(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室を形成するシリンダヘッドに配設する点火プラグと、
点火コイルの１次巻線側に直列に接続されたスイッチング素子を所定のデューティ比にてオン／オフ制御し、前記点火コイルの２次巻線側に高電圧を繰返し発生自在な高電圧発生手段と、
前記点火コイルの２次巻線側に接続された前記点火プラグの火花ギャップ間で放電火花発生による火炎生成の際の燃焼イオンを検出するイオン検出手段と、
前記高電圧発生手段にて前記スイッチング素子をオン／オフ制御する期間を前記内燃機関の膨張行程における前記イオン検出手段による前記燃焼イオンの検出状況に基づき設定する放電制御手段とを具備し、
前記放電制御手段は、前記イオン検出手段による前記燃焼イオンの発生タイミング及び終了タイミングまたは前記燃焼イオンの発生期間の検出状況に基づく前記燃焼イオンの発生タイミングのずれ量または終了タイミングのずれ量に応じて筒内直噴エンジンに対する噴射燃料の前記点火プラグへの到達タイミングのずれ量を求め、このずれ量に応じて燃料噴射タイミング、燃料噴射量、スワール(Swirl）開度による筒内気流速度、吸入空気量のうち少なくとも何れか１つを補正制御することを特徴とする火花点火装置。
【請求項２】
内燃機関の燃焼室を形成するシリンダヘッドに配設する点火プラグと、
点火コイルの１次巻線側に直列に接続されたスイッチング素子を所定のデューティ比にてオン／オフ制御し、前記点火コイルの２次巻線側に高電圧を繰返し発生自在な高電圧発生手段と、
前記点火コイルの２次巻線側に接続された前記点火プラグの火花ギャップ間で放電火花発生による火炎生成の際の燃焼イオンを検出するイオン検出手段と、
前記高電圧発生手段にて前記スイッチング素子をオン／オフ制御する期間を前記内燃機関の膨張行程における前記イオン検出手段による前記燃焼イオンの検出状況に基づき設定する放電制御手段とを具備し、
前記放電制御手段は、前記高電圧発生手段で前記スイッチング素子のオン／オフ制御による火花点火後に前記点火コイルの２次巻線側への高電圧を少なくとも１回以上発生させたとき、前記イオン検出手段による正常時、前記燃焼イオンが流れると予測される期間またはクランク角範囲の複数の検出区間での前記燃焼イオンの検出状況に基づき判定した燃焼安定度に応じてＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation:排気ガス再循環）量、Ａ／Ｆ（Air-Fuel Ratio：空燃比）、スワール開度による筒内気流速度、多重点火パターン、点火時期のうち少なくとも何れか１つを補正制御することを特徴とする火花点火装置。
【請求項３】
前記放電制御手段は、前記イオン検出手段による１燃焼サイクル毎の各検出区間での前記燃焼イオンの発生の有無に基づく前記燃焼イオンの発生タイミングのずれ量及び終了タイミングのずれ量のばらつきに応じて前記燃焼安定度を判定することを特徴とする請求項２に記載の火花点火装置。
【請求項４】
前記放電制御手段は、前記イオン検出手段による１燃焼サイクル毎の各検出区間内での前記燃焼イオンの発生の有無に基づく前記燃焼イオンの発生のない区間数または各検出区間内での最小燃焼イオン電流値のばらつきに応じて前記燃焼安定度を判定することを特徴とする請求項２に記載の火花点火装置。
【請求項５】
前記放電制御手段は、前記内燃機関に対する噴射燃料の前記点火プラグへの到達タイミングのずれ量の補正制御または燃焼安定化のための補正制御を前記イオン検出手段による前記燃焼イオンの発生タイミングのずれ量及び前記燃焼安定度に基づき選択し実施することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の火花点火装置。
【請求項６】
前記放電制御手段は、前記内燃機関の運転条件毎に判定値を設定、前記内燃機関の運転条件毎に補正手順を選定のうち少なくとも何れか１つを実施することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の火花点火装置。
【請求項７】
内燃機関の燃焼室を形成するシリンダヘッドに配設する点火プラグと、
点火コイルの１次巻線側に直列に接続されたスイッチング素子をオン／オフ制御し、前記点火コイルの２次巻線側に高電圧を発生する高電圧発生手段と、
前記点火コイルの２次巻線側に接続された前記点火プラグの火花ギャップ間で放電火花発生による火炎生成の際の燃焼イオンを検出するイオン検出手段と、
前記高電圧発生手段にて前記スイッチング素子をオン／オフ制御する期間を前記内燃機関の膨張行程における前記イオン検出手段による前記燃焼イオンの検出状況に基づき設定する放電制御手段とを具備し、
前記放電制御手段は、前記イオン検出手段による前記燃焼イオンの発生タイミング及び終了タイミングまたは前記燃焼イオンの発生期間の検出状況に基づく前記燃焼イオンの発生タイミングのずれ量または終了タイミングのずれ量に応じて筒内直噴エンジンに対する噴射燃料の前記点火プラグへの到達タイミングのずれ量を求め、このずれ量に応じて燃料噴射タイミング、燃料噴射量、スワール開度による筒内気流速度、吸入空気量のうち少なくとも何れか１つを補正制御することを特徴とする火花点火装置。
【請求項８】
前記放電制御手段は、前記内燃機関に対する噴射燃料の前記点火プラグへの到達タイミングのずれ量の補正制御または燃焼安定化のための補正制御を前記イオン検出手段による前記燃焼イオンの発生タイミングのずれ量及び燃焼安定度に基づき選択し実施することを特徴とする請求項７に記載の火花点火装置。
【請求項９】
前記放電制御手段は、前記内燃機関の運転条件毎に判定値を設定、前記内燃機関の運転条件毎に補正手順を選定のうち少なくとも何れか１つを実施することを特徴とする請求項７に記載の火花点火装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼室内に供給された燃料への着火性を向上する火花点火装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の１燃焼サイクル中に複数回の放電を断続して行う多重放電により、燃料への着火性を高める火花点火装置が知られている。
【０００３】
また、内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内直噴エンジンにおいては、エンジン負荷が小さなときには成層燃焼運転とするため、ピストン頂面の燃焼室形状や吸気流形成によって燃料噴射弁から噴射された噴霧の塊である可燃混合気を燃焼室内で移動させ、点火プラグの火花ギャップ周辺に可燃混合気を形成するようにしている。このような成層燃焼運転における可燃混合気では、点火プラグの火花ギャップでの可燃濃度範囲においても、そのときの運転条件により濃度ばらつきや時間ばらつきを有しており、その可燃混合気濃度により着火に必要な放電エネルギの異なることが一般的に知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃焼室内に供給される燃料に確実に点火させるため点火プラグに対して高めの放電エネルギが供給される傾向にある。また、筒内直噴エンジンにおいては不完全燃焼による点火プラグのくすぶりが懸念されるためより高い放電エネルギが供給される傾向にある。この結果、点火プラグの放電電極の寿命が短くなるという不具合があった。
【０００５】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、内燃機関の燃焼室内に供給された燃料に対して点火プラグに供給する放電エネルギを抑制しつつ確実な着火を得ることが可能な火花点火装置の提供を課題としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の火花点火装置によれば、内燃機関の膨張行程において、高電圧発生手段で点火コイルの２次巻線側に高電圧が繰返し発生され、点火プラグの火花ギャップ間に放電火花発生による火炎生成の際の燃焼イオンが存在するとイオン検出手段にて検出される。イオン検出手段による燃焼イオンの検出状況、即ち、燃料の着火の有無に基づき放電制御手段によって点火コイルの２次巻線側への高電圧を繰返し発生する期間が設定される。これにより、点火プラグに供給される放電エネルギを低く抑えつつ内燃機関の燃焼室内に供給された燃料に対する着火が確実に行われる。
また、前記放電制御手段では、筒内直噴エンジンの成層燃焼時における点火プラグへの可燃混合気の到達タイミングにイオン検出手段で検出される燃焼イオンの発生タイミングのずれ量または終了タイミングのずれ量が対応しており、このずれ量が分かることで燃料噴射タイミング、燃料噴射量、スワール開度による筒内気流速度、吸入空気量が適宜、選択的に補正制御される。これにより、製品ばらつきや経時変化等が補正され常に最適な燃焼状態を保持することができる。
【００１６】
請求項１の火花点火装置によれば、内燃機関の膨張行程において、高電圧発生手段で点火コイルの２次巻線側に高電圧が繰返し発生され、点火プラグの火花ギャップ間に放電火花発生による火炎生成の際の燃焼イオンが存在するとイオン検出手段にて検出される。イオン検出手段による燃焼イオンの検出状況、即ち、燃料の着火の有無に基づき放電制御手段によって点火コイルの２次巻線側への高電圧を繰返し発生する期間が設定される。これにより、点火プラグに供給される放電エネルギを低く抑えつつ内燃機関の燃焼室内に供給された燃料に対する着火が確実に行われる。
また、前記放電制御手段では、高電圧発生手段でスイッチング素子のオン／オフ制御による火花点火後に点火コイルの２次巻線への高電圧を少なくとも１回以上発生させたとき、イオン検出手段による正常時に燃焼イオンが流れると予測される期間またはクランク角範囲の複数の検出区間での燃焼イオンの検出状況に基づき判定された燃焼安定度に応じてＥＧＲ量、Ａ／Ｆ、スワール開度による筒内気流速度、多重点火パターン、点火時期が適宜、選択的に補正制御される。このように、１燃焼サイクル毎の燃焼ばらつきが簡単に分かり、このばらつき度合いに応じて適切に補正制御されることで最適な燃焼状態を保持することができる。
【００１７】
請求項３の火花点火装置における放電制御手段では、燃焼安定度がイオン検出手段による１燃焼サイクル毎の各検出区間での燃焼イオンの発生の有無に基づく燃焼イオンの発生タイミングのずれ量及び終了タイミングのずれ量のばらつきに応じて判定される。このように、１燃焼サイクル毎の燃焼ばらつきに基づき簡単な回路構成及び論理処理にて燃焼安定度を精度良く判定することができる。
【００１８】
請求項４の火花点火装置における放電制御手段では、燃焼安定度がイオン検出手段による１燃焼サイクル毎の各検出区間での燃焼イオンの発生のない区間数または各検出区間内での最小燃焼イオン電流値のばらつきに応じて判定される。このように、１燃焼サイクル毎の燃焼ばらつきに基づき簡単な回路構成及び論理処理にて燃焼安定度を精度良く判定することができる。
【００１９】
請求項５の火花点火装置における放電制御手段では、内燃機関に対する噴射燃料の点火プラグへの到達タイミングのずれ量の補正制御または燃焼安定化のための補正制御がイオン検出手段による燃焼イオンの発生タイミングのずれ量及び燃焼安定度にて選択される。これにより、燃焼の偏り及びばらつきのない安定した燃焼状態を保持することができる。
【００２０】
請求項６の火花点火装置における放電制御手段では、内燃機関の運転条件毎に燃焼の不安定となる要因が異なるため、運転条件毎に対応する判定値または補正手順が選定される。これにより、内燃機関の運転条件毎に安定した燃焼状態を確実に得ることができる。
【００２１】
請求項７の火花点火装置によれば、内燃機関の膨張行程において、高電圧発生手段で点火コイルの２次巻線側に高電圧が発生され、点火プラグの火花ギャップ間に放電火花発生による火炎生成の際の燃焼イオンが存在するとイオン検出手段にて検出される。イオン検出手段による燃焼イオンの検出状況、即ち、燃料の着火の有無に基づき放電制御手段によって点火コイルの２次巻線側への高電圧を発生する期間が設定される。ここで、筒内直噴エンジンの成層燃焼時における点火プラグへの可燃混合気の到達タイミングにイオン検出手段で検出される燃焼イオンの発生タイミングのずれ量または終了タイミングのずれ量が対応しており、このずれ量が分かることで燃料噴射タイミング、燃料噴射量、スワール開度による筒内気流速度、吸入空気量が適宜、選択的に放電制御手段で補正制御される。これにより、点火プラグに供給される放電エネルギを低く抑えつつ内燃機関の燃焼室内に供給された燃料に対する着火が確実に行われると共に、製品ばらつきや経時変化等が補正され常に最適な燃焼状態を保持することができる。
【００２２】
請求項８の火花点火装置における放電制御手段では、内燃機関に対する噴射燃料の点火プラグへの到達タイミングのずれ量の補正制御または燃焼安定化のための補正制御がイオン検出手段による燃焼イオンの発生タイミングのずれ量及び燃焼安定度にて選択される。これにより、燃焼の偏り及びばらつきのない安定した燃焼状態を保持することができる。
【００２３】
請求項９の火花点火装置における放電制御手段では、内燃機関の運転条件毎に燃焼の不安定となる要因が異なるため、運転条件毎に対応する判定値または補正手順が選定される。これにより、内燃機関の運転条件毎に安定した燃焼状態を確実に得ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００２８】
〈実施例１〉
図１は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる火花点火装置を示す概略構成図である。
【００２９】
図１において、図示しない内燃機関のシリンダヘッドの頭頂部には燃焼室内に向けて点火プラグ１０が配設されている。点火プラグ１０の中心電極には、点火コイル１１の２次巻線１１ｂの一端が接続されている。また、点火コイル１１の１次巻線１１ａの一端は直流電源であるバッテリ１２に接続され、点火コイル１１の１次巻線１１ａの他端は点火用パワートランジスタ１３のコレクタ側に接続されている。内燃機関の運転中において、ＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）２０からの制御信号に基づき発振器２１から所定の周波数に基づくデューティ比信号ＩＧｏがＡＮＤゲート２２の一方の入力端子側に出力されている。また、ＥＣＵ２０から点火プラグ１０の火花ギャップ間における放電火花の発生期間を設定する放電期間設定信号ＩＧｗがＡＮＤゲート２２の他方の入力端子側に出力されている。そして、ＡＮＤゲート２２の出力端子側はパワートランジスタ１３のベース側に接続されている。
【００３０】
また、点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側とバッテリ１２との間にはイオン電流検出抵抗３１が接続されており、このイオン電流検出抵抗３１の両端電圧は増幅器３２、ローパスフィルタ３３を介して比較器３４の非反転（＋）入力端子側に入力されている。なお、比較器３４の反転（−）入力端子側には基準電源３５に接続された分圧抵抗３６からの比較電圧（閾値）Ｖref が入力されている。そして、比較器３４からの出力信号である後述のイオン電流信号ＳＩION がＥＣＵ２０に入力されている。
【００３１】
ＥＣＵ２０は、周知の中央処理装置としてのＣＰＵ、制御プログラムを格納したＲＯＭ、各種データを格納するＲＡＭ、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ、入出力回路及びそれらを接続するバスライン等からなる論理演算回路として構成されている。ＥＣＵ２０には内燃機関のクランクシャフトのクランク角を検出する回転角センサ３８からの回転角信号等の各種センサ信号や発振器２１からのデューティ比信号ＩＧｏ等が入力されている。
【００３２】
次に、その動作について説明する。
【００３３】
発振器２１からのデューティ比信号ＩＧｏとＥＣＵ２０からの放電期間設定信号ＩＧｗとに基づきＡＮＤゲート２２の出力端子側からパワートランジスタ１３のベース側に出力される点火信号ＩＧｔに基づきパワートランジスタ１３がオン／オフ制御されることで、バッテリ１２から点火コイル１１の１次巻線１１ａ側を流れる１次電流Ｉ1 が通電／遮断される。ここで、点火信号ＩＧｔの立下がりによってパワートランジスタ１３がオフされ、点火コイル１１の１次巻線１１ａ側を流れる１次電流Ｉ1 が遮断されると、その１次電流Ｉ1 に対応する逆起電力が１次側に発生される。この逆起電力に誘導され、点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側に２次電流Ｉ2 が流れることとなる。この２次電流Ｉ2 により発生される点火コイル１１の１次巻線１１ａと２次巻線１１ｂとの巻数比倍である高電圧な２次電圧が点火プラグ１０に印加され、その火花ギャップ間に放電火花が発生されるのである。
【００３４】
そして、先の放電タイミングにて点火プラグ１０の火花ギャップ間に放電火花が発生され火炎が生成されていると、その火花ギャップ近傍には燃焼イオンが豊富に存在することとなる。このとき、点火プラグ１０の火花ギャップ間は導通状態となるためバッテリ１２からイオン電流検出抵抗３１、点火コイル１１の２次巻線１１ｂ、点火プラグ１０へとイオン電流ＩION が流れる。このイオン電流ＩION はイオン電流検出抵抗３１の両端電圧として増幅器３２、ローパスフィルタ３３を介して比較器３４の非反転（＋）入力端子側に入力される。このため、点火プラグ１０を流れるイオン電流ＩION の大きさに基づく電圧が比較電圧Ｖref と比較された結果が比較器３４からイオン電流信号ＳＩION として出力される。
【００３５】
したがって、点火コイル１１の２次巻線１１ｂへの高電圧の発生がないとき、即ち、ＡＮＤゲート２２からの点火信号ＩＧｔがＨｉ（Ｈｉｇｈ：高）レベルである放電停止タイミングにおいて、イオン電流検出抵抗３１の両端電圧が増幅器３２、ローパスフィルタ３３を介した出力が比較電圧Ｖref より大きいときには比較器３４からのイオン電流信号ＳＩION がＨｉレベルとなり、点火プラグ１０の火花ギャップ間に放電火花が発生し火炎が生成され燃焼イオンが存在していることが分かるのである。逆に、放電停止タイミングにおいて、比較器３４からのイオン電流信号ＳＩION がＬｏ（Ｌｏｗ：低）レベルであるときには、点火プラグ１０の火花ギャップ間に放電火花が発生していないまたは火炎が生成されていないことが分かるのである。
【００３６】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる火花点火装置で使用されているＥＣＵ２０における火花点火制御の処理手順を示す図２のフローチャートに基づき、図３を参照して説明する。ここで、図３は図２の処理に対応する各種信号等の遷移状態を示すタイムチャートである。なお、この火花点火制御ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ２０にて繰返し実行される。
【００３７】
図２において、ステップＳ１０１で、回転角センサ３８から内燃機関のクランクシャフト（図示略）の現在の回転角が読込まれる。次にステップＳ１０２に移行して、ステップＳ１０１で読込まれた回転角に基づき点火時期であるかが判定される。ステップＳ１０２の判定条件が成立せず、即ち、点火時期でないときにはステップＳ１０１に戻り同様の処理が繰返し実行される。そして、ステップＳ１０２で点火時期であると判定されるとステップＳ１０３に移行し、点火信号ＩＧｔが立上げられる。
【００３８】
つまり、ＥＣＵ２０からの制御信号による発振器２１からのデューティ比信号ＩＧｏとＥＣＵ２０からの放電期間設定信号ＩＧｗ（図３（ａ）参照）との論理積としてＡＮＤゲート２２からは、発振器２１からのデューティ比信号ＩＧｏと同じデューティ比の点火信号ＩＧｔ（図３（ｂ）参照）がパワートランジスタ１３のベース側に対して出力される。この点火信号ＩＧｔのデューティ比に基づくパワートランジスタ１３のオン／オフ制御によってバッテリ１２から点火コイル１１の１次巻線１１ａ側を流れる１次電流Ｉ1 が通電／遮断される。
【００３９】
ここで、点火コイル１１では１次巻線１１ａ側に電流が通電されると放電エネルギが蓄えられ、その１次巻線１１ａ側への電流が遮断されると２次巻線１１ｂ側に高電圧が発生される。即ち、放電期間設定信号ＩＧｗがＨｉレベルである期間において発振器２１からのデューティ比信号ＩＧｏがＨｉレベルとなると、ＡＮＤゲート２２からの点火信号ＩＧｔがＨｉレベルとなりパワートランジスタ１３がオン制御される。すると、点火コイル１１の１次巻線１１ａ側にバッテリ１２からの電流が流れ放電エネルギが蓄えられる。このとき、点火プラグ１０への高電圧の印加が休止され放電停止されることとなる。
【００４０】
一方、放電期間設定信号ＩＧｗがＨｉレベルである期間において発振器２１からのデューティ比信号ＩＧｏがＬｏレベルとなると、ＡＮＤゲート２２からの点火信号ＩＧｔもＬｏレベルとなりパワートランジスタ１３がオフ制御される。すると、点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側に高電圧が発生され点火プラグ１０の火花ギャップ間に放電エネルギ（図３（ｃ）参照）が供給され放電火花が発生されることとなる。
【００４１】
次にステップＳ１０４に移行して、発振器２１からのデューティ比信号ＩＧｏが読込まれる。次にステップＳ１０５に移行して、発振器２１からのデューティ比信号ＩＧｏがＨｉレベルであるかが判定される。ステップＳ１０５の判定条件が成立せず、即ち、ステップＳ１０４で読込まれた発振器２１からのデューティ比信号ＩＧｏがＬｏレベルであるときには点火プラグ１０への高電圧の印加による放電タイミングであるためステップＳ１０４に戻り同様の処理が繰返し実行される。ステップＳ１０５の判定条件が成立、即ち、ステップＳ１０４で読込まれた発振器２１からのデューティ比信号ＩＧｏがＨｉレベルであるときには点火プラグ１０では放電停止タイミング、つまり、イオン電流信号検出タイミング（図３（ｄ）参照）であるためステップＳ１０６に移行し、比較器３４からのイオン電流信号ＳＩION （図３（ｅ）参照）が読込まれる。
【００４２】
次に、ステップＳ１０７に移行して、イオン電流信号ＳＩION がＨｉレベルであるかが判定される。ステップＳ１０７の判定条件が成立せず、即ち、図３（ｅ）の時刻ｔ2 〜時刻ｔ4 に破線にて示すように、イオン電流信号ＳＩION が出力されておらずＬｏレベルのままであるときには、点火タイミングで点火プラグ１０に放電エネルギが供給されたにもかかわらず火花ギャップ間に放電火花が発生されず火炎が生成されなくて燃焼イオンが存在していないためステップＳ１０８に移行する。ステップＳ１０８では、新たに回転角センサ３８から現在のクランクシャフトの回転角が読込まれる。次にステップＳ１０９に移行して、ステップＳ１０８で読込まれた回転角に基づき膨張行程であるかが判定される。ステップＳ１０９の判定条件が成立、即ち、膨張行程途中であればステップＳ１０４に戻り同様の処理が繰返し実行され、点火プラグ１０の火花ギャップ間における放電火花の発生が繰返し試みられることとなる。
【００４３】
そして、ステップＳ１０７の判定条件が成立、即ち、図３（ｅ）の時刻ｔ6 〜時刻ｔ8 に示すように、イオン電流信号ＳＩION がＨｉレベルであるときには、点火プラグ１０の火花ギャップ間に放電火花が発生され火炎が生成され燃焼イオンが存在しておりイオン電流検出抵抗３１に電流が流れたとしてステップＳ１１０に移行する。ステップＳ１１０では、点火プラグ１０の火花ギャップ間に放電火花が発生され火炎が生成されたとして、図３（ｅ）の時刻ｔ7 に示すように、ＡＮＤゲート２２への放電期間設定信号ＩＧｗがＬｏレベルとされ点火信号ＩＧｔが立下げられたのち、次回の点火時期に対応するためステップＳ１０１に戻る。
【００４４】
一方、ステップＳ１０９の判定条件が成立せず、即ち、膨張行程を過ぎ排気行程となっているときにはこのまま放電火花を発生し続けても無意味であるためステップＳ１１０に移行し、ＡＮＤゲート２２への放電期間設定信号ＩＧｗがＬｏレベルとされ点火信号ＩＧｔが立下げられ、点火コイル１１からの点火プラグ１０への高電圧の印加が強制的に停止されたのち、ステップＳ１０１に戻る。なお、図示されていないが、上述したような点火コイル１１からの点火プラグ１０への高電圧の印加の強制的な停止が続くときには、点火系統または燃料系統に何らかの異常が発生しているとしてダイアグノーシス（Diagnosis:故障診断）処理による警告表示等が行われる。
【００４５】
このように、本実施例の火花点火装置は、内燃機関の燃焼室を形成するシリンダヘッド（図示略）に配設する点火プラグ１０と、点火コイル１１の１次巻線１１ａ側に直列に接続されたスイッチング素子としてのパワートランジスタ１３を所定のデューティ比にてオン／オフ制御し、点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側に高電圧を繰返し発生自在なＥＣＵ２０、発振器２１、ＡＮＤゲート２２、点火コイル１１、バッテリ１２、パワートランジスタ１３等からなる高電圧発生手段と、点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側に接続された点火プラグ１０の火花ギャップ間で放電火花発生による火炎生成の際の燃焼イオンを検出する点火プラグ１０、点火コイル１１、バッテリ１２、イオン電流検出抵抗３１、増幅器３２、ローパスフィルタ３３、比較器３４、基準電源３５、分圧抵抗３６等からなるイオン検出手段と、前記高電圧発生手段にてパワートランジスタ１３をオン／オフ制御する放電期間設定信号ＩＧｗがＨｉレベルとなる期間を内燃機関の膨張行程における前記イオン検出手段による燃焼イオンの検出状況に基づき設定するＥＣＵ２０にて達成される放電制御手段とを具備するものである。また、本実施例の火花点火装置は、前記イオン検出手段が前記高電圧発生手段による点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側への高電圧の発生がないときに燃焼イオンの検出を実施するものである。そして、本実施例の火花点火装置は、前記放電制御手段が前記イオン検出手段で燃焼イオンが検出されたときには、前記高電圧発生手段による点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側への高電圧の発生を停止するものである。
【００４６】
つまり、点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側への高電圧の発生がないとき、即ち、点火プラグ１０に放電エネルギが供給されていない放電停止タイミングにて、バッテリ１２からイオン電流検出抵抗３１を流れる電流が検出される。この際、点火プラグ１０の火花ギャップ間で放電火花発生による火炎生成があれば燃焼イオンが豊富に存在するためイオン電流検出抵抗３１を電流が流れ、その結果として比較器３４からイオン電流信号ＳＩION が出力される。このため、内燃機関の膨張行程において、イオン電流信号ＳＩION が検出されれば燃料に着火されたとして点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側への高電圧の発生が停止される。これにより、点火プラグ１０に供給する放電エネルギを低く抑えつつ内燃機関の燃焼室内に供給された燃料に対して確実に着火させることができる。
【００４７】
ところで、上述の火花点火制御ルーチンでは、ステップＳ１０７でイオン電流信号ＳＩION がＨｉレベルであると直ちにステップＳ１１０にて点火信号ＩＧｔが立下げられているが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、未だ膨張行程途中にあれば点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側への高電圧を更に発生させ、ステップＳ１０７の判定条件が成立する回数が所定回数となったときステップＳ１１０に移行するようにしてもよい。
【００４８】
このような火花点火装置は、ＥＣＵ２０にて達成される放電制御手段が点火プラグ１０、点火コイル１１、バッテリ１２、イオン電流検出抵抗３１、増幅器３２、ローパスフィルタ３３、比較器３４、基準電源３５、分圧抵抗３６等からなるイオン検出手段で燃焼イオンが検出されたのち、ＥＣＵ２０、発振器２１、ＡＮＤゲート２２、点火コイル１１、バッテリ１２、パワートランジスタ１３等からなる高電圧発生手段による点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側への高電圧を少なくとも１回以上発生するものである。つまり、内燃機関の膨張行程において、イオン電流信号ＳＩION が検出されれば燃料に着火されてはいるが、その火炎生成が内燃機関の燃焼室内の燃料全体へより確実に行き渡るよう点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側への高電圧の発生が継続される。これにより、内燃機関の燃焼室内の未燃ガスをより少なくすることができる。
【００４９】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる火花点火装置で使用されているＥＣＵ２０における火花点火制御の処理手順の変形例を示す図４のフローチャートに基づいて説明する。なお、この火花点火制御ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ２０にて繰返し実行される。また、本変形例は、上述の図２のフローチャートに対して、ステップＳ２１０が追加されているのみであるためその関連部分についてのみ詳述する。
【００５０】
図４において、ステップＳ２０９の判定条件が成立、即ち、膨張行程途中であればステップＳ２１０に移行し、発振器２１からのデューティ比信号ＩＧｏのデューティ比が変更される。つまり、ステップＳ２０７でイオン電流信号ＳＩION がＬｏレベルであるのは、点火プラグ１０の火花ギャップ間にかかる放電エネルギが不足しており、放電火花の発生から火炎の生成に至っていない可能性があるとして未だ膨張行程途中であればステップＳ２１０で放電エネルギが大きくなる方向、即ち、発振器２１からのデューティ比信号ＩＧｏのＨｉレベルである期間が長くなるようデューティ比が増加方向に変更される。そして、ステップＳ２０４に戻り、ステップＳ２０７で再度、イオン電流信号ＳＩION がＬｏレベルであればステップＳ２１０の処理が繰返され点火プラグ１０の火花ギャップ間にかかる放電エネルギが徐々に大きくされるのである。
【００５１】
このように、本変形例の火花点火装置は、ＥＣＵ２０にて達成される放電制御手段が点火プラグ１０、点火コイル１１、バッテリ１２、イオン電流検出抵抗３１、増幅器３２、ローパスフィルタ３３、比較器３４、基準電源３５、分圧抵抗３６等からなるイオン検出手段で燃焼イオンが検出されないときには、ＥＣＵ２０、発振器２１、ＡＮＤゲート２２、点火コイル１１、バッテリ１２、パワートランジスタ１３等からなる高電圧発生手段による点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側への高電圧の繰返し発生を継続するものである。また、本変形例の火花点火装置は、前記放電制御手段が前記高電圧発生手段による点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側への高電圧の発生による点火プラグ１０の火花ギャップ間にかかる放電エネルギを徐々に大きくするものである。つまり、イオン電流信号ＳＩION が検出されなければ燃料に着火されていないため、内燃機関の膨張行程において、内燃機関の燃焼室内の燃料に対する着火を行うため点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側への高電圧の繰返し発生が継続される。この際、先の放電エネルギが小さくて放電火花発生するも火炎生成に至らなかったことが考えられるため放電エネルギが徐々に大きくされる。これにより、点火プラグ１０に供給する放電エネルギを低く抑えつつ内燃機関の燃焼室内の燃料に対する着火性が向上される。
【００５２】
〈実施例２〉
本発明の実施の形態の第２実施例にかかる火花点火装置が適用された内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内直噴エンジンについて以下に説明する。なお、火花点火装置については、上述の第１実施例の概略構成図を示す図１と同様であり、その詳細な説明を省略する。
【００５３】
一般に、筒内直噴エンジンにおける低負荷・中負荷領域では、燃費低減のため点火プラグ１０の周りにのみ濃い混合気を形成するようにして点火させる成層燃焼運転が行われる。ここで、燃料の噴射開始から点火までの時間が長くなると点火時において、拡散が進行していることで混合気の末端部分では非常に薄くなっており結果的に燃え残り未燃ＨＣとして排出されることとなる。したがって、燃料が噴射されてから点火までの時間を短くすることが有効となる。そこで、繰返し点火毎のイオン電流信号ＳＩION による火炎生成の有無を検出して、燃料噴射タイミングまたは点火タイミングが制御される。
【００５４】
そこで、筒内直噴エンジンで点火プラグ１０の火花ギャップ間に放電火花を２回繰返し発生させる場合について、図５のタイムチャートを参照して説明する。なお、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す各種信号等は上述の第１実施例の図３と同様であり、その詳細な説明を省略する。
【００５５】
図５（ａ）に示すように、点火信号ＩＧｔがＨｉレベルからＬｏレベルとなる時点が、１回目の点火タイミング及び２回目の点火タイミングである。そこで、図５（ｂ）に示すように、１回目の点火タイミングまたは２回目の点火タイミングの直後から点火プラグ１０の火花ギャップ間に放電エネルギが供給されている。そして、図５（ｃ）にはイオン電流信号検出タイミングがＨｉレベルにて示されている。よって、イオン電流信号検出タイミングがＨｉレベルであり、点火プラグ１０の火花ギャップ間に放電火花が発生し火炎が生成され燃焼イオンが存在するときにはイオン電流信号ＳＩION がＨｉレベルとなる。
【００５６】
ここで、図５（ｄ）において、燃料噴射弁（図示略）から噴霧された可燃混合気を斜線領域にて示し、この可燃混合気の点火プラグ１０の火花ギャップ近傍への到達タイミングを順次▲１▼〜▲５▼に示し、これに対応して放電エネルギが供給され火花ギャップ間に放電火花が発生されたとき可燃混合気に点火可能、または既に燃焼が生じている場合を「丸白抜」記号、点火に失敗して燃焼が生じない場合を「丸黒塗」記号にて示す。
【００５７】
すると、イオン電流信号検出タイミング以前に燃焼が生じており「丸白抜」記号が付与されている場合には、図５（ｃ）に示すイオン電流信号検出タイミングのＨｉレベルのときにイオン電流信号ＳＩION が検出されることとなる。なお、図５（ａ）に示す点火タイミングに対応して図５（ｄ）に示す可燃混合気到達タイミングのうち最も望ましいのは▲３▼であると言える。
【００５８】
以下、点火タイミングに基づき燃料噴射タイミングを制御する方法について図５を参照して述べる。
【００５９】
内燃機関の機関回転数と負荷に対応して確実に着火するタイミングが存在し、通常の１回だけの点火では図５（ｄ）に示す▲２▼または▲３▼に該当する。したがって、燃料噴射タイミングを図５（ｄ）に示す▲２▼または▲３▼のときの点火タイミングを基準として徐々に遅らせる。最初は、イオン電流信号検出タイミングのＨｉレベルのときに１回目及び２回目共に燃焼を検出する。これに対して、燃料噴射タイミングを遅らせ、図５（ｄ）に示す▲４▼の点火タイミングになると１回目のイオン電流信号検出タイミングのＨｉレベルのときには燃焼を検出せず、２回目のイオン電流信号検出タイミングのＨｉレベルのときに燃焼を検出することとなる。この場合には、燃料噴射タイミングを早めるよう制御される。
【００６０】
このようにして、燃料噴射から点火までの時間の短い図５（ｄ）に示す▲３▼の点火タイミングを中心に制御されることとなる。なお、イオン電流信号検出タイミングがＨｉレベルとなる１回目及び２回目共にイオン電流信号ＳＩION が検出されなかった場合には、イオン電流信号検出回路の故障またはノイズ等による誤動作が考えられるため燃料噴射タイミングは基準の初期設定タイミングに戻される。
【００６１】
このように、本実施例の火花点火装置は、内燃機関の燃焼室を形成するシリンダヘッド（図示略）に配設する点火プラグ１０と、点火コイル１１の１次巻線１１ａ側に直列に接続されたスイッチング素子としてのパワートランジスタ１３を所定のデューティ比にてオン／オフ制御し、点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側に高電圧を繰返し発生自在なＥＣＵ２０、発振器２１、ＡＮＤゲート２２、点火コイル１１、バッテリ１２、パワートランジスタ１３等からなる高電圧発生手段と、点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側に接続された点火プラグ１０の火花ギャップ間で放電火花発生による火炎生成の際の燃焼イオンを検出する点火プラグ１０、点火コイル１１、バッテリ１２、イオン電流検出抵抗３１、増幅器３２、ローパスフィルタ３３、比較器３４、基準電源３５、分圧抵抗３６等からなるイオン検出手段と、前記高電圧発生手段にてパワートランジスタ１３をオン／オフ制御する放電期間設定信号ＩＧｗがＨｉレベルとなる期間を内燃機関の膨張行程における前記イオン検出手段による燃焼イオンの検出状況に基づき設定するＥＣＵ２０にて達成される放電制御手段とを具備するものである。
【００６２】
また、本実施例の火花点火装置は、前記イオン検出手段が前記高電圧発生手段による点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側への高電圧の発生がないときに燃焼イオンの検出を実施するものである。そして、本実施例の火花点火装置は、前記放電制御手段が前記イオン検出手段で燃焼イオンが検出されたのち、前記高電圧発生手段による点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側への高電圧を少なくとも１回以上発生するものである。更に、本実施例の火花点火装置は、筒内直噴エンジンにて、１燃焼サイクル中に前記イオン検出手段による燃焼イオンの検出を複数回実施し、燃焼イオンが所定の回数続けて検出されたときには、次の１燃焼サイクルでの燃料噴射タイミングを遅らせ、前記燃焼イオンの検出が所定の回数に満たないときには、燃料噴射タイミングを早めるかまたは初期設定タイミングに戻すものである。
【００６３】
つまり、点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側への高電圧の発生がないとき、即ち、点火プラグ１０に放電エネルギが供給されていない放電停止タイミングにて、バッテリ１２からイオン電流検出抵抗３１を流れる電流が検出される。この際、点火プラグ１０の火花ギャップ間で放電火花発生による火炎生成があれば燃焼イオンが豊富に存在するためイオン電流検出抵抗３１を電流が流れ、その結果として比較器３４からイオン電流信号が出力される。このため、筒内直噴エンジンの膨張行程において、イオン電流信号ＳＩION が検出されれば燃料に着火されてはいるが、成層燃焼運転における可燃混合気に対する火炎生成が確実に行き渡るよう点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側への高電圧の発生が継続される。これにより、筒内直噴エンジンの点火プラグ１０に供給する放電エネルギを低く抑えつつ燃料に対する着火性を向上することができる。また、イオン電流信号ＳＩION の検出状況に応じて筒内直噴エンジンにおける燃料噴射タイミングを遅らせたり、早めたり、初期設定タイミングに戻したりされることで、筒内直噴エンジンの成層燃焼運転における最適な燃料噴射タイミングに設定されることとなり可燃混合気に対する着火性を向上することができる。
【００６４】
〈実施例３〉
図６は本発明の実施の形態の第３実施例にかかる火花点火装置を示す概略構成図である。なお、本実施例の火花点火装置で上述の第１実施例の概略構成図を示す図１と同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６５】
図６において、点火コイル１１の１次巻線１１ａの一端はバッテリ１２に接続され、点火コイル１１の１次巻線１１ａの他端はスイッチング素子としての点火用パワートランジスタ１３のコレクタ側に接続されている。このパワートランジスタ１３のベース側にはＥＣＵ２０からの点火信号ＩＧｔが入力され、パワートランジスタ１３がオンとされることで、点火コイル１１の１次巻線１１ａにバッテリ１２からの１次電流Ｉ1 が通電される。
【００６６】
また、点火コイル１１の２次巻線１１ｂの一端は内燃機関に配設された点火プラグ１０の中心電極に接続されている。この点火プラグ１０及び点火コイル１１の２次巻線１１ｂと共に２次電流Ｉ2 が環流する電流路を形成するよう点火コイル１１の２次巻線１１ｂの他端は直列接続のツェナダイオード１５，１６に接続されている。ここで、ツェナダイオード１６は２次電流Ｉ2 （２次環流電流）の流れる方向に対して順方向に接続されている。なお、ツェナダイオード１５は、２次電流Ｉ2の流れる方向に対して逆方向に接続され、これに並列に接続されたイオン電流検出用電源としてのコンデンサ１７を充電するためのダイオードである。また、ツェナダイオード１６に並列にイオン電流検出抵抗３１が接続されている。
【００６７】
イオン電流検出時には、コンデンサ１７から点火コイル１１の２次巻線１１ｂ、点火プラグ１０の火花ギャップ間の順にイオン電流ＩION が流れ、このイオン電流ＩION に基づくイオン電流検出抵抗３１の端子間電圧がイオン電流信号ＳＩION として増幅器３２を介してＥＣＵ２０側に出力される。
【００６８】
ＥＣＵ２０は上述の第１実施例と同様、周知の中央処理装置としてのＣＰＵ、制御プログラムを格納したＲＯＭ、各種データを格納するＲＡＭ、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ、入出力回路及びそれらを接続するバスライン等からなる論理演算回路として構成されたマイクロコンピュータ２５に加え、増幅器３２からのイオン電流信号ＳＩION 、内燃機関のクランクシャフト（図示略）のクランク角を検出した回転角信号等の各種センサ信号をマイクロコンピュータ２５からの切替信号に基づき順次１つずつ選択し出力するマルチプレクサ２６、イオン電流信号ＳＩION を比較電圧（閾値）Ｖthにて比較すると共に不要なノイズ信号を除去する比較回路及びノイズマスク回路２７、比較回路及びノイズマスク回路２７を介して出力される信号状態を保持するラッチ回路２８、マイクロコンピュータ２５からの制御信号に基づく点火信号ＩＧｔをパワートランジスタ１３のベース側に出力する駆動回路２９等からなる。なお、ラッチ回路２８の信号状態はマイクロコンピュータ２５にて後述の燃焼イオン出力ＬＨ1 ，ＬＨ2 ，ＬＨ3 として読込（Ｄ）・リセット（Ｒ）される。
【００６９】
次に、燃焼限界判定及び制御モード設定の処理手順の具体的な説明に先立ち、燃焼イオン出力検出タイミング及び燃焼イオン出力ＬＨ1 ，ＬＨ2 ，ＬＨ3 の有無の表示について、図７及び図８を参照して説明する。ここで、図７はＡ／Ｆ（空燃比）及び点火時期に対し燃料噴射タイミングが変化するときの燃焼イオン出力検出タイミングで得られる燃焼イオン出力ＬＨ1 ，ＬＨ2 ，ＬＨ3 を示す説明図であり、図８は図７に対応する燃焼イオン出力ＬＨ1 ，ＬＨ2 ，ＬＨ3 の有無を示すテーブルである。
【００７０】
図７に示すように、燃料噴射タイミングが『進み側限界時』、『正規噴射時期』、『遅れ側限界時』と変化するとき、Ａ／Ｆの可燃範囲内で点火時期をａ，ｂ，ｃ〔°ＣＡ（クランク角）〕、これら点火時期に対応する燃焼イオン出力検出タイミングにおける燃焼イオン出力をＬＨ1 ，ＬＨ2 ，ＬＨ3 とする。まず、燃料噴射タイミングが『進み側限界時』として進み気味であると、進み側の点火時期ａ，ｂに対応する燃焼イオン出力検出タイミングでは点火プラグ１０の火花ギャップ間に火炎生成がありイオン電流が流れることで燃焼イオン出力ＬＨ1 ，ＬＨ2 は「１（有り）」となり、点火時期ｃに対応する燃焼イオン出力検出タイミングでは点火プラグ１０の火花ギャップ間に火炎生成がなくイオン電流が流れないため燃焼イオン出力ＬＨ3 は「０（なし）」となる（図８参照）。
【００７１】
次に、燃料噴射タイミングが『正規噴射時期』であると、点火時期ａ，ｂ，ｃに対応する燃焼イオン出力検出タイミングの全てで点火プラグ１０の火花ギャップ間に火炎生成がありイオン電流が流れるため燃焼イオン出力ＬＨ1 ，ＬＨ2 ，ＬＨ3 は「１（有り）」となる（図８参照）。そして、燃料噴射タイミングが『遅れ側限界時』として遅れ気味であると、遅れ側の点火時期ｂ，ｃに対応する燃焼イオン出力検出タイミングでは点火プラグ１０の火花ギャップ間に火炎生成がありイオン電流が流れることで燃焼イオン出力ＬＨ2 ，ＬＨ3 は「１（有り）」となり、点火時期ａに対応する燃焼イオン出力検出タイミングでは点火プラグ１０の火花ギャップ間に火炎生成がなくイオン電流が流れないため燃焼イオン出力ＬＨ1 は「０（なし）」となる（図８参照）。
【００７２】
次に、本発明の実施の形態の第３実施例にかかる火花点火装置で使用されているＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ２５における燃焼限界判定及び制御モード設定の処理手順を示す図９のフローチャートに基づき、図１０、図１１及び図１２を参照して説明する。ここで、図１０は本実施例の火花点火装置における多重点火による各種信号等の遷移状態を示すタイムチャートである。また、図１１は図９の処理手順で算出される検出パターンに対する燃焼イオン出力の重心ずれ量ＤＷi 値及び燃焼イオン出力なしカウント数Ｗ０i を示すテーブルである。そして、図１２は図９の処理手順で設定される制御モードをまとめて示すテーブルである。なお、この燃焼限界判定及び制御モード設定ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ２５にて繰返し実行される。
【００７３】
図９において、まず、ステップＳ３０１では１燃焼サイクル中の３つの異なるタイミングにて検出される燃焼イオン出力ＬＨ1 ，ＬＨ2 ，ＬＨ3 の有無が読込まれる（図１０参照）。なお、上述のように燃焼イオン出力が検出され即ち、燃焼イオン出力有りのときにはＬＨi ＝１（ｉ＝１，２，３）、燃焼イオンが検出されず即ち、燃焼イオン出力なしのときにはＬＨi ＝０（ｉ＝１，２，３）が読込まれる。次にステップＳ３０２に移行して、ステップＳ３０１で読込まれた燃焼イオン出力の重心ずれ量ＤＷi （ｉ＝１，２，３）、燃焼イオン出力なしカウント数Ｗ０i （ｉ＝１，２，３）が次式（１），（２）にてそれぞれ算出される。
【００７４】
【数１】
ＤＷi ＝｛（ＬＨ1 ）−（ＬＨ3 ）｝＊｛２−（ＬＨ2 ）｝  ・・・（１）
【００７５】
【数２】
Ｗ０i ＝｛１−（ＬＨ1 ）｝＋｛１−（ＬＨ2 ）｝＋｛１−（ＬＨ3 ）｝・・・（２）
【００７６】
上式（１），（２）により算出される燃焼イオン出力有無の検出パターンに対応する燃焼イオン出力の重心ずれ量ＤＷi 及び燃焼イオン出力なしカウント数Ｗ０i を図１１のテーブルに示す。このように算出された燃焼イオン出力の重心ずれ量ＤＷi 及び燃焼イオン出力なしカウント数Ｗ０i に基づき記憶値が更新される。
【００７７】
次にステップＳ３０３に移行して、燃焼イオン出力の重心ずれ量の平均値ＤＷave 、燃焼イオン出力なしカウント数の平均値Ｗ０ave 、燃焼イオン出力の重心ずれ量の分散値ＳＷが次式（３），（４），（５）にてそれぞれ算出される。ここで、燃焼状態を判定するための個数Ｎ＝２０とする。
【００７８】
【数３】
ＤＷave ＝１／Ｎ＊ΣＤＷi                               ・・・（３）
【００７９】
【数４】
Ｗ０ave ＝１／Ｎ＊ΣＷ０i                               ・・・（４）
【００８０】
【数５】
ＳＷ＝１／Ｎ＊Σ（ＤＷi −ＤＷave ）2                   ・・・（５）
【００８１】
次にステップＳ３０４に移行して、多重点火制御モードフラグＦＴigが「０」であるかが判定される。なお、多重点火制御モードフラグＦＴigは「０」に初期設定されている。ステップＳ３０４の判定条件が成立せず、即ち、多重点火制御モードフラグＦＴigが「１」にセットされており、燃焼イオン出力の重心ずれ量の平均値ＤＷave や分散値ＳＷにおける偏り及びばらつきが大きいときには各種補正制御が無理であるため火炎生成を主眼とする多重点火制御モードとされ、本ルーチンを終了する（図１２参照）。
【００８２】
上述のステップＳ３０４の判定条件が成立、即ち、多重点火制御モードフラグＦＴigが「０」であり燃焼イオン出力の重心ずれ量の平均値ＤＷave や分散値ＳＷにおける偏り及びばらつきがそれほど大きくないときには補正制御が可能であるとしてステップＳ３０５に移行し、カウンタｊが１６燃焼サイクルを越えているかが判定される。ステップＳ３０５の判定条件が成立せず、即ち、カウンタｊが１６燃焼サイクル以下と小さいときにはステップＳ３０６に移行し、カウンタｊが「１」インクリメントされたのち本ルーチンを終了する。
【００８３】
ここで、ステップＳ３０５の判定条件が成立、即ち、カウンタｊが１６燃焼サイクルを越え大きいときにはステップＳ３０７に移行し、燃焼イオン出力なしカウント数の平均値Ｗ０ave が所定値Ｃ1 を越えているかが判定される。ステップＳ３０７の判定条件が成立せず、即ち、燃焼イオン出力なしカウント数の平均値Ｗ０ave が所定値Ｃ1 以下と小さいときには燃焼イオン出力の発生状況が安定しているとしてステップＳ３０８に移行し、燃焼イオン出力なしカウント数の平均値Ｗ０ave が所定値Ｃ2 未満であるかが判定される。ステップＳ３０８の判定条件が成立せず、即ち、燃焼イオン出力なしカウント数の平均値Ｗ０ave が所定値Ｃ2 以上と大きいときには燃焼イオン出力発生の安定度が「中程度に安定」であるとしてステップＳ３０６に移行し、カウンタｊが「１」インクリメントされたのち本ルーチンを終了する。
【００８４】
上述のステップＳ３０８の判定条件が成立、即ち、燃焼イオン出力なしカウント数の平均値Ｗ０ave が所定値Ｃ2 未満と小さいときには燃焼イオン出力発生の安定度が「極めて安定」であるとしてステップＳ３０９に移行し、ＥＧＲ補正量ＤＥＧＲが０（零）より大きいかが判定される。ステップＳ３０９の判定条件が成立せず、即ち、ＥＧＲ補正量ＤＥＧＲが０でありＥＧＲ補正がなされていないときにはステップＳ３０６に移行し、カウンタｊが「１」インクリメントされたのち本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ３０９の判定条件が成立、即ち、ＥＧＲ補正量ＤＥＧＲが０より大きくＥＧＲ補正がなされているときにはステップＳ３１０に移行し、ＥＧＲ補正量ＤＥＧＲに所定ＥＧＲ量ＤＤが加算されＥＧＲ補正量ＤＥＧＲが増加される。
【００８５】
一方、ステップＳ３０７の判定条件が成立、即ち、燃焼イオン出力なしカウント数の平均値Ｗ０ave が所定値Ｃ1 を越え大きいときには燃焼イオン出力の発生状況が不安定であるとしてステップＳ３１１に移行し、燃焼イオン出力の重心ずれ量の平均値ＤＷave の絶対値が所定値Ｃ3 未満であるかが判定される。ステップＳ３１１の判定条件が成立せず、即ち、燃焼イオン出力の重心ずれ量の平均値ＤＷave の絶対値が所定値Ｃ3 以上と大きいときには偏っているとしてステップＳ３１２に移行し、燃焼イオン出力の重心ずれ量の分散値ＳＷが所定値Ｃ4 未満であるかが判定される。ステップＳ３１２の判定条件が成立せず、即ち、燃焼イオン出力の重心ずれ量の分散値ＳＷが所定値Ｃ4 以上と大きいときにはばらつきが大きく各種補正制御が無理であるとしてステップＳ３１３に移行し、多重点火制御モードフラグＦＴigが「１」にセットされ多重点火制御モードとされる。
【００８６】
ここで、ステップＳ３１２の判定条件が成立、即ち、燃焼イオン出力の重心ずれ量の分散値ＳＷが所定値Ｃ4 未満と小さいときにはばらつきが小さいとしてステップＳ３１４に移行し、燃料噴射タイミング補正量ＤＴinj の絶対値が所定値Ｇ1 を越えているかが判定される。ステップＳ３１４の判定条件が成立せず、即ち、燃料噴射タイミング補正量ＤＴinj の絶対値が所定値Ｇ1 以下と小さく補正範囲外であるときには各種補正制御が無理であるとしてステップＳ３１３に移行し、多重点火制御モードフラグＦＴigが「１」にセットされ多重点火制御モードとされる。一方、ステップＳ３１４の判定条件が成立、即ち、燃料噴射タイミング補正量ＤＴinj の絶対値が所定値Ｇ1 を越え大きく補正範囲内であるときにはステップＳ３１５に移行し、燃料噴射タイミング補正量ＤＴinj が燃焼イオン出力の重心ずれ量の平均値ＤＷave に基づく式ｆ（ＤＷave ）にて算出される（図１２参照）。
【００８７】
また、ステップＳ３１１の判定条件が成立、即ち、燃焼イオン出力の重心ずれ量の平均値ＤＷave の絶対値が所定値Ｃ3 未満と小さいときには偏っていないとしてステップＳ３１６に移行し、ＥＧＲ補正量ＤＥＧＲが所定量Ｇ2 を越えているかが判定される。ステップＳ３１６の判定条件が成立せず、即ち、ＥＧＲ補正量ＤＥＧＲが所定量Ｇ2 以下と小さく補正範囲外であるときには各種補正制御が無理であるとしてステップＳ３１７に移行し、多重点火制御モードフラグＦＴigが「１」にセットされ多重点火制御モードとされる。一方、ステップＳ３１６の判定条件が成立、即ち、ＥＧＲ補正量ＤＥＧＲが所定量Ｇ2 を越え大きく補正範囲内であるときにはステップＳ３１８に移行し、ＥＧＲ補正量ＤＥＧＲから所定ＥＧＲ量ＤＤが減算されＥＧＲ補正量ＤＥＧＲが減少される（図１２参照）。
【００８８】
上述のステップＳ３１０、ステップＳ３１３、ステップＳ３１５、ステップＳ３１７またはステップＳ３１８による処理ののちステップＳ３１９に移行し、カウンタｊが「１」にリセットされたのち本ルーチンを終了する。
【００８９】
このように、本実施例の火花点火装置は、ＥＣＵ２０にて達成される放電制御手段がＥＣＵ２０、点火コイル１１、バッテリ１２、パワートランジスタ１３等からなる高電圧発生手段でスイッチング素子としてのパワートランジスタ１３のオン／オフ制御による火花点火後の所定期間内で放電火花発生が終了する以前に再度のオン／オフ制御を実施し、この際のオン制御時の通電中に点火プラグ１０、点火コイル１１、コンデンサ１７、イオン電流検出抵抗３１、増幅器３２等からなるイオン検出手段で燃焼イオンの発生に伴うイオン電流信号ＳＩION を検出するものである。また、本実施例の火花点火装置は、前記イオン検出手段が前記高電圧発生手段でパワートランジスタ１３のオン／オフ制御によるオン制御時の通電中及びオフ制御時の通電停止中における燃焼イオンの発生の有無を比較回路及びノイズマスク回路２７等からなる同一回路を用いて検出するものである。そして、本実施例の火花点火装置は、前記放電制御手段が前記イオン検出手段による燃焼イオンの発生タイミング及び終了タイミングまたは燃焼イオンの発生期間の検出状況に基づく燃焼イオンの発生タイミングのずれ量または終了タイミングのずれ量に応じて筒内直噴エンジンに対する噴射燃料の点火プラグ１０への到達タイミングのずれ量を求め、このずれ量に応じて燃料噴射タイミングを補正制御するものである。
【００９０】
更に、本実施例の火花点火装置は、前記放電制御手段が前記高電圧発生手段でパワートランジスタ１３のオン／オフ制御による火花点火後に点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側への高電圧を少なくとも１回以上発生させたとき、前記イオン検出手段による正常時、燃焼イオンが流れると予測される期間またはクランク角範囲の複数の検出区間での燃焼イオンの検出状況に基づき判定した燃焼安定度に応じてＥＧＲ量を補正制御するものである。加えて、本実施例の火花点火装置は、前記放電制御手段が前記イオン検出手段による１燃焼サイクル毎の各検出区間での燃焼イオンの発生の有無に基づく燃焼イオンの発生タイミングのずれ量及び終了タイミングのずれ量のばらつきに応じて燃焼安定度を判定するものである。また、本実施例の火花点火装置は、前記放電制御手段が前記イオン検出手段による１燃焼サイクル毎の各検出区間内での燃焼イオンの発生の有無に基づく燃焼イオンの発生のない区間数に応じて燃焼安定度を判定するものである。そして、本実施例の火花点火装置は、前記放電制御手段が内燃機関に対する噴射燃料の点火プラグ１０への到達タイミングのずれ量の補正制御または燃焼安定化のための補正制御を前記イオン検出手段による燃焼イオンの発生タイミングのずれ量及び燃焼安定度に基づき選択し実施するものである。
【００９１】
これにより、点火プラグ１０の多重点火における点火コイル１１への通電中の点火プラグ１０の火花ギャップ間での燃焼イオンの発生の有無により燃焼状態が判定され、燃料に対する着火遅れや燃焼期間遅れが適切に補正制御されることとなり、点火プラグに供給される放電エネルギが抑制されると共に、燃料に対する確実で安定した着火性を得ることができる。
【００９２】
ところで、上記実施例の燃焼限界判定及び制御モード設定ルーチンにおける燃焼イオン出力なしカウント数の平均値Ｗ０ave と比較される安定化を判定する所定値Ｃ1 ，Ｃ2 、燃焼イオン出力の重心ずれ量の平均値ＤＷave と比較される所定値Ｃ3 、燃焼イオン出力の重心ずれ量の分散値ＳＷと比較される所定値Ｃ4 、燃料噴射タイミング補正量ＤＴinj と比較される所定値Ｇ1 、ＥＧＲ補正量ＤＥＧＲと比較される所定量Ｇ2 を内燃機関の燃料噴射タイミングまたは点火時期マップと対応させ機関回転数と負荷をパラメータとしたマップ値として予め記憶させておくこともできる。
【００９３】
また、各補正制御量を学習させマップ値として記憶させることもできる。そして、燃焼状態判定を特定の運転領域でのみ実施するようにしてもよい。更に、燃焼状態判定で過渡的に運転条件が変化したときにはカウンタｊを「０」にリセットし、データが安定したのちに判定するようにしてもよい。また、燃焼状態判定で例えば、成層燃焼運転、均質燃焼運転等の切替による制御条件変更毎にカウンタｊを「０」にリセットしてもよい。このような火花点火装置は、前記放電制御手段が内燃機関の運転条件毎に判定値を設定、内燃機関の運転条件毎に補正手順を選定のうち少なくとも何れか１つを実施するものであると言える。
【００９４】
ここで、上述の図１０のタイムチャートでは多重点火回数として４回の火花点火を実施しているが、図１３に示すように、多重点火回数を減少させ３回とし通電中における燃焼イオン出力と多重点火終了後の燃焼イオン出力とを検出するようにしてもよい。このとき、最終の燃焼イオン出力の読込（Ｄ）タイミングが例えば、ＡＴＤＣ(After Top Dead Center：上死点後）６０〔°ＣＡ〕に設定される。なお、本発明を実施する場合には、必ずしも多重点火制御との組合せに限定されるものではなく、１燃焼サイクルにおける火花点火を各１回ずつとし、複数の燃焼サイクルにおける各通電中における燃焼イオン出力の検出結果に基づき同様の判定を行い補正制御を実施するようにしてもよい。
【００９５】
また、内燃機関の機関回転数、負荷によって燃料噴射タイミングの補正制御範囲が広く取れないような条件では、燃料噴射タイミング補正に代えて、噴霧燃料の点火プラグ１０への到達タイミングのずれ補正としてＡ／Ｆ、スワールコントロールバルブ等による筒内気流速度、吸入空気量（吸気量）を補正制御するようにしてもよい。
【００９６】
更に、内燃機関の機関回転数、負荷の運転条件によっては、燃焼安定化させるためのＥＧＲ補正制御以外に、Ａ／Ｆ、吸入空気量、スワールコントロールバルブ等による筒内気流速度、多重点火パターン、点火時期を補正制御するようにしてもよい。
【００９７】
そして、燃焼の安定度を判定するには、燃焼イオン出力の重心ずれ量の分散値ＳＷに基づき判定する以外に、各燃焼サイクル毎に算出された燃焼イオン出力なしカウント数Ｗ０i 値の分散値により安定度を判定、または燃焼イオン出力の重心ずれ量の分散値ＳＷと燃焼イオン出力なしカウント数Ｗ０i 値の分散値との両方で安定度を判定しても同様に燃焼のばらつき状況が判定できるため燃焼イオン出力の重心ずれ量の分散値ＳＷに特に限定する必要はない。
【００９８】
〈実施例４〉
本発明の実施の形態の第４実施例にかかる火花点火装置で使用されているＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ２５における噴射時期及び点火時期制御の処理手順を示す図１４のブロック図に基づき、図１５を参照して説明する。ここで、図１５は本実施例の火花点火装置が適用された筒内直噴エンジンにおける燃料噴射タイミング変更時のエンジン性能を示す特性図である。なお、本実施例にかかる火花点火装置の構成は上述の第３実施例における図６の概略図と同一であるためその詳細な説明を省略する。また、本実施例の噴射時期及び点火時期制御による噴射時期補正、ずれ量の学習等は筒内直噴エンジンの各気筒毎に実行するものとする。
【００９９】
図１４において、まず、筒内直噴エンジンの運転条件による各種運転パラメータに基づき、基本噴射時期演算処理Ｓ１では基本噴射時期ＴT 、目標ずれ値演算処理Ｓ２では目標ずれ値ＴO （マップ検索）、許容ずれ値演算処理Ｓ３では許容ずれ値Ｋ2 （マップ検索）、点火時期補正処理Ｓ４では点火時期補正量ＤTiG 、基本点火時期演算処理Ｓ５では基本点火時期ＴS がそれぞれ算出される。また、イオン電流検出処理Ｓ６で検出されたイオン電流ＩION に基づき出力タイミング検出処理Ｓ７でサイクル毎の計測ずれ値ＴDiが検出される。なお、図１５に示すように、筒内直噴エンジンの運転条件毎に燃費優先か、ＮＯx （窒素酸化物）低減優先かを燃料噴射タイミングの設定値により選定するため目標タイミングが予め設定されている。
【０１００】
次に、第１の補正手段を達成するタイミングずれ補正処理Ｓ８では、目標ずれ値演算処理Ｓ２で算出された目標ずれ値ＴO 、出力タイミング検出処理Ｓ７で検出されたサイクル毎の計測ずれ値ＴDiに基づく３２サイクルの平均ずれ値ＴDLによって学習補正値ＤTGが算出される。なお、タイミングずれ補正処理Ｓ８で算出される学習補正値ＤTGは、後述の点火時期補正量検出処理Ｓ１１による点火時期補正量ＤTiG と所定値Ｋ3 との比較結果によって補正制限される。また、タイミングばらつき検出処理Ｓ９では、出力タイミング検出処理Ｓ７で算出されたサイクル毎の計測ずれ値ＴDiに基づく８サイクルのばらつき値ＴDMによるタイミングばらつきが検出される。
【０１０１】
そして、第２の補正手段を達成する許容ずれ補正処理Ｓ１０では、出力タイミング検出処理Ｓ７で検出されたサイクル毎の計測ずれ値ＴDiに基づく８サイクルの平均ずれ値ＴD と許容ずれ値演算処理Ｓ３で算出された許容ずれ値Ｋ2 との比較結果によってずれ過大分補正値ＤTSが算出される。なお、このずれ過大分補正値ＤTSが第１の補正制限手段を達成するタイミングばらつき検出処理Ｓ９によって補正制限される。また、第２の補正制限手段を達成する点火時期補正量検出処理Ｓ１１では、点火時期補正処理Ｓ４で算出された点火時期補正量ＤTiG に対しタイミングばらつき検出処理Ｓ９で検出された８サイクルのばらつき値ＴDMによるタイミングばらつきが加味され、点火時期補正量ＤTiG が検出される。更に、連動補正手段を達成する点火時期連動補正処理Ｓ１２では、タイミングばらつき検出処理Ｓ９、第３の補正制限手段を達成する点火時期補正量検出処理Ｓ１１によって点火時期補正分補正ＴiGが補正制限される。
【０１０２】
そして、噴射時期演算処理Ｓ１３では、基本噴射時期演算処理Ｓ１による基本噴射時期ＴT 、タイミングずれ補正処理Ｓ８による学習補正値ＤTG、許容ずれ補正処理Ｓ１０によるずれ過大分補正値ＤTS、点火時期連動補正処理Ｓ１２による点火時期補正量ＤTiG に制限係数Ｋ1 が乗算された点火時期補正分補正ＴiGによって実行噴射時期ＴINJ が算出される。また、点火時期演算処理Ｓ１４では、基本点火時期演算処理Ｓ５による基本点火時期ＴS 、第４の補正制限手段を達成する点火時期補正量検出処理Ｓ１１による制限係数Ｋ4 が乗算された点火時期補正量ＤTiG によって実行点火時期ＴTIG が算出される。
【０１０３】
次に、本発明の実施の形態の第４実施例にかかる火花点火装置で使用されているＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ２５における噴射時期及び点火時期制御の処理手順を示す図１６のフローチャートに基づき、図１４及び図１７を参照して説明する。ここで、図１７は図１６の処理における燃焼イオン出力検出タイミングに対応するサイクル毎の計測ずれ値ＴDiを算出するテーブルである。なお、この噴射時期及び点火時期制御ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ２５にて繰返し実行される。
【０１０４】
図１６において、まず、ステップＳ４０１で、筒内直噴エンジンの運転条件による各種運転パラメータに基づき点火時期補正量ＤTiG 、サイクル毎の計測ずれ値ＴDi（ｉ＝１〜８）が読込まれる。ここで、サイクル毎の計測ずれ値ＴDiは、図１７に示すテーブルにて算出される。なお、図１７の燃焼イオン出力検出タイミングで「丸白抜」記号は着火開始、「丸黒塗」記号は燃焼イオン出力有り、「楕円白抜」記号は点火プラグ１０部の燃料分布、「矢白抜」記号は燃料分布の動き方向をそれぞれ示す。また、図１７の燃焼イオン出力検出タイミングで得られる燃焼イオン出力ＬＨ1 ，ＬＨ2 ，ＬＨ3 は、上述の第３実施例における図１０と同様であるためその詳細な説明を省略する。
【０１０５】
次にステップＳ４０２に移行して、サイクル毎の計測ずれ値ＴDiの８サイクルのばらつき値ＴDMが、サイクル毎の計測ずれ最大値Ｍax（ＴDi）からサイクル毎の計測ずれ最小値Ｍin（ＴDi）が減算され算出される。次にステップＳ４０３に移行して、８サイクルのＴDiのばらつき値ＴDMが「３」未満であるかが判定される。ステップＳ４０３の判定条件が成立、即ち、８サイクルのＴDiのばらつき値ＴDMが「３」未満と小さいときにはステップＳ４０４に移行し、第２の補正手段を達成する許容ずれ補正処理Ｓ１０（図１４参照）による補正禁止が解除される。次にステップＳ４０５に移行して、制限係数Ｋ1 が「１」、制限係数Ｋ4 が「１」に設定される。
【０１０６】
一方、ステップＳ４０３の判定条件が成立せず、即ち、８サイクルのＴDiのばらつき値ＴDMが「３」以上と大きいときにはステップＳ４０６に移行し、第２の補正手段を達成する許容ずれ補正処理Ｓ１０（図１４参照）による補正が禁止される。次にステップＳ４０７に移行して、制限係数Ｋ1 が「０．１」、制限係数Ｋ4 が「０．５」に設定される。ステップＳ４０５またはステップＳ４０７による処理ののちステップＳ４０８に移行し、点火時期補正量ＤTiG の絶対値が所定値Ｋ3 未満であるかが判定される。ステップＳ４０８の判定条件が成立、即ち、点火時期補正量ＤTiG の絶対値が所定値Ｋ3 未満と小さいときにはステップＳ４０９に移行し、第１の補正手段を達成するタイミングずれ補正処理Ｓ８（図１４参照）による補正禁止が解除される。次にステップＳ４１０に移行して、制限係数Ｋ1 が「１」に設定される。
【０１０７】
一方、ステップＳ４０８の判定条件が成立せず、即ち、点火時期補正量ＤTiG の絶対値が所定値Ｋ3 以上と大きいときにはステップＳ４１１に移行し、第１の補正手段を達成するタイミングずれ補正処理Ｓ８（図１４参照）による補正が禁止される。次にステップＳ４１２に移行して、制限係数Ｋ1 が「０」に設定される。ステップＳ４１０またはステップＳ４１２による処理ののちステップＳ４１３に移行し、点火時期補正分補正ＴiGが、制限係数Ｋ1 に点火時期補正量ＤTiG が乗算され算出される。次にステップＳ４１４に移行して、実行噴射時期ＴINJ が基本噴射時期ＴT に学習補正値ＤTG、ずれ過大分補正値ＤTS、点火時期補正分補正ＴiGが加算され算出される。次にステップＳ４１５に移行して、実行点火時期ＴTIG が制限係数Ｋ4 に点火時期補正量ＤTiG が乗算された値に基本点火時期ＴS が加算され算出され、本ルーチンを終了する。
【０１０８】
次に、本発明の実施の形態の第３実施例にかかる火花点火装置で使用されているＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ２５における学習補正及びずれ過大分補正の処理手順を示す図１８のフローチャートに基づき、図１７、図１９及び図２０を参照して説明する。ここで、図１９は図１８における目標ずれ値ＴO を算出するマップである。また、図２０は図１８における許容ずれ値Ｋ2 を算出するマップである。なお、この学習補正及びずれ過大分補正ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ２５にて繰返し実行される。
【０１０９】
図１８において、まず、ステップＳ５０１で、筒内直噴エンジンの運転条件による各種運転パラメータに基づき図１７のテーブルによるサイクル毎の計測ずれ値ＴDi、基本噴射時期ＴT 、図１９のマップ検索による目標ずれ値ＴO 、図２０のマップ検索による許容ずれ値Ｋ2 が読込まれる。次にステップＳ５０２に移行して、補正開始タイミングであるかが判定される。ステップＳ５０２の判定条件が成立するときにはステップＳ５０３に移行し、サイクルカウンタｉが「１」にセットされる。一方、ステップＳ５０２の判定条件が成立しないときにはステップＳ５０３がスキップされる。
【０１１０】
次にステップＳ５０４に移行して、サイクルカウンタｉが「７」を越えているかが判定される。ステップＳ５０４の判定条件が成立、即ち、サイクルカウンタｉが「７」を越え、即ち、８サイクル目であるとステップＳ５０５に移行し、８サイクルの平均ずれ値ＴD がサイクル毎の計測ずれ値ＴDiの総和Σ（ＴDi）を８で除算して算出される。次にステップＳ５０６に移行して、ずれ値偏差Δが目標ずれ値ＴO からステップＳ５０５で算出された８サイクルの平均ずれ値ＴD が減算され算出される。
【０１１１】
次にステップＳ５０７に移行して、補正許可状態であるかが判定される。ステップＳ５０７の判定条件が成立するときにはステップＳ５０８に移行し、ステップＳ５０６で算出されたずれ値偏差Δが許容ずれ値Ｋ2 を越えているかが判定される。ステップＳ５０８の判定条件が成立、即ち、ずれ値偏差Δが許容ずれ値Ｋ2 を越え大きいときにはステップＳ５０９に移行し、ずれ過大分補正値ＤTSが所定値Ｋ3 に設定、サイクルカウンタｉが「１」にセットされる。一方、ステップＳ５０８の判定条件が成立せず、即ち、ずれ値偏差Δが許容ずれ値Ｋ2 以下と小さいときにはステップＳ５０９がスキップされる。
【０１１２】
次にステップＳ５１０に移行して、ずれ値偏差Δが許容ずれ値Ｋ2 未満であるかが判定される。ステップＳ５１０の判定条件が成立、即ち、ずれ値偏差Δが許容ずれ値Ｋ2 未満と小さいときにはステップＳ５１１に移行し、ずれ過大分補正値ＤTSが所定値−Ｋ3 に設定、サイクルカウンタｉが「１」にセットされる。一方、ステップＳ５０７の判定条件が成立せず、即ち、補正許可状態でないとき、またはステップＳ５１０の判定条件が成立せず、即ち、ずれ値偏差Δが許容ずれ値Ｋ2 に等しいときにはステップＳ５１２に移行し、ずれ過大分補正値ＤTSが「０」に設定される。
【０１１３】
ステップＳ５１１またはステップＳ５１２による処理ののちステップＳ５１３に移行し、学習許可状態にあるかが判定される。ステップＳ５１３の判定条件が成立するときにはステップＳ５１４に移行し、サイクルカウンタｉが「３１」を越えているかが判定される。ステップＳ５１４の判定条件が成立、即ち、サイクルカウンタｉが「３１」を越え、即ち、３２サイクル目であるとステップＳ５１５に移行し、３２サイクルの平均ずれ値ＴDLがサイクル毎の計測ずれ値ＴDiの総和Σ（ＴDi）を３２で除算して算出される。次にステップＳ５１６に移行して、学習補正値偏差ＤDTG が目標ずれ値ＴO からステップＳ５１５で算出された３２サイクルの平均ずれ値ＴDLが減算され算出される。また、サイクルカウンタｉが「１」にセットされる。
【０１１４】
次にステップＳ５１７に移行して、学習補正値ＤTGに学習補正値偏差ＤDTG が加算され学習補正値ＤTGが更新されたのち、ステップＳ５１８に移行する。ここで、ステップＳ５０４の判定条件が成立せず、即ち、サイクルカウンタｉが「７」以下と小さいとき、またはステップＳ５１３の判定条件が成立せず、即ち、学習許可状態でないとき、またはステップＳ５１４の判定条件が成立せず、即ち、サイクルカウンタｉが「３１」以下と小さいときにも、ステップＳ５１８に移行する。ステップＳ５１８では、サイクルカウンタｉが「＋１」インクリメントされ、本ルーチンを終了する。
【０１１５】
次に、本実施例の火花点火装置における噴射時期及び点火時期制御の処理結果について、図２１及び図２２を参照して説明する。ここで、図２１は図１４のタイミングずれ補正処理Ｓ８に基づく目標ずれ値に対する平均ずれ値の遷移状態を示すタイムチャートであり、図２２は図１４の許容ずれ補正処理Ｓ１０に基づく目標ずれ値に対する平均ずれ値の遷移状態を示すタイムチャートである。
【０１１６】
図２１において、サイクル毎の計測ずれ値ＴDiに基づく８サイクルの平均ずれ値ＴD 及び３２サイクルの平均ずれ値ＴDLが目標ずれ値ＴO からずれる。このとき、補正なし時では、学習許可されたのちの学習値更新の実行タイミングであっても、補正がなされないため平均ずれ値ＴD ，ＴDLが目標ずれ値ＴO から更に離れることとなる。これに対して、補正有り時では、学習許可されたのちの学習値更新の実行タイミングにて学習補正値偏差ＤDTG に基づき平均ずれ値ＴD ，ＴDLが目標ずれ値ＴO 方向に適切に補正されることとなる。
【０１１７】
また、図２２において、サイクル毎の計測ずれ値ＴDiに基づく８サイクルの平均ずれ値ＴD が目標ずれ値ＴO からずれる。このとき、補正なし時では、平均ずれ値ＴD が許容ずれ値±Ｋ2 を越えても補正されない。これに対して、補正有り時では、許容ずれ値±Ｋ2 を横切るタイミングにてずれ過大分補正値ＤTSに基づき平均ずれ値ＴD ，ＴDLが目標ずれ値ＴO 方向に適切に補正されることとなる。
【０１１８】
このように、本実施例の火花点火装置は、図示しない筒内直噴エンジンの燃焼室を形成するシリンダヘッドに配設する点火プラグ１０と、点火コイル１１の２次巻線１１ｂ側に接続された点火プラグ１０の火花ギャップ間で放電火花発生による火炎生成の際の燃焼イオンを検出する点火プラグ１０、点火コイル１１、コンデンサ１７、イオン電流検出抵抗３１、増幅器３２等からなるイオン検出手段と、前記イオン検出手段で検出された燃焼イオンの発生タイミングと筒内直噴エンジンの運転条件毎に予め設定された目標タイミングとのずれ量を算出し、このずれ量が最小となるよう燃料噴射タイミングを補正するＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ２５にて達成される第１の補正手段と、前記イオン検出手段で検出された燃焼イオンの発生タイミングが筒内直噴エンジンの運転条件毎に予め設定された許容範囲内となるよう燃料噴射タイミングを補正するＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ２５にて達成される第２の補正手段と、前記イオン検出手段で検出された燃焼イオンの発生タイミングのばらつき値が予め設定された所定値を越えるときには、前記第１の補正手段、前記第２の補正手段のうち少なくとも何れか１つによる補正を禁止するＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ２５にて達成される第１の補正制限手段と、筒内直噴エンジンの運転状態に応じて設定された点火時期を補正する際の補正量が予め設定された所定値より大きいときには、前記第１の補正手段、前記第２の補正手段のうち少なくとも何れか１つによる補正を禁止するＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ２５にて達成される第２の補正制限手段とを具備するものである。
【０１１９】
つまり、筒内直噴エンジンの点火プラグ１０によって検出される燃焼イオンの発生タイミングと、その運転条件毎に予め設定された目標タイミングとのずれ量が最小となるよう燃料噴射タイミングが補正され、また、その運転条件毎に予め設定された許容範囲内となるよう燃料噴射タイミングが補正される。これにより、点火プラグ１０による可燃範囲に噴射燃料が到達するタイミングに対して、経時変化、製品公差等によりずれが生じたときでも、このずれ量が燃焼イオンの発生タイミングにて検出され、燃料噴射タイミングが適切に補正されることでエンジン性能変化を抑制し、常にエンジン性能を最適に保持することができる。更に、製品故障等により点火プラグ部へ噴射燃料の到達タイミングずれが大き過ぎるときには、補正制限として燃料噴射タイミングの補正が禁止される。また、筒内直噴エンジンの運転状態に応じた点火時期を補正する際の補正量が大き過ぎるときには、補正制御として燃料噴射タイミングの補正が禁止される。これにより、過剰補正による不具合が防止され、燃料噴射量が少ない運転条件等ではタイミングのばらつき分を過剰補正しないようにされるため、安定した補正制御を得ることができる。
【０１２０】
また、本実施例の火花点火装置は、更に、筒内直噴エンジンの運転条件毎に燃料噴射タイミング及び点火時期を設定し、他の運転条件変化に応じて点火時期を補正する際、点火時期の補正量に応じて燃料噴射タイミングを補正するＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ２５にて達成される連動補正手段と、点火時期の補正量が予め設定された所定値より大きいときには、前記連動補正手段による燃料噴射タイミングの補正を禁止、またはその補正量を制限するＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ２５にて達成される第３の補正制限手段とを具備するものである。つまり、点火時期変更時、点火タイミングに合わせて燃料噴射タイミングが補正され、かつ燃料噴射タイミングが過剰補正されないよう適切なタイミングで点火プラグ１０部に噴射燃料が到達されることとなる。これにより、点火プラグ１０部への燃料到達と点火タイミングずれによって起こる噴射燃料の燃焼不良の発生を防止することができる。
【０１２１】
そして、本実施例の火花点火装置は、更に、燃焼イオンの発生タイミングのばらつき値を検出し、この値が予め設定された所定値を越えるときには、点火時期の補正を禁止、またはその補正量を制限するＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ２５にて達成される第４の補正制限手段を具備するものである。つまり、点火時期補正量と噴射燃料到達のばらつき値とが整合されることで、点火時期が過剰補正されることが抑制され、筒内直噴エンジンの運転状態を安定制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の実施の形態の第１実施例及び第２実施例にかかる火花点火装置を示す概略構成図である。
【図２】  図２は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる火花点火装置で使用されているＥＣＵにおける火花点火制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】  図３は図２の処理に対応する各種信号等の遷移状態を示すタイムチャートである。
【図４】  図４は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる火花点火装置で使用されているＥＣＵにおける火花点火制御の処理手順の変形例を示すフローチャートである。
【図５】  図５は本発明の実施の形態の第２実施例にかかる火花点火装置が適用された筒内直噴エンジンに対応する各種信号等の遷移状態を示すタイムチャートである。
【図６】  図６は本発明の実施の形態の第３実施例にかかる火花点火装置を示す概略構成図である。
【図７】  図７は本発明の実施の形態の第３実施例にかかる火花点火装置における燃焼イオン出力検出タイミングを示す説明図である。
【図８】  図８は図７に対応する燃焼イオン出力の有無を示すテーブルである。
【図９】  図９は本発明の実施の形態の第３実施例にかかる火花点火装置で使用されているＥＣＵ内のマイクロコンピュータにおける燃焼限界判定及び制御モード設定の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】  図１０は本発明の実施の形態の第３実施例にかかる火花点火装置における多重点火による各種信号等の遷移状態を示すタイムチャートである。
【図１１】  図１１は図９の処理手順で算出される検出パターンに対する燃焼イオン出力の重心ずれ量及び燃焼イオン出力なしカウント数を示すテーブルである。
【図１２】  図１２は図９の処理手順で設定される制御モードをまとめて示すテーブルである。
【図１３】  図１３は本発明の実施の形態の第３実施例にかかる火花点火装置で多重点火回数を減少させたときの各種信号等の遷移状態を示すタイムチャートである。
【図１４】  図１４は本発明の実施の形態の第４実施例にかかる火花点火装置で使用されているＥＣＵ内のマイクロコンピュータにおける噴射時期及び点火時期制御の処理手順を示すブロック図である。
【図１５】  図１５は本発明の実施の形態の第４実施例にかかる火花点火装置が適用された筒内直噴エンジンにおける燃料噴射タイミング変更時のエンジン性能を示す特性図である。
【図１６】  図１６は本発明の実施の形態の第４実施例にかかる火花点火装置で使用されているＥＣＵ内のマイクロコンピュータにおける噴射時期及び点火時期制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図１７】  図１７は図１６の処理における燃焼イオン出力検出タイミングに対応するサイクル毎の計測ずれ値を算出するテーブルである。
【図１８】  図１８は本発明の実施の形態の第４実施例にかかる火花点火装置で使用されているＥＣＵ内のマイクロコンピュータにおける学習補正及びずれ過大分補正の処理手順を示すフローチャートである。
【図１９】  図１９は図１８における目標ずれ値を算出するマップである。
【図２０】  図２０は図１８における許容ずれ値を算出するマップである。
【図２１】  図２１は図１４のタイミングずれ補正処理に基づく目標ずれ値に対する平均ずれ値の遷移状態を示すタイムチャートである。
【図２２】  図２２は図１４の許容ずれ補正処理に基づく目標ずれ値に対する平均ずれ値の遷移状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０    点火プラグ
１１    点火コイル
１１ａ  １次巻線
１１ｂ  ２次巻線
１２    バッテリ
１３    パワートランジスタ（スイッチング素子）
２０    ＥＣＵ（電子制御ユニット）
２１    発振器
２２    ＡＮＤゲート
３１    イオン電流検出抵抗
３２    増幅器
３３    ローパスフィルタ
３４    比較器
【図１】
0004368510.tif 000002
【図２】
0004368510.tif 000003
【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】
0004368510.tif 000008
【図８】
0004368510.tif 000009
【図９】
0004368510.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0004368510.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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