(57)【要約】【課題】内燃機関の広い運転領域においてイオン電流検出による燃焼状態の把握を精度よく行う内燃機関の燃焼状態検出装置を得る。【解決手段】間隙を介して対向する中心電極１３ａと接地電極１３ｂを有する点火プラグ１３と、中心電極１３ａと接地電極１３ｂとの間隙に発生する火花放電の停止による誘導電流Ｉｃを推定する放電停止誘導電流検出装置１６を備え、放電停止誘導電流検出装置１６により推定された誘導電流Ｉｃを用いてイオン電流検出閾値を誘導電流Ｉｃの影響を受けない閾値に設定する。【選択図】図１
2019073994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙を介して対向する第１電極と第２電極を有し、上記間隙に火花放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を着火させる点火プラグと、
一次巻線と上記一次巻線に磁気結合する二次巻線を含む点火装置と、
上記一次巻線へ電流を供給する電源装置と、
上記一次巻線と上記電源装置との間に配置され、上記電源装置が供給する電流の導通及び遮断を制御するスイッチと、
上記第１電極と上記第２電極との間に印加される電圧による上記可燃混合気の燃焼により、上記燃焼室内に生ずるイオンをイオン電流として検出するイオン電流検出回路と、
上記一次巻線を短絡させて環流経路を導通状態にし、上記火花放電を停止させる環流装置と、
上記火花放電の停止による誘導電流を推定する放電停止誘導電流検出装置と、
を備え、
上記一次巻線は、上記スイッチを導通状態に切り替えることにより電流を通電し、上記可燃混合気を着火させる上記火花放電を上記点火プラグに発生させるエネルギを蓄積し、
上記一次巻線に上記エネルギが蓄積されている状態で、上記スイッチを遮断状態に切り替えて上記電流を遮断し、上記二次巻線に高電圧を発生させ、上記高電圧により上記点火プラグの上記間隙に上記火花放電を発生させることを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項２】
上記放電停止誘導電流検出装置によって上記一次巻線側の情報から推定された誘導電流値を用いて、イオン電流検出閾値を燃焼サイクル毎に設定し、気筒内の燃焼状態を判断することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項３】
上記放電停止誘導電流検出装置によって上記一次巻線側の情報から推定された誘導電流値を用いて、イオン電流検出閾値を１燃焼サイクル内のイオン電流検出期間内で逐次変更、または複数回変更させ、気筒内の燃焼状態を判断することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項４】
上記イオン電流検出閾値は、上記内燃機関の運転条件から決定された基礎イオン電流検出閾値と上記放電停止誘導電流検出装置によって推定された誘導電流値との加算により設定することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項５】
上記放電停止誘導電流検出装置は、上記一次巻線に流れる電流を検出する装置を備え、上記一次巻線に流れる電流を用いて放電停止による上記誘導電流を推定することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項６】
上記放電停止誘導電流検出装置は、上記一次巻線の発生電圧を検出する装置を備え、上記一次巻線の両端電圧値を用いて放電停止による上記誘導電流を推定することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項７】
上記放電停止誘導電流検出装置は、上記一次巻線の電流値の二階微分値を用いて誘導電流値を推定することを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項８】
上記放電停止誘導電流検出装置は、上記一次巻線の両端電圧の微分値を用いて誘導電流値を推定することを特徴とする請求項１から４、６の何れか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の燃焼状態検出装置に係り、より詳しくは、内燃機関の広い運転領域で燃焼状態を精度良く検出できるようにした内燃機関の燃焼状態検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の運転において、内燃機関の燃焼室内の燃焼に伴って燃焼室内の混合ガスの分子が電離（イオン化）し、電離状態にある燃焼室内に点火プラグを通じて電圧を印加すると発生する微小電流が流れる。この微小電流をイオン電流と称する。火花点火式の内燃機関において、点火プラグを用いて点火した後に燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、検出したイオン電流の大きさやイオン電流が発生している時間等から、ノッキングやプリイグニッション、燃焼限界等の内燃機関の運転状態を検出し、その検出結果に基づいて点火時期を調整したり、燃料噴射量を補正することは、例えば、特開２００９−２７５６２５号公報（特許文献１）に開示されているように従来から知られている。
【０００３】
しかしながら、上記のように点火プラグをイオン電流検出プローブとして用いる場合、点火装置による点火プラグでの火花放電期間中は火花放電の電流によりイオン電流を用いた燃焼状態の検出ができない。更に、内燃機関の運転条件が高回転高負荷であるなど気筒内の燃焼速度が速い場合には、点火時刻から燃焼によるイオン発生終了までの期間が短くなるため、例えば、特開２００６−７７７６２号公報（特許文献２）に開示されているように、燃焼によるイオン発生期間の多くが火花放電期間内に隠れてしまい、イオン電流情報による燃焼状態の検出が困難となる。
【０００４】
図９は、一般的な内燃機関の燃焼状態検出装置の動作タイムチャートで、点火コイルに対する点火信号（オン／オフ信号）と、点火コイルの一次巻線に流れる一次電流Ｉ１と、点火プラグの軸線方向に延びる中心電極の電位Ｖｐと、点火プラグに流れる二次電流Ｉ２と、失火時に検出される失火時イオン電流と、燃焼時に検出される燃焼時イオン電流の各状態を表している。上記のイオン電流情報による燃焼状態の検出が困難となる問題が図９の時刻ｔ１２から時刻ｔ１３の区間に表れている。
【０００５】
この場合、電流遮断型点火装置の一次巻線を短絡させる等によって電流遮断型の点火装置の火花放電を放電途中で強制的に遮断し、運転条件に合わせて火花放電時間を短く調整するとよい。例えば、特開２００１−１２３３８号公報（特許文献３）には電流遮断型点火装置の火花放電途中で放電遮断する放電停止装置の提案がなされている。上記のように運転条件に合わせて火花放電時間を短く調整すると、通常の点火では火花放電に隠れていたイオン電流を検出することができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２７５６２５号公報
【特許文献２】特開２００６−７７７６２号公報
【特許文献３】特開２００１−１２３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、従来から電流遮断型点火装置の火花放電途中で放電遮断する放電停止装置の提案がなされており、特許文献３に開示された点火装置では、点火動作時に点火コイルの一次巻線に誘起する電圧がアノード・カソード間に順方向に印加される向きの点火エネルギ制御用のサイリスタを点火コイルの一次巻線に対して並列に接続し、点火時期に点火コイルの一次電流を遮断した後、適当なタイミングでこのサイリスタをオン状態にして点火コイルの一次巻線を短絡することにより点火出力を減衰させ、火花放電を停止させている。
【０００８】
このような放電停止装置においては、点火コイルの一次巻線に電流を流し、点火コイルの鉄心内に残されている磁束に対応する磁界を発生させて放電を停止し、その後に一次巻線の電流を徐々に減らしていくことで再放電させることなく、内燃機関の次の点火サイクルが始まるまでに放電停止プロセスを終了している。
この装置において点火の間隔が短い高回転運転条件まで対応するには、点火コイルの一次巻線を流れる電流を早く減少させる必要があるが、この電流減少により二次巻線側では点火用高電圧と同極性の誘導電圧が発生し、点火プラグに印加される。点火プラグでの火花放電が停止していることからわかるように、この誘導電圧は放電維持電圧には満たないが、放電停止中は数百Ｖ程度の電圧が発生している。
【０００９】
また、上記のような放電停止装置においては点火コイルの一次巻線に電流を流し、点火コイルの鉄心内に残されている磁束に対応する磁界を発生させ放電を停止し、その後に一次巻線の電流を徐々に減らしていくことで再放電させることなく、内燃機関の次の点火サイクルが始まるまでに放電停止プロセスを終了している。
この時、図１０に示すように、磁束の消費に伴って誘導電圧が変動することにより、点火コイルや点火プラグの寄生容量を介して誘導電流が二次巻線に接続されたイオン検出回路で検出される。図１０は、従来の放電停止装置を組込んだ一般的な内燃機関の燃焼状態検出装置の動作タイムチャートで、電子制御装置から出力されるオン／オフ信号の第一指令信号（Ｓ１信号）、第二指令信号（Ｓ２信号）と、点火コイルの一次巻線に流れる一次電流Ｉ１と、点火プラグの軸線方向に延びる中心電極の電位Ｖｐと、点火プラグに流れる二次電流Ｉ２と、失火時に検出される失火時イオン電流と、燃焼時に検出される燃焼時イオン電流の各状態を表している。
【００１０】
しかしながら、この誘導電流によって内燃機関の気筒内の燃焼によるイオン電流検出を行う際には悪影響を及ぼす。なぜならば、現在主流のイオン電流を検出するためのロジックではイオン電流検出量に閾値を設定することにより燃焼と失火を判断している。放電停止中のイオン電流検出回路では、燃焼によるイオン電流と放電停止による誘導電流とが加算されて検出されるため、純粋なイオン電流値の計測とはならない。さらに、点火コイルの一次巻線の電流値減少が急激なほど磁束変化は大きく、誘導電圧変化が大きくなり、誘導電流も大きくなる。よって、イオン検出回路に流れる誘導電流は放電停止１サイクル内であっても一定とはならない。（図１０の時刻ｔ２４から時刻ｔ２５の区間参照）
【００１１】
図１０に示すように放電停止中の誘導電流が大きな場合には、誘導電流がイオン電流検出閾値を超える状態が発生する。放電停止中での誘導電流がイオン電流検出閾値を超えると、失火状態であるにもかかわらず燃焼状態であると誤って判断されることになる。このような気筒内状態の誤検知は、排ガスの悪化や燃費の低下を招くことになる。そのため、上記のような放電停止装置を備えた点火装置にイオン電流検出装置と検出ロジックとを単純に適用することは困難であり、放電停止によって燃焼早期のイオン電流検出が可能であるという利点を生かすことができなくなる。
【００１２】
この発明は上記のような課題に鑑み、内燃機関の広い運転領域においてイオン電流検出による燃焼状態の把握を精度よく行うことができる内燃機関の燃焼状態検出装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明による内燃機関の燃焼状態検出装置は、間隙を介して対向する第１電極と第２電極を有し、上記間隙に火花放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を着火させる点火プラグと、一次巻線と上記一次巻線に磁気結合する二次巻線を含む点火装置と、上記一次巻線へ電流を供給する電源装置と、上記一次巻線と上記電源装置との間に配置され、上記電源装置が供給する電流の導通及び遮断を制御するスイッチと、上記第１電極と上記第２電極との間に印加される電圧による上記可燃混合気の燃焼により、上記燃焼室内に生ずるイオンをイオン電流として検出するイオン電流検出回路と、上記一次巻線を短絡させて環流経路を導通状態にし、上記火花放電を停止させる環流装置と、上記火花放電の停止による誘導電流を推定する放電停止誘導電流検出装置と、を備え、
上記一次巻線は、上記スイッチを導通状態に切り替えることにより電流を通電し、上記可燃混合気を着火させる上記火花放電を上記点火プラグに発生させるエネルギを蓄積し、上記一次巻線に上記エネルギが蓄積されている状態で、上記スイッチを遮断状態に切り替えて上記電流を遮断し、上記二次巻線に高電圧を発生させ、上記高電圧により上記点火プラグの上記間隙に上記火花放電を発生させる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明による内燃機関の燃焼状態検出装置によれば、放電停止誘導電流検出装置によってイオン電流検出期間内の放電停止による誘導電流が推定され、推定された誘導電流を用いてイオン電流検出閾値が誘導電流の影響受けない閾値に設定される。これにより、放電停止中であっても誘導電流起因の誤検知が発生することがなく、内燃機関の気筒内燃焼状態の検出性が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１による内燃機関の燃焼状態検出装置の基本構成を示す電気回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１による内燃機関の燃焼状態検出装置の動作タイムチャートである。
【図３Ａ】この発明の実施の形態１による内燃機関の燃焼状態検出装置の電子制御装置が実行する処理を表すフローチャートである。
【図３Ｂ】この発明の実施の形態１による内燃機関の燃焼状態検出装置の電子制御装置が実行する処理を表すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態２による内燃機関の燃焼状態検出装置の動作タイムチャートである。
【図５Ａ】この発明の実施の形態２による内燃機関の燃焼状態検出装置の電子制御装置が実行する処理を表すフローチャートである。
【図５Ｂ】この発明の実施の形態２による内燃機関の燃焼状態検出装置の電子制御装置が実行する処理を表すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態３による内燃機関の燃焼状態検出装置の基本構成を示す電気回路図である。
【図７】この発明の実施の形態３による内燃機関の燃焼状態検出装置の動作タイムチャートである。
【図８Ａ】この発明の実施の形態３による内燃機関の燃焼状態検出装置の電子制御装置が実行する処理を表すフローチャートである。
【図８Ｂ】この発明の実施の形態３による内燃機関の燃焼状態検出装置の電子制御装置が実行する処理を表すフローチャートである。
【図９】一般的な内燃機関の燃焼状態検出装置の動作タイムチャートである。
【図１０】一般的な内燃機関の燃焼状態検出装置に従来の放電停止装置を組込んだ動作タイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明による内燃機関の燃焼状態検出装置の好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による内燃機関の燃焼状態検出装置の基本構成を示す電気回路図である。本実施の形態では単気筒の内燃機関についての説明を行うが、この発明は複数気筒を備える内燃機関についても適用できる。その場合、同様な基本構成のイオン電流検出装置を気筒数分備えてもよいし、環流電流制御装置等の燃焼状態検出装置の一部構成要素を複数気筒で共有してもよい。
【００１８】
図１に示すように、実施の形態１の内燃機関の燃焼状態検出装置によるイオン電流検出装置１０は、イオン電流を検出するイオン電流検出回路１１と、定電圧を出力する電源装置１２と、内燃機関の気筒に設けられ、燃焼室内の可燃混合気を着火させる点火プラグ１３と、一次巻線Ｌ１とこの一次巻線Ｌ１と磁気結合する二次巻線Ｌ２とを備え、点火用高電圧を発生する点火装置（以下、点火コイル）１４と、一次巻線Ｌ１に並列接続されて一次巻線Ｌ１の両端を短絡する環流装置の一部を構成するダイオード１５と、一次巻線Ｌ１が経路に接続された放電停止誘導電流検出装置１６と、二次巻線Ｌ２の低圧側に接続された逆流防止用ダイオード１７と、二次巻線Ｌ２と逆流防止用ダイオード１７との間に接続されたツェナーダイオード１８と、ツェナーダイオード１８に並列接続されたコンデンサ１９と、を備えている。
【００１９】
また、イオン電流検出装置１０は、電源用スイッチ（例えば、トランジスタ）となる第一スイッチＳＷ１と、一次巻線Ｌ１と直列接続された点火制御のための第二スイッチＳＷ２と、第一スイッチＳＷ１、第二スイッチＳＷ２のそれぞれに対するオン／オフ信号である第一指令信号（以下、Ｓ１信号）、第二指令信号（以下、Ｓ２信号）を出力する電子制御装置（以下、ＥＣＵ）２０と、を備えている。
【００２０】
本実施の形態では環流装置は、ダイオード１５、環流経路の抵抗値を表す抵抗素子２１、及び点火制御のための第二スイッチＳＷ２により構成されているが、一次巻線Ｌ１を短絡できれば任意の手段でよく、例えば、サイリスタやトランジスタ等の任意のスイッチング素子を用いて一次巻線Ｌ１を短絡する構成でもよい。
【００２１】
放電停止誘導電流検出装置１６は、一次巻線Ｌ１の電流値を検出するセンス抵抗１６ａ、差動増幅器１６ｂ、及び検出した電流値から二次巻線Ｌ２で発生する誘導電流Ｉｃを推定する演算器１６ｃから構成されているが、比較的低圧である一次巻線Ｌ１側に流れる電流を用いて二次巻線Ｌ２で発生する誘導電流Ｉｃを推測できれば任意の手段でよく、例えば、一次巻線Ｌ１の発生電圧を検出して誘導電流Ｉｃを推定する構成でもよい。また、センス抵抗１６ａや差動増幅器１６ｂのような電流検出機能を独自に設けずに、第二スイッチＳＷ２を構成するスイッチングＩＣに内蔵される電流検出機能等を利用してもよい。また、演算器１６ｃを専用に設けず、ＥＣＵ２０の内部で演算処理を行ってもよいし、第二スイッチＳＷ２を構成するスイッチングＩＣに演算機能を持たせてもよい。
【００２２】
ＥＣＵ２０から第一スイッチＳＷ１、第二スイッチＳＷ２のそれぞれに対するオン／オフ信号であるＳ１信号、Ｓ２信号がＨｉレベルの場合、第一スイッチＳＷ１、第二スイッチＳＷ２はオン状態となって通電可能となる。ここで、第一スイッチＳＷ１、第二スイッチＳＷ２はＩＧＢＴやトランジスタ等の任意のスイッチング手段を用いてよい。
【００２３】
点火プラグ１３は、第１電極（以下、中心電極）１３ａと、中心電極１３ａとの間で間隙を形成する第２電極（以下、接地電極）１３ｂを有している。中心電極１３ａと接地電極１３ｂとの間に火花放電を発生させる場合、火花放電のための通電スイッチである第一スイッチＳＷ１へのＳ１信号をＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替えた後、第二スイッチＳＷ２へのＳ２信号をＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替える。これにより、点火コイル１４の一次巻線Ｌ１への通電が開始され、火花放電のための通電を十分に行った後、第二スイッチＳＷ２のＳ２信号をＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替えることにより、点火コイル１４の二次巻線Ｌ２に点火用高電圧が発生する。この点火用高電圧が点火プラグ１３に印加され、中心電極１３ａと接地電極１３ｂとの間に火花放電が発生する。
【００２４】
次に、第一スイッチＳＷ１のＳ１信号がＬｏｗレベルであり、第二スイッチＳＷ２のＳ２信号がＨｉレベルである場合には、点火コイル１４の一次巻線Ｌ１の両端がダイオード１５により短絡されて、一次巻線Ｌ１とダイオード１５による閉回路が形成される。この時、ダイオード１５により一次巻線Ｌ１に流れる一次電流Ｉ１は上記火花放電のための通電の時に流れる方向と同じ方向にのみ流れることが許容される。
【００２５】
図２は、ＥＣＵ２０の出力信号であるＳ１信号、Ｓ２信号と、点火コイル１４の一次巻線Ｌ１に流れる一次電流Ｉ１と、点火プラグ１３の中心電極１３ａの電位Ｖｐと、点火プラグ１３に流れる二次電流Ｉ２と、失火時にイオン電流検出回路１１により検出される失火時イオン電流と、燃焼時にイオン電流検出回路１１により検出される燃焼時イオン電流と、の各状態を表すタイムチャートを示す。
【００２６】
図２の時刻ｔ３１において、第一スイッチＳＷ１へのＳ１信号及び第二スイッチＳＷ２へのＳ２信号をＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替え、点火コイル１４の一次巻線Ｌ１に一次電流Ｉ１を流す。その後、予め設定された通電時間が経過した時刻ｔ３２にて、Ｓ１信号、Ｓ２信号をＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替えることにより、点火コイル１４の一次巻線Ｌ１への一次電流Ｉ１を遮断すると、点火プラグ１３の中心電極１３ａに負の点火用高電圧が印加されて、その電位Ｖｐが急峻に低下し、点火プラグ１３の中心電極１３ａと接地電極１３ｂとの間に火花放電が発生する。
【００２７】
そして、内燃機関の運転状態に基づいて算出された火花放電持続時間が経過した時刻ｔ３３にて再び第二スイッチＳＷ２へのＳ２信号をＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替える。これにより一次巻線Ｌ１に一次電流Ｉ１が再び流れはじめる。点火コイル１４の鉄心に残されている磁束に対応する磁界を発生する電流値にまで再通電の一次電流Ｉ１が達すると（時刻ｔ３４）、火花放電時に二次巻線Ｌ２に発生していた点火用高電圧とは逆極性の電圧が二次巻線Ｌ２に誘導される。そして、中心電極１３ａと接地電極１３ｂとの間の電圧が放電維持電圧を下回ると点火プラグ１３での火花放電が強制的に遮断される。
【００２８】
時刻ｔ３４において、ワーストケースを考慮して予め高めに設定された初期イオン電流検出閾値を用いてイオン電流による燃焼状態検出が開始される。初期イオン電流検出閾値は任意であるが、遮断電流と放電時間、及びコイルパラメータなどから概算してもよいし、予め実験的に決定した値を用いてもよい。二次巻線Ｌ２で発生する誘導電流Ｉｃを燃焼と誤検知することなく燃焼検出するには数十μＡ程度に調整するとよい。
【００２９】
そして時刻ｔ３５において電流値から誘導電流Ｉｃの推定が完了し、イオン電流検出閾値が誘導電流レベルに適した値に変更される。なお、時刻ｔ３４から時刻ｔ３５までの期間は可能な限り短いことが好ましい。
【００３０】
時刻ｔ３６において第二スイッチＳＷ２へのＳ２信号をＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替えることにより、一次巻線Ｌ１とダイオード１５により形成される閉回路が解放され、内燃機関の１燃焼サイクルにおける放電停止動作が終了する。時刻ｔ３６は任意に決定可能であるが、点火コイル１４の発熱を最小限に抑制するには、内燃機関の運転状態に合わせて逐次算出するか、またはマップを作成するか、あるいは放電停止誘導電流検出装置１６によって推定された誘導電流値が設定した値以下になった時刻をもって時刻ｔ３６としてもよい
【００３１】
このように、イオン電流検出閾値が誘導電流レベルに適した値に変更されることで、放電停止での誘導電流Ｉｃによるイオン電流誤検出を回避することができる。また、鉄心の残り磁束ばらつき等を考慮したワーストケース想定での高い検出閾値を設定する必要がなくなるため、燃焼によるイオン発生量が微小な場合でも燃焼状態を精度よく検出できる。
【００３２】
次に、図３Ａ及び図３Ｂに示すフローチャートに沿って、ＥＣＵ２０で実行されるイオン電流検出処理について説明する。
ＥＣＵ２０は、内燃機関の火花放電発生時期、燃料噴射量、アイドル回転数等を総合的に制御するものであり、以下に説明する点火制御処理のために、別途、内燃機関の吸入空気量（吸気管圧力）、回転速度、スロットル開度、冷却水温、吸気温等、内燃機関各部の運転状態を検出する運転状態検出処理を行っている。
【００３３】
まず、ステップＳＴ１００において内燃機関の運転状態の読み込みを開始し、ステップＳＴ１０１では読み込んだ運転状態を基に、火花放電発生時刻、火花放電維持時間、イオン電流検出期間、及び一次巻線環流期間を設定する。
【００３４】
次に、ステップＳＴ１０２にて火花放電発生時刻、火花放電維持時間、及び内燃機関の運転状態を基に、点火プラグ１３の火花放電のための一次巻線Ｌ１への初期通電期間と、一次巻線Ｌ１の両端を短絡し環流を発生させる一次巻線環流期間とから、Ｓ１信号と電源を制御するＳ２信号を設定する。なお、各信号の初期値はＬｏｗレベルである。
【００３５】
ステップＳＴ１０３では設定された一次巻線Ｌ１への初期通電期間に基づき初期通電期間開始時期に達したか否かを判断する。否定された場合は同ステップを繰り返し待機する。初期通電期間開始時期に達したと判断されるとステップＳＴ１０４に移行する。
【００３６】
ステップＳＴ１０４でＳ１信号及びＳ２信号がＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替えられる。これにより点火コイル１４の一次巻線Ｌ１に通電が開始される。
【００３７】
次に、ステップＳＴ１０５にて点火コイル１４の一次巻線Ｌ１への初期通電期間が事前に設定した時間に達したか否かを判断する。否定された場合は同ステップを繰り返し待機する。設定した時間に達したと判断されるとステップＳＴ１０６に移行する。
【００３８】
ステップＳＴ１０６にてＳ１信号及びＳ２信号をＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替える。これにより、点火コイル１４の一次巻線Ｌ１に流れていた一次電流Ｉ１が遮断され、点火コイル１４の二次巻線Ｌ２に点火用高電圧が発生し、点火プラグ１３の中心電極１３ａと接地電極１３ｂとの間に火花放電が発生する。
【００３９】
次に、ステップＳＴ１０７では事前に設定された一次巻線環流期間の開始時期に達したか否かを判断する。否定された場合は同ステップを繰り返し待機する。設定された一次巻線環流期間の開始時期に達したと判断されるとステップＳＴ１０８に移行する。
【００４０】
ステップＳＴ１０８にてＳ２信号がＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替えられ、点火コイル１４の一次巻線Ｌ１の両端が短絡されることで一次巻線Ｌ１に電流が流れはじめ、火花放電が強制的に遮断される。
【００４１】
ステップＳＴ１０９では一次電流及びイオン電流の読み込みを開始する。
【００４２】
ステップＳＴ１１０では読み込んだ一次電流に基づいてイオン電流検出装置１０に流れる誘導電流Ｉｃを演算器１６ｃで推定する。誘導電流Ｉｃの推定手段は種々考えられるが、例えば、一次電流Ｉ１の値をフィルタリングしてノイズを取り除いた後の電流値の二階微分と、一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２の巻き数比ｎ２／ｎ１と、点火装置と点火プラグ１３の寄生容量Ｃと、点火コイル１４の一次巻線Ｌ１のインダクタンスＬと、を用いて下記式１のように誘導電流Ｉｃが算出される。
【００４３】
【数１】
2019073994.tif 000003
【００４４】
ステップＳＴ１１１では内燃機関の運転条件やプラグの燻り状態などから燃焼サイクルに適した基礎イオン電流検出閾値を算出する。この基礎イオン電流検出閾値は数μＡ程度に調整するとよい。
【００４５】
ステップＳＴ１１２では、ステップＳＴ１１１で算出した基礎イオン電流検出閾値にステップＳＴ１１０で推定した誘導電流Ｉｃを加算してイオン電流検出閾値を再設定する。
【００４６】
次に、ステップＳＴ１１３では事前に設定されたイオン電流検出期間の終了時刻に達したか否かを判断する。否定されるとステップＳＴ１１４に移動し、事前に設定されたイオン電流検出期間の終了時刻に達したと判断されるとステップＳＴ１１５に移動する。
【００４７】
ステップＳＴ１１４ではイオン電流検出情報に基づいてＥＣＵ２０による燃焼状態判断が完了したか判断する。否定されると再びステップＳＴ１１３に戻る。完了したと判断されると、事前に設定されたイオン電流検出期間の終了時刻を待たずにステップＳＴ１１５に移動する。
【００４８】
ステップＳＴ１１５では一次電流及びイオン電流の読み込みを終了する。
【００４９】
次に、ステップＳＴ１１６にて事前に設定された一次巻線環流期間の終了時刻に達したか否かを判断する。否定されると同ステップを繰り返し、設定された一次巻線環流期間の終了時刻に達したと判断されるとステップＳＴ１１７に移動する。
【００５０】
ステップＳＴ１１７では、Ｓ２信号がＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替えられ、一次巻線Ｌ１の短絡経路が解放され、ＥＣＵ２０において実行されるイオン電流検出処理を終了する。
【００５１】
なお、本実施の形態では一次巻線環流期間の終了時刻を内燃機関の運転状態から事前に設定したが、一次巻線電流等に基づいてリアルタイムに決定してもよい。
【００５２】
以上のように、実施の形態１による内燃機関の燃焼状態検出装置によれば、放電停止誘導電流検出装置１６の演算器１６ｃによってイオン電流検出期間内の放電停止による誘導電流Ｉｃが推定され、推定された誘導電流Ｉｃを用いてイオン電流検出閾値が誘導電流Ｉｃの影響受けない閾値に設定される。これにより、放電停止中であっても誘導電流起因の誤検知が発生することがなく、内燃機関の気筒内燃焼状態の検出性が良好となる。
【００５３】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による内燃機関の燃焼状態検出装置について説明する。
実施の形態１では、放電停止初期の誘導電流に基づいてイオン電流検出閾値を設定する実施の形態について説明した。しかし、放電停止期間中は磁束の消費が徐々に遅くなる傾向があるため、誘導電流は徐々に低下して行き、鉄心内の磁束が消費し終えると誘導電流は発生しなくなる。そのため、放電停止動作後半又は放電停止動作終了後には発生している誘導電流に対してイオン電流検出閾値が過剰に高く設定される状態となり、高ＥＧＲ率条件（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculationの略）やリーン燃焼条件など、燃焼によるイオン発生量が少なく燃焼が遅い条件では、イオン電流がイオン電流検出閾値を超えなくなり、燃焼状態の検出性が低下する可能性がある。
【００５４】
そのような場合、イオン電流検出期間中に繰り返し誘導電流の推定を逐次行い、イオン電流検出閾値を更新するとよい。これにより放電停止動作後半又は放電停止動作終了後で誘導電流が小さくなった場合でもイオン電流検出閾値が過剰に高くなることがなくなる。よって、高ＥＧＲ率条件やリーン燃焼条件など燃焼によるイオン発生量が少なく燃焼が遅い条件で、より安定した高精度な燃焼状態の検出が可能である。
【００５５】
実施の形態２は、上記イオン電流検出期間中に繰り返し誘導電流の推定を逐次行い、イオン電流検出閾値を更新する実施の形態を説明するもので、燃焼状態検出装置の基本構成については図１に示す実施の形態１と同様のため、その説明を省略する。なお、実施の形態２の説明においては、図１を参照しながら同図の符号を用いて説明する。
【００５６】
図４は、実施の形態２におけるＥＣＵ２０の出力であるＳ１信号及びＳ２信号と、一次巻線Ｌ１に流れる一次電流Ｉ１と、点火プラグ１３に流れる二次電流Ｉ２と、点火プラグ１３の中心電極１３ａの電位Ｖｐと、失火時にイオン電流検出回路１１により検出される失火時イオン電流と、燃焼時にイオン電流検出回路１１により検出される燃焼時イオン電流との各状態を表すタイムチャートを示す。
【００５７】
図４の時刻ｔ４１において、第一スイッチＳＷ１へのＳ１信号及び第二スイッチＳＷ２へのＳ２信号をＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替え、点火コイル１４の一次巻線Ｌ１に一次電流Ｉ１を流す。その後、予め設定された通電時間が経過した時刻ｔ４２にて、Ｓ１信号、Ｓ２信号をＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替えることにより、点火コイル１４の一次巻線Ｌ１への一次電流Ｉ１を遮断すると、点火プラグ１３の中心電極１３ａに負の点火用高電圧が印加されて、その電位Ｖｐが急峻に低下し、点火プラグ１３の中心電極１３ａと接地電極１３ｂとの間に火花放電が発生する。
【００５８】
そして、内燃機関の運転状態に基づいて算出された火花放電持続時間が経過した時刻ｔ４３にて再び第二スイッチＳＷ２へのＳ２信号をＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替える。これにより一次巻線Ｌ１に一次電流Ｉ１が再び流れはじめる。点火コイル１４の鉄心に残されている磁束に対応する磁界を発生する電流値にまで再通電の一次電流Ｉ１が達すると（時刻ｔ４４）、火花放電時に二次巻線Ｌ２に発生していた点火用高電圧とは逆極性の電圧が二次巻線Ｌ２に誘導され、中心電極１３ａと接地電極１３ｂとの間の電圧が放電維持電圧を下回ると点火プラグ１３での火花放電が強制的に遮断される。
【００５９】
時刻ｔ４４においてワーストケースを考慮して予め高めに設定された初期イオン電流検出閾値を用いてイオン電流による燃焼状態検出が開始される。初期イオン電流検出閾値は任意であるが、遮断電流と放電時間とコイルパラメータなどから概算してもよいし、予め実験的に決定した値を用いてもよい。二次巻線Ｌ２で発生する誘導電流Ｉｃを燃焼と誤検知することなく燃焼検出するには数十μＡ程度に調整するとよい。
【００６０】
そして時刻ｔ４５において電流値から誘導電流Ｉｃの推定が完了し、その後は逐次イオン電流検出閾値が誘導電流レベルに適した値に更新される。なお、時刻ｔ４４から時刻ｔ４５までの期間は可能な限り短いことが好ましい。
【００６１】
時刻ｔ４６において第二スイッチＳＷ２へのＳ２信号をＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替えることで、一次巻線Ｌ１とダイオード１５により形成される閉回路が解放され、内燃機関の１燃焼サイクルにおける放電停止動作が終了する。時刻ｔ４６は任意に決定可能であるが、点火コイル１４の発熱を最小限に抑制するには、内燃機関の運転状態に合わせて逐次算出するか、またはマップを作成するか、または放電停止誘導電流検出装置１６によって推定された誘導電流値が設定した値以下になった時刻をもって時刻ｔ４６としてもよい。
【００６２】
このように、イオン電流検出閾値が誘導電流レベルに適した値に常に更新されることで、放電停止後半で誘導電流Ｉｃが小さくなる場合や、磁束消費後の誘導電流Ｉｃが発生しない場合でもイオン電流検出閾値が過剰に高くなることがなくなる。よって、高ＥＧＲ率条件やリーン燃焼条件など燃焼によるイオン発生量が少なく燃焼が遅い条件であっても、より安定した高精度な燃焼状態の検出が可能である。
【００６３】
次に、図５Ａ及び図５Ｂに示すフローチャートに沿って、ＥＣＵ２０において実行されるイオン電流検出処理を説明する。
ＥＣＵ２０は、内燃機関の火花放電発生時期、燃料噴射量、アイドル回転数等を総合的に制御するためのものであり、以下に説明する点火制御処理のために、別途、内燃機関の吸入空気量（吸気管圧力）、回転速度、スロットル開度、冷却水温、吸気温等、機関各部の運転状態を検出する運転状態検出処理を行っている。
【００６４】
まず、ステップＳＴ２００において内燃機関の運転状態の読み込みを開始し、ステップＳＴ２０１では読み込んだ運転状態を基に火花放電発生時刻、火花放電維持時間、イオン電流検出期間、及び一次巻線環流期間を設定する。
【００６５】
次に、ステップＳＴ２０２にて火花放電発生時刻、火花放電維持時間、及び内燃機関の運転状態を基に、点火プラグ１３の火花放電のための一次巻線Ｌ１への初期通電期間と、一次巻線Ｌ１の両端を短絡し環流を発生させる一次巻線環流期間とから、Ｓ１信号と電源を制御するＳ２信号を設定する。なお、各信号の初期値はＬｏｗレベルである。
【００６６】
ステップＳＴ２０３では設定された一次電流Ｉ１の初期通電期間に基づき初期通電期間開始時期に達したか否かを判断する。否定された場合は同ステップを繰り返し待機する。初期通電期間開始時期に達したと判断されるとステップＳＴ２０４に移行する。
【００６７】
ステップＳＴ２０４でＳ１信号及びＳ２信号がＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替えられる。これにより点火コイル１４の一次巻線Ｌ１に通電が開始される。
【００６８】
次に、ステップＳＴ２０５にて点火コイル１４の一次巻線Ｌ１への初期通電期間が事前に設定した時間に達したか否かを判断する。否定された場合は同ステップを繰り返し待機する。設定した時間に達したと判断されるとステップＳＴ２０６に移行する。
【００６９】
ステップＳＴ２０６にてＳ１信号及びＳ２信号をＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替える。これにより、点火コイル１４の一次巻線Ｌ１に流れていた一次電流Ｉ１が遮断され、点火コイル１４の二次巻線Ｌ２に点火用高電圧が発生し、点火プラグ１３の中心電極１３ａと接地電極１３ｂとの間に火花放電が発生する。
【００７０】
次に、ステップＳＴ２０７では事前に設定された一次巻線環流期間の開始時期に達したか否かを判断する。否定された場合は同ステップを繰り返し待機する。設定された一次巻線環流期間の開始時期に達したと判断されるとステップＳＴ２０８に移行する。
【００７１】
ステップＳＴ２０８にてＳ２信号がＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替えられ、点火コイル１４の一次巻線Ｌ１の両端が短絡されることで一次巻線Ｌ１に電流が流れはじめ、火花放電が強制的に遮断される。
【００７２】
ステップＳＴ２０９では一次電流及びイオン電流の読み込みを開始する。
【００７３】
ステップＳＴ２１０では読み込んだ一次電流に基づいてイオン電流検出装置１０に流れる誘導電流Ｉｃを演算器１６ｃで推定する。誘導電流Ｉｃの推定手段は種々考えられるが、例えば、実施の形態１と同様に、一次電流Ｉ１の値をフィルタリングしてノイズを取り除いた後の電流値の二階微分と、一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２の巻き数比ｎ２／ｎ１と、点火装置と点火プラグ１３の寄生容量Ｃと、点火コイル１４の一次巻線Ｌ１のインダクタンスＬと、を用いて式１から誘導電流Ｉｃが算出される。
【００７４】
ステップＳＴ２１１では内燃機関の運転条件やプラグの燻り状態などから燃焼サイクルに適した基礎イオン電流検出閾値を算出する。この基礎イオン電流検出閾値は数μＡ程度に調整するとよい。
【００７５】
ステップＳＴ２１２では、ステップＳＴ２１１で算出した基礎イオン電流検出閾値にステップＳＴ２１０で推定した誘導電流Ｉｃを加算してイオン電流検出閾値を再設定する。
【００７６】
次に、ステップＳＴ２１３では事前に設定されたイオン電流検出期間の終了時刻に達したか否かを判断する。否定されるとステップＳＴ２１４に移動し、設定されたイオン電流検出期間の終了時刻に達したと判断されるとステップＳＴ２１５に移動する。
【００７７】
ステップＳＴ２１４ではイオン電流検出情報に基づいてＥＣＵ２０による燃焼状態判断が完了したか判断する。否定されると再びステップＳＴ２１０に戻る。完了したと判断されると、事前に設定されたイオン電流検出期間の終了時刻を待たずにステップＳＴ２１５に移動する。
【００７８】
ステップＳＴ２１０に戻ると、再びイオン電流検出装置１０に流れる誘導電流Ｉｃが推定される。
【００７９】
そして、ステップＳＴ２１１とステップＳＴ２１２によりイオン電流検出閾値が運転状態と誘導電流Ｉｃとに適した値に再設定される。
【００８０】
これによりイオン電流検出閾値が変更され、放電停止後半で誘導電流Ｉｃが小さくなる場合や磁束消費後の誘導電流Ｉｃが発生しない場合でも、常に最適なイオン電流検出閾値が設定されるようになる。
【００８１】
ステップＳＴ２１５では一次電流及びイオン電流の読み込みを終了する。
【００８２】
次に、ステップＳＴ２１６にて事前に設定された一次巻線環流期間の終了時刻に達したか否かを判断する。否定されると同ステップを繰りかえす。設定された一次巻線環流期間の終了時刻に達したと判断されるとステップＳＴ２１７に移動する。
【００８３】
ステップＳＴ２１７では、Ｓ２信号がＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替えられ、一次巻線Ｌ１の短絡経路が解放され、ＥＣＵ２０において実行されるイオン電流検出処理を終了する。
【００８４】
本実施の形態では一次巻線環流期間の終了時刻を内燃機関の運転状態から事前に設定したが、一次巻線電流等に基づいてリアルタイムに決定してもよい。また、毎ステップのイオン電流検出閾値の逐次再設定がＥＣＵ２０の計算リソース等の制約を受け困難である場合は、任意のステップ置きに再設定してもよい。また、基礎イオン電流検出閾値も逐次算出せずに１燃焼サイクル内では固定値としてもよい。
【００８５】
一次電流検出手段は上記に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。誘導電流Ｉｃの推定手段として電流検出抵抗を用いて検出した電流値の二階微分を利用したが、カレントトランス等を利用してもよい。また、電流検出箇所は一次巻線Ｌ１の電流を検出可能ならば任意の箇所でよく、例えば、点火制御のための第二スイッチＳＷ２と一次巻線Ｌ１の間等に設置してもよい。
【００８６】
このように、実施の形態２による内燃機関の燃焼状態検出装置は、イオン電流検出期間中に繰り返し誘導電流Ｉｃの推定を逐次行い、イオン電流検出閾値を更新するので、放電停止後半で誘導電流Ｉｃが小さくなった場合でもイオン電流検出閾値が過剰に高くなることがなくなる。よって、実施の形態１の効果に加え、高ＥＧＲ率条件やリーン燃焼条件など燃焼によるイオン発生量が少なく燃焼が遅い条件で、より安定した高精度な燃焼状態の検出が可能となる。
【００８７】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による内燃機関の燃焼状態検出装置について説明する。
実施の形態２では、放電停止中の一次電流Ｉ１を検出し、二階微分することで放電停止中に発生する誘導電流Ｉｃを推定する実施の形態について説明した。しかし、実際に取得できる一次電流値には多数のノイズが重畳するため数値解析的に二階微分を行うことは困難となる場合がある。
【００８８】
そのような場合、実施の形態２で一部説明したように、一次巻線Ｌ１の発生電圧を検出して誘導電流Ｉｃを推定するとよい。放電停止による磁束消費中は、一次巻線Ｌ１には二次巻線Ｌ２で発生する電圧が巻き数比ｎ２／ｎ１に応じて発生するため、間接的に二次電圧Ｖｐを容易に観測することができる。例えば、一次巻線Ｌ１の両端電圧の一階微分と、点火装置と点火プラグ１３の寄生容量Ｃと、を用いて下記式２のように誘導電流Ｉｃを推定することができる。
【００８９】
【数２】
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【００９０】
一次巻線Ｌ１に発生する電圧を利用することで微分回数が減るため、ノイズの影響を受けにくくなり、より高い精度で放電停止中の誘導電流Ｉｃを推定することができる。よって、ノイズの影響が大きい場合でも適切にイオン電流検出閾値を設定でき、安定した高精度な燃焼状態の検出が可能である。
【００９１】
実施の形態３は、一次巻線Ｌ１の発生電圧を検出して誘導電流Ｉｃを推定する実施の形態を説明するもので、図６は、実施の形態３の燃焼状態検出装置の構成を表す電気回路図である。なお、本実施の形態では単気筒の内燃機関についての説明を行うが、この発明は複数気筒を備える内燃機関についても適用できる。その場合、同様な基本構成のイオン電流検出装置を気筒数分備えてもよいし、環流電流制御装置等の燃焼状態検出装置の一部構成要素を複数気筒で共有してもよい。
【００９２】
図６に示すように、実施の形態３の内燃機関の燃焼状態検出装置によるイオン電流検出装置３０は、イオン電流を検出するイオン電流検出回路１１と、定電圧を出力する電源装置１２と、内燃機関の気筒に設けられた点火プラグ１３と、一次巻線Ｌ１とこの一次巻線Ｌ１と磁気結合する二次巻線Ｌ２とを備え、点火用高電圧を発生する点火コイル１４と、一次巻線Ｌ１に並列接続されて一次巻線Ｌ１の両端を短絡する環流装置を構成するダイオード１５と、一次巻線Ｌ１を経路に接続された放電停止誘導電流検出装置１６と、二次巻線Ｌ２の低圧側に接続された逆流防止用ダイオード１７と、二次巻線Ｌ２と逆流防止用ダイオード１７との間に挿入されたツェナーダイオード１８と、ツェナーダイオード１８に並列接続されたコンデンサ１９と、を備えている。
【００９３】
また、イオン電流検出装置３０は、電源用スイッチ（例えば、トランジスタ）となる第一スイッチＳＷ１と、一次巻線Ｌ１と直列接続された点火制御のための第二スイッチＳＷ２と、第一スイッチＳＷ１、第二スイッチＳＷ２のそれぞれに対してＳ１信号、Ｓ２信号を出力するＥＣＵ２０と、を備えている。
【００９４】
本実施の形態では環流装置はダイオード１５と環流経路の抵抗値を表す抵抗素子２１と点火制御のための第二スイッチＳＷ２により構成されているが、一次巻線Ｌ１を短絡できれば任意の手段でよく、例えば、サイリスタやトランジスタ等の任意のスイッチング素子を用いて一次巻線Ｌ１を短絡する構成でもよい。
【００９５】
放電停止誘導電流検出装置１６は、一次巻線Ｌ１の両端電圧を検出する差動増幅器１６ｂ、及び検出した電圧から二次巻線Ｌ２で発生する誘導電流Ｉｃを推定する演算器１６ｃから構成されているが、比較的低圧である一次巻線Ｌ１側の電圧を用いて誘導電流Ｉｃを推測できれば任意の手段でよい。例えば、演算器１６ｃを専用に設けず、ＥＣＵ２０の内部で演算処理を行ってもよいし、第二スイッチＳＷ２を構成するようなスイッチングＩＣ内に演算機能を持たせてもよい。また、一次巻線Ｌ１の両端の電圧が検知できればよいため、差動増幅器１６ｂのような電圧検出手段の取り付け位置は図６の位置に限らない。
【００９６】
図７は、実施の形態３におけるＥＣＵ２０の出力であるＳ１信号及びＳ２信号と、一次巻線Ｌ１に流れる一次電流Ｉ１と、一次巻線Ｌ１で発生する電源装置１２側端基準の一次巻線Ｌ１の両端の電圧Ｖｃと、点火プラグ１３の中心電極１３ａの電位Ｖｐと、点火プラグ１３に流れる二次電流Ｉ２と、失火時にイオン電流検出回路１１により検出される失火時イオン電流と、燃焼時にイオン電流検出回路１１により検出される燃焼時イオン電流との各状態を表すタイムチャートを示す。
【００９７】
図７の時刻ｔ５１において、第一スイッチＳＷ１へのＳ１信号及び第二スイッチＳＷ２へのＳ２信号をＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替え、点火コイル１４の一次巻線Ｌ１に一次電流Ｉ１を流す。その後、予め設定された通電時間が経過した時刻ｔ５２にて、Ｓ１信号及びＳ２信号をＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替えることにより、点火コイル１４の一次巻線Ｌ１への一次電流Ｉ１を遮断すると、点火プラグ１３の中心電極１３ａに負の点火用高電圧が印加されて、その電位Ｖｐが急峻に低下し、点火プラグ１３の中心電極１３ａと接地電極１３ｂとの間に火花放電が発生する。
【００９８】
そして、内燃機関の運転状態に基づいて算出された火花放電持続時間が経過した時刻ｔ５３にて再び第二スイッチＳＷ２へのＳ２信号をＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替える。これにより一次巻線Ｌ１に一次電流Ｉ１が再び流れはじめる。点火コイル１４の鉄心に残されている磁束に対応する磁界を発生する電流値にまで再通電の一次電流Ｉ１が達すると（時刻ｔ５４）、火花放電時に二次巻線Ｌ２に発生していた点火用高電圧とは逆極性の電圧が二次巻線Ｌ２に誘導され、中心電極１３ａと接地電極１３ｂとの間の電圧が放電維持電圧を下回ると点火プラグ１３での火花放電が強制的に遮断される。
【００９９】
時刻ｔ５４においてワーストケースを考慮して予め高めに設定された初期イオン電流検出閾値を用いてイオン電流による燃焼状態検出が開始される。初期イオン電流検出閾値は任意であるが、遮断電流と放電時間とコイルパラメータなどから概算してもよいし、予め実験的に決定した値を用いてもよい。誘導電流Ｉｃを燃焼と誤検知することなく燃焼検出するには数十μＡ程度に調整するとよい。
【０１００】
そして時刻ｔ５５において電流値から誘導電流Ｉｃの推定が完了し、その後は逐次イオン電流検出閾値が誘導電流レベルに適した値に更新される。なお、時刻ｔ５４から時刻ｔ５５までの期間は可能な限り短いことが好ましい。
【０１０１】
時刻ｔ５６において第二スイッチＳＷ２へのＳ２信号をＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替えることで一次巻線Ｌ１とダイオード１５により形成される閉回路が解放され、内燃機関の１燃焼サイクルにおける放電停止動作が終了する。時刻ｔ５６は任意に決定可能であるが、点火コイル１４の発熱を最小限に抑制するには、内燃機関の運転状態に合わせて逐次算出するか、またはマップを作成するか、あるいは放電停止誘導電流検出装置１６によって推定された誘導電流値が設定した値以下になった時刻をもって時刻ｔ５６としてもよい。
【０１０２】
このように、イオン電流検出閾値が誘導電流レベルに適した値に常に更新されることで、放電停止後半で誘導電流Ｉｃが小さくなる場合や磁束消費後の誘導電流Ｉｃが発生しない場合でもイオン電流検出閾値が過剰に高くなることがなくなる。よって、高ＥＧＲ率条件やリーン燃焼条件など燃焼によるイオン発生量が少なく燃焼が遅い条件であっても、より安定した高精度な燃焼状態の検出が可能である。
【０１０３】
次に、図８Ａ及び図８Ｂに示すフローチャートに沿って、ＥＣＵ２０において実行されるイオン電流検出処理を説明する。
ＥＣＵ２０は、内燃機関の火花放電発生時期、燃料噴射量、アイドル回転数等を総合的に制御するためのものであり、以下に説明する点火制御処理のために、別途、内燃機関の吸入空気量（吸気管圧力）、回転速度、スロットル開度、冷却水温、吸気温等、機関各部の運転状態を検出する運転状態検出処理を行っている。
【０１０４】
まず、ステップＳＴ３００において内燃機関の運転状態の読み込みを開始し、ステップＳＴ３０１では読み込んだ運転状態を基に火花放電発生時刻、火花放電維持時間、イオン電流検出期間、及び一次巻線環流期間を設定する。
【０１０５】
次に、ステップＳＴ３０２にて火花放電発生時刻、火花放電維持時間、及び内燃機関の運転状態を基に、点火プラグ１３の火花放電のための一次巻線Ｌ１への初期通電期間と、一次巻線Ｌ１の両端を短絡し環流を発生させる一次巻線環流期間とから、Ｓ１信号と電源を制御するＳ２信号を設定する。なお、各信号の初期値はＬｏｗレベルである。
【０１０６】
ステップＳＴ３０３では設定された一次電流Ｉ１の初期通電期間に基づき初期通電期間開始時期に達したか否かを判断する。否定された場合は同ステップを繰り返し待機する。初期通電期間開始時期に達したと判断されるとステップＳＴ３０４に移行する。
【０１０７】
ステップＳＴ３０４でＳ１信号及びＳ２信号がＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替えられる。これにより点火コイル１４の一次巻線Ｌ１に通電が開始される。
【０１０８】
次に、ステップＳＴ３０５にて点火コイル１４の一次巻線Ｌ１への初期通電期間が事前に設定した時間に達したか否かを判断する。否定された場合は同ステップを繰り返し待機する。初期通電期間が事前に設定した時間に達したと判断されるとステップＳＴ３０６に移行する。
【０１０９】
ステップＳＴ３０６にてＳ１信号及びＳ２信号をＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替える。これにより、点火コイル１４の一次巻線Ｌ１に流れていた一次電流Ｉ１が遮断され、点火コイル１４の二次巻線Ｌ２に点火用高電圧が発生し、点火プラグ１３の中心電極１３ａと接地電極１３ｂとの間に火花放電が発生する。
【０１１０】
次に、ステップＳＴ３０７では事前に設定された一次巻線環流期間の開始時期に達したか否かを判断する。否定された場合は同ステップを繰り返し待機する。設定された一次巻線環流期間の開始時期に達したと判断されるとステップＳＴ３０８に移行する。
【０１１１】
ステップＳＴ３０８にてＳ２信号がＬｏｗレベルからＨｉレベルに切り替えられ、点火コイル１４の一次巻線Ｌ１の両端が短絡されることで一次巻線Ｌ１に電流が流れはじめ、火花放電が強制的に遮断される。
【０１１２】
ステップＳＴ３０９では一次巻線Ｌ１の両端電圧、及びイオン電流の読み込みを開始する。
【０１１３】
ステップＳＴ３１０では内燃機関の運転条件やプラグの燻り状態などから燃焼サイクルに適した基礎イオン電流検出閾値を算出する。この基礎イオン電流検出閾値は数μＡ程度に調整するとよい。
【０１１４】
ステップＳＴ３１１では読み込んだ一次巻線Ｌ１の両端電圧に基づいてイオン電流検出装置３０に流れる誘導電流Ｉｃを演算器１６ｃで推定する。誘導電流Ｉｃの推定手段は種々考えられるが、例えば、一次電流Ｉ１の値をフィルタリングしてノイズを取り除いた後の一次巻線Ｌ１の両端電圧の微分値と、一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２の巻き数比ｎ２／ｎ１と、点火装置と点火プラグ１３の寄生容量Ｃと、を用いて算出される。
【０１１５】
ステップＳＴ３１２では、ステップＳＴ３１０で算出した基礎イオン電流検出閾値にステップＳＴ３１１で推定した誘導電流Ｉｃを加算してイオン電流検出閾値を再設定する。
【０１１６】
次に、ステップＳＴ３１３では事前に設定されたイオン電流検出期間の終了時刻に達したか否かを判断する。否定されるとステップＳＴ３１４に移動し、設定されたイオン電流検出期間の終了時刻に達したと判断されるとステップＳＴ３１５に移動する。
【０１１７】
ステップＳＴ３１４ではイオン電流検出情報に基づいてＥＣＵ２０による燃焼状態判断が完了したか判断する。否定されると再びステップＳＴ３１１に戻る。完了したと判断されると、事前に設定されたイオン電流検出期間の終了時刻を待たずにステップＳＴ３１５に移動する。
【０１１８】
ステップＳＴ３１１に戻ると、再びイオン電流検出装置３０に流れる誘導電流Ｉｃが推定される。
【０１１９】
そして、ステップＳＴ３１２によりイオン電流検出閾値が運転状態と誘導電流Ｉｃとに適した値に再設定される。
【０１２０】
これによりイオン電流検出閾値が変更され、放電停止後半で誘導電流Ｉｃが小さくなる場合や磁束消費後の誘導電流Ｉｃが発生しない場合でも、常に最適なイオン電流検出閾値が設定されるようになる。
【０１２１】
ステップＳＴ３１５では一次巻線Ｌ１の両端電圧及びイオン電流の読み込みを終了する。
【０１２２】
次に、ステップＳＴ３１６にて事前に設定された一次巻線環流期間の終了時刻に達したか否かを判断する。否定されると同ステップを繰りかえす。設定された一次巻線環流期間の終了時刻に達したと判断されるとステップＳＴ３１７に移動する。
【０１２３】
ステップＳＴ３１７では、Ｓ２信号がＨｉレベルからＬｏｗレベルに切り替えられ、一次巻線Ｌ１の短絡経路が解放され、ＥＣＵ２０において実行されるイオン電流検出処理を終了する。
【０１２４】
本実施の形態では一次巻線環流期間の終了時刻を内燃機関の運転状態から事前に設定したが、一次巻線電圧等に基づいてリアルタイムに決定してもよい。また、毎ステップのイオン電流検出閾値の逐次再設定がＥＣＵ２０の計算リソース等の制約を受け困難である場合は、任意のステップ置きに再設定してもよい。また、基礎イオン電流検出閾値も１燃焼サイクル内で固定値とせずに、逐次算出または任意のステップ置きに再算出してもよい。
【０１２５】
このように、実施の形態３による内燃機関の燃焼状態検出装置は、一次巻線Ｌ１に発生する電圧を利用することで微分回数が減るため、ノイズの影響を受けにくくなり、より高い精度で放電停止中の誘導電流Ｉｃを推定することができる。よって、実施の形態１による効果に加え、ノイズの影響が大きい場合でも適切にイオン電流検出閾値を設定でき、安定した高精度な燃焼状態の検出が可能である。
【０１２６】
上記においては、この発明の実施の形態１から３について説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各発明を自由に組み合わせたり、適宜、変形、省略したりすることが可能である。例えば、一次巻線Ｌ１の両端電圧を差動増幅器１６ｂで検出したが、実現手段はこれに限らない。例えば、ＧＮＤ電位基準で電源装置１２側の一次巻線端の電圧を測定すれば、スイッチング素子での電圧降下の影響を受けるがシステムの簡略化が可能である。
【符号の説明】
【０１２７】
１０、３０  イオン電流検出装置、１１  イオン電流検出回路、１２  電源装置、
１３  点火プラグ、１３ａ  中心電極、１３ｂ  接地電極、１４  点火コイル、
１５  ダイオード、１６  放電停止誘導電流検出装置、１６ａ  センス抵抗、
１６ｂ  差動増幅器、１６ｃ  演算器、１７  逆流防止用ダイオード、
１８  ツェナーダイオード、１９  コンデンサ、２０  電子制御装置（ＥＣＵ）、
２１  抵抗素子、Ｌ１  一次巻線、Ｌ２  二次巻線、ＳＷ１  第一スイッチ、
ＳＷ２  第二スイッチ、Ｉｃ  誘導電流
【図１】
2019073994.tif 000005
【図２】
2019073994.tif 000006
【図３Ａ】
2019073994.tif 000007
【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
2019073994.tif 000010
【図５Ｂ】
2019073994.tif 000011
【図６】
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【図７】
2019073994.tif 000013
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年9月12日(2018.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙を介して対向する第１電極と第２電極を有し、上記間隙に火花放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を着火させる点火プラグと、一次巻線と上記一次巻線に磁気結合する二次巻線を含む点火装置と、上記一次巻線へ電流を供給する電源装置と、上記一次巻線と上記電源装置との間に配置され、上記電源装置が供給する電流の導通及び遮断を制御するスイッチと、上記第１電極と上記第２電極との間に印加される電圧による上記可燃混合気の燃焼により、上記燃焼室内に生ずるイオンをイオン電流として検出するイオン電流検出回路と、上記一次巻線を短絡させて環流経路を導通状態にし、上記火花放電を停止させる環流装置と、上記火花放電の停止による誘導電流を推定する放電停止誘導電流検出装置と、を備え、
上記一次巻線は、上記スイッチを導通状態に切り替えることにより電流を通電し、上記可燃混合気を着火させる上記火花放電を上記点火プラグに発生させるエネルギを蓄積し、
上記一次巻線に上記エネルギが蓄積されている状態で、上記スイッチを遮断状態に切り替えて上記電流を遮断し、上記二次巻線に高電圧を発生させ、上記高電圧により上記点火プラグの上記間隙に上記火花放電を発生させる内燃機関の燃焼状態検出装置において、
上記放電停止誘導電流検出装置は、上記一次巻線側の情報から推定された誘導電流値を用いて、イオン電流検出閾値を燃焼サイクル毎に設定し、気筒内の燃焼状態を判断することを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項２】
上記イオン電流検出閾値を１燃焼サイクル内のイオン電流検出期間内で逐次変更、または複数回変更させ、気筒内の燃焼状態を判断することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項３】
上記イオン電流検出閾値は、上記内燃機関の運転条件から決定された基礎イオン電流検出閾値と上記放電停止誘導電流検出装置によって推定された誘導電流値との加算により設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項４】
上記放電停止誘導電流検出装置は、上記一次巻線に流れる電流を検出する装置を備え、上記一次巻線に流れる電流を用いて放電停止による上記誘導電流を推定することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項５】
上記放電停止誘導電流検出装置は、上記一次巻線の発生電圧を検出する装置を備え、上記一次巻線の両端電圧値を用いて放電停止による上記誘導電流を推定することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項６】
上記放電停止誘導電流検出装置は、上記一次巻線の電流値の二階微分値を用いて誘導電流値を推定することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項７】
上記放電停止誘導電流検出装置は、上記一次巻線の両端電圧の微分値を用いて誘導電流値を推定することを特徴とする請求項１から３、５の何れか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
この発明による内燃機関の燃焼状態検出装置は、間隙を介して対向する第１電極と第２電極を有し、上記間隙に火花放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を着火させる点火プラグと、一次巻線と上記一次巻線に磁気結合する二次巻線を含む点火装置と、上記一次巻線へ電流を供給する電源装置と、上記一次巻線と上記電源装置との間に配置され、上記電源装置が供給する電流の導通及び遮断を制御するスイッチと、上記第１電極と上記第２電極との間に印加される電圧による上記可燃混合気の燃焼により、上記燃焼室内に生ずるイオンをイオン電流として検出するイオン電流検出回路と、上記一次巻線を短絡させて環流経路を導通状態にし、上記火花放電を停止させる環流装置と、上記火花放電の停止による誘導電流を推定する放電停止誘導電流検出装置と、を備え、
上記一次巻線は、上記スイッチを導通状態に切り替えることにより電流を通電し、上記可燃混合気を着火させる上記火花放電を上記点火プラグに発生させるエネルギを蓄積し、
上記一次巻線に上記エネルギが蓄積されている状態で、上記スイッチを遮断状態に切り替えて上記電流を遮断し、上記二次巻線に高電圧を発生させ、上記高電圧により上記点火プラグの上記間隙に上記火花放電を発生させる内燃機関の燃焼状態検出装置において、
上記放電停止誘導電流検出装置は、上記一次巻線側の情報から推定された誘導電流値を用いて、イオン電流検出閾値を燃焼サイクル毎に設定し、気筒内の燃焼状態を判断することを特徴とする。