(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと該ハウジング内に支持された本体とよりなるグロープラグにおいて，
上記本体は，セラミックよりなる絶縁体と，
該絶縁体の内部に設けられたセラミックよりなる通電発熱体及び該通電発熱体の両端部に電気的に接続されて絶縁体の外部に導出された一対のリード線と，
上記絶縁体の内部に配設された，火炎中のイオン化の状態を検出するための，セラミックよりなるイオン検出用電極とよりなり，
かつ，該イオン検出用電極は，少なくとも上記火炎と接触する露出部分が，導電性セラミック粒子により絶縁性セラミック粒子を包んでなる導電性の混合焼結体よりなると共に，その焼結助剤として希土類元素の酸化物を１種以上含有しており，
上記混合焼結体の組織は第１結晶相とその間の粒界相とよりなり，該粒界相の一部又は全部は結晶化して上記焼結助剤を含む第２結晶相となっていることを特徴とするグロープラグ。
【請求項２】
請求項１において，上記イオン検出用電極における上記焼結助剤の含有総量は，上記導電性セラミックと上記絶縁性セラミックの総量に対して３〜２５重量％であることを特徴とするグロープラグ。
【請求項３】
請求項１又は２において，上記イオン検出用電極における上記第２結晶相は，上記粒界相中に５％以上存在することを特徴とするグロープラグ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において，上記絶縁性セラミックは窒化珪素であり，上記導電性セラミックは金属の炭化物，珪化物，窒化物，又はホウ化物の１種又は２種以上であることを特徴とするグロープラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，燃料の着火・燃焼を促進するためのグロープラグに関する。
【０００２】
【従来技術】
近年，ガソリンエンジン，ディーゼルエンジンにおいては，環境保護の面から，排気ガスや排気煙をより一層低減させることが要望されている。そして，こうした要望に応えるべく，各種のエンジン改良や後処理（触媒浄化等）により排出ガス低減，燃料・潤滑油性状の改善，各種のエンジン燃焼制御システムの改善などが検討されている。
【０００３】
また，最近のエンジン燃焼制御システムにおいては，エンジンの燃焼状態を検出することが要請されており，筒内圧，燃焼光，イオン電流等を検出することによってエンジン燃焼状態を検出することが検討されている。特に，イオン電流によりエンジン燃焼状態を検出することは，燃焼に伴う化学反応を直接的に観察できることから極めて有用と考えられており，種々のイオン電流検出方法が提案されている。
【０００４】
例えば，特開平７−２５９５９７号公報には，燃料噴射ノズルの取り付け座部において，当該噴射ノズル及びエンジンのシリンダヘッドから絶縁されたスリーブ状のイオン検出用電極を装着し，これを外部の検出回路に接続することにより燃料の燃焼に伴うイオン電流を検出する方法が開示されている。
また，米国特許第４，７３９，７３１号では，セラミックグロープラグを用いたイオン電流検出用センサが開示されている。
【０００５】
これらの技術では，グロープラグのヒータ（通電発熱体）表面に白金製の導電層を取着すると共に，この導電層を燃焼室及びグロープラグ取付金具から絶縁している。そして，導電層に外部からイオン電流測定用電源（直流２５０Ｖ）を印加して燃料燃焼に伴うイオン電流を検出するようにしている。
【０００６】
【解決しようとする課題】
ところが，上記従来技術においては，いずれも以下に示す問題がある。
即ち，前者の技術（特開平７−２５９５９７号公報）では，イオン電流検出のために，他の部位より絶縁されたスリーブ状のイオン検出用電極を設置しなくてはならず，その材料の選択及びその加工において煩雑な作業が強いられる。
そのため，イオン検出用電極が非常に，高価な構成となるという問題がある。さらに，燃料噴射ノズルとイオン検出用電極との間，及びイオン検出用電極とシリンダヘッドとの間が燃焼室内にて発生するカーボンにより短絡し，早期に使用不能となるという欠点があった。
【０００７】
また，後者の技術（米国特許第４，７３９，７３１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，グロープラグ使用時における急激な温度変化によって，イオン検出用電極が熱衝撃により破損するおそれがあった。また，イオン検出用電極の耐熱性及び耐消耗性を確保するために，白金など高価な貴金属を多量に必要とすることから，グロープラグ自体が非常に高価なものとなる欠点があった。
【０００８】
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，かつイオン検出用電極の損傷がなく，耐久性に優れたグロープラグ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，セラミックよりなる絶縁体と，
該絶縁体の内部に設けられたセラミックよりなる通電発熱体及び該通電発熱体の両端部に電気的に接続されて絶縁体の外部に導出された一対のリード線と，
上記絶縁体の内部に配設された，火炎中のイオン化の状態を検出するための，セラミックよりなるイオン検出用電極とよりなり，
かつ，該イオン検出用電極は，少なくとも上記火炎と接触する露出部分が，導電性セラミック粒子により絶縁性セラミック粒子を包んでなる導電性の混合焼結体よりなると共に，その焼結助剤として希土類元素の酸化物を１種以上含有しており，
上記混合焼結体の組織は第１結晶相とその間の粒界相とよりなり，該粒界相の一部又は全部は結晶化して上記焼結助剤を含む第２結晶相となっ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イオン検出用電極とが配設されており，また，上記イオン検出用電極は，少なくとも上記火炎と接触する露出部分が，上記の導電性の混合焼結体よりなると共に，その焼結助剤として希土類元素の酸化物を１種以上含有しており，上記混合焼結体の組織は第１結晶相とその間の粒界相とよりなり，該粒界相の一部又は全部は結晶化して上記焼結助剤を含む第２結晶相となっていることである。
【００１１】
即ち，本発明におけるイオン検出用電極は，導電性セラミック又は絶縁性セラミックあるいは両者の結晶相である第１結晶相と，その間に存する粒界相とよりなる（図３〜図６）。この粒界相は，混合焼結体においては全体的に非晶質のガラス状であることが一般的である。これに対し，本発明における粒界相は，その一部又は全部が結晶化して第２結晶相となっていることに最大の特徴がある（図７）。
【００１２】
上記通電発熱体及びイオン検出用電極を絶縁体中に配設するに当たっては，例えば図９，図１０に示すごとく，予め両者の成形品を作製しておき，これを絶縁体粉末の中に埋め込んで一体成形する。
或いは，予め別途作製しておいた２つ割の絶縁体成形体の間に上記通電発熱体の成形品とイオン検出用電極の成形品を挟持配設する。
これらの絶縁体，通電発熱体，イオン検出用電極のそれぞれの成形品は，例えば，これらの材料であるセラミック粉末を主成分とし，これにパラフィンワックスとその他の樹脂を混合した混合物を作製し，これを射出成形することにより作製する。
【００１３】
そして，上記イオン検出用電極の成形品を作製するに当たっては，上記導電性セラミック粒子と絶縁性セラミック粒子の他に上記希土類元素の酸化物よりなる焼結助剤を添加した原料を用いる。これにより，この原料の混合焼結体は，上記のごとく，第１結晶相とその間の粒界相とよりなり，該粒界相の一部又は全部は結晶化して上記焼結助剤を含む第２結晶相となる。
【００１４】
なお，上記通電発熱体，或いは絶縁体についても，上記イオン検出用電極と同様に，導電性セラミック粒子と絶縁性セラミック粒子の他に上記希土類元素の酸化物よりなる焼結助剤を添加した原料を用いることが好ましい。これにより，上記通電発熱体，或いは絶縁体も，第１結晶相の間の粒界相の一部又は全部が結晶化して第２結晶相を有する優れた組織にすることができる。
【００１５】
次に，本発明の作用効果につき説明する。
まず，本発明のグロープラグは，上記通電発熱体に電流を通すことにより発熱し，その加熱により燃焼室における着火及び燃焼を促進させる。
また，イオン検出用電極は，燃焼火炎中のイオン化の状態を検出する。即ち，イオン電流の検出時において，イオン検出用電極とそれに近接する燃焼室の内壁（シリンダヘッド）とは，両者間に存在する燃料燃焼時のプラスイオン及びマイナスイオンを捕獲するための２電極を形成する。
【００１６】
これにより，精度良くイオン電流を検出することができ，その情報を燃焼制御に有用に活用することが可能となる。また，グロープラグに，本来の燃焼室の加熱機能（グロー機能）とイオン電流検出機能とを付与しているので，構造がコンパクトで，かつ安価に製造できる。
【００１７】
また，イオン検出用電極は，燃料燃焼に伴ってその表面中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，本発明においては，上記イオン検出用電極は，少なくとも上記火炎と接触する露出部分が，上記組織構成の混合焼結体よりなる。即ち，混合焼結体の組織は，第１結晶相とその間の粒界相とよりなり（図６），粒界相の一部又は全部は結晶化して上記焼結助剤を含む第２結晶相となっている（図７）。
【００１９】
そのため，上記粒界相が第２結晶相を持たずに非晶質のガラス相である従来の場合に比べて，粒界相の融点の向上及び耐食性の向上等を図ることができる。
それ故，イオン検出用電極の耐熱衝撃性，耐酸化性，耐食性が向上してその損傷を防止することができ，ひいてはイオン検出精度の信頼性・グロープラグの信頼性の向上を図ることができる。
【００２０】
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，かつイオン検出用電極の損傷がなく，耐久性に優れたグロープラグを提供することができる。
【００２１】
次に，請求項２の発明のように，上記イオン検出用電極における上記焼結助剤の含有総量は，上記導電性セラミックと上記絶縁性セラミックの総量に対して３〜２５重量％であることが好ましい。３重量％未満の場合には，上記混合焼結体の緻密化を促進できず，また上記粒界相において第２結晶相を形成することが困難であるという問題がある。一方，２５重量％を超える場合には，粒界相が結晶化せずにガラス相を形成し，粒界相が低融点となり，熱衝撃，耐食性が劣化するという問題がある。
【００２２】
また，請求項３の発明のように，上記イオン検出用電極における上記第２結晶相は，上記粒界相中に５％以上存在することが好ましい。５％未満の場合には，第２結晶相の存在による高融点化，耐酸化性及び耐食性向上等の上記効果があまり発揮されないという問題がある。
【００２３】
また，請求項４の発明のように，上記絶縁性セラミックは窒化珪素であり，上記導電性セラミックは金属の炭化物，珪化物，窒化物，又はホウ化物の１種又は２種以上であることが好ましい。この場合には，容易に上記第２結晶相を形成することができる。
【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１４を用いて説明する。
本例のグロープラグは，ディーゼルエンジンの始動補助装置として用いられる，セラミックグロープラグである。
本例のグロープラグ１は，図１に示すごとく，本体１０と該本体１０を装着するハウジング４とからなる。上記本体１０は，絶縁体１１と，該絶縁体１１の内部に設けられた通電発熱体２及び該通電発熱体２の両端部に電気的に接続されて絶縁体１１の外部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。
本例のイオン検出用電極３は，上記火炎と接触する露出部分３０を含みその全体が，導電性セラミック粒子により絶縁性セラミック粒子を包んでなる導電性の混合焼結体よりなると共に，その焼結助剤として希土類元素の酸化物を１種以上含有している。
【００２６】
そして，図３〜図６に示すごとく，上記混合焼結体の組織は第１結晶相Ｋ（図６）とその間の粒界相Ｒよりなる。そして，図７に示すごとく，該粒界相Ｒの一部又は全部は結晶化して上記焼結助剤を含む第２結晶相Ｈとなっている。
即ち，図３〜図５は，混合焼結体の断面組織のＳＥＭ写真であってそれぞれ倍率が３５０倍，１０００倍，２０００倍である。この図３〜図５における黒い部分と白い部分が上記第１結晶相Ｋであり，黒い部分がＳｉ3 Ｎ4 結晶相であり，白い部分がＭｏＳｉ2 結晶相である。そして，黒い部分と白い部分の境界部分の幅数ｎｍの範囲が粒界相Ｒである。
【００２７】
また，図６は，上記の組織を分かりやすくするための説明図であり，３つのＳｉ3 Ｎ4 よりなる第１結晶相Ｋの間に粒界相Ｒが存在している状態を示してある。また，図７は，図６中におけるＭ部分を拡大した状態を示しており，粒界相が結晶化して第２結晶相Ｈとして存在することを示している。これらの図に示された粒界相Ｒは，Ｘ線回折の結果，６０％以上が結晶化していることが分かった。
【００２８】
また，その結晶は，本例の焼結助剤がＹ2 Ｏ3 であるため，図８に示すＳｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＯ2 ，Ｙ2 Ｏ3 三元状態図中に示されるＡ点のアパタイト（Ｙ10（ＳｉＯ4 ）6 Ｎ2 ），Ｂ点のワレストナイト（ＹＳｉＯ2 Ｎ），Ｃ点のＹＡＭ（Ｙ4 Ｓｉ2 Ｏ7 Ｎ2 ），Ｄ点のメリライト（Ｙ2 Ｓｉ3 ０3 Ｎ4 ）の４種類の内１種以上含んでいることが分かった。ここで，ＳｉＯ2 は，原料の絶縁性セラミックとしてのＳｉ3 Ｎ4 中に不純物として含まれているものである。
また，上記結晶は，耐酸化性に優れているＡ点のアパタイト（Ｙ10（ＳｉＯ4 ）6 Ｎ2 ）の割合を高くするのが好ましい。
尚，結晶化の有無については，Ｘ線回折とＴＥＭにより確認することができる。また，従来においては，上記粒界相Ｒがガラス相になっている。
【００２９】
また，上記本体１０は，図１，図２に示すごとく，金属製のハウジング４内に，金属製の環状支持体４１を介して，固定されている。
そして，上記通電発熱体２の一方のリード線２１は，絶縁体１１の内部を上昇して，本体１０の側面に設けた導電性の端子部２３を介して内部リード線２３１に電気的に接続されている。また，他方のリード線２２は，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。
【００３０】
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。
【００３１】
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３０が露出している。
【００３２】
次に，上記グロープラグ本体１０を製造するに当たっては，まず図９，図１０に示すごとく，Ｕ字状の通電発熱体２の成形品２９と棒状のイオン検出用電極３の成形品３９を準備する。これらの成形品２９，３９は，それぞれ通電発熱体２及びイオン検出用電極３用のセラミック粉末を主成分とし，これにパラフィンワックスとその他の樹脂とを混合し，その混合物を用いて射出成形する。或いは粉末をそのままプレス成形により作製する。
なお，成形と同時にリード線２１，２２を接続する。リード線はタングステン，モリブデン等の高融点金属又はその合金からなる。
【００３３】
そして，成形品２９，３９は，絶縁体１１用のセラミック粉末の中に埋設し，これらをホットプレスにて一体的に加圧焼成する。焼成は，１気圧のアルゴンガス雰囲気下，５００ｋｇｆ／ｃｍ2 のプレス圧力により行い，焼結助剤量の変更による焼成温度条件の変化に対しては，各々最適な条件で行い，焼成温度は，１５００〜１９００℃の範囲で行った。
これにより，通電発熱体２及びイオン検出用電極３を内蔵したグロープラグ本体１０が得られる。
【００３４】
なお，本例におけるイオン検出用電極３用の原料としては，絶縁性セラミックとしての窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）と，導電性セラミックとしての珪化モリブデン（ＭｏＳｉ2 ）と，焼結助剤としての酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）との混合物を用いた。そして，Ｓｉ3 Ｎ4 の粒径をＭｏＳｉ2 より大きくすることにより，絶縁性のＳｉ3 Ｎ4 粒子が，互いに連続する導電性のＭｏＳｉ2 粒子で包まれた組織となり，導電性を発揮する。具体的には，例えば，平均粒径１μｍのＭｏＳｉ2 と平均粒径１３μｍのＳｉ3 Ｎ4 を用いる。
また，通電発熱体２は，上記イオン検出用電極３と同様のものを使用した。
【００３５】
絶縁体１１は，導電性セラミックであるＭｏＳｉ2 と，絶縁性セラミックであるＳｉ3 Ｎ4 を基本成分とし，焼結助剤としてＹ2 Ｏ3 を添加したセラミック焼結体よりなる。そして，Ｓｉ3 Ｎ4 の粒径を，ＭｏＳｉ2 と同じかやや小さくすることにより，導電性のＭｏＳｉ2 粒子が絶縁性のＳｉ3 Ｎ4 粒子で囲まれて分断された組織となり，絶縁性を発現する。具体的には，例えば，平均粒径０．９μｍのＭｏＳｉ2 と，平均粒径０．６μｍのＳｉ3 Ｎ4 を用いることができる。
【００３６】
上記通電発熱体２，イオン検出用電極３または絶縁体１１における導電性セラミックとしては，上記したＭｏＳｉ2 以外の金属の炭化物，珪化物，窒化物，またはホウ化物を用いてもよく，これらの少なくとも一種を使用する。導電性セラミックと絶縁性セラミックの配合割合は，例えば１０〜４０：９０〜６０（重量％）の範囲で適宜選択される。
【００３７】
通電発熱体２，イオン検出用電極３，絶縁体１１で同一またはそれに近い配合割合とすれば熱膨張計数等の差が小さくなるのでより好ましい。焼結助剤としては，Ｙ2 Ｏ3 以外の希土類元素の酸化物，例えばイッテルビウム，ランタン，ネオジム等の酸化物を用いてもよく，これらから選ばれる一種以上を使用する。
【００３８】
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１１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。
【００３９】
また，上記グロープラグ１は，図１１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。
【００４０】
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。
【００４１】
上記図１１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，渦流室４５１が加熱され，着火温度に上昇する。
そこで，燃料噴射ノズル４５９から，燃料が噴射されると，その都度該燃料が着火され，ピストン４５８が作動し，エンジンが駆動される。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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で燃焼されると，その燃焼火炎帯ではイオン化されたプラスイオンとマイナスイオンが大量に発生する。このとき，上記イオン検出用電極３とそれに対面するシリンダヘッド４５との間にバッテリ電圧が印加されているので，イオン検出用電極３にはマイナスイオンが捕獲されると共に，シリンダヘッド４５にはプラスイオンが捕獲される。
その結果，上記の電流経路が形成され，この電流経路を流れるイオン電流がイオン電流検出用抵抗５２１の両端の電位差として検出される。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
以下，図１２のフローチャートを用いて，上記グローリレー５３，５３１のオン，オフ切り替え処理を説明する。図１２は，所定の時間の割り込み処理により実行される。
まず，図１２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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
次に，図１３（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。
【００５２】
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。
【００５３】
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１３（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１３の（Ａ）と（Ｂ）を比較）。なお，図１３（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。
【００５４】
図１４は，このカーボン焼き切り操作を，上記図１１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１３Ｂ）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。
【００５５】
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とイオン検出用電極３とを設けてあり，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。
【００５６】
また，イオン検出用電極３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，イオン検出用電極３を正常状態にすることができる。そのため，イオン電流を精度良く検出することができる。
また，絶縁体１１の先端部は，半球形状としてあるので，燃焼室内における熱衝撃を吸収することができる。
【００５７】
さらに本例においては，粒界相が結晶化して第２結晶相を有する。そのため，本例のイオン検出用電極の耐久性を向上させることができる。
即ち，粒界相がガラス相である場合には，ガラス相が比較的低融点であるため，グロープラグの実使用時の高温状態（最高１４００℃程度）において粒界相が軟化，溶出する場合がある。そして，このガラス相に噴霧燃料が直撃すると，その熱衝撃によりイオン検出用電極表面にクラックが発生する。
【００５８】
これに対し，本例においては，上記のごとく粒界相Ｒの大部分が結晶化して第２結晶相Ｈなっている。この第２結晶相は，ガラス相よりも高融点であり，従来のように軟化，溶出をするおそれがない。
それ故，本例のイオン検出用電極は，熱衝撃に強く，損傷することがない。
【００５９】
実施形態例２
本例においては，本発明の効果を確認するために次の試験を行った。
まず，以下のようにして試験用の試料を作製した。絶縁体，通電発熱体，イオン電流検出用電極の基本成分をいずれも７０Ｓｉ3 Ｎ4 −３０ＭｏＳｉ2 （重量％）とし，絶縁体は平均粒径が０．９μｍのＭｏＳｉ2 と平均粒径が０．６μｍのＳｉ3 Ｎ4 を，通電発熱体及びイオン検出用電極には平均粒径が０．９μｍのＭｏＳｉ2 と平均粒径が１３μｍのＳｉ3 Ｎ4 を使用した。
【００６０】
焼結助剤としてはＹ2 Ｏ3 を用い，その添加量を絶縁体と通電発熱体とにおいて同量として，上記実施形態例１（図２）の構成のイオン電流検出用電極付きセラミックグロープラグを作製した。Ｓｉ3 Ｎ4 とＭｏＳｉ2 の総量に対するＹ2 Ｏ3 の添加量を，１〜３０重量％の範囲内において表１に示すように変更し，試料Ｎｏ．１〜６とした。次いで通電発熱体，イオン電流検出用電極，絶縁体ともにＹ2 Ｏ3 ７重量％，Ａｌ2 Ｏ3 ３重量％とした従来の組成によるヒータを作製し，比較用の試料（Ｎｏ．７）とした。
【００６１】
上記試料Ｎｏ．１〜７を用い，まず，通電の繰り返しによる抵抗値変化をしらべるため，通電１分，非通電１分の繰り返しを１サイクルとした冷熱試験を行った。このときのヒータ温度は初期に通電時の発熱による飽和温度を１４００℃にし，非通電時はファンによりヒータ温度を１００℃以下に冷却した。評価は各試料につき４本ずつ同様の試験を実施して，そのうちの１本が抵抗値上昇により通電時のヒータ飽和温度が１００℃低下して１３００℃になったサイクル数を寿命サイクルとした。表１に結果を示す。また，この時のガラス相の溶出の有無を表１に併せて記した。
【００６２】
次に，クラックの発生に関し，水中スポーリング試験を行った。まず，グロープラグに通電し，所定の飽和温度に発熱させた後，２０℃の水中に環状支持体から突出しているグロープラグ本体先端部を浸漬させ，表面に発生するクラックの有無を調査することにより評価した。
【００６３】
具体的には，飽和温度を５００℃として水中スポーリング試験を行い，クラックが発生していなければ，飽和温度を１００℃上げ，６００℃として水中スポーリング試験を行った。このようにして１４００℃まで，もしくはクラックが発生するまで，１００℃ずつ温度を上げて評価した。評価は各試料について４本ずつ同様の試験を実施し，結果を表１に併記した。
【００６４】
表１より，冷熱試験，ガラス溶出については，Ｙ2 Ｏ3 を単独で添加した試料Ｎｏ．１〜６のいずれも，従来組成の試料Ｎｏ．７に比べ，寿命が向上している。なお，寿命サイクルは市場での信頼性を考慮すると１００００サイクル以上であることが好ましく，試料Ｎｏ．１〜６では１００００〜１５０００ダイクルと良好な結果が得られている。
【００６５】
また，クラックの発生についても，試料Ｎｏ．１〜６ともに試料Ｎｏ．７より改善されており，特に，Ｙ2 Ｏ3 の添加量を３〜２５重量％とした試料Ｎｏ．２〜５では１４００℃においてもクラックの発生が全く見られなかった。
以上より，Ｙ2 Ｏ3 を３〜２５重量％添加することで，１４００℃という高温使用において抵抗値変化が小さく，ガラス溶出がなく，耐熱衝撃性のよいイオン検出用電極付きセラミックグロープラグが得られることがわかる。
【００６６】
【表１】
0003823393.tif 000002
【００６７】
実施形態例３
本例においては，焼結助剤としてＹ2 Ｏ3 の他に，他の希土類元素の酸化物を添加した試料を作製した。基本成分は，実施形態例２と同一とし，焼結助剤の種類と添加量を表２のように変更した。焼結助剤の添加量は通電発熱体，イオン検出用電極，と絶縁体において全て同量とした。そして，実施形態例２と同様にして試料を作製し（試料Ｎｏ．８〜１６），評価を行った。結果を表２に併記する。
【００６８】
表２の結果を従来組成の試料Ｎｏ．７（表１）と比較すると，全試料において冷熱試験結果が向上しており，ガラス溶出，クラックの発生も見られない。このように，Ｙ2 Ｏ3 と他の希土類元素の酸化物を組み合わせた場合でも，添加総量を３〜２５重量％とすることにより，通電発熱体の抵抗値変化が小さく，ガラス溶出がなく，耐熱衝撃性のよいイオン検出用電極付きセラミックグロープラグが得られる。
【００６９】
【表２】
0003823393.tif 000003
【００７０】
実施形態例４
本例においては，焼結助剤としてＹ2 Ｏ3 以外の希土類元素の酸化物を１種以上添加した試料を作製した。希土類元素の酸化物として，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｎｄ2 Ｏ3 ，およびこれらを組み合わせたものを用い，それぞれにつき，焼結助剤の添加総量が３重量％，２５重量％の２種類の試料を作製した。基本成分は実施形態例２と同一とし，焼結助剤の添加量は通電発熱体，イオン検出用電極，絶縁体において全て同量とした。そして，実施形態例２と同様にして試料を作製し（試料Ｎｏ．１７〜２６），評価を行った。結果を表３に示す。
【００７１】
表３の結果を従来組成の試料Ｎｏ．７（表１）と比較すると，全試料において冷熱試験結果が向上しており，ガラス溶出，クラックの発生も見られない。このように，焼結助剤としてはＹ2 Ｏ3 以外の他の希土類元素の酸化物のいずれを使用してもよく，その添加総量を３〜２５重量％とすることで，同様の効果が得られることがわかる。
【００７２】
【表３】
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【００７３】
以上実施形態例２〜４の結果より，焼結助剤として希土類元素の酸化物を１種以上使用し，その添加総量を３〜２５重量％とすることにより，抵抗値変化が小さく，ガラス溶出がなく，耐熱衝撃性のよいイオン検出用電極付きグロープラグが実現できることがわかる。
【００７４】
実施形態例５
本例は，焼結助剤として１０重量％のＹ2 Ｏ3 の他に，Ａｌ2 Ｏ3 を０．０１〜７重量％添加して，Ｓｉ3 Ｎ4 の粒界相をガラス相と結晶相の混合体とした試料を作製した（試料Ｎｏ．２７〜３５）。試料の作製は，実施形態例２と同様に行った。また，評価方法も実施形態例２と同様に，冷熱試験と水中スポーリング試験により行った。その結果を表４に示す。なお，粒界相中の結晶相の割合は結晶化率により表している。結晶化率は，Ｘ線回折装置の結晶相ピーク強度と透過電子顕微鏡の原子構造との比較を行いながら，算出した。
【００７５】
表４の結果より，従来組成（試料Ｎｏ．２７）の結晶化率０％のものより，少しでも結晶化している試料Ｎｏ．２８〜３５は，いずれも寿命が向上していることがわかる。その中でも，試料Ｎｏ．３０〜３５の結晶化率が５％以上のものは，極めて良好な結果が得られた。また，水中スポーリング試験におけるクラック発生温度についても，試料Ｎｏ．３０〜３５までの結晶化率５％以上のものは良好な結果が得られている。
【００７６】
以上より，特に結晶化率５％以上のものは，寿命サイクルが長く，ガラス溶出が無く，耐熱衝撃性の良い，イオン検出用電極付きセラミックグロープラグが実現できる。
なお，本例は焼結助剤としてＹ2 Ｏ3 とＡｌ2 Ｏ3 添加の場合を示したが，その他の希土類酸化物の焼結助剤を利用しても同様の結果が得られる。
【００７７】
【表４】
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【００７８】
実施形態例６
上記の実施形態例２〜５においては導電性セラミックとしてＭｏＳｉ2 を用いた場合について示したが，導電性セラミックとして他の金属の炭化物，窒化物，ホウ化物を用いた場合においても同様の効果が得られる。本例においては，これを確認するため，表５に示すごとく，導電性セラミックをＷＣ，ＴａＣ，ＴｉＮ，ＺｒＢ2 に変更し，それぞれについて，焼結助剤の添加量を上記試料Ｎｏ．３（Ｙ2 Ｏ3 ：１０重量％），試料Ｎｏ．７（Ｙ2 Ｏ3 ：７重量％，Ａｌ2 Ｏ3 ：３重量％）と同じにした２種類の試料を作製し（試料Ｎｏ．３６〜４３），実施形態例２と同様の試験を行った。
【００７９】
結果を表５に併記する。表５より明らかなように，導電性セラミックの種類を変更した場合においても，Ｙ2 Ｏ3 添加量を１０重量％添加して粒界相に結晶相を設けることにより，抵抗値変化が小さく，ガラス溶出がなく，耐熱衝撃性のよいイオン検出用電極付きセラミックグロープラグが得られる。なお，その他の希土類酸化物１種以上を焼結助剤に利用しても同様の効果が得られる。
【００８０】
【表５】
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【００８１】
実施形態例７
本例は，図１５に示すごとく，実施形態例１のグロープラグ作動回路（図１１）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。
【００８２】
その他は，実施形態例１と同様である。
本例においても，実施形態例１と同様の効果を得ることができる。また，特に，本例においては，定電流・定電圧回路５２４を介在する事で１つのバッテリーでも，グロープラグ発熱時に生じるイオン検出用電極への印加電圧の変動を防止し，安定した検出性能が維持できるという効果を得ることができる。
【００８３】
実施形態例８
本例は，図１６に示すごとく，イオン検出用電極３を，Ｕ字状の通電発熱体２の下端に一体的に設けた例である。本例におけるイオン検出用電極３は，実施形態例１と同様に，その粒界相に第２結晶相を有する。また，通電発熱体２の一方のリード線２２０を，絶縁体１１の上端に設けた端子部３１に接続し，リード線２２０とイオン検出用電極３との端子部を共用した。
【００８４】
この場合の作動回路を図１７に示す。同図より知られるように，通電発熱体２の加熱用回路とイオン電流検出回路には，それぞれグローリレー５３，５３１，イオンリレー５３０を設けてあり，これらはＥＣＵ５２からの指令信号により，スイッチ切替されるよう構成されている。そして，作動状態としては常に通電発熱体加熱状態か，イオン電流検出状態のどちらか一方の回路構成となるようになっている。
その他は，実施形態例１と同様の効果を得ることができる。
なお，本例では，上記端子部３１を通電発熱体２とイオン検出用電極３の端子部として共用しているので，構造が簡単である。
【００８５】
実施形態例９
本例は，図１８に示すごとく，実施形態例４におけるイオン検出用電極３の露出部分３０を含む先端部分３０１だけにおいて，その粒界相を結晶化させた。そして，先端部分３０１以外の他部分３０２は，従来と同様に粒界相をガラス相とした。その他は実施形態例４と同様である。
この場合においても，イオン検出用電極３の露出部分３０の破損がなく，実施形態例４と同様の効果を得ることができる。
【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，イオン検出用電極の混合焼結体組織を示す図面代用写真（倍率３５０倍）。
【図４】実施形態例１における，イオン検出用電極の混合焼結体組織を示す図面代用写真（倍率１０００倍）。
【図５】実施形態例１における，イオン検出用電極の混合焼結体組織を示す図面代用写真（倍率２０００倍）。
【図６】実施形態例１における，イオン検出用電極の混合焼結体組織を示す説明図。
【図７】図６のＭ部分の拡大説明図。
【図８】Ｓｉ3 Ｎ4 −ＳｉＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 の三元系状態図における，第２結晶相の組成を示す説明図。
【図９】実施形態例１における，通電発熱体の成形体の斜視図。
【図１０】実施形態例１における，イオン検出用電極の成形体の斜視図。
【図１１】実施形態例１における，グロープラグ作動回路図。
【図１２】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１３】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１４】実施形態例１における，燻り判定フローチャート。
【図１５】実施形態例７における，グロープラグ作動回路図。
【図１６】実施形態例８における，（Ａ）グロープラグ本体の断面図，（Ｂ）上記（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図１７】実施形態例８における，グロープラグ作動回路図。
【図１８】実施形態例９における，グロープラグ本体の断面図。
【符号の説明】
１．．．グロープラグ，
１０．．．本体，
１１．．．絶縁体，
２．．．通電発熱体，
２１，２２，２２０．．．リード線，
３．．．イオン検出用電極，
４．．．ハウジング，
４５．．．シリンダヘッド，
４５１．．．渦流室，
Ｋ．．．第１結晶相，
Ｒ．．．粒界相，
Ｈ．．．第２結晶相，
【図１】
0003823393.tif 000007
【図２】
0003823393.tif 000008
【図３】
0003823393.tif 000009
【図４】
0003823393.tif 000010
【図５】
0003823393.tif 000011
【図６】
0003823393.tif 000012
【図７】
0003823393.tif 000013
【図８】
0003823393.tif 000014
【図９】
0003823393.tif 000015
【図１０】
0003823393.tif 000016
【図１１】
0003823393.tif 000017
【図１２】
0003823393.tif 000018
【図１３】
0003823393.tif 000019
【図１４】
0003823393.tif 000020
【図１５】
0003823393.tif 000021
【図１６】
0003823393.tif 000022
【図１７】
0003823393.tif 000023
【図１８】
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