(57)【要約】  【課題】  排気行程中のイオン電流によって燃焼状態を精度良く判定する。  【解決手段】  排気行程中に点火プラグを介して検出したイオン電流に基づいて燃焼状態を判定するシステムにおいて、排気行程のイオン検出開始時期を下死点以降（ＡＴＤＣ１８０℃Ａ以降）に設定して、安定燃焼時と不安定燃焼時とでイオン電流の検出レベルの差が大きくなる期間にイオン電流を検出して燃焼状態を判定する。更に、排気行程開始時期（排気バルブの開弁タイミングＴ1 ）からイオン電流の検出レベルが十分に低下するまでの期間は、エンジン回転速度、負荷等のエンジン運転条件に応じて変化することを考慮して、排気行程のイオン検出開始時期を、負荷率、エンジン回転速度Ｎｅ等のエンジン運転条件に応じて可変設定する。  【選択図】  図３
2007032447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気行程で燃焼ガス中のイオン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の検出値に基づいて燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を備えた内燃機関の燃焼状態判定装置において、
前記イオン電流検出手段による前記排気行程のイオン検出開始時期を内燃機関のピストンの下死点以降に設定するイオン検出開始時期設定手段を備えている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】
排気バルブの開閉タイミングを可変する可変排気バルブ機構を搭載した内燃機関の排気行程で燃焼ガス中のイオン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の検出値に基づいて燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を備えた内燃機関の燃焼状態判定装置において、
前記イオン電流検出手段による前記排気行程のイオン検出開始時期を前記排気バルブの開弁タイミングから所定クランク角度又は所定時間遅らせて設定するイオン検出開始時期設定手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃焼状態判定装置。
【請求項３】
前記イオン検出開始時期設定手段は、前記排気行程のイオン検出開始時期を内燃機関の運転条件に応じて可変設定す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】
内燃機関の排気行程で燃焼ガス中のイオン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の検出値に基づいて燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を備えた内燃機関の燃焼状態判定装置において、
前記燃焼状態判定手段は、前記イオン電流検出手段の検出値を重みを付けて評価する手段と、前記重みを前記排気バルブの開弁タイミングからの経過時間又は経過クランク角度に応じて大きくする手段とを備えていることを特徴とする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、内燃機関（エンジン）の排気行程で燃焼ガス中のイオンを検出して燃焼状態を判定する内燃機関の燃焼状態判定装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の気筒内で混合気が燃焼する際にイオンが発生する点に着目し、このイオン電流を点火プラグ等を介して検出して、そのイオン電流の検出値に基づいて燃焼状態を判定して、それをエンジン制御に反映させる技術が実用化されている。一般に、気筒内で混合気が燃焼する燃焼行程中にイオン電流を検出するものが多いが、特許文献１（特開平１１−３２４８８１号公報）に示すように、下記の理由により排気行程中にイオン電流を検出して燃焼状態を判定するものがある。例えば、空燃比を稀薄化したりＥＧＲ量を増加するに従って、混合気の燃焼時の火炎伝播速度が遅くなって燃焼期間が長くなり、更に、安定燃焼限界を越えて不安定燃焼領域に入ると、火炎伝播速度不良により未燃焼ガスが排気行程で後燃えする現象が発生する。イオン電流は、混合気の燃焼により発生するため、不安定燃焼領域では、排気行程でも後燃えによりイオン電流が発生する。特許文献１は、このような特性に着目して、排気行程中にイオン電流を検出して燃焼状態が安定燃焼であるか否かを判定するようにしたものである。
【特許文献１】特開平１１−３２４８８１号公報（第１頁〜第２頁等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
最近の本発明者の研究結果によれば、図２に示すように、排気バルブの開弁タイミングＴ1 （排気行程開始時）から暫くの間は、安定燃焼時でも、イオン電流の検出レベルがかなり高くなることが判明した。これは、排気バルブの開弁により筒内圧力が急激に低下することで筒内に急激なガス流動が生じて、点火プラグの電極周辺でもイオンを含むガス流動が急増し、その結果、点火プラグの電極で集められるイオンが一時的に急増するものと思われる。このため、図３に示すように、排気バルブの開弁タイミングＴ1 （排気行程開始時）から暫くの間は、安定燃焼時のイオン電流の検出レベルが不安定燃焼時の検出レベルの近くまで大きくなり、両者の差が小さくなるため、排気バルブの開弁タイミングＴ1 （排気行程開始時）からイオン電流の検出を開始すると、安定燃焼状態を不安定燃焼と誤判定する可能性があり、燃焼状態の判定精度が悪いという問題が判明した。
【０００４】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、排気行程中のイオン電流によって燃焼状態を精度良く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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の排気行程で燃焼ガス中のイオン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の検出値に基づいて燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を備えた内燃機関の燃焼状態判定装置において、イオン検出開始時期設定手段によって、前記排気行程のイオン検出開始時期を内燃機関のピストンの下死点以降に設定するようにしたものである。
【０００６】
一般に、図２及び図３に示すように、燃焼行程を終了して排気行程を開始する時期（排気バルブの開弁タイミングＴ1 ）は、エンジンのピストンが下降する途中（例えばＡＴＤＣ１２０℃Ａ〜１４０℃Ａ）に設定されるため、排気行程開始後もピストンが下死点（ＡＴＤＣ１８０℃Ａ）に下降するまでは、筒内圧力が急激に低下することで筒内に急激なガス流動が生じてイオン電流の検出レベルがかなり高くなるが、ピストンが下死点を越えて上昇する頃には、筒内の残留ガス量が少なくなるため、安定燃焼時であればイオン電流の検出レベルが低下する。これに対して、不安定燃焼時には、下死点以降でも、未燃焼ガスが後燃えするため、イオン電流の検出レベルが高くなる。従って、本発明のように、排気行程のイオン検出開始時期を下死点以降に設定すれば、安定燃焼時と不安定燃焼時とでイオン電流の検出レベルの差が大きくなり、安定燃焼と不安定燃焼とを明確に区別できるため、燃焼状態を精度良く判定することができる。
【０００７】
ところで、排気バルブの開閉タイミングを可変する可変排気バルブ機構を搭載した内燃機関では、運転条件等に応じて排気バルブの開弁タイミングＴ1 （排気行程開始時期）が変化するが、排気バルブの開弁タイミングＴ1 からイオン電流の検出レベルが十分に低下するまでの期間の長さは、排気バルブの開弁タイミングＴ1 が変化しても、それほど変化しない。
【０００８】
この点を考慮して、可変排気バルブ機構を搭載した内燃機関に本発明を適用する場合は、請求項２のように、排気行程のイオン検出開始時期を排気バルブの開弁タイミングＴ1 から所定クランク角度又は所定時間遅らせて設定するようにしても良い。ここで、所定クランク角度又は所定時間は、排気バルブの開弁タイミングＴ1 からイオン電流の検出レベルが所定レベル以下に低下するまでのクランク角度又は時間を実験又はシミュレーション等によって計測又は算出して設定すれば良い。このようにすれば、運転条件等に応じて排気バルブの開弁タイミングＴ1 が進角又は遅角されるのに対応して排気行程のイオン検出開始時期を進角又は遅角させることができ、排気バルブの開弁タイミングＴ1 の変化に排気行程のイオン検出開始時期を対応させることができる。
【０００９】
また、排気バルブの開弁タイミングＴ1 からイオン電流の検出レベルが十分に低下するまでの期間は、内燃機関の回転速度、負荷、空燃比等の運転条件に応じて変化する。この点を考慮して、請求項３のように、排気行程のイオン検出開始時期を内燃機関の運転条件に応じて可変設定するようにしても良い。このようにすれば、内燃機関の回転速度、負荷、空燃比等の運転条件に応じて排気行程のイオン検出開始時期を最適な時期に設定することができる。
【００１０】
以上説明した請求項１乃至３に係る発明は、いずれも排気行程のイオン検出開始時期を排気バルブの開弁タイミングＴ1 （排気行程開始時期）よりも遅らせるようにしているが、排気バルブの開弁タイミングＴ1 と同時にイオン電流の検出を開始する場合は、請求項４のように、イオン電流検出手段の検出値を重みを付けて評価する手段と、前記重みを排気バルブの開弁タイミングからの経過時間又は経過クランク角度に応じて大きくする手段とを備えた構成とすると良い。このようにすれば、排気バルブの開弁タイミングＴ1 から下死点付近に至るまでの期間は、安定燃焼時と不安定燃焼時とでイオン電流検出値の差が小さくなることを考慮して、この期間は、イオン電流検出値を重みを小さくして評価し、その後、安定燃焼時と不安定燃焼時とでイオン電流検出値の差が大きくなる時期に、イオン電流検出値を重みを大きくして評価して燃焼状態を判定するという制御が可能となるため、排気バルブの開弁タイミングＴ1 （排気行程開始時期）と同時にイオン電流の検出を開始しても、燃焼状態を精度良く判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した３つの実施例１〜３を説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明の実施例１を図１乃至図５に基づいて説明する。まず、図１に基づいて点火制御系の回路構成を説明する。点火コイル２１の一次コイル２２の一端はバッテリ２３に接続され、該一次コイル２２の他端は、イグナイタ２４に内蔵されたパワートランジスタ２５のコレクタに接続されている。二次コイル２６の一端は点火プラグ２７に接続され、該二次コイル２６の他端は、２つのツェナーダイオード２８，２９を介してグランドに接続されている。
【００１３】
２つのツェナーダイオード２８，２９は互いに逆向きに直列接続され、一方のツェナーダイオード２８にコンデンサ３０が並列に接続され、他方のツェナーダイオード２９にイオン電流検出抵抗３１が並列に接続されている。コンデンサ３０とイオン電流検出抵抗３１との間の電位Ｖinが抵抗３２を介して反転増幅回路３３の反転入力端子（−）に入力されて反転増幅され、この反転増幅回路３３の出力電圧Ｖがイオン電流検出信号としてエンジン制御回路３４に入力される。イオン電流検出回路３５（イオン電流検出手段）は、ツェナーダイオード２８，２９、コンデンサ３０、イオン電流検出抵抗３１、反転増幅回路３３等から構成されている。
【００１４】
エンジン運転中は、エンジン制御回路３４からイグナイタ２４に送信される点火指令信号の立ち上がり／立ち下がりでパワートランジスタ２５がオン／オフする。パワートランジスタ２５がオンすると、バッテリ２３から一次コイル２２に一次電流が流れ、その後、パワートランジスタ２５がオフすると、一次コイル２２の一次電流が遮断されて、二次コイル２６に高電圧が電磁誘導され、この高電圧によって点火プラグ２７の電極３６，３７間に火花放電が発生する。この火花放電電流は、点火プラグ２７の接地電極３７から中心電極３６へ流れ、二次コイル２６を経てコンデンサ３０に充電されると共に、ツェナーダイオード２８，２９を経てグランド側に流れる。コンデンサ３０の充電後は、ツェナーダイオード２８のツェナー電圧によって規制されるコンデンサ３０の充電電圧を電源としてイオン電流検出回路３５が駆動され、後述するようにしてイオン電流が検出される。
【００１５】
これに対して、イオン電流は、火花放電電流とは反対方向に流れる。つまり、点火終了後は、コンデンサ３０の充電電圧によって点火プラグ２７の電極３６，３７間に電圧が印加されるため、気筒内で混合気が燃焼する際に発生するイオンによって電極３６，３７間にイオン電流が流れるが、このイオン電流は、中心電極３６から接地電極３７へ流れ、更に、グランド側からイオン電流検出抵抗３１を通ってコンデンサ３０に流れる。この際、イオン電流検出抵抗３１に流れるイオン電流の変化に応じて反転増幅回路３３の入力電位Ｖinが変化し、反転増幅回路３３の出力端子からイオン電流に応じた電圧Ｖがエンジン制御回路３４に出力され、イオン電流が検出される。
【００１６】
エンジン制御回路３４は、ノイズマスク、ピークホールド回路、Ａ／Ｄ変換器、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により構成され、そのＲＯＭに記憶された各種のエンジン制御ルーチンを実行することで、燃料噴射制御と点火時期制御等を実行する。更に、エンジン制御回路３４は、後述する図４の燃焼状態判定ルーチンを実行することで、排気行程中に検出したイオン電流に基づいて燃焼状態を判定する。
【００１７】
一般に、図２及び図３に示すように、燃焼行程を終了して排気行程を開始する時期（排気バルブの開弁タイミングＴ1 ）は、エンジンのピストンが下降する途中（例えばＡＴＤＣ１２０℃Ａ〜１４０℃Ａ）に設定されるため、排気行程開始後もピストンが下死点（ＡＴＤＣ１８０℃Ａ）に下降するまでは、筒内圧力が急激に低下することで筒内に急激なガス流動が生じてイオン電流の検出レベルがかなり高くなるが、ピストンが下死点を越えて上昇する頃には、筒内の残留ガス量が少なくなるため、安定燃焼時であればイオン電流の検出レベルが低下する。これに対して、不安定燃焼時には、下死点以降でも、未燃焼ガスが後燃えするため、イオン電流の検出レベルが高くなる。
【００１８】
この特性を考慮して、本実施例１では、排気行程のイオン検出開始時期を下死点以降（ＡＴＤＣ１８０℃Ａ以降）に設定して、安定燃焼時と不安定燃焼時とでイオン電流の検出レベルの差が大きくなる期間にイオン電流を検出して燃焼状態を判定するようにしている。この排気行程のイオン検出開始時期は、下死点以降（ＡＴＤＣ１８０℃Ａ以降）であれば予め決められた一定クランク角に設定して演算処理を簡略化するようにしても良いが、排気行程開始時期（排気バルブの開弁タイミングＴ1 ）からイオン電流の検出レベルが十分に低下するまでの期間は、エンジン回転速度Ｎｅ、負荷等のエンジン運転条件に応じて変化することを考慮して、本実施例１では、図５のイオン検出開始時期算出マップを用いて、排気行程のイオン検出開始時期を、負荷率、エンジン回転速度Ｎｅ等のエンジン運転条件に応じて可変設定するようにしている。
【００１９】
以上説明した本実施例１の燃焼状態の判定は、エンジン制御回路３４によって図４の燃焼状態判定ルーチンに従って次のように実行される。図４の燃焼状態判定ルーチンは、エンジン運転中に所定周期（例えば１００μｓ周期）で起動され、特許請求の範囲でいう燃焼状態判定手段として機能する。
【００２０】
本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、負荷率、エンジン回転速度Ｎｅ等のエンジン運転条件を読み込み、次のステップ１０２で、排気行程のイオン検出区間を決めるイオン検出開始時期θ1 とイオン検出終了時期θ2 を算出する。
【００２１】
本実施例１では、排気行程開始時期（排気バルブの開弁タイミングＴ1 ）からイオン電流の検出レベルが十分に低下するまでの期間は、エンジン回転速度Ｎｅ、負荷等のエンジン運転条件に応じて変化することを考慮して、図５に示す負荷率とエンジン回転速度Ｎｅをパラメータとするイオン検出開始時期算出マップを参照して、現在の負荷率とエンジン回転速度Ｎｅに応じたイオン検出開始時期θ1 を算出する。図５のイオン検出開始時期算出マップは、イオン検出開始時期θ1 を下死点以降（ＡＴＤＣ１８０℃Ａ以降）に設定すると共に、エンジン回転速度Ｎｅが高くなるほど、イオン検出開始時期θ1 を遅角させ、更に、中・高回転領域では、負荷率が大きくなるほど、イオン検出開始時期θ1 を少しずつ遅角させように設定されている。この機能が特許請求の範囲でいうイオン検出開始時期設定手段に相当する。
【００２２】
また、イオン検出終了時期θ2 は、図５のイオン検出開始時期算出マップから算出したイオン検出開始時期θ1 に所定クランク角度を加算して求める。或は、イオン検出終了時期θ2 は、予め決められた一定クランク角（例えばＡＴＤＣ３６０℃Ａ）に設定するようにしても良い。
【００２３】
この後、ステップ１０３に進み、現時点がイオン検出終了時期θ2 であるか否かを判定し、イオン検出終了時期θ2 でなければ、ステップ１０４に進み、現時点が排気行程のイオン検出区間（θ1 〜θ2 ）内であるか否かを判定し、イオン検出区間内でなければ、そのまま何もせずに本ルーチンを終了する。
【００２４】
一方、イオン検出区間内であれば、ステップ１０５に進み、今回のサンプル周期（１００μｓ毎）のイオン電流ピーク値Ｉp を読み込み、次のステップ１０６で、今回のサンプル周期のイオン電流ピーク値Ｉp を、イオン検出開始時期θ1 から前回のサンプル周期までのイオン検出区間のイオン電流ピーク値Ｉph(i-1) と比較して、大きい方を今回のサンプル周期までのイオン検出区間のイオン電流ピーク値Ｉph(i) として更新記憶して本ルーチンを終了する。
【００２５】
その後、イオン検出終了時期θ2 に到達した時点で、上記ステップ１０３で「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップ１０７に進み、上記ステップ１０５〜１０６の処理により検出したイオン検出区間のイオン電流ピーク値Ｉph(i) に基づいて燃焼状態判定パラメータを次式により算出する。
【００２６】
燃焼状態判定パラメータ＝［イオン電流ピーク値Ｉph(i) の標準偏差］×［平均値］
尚、燃焼状態判定パラメータの算出方法は、上式に限定されず、適宜変更しても良いことは言うまでもない。
【００２７】
この後、ステップ１０８に進み、今回のイオン検出区間のイオン電流ピーク値Ｉph(i) を燃焼状態判定パラメータと比較して、イオン電流ピーク値Ｉph(i) が燃焼状態判定パラメータ以下であれば、安定燃焼状態と判断して、ステップ１０９に進み、安定燃焼フラグをＯＮするが、イオン電流ピーク値Ｉph(i) が燃焼状態判定パラメータよりも大きければ、不安定燃焼状態と判断して、ステップ１１０に進み、安定燃焼フラグをＯＦＦする。その後、ステップ１１１に進み、初期化処理してイオン電流ピーク値Ｉph(i) の記憶値をリセットし［Ｉph(i) ＝０］、本ルーチンを終了する。
【００２８】
以上説明した本実施例１では、排気行程のイオン検出開始時期θ1 を下死点以降に設定するようにしたので、安定燃焼時と不安定燃焼時とでイオン検出区間のイオン電流ピーク値Ｉph(i) の差が大きくなり、安定燃焼と不安定燃焼とを明確に区別することができて、燃焼状態を精度良く判定することができる。
【００２９】
しかも、本実施例１では、排気行程開始時期（排気バルブの開弁タイミングＴ1 ）からイオン電流の検出レベルが十分に低下するまでの期間は、エンジン回転速度Ｎｅ、負荷等のエンジン運転条件に応じて変化することを考慮して、図５のイオン検出開始時期算出マップを用いて、現在の負荷率とエンジン回転速度Ｎｅに応じてイオン検出開始時期θ1 を可変設定するようにしたので、現在の負荷率とエンジン回転速度Ｎｅに応じてイオン検出開始時期θ1 を最適な時期に設定することができ、低回転・低負荷域から高回転・高負荷域までの全領域で燃焼状態を精度良く判定することができる。
【００３０】
尚、図５のイオン検出開始時期算出マップは、エンジン運転条件パラメータとして、負荷率とエンジン回転速度Ｎｅの両方を用いるようにしたが、負荷率とエンジン回転速度Ｎｅのいずれか一方のみをパラメータとしてイオン検出開始時期θ1 を算出するようにしても良く、勿論、上記以外のエンジン運転条件パラメータ（例えば空燃比）を用いるようにしても良い。
【００３１】
また、図５のイオン検出開始時期算出マップは、イオン検出開始時期θ1 をクランク角で設定するようにしたが、これを時間に換算して設定するようにしても良い。
その他、本発明は、排気行程のイオン検出開始時期θ1 を、エンジン運転条件とは関係なく、予め下死点以降に設定された所定クランク角に設定して演算処理を簡略化するようにしても良く、この場合でも、排気行程開始と同時にイオン電流の検出を開始する従来技術と比較して、燃焼状態の判定精度を向上させることができる。
【実施例２】
【００３２】
排気バルブの開閉タイミングを可変する可変排気バルブ機構を搭載したエンジンに本発明を適用する場合は、排気行程のイオン検出開始時期θ1 を排気バルブの開弁タイミングＴ1 から所定クランク角度又は所定のディレイ時間Δθd だけ遅らせて設定するようにすれば良い。以下、これを具体化した本発明の実施例２を説明する。
【００３３】
本実施例２では、前記図４の燃焼状態判定ルーチンにおいて、排気行程のイオン検出区間の算出処理（ステップ１０２）が異なるだけであり、それ以外の処理は前記実施例１と同じである。
【００３４】
本実施例２では、排気行程のイオン検出区間の算出処理（ステップ１０２）において、現在の排気バルブの開弁タイミングＴ1 を読み込み、現在の排気バルブの開弁タイミングＴ1 に所定のディレイ時間Δθd を加算してイオン検出開始時期θ1 を求める。
θ1 ＝Ｔ1 ＋Δθd
【００３５】
ここで、ディレイ時間Δθd は、排気バルブの開弁タイミングＴ1 からイオン電流の検出レベルが所定レベル以下に低下するまでのクランク角度又は時間を実験又はシミュレーション等によって計測又は算出して設定すれば良い。
【００３６】
この場合、ディレイ時間Δθd は、エンジン運転条件とは関係なく、予め決められた所定時間に設定して演算処理を簡略化するようにしても良いが、図６のディレイ時間算出マップを用いて、エンジン回転速度Ｎｅ等のエンジン運転条件に応じてディレイ時間Δθd を変化させるようにしても良い。
【００３７】
図６は、エンジン回転速度Ｎｅをパラメータとしてディレイ時間Δθd を算出するマップの一例を示す図である。エンジン回転速度Ｎｅ以外のエンジン運転条件を考慮してディレイ時間Δθd を算出するようにしても良い。また、図６のディレイ時間算出マップは、ディレイ時間Δθd を時間（ｍｓ）で設定するようにしたが、クランク角で設定するようにしても良い。
本実施例２でも、イオン検出終了時期θ2 は、前記実施例１と同様の方法で設定すれば良い。
【００３８】
以上説明した本実施例２では、可変排気バルブ機構付きのエンジンにおいて、エンジン運転条件等に応じて排気バルブの開弁タイミングＴ1 が進角又は遅角されるのに対応して排気行程のイオン検出開始時期θ1 を進角又は遅角させることができ、排気バルブの開弁タイミングＴ1 の変化に排気行程のイオン検出開始時期θ1 を対応させることができる。これにより、可変排気バルブ機構付きのエンジンにおいても、排気行程のイオン電流から燃焼状態を精度良く判定することができる。
【実施例３】
【００３９】
上記実施例１，２は、いずれも排気行程のイオン検出開始時期θ1 を排気バルブの開弁タイミングＴ1 （排気行程開始時期）よりも遅らせるようにしているが、排気バルブの開弁タイミングＴ1 と同時にイオン電流の検出を開始する場合は、イオン電流検出値を重みを付けて評価する手段と、前記重みを排気バルブの開弁タイミングからの経過時間又は経過クランク角度に応じて大きくする手段とを備えた構成とすると良い。このようにすれば、排気バルブの開弁タイミングＴ1 から下死点付近に至るまでの期間は、安定燃焼時と不安定燃焼時とでイオン検出区間のイオン電流ピーク値Ｉph(i) の差が小さくなることを考慮して、この期間は、イオン電流ピーク値Ｉph(i) を重みを小さくして評価し、その後、安定燃焼時と不安定燃焼時とでイオン電流ピーク値Ｉph(i) の差が大きくなる時期に、イオン電流ピーク値Ｉph(i) を重みを大きくして評価して燃焼状態を判定するという制御が可能となる。
【００４０】
以下、これを具体化した本発明の実施例３を説明する。本実施例３では、図７の燃焼状態判定ルーチンをエンジン運転中に所定周期（例えば１００μｓ周期）で実行する。本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、負荷率、エンジン回転速度Ｎｅ等のエンジン運転条件を読み込み、次のステップ２０２で、排気行程のイオン検出区間を決めるイオン検出開始時期θ1 とイオン検出終了時期θ2 を算出する。本実施例１では、イオン検出開始時期θ1 を排気バルブの開弁タイミングＴ1 （排気行程開始時期）に設定し、イオン検出終了時期θ2 は、イオン検出開始時期θ1 に所定クランク角度を加算して求める。或は、イオン検出終了時期θ2 は、予め設定した一定クランク角（例えばＡＴＤＣ３６０℃Ａ）に設定するようにしても良い。
【００４１】
この後、ステップ２０３に進み、図８のなまし係数算出マップを参照して、現在のエンジン回転速度Ｎｅ等のエンジン運転条件に応じたなまし係数Ｎを算出する。このなまし係数Ｎは、後述するステップ２０８で、サンプル周期（１００μｓ毎）のイオン電流ピーク値Ｉp をなまし処理するのに用いられる。
【００４２】
なまし係数Ｎの算出後、ステップ２０４に進み、現時点がイオン検出終了時期θ2 であるか否かを判定し、イオン検出終了時期θ2 でなければ、ステップ２０５に進み、現時点が排気行程のイオン検出区間（θ1 〜θ2 ）内であるか否かを判定し、イオン検出区間内でなければ、そのまま何もせずに本ルーチンを終了する。
【００４３】
一方、イオン検出区間内であれば、ステップ２０６に進み、今回のサンプル周期（１００μｓ）のイオン電流ピーク値Ｉp(i)を読み込み、次のステップ２０７で、イオン検出開始時期θ1 以後のイオン電流ピーク値Ｉp(i)のサンプル回数が所定回数（例えばなまし係数Ｎ）未満であるか否かを判定し、サンプル回数が所定回数未満であれば、ステップ２０８に進み、上記ステップ２０３で算出したなまし係数Ｎを用いて、イオン電流ピーク値Ｉp(i)を次式によりなまし処理する。
Ｉp(i)＝Ｉp(i-1)×（Ｎ−１）／Ｎ＋Ｉp(i)／Ｎ
【００４４】
ここで、Ｉp(i-1)は前回のイオン電流ピーク値である。
このように、イオン検出開始時期θ1 からイオン電流ピーク値Ｉp(i)のサンプル回数が所定回数に達するまでの期間は、イオン電流ピーク値Ｉp(i)をなまし処理することで、イオン電流ピーク値Ｉp(i)を重みを小さくして評価する。
【００４５】
その後、イオン検出開始時期θ1 からイオン電流ピーク値Ｉp(i)のサンプル回数が所定回数に達した時点で、ステップ２０７で「Ｎｏ」と判定されて、ステップ２０９に進み、上記ステップ２０６で読み込んだ今回のサンプル周期（１００μｓ毎）のイオン電流ピーク値Ｉp(i)をそのまま用いる。これにより、イオン検出開始時期θ1 からイオン電流ピーク値Ｉp(i)のサンプル回数が所定回数に達した後は、イオン電流ピーク値Ｉp(i)を重みを大きくして評価する。
【００４６】
以上のようにして、ステップ２０８又は２０９で、今回のサンプル周期のイオン電流ピーク値Ｉp(i)を重みを付けて評価した後、ステップ２１０に進み、今回のサンプル周期のイオン電流ピーク値Ｉp(i)を、イオン検出開始時期θ1 から前回のサンプル周期までのイオン検出区間のイオン電流ピーク値Ｉph(i-1) と比較して、大きい方を今回のサンプル周期までのイオン検出区間のイオン電流ピーク値Ｉph(i) として更新記憶して本ルーチンを終了する。
【００４７】
その後、イオン検出終了時期θ2 に到達した時点で、上記ステップ２０４で「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップ２１１に進み、上記ステップ２０６〜２１０の処理により検出したイオン検出区間のイオン電流ピーク値Ｉph(i) に基づいて燃焼状態判定パラメータを前記実施例１と同様の方法で算出する。
【００４８】
この後、ステップ２１２に進み、今回のイオン検出区間のイオン電流ピーク値Ｉph(i) を燃焼状態判定パラメータと比較して、イオン電流ピーク値Ｉph(i) が燃焼状態判定パラメータ以下であれば、安定燃焼状態と判断して、ステップ２１３に進み、安定燃焼フラグをＯＮするが、イオン電流ピーク値Ｉph(i) が燃焼状態判定パラメータよりも大きければ、不安定燃焼状態と判断して、ステップ２１４に進み、安定燃焼フラグをＯＦＦする。その後、ステップ２１５に進み、初期化処理してイオン電流ピーク値Ｉph(i) 、Ｉph(i-1) 、Ｉp(i)、Ｉp(i-1)の記憶値をリセットして本ルーチンを終了する。
【００４９】
以上説明した本実施例３では、イオン検出開始時期θ1 からイオン電流ピーク値Ｉp(i)のサンプル回数が所定回数に達するまでの期間は、安定燃焼時と不安定燃焼時とでイオン検出区間のイオン電流ピーク値Ｉph(i) の差が小さくなることを考慮して、この期間は、イオン電流ピーク値Ｉph(i) を重みを小さくして評価し、その後は、安定燃焼時と不安定燃焼時とでイオン電流ピーク値Ｉph(i) の差が大きくなることを考慮して、イオン電流ピーク値Ｉph(i) を重みを大きくして評価して燃焼状態を判定するようにしたので、排気バルブの開弁タイミングＴ1 （排気行程開始時期）と同時にイオン電流の検出を開始しても、燃焼状態を精度良く判定することができる。
【００５０】
尚、本実施例３では、イオン電流ピーク値Ｉph(i) に対する重みを変更する時期をサンプル周期（１００μｓ毎）のイオン電流ピーク値Ｉp(i)のサンプル回数に基づいて判定するようにしたが、前記実施例１，２で算出したイオン検出開始時期θ1 を重み変更時期に設定し、この重み変更時期の前後で重みを変更するようにしても良い。
【００５１】
また、本実施例３では、イオン電流ピーク値Ｉph(i) を重みを小さくして評価する手法としてなまし処理を用いたが、例えば、イオン電流ピーク値Ｉph(i) に所定の重み係数Ｋ（０＜Ｋ＜１）を乗算することで、イオン電流ピーク値Ｉph(i) を重みを小さくして評価するようにしても良い。
【００５２】
また、本実施例３では、イオン電流ピーク値Ｉph(i) に対する重みを２段階に切り替えるようにしたが、排気バルブの開弁タイミングＴ1 からの経過時間又は経過クランク角度に応じて重みを３段階以上又は連続的に切り替えるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施例１における点火制御系とイオン電流検出回路の構成を示す回路図である。
【図２】イオン電流検出波形の一例を示すタイムチャートである。
【図３】安定燃焼時と不安定燃焼時とのイオン電流検出レベルの相違を説明するタイムチャートである。
【図４】実施例１の燃焼状態判定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】実施例１のイオン検出開始時期算出マップの一例を説明する図である。
【図６】実施例２のディレイ時間算出マップの一例を説明する図である。
【図７】実施例３の燃焼状態判定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】実施例３のなまし係数算出マップの一例を説明する図である。
【符号の説明】
【００５４】
２１…点火コイル、２２…一次コイル、２３…バッテリ、２４…イグナイタ、２５…パワートランジスタ、２６…二次コイル、２７…点火プラグ、３１…イオン電流検出抵抗、３３…反転増幅回路、３４…エンジン制御回路（燃焼状態判定手段，イオン検出開始時期設定手段）、３５…イオン電流検出回路（イオン電流検出手段）、３６…中心電極、３７…接地電極
【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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