JPH1077945A - イオン電流検出装置及びそれに用いられるグロープラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構成で且つ精度良くイオン電流が検出で
きるイオン電流検出装置及びそれに用いられるグロープ
ラグを提供する。 【解決手段】グロープラグ１のセラミック発熱部６は、
発熱体７と耐熱性絶縁体８とを有し、発熱体７の一部は
耐熱性絶縁体８より露出している。発熱体７の露出部と
ディーゼルエンジンの渦流室１７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している。スイッチ
回路２５は、一対のリード線１１ａ，１１ｂに発熱体加
熱用電源２１からの供給電圧を印加する第１の状態と、
一対のリード線１１ａ，１１ｂと発熱体加熱用電源２１
との間の経路を遮断し、且つ発熱体７と渦流室１７の壁
部との間にイオン電流検出用電源２２からの供給電圧を
印加する第２の状態とを切り替える。イオン電流検出用
抵抗２６は、前記第２の状態においてイオン電流検出用
電源２２からの供給電圧により燃料燃焼時に発生するイ
オン電流を検出する。

Description

【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に伴う
イオン電流を検出するイオン電流検出装置、並びに当該
グロープラグ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方法が提案され
ている。

【０００４】特開平７−２５９５９７号公報には、燃料
噴射ノズルの取り付け座部において、当該噴射ノズル及
びエンジンのシリンダヘツドから絶縁されたスリーブ状
の電極を装着し、その電極を外部の検出回路に接続する
ことにより燃料の燃焼に伴うイオン電流を検出する方法
が開示されている。

【０００５】また、米国特許第４，７３９，７３１号で
は、セラミックグロープラグを用いたイオン電流検出用
センサが開示されている。つまり、かかる技術では、セ
ラミックグロープラグのヒータ（発熱体）表面に白金製
の導電層を取着すると共に、この導電層を燃焼室及びグ
ロープラグ取付金具から絶縁している。そして、導電層
に外部からのイオン電流測定用電源（直流２５０Ｖ）を
印加して燃料燃焼に伴うイオン電流を検出するようにし
ている。

【０００６】

【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、いずれも以下に示す問題を招来する。つ
まり、前者の技術（特開平７−２５９５９７号公報）で
は、イオン検出のために他の部位より絶縁されたスリー
ブ状の電極を設置しなくてはならず、同電極の材料の用
意及びその加工において煩雑な作業が強いられる。その
ため、イオン電流検出用の電極が非常に高価な構成とな
るという問題があった。さらに、燃料噴射ノズルと電極
との間、及び電極とシリンダヘツドとの間が燃焼室内に
て発生するカーボンにより短絡し、早期に使用不能とな
るという欠点があった。

【０００７】また、後者の技術（米国特許第４，７３
９，７３１号）では、イオン電流を検出する電極を発熱
体とは別に発熱体上に設けると共に、当該電極及び発熱
体を個々の電気経路を用いて別々の電源に接続していた
ため、グロープラグ及びそれを用いたイオン電流検出シ
ステムの構造が複雑になるという欠点があった。それに
加えて、電極の耐熱性及び耐消耗性を確保するために白
金など高価な貴金属を多量に必要とすることから、グロ
ープラグ自体が非常に高価なものとなる欠点があった。

【０００８】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、主として、簡単
な構成で且つ精度良くイオン電流が検出できるイオン電
流検出装置及びそれに用いられるグロープラグを提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、上記課題を解決
するために、本発明では、一対の導電線により通電加熱
される発熱体を有するグロープラグを用い、当該グロー
プラグのイオン検出機能を利用しつつイオン電流検出装
置を次のように構成している。なお、かかるグロープラ
グでは、一対の導電線（リード線）及び発熱体が例えば
シリンダヘッド等のアース側に対して絶縁されている。

【００１０】即ち、請求項１に記載のイオン電流検出装
置では、一対の導電線に電源からの供給電圧を印加する
第１の状態と、一対の導電線と前記電源との間の経路を
遮断し、且つ前記発熱体と前記燃焼室の壁部との間に前
記電源からの供給電圧を印加する第２の状態とを切り替
えるためのスイッチング手段を備える。さらに、前記第
２の状態において前記電源からの供給電圧により燃料燃
焼に伴うイオン電流を検出するイオン電流検出手段を備
える。

【００１１】要するに、前記第１の状態では、一対の導
電線に電源からの供給電圧が印加され、発熱体が加熱さ
れる。この状態は、例えばエンジンの低温始動時に燃料
の着火及び燃焼を促進させる時の状態に相当する。ま
た、前記第２の状態では、一対の導電線と電源との間の
経路が遮断され、且つ前記発熱体と前記燃焼室の壁部と
の間に電源からの供給電圧が印加される。この状態は、
イオン電流を検出する時の状態に相当し、その時のイオ
ン電流はイオン電流検出手段により検出される。

【００１２】かかる場合において、上記２つの状態にお
ける前記発熱体への電圧印加は共通の導電線を用いて行
われ、両状態の切替え動作はスイッチング手段により選
択的に実施される。従って、イオン電流検出機能を有す
るグロープラグを用いたイオン電流検出装置において、
その発熱体に接続される導電線の構成や、イオン電流の
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。この場合、上記の如く簡
単な構成にもかかわらず、イオン電流の検出精度を低下
させることもない。

【００１３】イオン電流の検出装置に関わるより具体的
な構成として、請求項２に記載の発明では、前記発熱体
と前記燃焼室の壁部とを結ぶ電気経路に前記スイッチン
グ手段を介して電源を接続し、請求項３に記載の発明で
は、前記発熱体と前記燃焼室の壁部とを結ぶ電気経路に
直接、電源を接続している。これら両発明は共に、構成
の簡素化を実現するための条件を十分に満たすものであ
るが、特に請求項３に記載の発明では、スイッチング手
段を介さずに電源が発熱体と燃焼室の壁部との間に電圧
を印加するものであるため、以下に記す特有の効果を奏
する。

【００１４】即ち、燃料燃焼に伴うイオン電流は元々微
弱な電流であるが、抵抗体となる前記スイッチング手段
を介すことなく電源回路を構成することで、イオン電流
をより一層精度良く検出することができる。なお、複数
の切替え接点を有するスイッチ回路や、半導体スイッチ
ング素子（トランジスタやサイリスタ等）がスイッチン
グ手段として具体化でき、それ自体が幾分かの抵抗値を
有する。

【００１５】また、前記第１の状態において前記一対の
導電線に電圧を印加するための電源と、前記第２の状態
において前記発熱体と前記燃焼室の壁部との間に電圧を
印加する電源とは、請求項４に記載したように、別体の
電源にて構成してもよいし、請求項５に記載したよう
に、共通の電源にて構成してもよい。かかる場合、いず
れの構成においても精度良くイオン電流を検出すること
が可能となる。特に請求項５に記載の発明では、イオン
電流検出専用の電源として、例えば車載バッテリ以外の
電源が不要となり、構成の簡素化を図ることができる。

【００１６】さらに、請求項６に記載の発明では、電源
の一端に、発熱体に接続された片方の導電線を接続し、
他端にグロープラグを保持するためのディーゼルエンジ
ンのシリンダヘッドを接続している。この場合、ディー
ゼルエンジンに適用される場合において、発熱体と燃焼
室の壁部との間に電圧を印加するための構成が簡素化で
きる。

【００１７】請求項７に記載の発明では、電源と前記一
対の導電線の一方との間に、当該電源による供給電圧を
一定にする定電圧回路を設けている。要するに、イオン
電流は元々微弱な電流であるため、印加電圧の変動が大
きいと、検出されるイオン電流値が影響を受け検出誤差
を生じる。そして、この検出誤差に起因して、例えばイ
オン電流の出力の大きさ（波高値、面積等）を用いる失
火検出時においては、当該失火の検出精度が低下すると
いう事態を生ずる。これに対し、上記構成によれば、イ
オン電流の検出精度を向上させることができるため、ひ
いてはそのイオン電流の検出結果を用いた失火検出等の
精度をも向上させることができる。

【００１８】請求項８に記載の発明では、複数のグロー
プラグを並列に接続し、スイッチング手段は各グロープ
ラグについて同時に電源経路の切り替え動作を行うよう
にしている。かかる構成では、スイッチング手段として
のスイッチ回路や、イオン電流検出手段としての検出抵
抗が共通化でき、より一層構成の簡素化を図ることがで
きる。この場合、例えば多気筒エンジンの燃焼室に設け
られるグロープラグにおいては、時系列的に各気筒のイ
オン電流が検出できる。

【００１９】またさらに、上記以外の構成にてイオン電
流検出装置の簡素化を図るには、次の請求項９〜請求項
１１に記載するように具体化するのが望ましい。つま
り、請求項９に記載の発明では、グロープラグの一方の
導電線とアース接点との間にイオン電流検出用の電圧検
出器を配設している。この場合、電圧検出器として、そ
の内部構造が比較的複雑な差動増幅器が必要になるよう
なことはなく、アースからの電位差をとる比較的簡易な
構造の増幅回路にて電圧検出器が構成できる。

【００２０】加えて、上記請求項９に記載の発明では、
請求項１０に記載したように、グロープラグの一方の導
電線と前記電圧検出器との間にコンデンサを配設して構
成するのが望ましい。この場合、上記コンデンサにより
電源電圧の直流成分がカットされる。従って、例えばイ
オン電流検出の専用電源として比較的高電圧（例えば５
０Ｖ）の電源を用いたとしても、その高電圧が電圧検出
器に直接印加されることはなく、電圧検出器（増幅器）
には常にその耐電圧未満の電圧が印加されることにな
る。その結果、電圧検出器が損傷する等の不具合が未然
に防止できる。因みに、この構成は、イオン電流検出用
の電源電圧が３０ボルト以上である場合において特に有
効である。

【００２１】請求項１１に記載の発明では、電源のアー
ス側にイオン電流検出抵抗を設けると共に、その両端子
にかかる電位差からイオン電流を検出するようにしてい
る。この場合、イオン電流波形に対応する電圧波形は、
０ボルトを基準にしたものとなる。従って、電圧検出器
の耐電圧を越える電源電圧を用いる場合であっても、高
価で且つ複雑な構成の電圧検出器を必要とすることはな
い。なおこうした構成の具体化に際しては、前記請求項
４に記載したように、発熱体加熱用の電源とイオン電流
検出用の電源とを別体として、後者の電源のアース側に
前記イオン電流検出抵抗を設けるのが望ましい。これ
は、発熱体とイオン電流検出抵抗とを直列に接続する
と、発熱体加熱時にその加熱性能が低下するおそれがあ
るためである。

【００２２】一方、上記イオン電流検出装置に用いられ
るグロープラグとして、請求項１２に記載のグロープラ
グは、発熱体を有する発熱素子部を備え、該発熱素子部
は燃料を燃焼させるための燃焼室内に突設されるように
なっている。また、前記発熱体には前記燃焼室の内壁に
対するイオン電流検出用電極が形成されている。この場
合、グロープラグの発熱体は、当該発熱体の加熱時にお
いて、その加熱作用により燃焼室での着火及び燃焼を促
進させる。併せて、発熱体の加熱時と異なるイオン電流
の検出時には、前記発熱体が燃料燃焼に伴うイオン電流
を検出するためのイオン電流検出用電極としての役割を
果たす。即ち、イオン電流の検出時において、発熱体と
それに近接する燃焼室の内壁とは、両者間に存在する燃
料燃焼時のプラス及びマイナスイオンを捕獲するための
２電極を形成する。上記構成によれば、非常に簡単な構
成であるにもかかわらず、精度良くイオン電流を検出す
ることができ、その情報を燃焼制御に有用に活用するこ
とが可能となる。また、グロープラグにイオン電流検出
機能を付与することにより、安価なイオン電流検出用セ
ンサを提供することができる。

【００２３】請求項１３に記載のグロープラグは、耐熱
性絶縁体と当該耐熱性絶縁体に埋設された発熱体とを有
する発熱素子部を備え、前記発熱体の一部を前記耐熱性
絶縁体より露出させると共に、該露出部分を前記燃焼室
の内壁に対するイオン電流検出用電極としている。かか
る場合、発熱体の露出部分がイオン電流検出用電極とし
て有効に働き、上記請求項１２と同様の作用及び効果が
得られることとなる。また、本請求項の構成では、次の
作用及び効果が新たに得られる。つまり、発熱体の露出
部にはグロープラグの使用に伴ってカーボンが付着する
と考えられるが、その付着カーボンは発熱体の加熱動作
（例えば、エンジンの低温始動時におけるグロー動作）
によって焼き切られる。その結果、発熱体の一部に露出
部を設けその露出部をイオン電流検出用電極として用い
る本構成においても、グロープラグの使用寿命が短くな
ることはなく、長期間の使用に耐えうる優れた耐久性を
グロープラグに付与することができる。

【００２４】また、上記発熱体は、請求項１４に記載し
たように、セラミック材料により成形されるのが望まし
い。この場合、セラミック材料からなる発熱体の一部を
燃焼室に露出させる構造とすれば、高温な燃焼ガスに晒
されても発熱体の酸化消耗が最小限に抑えられる。その
ため、グロープラグの耐久性をより一層向上させること
ができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、ディーゼルエンジンの始動
補助装置として用いられるセラミックグロープラグ（以
下、単にグロープラグという）に本発明を具体化した第
１の実施の形態を図面に従って説明する。つまり、本実
施の形態のグロープラグは、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）に設けられる
ものであって、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。

【００２６】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。

【００２７】また、前記ハウジング２には、発熱素子部
として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。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、セラミック発熱部６先端において当
該発熱体７の一部だけが耐熱性絶縁体８より露出した構
成となっている。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。

【００２８】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１０
ａ，１０ｂには各々にリード線１１ａ，１１ｂ（導電
線）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。

【００２９】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と耐熱性絶縁体８とを作り分ける
ようにしている。

【００３０】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に電流が流れ、同発熱体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。

【００３１】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Ｓｉ3Ｎ4 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と耐熱
性絶縁体８とを各々に所望の形状に射出成形する。そし
て、発熱体７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を切削
加工し、発熱体７の一部を耐熱性絶縁体８から露出させ
る。

【００３２】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。本実施の形態では、前者の発熱体加熱状態（図３の
状態）が「第１の状態」に相当し、後者のイオン電流検
出状態（図４の状態）が「第２の状態」に相当する。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】また、本システムにおいては、２つの直流
電源が設けられており、その一方は、前記発熱体７を加
熱するための発熱体加熱用電源２１を構成し、他方はイ
オン電流を検出するためのイオン電流検出用電源２２を
構成している。なお、本実施の形態では、発熱体加熱用
電源２１として１２Ｖ（ボルト）の直流電源（一般的な
車載バッテリ）を用い、イオン電流検出用電源２２とし
て５０Ｖ（ボルト）の直流電源を用いている。

【００３６】上記各電源２１，２２とグロープラグ１と
は、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を介して接続されており、このスイッチ回
路２５の切替え動作に伴い前記第１，第２の状態が切り
替えられるようになっている。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。

【００３７】つまり、切替スイッチ２３，２４の端子２
３ａ，２４ａには前記グロープラグ１のリード線１１
ａ，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２４
ｂ，２４ｃを有する。

【００３８】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を介して発
熱体加熱用電源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
して発熱体加熱用電源２１及びイオン電流検出用電源２
２のマイナス側が接続されている。即ち、発熱体７は加
熱状態に保持されている（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、シ
リンダヘッド１５の一部にも接続されている。

【００３９】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、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２３ｃを介してイオン電流検出用電源２
２のプラス側が接続されると共に、他方のリード線１１
ｂはオープン状態となる。その結果、セラミック発熱部
６の先端に形成された発熱体７の露出部とシリンダヘッ
ド１５との間にイオン電流検出用電源２２の電圧が印加
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。

【００４０】イオン電流検出用電源２２のプラス側と前
記接点２３ｃとの間には、所定の抵抗値（本実施の形態
では、１００ｋΩ）を有するイオン電流検出用抵抗２６
が接続されており、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。なお、本実施の形態で
は、前記スイッチ回路２５がスイッチング手段に相当
し、前記イオン電流検出用抵抗２６がイオン電流検出手
段に相当する。

【００４１】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、発熱体７とそれに対面するシリンダヘッド１５と
の間にイオン電流検出用電源２２の電圧が印加されるこ
とにより、発熱体７の露出部からなるイオン電流検出電
極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。

【００４２】一方、ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，Ｒ
ＡＭ，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。

【００４３】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、前記イオン電流検出
用電源２２のプラス側と片方のリード線１１ａとの間を
閉路させ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。

【００４４】さて、図５の処理がスタートすると、ＥＣ
Ｕ３０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。

【００４５】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、６
０℃）以上であるか否かを判別すると共に、ステップ１
４０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、Ｅ
ＣＵ３０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）による加熱が不要になったとみな
し、ステップ１６０に進む。

【００４６】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。

【００４７】また、ステップ１６０に進んだ場合、ＥＣ
Ｕ３０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。

【００４８】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）。

【００４９】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、ＥＣＵ
３０はステップ１１０を毎回肯定判別し、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。

【００５０】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。同図において、圧縮ＴＤＣ直後（燃料噴射時期の直
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。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。

【００５１】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。

【００５２】次に、本実施の形態におけるグロープラグ
１及びそれを用いたイオン電流検出装置の効果を説明す
る。 （ａ）本実施の形態のグロープラグ１では、発熱体７の
一部を耐熱性絶縁体８より露出させると共に、該露出部
分を渦流室１７の内壁（シリンダヘッド１５）に対する
イオン電流検出用電極とした。かかる構成によれば、イ
オン電流の検出時において、発熱体７の露出部とそれに
近接する渦流室１７の内壁とは、燃料燃焼時に両者（発
熱体７及び渦流室１７の内壁）間に存在するプラス及び
マイナスイオンを捕獲するための２電極を形成する。そ
の結果、非常に簡単な様成であるにもかかわらず、精度
良くイオン電流を検出することができ、安価なイオン電
流検出用センサとしてのグロープラグ１を提供すること
ができる。

【００５３】（ｂ）また、発熱体７の露出部にはグロー
プラグ１の使用に伴ってカーボンが付着すると考えられ
るが、その付着カーボンは発熱体７の加熱動作（エンジ
ンの低温始動時における加熱動作等）によって焼き切ら
れる。その結果、発熱体７の一部をイオン電流検出用電
極として用いる本構成においても、グロープラグ１の使
用寿命が短くなることはなく、長期間の使用に耐えうる
優れた耐久性をグロープラグ１に付与することができ
る。

【００５４】（ｃ）さらに、本実施の形態のグロープラ
グ１においては、露出部を有する発熱体７をセラミック
材料により成形した。それにより、高温な燃焼ガスに晒
されても発熱体７の酸化消耗が最小限に抑えられ、グロ
ープラグ１の耐久性をより一層向上させることができ
る。

【００５５】（ｄ）また、グロープラグ１のセラミック
発熱部６（発熱体７及び耐熱性絶縁体８）を、導電性セ
ラミック粉末（ＭｏＳｉ2 粉末）と絶縁性セラミック粉
末（Ｓｉ3 Ｎ4 粉末）との混合物により形成した。その
ため、耐熱性及び耐消耗性に優れたセラミック発熱部６
を提供することができる。また、本セラミック発熱部６
は、エンジンの低温始動時において良好なる始動補助機
能を維持することができる。

【００５６】（ｅ）上記グロープラグ１の製作に際して
は、導電性セラミック粉末と絶縁性セラミック粉末との
混合物からセラミック発熱部６を成形すると共に、同発
熱部６の耐熱性絶縁体８の一部を切削加工して発熱体７
の一部を露出させるようにした。そのため、特に煩雑な
製造工程を要することもなく、簡便な方法にてイオン電
流検出機能を兼ね備えたグロープラグ１を製作すること
ができる。

【００５７】（ｆ）一方、本実施の形態のイオン電流検
出装置ではスイッチ回路２５を設け、同スイッチ回路２
５により、発熱体加熱状態（第１の状態）とイオン電流
検出状態（第２の状態）とを切り替えるようにした。即
ち、上記２つの状態の電圧印加は共通のリード線１１
ａ，１１ｂを用いて行われ、両状態の切替えはスイッチ
回路２５により選択的に実施される。従って、本イオン
電流検出装置において、その発熱体７に接続されるリー
ド線１１ａ，１１ｂの配線構成や、その他イオン電流の
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。

【００５８】（ｇ）併せて、本実施の形態では、ディー
ゼルエンジンに本イオン電流検出装置を適用することと
し、イオン電流検出用電源２２の一端に前記発熱体７に
接続された片方のリード線１１ａを接続すると共に、他
端にシリンダヘッド１５を接続するようにした。この場
合、イオン電流を検出するために必要な対向電極（発熱
体７及び渦流室１７の壁部）の構成が簡素化できる。

【００５９】（ｈ）特に、本実施の形態のイオン電流検
出装置は、ディーゼルエンジンの渦流室１７内での燃焼
火炎帯の活性イオンを検出するものであるため、燃焼イ
オン密度が高い状態でイオン電流を検出することがで
き、その検出精度を高めることができる。従って、ディ
ーゼルエンジンの燃焼状態を精度良く検出し、その検出
結果を燃料噴射制御に反映させることも可能となる。

【００６０】次に、本発明の第２〜第９の実施の形態を
図７〜図１８を用いて説明する。但し、各実施の形態の
構成において、上述した第１の実施の形態と同等である
ものについては図面に同一の記号を付すと共にその説明
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。なお、以下に示すシステム構
成図において、燃料噴射ノズル２０、ＥＣＵ３０、セン
サ類等の全く同じ構成については図示を省略する。

【００６１】（第２の実施の形態）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す構
成図である。先ず、上記第１の実施の形態との相違点を
略述すれば、上記第１の実施の形態では、スイッチ回路
２５を介して発熱体７と渦流室１７の壁部（シリンダヘ
ッド１５）との間にイオン電流検出用電源２２を接続し
ていたが（図３，４参照）、本実施の形態では、発熱体
７と渦流室１７の壁部との間に直接、イオン電流検出用
電源２２を接続したことを特徴としている。つまり、図
７に示すように、グロープラグ１のリード線１１ａ，１
１ｂのうち、片方のリード線１１ａにはイオン電流検出
用抵抗２６を介して常時、イオン電流検出用電源２２の
プラス側が接続されている。

【００６２】本実施の形態によれば、上記第１の実施の
形態と同様に、構成が簡単で且つ安価なイオン電流検出
装置が提供でき、本発明の目的を達成することができ
る。また、本実施の形態では、既述の効果に加えて以下
の効果を得ることができる。

【００６３】つまり、本実施の形態では、スイッチ回路
２５（接点２３ｃ）を介することなく、直接、発熱体７
とシリンダブロック１５との間にイオン電流検出用電源
２２による供給電源を印加するように構成したため、ス
イッチ回路２５の切替え動作によるノイズ等の悪影響を
排除することができる。特に、スイッチ回路２５の各接
点は酸化によって抵抗値が上昇し、このような接点抵抗
の上昇時には元々微弱なイオン電流の検出が困難になる
おそれがある。しかし、本実施の形態では、スイッチ回
路２５の接点を介することなくイオン電流検出用電源２
２の電圧を印加する構成としたため、イオン電流が微弱
なものであっても精度良く検出することができる。

【００６４】（第３の実施の形態）図８は、第３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
成図である。先ず、上記第１，第２の実施の形態との相
違点を略述すれば、上記第１，第２の実施の形態では、
発熱体加熱用電源２１とイオン電流検出用電源２２とを
別個に設けていたが、本実施の形態では、上記実施の形
態におけるイオン電流検出用電源２２を発熱体加熱用電
源２１（車載バッテリ）と共用化したことを特徴として
いる。つまり、図８に示すように、スイッチ回路２５の
接点２３ｂ，２３ｃは共に、発熱体加熱用電源２１のプ
ラス側に接続されている。

【００６５】この場合、一般には発熱体加熱用電源２１
として１２Ｖ程度のバッテリが使用されるため、イオン
電流検出用抵抗２６の抵抗値を電源電圧に応じた最適値
に設定する必要がある。そこで、本実施の形態では、イ
オン電流検出用抵抗２６の抵抗値を電圧の低下分に応じ
た大きな値に変更している（４００ｋΩ程度若しくはそ
れ以上が望ましい）。

【００６６】かかる場合において、本発明者の実験結果
によれば、上記第１，第２の実施の形態と略同じ精度の
イオン電流検出結果が得られた。通常のバッテリ電源に
てイオン電流が検出できる理由としては、ディーゼルエ
ンジンでは燃焼圧が高く、且つ液滴な燃料が燃焼に供さ
れるために燃焼イオン密度が高くなるからであると考え
られる。

【００６７】本実施の形態によれば、上記第１，第２の
実施の形態と同様に、構成が簡単で且つ安価なイオン電
流検出装置が提供でき、本発明の目的を達成することが
できる。また、本実施の形態では、既述の効果に加えて
以下の効果を得ることができる。つまり、イオン電流検
出用電源２２を発熱体加熱用電源２１に共用したため、
例えば車載バッテリ以外の電源が不要となり、構成の複
雑化を招くことなくより一層安価なイオン電流検出装置
を実現することができる。

【００６８】（第４の実施の形態）図９は、第４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
成図である。本実施の形態は、上記第２の実施の形態の
ように発熱体７と渦流室１７の壁部との間に直接、イオ
ン電流検出用電源２２を接続し、且つ上記第３の実施の
形態のようにイオン電流検出用電源２２を発熱体加熱用
電源２１（車載バッテリ）と共用化した構成を有するも
のである。

【００６９】本実施の形態によれば、上記第１〜第３の
実施の形態と同様に、構成が簡単で且つ安価なイオン電
流検出装置が提供でき、本発明の目的を達成することが
できる。また、本実施の形態では、スイッチ回路２５の
ノイズや接点抵抗によるイオン電流検出の検出精度の低
下を防ぐと共に、電源の共用化により回路の簡素化を図
ることができる。

【００７０】（第５の実施の形態）図１０は、第５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
構成図である。本実施の形態の構成は、前記第４の実施
の形態の構成（図９の構成）を一部修正したものであ
り、その特徴としては、発熱体加熱用電源２１（車載バ
ッテリ）のプラス側とイオン電流検出用抵抗２６との間
に定電圧回路４１を設けている。

【００７１】この定電圧回路４１は、例えば増幅回路を
含む出力負帰還回路を用いて構成され、発熱体加熱用電
源２１のバッテリ電圧ＶＧ（例えば１２ボルト付近の直
流電圧）を一定の定電圧Ｖｉ（例えば１０ボルト）に変
換する。かかる構成において、図１０に示す発熱体加熱
状態では、発熱体７の両端にバッテリ電圧ＶＧが印加さ
れ、グロープラグは燃料の着火・燃焼を促進させる。ま
た、スイッチ回路２５が切り替えられ、イオン電流検出
状態になると（図示略）、発熱体７の露出部とそれに隣
接する渦流室１７との間に定電圧Ｖｉが印加され、かか
る状態下でイオン電流が検出される。

【００７２】本実施の形態の構成によれば、バッテリ電
圧ＶＧの変動時においても、微弱なイオン電流を精度良
く検出することができる。つまり、バッテリ電圧ＶＧの
変動の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、その検出誤差を抑制することができる。例えば
イオン電流の波高値や面積等を用いる失火検出時にも、
当該失火を精度良く検出することができ、エンジン燃焼
状態を良好に制御することが可能となる。

【００７３】（第６の実施の形態）図１１は、第６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
構成図である。本実施の形態は、多気筒エンジンに本発
明のイオン電流検出装置を適用した事例を説明するもの
であり、当該エンジンは＃１気筒〜＃４気筒までの４つ
の気筒を有する。各気筒のグロープラグはいずれも上記
各実施の形態と同様に、発熱体７の一部が耐熱性絶縁体
８から露出した構成を有する。また、各グロープラグの
発熱体７の一端に接続されたタングステンリード線９ａ
は、いずれも切替スイッチ２３の端子２３ａに接続さ
れ、発熱体７の他端に接続されたタングステンリード線
９ｂは、いずれも切替スイッチ２４の端子２４ａに接続
されている。つまり、スイッチ回路２５に対して各気筒
のグロープラグは並列に接続されている。

【００７４】上記構成のイオン電流検出装置では、全気
筒に対して発熱体加熱状態とイオン電流検出状態との切
替え動作が同時に行われる。かかる場合、図１２に示す
ように、気筒毎の燃焼順序（＃１→＃３→＃４→＃２→
＃１）に合わせて、時系列的に気筒毎にイオン電流が検
出される。

【００７５】本実施の形態の構成によれば、スイッチ回
路２５やイオン電流検出用検出抵抗２６が共通化でき、
多気筒エンジンへの適用時においても、簡素化した構成
を実現することができる。この場合、イオン電流を気筒
毎に時系列的に検出し、その検出結果を各気筒の燃焼状
態制御（着火時期制御や、失火検出制御等）に適用でき
る。

【００７６】（第７の実施の形態）次に、本発明にかか
る第７の実施の形態を図１３及び図１４を用いて説明す
る。図１３は、第７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である。本実施の形態の
構成は、前記第４の実施の形態の構成（図９の構成）を
一部修正したものであり、その特徴としては、一方のタ
ングステンリード線９ａとアースとの間に増幅器からな
る電圧計５１を設けている。この電圧計５１の出力は前
記ＥＣＵ３０に入力される。本構成によれば、燃焼に伴
うイオン電流発生時には、図１４に示す通り発熱体加熱
用電源２１のバッテリ電圧（１２ボルト）を基準にした
イオン電流波形（電圧波形）が得られる。

【００７７】かかる場合、以下に示す効果が得られる。
つまり前記各実施の形態では、イオン電流検出用抵抗２
６の両端子間の電位差を検出するために、その内部構造
が比較的複雑な差動増幅器にて構成される電位差計２７
を用いていた。しかし、本実施の形態では、アースから
の電位差をとる比較的簡易な構造の増幅回路にて電圧計
５１（電圧検出器）が構成できる。その結果、イオン電
流検出装置の簡素化が実現できる。

【００７８】（第８の実施の形態）次に、本発明にかか
る第８の実施の形態を図１５及び図１６を用いて説明す
る。図１５は、第８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である。本実施の形態の
構成は、前記第２の実施の形態の構成（図７の構成）を
一部修正したものであり、その特徴としては、一方のタ
ングステンリード線９ａとアースとの間に増幅器からな
る電圧計６１を設けると共に、その電圧計６１のプラス
側にコンデンサ６２を設けている。この電圧計６１の出
力は前記ＥＣＵ３０に入力される。また、本構成では、
電源として比較的小電圧（１２ボルト）の発熱体加熱用
電源２１と、比較的高電圧（５０ボルト）のイオン電流
検出用電源２２とを有する。

【００７９】このとき、コンデンサ６２がない場合を想
定すると、イオン電流検出時の電圧波形（電流波形）
は、図１６に二点鎖線で示すようにイオン電流検出用電
源２２の電圧（５０ボルト）を基準にしたものとなり、
電圧計６１にはその耐電圧を越える電圧が印加されてし
まう。これに対して、本実施の形態では、コンデンサ６
２により電源電圧の直流成分がカットされ、その際のイ
オン電流波形に対応する電圧波形は図１６に実線で示す
通り、０ボルトを基準にしたものとなる。従って、イオ
ン電流検出用電源２２の高電圧（５０Ｖ）が電圧計６１
に直接印加されることはなく、電圧計６１に耐電圧を越
える電圧が印加されるといった不具合が未然に防止でき
る。

【００８０】（第９の実施の形態）次に、本発明にかか
る第９の実施の形態を図１７及び図１８を用いて説明す
る。図１７は、第９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である。本実施の形態の
構成は、前記第２の実施の形態の構成（図７の構成）を
一部修正したものであり、その特徴としては、イオン電
流検出用電源２２のアース側にイオン電流検出用抵抗７
２を設けると共に、その両端子間に電圧計７１を設けて
いる。この電圧計７１の出力は前記ＥＣＵ３０に入力さ
れる。

【００８１】本構成によれば、イオン電流波形に対応す
る電圧波形は、図１８に示すように、０ボルトを基準に
したものとなる。従って、電圧計７１（電圧検出器）の
耐電圧を越える電源電圧を用いる場合であっても、高価
で且つ複雑な構成の電圧計７１を必要とすることはな
い。

【００８２】なお、本発明は、上記各実施の形態の他に
次の形態にて実現できる。 （１）上記各実施の形態では、発熱体加熱状態（第１の
状態）とイオン電流検出状態（第２の状態）とを切替え
るためのスイッチング手段手段として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。

【００８３】（２）第１，第２の実施の形態では、イオ
ン電流検出用電源２２の極性と発熱体加熱用電源２１の
極性とを同じにして構成したが、これを逆極性にしても
よい。また、イオン電流検出用電源として交流電源を用
いてもよい。要は、グロープラグ１の発熱体７と渦流室
１７の内壁（エンジンヘッド１５）との間に電位差を与
える手段であればよい。

【００８４】（３）上記各実施の形態において、前記グ
ロープラグ１の一端に２つの端子を設け、これにより２
線式のグロープラグを構成してもよい。この場合、導電
線としてのリード線１１ａ，１１ｂは、前記２つの端子
に電気的に接続されることとなる。

【００８５】（４）上記各実施の形態では、ＥＣＵ３０
が実行する制御プログラムによってスイッチ回路２５を
動作させ、それにより発熱体加熱状態（第１の状態）と
イオン電流検出状態（第２の状態）とを切替えるように
構成していたが、これを変更してもよい。例えば、エン
ジン始動から所定時間（１〜２分程度）だけ発熱体加熱
状態とし、所定時間経過後は、自動的に発熱体加熱状態
からイオン電流検出状態に切替えるようにしてもよい。
また、上記２つの状態の切替え動作を機械的に行わせる
ようにしてもよい。具体的には、スイッチング手段とし
て、バイメタル及びその変形により動作する切替えスイ
ッチを採用し、同スイッチの動作により前記２つの状態
を切り替えるように構成してもよい。

【００８６】（５）また、発熱体及び耐熱性絶縁体を、
導電性セラミック粉末としてのＭｏＳｉ2 粉末と、絶縁
性セラミック粉末としてのＳｉ3 Ｎ4 粉末との配合割合
を変えることによって作り分けるようにしてもよい。こ
の場合、発熱体ではＭｏＳｉ2 粉末の配合割合を多くし
て抵抗値を小さくし、耐熱性絶縁体ではＳｉ3 Ｎ4 粉末
の配合割合を多くして抵抗値を大きくする。

【００８７】（６）上記第５の実施の形態では、発熱体
加熱用電源電源とイオン電流検出用電源とを共用化した
システムに定電圧回路を組み込んだ事例を説明したが、
勿論これに限定されるものではない。発熱体加熱用電源
電源とイオン電流検出用電源とを別個に有するシステム
（例えば、第１の実施の形態で記載したシステムや、第
２の実施の形態で記載したシステム）において、既述の
ような定電圧回路を組み込むようにしてもよい。この場
合、図３，図４，図７のイオン電流検出用電源２２のプ
ラス側とイオン電流検出用抵抗２６との間に定電圧回路
が設けられ、イオン電流検出用電源２２による５０ボル
ト付近の直流電圧が一定電圧（例えば４０ボルト）に変
換される。本構成によれば、バッテリ電圧の変動時にお
いても、微弱なイオン電流を精度良く検出することがで
きる。

【００８８】（７）上記実施の形態では、グロープラグ
のセラミック発熱部の製造方法として、発熱体及び耐熱
性絶縁体をそれぞれ射出成形法を用いたが、これを変更
してもよい。例えば耐熱性絶縁体上に発熱体を印刷する
等の手法を用いてもよい。

【００８９】（８）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について記述したが、グロ
ープラグの構成を変更してもよい。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
線の一部を燃焼室内に露出させておく。この場合にも、
燃焼室内に露出した部分が、イオン電流検出用電極とし
て作用し、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。

【００９０】（９）上記各実施の形態では、ディーゼル
エンジンの燃焼室内における燃焼イオンを検出するイオ
ン電流検出装置に本発明のグロープラグを適用したが、
他の装置に本グロープラグ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
ンを本発明のグロープラグ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。

【００９１】（１０）上記第７の実施の形態において、
一方のタングステンリード線９ａと電圧計５１との間に
コンデンサを配設してもよい。この場合、発熱体加熱用
電源２１による直流分がコンデンサにてカットされ、０
ボルトを基準とするイオン電流波形が得られる。

【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】第１の実施の形態におけるイオン電流検出シス
テムの概要を示すものであって、発熱体加熱状態を示す
構成図。

【図４】第１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３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９】第４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１０】第５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１１】第６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１２】気筒毎のイオン電流波形を示すタイムチャー
ト。

【図１３】第７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１４】第７の実施の形態において、イオン電流に対
応する電圧波形を示すタイムチャート。

【図１５】第８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１６】第８の実施の形態において、イオン電流に対
応する電圧波形を示すタイムチャート。

【図１７】第９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１８】第９の実施の形態において、イオン電流に対
応する電圧波形を示すタイムチャート。

【符号の説明】

１…グロープラグ、６…発熱素子部としてのセラミック
発熱部、７…発熱体、８…耐熱性絶縁体、１１ａ，１１
ｂ…一対の導電線をなすリード線、１５…シリンダヘッ
ド、１７…燃焼室をなす渦流室、２１…発熱体加熱用電
源、２２…イオン電流検出用電源、２５…スイッチング
手段としてのスイッチ回路、２６…イオン電流検出手段
としてのイオン電流検出用抵抗、４１…定電圧回路、５
１…電圧検出器を構成する電圧計、６１…電圧検出器を
構成する電圧計、６２…コンデンサ、７１…電圧検出器
を構成する電圧計、７２…イオン電流検出用抵抗。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の導電線により通電加熱される発熱体
   を有するグロープラグを用いたイオン電流検出装置であ
   って、 前記一対の導電線に電源からの供給電圧を印加する第１
   の状態と、前記一対の導電線と前記電源との間の経路を
   遮断し、且つ前記発熱体と前記燃焼室の壁部との間に前
   記電源からの供給電圧を印加する第２の状態とを切り替
   えるためのスイッチング手段と、 前記第２の状態において前記電源からの供給電圧により
   燃料燃焼に伴うイオン電流を検出するイオン電流検出手
   段とを備えたことを特徴とするイオン電流検出装置。
2. 【請求項２】前記発熱体と前記燃焼室の壁部とを結ぶ電
   気経路には、前記スイッチング手段を介して前記電源が
   接続されている請求項１に記載のイオン電流検出装置。
3. 【請求項３】前記発熱体と前記燃焼室の壁部とを結ぶ電
   気経路には、直接、前記電源が接続されている請求項１
   に記載のイオン電流検出装置。
4. 【請求項４】前記第１の状態において前記一対の導電線
   に電圧を印加するための電源と、前記第２の状態におい
   て前記発熱体と前記燃焼室の壁部との間に電圧を印加す
   る電源とは、別体の電源からなる請求項１〜請求項３の
   いずれかに記載のイオン電流検出装置。
5. 【請求項５】前記第１の状態において前記一対の導電線
   に電圧を印加するための電源と、前記第２の状態におい
   て前記発熱体と前記燃焼室の壁部との間に電圧を印加す
   る電源とは、共通の電源からなる請求項１〜請求項３の
   いずれかに記載のイオン電流検出装置。
6. 【請求項６】ディーゼルエンジンに適用されるイオン電
   流検出装置であって、 前記電源の一端には、前記発熱体に接続された片方の導
   電線が接続され、他端には前記グロープラグを保持する
   ためのディーゼルエンジンのシリンダヘッドが接続され
   る請求項１〜請求項５のいずれかに記載のイオン電流検
   出装置。
7. 【請求項７】前記電源と前記一対の導電線の一方との間
   には、当該電源による供給電圧を一定にする定電圧回路
   を設けた請求項１〜請求項６のいずれかに記載のイオン
   電流検出装置。
8. 【請求項８】複数のグロープラグを並列に接続し、前記
   スイッチング手段は各グロープラグについて同時に電源
   経路の切り替え動作を行う請求項１〜請求項７のいずれ
   かに記載のイオン電流検出装置。
9. 【請求項９】前記グロープラグの一方の導電線とアース
   接点との間にイオン電流検出用の電圧検出器を配設した
   ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載
   のイオン電流検出装置。
10. 【請求項１０】請求項９に記載のイオン電流検出装置に
    おいて、 前記グロープラグの一方の導電線と前記電圧検出器との
    間にコンデンサを配設したことを特徴とするイオン電流
    検出装置。
11. 【請求項１１】前記電源のアース側にイオン電流検出抵
    抗を設けると共に、その両端子にかかる電位差からイオ
    ン電流を検出することを特徴とする請求項１〜請求項８
    のいずれかに記載のイオン電流検出装置。
12. 【請求項１２】発熱体を有する発熱素子部を備え、燃料
    を燃焼させるための燃焼室内に前記発熱素子部が突設さ
    れるグロープラグであって、 前記発熱体には前記燃焼室の内壁に対するイオン電流検
    出用電極を形成したことを特徴とする請求項１〜請求項
    １１に記載のイオン電流検出装置に用いられるグロープ
    ラグ。
13. 【請求項１３】耐熱性絶縁体と当該耐熱性絶縁体に埋設
    された発熱体とを有する発熱素子部を備え、燃料を燃焼
    させるための燃焼室内に前記発熱素子部が突設されるグ
    ロープラグであって、 前記発熱体の一部を前記耐熱性絶縁体より露出させ、該
    露出部分を前記燃焼室の内壁に対するイオン電流検出用
    電極としたことを特徴とする請求項１〜請求項１１に記
    載のイオン電流検出装置に用いられるグロープラグ。
14. 【請求項１４】前記発熱体はセラミック材料よりなる請
    求項１２又は請求項１３に記載のグロープラグ。