JPH1182271A

JPH1182271A - ディーゼルエンジンの異常検出装置

Info

Publication number: JPH1182271A
Application number: JP24137597A
Authority: JP
Inventors: Hideji Yoshida; 秀治吉田; Takayuki Totani; 隆之戸谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1997-09-05
Publication date: 1999-03-26

Abstract

(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジン用グロープラグを使ってイ
オン電流を検出し、その検出結果から当該エンジンの異
常を正確に把握する。【解決手段】ディーゼルエンジン用グロープラグ１は、
発熱体７と耐熱性絶縁体８の表面に露出したイオン検出
用電極１４とが電気的に導通された構造を有する。グロ
ープラグ１の発熱体加熱状態とイオン電流検出状態とは
グローリレー２０のＯＮ／ＯＦＦ動作により切り換えら
れる。イオン電流検出状態下では、グロープラグ１のイ
オン検出用電極１４に所定電圧が印加され、電極１４と
エンジン燃焼室１７の内壁との間で燃焼イオン電流が検
出される。該検出されたイオン電流はＥＣＵ３０内のＣ
ＰＵ３１に取り込まれる。ＣＰＵ３１は、前記取り込ん
だイオン電流信号に基づき、グロープラグ断線、失火や
燃料量不足などによる燃焼不良、並びに燃料噴射ノズル
の作動タイミング不良といった各種異常を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンに適用され、同エンジンのグロープラグを用いて燃料
の燃焼時に発生するイオン電流を検出し、そのイオン電
流検出結果からエンジンの異常を検出する異常検出装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料の燃焼時に発生するイオン電流信号
からエンジンの燃焼状態を検出する装置として、例えば
特許番号２５５２７５４号公報が開示されている。同公
報の装置では、多気筒ガソリンエンジンの各気筒で発生
する燃焼イオン電流を点火プラグにて検出し、該検出し
たイオン電流を所定のスレッショルドレベルと比較して
エンジンの燃焼状態を検出する。また同装置では、燃焼
状態の検出基準となるスレッショルドレベルをエンジン
運転状態に基づき可変に設定するようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記公報の
装置は、ガソリンエンジンを対象として燃焼状態を検出
する装置であって、点火プラグを持たない構造のディー
ゼルエンジンにはそのまま適用できるものではなかっ
た。また一方、近年では環境保全のためにエンジンエミ
ッションを悪化させないための排ガス規制が強化されつ
つあり、ディーゼルエンジンの正常燃焼の妨げとなる各
種異常を正確に検出するための技術が要望されていた。

【０００４】特にディーゼルエンジンは乗用車以外に、
建築用車両や発電機などにも多用されており、ガソリン
エンジンとは異なって、例えば工事現場など埃の多い環
境で長時間使用されたり、エンジンが水洗いされたりす
るなど苛酷な環境下で使用される。従って、こうして使
用されるエンジンでは、燃焼室内の電極部（プラグ）の
汚損のみならず電極部以外でも電流漏れが発生したり、
燃料噴射ノズルが詰まって作動不良を起こしたりするな
ど、燃焼不良を招く多くの要因を有しており、エンジン
の燃焼不良時にはその異常をいち早く検出してエミッシ
ョンの悪化を抑制する必要があった。

【０００５】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、ディーゼルエン
ジン用グロープラグを使ってイオン電流を検出し、その
検出結果から当該エンジンの異常を正確に把握し得るデ
ィーゼルエンジンの異常検出装置を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ディーゼルエ
ンジンのエミッション悪化を抑制して近年の排ガス規制
に対応するためになされ、エンジンの燃焼に係わる各種
形態の異常を検出する。具体的には、ディーゼルエンジ
ン用グロープラグを使って燃焼イオン電流を検出し、該
検出したイオン電流からエンジンの異常を検出するもの
であり、その検出対象を、・グロープラグの通電不良、・失火や燃料量不足などによる燃焼不良、・燃料噴射ノズルの作動タイミング不良、のうち少なくとも１つとしている。

【０００７】上記３つの異常はそれぞれ、請求項１、請
求項２、請求項６の構成により検出でき、これら各請求
項の構成によれば、ディーゼルエンジン用グロープラグ
を使ってイオン電流を検出し、その検出結果から当該エ
ンジンの異常を正確に把握するといった本発明の目的が
達せられる。以下、各請求項毎にその構成と作用効果を
説明する。

【０００８】請求項１に記載の発明では、グロープラグ
の発熱体を加熱する発熱体加熱状態と、当該グロープラ
グによりイオン電流を検出するイオン電流検出状態とを
切り換え可能とし、グロープラグが発熱体加熱状態から
イオン電流検出状態に切り換えられた直後で且つ燃焼イ
オンの発生期間以外の期間にてその時のイオン電流信号
に含まれるリーク電流を求め、該求めたリーク電流から
グロープラグの通電不良を検出する（グロープラグ通電
不良検出手段）。ここで、グロープラグの通電不良に
は、例えば当該プラグ発熱体の断線、ハーネスやコネク
タ部の断線や接触不良といった異常が含まれる。

【０００９】つまり、グロープラグの発熱体加熱直後に
おいて耐熱性絶縁体の表面に露出した電極部に電圧を印
加し、燃焼イオン電流以外の電流、すなわち絶縁体表面
の付着カーボンによって絶縁性が低下した時などのリー
ク電流を検出する。この場合、グロープラグが断線して
いなければ（通電が正常であれば)、発熱体加熱状態に
おいて耐熱性絶縁体表面の付着カーボンが焼き切られ、
絶縁体表面の絶縁性が確保される。そのため、イオン電
流以外の電流（リーク電流）は検出されない。これに対
し、グロープラグが断線していれば（通電不良が生じて
いれば)、発熱体が加熱できず絶縁性が低下してイオン
電流以外の電流（リーク電流）が発生する。そのため、
グロープラグ断線（通電不良）という異常が検出でき
る。

【００１０】なおこのとき燃焼イオンの発生期間以外で
リーク電流を検出することとしているため、燃焼イオン
の発生によるイオン電流信号の変動に関係なく、容易に
且つ精度良くリーク電流が検出できる。

【００１１】また請求項２に記載の発明では、燃料噴射
ノズルによる燃料噴射後の所定時期で燃焼イオン電流を
検出し、該検出したイオン電流レベルに基づき燃焼不良
を検出する（燃焼不良検出手段）。このとき、請求項３
に記載したように、その時々のイオン電流レベルに応じ
て失火異常と燃料噴射ノズルによる燃料量不足の異常と
を特定するとよい。

【００１２】請求項２，３の構成によれば、例えば燃料
噴射ノズルの噴射口の詰まりや筒内圧リークが原因で発
生する燃焼不良（失火や燃料量不足）の異常が容易に検
出できる。

【００１３】請求項４に記載の発明では、同一気筒で複
数回にわたりイオン電流値を計測し、その計測結果の平
均値から燃焼不良を検出する。この場合、エンジン燃焼
室内で旋回流（スワール）が発生しても、そのスワール
などの影響によるイオン電流レベルの検出誤差が抑制で
き、精度の良い異常検出が実施できる。

【００１４】請求項５に記載の発明では、多気筒エンジ
ンに適用される異常検出装置において、気筒毎の燃焼不
良の検出に際し、その時々の燃焼気筒のイオン電流レベ
ルと他の気筒のイオン電流レベルとを比較してその比較
結果から燃焼不良を検出する。この場合、エンジン運転
条件の違いによるイオン電流レベルの検出誤差が最小限
に抑制でき、精度の良い異常検出が実施できる。

【００１５】請求項６に記載の発明では、燃料噴射ノズ
ルによる燃料噴射時期とイオン電流の発生時期との時間
差に基づき、燃料噴射ノズルの作動タイミング不良を検
出する（作動タイミング不良検出手段）。この構成によ
れば、例えば燃料噴射ノズルの噴射口の詰まりが原因で
発生する噴射ノズル作動タイミング不良の異常が検出で
きる。

【００１６】請求項７に記載の発明では、同一気筒で複
数回にわたり燃料噴射時期からイオン電流発生時期まで
の時間を計測し、その計測結果の平均値から燃料噴射ノ
ズルの作動タイミング不良を検出する。この場合、エン
ジン燃焼室内で旋回流（スワール）が発生しても、その
スワールなどの影響による計測時間誤差が抑制でき、精
度の良い異常検出が実施できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明をディーゼルエン
ジンの電子制御システムに具体化した一実施の形態を図
面に従って説明する。本実施の形態の電子制御システム
は、４気筒ディーゼルエンジンに適用されるものであっ
て、その制御の中枢をなす電子制御装置（以下、ＥＣＵ
という）は燃料噴射ノズルによる燃料噴射の制御や、燃
料燃焼時に発生するイオン電流の検出や、前記イオン電
流の検出結果に基づく異常検出を実施する。特に本実施
の形態では、エンジンの始動補助装置として各気筒毎に
設け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）を用い、このグロープラグ周りに発生す
る燃焼イオンから燃焼時に流れるイオン電流値を検出す
る。かかる形態において、グロープラグは、その一部が
燃焼室内に晒されるようエンジンシリンダヘッドに配設
され、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
なすと共に、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。

【００１８】図２は、本実施の形態におけるグロープラ
グ１の概要を示す全体構成図である。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をシリンダヘッドに取り付けるための雄ねじ部
３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。

【００１９】また、前記ハウジング２にはセラミック発
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に一体成形されたイオン
検出用電極１４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。

【００２０】詳しくは、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３の要部拡大図に示すように、発熱体７先端に
形成されたイオン検出用電極１４の端面は、耐熱性絶縁
体８の外周面と同一面上に設けられている。この場合、
発熱体７とイオン検出用電極１４とは一体的に成形され
ているため、両部材７，１４は常に電気的に導通された
状態となっている。かかる構成において、発熱体７の露
出部（イオン検出用電極１４）とディーゼルエンジンの
燃焼室１７（破線部）の内壁とは、燃焼イオン電流を検
出するための対向電極を形成する。

【００２１】また図２において、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１０ａ，１０ｂには各々にリード線１
１ａ，１１ｂ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。

【００２２】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。セラミック発熱部６の発熱体７、イ
オン検出用電極１４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）との混合物よりな
り、且つその配合を所定割合で調整した焼結体により構
成されている。但し、発熱体７及びイオン検出用電極１
４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。すなわち、各粉体の粒径を変更す
ることにより発熱体７及びイオン検出用電極１４と、耐
熱性絶縁体８とを作り分けるようにしている。

【００２３】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及びイオン検出用電極１４では、小径の
ＭｏＳｉ2 粉末（導電性セラミック粉末）が大径のＳｉ
3 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及びイオン検出用
電極１４に電流が流れ、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。

【００２４】セラミック発熱部６の製造方法としては、
先ずＭｏＳｉ2 粉末とＳｉ3 Ｎ4 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及びイオン検
出用電極１４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及びイオン検出用電
極１４を耐熱絶縁体８で包み込むように配置して１７０
０〜１８００℃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を球状に切削
加工する。これにより、発熱体７はその全体が耐熱性絶
縁体８に埋設されるが、イオン検出用電極１４の端面は
セラミック発熱部６の先端部にて露出されることにな
る。

【００２５】次に、ディーゼルエンジンの電子制御シス
テムについて、その概要を図１を用いて説明する。図１
において、ディーゼルエンジンの第１気筒（＃１）〜第
４気筒（＃４）にはそれぞれ、既述の如く構成されるグ
ロープラグ１が配設され、同プラグ１のセラミック発熱
部６の先端部は、エンジンシリンダヘッドに形成された
燃焼室１７に突出配置されている。電磁駆動式の燃料噴
射ノズル２２は各気筒の燃焼室１７に個々に配設され、
当該噴射ノズル２２の先端から燃焼室１７内に燃料が噴
射供給されるようになっている。

【００２６】各グロープラグ１の発熱体７に接続された
タングステンリード線９ａ，９ｂは、共通の信号線１
８，１９を介してグローリレー２０に接続されている。
グローリレー２０は、そのＯＮ／ＯＦＦ動作に従い連動
する一対のリレー片２０ａ，２０ｂを有する。このグロ
ーリレー２０のＯＮ／ＯＦＦ動作に伴い、発熱体７の両
端（リード線９ａ，９ｂ）にバッテリ電源２１の電源電
圧（バッテリ電圧ＶＢ＝１２ボルト）を印加して発熱体
７を加熱する「発熱体加熱状態」と、イオン検出用電極
１４と燃焼室１７の内壁との間で流れる燃焼イオン電流
をイオン電流検出回路２３にて検出する「イオン電流検
出状態」とが切り換えられるようになっている。図示の
イオン電流検出状態は、グローリレー２０のＯＦＦ状態
に相当する。

【００２７】ここでイオン電流検出回路２３は、前記グ
ロープラグ１によるイオン電流信号をインピーダンス変
換するためのオペアンプ２３ａと、一端が定電圧電源
（本実施の形態では、定電圧Ｖｃｃ＝５Ｖ）に接続され
ると共に他端がオペアンプ２３ａの正側入力端子に接続
された抵抗２３ｂとを有する。オペアンプ２３ａの正側
入力端子は、前記グローリレー２０のＯＦＦ時において
発熱体７の一方のタングステンリード線９ａに接続され
る（図示の状態）。

【００２８】要するに、リレーＯＮ時には、バッテリ電
圧ＶＢが発熱体７の両端に印加され、発熱体７が発熱状
態に保持される。また、リレーＯＦＦ時には、所定の定
電圧Ｖｃｃ（５Ｖ）がグロープラグ１の一方のタングス
テンリード線９ａに印加される。これにより、発熱体７
の先端に形成されたイオン検出用電極１４とシリンダヘ
ッド（燃焼室１７の内壁面）との間に定電圧Ｖｃｃ（５
Ｖ）が印加され、燃焼火炎帯の活性イオンの発生に伴う
イオン電流信号がイオン電流検出回路２３にて検出され
る。

【００２９】つまり、燃料噴射ノズル２２による噴射燃
料が燃焼室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（燃焼室１７の内壁面）との間に定電圧Ｖｃ
ｃが印加されると、発熱体７の露出部であるイオン検出
用電極１４にはマイナスイオンが捕獲されると共に、シ
リンダヘッドにはプラスイオンが捕獲され、その際に流
れる電流がイオン電流として検出される。

【００３０】上記グローリレー２０のＯＮ／ＯＦＦ動作
は、ＥＣＵ３０の指令信号に基づき制御される。例えば
エンジンの低温始動時など、発熱体７の発熱を要する場
合には、グローリレー２０がＯＮされて燃料の着火及び
燃焼が促進される。また、エンジンの暖機完了後など、
発熱体７の発熱が不要な場合には、グローリレー２０が
ＯＦＦされて燃焼イオン電流が検出される。

【００３１】なお上記構成では、グローリレー２０のＯ
Ｎ／ＯＦＦに伴い、発熱体加熱状態とイオン電流検出状
態との切り換え動作が全気筒に対して同時に行われる。
かかる場合、各気筒の燃焼順序（＃１→＃３→＃４→＃
２→＃１）に合わせて、時系列的に気筒毎のイオン電流
が検出される。

【００３２】ＥＣＵ３０は周知のマイクロコンピュータ
システムとして構成され、ＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１
は、グローリレー駆動回路３３を介して前記グローリレ
ー２０のＯＮ／ＯＦＦ指令を出力する。また、前記のイ
オン電流検出状態下（リレーＯＦＦ時）において、ＣＰ
Ｕ３１は、イオン電流検出回路２３により検出されるイ
オン電流信号（アナログ電圧信号）を「ＡＤ１入力」と
して取り込み、この取り込んだＡＤ１入力をＣＰＵ内部
のＡＤ変換器にてデジタル値に変換する。

【００３３】エンジン運転状態を検出する検出器として
は、エンジンクランク軸の回転に伴い気筒判別信号（Ｇ
信号）を出力する気筒判別センサ２４と、所定クランク
角度毎（例えば３０°ＣＡ毎）に回転パルス信号を出力
するクランク角センサ２５と、負荷情報としてのアクセ
ル開度信号を出力するアクセル開度センサ２６と、エン
ジンの水温信号を出力する水温センサ２７とが設けられ
ている。ＣＰＵ３１は、気筒判別センサ２４及びクラン
ク角センサ２５の検出信号を波形処理回路３５，３６を
介して取り込むと共に、アクセル開度センサ２６及び水
温センサ２７の検出信号を取り込んでＡＤ変換する。

【００３４】ＣＰＵ３１は、前記取り込んだエンジン運
転状態の検出値を基に、エンジン各気筒への燃料噴射量
を演算し、その演算結果に従い燃料噴射ノズル２２の駆
動を制御する。燃料噴射ノズル２２の駆動は、噴射ノズ
ル駆動回路３７を介して行われる。

【００３５】さらにＣＰＵ３１は、前記検出されるイオ
ン電流信号（ＡＤ１入力）を基に、各種異常の検出処理
を実施し、異常発生の旨が検出された場合にはその異常
情報をＥＥＰＲＯＭ（不揮発性記憶素子）３２に記憶す
る。ＥＥＰＲＯＭ３２は、ＥＣＵ３０への電源供給の停
止時にもその内部情報を記憶保持する。またＣＰＵ３１
は、運転者に異常（故障）を知らせるための警告ランプ
２９を異常発生の有無に応じて点灯又は消灯する。警告
ランプ２９の駆動は、Ｗランプ駆動回路３８を介して行
われる。

【００３６】次に、ＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１により実
施される異常検出処理を図４〜図７のフローチャートを
用いて説明する。先ずここで、図４は異常検出のための
メインルーチンを示しており、ＣＰＵ３１は以下の手順
に従い各種異常の検出を行う。つまり、・ステップ１００では、グロープラグ断線検出を、・ステップ２００では、失火判定を、・ステップ３００では、燃料噴射ノズル２２の作動タイ
ミングの不良検出を、それぞれ実施する。

【００３７】図５は、前記図４のステップ１００（グロ
ープラグ断線検出）のサブルーチンを示す。なおグロー
プラグ断線異常は、広義な解釈としてグロープラグ通電
不良を意味し、当該異常には、発熱体７の断線、ハーネ
スやコネクタ部の断線や接触不良が含まれる。但しここ
では、単に「グロープラグ断線」と記載する。

【００３８】図５において、ＣＰＵ３１は、先ずステッ
プ１０１でグロープラグ１の発熱体加熱の終了後、すな
わちグローリレー２０のＯＮ→ＯＦＦ切り換え後、所定
時間（例えば、２，３分程度）が経過していないか否か
を判別し、所定時間が経過していないことを条件にステ
ップ１０２に進む。ＣＰＵ３１は、ステップ１０２で今
現在のクランク角位置が断線検出に適した所定のクラン
ク角位置であるか否かを判別する。つまり、燃焼イオン
が発生していないクランク角区間であることを、気筒判
別センサ２４及びクランク角センサ２５の検出信号から
判断し、ステップ１０２がＹＥＳであれば、ステップ１
０３に進む。ステップ１０１，１０２が共にＮＯであれ
ば、ＣＰＵ３１はそのまま本ルーチンを終了して元の図
４のルーチンに戻る。

【００３９】ステップ１０３では、ＣＰＵ３１は、イオ
ン電流信号に含まれるリーク電流を検出し、続くステッ
プ１０４では、前記検出したリーク電流が所定の判定値
よりも大きいか否かを判別する。リーク電流≦所定値の
場合、ＣＰＵ３１はグロープラグ断線が生じていないと
みなしてステップ１０６に進み、警告ランプ２９を消灯
させた後本ルーチンを終了する。

【００４０】また、リーク電流＞所定値の場合、ＣＰＵ
３１はグロープラグ断線が生じているとみなしてステッ
プ１０５に進み、警告ランプ２９を点灯させると共に、
グロープラグ断線情報をＥＥＰＲＯＭ３２に保存した後
本ルーチンを終了する。

【００４１】要するに、グロープラグ断線が生じていな
ければ、発熱体加熱状態において耐熱性絶縁体８の表面
の付着カーボンが焼き切られ、絶縁体表面の絶縁性が確
保される。そのため、イオン電流以外の電流（リーク電
流）は検出されない。これに対し、グロープラグ断線が
生じていれば発熱体７が加熱されず、付着カーボンなど
により絶縁性が低下してイオン電流以外の電流（リーク
電流）が発生する。そのため、グロープラグ断線という
異常の検出が可能となる。

【００４２】図６は、前記図４のステップ２００（失火
判定）のサブルーチンを示す。図６において、ＣＰＵ３
１は、先ずステップ２０１で失火判定のタイミングであ
るか否かを判別する。具体的には、・今現在のクランク角位置が燃焼イオンの発生時期（例
えば、ＴＤＣ付近の所定の失火判定期間）であること、・水温が所定の暖機完了温度（例えば、４０℃）以上で
あること、・燃料カット中でないこと、・グロープラグ通電中（グローリレーＯＮ中）でないこ
と、などの各条件が成立するかどうかを判別する。失火判定
の各条件が成立する場合、ＣＰＵ３１はステップ２０２
に進み、それ以外の場合は本ルーチンを終了して元の図
４のルーチンに戻る。

【００４３】ステップ２０２では、ＣＰＵ３１は、イオ
ン電流検出回路２３から取り込まれるイオン電流信号
（ＡＤ１入力）をＡＤ変換する。その後、ステップ２０
３以降の処理では、ＣＰＵ３１は、今回の燃焼気筒が第
１気筒（＃１）〜第４気筒（＃４）のうちどの気筒であ
るかを判定すると共に、今回の燃焼気筒について失火判
定を実施する。

【００４４】つまり、ＣＰＵ３１は、・ステップ２０３で今回が第１気筒での燃焼サイクルで
あるか否かを、・ステップ２０４で今回が第２気筒での燃焼サイクルで
あるか否かを、・ステップ２０５で今回が第３気筒での燃焼サイクルで
あるか否かを、をそれぞれ判別する。そして、ＣＰＵ３１は、・ステップ２０３がＹＥＳであれば、ステップ２０６
に、・ステップ２０４がＹＥＳであれば、ステップ２０７
に、・ステップ２０５がＹＥＳであれば、ステップ２０８
に、・ステップ２０３〜２０５が全てＮＯであれば、ステッ
プ２０９に、それぞれ進む。

【００４５】ステップ２０６〜２０９では、ＣＰＵ３１
は、イオン電流信号に相当するＡＤ１値がその時々の運
転条件（例えば、エンジン回転数や燃料噴射量）にて決
定される所定の判定値よりも大きいか否かを判別する。
ここで本実施の形態では、同一気筒で複数回（例えば１
０回程度)にわたりイオン電流値を計測し、その計測結
果の平均値をＡＤ１値とする。

【００４６】正常燃焼が行われ、その燃焼に伴う適正な
イオン電流が検出されれば、ＡＤ１＜所定値となる（ス
テップ２０６〜２０９がＮＯとなる）。この場合、ＣＰ
Ｕ３１は、失火が発生していないとみなしてその時の燃
焼気筒の失火フラグ（＃１〜＃４失火フラグのいずれ
か）を「０」にリセットする（ステップ２１０，２１
１，２１２，２１３）。ステップ２１０〜２１３でのフ
ラグリセット後、ＣＰＵ３１はステップ２１９に進む。
そして、全気筒の失火フラグが「０」であることを条件
に（ステップ２１９がＹＥＳ）、ＣＰＵ３１はステップ
２２０に進んで警告ランプ２９を消灯させる。

【００４７】また一方、失火によりイオン電流が検出さ
れなければ、ＡＤ１≧所定値となる（ステップ２０６〜
２０９がＹＥＳとなる）。この場合、ＣＰＵ３１は、失
火が発生しているとみなしてその時の燃焼気筒の失火フ
ラグ（＃１〜＃４失火フラグのいずれか）に「１」をセ
ットする（ステップ２１４，２１５，２１６，２１
７）。ステップ２１４〜２１７でのフラグセット後、Ｃ
ＰＵ３１はステップ２１８に進む。そして、ＣＰＵ３１
は、ステップ２１８で警告ランプ２９を点灯させる。

【００４８】最後に、ＣＰＵ３１は、ステップ２２１で
全気筒の失火フラグ情報をＥＥＰＲＯＭ３２に保存し、
その後本ルーチンを終了する。因みに上述した失火判定
の処理によれば、噴射燃料量の不足などを原因とする燃
焼不良を検出することも可能となる。つまり、前記ステ
ップ２０６〜２０９での判定に際し、ＡＤ１値と「燃焼
不良判定値」とを比較するよう変更又は追加する。この
場合、図８に示すように失火判定時よりもＡＤ１値の判
定値を小さくし、ＡＤ１値≧燃焼不良判定値であれば、
燃料量不足による燃焼不良の旨を判定する。そして、燃
焼不良の旨が判定された気筒について、燃焼不良情報
（フラグ情報）をＥＥＰＲＯＭ３２に記憶させる。

【００４９】図７は、前記図４のステップ３００（噴射
ノズル作動タイミングの不良検出）のサブルーチンを示
す。図７において、ＣＰＵ３１は、先ずステップ３０１
で水温が所定の暖機完了温度（例えば、４０℃）以上で
あるか否かを判別する。またＣＰＵ３１は、ステップ３
０２で燃料カット中であるか若しくはグロープラグ通電
中（グローリレーＯＮ中）であるか否かを判別する。

【００５０】ステップ３０１がＹＥＳ、ステップ３０２
がＮＯとなれば、ＣＰＵ３１はステップ３０３に進み、
その以外の場合は本ルーチンを終了して元の図４のルー
チンに戻る。

【００５１】ステップ３０３以降の処理では、ＣＰＵ３
１は、今回の燃焼気筒が第１気筒（＃１）〜第４気筒
（＃４）のうちどの気筒であるかを判定すると共に、今
回の燃焼気筒について燃料噴射ノズル２２による噴射時
期Ｔ１ａ〜Ｔ４ａとイオン電流発生時期Ｔ１ｂ〜Ｔ４ｂ
との時間差から噴射ノズル作動タイミングの不良を検出
する。

【００５２】つまり、ＣＰＵ３１は、・ステップ３０３で今回が第１気筒での燃焼サイクルで
あるか否かを、・ステップ３０４で今回が第２気筒での燃焼サイクルで
あるか否かを、・ステップ３０５で今回が第３気筒での燃焼サイクルで
あるか否かを、をそれぞれ判別する。そして、ＣＰＵ３１は、・ステップ３０３がＹＥＳであれば、ステップ３０６
に、・ステップ３０４がＹＥＳであれば、ステップ３０７
に、・ステップ３０５がＹＥＳであれば、ステップ３０８
に、・ステップ３０３〜３０５が全てＮＯであれば、ステッ
プ３０９に、それぞれ進む。

【００５３】その後、ＣＰＵ３１は、・ステップ３０６で第１気筒の噴射時期Ｔ１ａとイオン
発生時期Ｔ１ｂとを、・ステップ３０７で第２気筒の噴射時期Ｔ２ａとイオン
発生時期Ｔ２ｂとを、・ステップ３０８で第３気筒の噴射時期Ｔ３ａとイオン
発生時期Ｔ３ｂとを、・ステップ３０９で第４気筒の噴射時期Ｔ４ａとイオン
発生時期Ｔ４ｂとを、それぞれ検出する。

【００５４】さらにその後、ＣＰＵ３１は、前記検出し
た噴射時期Ｔ１ａ〜Ｔ４ａとイオン発生時期Ｔ１ｂ〜Ｔ
４ｂとの時間差がその時々の運転条件（例えば、エンジ
ン回転数や燃料噴射量）にて決定される所定の判定値よ
りも大きいか否かを判別する。詳細には、・ステップ３１０では、Ｔ１ｂ−Ｔ１ａ＞所定値である
か否かを、・ステップ３１１では、Ｔ２ｂ−Ｔ２ａ＞所定値である
か否かを、・ステップ３１２では、Ｔ３ｂ−Ｔ３ａ＞所定値である
か否かを、・ステップ３１３では、Ｔ４ｂ−Ｔ４ａ＞所定値である
か否かを、それぞれ判別する。ここで本実施の形態では、同一気筒
で複数回（例えば１０回程度)にわたり燃料噴射の開始
からイオン電流発生までの時間を計測し、その計測結果
の平均値をタイミング不良の判定パラメータとする。

【００５５】各気筒における燃料噴射ノズル２２の作動
タイミングが正常であれば、ステップ３１０〜３１３が
ＮＯとなる。この場合、ＣＰＵ３１は、ステップ３１９
で警告ランプ２９を消灯させ、その後本ルーチンを終了
する。

【００５６】また、燃料噴射ノズル２２の作動タイミン
グが不良となる気筒があれば、その燃焼気筒の判別時に
おいて、ステップ３１０〜３１３のいずれかがＹＥＳと
なる。この場合、ＣＰＵ３１は、該当気筒の作動タイミ
ング不良フラグ（＃１〜＃４フラグのいずれか）に
「１」をセットする（ステップ３１４，３１５，３１
６，３１７）。ステップ３１４〜３１７でのフラグセッ
ト後、ＣＰＵ３１はステップ３１８に進み、全気筒のフ
ラグ情報をＥＥＰＲＯＭ３２に保存すると共に、警告ラ
ンプ２９を点灯させその後本ルーチンを終了する。

【００５７】上記図４〜図７のルーチンにおいて、異常
発生の旨が検出された場合には、警告ランプ２９の点灯
を運転者が認識して車両が修理工場などに持ち込まれ
る。そして、ダイアグチェッカなどを用いてＥＥＰＲＯ
Ｍ３２内の異常情報（各種フラグ情報）が読み出され、
異常発生の原因が修理される。なお、イオン電流信号に
基づき燃料噴射量や燃料噴射時期がフィードバック制御
される電子制御システムにおいては、異常検出に伴い当
該フィードバック制御が一時的に中断されるとよい。

【００５８】上記一連の異常検出動作を図９のタイムチ
ャートを用いて説明する。同図において、（ａ）は、第
１気筒（＃１）〜第４気筒（＃４）の燃料噴射ノズル２
２の燃料噴射時期を、（ｂ）は、グロープラグ断線検出
時のＡＤ１入力の推移を、（ｃ）は、失火判定時のＡＤ
１入力の推移を、（ｄ）は、噴射ノズル作動タイミング
の不良検出時のＡＤ１入力の推移を、それぞれ示す。

【００５９】図９（ｂ）において、二点鎖線で示すＡＤ
１波形は、グロープラグ断線によりイオン電流信号にリ
ーク電流分が含まれる状態を示す。このとき、第１気筒
〜第４気筒のいずれかの気筒のグロープラグ１が断線し
ていることで、その分だけＡＤ１入力が正常値（実線の
波形）よりも低下する。すなわち、燃焼イオンが発生し
ていない図の「Ａ」期間内において、定電圧Ｖｃｃから
の変化分がリーク電流として検出され、その値が所定値
を越えれば、グロープラグ断線異常の旨が検出される。

【００６０】また図９（ｃ）では、燃料噴射後の所定時
期である図の「Ｂ」期間において、その時のＡＤ１レベ
ルから失火や燃焼不良が判定される。この場合、例えば
ノズル詰まりや筒内圧リークや着火不良などが原因で正
常燃焼が行われず、第４気筒（＃４）が失火していれ
ば、第４気筒でのＡＤ１入力は定電圧Ｖｃｃからほとん
ど変化しない。これにより、第４気筒での失火異常が検
出される。

【００６１】さらに図９（ｄ）では、各気筒において燃
料噴射ノズル２２の噴射開始の時期Ｔ１ａ〜Ｔ４ａとイ
オン電流発生の時期Ｔ１ｂ〜Ｔ４ｂとの時間差から噴射
ノズル作動タイミングの不良が検出される。この場合、
例えばノズル詰まりなどが原因で第４気筒（＃４）にて
実際の作動タイミングが遅れると、「Ｔ４ｂ−Ｔ４ａ」
が所定値よりも大きくなる。これにより、第４気筒での
噴射ノズル作動タイミングの不良が検出される。

【００６２】なお因みに本実施の形態では、前記図５の
ステップ１０３，１０４が請求項記載のグロープラグ通
電不良検出手段に相当し、前記図６のステップ２０６〜
２０９が燃焼不良検出手段に相当する。また、前記図７
のステップ３０６〜３０９がタイミング検出手段に相当
し、ステップ３１０〜３１３が作動タイミング不良検出
手段に相当する。

【００６３】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、グロープラグ断線、失火や燃
料量不足などによる燃焼不良、並びに燃料噴射ノズルの
作動タイミング不良といった異常が確実に検出できる。
つまり、プラグ汚損、ノズル詰まり、筒内圧リーク、着
火不良などが原因で発生する各種異常が容易に検出でき
るようになる。その結果、ディーゼルエンジン用グロー
プラグによるイオン電流の検出結果から当該エンジンの
異常を正確に把握でき、ひいてはディーゼルエンジンの
エミッション悪化を抑制して近年の排ガス規制に対応す
ることが可能となる。

【００６４】（ｂ）また、グロープラグ断線の検出に際
し、燃焼イオンの発生期間以外でリーク電流を検出する
こととしたため、燃焼イオンの発生によるイオン電流信
号の変動に関係なく、容易に且つ精度良くリーク電流が
検出できる。

【００６５】（ｃ）失火判定に際し、同一気筒で複数回
にわたりイオン電流値（ＡＤ１入力）を計測し、その計
測結果の平均値から燃焼不良を検出することとした。ま
た、噴射ノズル作動タイミング不良の検出に際しても、
同一気筒で複数回にわたり燃料噴射時期からイオン発生
時期までの時間を計測し、その計測結果の平均値から燃
料噴射ノズル２２の作動タイミング不良を検出すること
とした。この場合、エンジン燃焼室１７内で旋回流（ス
ワール）が発生しても、そのスワールなどの影響による
各パラメータの検出誤差が抑制でき、精度の良い異常検
出が実施できる。

【００６６】（ｄ）上記の各異常発生時には、警告ラン
プ２９を点灯させると共に、その異常情報を異常種毎に
ＥＥＰＲＯＭ（不揮発性記憶素子）３２に記憶するよう
にした。従って、運転者は異常発生の旨をいち早く知る
ことができると共に、修理工場などでは異常個所の特定
が容易にでき、修理時の作業性が向上する。

【００６７】（ｅ）気筒毎に、失火判定や噴射ノズル作
動タイミングの不良検出を行うこととしたため、異常気
筒の特定も容易となる。（ｆ）失火判定時や噴射ノズル作動タイミングの不良検
出時において、水温が所定値以上であること、燃料カッ
ト中或いはグロープラグ通電中（グローリレーＯＮ中）
でないことを異常検出の実施条件ととした。そのため、
異常の誤検出が防止できる。

【００６８】（ｇ）本実施の形態では、ディーゼルエン
ジンの第１気筒〜第４気筒の各グロープラグ１の信号線
１８，１９を共通化し、この信号線１８，１９を介して
グロープラグ１の通電動作やイオン電流検出を実施する
ようにした。従って、多気筒エンジンへの適用時におい
て、構成の簡素化を図ることができる。

【００６９】なお、本発明の実施の形態は、上記以外に
次の形態にて実現できる。上記実施の形態では、一連の
異常検出処理として、グロープラグ断線検出と、失火判
定（燃焼不良の判定）と、噴射ノズル作動タイミングの
不良検出とを全て実施する構成としたが（前記図４のフ
ロー参照）、この構成を変更してもよい。例えば上記３
つの異常検出処理のうち、１つ若しくは２つを実施する
構成にて具体化してもよい。

【００７０】上記実施の形態では、失火判定時や噴射ノ
ズル作動タイミングの不良検出時において、同一気筒で
の複数回データの平均値を判定パラメータとしたが、単
一値にて判定を行うように変更してもよい。この場合、
異常発生が複数回検出された後、異常フラグをセットす
るとよい。また、失火判定時や噴射ノズル作動タイミン
グの不良検出時において、同一気筒で複数回にわたり判
定パラメータを計測する場合に、過去数回分のなまし演
算により判定パラメータを求めるようにしてもよい。

【００７１】気筒毎の失火判定に際し、その時々の燃焼
気筒のイオン電流レベルと他の気筒のイオン電流レベル
とを比較してその比較結果から燃焼不良を検出する。例
えば第１気筒（＃１）の失火判定時には、その判定値を
他の気筒のイオン電流レベルの平均値から算出する（次
の（１）式）。

【００７２】＃１判定値＝Ｋ・（ＡＤ１(#2)＋ＡＤ１(#3)＋ＡＤ１(#4)）／３・・・（１）但し、Ｋは運転条件に応じて決まる所定値である。他の
第２〜第４気筒についても同様の手順にて失火判定値
（＃２判定値，＃３判定値，＃４判定値）を算出する。
この場合、エンジン運転条件の違いによるイオン電流レ
ベルの検出誤差が最小限に抑制でき、精度の良い異常検
出が実施できる。

【００７３】上記実施の形態では、失火判定に際し、Ｃ
ＰＵ３１に取り込まれるＡＤ１入力を用いたが、この構
成を変更してもよい。例えば燃焼イオン電流のピーク値
を逐次検出し、そのピーク値から失火判定や燃料量不足
による燃焼不良の判定を実施する。この場合、イオン電
流検出回路２３の出力側にピークホールド回路を設け、
そのピークホールド回路の出力をＣＰＵ３１に取り込む
ようにする。そして、ピーク値と所定の判定値とを比較
して失火を判定したり、燃料量不足による燃焼不良を判
定したりする。

【００７４】本発明が適用されるディーゼルエンジン
は、いわゆる直噴式エンジンでも、又は副室噴射式エン
ジンでもよい。また本発明は、単気筒ディーゼルエンジ
ンや、４気筒以外の多気筒ディーゼルエンジンにも適用
できる。多気筒エンジンに適用する場合、各気筒のグロ
ープラグ１に接続される信号線を気筒毎に設けてもよ
い。この場合、構成部材は増えるものの、単一の特定気
筒でノイズや漏れ電流が発生した際に、他の気筒への影
響が抑制される。

【００７５】グロープラグ１の形状を次のように変更し
てもよい。つまり、発熱体７とイオン検出用電極１４と
を別体とし、これらを電気的に接続する構成としてもよ
い。要は、耐熱性絶縁体８の一部に、露出電極部が設け
られた構成であればよい。また、上記実施の形態では、
オールセラミックタイプのグロープラグを使用したが、
他のグロープラグを使用してもよい。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
属線の一部に、燃焼火炎に晒されるイオン検出用電極を
電気的に接続する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ディーゼルエンジンの電子制御システムの概要
を示す全体構成図。

【図２】グロープラグの概要を示す全体構成図。

【図３】グロープラグの要部を拡大して示す断面図。

【図４】異常検出のためのメインルーチンを示すフロー
チャート。

【図５】グロープラグ断線検出のためのサブルーチンを
示すフローチャート。

【図６】失火判定のためのサブルーチンを示すフローチ
ャート。

【図７】噴射ノズル作動タイミングの不良検出のための
サブルーチンを示すフローチャート。

【図８】失火判定時のＡＤ１判定レベルと燃焼不良判定
時のＡＤ１判定レベルとを示す図。

【図９】実施の形態の作用を説明するためのタイムチャ
ート。

【符号の説明】

１…グロープラグ（セラミックグロープラグ）、７…発
熱体、８…耐熱性絶縁体、１４…電極部としてのイオン
検出用電極、２０…切換手段を構成するグローリレー、
２９…警告ランプ、３０…ＥＣＵ（電子制御装置）、３
１…グロープラグ通電不良検出手段，燃焼不良検出手
段，タイミング検出手段，作動タイミング不良検出手段
を構成するＣＰＵ、３２…ＥＥＰＲＯＭ（不揮発性記憶
素子）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０１Ｍ 15/00 Ｆ０２Ｐ 17/00 Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱体と耐熱性絶縁体の表面に露出した電
極部とが電気的に導通された構造のディーゼルエンジン
用グロープラグを使い、前記電極部に所定電圧を印加し
て検出した燃焼イオン電流を基に、ディーゼルエンジン
の異常を検出するディーゼルエンジンの異常検出装置で
あって、前記グロープラグの発熱体を加熱する発熱体加熱状態
と、当該グロープラグによりイオン電流を検出するイオ
ン電流検出状態とを切り換えるための切換手段と、前記グロープラグが発熱体加熱状態からイオン電流検出
状態に切り換えられた直後で且つ燃焼イオンの発生期間
以外の期間にてその時のイオン電流信号に含まれるリー
ク電流を求め、該求めたリーク電流からグロープラグの
通電不良を検出するグロープラグ通電不良検出手段とを
備えることを特徴とするディーゼルエンジンの異常検出
装置。
【請求項２】発熱体と耐熱性絶縁体の表面に露出した電
極部とが電気的に導通された構造のディーゼルエンジン
用グロープラグを使い、前記電極部に所定電圧を印加し
て検出した燃焼イオン電流を基に、ディーゼルエンジン
の異常を検出するディーゼルエンジンの異常検出装置で
あって、燃料噴射ノズルによる燃料噴射後の所定時期で燃焼イオ
ン電流を検出し、該検出したイオン電流レベルに基づき
燃焼不良を検出する燃焼不良検出手段を備えることを特
徴とするディーゼルエンジンの異常検出装置。
【請求項３】前記燃焼不良検出手段は、その時々のイオ
ン電流レベルに応じて失火異常と燃料噴射ノズルによる
燃料量不足の異常とを特定するものである請求項２に記
載のディーゼルエンジンの異常検出装置。
【請求項４】同一気筒で複数回にわたりイオン電流値を
計測し、その計測結果の平均値から燃焼不良を検出する
請求項２又は請求項３に記載のディーゼルエンジンの異
常検出装置。
【請求項５】多気筒エンジンに適用される異常検出装置
において、気筒毎の燃焼不良の検出に際し、その時々の燃焼気筒の
イオン電流レベルと他の気筒のイオン電流レベルとを比
較してその比較結果から燃焼不良を検出する請求項２又
は請求項３に記載のディーゼルエンジンの異常検出装
置。
【請求項６】発熱体と耐熱性絶縁体の表面に露出した電
極部とが電気的に導通された構造のディーゼルエンジン
用グロープラグを使い、前記電極部に所定電圧を印加し
て検出した燃焼イオン電流を基に、ディーゼルエンジン
の異常を検出するディーゼルエンジンの異常検出装置で
あって、燃料噴射ノズルによる燃料噴射時期とイオン電流の発生
時期とを検出するタイミング検出手段と、前記検出された燃料噴射時期及びイオン電流発生時期の
時間差に基づき、前記燃料噴射ノズルの作動タイミング
不良を検出する作動タイミング不良検出手段とを備える
ことを特徴とするディーゼルエンジンの異常検出装置。
【請求項７】同一気筒で複数回にわたり燃料噴射時期か
らイオン電流発生時期までの時間を計測し、その計測結
果の平均値から前記燃料噴射ノズルの作動タイミング不
良を検出する請求項６に記載のディーゼルエンジンの異
常検出装置。