(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次コイルと二次コイルが電磁結合された点火コイルと、一次コイルの通電動作を制御する制御部と、一次コイルの通電遮断時に二次コイルに発生する誘起電圧に基づいて点火放電して混合気を燃焼させる点火プラグと、一次コイルのコイル通電時間の目標値を、内燃機関の運転状態毎に規定する制御マップと、を有して構成され、空燃比制御を含んだ燃焼制御を実行する燃焼制御装置であって、
定常運転時における前記制御マップのコイル通電時間の目標値ＴＧは、点火コイルの発熱限界である上限値を超えない範囲で、燃料消費率が実験的に最小となる最適値ＴＭ(bst)より大きい値ＴＭ(bst)＋βに設定されており、
各点火サイクルにおいて、コイル通電時間を経過した後、混合気の燃焼状態の適否を判定する第１手段（ＳＴ５）と、
第１手段によって燃焼状態が良好であると判定されると、定常運転時の目標値ＴＧに近づくよう、その後のコイル通電時間を規定すると共に、それまでの燃焼制御を継続する第２手段（ＳＴ８〜ＳＴ９）と、
第１手段によって、燃焼状態が良好でないと判定されると、下限値を超えない範囲で、今回のコイル通電時間を減少補正して次回のコイル通電時間とする一方、良好な燃焼状態が実現されるよう、空燃比制御の制御パラメータを補正する第３手段（ＳＴ６〜ＳＴ７）と、を設けて燃費低減を実現していることを特徴とする内燃機関用の燃焼制御装置。
【請求項２】
各点火サイクルにおいて、第１手段に先行して内燃機関の運転状態が急加速時か否かを判定し、
急加速時であると判定される場合には、その点火サイクルにおけるコイル通電時間が、点火コイルの発熱限界である上限値に設定される請求項１に記載の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記制御マップの目標値は、定常運転時用と冷気始動時用とで相違しており、
冷機始動時におけるコイル通電時間の目標値ＴＧ’は、燃料消費率が実験的に最小となるコイル通電時間ＴＭ’に設定されている請求項１又は２に記載の燃焼制御装置。
【請求項４】
各点火サイクルにおいて、冷機始動時の制御をすべきか、定常運転時の制御をすべきかを判定する判定手段（ＳＴ１〜ＳＴ２）を設け、
冷機始動時に、第１手段によって燃焼状態が良好であると判定されると、冷機始動時の目標値ＴＧ’に近づくよう、その後のコイル通電時間を規定すると共に、それまでの燃焼制御を継続する継続手段（ＳＴ１７〜ＳＴ１８）と、
冷機始動時に、第１手段によって燃焼状態が良好でないと判定されると、下限値を超えない範囲で、今回のコイル通電時間を減少補正して次回のコイル通電時間とする一方、良好な燃焼状態が実現されるよう、空燃比制御の制御パラメータを補正する第４手段（ＳＴ１５〜ＳＴ１６）と、を設けている請求項１〜３の何れかに記載の燃焼制御装置。
【請求項５】
燃焼状態の適否は、燃焼室の圧力変動を示す圧力信号、内燃機関の回転数の変動量、又は、燃焼室のイオン発生を示すイオン信号に基づいて判定される請求項１〜４の何れかに記載の燃焼制御装置。
【請求項６】
前記イオン信号を検出するイオン検出回路ＩＯＮは、
第一コンデンサＣ１及び第一ツェナーダイオードＺＤ１を有し、前記点火プラグの放電時に、前記二次コイルの高電圧に基づいて前記第一ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧に対応して前記第一コンデンサＣ１が充電されるバイアス回路と、前記第一コンデンサＣ１の放電電流を検出する電流検出回路と、を有して構成され、
前記第一コンデンサＣ１の両端に、補助コンデンサＣ２及び補助ダイオードＤ１を含んだ回路を並列接続することで閉回路を形成し、
前記点火プラグの放電時に、前記補助コンデンサＣ２が充電されると共に、前記第一コンデンサＣ１が、前記補助ダイオードＤ１を経由して充電されるよう構成されている請求項５に記載の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火コイルのコイル通電時間を最適に制御して、自動車の燃費低減の効果を高めた燃焼制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃費低減の要求が益々高まっている。しかし、従来の自動車エンジンでは、点火プラグを点火放電させる点火コイルのコイル通電時間は、エンジン回転数と、バッテリ電圧とに基づいて一義的に決定されているに過ぎなかった。そして、コイル通電時間が短すぎると、点火コイルの二次出力が不足して燃焼悪化を招くので、余裕をもってコイル通電時間を長く設定するのが実情であり、具体的には、コイルの発熱限界から規定される最大の通電時間に設定されていた。そのため、この余分なコイル通電時間中の消費電力が、燃費低減の要請に反するものとなっていた。
【０００３】
ここで、燃費低減の要請に適切に応えるには、通常の運転時に加えて、ＥＧＲ制御やリーンバーン制御時にも、燃焼状態を悪化させることなく、コイル通電時間を最適に設定することが極めて重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０８３７９７号公報
【特許文献２】特開２００８−１２１５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、このような要請に応える発明は知られていない。なお、エンジン始動時の燃焼制御方法（特許文献１）や、リーンバーン運転時の燃焼制御方法（特許文献２）は知られているが、コイル通電時間を最適化しているものではない。
【０００６】
例えば、特許文献１の発明では、エンジン始動時は、クランク軸が所定角度回転する毎に回転時間を算出して、次の所定角度区間の回転時間を予測しつつ、点火開始タイミングを決定しているだけであり、コイル通電時間を最適化するものではない。
【０００７】
また、特許文献２の発明では、リーンバーン運転時に、トルク変動が所定値以下の通常時には、点火エネルギー制御によりトルク変動を抑制するものの、トルク変動が所定値を超える場合には、点火エネルギーを最大値に固定して、空燃比制御によりトルク変動を抑制しており、コイル通電時間を最適制御していない。そして、空燃比制御を採る限り、燃焼悪化時には燃料噴射量が増加するので燃費改善が望めない。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、自動車の燃費低減の要請により確実に応えることができる燃焼制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明では、一次コイルと二次コイルが電磁結合された点火コイルと、一次コイルの通電動作を制御する制御部と、一次コイルの通電遮断時に二次コイルに発生する誘起電圧に基づいて点火放電して混合気を燃焼させる点火プラグと、一次コイルのコイル通電時間の目標値を、内燃機関の運転状態毎に規定する制御マップと、を有して構成され、空燃比制御を含んだ燃焼制御を実行する燃焼制御装置であって、定常運転時における前記制御マップのコイル通電時間の目標値ＴＧは、点火コイルの発熱限界である上限値を超えない範囲で、燃料消費率が実験的に最小となる最適値ＴＭ(bst)より大きい値ＴＭ(bst)＋βに設定されており、各点火サイクルにおいて、コイル通電時間を経過した後、混合気の燃焼状態の適否を判定する第１手段（ＳＴ５）と、第１手段によって燃焼状態が良好であると判定されると、定常運転時の目標値ＴＧに近づくよう、その後のコイル通電時間を規定すると共に、それまでの燃焼制御を継続する第２手段（ＳＴ８〜ＳＴ９）と、第１手段によって、燃焼状態が良好でないと判定されると、下限値を超えない範囲で、今回のコイル通電時間を減少補正して次回のコイル通電時間とする一方、良好な燃焼状態が実現されるよう、空燃比制御の制御パラメータを補正する第３手段（ＳＴ６〜ＳＴ７）と、を設けて燃費低減を実現している。
【００１０】
各点火サイクルにおいて、第１手段に先行して内燃機関の運転状態が急加速時か否かを判定し、急加速時であると判定される場合には、その点火サイクルにおけるコイル通電時間が、点火コイルの発熱限界である上限値に設定されるのが好ましい。
【００１２】
燃焼状態の適否は、燃焼室の圧力変動を示す圧力信号、内燃機関の回転数の変動量、又は、燃焼室のイオン発生を示すイオン信号に基づいて判定されるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上記した本発明によれば、燃焼制御動作と共にコイル通電時間を制御するので燃費改善の効果を大幅に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の制御パラメータを説明する図面である。
【図２】燃焼制御装置の概略構成を図示したものである。
【図３】燃焼制御装置の動作内容を説明するフローチャートである。
【図４】イオン検出回路の動作内容を説明する図面である。
【図５】イオン検出回路の動作内容を説明する別の図面である。
【図６】イオン検出回路の動作内容を説明する更に別の図面である。
【図７】イオン検出回路の動作内容を説明する更に別の図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、４サイクルエンジンに関する実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１７】
本実施例では、完成したエンジンについて、通常の燃焼制御を実施しつつ以下の制御パラメータ（１）〜（５）を先ず特定する。なお、通常の燃焼制御には、空燃比制御に限らず、ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)制御やリーン燃焼制御など各種の燃焼制御が含まれる。
【００１８】
［（１）コイル通電時間ＴＭの下限値］
エンジン回転数Ｎｉとバッテリ電圧Ｂｊとを規定した状態（Ｎｉ，Ｂｊ）で、運転負荷を種々変化させ、各運転状態において、点火プラグが放電可能なコイル通電時間ＴＭの下限値ＴＭ（ｍｉｎ）を特定する。
【００１９】
ここで、コイル通電時間ＴＭとは、点火コイルの一次コイルの通電開始から通電終了までの経過時間を意味し、通電終了時（つまり点火コイル遮断時）に、二次コイルに発生する誘起電圧に基づいて点火プラグが点火放電する。そして、一次コイルの通電中は、一次電流がほぼ直線的に増加するので、コイル通電時間ＴＭに対応して、点火コイル遮断時における二次コイルの誘起電圧が規定される。
【００２０】
コイル通電時間の下限値を特定するための運転負荷は、例えば、吸入空気量Ｐｋで特定され、吸入空気量Ｐｋは、燃焼室の圧力を検出する筒内圧力センサや、吸気圧センサの出力値に基づいて判定される。一般に、低負荷時は、点火プラグを放電させるに要する二次コイルの誘起電圧（要求電圧）が低いが、高負荷時には、圧縮圧の増加、及び、気筒内流速の増加に対応して要求電圧が高くなる。なお、この要求電圧は、点火プラグの状態によって大きく左右されるので、使用可能であるがワースト状態の点火プラグを使用して、エンジン回転数Ｎｉとバッテリ電圧Ｂｊと吸入空気量Ｐｋとに対応して、コイル通電時間の下限値ＴＭ（ｍｉｎ）を三次元マップに特定する。
【００２１】
［（２）コイル通電時間ＴＭの上限値］
また、使用する点火コイルの発熱限界に基づいて、コイル通電時間の上限値ＴＭ（ｍａｘ）を特定する。この特定処理においては、エンジン回転数Ｎｉとバッテリ電圧Ｂｊとが規定された定常運転状態（Ｎｉ，Ｂｊ）において、コイル通電時間ＴＭを増加させて、点火コイルが発熱限界（例えば１２０℃雰囲気中、コイル温度１６０℃）に達するコイル通電時間の上限値ＴＭ（ｍａｘ）を特定する。
【００２２】
図１（ａ）は、コイル通電時間が長いほど、コイル温度が増加する状態を例示したものであり、発熱限界から通電限界が規定される。また、図１（ｂ）に示すように、エンジン回転数Ｎｉが増加すると、何れのバッテリ電圧Ｂｊにおいても通電限界が減少傾向となる。
【００２３】
［（３）コイル通電時間ＴＭの最適値］
また、エンジン回転数Ｎｉとバッテリ電圧Ｂｊとが規定された状態（Ｎｉ，Ｂｊ）で、コイル通電時間の上限値ＴＭ（ｍａｘ）と下限値ＴＭ（ｍｉｎ）の範囲内で、コイル通電時間ＴＭを変化させて、燃料消費率が最小値となるコイル通電時間の最適値ＴＭ（ｂｓｔ）を運転状態毎に特定する。なお、燃料消費率は、例えば、燃料消費率＝燃料消費量／出力トルクによって判定される（図１（ｃ）参照）。
【００２４】
ここで、運転状態は、エンジン回転数Ｎｉ、バッテリ電圧Ｂｊ、及び吸入空気量Ｐｋだけでなく、空燃比制御やＥＧＲ制御などの燃焼制御量も加味して特定される。
【００２５】
［（４）コイル通電時間ＴＭの制御目標値］
一般には、フィードバック制御におけるコイル通電時間ＴＭの制御目標値ＴＧは、上記（３）で検出した最適値ＴＭ（ｂｓｔ）に設定するのが好ましいとも考えられる。しかし、例えば、急加速動作が要求される過渡動作時に、エンジン負荷の急増に対応してコイル通電時間を上限値に変更しようとしても、最適値から上限値まで、通電時間を大幅かつ急激に変化させることはできない。これは、通電終了タイミングは、点火タイミングであって、他の動作パラメータから決定されるところ、急加速動作であると判定されたタイミングでは、そのコイル通電時間を確保するための通電開始タイミングが経過していることがあるからである。
【００２６】
そこで、本実施例では、コイル通電時間の制御目標値ＴＧは、コイル通電時間の上限値ＴＭ（ｍａｘ）と最適値ＴＭ（ｂｓｔ）との間で、実験的に確定される所定量βだけ増加させたＴＭ（ｂｓｔ）＋βに設定される。なお、目標値ＴＧと最適値ＴＭ（ｂｓｔ）との差異βの分だけ、燃費改善の効果は低減するが、定常的にコイル通電時間の上限値ＴＭ（ｍａｘ）で運転している従来機器に比べれば、大幅な燃費改善が実現される。
【００２７】
［（５）始動時におけるコイル通電時間ＴＭの最適値］
コイル温度が上昇していない始動時であって、且つ、外気温が所定値を超えていない場合には、上記した定常運転状態で特定したコイル通電時間ＴＭの上限値ＴＭ（ｍａｘ）を超えて通電時間を延ばすことができる。
【００２８】
そこで、（２）に規定されるコイル通電時間の上限値ＴＭ（ｍａｘ）にとらわれることなく、コイル通電時間の下限値ＴＭ（ｍｉｎ）を上回る範囲で、燃料消費率が最小値となるコイル通電時間の最適値ＴＭ’（ｂｓｔ）を特定する。そして、この最適値ＴＭ’（ｂｅｓｔ）を始動時の制御目標値ＴＧ’とする。
【００２９】
そして、このような始動時制御を実行する条件（冷却水温度や外気温度）と共に、始動時制御を終えるタイミングを実験的に確定しておく。ここで、始動時制御の終了タイミングは、電源電圧、回転数、外気温度、始動時からの経過時間などに基づいて決定されている。
【００３０】
以上、本実施例で使用する制御パラメータの特定方法を説明したので、次に、これらの制御パラメータに基づいて制御動作を実行する燃焼制御装置について説明する。図２に示す通り、この燃焼制御装置は、イオン検出回路ＩＯＮを設けた点火制御装置ＣＴＬと、電子制御装置(Electronic Control Unit)たるＥＣＵと、を中心に構成されている。図２に示す通り、ＥＣＵは、イオン検出回路ＩＯＮからのイオン信号の他に、各種センサからの出力信号を受けることで、エンジン回転数、バッテリ電圧、冷却水温度、外気温度などをリアルタイムに把握するよう構成されている。
【００３１】
そして、ＥＣＵは、イオン検出回路や各種センサからの出力に基づいて、空燃比制御、ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)制御、及びリーン燃焼制御など各種の燃焼制御を実行すると共に、コイル通電時間についての制御マップＭＰ０，ＭＰ１を参照して、その時々の運転状態に対応して、適宜にコイル通電時間ＴＭを制御して点火パルスＳＧを出力している。
【００３２】
なお、図２に示す点火パルスＳＧのＨレベル区間がコイル通電時間ＴＭであって、コイル通電時間ＴＭの制御では、冷機始動時には制御マップＭＰ０が使用され、その後の定常運転時には制御マップＭＰ１が使用される。各制御マップＭＰ０，ＭＰ１には、運転状態毎に、制御目標値ＴＧ，ＴＧ’と、通電上限値ＴＭ（ｍａｘ）と、通電下限値ＴＭ（ｍｉｎ）とが規定されている。運転状態は、エンジン回転数Ｎｉ、バッテリ電圧Ｂｊ、及び吸入空気量Ｐｋだけでなく、空燃比制御やＥＧＲ制御などの燃焼制御量も加味して特定されることは前記の通りである。
【００３３】
続いて、図３に示すタイムチャートに基づいてＥＣＵの制御動作を説明する。エンジンが始動されると、ＥＵＣは、最初に、始動時制御を実行するか否かを判定する（ＳＴ１）。この始動時制御は、コイル通電時間を、低温時のコイル発熱限界まで増加させることで、始動時（通常なら２〜３分）の不安定な燃焼状態を改善するものである。したがって、本実施例では、エンジンが冷えている冷機始動時には、外気温が例外的に高い場合を除き、必ず、始動時制御を実行するよう構成されている。
【００３４】
そして、ステップＳＴ１の判定がＹｅｓであれば、次に、始動制御が終了させるか否かを、各種センサからの出力信号に基づいて判定する（ＳＴ２）。なお、始動制御を終える条件は、電源電圧、エンジン回転数、外気温度、始動時からの経過時間などに基づいて一義的に決定できるよう予め規定されている。
【００３５】
そこで、始動制御を終える条件を満たす場合には、ステップＳＴ１０に移行するが、始動制御を終える条件を満たしていない場合には、初期値として規定されているか、或いは、前回の点火動作後に規定されたコイル通電時間ＴＭを把握する（ＳＴ３）。
【００３６】
ここで、点火パルスＳＧの終期は、点火プラグの点火タイミングとして一意に規定されるが、点火パルスＳＧの始期は、点火パルスの終期とコイル通電時間ＴＭとを加算して確定される。そして、確定された始期タイミングで点火パルスＳＧをＨレベルに遷移させ、コイル通電時間ＴＭ経過後（点火タイミング）に、点火パルスＳＧをＬレベルに戻す（ＳＴ３）。
【００３７】
点火パルスＳＧがＬレベルに変化すると、点火プラグが点火放電をして混合気が燃焼するので、その後、イオン信号に基づいて燃焼状態の適否を判定する（ＳＴ４〜ＳＴ５）。具体的には、イオン信号Ｖｏｕｔの波形に基づいて、正常燃焼か、緩慢燃焼か、失火状態かが判定される。
【００３８】
例えば、点火放電後の所定の判定区間における、（ａ）イオン信号の時間積分値、（ｂ）イオン信号のピーク値、又は、（ｃ）イオン信号が所定レベルを上回っている経過時間などを総合評価して燃焼状態が判定される。なお、（ａ）時間積分値が大きいこと、（ｂ）イオン信号のピーク値が高いこと、（ｃ）イオン信号が所定レベルを上回っている経過時間が長いことが、正常燃焼であることを示す判定要素となる。また、当該点火サイクルにおける判定要素だけでなく、これと近接する複数回の点火サイクルにおける判定要素も含めて総合評価するのが好適である。
【００３９】
上記のような燃焼判定の結果、燃焼状態が良好ではない場合には、冷機始動時用の制御目標値ＴＧ’を適宜に減算補正（ＴＧ’−Δ）することで、次回の点火サイクルにおけるコイル通電時間を決定する（ＳＴ６）。なお、減算補正（ＴＧ’−Δ）の結果が、通電下限値ＴＭ（ｍｉｎ）を下回る場合は、通電下限値ＴＭ（ｍｉｎ）を使用する。
【００４０】
何れにしても、制御目標値ＴＧ’は、制御マップＭＰ０の該当箇所に記憶されており、参照すべき該当箇所は、各種センサからの出力信号に基づいて特定される。なお、制御目標値ＴＧ’は、この実施例では、その運転状態におけるコイル通電時間の最適値ＴＭ’（ｂｓｔ）として規定されている。
【００４１】
このようにして、ステップＳＴ６の処理が終われば、次に、燃焼状態が良好となるよう、次回の点火サイクルの燃焼制御パラメータを決定する（ＳＴ７）。この燃焼パラメータには、空燃比が含まれており、噴射燃料を増加させる方向に燃焼制御される。そのため、次回の点火サイクルでは、燃焼状態の改善が見込めるものの、燃費が劣化する傾向となる。そこで、本実施例では、燃料増によって燃焼状態の改善が見込めることに対応して、コイル通電時間ＴＭを、最適値ＴＭ’（ｂｓｔ）から短縮方向に変更して（ＳＴ６）、無駄な電力消費を抑制して燃費向上を実現している。
【００４２】
以上、燃焼状態が良好でない場合の制御を説明したが、ステップＳＴ５の処理において、燃焼状態が良好であると判定される場合には、各種センサからの出力信号に基づいて制御マップＭＰ０の該当箇所を参照して、その時の運転状態における制御目標値ＴＧ’を特定し、この制御目標値ＴＧ’に近づくよう、次回のコイル通電時間を設定する（ＳＴ８）。また、次回の点火サイクルでは、空燃比などの燃焼制御パラメータを特に変更することなく、運転状態に応じた燃焼制御パラメータを選択する（ＳＴ９）。
【００４３】
このようにして、始動時の制御動作を実行していると、やがて、始動制御を終える条件が成立するので、その後は、ステップＳＴ１０〜ＳＴ１８の処理を繰り返す。
【００４４】
具体的には、先ず、このタイミングが過渡動作時であるか否かが判定される。ここで過渡動作時とは、それまでの運転状態から大きく変化する運転状態への移行動作時を意味し、典型的には、急加速時が該当する。
【００４５】
そして、このような移行動作時であれば、定常動作時用のコイル通電マップＭＰ１から、その運転状態における通電上限値ＴＭ（ｍａｘ）を選択して、次回のコイル通電時間ＴＭに設定する（ＳＴ１２）。そして、点火タイミングとコイル通電時間とで規定される始期タイミングに達すると、点火パルスＳＧをＨレベルに遷移させ、コイル通電時間ＴＭ経過後には、点火パルスＳＧをＬレベルに戻す（ＳＴ１２）。
【００４６】
一方、過渡動作時でない場合には、初期値として規定されているか、或いは、前回の点火動作後に規定されたコイル通電時間ＴＭを把握し（ＳＴ１１）、点火タイミングとコイル通電時間ＴＭとで規定される始期タイミングで点火パルスＳＧをＨレベルに遷移させ、コイル通電時間ＴＭ経過後に、点火パルスＳＧをＬレベルに戻す（ＳＴ１３）。
【００４７】
その後の処理は、始動時におけるステップＳＴ４〜ＳＴ９の処理とほぼ同じであり、イオン信号に基づいて燃焼状態の適否を判定して（ＳＴ１３〜ＳＴ１４）、燃焼状態が良好ではない場合には、制御目標値ＴＧを適宜に減算補正（ＴＧ−Δ）することで、次回の点火サイクルにおけるコイル通電時間を決定する（ＳＴ１５）。
【００４８】
ここで、制御目標値ＴＧは、定常運転用の制御マップＭＰ１の該当箇所に記憶されており、該当箇所は、各種センサからの出力信号に基づいて特定される。先に説明した通り、定常制御時における制御目標値ＴＧは、その運転状態におけるコイル通電時間の最適値ＴＭ（ｂｓｔ）より適宜に大きい値（＋β）に規定されているので、コイル通電時間が形式上、最適値ＴＭ（ｂｅｓｔ）に近づくことになる。
【００４９】
但し、このタイミングでは燃焼が悪化しているので、次回の点火サイクルにおいて、燃焼状態が良好となるよう、次回の点火サイクルの燃焼制御パラメータを決定する（ＳＴ１８）。この燃焼パラメータには、空燃比が含まれており、噴射燃料を増加させる方向に燃焼制御されるのは始動時の制御の場合と同じである。また、次回の点火サイクルでの燃費の劣化傾向に対応して、コイル通電時間ＴＭを短縮方向に変更して、燃費向上を図っている点も同じである。
【００５０】
一方、ステップＳＴ１４の処理において、燃焼状態が良好であると判定される場合には、各種センサからの出力信号に基づいて制御マップＭＰ１の該当箇所を参照して、その時の運転状態における制御目標値ＴＧを特定し、この制御目標値ＴＧに近づくよう、次回のコイル通電時間を設定する（ＳＴ１５）。また、次回の点火サイクルにおいては、空燃比などの燃焼制御パラメータを特に変更することなく、運転状態に応じた燃焼制御パラメータを選択する（ＳＴ１６）。これらの点も、制御目標値が異なる点を除けば、始動時における制御と同じである。
【００５１】
以上、図１に示すＥＣＵによる制御方法を説明したので、次に、図２に示す点火装置ＣＴＬについて念のため説明する。図２に示す通り、点火制御装置ＣＴＬは、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２が電磁結合された点火コイル１と、一次コイルＬ１の電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング素子２と、コンデンサＣ１及びツェナーダイオードＺＤ１を中心とするバイアス回路３と、バイアス回路３及び二次コイルＬ２に直列接続された点火プラグＰＧと、ＯＰアンプＡＭＰによる電流検出回路４とを中心に構成されている。なお、バイアス回路３、二次コイルＬ２、点火プラグＰＧ、及び電流検出回路４とで、イオン検出回路ＣＴＬを構成している。
【００５２】
スイッチング素子２は、具体的にはＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタInsulated Gate Bipolar Transistor）で構成されている。そして、ＩＧＢＴのゲート端子Ｇには、点火パルスＳＧが供給され、コレクタ端子Ｃは一次コイルＬ１を経由してバッテリ電源ＶＢに接続され、エミッタ端子Ｅはグランドに接続されている。また、ＩＧＢＴのコレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅには、ツェナーダイオードＺＤのカソード端子Ｃとアノード端子Ａが接続されている。
【００５３】
点火コイル１を構成する一次コイルＬ１と二次コイルＬ２は、コイル巻線が逆相に巻かれ、スイッチング素子２がＯＦＦ遷移して一次コイルＬ１の電流が遮断されると、二次コイルＬ２に、図示の向きの高電圧が発生するよう構成されている。その結果、点火プラグＰＧは、グランドに向けて点火放電するプラス放電が実現される。
【００５４】
バイアス回路３は、ツェナーダイオードＺＤ１及びコンデンサＣ１の並列回路と、この並列回路とグランド間に接続されるダイオードＤ１と、前記並列回路と二次コイルＬ２の低圧端子との間に接続されるダイオードＤ２と、二次コイルＬ２の低圧端子とダイオードＤ１との間に接続される抵抗Ｒ１とで構成されている。
【００５５】
図示の通り、ダイオードＤ１のアノード端子はグランドに接続され、ダイオードＤ１とツェナーダイオードＺＤ１のカソード端子が互いに接続されている。また、ダイオードＤ２とツェナーダイオードＺＤ１のアノード端子は互いに接続され、ダイオードＤ２のカソード端子は、二次コイルＬ２の低圧側端子に接続されている。
【００５６】
このバイアス回路３において、ツェナーダイオードＺＤ１は、コンデンサＣ１に充電されるバイアス電圧値を決定する素子であり、その降伏電圧Ｖｚ１としては、例えば、２５０〜３５０Ｖ程度が選択され、この実施例ではＶｚ１＝２７０Ｖとしている。そのため、コンデンサＣ１は、イオン電流検出時に、約２７０Ｖのバイアス電源として機能する。コンデンサＣ１は、そのコストや設置スペースなども考慮した上で、バイアス電源として適切に機能するよう０．００５〜０．０３５μＦ程度のキャパシタンス値が選択され、実施例では、０．０１５μＦに設定されている。
【００５７】
次に、電流検出回路４は、ＯＰアンプＡＭＰと、入力抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ２の並列回路と、検出抵抗Ｒ３と、ツェナーダイオードＺＤ２とを有して構成されている。ここで、コンデンサＣ２は、高周波成分に対する合成インピーダンスを抑制するバイパスコンデンサとして機能する。また、ツェナーダイオードＺＤ２は、ＯＰアンプＡＭＰなどの保護機能を発揮するべく、その降伏電圧が７．５Ｖ程度に設定されている。
【００５８】
ＯＰアンプＡＭＰは、単一電源で動作しており、非反転入力端子がグランドに接続されている。そして、ＯＰアンプＡＭＰの出力端子から、イオン電流の検出信号Ｖｏｕｔが出力される。
【００５９】
図示の通り、ツェナーダイオードＺＤ２のカソード端子は、ＯＰアンプＡＭＰの反転入力端子に接続され、アノード端子はグランドに接続されている。また、入力抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ２の並列回路の一方側は、ＯＰアンプＡＭＰの反転入力端子に接続され、他方側は、コンデンサＣ１と、ツェナーダイオードＺＤ１及びダイオードＤ２のアノード端子に接続されている。
【００６０】
また、ＯＰアンプＡＭＰの反転入力端子と出力端子の間に、検出抵抗Ｒ３が接続され、検出抵抗Ｒ３→入力抵抗Ｒ２の経路で検出電流ｉが流れるよう構成されている。そのため、ＯＰアンプＡＭＰの出力端子からは、Ｒ３＊ｉの正レベルの検出信号Ｖｏｕｔが出力される。
【００６１】
以上の構成からなるイオン電流検出装置は、スイッチング素子２に供給される点火パルスＳＧに制御されて動作する。図２に示す通り、点火パルスＳＧは、タイミングｔ０でＨレベルに立上り、タイミングｔ１でＬレベルに立下がる。そして、点火パルスＳＧのＨレベル期間だけ一次コイルＬ１に電流が流れ、その間に点火コイル１に磁気エネルギーが蓄積される。その後、タイミングｔ１で、一次コイルＬ１の電流が遮断されると、二次コイルＬ２に高レベルの誘起電圧が発生して、点火プラグＰＧが点火放電する。
【００６２】
図４（ａ）は、この点火放電時の電流経路を図示したものである。すなわち、タイミングｔ１に、二次コイルＬ２に誘起電圧が発生して、ダイオードＤ１→ツェナーダイオードＺＤ１→ダイオードＤ２の第１経路（ａ）と、ダイオードＤ１→コンデンサＣ１→ダイオードＤ２の第２経路（ｂ）と、ダイオードＤ１→抵抗Ｒ１の第３経路（ｃ）と、検出抵抗Ｒ３やツェナーダイオードＺＤ２→抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ２の並列回路→ダイオードＤ２の第４経路（ｄ）とを経由して、点火プラグＰＧの点火放電電流が流れる。なお、以下の説明では、各経路（ａ）〜（ｃ）の電流をＩ１〜Ｉ４とする。
【００６３】
この放電動作時の等価回路は、図４（ｂ）に示す通りであり、ダイオードＤ２、ダイオードＤ１、及びツェナーダイオードＺＤ２の順方向電圧降下を何れも無視すると、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１、及び抵抗Ｒ２が、ツェナーダイオードＺＤ１に並列接続された回路構成となる。
【００６４】
ここで、一次コイルＬ１の通電中に点火コイル１に蓄積されたエネルギーを効果的に使用して、コンデンサＣ１に十分な充電電流を流すには、充電電流のバイパス路を形成する抵抗Ｒ１や抵抗Ｒ２の抵抗値を高く設定するのが望ましい。一方、イオン電流検出時には、図６に示す経路でイオン電流が流れるので、抵抗Ｒ１や抵抗Ｒ２の抵抗値をあまり高く設定すると、イオン電流のレベルが低下して、ノック信号を識別できない。そのため、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の抵抗値を最適に設定する必要がある。
【００６５】
ここで、コンデンサＣ１の充電電荷をＱとし、第２経路の電流を便宜上一定値Ｉ２とし、点火放電電流Ｉ（＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）による点火放電時間をＴとすると、Ｉ２＝Ｑ／Ｔ＝Ｃ１×Ｖｚ１／Ｔの関係式が成立する。なお、Ｖｚ１は、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧であり、この実施例では２７０Ｖとなっている。
【００６６】
また、第３経路と第４経路の並列合成抵抗Ｒ０と、点火プラグＰＧの点火放電電流Ｉと、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧Ｖｚと、点火放電時間Ｔとの間には、Ｒ０＝Ｖｚ／（Ｉ−Ｃ１×Ｖｚ／Ｔ−Ｉ１）の関係式が成立する。ここで、第１経路の電流Ｉ１は、ツェナーダイオードＺＤ１の特性から規定され、点火放電電流Ｉや放電時間Ｔは、他の設計パラメータから規定されるので、これらを総合評価すると、好ましい並列合成抵抗Ｒ０は、３５ＫΩ〜１００ＫΩとなる。
【００６７】
そして、点火プラグＰＧの残留電荷の放電時の動作（図５参照）や、スイッチング素子のＯＮ遷移時の動作（図７参照）を考慮すると、抵抗Ｒ１の両端電圧が低い方が好ましい。そこで、この点も考慮して、この実施例では、Ｒ１＝６２ＫΩ、Ｒ２＝２００ＫΩとしている。この場合のＲ１とＲ２の並列合成抵抗Ｒ０は、４７ＫΩ程度であり、点火放電時におけるコンデンサＣ１の充電電流Ｉ２が、それほどバイパスされることはなく、コンデンサＣ１は２７０Ｖレベルまで素早く充電される。また、イオン電流検出時の直列合成抵抗Ｒ１＋Ｒ２が２６２ＫΩであり、イオン電流やノック信号の検出性能に悪影響を与えることもない。
【００６８】
また、抵抗Ｒ２にはバイパスコンデンサＣ２が接続されているので高周波信号に対するインピーダンスは抑制される。なお、コンデンサＣ２のキャパシタンス値は、抵抗Ｒ２の抵抗値（２００ＫΩ）やイオン信号など周波数との関係で１００ｐＦに設定されている。
【００６９】
以下、点火放電後の動作について、図５〜図７に基づいて確認的に説明する。図４（ａ）に示す経路による点火放電動作が終了すると、その後は、図５に示す動作が開始される。すなわち、図５に示すように、点火プラグＰＧ→二次コイルＬ２→抵抗Ｒ１→コンデンサＣ１→抵抗Ｒ２→ツェナーダイオードＺＤ２→グランドなどの経路で電流が流れて、点火プラグＰＧの両端電圧が急激に低下する。このとき、コンデンサＣ１のバイアス電圧は、残留電荷の放電動作に起因して増加傾向となる。
【００７０】
このようにして、点火プラグＰＧの両端電圧は素早く降下して残留エネルギーが放電されるが、点火プラグＰＧの両端電圧が所定レベルまで降下すると、その後は、図６に示す経路でイオン電流が流れる。すなわち、図６に示すように、入力抵抗Ｒ２→コンデンサＣ１→抵抗Ｒ１→二次コイルＬ２→点火プラグＰＧの経路でイオン電流ｉが流れ、ＯＰアンプＡＭＰからはイオン電流ｉに、ほぼ比例する検出電圧Ｖｏｕｔ＝ｉ＊Ｒ３が得られる。
【００７１】
このように、この実施例では、プラス放電を実現するものの、イオン電流を迅速に検出することができる。また、波形ダレが生じず、且つ、コロナ放電の影響も受けない。なお、これらの効果は、実験的に実証されている。
【００７２】
最後に、図７に基づいてタイミングｔ０の動作を確認する。スイッチング素子２のＯＮ遷移時には、図７の経路で電流が流れる。すなわち、二次コイルＬ２に発生する図示の向きの誘起電圧に基づいて、二次コイルＬ２→抵抗Ｒ１→コンデンサＣ１→抵抗Ｒ２の経路で電流が流れる。そして、この実施例では、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の並列合成抵抗Ｒ０を３５ＫΩ〜１００ＫΩの範囲において、抵抗Ｒ１＜＜抵抗Ｒ２の抵抗値に設定しているので、その分だけ、抵抗Ｒ１の低圧側端子の電位が増加する。しかし、抵抗Ｒ２→抵抗Ｒ３の電流経路とは別に、抵抗Ｒ２→ツェナーダイオードＺＤ２のバイパス経路でも電流が流れるので、ダイオードＤ１に大電圧が加わることがなく、また、ＯＰアンプも保護される。
【００７３】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、具体的な回路構成は、何ら本発明を限定するものではない。例えば、実施例のようにＣ２を抵抗Ｒ２に並列すると共に、抵抗Ｒ１にもバイパスコンデンサを並列接続しても良い。
【００７４】
また、必ずしもイオン信号に基づいて、燃焼状態を把握する必要はなく、例えば、燃焼室の圧力変動を示す圧力信号、内燃機関の回転数の変動量などに基づいて燃焼状態を把握しても良い。この場合、筒内圧センサを設け、その圧力信号の推移から図示平均有効圧を算出して算出値に基づいて燃焼状態を判定するのが簡易的である。また、回転数センサを設け、その出力信号が、閾値を超えて変動するか否かによって燃焼状態を判定しても良い。
【符号の説明】
【００７５】
ＭＰ１      制御マップ
ＥＣＵ      制御部
ＴＧ        目標値
ＳＴ１３〜ＳＴ１４    判定手段
ＳＴ１８，ＳＴ１９    燃焼制御手段
ＳＴ１５，ＳＴ１７，ＳＴ１１    通電制御手段
【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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