(57)【要約】【課題】Ｏ２センサに依存することなく、冷機始動時の燃焼状態を制御できる燃焼制御装置を提供する。【解決手段】エンジンの動作開始後、回転数が安定してから所定時間経過までの制御期間を管理する時間管理手段（ＳＴ１〜ＳＴ３）と、制御期間において、燃料噴射量を予め実験的に規定された設定値にしたがって制御する一方、燃焼状態の適否を所定時間間隔で把握する燃焼把握手段（ＳＴ４）と、燃焼把握が把握する燃焼状態が、下限レベルより悪化すると、吸気バルブと排気バルブとを重複して開放されるオーバーラップ量が減少するよう制御する一方、燃焼状態が上限レベルより良好となると前記オーバーラップ量が増加するよう制御する増減制御手段（ＳＴ６〜ＳＴ７）と、を設けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の動作開始後、回転数が安定してから所定時間経過までの制御期間を管理する時間管理手段と、
前記制御期間において、燃料噴射量を予め実験的に規定された設定値にしたがって制御する一方、燃焼状態の適否を所定時間間隔で把握する燃焼把握手段と、
前記燃焼把握が把握する燃焼状態が、第１レベルより悪化すると、吸気バルブと排気バルブとを重複して開放されるオーバーラップ量が減少するよう制御する一方、燃焼状態が第２レベルより良好となると前記オーバーラップ量が増加するよう制御する増減制御手段と、
を設けたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
内燃機関の動作開始後、回転数が安定してから所定時間経過までの制御期間を管理する時間管理手段と、
前記制御期間において、吸排気バルブを予め実験的に規定された設定値にしたがって制御する一方、燃焼状態の適否を所定時間間隔で把握する燃焼把握手段と、
前記燃焼把握手段が把握する燃焼状態が、第１レベルより悪化すると、燃料噴射量を増加制御する一方、燃焼状態が第２レベルより良好となると燃料噴射量を減少制御する噴射制御手段と、
を設けたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
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検出信号に基づいて判定される請求項１又は２に記載の燃焼制御装置。
【請求項４】
前記燃焼制御装置を構成する点火制御装置は、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、二次コイルＬ２に直列接続された点火プラグＰＧと、イオン検出回路ＩＯＮとを有して構成され、
前記イオン検出回路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Ｄ４の直列回路を並列接続して、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を経由して充電されるようイオン検出回路が構成されている請求項１〜３の何れかに記載の燃焼制御装置。
【請求項５】
前記第一コンデンサＣ１の充電時における高圧側端子と、前記点火プラグの放電時における高圧側端子との間に第一ダイオードＤ１を配置して、前記点火プラグの高圧側端子の電位が降下すると前記第一ダイオードＤ１がＯＮ動作して、前記第一コンデンサＣ１、前記第一ダイオードＤ１、及び前記点火プラグを経由して、前記第一コンデンサＣ１の放電電流が流れるよう構成した請求項４に記載の燃焼制御装置。
【請求項６】
前記二次コイルと前記第一ツェナーダイオードＺＤ１との間に、前記第一ツェナーダイオードとは逆向きに第二ツェナーダイオードＺＤ２を配置した請求項４又は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、内燃機関の冷機始動時における燃焼制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車エンジンでは、可変バルブ（ＶＶＴ）制御が採用されており、吸排気バルブの開閉タイミングやバルブリフト量を適宜に制御することで、効率に優れた吸排気動作を図っている。ここで、エンジンが冷えている冷機時におけるエンジンの始動特性が特に問題になるところ、例えば、引用文献１では、カムシャフトの回転周期よりも短い周期で回転位相を検出すると共に、冷機始動時の可変バルブ制御として、冷却水の水温に基づいたフィードフォワード制御を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２９９１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、冷機始動時における吸気ガスの状態は、夏用・冬用・寒冷地仕様などによるガソリン組成の違いや、外気温度やエンジンの経年変化などによって左右されるところ、実際の燃焼状態を把握することなく、冷却水の水温のみに依存して可変バルブ量を制御しても、必ずしも適切な制御性能を発揮することはできない。
【０００５】
すなわち、可変バルブ制御におけるオーバーラップ量が大きいと、一般には、燃焼特性が悪化するものの、一方、オーバーラップ量を増やすと、ポンピングロスが低下して燃費改善に寄与する利点もあるので、これらの点を踏まえたフィードバック制御が望まれる。なお、Ｏ２センサの出力などに基づいて燃焼状態を把握することも考えられるが、冷機始動時には、Ｏ２センサが理論空燃比を正しく検出できない。
【０００６】
また、ガソリン自動車の排ガス中の有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化する三元触媒は、理論空燃比からはずれると浄化能力が極端に劣化するところ、Ｏ２センサが有効に機能しない冷機始動時には、例え、三元触媒を急速加熱したとしても、三元触媒の浄化機能を有効に発揮させることができない。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、Ｏ２センサに依存することなく、冷機始動時の燃焼状態を制御できる燃焼制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る内燃機関の燃焼制御装置は、内燃機関の動作開始後、回転数が安定してから所定時間経過までの制御期間を管理する時間管理手段と、前記制御期間において、燃料噴射量を予め実験的に規定された設定値にしたがって制御する一方、燃焼状態の適否を所定時間間隔で把握する燃焼把握手段と、前記燃焼把握が把握する燃焼状態が、下限レベルより悪化すると、吸気バルブと排気バルブとを重複して開放されるオーバーラップ量が減少するよう制御する一方、燃焼状態が上限レベルより良好となると前記オーバーラップ量が増加するよう制御する増減制御手段と、を設けて構成される。
【０００９】
また、請求項２に係る内燃機関の燃焼制御装置は、内燃機関の動作開始後、回転数が安定してから所定時間経過までの制御期間を管理する時間管理手段と、前記制御期間において、吸排気バルブを予め実験的に規定された設定値にしたがって制御する一方、燃焼状態の適否を所定時間間隔で把握する燃焼把握手段と、前記燃焼把握手段が把握する燃焼状態が、下限レベルより悪化すると、燃料噴射量を増加制御する一方、燃焼状態が上限レベルより良好となると燃料噴射量を減少制御する噴射制御手段と、を設けて構成される。
【００１０】
燃焼状態の適否は、好ましくは、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、燃焼室のイオンを示すイオン検出信号に基づいて判定される。例えば、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の適否が判定される。
【００１１】
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が判定される。或いは、点火コイルの二次側にイオン検出回路を設け、イオン検出信号の挙動に基づいて、燃焼状態を判定するのも好適である。この場合、点火放電後の所定の判定区間における、（ａ）イオン検出信号の時間積分値、（ｂ）イオン検出信号のピーク値、又は、（ｃ）イオン検出信号が所定レベルを上回っている経過時間などを判定パラメータとし、各判定パラメータに基づくか、或いは、各判定パラメータを適宜に組み合わせて燃焼状態の適否が判定される。
【００１２】
なお、何れの手法を採る場合でも、本発明の上限レベルや下限レベルにおける上下は、必ずしも、数値的な上下と一致しない。
【発明の効果】
【００１３】
上記した本発明によれば、Ｏ２センサに依存することなく、冷機始動時の燃焼状態を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例に係る燃焼制御装置の構成を示す回路図である。
【図２】ＶＶＴ制御におけるオーバーラップ量の制御方法を説明する図面である。
【図３】燃料噴射量の制御方法を説明する図面である。
【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】イオン検出回路の検出性能を説明する図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、自動車エンジンの燃焼制御装置を示す回路図である。図示の燃焼制御装置は、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。
【００１６】
そして、ＥＣＵは、点火プラグＰＧの点火放電を制御する点火パルスＳＧを出力すると共に、イオン検出回路ＩＯＮ、回転数センサ、及び自動車スタートスイッチからの検出信号に基づいて、ＶＶＴ(Variable Valve Timing)制御信号を出力している。なお、この実施例では、ＶＶＴ制御信号に基づいて吸気バルブと排気バルブの開閉タイミングが制御され、具体的には、２つのバルブが開放状態となるオーバーラップ量が制御されている。
【００１７】
図１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、二次コイルＬ２に直列接続された点火プラグＰＧと、イオン検出回路ＩＯＮとで構成されている。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
イオン検出回路ＩＯＮは、コンデンサＣ１，Ｃ２及びツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２を中心とするバイアス回路３と、バイアス回路３及び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。
【００２１】
バイアス回路３は、二次コイルＬ２の低圧側端子に接続されるツェナーダイオードＺＤ２と、ツェナーダイオードＺＤ２に接続されるツェナーダイオードＺＤ１及びダイオードＤ２の直列回路と、この直列回路に並列接続されるコンデンサＣ２及びダイオードＤ３の直列回路と、コンデンサＣ２に並列接続されるダイオードＤ４及びコンデンサＣ１の直列回路と、コンデンサＣ１とダイオードＤ３との接続点と点火プラグＰＧの高圧側端子との間に接続されるダイオードＤ１とを有して構成されている。
【００２２】
そして、ツェナーダイオードＺＤ１、ダイオードＤ２、コンデンサＣ２，Ｃ１、ダイオードＤ３，Ｄ４を構成素子とする並列接続回路は、その一方がツェナーダイオードＺＤ２のアノード端子に接続され、他方がグランドに接続されている。
【００２３】
図示の通り、ダイオードＤ４のカソード端子は、コンデンサＣ２に接続され、アノード端子は、コンデンサＣ１に接続されている。そのため、グランドから上向きの電流が流れる場合には、コンデンサＣ１→ダイオードＤ４の充電経路だけでなく、コンデンサＣ２の充電経路が並列に機能することになる。一方、逆向きに電流が流れる場合には、コンデンサＣ２の放電経路のみが機能する。
【００２４】
この並列接続回路において、コンデンサＣ１は、イオン電流検出用のバイアス電圧が充電されるチャージコンデンサであって、例えば、０．０１〜０．０４４μＦ程度の静電容量を有している。一方、コンデンサＣ２は、スイッチング素子２のＯＮ遷移時に、過大な過渡電流が流れない放電経路を形成する補助コンデンサであって、点火プラグＰＧの浮遊容量Ｃｃと同等か、ややこれより大きい静電容量を有している。
【００２５】
なお、点火プラグＰＧの浮遊容量Ｃｃは、例えば２０ｐＦ程度であり、この場合には、補助コンデンサＣ２の静電容量は２０〜５０ｐＦ程度である。いずれにしても、チャージコンデンサＣ１と補助コンデンサＣ２の静電容量は、Ｃ２≪Ｃ１であって、１０００＊Ｃ２＜Ｃ１の関係にある。
【００２６】
ツェナーダイオードＺＤ２は、スイッチング素子２のＯＮ遷移時に点火プラグＰＧが放電しないよう、そのカソード端子が二次コイルＬ２に接続されている。但し、本実施例では、通常のダイオードを使用するのではなく、あえてツェナーダイオードＺＤ２を使用している。したがって、ツェナーダイオードＺＤ２の両端に、自らの降伏電圧以上の電圧を受けた場合には、カソード端子からアノード端子に向けて逆方向電流が流れることになる。
【００２７】
ツェナーダイオードＺＤ１は、そのアノード端子がツェナーダイオードＺＤ２のアノード端子に接続されている。一方、ツェナーダイオードＺＤ１のカソード端子はダイオードＤ２のカソード端子に接続されている。そのため、このツェナーダイオードＺＤ１及びダイオードＤ２の直列回路には、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏時に、図示上向きの電流は流れるが、図示下向きの電流は、ダイオードＤ２によって阻止されることになる。
【００２８】
ところで、この回路構成では、ツェナーダイオードＺＤ１とスイッチング素子２とが直流的に分離状態であるので、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧には、特段の上限がなく、適宜に高い降伏電圧を選択することができる。好ましくは、降伏電圧２００Ｖ以上のツェナーダイオードを使用するべきであり、本実施例では、一例として、降伏電圧３００Ｖ程度のツェナーダイオードＺＤ１を使用している。また、ツェナーダイオードＺＤ１と、ツェナーダイオードＺＤ２は、降伏電圧をほぼ同一に設定するのが好ましく、本実施例では、ツェナーダイオードＺＤ２の降伏電圧も３００Ｖ程度となっている。
【００２９】
ダイオードＤ３は、そのカソード端子がコンデンサＣ１及びコンデンサＣ２に接続され、アノード端子がグランドに接続されている。また、ダイオードＤ３のカソード端子は、ダイオードＤ１のアノード端子にも接続されている。したがって、ダイオードＤ１がＯＦＦ状態であれば、コンデンサＣ１は、ダイオードＤ３→コンデンサＣ１→ダイオードＤ４の経路の図示上向きの充電電流によって充電可能となる。一方、ダイオードＤ１がＯＮ状態となると、コンデンサＣ１の充電電荷は、コンデンサＣ１→ダイオードＤ１の経路で放電可能となる。
【００３０】
電流検出回路４は、ＯＰアンプＡＭＰと、入力抵抗Ｒ１と、検出抵抗Ｒ２と、コンデンサＣ２とを有して構成されている。ＯＰアンプＡＭＰは、単一電源Ｖｃｃ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、イオン検出信号Ｖｏｕｔが出力される。
【００３１】
入力抵抗Ｒ１は、コンデンサＣ１と、ＯＰアンプＡＭＰの反転入力端子との間に接続されている。この入力抵抗Ｒ１は、例えば、１００ＫΩ程度の抵抗値を有して、検出抵抗Ｒ２→入力抵抗Ｒ１の経路で流れる電流値を適宜なレベルに制限している。
【００３２】
検出抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２とは互いに並列接続され、この並列回路がＯＰアンプＡＭＰの反転入力端子と出力端子の間に接続されている。そのため、ＯＰアンプＡＭＰは、全体として積分回路として機能して耐ノイズ性を高めている。
【００３３】
図２（ａ）は、冷機始動時にＥＣＵが実行する燃焼制御方法を説明するフローチャートである。また、図２（ｂ）〜図２（ｄ）は、エンジン始動時（ｔ０〜ｔ２）におけるタイムチャートであり、燃料噴射量（図２（ｂ））、ＶＶＴ制御量たるオーバーラップ量（図２（ｃ））、及び、回転数センサの出力（図２（ｄ））が示されている。
【００３４】
この燃焼制御動作は、自動車の始動時（ｔ０〜ｔ２）において、点火パルスＳＧに同期して点火サイクル毎に繰り返し実行され、例えば、点火パルスＳＧの立上りタイミングで起動される。なお、この実施例では、ＶＶＴ制御における給排気弁のオーバーラップ量が、センサ出力などに基づいて、リアルタイムにフィードバック制御されるが（図２（ｃ）参照）、燃料噴射量は、予め実験的に確定されている設定値に基づいて、燃料リッチ側に制御されている（図２（ｂ）参照）。
【００３５】
以下、図２に示すオーバーラップ量の制御方法について説明する。タイミングｔ０でスタートスイッチがＯＮ操作されると、最初、始動モータが回転中であるか否かが、スタートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態に基づいて判定される（ＳＴ１）。そして、スタートスイッチがＯＮ状態であれば、そのまま処理を終える。
【００３６】
一方、スタートスイッチがＯＦＦ状態に復帰している場合には、回転数センサに基づいて、エンジン回転数が安定化しているか否かが判定される（ＳＴ２）。具体的には、回転数センサからの一連の取得値に基づいて、エンジン回転数が急増しているか否か、或いは、急増した後にエンジン回転数が急減しているか否かが一連の取得値の偏差に基づいて判定される。そして、偏差が大きい場合には、エンジン回転が安定状態に達していないと判断して処理を終える。
【００３７】
一方、回転数センサからの取得値が所定範囲内に収束したタイミングｔ１の後は、始動制御期間が満了したか否かが判定される（ＳＴ３）。ここで、始動制御期間の終期（ｔ２）は、Ｏ２センサが活性化されて正常に動作を開始するタイミングであって、実験的に確定されている。
【００３８】
そして、始動制御期間中（ｔ１〜ｔ２）であれば、当該点火サイクルにおける燃焼室の燃焼状態を把握するべくイオン検出回路ＩＯＮからイオン検出信号Ｖｏｕｔを取得する（ＳＴ４）。そして、イオン検出信号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。
【００３９】
具体的には、点火放電後の所定の判定区間における、（ａ）イオン検出信号の時間積分値、（ｂ）イオン検出信号のピーク値、又は、（ｃ）イオン検出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）イオン検出信号のピーク値が高いこと、（ｃ）イオン検出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。
【００４０】
このようにして、判定パラメータを総合評価した結果、評価値が下限判定レベルより悪化している場合には、オーバーラップ量を減少させるようＶＶＴ制御信号を出力する（ＳＴ６）。一方、評価値が上限判定レベルより更に良好な場合には、オーバーラップ量を増加させるようＶＶＴ制御信号を出力し（ＳＴ７）、下限判定レベルと上限判定レベルの間である場合は、以前のままの制御量を維持する。
【００４１】
タイミングｔ１〜ｔ２の制御期間では、上記のようなオーバーラップ制御が実行され（図２（ｃ）参照）、その後、タイミングｔ２に達した後は（ＳＴ３）、Ｏ２センサその他のセンサの出力を加味した定常的な可変バルブ制御が開始される。以上の通り、この実施例では、冷機始動時においても、最良のオーバーラップ量を維持できるので、燃焼性能を悪化させることなく、ポンピングロスを最小限に抑制することができ低燃費化に有効に寄与する。
【００４２】
図３は、冷機始動時に実行される別の燃焼制御方法を説明するフローチャート（図３（ａ））と、エンジン始動時（ｔ０〜ｔ２）におけるタイムチャート（図３（ｂ）〜（ｄ））を示している。なお、この実施例では、燃料噴射量が、センサ出力などに基づいてリアルタイムにフィードバック制御されるが（図３（ｂ）参照）、オーバーラップ量は、予め実験的に確定されている設定値に固定されている（図３（ｃ）参照）。
【００４３】
以下、図３に示す燃料噴射量の制御方法について説明する。ステップＳＴ１〜ＳＴ３の処理は、図２の実施例と同じであり、タイミングｔ１〜タイミングｔ２の制御期間において、ステップＳＴ４〜ＳＴ１７の制御処理が実行される。
【００４４】
具体的には、イオン検出回路ＩＯＮからイオン検出信号Ｖｏｕｔが取得され（ＳＴ４）、イオン検出信号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。なお、判定方法は、図２の実施例の場合と同じである。そして、判定パラメータを総合評価した結果、評価値が下限判定レベルより悪化している場合には、燃料噴射量を増加させる（ＳＴ１６）。一方、評価値が上限判定レベルより更に良好な場合には、燃料噴射量を減少させ（ＳＴ１７）、下限判定レベルと上限判定レベルの間である場合は、以前のままの制御量を維持する。
【００４５】
タイミングｔ１〜ｔ２の制御期間では、上記のような噴射量制御が実行され（図３（ｂ）参照）、その後、タイミングｔ２に達した後は（ＳＴ３）、Ｏ２センサその他のセンサの出力を加味した定常的なＡ／Ｆ制御が開始される。以上の通り、この実施例では、三元触媒などが有効に機能しない冷機始動時においても、最良の燃焼状態を維持することができる。
【００４６】
ところで、上記した制御動作を正確に実現するためには、イオン検出回路ＩＯＮが各点火サイクルにおいて、素早いタイミングでイオン検出信号Ｖｏｕｔを取得できることが重要である。そこで、この点も含めて、図１のイオン検出回路ＩＯＮの動作内容を確認的に説明しておく。
【００４７】
図４〜図６は、実施例に係るイオン電流検出装置の動作内容を説明する図面である。図６のタイムチャートでは、点火プラグＰＧが火花放電を開始したタイミングＴ１から、火花放電終了タイミングＴ２を経て、イオン電流の検出が開始されるタイミングＴ３までを模式的に示している。なお、二次コイルＬ２の高圧端子側の電位Ｖｐは、点火プラグＰＧの電位に他ならない。したがって、図６には、点火プラグＰＧの電位Ｖｐと、ＯＰアンプＡＭＰの検出信号Ｖｏｕｔとを図示していることになるが、タイミングＴ３に至るまでの検出信号Ｖｏｕｔは図示省略している。
【００４８】
＜タイミングＴ１〜タイミングＴ２＞
先ず、点火パルスＳＧが立下がり、スイッチング素子２がＯＦＦ遷移するタイミングＴ１以後について、図４（ａ）と図６とを参照しつつ説明する。
【００４９】
スイッチング素子２がＯＦＦ遷移すると、二次コイルＬ２には、図４（ａ）に示す向きの高電圧が発生し、バイアス回路３→二次コイルＬ２→点火プラグＰＧの経路で放電電流ｉ１が流れる。その結果、コンデンサＣ１及びコンデンサＣ２は、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧に対応して、例えば３００Ｖまで急速に、図示の向きに充電される。この時、二次コイルＬ２の誘起電圧が、例えば１１００Ｖ程度であれば、放電動作状態の点火プラグＰＧの電位Ｖｐは、約８００Ｖ程度となる。
【００５０】
一方、ダイオードＤ３とダイオードＤ１の接続点の電位Ｖｃは、このタイミングでは、ダイオードＤ３の順方向電圧に対応して約１Ｖ程度である。そのため、ダイオードＤ１はＯＦＦ状態であって、コンデンサＣ１の充電電荷がダイオードＤ１を経由して放電することはない。なお、このタイミングでは、抵抗Ｒ２→抵抗Ｒ１の経路にも電流ｉ２が流れるので、検出信号Ｖｏｕｔは正の飽和電圧となる。
【００５１】
＜タイミングＴ２〜タイミングＴ３＞
その後、タイミングＴ２で火花放電が終了して、点火プラグＰＧの電位Ｖｐが降下し始める。図４（ｂ）及び図６（ｂ）は、この状態を図示したものであり、点火プラグＰＧの電荷が、二次コイルＬ２及びツェナーダイオードＺＤ２を経由して速やかに放電される状態を実線で示している。
【００５２】
ところで、図６（ｂ）には、ツェナーダイオードＺＤ２に代えてダイオードＤ’を配置した場合の動作を破線で示している。ＯＮ時放電を阻止するという意味では、ダイオードＤ’も有効に機能するが、ダイオードＤ’は、点火プラグＰＧの充電電荷の放電経路を限定することになるので、点火プラグＰＧの電位Ｖｐの降下速度が、図６（ｂ）の破線で示すように緩慢となる。
【００５３】
これに対して、図１の回路構成では、点火プラグＰＧの充電電荷の放電経路にツェナーダイオードＺＤ２が配置されており、しかも、その降伏電圧が、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧と同程度（ここでは約３００Ｖ）に設定されている。そのため、降伏状態のツェナーダイオードＺＤ２、及び、バイアス回路３の浮遊容量や漏れ抵抗が、放電経路として有効に機能して、点火プラグＰＧの電位Ｖｐは速やかに降下する。なお、点火プラグＰＧの等価容量Ｃｃは、例えば、２０ｐＦ程度の小容量であるので、前記の放電経路が有効に機能することは、実験的にも確認済みである。
【００５４】
＜タイミングＴ３〜＞
その後、タイミングＴ３において、点火プラグＰＧの電位Ｖｐが、コンデンサＣ１のプラス側の電位Ｖｃ程度まで降下すると、ダイオードＤ１がＯＮ動作して、図５（ａ）に示すイオン電流ｉが流れ始める。なお、タイミングＴ３における点火プラグＰＧの電位Ｖｐは、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧Ｖｚに対応して、約３００Ｖ程度である。
【００５５】
ダイオードＤ１がＯＮ動作した後は、コンデンサＣ１の両端電圧をバイアス電圧として、検出抵抗Ｒ２→入力抵抗Ｒ１→コンデンサＣ１→ダイオードＤ１→点火プラグＰＧの経路でイオン電流ｉが流れ、検出信号Ｖｏｕｔ＝ｉ＊Ｒ２がＯＰアンプＡＭＰから出力される。なお、このとき、ダイオードＤ４→コンデンサＣ２→ダイオードＤ１の経路でも電流が流れる。
【００５６】
この実施例では、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧Ｖｚを適宜に高く設定できるので、点火プラグＰＧの電位Ｖｐが、コンデンサＣ１のプラス側の電位Ｖｃに達するまでの経過時間が短く、その分だけ、素早くイオン電流の検出を開始することができる。
【００５７】
なお、図６（ａ）（ｂ）には、ツェナーダイオードＺＤ２に代えて、ダイオードＤ’を使用する場合であって、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧Ｖｚを、例えば３００Ｖに設定した場合と、例えば２００Ｖの場合とを破線で示している。いずれの場合も、ＯＮ時放電を防止するためダイオードＤ’を使用するので、本実施例のようにツェナーダイオードＺＤ２を使用する場合より、点火プラグＰＧの電位Ｖｐの降下速度が緩慢である（図６（ｂ）の破線参照）。
【００５８】
具体的に確認すると、ダイオードＤ’を使用して、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧Ｖｚを低く設定した場合には、図示の通り、タイミングＴ３”以降でないとイオン電流を検出することができない。これに対して、本実施例の構成によれば、Ｔ３とＴ３”の時間差τ２だけ早期にイオン電流を検出できる利点がある。
【００５９】
また、ダイオードＤ’を使用する場合には、例え降伏電圧を高く（例えば３００Ｖ）に設定しても、点火プラグＰＧの電位Ｖｐの降下速度が緩慢であるため、タイミングＴ３’以降でないとイオン電流を検出することができない。したがって、本実施例の構成によれば、ＯＮ時放電防止用のツェナーダイオードＺＤ２を使用することで、Ｔ３とＴ３’の時間差τ１だけ早期にイオン電流を検出できる利点がある。
【００６０】
＜スイッチング素子のＯＮ遷移時＞
続いて、スイッチング素子２が、点火パルスＳＧの立上りに対応して、ＯＮ遷移したときの動作を、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に基づいて説明する。
【００６１】
スイッチング素子２がＯＮ遷移すると、一次コイルＬ１に、図示の誘起電圧が発生すると共に、二次コイルＬ２には、逆向きの誘起電圧が発生する。図示の通り、二次コイルＬ２の誘起電圧は、コンデンサＣ１の充電電圧と同方向に発生するので、もし補助ダイオードＤ４や補助コンデンサＣ２が存在しない場合には、図５（ｃ）に示す短絡経路が機能することになる。
【００６２】
そのため、図５（ｃ）に示す回路構成であれば、コンデンサＣ１の充電電荷が放電して、ツェナーダイオードＺＤ２が降伏状態から復帰するまで、二次コイルＬ２に過大な短絡電流ｉｃが流れる。そして、二次コイルＬ２の短絡電流ｉｃに対応して、一次コイルＬ１にも、点火コイル１の巻数比に対応した過大電流が流れるので、スイッチング素子２に大きなストレスを与えることになる。
【００６３】
しかし、本実施例では、補助ダイオードＤ４と補助コンデンサＣ２を設けているので、スイッチング素子２のＯＮ遷移時には、例え短絡電流が流れても、それが極めて短時間で収束するので、スイッチング素子２に悪影響を与えることがない。したがって、本実施例によれば、スイッチング素子２のＯＮ遷移時にトラブルを生じることなく、イオン電流の検出タイミングを効果的に早めることができる。
【００６４】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、具体的な記載内容は特に本発明を限定するものではない。例えば、必ずしもイオン検出信号に基づいて、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】
【００６５】
ＳＴ１〜ＳＴ３  時間管理手段
ＳＴ４          燃焼把握手段
ＳＴ６〜ＳＴ７  増減制御手段（ＳＴ６〜ＳＴ７）と
【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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