(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アースされたプラグ本体（４）と、該プラグ本体（４）内に絶縁されて配置されるとともにグロー電流の通電用端子を備えたグロー管（２）と、該グロー管内の燃焼室側に配置されるとともに一方の端部では前記グロー管（２）に接続し他方の端部では前記プラグ本体（４）と接続するヒータエレメント（３）とを備えてなるイオン電流測定用グロープラグにおいて、該プラグの端子側域内にて前記プラグ本体（４）と前記ヒータエレメント（３）との間に、ダイオード（１５）が一体に接続されているか、またはモジュールの形で接続されていることを特徴とするイオン電流測定用グロープラグ。
【請求項２】
アースされたプラグ本体（４）と、該プラグ本体（４）内に絶縁されて配置されるとともにグロー電流の通電用端子を備えたグロー管（２）と、該グロー管内の燃焼室側に配置されるとともに一方の端部では前記グロー管（２）に接続し他方の端部では前記プラグ本体（４）と接続するヒータエレメント（３）とを備えてなるイオン電流測定用グロープラグにおいて、該プラグの端子側域内にて前記プラグ本体（４）と前記ヒータエレメント（３）との間に、半導体スイッチ（７）が絶縁されて接続されているか、またはモジュールの形で接続されており、該半導体スイッチ（７）は、グロープラグの電圧が印加される電圧評価回路（８）によって動作され、該電圧評価回路（８）は、一方の極性のグロープラグの電圧が印加された時に該半導体スイッチ（７）を導通状態とし、他方の極性のグロープラグの電圧が印加された時に該半導体スイッチ（７）を非導通状態とするように構成されていることを特徴とするイオン測定用グロープラグ。
【請求項３】
前記半導体スイッチ（７）がｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴスイッチである請求項２に記載のグロープラグ。
【請求項４】
前記半導体スイッチ（７）がｐ−チャネルＭＯＳＦＥＴスイッチである請求項２に記載のグロープラグ。
【請求項５】
イオン電流測定用グロープラグに対し、グローモードではグロープラグに電圧ＵＢを印加し、測定モードではグロープラグに電圧ＵＨを印加するように構成され、前記電圧ＵＢ及びＵＨが０でなく且つ異なる極性を備えていることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のイオン電流測定用グロープラグの動作用の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン電流測定用グロープラグおよびその制御法と制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本グロープラグに類するものとしては、グロー管ないし内部にヒータエレメントが配置された相当品がある。かかるグロー管はプラグハウジングに対して絶縁されており、プラグハウジングはエンジンブロック（アース）と電気的に接続されている。
【０００３】
グローを行い、かつイオン電流を計測できるようなグロープラグを設計するには、少なくともグロープラグ先端域が１本の電極として働き、これに補助電圧ＵＨを印加することができなければならない。この電圧は、この電極とシリンダ内壁との間にかけられる。燃焼プロセスのためにイオンが発生すると電流が流れる。この特性カーブから、シリンダ内の燃焼プロセスを推定することができる。
【０００４】
グロープラグのグロー管の先端を電極として利用することができる構造にすると都合がよい。その場合には、ヒータエレメントと電極とを電気的に相互に結合し、同時にヒータエレメントおよび電極をグロープラグ本体と電気的に絶縁する。このようなグロープラグには電気接続端子が２つあるのが普通であり、これらによってグロープラグは制御装置に接続される。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
グローとイオン電流測定用に作られた上述の従来のシステムには次のような重大な不都合がある。
【０００６】
−イオン電流の測定に用いるグロープラグの接続端子は２極でなければならず、このグロープラグ用の新しい差込みシステムが必要になる。これに対応する差込み式コネクタには高電圧接点を２つ設けなければならないため、単一極の方式に比べて明らかに高価になる。
【０００７】
−エンジンブロックに取り付けられているグロープラグに差し込まれる差込みが２極になると、回転対称の差込みを差し込む場合に比べて明らかに高価になる。
【０００８】
−グロープラグに流れる電流を制御装置に戻すために、ケーブル断面の大きな第２の高電圧配線を用い、これに対応した差込み式端子を介して制御装置に接続しなければならない。このような構造にするとケーブルの部品点数が増し、また制御装置自身についてもコストの上乗せになる。
【０００９】
−第２の高電圧配線を用いることにより接点が増すと共に、不都合な接触抵抗を増大させてグロープラグにかかる電圧を低下させる。
【００１０】
−既存のプラス極の高電圧端子（電流負荷は、グロープラグ電流すべての合計）はたいていの場合にボルト締め方式になっているが、これに加えて上記の制御装置では新たにマイナス極側配線に高電圧端子を設ける必要が生じるためコスト増となり、組立て時の費用も増加する。
【００１１】
上記のような短所を克服するため、グローとイオン電流測定を行うための新しいグロープラグと、このグロープラグの機能を適切に果させ、かつイオン電流測定機能を備えた新しいグロープラグ制御装置と、新しいグロープラグ制御回路を提供することを本発明の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、グロー管内の燃焼室側に配置されたヒータエレメントにグロー電流を流すための通電用端子を備え、該グロー管はプラグハウジングに配置されて該プラグハウジングとは絶縁されており、該プラグハウジングはエンジンブロック（アース）と電気的に接続されているイオン電流測定用グロープラグにおいて、該プラグの端子側域内に、ダイオードが、グロー管とヒータエレメントとからなる直列回路とグロープラグの本体との間に一体に組み込まれているか、またはモジュールの形で配置されていることを特徴とするイオン電流測定用グロープラグによって達成される。
【００１３】
上記グロープラグは、ダイオードの代りに、プラグの端子側域内に、電圧評価回路を備えた半導体スイッチが一体に組み込まれているか、またはモジュールの形で配置されて、該半導体スイッチはグロープラグの電圧ＵＧＫがＵＧＫ＞０Ｖのときにのみ電圧評価回路により導通制御されてもよい。このグロープラグは、半導体スイッチとしてｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴスイッチが一体に組込まれていてもよい。また、車上電源電圧ＵＢおよび補助電圧ＵＨを、ＵＢ＞０Ｖ及びＵＨ＜０Ｖ、またはＵＢ＜０Ｖ及びＵＨ＞０Ｖを満たすように極性を逆にしてかけるとよい。
【００１４】
上記ダイオードを備えたグロープラグでは、ダイオードの方向を逆にしてもよく、また、半導体スイッチを備えたグロープラグでは、ｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴスイッチをｐ−チャネルＭＯＳＦＥＴスイッチに置換えてもよい。
【００１５】
上記のようなグロープラグを導通制御するためには、電圧ＵＢおよびＵＨが逆の極性を備え、その際にこれらの電圧がＵＢ＞０Ｖ及びＵＨ＜０Ｖ、又はＵＢ＜０Ｖ及びＵＨ＞０Ｖなる条件を満足するようにさせる制御装置を用いるとよい。
【００１６】
かくして、本発明の他の局面によれば、上記グロープラグと上記制御装置を備えてなることを特徴とするグローおよび／またはイオン測定を行うための装置が提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１〜４により本発明について詳しく説明する。
【００１８】
図１に示す本発明によるグロープラグ１には、グロー管２とこれに付属するプラグ本体４が備えられており、該プラグ本体４は絶縁体５によりグロー管２から電気的に絶縁されており、グロー管２の燃焼室側域がヒータエレメント３になっている。
【００１９】
グロープラグ１の端子側域にはダイオード１５が一体に組み込まれている。グロープラグは単一極の電気端子６を備え、グロー管２の壁面とグロープラグ本体４の間に電圧ＵＧＫを印加することにより、直列接続のヒータエレメント３とダイオード１５に電圧ＵＧＫがかけられ、グロー管２は任意の箇所でヒータエレメント３の２つの端子の一方と連結されており、グロー電流ＩＧＫは図示のとおりに流れる。
【００２０】
“グロー“作動モードにおいては、グロー管２内部に配置されており、かつグロー管と電気的につながっているヒータエレメント３は、その一方の端子を介して、グロープラグに一体化されているダイオード１５に結合されている。ダイオード１５はさらにプラグ本体４およびエンジンブロック（一般的に車両のアース）を介して、車上電源電圧ＵＢのマイナス極につながっている。ヒータエレメント３のもう一方の端子は、グロープラグ１の電気端子６の接点および付属するグロープラグ制御装置のもう１つのスイッチを介して車上電源電圧ＵＢのプラス極につなげられる。このようにしてグロー電流回路が形成される。
【００２１】
“測定“作動モードにおいては、一体化ダイオード１５が非導通状態になり、グロー管２ないしはヒータエレメント３とエンジンブロックすなわちマイナス極との間の接続が切れる。この状態では、グロープラグ１の電気端子６の接点を介してグロー管２に補助電圧ＵＨをかけることができる。このようにして、グロープラグ１のグロー管２とアース電位のシリンダ内壁との間に電界が形成される。燃焼によりシリンダ内にイオン化ガスが発生すると電流が流れる。このイオン電流は発生イオン数に依存し、シリンダ内での燃焼の推移についての情報を提供する。
【００２２】
図１に示したグロープラグの制御の様子を図３に略図で示す。
【００２３】
グローに必要な車上電源電圧ＵＢは、“普通“作動モードにおいて電子スイッチ９を介してグロープラグ１にかけられる。これに対して補助電圧ＵＨは逆の極性、すなわちアースのみならず車上電源電圧ＵＢに対してマイナスであり、抵抗ＲＭを介してグロープラグ１に接続される。番号１１で表されるこの抵抗ＲＭを介して、イオン電流評価のための、イオン電流に比例した電圧ＵＭが発生する。“測定“作動モードにおいては、グロー管およびこれとつながっているグロープラグのヒータエレメント１９が、グロープラグ本体４およびエンジンブロックと電気的に絶縁されていなければならない。これは例えば次の２つの実施例で行うことができる。
【００２４】
実施例１
グロー管およびヒータエレメントをグロープラグ本体４から切離すために、直列に接続されているグロー管およびヒータエレメントとグロープラグ本体４との間に入れたダイオード１５を利用して電圧がＵＧＫ＞０Ｖの場合にのみこのダイオードを通してアースに直接電流が流れるようにする。すなわち、電子スイッチ９が導通状態のときのみ“グロー“作動モードになり得る。番号１１で表されるこの抵抗ＲＭの抵抗値は、直列に接続されているグロー管２およびヒータエレメント３に比べてはるかに大きいため、測定回路に流入する電流は無視することができる。
【００２５】
実施例２
図２及び図４に示す通りダイオード１５を、ＵＧＫ＞０Ｖのときにのみ電圧評価回路８により導通制御される半導体スイッチ７で置きかえることもできる。その導通時抵抗を小さくすれば、導通状態の半導体スイッチ７による電圧降下を少なくすることができる。付属するグロープラグを概略的に示す図２の参照番号は上記と同じになっている。
【００２６】
上記の実施例１および２における電圧ＵＢおよびＵＨの極性を逆にすることも可能であり、これも別の手段として望ましい。すなわちダイオードを逆にするか、またはここに使用されているｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴスイッチをｐ−チャネルＭＯＳＦＥＴスイッチに置換えることもできる。
【００２７】
本発明の解決手段においては、電圧ＵＢおよびＵＨの２つの極性を逆にする、すなわち次のうちのどちらかにすることが重要になる。
【００２８】
（１） ＵＢ＞０Ｖ ／ ＵＨ＜０Ｖ
または、
（２） ＵＢ＜０Ｖ ／ ＵＨ＞０Ｖ
上記の使用目的のために必要な半導体素子は容易に入手可能であり、または作るにしても大した費用にはならない。従来半導体素子には、“グロー“ という機能要件しか課されなかったのに対して、新しく課される要件は“グローおよび測定“となり以下のように記述できる：
−高圧バイパススイッチは高逆止電圧Ｕreverse＞（ＵＢ＋ＵＨ）
−グロープラグ内のダイオード１５の非導通状態時に漏れ電流が少ない（＜１μＡ）
−グロープラグ内の半導体スイッチ７の非導通状態時の逆止電圧はＵreverse＞ＵＨでありまた漏れ電流が少ない（＜１μＡ）
【図面の簡単な説明】
【図１】  ダイオードを一体に組み込んだ本発明の棒形グロープラグの一実施形態の概略的長手方向断面図。
【図２】本発明のグロープラグの別の実施形態の概略的長手方向断面図。
【図３】  グロープラグ制御回路およびダイオードを一体に組み込んだグロープラグからなる本発明の装置の実施形態を示す略図。
【図４】  半導体スイッチとしてＭＯＳＦＥＴトランジスタを一体に組み込むとともに電圧評価回路８を付属させたグロープラグ及びグロープラグ制御回路を示す略図。
【符号の説明】
１…グロープラグ
２…グロー管
３…ヒータエレメント
４…プラグ本体
５…絶縁体
６…電気端子
７…半導体スイッチ
８…電圧評価回路
９…電子スイッチ
１１…抵抗
１５…ダイオード
ＩＧＫ…グロー電流
ＵＢ…車上電源電圧
ＵＨ…補助電圧
【図１】
0004587533.tif 000002
【図２】
0004587533.tif 000003
【図３】
0004587533.tif 000004
【図４】
0004587533.tif 000005