(57)【要約】【課題】内燃機関の燃焼状態判定装置において、内燃機関の運転状態の変化に拘らずイオン電流を適正に検出して燃焼状態の高精度な検出を可能とする。【解決手段】燃焼室１８内の混合気が燃焼することで発生するイオンの量に応じたイオン電流を検出するイオン電流検出回路５６を設け、この検出したイオン電流に基づいてエンジン１０の燃焼状態を検出可能とし、この場合、点火プラグ３７にデポジットが付着していない正常状態にあるときに検出された基本イオン電流平均値Ｉｂと、エンジン１０が所定の運転状態（ストイキ＋ＭＢＴ）にあるときに検出された基準イオン電流平均値Ｉｓとを比較して低下率ｄを検出し、エンジン１０の冷態始動時に検出したイオン電流値Ｉｍを低下率ｄにより補正してイオン電流補正値Ｉｒを算出し、このイオン電流補正値Ｉｒを燃焼状態の判定値と比較してエンジン１０の燃焼悪化を検出する。【選択図】        図１
2007138802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出器により燃焼室内の混合気が燃焼することで発生するイオンの量に応じたイオン電流を検出し、この検出したイオン電流に基づいて内燃機関の燃焼状態を検出する内燃機関の燃焼状態検出装置において、前記検出器が正常状態にあるときに検出された基本イオン電流と、前記内燃機関が所定の運転状態にあるときに検出された基準イオン電流とを比較して前記検出器による検出低下度合を検出し、前記検出器が検出したイオン電流と前記検出低下度合に基づいて前記内燃機関の燃焼状態を検出することを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置において、前記基準イオン電流は、前記内燃機関の空燃比が理論空燃比で、且つ、点火時期が点火基準位置で運転されているときに、前記検出器によって検出されたイオン電流であることを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置において、前記基本イオン電流に対する前記基準イオン電流の低下率を算出し、前記検出器が検出したイオン電流に前記低下率を加味して算出した補正イオン電流値と、予め設定された燃焼状態判定値とを比較して前記内燃機関の燃焼状態を検出することを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置において、前記基本イオン電流に対する前記基準イオン電流の低下率を算出し、前記検出器が検出したイオン電流と、予め設定された燃焼状態判定値に前記低下率を加味して補正した補正燃焼状態判定値とを比較して前記内燃機関の燃焼状態を検出することを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃機関の燃焼状態検出装置において、排気通路に設けられた空燃比センサが不活性状態にあるとき、前記検出器が検出したイオン電流と前記検出低下度合に基づいて前記内燃機関の燃焼状態を検出することを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼状態を、燃焼室内の混合気が燃焼することで発生するイオンの量に応じたイオン電流に基づいて検出する内燃機関の燃焼状態検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の空燃比を検出する方法の一つとして、気筒内に発生するイオンの量に応じたイオン電流を測定し、そのイオン電流によって空燃比を検出する技術がある。即ち、点火プラグにより放電が開始され、このときに気筒内の混合気に点火されて燃焼すると、その混合気はイオン化する。混合気がイオン化した状態にあるときに、点火プラグに電圧を印加するとイオン電流が流れる。このイオン電流を検出し、その電流波形や最高値に基づいて空燃比を検出することができる。そして、その検出された空燃比に基づいて内燃機関の燃焼状態を判定し、燃料噴射量や点火時期などを調整することができる。
【０００３】
このように気筒内に発生するイオンの量に応じたイオン電流を測定し、そのイオン電流によって内燃機関の燃焼状態を判定するものとして、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された内燃機関の燃焼状態検出装置は、エンジンの点火電流中に現れるイオン電流成分を検出し、このイオン電流成分と比較判定値とを比較することで内燃機関の燃焼状態を判定するものであり、この比較判定値を内燃機関の運転状態に応じて再設定するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−０３４２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載された従来の内燃機関の燃焼状態検出装置では、内燃機関の運転状態に応じて比較判定値を再設定することで、この内燃機関の運転状態によって影響を受けるイオン電流のレベルを最適化し、内燃機関の燃焼状態を適正に判定することができる。ところが、この従来の内燃機関の燃焼状態検出装置にあっては、過去複数回にわたるイオン電流の検出値そのものから演算により最適な比較判定値を導き出したり、内燃機関の運転状態に対応する比較判定値を予めマップ化しており、検出器が正常に検出できるイオン電流のレベルに対して、内燃機関の運転状態に応じた変化したイオン電流のレベルを適性に比較することができない。
【０００６】
即ち、点火プラグが劣化していないときの検出されたイオン電流の基準値に対して、点火プラグにプラグデポジットが付着して劣化したときに検出されたイオン電流の検出値は、大きく低下している。そのため、過去複数回にわたるイオン電流の検出値そのものから演算により最適な比較判定値を求め、検出したイオン電流成分とこの比較判定値とを比較するだけでは、正常状態にある点火プラグによるイオン電流の基準値が加味されておらず、内燃機関の燃焼状態を高精度に判定することができない。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、内燃機関の運転状態の変化に拘らずイオン電流を適正に検出して燃焼状態の高精度な検出を可能とした内燃機関の燃焼状態検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関の燃焼状態検出装置は、検出器により燃焼室内の混合気が燃焼することで発生するイオンの量に応じたイオン電流を検出し、この検出したイオン電流に基づいて内燃機関の燃焼状態を検出する内燃機関の燃焼状態検出装置において、前記検出器が正常状態にあるときに検出された基本イオン電流と、前記内燃機関が所定の運転状態にあるときに検出された基準イオン電流とを比較して前記検出器による検出低下度合を検出し、前記検出器が検出したイオン電流と前記検出低下度合に基づいて前記内燃機関の燃焼状態を検出することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の内燃機関の燃焼状態検出装置では、前記基準イオン電流は、前記内燃機関の空燃比が理論空燃比で、且つ、点火時期が点火基準位置で運転されているときに、前記検出器によって検出されたイオン電流であることを特徴としている。
【００１０】
本発明の内燃機関の燃焼状態検出装置では、前記基本イオン電流に対する前記基準イオン電流の低下率を算出し、前記検出器が検出したイオン電流に前記低下率を加味して算出した補正イオン電流値と、予め設定された燃焼状態判定値とを比較して前記内燃機関の燃焼状態を検出することを特徴としている。
【００１１】
本発明の内燃機関の燃焼状態検出装置では、前記基本イオン電流に対する前記基準イオン電流の低下率を算出し、前記検出器が検出したイオン電流と、予め設定された燃焼状態判定値に前記低下率を加味して補正した補正燃焼状態判定値とを比較して前記内燃機関の燃焼状態を検出することを特徴としている。
【００１２】
本発明の内燃機関の燃焼状態検出装置では、排気通路に設けられた空燃比センサが不活性状態にあるとき、前記検出器が検出したイオン電流と前記検出低下度合に基づいて前記内燃機関の燃焼状態を検出することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の内燃機関の燃焼状態検出装置によれば、検出器が正常状態にあるときに検出された基本イオン電流と、内燃機関が所定の運転状態にあるときに検出された基準イオン電流とを比較して検出器による検出低下度合を検出し、検出器が検出したイオン電流と検出低下度合に基づいて内燃機関の燃焼状態を検出するので、正常に検出される基本イオン電流に対して現在の運転状態で検出される基準イオン電流の検出低下度合を求め、実際に検出したイオン電流に対してこの検出低下度合を考慮して内燃機関の燃焼状態を検出することとなり、内燃機関の運転状態の変化に拘らずイオン電流を適正に検出して燃焼状態を高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る内燃機関の燃焼状態検出装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１５】
図１は、本発明の一実施例に係る内燃機関の燃焼状態検出装置を表す概略構成図、図２は、本実施例の内燃機関の燃焼状態検出装置におけるイオン電流検出回路の概略図、図３は、本実施例の内燃機関の燃焼状態検出装置における基準イオン電流設定制御を表すフローチャート、図４は、本実施例の内燃機関の燃焼状態検出装置における燃焼状態判定制御を表すフローチャート、図５は、本実施例の内燃機関の燃焼状態検出装置におけるイオン電流波形を表すグラフである。
【００１６】
本実施例の内燃機関の燃焼状態検出装置において、図１に示すように、内燃機関としてのエンジン１０は多気筒筒内噴射式であって、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５が締結され、このクランクケース１５内にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。
【００１７】
燃焼室１８は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とピストン１４により構成されており、この燃焼室１８は、上部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１８の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１及び排気弁２２の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁２１及び排気弁２２は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム２５及び排気カム２６が図示しないローラロッカアームを介して吸気弁２１及び排気弁２２の上端部に接触している。
【００１８】
従って、エンジン１０に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５及び排気カム２６がローラロッカアームを作動させ、吸気弁２１及び排気弁２２が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。
【００１９】
吸気ポート１９には、インテークマニホールド２７を介してサージタンク２８が連結され、このサージタンク２８に吸気管２９が連結されており、この吸気管２９の空気取入口にはエアクリーナ３０が取付けられている。そして、このエアクリーナ３０の下流側にスロットル弁３１を有する電子スロットル装置３２が設けられている。
【００２０】
また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に直接燃料を噴射するインジェクタ３３が装着されており、このインジェクタ３３は、吸気ポート１９側に位置して上下方向に所定角度傾斜している。各気筒に装着されるインジェクタ３３はデリバリパイプ３４により連結され、このデリバリパイプ３４には燃料供給管３５を介して高圧ポンプ３６が連結され、この高圧ポンプ３６には図示しない燃料供給管を介して低圧ポンプ、燃料タンクが連結されている。更に、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ３７が装着され、その上端部にはイグナイタ３８が設けられており、点火時には、点火信号を受けたイグナイタ３８が点火コイルの１次電流の通電及び遮断を制御し、その２次電流が点火プラグ３７に供給される。
【００２１】
一方、排気ポート２０には、エギゾーストマニホールド３９を介して排気管４０が連結されており、この排気管４０には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する触媒装置４１，４２が装着されている。
【００２２】
ところで、車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）４３が搭載されており、このＥＣＵ４３は、インジェクタ３３や点火プラグ３７などを制御可能となっている。即ち、吸気管２９の上流側にはエアフローセンサ４４及び吸気温センサ４５が装着され、また、サージタンク３６には吸気圧センサ４６が設けられており、計測した吸入空気量、吸気温度、吸気圧をＥＣＵ４３に出力している。また、電子スロットル装置３２にはスロットルポジションセンサ４７及びアイドルスイッチ４８が装着されており、現在のスロットル開度をＥＣＵ４３に出力しており、アイドルスイッチ４８はスロットル弁３１の全閉信号（ＯＮ）をＥＣＵ４３に出力している。更に、アクセルペダル操作量を検出するアクセルポジションセンサ４９が設けられており、現在のアクセル開度をＥＣＵ４３に出力している。
【００２３】
また、クランク角センサ５０は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ４３に出力しており、このＥＣＵ４３は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。シリンダブロック１１にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ５１が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ４３に出力している。また、各インジェクタ３３に連通するデリバリパイプ３４には燃圧センサ５２が設けられており、検出した燃料圧力をＥＣＵ４３に出力している。
【００２４】
更に、排気管４０における触媒装置４１の上流側には、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ（Ｏ２センサ）５３が設けられており、検出した酸素濃度をＥＣＵ４３に出力している。また、排気管４０における触媒装置４２の下流側には、排気ガスの空燃比にほぼ比例する出力特性を有する空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）５４が設けられており、検出した空燃比（Ａ／Ｆ）をＥＣＵ４３に出力している。更に、車両の走行速度を検出する車速センサ５５が設けられており、検出した車速をＥＣＵ４３に出力している。
【００２５】
従って、ＥＣＵ４３は、検出した燃料圧力に基づいてこの燃料圧力が所定圧力となるように高圧ポンプ３６を駆動すると共に、検出した吸入空気量、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温、空燃比などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期などを決定し、インジェクタ３３及び点火プラグ３７を駆動して燃料噴射及び点火を実行する。
【００２６】
このとき、ＥＣＵ４３は、吸入空気量に対して空燃比が所定値（理論空燃比＝ストイキ）となるように燃料噴射量が設定されると共に、排気ガスの空燃比が理論空燃比となっているかどうかを検出し、この空燃比が理論空燃比近傍となるようにフィードバック制御している。本実施例には、ＥＣＵ４３は、空燃比センサ５４が検出した空燃比だけでなく、燃焼室１８内の混合気が燃焼することで発生するイオンの量に応じたイオン電流を検出し、この検出した電流値に基づいて検出した空燃比により空燃比制御が可能となっている。
【００２７】
空燃比センサは、ハウジング内に検出素子が装着され、この検出素子が保護カバーにより被覆されている。この検出素子は、ジルコニア固体電解質の内面に内側電極が取付けられると共に、外面に外側電極が装着され、この外側電極の外側にコーティング層が設けられている。従って、内側電極に大気を導入し、コーティング層に排気ガスを導入した状態で、内側電極と外側電極との間に一定の電圧をかけると、ジルコニア固定電解質内に酸素が流れるため、これを電流として検出することで空燃比を検出することができる。ところが、この空燃比センサは、一般に、数百度以上の活性化温度まで加熱されて活性した状態で、酸素濃度に応じた信号を出力する特性を有しているため、エンジンの冷態始動直後に、空燃比センサは活性化されておらず、空燃比を高精度にフィードバックすることができない。そのため、エンジンの冷態始動直後から空燃比センサが高温となって活性化されるまでの間は、燃焼室１８内の混合気が燃焼することで発生するイオンの量に応じたイオン電流に基づいて検出した空燃比により燃焼状態を判定している。
【００２８】
即ち、本実施例では、イグナイタ３８が一体に構成された点火プラグ３７に、燃焼後に燃焼室１８内に発生するイオンの量に基づいて空燃比が検出できるように、イオン電流検出回路５６が設けられている。イオン電流検出回路５６において、図２に示すように、点火コイル６１の一次巻線６１ａの一端がバッテリ６２の正電極に接続される一方、一次巻線６１ａの一端がイグナイタ３８内のスイッチング用トランジスタ３８ａのコレクタに接続されており、このトランジスタ３８ａのエミッタは接地され、そのベースには点火信号が印加されるように構成されている。点火コイル６１の二次巻線６１ｂの一端がダイオード６３のカソードに接続され、ダイオード６３のアノードは各気筒ごとに設けられた点火プラグ３７の中心電極３７ａに接続され、この点火プラグ３７の外側電極３７ｂは接地されている。
【００２９】
また、ダイオード６３と点火プラグ３７との間の接続線には、ダイオード６４、定電圧電源６５、イオン電流検出抵抗６６を介して接地されており、点火プラグ３７には、定電圧電源６５により点火サイクル中に一定電圧が印加されていることとなる。そして、定電圧電源６５とイオン電流検出抵抗６６との接続点は、イオン電流検出回路５６の出力（電圧信号）を与えることとなり、イオン電流検出回路５６の出力はＥＣＵ４３へと導かれている。
【００３０】
従って、まず、ＥＣＵ４３からイグナイタ３８に点火信号が入力されると、トランジスタ３８ａがオンし、点火コイル６１の一次巻線６１ａに電流が流れる。次に、点火信号の入力が終了すると、トランジスタ３８ａがオフされることにより一次電流が遮断され、点火コイル６１の二次巻線６１ｂに高電圧が誘起され、その結果、点火プラグ３７にて火花放電が起こる。即ち、点火プラグ３７の中心電極３７ａにマイナス極性の高電圧が印加されることで、中心電極３７ａと外側電極（接地電極）３７ｂとの間で火花放電が起こり、点火コイル６１の二次巻線６１ｂから、点火プラグ３７及びダイオード６３を介して二次巻線６１ｂへと一巡する電流が流れる。
【００３１】
そして、点火プラグ３７における火花放電により燃焼室１８内の混合気が着火して燃焼すると、その混合気はイオン化する。混合気がイオン化した状態にあるときには、点火プラグ３７の両電極間は導電性を有、且つ、定電圧電源６５により点火プラグ３７の両電極間には電圧が印加されているためにイオン電流が流れる。即ち、このイオン電流は、定電圧電源６５の正極からイオン電流検出抵抗６６、点火プラグ３７及びダイオード６４を介して定電圧電源６５の負極へと流れる。そして、イオン電流検出抵抗６６と定電圧電源６５との接続点には「イオン電流値×検出抵抗値」の電圧が現れ、その電圧はイオン電流検出回路５６の出力としてＥＣＵ４３に供給される。
【００３２】
なお、同一の燃焼状態にあっても、イオン電流検出回路５６の出力電圧のピーク値は、燃焼ごとに変動するが、同一の燃焼状態にあるときに、ある程度の回数の燃焼にわたりイオン電流の出力を測定してその平均値を求めると、この平均値は空燃比と一定の相関関係にある。即ち、イオン電流平均値は、圧縮上死点（ＴＤＣ）を超えた点火時期（ＭＢＴ）で最大（ピーク値）となり、また、ピーク値はリーン側の空燃比でもリッチ側の空燃比でも減少する傾向を示す。
【００３３】
また、ＥＣＵ４３は、上述したように、イオン電流検出回路５６を用いて、燃焼後に燃焼室１８内に発生するイオンの量に基づいたイオン電流から空燃比を検出することができるが、このイオン電流値は、点火プラグ３７に付着したデポジットによりその出力が低下する。そこで、本実施例の内燃機関の燃焼状態検出装置では、点火プラグ３７にデポジット付着していない正常状態にあるときに検出された基本イオン電流Ｉｂと、エンジン１０が所定の運転状態にあるときに検出された基準イオン電流Ｉｓとを比較し、イオン電流検出回路５６による検出低下度合としてのイオン電流値の低下率を検出しておき、イオン電流検出回路５６が検出したイオン電流と低下率に基づいてエンジン１０の空燃比、つまり、燃焼状態を検出するようにしている。
【００３４】
ここで、本実施例の内燃機関の燃焼状態検出装置による基準イオン電流設定制御及び燃焼状態判定制御について、図３及び図４のフローチャートに基づいて説明する。
【００３５】
まず、本実施例の内燃機関の燃焼状態検出装置による基準イオン電流設定制御において、図３に示すように、ステップＳ１にて、ＥＣＵ４３は、水温センサ５１が検出したエンジン冷却水温を読込み、このエンジン冷却水温が予め設定された所定値（暖気水温）以上であるかどうかを判定する。ここで、エンジン冷却水温が所定値以上、つまり、暖機が完了して所定値まで上昇していると判定されたら、ステップＳ２に移行する。
【００３６】
このステップＳ２にて、ＥＣＵ４３は、アイドルスイッチ４８のＯＮ／ＯＦＦ状態を読込み、このアイドルスイッチ４８がＯＮされているかどうかを判定する。ここで、アイドルスイッチ４８がＯＮ、つまり、エンジン１０がアイドル状態であると判定されたら、ステップＳ３に移行する。
【００３７】
このステップＳ３にて、ＥＣＵ４３は、車速センサ５５が検出した車速を読込み、この車速が０ｋｍ／ｈであるかどうかを判定する。ここで、車速が０ｋｍ／ｈ、つまり、車両が停止状態であると判定されたら、ステップＳ４に移行する。
【００３８】
このステップＳ４にて、ＥＣＵ４３は、エンジン１０の運転状態において、空燃比が理論空燃比（ストイキ）で、且つ、点火時期が点火基準位置（ＭＢＴ＝Minimum advance for Best Torque）で運転されているかどうかを判定する。この場合、ＥＣＵ４３は、空燃比センサ５４が検出した空燃比に基づいて判定すると共に、点火時期が暖機補正や高温時補正、ノック補正などにより進角及び遅角が行われていない点火基準位置にあるかどうかを判定する。ここで、空燃比が理論空燃比（ストイキ）で、且つ、点火時期が点火基準位置にあると判定されたら、ステップＳ５に移行する。
【００３９】
一方、ステップＳ１にて、ＥＣＵ４３が、エンジン冷却水温が所定値より低かったり、ステップＳ２にて、アイドルスイッチ４８がＯＦＦであったり、ステップＳ３にて、車速が０ｋｍ／ｈでないと判定されたときには、何もしないでこのルーチンを抜ける。また、ステップＳ４にて、ＥＣＵ４３が、空燃比が理論空燃比でなくリッチやリーン状態にあったり、点火時期が進角または遅角されていると判定されたときには、何もしないでこのルーチンを抜ける。
【００４０】
このようにエンジン１０が所定の運転状態にあるとき、ステップＳ５にて、ＥＣＵ４３は、イオン電流検出回路５６が検出したイオン電流波形を各所定サイクルだけ取り込み、これを平均してイオン電流平均波形を算出する。そして、ステップＳ６にて、この算出したイオン電流平均波形を基準イオン電流平均波形（基準イオン電流平均値）として記憶する。なお、この基準イオン電流平均波形は、点火プラグ３７の先端部に付着したデポジットの量に応じて変化するため、エンジン１０の運転状態が上述した所定の運転状態にあるときには、新たなイオン電流平均波形を検出して基準イオン電流平均波形を書き換えていく。
【００４１】
基準イオン電流設定制御により基準イオン電流平均波形が学習されると、次に、燃焼状態判定制御が実行される。本実施例の内燃機関の燃焼状態検出装置による燃焼状態判定制御において、図４に示すように、ステップＳ１１にて、基準イオン電流平均波形が学習されているかどうかを確認した後、ステップＳ１２にて、ＥＣＵ４３は、エンジン１０の運転状態が燃料カット中であるかどうかを判定し、ここで、燃料カット中でないと判定されたら、ステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３にて、ＥＣＵ４３は、エンジン１０の運転状態が空燃比フィードバック制御の開始前であるかどうかを判定し、ここで、空燃比フィードバック制御の開始前であると判定されたら、ステップＳ１４に移行する。
【００４２】
このようにステップＳ１３，Ｓ１４にて、燃料カット中でないとの判定及び空燃比フィードバック制御の開始前であるとの判定を行うことで、エンジン１０が冷態始動直後で、空燃比センサ５４が活性されておらずにまだ不活性状態にあることを判定している。つまり、エンジン１０の冷態始動直後は、空燃比センサ５４は不活性化状態にあるため、このときは、イオン電流検出回路５６が検出したイオン電流に基づいて検出した空燃比を用いて燃焼状態を判定する。一方、ステップＳ１１で、基準イオン電流平均波形が学習されていなかったり、ステップＳ１２で、燃料カット中であったり、ステップＳ１３で、空燃比フィードバック制御がすでに開始されていると判定されたときには、何もしないでこのルーチンを抜ける。
【００４３】
ステップＳ１４にて、ＥＣＵ４３は、イオン電流検出回路５６が検出したイオン電流を読込み、ステップＳ１５にて、予め記憶された基本イオン電流波形と上述のように求めた基準イオン電流平均波形とを比較することで、基本イオン電流値に対する基準イオン電流平均値の低下率（低下度合）を算出する。ここで、基本イオン電流波形とは、点火プラグ３７にデポジットが付着していない状態でイオン電流検出回路５６が検出したイオン電流波形、つまり、点火プラグ３７が正常状態にあるときに検出された基本イオン電流波形であり、予め測定してＥＣＵ４３に記憶されている。その後、ステップＳ１６にて、ＥＣＵ４３は、ステップＳ１４で読み込んだイオン電流に低下率を加味して補正することで、イオン電流補正値を算出する。
【００４４】
そして、ステップＳ１７にて、ＥＣＵ４３は、イオン電流補正値が予め設定された燃焼状態を判定するための判定値より小さいかどうかを判定する。ここで、イオン電流補正値が判定値より小さいと判定されたら、ステップＳ１８にて、エンジン１０の燃焼悪化を判定する。この場合、イオン電流補正値が判定値以上であると判定されたときには、エンジン１０の燃焼状態は良好であるため、現在の運転状態を継続する。一方、イオン電流補正値が判定値より小さいと判定されたときには、エンジン１０の燃焼状態が悪化しているため、燃料噴射量や点火時期などを補正する。
【００４５】
ここで、上述した基本イオン電流波形、基準イオン電流平均波形、低下率、イオン電流実測値、イオン電流補正値について詳細に説明する。図５に示すように、基本イオン電流値（波形）Ｉｂは、点火プラグ３７にデポジットが付着していない正常状態で検出した基本イオン電流値である。これに対して、基準イオン電流平均値（波形）Ｉｓは、エンジン１０の所定の運転状態（ストイキ＋ＭＢＴ）で検出した基準イオン電流値である。従って、低下率ｄは、ｄ＝Ｉｂ／Ｉｓにより算出される。そして、エンジン１１の冷態始動時にイオン電流実測値Ｉｍが検出されると、イオン電流補正値Ｉｒは、Ｉｒ＝Ｉｍ／ｄにより算出される。
【００４６】
このように本実施例の内燃機関の燃焼状態検出装置にあっては、燃焼室１８内の混合気が燃焼することで発生するイオンの量に応じたイオン電流を検出するイオン電流検出回路５６を設け、このイオン電流検出回路５６が検出したイオン電流に基づいてエンジン１０の燃焼状態を検出可能とし、この場合、点火プラグ３７にデポジットが付着していない正常状態にあるときに検出された基本イオン電流平均値Ｉｂと、エンジン１０が所定の運転状態（ストイキ＋ＭＢＴ）にあるときに検出された基準イオン電流平均値Ｉｓとを比較して検出低下度合としての低下率ｄを検出し、エンジン１０の冷態始動時に検出したイオン電流値Ｉｍを低下率ｄにより補正してイオン電流補正値Ｉｒを算出し、このイオン電流補正値Ｉｒを燃焼状態の判定値と比較してエンジン１０の燃焼悪化を検出するようにしている。
【００４７】
従って、正常に検出される基本イオン電流平均値Ｉｂに対して、所定の運転状態で検出される基準イオン電流平均値Ｉｓの検出率ｄを求め、実際に検出したイオン電流値Ｉｍにこの検出率ｄを考慮してエンジン１０の燃焼状態を検出することとなり、エンジン１０の運転状態の変化に拘らず、イオン電流を適正に検出して燃焼状態を高精度に検出することができる。
【００４８】
また、本実施例にあっては、基準イオン電流平均値Ｉｓを、エンジン１０の運転状態において、空燃比が理論空燃比で、且つ、点火時期が点火基準位置（ＭＢＴ）であるときに、検出されたイオン電流としている。従って、空燃比がリッチまたはリーンになるほど燃焼が不安定となるため、基準イオン電流平均値Ｉｓを理論空燃比近傍で検出することで、イオン電流を安定して検出することができる。また、基準イオン電流平均値ＩｓをＭＢＴで点火した場合、運転条件が異なってもＴＤＣ後のある時期にピーク値が検出されるため、このときのイオン電流を基準とすることで、高精度な検出が可能となる。
【００４９】
また、本実施例にあっては、エンジン１０の冷態始動時に検出したイオン電流値Ｉｍを低下率ｄにより補正してイオン電流補正値Ｉｒを算出し、このイオン電流補正値Ｉｒを燃焼状態の判定値と比較してエンジン１０の燃焼悪化を検出している。従って、イオン電流値の演算処理を簡単に行うことができる。
【００５０】
そして、上述した実施例では、空燃比センサ５４が不活性状態にあるとき、イオン電流検出回路５６が検出したイオン電流値Ｉｍを補正してイオン電流補正値Ｉｒを算出し、このイオン電流補正値Ｉｒに基づいてエンジン１０の燃焼悪化を検出したが、空燃比センサ５４が活性化してから、イオン電流検出回路５６が検出したイオン電流値Ｉｍを補正してイオン電流補正値Ｉｒを算出し、このイオン電流補正値Ｉｒに基づいてエンジン１０の燃焼悪化を検出してもよい。この場合、イオン電流の低下を、プラグデポジットの影響と、空燃比リーンや点火時期遅角の影響と切り分けることができ、この空燃比リーンや点火時期遅角などによる燃焼悪化を高精度に検出することができる。
【００５１】
なお、上述した実施例では、基本イオン電流平均値Ｉｂと基準イオン電流平均値Ｉｓとを比較して低下率ｄを検出し、イオン電流値Ｉｍを低下率ｄにより補正してイオン電流補正値Ｉｒを算出し、このイオン電流補正値Ｉｒを燃焼状態の判定値と比較してエンジン１０の燃焼悪化を検出するようにしたが、この方法に限定されるものではない。即ち、基本イオン電流平均値Ｉｂと基準イオン電流平均値Ｉｓとを比較して低下率ｄを検出し、燃焼状態の判定値を低下率ｄにより補正（判定値×低下率ｄ）して判定補正値を算出し、イオン電流値Ｉｍとこの判定補正値とを比較してエンジン１０の燃焼悪化を検出するようにしてもよい。
【００５２】
また、上述の実施例では、内燃機関を筒内噴射式エンジンに適用して説明したが、ポート噴射式エンジンに適用しても、同様の作用効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明に係る内燃機関の燃焼状態検出装置は、内燃機関の運転状態の変化に拘らず、燃焼室内の混合気が燃焼することで発生するイオンの量に応じたイオン電流を適正に検出して燃焼状態の高精度な検出を可能としたものであり、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関の燃焼状態検出装置を表す概略構成図である。
【図２】本実施例の内燃機関の燃焼状態検出装置におけるイオン電流検出回路の概略図である。
【図３】本実施例の内燃機関の燃焼状態検出装置における基準イオン電流設定制御を表すフローチャートである。
【図４】本実施例の内燃機関の燃焼状態検出装置における燃焼状態判定制御を表すフローチャートである。
【図５】本実施例の内燃機関の燃焼状態検出装置におけるイオン電流波形を表すグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
１０  エンジン
１４  ピストン
１６  クランクシャフト
１８  燃焼室
１９  吸気ポート
２０  排気ポート
２１  吸気弁
２２  排気弁
２９  吸気管
３１  スロットル弁
３２  電子スロットル装置
３３  インジェクタ
３７  点火プラグ（検出器）
３８  イグナイタ
４０  排気管
４３  電子制御ユニット、ＥＣＵ
４８  アイドルスイッチ
５０  クランク角センサ
５１  水温センサ
５４  空燃比センサ
５５  車速センサ
５６  イオン電流検出回路（検出器）
【図１】
2007138802.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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