(57)【要約】【課題】イオン電流にノイズ成分が重畳しても、燃焼状態の誤判定が生じることを抑制できる内燃機関の制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】イオン電流に基づいて、各燃焼の燃焼状態を判定する燃焼状態判定処理において、処理期間内のイオン電流の最小値Ｉｍｉｎを算出し、イオン電流の最小値Ｉｍｉｎが、予め設定された判定禁止閾値Ｔｈｊｐ以下になっている時点では、燃焼状態の判定を禁止する内燃機関の制御装置及び制御方法。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、前記点火プラグに点火エネルギーを供給する点火コイルと、前記点火プラグの放電電極に流れるイオン電流に応じた出力信号を出力するイオン電流検出回路と、を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記イオン電流検出回路の出力信号に基づいて、前記混合気の燃焼により発生した前記イオン電流を検出するイオン電流検出部と、
各燃焼の燃焼期間に対応して設定された判定期間の前記イオン電流に基づいて、各燃焼の燃焼状態を判定する燃焼状態判定部と、を備え、
前記燃焼状態判定部は、前記判定期間の各時点において、処理期間内の前記イオン電流の最小値を算出し、前記イオン電流の最小値が、予め設定された判定禁止閾値以下になっている時点では、燃焼状態の判定を禁止する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃焼状態判定部は、前記判定期間の各時点において、前記処理期間内の前記イオン電流の統計処理値を算出し、前記イオン電流の最小値が前記判定禁止閾値より大きくなっている各時点の前記統計処理値に基づいて、各燃焼の燃焼状態を判定する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃焼状態判定部は、前記統計処理値として、前記処理期間内の前記イオン電流の平均値、又は前記処理期間内の前記イオン電流の最大値及び最小値の中間値を算出する請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記処理期間は、前記イオン電流に重畳する周期的なノイズ成分の１周期以上の期間に設定される請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃焼状態判定部は、前記点火コイルに供給される電源電圧に重畳する周期的なノイズ成分の１周期以上の期間を、前記処理期間に設定する請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記燃焼状態判定部の燃焼状態の判定結果に基づいて燃焼状態を制御する燃焼状態制御部を更に備えている請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、前記点火プラグに点火エネルギーを供給する点火コイルと、前記点火プラグの放電電極に流れるイオン電流に応じた出力信号を出力するイオン電流検出回路と、を備えた内燃機関の制御方法であって、
前記イオン電流検出回路の出力信号に基づいて、前記混合気の燃焼により発生した前記イオン電流を検出するイオン電流検出ステップと、
各燃焼の燃焼期間に対応して設定された判定期間の前記イオン電流に基づいて、各燃焼の燃焼状態を判定する燃焼状態判定ステップと、を実行し、
前記燃焼状態判定ステップでは、前記判定期間の各時点において、処理期間内の前記イオン電流の最小値を算出し、前記イオン電流の最小値が、予め設定された判定禁止閾値以下になっている時点では、燃焼状態の判定を禁止する内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン電流に基づいて燃焼状態を判定する内燃機関の制御装置及び制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、点火プラグの放電電極に流れるイオン電流に基づいて、プリイグニッション、ノッキング等の燃焼状態を判定する内燃機関の制御装置が知られている。例えば、下記の特許文献１の技術では、点火プラグの火花放電による点火時期より前に、イオン電流の発生が検出された場合は、強度の大きいプリイグニッションが発生したと判定するように構成されている。
【０００３】
また、下記の特許文献２の技術では、点火時期後のイオン電流の発生終了時期を判定し、発生終了時期に基づいてプリイグニッションの強度を判定するように構成にされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−６８７７４号公報
【特許文献２】特開２００９−５７９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、点火コイルに供給される電源電圧に重畳しているノイズ成分に応じたノイズ成分がイオン電流の検出値に重畳し、イオン電流のノイズ成分の振幅が大きくなる場合がある。この場合は、特許文献１、２の技術のように、イオン電流に基づいて、プリイグニッションの強度等の燃焼状態の判定を行うと誤判定を生じるおそれがある。
【０００６】
そこで、イオン電流にノイズ成分が重畳しても、燃焼状態の誤判定が生じることを抑制できる内燃機関の制御装置及び制御方法が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、前記点火プラグに点火エネルギーを供給する点火コイルと、前記点火プラグの放電電極に流れるイオン電流に応じた出力信号を出力するイオン電流検出回路と、を備えた内燃機関の制御装置であって、前記イオン電流検出回路の出力信号に基づいて、前記混合気の燃焼により発生した前記イオン電流を検出するイオン電流検出部と、各燃焼の燃焼期間に対応して設定された判定期間の前記イオン電流に基づいて、各燃焼の燃焼状態を判定する燃焼状態判定部と、を備え、前記燃焼状態判定部は、前記判定期間の各時点において、処理期間内の前記イオン電流の最小値を算出し、前記イオン電流の最小値が、予め設定された判定禁止閾値以下になっている時点では、燃焼状態の判定を禁止するものである。
【０００８】
また、本発明に係る内燃機関の制御方法は、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、前記点火プラグに点火エネルギーを供給する点火コイルと、前記点火プラグの放電電極に流れるイオン電流に応じた出力信号を出力するイオン電流検出回路と、を備えた内燃機関の制御方法であって、前記イオン電流検出回路の出力信号に基づいて、前記混合気の燃焼により発生した前記イオン電流を検出するイオン電流検出ステップと、各燃焼の燃焼期間に対応して設定された判定期間の前記イオン電流に基づいて、各燃焼の燃焼状態を判定する燃焼状態判定ステップと、を実行し、前記燃焼状態判定ステップでは、前記判定期間の各時点において、処理期間内の前記イオン電流の最小値を算出し、前記イオン電流の最小値が、予め設定された判定禁止閾値以下になっている時点では、燃焼状態の判定を禁止するものである。
【発明の効果】
【０００９】
イオン電流に重畳しているノイズ成分の振幅が大きい場合は、イオン電流の真値が低下した場合に、イオン電流の振動成分の下側部分が０に到達し、燃焼状態の誤判定を生じるおそれがある。本発明に係る内燃機関の制御装置及び制御方法によれば、イオン電流の最小値が判定禁止閾値以下になっている時点では、イオン電流のノイズ成分の振幅が大きい状態で、イオン電流の真値が低下している場合が含まれるものとして、その時点での燃焼状態の判定を禁止し、燃料状態が誤判定されることを抑制できる。よって、イオン電流にノイズ成分が重畳しても、燃焼状態の誤判定が生じることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るイオン電流検出回路、点火プラグ、及び点火コイルの概略的な回路図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る制御装置のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るイオン電流の検出値に重畳するノイズ成分を説明するためのタイムチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１に係るノイズ成分が重畳していないと仮定した場合の、各燃焼状態のイオン電流のイメージを示すタイムチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１に係るノイズ成分による統計処理値の０からの浮きを説明するためのタイムチャートである。
【図７】課題を説明するための、ノイズ振幅が大きい場合に生じる、イオン電流の発生終了時期の誤判定を説明するタイムチャートである。
【図８】課題を説明するための、ノイズ振幅が小さい場合に行われる、イオン電流の発生終了時期の正常判定を説明するタイムチャートである。
【図９】課題を説明するための、ノイズ振幅が大きい場合に生じる、イオン電流の発生開始時期の誤判定を説明するタイムチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る、ノイズ振幅が大きい場合に行われる、イオン電流の発生終了時期の判定禁止を説明するタイムチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る、ノイズ振幅が小さい場合に行われる、イオン電流の発生終了時期の正常判定を説明するタイムチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る、ノイズ振幅が大きい場合に行われる、イオン電流の発生開始時期の判定禁止を説明するタイムチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態１に係る制御装置の処理を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
実施の形態１に係る内燃機関１の制御装置５０（以下、単に制御装置５０と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る内燃機関１の概略構成図である。なお、本実施の形態に係る内燃機関１は、複数の燃焼室２５及びピストン５を備えているが、図１には便宜上、１つの燃焼室２５のみを示している。内燃機関１及び制御装置５０は、車両に搭載され、内燃機関１は、車両（車輪）の駆動力源となる。
【００１２】
１．内燃機関１の構成
まず、内燃機関１の構成について説明する。内燃機関１は、空気と燃料の混合気を燃焼する複数の燃焼室２５（例えば、４つの燃焼室２５）を有している。燃焼室２５は、シリンダ（気筒）とピストン５により構成されている。以下では、燃焼室２５を気筒とも称す。内燃機関１は、各燃焼室２５に空気を供給する吸気路２３と、各燃焼室２５で燃焼した排気ガスを排出する排気路１７とを備えている。内燃機関１は、吸気路２３を開閉するスロットルバルブ６を備えている。スロットルバルブ６は、制御装置５０により制御される電気モータにより開閉駆動される電子制御式スロットルバルブとされている。スロットルバルブ６には、スロットルバルブ６の開度に応じた電気信号を出力するスロットル開度センサ７が設けられている。
【００１３】
吸気路２３の最上流部には、吸気路２３に吸入された空気を浄化するエアクリーナ２４が設けられている。スロットルバルブ６の上流側の吸気路２３には、吸気路２３に吸入される吸入空気流量に応じた電気信号を出力するエアフローセンサ３が設けられている。スロットルバルブ６の下流側の吸気路２３の部分は、吸気マニホールド１１とされており、複数の燃焼室２５に連結されている。吸気マニホールド１１の上流側の部分は、吸気脈動を抑制するサージタンクとされている。
【００１４】
吸気マニホールド１１には、吸気マニホールド１１内の気体の圧力であるマニホールド圧に応じた電気信号を出力するマニホールド圧センサ８が設けられている。なお、エアフローセンサ３及びマニホールド圧センサ８の何れか一方のみが設けられてもよい。吸気マニホールド１１の下流側の部分である吸気ポートには、燃料を噴射するインジェクタ１３が設けられている。なお、インジェクタ１３は、燃焼室２５内に直接燃料を噴射するように設けられてもよい。
【００１５】
各燃焼室２５の頂部には、燃焼室２５内の空気と燃料の混合気に点火する点火プラグ１８と、点火プラグ１８に点火エネルギーを供給する点火コイル１６と、が設けられている。また、各燃焼室２５の頂部には、吸気路２３から燃焼室２５内に吸入される吸入空気量を調節する吸気バルブ１４と、燃焼室２５内から排気路１７に排出される排気ガス量を調節する排気バルブ１５と、が設けられている。吸気バルブ１４には、そのバルブ開閉タイミングを可変にする吸気可変バルブタイミング機構が設けられている。排気バルブ１５には、そのバルブ開閉タイミングを可変にする排気可変バルブタイミング機構が設けられている。吸気及び排気可変バルブタイミング機構１４、１５は、それぞれ、バルブの開閉タイミングの位相角を変更する電動アクチュエータを有している。電動アクチュエータは、位相角を変更する電動モータとされている。
【００１６】
内燃機関１のクランク軸には、外周に予め定められた角度間隔で複数の歯が設けられた信号プレートが設けられている。クランク角センサ９は、クランク軸の信号プレートの歯に対向して気筒ブロックに固定されており、歯の通過に同期したパルス信号を出力する。図示は省略するが、内燃機関１のカム軸には、外周に予め定められた角度間隔で複数の歯が設けられた信号プレートが設けられている。カム角センサ１０は、カム軸の信号プレートの歯に対向して固定されており、歯の通過に同期したパルス信号を出力する。制御装置５０は、クランク角センサ９及びカム角センサ１０の２種類の出力信号に基づいて、各ピストン５の上死点を基準としたクランク角度を検出すると共に、各燃焼室２５の行程を判別する。
【００１７】
＜イオン電流検出回路１９、点火コイル１６、点火プラグ１８＞
また、各点火プラグ１８の放電電極１８１に流れる電流に応じた出力信号を出力するイオン電流検出回路１９が設けられている。複数の燃焼室２５のそれぞれに、イオン電流検出回路１９、点火コイル１６、及び点火プラグ１８が１つずつ備えられている。本実施の形態では、点火コイル１６及びイオン電流検出回路１９は、一体構成されている。
【００１８】
図２に、１つの燃焼室２５に設けられたイオン電流検出回路１９、点火コイル１６、及び点火プラグ１８の回路構成図を示す。点火プラグ１８は、燃焼室２５内に配置され、火花放電を発生させる放電電極１８１を備えている。点火コイル１６は、直流電源２８からの電力が供給される１次コイル１６１と、１次コイル１６１よりも巻き数が多く、点火プラグ１８に供給する高圧電圧を発生させる２次コイル１６２とを備えている。１次コイル１６１と２次コイル１６２とは、共通のコア１６６に巻装されている。１次コイル１６１、２次コイル１６２、及びコア１６６は、昇圧トランスを構成している。点火コイル１６は、直流電源２８から１次コイル１６１への通電をオン又はオフするイグナイタ１６３としてのスイッチング素子を備えている。
【００１９】
１次コイル１６１の一端は、直流電源２８の正極に接続され、１次コイル１６１の他端は、イグナイタ１６３を介して、グランド（直流電源２８の負極）に接続されている。イグナイタ１６３が制御装置５０によりオンオフ制御されることにより、直流電源２８から１次コイル１６１への通電がオン又はオフされる。直流電源２８から１次コイル１６１に供給される電源電圧を検出する電源電圧センサ２７が備えられている。２次コイル１６２の一端は、点火プラグ１８の放電電極１８１を介してグランドに接続され、２次コイル１６２の他端は、イオン電流検出回路１９の２つのダイオード１９１、１９２を介してグランドに接続されている。
【００２０】
イオン電流検出回路１９は、２次コイル１６２の他端とグランドとの間に互いに逆向きに直列接続されたツェナーダイオード１９１及びダイオード１９２と、ツェナーダイオード１９１に並列接続されたコンデンサ１９３と、イオン電流に応じた電圧を増幅して、イオン電流検出回路１９の出力信号として出力する増幅回路１９４と、を備えている。
【００２１】
コンデンサ１９３は、その電極間電圧が、ツェナーダイオード１９１の降伏電圧（バイアス電圧）に到達するまで、火花放電期間中に放電電極１８１を流れる放電電流により充電される。コンデンサ１９３のバイアス電圧は、火花放電期間以外で、点火プラグ１８の放電電極１８１に印加され、混合気が燃焼する際に発生したイオンがイオン電流として、放電電極１８１を流れる。その結果、イオン電流に応じた電流が、増幅回路１９４内の抵抗を介してコンデンサ１９３に流れ、増幅回路１９４内の抵抗の両端電圧は、イオン電流に応じた電圧になる。そして、増幅回路１９４内の抵抗の両端電圧が、増幅回路１９４内のオペアンプにより増幅され、出力信号として制御装置５０に出力される。
【００２２】
イオン電流検出回路１９は、正側のイオン電流を検出するように構成されており、負側のイオン電流を検出することができない。例えば、イオン電流検出回路１９には、コンデンサ１９３からイオン電流検出回路１９内の抵抗に流れる方向の電流を阻止するダイオードが備えられている。また、制御装置５０のＡ／Ｄ変換器は、負側のイオン電流に対応するイオン電流検出回路１９の出力信号を変換しない。
【００２３】
２．制御装置５０の構成
次に、制御装置５０について説明する。
制御装置５０は、内燃機関１を制御対象とする制御装置である。図３のブロック図に示すように、制御装置５０は、イオン電流検出部５１、燃焼状態判定部５２、燃焼状態制御部５３、及び点火制御部５４等の制御部を備えている。制御装置５０の各制御部５１〜５４等は、制御装置５０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置５０は、図１４に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りをする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。  
【００２４】
演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、
ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられて
もよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）や、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、各種のセンサやスイッチが接続され、これらセンサやスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。
【００２５】
そして、制御装置５０が備える各制御部５１〜５４等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置５０の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部５１〜５４等が用いるマップ、判定値等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。
【００２６】
本実施の形態では、入力回路９２には、エアフローセンサ３、スロットル開度センサ７、マニホールド圧センサ８、クランク角センサ９、カム角センサ１０、各燃焼室２５用の複数のイオン電流検出回路１９（本例では４つ）、アクセルポジションセンサ２６、及び電源電圧センサ２７等が接続されている。出力回路９３には、スロットルバルブ６（電気モータ）、インジェクタ１３、吸気可変バルブタイミング機構１４、排気可変バルブタイミング機構１５、及び各燃焼室２５用の複数の点火コイル１６（本例では４つ）等が接続されている。なお、制御装置５０には、図示していない各種のセンサ、スイッチ、及びアクチュエータ等が接続されている。
【００２７】
制御装置５０は、エアフローセンサ３又はマニホールド圧センサ８の出力信号等に基づいて吸入空気量を検出し、スロットル開度センサ７の出力信号に基づいてスロットル開度を検出し、アクセルポジションセンサ２６の出力信号に基づいてアクセル開度を検出する。制御装置５０は、クランク角センサ９及びカム角センサ１０の出力信号に基づいてクランク軸の角度及び回転速度、並びに吸気バルブ１４及び排気バルブ１５の開閉タイミングを検出する。
【００２８】
制御装置５０は、基本的な制御として、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、燃料噴射量、点火時期等を算出し、インジェクタ１３及び点火コイル１６等を駆動制御する。制御装置５０は、アクセル開度等に基づいて、運転者が要求している内燃機関１の出力トルクを算出し、当該要求出力トルクを実現する吸入空気量となるように、スロットルバルブ６等を制御する。具体的には、制御装置５０は、目標スロットル開度を算出し、スロットル開度が目標スロットル開度に近づくように、スロットルバルブ６の電気モータを駆動制御する。また、制御装置５０は、クランク軸（内燃機関１）の回転速度及び吸入空気量等に基づいて吸気バルブ１４及び排気バルブ１５のそれぞれの目標開閉タイミングを算出し、吸気バルブ１４及び排気バルブ１５の開閉タイミングが、それぞれの目標開閉タイミングに近づくように、吸気及び排気可変バルブタイミング機構１４、１５のそれぞれの電動アクチュエータを駆動制御する。
【００２９】
２−１．点火制御部５４
点火制御部５４は、２次コイル１６２に高圧電圧を発生させ、放電電極１８１に火花放
電を発生させるために、１次コイル１６１と直流電源２８とを通電後遮断する点火制御処理を実行する。点火制御部５４は、１次コイル１６１への通電時間と点火時期（点火クランク角度）を算出する。点火制御部５４は、通電時間の間、イグナイタ１６３をオンして、１次コイル１６１を通電させた後、点火時期で、イグナイタ１６３をオフして、１次コイル１６１への通電を遮断させ、火花放電を生じさせる。火花放電は、コア１６６に蓄積されていた磁気エネルギーが減少するまで継続する。
【００３０】
２−２．イオン電流検出部５１
イオン電流検出部５１は、イオン電流検出回路１９の出力信号に基づいて、混合気の燃焼により発生したイオン電流を検出するイオン電流検出処理を実行する。イオン電流検出部５１は、検出したイオン電流に重畳するノイズ成分の周期の１／２よりも短いサンプリング周期（例えば、ノイズ成分の周期の１／１０以下）で、イオン電流検出回路１９の出力信号をＡ／Ｄ変換する。イオン電流検出部５１は、各燃焼の燃焼期間に対応して設定された判定期間Ｔｊ、サンプリング周期毎に連続的にＡ／Ｄ変換を行い、各イオン電流の検出値を、検出した時点のクランク角度等と対応付けてＲＡＭ等の記憶装置９１に記憶する。各気筒の判定期間Ｔｊは、各気筒のピストンの上死点を基準にした所定のクランク角度間（例えば、上死点前６０°から上死点後９０°までのクランク角度間）に設定される。
【００３１】
２−３．燃焼状態判定部５２
燃焼状態判定部５２は、各燃焼の燃焼期間に対応して設定された判定期間Ｔｊ（例えば、上死点前６０°から上死点後９０°までのクランク角度間）のイオン電流に基づいて、各気筒の燃焼状態を判定する燃焼状態判定処理を実行する。燃焼状態判定部５２は、判定期間Ｔｊ後の所定のクランク角度で、記憶装置９１に記憶された判定期間Ｔｊのイオン電流の検出値に基づいて、燃焼状態の判定を行う。
【００３２】
＜イオン電流に重畳するノイズ成分＞
図４に示すように、点火コイル１６に供給される直流電源２８の電源電圧には、周期的なノイズ成分が重畳している。この電源電圧の周期的なノイズ成分は、オルタネータの発電電圧に重畳している周期的なノイズ成分、吸気及び排気可変バルブタイミング機構１４、１５の電動アクチュエータ（本例では、電動モータ）の駆動により生じた周期的なノイズ成分等により生じる。
【００３３】
電源電圧の周期的なノイズ成分が、１次コイル１６１及びコア１６６を介して、２次コイル１６２側に伝達され、イオン電流の周期的なノイズ成分としてイオン電流検出回路１９の出力信号に重畳する。電源電圧の周期的なノイズ成分の振幅が増減すると、その振幅の増減に応じて、イオン電流検出回路１９の出力信号に重畳する周期的なノイズ成分の振幅も増減する。このように、周期的なノイズ成分が重畳しているイオン電流をそのまま用いると、精度よく燃焼状態を判定できない。
【００３４】
＜統計処理によるノイズ成分の低減＞
そのため、燃焼状態判定部５２は、ノイズ成分を低減するために、判定期間Ｔｊの各時点において、処理期間ΔＴｃ内のイオン電流の統計処理値Ｉｓｔを算出するように構成されている。この構成によれば、統計処理によりイオン電流のノイズ成分を低減することができる。
【００３５】
処理期間ΔＴｃは、イオン電流に重畳する周期的なノイズ成分の１周期以上の期間（例えば、１周期の自然数倍）に設定されている。上記のように、イオン電流のノイズ成分は、電源電圧に重畳しているノイズ成分に応じている。そのため、本実施の形態では、燃焼状態判定部５２は、点火コイル１６に供給される電源電圧に重畳する周期的なノイズ成分の１周期以上の期間を、処理期間ΔＴｃに設定するように構成されている。燃焼状態判定部５２は、電源電圧センサ２７の出力信号に基づいて、電源電圧に重畳しているノイズ成分の周期を判定し、判定した電源電圧のノイズ成分の周期に、１以上に予め設定された係数（例えば、１以上の自然数）を乗算した期間を、処理期間ΔＴｃに設定する。
【００３６】
本実施の形態では、燃焼状態判定部５２は、統計処理値Ｉｓｔとして、処理期間ΔＴｃ内のイオン電流の平均値（移動平均値）、又は処理期間ΔＴｃ内のイオン電流の最大値及び最小値の中間値を算出する。
【００３７】
例えば、燃焼状態判定部５２は、処理時点ｔｐを中心とした処理期間ΔＴｃ内（ｔｐ−ΔＴｃ／２からｔｐ＋ΔＴｃ／２）にサンプリングしたイオン電流の平均値を算出する移動平均処理を、処理時点ｔｐを判定期間Ｔｊの開始時点から終了時点まで変化させて繰り返し行い、判定期間Ｔｊの各時点の平均値を算出する。
【００３８】
或いは、燃焼状態判定部５２は、処理時点ｔｐを中心とした処理期間ΔＴｃ内（ｔｐ−ΔＴｃ／２からｔｐ＋ΔＴｃ／２）にサンプリングしたイオン電流の最大値と最小値とを算出し、最大値と最小値との中間値（平均値）を算出する中間値算出処理を、処理時点ｔｐを判定期間Ｔｊの開始時点から終了時点まで変化させて繰り返し行い、判定期間Ｔｊの各時点の中間値を算出する。
【００３９】
このような統計処理を行うと、ノイズ成分が低減されたイオン電流の統計処理値Ｉｓｔを算出することができ、燃焼状態の判定を行い易くなる。
【００４０】
＜プリイグニッションの検出＞
本実施の形態では、燃焼状態判定部５２は、燃焼状態としてプリイグニッション（早期着火）の発生及び兆候を判定するように構成されている。プリイグニッションは、圧縮された混合気が、過熱した点火プラグ１８や燃焼室２５内に蓄積したカーボンスラッジを熱源にして、火花点火前に自己着火する現象である。
【００４１】
ここで、イオン電流の波形について説明する。図５に、ノイズ成分が重畳していない場合の、判定期間Ｔｊ内のイオン電流（イオン電流の真値）の波形のイメージを示す。なお、上述したように、火花放電期間中は、イオン電流の検出値は０になりイオン電流を検出できないが、図５には、火花放電期間中もイオン電流を検出できると仮定した波形を示している。正常燃焼では、イオン電流の波形には、前半及び後半の２つの山が現れる。前半の山に表れるイオン電流は、混合気が着火した後に、火炎核の成長に伴い拡大する火炎面に存在するイオンを媒体とするものと考えられ、これは、特に初期燃焼の速度や燃焼室２５内の流動強さの影響を強く受ける。よって、前半の山は、初期燃焼が活発であるほど急峻になり、そのピーク値が進角する。前半の山は、火花放電期間と重なって、イオン電流の検出値により検出できない場合がある。
【００４２】
一方、後半の山に表されるイオン電流は、前述のように燃焼反応そのものによって発生するイオンの他に、燃焼室２５の温度上昇に伴い既存ガス中に存在するＮＯｘが熱電離して発生するイオンも媒体とすると考えられ、そのピークは、燃焼室２５の温度が最高になるクランク角度に現れて、全体として燃焼が活発であるほど高くなり、燃焼が緩慢であるほど低くなる。
【００４３】
このような正常燃焼時のイオン電流の波形に対し、プリイグニッションの兆候及び発生がある場合のイオン電流の波形は、その立ち上がりが、正常燃焼に比べて進角すると共に、その発生終了時期も、正常燃焼に比べて進角する。イオン電流の発生開始時期及び発生終了時期が進角側であるほど、プリイグニッションの強度が大きくなる。また、後半の山のピークの時期が、進角側であるほど、プリイグニッションの兆候及び発生を表す強度が大きくなる。点火時期より前に、イオン電流が発生し始めると、プリイグニッションが発生しており、強度は非常に大きくなる。
【００４４】
燃焼状態判定部５２は、点火時期後、判定期間Ｔｊのイオン電流の統計処理値Ｉｓｔが、予め設定した終了判定閾値Ｔｈｊｆより低くなった時点（クランク角度）を、イオン電流の発生終了時期として判定する。そして、燃焼状態判定部５２は、判定したイオン電流の発生終了時期が、予め設定された正常燃焼時のイオン電流の発生終了時期よりも進角側になるに従って、プリイグニッションの強度が大きくなると判定する。
【００４５】
燃焼状態判定部５２は、点火時期より前に、判定期間Ｔｊのイオン電流の統計処理値Ｉｓｔが、予め設定した開始判定閾値Ｔｈｊｓより高くなった時点（クランク角度）を、イオン電流の発生開始時期として判定する。燃焼状態判定部５２は、点火時期より前に、イオン電流の発生開始時期があると判定した場合は、プリイグニッションの強度が非常に大きいと判定する。
【００４６】
＜ノイズ成分による統計処理値Ｉｓｔの０からの浮きによる誤判定＞
上述したように、負側のイオン電流を検出するように構成されていないため、図６に示すように、燃焼室２５内にイオンが生じておらず、イオン電流の真値が０である場合でも、電源電圧に周期的なノイズ成分が重畳すると、イオン電流の検出値は、０から振幅の１／２の間を振動する。すなわち、ノイズ成分の振幅の負側の半分は、イオン電流として検出されない。よって、イオン電流の検出値にノイズ成分が重畳していると、燃焼室２５内のイオン発生量が低く、イオン電流の真値が０付近である場合でも、イオン電流の移動平均値又は中央値等の統計処理値Ｉｓｔは、ノイズ成分の振幅の１／４程度になり、０から浮く。
【００４７】
電源電圧のノイズ成分の振幅が増加し、イオン電流のノイズ成分の振幅が増加した場合は、振幅の増加に応じて、イオン電流の統計処理値Ｉｓｔの０からの浮き幅も増加する。ノイズ成分の振幅は、一定ではなく不規則に大きく変動するため、ノイズ成分の振幅の変動に応じて、統計処理値Ｉｓｔの０からの浮き幅も変動する。
【００４８】
例えば、図７に示すように、イオン電流の後半の山が終了し、イオン電流の真値が０付近に低下しても、ノイズ成分の振幅が偶然に大きい場合は、統計処理値Ｉｓｔの０からの浮き幅が大きくなり、統計処理値Ｉｓｔが終了判定閾値Ｔｈｊｆを下回らず、イオン電流の発生終了時期を判定できない。その後、ノイズ成分の振幅が偶然に小さくなると、統計処理値Ｉｓｔの０からの浮き幅が小さくなり、統計処理値Ｉｓｔが終了判定閾値Ｔｈｊｆを下回り、イオン電流の発生終了時期と判定される。このように、ノイズ成分の振幅の不規則な変動時期が、イオン電流の発生終了時期と誤判定されてしまう。これに対して、ノイズ成分の振幅が最大になる場合に合わせて、終了判定閾値Ｔｈｊｆを大きい値に設定することも考えられが、ノイズ成分の振幅の最大値はイオン電流の山のピークに比べて小さくないため、終了判定閾値Ｔｈｊｆが大きくなりすぎ、イオン電流の発生終了時期を精度よく判定できなくなる。
【００４９】
一方、図８に示すように、ノイズ成分の振幅の変動パターンは、燃焼毎に変化するので、イオン電流の真値が０付近に低下したときに、ノイズ成分の振幅が小さい場合もあり、統計処理値Ｉｓｔの０からの浮き幅が小さくなり、統計処理値Ｉｓｔが終了判定閾値Ｔｈｊｆを下回り、正常にイオン電流の発生終了時期を判定できる場合もある。よって、正常判定できる回の燃焼の判定結果を用いればよい。
【００５０】
以上のように、イオン電流の真値が０付近に低下したにもかかわらず、イオン電流の発生終了時期を判定できていない場合は、判定を継続するとノイズ成分の振幅の変動時期が
、イオン電流の発生終了時期と誤判定されるおそれがあるため、この回の燃焼の燃焼状態の判定を中止することが考えられる。一方、イオン電流の真値が０付近に低下するまでに、イオン電流の発生終了時期を判定できている場合は、判定時期のノイズ成分の振幅が小さく正常判定できていると考えられる。
【００５１】
また、図９に示すように、点火時期の前において、イオン電流の真値が０付近である状態で、ノイズ成分の振幅が増加した場合は、統計処理値Ｉｓｔの浮き幅が増加し、統計処理値Ｉｓｔが開始判定閾値Ｔｈｊｓを上回り、イオン電流の発生開始時期と誤判定されるおそれがある。
【００５２】
＜イオン電流の最小値Ｉｍｉｎによる判定禁止処理＞
そこで、燃焼状態判定部５２は、判定期間Ｔｊの各時点において、処理期間ΔＴｃ内のイオン電流の最小値Ｉｍｉｎを算出し、イオン電流の最小値Ｉｍｉｎが、予め設定された判定禁止閾値Ｔｈｊｐ以下になっている時点では、燃焼状態の判定を禁止する判定禁止処理を実行するように構成されている。
【００５３】
例えば、燃焼状態判定部５２は、処理時点ｔｐを中心とした処理期間ΔＴｃ内（ｔｐ−ΔＴｃ／２からｔｐ＋ΔＴｃ／２）にサンプリングしたイオン電流の最小値Ｉｍｉｎを算出する最小値算出処理を、処理時点ｔｐを判定期間Ｔｊの開始時点から終了時点まで変化させて繰り返し行い、判定期間Ｔｊの各時点の最小値Ｉｍｉｎを算出する。
【００５４】
燃焼状態判定部５２は、イオン電流の最小値Ｉｍｉｎが判定禁止閾値Ｔｈｊｐより大きくなっている各時点の統計処理値Ｉｓｔに基づいて、各燃焼の燃焼状態を判定する。本実施の形態では、燃焼状態判定部５２は、イオン電流の最小値Ｉｍｉｎが判定禁止閾値Ｔｈｊｐより大きくなっている各時点の統計処理値Ｉｓｔに基づいて、上記のように、イオン電流の発生終了時期及び発生開始時期を判定するように構成されている。判定禁止閾値Ｔｈｊｐは、終了判定閾値Ｔｈｊｆ及び開始判定閾値Ｔｈｊｓより小さい値に設定されている。
【００５５】
この構成によれば、イオン電流の最小値Ｉｍｉｎが判定禁止閾値Ｔｈｊｐ以下になった場合に、イオン電流の真値が０付近に低下していると判定でき、その場合の燃焼状態の判定を禁止できる。図７に対応する図１０に示すように、ノイズ成分の振幅が大きい場合は、イオン電流の発生終了時期が誤判定される前に、イオン電流の最小値Ｉｍｉｎが判定禁止閾値Ｔｈｊｐ以下になり、燃焼状態の判定を禁止できており、この回の燃焼の燃焼状態の判定を中止できる。一方、図８に対応する図１１に示すように、ノイズ成分の振幅が小さい場合は、イオン電流の発生終了時期が正常判定された後に、イオン電流の最小値Ｉｍｉｎが判定禁止閾値Ｔｈｊｐ以下になり、燃焼状態の判定が禁止されるため、この回の燃焼の燃焼状態の判定を実行できる。よって、誤判定となる燃焼状態の判定を行わず、正常判定となる燃焼状態の判定を行うことができる。燃焼毎及び各時点で、不規則にノイズ成分の振幅は変動するため、今回の燃焼で燃焼状態の判定を行えなくても、次回の燃焼で燃焼状態の判定を行える等、間欠的に燃焼状態の判定を行える。そのため、間欠的な燃焼状態の判定結果に基づいて、後述する燃焼状態制御を行うことができる。
【００５６】
図９に対応する図１２に示すように、点火時期の前において、イオン電流の真値が０付近である状態で、ノイズ成分の振幅が増加しても、イオン電流の最小値Ｉｍｉｎが判定禁止閾値Ｔｈｊｐ以下であるため、燃焼状態の判定が禁止されており、イオン電流の発生開始時期と誤判定されることを防止できている。
【００５７】
２−４．燃焼状態制御部５３
燃焼状態制御部５３は、燃焼状態判定部５２の燃焼状態の判定結果に基づいて燃焼状態
を制御する燃焼状態制御処理を実行する。本実施の形態では、燃焼状態制御部５３は、燃焼状態判定部５２により判定されたプリイグニッションの強度に応じて、プリイグニッションの発生を抑制するプリイグニッション抑制制御を実行する。具体的には、燃焼状態制御部５３は、プリイグニッションの強度が大きくなった場合に、充填効率の低下、及び燃料噴射の変更の一方又は双方を行う。燃料噴射の変更には、燃料カット又はリッチ化があり、燃焼状態制御部５３は、プリイグニッションの強度が閾値より大きくなった場合は燃料カットを行い、プリイグニッションの強度が閾値より小さい場合は、プリイグニッションの強度に応じてリッチ化を行う。燃焼室２５内に直接燃料を噴射するインジェクタ１３が設けられている場合は、リッチ化として圧縮行程噴射が行われてもよい。
【００５８】
燃焼状態制御部５３は、プリイグニッションの強度に応じて、充填効率（燃焼室２５内の吸入空気量）が低下するように、吸気可変バルブタイミング機構１４及び排気可変バルブタイミング機構１５の一方又は双方の位相角を変更する。
【００５９】
２−５．フローチャート
本実施の形態に係る制御装置５０の概略的な処理の手順（内燃機関１の制御方法）について、図１３に示すフローチャートに基づいて説明する。図１３のフローチャートの処理は、演算処理装置９０が記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行することにより、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
【００６０】
ステップＳ０１で、イオン電流検出部５１は、上記のように、イオン電流検出回路１９の出力信号に基づいて、混合気の燃焼により発生したイオン電流を検出するイオン電流検出処理（電流検出ステップ）を実行する。
【００６１】
ステップＳ０２で、燃焼状態判定部５２は、上記のように、各燃焼室２５の燃焼の燃焼期間に対応して設定された判定期間Ｔｊのイオン電流に基づいて、各燃焼室２５の燃焼の燃焼状態を判定する燃焼状態判定処理（燃焼状態判定ステップ）を実行する。この際、燃焼状態判定部５２は、上記のように、判定期間Ｔｊの各時点において、処理期間ΔＴｃ内のイオン電流の最小値Ｉｍｉｎを判定し、イオン電流の最小値Ｉｍｉｎが、予め設定された判定禁止閾値Ｔｈｊｐ以下になっている時点では、燃焼状態の判定を禁止する判定禁止処理を実行する。
【００６２】
ステップＳ０３で、燃焼状態制御部５３は、上記のように、燃焼状態判定部５２の燃焼状態の判定結果に基づいて燃焼状態を制御する燃焼状態制御処理（燃焼状態制御ステップ）を実行する。
【００６３】
〔その他の実施の形態〕
最後に、本発明のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００６４】
（１）上記の実施の形態１においては、燃焼状態判定部５２は、燃焼状態としてプリイグニッションの発生を判定する場合を例に説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。例えば、燃焼状態判定部５２は、燃焼状態としてノッキングの発生を判定するように構成されてもよい。例えば、燃焼状態判定部５２は、イオン電流に含まれるノッキング発生周波数帯域の成分をバンドパスフィルタ等により抽出し、抽出値に基づいてノッキングの強度を判定してもよい。この場合でも、実施の形態１と同様に、燃焼状態判定部５２は、処理期間ΔＴｃ内のイオン電流の最小値Ｉｍｉｎを判定し、イオン電流の最小値Ｉｍｉｎが、予め設定された判定禁止閾値Ｔｈｊｐ以下になっている時点では、ノッキングの発生の判定を禁止する。燃焼状態制御部５３は、燃焼状態の制御として、ノッキングの強度に応じて、点火時期を遅角してもよい。
【００６５】
（２）上記の実施の形態１においては、燃焼状態判定部５２は、点火時期後、判定期間Ｔｊのイオン電流の統計処理値Ｉｓｔが、予め設定した終了判定閾値Ｔｈｊｆより低くなった時点（クランク角度）を、イオン電流の発生終了時期として判定し、そして、判定したイオン電流の発生終了時期が、進角側になるに従って、プリイグニッションの強度が大きくなると判定するように構成されている場合を例に説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。燃焼状態判定部５２は、点火時期後、判定期間Ｔｊのイオン電流の統計処理値Ｉｓｔに基づいて、後半の山のピークの時期（クランク角度）を判定するように構成されてもよい。そして、燃焼状態判定部５２は、判定した後半の山のピークの時期が、予め設定された正常燃焼時の後半の山のピークの時期よりも進角側になるに従って、プリイグニッションの強度が大きくなると判定してもよい。
【００６６】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１  内燃機関、１６  点火コイル、１８  点火プラグ、１９  イオン電流検出回路、２５
燃焼室、５０  内燃機関の制御装置、５１  イオン電流検出部、５２  燃焼状態判定部、５３  燃焼状態制御部、５４  点火制御部、１８１  放電電極、Ｉｍｉｎ  イオン電流の最小値、Ｉｓｔ  イオン電流の統計処理値、Ｔｈｊｆ  終了判定閾値、Ｔｈｊｓ  開始判定閾値、Ｔｈｊｐ  判定禁止閾値、Ｔｊ  判定期間、ΔＴｃ  処理期間
【図１】
2018178926.tif 000003
【図２】
2018178926.tif 000004
【図３】
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【図４】
2018178926.tif 000006
【図５】
2018178926.tif 000007
【図６】
2018178926.tif 000008
【図７】
2018178926.tif 000009
【図８】
2018178926.tif 000010
【図９】
2018178926.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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