(57)【要約】【課題】グロープラグを用いてイオン電流を検知するにあたり、イオン電流の検知精度の低下を抑制できる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は、ＥＣＵ３１で実行される駆動信号制御処理のうち、Ｓ１４０の処理開始時期（換言すれば、イオン電流検出期間の開始時期）は、検知用電圧印加期間の開始時期から検出遅延時間が経過した時点に設定されている。そして、駆動信号制御処理のＳ１３０での処理に用いられる検出遅延時間が、スパイク電流の発生期間よりも長い時間に設定されている。このため、イオン電流検出期間にスパイク電流の発生期間が含まれることはなく、イオン電流の検出にあたり、スパイク電流の影響が及ぶのを防止できる。よって、スパイク電流の影響を抑制できるため、スパイク電流を誤ってイオン電流として検出するのを防止でき、イオン電流の検知精度の低下を防ぐことができる。【選択図】  図３
2004332555.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絶縁性セラミックス基体の内部に備えるセラミックス発熱体を有し、前記セラミックス発熱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体を保持すると共に、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グロープラグと、
前記発熱抵抗体に印加するための発熱用電圧を出力し、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た発熱用電源を有し、前記発熱抵抗体に対する前記発熱用電圧の印加により前記セラミックス発熱体を加熱する発熱用電圧印加手段と、
を備える内燃機関において、
イオン電流を検知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を有し、前記発熱抵抗体と前記エンジンブロックとの間に前記イオン検知用電圧を印加する検知用電圧印加手段と、
前記発熱用電圧印加手段または前記検知用電圧印加手段のいずれか一方のみが電圧印加状態となるように、前記発熱用電圧印加手段および前記検知用電圧印加手段を駆動制御する電圧印加切換制御手段と、
前記検知用電圧印加手段が電圧印加状態となる検知用電圧印加期間に含まれるイオン電流検出期間において、前記発熱抵抗体に対する前記イオン検知用電圧の印加により当該発熱抵抗体と前記エンジンブロックとの間に流れる電流を、イオン電流として検出するイオン電流検出手段と、
を備えてイオン電流を検知するイオン電流検知装置であって、
前記イオン電流検出期間の開始時期は、前記検知用電圧印加期間の開始時期から所定の検出遅延時間が経過した時点以降に設定されており、
前記検出遅延時間は、前記検知用電圧印加手段による電圧印加直後に一時的に発生するスパイク電流の発生期間よりも長い時間であること、
を特徴とするイオン電流検知装置。
【請求項２】
前記検出遅延時間は、０．５［ｍｓ］から５．０［ｍｓ］までの範囲内に設定されていること、
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】
前記検知用電圧印加期間の開始時期は、圧縮行程のうち、燃料混合気の燃焼開始時期よりも前記検出遅延時間だけ早い時点以前に設定されていること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン電流検知装置。
【請求項４】
前記検知用電圧印加期間の開始時期は、圧縮行程のうち、クランク角度で上死点前１８０［°ＣＡ］から上死点前４５［°ＣＡ］までの期間内に設定されていること、
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】
前記イオン電流検出手段は、
前記イオン電流検出期間の終了直前に前記セラミックス発熱体の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電流を定常電流として記憶し、今回の燃焼サイクルの前記イオン電流検出期間に検出する電流値から、前回の燃焼サイクルで記憶された前記定常電流を差し引いた電流を、イオン電流として検出すること、
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のイオン電流検知装置。
【請求項６】
電流通電により発熱する発熱抵抗体を絶縁性セラミックス基体の内部に備えるセラミックス発熱体を有し、前記セラミックス発熱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体を保持すると共に、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グロープラグと、
前記発熱抵抗体に印加するための発熱用電圧を出力し、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た発熱用電源を有し、前記発熱抵抗体に対する前記発熱用電圧の印加により前記セラミックス発熱体を加熱する発熱用電圧印加手段と、
を備える内燃機関において、
イオン電流を検知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を有し、前記発熱抵抗体と前記エンジンブロックとの間に前記イオン検知用電圧を印加する検知用電圧印加手段と、
前記発熱用電圧印加手段または前記検知用電圧印加手段のいずれか一方のみが電圧印加状態となるように、前記発熱用電圧印加手段および前記検知用電圧印加手段を駆動制御する電圧印加切換制御手段と、
前記検知用電圧印加手段が電圧印加状態となる検知用電圧印加期間に含まれるイオン電流検出期間において、前記発熱抵抗体に対する前記イオン検知用電圧の印加により当該発熱抵抗体と前記エンジンブロックとの間に流れる電流を、イオン電流として検出するイオン電流検出手段と、
を備えてイオン電流を検知するイオン電流検知装置であって、
前記検知用電圧印加期間の開始時期が、圧縮行程のうち、燃料混合気の燃焼開始時期よりも前記検出遅延時間だけ早い時点以前に設定されていること、
を特徴とするイオン電流検知装置。
【請求項７】
前記検知用電圧印加期間の開始時期は、圧縮行程のうち、クランク角度で上死点前１８０［°ＣＡ］から上死点前４５［°ＣＡ］までの期間内に設定されていること、
を特徴とする請求項６に記載のイオン電流検知装置。
【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。
内燃機関には、例えば、グロープラグが備えられるディーゼル内燃機関があり、グロープラグとしては、セラミックス発熱体を有するものが知られている。このグロープラグは、セラミックス発熱体の一部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るものであり、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。
【０００３】
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る形態で形成される。
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７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（特許文献１参照）。
【０００４】
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の出力電圧を発熱抵抗体１４に印加することで、グロープラグ１１のセラミックス発熱体１５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を内部に備える絶縁性のセラミックス基体８３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。
【０００５】
そして、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により高温状態にある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て、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。
【０００６】
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、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。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２９５７４４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、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る。従来型イオン電流検知装置１０１に負極が接地されたバッテリを用いると、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とが略同電位となり、これらの間に検知用電圧を印加するとダイオード１０９、グランドライン、エンジンブロック１７、検知用抵抗１１３の順に電流が流れて、イオン電流の検出が不可能となるからである。
【０００９】
一方、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いる。そのため、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、別途にグランドラインから絶縁されたバッテリを準備する必要があり、コストが高くなるという問題が生じる。
【００１０】
そこで、本発明者らが検討した結果、基準電位（グランドライン）に接続された電源を発熱用バッテリに用いる場合、発熱用バッテリと発熱抵抗体を含む電流経路と、検知用バッテリ（換言すれば、イオン電流検知用電源）と発熱抵抗体を含む電流経路とを交互に切り換えるようにすることで、イオン電流の検出が可能となることが分かった。
【００１１】
しかし、基準電位に接続された発熱用バッテリと検知用バッテリとを交互にグロープラグ（発熱抵抗体）に接続する場合、検知用バッテリによる電圧印加の開始直後に、検知用抵抗を含む電流経路に過渡的な電流値の大きいスパイク電流が発生するという新たな問題が発生することが、本発明者らのさらなる検討により分かった。そして、イオン電流は電流値が微小であることから、このスパイク電流の影響により、イオン電流の検出精度（検知精度）が低下する虞がある。
【００１２】
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、正極または負極が基準電位であるグランドラインを介して電気的に接続された発熱用電源を有しつつ、イオン電流検知用電源と発熱用電源とを交互に切り換えてイオン電流を検知するにあたり、イオン電流の検知精度の低下を抑制できるグロープラグのイオン電流検知装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【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絶縁性セラミックス基体の内部に備えるセラミックス発熱体を有し、セラミックス発熱体とは電気的に絶縁された状態でセラミックス発熱体を保持すると共に、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グロープラグと、発熱抵抗体に印加するための発熱用電圧を出力し、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エンジンブロックと電気的に接続された発熱用電源を有し、発熱抵抗体に対する発熱用電圧の印加によりセラミックス発熱体を加熱する発熱用電圧印加手段と、を備える内燃機関において、イオン電流を検知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を有し、発熱抵抗体とエンジンブロックとの間にイオン検知用電圧を印加する検知用電圧印加手段と、発熱用電圧印加手段または検知用電圧印加手段のいずれか一方のみが電圧印加状態となるように、発熱用電圧印加手段および検知用電圧印加手段を駆動制御する電圧印加切換制御手段と、検知用電圧印加手段が電圧印加状態となる検知用電圧印加期間に含まれるイオン電流検出期間において、発熱抵抗体に対する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電流を、イオン電流として検出するイオン電流検出手段と、を備えてイオン電流を検知するイオン電流検知装置であって、イオン電流検出期間の開始時期は、検知用電圧印加期間の開始時期から所定の検出遅延時間が経過した時点以降に設定されており、検出遅延時間は、検知用電圧印加手段による電圧印加直後に一時的に発生するスパイク電流の発生期間よりも長い時間であることを特徴とする。
【００１４】
このイオン電流検知装置は、発熱用電源がグランドラインに電気的に接続されているが、電圧印加切換制御手段が、発熱用電圧印加手段または検知用電圧印加手段のいずれか一方のみを電圧印加状態に駆動制御するため、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とエンジンブロックとの間に印加することができる。
【００１５】
また、イオン電流検出手段によるイオン電流検出期間の開始時期は、検知用電圧印加期間の開始時期から検出遅延時間が経過した時点以降に設定されており、検出遅延時間は、検知用電圧印加手段による電圧印加直後に一時的に発生するスパイク電流の発生期間よりも長い時間である。このため、イオン電流を検出するにあたり、発熱用電圧印加手段から検知用電圧印加手段への電圧印加状態に切り換えた時に生じるスパイク電流の影響が及ぶのを防ぐことができる。
【００１６】
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、検知用電圧を確実に発熱抵抗体とエンジンブロックとの間に印加でき、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。また、スパイク電流の影響を抑えることができるため、スパイク電流を誤ってイオン電流として検出するのを防止できることから、イオン電流の検知精度の低下を防ぐことができる。
【００１７】
なお、スパイク電流は、発熱用電圧印加時にセラミックス発熱体とエンジンブロックとの間に蓄積された電荷が放電されることで発生すると考えられる。つまり、発熱抵抗体およびエンジンブロックは、絶縁性セラミックス基体を介し向かい合って配置されることから、コンデンサとして機能し、発熱用電圧印加時には、発熱抵抗体とエンジンブロックとの電位差に応じた電荷が蓄積されて、この蓄積電荷によりスパイク電流が発生すると考えられる。
【００１８】
ところで、イオン電流検出期間を、検知用電圧印加手段から発熱用電圧印加手段への電圧印加状態に切り換える時点に跨るように設定すると、検知用電圧印加手段による電圧印加直後に発生するスパイク電流の発生を抑制しても、イオン電流検出期間中にスパイク電流が重畳することになる。しかし、請求項１記載の発明では、イオン電流検出期間を検知用電圧印加手段が電圧印加状態となる検知用電圧印加期間に含まれるように設定しており、検知用電圧印加手段の電圧印加状態のときにイオン電流検出期間が終了するようにしている。したがって、本発明においては、検知用電圧印加手段から発熱用電圧印加手段への電圧印加状態に切り換える前までにイオン電流検出期間が終了することから、検知用電圧印加手段による電圧印加直後に加えて、イオン電流検出期間中にスパイク電流の影響が及ぶのを防ぐことができる。
【００１９】
次に、上述（請求項１）に記載のイオン電流検知装置は、請求項２に記載のように、検出遅延時間が、０．５［ｍｓ］から５．０［ｍｓ］までの範囲内に設定されているとよい。
つまり、スパイク電流の発生期間は、一般に、０．５［ｍｓ］から５．０［ｍｓ］までの範囲内であり、検出遅延時間をこの範囲内に設定することで、スパイク電流の影響を抑えることができる。
【００２０】
よって、本発明（請求項２）によれば、イオン電流の検出に際して、スパイク電流の影響を抑えることができ、イオン電流の検出精度の低下を抑えることができる。
そして、上述（請求項１または請求項２）のイオン電流検知装置は、請求項３に記載のように、検知用電圧印加期間の開始時期が、圧縮行程のうち、燃料混合気の燃焼開始時期よりも検出遅延時間だけ早い時点以前に設定されているとよい。
【００２１】
このように検知用電圧印加時間の開始時期を設定することで、検知用電圧の印加により発生するスパイク電流は、燃料混合気の燃焼開始時期までに収束することになり、換言すれば、イオンの発生開始時期までに、スパイク電流が収束することになる。この結果、イオン発生開始時期（燃焼開始時期）からイオン消滅時期までの全てのイオン発生期間にわたり、スパイク電流の影響を抑えてイオン電流検知が可能となる。
【００２２】
よって、本発明（請求項３）によれば、全てのイオン発生期間にわたり、スパイク電流の影響を抑えてイオン電流検知が可能となり、イオン電流の検出精度を向上させることが出来る。
ところで、燃焼サイクルのうち、吸気行程は比較的温度の低い燃料混合気が燃焼室内に取り入れられるため、グロープラグ（セラミックス発熱体）は、燃料混合気によって冷却され易く、温度低下に伴う絶縁性セラミックス基体の絶縁抵抗値の上昇により、イオン電流の検出精度が低下するおそれがある。
【００２３】
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、請求項４に記載のように、検知用電圧印加期間の開始時期が、圧縮行程のうち、クランク角度で上死点前１８０［°ＣＡ］から上死点前４５［°ＣＡ］までの期間内に設定されているとよい。
【００２４】
検知用電圧印加時間の開始時期を圧縮行程中に設定することで、少なくとも吸気行程においては、発熱抵抗体への通電が行われてセラミックス発熱体への加熱が行われることになり、セラミックス発熱体の温度低下を防ぐことができ、絶縁性セラミックス基体の絶縁抵抗値の上昇を防止できる。
【００２５】
また、圧縮行程のうちクランク角度で上死点前４５［°ＣＡ］以前に検知用電圧印加時間の開始時期を設定することで、スパイク電流の発生期間が燃焼開始時期と重複するのを防止することができる。
よって、本発明（請求項４）によれば、絶縁性セラミックス基体の絶縁抵抗値の上昇に起因して、検出されるイオン電流の電流値が小さくなり過ぎるのを防止することができ、イオン電流の検出精度の低下を防ぐことが出来る。また、スパイク電流の影響を抑えてイオン電流の検知が可能となるため、イオン電流の検出精度の低下を防ぐことが出来る。
【００２６】
次に、燃料混合気の燃焼により発生したイオンは、時間経過と共に消滅する。そして、通常、検知用電圧印加期間に含まれるイオン電流検出期間の終了時期は、燃焼室内のイオン量がほぼゼロとなる時期に設定される。ところで、発熱用電圧印加手段と検知用電圧印加手段を電圧印加切換制御手段によって切り換えながら駆動制御すると、発熱抵抗体とエンジンブロックとの間に漏洩電流が流れることがある。そして、この漏洩電流が流れることがあると、イオンが無い場合であっても、イオン電流検出手段は、その漏洩電流を検出することになる。なお、漏洩電流は、イオン電流検出期間の全領域にて発生することから、イオン電流検出手段は、イオン電流と漏洩電流とが合計された電流を、誤ってイオン電流として検出することになる。また、この漏洩電流は、セラミックス発熱体の温度変化（絶縁性セラミックス基体の絶縁抵抗値の変化）などに伴い変動することから、常に一定の値を示す状態量ではなく、内燃機関の運転状態に応じて変化する状態量である。
【００２７】
そこで、上述（請求項１から請求項４のいずれか）のイオン電流検知装置は、請求項５に記載のように、イオン電流検出手段が、イオン電流検出期間の終了直前にセラミックス発熱体の発熱抵抗体とエンジンブロックとの間に流れる電流を定常電流として記憶し、今回の燃焼サイクルのイオン電流検出期間に検出する電流から、前回の燃焼サイクルで記憶された定常電流を差し引いた電流を、イオン電流として検出するとよい。
【００２８】
イオン電流検出期間の終了直前には、上述したように、イオン量がほぼゼロとなっていることから、この終了直前にセラミックス発熱体の発熱抵抗体とエンジンブロックとの間に流れる電流は、イオン電流ではなく漏洩電流であり、この漏洩電流を定常電流として記憶する。また、同一気筒において、時間的に連続した２つの燃焼サイクルにおいては、セラミックス発熱体の温度が急激に変化することはないため、２つの燃焼サイクルにおける漏洩電流の値は略等しくなる。
【００２９】
この結果、内燃機関の運転状態に応じた実際の漏洩電流に略等しい電流値を検出することができ、今回の燃焼サイクルで検出した電流値から、前回の記憶した定常電流を差し引くことで、実際のイオン電流に略等しい電流値を検出することが出来る。
【００３０】
よって、本発明（請求項５）によれば、漏洩電流の影響を抑えて、イオン電流を検出することができるため、イオン電流の検出精度の低下を防止することが出来る。
また、上記目的を達成するためになされた請求項６に記載の発明は、電流通電により発熱する発熱抵抗体を絶縁性セラミックス基体の内部に備えるセラミックス発熱体を有し、前記セラミックス発熱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体を保持すると共に、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グロープラグと、発熱抵抗体に印加するための発熱用電圧を出力し、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エンジンブロックと電気的に接続された発熱用電源を有し、発熱抵抗体に対する発熱用電圧の印加によりセラミックス発熱体を加熱する発熱用電圧印加手段と、を備える内燃機関において、イオン電流を検知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を有し、発熱抵抗体とエンジンブロックとの間にイオン検知用電圧を印加する検知用電圧印加手段と、発熱用電圧印加手段または検知用電圧印加手段のいずれか一方のみが電圧印加状態となるように、発熱用電圧印加手段および検知用電圧印加手段を駆動制御する電圧印加切換制御手段と、検知用電圧印加手段が電圧印加状態となる検知用電圧印加期間に含まれるイオン電流検出期間において、前記発熱抵抗体に対する前記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電流を、イオン電流として検出するイオン電流検出手段と、を備えてイオン電流を検知するイオン電流検知装置であって、検知用電圧印加期間の開始時期が、圧縮行程のうち、燃料混合気の燃焼開始時期よりも検出遅延時間だけ早い時点以前に設定されていることを特徴とする。
【００３１】
このイオン電流検知装置は、発熱用電源がグランドラインに電気的に接続されているが、電圧印加切換制御手段が、発熱用電圧印加手段または検知用電圧印加手段のいずれか一方のみを電圧印加状態に駆動制御するため、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とエンジンブロックとの間に印加することができる。
【００３２】
また、検知用電圧印加期間の開始時期を燃料混合気の燃焼開始時期よりも検出遅延時間だけ早い時点以前に設定することで、検知用電圧の印加により発生するスパイク電流は、燃料混合気の燃焼開始時期までに収束することになり、換言すれば、イオンの発生開始時期までに、スパイク電流が収束することになる。この結果、イオン発生開始時期（燃焼開始時期）からイオン消滅時期までの全てのイオン発生期間にわたり、スパイク電流の影響を抑えてイオン電流を検出することができる。
【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、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、検知用電圧を確実にグロープラグとエンジンブロックとの間に印加でき、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。また、本発明（請求項６）によれば、全てのイオン発生期間にわたり、スパイク電流の影響を抑えてイオン電流検知が可能となり、イオン電流の検出精度を向上させることが出来る。
【００３４】
次に、上述（請求項６）のイオン電流検知装置は、請求項７に記載のように、検知用電圧印加期間の開始時期が、圧縮行程のうち、クランク角度で上死点前１８０［°ＣＡ］から上死点前４５［°ＣＡ］までの期間内に設定されているとよい。
【００３５】
検知用電圧印加時間の開始時期を圧縮行程中に設定することで、少なくとも吸気行程においては、発熱抵抗体への通電が行われてセラミックス発熱体への加熱が行われることになり、セラミックス発熱体の温度低下を防ぐことができ、絶縁性セラミックス基体の絶縁抵抗値の上昇を防止できる。
【００３６】
また、圧縮行程のうちクランク角度で上死点前４５［°ＣＡ］以前に検知用電圧印加時間の開始時期を設定することで、スパイク電流の発生期間が燃焼開始時期と重複するのを確実に防止することができる。
よって、本発明（請求項７）によれば、絶縁性セラミックス基体の絶縁抵抗値の上昇に起因して、検出されるイオン電流の電流値が小さくなり過ぎるのを防止することができ、イオン電流の検出精度の低下を防ぐことが出来る。また、スパイク電流の影響を抑えてイオン電流の検知が可能となるため、イオン電流の検出精度の低下を防ぐことが出来る。
【００３７】
【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。
【００３８】
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（以下、ＥＣＵ３１ともいう）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。
【００３９】
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。
次に、図８に、グロープラグの内部構成を表す断面図を示す。グロープラグ１１は、図８に示すように、金属製のハウジング本体部１２、中軸８１、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、本実施のグロープラグ１１では、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を図示せず、纏めて絶縁ハウジング１３として図示している。このセラミックス発熱体１５は、絶縁性セラミックス基体８３と、その絶縁性セラミックス基体８３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。絶縁性セラミックス基体８３は、Ｓｉ３Ｎ４を主としたセラミックスから構成され、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。
【００４０】
そして、図１を参照して示すように、このグロープラグ１１は、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に対し、発熱抵抗体１４の少なくとも一部が燃焼室１９内に配置されるように取り付け、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絶縁性セラミックス基体８３の内部に配設されており、通電用電極８５と中軸８１に対して、発熱用電圧が印加されることで発熱し、イオン電流検知用電圧（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。通電用電極８５と中軸８１とは、略円筒状に形成された絶縁性部材８７により互いに絶縁されている。
【００４１】
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、発熱抵抗体１４への発熱用バッテリ２１からの電力供給により、所定の点火用温度（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。
【００４２】
なお、セラミックス発熱体１５の絶縁性セラミックス基体８３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、絶縁抵抗値は、１［ＭΩ］〜１０［ＭΩ］（例えば、約３［ＭΩ］）まで低下する。
【００４３】
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と第１抵抗素子２４との接続点に接続されている。なお、第１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。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形成されており、発熱用スイッチ２３には、寄生ダイオード９１が形成されている。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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の両端電圧に応じた検出電圧信号６０を出力する電圧検出回路５９と、イオン電流検出期間の終了直前の検出電圧信号６０を保持してリーク電流オフセット電圧信号６２を出力するリーク電流保持回路６１と、を備えている。
【００５３】
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と第２抵抗素子４４との接続点に接続されている。なお、第２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からなる検知用スイッチ４３には、寄生ダイオード９３が形成されている。
【００５４】
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。
【００５５】
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、絶縁性セラミックス基体８３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。なお、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、絶縁性セラミックス基体８３の絶縁抵抗値が低下す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、セラミックス発熱体１５の絶縁性セラミックス基体８３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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
検知用抵抗５７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。
次に、電圧検出回路５９およびリーク電流保持回路６１の電気回路図を、図２に示す。
【００６２】
電圧検出回路５９は、図２に示すように、第１演算増幅器６７、第３抵抗素子６３および第４抵抗素子６５を備えて構成されている。
第１演算増幅器６７は、非反転入力端子＋がグランドライン１０に接続（接地）され、反転入力端子−が第３抵抗素子６３を介して検知用抵抗５７と検知用スイッチ４３との接続点に接続され、出力端子がサンプルホールド用スイッチ６９に接続されている。また、反転入力端子−と出力端子とは、第４抵抗素子６５を介して接続されている。つまり、第１演算増幅器６７、第３抵抗素子６３および第４抵抗素子６５は、検知用抵抗５７の両端電圧を反転増幅する反転増幅回路を形成している。
【００６３】
このように構成される電圧検出回路５９は、検知用抵抗５７（抵抗値＝１００［ｋΩ］）の両端電圧を検出すると共に、検知用抵抗５７の両端電圧を反転増幅した検出電圧信号６０を、ＥＣＵ３１およびリーク電流保持回路６１に対して出力する。
【００６４】
次に、リーク電流保持回路６１は、図２に示すように、サンプルホールド用スイッチ６９と、電圧保持用コンデンサ７３と、第２演算増幅器７７とを備えて構成されている。
サンプルホールド用スイッチ６９は、一端が電圧検出回路５９の出力端子に接続され、他端が第５抵抗素子７１に接続されており、また、ＥＣＵ３１からのホールド指令信号６８の入力時には短絡状態（オン状態）となり、ホールド指令信号６８の非入力時には開放状態（オフ状態）となるよう構成されている。
【００６５】
電圧保持用コンデンサ７３は、一端がグランドライン１０に接続され、他端が第５抵抗素子７１を介してサンプルホールド用スイッチ６９に接続されている。この電圧保持用コンデンサ７３は、サンプルホールド用スイッチ６９が通電状態になると、検出電圧信号６０に応じた電圧に充電され、サンプルホールド用スイッチ６９が開放状態に切り換わった後は、切換直前の充電電圧を保持する。
【００６６】
第２演算増幅器７７は、非反転入力端子＋が第６抵抗素子７５を介して電圧保持用コンデンサ７３と第５抵抗素子７１との接続点に接続されており、反転入力端子−が第７抵抗素子７９を介して出力端子と接続されており、出力端子がＥＣＵ３１に接続されて構成されている。この第２演算増幅器７７は、電圧保持用コンデンサ７３の両端電圧に応じたリーク電流オフセット電圧信号６２を、ＥＣＵ３１に対して出力する。
【００６７】
つまり、リーク電流保持回路６１は、ＥＣＵ３１からの指令に基づき、セラミックス発熱体１５とエンジンブロック１７との間に流れるリーク電流に応じた電圧値を電圧保持用コンデンサ７３に記憶し、記憶した電圧値に応じたリーク電流オフセット電圧信号６２をＥＣＵ３１に対して出力するよう構成されている。
【００６８】
ＥＣＵ３１は、電圧検出回路５９が出力する検出電圧信号６０と、リーク電流保持回路６１が出力するリーク電流オフセット電圧信号６２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。
【００６９】
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おいて、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。なお、このとき、ＥＣＵ３１は、リーク電流オフセット電圧信号６２に基づきリーク電流を検出（算出）しており、今回の燃焼サイクルで検出電圧信号６０に基づき算出されたイオン電流から、前回の燃焼サイクルでリーク電流を差し引くことで、算出したイオン電流を補正する。
【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）、ホールド指令信号６８の各状態を示すタイムチャートを図３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４に示す。
【００７１】
なお、本実施例の内燃機関は４気筒構成であり、図３に示すＴＤＣ信号は、全ての気筒のＴＤＣ信号を合成した波形を表しており、第１気筒、第４気筒、第２気筒、第３気筒の順にＴＤＣ信号を示すように設定されている。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３における時刻ｔ１から時刻ｔ３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３における時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間中）はハイレベルとなる波形である。
【００７３】
図３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３における時刻ｔ１から時刻ｔ６までの間隔）が、各気筒の１燃焼サイクルを表している。また、図３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、圧縮工程から燃焼行程に移行する際のＴＤＣ（上死点）を表している。
【００７４】
なお、この４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（具体的には第４気筒）における圧縮工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工程から燃焼行程に移る際のＴＤＣ（上死点）を検出できる。
【００７５】
また、ＴＤＣ整形波は、全ての気筒を合わせてみたときに、９０〔°ＣＡ〕間隔で発生するようになっている。それより、第１気筒に対応する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、第４気筒において圧縮工程から燃焼行程に移る際のＴＤＣ（上死点）前９０〔°ＣＡ〕にあたることになる。
【００７６】
さらに、図３における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）、ホールド指令信号６８は、第４気筒に対応するものを表している。
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。図４では、第４気筒を対象にしてＥＣＵ３１にて実行される駆動信号制御処理の処理内容を表し、以下第４気筒についての駆動信号制御処理を代表して説明する。
【００７７】
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、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）では、イオン電流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。Ｓ１１０では、第１気筒の分周波形がハイレベルからローレベルに変化したときのＴＤＣ整形波のハイレベル出力が第４気筒の圧縮工程から燃焼行程に移る際のＴＤＣ（上死点）前９０〔°ＣＡ〕に相当することから、第１気筒の分周波形がハイレベルからローレベルに変化し、且つＴＤＣ波形がローレベルからハイレベルに変化すると、第４気筒についてイオン検知用電圧印加開始時期に達したと判断する。なお、この駆動信号制御処理を第２気筒に適用する場合には、第１気筒の分周波形がハイレベルからローレベルに変化し、且つその変化からＴＤＣ波形のローレベルからハイレベルの変化が２回生じ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ようにしている。
【００７８】
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、同気筒における前回の燃焼サイクルにおける後述のＳ１６０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。
【００７９】
次のＳ１３０では、イオン電流検出開始時期であるか否かを判断し、肯定判定するとＳ１４０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、イオン電流検出開始時期になるまで待機する。なお、Ｓ１３０では、Ｓ１１０で肯定判定された後、検出遅延時間（本実施例では、５．０〔ｍｓ〕）が経過すると、イオン電流検出開始時期に達したと判断する。検出遅延時間は、検知用電圧の電圧印加直後に一時的に発生するスパイク電流の発生期間よりも長い時間に設定されている。
【００８０】
Ｓ１３０で肯定判定されてＳ１４０に移行すると、Ｓ１４０では、電圧検出回路５９が出力する検出電圧信号６０と、リーク電流保持回路６１が出力するリーク電流オフセット電圧信号６２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（図３における時刻ｔ２）。なお、イオン電流検出処理では、今回の燃焼サイクルの検出電圧信号６０に基づき算出されたイオン電流から、前回の燃焼サイクルにおける後述のＳ１８０にて検出（算出）されて記憶領域（メモリなど）に記憶されているリーク電流を差し引くことで、算出したイオン電流を補正する電流補正処理を行う。
【００８１】
続くＳ１５０では、ホールド指令信号６８のハイレベル出力を開始する。ホールド指令信号６８がハイレベル出力されることで、サンプルホールド用スイッチ６９が短絡状態（オン状態）となるため、リーク電流保持回路６１の電圧保持用コンデンサ７３は、リーク電流値に応じた電圧に充電される。なお、Ｓ１５０が実行される前は、前記の燃焼サイクルにおける後述のＳ１７０での処理により、ホールド指令信号６８はローレベル出力されている。
【００８２】
また、Ｓ１３０での肯定判定時期、Ｓ１４０およびＳ１５０の各実行時期は、厳密にはＥＣＵ３１でのクロック周期に応じた時間差が生じるが、各実行時期の時間差は僅かであるため、図３に示す時刻ｔ２において、それぞれ略同時期に実行されているとみなすことができる。
【００８３】
次の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。つまり、このＳ１６０では、イオン電流検出終了時期に達したか否かを判断しているのである。なお、Ｓ１６０では、Ｓ１３０で肯定判定された後、予め定められたイオン検出期間が経過すると、発熱用電圧印加開始時期に達したと判断する。
【００８４】
Ｓ１６０で肯定判定されてＳ１７０に移行すると、Ｓ１７０では、ホールド指令信号のローレベル出力を開始する（図３における時刻ｔ５）。ホールド指令信号６８がローレベル出力に切り換えられると、サンプルホールド用スイッチ６９が解放状態（オフ状態）となるため、電圧保持用コンデンサ７３の両端電圧は、信号切換直前のリーク電流値に応じた電圧を保持する。
【００８５】
次のＳ１８０では、リーク電流保持回路６１のリーク電流オフセット電圧信号６２に基づいて、リーク電流を検出（算出）する処理を行い、算出したリーク電流をイオン電流検知装置に備えられる図示しない記憶領域（メモリなど）に記憶する処理を行う。
【００８６】
続くＳ１９０では、イオン電流を検出するイオン電流検出処理を停止する。そして、Ｓ２００に移行して、Ｓ２００にて発熱用駆動指令信号３２のハイレベル出力を開始する。
なお、Ｓ１６０での肯定判定時期、Ｓ１７０、Ｓ１８０、Ｓ１９０およびＳ２００の各実行時期は、厳密にはＥＣＵ３１でのクロック周期に応じた時間差が生じるが、各実行時期の時間差は僅かであるため、図３に示す時刻ｔ５において、それぞれ略同時期に実行されているとみなすことができる。
【００８７】
Ｓ２００での処理が終了すると、駆動信号制御処理が終了する。
そして、図３においては、イオン電流波形として、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの期間はイオンが発生した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、公知の手法により内燃機関の失火判定やノッキング判定などの処理を別途実行する。
【００８８】
また、ＥＣＵ３１では、燃焼室１９の内部に燃料を噴射するタイミングを制御する燃料噴射制御処理を実行している。燃料噴射制御処理では、各気筒においてクランク角度でＢＴＤＣ（上死点前）２２［°ＣＡ］からＴＤＣ（上死点）０［°ＣＡ］までの範囲内で、燃料噴射時期を設定する。
【００８９】
以上説明したように、実施例のイオン電流検知装置１は、発熱用バッテリ２１の負極がグランドライン１０に接地されて構成されているが、発熱用信号レベル変換回路２７および信号レベル反転変換回路４７によって、発熱用スイッチ２３または検知用スイッチ４３のいずれか一方のみを通電状態（オン状態）に駆動制御する。このため、検知用バッテリ４１が出力する検知用電圧を、確実にグロープラグ１１（詳細には、発熱抵抗体１４）とエンジンブロック１７との間に印加することができる。
【００９０】
また、ＥＣＵ３１で実行される駆動信号制御処理のうち、Ｓ１４０の処理開始時期（換言すれば、イオン電流検出期間の開始時期）は、検知用電圧印加期間の開始時期（図３における時刻ｔ１）から検出遅延時間が経過した時点（図３における時刻ｔ２）に設定されている。そして、本実施例では、駆動信号制御処理のＳ１３０での処理に用いられる検出遅延時間が、検知用バッテリ４１による電圧印加直後に一時的に発生するスパイク電流の発生期間よりも長い時間に設定されている。このため、イオン電流検出期間にスパイク電流の発生期間が含まれることはなく、イオン電流の検出にあたり、スパイク電流の影響が及ぶのを防ぐことができる。
【００９１】
よって、本実施例のイオン電流検知装置１によれば、グランドライン１０に接続された電源を発熱用バッテリ２１として用いる場合においても、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、燃焼室１９の内部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。また、スパイク電流の影響を抑えることができるため、スパイク電流を誤ってイオン電流として検出するのを防止できることから、イオン電流の検知精度の低下を防ぐことができる。
【００９２】
なお、イオン電流検知装置１では、図４に示したように、発熱用駆動指令信号３２をローレベルからハイレベルに切り換える（Ｓ２００）前に、イオン電流検出期間を終了する（Ｓ１９０）ように設定している。それにより、検知用バッテリ４１から発熱用バッテリ２１に切り換えることに起因して、イオン電流の検出精度にスパイク電流の影響が及ぶのを防ぐこともできる。
【００９３】
また、本実施例のイオン電流検知装置１では、検知用電圧印加期間の開始時期は、圧縮行程のうちクランク角度がＢＴＤＣ（上死点前）９０［°ＣＡ］になる時点に設定されている。そして、ＢＴＤＣ９０［°ＣＡ］は、最も早期の燃料混合気の燃焼開始時期であるＢＴＤＣ２２［°ＣＡ］よりも検出遅延時間（５．０［ｍｓ］）だけ早い時点以前の領域に含まれる。
【００９４】
このように検知用電圧印加時間の開始時期を設定することで、検知用電圧の印加により発生するスパイク電流は、燃料混合気の燃焼開始時期までに収束することになり、換言すれば、イオンの発生開始時期までに、スパイク電流が収束することになる。この結果、イオン発生開始時期（燃焼開始時期）からイオン消滅時期までの全てのイオン発生期間にわたり、スパイク電流の影響を抑えてイオン電流検知が可能となる。
【００９５】
よって、本実施例のイオン電流検知装置１によれば、全てのイオン発生期間にわたり、スパイク電流の影響を抑えてイオン電流検知が可能となり、イオン電流の検出精度を向上させることが出来る。
さらに、本実施例のイオン電流検知装置１は、検知用電圧印加期間の開始時期が、圧縮行程のうち、クランク角度が上死点前９０［°ＣＡ］となる時期に設定されており、クランク角度で上死点前１８０［°ＣＡ］から上死点前４５［°ＣＡ］までの期間内に設定されている。
【００９６】
このように検知用電圧印加時間の開始時期を圧縮行程中に設定することで、少なくとも吸気行程においては、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への加熱が行われることになり、セラミックス発熱体１５の温度低下を防ぐことができ、セラミックス発熱体１５における絶縁性セラミックス基体８３の絶縁抵抗値の上昇を防止できる。
【００９７】
また、圧縮行程のうちクランク角度で上死点前４５［°ＣＡ］以前に検知用電圧印加時間の開始時期を設定することで、スパイク電流の発生期間が燃焼開始時期と重複するのを防止することができる。
よって、本実施例のイオン電流検知装置１によれば、絶縁性セラミックス基体８３の絶縁抵抗値の上昇に起因してイオン電流の検出が不可能となるのを防止することができ、イオン電流の検出精度の低下を防ぐことが出来る。また、スパイク電流の影響を抑えてイオン電流の検知が可能となるため、イオン電流の検出精度の低下を防ぐことが出来る。
【００９８】
さらに、本実施例のイオン電流検知装置１は、ＥＣＵ３１で実行される駆動信号制御処理のＳ１８０において、イオン電流検出期間の終了直前にセラミックス発熱体１５とエンジンブロック１７との間に流れる電流をリーク電流として記憶している。そして、ＥＣＵ３１で実行されるイオン電流検出処理では、今回の燃焼サイクルのイオン電流検出期間に検出する電流から、前回の燃焼サイクルで記憶されたリーク電流を差し引いた電流を、イオン電流として検出している。
【００９９】
イオン電流検出期間の終了直前にセラミックス発熱体１５とエンジンブロック１７との間に流れる電流は、イオン電流ではなく漏洩電流であり、イオン電流検知装置１では、この漏洩電流をリーク電流として記憶領域に記憶する。また、時間的に連続した２つの燃焼サイクルにおいては、セラミックス発熱体の温度が急激に変化することはないため、２つの燃焼サイクルにおけるリーク電流（漏洩電流）の値は略等しくなる。
【０１００】
この結果、内燃機関の運転状態に応じた実際の漏洩電流に略等しい電流値を検出することができ、今回の燃焼サイクルで検出した電流値から、前回の記憶したリーク電流を差し引くことで、実際のイオン電流に略等しい電流値を検出することが出来る。なお、本実施例のリーク電流は、特許請求の範囲に記載の定常電流に相当する。
【０１０１】
よって、本実施例のイオン電流検知装置によれば、漏洩電流の影響を抑えて、イオン電流を検出することができるため、イオン電流の検出精度の低下を防止することが出来る。
なお、本実施例のイオン電流検知装置１においては、発熱用電源装置２１（発熱用バッテリ２１）が特許請求の範囲に記載の発熱用電源に相当し、発熱用電源装置２１、発熱用スイッチ２３および第１逆流防止用ダイオード２５が発熱用電圧印加手段に相当し、イオン検知用電源装置４１（検知用バッテリ４１）がイオン検知用電源に相当し、イオン検知用電源装置４１、検知用スイッチ４３および第２逆流防止用ダイオード４５が検知用電圧印加手段に相当する。
【０１０２】
また、発熱用信号レベル変換回路２７および信号レベル反転変換回路４７が、特許請求の範囲に記載の電圧印加切換制御手段に相当し、検知用抵抗５７、電圧検出回路５９、リーク電流保持回路６１およびＥＣＵ３１（駆動信号制御処理、イオン電流検出処理）が、イオン電流検出手段に相当する。
【０１０３】
ここで、本発明を適用しないイオン電流検知装置を用いて検出したイオン電流の測定結果を図５に示し、本発明を適用したイオン電流検知装置を用いて検出したイオン電流の測定結果を図６に示す。
なお、図５および図６ともに、ＴＤＣ信号電圧波形を示しているが、本測定に用いた内燃機関は４気筒構成であり、４気筒全てのＴＤＣ信号電圧波形を重ね合わせた波形を示している。また、この内燃機関は４サイクルであり、クランク軸は１燃焼サイクルで２回転することから、１つの気筒におけるＴＤＣ信号電圧波形は、１燃焼サイクル期間中に２回上限ピーク値を示すことになる。
【０１０４】
また、図５および図６ともに、横軸の時間が０［ｍｓ］となる時点が、圧縮行程から燃焼行程に移行するＴＤＣに対応しており、横軸の時間がー２４［ｍｓ］となる時点が、クランク角度がＢＴＤＣ９０［°ＣＡ］に対応している。
図５に示す測定結果から、検出したイオン電流波形（検出抵抗電流）に、横軸の時間が−２４［ｍｓ］以降、約５．０［ｍｓ］が経過するまでの期間において、電流値の大きいスパイク電流が重畳していることが判る。また、イオン電流検出期間の終了直前（横軸の時間が２０［ｍｓ］の時点）に検出されるイオン電流値は、約２７［μＡ］であり、イオン電流検出期間の全期間において、少なくとも２５［μＡ］以上のイオン電流を検出している。
【０１０５】
一方、図６に示す測定結果から、イオン電流検出期間の開始時期は、横軸の時間の−１９［ｍｓ］の時点であり、検出したイオン電流波形（補正後抵抗電流）にスパイク電流は重畳されていない。また、前回の燃焼サイクルで記憶されたリーク電流を差し引いているため、イオン電流検出期間の終了直前におけるイオン電流値は、略０［μＡ］であり、燃焼室内のイオンによって流れる電流値（８．１［μＡ］）を正確に検出することが出来る。
【０１０６】
これらの測定結果から、本実施例のイオン電流検知装置は、スパイク電流およびリーク電流の影響を抑えて、イオン電流の検出精度が低下するのを防止できることが判る。
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。
【０１０７】
例えば、検出遅延時間は、５．０［ｍｓ］に限ることはなく、０．５［ｍｓ］から５．０［ｍｓ］までの範囲内に設定されているとよい。つまり、スパイク電流の発生期間は、一般に、０．５［ｍｓ］から５．０［ｍｓ］までの範囲内であり、検出遅延時間をこの範囲内に設定することで、スパイク電流の影響を抑えることができる。このようにして、スパイク電流の影響を抑えることで、イオン電流の検出精度の低下を抑えることができる。
【０１０８】
さらに、イオン電流検出期間の終了直前に検出するリーク電流の保持は、リーク電流保持回路６１に限らず、ＥＣＵ３１の内部処理として、イオン電流検出期間の終了直前の検出電圧信号６０をリーク電流として保持する内部処理を備えて、この内部処理を用いて実行してもよい。
【０１０９】
また、検出遅延時間、イオン電流検出期間、検知用電圧印加期間は、固定値に限ることはなく、内燃機関の運転状態に応じて適切な値に更新しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】グロープラグを備える内燃機関において、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】電圧検出回路およびリーク電流保持回路の電気回路図である。
【図３】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（グロー通電）、検出電圧信号（イオン電流波形）、ホールド指令信号の各状態を示すタイムチャートである。
【図４】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５】本発明を適用しないイオン電流検知装置を用いて検出したイオン電流の測定結果である。
【図６】本発明を適用したイオン電流検知装置を用いて検出したイオン電流の測定結果である。
【図７】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８】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、１０…グランドライン、１１…グロープラグ、１２…ハウジング本体部、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、１９…燃焼室、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、６０…検出電圧信号、６１…リーク電流保持回路、６９…サンプルホールド用スイッチ、７３…電圧保持用コンデンサ。
【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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