(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線と二次巻線とを備え、該二次巻線の両端に点火用高電圧を発生する点火コイルと、
前記二次巻線に直列接続され、前記点火用高電圧が印加されることにより、中心電極と接地電極との間に放電を発生する点火プラグと、を備えると共に、
前記点火用高電圧により充電された後、蓄積した電荷を放電することにより、前記中心電極と前記接地電極との間に電圧を印加する容量素子と、抵抗素子により構成されると共に該容量素子に直列接続される抵抗回路と、該容量素子および該抵抗回路からなる直列回路に並列接続され、充電時の前記容量素子の両端電圧を一定値以下に制限するツェナーダイオードと、を備えて、前記容量素子による前記電圧の印加により前記中心電極と前記接地電極との間に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
該イオン電流検出手段により検出されたイオン電流に基づき、内燃機関の運転状態を判定する判定手段と、
を備えて、イオン電流に基づいて内燃機関の運転状態を検出する内燃機関の運転状態検出装置であって、
前記イオン電流検出手段は、前記抵抗回路の両端電圧を第１イオン電流検出信号として出力すると共に、前記抵抗回路における一端と該抵抗回路内部の中点との間の電圧を第２イオン電流検出信号として出力し、
前記第１イオン電流検出信号として出力される電圧の最大電圧値が、定電圧電源からの供給電圧値よりも大きくなるように、前記イオン電流検出手段に備えられる前記抵抗回路の両端間の抵抗値が設定されており、
前記第１イオン電流検出信号から特定の周波数成分を抽出し、該抽出した信号成分を特定イオン電流検出信号として出力する特定成分抽出手段、が設けられ、
前記判定手段は、前記第２イオン電流検出信号および前記特定イオン電流検出信号に基づき、内燃機関の運転状態を判定すること、
を特徴とする内燃機関の運転状態検出装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記第２イオン電流検出信号に基づき失火判定を行い、前記特定イオン電流検出信号に基づきノッキング判定を行うこと、
を特徴とする請求項１に記載の内燃機関の運転状態検出装置。
【請求項３】
前記第２イオン電流検出信号として出力される電圧の最大電圧値が、前記判定手段に入力可能な電圧上限値以下となるように、前記イオン電流検出手段に備えられる前記抵抗回路における前記中点から両端までの各抵抗値が設定されたこと、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の運転状態検出装置。
【請求項４】
前記点火用高電圧の印加により前記中心電極と前記接地電極との間に発生した放電時に前記ツェナーダイオードに流れる電流を検出する放電電流検出手段と、
該放電電流検出手段により検出される電流に基づき、くすぶり判定を行うくすぶり判定手段と、を備えたこと、
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の内燃機関の運転状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、点火プラグの火花放電により燃料混合気を燃焼させる内燃機関において、燃料混合気の燃焼により発生するイオンにより流れるイオン電流に基づいて、燃料混合気の燃焼状態や運転状態等を検出する内燃機関の運転状態検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関における燃料混合気の燃焼状態（失火やノッキング等）を検出するために、内燃機関の点火プラグの火花放電後に、点火プラグの電極近傍に発生するイオンによって流れるイオン電流を利用する技術が知られている。また、イオン電流を用いることで、内燃機関における燃料混合気の燃焼状態の他、内燃機関の各種運転状態（空燃比，空燃比のリーン限界，排気再循環量の限界など）を検出することも可能である。
【０００３】
即ち、内燃機関のシリンダ内では、点火プラグによる火花放電後の燃焼（火炎伝播）時にイオンが発生し、このイオンの発生量に応じて点火プラグの電極間の抵抗値が変化する。そして、イオンの発生量は、燃料混合気の燃焼状態や内燃機関の運転状態に応じて異なる。このため、点火プラグへの点火用高電圧の印加後（つまり点火プラグの火花放電後）に、点火プラグに対して外部から電圧を印加し、それによって流れるイオン電流を検出することにより、点火プラグの電極間の抵抗値の変化（つまり、燃料混合気の燃焼状態や運転状態の変化）を検出することができるのである。
【０００４】
ところで、このようにイオン電流に基づき内燃機関の運転状態を判定する判定処理装置としては、例えば、イオン電流に応じて変化する電圧信号を用いるものがあるが、こうした判定処理装置では、電圧信号として入力可能な電圧上限値が存在する。つまり、判定処理装置では、入力される電圧信号の大きさを判定するが、判定処理装置を駆動するために供給される駆動電圧よりも大きい電圧については、大きさを判定することができない。そして、例えば、車両用内燃機関に備えられる判定処理装置は、車載電源装置（バッテリ）からの出力電圧を駆動電圧として動作するため、バッテリの出力電圧よりも大きい電圧が入力された場合、判定処理装置は正常に動作できず、場合によっては判定処理装置の破壊に至る虞がある。このため、判定処理装置では、駆動電圧に等しい電圧値が、電圧信号として入力可能な電圧上限値となる。
【０００５】
そこで、判定処理装置への入力信号を電圧上限値以下に制御するために、例えば、特開平１０ー３１８１１４号公報に記載のイオン電流検出装置が提案されている。このイオン電流検出装置では、抵抗の分圧によりイオン電流に応じた電圧信号の電圧値を制御しており、電圧信号の電圧値を電圧上限値以下に制御することで、判定処理装置での誤動作を抑えている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載のイオン電流検出装置では、判定処理装置へ入力する電圧信号を電圧上限値以下に制御することに伴い、イオン電流波形に重畳する微小な信号成分（例えば、ノッキング（ノック）周波数成分）の信号検出精度が低下するという問題が発生する。
【０００７】
つまり、電圧信号の電圧値を電圧上限値以下に制御することは、イオン電流波形を全体的に振幅方向に縮小することになり、これに伴い、イオン電流波形に重畳される微小な信号成分についても振幅方向に縮小されてしまう。このように微小な信号成分についての振幅が小さくなるため、微小な信号成分の変化を精度良く検出することが困難となり、信号検出精度が低下してしまい、内燃機関の燃焼状態などの判定を正確に行うことが難しくなる。
【０００８】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、イオン電流に基づき内燃機関の運転状態を検出するにあたり、イオン電流の信号検出精度の低下を抑えて、内燃機関の運転状態等を精度良く判定することができる内燃機関の運転状態検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、一次巻線と二次巻線とを備え、該二次巻線の両端に点火用高電圧を発生する点火コイルと、二次巻線に直列接続され、点火用高電圧が印加されることにより、中心電極と接地電極との間に放電を発生する点火プラグと、を備えると共に、点火用高電圧により充電された後、蓄積した電荷を放電することにより、中心電極と前記接地電極との間に電圧を印加する容量素子と、抵抗素子により構成されると共に容量素子に直列接続される抵抗回路と、容量素子および抵抗回路からなる直列回路に並列接続され、充電時の容量素子の両端電圧を一定値以下に制限するツェナーダイオードと、を備えて、容量素子による電圧の印加により中心電極と接地電極との間に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、このイオン電流検出手段により検出されたイオン電流に基づき、内燃機関の運転状態を判定する判定手段と、を備えて、イオン電流に基づいて内燃機関の運転状態を検出する内燃機関の運転状態検出装置であって、イオン電流検出手段は、抵抗回路の両端電圧を第１イオン電流検出信号として出力すると共に、抵抗回路における一端とこの抵抗回路内部の中点との間の電圧を第２イオン電流検出信号として出力し、第１イオン電流検出信号として出力される電圧の最大電圧値が、定電圧電源からの供給電圧値よりも大きくなるように、前記イオン電流検出手段に備えられる前記抵抗回路の両端間の抵抗値が設定されており、第１イオン電流検出信号から特定の周波数成分を抽出し、抽出した信号成分を特定イオン電流検出信号として出力する特定成分抽出手段、が設けられ、判定手段は、第２イオン電流検出信号および特定イオン電流検出信号に基づき、内燃機関の運転状態を判定することを特徴とする。
【００１０】
つまり、本発明（請求項１）の内燃機関の運転状態検出装置では、イオン電流に基づき内燃機関の運転状態を検出するにあたり、振幅の異なるイオン電流検出信号（第１イオン電流検出信号および第２イオン電流検出信号）を用いている。
そして、第１イオン電流検出信号は、抵抗回路全体の両端電圧として出力されるため、イオン電流が流れることにより発生する信号波形の振幅が大きい信号であり、イオン電流に重畳される微小な信号による変動が、第１イオン電流検出信号の波形として表れ易くなる。このため、特定成分抽出手段において、イオン電流波形から特定の周波数成分を抽出するにあたり、第１イオン電流検出信号を用いることで、精度良く特定の周波数成分を抽出することが可能となる。
【００１１】
また、特定成分抽出手段から出力される特定イオン電流検出信号は、第１イオン電流検出信号における特定の周波数成分を抽出した信号であることから、特定イオン電流検出信号が変動する電圧範囲は、第１イオン電流検出信号が変動する電圧範囲よりも狭い範囲となる。
【００１２】
このため、第１イオン電流検出信号の電圧最大値が判定手段に入力可能な電圧上限値を上回る場合でも、特定イオン電流検出信号は、判定手段に入力可能な電圧上限値を超えることが少なくなる。
特に、本発明の内燃機関の運転状態検出装置では、第１イオン電流検出信号として出力される電圧の最大電圧値が、定電圧電源からの供給電圧値よりも大きくなるように、前記イオン電流検出手段に備えられる前記抵抗回路の両端間の抵抗値が設定されている。
これにより、第１イオン電流検出信号は、イオン電流の波形全体を判定手段に入力できるよう設定されたイオン電流検出信号に比べて、少なくとも振幅が大きくなり、微小な信号成分をより正確な波形として表すことができる。このような第１イオン電流検出信号を用いることで、イオン電流検出信号に含まれる微小な信号成分である特定イオン電流検出信号を良好に検出することができる。
したがって、本発明の内燃機関の運転状態検出装置によれば、イオン電流波形に重畳される微小な信号成分を良好に検出することができ、内燃機関の運転状態の検出精度を向上させることができる。
なお、抵抗回路における中点の数をさらに増加することで、異なる電圧範囲（電圧レンジ）のイオン電流検出信号をより多く生成することが可能となり、更に検出精度を向上させることが可能である。
【００１３】
さらに、第２イオン電流検出信号は、抵抗回路における一端と中点との間の電圧として出力されるため、イオン電流が発生した場合の波形の振幅が、第１イオン電流検出信号に比べて小さくなる。このため、第２イオン電流検出信号を用いることで、第１イオン電流検出信号を用いる場合に比べて、イオン電流の波形全体を検出するために必要となる電圧範囲を、狭い範囲に設定することができる。
【００１４】
これらのことから、判定手段は、第２イオン電流検出信号および特定イオン電流検出信号を用いることで、第２イオン電流検出信号からイオン電流波形の全体的な変化を検出することができ、特定イオン電流検出信号からイオン電流波形における微小な信号の変化を検出することができる。つまり、判定手段は、第２イオン電流検出信号および特定イオン電流検出信号が入力されることにより、全体的な変化から微小な変化にわたるイオン電流波形の変化を詳細に検出することができる。これにより、判定手段では、高精度に検出されたイオン電流に基づき、内燃機関の運転状態を良好に判定することができる。
【００１５】
したがって、本発明（請求項１）の内燃機関の運転状態検出装置によれば、イオン電流検出信号が判定手段へ入力可能な電圧上限値を上回ることなく、イオン電流波形を詳細に検出することができ、内燃機関の運転状態をより良好に検出することが可能となる。
【００１６】
そして、判定手段にて内燃機関の運転状態について判定するにあたっては、請求項２に記載のように、判定手段が、第２イオン電流検出信号に基づき失火判定を行い、特定イオン電流検出信号に基づきノッキング判定を行うとよい。
つまり、失火判定は、燃料混合気の燃焼が正常に行われたか否かを判定するものであり、イオンの発生の有無により判定することができる。そして、イオンの発生の有無を判定するには、イオン電流波形の全体的な変化を検出する必要がある。そこで、第２イオン電流検出信号を用いることにより、イオン電流波形の全体的な変化を良好に検出することができ、失火判定を精度良く行うことができる。
【００１７】
また、ノッキング判定は、ノッキングにより発生する特定の周波数からなる振動成分がイオン電流検出信号に重畳されているか否かにより判定するが、ノッキングによる振動成分は微小な信号であるため、振幅の小さいイオン電流検出信号からでは検出が比較的困難である。これに対して、第１イオン電流検出信号は、振幅が大きいことから微小な信号による変動が波形に表れ易いため、ノッキングに対応する周波数成分が波形に表れ易くなる。そして、特定成分抽出手段が、ノッキングに対応する周波数成分を第１イオン電流検出信号から抽出し、特定イオン電流検出信号として出力すれば、ノッキングによる振動成分を良好に検出することができる。よって、特定イオン電流検出信号を用いることで、ノッキングにより発生する振動成分を良好に検出することができ、ノッキング判定を精度良く行うことができる。
【００１８】
なお、判定手段では、第２イオン電流検出信号および特定イオン電流検出信号のそれぞれに基づき、異なる種類の内燃機関の運転状態を判定するのではなく、第２イオン電流検出信号および特定イオン電流検出信号の両方を用いて、内燃機関の運転状態における１項目について判定しても良い。このように、内燃機関の運転状態における１項目を、イオン電流の全体的な変化および微小な変化の両者に基づき判断することで、内燃機関の運転状態をより正確に判定することが可能となる。
【００１９】
ところで、第２イオン電流検出信号は、イオン電流の大きさを電圧値の大きさで表す信号であり、抵抗回路における一端と中点との間の抵抗値により第２イオン電流検出信号のとりうる最大値が決定される。また、判定手段は、マイコンあるいは電子回路等により実現されることが一般的であるが、これらマイコンあるいは電子回路等は、正常な動作を維持するために、電圧信号として入力可能な電圧上限値が存在する。
【００２０】
そこで、判定手段においてイオン電流の波形全体を確実に検出するためには、請求項３に記載のように、第２イオン電流検出信号として出力される電圧の最大電圧値が、判定手段に入力可能な電圧上限値以下となるように、イオン電流検出手段に備えられる抵抗回路における中点から両端までの各抵抗値が設定されるとよい。つまり、抵抗回路の一端と中点との間に発生する最大電圧値が判定手段に入力可能な電圧上限値以下となるように、抵抗回路における中点から両端までの各抵抗値の比率を設定するのである。
【００２１】
これにより、第２イオン電流検出信号としての電圧値が、判定手段に入力可能な電圧上限値よりも大きくなることが無くなり、判定手段の動作を正常に維持することができると共に、イオン電流の波形全体を検出することが可能となる。
よって、本発明（請求項３）の内燃機関の運転状態検出装置によれば、確実にイオン電流波形全体を検出することが可能となり、内燃機関の運転状態の検出精度を向上させることができる。
【００２２】
なお、一般的には、マイコンあるいは電子回路等を駆動するための駆動電圧よりも低い電圧が、電圧上限値として設定されている。
【００２５】
ところで、内燃機関の運転状態に影響を与える要因の一つとして、点火プラグの中心電極周囲の絶縁体（碍子部）にカーボン等が付着することで発生するくすぶり汚損がある。そして、イオン電流波形についても、くすぶり汚損による影響を受けるが、イオン電流波形は、くすぶり汚損の有無よりもイオンの発生状態による影響を大きく受けるため、くすぶり汚損の検出精度が低くなる虞がある。
【００２６】
そこで、上述した内燃機関の運転状態検出装置において、点火プラグのくすぶり汚損を検出するには、請求項４に記載のように、点火用高電圧の印加により中心電極と接地電極との間に発生した放電時にツェナーダイオードに流れる電流を検出する放電電流検出手段と、この放電電流検出手段により検出される電流に基づき、くすぶり判定を行うくすぶり判定手段と、を備えるとよい。
【００２７】
つまり、点火用高電圧の印加による中心電極と接地電極との間に発生する放電時に点火プラグの電極間に流れる放電電流（二次電流）は、正規の火花放電ギャップにて火花放電（以下、正常放電という）する場合と、絶縁体表面に付着したカーボンを通じて火花放電する、所謂“奥飛び放電”の場合とでは、異なる波形を示す。つまり、正常放電時と奥飛び放電時では、カーボンの有無により放電経路の抵抗値が異なることから、放電電流が異なる値を示すのである。
【００２８】
このため、放電電流検出手段により検出された火花放電時の電流を用いることで、正常放電であるか奥飛び放電であるかを判断することができ、ひいては、くすぶり汚損の有無を判断することが可能となる。
そして、電流に基づきくすぶり判定を行う手法の一つとしては、点火プラグの電極間にて火花放電期間中に流れる電流を積分し、その電流の積分値と所定の積分判定基準値との比較結果を用いて、くすぶり汚損の有無を判定する手法がある。例えば、火花放電発生期間中に流れる放電電流を積分し、この放電電流積分値が正常放電と奥飛びとを識別するための所定の積分判定基準値よりも大きいか否かを判定し、積分値が積分判定基準値以下であるときに奥飛びが発生したとして、くすぶり汚損有りと判定するのである。
【００２９】
また、他の手法としては、放電期間中の電流の電流値が予め定められた検出基準値以上となる電流検出時間を算出し、この電流検出時間と所定の検出時間判定基準値との比較結果を用いて、くすぶり汚損の有無を判定する手法が挙げられる。例えば、放電時に流れる電流が検出基準値以上となる電流検出時間を算出し、この電流検出時間が正常放電と奥飛びとを識別するための所定の検出時間判定基準値よりも大きいか否かを判定し、電流検出時間が検出時間判定基準値以下であるときに奥飛びが発生したとして、くすぶり汚損有りと判定するのである。
【００３０】
なお、このように放電時に流れる電流の積算値、あるいは電流検出時間の積算値を算出してくすぶり判定を行う手法は、放電時に流れる電流の瞬時値を用いてくすぶり判定を行う手法に比べて、瞬時的に発生する外部からのノイズの影響を抑えることができる。
【００３１】
よって、請求項４に記載の内燃機関の運転状態検出装置によれば、内燃機関の運転状態に影響を与える要因の１つであるくすぶり汚損の有無を、精度良く判定することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図面と共に説明する。
まず、図１は、イオン電流に基づいて内燃機関の運転状態を検出する内燃機関の運転状態検出装置の構成を表す電気回路図である。なお、本実施例で説明する内燃機関の運転状態検出装置は複数の気筒を備えた内燃機関に適用することも可能であるが、図１では、図面を見やすくするために、１気筒分のみを記載している。
【００３３】
図１に示すように、本実施例の内燃機関の運転状態検出装置１は、直流定電圧（例えば電圧１２［Ｖ］）を発生する直流電源装置（バッテリ）１１と、一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２とを備えた点火コイル１３と、一次巻線Ｌ１と直列接続されたｎｐｎ型パワートランジスタからなる主制御用トランジスタ１５と、二次巻線Ｌ２とともに閉ループを形成して中心電極１７ａと接地電極１７ｂとの間に火花放電を発生する点火プラグ１７と、二次巻線Ｌ２および点火プラグ１７からなる閉ループ上に設けられて燃料混合気の燃焼により発生するイオンにより流れるイオン電流を検出するためのイオン電流検出回路２９と、入力信号における特定の周波数成分を抽出して出力するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４１と、入力信号の正負を反転させた信号を出力する反転増幅回路４３と、バンドパスフィルタ４１および反転増幅回路４３からの信号に基づき内燃機関の運転状態を判定する判定回路４５と、主制御用トランジスタ１５に対して点火指令信号ＩＧを出力し、判定回路４５からノッキング検出信号Ｓｋおよび失火検出信号Ｓｍが入力される電子制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ）２１と、を備えている。
【００３４】
そして、点火コイル１３における一次巻線Ｌ１は、一端が直流電源装置１１の正極に接続され、他端が主制御用トランジスタ１５のコレクタに接続されている。また、二次巻線Ｌ２は、一端が点火プラグ１７の中心電極１７ａに接続され、他端がイオン電流検出回路２９に接続されている。さらに、点火プラグ１７の接地電極１７ｂは、直流電源装置１１の負極と同電位のグランドに接地されている。そして、主制御用トランジスタ１５は、ベースがＥＣＵ２１における点火指令信号ＩＧの出力端子に接続され、エミッタが直流電源装置１１の負極と同電位のグランドに接地されている。
【００３５】
このため、主制御用トランジスタ１５のベースに入力される点火指令信号ＩＧがローレベル（一般にグランド電位）である場合には、主制御用トランジスタ１５にベース電流は流れず、主制御用トランジスタ１５はオフ状態となり、主制御用トランジスタ１５を通じて一次巻線Ｌ１に電流が流れることはない。また、点火指令信号ＩＧがハイレベル（例えば、定電圧電源からの供給電圧５［Ｖ］）である場合には、主制御用トランジスタ１５はオン状態となり、直流電源装置１１の正極側から点火コイル１３の一次巻線Ｌ１を通り、主制御用トランジスタ１５を介して直流電源装置１１の負極側に至る一次巻線Ｌ１の通電経路を形成し、一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１が流れる。
【００３６】
なお、ここで、主制御用トランジスタ１５のオン状態とは、主制御用トランジスタ１５のコレクタ−エミッタ間が導通した状態（短絡された状態）を表し、オフ状態とは、主制御用トランジスタ１５のコレクタ−エミッタ間が導通していない状態（開放された状態）を表している。
【００３７】
したがって、点火指令信号ＩＧがハイレベルであることで一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１が流れている時に、点火指令信号ＩＧがローレベルになると、主制御用トランジスタ１５がターンオフし、一次巻線Ｌ１への一次電流ｉ１の通電を停止（遮断）することになる。すると、点火コイル１３の磁束密度が急激に変化して二次巻線Ｌ２に点火用高電圧が発生し、この点火用高電圧が点火プラグ１７に印加されて、点火プラグ１７の電極１７ａ−１７ｂ間に火花放電が発生する。
【００３８】
尚、点火コイル１３は、主制御用トランジスタ１５による一次巻線Ｌ１における一次電流ｉ１の通電遮断により、点火プラグ１７の中心電極１７ａ側にグランド電位よりも低い負の点火用高電圧を発生するように構成されている。これにより、点火プラグ１７での火花放電に伴い二次巻線Ｌ２に流れる二次電流ｉ２は、点火プラグ１７の中心電極１７ａから二次巻線Ｌ２を通って、イオン電流検出回路２９に向かう方向に流れる。
【００３９】
次に、イオン電流検出回路２９について説明する。
図１に示すように、イオン電流検出回路２９は、一端が直流電源装置１１の負極と同電位のグランドに接地された抵抗３１と、抵抗３１に直列接続された抵抗３３と、抵抗３３における抵抗３１側とは反対側の端部に一端が接続されたコンデンサ３５と、アノードが接地されるとともにカソードがコンデンサ３５における抵抗３３との接続側とは反対側の端部に接続されたツェナーダイオード３７と、カソードが接地されるとともにアノードが抵抗３３とコンデンサ３５との接続点に接続されたダイオード３９と、を備えて構成されている。
【００４０】
そして、このイオン電流検出回路２９では、ダイオード３９が、抵抗３１と抵抗３３とからなる直列回路に並列に接続されることになり、また、ツェナーダイオード３７が、抵抗３１、抵抗３３およびコンデンサ３５からなる直列回路に並列接続されることになる。
【００４１】
また、このように構成されたイオン電流検出回路２９は、コンデンサ３５とツェナーダイオード３７との接続点が二次巻線Ｌ２に接続されており、抵抗３３とコンデンサ３５との接続点がバンドパスフィルタ４１に接続されており、抵抗３１と抵抗３３との接続点が反転増幅回路４３に接続されている。
【００４２】
そして、イオン電流検出回路２９では、二次巻線Ｌ２に点火用高電圧が発生して火花放電が発生した直後には、二次巻線Ｌ２から流れ込む二次電流ｉ２が、コンデンサ３５，ダイオード３９を通過する経路を通じて流れる。そして、二次電流ｉ２が流れることによりコンデンサ３５が充電されてコンデンサ３５の両端電圧が上昇していき、コンデンサ３５およびダイオード３９からなる直列回路の両端電圧が、ツェナーダイオード３７のツェナー電圧Ｖｚと等しくなると、二次電流ｉ２はツェナーダイオード３７を通じて流れるようになる。このため、コンデンサ３５は、ツェナーダイオード３７のツェナー電圧Ｖｚからダイオード３９の順方向電圧Ｖｆだけ小さい電圧Ｖｃ（＝Ｖｚ−Ｖｆ）で充電される。
【００４３】
このあと、二次巻線Ｌ２における点火用高電圧が低下して火花放電が終了し、点火用高電圧による二次電流ｉ２が流れなくなると、コンデンサ３５に充電された電圧によって点火プラグ１７の中心電極１７ａと接地電極１７ｂとの間にイオン電流が流れることによって、コンデンサ３５，二次巻線Ｌ２，点火プラグ１７，抵抗３１、抵抗３３の順に電流Ｉｉｏが流れる。このとき、抵抗３１および抵抗３３のそれぞれの両端電圧は、この電流Ｉｉｏの大きさに比例した値となる。そして、抵抗３３とコンデンサ３５との接続点の電位Ｖ２が、第１イオン電流検出信号Ｓｉ１としてバンドパスフィルタ４１に出力され、抵抗３１と抵抗３３との接続点の電位Ｖ１が、第２イオン電流検出信号Ｓｉ２として反転増幅回路４３に出力される。
【００４４】
そして、バンドパスフィルタ４１は、イオン電流検出回路２９からの第１イオン電流検出信号Ｓｉ１におけるノックに対応する所定周波数成分（例えば、３［kHz ］〜２０［kHz ］）を抽出して第３イオン電流検出信号Ｓｉ３として出力する。
【００４５】
なお、抵抗３１および抵抗３３は、コンデンサ３５の放電時に、抵抗３１および抵抗３３の直列回路の両端に発生する電圧（電位Ｖ２）の最大値が、定電圧電源からの供給電圧（例えば、５［Ｖ］）よりも大きくなると共に第３イオン電流検出信号Ｓｉ３の最大電圧が定電圧電源からの供給電圧以下となり、かつ、抵抗３１の両端に発生する電圧（電位Ｖ１）の最大値が定電圧電源からの供給電圧以下となるように、それぞれの抵抗値が設定されている。つまり、第１イオン電流検出信号Ｓｉ１は、最大電圧が定電圧電源からの供給電圧よりも高くなる電圧信号として出力され、第２イオン電流検出信号Ｓｉ２は、最大電圧が定電圧電源からの供給電圧以下となる電圧信号として出力され、第３イオン電流検出信号Ｓｉ３は、最大電圧が定電圧電源からの供給電圧以下となる電圧信号として出力される。
【００４６】
また、反転増幅回路４３は、イオン電流検出回路２９からの第２イオン電流検出信号Ｓｉ２の正負を反転させた信号を、第４イオン電流検出信号Ｓｉ４として出力する。なお、本実施例の反転増幅回路４３では、信号の増幅は行わず、第４イオン電流検出信号Ｓｉ４の振幅は、第２イオン電流検出信号Ｓｉ２の振幅と等しくなる。
【００４７】
次に、判定回路４５について説明する。
図１に示すように、判定回路４５は、バンドパスフィルタ４１から出力される第３イオン電流検出信号Ｓｉ３に基づきノッキング判定を行うノック判定回路４７と、反転増幅回路４３から出力される第４イオン電流検出信号Ｓｉ４に基づき失火判定を行う失火判定回路４９と、を備えている。なお、判定回路４５は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭおよび入出力部を主要部とするマイクロコンピュータ（以下、マイコンともいう）にて構成されている。また、判定回路４５は、定電圧電源からの供給電圧（５［Ｖ］）を駆動電圧として動作しているため、判定回路４５に入力可能な信号の電圧上限値は、５［Ｖ］である。
【００４８】
そして、ノック判定回路４７は、第３イオン電流検出信号Ｓｉ３の他に、ＥＣＵ２１からの第１ウインドウ信号Ｗ１が入力されており、第１ウインドウ信号Ｗ１がハイレベル（例えば、定電圧電源からの供給電圧５［Ｖ］）である期間中に入力される第３イオン電流検出信号Ｓｉ３の波形に基づき、ノッキング判定処理を行う。このノッキング判定処理による判定結果に応じて、ノック判定回路４７は、ノッキング検出信号ＳｋをＥＣＵ２１に対して出力する。
【００４９】
ここで、ノック判定回路４７で実行されるノッキング判定処理の処理内容について説明する。なお、ノッキング判定処理は、第１ウインドウ信号Ｗ１がローレベルからハイレベルに変化するとともに処理が開始される。
そして、ノッキング判定処理が開始されると、まず、バンドパスフィルタ４１からの第３イオン電流検出信号Ｓｉ３と、予め設定されている規定値電圧Ｖｓとの比較が行われる。このあと、第１ウインドウ信号Ｗ１がハイレベルからローレベルに変化するまでの期間中に、第３イオン電流検出信号Ｓｉ３が規定値電圧Ｖｓ以上となる時間を積算する。続いて、この積算時間Ｔｓが、予め設定されているノッキング判定用の判定基準時間Ｔｋよりも大きいか否かを判断し、積算時間Ｔｓが判定基準時間Ｔｋよりも大きい場合に、ノッキングが発生していると判定する。また、積算時間Ｔｓが判定基準時間Ｔｋ以下である場合には、ノッキングが発生していないと判定する。そして、ノッキングが発生していると判定する場合にはノッキング検出信号Ｓｋをハイレベルとして出力し、ノッキングが発生していないと判定する場合にはノッキング検出信号Ｓｋをローレベルとして出力する。
【００５０】
このように、第３イオン電流検出信号Ｓｉ３に基づきノッキング判定（ノック判定）を行い、判定結果に応じたノッキング検出信号ＳｋをＥＣＵ２１に出力すると、ノッキング判定処理が終了する。
なお、ＥＣＵ２１は、点火時期を基準としてノッキング判定に適した期間（開始時期および終了時期）を設定しており、この期間中に第１ウインドウ信号Ｗ１をハイレベルとして出力し、それ以外の期間には第１ウインドウ信号Ｗ１をローレベルとして出力する。
【００５１】
次に、失火判定回路４９は、第４イオン電流検出信号Ｓｉ４の他に、ＥＣＵ２１からの第２ウインドウ信号Ｗ２が入力されており、第２ウインドウ信号Ｗ２がハイレベル（例えば、定電圧電源からの供給電圧５［Ｖ］）である期間中に入力される第４イオン電流検出信号Ｓｉ４の波形に基づき、失火判定を行う。この失火判定処理による判定結果に応じて、失火判定回路４９は、失火検出信号ＳｍをＥＣＵ２１に対して出力する。
【００５２】
ここで、失火判定回路４９で実行される失火判定処理の処理内容について説明する。なお、失火判定処理は、第２ウインドウ信号Ｗ２がローレベルからハイレベルに変化するとともに処理が開始される。
そして、失火判定処理が開始されると、まず、反転増幅回路４３からの第４イオン電流検出信号Ｓｉ４と、予め設定されている失火判定用の失火判定基準電圧Ｖｍとの比較が行われる。このあと、第２ウインドウ信号Ｗ２がハイレベルからローレベルに変化するまでの間、第４イオン電流検出信号Ｓｉ４が失火判定基準電圧Ｖｍ以上となるか否かを判断し、第２ウインドウ信号Ｗ２がハイレベルである期間中に第４イオン電流検出信号Ｓｉ４が失火判定基準電圧Ｖｍ以上となる積算時間を算出する。続いて、算出した積算時間が、失火判定用に定められた所定時間以下となるか否かを判断し、積算時間が所定時間以下となる場合に失火と判定する。そして、失火が発生していると判定する場合には失火検出信号Ｓｍをハイレベルとして出力し、正常燃焼と判定する場合には失火検出信号Ｓｍをローレベルとして出力する。
【００５３】
このように、第４イオン電流検出信号Ｓｉ４に基づき失火判定を行い、判定結果に応じた失火検出信号ＳｍをＥＣＵ２１に出力すると、失火判定処理が終了する。
なお、ＥＣＵ２１は、点火時期を基準として失火判定に適した期間（開始時期および終了時期）を設定しており、この期間中に第２ウインドウ信号Ｗ２をハイレベルとして出力し、それ以外の期間には第２ウインドウ信号Ｗ２をローレベルとして出力する。
【００５４】
ここで、本実施例の内燃機関の運転状態検出装置における点火指令信号ＩＧ，第１イオン電流検出信号Ｓｉ１，第３イオン電流検出信号Ｓｉ３の各状態を表すタイムチャートを図２に示す。
なお、図２では、図１に示す回路図において抵抗３３からコンデンサ３５に向かう方向に電流Ｉｉｏが流れる場合に、第１イオン電流検出信号Ｓｉ１の波形が負の値となるように表している。このため、第１イオン電流検出信号Ｓｉ１の値が負の値になるほど（図２において下方向に延びるほど）大きい電流Ｉｉｏが流れていることを示している。また、図２では図示を省略しているが、第２イオン電流検出信号Ｓｉ２は、第１イオン電流検出信号Ｓｉ１の波形を振幅方向に縮小した波形となる。
【００５５】
そして、図２に示す時刻ｔ１にて、点火指令信号ＩＧがローレベル（一般にグランド電位）からハイレベル（例えば、定電圧電源からの供給電圧５［Ｖ］）になると、主制御用トランジスタ１５がオン状態となり、一次電流ｉ１（図２では図示省略）の通電が開始される。そして、時刻ｔ２にて点火指令信号ＩＧがハイレベルからローレベルになると、一次電流ｉ１が遮断されて二次巻線Ｌ２に点火用高電圧が発生し、点火プラグ１７の電極間に火花放電が発生する。
【００５６】
時刻ｔ２にて火花放電が発生した後、火花放電の継続時間が経過した時刻ｔ３にて火花放電が終了すると、コンデンサ３５の放電が開始される。すると、第１イオン電流検出信号Ｓｉ１は、放電開始直後に負の領域において大きく変動（振動）したあと、一旦電圧値が０［Ｖ］に近づき、時刻ｔ４を過ぎた後、徐々にイオン電流が増加する方向に電圧値が変化する。そして、時刻ｔ５から僅かに経過した時点で、第１イオン電流検出信号Ｓｉ１は、ピーク値を示し、そのあと徐々に０［Ｖ］に近付いていく。
【００５７】
なお、時刻ｔ３の直後における第１イオン電流検出信号Ｓｉ１の大きな振動は、点火用高電圧の停止に伴い発生するノイズ成分であり、実際のイオン電流は、この振動が収束した後（時刻ｔ４）から流れ始め、その後徐々に電流値が増加し、時刻ｔ５から僅かに経過した時点でピーク値となり、そのあと徐々に電流値が減少していく。
【００５８】
また、バンドパスフィルタ４１から出力される第３イオン電流検出信号Ｓｉ３は、時刻ｔ５から時刻ｔ６まで期間においては、比較的大きな値を示しており、このような波形を示すのは、ノッキングが発生しているためである。また、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間、すなわち、火花放電の終了直後においても、第３イオン電流検出信号Ｓｉ３が大きな値を示しているが、前述したように点火用高電圧の停止により発生したノイズ成分であり、ノッキングによるものではない。
【００５９】
このため、第３イオン電流検出信号Ｓｉ３に基づいてノッキング判定を行うには、点火用高電圧の停止による影響を避けることが望ましいことから、本実施例では、図２に示す時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間に相当する第３イオン電流検出信号Ｓｉ３を用いてノッキング判定を行っている。なお、本実施例では、ＥＣＵ２１が、ノッキング判定に用いる第３イオン電流検出信号Ｓｉ３の検出期間を設定して、この検出期間を第１ウインドウ信号Ｗ１を用いてノック判定回路４７に通知している。
【００６０】
そして、ノック判定回路４７は、第３イオン電流検出信号Ｓｉ３に基づき、前述したノッキング判定処理を行い、ノッキング検出信号Ｓｋを用いて判定結果をＥＣＵ２１に通知する。
また、第４イオン電流検出信号Ｓｉ４は、第２イオン電流検出信号Ｓｉ２を反転増幅回路４３にて正負を反転させた波形であり、図２に示す第１イオン電流検出信号Ｓｉ１の波形を振幅方向に縮小して正負を反転させた波形を示す。
【００６１】
そして、第４イオン電流検出信号Ｓｉ４についても、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間に、点火用高電圧の停止により発生するノイズ成分を含んでいる。このことから、第４イオン電流検出信号Ｓｉ４を用いて失火判定を行うには、この振動成分の影響を避けることが望ましいことから、本実施例では、図２に示す時刻ｔ４から時刻ｔ６までの期間に相当する第４イオン電流検出信号Ｓｉ４を用いて失火判定を行っている。なお、本実施例では、ＥＣＵ２１が、失火判定に用いる第４イオン電流検出信号Ｓｉ４の検出期間を設定し、この検出期間を第２ウインドウ信号Ｗ２を用いて失火判定回路４９に通知している。
【００６２】
次に、ＥＣＵ２１で実行される点火制御処理について説明する。
なお、ＥＣＵ２１は、内燃機関の運転状態に基づいて、内燃機関の火花放電発生時期（点火時期）、燃料噴射量、エンジン回転数等を総合的に制御するために備えられており、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭおよび入出力部を主要部とするマイクロコンピュータ（以下、マイコンともいう）にて構成されている。そして、ＥＣＵ２１は、以下に説明する点火制御処理の他に、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や、燃料噴射時期で燃料を吸気管内に供給するための燃料制御処理などを行っている。
【００６３】
なお、点火制御処理は、内燃機関の始動後、例えば、内燃機関の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサからの信号に基づき、内燃機関が、吸気，圧縮，燃焼，排気を行う１燃焼サイクルに１回の割合で実行される。
そして、内燃機関が始動されて点火制御処理が開始されると、まず、別途実行される運転状態検出処理にて検出された内燃機関の運転状態を読込み、読み込んだ運転状態に基づいて予め設定されたマップあるいは計算式を用いて、内燃機関の運転状態に適した点火時期を設定する。このとき読み込む運転状態の中には、判定回路４５からノッキング検出信号Ｓｋおよび失火検出信号Ｓｍにより通知される運転状態が含まれている。
【００６４】
なお、点火時期を設定するための上記マップあるいは計算式は、例えば、内燃機関のエンジン回転速度やエンジン負荷などの運転状態をパラメータとして、内燃機関の運転状態に応じた点火時期を設定するように構成されている。そして、ノッキングが発生している場合には、ノッキングの発生を抑制する方向に点火時期を補正し、また、失火が発生している場合には、失火を抑制する方向に点火時期を補正することで、点火時期等を補正する。
【００６５】
そして、点火制御処理における次の処理では、設定された点火時期（図２における時刻ｔ２）を基準として、この点火時期よりも所定時間だけ早い時刻（図２における時刻ｔ１）で、点火指令信号ＩＧをハイレベルに変化させて主制御用トランジスタ１５をオン状態にすることで、一次電流ｉ１の通電を開始する。ここでの所定時間とは、火花放電前の一次電流通電時間のことであり、着火性の劣る運転条件においても確実に燃料に着火できる火花放電を発生させるため、つまり、高い点火用高電圧を発生させるために、一次電流通電時間には点火コイルに十分な磁束エネルギを蓄積できる時間が予め設定されている。
【００６６】
そして、点火制御処理における次の処理では、点火指令信号ＩＧをハイレベルに変化させてから一次電流通電時間が経過した点火時期（図２における時刻ｔ２）にて、点火指令信号ＩＧをローレベルに変化させて、主制御用トランジスタ１５をオフ状態にする。こうして主制御用トランジスタ１５をオフ状態にすることで一次電流ｉ１を急峻に遮断し、誘導起電力である点火用高電圧を二次巻線Ｌ２に発生させて、点火プラグ１７に火花放電を発生させる。
【００６７】
よって、点火制御処理は、内燃機関の運転状態に応じて点火時期を設定し、この点火時期から予め定められた一次電流通電時間だけ早い通電開始時期で点火指令信号ＩＧをハイレベルに変化させて一次電流ｉ１の通電を開始する（図２における時刻ｔ１）。このあと、一次電流通電時間が経過した時点、すなわち、内燃機関の運転状態に応じて設定した点火時期（図２における時刻ｔ２）で、点火指令信号ＩＧをローレベルに変化させて、点火プラグ１７の電極間に火花放電を発生させ、燃料混合気を燃焼させる処理を行っている。
【００６８】
次に、第１ウインドウ信号Ｗ１の状態を制御するノック検出期間制御処理について説明する。
なお、ノック検出期間制御処理は、内燃機関の始動後、例えば、内燃機関の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサからの信号に基づき、内燃機関が、吸気，圧縮，燃焼，排気を行う１燃焼サイクルに１回の割合で実行される。
【００６９】
そして、内燃機関が始動されてノック検出期間制御処理が開始されると、まず、別途実行される運転状態検出処理にて検出された内燃機関の運転状態を読込み、読み込んだ運転状態に基づいて予め設定されたマップあるいは計算式を用いて、第１ウインドウ信号Ｗ１のハイレベル出力期間を設定する。このとき、ハイレベル出力期間の開始時期および終了時期が、点火時期を基準とする相対時期として設定される。
【００７０】
なお、第１ウインドウ信号Ｗ１のハイレベル出力期間を設定するための上記マップあるいは計算式は、例えば、内燃機関のエンジン回転速度やエンジン負荷などの運転状態をパラメータとして、ノッキング判定に適した期間を第１ウインドウ信号Ｗ１のハイレベル出力期間として設定するように構成されている。
【００７１】
そして、点火制御処理にて設定された点火時期（図２における時刻ｔ２）を経過した後、マップあるいは計算式を用いて設定された第１ウインドウ信号Ｗ１のハイレベル出力期間の開始時期（図２における時刻ｔ５）となると、第１ウインドウ信号Ｗ１をローレベルからハイレベルに変化させる。その後、第１ウインドウ信号Ｗ１のハイレベル出力期間の終了時期（図２における時刻ｔ６）となると、第１ウインドウ信号Ｗ１をハイレベルからローレベルに変化させる。
【００７２】
この第１ウインドウ信号Ｗ１をローレベルに変化させる処理が終了すると、ノック検出期間制御処理が終了する。
このように、ノック検出期間制御処理が、第１ウインドウ信号Ｗ１の状態を変化させることにより、ノック判定回路４７にてノッキング判定処理が実行され、ノッキング判定が行われる。
【００７３】
次に、第２ウインドウ信号Ｗ２の状態を制御する失火検出期間制御処理について説明する。
なお、失火検出期間制御処理は、内燃機関の始動後、例えば、内燃機関の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサからの信号に基づき、内燃機関が、吸気，圧縮，燃焼，排気を行う１燃焼サイクルに１回の割合で実行される。
【００７４】
そして、内燃機関が始動されて失火検出期間制御処理が開始されると、まず、別途実行される運転状態検出処理にて検出された内燃機関の運転状態を読込み、読み込んだ運転状態に基づいて予め設定されたマップあるいは計算式を用いて、第２ウインドウ信号Ｗ２のハイレベル出力期間を設定する。このとき、ハイレベル出力期間の開始時期および終了時期が、点火時期を基準とする相対時期として設定される。
【００７５】
なお、第２ウインドウ信号Ｗ２のハイレベル出力期間を設定するための上記マップあるいは計算式は、例えば、内燃機関のエンジン回転速度やエンジン負荷などの運転状態をパラメータとして、失火判定に適した期間を第２ウインドウ信号Ｗ２のハイレベル出力期間として設定するように構成されている。
【００７６】
そして、点火制御処理にて設定された点火時期（図２における時刻ｔ２）を経過した後、マップあるいは計算式を用いて設定された第２ウインドウ信号Ｗ２のハイレベル出力期間の開始時期（図２における時刻ｔ４）となると、第２ウインドウ信号Ｗ２をローレベルからハイレベルに変化させる。その後、第２ウインドウ信号Ｗ２のハイレベル出力期間の終了時期（図２における時刻ｔ６）となると、第２ウインドウ信号Ｗ２をハイレベルからローレベルに変化させる。
【００７７】
この第２ウインドウ信号Ｗ２をローレベルに変化させる処理が終了すると、失火検出期間制御処理が終了する。
このように、失火検出期間制御処理が、第２ウインドウ信号Ｗ２の状態を変化させることにより、失火判定回路４９にて失火判定処理が実行され、失火判定が行われる。
【００７８】
なお、本実施例の内燃機関の運転状態検出装置では、コンデンサ３５が特許請求の範囲に記載の容量素子に相当し、抵抗３１および抵抗３３からなる直列回路が抵抗回路に相当し、抵抗３１と抵抗３３との接続点が抵抗回路の中点に相当し、イオン電流検出回路２９がイオン電流検出手段に相当し、判定回路４５が判定手段に相当し、バンドパスフィルタ４１が特定成分抽出手段に相当し、第３イオン電流検出信号Ｓｉ３が特定イオン電流検出信号に相当している。
【００７９】
以上説明したように、本実施例のイオン電流を用いた内燃機関の運転状態検出装置では、第１イオン電流検出信号Ｓｉ１および第２イオン電流検出信号Ｓｉ２の振幅の異なる２個のイオン電流検出信号を用いて、内燃機関の運転状態を検出している。そして、第１イオン電流検出信号Ｓｉ１は、抵抗３１および抵抗３３の各両端電圧の合計電圧である電位Ｖ２として出力され、第２イオン電流検出信号Ｓｉ２は、抵抗３１の両端電圧である電位Ｖ１として出力される。
【００８０】
このとき、第１イオン電流検出信号Ｓｉ１は、最大電圧が定電圧電源からの供給電圧（５［Ｖ］）よりも高くなる電圧信号として出力され、その振幅は、第２イオン電流検出信号Ｓｉ２の振幅に比べて大きくなり、微小な信号成分をより正確に検出できる。このため、バンドパスフィルタ４１が、第１イオン電流検出信号Ｓｉ１におけるノックに対応する所定周波数成分を抽出して第３イオン電流検出信号Ｓｉ３として出力するにあたり、良好にノック周波数成分を抽出することができる。
【００８１】
また、第３イオン電流検出信号Ｓｉ３は、第１イオン電流検出信号Ｓｉ１におけるノック周波数成分を抽出した信号であることから、第３イオン電流検出信号Ｓｉ３の電圧上限値は、第１イオン電流検出信号Ｓｉ１よりも低くなり、最大電圧が定電圧電源からの供給電圧（５［Ｖ］）以下となる電圧信号として出力される。これにより、第３イオン電流検出信号Ｓｉ３が、判定回路４５の駆動電圧よりも高電位の信号とならないため、判定回路４５（詳細には、ノック判定回路４７）の誤動作を防ぐことができる。
【００８２】
さらに、第２イオン電流検出信号Ｓｉ２は、第１イオン電流検出信号Ｓｉ１に比べて振幅が小さい信号となるため、第１イオン電流検出信号Ｓｉ１を用いる場合に比べて、イオン電流の波形全体を検出するために必要となる電圧範囲（電圧レンジ）を、狭い範囲に設定することができる。そして、イオンの発生の有無により失火判定する場合には、イオン電流波形の全体的な変化を検出する必要があるため、第２イオン電流検出信号を用いることで、イオン電流波形の全体的な変化を良好に検出することができ、失火判定を精度良く行うことができる。
【００８３】
また、第２イオン電流検出信号Ｓｉ２は、最大電圧が定電圧電源からの供給電圧（５［Ｖ］）以下となる電圧信号として出力されるため、振幅を伸縮するための変換処理を行うことなく、イオン電流の波形全体を示す信号として判定回路４５に入力することができる。なお、本実施例では、第２イオン電流検出信号Ｓｉ２が負の値として出力されるため、反転増幅回路を用いて正負を反転させた第４イオン電流検出信号Ｓｉ４が、判定回路４５（詳細には、失火判定回路４９）に入力されている。
【００８４】
したがって、本実施例の内燃機関の運転状態検出装置によれば、判定回路４５に入力されるイオン電流検出信号が、入力可能な電圧上限値（５［Ｖ］）を上回ることがないため、イオン電流検出信号の電圧値が上昇することにより判定回路４５が誤動作するのを防ぐことができる。また、第１イオン電流検出信号（第３イオン電流検出信号）および第２イオン電流検出信号（第４イオン電流検出信号）を用いることで、イオン電流波形における全体的な変化から微小な変化にわたり、波形の変化を詳細に検出することができ、内燃機関の運転状態を精度良く判定することができる。
【００８５】
次に、第２実施例として、上記実施例（以下、第１実施例という）にくすぶり判定回路が追設された内燃機関の運転状態検出装置について説明する。
そして、図３に、第２実施例としての内燃機関の運転状態検出装置の構成を表す電気回路図を示す。なお、第１実施例と同様に、本第２実施例で説明する内燃機関の運転状態検出装置は複数の気筒を備えた内燃機関に適用することも可能であるが、図３では、図面を見やすくするために、１気筒分のみを記載している。
【００８６】
図３に示すように、本第２実施例の内燃機関の運転状態検出装置１は、直流定電圧（例えば電圧１２［Ｖ］）を発生する直流電源装置（バッテリ）１１と、一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２とを備えた点火コイル１３と、一次巻線Ｌ１と直列接続されたｎｐｎ型パワートランジスタからなる主制御用トランジスタ１５と、二次巻線Ｌ２とともに閉ループを形成して中心電極１７ａと接地電極１７ｂとの間に火花放電を発生する点火プラグ１７と、二次巻線Ｌ２および点火プラグ１７からなる閉ループ上に設けられて燃料混合気の燃焼により発生するイオンにより流れるイオン電流を検出するためのイオン電流検出回路２９と、入力信号における特定の周波数成分を抽出して出力するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４１と、入力信号の正負を反転させた信号を出力する反転増幅回路４３と、バンドパスフィルタ４１および反転増幅回路４３からの信号に基づき内燃機関の運転状態を判定する判定回路４５と、主制御用トランジスタ１５に対して点火指令信号ＩＧを出力し、判定回路４５からノッキング検出信号Ｓｋおよび失火検出信号Ｓｍが入力される電子制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ）２１と、を備えている。
【００８７】
なお、第２実施例の内燃機関の運転状態検出装置１は、第１実施例の内燃機関の運転状態検出装置に、抵抗５１、くすぶり判定回路５５が追加された構成である。そこで、以下の説明では、これら追加された箇所を中心に説明する。
まず、抵抗５１は、イオン電流検出回路２９に備えられており、一端がツェナーダイオード３７のアノードと接続され、他端が直流電源装置１１の負極と同電位のグランドに接続されている。そして、抵抗５１とツェナーダイオード３７との接続点の電位Ｖ３が、放電電流検出信号Ｓ５として、判定回路４５（詳細には、くすぶり判定回路５５）に出力される。
【００８８】
そして、点火用高電圧発生時に、コンデンサ３５およびダイオード３９からなる直列回路の両端電圧がツェナーダイオード３７のツェナー電圧Ｖｚと等しくなり、二次電流ｉ２がツェナーダイオード３７を通じて流れると、この二次電流ｉ２が抵抗５１に流れることになり、抵抗５１の両端電圧が発生する。
【００８９】
また、抵抗５１は、点火用高電圧発生時の二次電流ｉ２が流れることで発生する両端電圧（電位Ｖ３）の最大値が、定電圧電源からの供給電圧（５［Ｖ］）以下となるように、抵抗値が設定されている。つまり、放電電流検出信号Ｓ５は、最大電圧が定電圧電源からの供給電圧（５［Ｖ］）以下となる電圧信号として出力される。
【００９０】
次に、くすぶり判定回路５５について説明する。
くすぶり判定回路５５は、判定回路４５に備えられており、イオン電流検出回路２９からの放電電流検出信号Ｓ５に基づきくすぶり判定を行う。また、くすぶり判定回路５５は、放電電流検出信号Ｓ５の他に、ＥＣＵ２１からの第３ウインドウ信号Ｗ３が入力されており、第３ウインドウ信号Ｗ３がハイレベル（例えば、定電圧電源からの供給電圧５［Ｖ］）である期間中に入力される放電電流検出信号Ｓ５の波形に基づき、くすぶり判定処理を行う。このくすぶり判定処理による判定結果に応じて、くすぶり判定回路５５は、くすぶり検出信号ＳｃをＥＣＵ２１に対して出力する。
【００９１】
ここで、くすぶり判定回路５５で実行されるくすぶり判定処理の処理内容について説明する。なお、くすぶり判定処理は、第３ウインドウ信号Ｗ３がローレベルからハイレベルに変化するとともに処理が開始される。
そして、くすぶり判定処理が開始されると、まず、くすぶり判定回路５５からの放電電流検出信号Ｓ５の電圧値の積分処理を開始し、このあと、第３ウインドウ信号Ｗ３がハイレベルからローレベルに変化するまで積分処理を行い、放電電流検出信号Ｓ５の積分値ＳＳを算出する。続いて、この積分値ＳＳが、予め設定されているくすぶり判定用の判定基準値ＲＳよりも小さいか否かを判断し、積分値ＳＳが判定基準値ＲＳよりも小さい場合に、くすぶり汚損が発生していると判定する。また、積分値ＳＳが判定基準値ＲＳ以上である場合に、くすぶり汚損が発生していないと判定する。そして、くすぶり汚損が発生していると判定する場合には、くすぶり検出信号Ｓｃをハイレベルとして出力し、くすぶり汚損が発生していないと判定する場合には、くすぶり検出信号Ｓｃをローレベルとして出力する。
【００９２】
このように、放電電流検出信号Ｓ５に基づきくすぶり判定を行い、判定結果に応じたくすぶり検出信号ＳｃをＥＣＵ２１に出力すると、くすぶり判定処理が終了する。
なお、ＥＣＵ２１は、点火時期を基準としてくすぶり判定に適した期間（開始時期および終了時期）を設定しており、この期間中に第３ウインドウ信号Ｗ３をハイレベルとして出力し、それ以外の期間には第３ウインドウ信号Ｗ３をローレベルとして出力する。本実施例では、このようにＥＣＵ２１が、くすぶり判定に用いる放電電流検出信号Ｓ５の検出期間を設定して、この検出期間を第３ウインドウ信号Ｗ３を用いてくすぶり判定回路５５に通知している。
【００９３】
ここで、図２では図示を省略しているが、二次電流ｉ２は、図２における時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間に発生することから、この期間の放電電流検出信号Ｓ５を積分する必要があり、本実施例では、図２に示す時刻ｔ２から時刻ｔ３までの放電電流検出信号Ｓ５の積分値ＳＳを用いてくすぶり判定を行っている。
【００９４】
つまり、くすぶり判定回路５５は、ＥＣＵ２１から通知された検出期間における放電電流検出信号Ｓ５に基づき、前述したくすぶり判定処理を行い、くすぶり検出信号Ｓｃを用いて判定結果をＥＣＵ２１に通知する。
次に、ＥＣＵ２１で実行されるくすぶり検出期間制御処理について説明する。なお、くすぶり検出期間制御処理は、第３ウインドウ信号Ｗ３の状態を制御するために実行される。
【００９５】
なお、くすぶり検出期間制御処理は、内燃機関の始動後、例えば、内燃機関の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサからの信号に基づき、内燃機関が、吸気，圧縮，燃焼，排気を行う１燃焼サイクルに１回の割合で実行される。
【００９６】
そして、内燃機関が始動されてくすぶり検出期間制御処理が開始されると、まず、別途実行される運転状態検出処理にて検出された内燃機関の運転状態を読込み、読み込んだ運転状態に基づいて予め設定されたマップあるいは計算式を用いて、第３ウインドウ信号Ｗ３のハイレベル出力期間を設定する。
【００９７】
なお、第３ウインドウ信号Ｗ３のハイレベル出力期間を設定するための上記マップあるいは計算式は、例えば、内燃機関のエンジン回転速度やエンジン負荷などの運転状態をパラメータとして、くすぶり判定に適した期間を第３ウインドウ信号Ｗ３のハイレベル出力期間として設定するように構成されている。このとき、ハイレベル出力期間の開始時期は、点火制御処理にて設定された点火時期（図２における時刻ｔ２）と同時期に設定される。
【００９８】
そして、点火制御処理にて設定された点火時期、つまり、マップあるいは計算式を用いて設定された第３ウインドウ信号Ｗ３のハイレベル出力期間の開始時期（図２における時刻ｔ２）となると、第３ウインドウ信号Ｗ３をローレベルからハイレベルに変化させる。その後、第３ウインドウ信号Ｗ３のハイレベル出力期間の終了時期（図２における時刻ｔ３）となると、第３ウインドウ信号Ｗ３をハイレベルからローレベルに変化させる。
【００９９】
この第３ウインドウ信号Ｗ３をローレベルに変化させる処理が終了すると、くすぶり検出期間制御処理が終了する。
このように、くすぶり検出期間制御処理が、第３ウインドウ信号Ｗ３の状態を変化させることにより、くすぶり判定回路５５にてくすぶり判定処理が実行され、くすぶり汚損の有無が判定される。
【０１００】
なお、本第２実施例の内燃機関の運転状態検出装置では、抵抗５１が特許請求の範囲における放電電流検出手段に相当し、くすぶり判定回路５５がくすぶり判定手段に相当する。
以上説明したように、第２実施例の内燃機関の運転状態検出装置では、二次電流ｉ２の大きさに応じて変化する電位Ｖ３を放電電流検出信号Ｓ５としてくすぶり判定回路５５に入力し、くすぶり判定を行っている。
【０１０１】
ここで、点火用高電圧の印加時、すなわち火花放電時に点火プラグの電極間に流れる放電電流（二次電流）は、カーボンの有無により放電経路の抵抗値が異なることから、正常放電時と奥飛び放電時とでは異なる値を示す。このため、放電電流検出信号Ｓ５に基づき検出された火花放電時の放電電流を用いることで、正常放電であるか奥飛び放電であるかを判断することができ、ひいては、くすぶり汚損の有無を判断することが可能となる。
【０１０２】
そして、第２実施例では、放電電流検出信号Ｓ５の積分値ＳＳを算出してくすぶり汚損の有無を判定していることから、放電電流検出信号Ｓ５の瞬時値を用いてくすぶり判定を行う手法に比べて、瞬時的に発生する外部からのノイズの影響を抑えることができる。
【０１０３】
よって、第２実施例の内燃機関の運転状態検出装置によれば、内燃機関の運転状態に影響を与える要因の１つであるくすぶり汚損の有無を、精度良く判定することができる。
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例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。
【０１０４】
例えば、上述した実施例では、ノック検出期間制御処理、失火検出期間制御処理、くすぶり検出期間制御処理を、１燃焼サイクルに１回の割合で実行しているが、複数回の燃焼サイクルに１回の割合で実行しても良い。これにより、判定回路での処理負荷の過度な上昇を抑えることができる。なお、各処理の実行間隔を広げることで処理負荷の低減が可能であるが、その半面、検出精度の低下する虞があるため、各処理の実行間隔については、内燃機関の運転に支障が生じない範囲で設定する必要がある。
【０１０５】
また、第２実施例におけるくすぶり判定の他の手法としては、放電電流検出信号が予め定められた検出基準値以上となる電流検出時間を算出し、この電流検出時間が正常放電と奥飛びとを識別するための所定の検出時間判定基準値よりも大きいか否かを判定してもよい。そして、電流検出時間が検出時間判定基準値以下であるときに奥飛びが発生したとして、くすぶり汚損有りと判定するのである。
【０１０６】
さらに、判定回路４５での判定処理を、ＥＣＵ２１における内部処理として実現するように、内燃機関の運転状態検出装置を構成しても良い。
また、第２イオン電流検出信号Ｓｉ２を生成する抵抗回路として、中点の位置が変更できるように構成されて、中点と両端との間の各抵抗値の割合が変更可能な抵抗回路を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施例の内燃機関の運転状態検出装置の構成を表す電気回路図である。
【図２】  内燃機関の運転状態検出装置における各部の状態を表すタイムチャートである。
【図３】  第２実施例の内燃機関の運転状態検出装置の構成を表す電気回路図である。
【符号の説明】
１…運転状態検出装置、１１…直流電源装置、１３…点火コイル、１５…主制御用トランジスタ、１７…点火プラグ、１７ａ…中心電極、１７ｂ…接地電極、２１…電子制御装置（ＥＣＵ）、２９…イオン電流検出回路、３１…抵抗、３３…抵抗、３５…コンデンサ、３７…ツェナーダイオード、３９…ダイオード、４１…バンドパスフィルタ、４３…反転増幅回路、４５…判定回路、４７…ノック判定回路、４９…失火判定回路、５１…抵抗、５５…くすぶり判定回路、Ｌ１…一次巻線、Ｌ２…二次巻線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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