(57)【要約】【課題】近年の化石燃料の枯渇問題やＣＯ２排出等の環境問題の対応から火花点火式の内燃機関に限らず希薄混合気によるリーン燃焼が行われており、リーン燃焼時に生じるイオン電流は微弱となることから検出精度に問題が生じる。【解決手段】エンジンブロック10とエンジンヘッド20から構成されたシリンダ100と、当該シリンダ100に備えられたピストン50、吸気、及び、排気バルブ30，40とを備えると共に、前記シリンダ100内の燃焼によって生じたイオン電流を検出するイオン電流検出装置において、前記吸気及び排気バルブ30，40とは導電体を主材料とし構成し、前記吸気及び排気バルブ30，40とは前記イオン電流検出装置の電極を兼用し、前記吸気及び排気バルブ30，40と前記エンジンヘッド20とのそれぞれの接触面には絶縁材70が配置される。【選択図】図１
2015075026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンブロックとエンジンヘッドから構成されたシリンダと、当該シリンダに備えられたピストン、吸気、及び、排気バルブとを備えると共に、前記シリンダ内の燃焼によって生じたイオン電流を検出するイオン電流検出装置において、
前記吸気及び排気バルブとは導電体を主材料とし構成し、
前記吸気及び排気バルブとは前記イオン電流検出装置の電極を兼用し、
前記吸気及び排気バルブと前記エンジンヘッドとのそれぞれの接触面には絶縁材が配置されることを特徴とするイオン電流検出装置。
【請求項２】
前記吸気及び排気バルブは、それぞれの電極を独立したイオン電流検出装置とすることを特徴とする請求項１に記載のイオン電流検出装置。
【請求項３】
前記吸気及び排気バルブは、全ての電極を統一したイオン電流検出装置とすることを特徴とする請求項１に記載のイオン電流検出装置。
【請求項４】
前記吸気及び排気バルブは、それぞれの電極を独立したイオン電流検出装置と全ての電極を統一したイオン電流検出装置と、を切り替えることを特徴とする請求項１に記載のイオン電流検出装置。
【請求項５】
エンジンブロックとエンジンヘッドから構成されたシリンダと、当該シリンダに備えられたピストン、吸気、及び、排気バルブとを備えると共に、前記シリンダ内の燃焼によって生じたイオン電流を検出するイオン電流検出装置において、
前記エンジンヘッドとは導電体を主材料とし構成し、
前記エンジンヘッドとは前記イオン電流検出装置の電極を兼用し、
前記エンジンヘッドと前記吸気及び排気バルブと前記エンジンヘッドとのそれぞれの接触面には絶縁材が配置されることを特徴とするイオン電流検出装置。
【請求項６】
前記内燃機関は前記エンジンヘッドに点火プラグを備えた火花点火式のエンジンであり、
前記エンジンヘッドは、当該点火プラグとの接触面に前記絶縁材が配置されることを特徴とする請求項５に記載のイオン電流検出装置。
【請求項７】
前記内燃機関は前記エンジンヘッドに補助点火用の点火プラグを備えた自己着火式のエンジンであり、
前記エンジンヘッドは、当該点火プラグとの接触面に前記絶縁材が配置されることを特徴とする請求項５に記載のイオン電流検出装置。
【請求項８】
エンジンブロックとエンジンヘッドから構成されたシリンダと、当該シリンダに備えられたピストン、吸気、及び、排気バルブとを備えると共に、前記シリンダ内の燃焼によって生じたイオン電流を検出するイオン電流検出装置において、
前記ピストンとは導電体を主材料とし構成し、
前記ピストンとは前記イオン電流検出装置の電極を兼用し、
前記ピストンと前記エンジンブロックと前記エンジンヘッドとのそれぞれの接触面には絶縁材が配置されることを特徴とするイオン電流検出装置。
【請求項９】
前記エンジンブロックと前記エンジンヘッドとの間にガスケットを介在させ、
当該ガスケットは、絶縁性を有することを特徴とする請求項８に記載のイオン電流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火式及び自己着火式の内燃機関において、内燃機関の燃焼によって生じ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。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の燃焼により生じたイオン電流を検出し、検出したイオン電流から内燃機関の燃焼状態の判定が行われている。このイオン電流を検出する方法として、火花点火式の内燃機関においては、シリンダ内の混合気へ点火コイルからの高電圧を放電する点火プラグを用いることが知られている。しかし、点火プラグを備えない自己着火式の内燃機関では、エンジンブロックとエンジンヘッドの間に配置されるガスケットを電極として検出する構成が提案されており、例えば、特開２００６−１０５０８５号公報（以下「特許文献１」）が提唱されている。
【０００３】
上記の特許文献１において、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に挟装されるイオンセンサ付ガスケットであって、シリンダボアに対応するボア開口部を備え、中間の導電性金属層と、その両面の絶縁層と、更にその外側の金属保護層とが一体とされた積層シート体からなり、上記導電性金属層の上記ボア開口部側周縁部は、エンジンの燃焼室内に臨むイオン電流検知電極とされ、一方導電性金属層のエンジン外側部側は、一部がエンジン外側部より延出するイオン電流導出電極とされていることを特徴とするイオンセンサ付ガスケットが提案されている。
【０００４】
しかし、近年の化石燃料の枯渇問題やＣＯ２排出等の環境問題への対応から火花点火式の内燃機関に限らず希薄混合気によるリーン燃焼が行われており、リーン燃焼時に生じるイオン電流は微弱となることから検出精度に問題が生じる。このような燃焼状態の影響を受けずイオン電流の検出精度を高める構成として、特再公表WO２００６／１０４１４４号公報（以下「特許文献２」）も提案されている。
【０００５】
特許文献２において、イオンセンサは、絶縁材で被覆していない露出部を設けた金属線と、この金属線に所定の電圧を印加して金属線の電流変動を検出する検出手段とを備え、露出部を受感部として前記燃焼室の内部に配置する。このイオンセンサであらかじめ検出した燃焼室内の燃焼状態のイオン電流の波形と、燃焼室の内周面と同一平面に受感部を設けた検出用イオンセンサで検出したイオン電流の波形とを一対一に対応付けし、対応関係に基づいて検出用イオンセンサで検出したイオン電流の波形から燃焼室内の燃焼状態を特定し、内燃機関の燃焼制御を行うイオンセンサが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１０５０８５号公報
【特許文献２】特再公表WO２００６／１０４１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来のイオン電集検出装置では次のような問題が発生している。即ち、特許文献１では、イオンセンサ付ガスケットがイオン電流検出電極として機能する範囲はシリンダ内に露出する面積に限られる。一般にイオン電流検出電極の面積とイオン電流検出精度は比例関係にあるが、リーン燃焼時の微弱なイオン電流を高精度で検出するためにイオンセンサ付ガスケットの電極部分の面積を増加させることは、ピストンの上昇位置等エンジンの構造によって制限される問題が生じる。
【０００８】
また、特許文献２では、イオンセンサの構造が複雑となる問題が生じると共に、上記と同じくイオン電流検出電極の面積とイオン電流検出精度は比例関係にあるが、内燃機関の燃焼の妨げにならない程度にイオン電流検出電極となる金属線の表面積を増加させることは困難である。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、火花点火式及び自己着火式の内燃機関において、希薄混合気によるリーン燃焼時の微弱なイオン電流であっても広い面積を有したイオン電流検出電極を用いて精度の高いイオン電流を検出することができるイオン電流検出装置を提供することを目標とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明は次のような構成とする。即ち、請求項１の発明は、エンジンブロックとエンジンヘッドから構成されたシリンダと、当該シリンダに備えられたピストン、吸気、及び、排気バルブとを備えると共に、前記シリンダ内の燃焼によって生じたイオン電流を検出するイオン電流検出装置において、前記吸気及び排気バルブとは導電体を主材料とし構成し、前記吸気及び排気バルブとは前記イオン電流検出装置の電極を兼用し、前記吸気及び排気バルブと前記エンジンヘッドとのそれぞれの接触面には絶縁材が配置されることを特徴とするイオン電流検出装置とする。
【００１１】
また、請求項１の発明においては、前記吸気及び排気バルブは、それぞれの電極を独立したイオン電流検出装置とする構成としてもよいし、前記吸気及び排気バルブは、全ての電極を統一したイオン電流検出装置とする構成としてもよい。さらに、前記吸気及び排気バルブは、それぞれの電極を独立したイオン電流検出装置と全ての電極を統一したイオン電流検出装置と、を切り替える構成としてもよい。
【００１２】
また、請求項５の発明は、エンジンブロックとエンジンヘッドから構成されたシリンダと、当該シリンダに備えられたピストン、吸気、及び、排気バルブとを備えると共に、前記シリンダ内の燃焼によって生じたイオン電流を検出するイオン電流検出装置において、前記エンジンヘッドとは導電体を主材料とし構成し、前記エンジンヘッドとは前記イオン電流検出装置の電極を兼用し、前記エンジンヘッドと前記吸気及び排気バルブと前記エンジンヘッドとのそれぞれの接触面には絶縁材が配置されることを特徴とするイオン電流検出装置とする。
【００１３】
また、請求項５の発明においては、前記内燃機関は前記エンジンヘッドに点火プラグを備えた火花点火式のエンジンであり、前記エンジンヘッドは、当該点火プラグとの接触面に前記絶縁材が配置される構成としてもよい。さらに、前記内燃機関は前記エンジンヘッドに補助点火用の点火プラグを備えた自己着火式のエンジンであり、前記エンジンヘッドは、当該点火プラグとの接触面に前記絶縁材が配置される構成としてもよい。
【００１４】
また、請求項８の発明は、エンジンブロックとエンジンヘッドから構成されたシリンダと、当該シリンダに備えられたピストン、吸気、及び、排気バルブとを備えると共に、前記シリンダ内の燃焼によって生じたイオン電流を検出するイオン電流検出装置において、前記ピストンとは導電体を主材料とし構成し、前記ピストンとは前記イオン電流検出装置の電極を兼用し、前記ピストンと前記エンジンブロックと前記エンジンヘッドとのそれぞれの接触面には絶縁材が配置されることを特徴とするイオン電流検出装置とする。
【００１５】
また、請求項８の発明においては、前記エンジンブロックと前記エンジンヘッドとの間にガスケットを介在させ、当該ガスケットは、絶縁性を有する構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
上記の通り、請求項１の発明として、吸気及び排気バルブとは導電体を主材料とし構成し、吸気及び排気バルブとはイオン電流検出装置の電極を兼用し、吸気及び排気バルブとエンジンヘッドとのそれぞれの接触面には絶縁材が配置されることで、吸気及び排気バルブのシリンダ内へ露出した面をイオン電流検出電極とすることができ、希薄混合気によるリーン燃焼時であっても広い面積を有したイオン電流検出電極で精度の高いイオン電流を検出することができるイオン電流検出装置が実現できる。
【００１７】
また、請求項１の発明においては、吸気及び排気バルブは、それぞれの電極を独立したイオン電流検出装置とする構成とすることで、バルブ毎の位置でシリンダ内のイオン電流を検出することができるため、より正確な燃焼状態を検出することができる。さらに、吸気及び排気バルブは、全ての電極を統一したイオン電流検出装置とする構成とすることで、リーン燃焼時の微弱なイオン電流であっても広い面積を有したイオン電流検出電極により正確な燃焼状態を検出することができる。
【００１８】
また、吸気及び排気バルブは、それぞれの電極を独立したイオン電流検出装置と全ての電極を統一したイオン電流検出装置と、を切り替える構成とすることで、リッチ燃焼時においては、バルブ毎にイオン電流を検出し、リーン燃焼時においては、全てのバルブでイオン電流を検出することで、燃焼状態に応じたイオン電流を正確に検出することができる。
【００１９】
また、請求項５の発明として、エンジンヘッドとは導電体を主材料とし構成し、エンジンヘッドとはイオン電流検出装置の電極を兼用し、エンジンヘッドと吸気及び排気バルブとエンジンヘッドとのそれぞれの接触面には絶縁材が配置されることで、エンジンヘッドのシリンダ内へ露出した面をイオン電流検出電極とすることができ、広い面積を有したイオン電流検出電極で希薄混合気によるリーン燃焼時であっても精度の高いイオン電流を検出することができるイオン電流検出装置が実現できる。
【００２０】
また、請求項５の発明においては、内燃機関はエンジンヘッドに点火プラグを備えた火花点火式のエンジンであり、エンジンヘッドは、点火プラグとの接触面に絶縁材が配置される構成、又は、内燃機関はエンジンヘッドに補助点火用の点火プラグを備えた自己着火式のエンジンであり、エンジンヘッドは、点火プラグとの接触面に絶縁材が配置される構成とすることで、点火プラグを備えた火花点火式のエンジン又は自着火式のエンジンでもエンジンヘッドを絶縁し、イオン電流検出電極としてイオン電流を正確に検出することができる。
【００２１】
また、請求項８の発明として、ピストンとは導電体を主材料とし構成し、ピストンとはイオン電流検出装置の電極を兼用し、ピストンとエンジンブロックとエンジンヘッドとのそれぞれの接触面には絶縁材が配置されることで、ピストンのシリンダ内へ露出した面をイオン電流検出電極とすることができ、広い面積を有したイオン電流検出電極で希薄混合気によるリーン燃焼時であっても精度の高いイオン電流を検出することができるイオン電流検出装置が実現できる。
【００２２】
また、請求項８の発明において、エンジンブロックとエンジンヘッドとの間にガスケットを介在させ、ガスケットは、絶縁性を有する構成とすることで、ピストンに対してエンジンブロック及びエンジンヘッドを絶縁し、イオン電流検出電極としてイオン電流を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施例とする吸気及び排気バルブをイオン電流検出電極とする内燃機関の要部を示す縦断面図である。
【図２】実施例１とする吸気及び排気バルブをイオン電流検出電極とするイオン電流検出装置の構成を示す縦断面図である。
【図３】実施例１とする内燃機関のシリンダの横断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例とする吸気及び排気バルブをイオン電流検出電極とするイオン電流検出装置の構成を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例とする吸気及び排気バルブをイオン電流検出電極とするイオン電流検出装置の構成を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第４の実施例とするエンジンヘッドをイオン電流検出電極とするイオン電流検出装置の構成を示す縦断面図である。
【図７】実施例４とする内燃機関のシリンダの横断面図である。
【図８】本発明の第５の実施例とするピストンをイオン電流検出電極とするイオン電流検出装置の構成を示す縦断面図である。
【図９】本発明の第６の実施例とするピストンをイオン電流検出電極とするイオン電流検出装置の構成を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施の形態を示す実施例を図１乃至図９に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２５】
本発明の第１の実施例とする吸気及び排気バルブをイオン電流検出電極とする内燃機関の要部を示す縦断面図を図１に、吸気及び排気バルブをイオン電流検出電極とするイオン電流検出装置の構成を示す縦断面図を図２に、内燃機関のシリンダの横断面図を図３にそれぞれ示す。
【００２６】
図１において、内燃機関100は軽油を燃料とした自己着火式のディーゼルエンジンであり、当該内燃機関100はエンジンブロック10及びエンジンヘッド20から構成され、当該エンジンブロック10は上下方向に貫通する複数の略円柱形のシリンダ12によって開口され、当該開口の上端は当該エンジンヘッド20で覆われ、当該開口の下端から凹部が形成されている。また、当該シリンダ12は当該凹部に嵌装されたピストン50で封止され、当該ピストン50が底面、当該エンジンヘッド20が上面として区画形成されている。さらに、当該エンジンブロック10と当該エンジンヘッド20との間にはガスケット90が介され、当該エンジンブロック10と当該エンジンヘッド20の密閉性が保たれている。
【００２７】
また、前記シリンダ12内に供給された空気を圧縮し、燃料を噴射することで自己着火するように、前記シリンダ12内の圧縮比は１８〜２２の範囲で設定するのが好ましい。さらに、前記シリンダ12の上端は、２つの傾斜面によって屋根のような形状をしており、２つの傾斜面はそれぞれ前記シリンダ12の上端の中央部から左右両側に向かって徐々に前記シリンダ12の内壁と合わせ面に近づくように伸びている。
【００２８】
また、図の右側を示す前記エンジンヘッド20には吸気ポート32が接続されており、図の左側を示す前記エンジンヘッド20には排気ポート42が接続されている。さらに、前記内燃機関100は、当該吸気及び排気ポート32，42が１つの前記シリンダ12に対して２つずつ設けられた４弁式のものであり、当該吸気及び排気ポート32，42には吸気及び排気バルブ30，40がそれぞれ備えられている。
【００２９】
また、前記吸気及び排気バルブ30，40は、それぞれにコイルスプリング94が備えられ、当該コイルスプリング94により前記吸気及び排気バルブ30，40が閉じられる方向へ押圧される一方、吸気及び排気カムシャフト36，46で連動して回転する吸気及び排気カム34，44により前記吸気及び排気バルブ30，40が開く方向へ押し下げられるようになっている。さらに、当該吸気及び排気カム34，44が各々当該吸気及び排気カムシャフト36，46に同期して回転されることで、前記吸気及び排気バルブ30，40がそれぞれ所定のタイミングで開閉される。
【００３０】
また、前記シリンダ12内の上端には、４つの前記吸気及び排気バルブ30，40に取り囲まれるようにして点火プラグ82が備えられえ、当該点火プラグ82は、前記シリンダ12内に供給された空気を圧縮して霧状の燃料を噴射して自己着火が起こらなかった際に、補助点火を行うものである。さらに、当該点火プラグ82にはイグナイタを内蔵した点火コイル（図示しない）が接続されている。
【００３１】
また、前記エンジンヘッド20には前記吸気ポート32から前記シリンダ12内に供給された空気に燃料を噴射するインジェクタ（図示しない）が備えられ、前記シリンダ12内に供給された空気を前記ピストン50の上昇により圧縮し、燃焼に適切な量の燃料を噴射されて着火する。この時の供給される空気の量に対する燃料の量の割合（空燃比）は３０〜６０の範囲で制御される。
【００３２】
また、図２において、前記吸気及び排気バルブ30，40はニッケルから成形され、前記シリンダ12内に露出する面をイオン電流検出電極60としている。さらに、前記吸気及び排気バルブ30，40の当該イオン電流検出電極60を除いた面はアルマイト加工を施した絶縁材70（図中斜線部分）で覆われており、前記吸気及び排気バルブ30，40の前記エンジンヘッド20と接触する面から漏れ電流が生じることを防いでいる。
【００３３】
また、前記吸気及び排気バルブ30，40はそれぞれの前記イオン電流検出電極60に対して独立した経路によって電圧を印加するための電源80と接続され、当該イオン電流検出電極60は、当該電源80から個別の経路によって印加された電圧によって、それぞれの電極に対して前記内燃機関100の燃焼後に前記シリンダ12内に生じたイオン電流が検出される。さらに、前記イオン電流検出電極60は当該電源80からプラス電圧を印加されることで、前記シリンダ12内の広範囲に拡散したマイナス電荷のイオン電流を検出している。
【００３４】
また、図３において、前記イオン電流検出電極60は、４つの前記吸気及び排気バルブ30，40から構成され、前記シリンダ12内に露出するそれぞれの前記イオン電流検出電極60から前記シリンダ12内の異なる位置に生じるイオン電流を検出している。さらに、前記イオン電流検出電極60は図３内の斜線部分を示す前記吸気及び排気バルブ30，40が前記シリンダ12内に露出する面積で前記内燃機関100の燃焼によって発生するイオン電流を検出する。
【００３５】
また、前記イオン電流検出電極60で検出されたイオン電流は、イオン電流の有無によって失火を判定する失火判定、イオン電流の波形に重畳されるノック成分からノッキングの有無を判定するノック判定、及び、イオン電流のピーク値の位置から過早着火を判定するプレイグ判定が行われる。
【００３６】
上記構成により、前記吸気及び排気バルブ30，40は、前記シリンダ12内に露出する面を前記イオン電流検出電極60とすることで、従来の前記点火プラグ82の電極からイオン電流を検出していた構成と比べて広い面積を有したイオン電流検出電極で希薄混合気によるリーン燃焼時であっても精度の高いイオン電流を検出することができる。また、通常は空燃比が高ければ燃焼時に発生するイオン電流は微弱となるので、空燃比が３０〜６０のディーゼルエンジンとする前記内燃機関100でも精度の高いイオン電流が検出できる。さらに、精度の高いイオン電流を検出することで、前記失火判定、前記ノック判定、及び、前記プレイグ判定を行った際に、誤判定を防ぐことができる。
【００３７】
また、前記吸気及び排気バルブ30，40はそれぞれの前記イオン電流検出電極60に対して個別の経路で電圧を印加されることで、４つの前記吸気及び排気バルブ30，40を別々の前記イオン電流検出電極60として前記シリンダ12内の異なる位置に生じるイオン電流を検出することができ、前記シリンダ12内に生じる火炎伝播から前記内燃機関100の燃焼状態を判定することができる。
【００３８】
なお、実施例１の変形例として、前記内燃機関100は軽油を燃料としたディーゼルエンジンとしたが、ガソリンを燃料とし、前記シリンダ12内に供給されたガソリンと空気の混合気を圧縮し、前記点火プラグ82からの放電によって着火する火花放電式のガソリンエンジンで実施しても同様の効果を得られる。また、前記内燃機関100は全ての前記吸気及び排気ポート32，42を前記イオン電流検出電極60としたが、４つの前記吸気及び排気バルブ30，40のうち少なくとも１つのバルブを前記イオン電流検出電極60としてもよいし、前記内燃機関100の前記吸気及び排気ポート32，42は１つの前記シリンダ12に対して２つずつ設けた４弁式としたが、例えば、吸気効率を向上させるため、前記吸気ポート32を３つ、前記排気ポート42を２つ設けた５弁式の内燃機関としてもよい。その場合、前記吸気バルブ30の前記イオン電流検出電極60は３つとしてもよい。さらに、前記点火プラグ82は、前記シリンダ12内に供給された空気を圧縮して霧状の燃料を噴射して自己着火が起こらなかった際に、補助点火を行うものであるため、ディーゼルエンジンの場合は省いても構わない。
【００３９】
また、前記吸気及び排気バルブ30，40はニッケルから成形したが、前記内燃機関100の燃焼による爆発の衝撃に耐えられる耐久性を有し、前記イオン電流検出電極60が前記電源80からの電圧を印加する導電性を有する材質であれば、他の導電体から成形してもよい。さらに、前記吸気及び排気バルブ30，40の前記イオン電流検出電極60を除いた面はアルマイト加工を施した前記絶縁材70で覆ったが、アルマイト以外でも前記吸気及び排気バルブ部30，40の前記エンジンヘッド20と接触する面からの漏れ電流を防ぐことができる絶縁物であれば他の材質を用いてもよい。
【００４０】
また、前記絶縁材70は、少なくとも前記吸気及び排気バルブ30，40の前記エンジンヘッド20に接触する面を覆う構成とすればよい。さらに、前記イオン電流検出電極60は前記電源80からマイナス電圧を印加されることで、前記シリンダ12内の広範囲に拡散したプラス電荷のイオン電流を検出してもよい。これにより前記シリンダ12内の近傍するプラス電荷のイオン電流を検出している。
【実施例２】
【００４１】
第２の実施例とする吸気及び排気バルブをイオン電流検出電極とするイオン電流検出装置の構成を示す縦断面図を図４に示す。
【００４２】
当該第２の実施例では、前記内燃機関100の構成においては、前記第１の実施例と同一であるため説明は省略する。
【００４３】
図４において、前記吸気及び排気バルブ30，40はニッケルから成形され、前記シリンダ12内に露出する面をイオン電流検出電極60としている。さらに、前記吸気及び排気バルブ30，40の当該イオン電流検出電極60を除いた面はアルマイト加工を施した絶縁材70（図中斜線部分）で覆われており、前記吸気及び排気バルブ30，40の前記エンジンヘッド20と接触する面から漏れ電流が生じることを防いでいる。
【００４４】
また、前記吸気及び排気バルブ30，40は全ての前記イオン電流検出電極60に対して電圧を印加するための電源80と接続され、当該イオン電流検出電極60は、当該電源80から印加された電圧によって前記内燃機関100の燃焼後に前記シリンダ12内に生じたイオン電流が検出される。さらに、前記イオン電流検出電極60は当該電源80からプラス電圧を印加されることで、前記シリンダ12内の広範囲に拡散したマイナス電荷のイオン電流を検出している。
【００４５】
上記構成により、前記第１の実施例の効果に加え、前記吸気及び排気バルブ30，40は前記イオン電流検出電極60に対して統一した経路によって電圧を印加されることで、４つの前記吸気及び排気バルブ30，40を１つの前記イオン電流検出電極60として前記シリンダ12内に生じるイオン電流を検出することができる。これにより、前記イオン電流検出電極60の電極としての面積が広くなり希薄混合気によるリーン燃焼時（空燃比が高い）や空燃比が３０〜６０のディーゼルエンジンとする前記内燃機関100での微弱なイオン電流でも高い精度で検出することができる。
【実施例３】
【００４６】
第３の実施例とする吸気及び排気バルブをイオン電流検出電極とするイオン電流検出装置の構成を示す縦断面図を図５に示す。
【００４７】
当該第３の実施例では、前記内燃機関100の構成においては、前記第１の実施例と同一であるため説明は省略する。
【００４８】
図５において、前記吸気及び排気バルブ30，40は前記イオン電流検出電極60に対して電圧を印加するための電源80と接続されると共に、当該電源80は、それぞれの前記吸気及び排気バルブ30，40へ単独した経路によって電圧を印加する回路と、全ての前記吸気及び排気バルブ30，40へ統一した経路によって電圧を印加する回路と、を備えている。また、前記イオン電流検出電極60は、車両の電気的制御を行うエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）84によって、それぞれの前記吸気及び排気バルブ30，40へ単独した経路によって電圧を印加する回路と、全ての前記吸気及び排気バルブ30，40へ統一した経路によって電圧を印加する回路と、を前記内燃機関100の運転状態に応じて切り替えている。さらに、前記イオン電流検出電極60は前記電源80からプラス電圧を印加されることで、前記シリンダ12内の広範囲に拡散したマイナス電荷のイオン電流を検出している。
【００４９】
具体的には、前記吸気及び排気バルブ30，40へ単独した経路によって電圧を印加する回路はスイッチ素子SW1，SW2，SW3が開閉することによって導通する構成を有し、前記吸気及び排気バルブ30，40へ統一した経路によって電圧を印加する回路はスイッチ素子SW4，SW5，SW6が開閉することによって導通する構成を有している。即ち、前記吸気及び排気バルブ30，40へ単独した経路による電圧を印加する時は、当該スイッチ素子SW1，SW2，SW3を閉じ、当該スイッチ素子SW4，SW5，SW6を開いている。また、前記吸気及び排気バルブ30，40へ統一した経路による電圧を印加する時は、当該スイッチ素子SW1，SW2，SW3を開き、当該スイッチ素子SW4，SW5，SW6を閉じている。因みに、当該スイッチ素子SW1〜SW6は、前記ＥＣＵ84によって制御されている。
【００５０】
上記構成により、前記内燃機関100の運転状態に応じて、それぞれの前記吸気及び排気バルブ30，40へ単独した経路によって電圧を印加する回路と、全ての前記吸気及び排気バルブ30，40へ統一した経路によって電圧を印加する回路と、を切り替えて前記イオン電流検出電極60からイオン電流を検出することで、４つの前記吸気及び排気バルブ30，40を別々の前記イオン電流検出電極60として前記シリンダ12内の異なる位置に生じるイオン電流の検出と、４つの前記吸気及び排気バルブ30，40を１つの前記イオン電流検出電極60として前記シリンダ12内に生じるイオン電流の検出を切り替えることができる。
【００５１】
具体的には、前記内燃機関100の運転状態がリッチ燃焼（空燃比が低い）時は十分なイオン電流を検出できることから、イオン電流から前記シリンダ12内に生じる火炎伝播の状態を検出できるそれぞれの前記吸気及び排気バルブ30，40へ単独した経路によって電圧を印加する回路を使用し、前記内燃機関100の運転状態がリーン燃焼（空燃比が高い）時は微弱なイオン電流を検出することができる全ての前記吸気及び排気バルブ30，40へ統一した経路によって電圧を印加する回路を使用することで、燃焼状態に応じて精度の高いイオン電流を検出することができる。
【００５２】
なお、実施例３の変形例として、それぞれの前記吸気及び排気バルブ30，40へ単独した経路による電圧を印加する回路と、全ての前記吸気及び排気バルブ30，40へ統一した経路による電圧を印加する回路の構成は、設計事情や前記内燃機関100の仕様によって適宜変更してよい。また、それぞれの前記吸気及び排気バルブ30，40へ単独した経路による電圧を印加する回路と、全ての前記吸気及び排気バルブ30，40へ統一した経路による電圧を印加する回路と、の切り替えは前記スイッチ素子SW1〜SW6以外の方法を用いてもよい。
【実施例４】
【００５３】
第４の実施例とするエンジンヘッドをイオン電流検出電極とするイオン電流検出装置の構成を示す縦断面図を図６に示す。
【００５４】
当該第４の実施例では、前記吸気及び排気バルブ30，40を前記イオン電流検出電極60する構成を除く他の前記内燃機関100の構成においては、前記実施例１と同一であるため説明は省略する。
【００５５】
図６において、前記エンジンヘッド20はニッケルから成形され、前記シリンダ12内に露出する面をイオン電流検出電極60としている。また、前記エンジンヘッド20の当該イオン電流検出電極60を除いた面はアルマイト加工を施した絶縁材70（図中斜線部分）で覆われており、前記エンジンヘッド20の前記エンジンブロック10、前記吸気及び排気バルブ30，40、及び、前記点火プラグ82と電気的に接触する面から漏れ電流が生じることを防いでいる。さらに、図面上では記載していないが、前記エンジンヘッド20に接続される前記吸気及び排気ポート32，42を介して接続されるインテークマニホールド、エキゾーストマニホールド、キャタライザ、及び、マフラー等に対しても漏れ電流が生じることを防いでいる。
【００５６】
また、前記エンジンヘッド20は前記イオン電流検出電極60に対して電圧を印加するための電源80と接続され、当該イオン電流検出電極60は、印加された電圧によって前記内燃機関100の燃焼後に前記シリンダ12内に生じたイオン電流を検出する。さらに、前記イオン電流検出電極60は当該電源80からプラス電圧を印加されることで、前記シリンダ12内の広範囲に拡散したマイナス電荷のイオン電流を検出している。
【００５７】
また、図７において、前記イオン電流検出電極60は図７内の斜線部分を示す前記エンジンヘッド20が前記シリンダ12内に露出する面で前記内燃機関100の燃焼によって発生するイオン電流を検出する。
【００５８】
上記構成により、前記エンジンヘッド20は、前記シリンダ12内に露出する面を前記イオン電流検出電極60とすることで、従来の前記点火プラグ82の電極からイオン電流を検出していた構成と比べて広い面積を有したイオン電流検出電極で希薄混合気によるリーン燃焼時であっても精度の高いイオン電流を検出することができる。また、通常は空燃比が高ければ燃焼時に発生するイオン電流は微弱となるので、空燃比が３０〜６０のディーゼルエンジンとする前記内燃機関100でも精度の高いイオン電流が検出できる。さらに、精度の高いイオン電流を検出することで、前記失火判定、前記ノック判定、及び、前記プレイグ判定を行った際に、誤判定を防ぐことができる。
【００５９】
なお、実施例４の変形例として、前記エンジンヘッド20はニッケルから成形したが、前記内燃機関100の燃焼による爆発の衝撃に耐えられる耐久性を有し、前記イオン電流検出電極60が前記電源80からの電圧を印加する導電性を有する材質であれば、他の導電体から成形してもよい。また、前記エンジンヘッド20の前記イオン電流検出電極60を除いた面はアルマイト加工を施した前記絶縁材70で覆ったが、アルマイト以外でも前記エンジンヘッド20の前記吸気及び排気バルブ部30，40、前記エンジンブロック10、及び、前記点火プラグ82と電気的に接触する面からの漏れ電流を防ぐことができる絶縁物であれば他の材質を用いてもよい。さらに、前記エンジンヘッド20と前記エンジンブロック10の絶縁は前記エンジンブロック10と前記エンジンヘッド20との間に介される前記ガスケット90に絶縁処理を施す構成としてもよい。
【００６０】
また、前記絶縁材70は、前記エンジンヘッド20の少なくとも前記吸気及び排気バルブ30，40、前記エンジンブロック10、及び、前記点火プラグ82が電気的に接触する面を覆う構成とすればよい。さらに、前記内燃機関100は前記点火プラグ82を備えているが、前記点火プラグ82を備えないディーゼルエンジンとしてもよいし、その場合は、前記エンジンヘッド20に対して前記点火プラグ82と電気的に接続する面に絶縁処理を施して前記絶縁材70を備える必要はない。
【実施例５】
【００６１】
第５の実施例とするピストンをイオン電流検出電極とするイオン電流検出装置の構成を示す縦断面図を図８に示す。
【００６２】
当該第５の実施例では、前記吸気及び排気バルブ30，40を前記イオン電流検出電極60する構成を除く他の前記内燃機関100の構成においては、前記実施例１と同一であるため説明は省略する。
【００６３】
図８において、前記ピストン50はニッケルから成形され、前記シリンダ12内に露出する面をイオン電流検出電極60としている。また、前記エンジンヘッド20の前記エンジンブロック10と電気的に接続する面はアルマイト加工を施した絶縁材70（図中斜線部分）で覆われており、前記ピストン50が前記エンジンブロック10を介して電気的に接触する面から漏れ電流が生じることを防いでいる。さらに、前記内燃機関100を冷却するオイルを循環させるために前記エンジンブロック10内に取り回されるオイルライン92に対しても当該絶縁材70で覆い、前記ピストン50から当該オイルライン92を介して漏れ電流が生じることを防いでいる。 
【００６４】
また、前記ピストン50は前記イオン電流検出電極60に対して電圧を印加するための電源80と接続され、前記イオン電流検出電極60は、印加された電圧によって前記内燃機関100の燃焼後に前記シリンダ12内に生じたイオン電流を検出する。さらに、前記イオン電流検出電極60は当該電源80からプラス電圧を印加されることで、前記シリンダ12内の広範囲に拡散したマイナス電荷のイオン電流を検出している。
【００６５】
上記構成より、前記ピストン50は、前記シリンダ12内に露出する面を前記イオン電流検出電極60とすることで、従来の前記点火プラグ82の電極からイオン電流を検出していた構成と比べて広い面積を有したイオン電流検出電極で希薄混合気によるリーン燃焼時であっても精度の高いイオン電流を検出することができる。また、通常は空燃比が高ければ燃焼時に発生するイオン電流は微弱となるので、空燃比が３０〜６０のディーゼルエンジンとする前記内燃機関100でも精度の高いイオン電流が検出できる。さらに、精度の高いイオン電流を検出することで、前記失火判定、前記ノック判定、及び、前記プレイグ判定を行った際に、誤判定を防ぐことができる。
【００６６】
なお、実施例５の変形例として、前記ピストン50はニッケルから成形したが、前記内燃機関100の燃焼による爆発の衝撃に耐えられる耐久性を有し、前記イオン電流検出電極60が前記電源80からの電圧を印加する導電性を有する材質であれば、他の導電体から成形してもよい。また、前記エンジンヘッド20の前記エンジンブロック10と電気的に接続する面はアルマイト加工を施した前記絶縁材70で覆ったが、アルマイト以外でも前記ピストン50から前記エンジンブロック10を介して前記エンジンヘッド20への漏れ電流を防ぐことができる絶縁物であれば他の材質を用いてもよい。さらに、前記エンジンヘッド20と前記エンジンブロック10の絶縁は前記エンジンブロック10と前記エンジンヘッド20との間に介される前記ガスケット90に絶縁処理を施す構成としてもよい。
【実施例６】
【００６７】
第６の実施例とするピストンをイオン電流検出電極とするイオン電流検出装置の構成を示す縦断面図を図９に示す。
【００６８】
当該第６の実施例では、前記吸気及び排気バルブ30，40を前記イオン電流検出電極60する構成を除く他の前記内燃機関100の構成においては、前記実施例１と同一であるため説明は省略する。
【００６９】
図８において、前記ピストン50はニッケルから成形され、前記シリンダ12内に露出する面をイオン電流検出電極60としている。また、前記エンジンブロック10の前記シリンダ12内に露出する面はアルマイト加工を施した絶縁材70（図中斜線部分）で覆われており、前記ピストン50が前記エンジンブロック10へ漏れ電流が生じることを防いでいる。さらに、前記エンジンブロック10は前記ガスケット90を介して接続される前記エンジンヘッド20との接続面を絶縁材で覆われている。
【００７０】
また、前記ピストン50は前記イオン電流検出電極60に対して電圧を印加するための電源80と接続され、前記イオン電流検出電極60は、印加された電圧によって前記内燃機関100の燃焼後に前記シリンダ12内に生じたイオン電流を検出する。さらに、前記イオン電流検出電極60は当該電源80からプラス電圧を印加されることで、前記シリンダ12内の広範囲に拡散したマイナス電荷のイオン電流を検出している。
【００７１】
上記構成より、前記ピストン50は、前記シリンダ12内に露出する面を前記イオン電流検出電極60とすることで、従来の前記点火プラグ82の電極からイオン電流を検出していた構成と比べて広い面積を有したイオン電流検出電極で希薄混合気によるリーン燃焼時であっても精度の高いイオン電流を検出することができる。また、通常は空燃比が高ければ燃焼時に発生するイオン電流は微弱となるので、空燃比が３０〜６０のディーゼルエンジンとする前記内燃機関100でも精度の高いイオン電流が検出できる。さらに、精度の高いイオン電流を検出することで、前記失火判定、前記ノック判定、及び、前記プレイグ判定を行った際に、誤判定を防ぐことができる。
【００７２】
なお、実施例６の変形例として、前記ピストン50はニッケルから成形したが、前記内燃機関100の燃焼による爆発の衝撃に耐えられる耐久性を有し、前記イオン電流検出電極60が前記電源80からの電圧を印加する導電性を有する材質であれば、他の導電体から成形してもよい。また、前記エンジンブロック10の前記シリンダ12内に露出する面はアルマイト加工を施した前記絶縁材70で覆ったが、アルマイト以外でも前記ピストン50からの漏れ電流を防ぐことができる絶縁物であれば他の材質を用いてもよい。さらに、前記エンジンヘッド20と前記エンジンブロック10の絶縁は前記エンジンブロック10と前記エンジンヘッド20との間に介される前記ガスケット90に絶縁処理を施す構成としてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
10：エンジンブロック
12：シリンダ
20：エンジンヘッド
30：吸気バルブ
32：吸気ポート
34：吸気カム
36：吸気カムシャフト
40：排気バルブ
42：排気ポート
44：排気カム
46：排気カムシャフト
50：ピストン
60：イオン電流検出電極
70：絶縁材
80：電源
82：点火プラグ
84：ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）
90：ガスケット
92：オイルライン
94：コイルスプリング
100：内燃機関
SW1〜SW6：スイッチ素子
【図１】
2015075026.tif 000003
【図２】
2015075026.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015075026.tif 000006
【図５】
2015075026.tif 000007
【図６】
2015075026.tif 000008
【図７】
2015075026.tif 000009
【図８】
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【図９】
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