(57)【要約】イオン電流センサを備えたグロープラグ並びにイオン電流センサを備えたグロープラグを運転する方法が記載され、その際、グロープラグはケーシング（３）と、ケーシングの同心的な孔内に配置された棒形の加熱エレメント（５）を有している。加熱エレメント（５）は、少なくとも１つの絶縁層（１１）並びに第１の給電層（７）及び第２の給電層（９）を有しており、その際、第１の給電層（７）及び第２の給電層（９）は加熱エレメント（５）の燃焼室側の端部（６）においてウェブ（８）を介して接続されており、その際、第１及び第２の給電層（７，９）及びウェブ（８）は導電性のセラミック材料から、かつ絶縁層（１１）は電気絶縁性のセラミック材料から、成っている。加熱エレメント（５）はイオン電流検出のための第１の電極（３３）及びイオン電流検出のための第２の電極（３３′）を有しており、これらの電極は、絶縁層（１１）内に埋め込まれているか、あるいは絶縁層（１１）上に取り付けられている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン電流センサを備えたグロープラグであって、ケーシング（３）と、ケーシングの同心的な孔内に配置された棒形の加熱エレメント（５）とを備え、その際、加熱エレメント（５）は、絶縁層（１１）並びに第１の給電層（７）及び第２の給電層（９）を有しており、その際、第１の給電層（７）及び第２の給電層（９）は加熱エレメント（５）の燃焼室側の端部（６）においてウェブ（８）を介して接続されており、その際、第１及び第２の給電層（７，９）及びウェブ（８）は導電性のセラミック材料から、かつ絶縁層（１１）は電気絶縁性のセラミック材料から成っている形式のものにおいて、
加熱エレメント（５）が、イオン電流検出のための第１の電極（３３）及びイオン電流検出のための第２の電極（３３′）を有しており、これらの電極は絶縁層（１１）内に埋め込まれているか、あるいは絶縁層（１１）上に取り付けられていることを特徴とする、イオン電流センサを備えたグロープラグ。
【請求項２】
イオン電流検出のための第１の電極（３３）及びイオン電流検出のための第２の電極（３３′）が金属材料、有利にはプラチナ、から成っていることを特徴とする、請求項１記載のグロープラグ。
【請求項３】
イオン電流検出のための第１の電極（３３）及びイオン電流検出のための第２の電極（３３′）が導電性のセラミック材料から成っていることを特徴とする、請求項１記載のグロープラグ。
【請求項４】
加熱エレメント（５）の燃焼室とは逆の側の端部に、第１の電気的な接続部（１５）及び第２の電気的な接続部（１７）が設けられており、その際、第１の電気的な接続部（１５）はイオン電流検出のための第１の電極の燃焼室とは逆の側の端部と、かつ第２の電気的な接続部（１７）はイオン電流検出のための第２の電極（３３´）の燃焼室とは逆の側の端部と、接続されていることを特徴とする、請求項１記載のグロープラグ。
【請求項５】
第２の給電層（９）とアースとの接続が、ケーシング（３）及び燃焼室シール（１３）を介して行われていることを特徴とする、請求項１記載のグロープラグ。
【請求項６】
加熱エレメント（５）の燃焼室とは逆の側の端部において、ケーシング（３）の同心的な孔の内部に、電気絶縁性の材料から成る管形のスペーサスリーブ（２７）が配置されていることを特徴とする、請求項１記載のグロープラグ。
【請求項７】
絶縁層（１１）、第１の給電層（７）、ウェブ（８）及び第２の給電層（９）がセラミックの結合構成体から成っており、この結合構成体は、単段又は複数段の焼結プロセスによって、化合物 Ａｌ２Ｏ３， ＭｏＳｉ２， Ｓｉ３Ｎ４ 及び Ｙ２Ｏ３ の少なくとも２つを有していることを特徴とする、請求項１記載のグロープラグ。
【請求項８】
絶縁層（１１）、第１の給電層（７）、ウェブ（８）及び第２の給電層（９）が複合前駆セラミックから成っており、その際、マトリックス材料はホウ素、窒素あるいはアルミニウムを添加することのできるポリシロキサン、ポリシルセクイオキサン、ポリシランあるいはポリシラザンを含み、かつ熱分解によって製作されており、その際、充てん物質は化合物 Ａｌ２Ｏ３， ＭｏＳｉ２， ＳｉＯ２ 及びＳｉＣ の少なくとも１つから形成されることを特徴とする、請求項１記載のグロープラグ。
【請求項９】
イオン電流検出のための第１の電極（３３）及びイオン電流検出のための第２の電極（３３′）がセラミックの結合構成体から成っており、この結合構成体は単段又は複数段の焼結プロセスによって、化合物 Ａｌ２Ｏ３， ＭｏＳｉ２， Ｓｉ３Ｎ４ 及び Ｙ２Ｏ３ の少なくとも２つを有していることを特徴とする、請求項３記載のグロープラグ。
【請求項１０】
イオン電流検出のための第１の電極（３３）及びイオン電流検出のための第２の電極（３３′）が複合前駆セラミックから成っており、その際、マトリックス材料がホウ素、窒素あるいはアルミニウムを添加することのできるポリシロキサン、ポリシルセクイオキサン、ポリシランあるいはポリシラザンを含み、かつ熱分解によって製作されており、その際、充てん物質は化合物 Ａｌ２Ｏ３， ＭｏＳｉ２， ＳｉＯ２ 及びＳｉＣ の少なくとも１つから形成されることを特徴とする、請求項３記載のグロープラグ。
【請求項１１】
請求項１記載のイオン電流センサを備えたグロープラグを運転する方法において、グロー位相中に単に第１及び第２の給電層だけに電圧を印加し、かつグロー位相の終了後に、イオン電流検出のための第１の電極（３３）及びイオン電流検出のための第２の電極（３３′）だけに電圧を印加することを特徴とする、イオン電流センサを備えたグロープラグを運転する方法。
【請求項１２】
請求項１記載のイオン電流センサを備えたグロープラグを運転する方法において、グロー位相中に第１及び第２の給電層（７，９）にも、またイオン電流検出のための第１の電極（３３）及びイオン電流検出のための第２の電極（３３′）にも、電圧を印加することを特徴とする、イオン電流センサを備えたグロープラグを運転する方法。
【請求項１３】
イオン電流検出のための第１の電極（３３）及びイオン電流検出のための第２の電極（３３′）に同じポテンシャルの電圧を印加することを特徴とする、請求項１１又は１２記載の方法。
【請求項１４】
イオン電流検出のための第１の電極（３３）及びイオン電流検出のための第２の電極（３３′）に、異なったポテンシャルの電圧を印加することを特徴とする、請求項１１又は１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載した形式の、ディーゼルモータ用のセラミックのグロープラグに関する。ＤＥ−ＯＳ ３４ ２８ ３７１ からセラミックの加熱エレメントを有しているセラミックのグロープラグは既に公知である。セラミックの加熱エレメントを金属材料から成る電極を支持しており、この電極は、内燃機関の燃焼室内に存在しているイオン化されたガスの導電性を検出するために、役立つ。第２の電極として、この場合、燃焼室囲壁が役立つ。
【０００２】
更に、ケーシングを有し、このケーシング内で同心的な孔内に棒形の加熱エレメントが配置されているグロープラグが公知である。加熱エレメントは、この場合、少なくとも１つの絶縁層並びに第１及び第２の給電層から成っており、その際、第１及び第２の給電層は、加熱エレメントの燃焼室側の先端のウェブを介して接続されている。この場合、絶縁層は電気絶縁性のセラミック材料から、第１，第２の給電層並びにウェブは導電性のセラミック材料から、成っている。
【０００３】
発明の利点
第１の、独立請求項の特徴を備えた、本発明によるイオン電流センサを備えたグロープラグは、イオン電流センサを備えたグロープラグが極めて簡単な構造を有し、かつ安価に製作できるという利点を有している。
【０００４】
従属請求項に記載した手段によって、請求項１に記載したイオン電流センサを備えたグロープラグを有利に展開しかつ改善することが可能である。グロープラグの特に有利な構成は、同時にグロー運転及びイオン電流測定が行われる場合に、達成することができる。また、イオン電流検出のための電極を、加熱エレメントの燃焼室側の端部にまで導くのが、有利である。それは、このようにしてイオン電流を燃焼室の範囲内で検出することができ、このことは、燃焼室内で行われる燃焼プロセスにとって重要であるからである。更に有利なのは、イオン電流検出のための２つの電極を次のように構成することであり、すなわちイオン電流が一方の電極から他方の電極に流れ、かつこのようにして単にイオン電流測定にために特に重要な範囲だけを貫通するようにするのである。更に有利なのは、後で述べるセラミックの結合構成体を加熱エレメントの種々の層のために使用し、その導電性及び膨張係数を極めて良好に適合させることである。このことは同様に、後で述べる前駆結合体材料に当てはまる。
【０００５】
イオン電流を測定するグロープラグを運転する方法においては、加熱エレメントのグロー中にイオン電流検出を行うのが特に有利である。それは、燃焼プロセスを内燃機関のスタート位相においても検出するのが、重要なことだからである。
【０００６】
別の利点は実施例についての以下の記載から明らかになる。
【０００７】
実施例の説明
図１においては、本発明によるグロープラグが概略的に縦断面図で示されている。管形の、有利には金属製の、ケーシング３はその同心的な孔内の燃焼室側の端部に加熱エレメントを有している。加熱エレメント５はセラミック材料から成っている。加熱エレメント５は第１の給電層７と第２の給電層９とを有して折り、その際、第１の給電層７及び第２の給電層９は導電性のセラミック材料から成っている。加熱エレメント５の燃焼室側の端部において、第１の給電層７及び第２の給電層９はウェブ８を介して接続されており、このウェブはやはり導電性のセラミック材料から成っている。第１の給電層７及び第２の給電層９は絶縁層１１によって互いに隔てられている。絶縁層１１は電気絶縁性のセラミック材料から成っている。ケーシング３の内部は、燃焼室の方向で、加熱エレメント５をリング形に取り囲む燃焼室シール１３によってシールされている。加熱エレメント５の燃焼室とは逆の側の端部において、第１の給電層７が第３の接続部３７と接続されている。この第３の接続部３７自体は、グロープラグの燃焼室とは逆の側の端部の方向で、接続ボルト１９と接続されている。第２の給電層９はその燃焼室とは逆の側の端部において接触面１２を有しており、この接触面を介して、第２の給電層９は導電性の燃焼室シール１３を介してケーシング３と電気的に接続されている。ケーシング３はアースと接続されている。接触面１２は好ましい実施例では次のように、すなわち、この範囲において加熱エレメント５の燃焼室とは逆の側の端部を取り囲んでいる電気絶縁性のガラス被覆が中断されていて、したがって燃焼室シール１３との電気接触が生ぜしめられるように、構成されている。特に好ましい実施例では、接触面１２は金属被覆を備えている。
【０００８】
接続ボルト１９は、ケーシング３の同心的な孔内に配置されているスペーサスリーブ２７によって、加熱エレメント５の燃焼室とは逆の側の端部から隔てられている。燃焼室とは逆の側の端部の方向で、接続ボルト１９は、スペーサスリーブ２９及び金属スリーブ３１を通して導かれている。グロープラグの燃焼室とは逆の側の端部において、接続ボルト１９に円形差し込みコネクタ２５が差しはめられており、これは電気的な接続を生ぜしめる。ケーシング３の同心的な孔の燃焼室とは逆の側の端部はホースリング２１及び絶縁ディスク２３によって閉鎖され、若しくは電気的に絶縁されている。
【０００９】
図２によって、本発明を改めて詳細に説明する。単に本発明によるグロープラグの燃焼室側の端部だけが、縦断面図で概略的に示されている。加熱エレメント５は、図１に比較して、図１の切断平面に対して垂直な平面で切断されている。ここでは単に絶縁層１１だけが見える。絶縁層１１の内部で、イオン電流検出のための２つの電極３３及び３３′が延びており、これらの電極は加熱エレメント５の燃焼室側の端部６において広げられている。別の実施例においては、電極３３及び３３′は絶縁層の外部上に取り付けておくこともできる。加熱エレメント５の燃焼室とは逆の側の端部において、イオン電流検出のための第１の電極３３は第１の接続部１５と接続されている。同様に、イオン電流検出のための第２の電極３３′は加熱エレメント５の燃焼室とは逆の側の端部において、第２の接続部１７と接続されている。第１の接続部１５及び第２の接続部１７は接続ボルト１９を通って、グロープラグの燃焼室とは逆の側の端部に導かれている。既に述べたように、第１の給電層７は第３の接続部３７によって接続ボルト１９と接続されている。
【００１０】
所属の接続部を備えた加熱エレメント５の種々の層の配置は図３によってなお示されている。図３ａは加熱エレメント５を縦断面図で示す。イオン電流検出のための第１の電極３３及びイオン電流検出のための第２の電極３３′は絶縁層１１内に配置されている。加熱エレメント５の燃焼室とは逆の側の端部において、イオン電流検出のための第１の電極３３は第１の接続部１５と、かつイオン電流検出のための第２の電極３３′は第２の接続部１７と、接続されている。加熱エレメント５の燃焼室側の端部において、更にウェブ８が認められ、これは第１の給電層７及び第２の給電層９を互いに接続している。
【００１１】
図３ｂは、図３ａに示されている加熱エレメント５の切断平面に対して垂直の平面で切断した加熱エレメント５を示す。ここで認められることは、第１の給電層７及び第２の給電層９が加熱エレメント５の燃焼室側の端部６において、ウェブ８を介して互いに接続されていることである。第３の接続部３７は加熱エレメント５の燃焼室とは逆の側の端部において第１の給電層７と接続されている。
【００１２】
図４は、本発明をより良好に理解するために、加熱エレメント５の燃焼室とは逆の側の端部における横断面図を示す。これから認められるように、第１の給電層７は第２の給電層９から絶縁層１１によって分離されている。絶縁層１１の内部において、第１の接続部１５が配置されており、これはイオン電流検出のための第１の電極３３と接続されている。同様に絶縁層１１の内部において、第２の接続部１７が配置されており、これはイオン電流検出のための第２の電極３３′と接続されている。第１の給電層７の内部においては、更に、第３の接続部３７が配置されている。認められるように、絶縁層は、イオン電流検出のための第１及び第２の電極３３，３３′をより良好に受容しかつ絶縁するために、これらの電極が配置されている範囲において、広げられている。
【００１３】
第１の実施例では、グロープラグは次のように、すなわち、内燃機関のスタートの際に、グロープラグがまず加熱モードで運転されるように、運転される。このことは、グロー位相中に第３の接続部にアースに対して正の電圧が印加され、これにより電流が第１の給電層７，ウェブ８及び第２の給電層９を経て流れることを、意味する。この経路における電気抵抗によって、加熱エレメントの温度が増大し、グロープラグの燃焼室側の端部が突入している燃焼室が加熱される。グロー位相が終了した後に、第１の接続部１５及び第２の接続部１７に電圧ポテンシャルが印加され、第１の電極３３及び第２の電極３３′がイオン電流測定のための電極として役立つ。燃焼室がイオンの存在によってイオン化されると、イオン電流検出のための電極３３，３３′によってイオン電流が燃焼室囲壁に流れ、その際、燃焼室囲壁は接地されている。イオン電流検出のための第１の電極３３及びイオン電流検出のための第２の電極３３′はこの実施例では同じポテンシャルの電極として機能する。
【００１４】
別の実施例では、イオン電流検出のための第１の電極３３及びイオン電流検出のための第２の電極３３′に、異なって電圧ポテンシャルを印加して、イオン電流がイオン電流検出のための第１の電極３３とイオン電流検出のための第２の電極３３′との間を流れるようにすることも可能である。
【００１５】
別の実施例では、グロー運転及びイオン電流検出がグロープラグにより同時に行われる。このために第３の接続部３７及び第１及び第２の接続部１５，１７にそれぞれ、グロー運転若しくはイオン電流検出に必要な電圧が同時に印加される。この場合、電圧ポテンシャルは次のように、すなわちイオン電流検出のための第１の電極３３及びイオン電流検出のための第２の電極３３′が同じか、又は異なったポテンシャルにあり、換言すれば、前述のように、イオン電流がイオン化された燃焼室を経て燃焼室囲壁に、若しくはイオン電流検出のための第１の電極３３からイオン化された燃焼室を経てイオン化電流検出のための第２の電極３３′に流れるように、選ぶことができる。
【００１６】
第１の給電層７，ウェブ８，第２の給電層９、絶縁層１１及びイオン電流検出のための第１の電極３３並びにイオン電流検出のための第２の電極３３′は、第１の実施例では、セラミック材料から成っている。これによって、材料の熱膨張率が変わらず、したがって加熱エレメント５の耐久性が補償されている。この場合第１の給電層７、ウェブ８及び第２の給電層９の材料は次のように、すなわち、これらの層の抵抗が絶縁層１１の抵抗よりも小さくなるように、選ばれる。同様に、イオン電流検出のための第１の電極３３及びイオン電流検出のための第２の電極３３′の抵抗は絶縁層１１の抵抗よりも小さい。
【００１７】
別の実施例では、イオン電流検出のための第１の電極３３及びイオン電流検出のための第２の電極３３′は金属材料、例えばプラチナ、から成ることもできる。
【００１８】
好ましい実施例では、第１の給電層７、ウェブ８及び第２の給電層９、絶縁層１１及び場合により第１の電極３３及び第２の電極３３′はセラミックの結合構成体、それも化合物 Ａｌ２Ｏ３， ＭｏＳｉ２， Ｓｉ３Ｎ４及び Ｙ２Ｏ の少なくとも２つを有している結合構成体から成っている。これらの結合構成体は単段又は複数段の焼結プロセスによって得られる。層の特別な抵抗はこの場合有利には ＭｏＳｉ２ の含有量及び又は ＭｏＳｉ２ の粒度によって決定することができ、有利には第１の給電層７、ウェブ８及び第２の給電層９並びにイオン電流検出のための第１及び第２の電極３３，３３′の ＭｏＳｉ２ 含有量は絶縁層１１の ＭｏＳｉ２ 含有量よりも大きい。
【００１９】
別の実施例では、第１の給電層７，ウェブ８、第２の給電層９、絶縁層１１並びに場合によりイオン電流検出のための第１の電極３３及びイオン電流検出のための第２の電極３３′は、異なった充てん剤成分を有する複合前駆セラミックから成っている。この材料のマトリックスは、ホウ素、窒素あるいはアルミニウムを添加することのできるポリシロキサン、ポリシルセクイオキサン、ポリシランあるいはポリシラザンを含み、かつ熱分解によって製作されている。充てん剤は個々の層のために、化合物Ａｌ２Ｏ３， ＭｏＳｉ２， ＳｉＯ２ 及びＳｉＣ の少なくとも１つを形成する。前述の結合構成体と同様に、有利には、ＭｏＳｉ２ の含有量及び又は Ｍ０Ｓｉ２ の粒度は層の抵抗を定める。有利には、第１の給電層７，ウェブ８及び第２の給電層９並びに場合によりイオン電流検出のための第１及び第２の電極３３，３３′の ＭｏＳｉ２ 含有量は絶縁層１１の ＭｏＳｉ２ 含有量よりも大きく調整されている。第１の給電層７、ウェブ８、第２の給電層９，絶縁層１１並びに場合によりイオン電流検出のための第１の電極３３及びイオン電流検出のための第２の電極３３′の組成は前述の実施例では次のように、すなわち、その熱的な膨張係数及び焼結若しくは熱分解プロセス中に生ずる収縮が同じであって、加熱エレメント５内に何らの亀裂も生じないように、選ばれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるイオン電流センサを備えたグロープラグの概略的縦断面を示す。
【図２】本発明によるイオン電流センサを備えたグロープラグに燃焼室側の端部の概略的縦断面図を示す。
【図３ａ】本発明によるイオン電流センサを備えたグロープラグの加熱エレメントの概略的縦断面図を示す。
【図３ｂ】本発明によるイオン電流センサを備えたグロープラグの加熱エレメントの概略的縦断面図を示す。
【図４】本発明によるイオン電流センサを備えたグロープラグの加熱エレメントの概略的横断面図を示す。
【符号の説明】
３　ケーシング、　５　加熱エレメント、　６　燃焼室側の端部、　７　第１の給電導層、　８　ウェブ、　９　第２の給電層、　１１　絶縁層、　１２　接触面、　１３　燃焼室シール、　１５　第１の接続部、　１７　第２の接続部、　１９　接続ボルト、　２１　ホースリング、　２３　絶縁ディスク、　２５　円形差し込みコネクタ、　２７　スペーサスリーブ、　２９　接続スリーブ、　３１　金属スリーブ、　３３　第１の電極、　３３′　第２の電極、　３７　第３の接続部
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004502125.tif 000021
2004502125.tif 000022
2004502125.tif 000023
2004502125.tif 000024