(57)【要約】【課題】内燃機関が希薄燃料によるリーン燃焼や多量のＥＧＲによる燃焼であってもイオン電流から燃焼状態を正確に判定する。【解決手段】第２の点火コイル10bは、インジェクタ150からの燃料噴射が行われるよりも進角側でシリンダ110内に第２の点火プラグ70bからの放電を行い、第１の点火プラグ70aの放電がシリンダ110の吸気側に備えられた第１の点火プラグ70a近傍の燃焼からシリンダ110の排気側へ伝わる燃焼で第２の点火プラグ70bの電極間に発生するイオン電流を検出する。また、第１及び第２の点火コイル10a，10bの２次コイル30a，30bは、スイッチ素子90a，90bを介してイオン電流検出手段80と接続され、接点を切り替えてイオン電流検出手段80又はグランドと導通させる。【選択図】図１
2015090140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の単一の気筒100にて一定の距離をおいて配置される２つの点火プラグ70a，70bと、
当該点火プラグ70a，70bに個別に備えられる２つの点火コイル10a，10bと、
前記内燃機関の気筒100内の混合気が燃焼することにより前記点火プラグ70a，70bの電極間に生じるイオン電流を検出するイオン電流検出手段80と、
検出したイオン電流から内燃機関の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段と、からなる内燃機関の燃焼状態判定装置において、
前記第２の点火プラグ70bは、前記内燃機関が排気行程又は直噴エンジンの吸気行程中に点火動作を行い、
前記第１の点火プラグ70aは、前記内燃機関の圧縮行程中に点火動作を行い、
前記イオン電流検出手段80は、前記第２の点火プラグ70bの電極間に生じるイオン電流の検出を行い、
前記燃焼状態判定手段は、前記第１の点火プラグ70aの放電から前記第２の点火プラグ70bがイオン電流を検出するまでの時間から火炎伝播判定を行うことを特徴とする内燃機関の燃焼状態判定装置。
【請求項２】
前記２つの点火プラグ70a，70bは、圧縮行程中に点火動作を行い、
前記イオン電流検出手段80は、前記２つの点火プラグ70a，70bの電極間に生じるイオン電流の検出を行い、
前記燃焼状態判定手段は、前記気筒100内の失火を含む燃焼状態悪化、過早着火、ノッキングの少なくとも何れか１つの燃焼判定を行う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判定装置。
【請求項３】
前記イオン電流検出手段80は、前記単一の気筒100に配置された前記２つの点火コイル10a，10bに対して１つ備え、
前記２つの点火コイル10a，10bの２次コイル30a，30bは、スイッチ素子90a，90bを介して前記イオン電流検出手段80と接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃焼状態判定装置。
【請求項４】
前記内燃機関は、ディーゼルエンジン、又は、均一予混合圧縮着火式エンジンの何れかであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の燃焼状態判定装置。
【請求項５】
前記２つの点火プラグ70a，70bは、前記内燃機関の前記気筒100に対する燃料噴射前に点火動作を行い、
前記イオン電流検出手段80は、前記２つの点火プラグ70a，70bの電極間に生じるイオン電流の検出を行い、
前記燃焼状態判定手段は、前記気筒100内の失火を含む燃焼状態悪化、過早着火、ノッキングの少なくとも何れか１つの燃焼判定を行うことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の燃焼状態判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の動力源に用いられる内燃機関において、特に内燃機関の燃焼後に生じるイオン電流を用いて燃焼状態を判定する燃焼状態判定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関は環境問題や化石燃料の枯渇問題からシリンダ内に供給される混合気の空燃比を高くした希薄燃料によるリーン燃焼や多量のＥＧＲによる燃焼を行っている。しかし、リーン燃焼は燃料が薄いことによる失火が起こり易く、常に燃焼状態を把握し、燃焼状態を改善させる制御が必要であり、この燃焼状態を判定する方法として内燃機関の燃焼によって点火プラグの電極間に発生するイオン電流を用いており、例えば、特開２００８−２８０８８７号公報（以下「特許文献１」）が知られている。
【０００３】
特許文献１では、内燃機関の燃焼過程で発生するイオンの作用により燃焼室内を流れるイオン電流の値を連続的に検出するイオン電流検出手段と、前記イオン電流検出手段により検出される前記イオン電流の値に基づいて、燃焼開始後最初に前記イオン電流値がピークとなる第１ピーク発生時期および前記第１ピーク発生時期の後に前記イオン電流値がピークとなる第２ピーク発生時期を検出するイオン電流ピーク発生時期検出手段と、前記イオン電流ピーク発生時期検出手段によって検出される前記第１ピーク発生時期および／または前記第２ピーク発生時期が前記内燃機関の燃焼特性に依るものであるか否かを判断するピーク発生時期判断手段と、前記イオン電流ピーク発生時期検出手段が検出する前記第１ピーク発生時期および前記第２ピーク発生時期に基づいて、前記内燃機関の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段と、前記ピーク発生時期判断手段の判断結果および前記燃焼状態判定手段の判定結果に応じて、予め設定されている点火時期、燃料噴射時期および燃料噴射量のうちの少なくとも一つの設定値を補正する補正手段とを備えた内燃機関の制御装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８０８８７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、上記従来の内燃機関の制御装置では次の問題が生じている。即ち、特許文献１では、イオン電流の第１ピーク発生時期および第２ピーク発生時期の妥当性の判断により、イオン電流のピーク位置が燃焼特性以外の影響を受けて検出されたと判断した場合は、補正値の算出から除外し、判定した内燃機関の燃焼状態に応じて、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量に対する正確な補正を行っているが、内燃機関が希薄燃料によるリーン燃焼である時は、燃焼によって生じるイオン電流も微小となるため、第１及び第２のピーク位置を正確に検出することが困難である。また、イオン電流は自動車に搭載された電子機器からのノイズの影響を受け易いため、ノイズが重畳したイオン電流から第１及び第２のピーク位置を検出すると点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量に対する補正が正しく行われない問題が生じる。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、内燃機関が希薄燃料によるリーン燃焼や多量のＥＧＲによる燃焼であってもイオン電流から燃焼状態を正確に判定することができる内燃機関の燃焼状態判定装置を提供することを目標とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は次のような構成とする。即ち、内燃機関の単一の気筒内にて一定の距離をおいて配置される２つの点火プラグと、当該点火プラグに個別に備えられる２つの点火コイルと、前記内燃機関の気筒内の混合気が燃焼することにより前記点火プラグの電極間に生じるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、検出したイオン電流から内燃機関の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段と、からなる内燃機関の燃焼状態判定装置において、前記第２の点火プラグは、前記内燃機関が排気行程又は直噴エンジンの吸気行程中に点火動作を行い、前記第１の点火プラグは、前記内燃機関の圧縮行程中に点火動作を行い、前記イオン電流検出手段は、前記第２の点火プラグの電極間に生じるイオン電流の検出を行い、前記燃焼状態判定手段は、前記第１の点火プラグの放電から前記第２の点火プラグがイオン電流を検出するまでの時間から火炎伝播判定を行うことを特徴とする内燃機関の燃焼状態判定装置とする（請求項１）。
【０００８】
上記の発明においては、前記２つの点火プラグは、圧縮行程中に点火動作を行い、前記イオン電流検出手段は、前記２つの点火プラグの電極間に生じるイオン電流の検出を行い、前記燃焼状態判定手段は、前記気筒内の失火を含む燃焼状態悪化、過早着火、ノッキングの少なくとも何れか１つの燃焼判定を行う構成としてもよい（請求項２）。また、前記イオン電流検出手段は、前記単一の気筒に配置された前記２つの点火コイルに対して１つ備え、前記２つの点火コイルの２次コイルは、スイッチ素子を介して前記イオン電流検出手段と接続する構成としてもよい（請求項３）。さらに、内燃機関は、ディーゼルエンジン、又は、均一予混合圧縮着火式エンジンの何れかとしてもよい（請求項４）。
【０００９】
また、請求項４においては、前記２つの点火プラグは、前記内燃機関の前記気筒に対する燃料噴射前に点火動作を行い、前記イオン電流検出手段は、前記２つの点火プラグの電極間に生じるイオン電流の検出を行い、前記燃焼状態判定手段は、前記気筒内の失火を含む燃焼状態悪化、過早着火、ノッキングの少なくとも何れか１つの燃焼判定を行う構成としてもよい（請求項５）。
【発明の効果】
【００１０】
上記の構成によれば、第２の点火プラグは、内燃機関が排気行程又は直噴エンジンの吸気行程中に点火動作を行い、第１の点火プラグは、内燃機関の圧縮行程中に点火動作を行い、イオン電流検出手段は、第２の点火プラグの電極間に生じるイオン電流の検出を行い、燃焼状態判定手段は、第１の点火プラグの放電から第２の点火プラグがイオン電流を検出するまでの時間から火炎伝播判定を行うことで、内燃機関が希薄燃料によるリーン燃焼や多量のＥＧＲによる燃焼で生じる微小なイオン電流であっても正確な火炎伝播を判定する内燃機関の燃焼状態判定装置が実現でき、シリンダ内の火炎伝播が正確に行われないことによる内燃機関のパワーロスを防ぐことができる（請求項１）。
【００１１】
また、２つの点火プラグは、圧縮行程中に点火動作を行い、イオン電流検出手段は、２つの点火プラグの電極間に生じるイオン電流の検出を行い、燃焼状態判定手段は、気筒内の失火を含む燃焼状態悪化、過早着火、ノッキングの少なくとも何れか１つの燃焼判定を行うことで、２つの点火プラグからの放電により燃焼速度を向上させると共に、内燃機関が希薄燃料によるリーン燃焼や多量のＥＧＲによる燃焼で生じる微小なイオン電流であっても燃焼状態を正確に判定することができる（請求項２）。さらに、イオン電流検出手段は、単一の気筒に配置された２つの点火コイルに対して１つ備え、２つの点火コイルの２次コイルは、スイッチ素子を介してイオン電流検出手段と接続することで、１つの気筒に対して備えるイオン電流検出手段を変更することなく、微小なイオン電流から第１の点火プラグの放電から第２の点火プラグがイオン電流を検出するまでの火炎伝播を判定する制御と、２つの点火プラグによって合成したイオン電流から燃焼状態を判定する制御と、を切り替えることができる（請求項３）。
【００１２】
また、前記内燃機関は、ディーゼルエンジン、又は、均一予混合圧縮着火式エンジンの何れかとすることで、空燃比の高いディーゼルエンジンや均一予混合圧縮着火式エンジンにおいても、イオン電流から燃焼状態を判定すると共に、ディーゼルエンジンの自己着火不良に対するアシスト点火及び均一予混合圧縮着火式（ＨＣＣＩ）エンジンの火花点火燃焼（ＳＩ燃焼）を行うことができる（請求項４）。
【００１３】
また、２つの点火プラグは、内燃機関の気筒に対する燃料噴射前に点火動作を行い、イオン電流検出手段は、２つの点火プラグの電極間に生じるイオン電流の検出を行い、燃焼状態判定手段は、気筒内の失火を含む燃焼状態悪化、過早着火、ノッキングの少なくとも何れか１つの燃焼判定を行うことで、空燃比の高いディーゼルエンジンやＨＣＣＩエンジンの燃焼による微小なイオン電流であっても燃焼状態を正確に判定することができる（請求項５）。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施例とする内燃機関の燃焼状態判定装置の等価回路を示す図である。
【図２】実施例１とする均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）式エンジンの概略図を示す図である。
【図３】実施例１とするＨＣＣＩエンジンの燃焼行程を示す図である。
【図４】実施例１とするＨＣＣＩエンジンの運転領域を示す図である。
【図５】実施例１とするＨＣＣＩエンジンの火花点火（ＳＩ）燃焼による火炎伝播判定時の吸気行程→圧縮行程→燃焼行程の概略図を示す図である。
【図６】実施例１とするＳＩ燃焼による火炎伝播判定時の燃焼状態判定装置の等価回路を示す図である。
【図７】実施例１とするＳＩ燃焼による火炎伝播判定時の燃焼状態判定装置の点火信号、１次電流、２次電流、イオン電流のタイムチャートを示す。
【図８】実施例１とするＨＣＣＩエンジンのＳＩ燃焼による燃焼判定時の吸気行程→圧縮行程→燃焼行程の概略図を示す図である。
【図９】実施例１とするＳＩ燃焼による燃焼判定時の燃焼状態判定装置の等価回路を示す図である。
【図１０】実施例１とするＳＩ燃焼による燃焼判定時の燃焼状態判定装置の点火信号、１次電流、２次電流、イオン電流のタイムチャートを示す。
【図１１】実施例１とするＨＣＣＩエンジンのＨＣＣＩ燃焼による燃焼判定時の吸気行程→圧縮行程→燃焼行程の概略図を示す図である。
【図１２】実施例１とするＨＣＣＩ燃焼時の燃焼状態判定装置の点火信号、１次電流、２次電流、イオン電流のタイムチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明の実施の形態を示す実施例を図１乃至図１１に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の第１の実施例とする内燃機関の燃焼状態判定装置の等価回路を示す図を図１に、均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）式エンジンの概略図を示す図を図２に、ＨＣＣＩエンジンの燃焼行程を示す図を図３に、ＨＣＣＩエンジンの運転領域を示す図を図４に、ＨＣＣＩエンジンの火花点火（ＳＩ）燃焼による火炎伝播判定時の吸気行程→圧縮行程→燃焼行程の概略図を示す図を図５に、ＳＩ燃焼による火炎伝播判定時の燃焼状態判定装置の等価回路を示す図を図６に、ＳＩ燃焼による火炎伝播判定時の燃焼状態判定装置の点火信号、１次電流、２次電流、イオン電流のタイムチャートを図７に、ＨＣＣＩエンジンのＳＩ燃焼による燃焼判定時の吸気行程→圧縮行程→燃焼行程の概略図を示す図を図８に、ＳＩ燃焼による燃焼判定時の燃焼状態判定装置の等価回路を示す図を図９に、ＳＩ燃焼による燃焼判定時の燃焼状態判定装置の点火信号、１次電流、２次電流、イオン電流のタイムチャートを図１０に、ＨＣＣＩエンジンのＨＣＣＩ燃焼による燃焼判定時の吸気行程→圧縮行程→燃焼行程の概略図を示す図を図１１に、ＨＣＣＩ燃焼時の燃焼状態判定装置の点火信号、１次電流、２次電流、イオン電流のタイムチャートを図１２にそれぞれ示す。
【００１７】
図１において、内燃機関の燃焼状態判定装置は、第１の点火コイル10aと第２の点火コイル10bからなり、当該第１の点火コイル10aは１次コイル20a、２次コイル30a、鉄芯40a、及び、第１のイグナイタ50aから構成され、当該第２の点火コイル10bは１次コイル20b、２次コイル30b、鉄芯40b、及び、第２のイグナイタ50bから構成される。また、当該第１の点火コイル10aと当該第２の点火コイル10bは同一の電源60から電圧を供給されており、同一の出力に昇圧して点火プラグ70a，70bへ供給する。さらに、当該第１の点火コイル10aと当該第２の点火コイル10bはイオン電流検出手段80と接続され、当該イオン電流検出手段80は、ツェナーダイオード82、ダイオード84、コンデンサ85、抵抗86a，86b、及び、オペアンプ88から構成される。
【００１８】
また、前記第１の点火コイル10aは、前記１次コイル20aの低圧側を前記電源60と接続し、高圧側を前記第１のイグナイタ50aのコレクタ側と接続される。さらに、前記第２の点火コイル30aの低圧側を前記イオン電流検出手段80と接続し、高圧側を前記第１の点火プラグ70aと接続される。
【００１９】
また、前記第２の点火コイル10bは、前記１次コイル20bの低圧側を前記電源60と接続し、高圧側を前記第２のイグナイタ50bのコレクタ側と接続される。さらに、前記第２の点火コイル30bの低圧側を前記イオン電流検出手段80と接続し、高圧側を前記第２の点火プラグ70bと接続される。
【００２０】
また、前記第１及び第２のイグナイタ50a，50bは、エミッタ側をグランドと接続し、ゲート側を自動車のエンジン制御を行うＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）内部に備えた点火制御手段と接続し、ゲート電流として当該ＥＣＵからの点火信号をＯＮ・ＯＦＦとすることで前記１次コイル20a，20bへの通電を行っている。さらに、前記イオン電流検出手段80は、前記ツェナーダイオード82のカソード端子を前記第１及び第２の点火コイル10a，10bの前記２次コイル30a，30bの低圧側と接続され、そのアノード端子を前記ダイオード84のアノード端子と接続される。
【００２１】
また、前記イオン電流検出手段80は、前記ダイオード84のカソード端子をグランドと接続し、前記ツェナーダイオード82に対してバイアス電源を生成するための前記コンデンサ85を並列に接続している。さらに、前記抵抗86aは、その一端を前記ツェナーダイオード82と前記コンデンサ85との並列回路と接続され、他端を前記オペアンプ88の反転入力端子と接続される。
【００２２】
また、前記オペアンプ88は、非反転入力端子をグランドと接続し、出力端子を前記ＥＣＵ内部に備えた燃焼状態判定手段と接続される。さらに、前記オペアンプ88は、反転入力端子と出力端子に対して検出用の前記抵抗86bを並列に接続している。
【００２３】
また、前記第１及び第２の点火コイル10a，10bの前記２次コイル30a，30bは、スイッチ素子90a，90bを介して前記ツェナーダイオード82と接続され、当該スイッチ素子90a，90bを切り替えることで前記ツェナーダイオード82又はグランドへの通電を変更している。さらに、当該スイッチ素子90a，90bはリレーから構成されており、前記ＥＣＵによって接点を切り替えて前記ツェナーダイオード82又はグランドと導通させている。
【００２４】
図２において、内燃機関は、４気筒の均一予混合圧縮着火式（以下「ＨＣＣＩ」）からなるエンジンであり、エンジンブロックとエンジンヘッドからなる４つの気筒100から構成され、当該エンジンヘッドと当該エンジンブロックは複数のヘッドボルトにより固定されている。また、当該エンジンブロックは上下方向に貫通する略円柱形のシリンダ110によって開口され、当該開口の上端は当該エンジンヘッドで覆われ、当該開口の下端から凹部が形成される。さらに、当該シリンダ110は当該凹部に嵌装されたピストン120で封止され、当該ピストン120が底面、当該エンジンヘッドが上面として区画形成される。
【００２５】
また、前記シリンダ110内の予混合気を圧縮して自己着火させるのに最適なよう、前記シリンダ110の圧縮比は１１〜１３の範囲で設定するのが好ましい。さらに、前記シリンダ110の上端は、２つの傾斜面によって屋根のような形状をなしており、２つの傾斜面はそれぞれ前記シリンダ110の上端の中央部から左右両側に向かって徐々に前記シリンダ110の内壁と合わせ面に近づくように伸びている。
【００２６】
また、図の左側に示す前記シリンダ110の上端の傾斜面には吸気ポート130が接続されており、図の右側に示す前記シリンダ110の上端の傾斜面には排気ポート140が接続されている。さらに、前記内燃機関は、当該吸気及び排気ポート130，140が１つの前記シリンダ110に対して２つずつ設けられた４弁式のものであり、当該吸気及び排気ポート130，140と前記シリンダ110の接続部には、吸気及び排気バルブ132，142が備えられている。
【００２７】
また、前記吸気及び排気バルブ132，142は、それぞれ、コイルスプリングが備えられ、当該コイルスプリングにより前記吸気及び排気バルブ132，142が閉じる方向へ押圧される一方、吸気及び排気カムシャフト136，146で連動によって回転する吸気及び排気カム134，144により前記吸気及び排気バルブ132，142が開く方向へ押し下げられるようになっている。さらに、当該吸気及び排気カム134，144が各々当該吸気及び排気カムシャフト136，146に同期して回転されることで、前記吸気及び排気バルブ132，142がそれぞれ所定のタイミングで開閉される。
【００２８】
また、前記吸気及び排気カムシャフト136，146には、それぞれ、前記ピストン120を回転させるクランクシャフト124に対する回転位相を所定の角度範囲において連続的に変化させる可変バルブタイミング機構が備えられており、当該可変バルブタイミング機構によって前記吸気及び排気バルブ132，142の開閉時期がそれぞれ独立に変更されるようになっている。さらに、当該可変バルブタイミング機構として油圧式の連続位相変更方式のものを用いているが、電磁動作式の連続位相変更方式のものを用いてもよい。
【００２９】
また、前記吸気及び排気カムシャフト136，146の前記可変バルブタイミング機構をそれぞれ遅角側及び進角側に作動させることによって、前記吸気及び排気バルブ132，142のオーバーラップを無くすことができ、これにより前記シリンダ110内に大量のＥＧＲ（既燃ガス）を滞留させることができる。さらに、前記排気バルブ142が閉じてから前記吸気バルブ132が開くまでの期間が短くなれば、ＥＧＲガス量は少なくなり、前記排気バルブ142が閉じてから前記吸気バルブ132が開くまでの期間が長くなれば、これに応じて内部ＥＧＲガス量も増大する。
【００３０】
また、前記シリンダ110内の上端に、前記第１の点火プラグ70aが配置され、前記シリンダ110の前記排気バルブ142側に前記第２の点火プラグ70bが配置される。前記第１及び第２の点火プラグ70a、70bは、前記シリンダ110内に供給した混合気に圧縮行程終盤の所定のタイミングで点火して燃焼する、火花点火（以下「ＳＩ」）燃焼を行うものである。さらに、前記内燃機関は、前記シリンダ110内に直接ガソリンを噴射する直噴エンジンとして、前記シリンダ110の前記吸気ポート130側にインジェクタ150を備える。
【００３１】
また、前記ＥＣＵは、前記シリンダ110内の圧力を検出する圧力センサや、前記内燃機関の異常な振動からノッキングを検出するノックセンサからの情報が入力されると共に、前記吸気ポート130に備えられた電気式スロットルバルブの開閉の制御や、前記インジェクタ150の開閉時間を調整して燃料噴射量を制御し、前記シリンダ110内の混合気の空燃比を制御している。さらに、前記ＥＣＵは、前記可変バルブタイミング機構の油圧制御によって前記吸気及び排気バルブ132，142の開閉時期を変更することにより、前記吸気及び排気バルブ132，142のオーバーラップ期間を制御している。
【００３２】
図３において、前記気筒100は、前記クランクシャフト124が２回転（７２０°）する間に吸気行程→圧縮行程→燃焼行程→排気行程を行い、４つの気筒毎に１８０°の間隔を空けて行われる。また、前記気筒100の燃焼行程は、気筒＃１→気筒＃２→気筒＃４→気筒＃３→気筒＃１→…の順番で燃焼が行われる。さらに、前記内燃機関では、前記インジェクタ150による燃料噴射を前記内燃機関の運転状態及び燃焼状態に応じて吸気行程中、圧縮行程中、又は、圧縮行程終了間際の何れか、若しくは、これらを組み合わせて行う。
【００３３】
図４において、前記内燃機関のＨＣＣＩ運転領域では、上記に示した通り、前記シリンダ110内における予混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が１５〜３０のリーン状態となるように、前記インジェクタ150による燃料噴射量と前記スロットルバルブの開閉とを制御し、前記第１及び第2の点火プラグ70a，70bからの放電により点火することなく、自己着火させて燃焼を実行している。また、前記内燃機関のＨＣＣＩ運転領域より低負荷のＳＩ運転領域（Ａ）では、前記シリンダ110内の混合気へ、所定のタイミングで前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bからの放電により燃焼させる、火花点火（ＳＩ）による火炎伝播による燃焼を実行している。具体的に、ＳＩ運転領域（Ａ）とは、アイドリング時を除けば、車両が長い下り坂を走行している等の殆どアクセルを踏んでいない走行条件となり、前記シリンダ110の温度がかなり低くなることを考慮した燃焼とする。さらに、前記内燃機関の高負荷時又は高回転時のＳＩ運転領域（Ｂ）では、前記シリンダ110内の空燃比（Ａ／Ｆ）をリッチ側へ近づけた混合気に形成し、所定のタイミングで前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bからの放電により燃焼させる、火花点火（ＳＩ）による火炎伝播による燃焼を実行している。
【００３４】
図５において、前記内燃機関のＳＩ運転領域（Ａ）、（Ｂ）の火炎伝播判定時では、前記吸気バルブ132が前記吸気カム134によって押し下げられ、前記ピストン120が吸気下死点に向かって下がることで前記吸気ポート130から外気が導入される吸気行程が行われる。また、前記吸気及び排気バルブ132，142が共に閉じており、前記ピストン120が圧縮上死点に向かって上がることで前記シリンダ110内が規定の圧縮比に高められる圧縮行程が行われる。この圧縮行程中は吸気行程によって導入された外気によってタンブル（縦渦）が発生しており、圧縮行程中に前記インジェクタ150によって燃料噴射が行われると噴射された燃料はこのタンブルによって燃料と外気が混合される。さらに、前記吸気及び排気バルブ132，142が共に閉じており、前記第１の点火プラグ70aによって放電されると前記シリンダ110内の混合気が爆発し、前記ピストン120が燃焼下死点に向かって下がる燃焼行程が行われる。この燃焼行程中の吸気側に備えられた前記第１の点火プラグ70aから放電されることで吸気側に存在する混合気から排気側に存在する混合気へ燃焼が広がっていく火炎伝播が起こる。
【００３５】
図６において、前記内燃機関の火炎伝播判定時の燃焼状態判定装置は、前記ＥＣＵによって前記スイッチ素子90aはグランド側へ接触され、前記第１の点火コイル10aの前記２次コイル30aは低圧側をグランドと接続される。また、前記ＥＣＵによって前記スイッチ素子90bは前記ツェナーダイオード82側へ接触され、前記第２の点火コイル10bの前記２次コイル30bは前記イオン電流検出手段80と接続される。これにより、前記第２の点火コイル10bの前記２次コイル30bによって前記コンデンサ85にバイアス電源が生成され、前記シリンダ110内で発生したイオン電流を前記第２の点火プラグ70bのみで検出する。
【００３６】
図７において、前記第２の点火コイル10bは、前記インジェクタ150からの燃料噴射が行われるよりも進角側で前記シリンダ110内に前記第２の点火プラグ70bからの放電が行われるタイミングで前記ＥＣＵから前記第２のイグナイタ50bへ点火信号が供給される。また、前記第２のイグナイタ50bへ点火信号が供給されると前記第２の点火コイル10bの前記１次コイル20bへ前記電源60からの１次電流が充電される。さらに、前記ＥＣＵは前記第２のイグナイタ50bへの点火信号を遮断することで前記１次コイル20bに充電されていた１次電流も遮断され、電磁誘導により前記第２の点火コイル10bの前記２次コイル30bに高電圧が発生する。
【００３７】
また、前記２次コイル30bに発生した高電圧が前記第２の点火プラグ70bから放電されると共に、前記コンデンサ85にバイアス電源が充電される。これにより、前記第２の点火プラグ70bは前記気筒100の前記シリンダ110内への燃料噴射を行う前に放電するため、前記第２の点火プラグ70bの放電によって前記気筒100が着火されることはない。
【００３８】
また、前記第１の点火コイル10aは、前記ピストン120が圧縮上死点となるタイミングで放電が行われるように前記ＥＣＵから前記第１のイグナイタ50aへ点火信号が供給される。さらに、前記第１のイグナイタ50aへ点火信号が供給されると前記第１の点火コイル10aの前記１次コイル20aへ前記電源60からの１次電流が充電される。
【００３９】
また、前記ＥＣＵは前記第１のイグナイタ50aへの点火信号を遮断することで前記１次コイル20aに充電されていた１次電流も遮断され、電磁誘導により前記第１の点火コイル10aの前記２次コイル30aに高電圧が発生する。さらに、前記第１の点火プラグ70aは前記気筒100の前記ピストン120が圧縮上死点となるタイミングで放電する。これにより、前記第１の点火プラグ70aの放電によって前記シリンダ110内に存在する混合気が着火され燃焼される。
【００４０】
また、前記第１の点火プラグ70aから放電によって前記シリンダ110内の上端に備えられた前記第１の点火プラグ70a近傍から燃焼が始まり、火炎伝播によって前記シリンダ110内全域に広まることで排気側に備えられた前記第２の点火プラグ70b近傍まで燃焼が広がる。さらに、前記コンデンサ85に蓄えられた電圧をバイアス電源として前記シリンダ110の排気側で燃焼が起こることによって前記第２の点火プラグ70bの電極間に発生するイオン電流を検出する。
【００４１】
また、前記第２の点火プラグ70bの電極間を流れるイオン電流は、図６に記載の前記検出用抵抗86b→前記抵抗86a→前記コンデンサ85→前記２次コイル30b→前記第２の点火プラグ70bの経路で流れる。さらに、前記オペアンプ88は、イオン電流の検出量に応じて前記ＥＣＵへ出力信号を出力し、前記ＥＣＵによって図中の波形のようなイオン電流が検出される。
【００４２】
また、前記第１の点火プラグ70aの放電から前記ＥＣＵが前記第２の点火プラグ70bでイオン電流を検出する時間で前記シリンダ110内の第１の点火プラグ70a側から第２の点火プラグ70b側への火炎伝播の状態を判定することができる。例えば、前記第１の点火プラグ70aが放電したにもかかわらず前記第２の点火プラグ70bでイオン電流を検出することができなければ、正確に火炎伝播が行われていないと判定することができる。さらに、前記第１の点火プラグ70aの放電後、前記第２の点火プラグ70bでイオン電流を検出するまでの時間が遅角していれば、前記インジェクタ150からの燃料が薄い、又は、ＥＧＲ量が多過ぎるといった判定を行うことができる。
【００４３】
図８において、前記内燃機関のＳＩ運転領域（Ａ）、（Ｂ）の燃焼状態判定時では、前記吸気バルブ132が前記吸気カム134によって押し下げられ、前記ピストン120が吸気下死点に向かって下がることで前記吸気ポート130から外気が導入される吸気行程が行われる。また、前記吸気及び排気バルブ132，142が共に閉じており、前記ピストン120が圧縮上死点に向かって上がることで前記シリンダ110内が規定の圧縮比に高められる圧縮行程が行われる。この圧縮行程中は吸気行程によって導入された外気によってタンブル（縦渦）が発生しており、圧縮行程中に前記インジェクタ150によって燃料噴射が行われると噴射された燃料はこのタンブルによって燃料と外気が混合される。さらに、前記吸気及び排気バルブ132，142が共に閉じており、前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bによって放電されると前記シリンダ110内の混合気が爆発し、前記ピストン120が燃焼下死点に向かって下がる燃焼行程が起こる。
【００４４】
図９において、前記内燃機関の燃焼判定時の燃焼状態判定装置は、前記ＥＣＵによって前記スイッチ素子90a，90bは前記ツェナーダイオード82側へ接触され、前記第１及び第２の点火コイル10a，10bの前記２次コイル30a，30bは前記イオン電流検出手段80と接続される。これにより、前記第１及び第２の点火コイル10a，10bの前記２次コイル30a，30bによって前記コンデンサ85にバイアス電源が生成され、前記シリンダ110内で発生したイオン電流を前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bで検出する。
【００４５】
図１０において、前記第１及び第２の点火コイル10a，10bは、前記ピストン120が圧縮上死点となるタイミングで放電が行われるように前記ＥＣＵから前記第１及び第２のイグナイタ50a，50bへ点火信号が供給される。また、前記第１及び第２のイグナイタ50a，50bへ点火信号が供給されると前記第１及び第２の点火コイル10a，10bの前記１次コイル20a，20bへ前記電源60からの１次電流が充電される。さらに、前記ＥＣＵは前記第１及び第２のイグナイタ50a，50bへの点火信号を遮断することで前記１次コイル20a，20bに充電されていた１次電流も遮断され、電磁誘導により前記第１及び第２の点火コイル10a，10bの前記２次コイル30a，30bに高電圧が発生する。
【００４６】
また、前記第１及び第２の点火コイル10a，10bの前記２次コイル30a，30bに発生した高電圧が前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bから放電されると共に、前記コンデンサ85にバイアス電源が充電される。これにより、前記第１及び第２の点火コイル10a，10bは圧縮上死点となるタイミングで同時に放電されるため、前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bの同時放電によって前記シリンダ110内の吸気及び排気側に存在する混合気が着火され燃焼される。
【００４７】
また、前記コンデンサ85に蓄えられた電圧をバイアス電源として前記シリンダ110内の燃焼によって前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bの電極間に発生するイオン電流を検出する。さらに、前記イオン電流検出手段80は、前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bの電極間に生じるイオン電流を合成して前記ＥＣＵに出力する。
【００４８】
また、前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bの電極間を流れるイオン電流は、図９に記載の前記検出用抵抗86b→前記抵抗86a→前記コンデンサ85→前記２次コイル30a，30b→前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bの経路で流れる。さらに、前記オペアンプ88は、イオン電流の検出量に応じて前記ＥＣＵへ出力信号を出力し、前記ＥＣＵによって図中の波形のようなイオン電流が検出される。
【００４９】
また、前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bの放電から前記ＥＣＵが前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bで合成したイオン電流を検出することで燃焼状態を判定することができる。例えば、前記ＥＣＵで前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bで合成したイオン電流が検出されなければ、前記気筒100の燃焼に失火が発生していると判定することができ、前記ＥＣＵで前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bで合成したイオン電流にノック成分が重畳していれば、前記気筒100の燃焼にノッキングが発生していると判定することができる。さらに、前記ＥＣＵで前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bで合成したイオン電流の波形が進角していれば、前記気筒100の燃焼にプレイグニッションが発生していると判定を行うことができる。
【００５０】
図１１において、前記内燃機関のＨＣＣＩ運転領域の燃焼状態判定時では、前記吸気バルブ132が前記吸気カム134によって押し下げられ、前記ピストン120が吸気下死点に向かって下がることで前記吸気ポート130から外気が導入される吸気行程が行われる。また、前記吸気及び排気バルブ132，142が共に閉じており、前記ピストン120が圧縮上死点に向かって上がることで前記シリンダ110内が規定の圧縮比に高められる圧縮行程が行われる。この圧縮行程中は吸気行程によって導入された外気によってタンブル（縦渦）が発生しており、圧縮行程中に前記インジェクタ150によって燃料噴射が行われると噴射された燃料はこのタンブルによって燃料と外気が混合される。さらに、前記吸気及び排気バルブ132，142が共に閉じており、圧縮行程によって前記シリンダ110内の高められた混合気が自己着火から爆発し、前記ピストン120が燃焼下死点に向かって下がる燃焼行程が起こる。
【００５１】
また、前記内燃機関のＨＣＣＩ運転領域での燃焼状態判定装置は、図９と同様に、前記内燃機関の燃焼判定時の燃焼状態判定装置は、前記ＥＣＵによって前記スイッチ素子90aは前記ツェナーダイオード82側へ接触され、前記第１の点火コイル10aの前記２次コイル30aは前記イオン電流検出手段80と接続される。また、前記ＥＣＵによって前記スイッチ素子90bは前記ツェナーダイオード82側へ接触され、前記第２の点火コイル10bの前記２次コイル30bは前記イオン電流検出手段80と接続される。これにより、前記第１及び第２の点火コイル10a，10bの前記２次コイル30a，30bによって前記コンデンサ85にバイアス電源が生成され、前記シリンダ110内で発生したイオン電流を前記第１及び第２の点火プラグ70bで検出する。
【００５２】
図１２において、前記第１及び第２の点火コイル10a，10bは、前記インジェクタ150からの燃料噴射が行われるよりも進角側で前記シリンダ110内に前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bからの放電が行われるタイミングで前記ＥＣＵから前記第１及び第２のイグナイタ50a，50bへ点火信号が供給される。また、前記第１及び第２のイグナイタ50a，50bへ点火信号が供給されると前記第１及び第２の点火コイル10a，10bの前記１次コイル20a，20bへ前記電源60からの１次電流が充電される。さらに、前記ＥＣＵは前記第１及び第２のイグナイタ50a，50bへの点火信号を遮断することで前記１次コイル20a，20bに充電されていた１次電流も遮断され、電磁誘導により前記第１及び第２の点火コイル10a，10bの前記２次コイル30a，30bに高電圧が発生する。
【００５３】
また、前記第１及び２次コイル30a，30bに発生した高電圧が前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bから放電されると共に、前記コンデンサ85にバイアス電源が充電される。これにより、前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bは前記気筒100の前記シリンダ110内への燃料噴射を行う前に放電するため、前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bの放電によって前記気筒100が着火されることはない。
【００５４】
また、前記シリンダ110内の燃焼によって、前記コンデンサ85に蓄えられた電圧をバイアス電源として前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bの電極間に発生するイオン電流を検出する。さらに、前記イオン電流検出手段80は、前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bの電極間に生じるイオン電流を合成して前記ＥＣＵに出力する。
【００５５】
また、前記第２の点火プラグ70bの電極間を流れるイオン電流は、図９に記載の前記検出用抵抗86b→前記抵抗86a→前記コンデンサ85→前記２次コイル30a，30b→前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bの経路で流れる。さらに、前記オペアンプ88は、イオン電流の検出量に応じて前記ＥＣＵへ出力信号を出力し、前記ＥＣＵによって図中の波形のようなイオン電流が検出される。
【００５６】
また、前記気筒100のＨＣＣＩ燃焼から前記ＥＣＵが前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bで合成したイオン電流を検出することで燃焼状態を判定することができる。例えば、前記ＥＣＵで前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bで合成したイオン電流が検出されなければ、前記気筒100のＨＣＣＩ燃焼に失火が発生していると判定することができ、前記ＥＣＵで前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bで合成したイオン電流にノック成分が重畳していれば、前記気筒100の燃焼にノッキングが発生していると判定することができる。さらに、前記ＥＣＵで前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bで合成したイオン電流の波形が進角していれば、前記気筒100の燃焼にプレイグニッションが発生していると判定を行うことができる。
【００５７】
上記の構成により、前記第２の点火コイル10bは、前記インジェクタ150からの燃料噴射が行われるよりも進角側で前記シリンダ110内に前記第２の点火プラグ70bからの放電を行い、前記第１の点火プラグ70aの放電が前記シリンダ110の上端に備えられた前記第１の点火プラグ70a近傍の燃焼から前記シリンダ110内に広がる燃焼で前記第２の点火プラグ70bの電極間に発生するイオン電流を検出することで、前記第２の点火プラグ70bは前記気筒100の前記シリンダ110内への燃料噴射を行う前に放電するため、前記第２の点火プラグ70bの放電によって前記気筒100が着火することなく、前記第１の点火プラグ70aの放電から前記ＥＣＵが前記第２の点火プラグ70bでイオン電流を検出する時間で前記シリンダ110内の火炎伝播の状態を判定することができる。これにより、前記内燃機関が希薄燃料によるリーン燃焼や多量のＥＧＲによる燃焼で生じる微小なイオン電流であっても正確な火炎伝播を判定することができる。
【００５８】
また、前記第１及び第２の点火コイル10a，10bは、前記ピストン120が圧縮上死点となるタイミングで放電を行い、前記シリンダ110内の燃焼から前記ＥＣＵが前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bで合成したイオン電流を検出し、燃焼状態を判定することで、前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bからの放電により燃焼速度を向上させると共に、前記内燃機関が希薄燃料によるリーン燃焼や多量のＥＧＲによる燃焼で生じる微小なイオン電流であっても燃焼状態を正確に判定することができる。
【００５９】
また、前記第１及び第２の点火コイル10a，10bは、前記インジェクタ150からの燃料噴射が行われるよりも進角側で前記シリンダ110内に前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bからの放電を行い、前記イオン電流検出手段80は、前記気筒100のＨＣＣＩ燃焼から前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bの電極間で生じたイオン電流を検出することで燃焼状態を判定することで、空燃比の高いＨＣＣＩエンジンの燃焼による微小なイオン電流であっても燃焼状態を正確に判定することができる。
【００６０】
また、前記第１及び第２の点火コイル10a，10bの前記２次コイル30a，30bは、スイッチ素子90a，90bを介して前記イオン電流検出手段80と接続され、接点を切り替えて前記イオン電流検出手段80又はグランドと導通させることで、前記イオン電流検出手段80を変更することなく、微小なイオン電流から前記第１の点火プラグ70aの放電から前記第２の点火プラグ70bがイオン電流を検出するまでの火炎伝播を判定する制御と、前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bによって合成したイオン電流から燃焼状態を判定する制御と、を切り替えることができる。この効果により、希薄燃料によるリーン燃焼や多量のＥＧＲによる燃焼に限らず、前記内燃機関の幅広い運転状況に応じた燃焼状態を１つの装置で判定することができる。
【００６１】
なお、実施例１の変形例として、前記第１及び第２の点火コイル10a，10bは同一の出力を供給するものとしたが、例えば、前記第１の点火コイル10aを高い出力を供給するメイン点火用とし、前記第２の点火コイル10bを前記第１の点火コイル10aより低い出力を供給するサブ点火用とする等、それぞれの点火コイルで異なる出力を供給するものとしてもよい。また、前記イオン電流検出手段80は、前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bによって前記シリンダ110内に生じるイオン電流を検出することができれば、どのような回路構成であってもよい。さらに、前記スイッチ素子90a，90bはリレー以外の素子を用いて構成してもよい。
。
【００６２】
また、前記内燃機関は4気筒のＨＣＣＩエンジンとしたが、複数気筒を有したガソリンエンジン又はディーゼルエンジンとしても本発明の効果を得ることができる。さらに、前記内燃機関は、前記シリンダ110の圧縮比は１１〜１３の範囲で設定したが、ＳＩ燃焼又はＨＣＣＩ燃焼に応じて変更されるものとする。
【００６３】
また、前記第１の点火プラグ70aは、前記シリンダ110内の上端に配置したが、前記第２の点火プラグ70bと離れた位置であれば設計事情によって任意の位置に配置してもよいし、前記第２の点火プラグ70bにおいても前記シリンダ110内の排気側に配置したが、前記第１の点火プラグ70aと離れた位置であれば設計事情によって任意の位置に配置してもよい。さらに、前記内燃機関は、前記シリンダ110内に直接ガソリンを噴射する直噴エンジンとして、前記シリンダ110の前記吸気ポート130側に前記インジェクタ150を備えたが、前記吸気ポート130内にもインジェクタを備えたポート噴射を組み合わせた直噴エンジンとしてもよい。
【００６４】
また、前記内燃機関のＳＩ運転領域（Ａ）、（Ｂ）の火炎伝播判定時の前記第２の点火コイル10bは、前記インジェクタ150からの燃料噴射が行われるよりも進角側で前記シリンダ110内に前記第２の点火プラグ70bからの放電が行われればよいので、前記シリンダ110内への吸気行程中に前記第２の点火プラグ70bからの放電を行ってもよい。さらに、前記内燃機関のＨＣＣＩ運転領域の燃焼状態判定時の前記第１及び第２の点火コイル10a，10bは、前記インジェクタ150からの燃料噴射が行われるよりも進角側で前記シリンダ110内に前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bからの放電が行われればよいので、前記シリンダ110内への吸気行程中に前記第１及び第２の点火プラグ70a，70bからの放電を行ってもよい。
【符号の説明】
【００６５】
10a：第１の点火コイル
10b：第２の点火コイル
50a：第１のイグナイタ
50b：第２のイグナイタ
60：電源
70a：第１の点火プラグ
70b：第２の点火プラグ
80：イオン電流検出手段
90a，90b：スイッチ素子
100：気筒
110：シリンダ
120：ピストン
122：クランク
124：クランクシャフト
130：吸気ポート
132：吸気バルブ
134：吸気カム
136：吸気カムシャフト
140：排気ポート
142：排気バルブ
144：排気カム
146：排気カムシャフト
150：インジェクタ
【図１】
2015090140.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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