(57)【要約】【課題】均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）による燃焼時には、多量のＥＧＲを気筒内への供給するため、燃焼によって検出されるイオン電流も微小となる。これにより、微小のイオン電流による燃焼状態の判定を行うとノッキング等の異常燃焼を精度よく判定することが困難となる。【解決手段】内燃機関のシリンダ50内に設けられた少なくとも２つの点火プラグ10，12と、点火プラグ10，12の各々に配置され、内燃機関100の燃焼時に生じるイオン電流を検出するイオン電流検出手段30，32と、からなるガソリンエンジンの燃焼状態判定装置において、内燃機関100の均一予混合圧縮着火時に複数のイオン電流検出手段30，32で検出したイオン電流を加算するイオン電流演算手段40を備えると共に、加算したイオン電流から内燃機関100の均一予混合圧縮着火時の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段40を備える。【選択図】図１
2015057545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合気を圧縮により自着火させる均一予混合圧縮着火と、当該混合気を点火プラグからの放電により点火させる火花点火と、を切り替えて運転する内燃機関であって、
前記内燃機関のシリンダ内に設けられた少なくとも２つの点火プラグと、
当該点火プラグの各々に配置され、前記内燃機関の燃焼時に生じるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、からなるガソリンエンジンの燃焼状態判定装置において、
前記内燃機関の均一予混合圧縮着火時に複数の前記イオン電流検出手段で検出したイオン電流を加算するイオン電流演算手段を備えると共に、加算したイオン電流から前記内燃機関の均一予混合圧縮着火時の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を備えることを特徴とするガソリンエンジンの燃焼状態判定装置。
【請求項２】
前記イオン電流演算手段は、前記イオン電流検出手段で検出したイオン電流の最大値を加算し、
前記燃焼状態判定手段は、加算したイオン電流の最大値から前記内燃機関の失火の有無を判定することを特徴とする請求項１に記載のガソリンエンジンの燃焼状態判定装置。
【請求項３】
前記イオン電流演算手段は、前記内燃機関の均一予混合圧縮着火時に複数の前記イオン電流検出手段で検出したイオン電流の最大時期を略同一に合わせて加算することを特徴とする請求項１に記載のガソリンエンジンの燃焼状態判定装置。
【請求項４】
前記イオン電流演算手段は、前記内燃機関の均一予混合圧縮着火時に複数の前記イオン電流検出手段で検出したイオン電流の検出時期を略同一に合わせて加算することを特徴とする請求項１に記載のガソリンエンジン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、ガソリンエンジンにおいて、火花点火（ＳＩ）と均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）を切り替えて運転する内燃機関の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、ガソリンエンジンのさらなる燃費改善を実現するために、多量のＥＧＲ（既燃ガス）を残留させることで気筒内の温度を高めて、気筒内へ供給された混合気を圧縮して自己着火により燃焼させる均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）が提案されている。しかし、一般に均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）は、内燃機関の低回転及び低負荷の範囲のみでしか実施出来ないため、気筒内へ供給された混合気を点火プラグからの放電により着火させて燃焼させる火花点火（ＳＩ）と切り替えることであらゆる運転条件での燃焼を可能としている。
【０００３】
このようなガソリンエンジンでは、安定した燃焼を保つために、随時運転状態を監視し、火花点火（ＳＩ）と均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）と、を切り替えることが必要である。運転状態を監視する方法としては均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）による燃焼で生じたイオン電流を検出して燃焼状態を判定するものがあり、１つの気筒に対して２本のプラグを備えてイオン電流を検出する構成として、例えば、特開２０１０−０２５０３９号公報（以下「特許文献１」）が知られている。
【０００４】
特許文献１では、エンジン（内燃機関）のシリンダヘッドには、１つの気筒に対して２本の点火プラグが配設されている。一方の点火プラグ（センタプラグ）は燃焼室の上部中央に配置され、他方の点火プラグ（サイドプラグ）は燃焼室の側部に配置されている。また、プラグ先端に備えられた中心電極及び接地電極は燃焼室内に露出している。さらに、点火プラグにはイグニッションコイルを構成する二次コイルの一端が接続され、二次コイルの他端は、後述するイオン電流検出回路（燃焼検出装置（イオン電流検出手段））を介して接地されている。
【０００５】
また、イオン電流検出回路は、一対のツェナーダイオード、コンデンサ（充電手段）及び抵抗等から構成されている。かかる構成において、パワートランジスタがオンからオフに切り替えられ、点火プラグにてスパークすると、ツェナーダイオードによって規定される電圧でコンデンサに電荷が蓄積される。さらに、混合気が着火、燃焼して燃焼室で火炎が発生すると、点火プラグの両電極間がイオン化されて通電経路が形成されることとなる。すると、コンデンサに蓄積された電荷がイオン電流として、点火電流とは逆向きに両電極間を流れる。このイオン電流は、抵抗の両端電位差として検出される。この電位差信号は、反転増幅器により反転増幅され、イオン電流の出力値としてＥＣＵに出力される。
【０００６】
また、センタプラグに対して設けられているイグニッションコイル、パワートランジスタ及びイオン電流検出回路は、サイドプラグについても同様にして設けられており、サイドプラグに対して設けられたイオン電流検出回路からは、イオン電流出力値がＥＣＵへ向けて出力される。つまり、センタプラグ及びサイドプラグにより、気筒内の２箇所で燃焼の有無を検出する燃焼異常状態判別装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−０２５０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来のガソリンエンジンの燃焼状態判定装置では次の問題が生じている。即ち、特許文献１は、燃焼室の上部中央に配置されるセンタプラグと、燃焼室の側部に配置されるサイドプラグの２本のプラグが１つの気筒に対して配設され、燃焼の有無を検出しているが、均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）による燃焼時には、多量のＥＧＲを気筒内への供給することが必要であり、ＥＧＲが多い状態では気筒内の燃焼が全体的に一瞬で燃えることから検出されるイオン電流も微小となる。これにより、微小のイオン電流による燃焼状態の判定を行うとノッキング等の異常燃焼を精度よく判定することが困難となる問題が生じる。特に、均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）と火花点火（ＳＩ）との切り換え範囲の周辺では燃焼状態の判定精度が悪いと、均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）と火花点火（ＳＩ）との切り換えを適切に行えないため、運転者を不快にさせたり、エンジンを停止させてしまうこととなる。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）による燃焼時においても、イオン電流による燃焼状態の判定を精度よく行うと共に、均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）と火花点火（ＳＩ）との切り換え範囲の周辺での運転時に運転者を不快にさせたり、エンジンを停止させてしまうことを防ぐガソリンエンジン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】
【００１０】
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、混合気を圧縮により自着火させる均一予混合圧縮着火と、当該混合気を点火プラグからの放電により点火させる火花点火と、を切り替えて運転する内燃機関であって、前記内燃機関のシリンダ内に設けられた少なくとも２つの点火プラグと、当該点火プラグの各々に配置され、前記内燃機関の燃焼時に生じるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、からなるガソリンエンジンの燃焼状態判定装置において、前記内燃機関の均一予混合圧縮着火時に複数の前記イオン電流検出手段で検出したイオン電流を加算するイオン電流演算手段を備えると共に、加算したイオン電流から前記内燃機関の均一予混合圧縮着火時の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を備えることを特徴とするガソリンエンジンの燃焼状態判定装置とする。
【００１１】
上記の発明においては、前記イオン電流演算手段は、前記イオン電流検出手段で検出したイオン電流の最大値を加算し、前記燃焼状態判定手段は、加算したイオン電流の最大値から前記内燃機関の失火の有無を判定する構成としてもよい。また、前記イオン電流演算手段は、前記内燃機関の均一予混合圧縮着火時に複数の前記イオン電流検出手段で検出したイオン電流の最大時期を略同一に合わせて加算する構成としてもよい。さらに、前記イオン電流演算手段は、前記内燃機関の均一予混合圧縮着火時に複数の前記イオン電流検出手段で検出したイオン電流の検出時期を略同一に合わせて加算する構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
上記の構成によれば、混合気を圧縮により自着火させる均一予混合圧縮着火と、当該混合気を点火プラグからの放電により点火させる火花点火と、を切り替えて運転する内燃機関であって、前記内燃機関のシリンダ内に設けられた少なくとも２つの点火プラグと、当該点火プラグの各々に配置され、前記内燃機関の燃焼時に生じるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、からなるガソリンエンジンの燃焼状態判定装置において、前記内燃機関の均一予混合圧縮着火時に複数の前記イオン電流検出手段で検出したイオン電流を加算するイオン電流演算手段を備えると共に、加算したイオン電流から前記内燃機関の均一予混合圧縮着火時の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を備えることで、均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）時の微小なイオン電流でも、精度の高い燃焼状態の判定を行うことができ、均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）と火花点火（ＳＩ）との切り換え範囲の周辺での運転時に運転者を不快にさせたり、エンジンを停止させてしまうことを防ぐガソリンエンジンの燃焼状態判定装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施例とするガソリンエンジンの概要を示す図である。
【図２】第１の実施例とするガソリンエンジンの運転制御マップを示す図である。
【図３】実施例１とするＳＩ燃焼及びＨＣＣＩ燃焼時におけるイオン電流出力信号を示すタイムチャートである。
【図４】実施例１とするＨＣＣＩ燃焼時におけるイオン電流出力信号（ＴＨ１＝ＴＨ２）の合成値を示すタイムチャートである。
【図５】実施例１とするＨＣＣＩ燃焼時におけるイオン電流出力信号（ＴＨ１≠ＴＨ２）の合成値を示すタイムチャートである。
【図６】実施例１とするガソリンエンジンの燃焼状態判定装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】第２の実施例とするＨＣＣＩ燃焼時におけるイオン電流出力信号（ｔ０（ｔ´Ｈ１）≠ｔ´Ｈ２）の合成値を示すタイムチャートである。
【図８】実施例２とするガソリンエンジンの燃焼状態判定装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態を示す実施例を図１乃至図８に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明の第１の実施例とするガソリンエンジンの概要を示す図を図１に、ガソリンエンジンの運転制御マップを示す図を図２に、ＳＩ燃焼及びＨＣＣＩ燃焼時におけるイオン電流出力信号を示すタイムチャートを図３に、ＨＣＣＩ燃焼時におけるイオン電流出力信号（ＴＨ１＝ＴＨ２）の合成値を示すタイムチャートを図４に、ＨＣＣＩ燃焼時におけるイオン電流出力信号（ＴＨ１≠ＴＨ２）の合成値を示すタイムチャートを図５に、ガソリンエンジンの燃焼状態判定装置の動作を示すフローチャートを図６にそれぞれ示す。
【００１６】
図１において、ガソリンエンジン100の断面を示し、当該ガソリンエンジン100はエンジンヘッドとエンジンブロックから構成され、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50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ている。さらに、当該シリンダ50は当該凹部に嵌装されたピストン52で封止され、当該ピストン52が底面、当該エンジンヘッドが上面として区画形成されている。
【００１７】
また、前記シリンダ50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50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50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50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50の内壁と合わせ面に近づくように伸びている。
【００１８】
また、図の右側に示す前記シリンダ50の上端の傾斜面には吸気ポート60が接続されており、図の左側に示す前記シリンダ50の上端の傾斜面には排気ポート70が接続されている。さらに、前記ガソリンエンジン100は、当該吸気及び排気ポート60，70が１つの前記シリンダ50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60，70と前記シリンダ50の接続部には、吸気及び排気バルブ62，72が備えられている。
【００１９】
また、前記吸気及び排気バルブ62，72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62，72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66，76で連動によって回転する吸気及び排気カム64，74により前記吸気及び排気バルブ62，72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64，74が各々当該吸気及び排気カムシャフト66，76に同期して回転されることで、前記吸気及び排気バルブ62，72がそれぞれ所定のタイミングで開閉される。
【００２０】
また、前記吸気及び排気カムシャフト66，76には、それぞれ、前記ピストン52を回転させるクランクシャフト56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62，72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。
【００２１】
また、前記吸気及び排気カムシャフト66，76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62，72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50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72が閉じてから前記吸気バルブ62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72が閉じてから前記吸気バルブ62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。
【００２２】
また、前記シリンダ50内の上端には、４つの前記吸気及び排気バルブ62，72に取り囲まれるようにして第１の点火プラグ10が備えられ、当該第１の点火プラグ10は、前記シリンダ50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（ＳＩ）を行うものである。さらに、当該第１の点火プラグ10には、イグナイタを内蔵した第１の点火コイル20が接続されている。
【００２３】
また、前記シリンダ50内の吸気側には、２つの前記吸気バルブ62に挟まれるようにして、第２の点火プラグ12が備えられ、当該第２の点火プラグ12は、前記シリンダ50内に供給した混合気を前記ピストン52の上昇により圧縮して、自己着火により燃焼させる均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）を行う際に、所定の条件下で自己着火を補助するための点火を行うものである。さらに、当該第２の点火プラグ12にも前記第１の点火プラグ10と同様にイグナイタを内蔵した第２の点火コイル22が接続されている。
【００２４】
また、前記第１及び第２の点火コイル20，22は、１次コイル、２次コイル、及び、鉄芯から構成されるトランスによって、車載用バッテリからの電源電圧を昇圧し、前記第１及び第２の点火プラグ10，12へ供給している。さらに、前記第２の点火コイル22は、前記第１の点火コイル20と同等の出力電圧を有する点火コイルを用いることが好ましいが、当該１次及び２次コイルの巻線の巻き数を少なくする等することで、逆起電力によって生じる電圧が前記第１の点火コイル20より小さくなる点火コイルを用いてもよい。
【００２５】
また、前記第１及び第２の点火コイル20，22には、前記第１及び第２の点火プラグ10，12の電極間を流れるイオン電流をそれぞれ検出するための第１及び第２のイオン電流検出装置30，32が接続されている。さらに、当該第１及び第２のイオン電流検出装置30，32は、バイアス電源として作用するコンデンサと電極間を流れるイオン電流を出力信号へ変換するオペアンプと、から構成され、前記第１及び第２の点火コイル20，22の前記２次コイルを介して検出されるイオン電流を出力信号へ変換して、前記ガソリンエンジン100の電気的制御を行うＥＣＵ40に入力している。
【００２６】
また、前記ガソリンエンジン100では、前記シリンダ50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50内に向かってインジェクタ（図示しない）が備えられている。さらに、前記ＥＣＵ40は、前記シリンダ50内の圧力を検出する圧力センサや、前記ガソリンエンジン100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60に備えられた電気式スロットルバルブの開閉の制御や、当該インジェクタ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50内の混合気の空燃比を制御している。
【００２７】
また、前記ＥＣＵ40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62，72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62，72のオーバーラップ期間を制御している。さらに、前記ＥＣＵ40は、前記第１及び第２の点火プラグ10，12に備えられた前記イグナイタの動作制御によって混合気への点火時期を変更する点火信号の切り換えを行っている。
【００２８】
また、前記ＥＣＵ40は、前記ガソリンエンジン100が後述する図２のＨＣＣＩ運転領域にある時は、前記シリンダ50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の点火プラグ10からの放電により点火することなく、自己着火させるようにしている。さらに、前記ＥＣＵ40は、自己着火の際に、前記吸気及び排気バルブ62，72のオーバーラップはなくしてＥＧＲガス量を極めて多い状態とすることで、前記シリンダ50内の温度を高めようとしており、予混合気の圧縮による自己着火の安定性を高めることができる。
【００２９】
また、前記ガソリンエンジン100における均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）による燃焼では、火花点火（ＳＩ）とは異なり、前記シリンダ50内の多数の箇所で予混合気が略同時に自己着火して、一瞬で燃焼を開始することで、熱効率が高くなる。前記ガソリンエンジン100における均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）では、前記シリンダ50内の圧縮比が高いことと、大量のＥＧＲ（既燃ガス）によって前記シリンダ50内の温度が高められている。
【００３０】
図２の前記ガソリンエンジン100の制御マップにおいて、前記ガソリンエンジン100のＨＣＣＩ運転領域では、上記に示した通り、前記シリンダ50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の点火プラグ10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、前記ガソリンエンジン100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50内の混合気へ、所定のタイミングで前記第１の点火プラグ10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50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、前記ガソリンエンジン100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50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の点火プラグ10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。
【００３１】
図３（ａ）は、前記ガソリンエンジン100の火花点火（ＳＩ）による燃焼において、前記第１の点火プラグ10の電極間に生じるイオン電流の出力信号を示したタイムチャートであり、前記ＥＣＵ40に入力される出力信号は、前記シリンダ50内の混合気の燃焼が終息するｔ０から入力され、時刻ｔＳのピーク値ＶＳまで上昇し、その後減少していく。また、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、前記ガソリンエンジン100の均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）による燃焼において、前記第１及び第２の点火プラグ10，20の電極間に生じるイオン電流の出力信号を示したタイムチャートであり、前記ＥＣＵ40に入力される出力信号は、前記シリンダ50内の混合気の燃焼が終息するｔ０から入力され、時刻ｔＨ１及びｔＨ２のピーク値ＶＨ１及びＶＨ２まで上昇し、その後は火花点火（ＳＩ）と同様に減少していく。
【００３２】
図３（ａ）乃至（ｃ）の出力信号のピーク値は、火花点火（ＳＩ）のピーク値ＶＳと比較して均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）のピーク値ＶＨ１及びＶＨ２は小さくなっているが、これは均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）時の前記シリンダ50内は、前記シリンダ50内のＥＧＲガス量を極めて多い状態として温度を高めているため、燃焼時に前記第１及び第２の点火プラグ10，20の電極間に発生するイオン電流も小さくなることが要因である。また、図３（ａ）乃至（ｃ）の出力信号のピーク位置は、火花点火（ＳＩ）の時刻ｔＳと比較して均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）の時刻ｔＨ１及びｔＨ２は進角しているが、これは均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）における燃焼が、前記シリンダ50内の多数の箇所で予混合気が略同時に自己着火して、一瞬で燃焼を開始するためである。
【００３３】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、前記ガソリンエンジン100の均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）による燃焼において、前記第１及び第２の点火プラグ10，12付近での燃焼が略同時に開始され、前記第１及び第２の点火プラグ10，12の電極間に生じるイオン電流のピーク値の発生時期を時刻ｔ０から時刻ｔＨ１までの間隔ＴＨ１及び時刻ｔ０から時刻ｔＨ２までの間隔ＴＨ２が等しい時、前記第１及び第２の点火プラグ10，12で検出されたイオン電流の出力信号を加算すると、図４（ｃ）に示すようなピーク値ＶＨ´が算出され、火花点火（ＳＩ）による燃焼の出力信号のピーク値ＶＳと同等のイオン電流出力信号ＶＨ´を得ることができる。
【００３４】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、前記ガソリンエンジン100の均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）による燃焼において、前記第１及び第２の点火プラグ10，12付近での燃焼が火炎伝播となって開始され、前記第１及び第２の点火プラグ10，12の電極間に生じるイオン電流のピーク値の発生時期を時刻ｔ０から時刻ｔＨ１までの間隔ＴＨ１及び時刻ｔ０から時刻ｔＨ２までの間隔ＴＨ２が不等となり、ＴＨ１＜ＴＨ２となる時、前記第２の点火プラグ12で検出されたイオン電流の出力信号のピーク位置をｔＨ１＝ｔＨ２となる矢印Ｐの方向へ進角させて（破線で示す波形）から加算すると、上記と同様に図５（ｃ）に示すようなピーク値ＶＨ´が算出され、火花点火（ＳＩ）の燃焼による出力信号のピーク値ＶＳと同等のイオン電流出力信号を得ることができる。
【００３５】
従って、図示しないが前記第１及び第２の点火プラグ10，12の電極間に生じるイオン電流のピーク値の発生時期を時刻ｔ０から時刻ｔＨ１までの間隔ＴＨ１及び時刻ｔ０から時刻ｔＨ２までの間隔ＴＨ２が不等となり、ＴＨ１＞ＴＨ２となる時、前記第１の点火プラグ10で検出されたイオン電流の出力信号のピーク位置をｔＨ１＝ｔＨ２となる方向へ進角させてから加算すると、上記と同様に図５（ｃ）に示すようなピーク値ＶＨ´が算出されることは上記と同様である。
【００３６】
図６に示す前記ガソリンエンジン100の燃焼状態を判定する動作は、前記ＥＣＵ40によって前記ガソリンエンジン100の燃焼が火花点火（ＳＩ）によるものか、均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）によるものかを判定し（Ｓ１）、前記ガソリンエンジン100の燃焼が均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）によるものであると判定された場合、前記第１及び第２のイオン電流検出装置30，32は、前記第１及び第２の点火プラグ10，12の電極間に発生するイオン電流から出力信号を検出し、前記ＥＣＵ40に供給する（Ｓ２）。また、前記ＥＣＵ40は、Ｓ２で検出したイオン電流の出力信号がピークとなる位置を算出し（Ｓ３）、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のそれぞれのピーク位置までの位相が異なるかの判定を行う（Ｓ４）。さらに、前記ＥＣＵ40は、Ｓ４で前記第１及び第２の点火プラグ10，12のそれぞれのピーク位置までの位相が異なる場合、Ｓ３で算出したイオン電流の出力信号のピーク値の位相を合わせて加算し（Ｓ５）、Ｓ５で加算したイオン電流の出力信号から前記ガソリンエンジン100の均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）の燃焼状態を判定する（Ｓ６）。
【００３７】
また、前記ＥＣＵ40は、Ｓ４で前記第１及び第２の点火プラグ10，12のそれぞれのピーク位置までの位相が等しい場合、Ｓ３で算出したイオン電流の出力信号を加算し（Ｓ１１）、Ｓ１１で加算したイオン電流の出力信号から前記ガソリンエンジン100の均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）の燃焼状態を判定する（Ｓ６）。さらに、前記ガソリンエンジン100の均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）の燃焼状態の判定は、出力信号のピーク値から失火や燃焼タイミングの判定や、出力信号における時間軸上の累積値から算出される積分値からノックの発生を判定することが好ましい。
【００３８】
また、前記ＥＣＵ40は、前記ガソリンエンジン100の火花点火（ＳＩ）による燃焼後に前記第１の点火プラグ10の電極間に生じるイオン電流を検出し、火花点火（ＳＩ）時の燃焼状態を判定する構成を追加してもよいし、その場合は従来から開示されている構成と同様のため説明は省略する。
【００３９】
上記構成により、前記第１及び第２の点火プラグ10，12で検出されたイオン電流の出力信号を加算することで、均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）時の微小なイオン電流でも、精度の高い燃焼状態の判定を行うことができ、均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）と火花点火（ＳＩ）との切り換え範囲の周辺での運転時に運転者を不快にさせたり、エンジンを停止させてしまうことを防ぐガソリンエンジンの燃焼状態判定装置を実現することができる。特に、均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）時は火花点火（ＳＩ）時と比べてＥＧＲガス量を極めて多い状態として前記シリンダ50内の温度を高めることから、燃焼時に前記第１及び第２の点火プラグ10，20の電極間に発生するイオン電流が微小になる。これにより、微小なイオン電流から燃焼状態を判定すると非常に精度の低い判定となるため、上記構成による効果が顕著に現れる。
【００４０】
また、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のそれぞれの出力信号においてピーク位置までの位相が異なる場合、出力信号のピーク値の位相を合わせて加算することで、均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）による燃焼に火炎伝播が生じても前記第１及び第２の点火プラグ10，12の出力信号の加算を精度よく行うことができる。
【００４１】
なお、実施例１の変形例として、前記第１及び第２の点火プラグ10，12に対して前記シリンダ50内に備える点火プラグを増加させて３つ以上の点火プラグからイオン電流を検出して均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）時の燃焼状態を判定してもよい。また、均一予混合圧出着火（ＨＣＣＩ）時の前記第１及び第２のイオン電流検出装置30，32に必要なバイアス電源としてコンデンサの換わりにバッテリ電源を備える構成としてもよい。さらに、イオン電流検出手段としての前記第１及び第２のイオン電流検出装置30，32、前記第１及び第２の点火プラグ10，12で検出されたイオン電流の出力信号を加算するイオン電流演算手段としての前記ＥＣＵ40、及び、燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段としての前記ＥＣＵ40は一例であり、これに限定されることはなく、特許請求の範囲に基づいて適宜変更可能なものとする。
【００４２】
また、前記ＥＣＵ40は、前記第１及び第２の点火プラグ10，12で検出されたイオン電流の出力信号が最大となるピーク値を加算し、加算したピーク値から前記シリンダ50内の燃焼に対する失火の有無を判定する構成としてもよい。これにより、均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）時における微小なイオン電流であっても、前記内燃機関100の失火の有無の判定を高い精度で行うことができる。さらに、前記第２の点火プラグ12を２つの前記吸気バルブ62に挟まれるように配置したが、これに限らず、前記吸気及び排気バルブ62，72に挟まれるように配置する等、設計事情に応じて任意に配置してよい。
【００４３】
また、図２において、前記ガソリンエンジン100の運転領域を区別しているが、均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）による燃焼から火花点火（ＳＩ）の燃焼に即座に切り替えることに限らず、火花点火（ＳＩ）の運転領域であっても、前記第１及び第２の点火コイル20，22からのアシスト点火による均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）を行うこともできる。さらに、前記第２の点火プラグ12は、前記ガソリンエンジン100の均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）時の燃焼で  生じるイオン電流を検出するのみ機能を備え、前記第１の点火プラグ10からのアシスト点火を行う構成としてもよい。
【００４４】
また、前記ガソリンエンジン100では、前記シリンダ50内に燃料を直接噴射する直噴エンジンとしたが、前記吸気ポート60内に燃料を噴射するポート噴射エンジンとしてもよいし、これらを組み合わせた構成の直噴エンジンとしてもよい。
【実施例２】
【００４５】
次に、第２の実施例とするＨＣＣＩ燃焼時におけるイオン電流出力信号（ｔ０（ｔ´Ｈ１）≠ｔ´Ｈ２）の合成値を示すタイムチャートを図７に、ガソリンエンジンの燃焼状態判定装置の動作を示すフローチャートを図８にそれぞれ示す。
【００４６】
なお、本実施例においては、第１の実施例の形態と比較して、イオン電流の出力信号の加算方法が異なるものの、適応対象となるエンジンや点火コイルの基本構成については、第１の実施例と共通するため説明は割愛する。
【００４７】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、前記ガソリンエンジン100の均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）による燃焼において、前記第１及び第２の点火プラグ10，12付近での燃焼が火炎伝播となって開始され、前記第１及び第２の点火プラグ10，12の電極間に生じるイオン電流の検出時期をｔ０（ｔＨ１´）≠ｔＨ２´となる時、前記第２の点火プラグ12で検出されたイオン電流の出力信号をｔ０（ｔＨ１´）＝ｔＨ２´となる矢印Ｑの方向へ進角させて（破線で示す波形）から加算すると、図７（ｃ）に示すような精度のよいピーク値ＶＨ´が算出され、火花点火（ＳＩ）の燃焼による出力信号と同等のイオン電流出力信号を得ることができる。
【００４８】
従って、図示しないが前記第１及び第２の点火プラグ10，12の電極間に生じるイオン電流の検出時期をｔＨ１´≠ｔ０（ｔＨ２´）となる時、前記第１の点火プラグ10で検出されたイオン電流の出力信号をｔＨ１´＝ｔ０（ｔＨ２´）となる方向へ進角させてから加算することで、図７（ｃ）に示すような精度のよいピーク値ＶＨ´が算出されることは上記と同様である。
【００４９】
図８に示す前記ガソリンエンジン100の燃焼状態を判定する動作は、前記ＥＣＵ40によって前記ガソリンエンジン100の燃焼が火花点火（ＳＩ）によるものか均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）によるものかを判定し（Ｓ１）、前記ガソリンエンジン100の燃焼が均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）によるものであると判定された場合、前記第１及び第２のイオン電流検出装置は、前記第１及び第２の点火プラグ10，12の電極間に発生するイオン電流から出力信号を検出し、前記ＥＣＵ40に供給する（Ｓ２）。また、前記ＥＣＵ40は、Ｓ２のイオン電流の出力信号の検出開始位相を算出し（Ｓ３）、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のそれぞれの出力信号の検出が開始される位相が異なるかの判定を行う（Ｓ４）。さらに、前記ＥＣＵ40は、Ｓ４で前記第１及び第２の点火プラグ10，12のそれぞれの出力信号の検出が開始される位相が異なる場合、Ｓ３で算出したイオン電流の出力信号の検出が開始される位相を合わせて加算し（Ｓ５）、Ｓ５で加算したイオン電流の出力信号から前記ガソリンエンジン100の均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）の燃焼状態を判定する（Ｓ６）。
【００５０】
また、前記ＥＣＵ40は、Ｓ４で前記第１及び第２の点火プラグ10，12のそれぞれの出力信号の検出が開始される位相が等しい場合、Ｓ３で算出したイオン電流の出力信号を加算し（Ｓ１１）、Ｓ１１で加算したイオン電流の出力信号から前記ガソリンエンジン100の均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）の燃焼状態を判定する（Ｓ６）。さらに、前記ガソリンエンジン100の均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）の燃焼状態の判定は、出力信号のピーク値から失火や燃焼タイミングの判定や、出力信号における時間軸上の累積値から算出される積分値からノックの発生を判定することが好ましい。
【００５１】
上記構成により、実施例１で得られる効果に加えて、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のそれぞれの出力信号の検出が開始される位相が異なる場合、イオン電流の出力信号の検出が開始される位相を合わせて加算することで、均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）による燃焼に火炎伝播が生じても前記第１及び第２の点火プラグ10，12の出力信号の加算を精度よく行うことができる。
【符号の説明】
【００５２】
10：第１の点火プラグ
12：第２の点火プラグ
20：第１の点火コイル
22：第２の点火コイル
30：第１のイオン電流検出装置（第１のイオン電流検出手段）
32：第２のイオン電流検出装置（第２のイオン電流検出手段）
40：ＥＣＵ（イオン電流演算手段，燃焼状態判定手段）
50：シリンダ
52：ピストン
54：クランク
56：クランクシャフト
60：吸気ポート
62：吸気バルブ
64：吸気カム
66：吸気カムシャフト
70：排気ポート
72：排気バルブ
74：排気カム
76：排気カムシャフト
100：ガソリンエンジン（内燃機関）
【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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【図８】
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