。まずその組成を表１に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
これらの組成のセラミック基体５を用いたセラミックヒータ２について、上記測定を行った結果を図３に示す。このグラフから容易に理解できるように、いずれの組成においても、先端部２Ａの表面温度Ｔｓが高くなるにつれて、基体抵抗値Ｒｉが低下することが判る。しかも、ＴｉＮ，ＴｉＣ，ＷＣ，ＭｏＳｉ２，ＳｉＣなどの導電セラミックの添加量が多いほど基体抵抗値Ｒｉが低い側にスライドするようにして低くなることが判る。
【００３０】
本実施形態のセラミックヒータ２の特性測定方法では、定電圧電源２３でセラミックヒータ２のセラミック発熱体４に通電し加熱しながら、赤外線放射温度計２４で表面温度Ｔｓを、絶縁抵抗計２６で基体抵抗値Ｒｉをそれぞれ同時に測定できる。従って、表面温度Ｔｓの上昇につれて変化する基体抵抗値Ｒｉの様子をグラフ化して、セラミックヒータ２の特性として得ることができる。
こうしてセラミックヒータ２の特性を測定しておくことで、このセラミックヒータ２をグロープラグに用いた場合の、イオン電流測定の為の回路の特性を適正に選択することができる。
【００３１】
（実施形態２）
次いで、本発明の第２の実施形態について説明する。上記実施形態１では、セラミックヒータ２単体の表面温度Ｔｓと基体抵抗値Ｒｉを測定した。
これに対し、本実施形態２では、組み立てられたグロープラグ１０を用いる点で異なるのみで、定電圧電源２３、赤外線放射温度計２４、及び絶縁抵抗計２６等は同様な構成であるので、異なる部分について説明し同様な部分については説明を省略あるいは簡略化する。
【００３２】
本実施形態２にかかるグロープラグ１０を、図４に示す。グロープラグ１０は、金属製で筒状のハウジング１とセラミックヒータ２を有する。セラミックヒータ２は、実施形態１で使用したものと同様の構造であり、その先端部（図中下部）２Ａを外部に露出させるようにして、金属製の外筒３にロウ付けされ、さらにこの外筒３はハウジング１にロウ付けにより固着されている。
【００３３】
セラミック発熱体４の一方の端部４Ａは、リード６を経由してセラミックヒータ２の後端（図中上端）に導かれ、端子部６Ａとコイルバネ状のコイルリード８を介して、中軸１１に接続している。この中軸１１の先端（図中上端）には、オネジが螺刻されたターミナル部１１Ｔとなっている。
一方、セラミック発熱体４の他方の端部４Ｂは、リード７を経由してセラミックヒータ２の中央部外周に導かれ、端子部７Ａとリード線１２を介して、中軸１１の長手方向中央部を取り囲むターミナルスリーブ１３に接続している。
従って、このグロープラグ１０では、中軸１１（ターミナル部１１Ｔ）と、ターミナルスリーブ１３との間に電流を流すことにより、セラミック発熱体４が発熱し、これに伴ってセラミックヒータ２の先端部２Ａの表面温度が上昇する構造となっている。
【００３４】
また、ターミナルスリーブ１３は、筒状の絶縁リング１４によってハウジング１と絶縁され、また、ターミナルスリーブ１３の内周に沿って配置された筒状の絶縁スリーブ１５によって、中軸１１とも絶縁されている。
従って、セラミック発熱体４は、ハウジング１とは絶縁された構造となっている。
【００３５】
上記のグロープラグ１０の先端部２Ａの表面温度Ｔｓと、セラミック発熱体４と先端部２Ａ表面間の基体抵抗値Ｒｉとの関係を測定する方法を図５に示す。実施形態１とは測定対象が異なるのみであり、各機器の接続位置が変更されている他は図２と同様の構成である。
まず予め、先端部２Ａを金層や銀層などの導電性の金属膜９で被覆する。具体的には、外筒３の先端３Ａと２ｍｍ程度の隙間をあけて金属膜９を形成する。後述する絶縁抵抗の測定において、５００〜１０００Ｖを印加するので、外筒３とショートしないようにするためである。
次いで、図５に示すように、グロープラグ１０のターミナル部１１Ｔとターミナルスリーブ１３の間に、電流計２１、スイッチ２２を介して定電圧電源２３を接続する。
一方、先端部２Ａの表面温度Ｔｓを知るため、先端部２Ａを含む領域を見込むようにセットした赤外線放射温度計２４によって、先端部２Ａのうち表面温度Ｔｓが最も高くなる部分の温度を測定する。この表面温度Ｔｓは、温度変換器２５によって表示される。
さらに、絶縁抵抗計２６のプローブ２７の先端部２７Ａを先端部２Ａに接触させ、ターミナルスリーブ１３との間の基体抵抗値Ｒｉを測定する。
【００３６】
上記のようにして、実施形態１のセラミックヒータ２と同様にグロープラグ１０の特性の測定ができる。しかも、グロープラグ１０として既に組み立てられたものを測定するので、実際にエンジン内で使用される場合の特性により近い測定結果を得ることができる。
【００３７】
以上において、本発明を実施形態１，２に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では、先端部２Ａに金層あるいは銀層を蒸着するとしたが、被膜を形成する方法としてはメッキ又はスパッタリングによってもよい。
また例えば、上記実施形態では、先端部の表面温度Ｔｓを赤外線放射温度計２４によって測定するとしたが、熱電対によってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】セラミックヒータの断面図である。
【図２】セラミックヒータのセラミック基体の表面温度Ｔｓ、基体抵抗値Ｒｉを測定する測定方法を説明する説明図である。
【図３】種々のセラミックヒータのセラミック基体の表面温度Ｔｓと基体抵抗値Ｒｉの関係を示すグラフである。
【図４】グロープラグの断面図である。
【図５】グロープラグのセラミック基体の表面温度Ｔｓ、基体抵抗値Ｒｉを測定する測定方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ハウジング
２セラミックヒータ
２Ａ先端部
４セラミック発熱体（通電発熱体）
５セラミック基体
９金属膜
１０グロープラグ
２３定電圧電源
２４赤外線放射温度計
２５温度変換器
２６絶縁抵抗計
２７プローブ
２７Ａ先端部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a characteristic measurement method for measuring characteristics of a glow plug controlled to detect ignition and combustion of fuel and detecting ions generated during fuel combustion or a ceramic heater used in the glow plug. .
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to improve fuel efficiency, the installation of highly efficient diesel engines in passenger cars has increased. In addition to further improvements in fuel efficiency, users have experienced inferior vibration, noise, startability, etc. compared to gasoline engines. Improvement is demanded. On the other hand, cleaning of exhaust gas is also required from the viewpoint of environmental protection.
In order to respond to these demands, in order to control the timing and amount of fuel injection in the engine, ions generated during fuel combustion are detected, and feedback control using the results has been proposed. For the detection of ions, specifically, a method has been proposed in which a voltage is applied between the glow plug and the combustion chamber wall of the engine to detect an ion current that flows due to the presence of ions.
[0003]
By the way, there is a glow plug in which a ceramic heater is used in an exposed portion exposed in a combustion chamber of an engine. In order to detect an ionic current using the above method with a glow plug using a ceramic heater, a certain degree of conductivity is required in the ceramic base portion covering the heating element. The temperature of the silicon nitride is raised by the heat generated by energizing the metal, and the insulation resistance is lowered. When a voltage is applied between the glow plug and the engine combustion chamber wall in this state, an ionic current can be detected through the ceramic base and the ions in the engine combustion chamber.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the insulation resistance value of the ceramic substrate as described above varies depending on the material and amount of the conductive ceramic added to match the thermal expansion coefficients of the heating element and the ceramic substrate, and also varies depending on the temperature of the ceramic substrate. In order to accurately detect the ion current, it is necessary to make the characteristics of the circuit for measuring the ion current appropriate. For this purpose, it is preferable that the relationship between the temperature of the glow plug or the ceramic heater and the insulation resistance value is known. Therefore, it was necessary to measure the insulation resistance of the ceramic substrate at each temperature while energizing and heating the ceramic heater.
[0005]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a characteristic measurement method for a ceramic heater or a glow plug that measures the insulation resistance while energizing and heating the ceramic heater.
[0006]
[Means, actions and effects for solving the problems]
The solution is a method for measuring the characteristics of a ceramic heater used in a glow plug, in which an energization heating element that generates heat when energized is covered with a ceramic substrate, and one of insulation resistance meters on the surface of the ceramic heater. Between the heating step of energizing the energizing heating element to heat the ceramic heater while the probe as a terminal is in contact, and the energizing heating element connected to the probe and the other terminal of the insulation resistance meter An insulating resistance measuring step for measuring an insulating resistance of a ceramic substrate and a surface temperature measuring step for measuring a surface temperature of the ceramic heater.
[0007]
According to the ceramic heater characteristic measuring method of the present invention, the insulation resistance between the surface of the ceramic heater and the energization heating element is measured in the insulation resistance measurement step while heating the ceramic heater in the heating step. Furthermore, the surface temperature of the ceramic heater is measured in the surface temperature measurement step.
Since the resistance of the energization heating element is negligible compared to the insulation resistance of the ceramic substrate, the insulation resistance value of the ceramic substrate is measured in the insulation resistance measurement step. Therefore, it is possible to measure the insulation resistance of the ceramic substrate and the surface temperature of the ceramic heater while changing the temperature of the ceramic heater.
[0008]
Furthermore, it is preferable that the method is a characteristic measurement method for a ceramic heater, and is a characteristic measurement method for a ceramic heater having a metal film at least on a contact portion of the probe on the surface of the ceramic heater.
[0009]
When the probe of the insulation resistance meter is brought into contact with the surface of the ceramic heater, the two cannot always be brought into close contact with each other. For this reason, depending on how the probe is brought into contact with the heater surface, there is a possibility that the measurement may vary, for example, the contact area becomes small and an accurate insulation resistance value cannot be measured. In contrast, the ceramic heater characteristic measuring method of the present invention has a metal film on at least the surface of the ceramic heater at the contact portion of the probe. Therefore, even if the contact area is small due to the good conductivity of the metal film, the insulation resistance measurement can be performed. Therefore, it is possible to reliably pass a minute current to the probe. If the probe is in contact with the metal film, the insulation resistance can be measured without being affected by the manner in which the probe is brought into contact, so that measurement can be performed easily and with little variation.
[0010]
Another solution is a method for measuring the characteristics of a glow plug having a ceramic heater in which an energization heating element that generates heat when energized is covered with a ceramic substrate, wherein one terminal of an insulation resistance meter is formed on the surface of the ceramic heater. Between the heating step of energizing the energizing heating element and heating the ceramic heater with the probe being in contact with the energizing heating element connected to the probe and the other terminal of the insulation resistance meter A glow plug characteristic measurement method comprising: an insulation resistance measurement step for measuring an insulation resistance of a substrate; and a surface temperature measurement step for measuring a surface temperature of the ceramic heater.
[0011]
Even when the ceramic heater is incorporated in the glow plug, the ceramic heater has an exposed portion for being exposed in the combustion chamber of the engine. Therefore, the insulation resistance value of the glow plug can be similarly measured by bringing the probe of the insulation resistance meter into contact with the exposed portion.
That is, according to this glow plug characteristic measurement method, the insulation resistance between the surface of the ceramic heater and the energization heating element is measured in the insulation resistance measurement step while heating the ceramic heater in the heating step. Furthermore, the surface temperature of the ceramic heater is measured in the surface temperature measurement step.
Compared with the insulation resistance of the ceramic substrate, the resistance of the conductive heating element and the glow plug conductive path is negligible. Therefore, in the insulation resistance measurement step, the insulation resistance value of the ceramic substrate is measured. Therefore, it is possible to measure the insulation resistance of the ceramic substrate and the surface temperature of the ceramic heater while changing the temperature of the ceramic heater.
[0012]
Further, it is preferable to use a glow plug characteristic measuring method, which is a glow plug characteristic measuring method having a metal film at least on a contact portion of the probe on the surface of the ceramic heater.
[0013]
When the probe of the insulation resistance meter is brought into contact with the surface of the ceramic heater, the surfaces of the two are not always smooth and intimately adhered. For this reason, depending on how the probe is brought into contact with the heater surface, there is a possibility that the measurement may vary, for example, the contact area becomes small and an accurate insulation resistance value cannot be measured. In contrast, the glow plug characteristic measurement method of the present invention has a metal film on the surface of the ceramic heater at least in contact with the probe. Therefore, even if the contact area is small due to the good conductivity of the metal film, the insulation resistance measurement can be performed. Therefore, it is possible to reliably pass a minute current to the probe. If the probe is in contact with the metal film, the insulation resistance can be measured without being affected by the manner in which the probe is brought into contact. Therefore, measurement can be performed easily and with little variation. In order to insulate the metal film from the glow plug housing, it is preferable to provide a gap between the tip of the glow plug outer tube and the metal film. Specifically, considering that the insulation resistance is measured at about 500 to 1000 V, the gap is preferably 1 mm or more, preferably 1.5 mm or more. More preferably, the gap is about 2 mm.
[0014]
Furthermore, in the above-described ceramic heater or glow plug characteristic measurement method, it is preferable to use a characteristic measurement method for a ceramic heater in which at least the tip of the probe is made of iron.
[0015]
When the tip of the probe is brought into contact with the ceramic heater for insulation resistance measurement, the heat of the ceramic heater is conducted to the probe. It is not preferable that the heat of the ceramic heater escapes to the probe because the temperature of the ceramic heater itself changes due to the contact of the probe. On the other hand, if the tip of the probe is made of a material that has good electrical conductivity, such as iron, but poor heat conduction, heat escape through the probe is reduced, so that more accurate measurement can be performed.
[0016]
Furthermore, in the above-described ceramic heater or glow plug characteristic measurement method, it is preferable to use the characteristic measurement method of the ceramic heater in which the tip portion of the probe is in the form of a thin rod having a diameter of 1/10 to 1/100 of the diameter of the ceramic heater.
[0017]
Heat dissipation due to conduction from the tip of the probe is also related to its contact area. When the diameter of the probe tip exceeds 1/10 of the diameter of the ceramic heater, the heat conduction cannot be ignored, making it difficult to accurately measure the temperature of the ceramic heater. On the other hand, if it becomes thinner than 1/100, the strength of the probe is small and the handling becomes difficult, so that it is difficult to accurately measure the insulation resistance value. Therefore, by setting 1/10 to 1/100, it can be easily handled and measured while preventing heat dissipation.
[0018]
In the ceramic heater or glow plug characteristic measuring method, the surface temperature measuring step is preferably a ceramic heater characteristic measuring method in which the surface temperature of the ceramic heater is measured with an infrared radiation thermometer.
[0019]
Since the infrared radiation thermometer is non-contact, even if it is measured simultaneously with the insulation resistance, the measurement result of the surface temperature and the insulation resistance value is not adversely affected. In addition, it is possible to measure easily without the need to process the ceramic heater or glow plug for temperature measurement.
In addition, if it is possible to view a relatively wide range, the entire ceramic heater or the entire exposed part of the glow plug can be captured in the field of view, and the temperature of the hottest point can be measured. it can. Further, by applying an insulation resistance meter probe to the back side of the hottest part, the relationship between the measured surface temperature and the insulation resistance value at that temperature can be measured more accurately. That is, it is preferable that the contact portion of the probe is a portion where the surface temperature of the ceramic heater is highest. This is because the portion with the highest surface temperature is a limited place, so that variation due to the measurement place for each measurement can be reduced. Specifically, a surface corresponding to the inner tip portion of the U-shaped energization heating element may be selected. This is because this part has the highest temperature.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
An embodiment of a ceramic heater characteristic measuring method of the present invention will be described with reference to the drawings. The ceramic heater 2 shown in FIG. 1 has a substantially U-shaped ceramic heating element (energization heating element) 4, a ceramic base 5 covering the heating element, and two

leads

6 and 7 made of tungsten. One end 4 A of the ceramic heating element 4 is led to the rear end (upper end in the drawing) of the ceramic heater 2 via the lead 6, and the terminal portion 6 A is exposed to the outer surface of the ceramic heater 2. On the other hand, the other end 4 B of the ceramic heating element 4 is led to the outer periphery of the central portion of the ceramic heater 2 via the lead 7, and the terminal portion 7 A is exposed on the outer surface of the ceramic heater 2.
[0021]
The ceramic substrate 5 is made of a ceramic mainly composed of silicon nitride and slightly added with titanium carbide, which is a conductive ceramic. The ceramic substrate 5 is an insulator at room temperature, but the resistance decreases as the temperature increases, and exhibits conductivity. Silicon nitride gradually decreases in insulation resistance as the temperature rises. However, when a conductive ceramic is further added to silicon nitride as in this ceramic substrate 5, the substrate resistance value (insulation resistance value) Ri is It shows a change slid further to the lower resistance side than that of silicon nitride. The ceramic heating element 4 is a conductive ceramic made of a ceramic material used for the ceramic substrate 5 and tungsten carbide (WC).
[0022]
A method of measuring the relationship between the surface temperature Ts of the tip portion (lower part in the figure) 2A of the ceramic heater 2 and the substrate resistance value Ri between the ceramic heating element 4 and the tip portion 2A surface will be described. First, the tip 2 A is covered with a conductive metal film 9 in advance. Specifically, a gold layer or silver layer having a thickness of about 1 μm is formed by vapor deposition. This is because the substrate resistance value Ri between the ceramic heating element 4 and the surface of the tip 2A can be measured stably. When the ceramic heating element 4 is heated, the portion of the U-shaped ceramic heating element 4 that has the highest temperature is the portion corresponding to the inner tip 4C. A film 9 is formed.
Next, as shown in FIG. 2, a constant voltage power supply 23 is connected between the terminal portions 6 A and 7 A of the ceramic heater 2 via an ammeter 21 and a switch 22. As a result, a constant voltage of Vg = 12 V is supplied from the constant voltage power supply 23, the ceramic heating element 4 generates heat, and the temperature of the tip 2A rises. In addition, as the constant voltage power supply 23, the product made by KIKUSUI and PVS20-130 were used.
[0023]
On the other hand, in order to know the surface temperature Ts of the tip 2A, the temperature of the portion of the tip 2A where the surface temperature Ts is the highest is measured by the infrared radiation thermometer 24 set so as to anticipate the region including the tip 2A. . This surface temperature Ts is displayed by the temperature converter 25. As the infrared radiation thermometer 24, TVS-100 manufactured by Nippon Avionics was used.
[0024]
Further, the tip 27A of the probe 27, which is one terminal of the insulation resistance meter 26, is brought into contact with the tip 2A of the ceramic heater 2, and the other terminal is brought into contact with the terminal 7A (or the terminal 6A). The substrate resistance value Ri is measured by measuring the insulation resistance value therebetween. At this time, the tip 27A is brought into contact with the back side of the portion having the highest surface temperature Ts measured as described above (a position symmetrical with respect to the central axis of the ceramic heater 2). That is, the field of view of the infrared radiation thermometer 24 is set so that the ceramic heater 2 can be seen from the side opposite to the probe 27. This is because the distribution of the surface temperature Ts is substantially symmetric about the axis, and the probe 27 is prevented from entering the field of view of the infrared radiation thermometer 24. The portion having the highest surface temperature Ts is a portion corresponding to the inner front end portion 4C of the ceramic heating element 4 as described above.
[0025]
Thus, the base resistance value Ri between the ceramic heating element 4 and the surface of the ceramic base 5 can be measured by the insulation resistance meter 26. As described above, since the metal film 9 such as a gold layer is formed at the distal end portion 2A, the substrate resistance value Ri can be measured stably without being affected by the contact state of the probe 27. The distal end portion 27A of the probe 27 uses an iron member formed in a columnar shape with a diameter of 0.1 mm in order to make it difficult for the heat of the distal end portion 2A to escape. The insulation resistance meter 26 was R8340 (ULTRA HIGH RESISTANCE METER) manufactured by ADVANTEST.
[0026]
With this configuration, the surface temperature Ts and the substrate resistance value Ri of the front end portion 2A are measured simultaneously while heating the ceramic heater 2 by supplying a current to the ceramic heating element 4 by the constant voltage power source 23.
Thereby, it is possible to know the relationship in which the substrate resistance value Ri between the ceramic heating element 4 and the surface of the ceramic substrate 5 changes as the surface temperature Ts of the tip 2A changes.
[0027]
Here, an example is shown in which a plurality of types of ceramic substrates 5 used in the ceramic heater 2 with different compositions are manufactured and their characteristics are measured. First, the composition is shown in Table 1.
[0028]
[Table 1]

[0029]
FIG. 3 shows the results of the above measurements performed on the ceramic heater 2 using the ceramic substrate 5 having these compositions. As can be easily understood from this graph, it can be seen that the base resistance value Ri decreases as the surface temperature Ts of the tip 2A increases in any composition. Moreover, it can be seen that the larger the amount of conductive ceramic added such as TiN, TiC, WC, MoSi2, and SiC, the lower the substrate resistance value Ri as it slides to the lower side.
[0030]
In the method for measuring the characteristics of the ceramic heater 2 of the present embodiment, the surface temperature Ts is measured by the infrared radiation thermometer 24 and the substrate is measured by the insulation resistance meter 26 while the ceramic heating element 4 of the ceramic heater 2 is energized and heated by the constant voltage power source 23. The resistance value Ri can be measured simultaneously. Therefore, the state of the substrate resistance value Ri that changes as the surface temperature Ts increases can be graphed and obtained as the characteristics of the ceramic heater 2.
By measuring the characteristics of the ceramic heater 2 in this way, the characteristics of the circuit for measuring the ionic current when the ceramic heater 2 is used for a glow plug can be appropriately selected.
[0031]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the surface temperature Ts and the substrate resistance value Ri of the ceramic heater 2 are measured.
On the other hand, the second embodiment is different only in that the assembled glow plug 10 is used, and the constant voltage power source 23, the infrared radiation thermometer 24, the insulation resistance meter 26, and the like have the same configuration, and thus are different. Parts will be described and description of similar parts will be omitted or simplified.
[0032]
A glow plug 10 according to the second embodiment is shown in FIG. The glow plug 10 has a metal-made cylindrical housing 1 and a ceramic heater 2. The ceramic heater 2 has the same structure as that used in the first embodiment. The ceramic heater 2 is brazed to the metal outer cylinder 3 so that its tip end (lower part in the figure) 2A is exposed to the outside. The outer cylinder 3 is fixed to the housing 1 by brazing.
[0033]
One end 4A of the ceramic heating element 4 is led to the rear end (upper end in the figure) of the ceramic heater 2 via the lead 6, and is connected to the central shaft 11 via the terminal 6A and a coil spring-like coil lead 8. Connected. At the tip (upper end in the figure) of the middle shaft 11 is a terminal portion 11T in which a male screw is engraved.
On the other hand, the other end portion 4B of the ceramic heating element 4 is led to the outer periphery of the central portion of the ceramic heater 2 via the lead 7, and the central portion in the longitudinal direction of the middle shaft 11 is connected via the terminal portion 7A and the lead wire 12. It is connected to the surrounding terminal sleeve 13.
Therefore, in this glow plug 10, the ceramic heating element 4 generates heat by flowing a current between the center shaft 11 (terminal portion 11 T) and the terminal sleeve 13, and accordingly, the tip 2 A of the ceramic heater 2 is heated. The surface temperature rises.
[0034]
The terminal sleeve 13 is insulated from the housing 1 by a cylindrical insulating ring 14, and is also insulated from the middle shaft 11 by a cylindrical insulating sleeve 15 disposed along the inner periphery of the terminal sleeve 13.
Therefore, the ceramic heating element 4 is insulated from the housing 1.
[0035]
FIG. 5 shows a method for measuring the relationship between the surface temperature Ts of the tip portion 2A of the glow plug 10 and the substrate resistance value Ri between the ceramic heating element 4 and the tip portion 2A surface. The measurement object is different from that of the first embodiment, and the configuration is the same as that in FIG. 2 except that the connection position of each device is changed.
First, the tip 2A is covered in advance with a conductive metal film 9 such as a gold layer or a silver layer. Specifically, the metal film 9 is formed with a gap of about 2 mm from the tip 3A of the outer cylinder 3. This is to prevent short-circuiting with the outer cylinder 3 because 500 to 1000 V is applied in the measurement of the insulation resistance described later.
Next, as shown in FIG. 5, a constant voltage power source 23 is connected between the terminal portion 11 T of the glow plug 10 and the terminal sleeve 13 via an ammeter 21 and a switch 22.
On the other hand, in order to know the surface temperature Ts of the tip 2A, the temperature of the portion of the tip 2A where the surface temperature Ts is the highest is measured by the infrared radiation thermometer 24 set so as to anticipate the region including the tip 2A. . This surface temperature Ts is displayed by the temperature converter 25.
Further, the tip portion 27A of the probe 27 of the insulation resistance meter 26 is brought into contact with the tip portion 2A, and the substrate resistance value Ri between the terminal sleeve 13 is measured.
[0036]
As described above, the characteristics of the glow plug 10 can be measured in the same manner as the ceramic heater 2 of the first embodiment. In addition, since the glow plug 10 that has already been assembled is measured, a measurement result closer to the characteristics when actually used in the engine can be obtained.
[0037]
In the above, the present invention has been described with reference to the first and second embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it can be applied as appropriate without departing from the scope of the present invention. Nor.
For example, in the above embodiment, the gold layer or the silver layer is vapor-deposited on the tip portion 2A. However, as a method for forming the film, plating or sputtering may be used.
For example, in the said embodiment, although the surface temperature Ts of the front-end | tip part was measured with the infrared radiation thermometer 24, you may use a thermocouple.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a ceramic heater.
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a measurement method for measuring a surface temperature Ts and a substrate resistance value Ri of a ceramic substrate of a ceramic heater.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the surface temperature Ts of a ceramic substrate and the substrate resistance value Ri of various ceramic heaters.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a glow plug.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a measurement method for measuring a surface temperature Ts and a substrate resistance value Ri of a ceramic substrate of a glow plug.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing 2 Ceramic heater 2A Tip part 4 Ceramic heating element (electric heating element)
5 Ceramic substrate 9 Metal film 10 Glow plug 23 Constant voltage power supply 24 Infrared radiation thermometer 25 Temperature converter 26 Insulation resistance meter 27 Probe 27A Tip

Claims

A method for measuring characteristics of a ceramic heater used in a glow plug, wherein an energization heating element that generates heat when energized is covered with a ceramic substrate,
A heating step of heating the ceramic heater by energizing the energization heating element in a state where a probe which is one terminal of an insulation resistance meter is in contact with the surface of the ceramic heater;
An insulation resistance measurement step for measuring an insulation resistance of the ceramic substrate between the probe and an energization heating element connected to the other terminal of the insulation resistance meter;
A surface temperature measuring step for measuring the surface temperature of the ceramic heater;
A characteristic measuring method for a ceramic heater comprising:

It is the characteristic measuring method of the ceramic heater of Claim 1, Comprising:
A method for measuring characteristics of a ceramic heater having a metal film at least on a contact portion of the probe on the surface of the ceramic heater.

A method for measuring characteristics of a glow plug having a ceramic heater in which an energization heating element that generates heat by energization is covered with a ceramic substrate,
A heating step of heating the ceramic heater by energizing the energization heating element in a state where a probe which is one terminal of an insulation resistance meter is in contact with the surface of the ceramic heater;
An insulation resistance measurement step for measuring an insulation resistance of the ceramic substrate between the probe and an energization heating element connected to the other terminal of the insulation resistance meter;
A surface temperature measuring step for measuring the surface temperature of the ceramic heater;
A characteristic measurement method for a glow plug comprising:

A method for measuring characteristics of a glow plug according to claim 3,
A method for measuring characteristics of a glow plug having a metal film on at least a contact portion of the probe on the surface of the ceramic heater.