(57)【要約】【課題】グロープラグを用いたイオン電流検知装置において、発熱用バッテリとしてグランドラインに接地されたバッテリを用いる場合にも、イオン電流の検知が可能なイオン電流検知装置を提供する。【解決手段】イオン電流検知装置１においては、発熱用スイッチ２３と検知用スイッチ４３とが同時に通電状態になることはなく、検知用バッテリ４１から出力される検知用電流が、発熱用スイッチ２３を通じてグランドライン１０に流れることはない。また、第１逆流防止用ダイオード２５は、検知用電流が発熱用バッテリ２１を介してグランドライン１０に流れるのを防止している。このように、検知用電流がグランドライン１０を介した電流経路に漏洩するのを防止することで、検知用電圧をグロープラグ１１（発熱抵抗体１４）とエンジンブロック１７との間に印加でき、イオン電流の検知が可能となる。【選択図】　図１
2004092415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流通電により発熱する発熱抵抗体を備えるセラミックス発熱部と、前記発熱抵抗体とは電気的に絶縁された状態で前記セラミックス発熱部を保持すると共に、前記発熱抵抗体の少なくとも一部が燃焼室内に配置される状態でエンジンブロックに装着されるハウジングと、を有するグロープラグと、
前記セラミックス発熱部を加熱するために前記発熱抵抗体に印加する発熱用電圧を出力する発熱用電源と、
前記発熱用電源に直列接続され、外部からの駆動指令に基づき通電状態または遮断状態となる発熱用スイッチング手段と、
前記発熱用スイッチング手段を駆動制御するための発熱用駆動指令を出力して、前記発熱抵抗体への通電制御を行う制御手段と、
前記発熱抵抗体と前記エンジンブロックとの間に印加するためのイオン検知用電圧を出力するイオン検知用電源と、
前記イオン検知用電圧の印加により前記発熱抵抗体と前記エンジンブロックとの間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
を備えるイオン電流検知装置であって、
前記発熱用電源は、正極または負極のいずれかが基準電位となるグランドラインを介して前記エンジンブロックと電気的に接続されており、
前記イオン検知用電源に直列接続され、外部からの駆動指令に基づき通電状態または遮断状態となるイオン検知用スイッチング手段と、
前記制御手段による前記発熱用駆動指令の出力時には、前記イオン検知用スイッチング手段を駆動制御するための検知用駆動指令の出力を停止し、前記制御手段による前記発熱用駆動指令の出力停止時には、前記検知用駆動指令を出力する反転指令出力手段と、
を備えることを特徴とするイオン電流検知装置。
【請求項２】
前記イオン検知用電源の前記イオン検知用電圧は、前記発熱用電源の前記発熱用電圧よりも大きい電圧値に設定されており、
前記イオン検知用電源による前記イオン検知用電圧の印加時に流れる検知用電流が、前記発熱用電源を介して前記エンジンブロックに流れるのを防止する検知用電流漏洩防止手段、を備えたこと、
を特徴とする請求項１に記載のイオン電流検知装置。
【請求項３】
前記検知用電流漏洩防止手段は、ダイオードを備えて構成されていること、
を特徴とする請求項２に記載のイオン電流検知装置。
【請求項４】
前記イオン検知用スイッチング手段は、外部からの駆動指令に基づいて通電状態または遮断状態になる主通電経路と、前記駆動指令に拘わらず常に前記イオン電流の通電方向とは反対方向に向かう電流の通電を許容する副通電経路と、を有して構成され、
前記発熱用電源から出力される発熱用電流が、前記副通電経路、前記イオン検知用電源または前記イオン電流検出手段のいずれかを介して前記エンジンブロックに流れるのを防止する発熱用電流漏洩防止手段、を備えたこと
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のイオン電流検知装置。
【請求項５】
前記発熱用電流漏洩防止手段は、ダイオードを備えて構成されていること、
を特徴とする請求項４に記載のイオン電流検知装置。
【請求項６】
前記発熱用スイッチング手段は、外部からの入力信号の電位レベルに応じて通電状態または遮断状態に切り換わる半導体スイッチング素子で構成され、
前記イオン検知用スイッチング手段は、前記半導体スイッチング素子であって、通電状態と遮断状態とが切り換わる前記入力信号の前記電位レベルが、前記発熱用スイッチング手段とは異なる半導体スイッチング素子で構成され、
前記制御手段は、前記発熱用駆動指令として、所定の発熱時電位レベルの発熱用駆動指令信号を出力するよう構成され、
前記反転指令出力手段は、前記検知用駆動指令として、所定の検知時電位レベルの検知用駆動指令信号を出力するよう構成され、
前記反転指令出力手段が出力する前記検知用駆動指令信号の電位レベルを、前記イオン検知用スイッチング手段が通電状態となる電位レベルに変換する検知用信号レベル変換手段、を備えること
を特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のイオン電流検知装置。
【請求項７】
前記検知用信号レベル変換手段は、フォトカプラを備えて構成されていること、
を特徴とする請求項６に記載のイオン電流検知装置。
【請求項８】
前記制御手段が出力する前記発熱用駆動指令信号の電位レベルを、前記発熱用スイッチング手段が通電状態となる時の前記入力信号に略等しい電位レベルに変換する発熱用信号レベル変換手段、を備えること、
を特徴とする請求項６または請求項７に記載のイオン電流検知装置。
【請求項９】
前記発熱用信号レベル変換手段は、フォトカプラを備えて構成されていること、
を特徴とする請求項８に記載のイオン電流検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通電により発熱する発熱抵抗体により加熱されるセラミックス発熱体を有するグロープラグが搭載される内燃機関において、グロープラグを用いてイオン電流検知を行うイオン電流検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関においては、燃料の燃焼により発生するイオンによって流れるイオン電流を検知するためのイオン電流検知装置が知られている。
内燃機関としては、グロープラグが備えられるディーゼル内燃機関があり、グロープラグは、セラミックス発熱体が燃焼室に配置される状態でエンジンブロックに装着され、このセラミックス発熱体が発熱することで、燃料混合気の燃焼を補助している。なお、グロープラグのセラミックス発熱体は、例えば、電流通電により発熱する発熱抵抗体を、Ｓｉ３Ｎ４を主体とするセラミックス基体の内部に備えて構成されている。
【０００３】
このようなグロープラグを備える内燃機関においてイオン電流を検知する装置としては、例えば、図４に示すような、グロープラグを用いてイオン電流を検知する従来型イオン電流検知装置１０１が挙げられる。
従来型イオン電流検知装置１０１は、マイクロコンピュータを主体に構成された電子制御装置１０３（以下、ＥＣＵ１０３ともいう）からの指令に基づき、発熱用スイッチ１０５が通電状態になり発熱用バッテリ１０７の出力電圧を印加することで、グロープラグ１１の発熱抵抗体１４を加熱するよう構成されている。なお、セラミックス発熱体１５のうちで発熱抵抗体１４を内部に備えるセラミックス基体６３は、常温では絶縁体としての性質を示すが、温度が上昇することで絶縁抵抗値が低下する性質を示す。
【０００４】
このようなセラミックス発熱体の性質を利用して、従来型イオン電流検知装置１０１は、検知用バッテリ１１１により高温状態のセラミックス発熱体１５の発熱抵抗体１４とエンジンブロック１７との間に検知用電圧を印加し、検知用抵抗１１３および電圧検出回路１１５を用いてイオン電流を検出するよう構成されている。
【０００５】
つまり、従来型イオン電流検知装置１０１は、燃焼室１９の内部に存在するイオンを介して、グロープラグ１１（詳細には、セラミックス発熱体１５の発熱抵抗体１４）とエンジンブロック１７との間に流れるイオン電流を検出するよう構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来型イオン電流検知装置１０１は、発熱用バッテリ１０７として負極がグランドラインに接続（接地）されていないバッテリを用いる必要があり、負極が接地されたバッテリを用いる場合には、セラミックス発熱体１５の発熱抵抗体１４とエンジンブロック１７との間に検知用電圧を印加することができず、イオン電流の検出が不可能となる。
【０００７】
つまり、エンジンブロック１７は一般にグランドラインに接続（接地）されているため、仮に発熱用バッテリ１０７として負極が接地されていると、セラミックス発熱体１５の発熱抵抗体１４とエンジンブロック１７とが略同電位となるため、これらの間に検知用電圧を印加することはできず、イオン電流を検知することはできない。なお、このとき、検知用バッテリ１１１の出力する電流は、ダイオード１０９，グランドライン，エンジンブロック１７および検知用抵抗１１３の順に流れることになる。
【０００８】
このことから、従来型イオン電流検知装置１０１は、発熱用バッテリ１０７として、負極がグランドラインに接地されたバッテリを用いることができない。
しかし、内燃機関においては、一般に、負極あるいは正極が基準電位であるグランドラインに接続されるバッテリが用いられており、このような内燃機関に従来型イオン電流検知装置１０１を搭載するには、別途、グランドラインから絶縁されたバッテリを備える必要があり、コストが高くなるという問題が生じる。
【０００９】
そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、グロープラグを用いたイオン電流検知装置において、発熱用バッテリとしてグランドラインに接地されたバッテリを用いる場合にも、イオン電流の検知が可能なイオン電流検知装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、電流通電により発熱する発熱抵抗体を備えるセラミックス発熱部と、発熱抵抗体とは電気的に絶縁された状態でセラミックス発熱部を保持すると共に、発熱抵抗体の少なくとも一部が燃焼室内に配置される状態でエンジンブロックに装着されるハウジングと、を有するグロープラグと、セラミックス発熱部を加熱するために発熱抵抗体に印加する発熱用電圧を出力する発熱用電源と、発熱用電源に直列接続され、外部からの駆動指令に基づき通電状態または遮断状態となる発熱用スイッチング手段と、発熱用スイッチング手段を駆動制御するための発熱用駆動指令を出力して、発熱抵抗体への通電制御を行う制御手段と、発熱抵抗体とエンジンブロックとの間に印加するためのイオン検知用電圧を出力するイオン検知用電源と、イオン検知用電圧の印加により発熱抵抗体とエンジンブロックとの間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、を備えるイオン電流検知装置であって、発熱用電源は、正極または負極のいずれかが基準電位となるグランドラインを介して前記エンジンブロックと電気的に接続されており、イオン検知用電源に直列接続され、外部からの駆動指令に基づき通電状態または遮断状態となるイオン検知用スイッチング手段と、制御手段による発熱用駆動指令の出力時には、イオン検知用スイッチング手段を駆動制御するための検知用駆動指令の出力を停止し、制御手段による発熱用駆動指令の出力停止時には、検知用駆動指令を出力する反転指令出力手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
このイオン電流検知装置は、発熱用駆動指令の出力により発熱用スイッチング手段が通電状態になることで、発熱用電圧がグロープラグに対して印加され、検知用駆動指令の出力によりイオン検知用スイッチング手段が通電状態になることで、検知用電圧がグロープラグとエンジンブロックとの間に印加されるよう構成されている。
【００１２】
なお、検知用駆動指令は、反転指令出力手段により、発熱用駆動指令の非出力時に出力されることから、検知用駆動指令と発熱用駆動指令とが同時に出力されることはなく、発熱用スイッチング手段とイオン検知用スイッチング手段とが同時に通電状態になることはない。このため、イオン検知用電源から出力される検知用電流が、発熱用スイッチング手段を通じてグランドラインに流れることはない。
【００１３】
このように、反転指令出力手段、発熱用スイッチング手段およびイオン検知用スイッチング手段を備えることで、発熱用電源として負極または正極が基準電位に接続された電源を用いる場合においても、イオン検知用電源が出力するイオン検知用電圧を、確実にグロープラグ（詳細には発熱抵抗体）とエンジンブロックとの間に印加することができる。
【００１４】
よって、本発明（請求項１）のイオン電流検知装置によれば、基準電位に接続された電源を発熱用電源として用いる場合においても、燃焼室内に存在するイオンによって流れるイオン電流を検知することができる。
ところで、イオン検知用電源のイオン検知用電圧は、イオン電流の検出感度を向上するべく、通常３００〜５００［Ｖ］と数百Ｖに設定されることが多く、発熱用電源の発熱用電圧（例えば、１２［Ｖ］）よりも大きい電圧値に設定されることが多い。そのために、イオン検知用電源によるイオン検知用電圧の印加時に流れる検知用電流が、発熱抵抗体に向かって流れずに発熱用電源に向かって流れ、ひいてはグランドライン、エンジンブロックに流れてしまうことがある。そのために、イオン検知用電源のイオン検知用電圧を用いて、発熱抵抗体とエンジンブロックとの間に流れるイオン電流を検出するという目的を達成することができない虞がある。
【００１５】
そこで、上述（請求項１）のイオン電流検知装置においては、請求項２に記載のように、イオン検知用電源のイオン検知用電圧は、発熱用電源の発熱用電圧よりも大きい電圧値に設定されており、イオン検知用電源によるイオン検知用電圧の印加時に流れる検知用電流が、発熱用電源を介してエンジンブロックに流れるのを防止する検知用電流漏洩防止手段、を備えるとよい。
【００１６】
このように、検知用電流漏洩防止手段を設けることにより、検知用電流（即ち、イオン電流）は、発熱用電源側に逆流することが無くなり、イオン検知用電圧を発熱抵抗体とエンジンブロックとの間に印加することで、燃料室内のイオンを介して流れるイオン電流を良好に検出することができる。また、この検知用電流漏洩防止手段を設けることで、発熱用電源の発熱用電圧よりも高い電圧値に設定されるイオン検知用電圧を出力可能なイオン検知用電源を用いることができるので、イオン電流の検出感度を向上させることができる。
【００１７】
なお、上述（請求項２）のイオン電流検知装置における検知用電流漏洩防止手段は、例えば、イオン検知用電源からグランドラインに向かう電流の電流経路上に設けられるスイッチング手段を用いて構成できる。このスイッチング手段は、検知用駆動指令の出力時に開放状態となるスイッチング手段で構成することで、電流の漏洩を防止することができる。なお、スイッチング手段は、例えば、トランジスタなどの半導体スイッチング素子で構成することができる。
【００１８】
また、上述（請求項２）のイオン電流検知装置においては、請求項３に記載のように、検知用電流漏洩防止手段はダイオードを備えて構成するとよい。
つまり、ダイオードは、順方向の電流通電を許容し、逆方向の電流は遮断する特性を有することから、イオン検知用電源と発熱用電源とが連結される電流経路上において、発熱用電源から出力される電流を通過させ、イオン検知用電源から出力される電流を遮断するようにダイオードを接続することで、検知用電流漏洩防止手段を実現できる。なお、ダイオードは、トランジスタなどのスイッチング素子に比べて低価格であるため、検知用電流漏洩防止手段を低コストで構成することができ、また、通電状態・遮断状態を駆動制御する必要がないため、制御処理が煩雑になることや装置構成が複雑になるのを防止できる。
【００１９】
よって、本発明（請求項３）のイオン電流検知装置によれば、検知用電流漏洩防止手段を構成するにあたり、スイッチング手段を用いる場合に比べて、コスト低減を図ることができ、また、駆動制御処理の煩雑さの解消や装置構成の簡略化を図ることができる。
【００２０】
ところで、スイッチング手段は、例えば、外部からの駆動指令に基づいて通電状態または遮断状態になる主通電経路のみを備えて構成されるスイッチング手段に限らず、主通電経路に加えて、駆動指令に拘わらず常に一方向に向かう電流の通電を許容する副通電経路とを有して構成されるスイッチング手段など、様々な種類がある。そして、イオン検知用スイッチング手段は、駆動指令に基づいて、イオン電流を通電状態または遮断状態に設定可能なスイッチング手段を用いて構成することができる。
【００２１】
しかし、イオン検知用スイッチング手段が、主通電経路と副通電経路を備えるスイッチング手段で構成される場合には、イオン検知用スイッチング手段の遮断状態時に、発熱用電源から出力される発熱用電流が、副通電経路を通じて漏洩する虞がある。つまり、発熱用電流が、イオン検知用スイッチング手段の副通電経路、イオン検知用電源またはイオン電流検出手段を介してエンジンブロックに流れる場合がある。
【００２２】
このように電流が流れると、グロープラグの発熱用抵抗に流れる電流値が小さくなり、発熱用電源が出力する電力のうち、セラミックス発熱体の加熱に利用される電力の割合が低下して、電力効率が低下することになる。
そこで、上述（請求項１から請求項３のいずれか）のイオン電流検知装置は、イオン検知用スイッチング手段が、外部からの駆動指令に基づいてイオン電流を通電する通電状態またはイオン電流を遮断する遮断状態になる主通電経路と、駆動指令に拘わらず常にイオン電流の通電方向とは反対方向に向かう電流の通電を許容する副通電経路と、を有して構成される場合には、請求項４に記載のように、発熱用電源から出力される発熱用電流が、副通電経路、イオン検知用電源またはイオン電流検出手段のいずれかを介してエンジンブロックに流れるのを防止する発熱用電流漏洩防止手段を備えるとよい。
【００２３】
つまり、発熱用電流漏洩防止手段を備えることで、発熱用電源から出力される発熱用電流が、イオン検知用スイッチング手段の副通電経路、イオン検知用電源またはイオン電流検出手段を含む電流経路に漏洩するのを防止できる。
よって、本発明（請求項４）のイオン電流検知装置によれば、発熱用電源が出力する発熱用電流が、イオン検出用スイッチング手段の副通電経路、イオン検知用電源またはイオン電流検出手段を含む電流経路に漏洩するのを防ぐことができ、確実にグロープラグの発熱抵抗体に対して電流を通電することができる。また、発熱用電源から供給される電力が、副通電経路、イオン検知用電源またはイオン電流検出手段を経由する電流経路で無駄に消費されるのを防止できるため、発熱用電力の消費における効率向上を図ることができる。
【００２４】
なお、発熱用電流漏洩防止手段は、検知用電流漏洩防止手段と同様に、スイッチング手段を備えて構成することができる。例えば、発熱用電源からイオン検知用電源またはイオン電流検出手段を含む電流経路上に設けられ、発熱用駆動指令の出力時に開放状態となるスイッチング手段を備えて構成することができる。
【００２５】
また、上述（請求項４）のイオン電流検知装置においては、請求項５に記載のように、発熱用電流漏洩防止手段はダイオードを備えて構成するとよい。
つまり、発熱用電源からイオン検出用スイッチング手段の副通電経路、イオン検知用電源またはイオン電流検出手段を含む電流経路上において、発熱用電源から出力される電流の流入を遮断するように接続したダイオードを備えることで、発熱用電流漏洩防止手段を実現できる。なお、ダイオードは、上述したように、トランジスタなどのスイッチング素子に比べて低価格であることから、発熱用電流漏洩防止手段を低コストで構成することができ、また、通電状態・遮断状態を駆動制御する必要がないため、制御処理が煩雑になることや装置構成が複雑になるのを防止できる。
【００２６】
よって、本発明（請求項５）のイオン電流検知装置によれば、発熱用電流漏洩防止手段を構成するにあたり、トランジスタなどのスイッチング手段を用いる場合に比べて、コスト低減を図ることができ、また、駆動制御処理の煩雑さの解消や装置構成の簡略化を図ることができる。
【００２７】
ところで、発熱用スイッチング手段が半導体スイッチング素子で構成される場合には、制御手段が所定の発熱時電位レベルの発熱用駆動指令信号を出力することで、発熱用スイッチング手段を通電状態に駆動制御することができる。そして、イオン検知用スイッチング手段が、発熱用スイッチング手段と同種の半導体スイッチング素子で構成される場合には、制御手段による発熱用駆動信号の非出力時に発熱用駆動信号と略同等の電位レベルの検知用駆動信号を出力するように、信号の電位レベルを反転させる反転指令出力手段を備えるとよい。
【００２８】
これにより、発熱用スイッチング手段を通電状態に駆動制御する場合に、イオン検知用スイッチング手段を開放状態に駆動制御でき、また、発熱用スイッチング手段を開放状態に駆動制御する場合に、イオン検知用スイッチング手段を通電状態に駆動制御できる。
【００２９】
しかし、通電状態と遮断状態とが切り換わる入力信号の電位レベルに関して、イオン検知用スイッチング手段の電位レベルと発熱用スイッチング手段の電位レベルとが異なる場合、単純に発熱用駆動信号の電位レベルを反転させただけの信号では、イオン検知用スイッチング手段を適切に駆動制御できない虞がある。
【００３０】
そこで、上述（請求項１から請求項５のいずれか）のイオン電流検知装置においては、請求項６に記載のように、発熱用スイッチング手段が、外部からの入力信号の電位レベルに応じて通電状態または遮断状態に切り換わる半導体スイッチング素子で構成され、イオン検知用スイッチング手段が、半導体スイッチング素子であって、通電状態と遮断状態とが切り換わる入力信号の電位レベルが、発熱用スイッチング手段とは異なる半導体スイッチング素子で構成され、制御手段が、発熱用駆動指令として、所定の発熱時電位レベルの発熱用駆動指令信号を出力するよう構成され、反転指令出力手段が、検知用駆動指令として、所定の検知時電位レベルの検知用駆動指令信号を出力するよう構成され、反転指令出力手段が出力する検知用駆動指令信号の電位レベルを、イオン検知用スイッチング手段が通電状態となる電位レベルに変換する検知用信号レベル変換手段、を備えているとよい。
【００３１】
検知用信号レベル変換手段が、検知用駆動指令信号の電位レベルをイオン検知用スイッチング手段が通電状態となる電位レベルに変換することで、反転出力手段から検知用駆動指令信号が出力される際に、イオン検知用スイッチング手段を通電状態に駆動制御することができる。
【００３２】
これにより、イオン検知用スイッチング手段が、発熱用駆動制御スイッチング手段とは異なる電位レベルで通電状態となる半導体スイッチング素子で構成される場合であっても、発熱用駆動制御スイッチング手段およびイオン検知用スイッチング手段をそれぞれ適切に駆動制御することができる。
【００３３】
よって、本発明（請求項６）のイオン電流検知装置によれば、通電状態と遮断状態とが切り換わる電位レベルが、イオン検知用スイッチング手段と発熱用スイッチング手段とで異なる場合でも、両方のスイッチング手段が同時に通電状態とならないよう適切に駆動制御できる。このようにイオン検知用スイッチング手段および発熱用スイッチング手段を適切に駆動制御することで、基準電位に接続された発熱用電源を用いる場合でも、イオン電流を良好に検知することができる。
【００３４】
なお、半導体スイッチング素子としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）やバイポーラトランジスタなどがある。
上述（請求項６）のイオン電流検知装置における検知用信号レベル変換手段は、例えば、請求項７に記載のように、フォトカプラを備えて構成するとよい。
【００３５】
フォトカプラは、一定電流値以上の入力信号が入力されると発光する発光素子と、発光素子が出力する光を受光することで短絡状態になる受光素子とを備えて構成されており、発光素子に接続される入力側端子と受光素子に接続される出力側端子とが光を介して接続されるよう構成されている。このように光を介して信号状態を伝達するフォトカプラは、入力側端子と出力側端子とが電気的に絶縁された構造であり、入力信号の電位レベルとは異なる電位レベルの出力信号を出力することができる。
【００３６】
よって、本発明（請求項７）のイオン電流検知装置によれば、イオン検知用スイッチング手段と発熱用スイッチング手段とを駆動制御するための信号の電位レベルがそれぞれ異なる場合であっても、フォトカプラを備える検知用信号レベル変換手段を用いることで、両方のスイッチング手段が同時に通電状態とならないよう適切に駆動制御できる。
【００３７】
次に、上述（請求項６または請求項７）のイオン電流検知装置は、請求項８に記載のように、制御手段が出力する発熱用駆動指令信号の電位レベルを、発熱用スイッチング手段が通電状態となる時の入力信号に略等しい電位レベルに変換する発熱用信号レベル変換手段を備えるとよい。
【００３８】
発熱用信号レベル変換手段が、発熱用駆動指令信号の電位レベルを変換することで、制御手段が出力する発熱用駆動指令信号の発熱時電位レベルと、発熱用スイッチング手段が通電状態となる時の入力信号の電位レベルとが互いに異なる場合においても、制御手段は、発熱用スイッチング手段を適切に駆動制御できる。
【００３９】
このため、発熱用スイッチング手段は、通電状態となる入力信号の電位レベルに制限されることなく、多くの種類のスイッチング手段を用いて構成することができ、また、制御手段は、出力可能な電位レベルに制限されることなく、多くの種類の制御手段を用いて構成することができる。
【００４０】
よって、本発明（請求項８）のイオン電流検知装置によれば、制御手段が出力する信号の電位レベルが、発熱用スイッチング手段が通電状態となる時の電位レベルと略同等であるか否かに拘わらず、適切に発熱用スイッチング手段を通電状態または開放状態に駆動制御することができる。
【００４１】
なお、制御手段が出力する発熱用駆動指令信号の発熱時電位レベルと、発熱用スイッチング手段が通電状態となる時の入力信号の電位レベルとが略同等である場合には、発熱用信号レベル変換手段は、入力された発熱用駆動指令信号の電位レベルと同等の電位レベルの変換後発熱用駆動指令信号を出力すると良い。
【００４２】
そして、上述（請求項８）のイオン電流検知装置における発熱用信号レベル変換手段は、例えば、請求項９に記載のように、フォトカプラを備えて構成するとよい。
フォトカプラは、上述したように、入力側端子と出力側端子とが電気的には絶縁された構造であり、入力信号の電位レベルとは異なる電位レベルの出力信号を出力することができる。
【００４３】
よって、本発明（請求項９）のイオン電流検知装置によれば、制御手段が出力する信号の電位レベルが、発熱用スイッチング手段が通電状態となる時の電位レベルと略同等であるか否かに拘わらず、フォトカプラを備える発熱用信号レベル変換手段を用いることで、適切に発熱用スイッチング手段を駆動制御できる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１は、グロープラグを備えるディーゼル内燃機関において、イオン電流検知を行うイオン電流検知装置１の概略構成を表す電気回路図である。
【００４５】
なお、本実施例では、１気筒分について説明を行うが、本発明は複数の気筒を備える内燃機関についても適用でき、各気筒毎のイオン電流検知装置の基本構成は同様である。
図１に示すように、本実施例のイオン電流検知装置１は、発熱用スイッチ２３を駆動制御するための発熱用駆動指令信号３２を出力する電子制御装置３１（ＥＣＵ３１）と、発熱用駆動指令信号３２の電位レベルを変換して、変換後駆動指令信号３３を出力する発熱用信号レベル変換回路２７と、変換後駆動指令信号３３に基づき通電状態または開放状態に設定される発熱用スイッチ２３と、負極がグランドライン１０に接地されて、発熱用電圧（例えば、電圧１２［Ｖ］）を出力する発熱用電源装置２１（以下、発熱用バッテリ２１ともいう）と、発熱抵抗体１４を有するセラミックス発熱体１５および絶縁ハウジング１３を備えて内燃機関の気筒に装着されるグロープラグ１１と、発熱用バッテリ２１の正極から発熱抵抗体１４へ流れる電流を許容し、反対方向に流れる電流を阻止する第１逆流防止用ダイオード２５と、を備えている。
【００４６】
なお、発熱用バッテリ２１、第１逆流防止用ダイオード２５、グロープラグ１１の発熱抵抗体１４および発熱用スイッチ２３は、この順に直列接続されて、閉ループを形成している。
グロープラグ１１は、図５に示すように、金属製のハウジング本体部１２、中軸６１、金属製の保護外筒１６およびセラミックス発熱体１５を備える。セラミックス発熱体１５は、保護外筒１６を介してハウジング本体部１２に保持されている。即ち、本実施形態のグロープラグ１１においては、ハウジング本体部１２および保護外筒１６が絶縁ハウジング１３に相当するものであり、この絶縁ハウジング１３がセラミックス発熱体１５を保持している。なお、図１では、ハウジング本体部１２と保護外筒１６とに分けずに、絶縁ハウジング１３として図示している。このセラミックス発熱体１５は、セラミックス基体６３と、そのセラミックス基体６３の内部に配設された略Ｕ字形状の発熱抵抗体１４とを有する。セラミックス基体６３は、Ｓｉ３Ｎ４を主としたセラミックスであり、埋設される発熱抵抗体１４を保護する。また、発熱抵抗体１４は、Ｓｉ３Ｎ４を主とした絶縁性のセラミックスにＷＣやＭｏＳｉ２　等の導電性成分を含有して形成される。
【００４７】
そして、ハウジング本体部１２に形成される装着ネジ部をエンジンブロック１７（図１参照）に螺合して、発熱抵抗体１４の少なくとも一部が燃焼室１９内に配置される状態で（図１参照）、グロープラグ１１はエンジンブロック１７に装着され、使用に供される。なお、発熱抵抗体１４は、絶縁ハウジング１３と電気的に絶縁された状態でセラミックス基体６３の内部に配設されており、通電用電極６５と中軸６１に対して、発熱用電圧が印加されることで発熱し、イオン検知用電圧が印加されることで、後述するように燃焼室１９内に存在するイオンによりイオン電流を流すことを可能とする。また、通電用電極６５と中軸６１とは、略円筒状に形成された絶縁性部材６７により互いに絶縁されている。
【００４８】
なお、図１におけるグロープラグ１１は、その内部構造を示すために断面図として表しており、また、エンジンブロック１７は、グロープラグ１１が装着される部分を断面図として表している。
そして、グロープラグ１１は、セラミックス発熱体１５の先端が燃焼室１９に配置される状態でエンジンブロック１７に装着されて、発熱抵抗体１４への通電により、所定温度（例えば、１０００［℃］以上）に加熱されたセラミックス発熱体１５により、燃料混合気の点火補助を行うために備えられている。
【００４９】
なお、セラミックス発熱体１５のセラミックス基体６３は、常温では絶縁抵抗値が約１［ＧΩ］であるが、温度上昇と共に絶縁抵抗値が低下する特性を有しており、約１０００［℃］になると電気抵抗値は１［ＭΩ］〜１０［ＭΩ］（例えば、約３［ＭΩ］）まで低下する。
【００５０】
発熱用スイッチ２３は、ｎチャネルのＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）で構成されており、ソースが発熱用バッテリ２１の負極に接続され、ドレインがグロープラグ１１の発熱抵抗体１４に接続され、ゲートが発熱用信号レベル変換回路２７と抵抗素子２４との接続点に接続されている。なお、抵抗素子２４は、発熱用バッテリ２１の正極と発熱用信号レベル変換回路２７との間に設けられている。
【００５１】
なお、ＭＯＳＦＥＴには、ソースからドレインに向かう電流を許容する寄生ダイオードが存在することが知られており、発熱用スイッチ２３には、寄生ダイオード７１が存在する。
この発熱用スイッチ２３は、発熱用信号レベル変換回路２７が出力する変換後駆動指令信号３３がローレベル（発熱用バッテリ２１の負極電位（具体的には、グランド電位＝０［Ｖ］））になると開放状態（オフ状態）となり、変換後駆動指令信号３３がハイレベル（発熱用バッテリ２１の負極電位よりも駆動電圧だけ高い電位）になると短絡状態（オン状態）になる。
【００５２】
このようにして発熱用スイッチ２３が短絡状態になると、発熱用バッテリ２１から出力される電圧がグロープラグ１１の発熱抵抗体１４に印加されて、発熱抵抗体１４の発する熱によりセラミックス発熱体１５が加熱される。
第１逆流防止用ダイオード２５は、アノードが発熱用バッテリ２１の正極に接続され、カソードがグロープラグ１１の発熱抵抗体１４に接続されており、発熱用バッテリ２１の正極から発熱抵抗体１４に向かう電流の通電を許容し、反対方向に流れる電流通電を阻止するよう備えられている。
【００５３】
発熱用信号レベル変換回路２７は、ＥＣＵ３１から出力される発熱用駆動指令信号３２の電位レベル（ローレベルまたはハイレベル）を反転して出力するインバータ回路２８と、入力側がインバータ回路２８に接続され、出力側が発熱用スイッチ２３に接続された第１フォトカプラ２９とを備えている。
【００５４】
第１フォトカプラ２９は、一定電流値以上の入力信号が入力されると発光する発光素子３５を入力側に備え、発光素子３５が出力する光を受光すると短絡状態になる受光素子３６を出力側に備えて構成されている。このように光を介して信号状態を伝達する第１フォトカプラ２９は、入力側端子と出力側端子とが電気的に絶縁された構造であり、入力信号の電位レベルとは異なる電位レベルの出力信号を出力することができる。
【００５５】
そして、第１フォトカプラ２９は、インバータ回路２８からハイレベル信号が入力されると、発光素子３５が発光して受光素子３６が短絡状態となり、発熱用スイッチ２３のゲートに対して、ローレベル（発熱用バッテリ２１の負極電位）の変換後駆動指令信号３３を出力する。また、第１フォトカプラ２９は、インバータ回路２８からローレベル信号が入力されると、発光素子３５は発光せず受光素子３６は開放状態となり、発熱用スイッチ２３のゲートに対して、ハイレベル（発熱用バッテリ２１の負極電位よりも駆動電圧だけ高い電位）の変換後駆動指令信号３３を出力する。
【００５６】
つまり、発熱用信号レベル変換回路２７は、ＥＣＵ３１からローレベルの発熱用駆動指令信号３２が入力されるとローレベルの変換後駆動指令信号３３を出力し、ＥＣＵ３１からハイレベルの発熱用駆動指令信号３２が入力されるとハイレベルの変換後駆動指令信号３３を出力する。
【００５７】
ＥＣＵ３１は、マイクロコンピュータを主体として構成されており、内燃機関の燃料噴射量、アイドル回転数（アイドル回転速度）等を総合的に制御するためのものであり、後述する駆動信号制御処理を実行することで、加熱期間中に発熱用駆動指令信号３２をハイレベル出力する。また、ＥＣＵ３１では、別途、内燃機関の吸入空気量（吸気管圧力），回転速度（エンジン回転数）、スロットル開度、冷却水温、吸気温等、機関各部の運転状態を検出する運転状態検出処理等を実行している。
【００５８】
つまり、イオン電流検知装置１においては、ＥＣＵ３１が発熱用駆動指令信号３２をハイレベル出力する際に、発熱用バッテリ２１の出力電圧により、グロープラグ１１（詳細には発熱抵抗体１４）への通電が行われて、セラミックス発熱体１５の加熱が行われる。
【００５９】
次に、イオン電流検知装置１のうち、イオン電流検知に関する部分の構成について説明する。
イオン電流検知装置１は、発熱用駆動指令信号３２の電位レベル（ハイレベルまたはローレベル）を反転すると共に電位レベルを変換した検知用駆動指令信号５３を出力する信号レベル反転変換回路４７と、検知用駆動指令信号５３に基づき通電状態または開放状態に設定される検知用スイッチ４３と、検知用電圧（例えば、約３００［Ｖ］）を出力するイオン検知用電源装置４１（検知用バッテリ４１）と、検知用バッテリ４１の正極から発熱抵抗体１４へ流れる電流を許容し、反対方向に流れる電流を阻止する第２逆流防止用ダイオード４５と、エンジンブロック１７と検知用スイッチ４３との間に備えられる検知用抵抗５７と、検知用抵抗５７の両端電圧を検出する電圧検出回路５９と、を備えている。
【００６０】
なお、エンジンブロック１７、検知用抵抗５７、検知用スイッチ４３、検知用バッテリ４１、第２逆流防止用ダイオード４５、グロープラグ１１の発熱抵抗体１４は、この順に直列に接続されている。
検知用スイッチ４３は、ｎチャネルのＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）で構成されており、ソースが検知用バッテリ４１の負極に接続され、ドレインが検知用抵抗５７を介してエンジンブロック１７に接続され、ゲートが信号レベル反転変換回路４７と抵抗素子４４との接続点に接続されている。なお、抵抗素子４４は、検知用バッテリ４１の正極と信号レベル反転変換回路４７との間に設けられている。また、ＭＯＳＦＥＴには、ソースからドレインに向かう電流を許容する寄生ダイオードが存在することが知られており、検知用スイッチ４３には、寄生ダイオード７３が存在する。
【００６１】
この検知用スイッチ４３は、信号レベル反転変換回路４７が出力する検知用駆動指令信号５３がローレベル（検知用バッテリ４１の負極電位）になると開放状態（オフ状態）となり、検知用駆動指令信号５３がハイレベル（検知用バッテリ４１の負極電位よりも駆動電圧だけ高い電位）になると短絡状態（オン状態）になる。
【００６２】
このようにして検知用スイッチ４３が短絡状態になると、検知用バッテリ４１から出力される電圧が発熱抵抗体１４とエンジンブロック１７との間に印加されることになり、この短絡状態になる前には、セラミックス発熱体１５が目標温度（約１０００［℃］）となるように発熱抵抗体１４が通電状態にあり、セラミックス基体６３の絶縁抵抗値が低下していることから、燃焼室１９の内部にイオンが存在する場合には、そのイオンを介してイオン電流が流れる。つまり、イオン電流が流れるためには、セラミックス発熱体１５が目標温度となって、セラミックス基体６３の絶縁抵抗値が低下していることが必要であるが、イオン電流の検出時期以外の期間に発熱抵抗体１４への通電により加熱を行うことで、セラミックス基体６３の絶縁抵抗値をイオン電流の検出が可能な範囲に設定することができる。
【００６３】
第２逆流防止用ダイオード４５は、アノードが検知用バッテリ４１の正極に接続され、カソードがグロープラグ１１の発熱抵抗体１４に接続されており、検知用バッテリ４１の正極から発熱抵抗体１４に向かう電流の通電を許容し、反対方向の電流通電を阻止するよう備えられている。
【００６４】
信号レベル反転変換回路４７は、ＥＣＵ３１から出力される発熱用駆動指令信号３２の電位レベル（ローレベルまたはハイレベル）をそのままの状態で出力する信号中継回路４８と、入力側が信号中継回路４８に接続され、出力側が検知用スイッチ４３に接続された第２フォトカプラ４９とを備えている。
【００６５】
第２フォトカプラ４９は、一定電流値以上の入力信号が入力されると発光する第２発光素子５５を入力側に備え、第２発光素子５５が出力する光を受光すると短絡状態になる第２受光素子５６を出力側に備えて構成されている。このように光を介して信号状態を伝達する第２フォトカプラ４９は、入力側端子と出力側端子とが電気的に絶縁された構造であり、入力信号の電位レベルとは異なる電位レベルの出力信号を出力することができる。
【００６６】
そして、第２フォトカプラ４９は、信号中継回路４８からハイレベル信号が入力されると、第２発光素子５５が発光して第２受光素子５６が短絡状態となり、検知用スイッチ４３のゲートに対して、ローレベル（検知用バッテリ４１の負極電位）の検知用駆動指令信号５３を出力する。また、第２フォトカプラ４９は、信号中継回路４８からローレベル信号が入力されると、第２発光素子５５は発光せず第２受光素子５６は開放状態となり、検知用スイッチ４３のゲートに対して、ハイレベル（検知用バッテリ４１の負極電位よりも駆動電圧だけ高い電位）の検知用駆動指令信号５３を出力する。
【００６７】
つまり、信号レベル反転変換回路４７は、ＥＣＵ３１からローレベルの発熱用駆動指令信号３２が入力されるとハイレベルの検知用駆動指令信号５３を出力し、ＥＣＵ３１からハイレベルの発熱用駆動指令信号３２が入力されるとローレベルの検知用駆動指令信号５３を出力する。
【００６８】
検知用抵抗５７の両端には、発熱抵抗体１４とエンジンブロック１７との間に流れるイオン電流に比例した電圧が発生する。そして、電圧検出回路５９は、検知用抵抗５７の両端電圧を検出すると共に、検出した両端電圧に比例した検出電圧信号６０をＥＣＵ３１に対して出力する。
【００６９】
ＥＣＵ３１は、電圧検出回路５９から入力される検出電圧信号６０と、予め内部に記憶された検知用抵抗５７の電気抵抗値とに基づき、イオン電流値を算出するイオン電流検出処理を実行する。
つまり、イオン電流検知装置１においては、ＥＣＵ３１が発熱用駆動指令信号３２を出力しない場合（発熱用駆動指令信号３２をローレベル出力する場合）には、検知用バッテリ４１の出力電圧により、発熱抵抗体１４とエンジンブロック１７との間にイオン検知用電圧が印加される。このイオン検知用電圧の印加時には、ＥＣＵ３１は、電圧検出回路５９から入力される検出電圧信号６０に基づいて、イオン電流を検出（算出）する処理を行う。
【００７０】
次に、本実施例の内燃機関におけるＴＤＣ信号（上死点信号）、ＴＤＣ整形波、分周波形、発熱用駆動指令信号３２（グロー通電）、検出電圧信号６０（イオン電流波形）の各状態を示すタイムチャートを図２に示すと共に、ＥＣＵ３１にて実行される駆動信号制御処理の処理内容を表すフローチャートを図３に示す。
【００７１】
なお、本実施例の内燃機関は複数の気筒を備える多気筒構成であり、図２に示すＴＤＣ信号は、すべての気筒のＴＤＣ信号を合成した波形を表している。また、本実施例の内燃機関は４サイクルであり、１つの気筒におけるＴＤＣ信号は、１燃焼サイクルの期間中に２回上限ピーク値を示す。
【００７２】
ＴＤＣ整形波は、ＴＤＣ信号が上限しきい値Ｔｈｉを超えてから下限しきい値Ｔｌｏを下回るまでの期間中（例えば、図２における時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間中）はローレベルとなり、ＴＤＣ信号が下限しきい値Ｔｌｏを下回ってから上限しきい値Ｔｈｉを超えるまでの期間中（例えば、図２における時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間中）はハイレベルとなる波形である。
【００７３】
図２における分周波形は、第１気筒に対応する１燃焼サイクルを表す波形であり、ハイレベルからローレベルに変化するエッジ部の間隔（図２における時刻ｔ１から時刻ｔ５までの間隔）が、第１気筒の１燃焼サイクルを表している。また、図２に示す分周波形がハイレベルからローレベルに変化する時点は、圧縮行程から燃焼行程に移る際のＴＤＣ（上死点）を表している。
【００７４】
なお、多気筒の内燃機関では、各気筒の燃焼順序は予め定められていることから、分周波形がハイレベルからローレベルに変化した後、次にＴＤＣ整形波がハイレベルからローレベルに変化した時点は、第１気筒の次に燃焼される気筒における圧縮行程から燃焼行程に移る際のＴＤＣ（上死点）を表している。このため、分周波形とＴＤＣ整形波とに基づいて、全ての気筒について圧縮行程から燃焼行程に移る際のＴＤＣ（上死点）を検出できる。
【００７５】
次に、ＥＣＵ３１で実行される駆動信号制御処理について説明する。なお、駆動信号制御処理は、分周波形およびＴＤＣ整形波に基づいて、各気筒毎にそれぞれ１燃焼サイクルに１回の割合で、繰り返し実行される。
そして、内燃機関が始動され、ＥＣＵ３１における駆動信号制御処理が開始されると、まず、Ｓ１００（Ｓはステップを表す）では、グロープラグ１１（詳細には、発熱抵抗体１４）に対して実際に印加されている印加電圧を検出し、検出した印加電圧に基づきグロープラグ１１を目標温度に加熱・維持するための印加時間割合（デューティ比）を算出する処理を行う。具体的には、検出した印加電圧および予め定められた目標温度に基づき、予め定められた計算式あるいはマップなどを用いて所定の演算を行うことで、デューティ比を算出する。
【００７６】
続くＳ１１０では、イオン検知用電圧印加開始時期であるか否かを判断し、肯定判定するとＳ１２０に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行して、イオン検知用電圧印加開始時期になるまで待機する。なお、Ｓ１１０では、分周波形がハイレベルからローレベルに変化すると、イオン検知用電圧印加開始時期に達したと判断する。
【００７７】
Ｓ１１０で肯定判定されてＳ１２０に移行すると、Ｓ１２０では、発熱用駆動指令信号３２のローレベル出力を開始する。なお、Ｓ１２０が実行される前は、前回の燃焼サイクルにおける後述のＳ１８０での処理により、発熱用駆動指令信号３２はハイレベル出力されている。
【００７８】
次のＳ１３０では、電圧検出回路５９から入力される検出電圧信号６０と、予め内部に記憶された検知用抵抗５７の電気抵抗値とに基づき、イオン電流値を算出するイオン電流検出処理を開始する。
続くＳ１４０では、前回の燃焼サイクルの所要時間である燃焼サイクル時間を所定の記憶領域から取得する処理を行う。なお、前回の燃焼サイクルにおける燃焼サイクル時間は、別途実行される燃焼サイクル時間計測処理により計測されると共に、所定の記憶領域に記憶されている。
【００７９】
次のＳ１５０では、Ｓ１４０で得られた燃焼サイクル時間と、Ｓ１００で算出したデューティ比との乗算を行い、乗算結果を発熱用電圧印加時間として算出した後、算出した発熱用電圧印加時間に基づいて、発熱用電圧の印加開始時期を決定する。
【００８０】
続くＳ１６０では、発熱用電圧印加開始時期であるか否かを判断し、肯定判定するとＳ１７０に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行して、発熱用電圧印加開始時期になるまで待機する。
Ｓ１６０で肯定判定されてＳ１７０に移行すると、Ｓ１７０では、検出電圧信号６０に基づきイオン電流を検出するイオン電流検出処理を停止する。
【００８１】
続くＳ１８０では、発熱用駆動指令信号３２のハイレベル出力を開始し、次回のイオン電流検知を可能とするための発熱抵抗体１４への通電を開始する。
Ｓ１８０での処理が終了すると、駆動信号制御処理が終了する。
なお、図２においては、時刻ｔ１および時刻ｔ５がイオン検知用電圧印加開始時期に相当し、時刻ｔ４および時刻ｔ６が発熱用電圧印加開始時期に相当する。つまり、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの期間および時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間がイオン電流検出期間であり、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間が発熱用電圧印加期間である。
【００８２】
そして、図２においては、イオン電流波形として、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの期間はイオンが発生した場合の波形を、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間はイオンが未発生の場合の波形を表している。
なお、ＥＣＵ３１では、上述のように検出したイオン電流を用いて燃焼状態を検出して、燃料の噴射量や噴射タイミングについて制御する処理を別途実行する。
【００８３】
以上説明したように、実施例のイオン電流検知装置１においては、発熱用駆動指令信号３２の出力（ハイレベル出力）により発熱用スイッチ２３が通電状態になることで、発熱用電圧がグロープラグ１１（詳細には、発熱抵抗体１４）に対して印加される。また、発熱用駆動指令信号３２がローレベルとなると、信号レベル反転変換回路４７から検知用駆動指令信号５３が出力（ハイレベル出力）され、検知用スイッチ４３が通電状態になり、検知用電圧がグロープラグ１１（詳細には、発熱抵抗体１４）とエンジンブロック１７との間に印加される。
【００８４】
なお、検知用駆動指令信号５３は、発熱用駆動指令信号３２の非出力時（ローレベル時）に信号レベル反転変換回路４７から出力（ハイレベル出力）されるため、検知用駆動指令信号５３と発熱用駆動指令信号３２とが同時に出力（ハイレベル出力）されることはない。このため、発熱用スイッチ２３と検知用スイッチ４３とが同時に通電状態になることはなく、検知用バッテリ４１から出力される検知用電流が、発熱用スイッチ２３を通じてグランドライン１０に流れることはない。
【００８５】
また、検知用バッテリ４１から発熱用バッテリ２１に至る電流経路には、第１逆流防止用ダイオード２５が備えられており、第１逆流防止用ダイオード２５は、検知用バッテリ４１から出力される検知用電流が発熱用バッテリ２１を介してグランドライン１０に流れるのを防止している。
【００８６】
このように、信号レベル反転変換回路４７、発熱用スイッチ２３および第１逆流防止用ダイオード２５を備えることで、発熱用バッテリ２１の負極がグランドライン１０に接地される場合でも、検知用バッテリ４１から出力される検知用電流がグランドライン１０を介した電流経路に漏洩するのを防止できる。
【００８７】
これにより、グランドライン１０を介して漏洩した電流が検知用抵抗５７に流れるのを防止できることから、検知用バッテリ４１が出力するイオン検知用電圧を、確実にグロープラグ１１（発熱抵抗体１４）とエンジンブロック１７との間に印加できる。
【００８８】
よって、本実施例のイオン電流検知装置１によれば、基準電位であるグランドライン１０に接続された発熱用バッテリ２１を用いる場合においても、グロープラグ１１とエンジンブロック１７との間に検知用電圧を印加でき、燃焼室１９に存在するイオンによって流れるイオン電流を検出することができる。
【００８９】
なお、検知用バッテリ４１から発熱用バッテリ２１を介してグランドライン１０に流れる電流の逆流を防止するにあたっては、第１逆流防止用ダイオード２５に代えて、電流経路を遮断するスイッチなどを用いてもよい。しかし、ダイオードは、トランジスタなどのスイッチング素子に比べて低価格であるため装置を低コストで構成でき、また、スイッチのように通電状態・遮断状態を駆動制御する必要がないため、制御処理の煩雑化や装置構成の複雑化を防止できる。
【００９０】
よって、本実施例のイオン電流検知装置１は、ダイオードを用いてイオン電流検出時における電流の漏洩を防止するよう構成されることから、コスト低減を図ることができ、また、駆動制御処理の煩雑さの解消や装置構成の簡略化を図ることができる。
【００９１】
また、イオン電流検知装置１は、第２逆流防止用ダイオード４５を備えており、発熱用電圧の印加時に発熱用バッテリ２１から出力される発熱用電流が、検知用スイッチ４３の寄生ダイオード７３を通じて、検知用バッテリ４１を含む電流経路に漏洩するのを防止している。
【００９２】
これにより、漏洩電流に起因するグロープラグ１１（発熱抵抗体１４）への通電電流の低下を防止でき、確実にグロープラグ１１の発熱抵抗体１４に対して発熱用電流を通電することができる。また、発熱用バッテリ２１が供給する電力が、検知用バッテリ４１などを含む他の電流経路で無駄に消費されるのを防止できるため、発熱用電力の消費における効率向上を図ることができる。
【００９３】
なお、発熱用バッテリ２１から検知用バッテリ４１に向けて流れる漏洩電流を防止するにあたっては、上述の第１逆流防止用ダイオード２５と同様に、第２逆流防止用ダイオード４５に代えて、スイッチなどを用いてもよい。これに対し、イオン電流検知装置１は、ダイオードを用いて発熱用電圧印加時における電流の漏洩を防止する構成であることから、コスト低減、駆動制御処理の煩雑さの解消、装置構成の簡略化を図ることができる。
【００９４】
次に、発熱用スイッチ２３および検知用スイッチ４３は、共にＭＯＳＦＥＴで構成されているが、回路上の接続位置が異なりソース電位が異なることから、通電状態とするためのゲート電位がそれぞれ異なる電位となる。このため、発熱用駆動指令信号３２の電位レベル（ハイレベル、ローレベル）を反転させた信号では、検知用スイッチ４３を駆動制御することができない。
【００９５】
これに対し、イオン電流検知装置１は、発熱用駆動指令信号３２の電位レベルを反転させると共に電位レベルを変換した検知用駆動指令信号５３を出力する信号レベル反転変換回路４７を備えることで、検知用スイッチ４３を駆動制御できるよう構成されている。なお、信号レベル反転変換回路４７は、第２フォトカプラ４９を備えて、入力側信号経路と出力側信号経路とを電気的に絶縁することで、信号の電位レベルを変換して、検知用スイッチ４３を駆動制御可能な電位レベルの検知用駆動指令信号５３を出力するよう構成されている。
【００９６】
よって、イオン電流検知装置１によれば、通電状態と遮断状態とが切り換わる電位レベルが、検知用スイッチ４３と発熱用スイッチ２３とで異なる場合でも、両方のスイッチが同時に通電状態とならないよう適切に駆動制御できる。このように検知用スイッチ４３および発熱用スイッチ２３が交互に通電状態になるよう駆動制御することで、グランドライン１０に接続された発熱用バッテリ２１を用いる場合でも、イオン電流を検知することができる。
【００９７】
また、発熱用信号レベル変換回路２７は、ＥＣＵ３１が出力する発熱用駆動指令信号３２の電位レベルを変換して、発熱用スイッチ２３を駆動制御可能な電位レベルの変換後駆動指令信号３３として出力している。この発熱用信号レベル変換回路２７を備えるイオン電流検知装置１によれば、発熱用スイッチ２３を駆動制御可能な入力信号の電位レベルと、ＥＣＵ３１が出力可能な信号の電位レベルとが異なる場合であっても、ＥＣＵ３１により発熱用スイッチ２３を適切に駆動制御することができる。
【００９８】
このように発熱用スイッチ２３を適切に駆動制御できることで、グランドライン１０に接続された発熱用バッテリ２１を用いる場合においても、イオン電流を検知することができる。
なお、イオン電流検知装置１においては、セラミックス発熱体１５が特許請求の範囲に記載のセラミックス発熱部に相当し、絶縁ハウジング１３がハウジングに相当し、発熱用電源装置２１（発熱用バッテリ２１）が発熱用電源に相当し、発熱用スイッチ２３が発熱用スイッチング手段に相当し、電子制御装置３１（ＥＣＵ３１）が制御手段に相当する。
【００９９】
また、イオン検知用電源装置４１（検知用バッテリ４１）が特許請求の範囲に記載のイオン検知用電源に相当し、検知用抵抗５７，電圧検出回路５９およびＥＣＵ３１で実行されるイオン電流検出処理がイオン電流検出手段に相当し、第１逆流防止用ダイオード２５が検知用電流漏洩防止手段に相当し、検知用スイッチ４３がイオン検知用スイッチング手段に相当し、信号レベル反転変換回路４７が反転指令出力手段および検知用信号レベル変換手段に相当する。
【０１００】
さらに、第２逆流防止用ダイオード４５が特許請求の範囲に記載の発熱用電流漏洩防止手段に相当し、発熱用信号レベル変換回路２７が発熱用信号レベル変換手段に相当する。また、検知用スイッチ４３のうち、検知用スイッチ４３を構成するＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間が特許請求の範囲に記載の主通電経路に相当し、寄生ダイオード７３が副通電経路に相当している。
【０１０１】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、発熱用スイッチ２３および検知用スイッチ４３は、ＭＯＳＦＥＴに限ることはなく、バイポーラトランジスタなどの他の半導体スイッチング素子で構成しても良く、あるいは機械式リレーで構成しても良い。そして、寄生ダイオードのような副通電経路を有するスイッチング手段を用いる場合には、電流の逆流を防止するための逆流防止用ダイオードを備えるとよい。これにより、電流が副通電経路を介して漏洩するのを防ぐことができ、適切な通電経路に電流を流すことができる。また、電源から供給される電力が、副通電経路を経由する経路で無駄に消費されるのを防止できるため、電力消費における効率向上を図ることができる。
【０１０２】
また、イオン検知用電圧印加開始時期は、必ずしも分周波形がハイレベルからローレベルに変化する変化タイミングと同時期に限ることはなく、例えば、分周波形の変化タイミングよりも早い圧縮行程の期間中に設定しても良い。
また、第２逆流防止用ダイオード４５のカソードの接続位置は、第１逆流防止用ダイオード２５からグロープラグ１１（発熱抵抗体１４）に至る電流経路上に限らず、発熱用スイッチ２３のドレインからグロープラグ１１（発熱抵抗体１４）に至る電流経路上であってもよい。つまり、検知用バッテリ４１による検知用電圧の印加位置は、グロープラグ１１（発熱抵抗体１４）の両端のうち、発熱用バッテリ２１の正極に接続される端部に限らず、発熱用バッテリ２１の負極に接続される端部でも良く、発熱抵抗体１４とエンジンブロック１７との間に検知用電圧を印加できればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】グロープラグを備えるディーゼル内燃機関においてイオン電流検知を行うイオン電流検知装置の概略構成を表す電気回路図である。
【図２】内燃機関におけるＴＤＣ信号、ＴＤＣ整形波、分周波形、発熱用駆動指令信号、検出電圧信号の各状態を示すタイムチャートである。
【図３】電子制御装置（ＥＣＵ）にて実行される駆動信号制御処理の処理内容を表すフローチャートである。
【図４】グロープラグを用いてイオン電流を検知する従来型イオン電流検知装置の概略構成を表す電気回路図である。
【図５】グロープラグの内部構成を表す断面図である。
【符号の説明】
１…イオン電流検知装置、１１…グロープラグ、１３…絶縁ハウジング、１４…発熱抵抗体、１５…セラミックス発熱体、１７…エンジンブロック、２１…発熱用電源装置（発熱用バッテリ）、２３…発熱用スイッチ、２５…第１逆流防止用ダイオード、２７…発熱用信号レベル変換回路、２９…第１フォトカプラ、３１…電子制御装置（ＥＣＵ）、４１…イオン検知用電源装置（検知用バッテリ）、４３…検知用スイッチ、４５…第２逆流防止用ダイオード、４７…信号レベル反転変換回路、４９…第２フォトカプラ、５７…検知用抵抗、５９…電圧検出回路、６３…セラミックス基体。
【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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