(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からの給電により発熱する発熱体を有すると共に、一部に他より絶縁された露出電極部を有するグロープラグを有し、当該グロープラグを用いて燃焼室内での燃料燃焼時に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出装置であって、
前記グロープラグによる発熱体の加熱状態と、同グロープラグによるイオン電流検出状態とを切り替えるスイッチング手段と、
前記グロープラグによるイオン電流検出状態下において、燃料着火前の所定時期に前記露出電極部より流れる漏洩電流を検出する漏洩電流検出手段と、
前記漏洩電流検出手段により検出された漏洩電流が所定のしきい値よりも大きければ一時的にイオン電流検出状態から発熱体加熱状態へ移行するよう前記スイッチング手段を操作する操作手段と
を備えることを特徴とするイオン電流検出装置。
【請求項２】
前記漏洩電流検出手段は、燃焼室内の圧力上昇時に漏洩電流を検出するものである請求項１に記載のイオン電流検出装置。
【請求項３】
前記漏洩電流検出手段は、燃焼室内への燃料噴射のタイミングに対応して漏洩電流を検出するものである請求項１に記載のイオン電流検出装置。
【請求項４】
前記操作手段は、前記漏洩電流検出手段により検出された漏洩電流値に応じた時間だけスイッチング手段を発熱体加熱状態に保持する請求項１〜請求項３のいずれかに記載のイオン電流検出装置。
【請求項５】
イオン電流を検出するためのイオン電流検出器の信号出力部にハイパスフィルタを設け、その検出信号を信号処理装置に入力する請求項１〜請求項４のいずれかに記載のイオン電流検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載のイオン電流検出装置において、
前記操作手段による漏洩電流判定用のしきい値を許容最大値付近に設定したことを特徴とするイオン電流検出装置。
【請求項７】
前記ハイパスフィルタの出力信号を入力し、該入力した信号と燃焼状態検出用しきい値とを比較する比較手段を備える請求項５又は請求項６に記載のイオン電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料の着火・燃焼を促進するためのグロープラグを用いて燃料燃焼時に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガソリンエンジンのみならずディーゼルエンジンにおいても環境保護の面から、機関から排出される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（触媒等）による排出ガス低減、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、上記検討事項に関連して、最近のエンジン燃焼制御システムにおいてはエンジン運転中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装置が提案されている。
【０００４】
そのイオン電流検出装置の一例として、燃料の着火・燃焼を促進するために燃焼室内に突設されたセラミックグロープラグを用い、同グロープラグ先端のセラミック発熱部にイオン電流検出用の露出電極を設けた技術がある（例えば、米国特許第４，７３９，７３１号）。かかるグロープラグでは一般に、セラミック発熱部が絶縁体と該絶縁体に埋設された発熱体とからなり、絶縁体外周に露出電極が設けられている。この場合、当該露出電極と燃焼室の内壁（例えばシリンダヘッド）との間に所定電圧を印加して、燃料燃焼時に発生する燃焼イオンを前記電極及び燃焼室内壁に捕獲する。そして、この捕獲されるイオンの流れをイオン電流として検出する。
【０００５】
【発明が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、以下に示す問題を招来する。つまり、上記グロープラグでは、その使用途中においてセラミック発熱部の外周にカーボンが付着し、前記イオン電流検出用の露出電極とそれに絶縁されたアース部（プラグハウジングやシリンダヘッド）との間の絶縁抵抗が低下する。この場合、電極部分とアース部とが導通されてしまい、本来、燃焼イオンが発生していないにもかかわらず、付着カーボンを通って漏洩電流が流れるという事態を招く。そして、かかる事態には、上記漏洩電流によってイオン電流波形が所望の波形とは相違し、その検出結果を用いた着火時期検出処理や失火検出処理の精度が悪化するという問題を生ずる。上記露出電極とアース部との間の絶縁状態は、燃焼室内の圧力に依存しており、特にエンジン圧縮行程時においては絶縁抵抗が下がり漏洩電流が流れ易くなる。
【０００６】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、イオン電流を精度良く検出し、ひいては当該検出結果を用いて着火時期検出や失火検出等の処理を精度良く実施することができるイオン電流検出装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、グロープラグによる発熱体の加熱状態と、同グロープラグによるイオン電流検出状態とが切り替えられる（スイッチング手段）。この切替えの通常動作について略述すれば、例えばエンジンの低温始動時においてグロープラグが発熱体加熱状態に保持され、その後発熱体の発熱作用によりエンジン暖機が完了すると、同グロープラグが発熱体加熱状態からイオン電流検出状態へと切り替えられる。つまり、グロープラグの露出電極部と燃焼室内壁との間で燃焼イオンが捕獲され、イオン電流検出用抵抗等の電流検出手段によりイオン電流が検出される。
【０００８】
また、本発明ではその特徴として、グロープラグによるイオン電流検出状態下において、燃料着火前の所定時期に露出電極部より流れる漏洩電流が検出される（漏洩電流検出手段）。そして、前記漏洩電流検出手段により検出された漏洩電流が所定のしきい値よりも大きければ一時的にイオン電流検出状態から発熱体加熱状態へ移行するよう前記スイッチング手段が操作される（操作手段）。
【０００９】
要するに、燃焼室内においてグロープラグ外周部にカーボンが付着すると、露出電極とアース部との絶縁抵抗が低下し、漏洩電流が流れる。この場合、所望のイオン電流波形が得られないという問題を生ずる。即ち、図６の（ｂ）に示すように、本来のイオン電流波形に先立って漏洩電流が流れる（図６のＡ点以前）。これに対し、本発明では、所定時期において漏洩電流を検出し（図６では、燃料噴射のタイミング）、この漏洩電流に基づいてグロープラグ外周のカーボン付着状態を推定可能とする。そして、こうしたカーボン付着状態であれば、グロープラグを発熱体加熱状態として付着カーボンを焼き切るようにしている。以上の構成により、常に所望のイオン電流波形（例えば、図６の（ａ）に示す波形）が検出できることとなり、その検出結果を用いた着火時期検出や失火検出等の処理を精度良く実施することができる。
【００１０】
また、グロープラグ外周にカーボンが付着した場合、露出電極とアース側との絶縁抵抗は燃焼室内での圧力に依存し、圧力上昇時に絶縁抵抗が低下して漏洩電流が流れ易くなる。そこで、請求項２に記載した発明では、燃焼室内の圧力上昇時に漏洩電流を検出するようにしている。この場合、漏洩電流の有無が確実に検出できる。この圧力上昇時とは、例えばディーゼルエンジンにおける圧縮行程時に相当する。
【００１１】
また、請求項３に記載した発明では、燃焼室内への燃料噴射のタイミングに対応して漏洩電流を検出するようにしている。つまり、燃料噴射のタイミングとは、例えばディーゼルエンジンにおいては燃焼室圧力が上昇し、且つ燃料の燃焼直前の時期に相当する。従って、上記の如くカーボンが付着した状況下では、より一層確実に漏洩電流を検出することができる。
【００１２】
一方、請求項４に記載した発明では、前記操作手段は、前記漏洩電流検出手段により検出された漏洩電流値に応じた時間だけスイッチング手段を発熱体加熱状態に保持する。つまり、グロープラグ外周に付着したカーボン量が多いほど、漏洩電流の値は大きくなる。そこで、漏洩電流値に応じて発熱体加熱状態の保持時間を決定するようにすれば、確実に付着カーボンを焼き切ることができる。
【００１３】
またさらに上記請求項１〜請求項４にかかる発明として、請求項５に記載の発明では、イオン電流を検出するためのイオン電流検出器の信号出力部にハイパスフィルタを設け、その検出信号を信号処理装置に入力するようにしている。本請求項によれば、ハイパスフィルタを構成要素とすることで、グロープラグのイオン検出用電極にカーボンが付着しても燃焼時に発生するイオン電流と絶縁不良による漏洩電流とを分離することができ、イオン電流が確実に検出できるようになる。また、ハイパスフィルタの出力波形により着火時期等の燃焼状態情報を判定するようにすれば、その判定処理が容易となる。なお、上記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は５０Ｈｚ〜５ｋＨｚ程度に設定すればよく、より望ましくは１００〜５００Ｈｚの範囲内で設定するとよいことが本発明者により確認されている。
【００１４】
上記請求項５に記載の発明は、次の請求項６及び請求項７のようにも具体化できる。つまり、請求項６に記載の発明では、前記操作手段による漏洩電流判定用のしきい値を許容最大値付近に設定している。要するに、付着カーボンの除去を主たる目的としてスイッチング手段の切り換えを行う場合には、漏洩電流を判定するためのしきい値を低めに設定するとよいが、既述した請求項５の構成を用いれば多少の漏洩電流が流れたとしてもその漏洩電流とイオン電流とが分離できる。従って、請求項６に記載したように、漏洩電流判定用のしきい値を許容範囲内で大きくすれば、付着カーボンの焼き切り処理頻度が少なくなる代りに、イオン電流が頻繁に検出できるようになり、それにつれて燃焼状態も頻繁に検出できるという効果が得られる。
【００１５】
請求項７に記載の発明では、ハイパスフィルタの出力信号を入力し、該入力した信号と燃焼状態検出用しきい値とを比較する比較手段を備えている。この場合、ハイパスフィルタの出力と燃焼状態検出用しきい値とを比較することで、燃焼状態の検出処理が簡易に実施できるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、セラミックグロープラグ（以下、単にグロープラグという）を用いたイオン電流検出装置の第１の実施の形態について、図面に従って説明する。つまり、本実施の形態のイオン電流検出装置は、グロープラグを用いて燃料燃焼時に発生するイオン電流を検出するものであって、そのグロープラグは、ディーゼルエンジンのシリンダヘッドに形成された燃焼室（渦流室）に設けられ、その一部が燃焼室内に晒されるようになっている。そして、同グロープラグは、エンジンの低温始動時において、燃料噴射ノズルより噴射される燃料の着火及び燃焼を促進させる役割をなす。また、本実施の形態におけるグロープラグは、上記の始動補助機能に加えて、燃料燃焼時の燃焼火炎帯に存在する活性イオンを検出する役割をもなす。
【００１７】
ここで、図１には、本実施の形態におけるグロープラグ１の全体構成を示す。同図において、グロープラグ１は略円筒状をなす金属製のハウジング２を有しており、このハウジング２の外周面には当該グロープラグ１を後述するシリンダヘッドに取り付けるための雄ねじ部３及び六角部４が形成されている。ハウジング２の上部には、管状のプロテクションチューブ５が溶着されている。
【００１８】
また、前記ハウジング２には円柱状のセラミック発熱部６が保持されており、このセラミック発熱部６は、導電性を有するＵ字状の発熱体７と、絶縁性を有する耐熱性絶縁体８と、前記発熱体７に一体成形されたイオン検出用電極１４と、前記発熱体７の両端に接続されると共に前記絶縁体８に埋設された２本のタングステンリード線９ａ，９ｂとから構成されている。
【００１９】
詳しくは、前記発熱体７はその大部分が耐熱性絶縁体８内に埋設され、強固に保持されるものであるが、図２の要部拡大図に示すように、発熱体７先端に形成されたイオン検出用電極１４の端面は、耐熱性絶縁体８の外周面と同一面上に設けられている。この場合、発熱体７とイオン検出用電極１４とは一体的に成形されているため、両部材７，１４は常に電気的に接続された状態となっている。かかる構成において、発熱体７の露出部と後述するディーゼルエンジンの渦流室１７（破線部）の内壁とは、イオン電流を検出するための対向電極を形成する。なお、本実施の形態では、イオン検出用電極１４が露出電極部に相当する。
【００２０】
また、図１において、前記各タングステンリード線９ａ，９ｂの上端には、耐熱性絶縁体８内に埋め込まれた導電性チップ１０ａ，１０ｂが接続されており、導電性チップ１０ａ，１０ｂには各々にリード線１１ａ，１１ｂが接続されている。これら２本のリード線１１ａ，１１ｂがグロープラグ１の外部信号入力線となっている。なお、前記ハウジング２及びプロテクションチューブ５と、リード線１１ａ，１１ｂとの間は、絶縁チューブ１２及びゴムブッシュ１３により電気的に絶縁されている。リード線１１ａ，１１ｂは、ゴムブッシュ１３と共にプロテクションチューブ５のカシメ締め付け力により固定されている。
【００２１】
以下に、セラミック発熱部６の詳細な構成について説明する。つまり、セラミック発熱部６の発熱体７、イオン検出用電極１４及び耐熱性絶縁体８は、いずれも導電性セラミック粉末（本実施の形態では、珪化モリブデンＭｏＳｉ２  粉末）と絶縁性セラミック粉末（本実施の形態では、窒化珪素Ｓｉ３  Ｎ４  粉末）の混合物よりなり、且つ配合割合を略同一にした焼結体により構成されている。但し、発熱体７及びイオン検出用電極１４ではＭｏＳｉ２  粉末の平均粒径がＳｉ３  Ｎ４  粉末のそれよりも小さく、耐熱性絶縁体８ではＭｏＳｉ２  粉末の平均粒径がＳｉ３  Ｎ４  粉末のそれと同じ若しくはそれよりも大きくしてある。即ち、各粉体の粒径を変更することにより発熱体７及びイオン検出用電極１４と、耐熱性絶縁体８とを作り分けるようにしている。
【００２２】
上記構成を有するセラミック発熱部６において、発熱体７及びイオン検出用電極１４では、小径のＭｏＳｉ２  粉末（導電性セラミック粉末）が大径のＳｉ３  Ｎ４  粉末（絶縁性セラミック粉末）を取り囲んで互いに連なっており、それにより発熱体７及びイオン検出用電極１４に電流が流れ、発熱体７が発熱される。一方、耐熱性絶縁体８では、大径のＭｏＳｉ２  粉末（導電性セラミック粉末）間に小径のＳｉ３  Ｎ４  粉末（絶縁性セラミック粉末）が介在するため、両者は直列に並んだ状態となり発熱体７に比べて抵抗が大きく絶縁層を形成する。
【００２３】
また、セラミック発熱部６の製造方法としては、先ずＭｏＳｉ２  粉末とＳｉ３  Ｎ４  粉末との混合物にバインダーを混練してペースト化し、発熱体７、イオン検出用電極１４及び耐熱性絶縁体８を各々に所望の形状に射出成形する。そして、発熱体７及びイオン検出用電極１４を耐熱絶縁体８で包み込むように配置して１７００〜１８００℃にてホットプレスした後、セラミック発熱部６として円柱状に削り出す。さらに、セラミック発熱部６の先端部において、耐熱性絶縁体８を球状に切削加工する。これにより、発熱体７はその全体が耐熱性絶縁体８の埋設されるが、イオン検出用電極１４の端面はセラミック発熱部６の先端部において露出することとなる。
【００２４】
次に、上記の如く構成されるグロープラグ１を用いたイオン電流検出システムを図３，図４を用いて説明する。なお、図３，図４は共に、本実施の形態におけるイオン電流検出システムの概要を示す構成図である。このうち図３は、グロープラグ１（発熱体７）の加熱状態、即ちエンジン始動時における燃料の着火及び燃焼を促進するための状態を示し、図４は、燃料燃焼に伴うイオン電流をグロープラグ１により検出する状態を示す。
【００２５】
各図において、ディーゼルエンジンのシリンダヘッド１５にはねじ孔１６が形成されており、このねじ孔１６に前記グロープラグ１が螺着されている。即ち、グロープラグ１をシリンダヘッド１５に螺着する際には、前記六角部４を所定の工具で挟み、同プラグ１の雄ねじ部３をねじ孔１６にねじ入れるようにする。
【００２６】
グロープラグ１のセラミック発熱部６の先端部は、シリンダヘッド１５に形成された渦流室１７に突出配置されている。この渦流室１７にはピストン１８上部に設けられた主燃焼室１９が連通されており、渦流室１７は燃焼室の一部をなす。渦流室１７には燃料噴射ノズル２０の先端部が配設されており、この燃料噴射ノズル２０から渦流室１７内に燃料が噴射されるようになっている。
【００２７】
また、定格１２Ｖ（ボルト）の直流電源からなるバッテリ２１とグロープラグ１との間には、スイッチング手段としてのスイッチ回路２５が配設されており、このスイッチ回路２５は、２つの２位置切替スイッチ２３，２４の操作状態に応じてバッテリ２１とグロープラグ１との間の電気経路を切り換える。スイッチ回路２５は、電子制御装置（以下、ＥＣＵという）３０からの指令信号が入力されない通常時にはイオン電流検出状態（図４の状態）を保持し、ＥＣＵ３０からの指令信号が入力されると、前記イオン電流検出状態から発熱体加熱状態（図３の状態）に移行する。このとき、２つの切替スイッチ２３，２４は同時に動作する。
【００２８】
つまり、切替スイッチ２３，２４の端子２３ａ，２４ａには前記グロープラグ１のリード線１１ａ，１１ｂ（及びタングステンリード線９ａ，９ｂ）がそれぞれに接続されている。また、切替スイッチ２３，２４は、前記端子２３ａ及び２４ａに対して選択的に接続される各々２つずつの接点２３ｂ，２３ｃ及び２４ｂ，２４ｃを有する。
【００２９】
かかる場合において、発熱体加熱状態では、図３に示すように、端子２３ａと接点２３ｂとの間が閉路されると共に、端子２４ａと接点２４ｂとの間が閉路されている。このとき、グロープラグ１の一方のリード線１１ａには端子２３ａ及び接点２３ｂを介してバッテリ２１のプラス側が接続されると共に、他方のリード線１１ｂには端子２４ａ及び接点２４ｂを介してバッテリ２１のマイナス側が接続されている。即ち、発熱体７は加熱状態に保持される（このとき、図３中の２点鎖線で示す経路を電流が流れる）。なお、接点２４ｂは、アース部としてのシリンダヘッド１５の一部にも接続されている。
【００３０】
また、イオン電流検出状態では、図４に示すように、端子２３ａと接点２３ｃとの間が閉路されると共に、端子２４ａと接点２４ｃとの間が閉路される。即ち、切替スイッチ２３，２４は共にオープン状態となる。この場合、切替スイッチ２３に並列に設けられた電気経路（図４の２点鎖線で示す経路）のイオン電流検出用抵抗２６を介して、バッテリ電圧がリード線１１ａに印加される。つまり、セラミック発熱部６の先端に形成されたイオン検出用電極１４とシリンダヘッド１５との間にバッテリ電圧が印加され、燃焼火炎帯の活性イオンの発生に伴い図４中に２点鎖線で示す経路でイオン電流が流れる。
【００３１】
なお、イオン電流検出用抵抗２６の抵抗値は１００ｋΩ程度であって、このイオン電流検出用抵抗２６を流れるイオン電流は、当該抵抗２６の両端の電位差として電位差計２７により検出される。
【００３２】
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２０による噴射燃料が渦流室１７で燃焼に供されると、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、イオン検出用電極１４とそれに対面するシリンダヘッド１５（渦流室１７の内壁）との間にバッテリ電圧が印加されることにより、イオン検出用電極１４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１５にはプラスイオンが捕獲される。その結果、図４に示す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２６両端の電位差として検出される。
【００３３】
一方、ＥＣＵ３０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２７により検出された検出信号を入力する。また、ＥＣＵ３０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３１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３２の検出信号が入力され、ＥＣＵ３０は各センサ３１，３２の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。
【００３４】
上記ＥＣＵ３０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の発熱体７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暖機完了時において、前記スイッチ回路２５に切り替え指令信号を出力し、本システムの回路をイオン電流検出状態として燃焼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、スイッチ回路２５はＥＣＵ３０により発熱体加熱状態に保持されるようになっている。以下、図５のフローチャートを用いて、前記スイッチ回路２５の切り替え処理を説明する。図５は、所定の時間の割り込み処理により実行される。
【００３５】
さて、図５の処理がスタートすると、ＥＣＵ３０は、先ずステップ１１０でエンジン暖機完了後であり、且つスイッチ回路２５がイオン電流検出状態に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１１０が否定判別され、ＥＣＵ３０は続くステップ１２０で水温Ｔｗ及びエンジン回転数Ｎｅを読み込む。
【００３６】
その後、ＥＣＵ３０は、ステップ１３０で水温Ｔｗが所定の暖機完了温度（本実施の形態では、６０℃）以上であるか否かを判別すると共に、ステップ１４０でエンジン回転数Ｎｅが所定回転数（本実施の形態では、２０００ｒｐｍ）以上に達しているか否かを判別する。かかる場合、ステップ１３０，１４０が共に否定判別されれば、ＥＣＵ３０は、エンジンの暖機が完了しておらず、グロープラグ１（発熱体７）による加熱が必要であるとみなし、ステップ１５０に進む。また、ステップ１３０，１４０のいずれかが肯定判別されれば、ＥＣＵ３０は、エンジンの暖機が完了した、或いはグロープラグ１（発熱体７）による加熱が不要であるとみなし、ステップ１６０に進む。
【００３７】
ステップ１５０に進んだ場合、ＥＣＵ３０は、スイッチ回路２５を発熱体加熱状態（図３の状態）に保持し、その後本処理を終了する。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促進される。
【００３８】
また、ステップ１６０に進んだ場合、ＥＣＵ３０は、スイッチ回路２５を発熱体加熱状態からイオン電流検出状態（図４の状態）に移行させ、その後本ルーチンを終了する。この状態では、イオン電流検出用抵抗２６により燃料燃焼時に生じるイオン電流が検出される。
【００３９】
なお、前記ステップ１４０が肯定判別されてステップ１６０に進む場合とは、例えばレーシング状態で一時的にエンジン回転数Ｎｅが上昇する場合が考えられ、この場合にはエンジン暖機が未だ完了していない。従って、スイッチ回路２５が一旦イオン電流検出状態に移行したとしても、ＥＣＵ３０は、次回処理時のステップ１１０を否定判別し、ステップ１３０，１４０の判別処理を再び実施する。そして、一時的なエンジン回転数Ｎｅの上昇が収まり、同回転数Ｎｅが低下すると（Ｎｅ＜２０００ｒｐｍ）、スイッチ回路２５を再度、発熱体加熱状態に復帰させる（ステップ１５０）。
【００４０】
その後、Ｔｗ≧６０℃となりエンジン暖機が完了すると、ＥＣＵ３０はステップ１１０を肯定判別する。そして、エンジン暖機が完了し、且つスイッチ回路２５がイオン電流検出状態に移行した後には、ＥＣＵ３０はステップ１１０を毎回肯定判別し、ステップ１７０に進む。
【００４１】
ＥＣＵ３０は、ステップ１７０で燃料噴射時期でのイオン電流検出用抵抗２６により検出された電流値Ｉｐを読み込み、続くステップ１８０で電流値Ｉｐが所定のしきい値Ｉｔｈ以上であるか否かを判別する。この電流値Ｉｐは、セラミック発熱部６外周に付着したカーボンにより流れる漏洩電流の値に相当する。ステップ１８０が否定判別された場合（Ｉｐ＜Ｉｔｈの場合）、ＥＣＵ３０はそのまま本ルーチンを終了する。かかる場合、セラミック発熱部６外周にカーボンが付着していない、又は付着カーボンが許容量以下であるとして、スイッチ回路２５がイオン電流検出状態のままで保持される。
【００４２】
一方、ステップ１８０が肯定判別されると（Ｉｐ≧Ｉｔｈの場合）、ＥＣＵ３０はステップ１９０に進み、スイッチ回路２５をそれまでのイオン電流検出状態（図４の状態）から発熱体加熱状態（図３の状態）に移行させる。つまり、ステップ１８０が肯定判別された場合には、セラミック発熱部６外周に許容量を超えるカーボンが付着していると考えられる。従って、付着カーボンに起因してイオン検出用電極１４とアース側（ハウジング２及びシリンダヘッド１５側）との間の絶縁抵抗が低下し、漏洩電流が流れる（Ｉｐ≧Ｉｔｈとなる）。
【００４３】
その後、ＥＣＵ３０は、ステップ２００で発熱体加熱状態を所定時間（本実施の形態では、２秒間）だけ保持する。また、ＥＣＵ３０は、続くステップ２１０でスイッチ回路２５をイオン電流検出状態（図４の状態）に復帰させた後、本ルーチンを終了する。なお、本実施の形態では、図５のステップ１７０が請求項記載の漏洩電流検出手段に相当し、ステップ１８０，１９０が請求項記載の操作手段に相当する。
【００４４】
図６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。但し、図６の（ａ）は、セラミック発熱部６外周にカーボンが付着していない状態について示し、同図の（ｂ）は、セラミック発熱部６外周にカーボンが付着した状態について示す。
【００４５】
図６の（ａ）において、燃料噴射のタイミング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。このとき、燃料噴射のタイミングでは、電流値は略０に保持されている。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。
【００４６】
この場合、ＥＣＵ３０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、該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、ＥＣＵ３０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。
【００４７】
一方、図６の（ｂ）においては、燃料噴射のタイミングで許容レベル（しきい値Ｉｔｈ）を超える漏洩電流が観測される。従って、当該状態では、発熱体７の発熱作用により付着カーボンの除去が図られる。なお、かかるカーボンの付着状態において、その状態を放置しておくと、漏洩電流値が次第に大きくなり、やがて第１の山との区別が困難になるおそれがあるが、そのような不都合も回避される。
【００４８】
次に、本実施の形態における効果を説明する。
（ａ）以上詳述したように本実施の形態では、グロープラグ１によるイオン電流検出状態下において、燃料噴射のタイミングにて漏洩電流としての電流値Ｉｐを検出し、その電流値Ｉｐが所定のしきい値Ｉｔｈ以上であれば一時的にイオン電流検出状態から発熱体加熱状態へ移行するようスイッチ回路２５を操作するようにした。つまり、漏洩電流としての電流値Ｉｐに基づいてセラミック発熱部６外周のカーボン付着状態を推定し、カーボン付着量が許容値を超えるとみなされる状態であれば、グロープラグ１の発熱作用により付着カーボンを焼き切るようにした。その結果、常に所望のイオン電流波形が検出できることとなり、その検出結果を用いた着火時期検出や失火検出等の処理を精度良く実施することができる。
【００４９】
（ｂ）また、本実施の形態では、燃料噴射のタイミングにて漏洩電流（電流値Ｉｐ）を検出するようにした。つまり、燃料噴射のタイミングとは、ディーゼルエンジンの燃焼室圧力が上昇し、且つ燃料の燃焼直前の時期に相当する。従って、上記の如くカーボンが付着した状況下では、確実に漏洩電流を検出することができる。
【００５０】
（ｃ）以上のように、本実施の形態では付着カーボンをその都度除去するため、イオン電流検出機能を備えたグロープラグ１としての耐久性を向上させることができる。
【００５１】
（ｄ）さらに、本実施の形態のイオン電流検出装置の構成においては、スイッチ回路２５により発熱体加熱状態とイオン電流検出状態とを切り替えると共に、両状態にて使用する電源を共用化した（バッテリ２１）。従って、イオン電流検出に関する構成が簡素化でき、安価なイオン電流検出装置を提供することができる。
【００５２】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について図７及び図８を用いて説明する。但し、以下の実施の形態の構成において、上述した第１の実施の形態と同等であるものについてはその説明を簡略化する。そして、以下には第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００５３】
図７は、第２の実施の形態におけるイオン電流検出システムの概要を示しており、同図では、電位差計２７の信号出力部にＨＰＦ（ハイパスフィルタ）４１が接続されている。本実施の形態では、約２００Ｈｚを越える周波数信号が通過できるよう前記ＨＰＦ４１が構成されている。また、ＨＰＦ４１の出力は、比較手段を構成する比較器４２の非反転入力端子に接続されている。比較器４２は、その反転入力端子に入力されるしきい値電圧Ｖｔｈと前記ＨＰＦ４１の出力とを比較し、両者の大小比較に応じた論理ハイレベル若しくは論理ローレベルの２値信号を信号処理装置としてのＥＣＵ３０に出力する。
【００５４】
上記構成のイオン電流検出システムは以下のように動作する。なお、ＥＣＵ３０の制御動作は、基本的に前記第１の実施の形態における図５に準ずるが、本実施の形態では、付着カーボンの除去のためにスイッチ回路２５を発熱体加熱状態にする頻度を少なくするため、イオン電流値Ｉｐと比較判定するしきい値Ｉｔｈを前記第１の実施の形態での設定値よりも大きくしている。つまり、上記第１の実施の形態では、付着カーボンを除去することを主たる目的としていたため、漏洩電流（イオン電流値Ｉｐ）を比較判定するためのしきい値Ｉｔｈ（図５のステップ１８０参照）が比較的低めの値に設定されていたのに対し、本実施の形態では、検出されるイオン電流が燃焼状態の判定可能な範囲内となる許容最大値付近にてしきい値が設定されている（図８のＩｔｈ１＞図６（ｂ）のＩｔｈ）。
【００５５】
そして、ＥＣＵ３０が実行する図５のステップ１８０では、燃料噴射時期でのイオン電流値Ｉｐとしきい値Ｉｔｈ１とが比較され、Ｉｐ≧Ｉｔｈ１が成立する場合のみ、一時的にスイッチ回路２５がイオン電流検出状態から発熱体加熱状態に移行される。
【００５６】
従って、図８に示すように、若干量の漏洩電流が流れたとしてもその際のイオン電流値Ｉｐはしきい値Ｉｔｈ１を下回り、イオン電流検出状態が維持されることになる。そして、この状態下において、ＨＰＦ４１の出力が比較器４２に入力され、所定のしきい値電圧Ｖｔｈと比較される。この場合、ＨＰＦ４１の出力が立ち上がるタイミング（図８のＰのタイミング）は、燃料の着火時期に相当するため、比較器４２の出力（論理ハイレベルに立ち上がる信号）は燃料着火時期に相応したものとなる。そして、ＥＣＵ３０は比較器４２の出力から燃料着火時期を判定することになる。なお因みに、失火状態にあれば、比較器４２の出力が論理ハイレベルに立ち上がることはなく、そのことからＥＣＵ３０は失火発生を判定する。
【００５７】
以上本実施の形態によれば、上記第１の実施の形態にて説明した効果が得られるのは勿論のこと、次に示す効果も付随して得られることになる。
（ａ）本実施の形態では、イオン電流検出器の信号出力部に相当する電位差計２７の出力にＨＰＦ４１を設け、その検出信号をＥＣＵ３０に入力するようにした。本構成によれば、ＨＰＦ４１を回路に組み込むことで、グロープラグ１のイオン検出用電極１４にカーボンが付着しても燃焼時に発生するイオン電流と絶縁不良による漏洩電流とを分離することができ、イオン電流が確実に検出できるようになる。また、ＨＰＦ４１の出力波形により着火時期等の燃焼状態情報を判定することで、その判定処理が容易となる。
【００５８】
（ｂ）また、漏洩電流判定用のしきい値Ｉｔｈ１（図８参照）を許容最大値付近に設定した。要するに、本実施の形態の構成では、若干量の漏洩電流が流れたとしてもその漏洩電流とイオン電流とが分離できる。従って、漏洩電流判定用のしきい値Ｉｔｈ１を許容範囲内で大きくすれば、付着カーボンの焼き切り処理頻度が少なくなる代りに、イオン電流が頻繁に検出できるようになり、それにつれて燃焼状態も頻繁に検出できるという効果が得られる。
【００５９】
（ｃ）ＨＰＦ４１の出力を比較器４２に入力し、該比較器４２ではＨＰＦ４１より入力した信号と燃焼状態検出用のしきい値電圧Ｖｔｈとを比較してその比較結果をＥＣＵ３０に出力するようにした。この場合、燃焼状態の検出処理が簡易に実施できるようになる。
【００６０】
なお、本発明の実施の形態は、上記以外に次の形態にて実現できる。
（１）上記各実施の形態では、燃料噴射のタイミングで漏洩電流（電流値Ｉｐ）を検出したが（図５のステップ１７０）、これを変更してもよい。例えばＴＤＣ前の所定クランク角にて漏洩電流を検出するようにしてもよい。この所定クランク角は、回転数センサ３２の検出信号から求められる所定番号のパルス出力タイミングとして与えられる。要するに、グロープラグ外周にカーボンが付着した場合、露出電極とアース側との絶縁抵抗は燃焼室内での圧力に依存する。そのため、漏洩電流の検出時期は、燃料の着火前であって筒内圧の高い状態、即ち圧縮行程時であればよい。但し、グロープラグ外周に多量のカーボンが付着した場合には、いずれのタイミングにおいても漏洩電流が観測されるため、望ましくは上記の如く圧縮行程で漏洩電流を検出することとするが、これに限定されるものではない。
【００６１】
（２）また、上記各実施の形態では、図５のステップ２００において、予め設定されている所定時間（２秒間）だけスイッチ回路２５を発熱体加熱状態で保持させたが、この保持時間を可変設定するようにしてもよい。例えば図９に示すように、図５のステップ１７０で読み込まれた電流値Ｉｐに応じて発熱体加熱状態を保持する時間（保持時間）を設定する。図９によれば、電流値Ｉｐ（漏洩電流）が大きくなるほど、保持時間が長くなるように設定される。この場合、付着カーボンをより一層確実に除去することができる。なお、図９に示す特性を非線型関数にて与えておくこともできる。
【００６２】
（３）グロープラグの形状を次のように変更してもよい。つまり、発熱体７とイオン検出用電極１４とを別体とし、これらを電気的に接続する構成としてもよい。要は、耐熱性絶縁体８の一部に露出する露出電極部が設けられた構成であればよい。
【００６３】
また、上記各実施の形態では、オールセラミックタイプのグロープラグを使用したが、他のグロープラグを使用してもよい。例えば、発熱体としてのコイル状の金属線（例えば、タングステン線）をセラミック材料からなる耐熱性絶縁体に埋設し、その金属線の一部に、燃焼火炎に晒されるイオン検出用電極（露出電極部）を電気的に接続する。この場合にも、イオン電流検出機能を兼ね備えた安価なグロープラグを提供することができる。また、発熱体の発熱性能も長期にわたって維持できる。
【００６４】
（４）上記各実施の形態では、発熱体加熱状態とイオン電流検出状態とを切替えるために２つの２位置切替スイッチ２３，２４からなるスイッチ回路２５を用いたが、これを変更してもよい。例えば、大電流を制御可能な半導体スイッチ（トランジスタ、サイリスタ等）に変更してもよく、要するに上記２つの状態を切替え可能な手段であればよい。
【００６５】
（５）上記各実施の形態では、発熱体加熱状態とイオン電流検出状態とにおいて共通の直流電源（車載バッテリ２１）を用いたが、２つの直流電源を用いる構成としてもよい。具体的には、発熱体７を加熱するための発熱体加熱用電源と、イオン電流を検出するためのイオン電流検出用電源とを用意し、例えば発熱体加熱用電源として定格１２Ｖ（ボルト）の直流電源（車載バッテリ）を用い、イオン電流検出用電源として定格５０Ｖ（ボルト）の直流電源を用いる。
【００６６】
（６）上記各実施の形態では、渦流室を有するディーゼルエンジンの燃焼イオンを検出するイオン電流検出装置に本発明を適用したが、燃料を燃焼室内に直接噴射する、いわゆる直噴型エンジンに本発明を適用してもよい。また、他の装置に本発明を適用することもできる。例えば、ガソリンエンジンの排気管中で未燃燃料を燃焼させる装置において、その未燃燃料の燃焼に伴う燃焼イオンを本発明のイオン電流検出装置により検出することも可能である。この場合、当該装置により検出されたイオン電流から未燃燃料の燃焼状態が判定できる。
【００６７】
（７）上記第２の実施の形態では、ＨＰＦ４１の出力を比較器４２に入力する構成としたが、これを変更してもよい。例えばＨＰＦ４１の出力を直接ＥＣＵ３０に入力し、ＥＣＵ３０内で着火時期の判定や失火の有無を演算処理するようにしてもよい。この場合には、ＥＣＵ３０が請求項記載の比較手段に相当する。
【００６８】
（８）上記第２の実施の形態では、ＨＰＦ４１のカットオフ周波数を２００Ｈｚとしたが、これを変更してもよい。要は、燃焼時に発生するイオン電流と絶縁不良による漏洩電流とが分離できる範囲内でＨＰＦのカットオフ周波数を設定すればよい。本発明者の実験によれば、５０Ｈｚ〜５ｋＨｚの範囲内であれば既述の効果が得られ、より望ましくは１００〜５００Ｈｚの範囲内で設定するとよいことが確認されている。また、ＨＰＦを例えばＣＲ回路からなる微分回路に変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態におけるグロープラグの概要を示す全体構成図。
【図２】グロープラグの要部を拡大して示す断面図。
【図３】イオン電流検出システムの概要を示すものであって、発熱体加熱状態を示す構成図。
【図４】イオン電流検出システムの概要を示すものであって、イオン電流検出状態を示す構成図。
【図５】スイッチ回路の切替え手順を示すフローチャート。
【図６】イオン電流波形の一例を示す図。
【図７】第２の実施の形態におけるイオン電流検出システムの概要を示す構成図。
【図８】第２の実施の形態において、イオン電流の処理動作を表すタイムチャート。
【図９】他の実施の形態において、イオン電流検出状態下でスイッチ回路を発熱体加熱状態に一時的に保持させる時間を設定するための線図。
【符号の説明】
１…グロープラグ、７…発熱体、１４…露出電極部としてのイオン検出用電極、１７…燃焼室をなす渦流室、２１…バッテリ（電源）、２５…スイッチング手段としてのスイッチ回路、２６…イオン電流検出器を構成するイオン電流検出用抵抗、２７…イオン電流検出器を構成する電位差計、３０…漏洩電流検出手段，操作手段，信号処理装置を構成するＥＣＵ（電子制御装置）、４１…ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）、４２…比較手段としての比較器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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