(57)【要約】【課題】内燃機関の燃焼室内で混合気の燃焼に伴って発生するイオン電流を点火プラグの電極を介して検出し、その検出値に基づいて燃焼状態を判定するシステムにおいて、ノイズによる燃焼状態の誤判定を安定して防止できるようにする。【解決手段】ノイズ（コロナ放電）の発生区間に対応して設定した所定の検出区間内でイオン電流検出値ｉを時間積分して検出電荷量Ｑi を求めると共に、点火プラグ２７の帯電部容量Ｃp と帯電電圧Ｖp とを乗算してノイズ電荷量Ｑn を求める。そして、検出電荷量Ｑi をノイズ電荷量Ｑn と比較して、検出電荷量Ｑi がノイズ電荷量Ｑn 以上であれば、燃焼イオン電流による燃焼状態の判定が可能であると判断して燃焼状態の判定を許可する。もし、検出電荷量Ｑi がノイズ電荷量Ｑn よりも少なければ、ノイズが多くて燃焼イオン電流による燃焼状態の判定が困難であると判断して、燃焼状態の判定を禁止する。【選択図】図２
2007309274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内で混合気の燃焼に伴って発生するイオン電流を点火プラグの電極を介して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のイオン電流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と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のイオン電流検出値に重畳するノイズの発生区間に対応して設定した所定の検出区間内で前記イオン電流検出値を時間積分して検出電荷量を求める電荷量検出手段と、
前記点火プラグの帯電部容量と帯電電圧とに基づいてノイズ電荷量を算出するノイズ電荷量算出手段とを備え、
前記燃焼状態判定手段は、前記検出電荷量を前記ノイズ電荷量と比較して前記イオン電流検出値に基づく燃焼状態判定の実行許可／禁止又は燃焼状態判定結果の有効／無効を判定す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】
前記電荷量検出手段は、前記検出区間を、連続コロナ放電の発生区間に対応する第１検出区間と、スパイクコロナ放電の発生区間に対応する第２検出区間とに分割して、各検出区間毎に前記イオン電流検出値を時間積分することで第１検出電荷量と第２検出電荷量を求め、
前記ノイズ電荷量算出手段は、前記第１検出区間における第１ノイズ電荷量と前記第２検出区間における第２ノイズ電荷量をそれぞれ各検出区間における前記点火プラグの帯電部容量と帯電電圧とに基づいて算出し、
前記燃焼状態判定手段は、前記第１検出区間で検出した前記第１検出電荷量が前記第１ノイズ電荷量以下で、且つ、前記第２検出区間で検出した前記第２検出電荷量が前記第２ノイズ電荷量以下と判定される場合のみ、前記イオン電流検出値に基づく燃焼状態の判定を禁止又は燃焼状態判定結果を無効とし、前記第１検出区間と前記第２検出区間の両方又はいずれか一方で検出電荷量がノイズ電荷量よりも多いと判定されれば、前記イオン電流検出値に基づく燃焼状態の判定を実行してその燃焼状態判定結果を有効と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判定装置。
【請求項３】
前記燃焼状態判定手段は、前記検出電荷量と前記ノイズ電荷量との比較結果から前記イオン電流検出値に基づく燃焼状態の判定を禁止又は燃焼状態判定結果を無効と判定した場合は、失火又は不完全燃焼と判断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】
前記ノイズ電荷量を算出する際に用いる前記点火プラグの帯電部容量は、新品時の帯電部の標準的な容量を基準として設定し、前記点火プラグのくすぶり汚損の回復過程の所定期間は、前記帯電部容量を増加することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の燃焼状態判定装置。
【請求項５】
前記ノイズ電荷量算出手段は、前記点火プラグの帯電電圧を内燃機関の運転状態に応じて設定してノイズ電荷量を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の燃焼状態判定装置。
【請求項６】
前記ノイズ電荷量算出手段は、前記第２検出区間における前記点火プラグの帯電電圧を前記第１検出区間よりも高く設定することを特徴とする請求項２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、内燃機関の燃焼室内で混合気の燃焼に伴って発生するイオン電流を点火プラグの電極を介して検出し、その検出値に基づい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、内燃機関の筒内で混合気が燃焼する際にイオンが発生する特性に着目して、点火毎に筒内で発生するイオン電流を点火プラグの電極を介して検出し、そのイオン電流検出値に基づいて燃焼状態を判定する技術が開発されている。例えば、特許文献１（特開２００５−１５５６３４号公報）では、点火動作区間と燃焼区間とでイオン電流のピーク値と積分値のいずれかを検出し、その検出値に基づいて不完全燃焼や点火故障を判定するようにしている。
【０００３】
ところで、点火プラグのくすぶり汚損（不完全燃焼時に発生するカーボンが点火プラグのガイシ部表面に付着した状態）が回復する過程で、点火プラグの中心電極ガイシ部表面に残っているカーボンと中心電極との間でコロナ放電が発生することが知られている。このコロナ放電発生時には、イオン電流信号に重畳するコロナ放電ノイズを燃焼によるイオン電流と誤判定して燃焼状態の判定を行うことになってしまい、その結果、実際に失火や不完全燃焼が発生してもそれを検出できない可能性がある。
【０００４】
この対策として、特許文献２（特開平１０−３００６３４号公報）に示すように、点火プラグの中心電極ガイシ部表面の電位を検出するガイシ電位検出電極を設け、このガイシ電位検出電極により検出した電位の変化からノイズの発生の有無を判定し、ノイズ発生時に燃焼状態の判定を禁止することで、ノイズによる燃焼状態の誤判定を防止するようにしたものがある。
【特許文献１】特開２００５−１５５６３４号公報（第４頁〜第５頁等）
【特許文献２】特開平１０−３００６３４号公報（第２頁〜第３頁等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献２の技術では、点火プラグの中心電極ガイシ部表面の電位の変化からノイズの発生の有無を判定するが、本発明者の実験結果によれば、中心電極ガイシ部表面の電位の変化は、エンジン運転状態（エンジン回転速度、負荷率等）の変化によっても発生するため、中心電極ガイシ部表面の電位の変化からノイズの発生の有無を判定すると、エンジン運転状態の変化による中心電極ガイシ部表面の電位の変化をノイズによる変化と誤判定する可能性があり、その結果、正常な燃焼状態のイオン電流検出値をノイズと誤判定する可能性がある。
【０００６】
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、エンジン運転状態の変化の影響を受けずに、ノイズによる燃焼状態の誤判定を安定して防止することができ、燃焼状態の判定精度を向上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】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の燃焼室内で混合気の燃焼に伴って発生するイオン電流を点火プラグの電極を介して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のイオン電流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と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のイオン電流検出値に重畳するノイズの発生区間に対応して設定した所定の検出区間内で前記イオン電流検出値を時間積分して検出電荷量を求める電荷量検出手段と、前記点火プラグの帯電部容量と帯電電圧とに基づいてノイズ電荷量を算出するノイズ電荷量算出手段とを備え、前記燃焼状態判定手段は、前記検出電荷量を前記ノイズ電荷量と比較して前記イオン電流検出値に基づく燃焼状態判定の実行許可／禁止又は燃焼状態判定結果の有効／無効を判定するようにしたものである。
【０００８】
一般に、イオン電流検出値に重畳する主要なノイズは、コロナ放電によって発生し、コロナ放電の電荷量が多くなるほど、ノイズが大きくなって燃焼状態を誤判定しやすくなるという関係がある。ここで、コロナ放電の電荷量は、点火プラグの帯電部（中心電極ガイシ部）に帯電する電荷量に依存するため、点火プラグの帯電部の電荷量からコロナ放電の電荷量ひいてはノイズ電荷量を推定することができる。点火プラグの帯電部の電荷量は、帯電部容量と帯電電圧との積で算出される。
帯電部の電荷量＝帯電部容量×帯電電圧
【０００９】
このような事情を考慮して、本発明では、ノイズの発生区間に対応して設定した所定の検出区間内でイオン電流検出値を時間積分して検出電荷量を求めると共に、点火プラグの帯電部容量と帯電電圧とに基づいてノイズ電荷量を算出し、検出電荷量をノイズ電荷量と比較してイオン電流検出値に基づく燃焼状態判定の実行許可／禁止又は燃焼状態判定結果の有効／無効を判定するようにしたものである。このようにすれば、コロナ放電の電荷量（ノイズ電荷量）を基準にして燃焼イオンの電荷量を正当に評価して、ノイズの発生状態を判定することが可能となり、エンジン運転状態の変化の影響を受けずに、ノイズによる燃焼状態の誤判定を安定して防止することができ、燃焼状態の判定精度を向上することができる。
【００１０】
ところで、図２に示すように、コロナ放電の発生パターンには、点火直後の筒内圧力が高い時期に連続的に発生する“連続コロナ放電”と、筒内圧力が低下してから間欠的に発生する“スパイクコロナ放電”とがある。一般に、連続コロナ放電の発生区間は、点火後からＡＴＤＣ６０℃Ａ付近までの区間であり、スパイクコロナ放電の発生区間は、ＡＴＤＣ６０℃Ａ以降の区間である。
【００１１】
このようなコロナ放電の発生パターンを考慮して、請求項２のように、前記検出電荷量を検出する検出区間を、連続コロナ放電の発生区間に対応する第１検出区間と、スパイクコロナ放電の発生区間に対応する第２検出区間とに分割して、各検出区間毎に前記イオン電流検出値を時間積分することで第１検出電荷量と第２検出電荷量を求め、前記第１検出区間における第１ノイズ電荷量と前記第２検出区間における第２ノイズ電荷量をそれぞれ各検出区間における前記点火プラグの帯電部容量と帯電電圧とに基づいて算出し、前記第１検出区間で検出した前記第１検出電荷量が前記第１ノイズ電荷量以下で、且つ、前記第２検出区間で検出した前記第２検出電荷量が前記第２ノイズ電荷量以下と判定される場合のみ、前記イオン電流検出値に基づく燃焼状態の判定を禁止又は燃焼状態判定結果を無効とし、前記第１検出区間と前記第２検出区間の両方又はいずれか一方で検出電荷量がノイズ電荷量よりも多いと判定されれば、前記イオン電流検出値に基づく燃焼状態の判定を実行してその燃焼状態判定結果を有効とするようにしても良い。
【００１２】
このように、連続コロナ放電の発生区間に対応する第１検出区間と、スパイクコロナ放電の発生区間に対応する第２検出区間とに分割すれば、各検出区間毎にノイズ電荷量ひいてはノイズの発生状態を精度良く評価することができ、ノイズ／燃焼イオンの判別精度をより向上させることができる。しかも、２つの検出区間に分けて各検出区間毎に検出電荷量とノイズ電荷量とを比較するため、一般的な従来のピーク値判定では失火を検出できない領域でも、失火を検出することが可能となり、失火検出可能領域を従来より拡大することができる。
【００１３】
また、請求項３のように、検出電荷量とノイズ電荷量との比較結果から前記イオン電流検出値に基づく燃焼状態の判定を禁止又は燃焼状態判定結果を無効と判定した場合は、失火又は不完全燃焼と判断するようにすれば良い。これにより、失火又は不完全燃焼を精度良く検出することができる。
【００１４】
ところで、内燃機関の始動後、暖機が十分に行われるまでは、点火プラグの帯電部（中心電極ガイシ部）表面のカーボンの付着領域が拡大して、くすぶり汚損が進行していくが、その後、内燃機関の暖機が完了して、点火プラグの温度が十分に高温になるに従って、点火プラグの帯電部表面に付着したカーボンが徐々に焼失してその焼失領域を拡大していき、くすぶり汚損が徐々に回復していく。このくすぶり汚損の回復過程の期間（カーボンがほぼ焼き切られるまでの期間）は、点火プラグの帯電部容量が通常よりも大きくなって、点火プラグの帯電部表面に残っているカーボンと中心電極との間でコロナ放電が発生しやすくなる。
【００１５】
この点を考慮して、請求項４のように、ノイズ電荷量を算出する際に用いる点火プラグの帯電部容量は、新品時（くすぶり無し時）の帯電部の標準的な容量を基準として設定し、点火プラグのくすぶり汚損の回復過程の所定期間（カーボンがほぼ焼き切られるまでの期間）は、点火プラグの帯電部容量を増加するようにすると良い。このようにすれば、点火プラグのくすぶり状態に応じた帯電部容量を容易に設定できると共に、コロナ放電が発生しやすいくすぶり回復過程で、ノイズ電荷量を精度良く算出することができ、ノイズ／燃焼イオンの判別精度をより向上させることができる。
【００１６】
本発明は、例えば特許文献２（特開平１０−３００６３４号公報）に記載された電圧検出方法で、点火プラグの帯電電圧を実測するようにしても良いが、この場合、検出電極や、電圧検出回路を新たに設ける必要があるため、製造コストが増加して、低コスト化の要求を満たすことができない。
【００１７】
そこで、点火プラグの帯電電圧が内燃機関の運転状態に応じて変化するという特性を考慮して、請求項５のように、点火プラグの帯電電圧を内燃機関の運転状態に応じて設定してノイズ電荷量を算出するようにすると良い。このようにすれば、特許文献２のような検出電極や、電圧検出回路を新たに設ける必要がなく、低コスト化の要求を満たすことができる。
【００１８】
また、請求項６のように、第２検出区間における点火プラグの帯電電圧を第１検出区間よりも高く設定するようにしても良い。これにより、各検出区間の帯電電圧を精度良く設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した２つの実施例１，２を説明する。
【実施例１】
【００２０】
本発明の実施例１を図１乃至図４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。
【００２１】
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、このイオン電流検出回路３５とエンジン制御回路３４とによってイオン電流検出装置（イオン電流検出手段）が構成されている。
【００２２】
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。
【００２３】
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に出力される。この反転増幅回路３３の出力電圧Ｖからイオン電流が検出される。
【００２４】
エンジン制御回路３４は、マイクロコンピュータを主体として構成され、回転角検出センサ３８（クランク角センサ）、負荷検出センサ３９（吸入空気量検出センサ、吸気圧検出センサ）等により検出した運転状態に応じて燃料噴射制御や点火時期制御を行うと共に、イオン電流検出回路３５の出力を利用して、所定の燃焼イオン検出区間におけるイオン電流のピーク値Ｉi 、積分値Ｑi 、イオン出力時間Ｔi 等を検出して燃焼状態（失火、プレイグニッション、ノッキング等）を判定する。
【００２５】
次に、イオン電流検出回路３５で検出するイオン電流波形が、正常燃焼時とコロナ放電発生時にどの様に変化するかを図２を用いて説明する。
【００２６】
図２（ｄ）に示すように、点火コイル２１の一次側巻線２２への通電開始直後（点火信号ＯＦＦ→ＯＮ切換直後）に、短い時間幅のパルス状のノイズ電流が誘起され、点火直後（点火信号ＯＮ→ＯＦＦ切換直後）に、点火コイル２１の二次側の残留磁気エネルギによってＬＣ共振が発生し、その後、正常燃焼時には燃焼により発生したイオン（以下「燃焼イオン」という）の電流波形が現れる。本実施例１では、ＬＣ共振後に現れる燃焼イオンのピーク値Ｉi 、積分値Ｑi 、イオン電流出力時間Ｔi の少なくとも１つに基づいて燃焼状態（失火、プレイグニッション、ノッキング等）を判定する。
【００２７】
一方、点火プラグ２７のくすぶり汚損（不完全燃焼時に発生するカーボンが点火プラグ２７のガイシ部表面に付着した状態）が回復する過程等で発生するコロナ放電の発生パターンには、図２（ｅ）に示すように、点火直後の筒内圧力が高い時期に連続的に発生する“連続コロナ放電”と、図２（ｆ）に示すように、筒内圧力が低下してから間欠的に発生する“スパイクコロナ放電”とがある。一般に、連続コロナ放電の発生区間は、点火後からＡＴＤＣ６０℃Ａ付近までの区間であり、スパイクコロナ放電の発生区間は、ＡＴＤＣ６０℃Ａ以降の区間である。
【００２８】
このようなコロナ放電によるノイズを燃焼イオンとして検出すると、実際に失火や不完全燃焼が発生してもそれを検出できない可能性がある。
【００２９】
そこで、本実施例１では、連続コロナ放電の発生区間とスパイクコロナ放電の発生区間を一括して含む１つの検出区間（点火後から例えばＡＴＤＣ１８０℃Ａまでの区間）を設定し、この検出区間内でイオン電流検出値ｉを時間積分して検出電荷量Ｑi を求める。
Ｑi ＝∫ｉdt
【００３０】
更に、点火プラグ２７の帯電部（中心電極ガイシ部）の容量Ｃp と帯電電圧Ｖp とを乗算して、ノイズ電荷量Ｑn （コロナ放電の電荷量）を求める。
Ｑn ＝Ｃp ×Ｖp
【００３１】
そして、検出電荷量Ｑi をノイズ電荷量Ｑn と比較して、検出電荷量Ｑi がノイズ電荷量Ｑn 以上であれば、燃焼イオン電流による燃焼状態の判定が可能であると判断して、燃焼状態の判定を許可する（又は燃焼状態判定結果を有効するようにしても良い）。もし、検出電荷量Ｑi がノイズ電荷量Ｑn よりも少なければ、ノイズが多くて燃焼イオン電流による燃焼状態の判定が困難であると判断して、燃焼状態の判定を禁止する（又は燃焼状態判定結果を無効とするようにしても良い）。
【００３２】
ところで、エンジン始動後、暖機が十分に行われるまでは、点火プラグ２７の帯電部のカーボンの付着領域が拡大して、くすぶり汚損が進行していくが、その後、エンジンの暖機が完了して、点火プラグ２７の温度が十分に高温になるに従って、点火プラグ２７の帯電部に付着したカーボンが徐々に焼失してその焼失領域を拡大していき、くすぶり汚損が徐々に回復していく。このくすぶり汚損の回復過程の期間（カーボンがほぼ焼き切られるまでの期間）は、点火プラグ２７の帯電部容量が通常よりも大きくなって、点火プラグ２７の帯電部表面に残っているカーボンと中心電極との間でコロナ放電が発生しやすくなる。
【００３３】
この点を考慮して、本実施例１では、ノイズ電荷量Ｑn を算出する際に用いる点火プラグ２７の帯電部の容量Ｃp は、新品時（くすぶり無し時）の帯電部の標準的な容量（例えば５ｐＦ）を基準として設定し、点火プラグ２７のくすぶり汚損の回復過程の所定期間（カーボンがほぼ焼き切られるまでの期間）は、点火プラグ２７の帯電部容量Ｃp を例えば９ｐＦに増加して設定するようにしている。
【００３４】
また、点火プラグ２７の帯電電圧Ｖp の検出については、例えば特許文献２（特開平１０−３００６３４号公報）に記載された電圧検出方法で、点火プラグ２７の帯電電圧Ｖp を実測するようにしても良いが、この場合、検出電極や、電圧検出回路を新たに設ける必要があるため、製造コストが増加して、低コスト化の要求を満たすことができない。
【００３５】
そこで、本実施例１では、点火プラグ２７の帯電電圧Ｖp がエンジン運転状態に応じて変化するという特性を考慮して、点火プラグ２７の帯電電圧Ｖp をエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷率）に応じてマップ等により算出するようにしている。
【００３６】
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３及び図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。本ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう燃焼状態判定手段としての役割を果たす。
【００３７】
本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、回転角検出センサ３８、負荷検出センサ３９等の出力信号に基づいてエンジン回転速度Ｎｅ、負荷率等のエンジン運転状態を検出する。この後、ステップ１０２に進み、くすぶり状態判定ルーチン（図示せず）を実行してイオン電流検出値に基づいて点火プラグ２７のくすぶり状態を判定する。このくすぶり状態の判定は、例えば特開２００３−８３２２２号公報に記載された方法で行えば良い。このすぶり状態の判定方法は、エンジン運転中に、イオン電流検出期間以外の期間（燃焼イオンが発生しない期間）に流れる電流（漏洩電流）を適当なサンプリング間隔で少なくとも２回検出し、それらの電流検出値から点火プラグ２７の絶縁抵抗値を算出して、その絶縁抵抗値に基づいて点火プラグ２７のくすぶり状態を判定する。
【００３８】
この後、ステップ１０３に進み、上記ステップ１０２のくすぶり状態の判定結果に基づいてくすぶり回復途中（くすぶり汚損の回復過程の所定期間）であるか否かを判定する。この際、上記ステップ１０２のくすぶり状態の判定結果が“くすぶり有り”から“くすぶり無し”に切り換わった直後は、点火プラグ２７の帯電部表面にまだカーボンが残っているので、上記ステップ１０２のくすぶり状態の判定結果がくすぶり無しに切り換わった後も、点火プラグ２７の帯電部表面のカーボンがほぼ焼き切られるまでの期間は、くすぶり回復途中と判定する。この期間は、走行距離や走行時間等によって判定すれば良く、例えば、くすぶり状態の判定結果がくすぶり無しに切り換わってから走行距離が所定距離（例えば５０ｋｍ）を越えた時点で、点火プラグ２７の帯電部表面のカーボンがほぼ完全に焼き切られた（つまりくすぶり状態からほぼ完全に回復した）と判定すれば良い。
【００３９】
上記ステップ１０３で、くすぶり回復途中と判定されれば、ステップ１０４に進み、点火プラグ２７の帯電部容量Ｃp を新品時（くすぶり無し時）の帯電部の標準的な容量（本実施例１では５ｐＦ）よりも所定量増加して例えば９ｐＦに設定する。
【００４０】
一方、上記ステップ１０３で「Ｎｏ」と判定されれば、くすぶり状態から完全に回復した状態であると判断して、ステップ１０５に進み、点火プラグ２７の帯電部容量Ｃp を新品時（くすぶり無し時）の帯電部の標準的な容量（本実施例１では５ｐＦ）に設定する。      
【００４１】
この後、ステップ１０６に進み、点火プラグ２７の帯電電圧Ｖp を、現在のエンジン運転状態（本実施例１では負荷率とエンジン回転速度Ｎｅ）に応じて帯電電圧マップにより算出する。この帯電電圧マップは、例えば、負荷率が所定値以下の領域では、負荷率とエンジン回転速度Ｎｅとは関係なく帯電電圧Ｖp が一定値に設定されるが、負荷率が所定値以上の領域では、負荷率が大きくなるほど帯電電圧Ｖp が高くなり、且つ、エンジン回転速度Ｎｅが高くなるほど帯電電圧Ｖp が高くなるように設定されている。
【００４２】
この帯電電圧Ｖp の算出後、ステップ１０７に進み、点火プラグ２７の帯電部容量Ｃp と帯電電圧Ｖp とを乗算して、ノイズ電荷量Ｑn を求める。
Ｑn ＝Ｃp ×Ｖp
上記ステップ１０２〜１０７の処理が特許請求の範囲でいうノイズ電荷量算出手段としての役割を果たす。
【００４３】
この後、図４のステップ１０８に進み、検出区間（本実施例１では点火後からＡＴＤＣ１８０℃Ａまでの区間）内であるか否かを判定し、検出区間内であれば、ステップ１０９に進み、イオン電流検出回路３５で検出したイオン電流検出値ｉを読み込み、次のステップ１１０で、検出区間のイオン電流ピーク値Ｉi 、イオン電流積分値Ｑi （検出電荷量）、イオン電流出力時間Ｔi を検出する。これらステップ１０８〜１１０の処理が特許請求の範囲でいう電荷量検出手段としての役割を果たす。
【００４４】
その後、検出区間終了タイミングになった時点で、上記ステップ１０８で「Ｎｏ」と判定されて、ステップ１１１で「Ｙｅｓ」と判定され、ステップ１１２に進み、検出区間のイオン電流積分値Ｑi （検出電荷量）をノイズ電荷量Ｑn と比較して、イオン電流積分値Ｑi （検出電荷量）がノイズ電荷量Ｑn 以上であれば、燃焼イオン電流による燃焼状態の判定が可能であると判断して、燃焼状態の判定を許可する。この場合は、ステップ１１３に進み、検出区間のイオン電流ピーク値Ｉi をそのまま燃焼イオン電流ピーク値Ｉion とし、イオン電流出力時間Ｔi をそのまま燃焼イオン電流出力時間Ｔion とすると共に、イオン電流積分値Ｑi （検出電荷量）からノイズ電荷量Ｑn を差し引いて正味の燃焼イオン電荷量Ｑion を求める。この後、ステップ１１４に進み、燃焼イオン電流ピーク値Ｉion 、燃焼イオン電荷量Ｑion 、燃焼イオン電流出力時間Ｔion に基づいてマップ等により燃焼状態（失火、プレイグニッション、ノッキング等）を判定する。
【００４５】
尚、燃焼イオン電流ピーク値Ｉion 、燃焼イオン電荷量Ｑion 、燃焼イオン電流出力時間Ｔion のうちのいずれか１つ又は２つに基づいて燃焼状態を判定するようにしても良い。また、燃焼イオン電荷量Ｑion は、検出区間のイオン電流積分値Ｑi をそのまま用いるようにしても良い。
【００４６】
一方、上記ステップ１１２で、イオン電流積分値Ｑi （検出電荷量）がノイズ電荷量Ｑn よりも少ないと判定されれば、ノイズが多くて燃焼イオン電流による燃焼状態の判定が困難であると判断して、燃焼状態の判定を禁止する（又は燃焼状態判定結果を無効としても良い）。この場合は、ステップ１１５に進み、失火（又は不完全燃焼）と判定する。
【００４７】
以上説明した本実施例１によれば、ノイズ（コロナ放電）の発生区間に対応して設定した所定の検出区間内でイオン電流検出値ｉを時間積分して検出電荷量Ｑi を求めると共に、点火プラグ２７の帯電部容量Ｃp と帯電電圧Ｖp とを乗算して、ノイズ電荷量Ｑn を算出し、検出電荷量Ｑi をノイズ電荷量Ｑn と比較して燃焼状態判定の実行許可／禁止（又は燃焼状態判定結果の有効／無効）を判定するようにしたので、コロナ放電の電荷量（ノイズ電荷量Ｑn ）を基準にして燃焼イオンの電荷量を正当に評価して、ノイズの発生状態を判定することが可能となり、エンジン運転状態の変化の影響を受けずに、ノイズによる燃焼状態の誤判定を安定して防止することができ、燃焼状態の判定精度を向上することができる。
【実施例２】
【００４８】
上記実施例１では、連続コロナ放電の発生区間とスパイクコロナ放電の発生区間を一括して含む１つの検出区間（点火後から例えばＡＴＤＣ１８０℃Ａまでの区間）を設定したが、図５乃至図９に示す本発明の実施例２では、連続コロナ放電の発生区間に対応する第１検出区間（点火後から例えばＡＴＤＣ６０℃Ａまでの区間）と、スパイクコロナ放電の発生区間に対応する第２検出区間（例えばＡＴＤＣ６０℃ＡからＡＴＤＣ１８０℃Ａまでの区間）に分割して、各検出区間毎にイオン電流検出値ｉを時間積分することで第１検出電荷量Ｑi1と第２検出電荷量Ｑi2とを求めるようにしている。そして、第１検出区間における第１ノイズ電荷量Ｑn1と第２検出区間における第２ノイズ電荷量Ｑn2を、それぞれ各検出区間における点火プラグ２７の帯電部容量Ｃp と帯電電圧Ｖp1，Ｖp2を乗算して求める。
Ｑn1＝Ｃp ×Ｖp1
Ｑn2＝Ｃp ×Ｖp2
【００４９】
この場合、点火プラグ２７の帯電部容量Ｃp は、第１検出区間と第２検出区間で同じ値を用いるが、帯電電圧Ｖp は、筒内圧力により変化するため、第１検出区間の帯電電圧Ｖp1と第２検出区間の帯電電圧Ｖp2は、図８及び図９に示す２つのマップを用いて別々に算出する。
【００５０】
そして、第１検出区間で検出した第１検出電荷量Ｑi1が第１ノイズ電荷量Ｑn1以下で、且つ、第２検出区間で検出した第２検出電荷量Ｑi2が第２ノイズ電荷量Ｑn2以下と判定される場合のみ、燃焼状態の判定を禁止又は燃焼状態判定結果を無効とし、第１検出区間と第２検出区間の両方又はいずれか一方で検出電荷量がノイズ電荷量よりも多いと判定されれば、燃焼状態の判定を実行してその燃焼状態判定結果を有効とする。
【００５１】
以上説明した本実施例２の燃焼状態の判定は、エンジン制御回路３４によって図６及び図７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。本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、回転角検出センサ３８、負荷検出センサ３９等の出力信号に基づいてエンジン回転速度Ｎｅ、負荷率等のエンジン運転状態を検出する。この後、ステップ２０２に進み、前記実施例１と同様の方法で点火プラグ２７のくすぶり状態を判定する。  この後、ステップ２０３に進み、上記ステップ２０２のくすぶり状態の判定結果に基づいてくすぶり回復途中（くすぶり汚損の回復過程の所定期間）であるか否かを前記実施例１と同様の方法で判定し、くすぶり回復途中と判定されれば、ステップ２０４に進み、点火プラグ２７の帯電部容量Ｃp を新品時（くすぶり無し時）の帯電部の標準的な容量（本実施例２では５ｐＦ）よりも増加して例えば９ｐＦに設定する。
【００５２】
一方、上記ステップ２０３で「Ｎｏ」と判定されれば、くすぶり状態から完全に回復した状態であると判断して、ステップ２０５に進み、点火プラグ２７の帯電部容量Ｃp を新品時（くすぶり無し時）の帯電部の標準的な容量（本実施例２では５ｐＦ）に設定する。      
【００５３】
この後、ステップ２０６に進み、第１検出区間（本実施例２では点火後からＡＴＤＣ６０℃Ａまでの区間）内であるか否かを判定し、第１検出区間内であれば、ステップ２０７に進み、第１検出区間の点火プラグ２７の帯電電圧Ｖp1を、現在のエンジン運転状態（本実施例２では負荷率とエンジン回転速度Ｎｅ）に応じて図８の第１検出区間の帯電電圧マップにより算出する。この第１検出区間の帯電電圧マップは、全負荷領域、全回転速度領域で一定値（例えば１ｋＶ）に設定されている。
【００５４】
この第１検出区間の帯電電圧Ｖp1の算出後、ステップ２０８に進み、点火プラグ２７の帯電部容量Ｃp と第１検出区間の帯電電圧Ｖp1とを乗算して、第１検出区間のノイズ電荷量Ｑn1を算出する。
Ｑn1＝Ｃp ×Ｖp1
【００５５】
この後、ステップ２０９に進み、イオン電流検出回路３５で検出したイオン電流検出値ｉを読み込み、次のステップ２１０で、第１検出区間のイオン電流ピーク値Ｉi1、イオン電流積分値Ｑi1（第１検出電荷量）、イオン電流出力時間Ｔi1を検出する。
【００５６】
この後、図７のステップ２１１に進み、第２検出区間（本実施例２ではＡＴＤＣ６０℃ＡからＡＴＤＣ１８０℃Ａまでの区間）内であるか否かを判定し、第２検出区間内であれば、ステップ２１２に進み、第２検出区間の点火プラグ２７の帯電電圧Ｖp2を、現在のエンジン運転状態（本実施例２では負荷率とエンジン回転速度Ｎｅ）に応じて図９の第２検出区間の帯電電圧マップにより算出する。この第２検出区間の帯電電圧マップは、負荷率が所定値以下（例えば４０％以下）の領域では、負荷率とエンジン回転速度Ｎｅとは関係なく帯電電圧Ｖp2が一定値（例えば１ｋＶ）に設定されるが、負荷率が所定値以上の領域では、負荷率が大きくなるほど帯電電圧Ｖp2が高くなり、且つ、エンジン回転速度Ｎｅが高くなるほど帯電電圧Ｖp2が高くなるように設定されている。
【００５７】
この第２検出区間の帯電電圧Ｖp2の算出後、ステップ２１３に進み、点火プラグ２７の帯電部容量Ｃp と第２検出区間の帯電電圧Ｖp2とを乗算して、第２検出区間のノイズ電荷量Ｑn2を算出する。
Ｑn2＝Ｃp ×Ｖp2
【００５８】
この後、ステップ２１４に進み、イオン電流検出回路３５で検出したイオン電流検出値ｉを読み込み、次のステップ２１５で、第２検出区間のイオン電流ピーク値Ｉi2、イオン電流積分値Ｑi2（第２検出電荷量）、イオン電流出力時間Ｔi2を検出する。
【００５９】
その後、第２検出区間終了タイミングになった時点で、上記ステップ２１１で「Ｎｏ」と判定されて、ステップ２１６で「Ｙｅｓ」と判定され、ステップ２１７に進み、第１検出区間で検出した第１検出電荷量Ｑi1が第１ノイズ電荷量Ｑn1以上であるか、又は、第２検出区間で検出した第２検出電荷量Ｑi2が第２ノイズ電荷量Ｑn2以上であるか否かを判定する。その結果、第１検出区間と第２検出区間の両方又はいずれか一方で検出電荷量がノイズ電荷量以上と判定されれば、燃焼イオン電流による燃焼状態の判定が可能であると判断して燃焼状態の判定を許可する。この場合は、ステップ２１８に進み、第１検出区間のイオン電流ピーク値Ｉi1と第２検出区間のイオン電流ピーク値Ｉi2とを比較して大きい方を燃焼イオンピーク値Ｉion として選択すると共に、第１検出区間のイオン電流出力時間Ｔi1と第２検出区間のイオン電流出力時間Ｔi2とを合算した値を燃焼イオン電流出力時間Ｔion とし、更に、第１検出電荷量Ｑi1と第２検出電荷量Ｑi2との合算値（Ｑi1＋Ｑi2）から、第１ノイズ電荷量Ｑn1と第２ノイズ電荷量Ｑn2との合算値（Ｑn1＋Ｑn2）を差し引いて正味の燃焼イオン電荷量Ｑion を求める。
Ｑion ＝（Ｑi1＋Ｑi2）−（Ｑn1＋Ｑn2）
【００６０】
尚、第１検出電荷量Ｑi1と第２検出電荷量Ｑi2との合算値（Ｑi1＋Ｑi2）をそのまま燃焼イオン電荷量Ｑion としても良い。
Ｑion ＝Ｑi1＋Ｑi2
【００６１】
この後、ステップ２１９に進み、燃焼イオン電流ピーク値Ｉion 、燃焼イオン電荷量Ｑion 、燃焼イオン電流出力時間Ｔion に基づいてマップ等により燃焼状態（失火、プレイグニッション、ノッキング等）を判定する。尚、燃焼イオン電流ピーク値Ｉion 、燃焼イオン電荷量Ｑion 、燃焼イオン電流出力時間Ｔion のうちのいずれか１つ又は２つに基づいて燃焼状態を判定するようにしても良い。
【００６２】
一方、上記ステップ２１７で、第１検出区間で検出した第１検出電荷量Ｑi1が第１ノイズ電荷量Ｑn1以下で、且つ、第２検出区間で検出した第２検出電荷量Ｑi2が第２ノイズ電荷量Ｑn2以下と判定された場合は、ノイズが多くて燃焼イオン電流による燃焼状態の判定が困難であると判断して、燃焼状態の判定を禁止する（又は燃焼状態判定結果を無効としても良い）。この場合は、ステップ２２０に進み、失火（又は不完全燃焼）と判定する。      
【００６３】
以上説明した本実施例２では、連続コロナ放電の発生区間に対応する第１検出区間と、スパイクコロナ放電の発生区間に対応する第２検出区間とに分割したので、各検出区間毎にノイズ電荷量ひいてはノイズの発生状態を精度良く評価することができ、ノイズ／燃焼イオンの判別精度をより向上させることができる。しかも、２つの検出区間に分けて各検出区間毎に検出電荷量とノイズ電荷量とを比較するため、一般的な従来のピーク値判定では失火を検出できない領域でも、失火を検出することが可能となり、失火検出可能領域を従来より拡大することができる。
【００６４】
尚、本発明は、上記実施例１，２に限定されず、例えば、燃焼状態の判定方法等を適宜変更しても良い等、種々変更して実施できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【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】本発明の実施例１における点火信号、筒内圧力、発生区間、正常燃焼時の検出電流波形、連続コロナ放電発生時の検出電流波形、スパイクコロナ放電発生時の検出電流波形との関係を説明するタイムチャートである。
【図３】本発明の実施例１における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（その１）。
【図４】本発明の実施例１における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（その２）。
【図５】本発明の実施例２における点火信号、筒内圧力、発生区間、正常燃焼時の検出電流波形、連続コロナ放電発生時の検出電流波形、スパイクコロナ放電発生時の検出電流波形との関係を説明するタイムチャートである。
【図６】本発明の実施例２における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（その１）。
【図７】本発明の実施例２における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（その２）。
【図８】第１検出区間の帯電電圧マップの一例を示す図である。
【図９】第２検出区間の帯電電圧マップの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
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，電荷量検出手段，ノイズ電荷量算出手段）、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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【図９】
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