特許 6473003 イオン電流検出システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6473003

(24)【登録日】2019年2月1日

(45)【発行日】2019年2月20日

(54)【発明の名称】イオン電流検出システム

(51)【国際特許分類】

   F02P 17/12 20060101AFI20190207BHJP

   F02P 19/00 20060101ALI20190207BHJP

   F02P 19/02 20060101ALI20190207BHJP

【ＦＩ】

   F02P17/00 N

   F02P19/00 B

   F02P19/02 301Q

【請求項の数】3

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-6285(P2015-6285)

(22)【出願日】2015年1月16日

(65)【公開番号】特開2016-133003(P2016-133003A)

(43)【公開日】2016年7月25日

【審査請求日】2017年12月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大坪 将憲

(72)【発明者】

【氏名】菅 洋平

【審査官】 小林 勝広

(56)【参考文献】

【文献】 欧州特許出願公開第０９８９３６７（ＥＰ，Ａ２）

【文献】 特開平１０−０８９２２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ １／００−２３／１０

Ｆ０２Ｄ ３１／００−４５／００

Ｆ０２Ｐ １／００− ３／１２、 ７／００−２３／０４

Ｆ２３Ｑ ３／００− ７／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の燃焼室内におけるイオンの発生に伴い流れる電流を検出するためのイオン電流検出システムであって、
前記内燃機関に装着して用いられる内燃機関の着火補助装置であって、
互いに電気的に絶縁された状態でセラミック体に埋設されているイオン検出用電極、および発熱体と、
前記イオン検出用電極にイオン検出用電圧を印加するためのイオン検出用端子部と、
前記内燃機関と接触しない位置に配置され、前記発熱体に通電するための２つ発熱体用端子部と、を備えている着火補助装置と、
イオン電流検出用回路であって、
前記イオン検出用端子部と電気的に接続されている第１の端子と、前記内燃機関に電気的に接続されている第２の端子と、を備える、イオン電流検出用回路と、
発熱体用回路であって、
前記２つの発熱体用端子部の一方に電気的に接続されている第１の端子と、前記２つの発熱体用端子部の他方に電気的に接続されている第２の端子と、を備える、発熱体用回路と、
を備え、
前記イオン電流検出用回路および前記発熱体用回路はそれぞれ独立した電源を有し、前記イオン電流検出用回路と前記発熱体用回路とは電気的に独立した回路である、イオン電流検出システム。

【請求項2】

請求項１に記載のイオン電流検出システムにおいて、
前記着火補助装置は前記内燃機関の前記燃焼室側に位置する先端部と、前記先端部とは反対側に位置する基端部とを有し、前記イオン検出用端子部および前記２つの発熱体用端子部は、前記基端部に配置されている、イオン電流検出システム。

【請求項3】

請求項２に記載のイオン電流検出システムにおいて、
前記基端部は、前記着火補助装置が前記内燃機関に装着された際に前記内燃機関から露出する前記着火補助装置の部分である、イオン電流検出システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は内燃機関における着火を補助する着火補助装置に関し、より具体的には、イオン電流の検出に用いられ得る着火補助装置、並びに当該着火補助装置を含むイオン電流検出システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年における内燃機関の排出ガス成分に関する規制に対応するために、たとえば、内燃機関の燃焼状態の検出技術が提案されている。内燃機関の燃焼状態を検出する一つの技術として、内燃機関の燃焼時に発生するイオン量に着目した技術が知られている。この技術においては、発生するイオン量はイオン電流の大きさとして検出され、イオン電流の検出には、一般的に、検出用の電極を要するが、内燃機関におけるシリンダヘッド周りのスペースは限られている。そこで、たとえば、ディーゼルエンジンの始動を補助するために用いられるグロープラグにイオン検出用電極を一体的に備える技術が提案されている（たとえば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３６０５９６５号公報

【0004】

しかしながら、内燃機関の燃焼時に発生するイオン量は少なく、イオン検出用電極を介して検出できる電流値は小さい。従来の技術においては、この点について十分な検討がなされておらず、簡単な検出回路を用いて正確なイオン電流を検出することは困難であった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

したがって、内燃機関の燃焼に伴い発生するイオン電流値をより精度良く検出する技術が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の態様として実現することが可能である。
第１の態様は、内燃機関の着火補助装置を提供する。第１の態様に係る内燃機関の着火補助装置は、ハウジングと、前記ハウジング内に配置され先端部が前記ハウジングから露出しているセラミック体と、互いに電気的に絶縁された状態で前記セラミック体内に埋設されている発熱体およびイオン検出用電極とを備え、前記イオン検出用電極にイオン検出用電圧を印加するためのイオン検出用端子部と、前記内燃機関と接触しない位置に配置され、前記発熱体に通電するための２つの発熱体用端子部と、を備える。

【0007】

第１の態様に係る着火補助装置によれば、内燃機関と接触しない位置に配置されている、発熱体に通電するための２つの発熱体用端子部を備えるので、内燃機関の燃焼に伴い発生するイオン電流値をより精度良く検出することができる。

【0008】

第１の態様に係る着火補助装置はさらに、一端が前記イオン検出用電極の一端に電気的に接続され、他端が前記イオン検出用端子部に電気的に接続されているイオン検出用導電路と、一端が前記発熱体の２つの端部の一方に電気的に接続され、他端が前記２つの発熱体用端子部の一方に電気的に接続されている第１の発熱体用導電路と、一端が前記発熱体の前記２つの端部の他方に電気的に接続され、他端が前記２つの発熱体用端子部の他方に電気的に接続されている第２の発熱体用導電路と、を備えても良い。この場合には、イオン検出用電極と発熱体とは、互いに、電気的に絶縁された状態でイオン検出用端子部および２つの発熱体用端子部と接続される。

【0009】

第１の態様に係る着火補助装置において、前記着火補助装置は、前記先端部とは反対側に位置する基端部を有し、前記イオン検出用端子部および前記２つの発熱体用端子部は、前記基端部に配置されていても良い。この場合には、イオン検出用端子部および２つの発熱体用端子部に対する接続が容易になり、また、２つの発熱体用端子部と内燃機関との接触を防止することができる。

【0010】

第１の態様に係る着火補助装置において、前記基端部は、前記着火補助装置が前記内燃機関に装着された際に前記内燃機関から露出する前記着火補助装置の部分であっても良い。この場合には、イオン検出用端子部および２つの発熱体用端子部に対する接続が容易になり、また、２つの発熱体用端子部は内燃機関から露出しており、内燃機関との接触を防止することができる。

【0011】

第２の態様は、内燃機関の燃焼室内におけるイオンの発生に伴い流れる電流を検出するためのイオン電流検出システムを提供する。第２の態様に係るイオン電流検出システムは、前記内燃機関に装着して用いられる内燃機関の着火補助装置であって、互いに電気的に絶縁された状態でセラミック体に埋設されているイオン検出用電極、および発熱体と、前記イオン検出用電極にイオン検出用電圧を印加するためのイオン検出用端子部と、前記内燃機関と接触しない位置に配置され、前記発熱体に通電するための２つ発熱体用端子部と、を備えている着火補助装置と、
イオン電流検出用回路であって、前記イオン検出用端子部電気的にと接続されている第１の端子と、前記内燃機関に電気的に接続されている第２の端子と、を備える、イオン電流検出用回路と、
発熱体用回路であって、前記２つの発熱体用端子部の一方に電気的に接続されている第１の端子と、前記２つの発熱体用端子部の他方に電気的に接続されている第２の端子と、を備える、発熱体用回路と、を備える。

【0012】

第２の態様に係るイオン電流検出システムによれば、内燃機関と接触しない位置に配置されている、発熱体に通電するための２つの発熱体用端子部を備えるので、内燃機関の燃焼に伴い発生するイオン電流値をより精度良く検出することができる。

【0013】

第２の態様に係るイオン電流検出システムにおいて、前記イオン電流検出用回路および前記発熱体用回路はそれぞれ独立した電源を有し、前記イオン電流検出用回路と前記発熱体用回路とは電気的に独立した回路であっても良い。この場合には、イオン電流検出用回路は、常に、発熱体用回路に起因する電気的な影響を受けることなく、イオン電流を検出することができる。

【0014】

第２の態様に係るイオン電流検出システムはさらに、前記発熱体用回路の第２の端子と、前記内燃機関とを電気的に接続または電気的に切り離す切り替え部を備え、前記切り替え部は、少なくとも、前記イオン電流検出用回路によってイオン電流が検出される際には、前記内燃機関と前記発熱体用回路の第２の端子とを電気的に切り離しても良い。この場合には、内燃機関と発熱体用回路の第２の端子とが電気的に切り離されるので、イオン電流検出用回路は、発熱体用回路に起因する電気的な影響を受けることなく、イオン電流を検出することができる。

【0015】

第２の態様に係るイオン電流検出システムにおいて、前記着火補助装置は前記内燃機関の前記燃焼室側に位置する先端部と、前記先端部とは反対側に位置する基端部とを有し、前記イオン検出用端子部および前記２つの発熱体用端子部は、前記基端部に配置されていても良い。この場合には、イオン検出用端子部および２つの発熱体用端子部に対する接続が容易になり、また、２つの発熱体用端子部と内燃機関との接触を防止することができる。

【0016】

第２の態様に係るイオン電流検出システムにおいて、前記基端部は、前記着火補助装置が前記内燃機関に装着された際に前記内燃機関から露出する前記着火補助装置の部分であっても良い。この場合には、イオン検出用端子部および２つの発熱体用端子部に対する接続が容易になり、また、２つの発熱体用端子部は内燃機関から露出しており、内燃機関との接触を防止することができる。

【0017】

本発明は、この他に、イオン電流検出方法、イオン電流検出プログラム、イオン電流検出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能媒体としても実現され得る。なお、コンピュータ読み取り可能媒体としては、用途に応じて、ＣＤＲ等の光学式記録媒体、ハードディスク等の磁気式記録媒体、フラッシュメモリ等の半導体記録媒体を適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】各実施形態において共通に用いられるグロープラグの外観を概略的に示す説明図である。

【図2】図１に示すグロープラグの内部構成のうち主要な構成について概略的に示す説明図である。

【図3】本実施形態に係るグロープラグが内燃機関に装着された状態を模式的に示す説明図である。

【図4】本実施形態に係るグロープラグを用いた第１の態様に係るイオン電流検出システムを示す説明図である。

【図5】従来のイオン電流検出回路の一例を示す説明図である。

【図6】第１の態様に係るイオン電流検出システムにおけるイオン電流の検出結果と従来のイオン電流検出回路におけるイオン電流の検出結果の相違を示す説明図である。

【図7】本実施形態に係るグロープラグを用いた第２の態様に係るイオン電流検出システムを示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明に係る着火補助装置の一態様として、ディーゼルエンジン（内燃機関）の点火補助装置として用いられるグロープラグを例にとって以下説明する。図１は各実施形態において共通に用いられるグロープラグの外観を概略的に示す説明図である。図２は図１に示すグロープラグの内部構成のうち主要な構成について概略的に示す説明図である。

【0020】

グロープラグの構成：
本実施形態に係るグロープラグ１０は、セラミック体１１と、ハウジング１２、第１および第２発熱体用端子部２１、２２、およびイオン検出用端子部３１を備えている。グロープラグ１０は、内燃機関に装着して用いられる。

【0021】

セラミック体１１は、先端部１１ａが半球状の略棒状の形状を有し、先端部１１ａが露出するようにハウジング１２内に配置される。セラミック体１１は、支持体１１１と、支持体１１１の内部に埋設されている、発熱抵抗体２０およびイオン検出用のイオン検出用電極３０を有する。支持体１１１と、発熱抵抗体２０およびイオン検出用電極３０は、同時に焼結形成される。支持体１１１、発熱抵抗体２０、およびイオン検出用電極３０は、いずれも窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を含有する耐熱性セラミック組成物からなり、その目的に応じて導電性セラミック組成物等の他の組成物が適宜混合される。なお、セラミック体１１は、セラミックヒータとも呼ばれる。

【0022】

支持体１１１は、十分な電気絶縁性を有することが求められ、絶縁性セラミック組成物である窒化ケイ素を主成分として含有し、導電性セラミック組成物として、金属窒化物（例えば、チタニウム（Ｔｉ）窒化物）、金属炭化物（例えば、ジルコニア（Ｚｒ）窒化物）、焼結助剤として、希土類酸化物（例えば、イッテルビウム（Ｙｂ）酸化物、エルビウム（Ｅｒ）酸化物など）とアルミニウム（Ａｌ）酸化物とを含有してもよい。

【0023】

発熱抵抗体２０およびイオン検出用電極３０は、導電性セラミック組成物を主成分として含有することによって導電性を得ている。例えば、５５〜７０質量％の炭化タングステンと、２８〜３５質量％の窒化ケイ素とを含有し、残りの２〜１０質量％として酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）および酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を含有してもよい。なお、発熱抵抗体２０とイオン検出用電極３０とは、同一の組成物から形成されても良く、異なる組成物から形成されても良い。また、発熱抵抗体２０およびイオン検出用電極３０とは、支持体１１１によって相互に電気的に絶縁されている。

【0024】

発熱抵抗体２０は略Ｕ字形状をなし、接地される第１の端部２０１および電源に接続される第２の端部２０２とを有している。本実施形態における発熱抵抗体２０は、リード部を含めてセラミック組成物によって形成されており、例えば、略Ｕ字状の曲線部分におけるセラミック組成物の抵抗値を上げて発熱部とし、残りの部分についてはセラミック組成物の抵抗値を抑えて導電部としている。なお、一般的に、内燃機関を備える車両における接地はボディアースを意味し、従来、発熱抵抗体の一方の端部は、ハウジング１２を介して内燃機関のシリンダヘッドに電気的に接続されていた。発熱抵抗体は発熱体と言うこともできる。

【0025】

イオン検出用電極３０は、セラミック体１１の先端部１１ａに向けられている開放端である第１の端部３０１と、イオン電流検出回路に接続される第２の端部３０２とを備えている。本実施形態におけるイオン検出用電極３０は、リード部を含めて抵抗値の低いセラミック組成物によって形成されている。なお、リード部は、例えば、タングステン金属線等の金属線によって形成されても良い。

【0026】

ハウジング１２は、ネジ部１２１、および工具係合部１２２を備えている。ハウジング１２は、導電性を有する金属材料によって略円筒形状に形成されており、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼といった任意の種類の金属材料によって形成され得る。ハウジング１２は主体金具とも呼ばれる。

【0027】

ネジ部１２１は、雄ネジ部であり、内燃機関のシリンダヘッドにおけるグロープラグ取り付け孔に形成されている雌ネジ部と螺合することで、グロープラグ１０が内燃機関に対して取り付られる。工具係合部１２２は、グロープラグ１０を内燃機関に装着する際、あるいは、グロープラグ１０を内燃機関から取り外す際に、プラグレンチが係合される部位である。工具係合部１２２にプラグレンチが係合されることにより、グロープラグ１０に回転力が与えられ、グロープラグ１０の脱着が可能となる。工具係合部１２２は、一般的には、六角形状を有しているが、その他の形状を有していても良い。

【0028】

ハウジング１２の基端部１２ｂ、すなわち、セラミック体１１の先端部１１ａが露出している側とは逆側の端部には、第１の内部導電路２１１および第２の内部導電路２２１を介して発熱抵抗体２０の第１の端部２０１および第２の端部２０２と、それぞれ電気的に接続されている第１および第２発熱体用端子部２１、２２、第３の内部導電路３１１を介してイオン検出用電極３０の第２の端部３０２と電気的に接続されているイオン検出用端子部３１がそれぞれ備えられている。基端部１２ｂは、第１および第２発熱体用端子部２１、２２、並びにイオン検出用端子部３１と外部回路とを電気的に接続するプラグコネクタが装着されるコネクタ装着部と呼ぶこともでき、グロープラグ１０が内燃機関（シリンダヘッド）に装着された状態において、内燃機関から露出している。したがって、第１および第２発熱体用端子部２１、２２、並びにイオン検出用端子部３１は、内燃機関と接触しない位置に配置されている。第１、第２および第３の内部導電路２１１、２２１および３１１は、例えば、金属タングステン線によって構成され、また、それぞれ、第１の発熱体用導電路、第２の発熱体用導電路、イオン検出用導電路と言うこともできる。

【0029】

本実施形態に係るグロープラグ１０においては、発熱抵抗体２０の第１の端部２０１は、ハウジング１２を介してシリンダブロックに対して電気的に接続されることなく、シリンダブロック（内燃機関）とは電気的に絶縁されている。

【0030】

内燃機関へのグロープラグ１０の装着：
本実施形態に係るグロープラグ１０が内燃機関に装着された状態について説明する。図３は本実施形態に係るグロープラグが内燃機関に装着された状態を模式的に示す説明図である。図３には、理解を容易にするために、内燃機関を構成する構成要素の内、グロープラグ１０に関係するシリンダヘッド５０およびシリンダヘッド５０とシリンダブロック（図示しない）とによって区画形成される燃焼室５１のみを示している。内燃機関としては、この他に、燃料噴射装置、吸気・排気バルブ、ピストン等が備えられ、アクセルペダルから入力される負荷要求、気温、エンジンオイル温度等の運転環境に基づいてエンジン制御ユニットによって、燃料噴射装置による燃料噴射のタイミング、グロープラグ１０の作動（加熱）タイミング等が制御される。

【0031】

本実施形態に係るグロープラグ１０は、シリンダヘッド５０におけるグロープラグ取り付け部５０１に形成されているネジ部５０２に対して、ネジ部１２１が螺合されることによって装着、固定される。なお、図３においてはネジ部１２１のおよびネジ部５０２のネジ山・谷は略図されている。シリンダヘッド５０に装着された状態において、グロープラグ１０のセラミック体１１の先端部１１ａは燃焼室５１に露出している。したがって、通電により発熱抵抗体２０が発熱すると、発生した熱は燃焼室５１内に容易に伝達され、燃焼室５１内が加熱され、あるいは、燃料噴射装置から噴射された燃料が加熱されることよって、燃料着火が補助される。

【0032】

燃料の燃焼によって燃焼室５１内には大量のイオンが発生する。イオン検出用電極３０とシリンダヘッド５０との間にイオン電流検出用の電圧が印加されると、イオン検出用電極３０にはマイナスイオンが捕獲され、シリンダヘッド５０にはプラスイオンが捕獲され、この結果、イオン検出用電極３０とシリンダヘッド５０との間には電流経路が形成される。この電流経路を流れる電流量によって燃焼室５１内に発生したイオン量を得ることができる。イオン電流の検出の詳細については後述する。

【0033】

図３に示されているグロープラグ１０の詳細な構成について説明する。セラミック体１１は、金属製の環状リング１２３を介してハウジング１２の先端部によって支持されている。発熱抵抗体２０の第１の端部２０１は導電端子２１２を介してセラミック体１１外部の第１の内部導電路２１１と電気的に接続され、発熱抵抗体２０の第２の端部２０２は導電端子２２２を介してセラミック体１１外部の第２の内部導電路２２１と電気的に接続されている。イオン検出用電極３０の第２の端部３０２は導電端子３１２を介してセラミック体１１外部の第３の内部導電路３１１と電気的に接続されている。第１の内部導電路２１１は第１発熱体用端子部２１と、第２の内部導電路２２１は第２発熱体用端子部２２と、第３の内部導電路３１１はイオン検出用端子部３１と、それぞれ電気的に接続されている。なお、第１および第２発熱体用端子部２１、２２、イオン検出用端子部３１を備えるハウジング１２の基端部１２ｂは、グロープラグ１０がシリンダヘッド５０（内燃機関）に装着された際に、シリンダヘッド５０から露出しているグロープラグ１０の部位に該当する。また、図３の記載から明らかなように、本実施形態に係るグロープラグ１０においては、発熱抵抗体２０の第１の端部２０１は、第１発熱体用端子部２１と接続されており、シリンダヘッド５０に対しては電気的に接続されていない（絶縁されている）。なお、既述のように、内燃機関を備える車両における接地は、一般的に、ボディアースを意味し、内燃機関のシリンダヘッドもまた、ボディに接地されている。したがって、内燃機関に対する接地とボディに対する接地は電気的は同様の意味を有する。

【0034】

イオン電流の検出：
本実施形態に係るグロープラグ１０を用いたイオン電流の検出について以下に説明する。図４は本実施形態に係るグロープラグを用いた第１の態様に係るイオン電流検出システム８０を示す説明図である。図５は従来のイオン電流検出回路の一例を示す説明図である。図６は第１の態様に係るイオン電流検出システム８０におけるイオン電流の検出結果と従来のイオン電流検出回路におけるイオン電流の検出結果の相違を示す説明図である。

【0035】

第１の態様に係るイオン電流検出システム８０の構成：
第１の態様に係るイオン電流検出システム８０は、イオン電流検出回路６０およびグロープラグ回路７０を備えている。第１の態様に係るイオン電流検出システム８０は、内燃機関と共に車両に搭載されて用いられる。イオン電流検出回路６０は、イオン電流検出制御部６１、イオン電流検出用電圧計６２、イオン電流検出用抵抗６３、イオン電流検出用電源６４、接地遮断スイッチ６５、イオン電流検出用スイッチ６６並びに外部接続端子６０１、６０２を備えている。グロープラグ回路７０は、グロープラグ制御部７１、点灯スイッチ７２、並びに外部接続端子７０１および７０２を備えている。図４には、この他に、アースとしてのボディ５４および車両用電源５６が示されている。ボディ５４に対しては、接地配線を介してシリンダヘッド５０が接地されている。グロープラグ回路７０は、発熱体用回路と呼ぶこともできる。

【0036】

グロープラグ回路７０は、グロープラグ１０に発熱用の電圧を印加するための制御回路であり、外部接続端子７０１および７０２を介して、グロープラグ１０の第１および第２発熱体用端子部２１、２２に接続されている。外部接続端子７０１は接地配線７０３を介してボディ５４に接地されており、外部接続端子７０２はバッテリ配線７０４を介して車両用電源５６の＋端子に接続されている。車両用電源５６は、例えば、１２Ｖまたは２４Ｖの鉛蓄電池であり、その−端子はボディ５４に接地されている。点灯スイッチ７２は、バッテリ配線７０４上に配置されており、グロープラグ制御部７１からの制御信号に従いグロープラグ回路７０を開閉する。すなわち、グロープラグ制御部７１は、車両の各種センサから入力された条件に基づいて、グロープラグ１０の点灯（発熱動作）が必要であると判断すると、点灯スイッチ７２に対して回路閉信号を送り、車両用電源５６からの電圧を発熱抵抗体２０に印加する。この結果、グロープラグ回路７０は閉じられ、発熱抵抗体２０は発熱し、燃焼室５１は加熱され、燃焼室内に噴射供給された燃料の着火を補助することができる。なお、燃料着火の補助、すなわち、点灯スイッチ７２を閉じるタイミングは、内燃機関始動時等の冷間時に止まらず、内燃機関の運転環境に応じて、最適な燃焼を実現するために内燃機関の稼働中にも適宜実行され得る。なお、本実施形態においては、説明を明確にするために、グロープラグ制御部７１を用いているが、燃料噴射等を含むエンジンの稼働状態を総合的に制御するエンジン制御部によってグロープラグ制御が実行されても良い。

【0037】

イオン電流検出回路６０は、燃料の燃焼に伴い燃焼室５１内に発生するイオン量を電流値として検出するための回路であり、外部接続端子６０１および６０２を介して、イオン検出用端子部３１およびシリンダヘッド５０にそれぞれ接続されている。外部接続端子６０１および６０２を電気的に接続する内部配線上には、イオン電流検出用抵抗６３、イオン電流検出用電源６４およびイオン電流検出用スイッチ６６が配置されている。イオン電流検出用スイッチ６６は、イオン電流検出制御部６１によってその開閉が制御される。イオン電流を検出しない状態（通常時）においては、イオン電流検出用スイッチ６６は、イオン電流検出制御部６１からの開信号を受けて開かれており、イオン電流検出回路６０には電流は流れない。イオン電流検出時には、イオン電流検出用スイッチ６６は、イオン電流検出制御部６１からの閉信号により閉じられ、イオン電流検出回路６０に電流が流れ、イオン電流検出用抵抗６３の両端には電位差が生じる。イオン電流検出用抵抗６３の両端にはイオン電流検出用電圧計６２が接続されており、イオン電流検出用電圧計６２により得られたイオン電流検出用抵抗６３の両端の電位差はイオン電流検出制御部６１に送られる。イオン電流検出制御部６１は、得られた電位差と、イオン電流検出用抵抗６３の抵抗値（例えば、５００ｋΩ）とに基づいて、イオン電流を算出（検出）することができる。イオン電流検出用電源６４は、例えば、１５０〜５００Ｖ程度の直流高圧電圧源であることが望ましく、車両用電源５６とは別に備えられている直流電源としてのバッテリ、例えば、１２Ｖの鉛蓄電池の電圧を昇圧することによって、あるいは車両の走行に伴いオルタネータにより発生される交流電流を交流−直流変換および電圧変換を行うことによって実現され得る。

【0038】

第１の態様に係るイオン電流検出システム８０においては、イオン電流検出回路６０は、グロープラグ１０の第１発熱体用端子部２１に接続されている接地配線７０３上に接地遮断スイッチ６５を備えている。接地遮断スイッチ６５は、イオン電流検出制御部６１によってその開閉が制御される。接地遮断スイッチ６５が開かれると、グロープラグ１０の第１発熱体用端子部２１、すなわち、発熱抵抗体２０とシリンダヘッド５０との間の電気的な接続（接地）が遮断される。

【0039】

イオン電流検出回路６０を用いたイオン電流の検出処理について説明する。上述したグロープラグ制御部７１によりグロープラグ１０に電圧印加（通電）される際には、イオン電流検出制御部６１は、接地遮断スイッチ６５に対して閉信号を送り、発熱抵抗体２０とシリンダヘッド５０との間の電気的な接続を形成する。この結果、グロープラグ回路７０は閉じられ、発熱抵抗体２０の発熱が実現される。

【0040】

燃焼に伴うセラミック体１１の温度は３００〜８００℃程度であり、この温度における支持体１１１の伝導性はイオン電流の検出に十分ではない。そこで、イオン電流の検出に際しては、支持体１１１がイオン電流の検出に十分な伝導性を示す温度、例えば、１２００℃程度までセラミック体１１の温度を昇温し、当該温度に維持するために、イオン電流検出制御部６１は、グロープラグ１０（発熱抵抗体２０）に対して通電を行いセラミック体１１を加熱するための処理を実行する。イオン電流検出制御部６１は、例えば、ＰＷＭ制御によりグロープラグ１０に対して通電を実行し、セラミック体１１の温度を１２００℃に維持する。グロープラグ１０に対する電圧印加が終了すると、イオン電流検出制御部６１は、接地遮断６５に対して開信号を送り、発熱抵抗体２０とシリンダヘッド５０との間の電気的な接続を遮断する。本実施形態においては、接地遮断６５は、閉じている状態が通常状態である。イオン電流検出制御部６１におけるグロープラグ回路７０の開処理は、例えば、グロープラグ制御部７１からのグロープラグ１０に対する電圧印加の終了を示す終了信号、あるいは、グロープラグ回路７０を開いてもよい旨の回路開許可信号を受け取ることによって実行されて良い。内燃機関が十分に暖機された後は、一般的に、グロープラグ１０による着火補助は不要であり、この条件下において、イオン電流検出制御部６１は、グロープラグ制御部７１から回路開許可信号を受信し得る。なお、開いている状態を接地遮断スイッチ６５の通常状態とし、イオン電流検出制御部６１がグロープラグ制御部７１から回路閉信号を受信すると、接地遮断スイッチ６５に対して閉信号を送り、接地遮断スイッチ６５がグロープラグ回路７０を閉じても良い。例えば、グロープラグ１０の点灯を頻繁に要しない環境下においては、開いている状態を接地遮断スイッチ６５の通常状態とすることによって、接地遮断スイッチ６５の固着等を防止または抑制することができる。

【0041】

イオン電流検出制御部６１は、接地遮断スイッチ６５を開いた後に、イオン電流検出用スイッチ６６に閉信号を送り、イオン電流検出回路６０にイオン電流検出用の電流を流してイオン電流の検出を開始する。グロープラグ１０による着火補助により、あるいは、圧縮自然着火により燃料の燃焼が開始されると、燃焼室５１内には大量のイオンが発生する。この状態において、イオン検出用電極３０とシリンダヘッド５０との間にイオン電流検出用の電圧が印加されると、イオン検出用電極３０にはマイナスイオンが捕獲され、シリンダヘッド５０にはプラスイオンが捕獲される。この結果、イオン検出用電極３０とシリンダヘッド５０との間には電流経路Ｒ１が形成される。電流経路Ｒ１の形成によって、外部接続端子６０１、イオン検出用電極３０、電流経路Ｒ１、外部接続端子６０２をつなぐ電流回路が形成され、燃焼室５１内に発生したイオン量に応じた電流がイオン電流検出用抵抗６３を流れ、イオン電流検出用抵抗６３の両端に電位差をもたらす。イオン電流検出用抵抗６３の両端に発生した電位差は、イオン電流検出用電圧計６２によって計測され、イオン電流検出制御部６１によって取得される。

【0042】

本実施形態に係るグロープラグ１０および第１の態様に係るイオン電流検出システム８０の利点について、図５および図６を用いて詳述する。なお、図５においては、説明に関わる主要な構成部材について詳細に符号を付し、その他の構成については包括的な符号を付す。図５に示す従来のグロープラグ９１０においては、発熱抵抗体９２０の接地側端部９２１は、シリンダヘッド５０を介してボディ５４に接地されている。すなわち、従来のグロープラグ回路では、グロープラグ制御部７１によってグロープラグ回路が開かれた状態においても、発熱抵抗体９２０とボディ５４とは常時電気的に接続された状態にある。この結果、イオン電流検出回路９００によって、イオン検出用電極９３０に電圧を印加すると、イオン検出用電極９３０と発熱抵抗体９２０との間に電流経路Ｒ２が形成され、漏れ電流が発生する。すなわち、点灯後のグロープラグ９１０の温度領域では、セラミック体の導電性が高まるため、接地されている発熱抵抗体９２０とイオン検出用電極９３０との間には電流が流れ得る。

【0043】

燃焼室５１内にはイオンの発生に伴い、イオン電流検出回路９００によって、イオン検出用電極９３０に電圧が印加されると電流経路Ｒ３が形成され、発生したイオン量に伴う電流がイオン電流検出回路９００によって検出される。

【0044】

一般的に、例えば、セラミック体の温度が１２００℃の場合、電流経路Ｒ３を介して流れるイオン電流の電流値は、ピーク値で数十μＡ程度である。一方、イオン検出用電極９３０と発熱抵抗体９２０との間に形成される電流経路Ｒ２を流れる漏れ電流は６ｍＡ程度であり、漏れ電流は２桁程度大きな値を採るため、イオン電流の電流値を検出することが容易でなかった。

【0045】

すなわち、イオン電流検出回路９００によって検出される電流波形は、図６における波形Ａであり、イオン電流の電流波形は、漏れ電流の電流波形に重畳される微少波形として出現するため、イオン電流の値を検出することは容易でなかった。特に、後段の電流波形の解析処理を伴わない場合には、イオン電流を識別することすら容易でないことがあり、また、イオン電流の正確に抽出することも容易でなかった。

【0046】

これに対して、本実施形態にかかるグロープラグ１０は、発熱抵抗体２０の接地側の端部である第１の端部２０１は、シリンダヘッド５０に電気的に接地されておらず、基端部１２ｂの第１発熱体用端子部２１を介してグロープラグ回路７０に接続されている。また、グロープラグ回路７０とボディ５４（シリンダヘッド５０）とを電気的に接続する接地配線７０３上には、グロープラグ回路７０とボディ５４、すなわち、発熱抵抗体２０とシリンダヘッド５０とを電気的に遮断または接続可能な接地遮断スイッチ６５が配置されている。この結果、接地遮断スイッチ６５を開き、発熱抵抗体２０とシリンダヘッド５０とを電気的に遮断した状態にて、イオン電流の検出を実行すると、図６に波形Ｂとして示されるイオン電流の検出波形を得ることができる。

【0047】

波形Ｂにおいては、漏れ電流に起因するイオン電流の重畳は発生しないので、後段の電流波形の解析処理を伴うことなく、イオン電流の出現を識別できると共に、イオン電流値を正確に検出（抽出）することができる。

【0048】

以上述べたように、本実施形態に係るグロープラグ１０においては、発熱抵抗体２０の第１の端部２０１は、第１発熱体用端子部２１と接続されており、シリンダヘッド５０に対しては電気的に接続されておらず、絶縁されている。したがって、イオン電流検出時に、発熱抵抗体２０がシリンダヘッド５０と電気的に接続されていることに起因するイオン検出用電極３０と発熱抵抗体２０との間における電流経路の形成を防止することができる。

【0049】

また、本実施形態に係るグロープラグ１０を用いた第１の態様に係るイオン電流検出システム８０によれば、発熱抵抗体２０とシリンダヘッド５０とを電気的に接続する接地配線７０３上に接地遮断スイッチ６５を配置し、発熱抵抗体２０とシリンダヘッド５０とを電気的に遮断可能としている。なお、車両においては、接地はボディアースによって実現されているため、内燃機関もまたボディ５４に接地されている。したがって、発熱抵抗体２０とシリンダヘッド５０との電気的な遮断は、内燃機関のみならず、ボディ５４からの電気的な遮断を意味し、如何なる電気的経路においても発熱抵抗体２０とシリンダヘッド５０とが電気的に遮断されていることを意味する。

【0050】

したがって、本実施形態に係るグロープラグ１０および本実施形態に係るグロープラグ１０を用いた第１の態様に係るイオン電流検出システム８０によれば、イオン電流を正確に検出することが可能となり、燃焼に伴い燃焼室５１内に発生するイオン量を正確に検出することができる。この結果、正確なイオン量に基づいて燃焼室内における燃焼状態をより正確に把握、推測することが可能となり、内燃機関の燃焼効率の向上、内燃機関の燃焼状態の改善、および内燃機関から排出される排気ガスの含有成分の制御をより高い精度で実現することができる。

【0051】

さらに、第１の態様に係るイオン電流検出システム８０によれば、接地配線７０３上に接地遮断スイッチ６５を備えるだけで、グロープラグ回路７０とイオン電流検出回路６０とを電気的に絶縁することが可能となるので、グロープラグ回路７０とイオン電流検出回路６０とにそれぞれ独立した電源を備えることなく、共通電源である車両用電源５６を用いてグロープラグ１０に対する電圧印加を実行することができる。また、イオン電流検出回路６０においても、イオン電流検出用電源６４を別に備えることなく、車両用電源５６から得られた電圧を昇圧器によって昇圧してイオン検出用電極３０に印加しても良い。

【0052】

第２の態様に係るイオン電流検出システム８０Ｂの構成：
図７は本実施形態に係るグロープラグ１０を用いた第２の態様に係るイオン電流検出システム８０Ｂを示す説明図である。第２の態様に係るイオン電流検出システム８０Ｂは、内燃機関と共に車両に搭載されて用いられる。第１の態様に係るイオン電流検出システム８０においては、イオン電流検出回路６０が接地遮断スイッチ６５を備え、接地遮断スイッチ６５を開制御することによって、イオン検出用電極３０と発熱抵抗体２０との間における電流経路Ｒ２の形成を防止した。これに対して、第２の態様に係るイオン電流検出システム８０Ｂは、グロープラグ回路７０Ｂをイオン電流検出回路６０と電気的に独立した回路とすることによって、上述した正確なイオン電流の検出を実現する。なお、第１の態様に係るイオン電流検出システム８０の説明において用いた構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成を中心に以下説明を行う。

【0053】

第２の態様に係るイオン電流検出システム８０Ｂにおいて用いられる本実施形態に係るグロープラグ１０では、既述のように、発熱抵抗体２０の第１の端部２０１は第１発熱体用端子部２１を介して外部回路と接続される構成を備えており、シリンダヘッド５０に対しては電気的に接続されておらず、絶縁されている。また、第２の態様に係るイオン電流検出システム８０Ｂにおけるグロープラグ回路７０Ｂは、その回路内に直流の専用電源７３を備えている。グロープラグ回路７０Ｂにおいて、発熱抵抗体２０の第１の端部２０１は、第１発熱体用端子部２１、外部接続端子７０１を介して専用電源７３の−極と接続され、第２の端部２０２は、第２発熱体用端子部２２、外部接続端子７０２を介して専用電源７３の＋極と接続されている。したがって、グロープラグ回路７０Ｂにおいては、発熱抵抗体２０とシリンダヘッド５０とを電気的に接続する経路は形成されておらず、発熱抵抗体２０とシリンダヘッド５０とは常に電気的に絶縁された状態にある。

【0054】

一方、イオン電流検出回路６０は、接地遮断スイッチ６５を備えていない点を除いて、第１の態様に係るイオン電流検出システム８０におけるイオン電流検出回路６０と同様の構成を備えている。

【0055】

したがって、第２の態様に係るイオン電流検出システム８０Ｂにおいても、イオン電流検出時に、発熱抵抗体２０がシリンダヘッド５０と電気的に接続されていることに起因するイオン検出用電極３０と発熱抵抗体２０との間における電流経路の形成を防止することができる。この結果、イオン電流を正確に検出することが可能となり、燃焼に伴い燃焼室５１内に発生するイオン量を正確に検出することができる。

【0056】

また、第２の態様に係るイオン電流検出システム８０Ｂにおいては、グロープラグ回路７０Ｂがイオン電流検出回路６０と電気的に絶縁されているので、接地遮断スイッチ６５を用いた切り替えを行うことなく、イオン電流を正確に検出することができる。なお、第２の態様に係るイオン電流検出用システム８０Ｂにおいても、支持体１１１がイオン電流の検出に十分な伝導性を示す温度、例えば、１２００℃程度までセラミック体１１の温度を昇温し、当該温度に維持するために、グロープラグ１０（発熱抵抗体２０）に対する通電を行いセラミック体１１を加熱するための処理が実行され得る。

【0057】

変形例：
（１）上記実施形態では、ハウジング１２の基端部１２ｂに、発熱抵抗体２０に通電するための第１および第２発熱体用端子部２１、２２と、イオン検出用電極３０にイオン検出用電圧を印加するためのイオン検出用端子部３１とを備えているが、これら端子部に代えて、リード線が備えられても良い。また、リード線の先端には、外部回路と接続するためのコネクタが備えられていても良い。

【0058】

（２）上記実施形態においては、イオン電流検出回路６０は、イオン電流検出用電源６４とイオン検出用電極３０とを電気的に切り離すスイッチを備えているか否かについて明記していないが、第１の態様に係るイオン電流検出システム８０においては、当該スイッチは備えられることが望ましい。すなわち、接地遮断スイッチ６５を開いた後に、イオン電流を検出することによってイオン電流値を正確に検出することができるからである。一方、第２の態様に係るイオン電流検出システム８０Ｂでは、イオン電流検出回路６０とグロープラグ回路７０Ｂとは常に電気的に絶縁されているので、当該スイッチを備えることなく、常時、イオン電流が検出されてもよい。

【0059】

（３）上記実施形態においては、直流電源として、鉛蓄電池を例にとって説明したが、この他にもニッケル水素電池、リチウムイオン電池といった種々の電池を用いることが可能である。また、第１の態様に係るイオン電流検出システム８０においては、車両用電源５６とイオン電流検出用電源６４とを別々に備えているが、車両用電源５６のみを用いてイオン電流検出処理が実行されても良い。この場合には、イオン電流検出に要する電圧を得るために昇圧器を備えれば良い。

【0060】

（４）上記実施形態においては、第１および第２発熱体用端子部２１、２２、およびイオン検出用端子部３１の平面視の配置について言及していないが、これら３つの端子部は、例えば、一列に配置されていても良く、あるいは、第１および第２発熱体用端子部２１、２２とを並列配置され、イオン検出用端子部３１については任意の位置に配置されていても良い。また、これら３つの端子部に対して接続される、外部回路と電気的に接続するためのコネクタは、３つの端子部の配置に合わせた接続部を備える一体型であっても良く、第１および第２発熱体用端子部２１、２２については一体型とし、イオン検出用端子部３１については独立型、あるいは、個々の端子部にそれぞれ接続される独立型であっても良い。

【0061】

（５）上記実施形態においては、イオン電流検出制御部６１およびグロープラグ制御部７１とをそれぞれ別の制御部として説明したが、これら制御部により実行される機能は、例えば、単一の車両用制御部によって実行されても良い。

【0062】

（６）上記実施形態においては、基端部１２ｂに、発熱抵抗体２０に通電するための第１および第２発熱体用端子部２１、２２と、イオン検出用電極３０にイオン検出用電圧を印加するためのイオン検出用端子部３１と、をそれぞれ備えるグロープラグ１０を用いて説明したが、上記実施形態における利点は、イオン電流検出時に、発熱抵抗体２０がシリンダヘッド５０と電気的に接続されていなければ得られる利点である。例えば、基端部１２ｂには、イオン検出用端子部３１と第２発熱体用端子部２２とが備えられ、第１発熱体用端子部は、シリンダヘッド５０と接触するハウジング１２に接続される従来のグロープラグにおいて、ハウジング１２に対して第１発熱体用端子部と接する限定的な領域を規定し、当該限定的な領域に対応するシリンダヘッド５０の領域を他のシリンダヘッド５０の領域と電気的に接続または絶縁可能な領域とすることによって実現されても良い。

【0063】

以上、実施例、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0064】

１０…グロープラグ
１１…セラミック体
１１ａ…先端部
１１１…支持体
１２…ハウジング
１２ｂ…基端部
１２１…ネジ部
１２２…工具係合部
１２３…環状リング
２０…発熱抵抗体
２１…第１発熱体用端子部
２２…第２発熱体用端子部
３０…イオン検出用電極
３１…イオン検出用端子部
５０…シリンダヘッド
５１…燃焼室
５４…ボディ
５６…車両用電源
６０…イオン電流検出回路
６１…イオン電流検出制御部
６２…イオン電流検出用電圧計
６３…イオン電流検出用抵抗
６４…イオン電流検出用電源
６５…接地遮断スイッチ
６６…イオン電流検出用スイッチ
７０…グロープラグ回路
７０Ｂ…グロープラグ回路
７１…グロープラグ制御部
７２…点灯スイッチ
７３…専用電源
８０…イオン電流検出システム
８０Ｂ…イオン電流検出システム
２０１…第１の端部
２０２…第２の端部
２１１…第１の内部導電路
２１２…導電端子
２２１…第２の内部導電路
２２２…導電端子
３０１…第１の端部
３０２…第２の端部
３１１…第３の内部導電路
３１２…導電端子
５０１…グロープラグ取り付け部
５０２…ネジ部
６０１…外部接続端子
６０２…外部接続端子
７０１…外部接続端子
７０２…外部接続端子
７０３…接地配線
７０４…バッテリ配線
９００…イオン電流検出回路
９１０…グロープラグ
９２０…発熱抵抗体
９２１…接地側端部
９３０…イオン検出用電極
Ｒ１…電流経路
Ｒ２…電流経路
Ｒ３…電流経路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】