JP2009162175A - 内燃機関の燃焼状態検出装置および燃焼状態検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】くすぶり及びプレイグニッション発生の検出を確実に行う。
【解決手段】点火プラグ１００により燃料を点火する点火手段２００と、点火手段の動作を制御する点火制御手段３０１と、発生するイオン電流を検出するイオン電流検出手段４０と、イオン電流の検出区間を設定するイオン電流検出区間設定手段３０６と、設定される検出区間内においてプレイグニッションを検出するプレイグニッション検出手段３０７と、くすぶりによるリーク電流の検出区間を設定するリーク電流検出区間設定手段３０４と、設定される検出区間内においてイオン電流検出手段４０で検出される電流に基づいてくすぶりを判定するリーク電流判定手段３０５を備え、点火制御手段は、非燃焼行程点火制御手段３０２を含み、リーク電流検出区間設定手段が設定するリーク電流検出区間は、非燃焼行程内に設定されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関の燃焼状態検出装置に係わり、詳しくは、点火プラグのくすぶりおよびプレイグニッション発生の有無を確実に検出できる内燃機関の燃焼状態検出装置に関するものである。

内燃機関の運転において、気筒内の混合ガス（混合気燃料）が不完全燃焼するときに発生するカーボンデポジットが点火プラグの発火部ガイシ表面に付着すると、点火プラグ電極間の絶遠抵抗値が低下して火花が飛び難くなる。
この現象は、一般的に点火プラグの「くすぶり汚損」として知られている。
なお、点火プラグ電極間の絶遠抵抗値が低下して点火プラグ電極間に漏洩電流（以下、リーク電流と称す）が発生することを「くすぶり」と呼ぶ。
また、燃焼室内の燃焼に伴って燃焼室内の混合ガスの分子は電離（イオン化）し、電離状態にある燃焼室内に点火プラグを通じて電圧を印加すると微小な電流が流れるが、この微小な電流をイオン電流と呼ぶ。
従来から、「火花点火式の内燃機関において、点火プラグを用いて点火した後に燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、検出したイオン電流の大きさやイオン電流が発生している時間などから、ノッキングや燃焼限界などの内燃機関の運転状態を検出し、その検出結果に基づいて点火時期を調整したり燃料噴射量を補正すること」が知られている。
このような点火プラグを使用したイオン電流の検出方法では、点火プラグに異常がなければ、点火毎にイオン電流を検出することができる。

ところが、点火プラグのくすぶり汚損が進行すると、点火プラグの絶遠抵抗値が著しく低下して点火プラグ電極間にリーク電流が増加する。
そのため、失火によりイオン電流が発生していない場合でも、リーク電流をイオン電流として誤検出し、失火を検出できない可能性がある。
なお、一般に、カーボンデポジット汚損は、「点火プラグ温度が低い時の低回転・低負荷領域で発生し、点火プラグが高温になると、点火プラグの発火部ガイシ表面に付着しているカーボンデポジットが焼き切られる」という自己清浄のあることが知られている。
そのため、カーボンデポジット汚損によるくすぶりの度合いを回復させるには、点火プラグの温度上昇を促進させることが効果的である。

また、内燃機関の運転において、点火プラグあるいは気筒内に付着したカーボンデポジットが有する残留熱がホットスポットとなり、圧縮行程の途中に混合ガスが自然着火してしまう現象がある。
この現象はプレイグニッションと称されるが、プレイグニッションは内燃機関の出力の激減あるいは回転の不調をもたらすだけでなく、最悪の場合は内燃機関を損傷してしまう場合もある。

図７は、例えば特許第３１７６２９１号公報（特許文献１）に示された従来のプレイグニッション検出方法における課題を説明するための図であり、プレイグニッション発生時のイオン電流とリーク電流の関係を示している。
図７（ａ）は、点火プラグの放電により混合ガスが正常に着火した場合を示しており、まず、点火信号の立ち上がり時およびたち下がり時にインパルスが発生し、その後に点火プラグの放電によるノイズが発生し、更にその後にイオン電流（燃焼イオン電流）が発生する。
図７（ｂ）は、プレイグニッションが発生してイオン電流が流れる場合であって、点火信号の立ち下がり時に発生するパルスの幅が広くなる。
図７（ｃ）は、点火プラグにくすぶりが発生した場合であって、点火信号の立ち上がりとともに２次回路にリーク電流が流れるだけでなく、点火プラグの放電後にも２次回路にリーク電流が流れる。
図７（ｄ）は、点火プラグにくすぶりが発生し、かつプレイグニッションが発生した場合であって、点火信号の立ち上がり時に発生するパルスと立ち下がり時に発生するパルスとが連なってしまい、プレイグニッションにより生じたパルスを識別することが不可能となる。

図８は、前記特許公報１に示された従来のプレイグニッション検出方法を説明するための図である。
点火装置からパルス状の点火信号が出力されてから第１の所定時間ｔｓ（ｔｓ：くすぶり判定期間）経過後および第１の所定時間ｔｓより長い第２の所定時間ｔｐ（ｔｐ：プレイグニッション等による燃焼イオン有無の判定期間）経過後の２時点で、検出抵抗の両端に発生する電圧をくすぶり検出時電圧Ｖ（ｔｓ）およびプレイグニッション検出時電圧Ｖ（ｔｐ）としてマイクロコンピュータに読み込む。
そして、くすぶり検出時電圧Ｖ（ｔｓ）が所定の閾値電圧以上であるときはには点火プセグにくすぶりが発生しており、誤判定の恐れがあるものとしてプレイグニッションが発生しているか否かの判定を中止する。
逆に、くすぶり検出時電圧Ｖ（ｔｓ）が所定の閾値電圧以下であれば点火プラグにくすぶりはなく、誤判定の恐れはないものとしてプレイグニッション検出時電圧Ｖ（ｔｐ）に基づいてプレイグニッションが発生しているか否かを判定する。
なお、図８に示すように、リーク電流は点火通電開始タイミングから発生し、くすぶりの程度がひどくなると、リーク電流の発生期間はどんどん延びる。
また、プレイグニッションによるイオン電流は、通電終了タイミングから、プレイグニッションの程度に応じて発生期間はどんどん前に延びる。

図９は、従来のイオン電流検出装置の構成と動作を説明するための図である。
図において、１００は点火プラグ、１００ａは燃焼室内に発生するイオン電流、１００ｂは混合ガスが不完全燃焼するときに点火プラグ１００の電極間に発生するカーボンデポジットで形成される抵抗（くすぶり抵抗）である。リーク電流はくすぶり抵抗１００ｂを流れる。
２０１は点火装置、２０は点火コイル、２０ａは点火コイル２０の１次コイル、２０ｂは二次コイル、３０はトランジスタ、４１はイオン電流検出装置である。
イオン電流検出装置４１において、４２はコンデンサ、４３はダイオード、４４はツェナーダイオード、４５はイオン電流整形回路である。
点火プラグ１００は、燃焼室内に設けられており、点火コイル２０の二次コイル２０ｂの負極側に接続されている。１次コイル２０ａは、正極側が電源に接続され、負極側が電流スイッチング用のトランジスタ３０のコレクタに接続されている。
トランジスタ３０のエミッタはアースに接続され、ベースは燃焼を制御するＥＣＵ（制御装置）３０１に接続されている。

イオン電流検出装置４１は、二次コイル２０ｂの正極側に接続されたコンデンサ４２、コンデンサ４２の低電位側とアースの間に接続されたダイオード４３、コンデンサ４２に充電される電圧を決定するツェナーダイオード４４およびイオン電流整形回路４５で構成されている。
なお、イオン電流検出装置４１は、コンデンサ４２、ダイオード４３およびツェナーダイオード４４で構成されており、コンデンサ４２に蓄えられた電荷によりイオン電流を検出する。
また、イオン電流整形回路４５は、イオン電流検出装置４１で検出されるイオン電流を電圧に変換し、電圧変換された信号のノイズ成分を濾波して波形整形する。

図１０は、プレイグニッション検出時のイオン電流とくすぶりによるリーク電流の関係のワーストケースを示す図である。
図１０（ａ）は点火信号を、また、図１０（ｂ）は点火コイル２０の二次コイル２０ｂに発生する二次電圧を示している。
図９に示したトランジスタ３０のベースに点火信号が印加され、一次コイル２０ａに電流が流れた瞬間に二次コイル２０ｂには数ｋＶ（例えば、１ｋＶ程度）の誘導電圧が発生し、その後コンデンサ４２に充電される電圧でツェナーダイオード４４の電圧値（ここでは、１４０Ｖ）が決まる。
図１０（ｃ）は、軽度のくすぶり発生によるリーク電流を示しており、軽度のくすぶり発生の場合は、図７（ｃ）に示した状態とは異なり、点火信号期間の途中でリーク電流はなくなる。
従って、軽度のくすぶり発生の場合は、リーク電流は点火信号期間前半の短い期間でしか検出することができない。
図１０（ｄ）は、プレイグニッション発生時のイオン電流を示しており、図７（ｂ）の場合よりも更に暴走したプレイグニッション発生時を示している。
図１０（ｅ）は、内燃機関の圧縮行程区間と膨張行程区間を示している。

図１１は、従来のイオン電流検出装置を用いた内燃機関の燃焼状態検出装置の構成を概念的に示す図である。
図において、１００は点火プラグ、２０１は内燃機関の運転に際し、燃焼を行うために取り込んだ混合気燃料に点火プラグ１００により点火を行う点火装置である。
３１１は点火装置２０１の動作を制御するための制御信号を発生する点火制御装置である。
３０３はＡ／Ｄ変換装置であって、図９のイオン電流検出装置４１で検出されるイオン電流あるいはリーク電流をデジタル信号に変換する。
３１４は点火プラグくすぶりの検出区間を設定するリーク電流検出区間設定装置、３１５はリーク電流検出区間設定装置３１４により設定される検出区間内において検出される電流に基づき点火プラグのくすぶりの有無を判定するリーク電流判定装置、３１６はイオン電流の検出区間を設定するイオン電流検出区間設定装置、３１７はイオン電流検出区間設定装置３１６により設定される検出区間内のイオン電流に基づきプレイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象を検出するプレイグニッション検出装置である。
なお、３０１は制御装置であるＥＣＵである。

図１２は、上述した従来の内燃機関の燃焼状態検出装置におけるくすぶり判定とプレイグニッション判定のタイミングを説明するための図である。
図１２あるいは図８に示すように、従来では、点火信号期間の前半でくすぶり判定を行い、同一の点火信号期間内の後半でプレイグニッションの判定を行っている。
即ち、リーク電流検出区間設定装置３１４は、点火信号期間の前半にリーク電流の検出区間を設定し、イオン電流検出区間設定装置３１６は、同一の点火信号期間の後半にプレイグニッションの検出を行う区間を設定している。
なお、図において、“Ａ”はくすぶり判定のためのリーク電流検出区間、“Ｂ”はプレイグニッション判定のためのイオン電流検出区間を示している。
特許第３１７６２９１号公報（図２、図３） 特開平７−２１７５１９号公報（図１、図２０）

従来の内燃機関の燃焼状態検出装置では、点火信号期間の前半でくすぶり判定（即ち、リーク電流の有無の判定）を行い、同一の点火信号期間内の後半でプレイグニッションの判定を行っている。
しかしながら、リーク電流は、点火通電開始タイミングから発生し、くすぶりの程度がひどくなると、リーク電流の発生期間はどんどん延びる。
また、プレイグニッションによるイオン電流は、通電終了タイミングから、プレイグニッションの程度に応じて発生期間はどんどん前に延びる。
そのため、くすぶりによるリーク電流の発生期間とプレイグニッションなどによる燃焼イオン電流の発生期間とが重複する可能性があり、この場合は、くすぶり発生検出およびプレイグニッション発生検出の両方の検出を確実に行うことができなかった。
また、くすぶり判定のためのリーク電流検出区間およびプレイグニッション判定のためのイオン電流検出区間を広く設定できないので、判定精度を上げることが困難であった。

この発明は、上述のように問題点を解決するためになされたもので、くすぶり発生検出およびプレイグニッション発生検出の両方の検出を確実に行うことができると共に、判定精度も向上できる内燃機関の燃焼状態検出装置あるいは燃焼状態検出方法を提供することを目的とする。

この発明に係る内燃機関の燃焼状態検出装置は、点火プラグにより燃焼室内に吸気した混合気燃料を点火する点火手段と、前記点火手段の動作を制御するための制御信号を発生する点火制御手段と、前記混合気燃料の燃焼の際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、前記イオン電流検出手段により検出されるイオン電流の検出区間を設定するイオン電流検出区間設定手段と、前記イオン電流検出区間設定手段により設定される検出区間内において検出されるイオン電流に基づいてプレイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象を検出するプレイグニッション検出手段と、前記点火プラグのくすぶりによるリーク電流の検出区間を設定するリーク電流検出区間設定手段と、前記リーク電流検出区間設定手段により設定される検出区間内において前記イオン電流検出手段で検出される電流に基づいて点火プラグのくすぶりの有無を判定するリーク電流判定手段を備える内燃機関の燃焼状態検出装置であって、
前記点火制御手段は、前記混合気燃料の非燃焼行程において前記点火プラグを点火させる非燃焼行程点火制御手段を含み、前記リーク電流検出区間設定手段が設定するリーク電流検出区間は、前記非燃焼行程内に設定されているものである。

また、この発明に係る内燃機関の燃焼状態検出方法は、点火プラグにより燃焼室内に吸気した混合気燃料を点火する点火ステップと、前記点火ステップでの動作を制御するための制御信号を発生する点火制御ステップと、前記混合気燃料の燃焼の際に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出ステップと、前記イオン電流検出ステップで検出されるイオン電流の検出区間を設定するイオン電流検出区間設定ステップと、前記イオン電流検出区間設定ステップで設定される検出区間内において検出されるイオン電流に基づいてプレイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象を検出するプレイグニッション検出ステップと、前記点火プラグのくすぶりによるリーク電流の検出区間を設定するリーク電流検出区間設定ステップと、前記リーク電流検出区間設定ステップにより設定される検出区間内において前記イオン電流検出ステップで検出される電流に基づいて点火プラグのくすぶりの有無を判定するリーク電流判定ステップを備える内燃機関の燃焼状態検出方法であって、
前記点火制御ステップは、前記混合気燃料の非燃焼行程において前記点火プラグを点火させる非燃焼行程点火制御ステップを含み、前記リーク電流検出区間設定ステップで設定するリーク電流検出区間は、前記非燃焼行程内に設定されているものである。

本発明によれば、リーク電流検出区間をイオン電流検出区間とは異なる非燃焼行程内に設定するので、くすぶり発生検出およびプレイグニッション発生検出の両方の検出を確実に行うことができる。
また、リーク電流検出区間およびイオン電流検出区間を広く設定できるので、くすぶり判定およびプレイグニッション判定の精度を向上することができる。

以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態例について説明する。
なお、各図間において、同一符号は、同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による内燃機関の燃焼状態検出装置の構成を示す図である。
図において、１００は点火プラグ、２００は内燃機関の運転に際し点火プラグ１００を点火して燃焼室内に取り込んだ混合気燃料を燃焼させる点火装置（点火手段）である。
また、３００は点火装置２００を除く本実施の形態による燃焼状態検出装置を制御するＥＣＵである。
３０１は点火装置２００の動作を制御するための制御信号を発生する点火制御装置（点火制御手段）であ。
３０２は点火制御装置（点火制御手段）３０１内に設けられ、混合気燃料の非燃焼行程において点火プラグ１００をさせる非燃焼行程点火制御装置（非燃焼行程点火制御手段）
である。
３０３はＡ／Ｄ変換装置（Ａ／Ｄ変換手段）であって、後述するイオン電流検出装置（イオン電流検出手段）４０で検出されるイオン電流あるいはリーク電流をデジタル値信号に変換する。

３０４は点火プラグくすぶりの検出区間を設定するリーク電流検出区間設定装置（リーク電流検出区間設定手段）、３０５はリーク電流検出区間設定装置３０４により設定される検出区間内において検出される電流に基づき点火プラグのくすぶりの有無を判定するリーク電流判定装置（リーク電流判定手段）、３０６はイオン電流の検出区間を設定するイオン電流検出区間設定装置（イオン電流検出区間設定手段）、３０７はイオン電流検出区間設定装置３０６により設定される検出区間内のイオン電流に基づきプレイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象を検出するプレイグニッション検出装置（プレイグニッション検出手段）である。
なお、プレイグニッション検出閾値設定装置（プレイグニッション検出閾値設定手段）３０８については後述する。

図２は、本実施の形態におけるイオン電流検出装置（イオン電流検出手段）の構成と動作を説明するための図である。
図において、１００は点火プラグ、１００ａは燃焼室内に発生するイオン電流、１００ｂは混合ガスが不完全燃焼するときに点火プラグ１００の電極間に発生するカーボンデポジットで形成される抵抗（くすぶり抵抗）である。リーク電流はくすぶり抵抗１００ｂを流れる。
２００は点火装置（点火手段）、２０は点火コイル、２０ａは点火コイル２０の１次コイル、２０ｂは二次コイル、３０はトランジスタ、４０はイオン電流検出装置（手段）である。
イオン電流検出装置（イオン電流検出手段）４０において、４３はダイオード、４５はイオン電流整形回路である。
なお、本実施の形態におけるイオン電流検出装置（手段）４０は、基本的な機能や動作は前掲の図９に示した従来のイオン電流検出装置４１と同じであるが、構成が簡略化されている。

点火プラグ１００は燃焼室内に設けられており、点火プラグ１００は点火コイル２０の二次コイル２０ｂの負極側に接続されている。
また、１次コイル２０ａは、正極側が電源に接続され、負極側が電流スイッチング用のトランジスタ３０のコレクタに接続されている。
トランジスタ３０のエミッタはアースに接続され、ベースは燃焼を制御するＥＣＵ３００に接続されている。
本実施の形態では、気筒内の混合気燃料を圧縮して燃焼させる燃焼行程中に点火プラグ１００を点火させると共に、燃焼終了はイオン電流発生の有無で判断して、非燃焼行程中（例えば、排気から吸気の期間中もしくは燃焼終了後の膨張行程後半）にも点火プラグ１００を点火させる。
即ち、点火装置（点火手段）２００は、燃焼行程中に点火プラグ１００を点火させる第１の点火信号と非燃焼行程中に点火プラグ１００を点火させる第２の点火信号を発生する。（後述する図３参照）

イオン電流検出装置（イオン電流検出手段）４０は、二次コイル２０ｂの正極側に接続されたダイオード４３およびイオン電流整形回路（イオン電流整形手段）４５で構成されており、前記第１の点火信号に基づいて点火プラグ１００が点火して混合気燃料が燃焼するときに発生するイオン電流１００ａを検出する。
なお、イオン電流整形回路（イオン電流整形手段）４５は、イオン電流検出装置（イオン電流検出手段）４０で検出されるイオン電流を電圧に変換し、電圧変換された信号のノイズ成分を濾波して波形整形する。
更に、イオン電流検出装置（イオン電流検出手段）４０は、前記第２の点火信号に基づいて点火プラグ１００が点火した際に、カーボンデポジットで形成されている抵抗（くすぶり抵抗）１００ｂに流れるリーク電流も検出する。

ここで、本実施の形態による内燃機関の燃焼状態検出装置の各構成について、図１を参照しながら説明する。
点火装置（点火手段）２００は、前述した第１の点火信号および第２の点火信号に基づいて点火プラグ１００を点火する。
点火プラグ１００が第１の点火信号により点火された場合は、燃焼室内に吸気した混合気燃料は燃焼する。
しかし、点火プラグ１００が第２の点火信号により点火された場合は、非燃焼行程中であるので、燃焼室内には混合気燃料は存在せず、混合気燃料の燃焼は発生しない。
点火制御装置（点火制御手段）３０１は、点火装置（点火手段）２００の動作を制御するための制御信号を発生するものであり、混合気燃料の非燃焼行程において点火プラグ１００を点火させる非燃焼行程点火制御装置（非燃焼行程点火制御手段）３０２を含んでいる。
点火装置（点火手段）２００内に設けられているイオン電流検出装置（イオン電流検出手段）４０は、第１の点火信号により点火された混合気燃料の燃焼の際に発生するイオン電流を検出する。

イオン電流検出区間設定装置（イオン電流検出区間設定手段）３０６は、イオン電流検出装置（イオン電流検出手段）４０により検出されるイオン電流の検出区間を設定する。
プレイグニッション検出装置（プレイグニッション検出手段）３０７は、イオン電流検出区間設定装置（イオン電流検出区間設定手段）３０６により設定される検出区間内において検出されるイオン電流に基づいてプレイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象（例えば、イオン電流発生のタイミングが早くなるなどの現象）を検出する。
リーク電流検出区間設定装置（リーク電流検出区間設定手段）３０４は、点火制御装置装置（点火制御手段）３０１内に設けられている非燃焼行程点火制御装置（非燃焼行程点火制御手段）３０２によって、点火プラグ１００のくすぶりによるリーク電流の検出区間を設定する。
リーク電流判定装置（リーク電流判定手段）３０５は、リーク電流検出区間設定装置３０４により設定される検出区間内においてイオン電流検出装置（イオン電流検出手段）４０で検出される電流に基づいて点火プラグ１００のくすぶりの有無を判定する。
そして、本実施の形態では、リーク電流検出区間設定装置（リーク電流検出区間設定手段）３０４が設定するリーク電流検出区間は、非燃焼行程内に設定されていることを特徴とする。

図３は、本実施の形態による内燃機関の燃焼状態検出装置におけるくすぶり判定とプレイグニッション判定のタイミングを説明するための図である。
図に示すように、本実施の形態では、燃焼行程中に点火プラグ１００を点火させる第１の点火信号に対応する区間でプレイグニッションの判定を行い、非燃焼行程中に点火プラグ１００を点火させる第２の点火信号に対応する区間でくすぶり判定（即ち、リーク電流の有無の判定）を行う。
このように、プレイグニッション判定とくすぶり判定は、別々の判定区間で行うので、くすぶり判定の区間ではくすぶりのみの判定を行えばよく、くすぶり判定区間を従来より広く設定できる。
同様に、プレイグニッション判定の区間ではプレイグニッションのみの判定を行えばよく、プレイグニッション判定区間を従来より広く設定できる。
従って、くすぶり発生検出およびプレイグニッション発生検出の両方の検出を確実に行うことができる。
また、リーク電流検出区間およびイオン電流検出区間を広く設定できるので、くすぶり判定およびプレイグニッション判定の精度を向上することができる。
なお、図において、“Ａ”はくすぶり判定のためのリーク電流検出区間、“Ｂ”はプレイグニッション判定のためのイオン電流検出区間を示している。

以上説明したように、本実施の形態による内燃機関の燃焼状態検出装置は、点火プラグ１００により燃焼室内に吸気した混合気燃料を点火する点火手段２００と、点火手段２００の動作を制御するための制御信号を発生する点火制御手段３０１と、混合気燃料の燃焼の際に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出手段４０と、イオン電流検出手段４０により検出されるイオン電流の検出区間を設定するイオン電流検出区間設定手段３０６と、イオン電流検出区間設定手段３０６により設定される検出区間内において検出されるイオン電流に基づいてプレイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象を検出するプレイグニッション検出手段３０７と、点火プラグ１００のくすぶりによるリーク電流の検出区間を設定するリーク電流検出区間設定手段３０４と、リーク電流検出区間設定手段３０４により設定される検出区間内においてイオン電流検出手段４０で検出される電流に基づいて点火プラグ１００のくすぶりの有無を判定するリーク電流判定手段３０５を備える内燃機関の燃焼状態検出装置であって、点火制御手段３０１は、混合気燃料の非燃焼行程において点火プラグ１００を点火させる非燃焼行程点火制御手段３０２を含み、リーク電流検出区間設定手段３０４が設定するリーク電流検出区間は、非燃焼行程内に設定されている。
従って、本実施の形態によれば、リーク電流検出区間をイオン電流検出区間とは異なる非燃焼行程内に設定するので、くすぶり発生検出およびプレイグニッション発生検出の両方の検出を確実に行うことができる。更に、リーク電流検出区間およびイオン電流検出区間を広く設定できるので、くすぶり判定およびプレイグニッション判定の精度を向上することができる。

また、本実施の形態による内燃機関の燃焼状態検出装置のプレイグニッション検出手段３０７は、リーク電流判定手段３０５によって点火くすぶり有りと判定された場合に、プレイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象の検出を禁止する。
従って、より判定の精度を向上することができる。

また、本実施の形態による内燃機関の燃焼状態検出装置の非燃焼行程点火制御手段３０２で設定される点火通電期間は、リーク電流判定に必要最小限のリーク電流検出区間に設定する。
例えば、絶遠破壊電圧を出すための点火通電期間が３ｍｓ、リーク電流の判定に必要な期間が１ｍｓとすると、点火通電期間を１ｍｓに設定するか、もしくは、３ｍｓ中の前半１ｍｓ区間のみをリーク電流検出区間としてもよい。
従って、非燃焼期間の点火通電期間が短くなるので、無駄なエネルギーを消費せず、非燃焼行程ではあるが、万が一の燃焼を引き起こす可能性を下げることができる。

また、本実施の形態による内燃機関の燃焼状態検出装置のリーク電流検出区間設定手段３０４は、点火手段２００の点火コイルの二次コイルに二次高電圧が発生している点火通電初期期間をリーク電流検出区間に設定する。
コイルの誘導電圧は１ｋＶ程度と大きいので、軽度のくすぶりでもくすぶり抵抗１００ｂに電流（即ち、リーク電流）が流れ、これを検出することができる。
従って、軽度のくすぶりを検出することができる。

実施の形態２．
実施の形態２による内燃機関の燃焼状態検出装置のプレイグニッション検出装置（プレイグニッション検出手段）３０７は、リーク電流検出区間設定装置（リーク電流検出区間設定手段）３０４により設定される検出区間内においてイオン電流検出装置（イオン電流検出手段）４０で検出される電流に基づいて、イオン電流検出区間設定装置（イオン電流検出区間設定手段）３０６により設定される検出区間内のイオンに対するプレイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象を検出する閾値を設定するプレイグニッション検出閾値設定手段３０８を含むことを特徴とする。
本実施の形態では、このようにプレイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象を検出する閾値を設定するので、くすぶりによるリーク電流の影響分を差し引いて、プレイグニッション発生によるイオン電流を検出できる。
従って、後述する図４（ｄ）の状態のように、くすぶりとプレイグニッションの発生があった場合でも、プレイグニッションの発生を精度よく検出できる。

また、プレイグニッション検出閾値設定装置３０８は、リーク電流検出区間設定装置３０４により設定される検出区間内でイオン電流検出装置４０により検出される電流値を記憶し、記憶された電流値に所定の余裕度を設けた値にイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象を検出する閾値を設定する。
この場合、記憶するデータ量（電流値）が多いで、判定精度はよい。
また、プレイグニッション検出閾値設定装置３０８は、リーク電流検出区間設定装置３０４により設定される検出区間内でイオン電流検出装置４０で検出される電流の最大値を記憶し、記憶された最大電流値に所定の余裕度を設けた値にレイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象を検出する閾値を設定する。
この場合、最大値だけを記憶するので判定精度はよくないが、記憶するデータ量は少なくて済む。

図４は、実施の形態２による内燃機関の燃焼状態検出装置におけるプレイグニッション検出方法を説明するための図である。
本実施の形態は、前述した実施の形態１において、更に、プレイグニッション検出装置（プレイグニッション検出手段）３０７にプレイグニッション検出閾値検出装置（プレイグニッション検出閾値検出手段）３０８を設けていることを特徴とする。
図４（ａ）は、点火信号と二次電圧（点火コイルの二次コイルに発生する電圧）のタイミングとその波形を示している。
図４（ｂ）は、プレイグニッション発生によるイオン電流波形を示している。ここで、くすぶりによるリーク電流はプレイグニッションと誤判定しない。
図４（ｃ）は、軽度のくすぶり発生時のリーク電流波形を示している。
なお、図４（ｃ）において、リーク電流１はくすぶり発生時のリーク電流、リーク電流２はプレイグニッション発生時のリーク電流である。また、破線は、リーク電流１（非燃焼行程中のリーク電流）に基づいて設定された閾値を示している。
図４（ｄ）は、プレイグニッションとくすぶりが発生した場合を示しており、第１の点火信号期間に相当する区間における実線は、プレイグニッション発生によるイオン電流とプレイグニッション発生時のリーク電流２の合計電流を示しており、波線はリーク電流１（非燃焼行程中のリーク電流）に基づいて設定された閾値を示している。

ここで、本実施の形態による内燃機関の燃焼状態検出装置におけるリーク電流判定処理およびプレイグニッション検出処理について、フローチャートを用いて説明しておく。
図５は、本実施の形態におけるリーク電流判定処理のフローチャートである。
なお、ここで説明するリーク電流判定処理は、図１リーク電流検出区間設定装置３０４およびリーク電流判定装置３０５における処理である。
図５に基づいて、くすぶり発生判定までの処理フローについて説明する。
まず、ステップＳ５０１において、排気あるいは吸気行程中（即ち、非燃焼行程）で点火プラグに点火通電中であるか否かを判定する。
ＹＥＳでであれば、Ｓ５０２において、点火通電開始からの時刻ｎのＡ／Ｄ変換装置３０３からのＡ／Ｄ値（即ち、Ａ／Ｄ変換装置３０３によりイオン電流あるいはリーク電流がデジタル化された値）をイオン電流データであるＵ（ｎ）として格納する。
ＮＯであれば、ＲＥＴＵＲＮし、Ｓ５０１の状態に戻る。
なお、Ｕ（ｎ）は、後述するプレイグニッション処理でも使用される。

次に、ステップＳ５０３において、点火ノイズマスク期間が経過したか否かを判定する。
ＹＥＳであれば、ステップＳ５０４に進み、ＮＯであれば、ＲＥＴＵＲＮし、ステップＳ５０１の状態に戻る。
ステップＳ５０４では、Ａ／Ｄ変換装置３０３から出力されるＡ／Ｄ値が設定されているリーク電流判定閾値より大きいか否かを判定する。
ＹＥＳ（リーク電流判定閾値より大）であれば、ステップＳ５０５に進み、ＮＯであれば、ＲＥＴＵＲＮし、ステップＳ５０１の状態に戻る。
ステップＳ５０５では、リーク電流判定カウンタＬＣをカウントアッブ（ＬＣ＝ＬＣ＋１）し、ステップＳ５０６に進む。
ステップＳ５０６では、カウントアッブされたＬＣが、予め設定しているリーク電流判定回数より大きいか否かを判定する。
ＹＥＳであれば、ステップＳ５０７に進み、くすぶり発生と判定する。ＮＯであれば、ＲＥＴＵＲＮし、ステップＳ５０１の状態に戻る。

図６は、プレイグニッション検出処理のフローチャートである。
なお、ここで説明するプレイグニッション検出処理は、図１のプレイグニッション検出装置３０７（プレイグニッション検出閾値設定装置３０８を含む）における処理である。
まず、ステップＳ６０１において、プレイグニッション検出閾値ＰＴｈ（ｎ）を設定する。
ここで、「ＰＴｈ（ｎ）＝Ｕ（ｎ）＋α」であり、αは所定の余裕度である。
次に、ステップＳ６０２に進み、点火ノイズマスク期間が経過したか否かを判定する。
ＹＥＳであれば、ステップＳ６０３に進み、ＮＯであれば、ＲＥＴＵＲＮし、ステップＳ６０１の状態に戻る。

ステップＳ６０３では、Ａ／Ｄ変換装置３０３からのＡ／Ｄ値（ｎ）が設定したプレイグニッション検出閾値ＰＴｈ（ｎ）より大きいか否かを判定する。
ＹＥＳ（Ａ／Ｄ値が設定したプレイグニッション検出閾値より大）であれば、ステップＳ６０４に進み、ＮＯであれば、ＲＥＴＵＲＮし、ステップＳ６０１の状態に戻る。
ステップＳ６０４では、プレイグニション判定カウンタＰＣをカウントアップ（ＰＣ＝ＰＣ＋１）し、ステップＳ６０５に進む。
ステップＳ６０５では、カウントアップされたＰＣが予め設定されたプレイグニッション判定回数より大きいか否かを判定する。
ＹＥＳ（カウントアップされたＰＣが予め設定されたプレイグニッション判定回数より大）であれば、ステップＳ６０６へ進み、プレイグニッション発生と判定する。ＮＯであれば、ＲＥＴＵＲＮし、ステップＳ６０１の状態に戻る。

以上説明したように、本実施の形態においては、プレイグニッション検出手段３０７は、リーク電流検出区間設定手段３０４により設定される検出区間内においてイオン検出手段４０により検出される電流に基づいて、イオン電流検出区間設定手段３０６により設定される検出区間内でプレイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象を検出する閾値を設定するプレイグニッション手段３０８を含んでいる。
従って、本実施の形態では、プレイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象を検出する閾値を設定するので、くすぶりによるリーク電流の影響分を差し引いて、プレイグニッション発生によるイオン電流を検出でき、くすぶりとプレイグニッションの発生があった場合でも、プレイグニッションの発生を精度よく検出できる。

また、本実施の形態においては、プレイグニッション検出閾値設定手段３０８は、リーク電流検出区間設定手段３０４により設定される検出区間内において前記イオン検出手段により検出される電流値を記憶し、記憶された電流値（即ち、Ｕ（ｎ））に所定の余裕度（即ち、α）を設けた値にイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象を検出する閾値を設定する。
従って、この場合、記憶するデータ量（電流値）が多いで、プレイグニッション発生の判定精度はよい。

また、本実施の形態においては、プレイグニッション検出閾値設定手段３０８は、リーク電流検出区間設定手段３０４により設定される検出区間内においてイオン検出手段４０で検出される電流の最大値を記憶し、記憶された最大電流値に所定の余裕度を設けた値にレイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象を検出する閾値を設定する。
従って、この場合、最大値だけを記憶するので判定精度はよくないが、記憶するデータ量は少なくて済む。

この発明は、くすぶり発生検出およびプレイグニッション発生検出の両方の検出を確実に行うことが可能な内燃機関の燃焼状態検出装置の実現に有用である。

実施の形態１による内燃機関の燃焼状態検出装置の構成を示す図である。 実施の形態１におけるイオン電流検出装置の構成と動作を説明するための図である。 実施の形態１におけるくすぶり判定とプレイグニッション判定のタイミングを説明するための図である。 実施の形態２による内燃機関の燃焼状態検出装置におけるプレイグニッション検出方法を説明するための図である。 実施の形態２におけるリーク電流判定処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２におけるプレイグニッション検出処理を説明するためのフローチャートである。 従来のプレイグニッション検出における課題を説明するための図である。 従来のプレイグニッション検出方法を説明するための図である。 従来のイオン電流検出装置の構成と動作を説明するための図である。 プレイグニッション検出時のイオン電流とくすぶりによるリーク電流の関係のワーストケースを示す図である。 従来の内燃機関の燃焼状態検出装置の構成を概念的に示す図である。 従来の内燃機関の燃焼状態検出装置におけるくすぶり判定とプレイグニッション判定のタイミングを説明するための図である。

符号の説明

４０ イオン電流検出装置（イオン電流検出手段）
１００ 点火プラグ
２００ 点火装置（点火手段）
３００ ＥＣＵ
３０１ 点火制御装置（点火制御手段）
３０２ 非燃焼行程点火制御装置（非燃焼行程点火制御手段）
３０３ Ａ／Ｄ変換装置（Ａ／Ｄ変換手段）
３０４ リーク電流検出区間設定装置（リーク電流検出区間設定手段）
３０５ リーク電流判定装置手段（リーク電流判定手段）
３０６ イオン電流検出区間設定装置（イオン電流検出区間設定手段）
３０７ プレイグニッション検出装置（プレイグニッション検出手段）
３０８ プレイグニッション検出閾値設定装置（プレイグニッション検出閾値手段）

Claims (8)

1. 点火プラグにより燃焼室内に吸気した混合気燃料を点火する点火手段と、前記点火手段の動作を制御するための制御信号を発生する点火制御手段と、前記混合気燃料の燃焼の際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、前記イオン電流検出手段により検出されるイオン電流の検出区間を設定するイオン電流検出区間設定手段と、前記イオン電流検出区間設定手段により設定される検出区間内において検出されるイオン電流に基づいてプレイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象を検出するプレイグニッション検出手段と、前記点火プラグのくすぶりによるリーク電流の検出区間を設定するリーク電流検出区間設定手段と、前記リーク電流検出区間設定手段により設定される検出区間内において前記イオン電流検出手段で検出される電流に基づいて点火プラグのくすぶりの有無を判定するリーク電流判定手段を備える内燃機関の燃焼状態検出装置であって、
   前記点火制御手段は、前記混合気燃料の非燃焼行程において前記点火プラグを点火させる非燃焼行程点火制御手段を含み、
   前記リーク電流検出区間設定手段が設定するリーク電流検出区間は、前記非燃焼行程内に設定されていることを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
2. 前記プレイグニッション検出手段は、前記リーク電流判定手段によって点火くすぶり有りと判定された場合に、プレイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象の検出を禁止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検出装置。
3. 前記非燃焼行程点火制御手段で設定される点火通電期間は、リーク電流判定に必要最小限のリーク電流検出区間に設定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検出装置。
4. 前記リーク電流検出区間設定手段は、前記点火手段の点火コイルの二次コイルに二次高電圧が発生している点火通電初期期間をリーク電流検出区間に設定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検出装置。
5. 前記プレイグニッション検出手段は、前記リーク電流検出区間設定手段により設定される検出区間内において前記イオン検出装置により検出される電流に基づいて、前記イオン電流検出区間設定手段により設定される検出区間内でプレイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象を検出する閾値を設定するプレイグニッション検出閾値設定手段を含む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検出装置。
6. 前記プレイグニッション検出閾値設定手段は、前記リーク電流検出区間設定手段により設定される検出区間内において前記イオン検出手段により検出される電流値を記憶し、記憶された電流値に所定の余裕度を設けた値にイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象を検出する閾値を設定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
7. 前記プレイグニッション検出閾値設定手段は、前記リーク電流検出区間設定手段により設定される検出区間内において前記イオン検出手段で検出される電流の最大値を記憶し、記憶された最大電流値に所定の余裕度を設けた値にレイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象を検出する閾値を設定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
8. 点火プラグにより燃焼室内に吸気した混合気燃料を点火する点火ステップと、
   前記点火ステップでの動作を制御するための制御信号を発生する点火制御ステップと、
   前記混合気燃料の燃焼の際に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出ステップと、
   前記イオン電流検出ステップで検出されるイオン電流の検出区間を設定するイオン電流検出区間設定ステップと、
   前記イオン電流検出区間設定ステップで設定される検出区間内において検出されるイオン電流に基づいてプレイグニッションあるいはプレイグニッションの前兆現象を検出するプレイグニッション検出ステップと、
   前記点火プラグのくすぶりによるリーク電流の検出区間を設定するリーク電流検出区間設定ステップと、
   前記リーク電流検出区間設定ステップにより設定される検出区間内において前記イオン電流検出ステップで検出される電流に基づいて点火プラグのくすぶりの有無を判定するリーク電流判定ステップを備える内燃機関の燃焼状態検出方法であって、
   前記点火制御ステップは、前記混合気燃料の非燃焼行程において前記点火プラグを点火させる非燃焼行程点火制御ステップを含み、
   前記リーク電流検出区間設定ステップで設定するリーク電流検出区間は、前記非燃焼行程内に設定されていることを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出方法。

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