JPH10213057A - イオン電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】イオン電流検出器に燻りが生じた場合にも常に
正確にイオン電流を検出し、ひいては燃料燃焼状態を正
確に把握することに貢献する。 【解決手段】イオン電流検出器１は燃料燃焼時に発生す
るイオン電流を検出し、電流検出回路１０に出力する。
第１及び第２のオフセット調整回路２１は、燃料着火前
の所定時期のリーク電流に相当するサンプルホールド電
圧Ｈに、ゲインとオフセットを与えることによりしきい
値電圧Ｃ，Ｄを補正する。第１及び第２のコンパレータ
２２，２４は、イオン電流に対応する電圧Ａと、しきい
値電圧Ｃ，Ｄとを比較し、その比較結果に応じてイオン
電流立ち上がりパルスＥ及びイオン電流立ち下がりパル
スＦを出力する。期間信号生成回路２５は、イオン電流
立ち上がりパルスＥとイオン電流立ち下がりパルスＦに
同期してこれらパルスＥ，Ｆの立ち上がりから立ち下が
りまでの時期に、着火期間パルスＪを出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばディーゼル
機関等の燃焼室内に配設されたイオン電流検出器を用い
て燃料の燃焼時に発生するイオン電流を検出するための
イオン電流検出装置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装置が提案され
ている。

【０００４】そのイオン電流検出装置の一例として、デ
ィーゼルエンジンに適用されるものでは、一対の対向電
極（接地電極及びバッテリ電極）を備えるイオン電流検
出器をエンジン燃焼室内に配設する。そして、前記対向
電極間に所定電圧を印加して燃料燃焼時に発生する燃焼
イオンを捕獲し、この捕獲されたイオンの流れをイオン
電流として検出するようにしていた。また、前記検出さ
れたイオン電流は、所定のしきい値と比較判定され、そ
の判定結果に応じてエンジンの燃焼状態等が認識される
ようになっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来既存の
イオン電流検出装置では、その使用に伴いイオン電流検
出器の電極にカーボン等が付着して対向電極間の絶縁抵
抗が低下すると、すなわち当該検出器が燻った状態にな
ると、イオン電流の正確な数値が検出できなくなり、そ
れに起因して各種の不具合が発生する。つまり、こうし
てイオン電流検出器が燻った状態になると、対向する電
極間にリーク電流（漏洩電流）が流れ、このリーク電流
分が燃料燃焼時に発生するイオン電流分に重畳して検出
されることになる。その結果、特定のしきい値にて判定
されるエンジン燃焼状態の判定結果にも悪影響が及ぶと
いう問題が生じる。

【０００６】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、イオン電流検出
器に燻りが生じた場合にも常に正確にイオン電流を検出
し、ひいては燃料燃焼状態を正確に把握することに貢献
できるイオン電流検出装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のイオン電流検出
装置ではその前提として、燃焼室内に配設されたイオン
電流検出器を用い、前記燃焼室内での燃料の燃焼時に発
生するイオン電流を検出すると共に、該検出したイオン
電流値を所定のしきい値と比較し、その比較結果に基づ
いて燃料の燃焼状態を表す燃焼信号を生成する。ここ
で、燃料の燃焼状態を表す燃焼信号とは、例えばエンジ
ンの燃焼時期（着火時期）のクランク角に対する位相信
号であって、この燃焼時期位相はディーゼル機関等にお
いてＮＯX、スモーク等の排気特性や、出力、燃費、騒
音等の機関性能に影響を及ぼす要因である。従って、排
気規制に適合すると共に、機関性能をできるだけ良好に
保つには、燃焼時期位相から燃焼状態を適性に把握する
ことが必要になる。そこで、本発明では、燃焼状態を把
握するための一手法として、燃料燃焼時に生じるイオン
電流を検出する。

【０００８】請求項１に記載の発明ではその特徴とし
て、燃料着火前の所定時期に前記イオン電流検出器に流
れるリーク電流値を検出するリーク電流検出手段と、前
記検出したリーク電流値に応じて、前記イオン電流値を
比較するためのしきい値を補正するしきい値補正手段
と、前記補正後のしきい値を用い、該しきい値とその時
のイオン電流値との比較結果から前記燃焼信号を生成す
る燃焼信号生成手段とを備える。

【０００９】上記構成によれば、イオン電流検出器の電
極にカーボン等が付着して当該検出器が燻り、イオン電
流の検出値にリーク電流（漏洩電流）が重畳するような
場合にも、そのリーク電流分を見込んだ補正後のしきい
値にてイオン電流の検出値を比較判定することで、所望
の前記燃焼信号を得ることができる。その結果、イオン
電流検出器に燻りが生じた場合にも常に正確にイオン電
流を検出し、ひいては燃料燃焼状態を正確に把握するこ
とに貢献できる。

【００１０】また、イオン電流検出器が燻った場合、そ
の際に流れるリーク電流の波形はエンジン筒内圧に依存
し、圧力上昇時にリーク電流が流れ易くなる（増大す
る）。そこで、請求項２に記載した発明では、燃焼室内
の圧力上昇時にリーク電流を検出するようにしている。
この場合、リーク電流の有無が確実に検出できる。この
圧力上昇時とは、例えばディーゼルエンジンにおける圧
縮行程時に相当する。

【００１１】請求項３に記載の発明によれば、イオン電
流上昇時に当該イオン電流値を第１のしきい値と比較す
る第１の比較手段と、イオン電流下降時に当該イオン電
流値を第２のしきい値と比較する第２の比較手段とを備
え、前記しきい値補正手段は、前記検出したリーク電流
値に応じて前記第１及び第２のしきい値を補正し、前記
燃焼信号生成手段は、前記第１のしきい値とその時のイ
オン電流値との比較結果から燃焼開始時期信号を生成す
ると共に、前記第２のしきい値とその時のイオン電流値
との比較結果から燃焼終了時期信号を生成する。

【００１２】本請求項の構成では、燃焼信号として燃焼
開始時期信号と燃焼終了時期信号とが設定され、これら
信号はリーク電流分を見込んだ補正後の第１及び第２の
しきい値に応じて生成される。従って、燃焼状態情報と
しての燃焼信号がより適正に且つ実際の燃焼状態に則し
たものとして得ることができるようになる。

【００１３】請求項４に記載の発明では、前記しきい値
補正手段は、前記検出したリーク電流値から推測される
当該電流波形に相当するゲイン量を付与すると共に、リ
ーク電流の余裕分に相当するオフセット量を付与する。
この場合、上記ゲイン量及びオフセット量によりしきい
値が補正されることで、より一層正確なしきい値補正が
可能となる。またこうした補正は、公知の演算増幅器を
用いることで簡易に実現できる。

【００１４】請求項５に記載の発明では、内燃機関の運
転状態に応じた機関補正信号を生成する補正信号生成手
段を備え、前記しきい値補正手段は、前記生成された機
関補正信号を用いてイオン電流値を比較するためのしき
い値を補正する。ここで、上記の機関運転状態とは、例
えば大気圧、吸気温、機関の暖機の程度（エンジン水
温）、燃料の性状な微粒化の程度等に相当する。かかる
場合、例えばディーゼルエンジン機関のように燃料を自
然着火させるような機関では、上述の機関運転状態に起
因して燃料の着火が不確定な着火遅れという時間を経過
した後開始されることがある。そのため、従来装置で
は、良好な燃焼時期の実現は困難なものとなりがちであ
った。しかし、上記請求項の構成によれば、前記機関補
正信号を用いて前記しきい値を補正することとしたた
め、着火遅れという不確定な要因にも対応した適正な燃
焼信号（着火信号）を得ることができる。その結果、こ
の燃焼信号を燃焼時期の指令に直接的に反映させ、最適
な燃焼時期により良好な機関性能を実現することが可能
となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、この発明のイオン電流検出
装置を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明
する。本実施の形態の装置は、多気筒ディーゼルエンジ
ンの各気筒の燃焼室内で発生する燃焼イオンをイオン電
流検出器を用いて捕獲するものであり、そのイオン電流
検出器（イオン電流センサ）としてディーゼルエンジン
の燃料の着火及び燃焼を促進するためのセラミックグロ
ープラグを使用している。また、イオン電流検出器によ
り検出した所定のしきい値と比較判定し、その判定結果
に基づいてエンジン燃焼状態を検知するようにしてい
る。特に、本装置では、イオン電流レベルを判定するた
めのしきい値を前記イオン電流検出器の燻りの程度に応
じて補正することとしており、燃焼状態（着火時期）が
適正に検出できることを要旨としている。

【００１６】図１は、本実施の形態におけるイオン電流
検出装置の概要を示す構成図である。同図において、イ
オン電流検出器１は、上述したようにエンジン燃焼室に
配設されたグロープラグを兼用するものであり、その詳
細を図２に示す。図２において、グロープラグ２は、略
円柱状をなす耐熱性絶縁体３と、この絶縁体３に埋設さ
れたＵ字状の発熱体４とを有する。発熱体４の両端部に
は各々リード線５ａ，５ｂが接続され、このうちリード
線５ａはバッテリ６に接続され、リード線５ｂはスイッ
チ７を介して接地されている。従って、スイッチ７がオ
ンされれば、バッテリ７からの電力供給により発熱体４
が発熱し、グロープラグ２はエンジンの低温始動時にお
ける燃料の着火及び燃焼を促進させる役割をなす。

【００１７】また、グロープラグ２の先端には、導電性
のキャップ電極８が取り付けられており、このキャップ
電極８には発熱体４のリード部４ａを介して発熱体４が
電気的に接続されている。かかる場合、キャップ電極８
と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）９の内壁とがイオン電流を検出するため
の対向電極をなす。つまり、前記のスイッチ７がオフさ
れた状態で燃料が燃焼されると、その際に発生する燃焼
イオンがキャップ電極８と燃焼室９の内壁との間で捕集
されるようになっている。

【００１８】一方、図１において、電流検出回路１０
は、イオン電流検出器１で検出されたマイクロアンペア
レベルの微小なイオン電流を例えば演算増幅器によって
増幅し、そのイオン電流に応じた電圧信号Ａを出力す
る。

【００１９】タイミングパルス発生回路１１は、エンジ
ンの各気筒の圧縮上死点前θｓ（例えば、ＢＴＤＣ５°
ＣＡ）毎に回転パルスＮｅを出力する第１のパルサ１２
と、気筒判別のために例えば第１気筒について前記Ｎｅ
パルスよりも前の圧縮上死点前θｓ’（例えば、ＢＴＤ
Ｃ１０°ＣＡ）で基準信号パルスＧを出力する第２のパ
ルサ１３とを有し、これらパルサによるパルス信号Ｎ
ｅ，Ｇはカウンタ動作並びにワンショット信号の出力を
行うためのワンショット回路１４に入力される。かかる
場合、例えば４サイクルエンジンではエンジン回転当り
に出力される回転パルスＮｅの数に等しいビット数のカ
ウンタが計数されると共に、基準信号パルスＧに同期し
てカウンタがリセットされる。これにより、エンジンの
各気筒の上死点前θｓ毎に同期パルスが得られることに
なる。こうしてワンショット回路１４を経てタイミング
パルスＢが生成され、そのタイミングパルスＢはサンプ
ルホールド回路１５に入力される。

【００２０】サンプルホールド回路１５は、タイミング
パルスＢが立ち上がった時点をサンプリングタイムとし
て電流検出回路１０のイオン電流に対応する電圧を検出
し、この値を次のタイミングパルスＢが立ち上がるまで
の期間、サンプルホールド電圧Ｈとして保持する。タイ
ミングパルスＢの出力時に電流検出回路１０により検出
されるイオン電流値は、イオン電流検出器１の燻りの状
態に応じたリーク電流値に相当する。サンプルホールド
回路１５はその一例として、図４に示される如く２つの
演算増幅器１６及び１７、チャージコンデンサ１８、サ
ンプリングタイムを決めるためのタイミングスイッチ１
９等により構成されている。

【００２１】第１のオフセット調整回路２１は例えば演
算増幅器により構成され、サンプルホールド電圧Ｈにゲ
インとオフセットを与えることにより、イオン電流の立
ち上がりに対して第１のしきい値電圧Ｃを出力する。こ
の場合、オフセット調整回路２１の演算増幅器のゲイン
を「ａ1 」，オフセット電圧を「Ｖb1」とすれば、第１
のしきい値電圧Ｃは、 Ｃ＝ａ1 ・Ｈ＋Ｖb1 ・・・（１） として与えられる。上記の基本式により予め設定されて
いるしきい値の初期値が補正されることになる。また、
このオフセット調整回路２１には、後述するマイクロコ
ンピュータ（以下、マイコンという）２６からエンジ運
転状態に応じた補正信号Ｋが入力され、前記（１）式に
より求められる第１のしきい値電圧Ｃは、例えば、 Ｃ＝Ｋ・（ａ1 ・Ｈ＋Ｖb1） ・・・（２） といった形態でさらに補正されるようになっている。

【００２２】第１のコンパレータ２２の反転入力には、
第１のオフセット調整回路２１が接続され、非反転入力
には電流検出回路１０が接続されている。この場合、第
１のコンパレータ２２は、電流検出回路１０のイオン電
流に対応する電圧Ａと、第１のオフセット調整回路２１
のしきい値電圧Ｃとを比較し、その比較結果に応じてイ
オン電流の立ち上がり時期を検出するためのイオン電流
立ち上がりパルスＥを出力する。

【００２３】他方、第２のオフセット調整回路２３も例
えば演算増幅器により構成され、サンプルホールド電圧
Ｈにゲインとオフセットを与えることにより、イオン電
流の立ち下がりに対して第２のしきい値電圧Ｄを出力す
る。この場合、オフセット調整回路２３の演算増幅器の
ゲインを「ａ2 」，オフセット電圧を「Ｖb2」とすれ
ば、第２のしきい値電圧Ｄは、 Ｄ＝ａ2 ・Ｈ＋Ｖb2 ・・・（３） として与えられる。上記の基本式により予め設定されて
いるしきい値の初期値が補正されることになる。また、
このオフセット調整回路２３には、マイコン２６からエ
ンジ運転状態に応じた補正信号Ｋが入力され、前記
（３）式により求められる第２のしきい値電圧Ｄは、例
えば、 Ｄ＝Ｋ・（ａ2 ・Ｈ＋Ｖb2） ・・・（４） といった形態でさらに補正されるようになっている。

【００２４】第２のコンパレータ２４の反転入力には、
第２のオフセット調整回路２３が接続され、非反転入力
には電流検出回路１０が接続されている。この場合、第
２のコンパレータ２４は、電流検出回路１０のイオン電
流に対応する電圧Ａと、第２のオフセット調整回路２３
のしきい値電圧Ｄとを比較し、その比較結果に応じてイ
オン電流の立ち下がり時期を検出するためのイオン電流
立ち下がりパルスＦを出力する。

【００２５】期間信号生成回路２５は、例えばＲＳフリ
ップフロップにより構成され、イオン電流立ち上がりパ
ルスＥとイオン電流立ち下がりパルスＦに同期してこれ
らパルスＥ，Ｆの立ち上がりから立ち下がりまでの期間
に、着火期間パルスＪを出力する。

【００２６】マイコン２６は、周知のＣＰＵ，ＲＯＭ，
ＲＡＭ，Ｉ／Ｏポート等からなる論理演算回路からな
り、機関運転状態情報として、大気圧信号、水温信号、
回転数信号、スロットル開度信号等を入力する（燃料の
微粒化の程度を表す信号を入力することも可）。そし
て、マイコン２６は、これら各信号に基づいて、例えば
燃料の着火遅れのような不特定要素によるイオン電流の
誤差を補正するための補正信号Ｋを生成し出力する。

【００２７】以上の構成の動作を図５に示す動作波形に
従って説明する。ここで、図５に示すイオン電流波形
（波形１及び波形２）は、カーボン等が付着して燻り状
態にあるイオン電流検出器１（図２のグロープラグ２）
を用いて得られたものであり、波形２は燻りの状態が波
形１よりも進行した際のイオン電流波形を表している。
また、波形１において、破線で示す略半円状の波形は、
燻りに起因するリーク電流であって、そのリーク電流波
形は圧縮上死点（ＴＤＣ）をピーク値としている（図６
参照）。より詳細には、燻りによって発生するリーク電
流の波形は基本的にはエンジンの筒内圧にも依存する。
つまり、エンジン上死点をクランク角の起点としてエン
ジンをモータリングさせたとき、リーク電流は圧縮行程
による筒内圧の上昇に伴って増加して上死点で最大値に
達すると共に、ピストンの下降に伴う筒内圧の低下によ
り低下し、下死点で最低となる。

【００２８】そして、このリーク電流波形（破線部）よ
りも高電流側の凸状波形が燃焼によるイオン電流波形に
相当する。図３は、イオン電流検出器１の等価回路を示
す概略回路図であり、同図において、Ｖ0 はバッテリ電
圧、Ｒは外付抵抗、ｒはイオン電流が流れる際の等価抵
抗、ｒ’は燻りによるリーク電流が流れる際の等価抵抗
である。かかる場合、イオン電流検出器１の絶縁抵抗が
十分に高いとき、すなわち燻りのないときは、ｒ’≫ｒ
であるため、イオン電流信号にリーク電流が重畳するこ
とはなく、その際のイオン電流Ｉ1 は、 Ｉ１＝Ｖ0 ／（Ｒ＋ｒ） となる。

【００２９】また、燻りによってリーク電流が流れると
き、燻りによる等価抵抗ｒ’が低下し、リーク電流を含
むイオン電流Ｉ2 は、 Ｉ2 ＝Ｖ0 ／｛Ｒ＋ｒ（１／（１＋ｒ／ｒ’））｝ となる。このとき、１／（１＋ｒ／ｒ’）＜１が常に成
立するため、 Ｉ2 ＞Ｉ1 が常に成立することになる。すなわち、燻りが生じると
リーク電流が流れ、見かけ上のイオン電流も増加する。
従って、燻りの程度が進行するほど、検出されるイオン
電流値が大きくなる。

【００３０】なお図示は省略するが、イオンで流検出器
１が全く燻っていない場合には、図示のようなリーク電
流波形は無く、燃焼に伴うイオン電流波形のみが得られ
るようになっている。

【００３１】以下には先ず、「波形１」で示すイオン電
流波形が得られる際の動作について説明する。さて、エ
ンジン燃焼室９内で燃料が燃焼されると、その燃焼に伴
うイオン電流はイオン電流検出器１により検出され、そ
の検出電流が電流検出回路１０に入力される。電流検出
回路１０は、前記検出された微小なイオン電流を増幅し
て図５の波形１（又は波形２）の如き電流波形を電圧値
として出力する（図１の出力電圧Ａ）。

【００３２】また、タイミングパルス発生回路１１のワ
ンショット回路１４は、回転パルスＮｅ及び基準信号パ
ルスＧを基に、クランク角＝θｓでタイミングパルスＢ
を出力する。サンプルホールド回路１５は、タイミング
パルスＢが立ち上がる毎に、電流検出回路１０のイオン
電流に対応するた出力電圧Ａをサンプリング及びホール
ドし、サンプルホールド電圧Ｈを出力する（図のＡｈ
点）。このクランク角＝θｓでの電圧レベルがイオン電
流検出器１の燻り状態に応じたリーク電流値に相当す
る。

【００３３】第１及び第２のオフセット調整回路２１，
２３では、前記の如く得られたその時々のサンプルホー
ルド電圧Ｈをゲイン・オフセット調整し、イオン電流の
立ち上がりを検出するための第１のしきい値電圧Ｃ、並
びにイオン電流の立ち下がりを検出するための第２のし
きい値電圧Ｄを設定する。なお図５において、波形１に
対応するしきい値電圧Ｃ，Ｄは、同図中にて「Ｃ１」，
「Ｄ１」として示している。要するに、第１及び第２の
しきい値電圧Ｃ，Ｄは、前記クランク角＝θｓのタイミ
ングでその時のリーク電流値に応じて補正されることに
なる。

【００３４】またここで、第１及び第２のオフセット調
整回路２１，２３によりしきい値電圧Ｃ，Ｄが補正され
る際においてその背後にある理論的根拠を説明する。す
なわち、図６に示すように、圧縮行程途中のクランク角
＝θｓ（本実施の形態では、ＢＴＤＣ５°ＣＡ）でその
時のリーク電流に相当する電圧Ｈが検出された場合、そ
のリーク電流は圧縮上死点（ＴＤＣ）でピーク値に達す
ると推測でき、そのピーク値までの差分を立ち上がりの
ゲイン調整分として付与すると共に、そこから幾らかの
余裕分を立ち上がりのオフセット調整分として付与す
る。こうしてゲイン調整分とオフセット調整分とを加算
して第１のしきい値電圧Ｃが設定される。また、第２の
しきい値電圧Ｄは、クランク角＝θｓでその時のリーク
電流に相当する電圧Ｈを基準にして、減少側へ所定のゲ
イン調整分を付与すると共に、そこから幾らかの余裕分
をオフセット調整分として付与するようにしている。但
し、かかる説明では、マイコン２６から付与される補正
信号Ｋによる補正分は無視するが、実際には、上記のゲ
イン調整分とオフセット調整分とに所定の補正係数が乗
算されてしきい値電圧Ｃ，Ｄが決定されるようになって
いる。

【００３５】そして、第１のコンパレータ２２では、リ
ーク電流分を含むイオン電流に応じた電圧Ａを第１のし
きい値電圧Ｃと比較して、イオン電流立ち上がりパルス
Ｅを出力し、他方、第２のコンパレータ２４では、同じ
くイオン電流に応じた電圧Ａを第２のしきい値電圧Ｄと
比較して、イオン電流立ち下がりパルスＦを出力する。
さらに、期間信号生成回路２５では、イオン電流立ち上
がりパルスＥの立ち上がりと、イオン電流立ち下がりパ
ルスＦの立ち下がりとを用いて着火期間パルスＪを生成
する。

【００３６】一方、イオン電流検出器１の燻りの状態が
進行し、バッテリ側電極であるキャップ電極８と接地電
極である燃焼室９内壁（図２参照）との間の絶縁抵抗が
さらに低下するとリーク電流が増加する。つまり、イオ
ン電流波形は、図５の「波形１」から「波形２」のよう
に推移し、クランク角＝θｓのタイミングで検出される
リーク電流値が増大する。この場合、クランク角＝θｓ
のタイミングでサンプルホールドした電圧Ｈも波形１の
場合よりもΔＨ分だけ大きくなる（但し、実際には図示
のように一度に増加するのではなく、徐々に少しずつ増
加する）。

【００３７】従って、第１及び第２のオフセット調整回
路２１，２３のしきい値電圧Ｃ，Ｄは、図５中にて「Ｃ
２」，「Ｄ２」として示すレベルとなる。要するに、第
１及び第２のしきい値電圧Ｃ，Ｄが前記クランク角＝θ
ｓでその時のリーク電流値に応じて更新されることにな
る。このしきい値電圧Ｃ２，Ｄ２は、燻りの程度が比較
的少ない前記Ｃ１，Ｄ１より大きい値となっている。

【００３８】かかる場合、波形１と波形２とを比較する
と、既述の通りイオン電流レベル（リーク電流レベル）
が相違するものの、リーク電流に対応させてしきい値
Ｃ，Ｄが補正されている。そのため、電流レベルが相違
したとしても同一時期に着火期間パルスＪが得られる。
すなわち、燃料の燃焼時期が同一であれば、常に同一時
期に同様の着火期間パルスＪが得られることになる。

【００３９】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。 （ａ）本実施の形態では、燃料着火前の所定時期にイオ
ン電流検出器１に流れるリーク電流値を検出すると共
に、そのリーク電流値に応じてイオン電流値を比較する
ためのしきい値（しきい値電圧Ｃ，Ｄ）を補正するよう
にした。また、補正後のしきい値を用い、該しきい値と
その時のイオン電流値との比較結果から燃焼信号（イオ
ン電流立ち上がりパルスＥ，イオン電流立ち下がりパル
スＦ，着火期間パルスＪ）を生成するようにした。上記
構成によれば、イオン電流検出器１の電極にカーボン等
が付着して当該検出器１が燻り、イオン電流の検出値に
リーク電流（漏洩電流）が重畳するような場合にも、そ
のリーク電流分を見込んだ補正後のしきい値を用いるこ
とで、所望の前記燃焼信号が得られる。そのため、イオ
ン電流検出器１の燻りによる検出誤差を補正することが
できる。その結果、イオン電流検出器１に燻りが生じた
場合にも常に正確にイオン電流を検出し、ひいては燃料
燃焼状態を正確に把握することができる。

【００４０】（ｂ）また、本実施の形態では、エンジン
の圧縮行程途中のクランク角＝θｓ（ＢＴＤＣ５°Ｃ
Ａ）のタイミングでリーク電流を検出するようにした。
この場合、イオン電流検出器１が燻りの状態にあれば、
リーク電流の有無が確実に検出できるようになる。

【００４１】（ｃ）また、第１及び第２のしきい値電圧
Ｃ，Ｄを比較電圧とする２つのコンパレータ２２，２４
を用い、これらコンパレータ２２，２４の出力であるイ
オン電流立ち上がりパルスＥ及びイオン電流立ち下がり
パルスＦから着火期間パルスＪを生成するようにした。
本構成では、燃焼状態情報としての燃焼信号（着火期間
パルスＪ）がより適正に且つ実際の燃焼状態に則したも
のとして得ることができるようになる。

【００４２】（ｄ）本実施の形態では、しきい値電圧
Ｃ，Ｄを補正する手法として、リーク電流値から推測さ
れる当該電流波形に相当するゲイン量を付与すると共
に、リーク電流の余裕分に相当するオフセット量を付与
するようにした。この場合、前記図６を用いて詳述した
ように、正確なしきい値補正が可能となる。またこうし
た補正は、公知の演算増幅器を用いることで簡易に実現
できる。

【００４３】（ｅ）例えば大気圧、吸気温、エンジン水
温等の機関運転情報をマイコン２６に入力し、この情報
に対応した機関補正信号Ｋをしきい値電圧Ｃ，Ｄの補正
に反映させるようにした。そのため、着火遅れという不
確定な要因にも対応可能な適正な燃焼信号（着火期間パ
ルスＪ）を得ることができるようになる。その結果、こ
の燃焼信号を燃焼時期の指令に直接的に反映させ、最適
な燃焼時期により良好な機関性能を実現することが可能
となる。

【００４４】（ｆ）イオン電流検出器１としてディーゼ
ルエンジンの燃料の着火及び燃焼を促進させるためのグ
ロープラグ２を適用した。そのため、イオン電流検出用
の新たなセンサ等を付加することがなく、構成の簡素化
を図ることができる。

【００４５】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態について、図７を参照しながら説明する。
但し、本実施の形態において、上述した第１の実施の形
態と同様であるものについてはその説明を省略し、以下
の実施の形態では第１の実施の形態との相違点を中心に
説明する。つまり、上記第１の実施の形態では、演算増
幅器やコンパレータ等の回路構成を主体としてイオン電
流検出装置を構成していたが、本実施の形態ではマイコ
ン２６を主体として同マイコン２６による制御プログラ
ムに従ってイオン電流を検出することとしている。以下
にその詳細を説明する。

【００４６】図７は、イオン電流の立ち上がりパルス及
び立ち下がりパルスをセットするための制御手順を示す
フローチャートであり、同フローチャートは、マイコン
２６により所定クランク角割り込みにて実行される。

【００４７】さて、図７において、マイコン２６は、先
ずステップ１００でイオン電流検出器１により検出され
たイオン電流値Ｉｐを読み込む。また、マイコン２６
は、続くステップ１２０で今現在のクランク角が圧縮行
程途中の所定角度θｓ（例えば、ＢＴＤＣ５°ＣＡ）で
あるか否かを判別する。そして、クランク角＝θｓであ
ることを条件に、マイコン２６はステップ１２０で、し
きい値電流Ｉｔｈ１，Ｉｔｈ２（第１のしきい値，第２
のしきい値）を設定する。このクランク角＝θｓ成立時
には、その際に検出されたイオン電流値Ｉｐがリーク電
流値に相当し、マイコン２６は、リーク電流値に対応さ
せつつしきい値電流Ｉｔｈ１，Ｉｔｈ２の初期設定値を
補正する。

【００４８】また、マイコン２６は、続くステップ１３
０において今現在のクランク角がθｓ後の所定期間（例
えば、θｓ後の６０°ＣＡの期間）であり、且つその時
のイオン電流値Ｉｐがしきい値電流Ｉｔｈ１よりも大き
いか否かを判別する。そして、ステップ１３０が成立す
ることを条件に、マイコン２６はステップ１４０に進
み、イオン電流立ち上がりパルスをセットする。

【００４９】さらに、マイコン２６は、ステップ１５０
において立ち上がりパルスのセット後で、且つその時の
イオン電流値Ｉｐがしきい値電流Ｉｔｈ２よりも小さい
か否かを判別する。そして、ステップ１５０が成立する
ことを条件に、マイコン２６はステップ１６０に進み、
イオン電流立ち下がりパルスをセットする。上記ステッ
プ１４０，１６０でセットされたイオン電流の立ち上が
りパルス及び立ち下がりパルスは燃料の着火時期パルス
として図示しない燃料噴射時期制御に反映される。

【００５０】なお、本実施の形態では、図７のステップ
１００〜１２０が請求項記載のリーク電流検出手段及び
しきい値補正手段に相当し、ステップ１４０，１６０が
燃焼信号生成手段に相当する。また、ステップ１３０が
第１の比較手段に相当し、ステップ１５０が第２の比較
手段に相当する。

【００５１】以上第２の実施の形態によれば、上記第１
の実施の形態と同様に、イオン電流検出器１に燻りが生
じた場合にも常に正確にイオン電流を検出し、ひいては
燃料燃焼状態を正確に把握することができるようにな
る。また、本実施の形態では、マイコン２６による制御
プログラムによりイオン電流検出処理を具体化したた
め、細部の仕様変更等が容易となり、他のマイコン等の
信号の相互通信も簡便となる。

【００５２】本発明の実施の形態は、上記各実施の形態
の他に次の形態にて実現できる。上記各実施の形態で
は、燃焼信号として着火開始時期と着火終了時期との両
時期に相当する信号（イオン電流立ち上がりパルス，イ
オン電流立ち下がりパルス）を生成したが、着火開始時
期のみを検出する構成としてもよい。

【００５３】また、上記第１の実施の形態において、マ
イコン２６による補正信号Ｋを排除し、リーク電流値に
よってのみしきい値電圧Ｃ，Ｄを補正するようにしても
よい。他方、第２の実施の形態において、機関運転情報
（大気圧、吸気温、機関の暖機の程度、燃料の性状な微
粒化の程度等）に応じてしきい値電流Ｉｔｈ１，Ｉｔｈ
２を補正するようにしてもよい。

【００５４】さらに、上記実施の形態では、リーク電流
を検出するタイミングをクランク角＝θｓ（ＢＴＤＣ５
°ＣＡ）としたが、これを変更してもよく、例えば燃料
噴射時期に同期させてもよい。この燃料噴射時期も燃焼
室の圧縮期間に当たるため、精度良くリーク電流が検出
できる。要は、燃焼室内の圧力上昇時にリーク電流を検
出できるタイミングであればよい。

【００５５】上記実施の形態では、イオン電流検出器と
してディーゼルエンジンのグロープラグを採用したが、
これを変更してもよい。例えば、エンジン燃焼室内に各
々バッテリ側及び接地側に接続された対向電極を配設
し、この対向電極間にて燃焼イオンを捕集するようにす
ることも可能である。また、ガソリンエンジンに適用
し、イオン電流検出器として点火プラグを採用する構成
としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態におけるイオン電流検出装置
の概要を示す構成図。

【図２】イオン電流検出器の概要を示す構成図。

【図３】イオン電流検出器の等価回路図。

【図４】サンプルホールド回路の構成を示す回路図。

【図５】実施の形態における作用を説明するためのタイ
ムチャート。

【図６】第１及び第２のオフセット調整回路によるしき
い値電圧の設定理論を説明するためのタイムチャート。

【図７】第２の実施の形態において、イオン電流の立ち
上がりパルス及び立ち下がりパルスをセットするための
制御手順を示すフローチャート。

【符号の説明】

１…イオン電流検出器、９…燃焼室、１０…リーク電流
検出手段を構成する電流検出回路、１５…サンプルホー
ルド回路、２１…しきい値補正手段を構成する第１のオ
フセット調整回路、２２…第１の比較手段を構成する第
１のコンパレータ、２３…しきい値補正手段を構成する
第２のオフセット調整回路、２４…第２の比較手段を構
成する第２のコンパレータ、２５…燃焼信号生成手段を
構成する期間信号生成回路、２６…リーク電流検出手
段，しきい値補正手段，燃焼信号生成手段，第１の比較
手段，第２の比較手段を構成するマイクロコンピュータ
（マイコン）。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室内に配設されたイオン電流検出器を
   用い、前記燃焼室内での燃料の燃焼時に発生するイオン
   電流を検出すると共に、該検出したイオン電流値を所定
   のしきい値と比較し、その比較結果に基づいて燃料の燃
   焼状態を表す燃焼信号を生成するイオン電流検出装置に
   おいて、 燃料着火前の所定時期に前記イオン電流検出器に流れる
   リーク電流値を検出するリーク電流検出手段と、 前記検出したリーク電流値に応じて、前記イオン電流値
   を比較するためのしきい値を補正するしきい値補正手段
   と、 前記補正後のしきい値を用い、該しきい値とその時のイ
   オン電流値との比較結果から前記燃焼信号を生成する燃
   焼信号生成手段とを備えることを特徴とするイオン電流
   検出装置。
2. 【請求項２】前記リーク電流検出手段は、燃焼室内の圧
   力上昇時にリーク電流値を検出するものである請求項１
   に記載のイオン電流検出装置。
3. 【請求項３】イオン電流上昇時に当該イオン電流値を第
   １のしきい値と比較する第１の比較手段と、イオン電流
   下降時に当該イオン電流値を第２のしきい値と比較する
   第２の比較手段とを備え、 前記しきい値補正手段は、前記検出したリーク電流値に
   応じて前記第１及び第２のしきい値を補正し、 前記燃焼信号生成手段は、前記第１のしきい値とその時
   のイオン電流値との比較結果から燃焼開始時期信号を生
   成すると共に、前記第２のしきい値とその時のイオン電
   流値との比較結果から燃焼終了時期信号を生成すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のイオン電流
   検出装置。
4. 【請求項４】前記しきい値補正手段は、前記検出したリ
   ーク電流値から推測される当該電流波形に相当するゲイ
   ン量を付与すると共に、リーク電流の余裕分に相当する
   オフセット量を付与するものである請求項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】内燃機関の運転状態に応じた機関補正信号
   を生成する補正信号生成手段を備え、 前記しきい値補正手段は、前記生成された機関補正信号
   を用いてイオン電流値を比較するためのしきい値を補正
   する請求項１〜請求項４のいずれかに記載のイオン電流
   検出装置。