JP4134879B2 - 内燃機関のイオン電流検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のイオン電流検出装置に関するものである。

従来より、内燃機関において混合気が燃焼する際には燃焼イオンが発生することに着目し、点火に伴う燃焼毎に点火プラグの対向電極間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出装置が各種提案されている。そして、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や点火プラグの状態などが随時判定されるようになっている。具体的には、点火系回路にイオン電流検出回路を設け、このイオン電流検出回路により検出したイオン電流のピーク値に基づいて失火の有無を判定したり、同イオン電流検出回路により検出したプラグ漏れ電流に基づいて点火プラグのくすぶりを検出したりするようにしている。

イオン電流検出装置では、イオン電流の検出信号（以下、イオン電流信号ともいう）に重畳するノイズによりイオン電流の検出精度が低下することが懸念されており、ノイズ対策技術も各種提案されている。イオン電流信号に重畳する代表的なノイズとしては残留磁気ノイズやスパイクノイズ（異常帯電ノイズ）が知られており、残留磁気ノイズは、点火プラグの火花放電終了直後において点火コイルの二次側の浮遊容量に残った電荷がＬＣ共振により振動減衰する過程で発生する。また、スパイクノイズは、点火プラグの碍子部に帯電した電荷がグランド側に放電する過程で発生する。

ここで、残留磁気ノイズは放電直後に現れることから、放電直後にマスク期間を設けること等でノイズ対策が施されている。これに対し、スパイクノイズはその発生のタイミングが必ずしも一定でないため、燃焼イオンの発生途中に発生するだけでなく燃焼イオン消滅後にも発生する。例えば、点火プラグの碍子表面に電荷が帯電している状態では、燃焼イオン消滅後の吸気行程において燃焼室に混合気が吸入された時に帯電状態が不安定になり、それに伴いスパイクノイズが発生する。従って、スパイクノイズなど、不定期に発生するノイズに対処できるようなノイズ対策が必要であった。

例えば特許文献１のノッキング検出装置では、イオン電流信号から抽出したノッキング信号とノイズ信号との出力比を算出し、その出力比とノイズ発生タイミングとに基づいてスパイクノイズ等の特定ノイズの発生を判定することとしている。しかしながら、これでは不定期に発生するノイズに対処できない。従って、更なるノイズ対策技術が望まれている。
特開２０００−１４５６０５号公報

本発明は、イオン電流信号に含まれるノイズの影響を適正に排除し、ひいてはイオン電流の検出精度を高めることができる内燃機関のイオン電流検出装置を提供することを主たる目的とするものである。

請求項１に記載の発明では、点火コイルの二次低圧側において、燃料の燃焼時に点火プラグの対向電極間を通じて流れるイオン電流が検出され、該イオン電流の検出信号（イオン電流信号）が一定時間間隔でＡＤ変換される。この場合特に、ＡＤ変換周期Ｔａｄが点火コイルのＬＣ共振周期Ｔｎの１／２以下とされると共に、
（ｎ−１）×Ｔａｄ＞Ｔｎ／２
の関係を満たすような、連続する前後３回（ｎ＝３）のＡＤ値から最小ＡＤ値が算出される。また、その都度の燃焼に対応する所定区間内において最小ＡＤ値の中から最大値が前記イオン電流の信号ピーク値として算出される。この信号ピーク値は、例えば内燃機関の失火判定等に用いられる。なお、（ｎ−１）×Ｔａｄは、連続するｎ回のＡＤ変換に要する時間に相当する。

要するに、スパイクノイズ等のノイズ信号は、点火コイルの二次低圧側の回路構成（具体的には、二次側の浮遊容量とインダクタンス等からなるＬＣ共振回路）を介してイオン電流信号に重畳するため、ノイズ周波数は概ね点火コイルのＬＣ共振周波数になる。よって、ノイズ周期は、点火コイルのＬＣ共振周期Ｔｎにほぼ一致すると考えられる。この前提において、
（ｎ−１）×Ｔａｄ＞Ｔｎ／２
の関係を満たすようにしてｎ回のＡＤ値を求めれば、イオン電流信号に単発的なスパイクノイズが重畳する場合であっても、ｎ回のＡＤ値には、少なくともノイズ信号の正側ピーク分の影響を受けていないＡＤ値が含まれる。それ故に、不定期にノイズが発生する場合にも、ノイズピークの影響のない有効ＡＤ値を得ることが可能となり、信号ピーク値の算出精度が向上する。つまり、イオン電流の検出精度が高められることとなり、ひいては失火判定等の信頼性も向上する。

また、連続する前後３回のＡＤ値から最小ＡＤ値が算出される（すなわちｎ＝３としている）。つまり、ＡＤ変換周期Ｔａｄを点火コイルのＬＣ共振周期Ｔｎの１／２以下とする場合に３回のＡＤ値を得ることで、ノイズ信号の正側ピーク分を除去したＡＤ値（最小ＡＤ値）を取得することが可能となる。この場合、ＡＤ変換周期とＡＤ回数ｎとを両者の関係から適切に設定すれば、マイクロコンピュータ等の過剰な処理負荷増を抑制することができる。３回のＡＤ値の大小比較により最小ＡＤ値を求める構成としているため、簡易な処理により好適に信号ピーク値が算出できる。

その都度の燃焼に対応する所定区間内において最小ＡＤ値の中からその最大値が信号ピーク値とされる。この場合、複数の最小ＡＤ値から信号ピーク値を得ることにより、正確な信号ピーク値の取得が可能となる。

請求項２に記載の発明では、点火コイルの二次低圧側において、燃料の燃焼時に点火プラグの対向電極間を通じて流れるイオン電流が検出され、該イオン電流の検出信号（イオン電流信号）が一定時間間隔でＡＤ変換される。この場合特に、ＡＤ変換周期Ｔａｄが点火コイルのＬＣ共振周期Ｔｎの１／２以下とされると共に、
（ｎ−１）×Ｔａｄ＞Ｔｎ
の関係を満たすような、連続する前後５回（ｎ＝５）のＡＤ値のうち中央値により、燃焼イオン消滅後の漏れ電流検出区間において前記点火プラグに流れる漏れ電流値が算出される。この漏れ電流値は、例えば点火プラグのくすぶり検出やイオン電流値の補正等に用いられる。なお、（ｎ−１）×Ｔａｄは、連続するｎ回のＡＤ変換に要する時間に相当する。

要するに、スパイクノイズ等のノイズ信号は、点火コイルの二次低圧側の回路構成（具体的には、二次側の浮遊容量とインダクタンス等からなるＬＣ共振回路）を介してイオン電流信号に重畳するため、ノイズ周波数は概ね点火コイルのＬＣ共振周波数になる。よって、ノイズ周期は、点火コイルのＬＣ共振周期Ｔｎにほぼ一致すると考えられる。これは請求項１でも説明した。この前提において、
（ｎ−１）×Ｔａｄ＞Ｔｎ
の関係を満たすようにしてｎ回のＡＤ値を求めれば、イオン電流信号に単発的なスパイク
ノイズが重畳する場合であっても、ｎ回のＡＤ値には、少なくともノイズ信号の正側ピーク分及び負側ピーク分の影響を受けていないＡＤ値が含まれる。それ故に、不定期にノイズが発生する場合にも、正負両側のノイズピークの影響のない漏れ電流値を得ることが可能となり、同漏れ電流値の算出精度が向上する。つまり、イオン電流の検出精度を高められることとなり、ひいては点火プラグのくすぶり検出やイオン電流値の補正等の信頼性も向上する。

また、
（ｎ／２−１）×Ｔａｄ＞Ｔｎ／２
の関係を満たすような、連続するｎ回のＡＤ値から、燃焼イオン消滅後の漏れ電流検出区間において漏れ電流値を算出する構成としても良い。かかる場合にも、前記同様にノイズピークの影響のない漏れ電流値を得ることが可能となり、同漏れ電流値の算出精度が向上する。

また、連続する前後５回のＡＤ値のうち中央値により漏れ電流値が算出される（すなわちｎ＝５としている）。つまり、ＡＤ変換周期Ｔａｄを点火コイルのＬＣ共振周期Ｔｎの１／２以下とする場合、少なくとも５回のＡＤ値を得ることで、ノイズ信号の正側ピーク分及び負側ピーク分を除去したＡＤ値（漏れ電流値）を取得することが可能となる。この場合、ＡＤ変換周期とＡＤ回数ｎとを両者の関係から適切に設定すれば、マイクロコンピュータ等の過剰な処理負荷増を抑制することができる。なお実際には、連続する前後４回のＡＤ値を得ることで、ノイズ信号の正側ピーク分及び負側ピーク分を含まないＡＤ値の取得が可能となるが、各ＡＤ値の中央値を漏れ電流値とすることを考慮すると、５回とするのが望ましい。
前記５回のＡＤ値のうち中央値を漏れ電流値とするため、５回のＡＤ値の大小比較により漏れ電流値が求められ、簡易な処理により好適に漏れ電流値が算出できる。

請求項３に記載の発明では、前記漏れ電流検出区間の開始時及び終了時に算出された漏れ電流を用い、燃焼イオン発生区間内におけるイオン電流値が補正される。これにより、燃焼イオン発生時におけるイオン電流値が精度良く検出できる。

請求項４に記載の発明では、前記漏れ電流検出区間の開始タイミングが、スパイクノイズの発生条件に応じて可変設定される。スパイクノイズの発生条件としては、例えば、内燃機関の運転条件があり、より具体的には、内燃機関の低回転・低負荷運転時又は内燃機関の低水温時等において前記開始タイミングを遅らせて設定すると良い。つまり、点火プラグの碍子表面に電荷が帯電している状態では、吸気行程で燃焼室に混合気が吸入された時に帯電状態が不安定になり、それに伴いスパイクノイズが発生する。このスパイクノイズ（吸気行程スパイクノイズ）の発生時期は内燃機関の運転状態に応じて変わり、上記スパイクノイズを含まないようにして漏れ電流を検出するのが望ましい。請求項４によれば、漏れ電流検出区間をスパイクノイズの発生条件に応じて可変設定することにより、スパイクノイズ発生を避けるようにして漏れ電流の検出を行うことができ、ひいてはノイズの影響による検出精度悪化を防止することができるようになる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、車両用ガソリン噴射エンジンの点火システムとして具体化されるものであり、同点火システムではエンジン制御用の電子制御装置（以下、ＥＣＵという）を中心に点火時期制御等が実施される。

まず、図１に基づいて点火制御系及びイオン電流検出系の回路構成を説明する。点火コイル１１の一次コイル１１ａの一端は電源（＋Ｂ）側に接続され、該一次コイル１１ａの他端は点火制御用のトランジスタ１２のコレクタに接続されている。トランジスタ１２のエミッタは接地され、ベースには、後述するＥＣＵ３０より点火信号が印加される。トランジスタ１２は点火制御用スイッチング素子として機能するものであり、勿論他のスイッチング素子であっても良い。

また、点火コイル１１の二次コイル１１ｂの一端は点火プラグ１４に接続され、該二次コイル１１ｂの他端は２つのツェナーダイオード１５，１６を介して接地されている。２つのツェナーダイオード１５，１６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１５にコンデンサ１７が並列に接続され、他方のツェナーダイオード１６にイオン電流検出抵抗１８が並列に接続されている。コンデンサ１７とイオン電流検出抵抗１８との間の電位がイオン電流信号としてＥＣＵ３０に出力される。これらツェナーダイオード１５，１６、コンデンサ１７及びイオン電流検出抵抗１８等により、イオン電流検出手段としてのイオン電流検出回路１９が構成されている。

エンジン運転中は、ＥＣＵ３０から出力される点火信号の立ち上がり／立ち下がりでトランジスタ１２がオン／オフする。トランジスタ１２がオンすると、電源（＋Ｂ）から一次コイル１１ａに一次電流が流れ、その後、トランジスタ１２がオフすると、一次コイル１１ａの一次電流が遮断されて二次コイル１１ｂ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１４の対向電極間に火花放電が発生する。この際、火花放電電流は図のＡ方向に（すなわち、点火プラグ１４の接地電極から中心電極に）流れ、二次コイル１１ｂを経て二次低圧側のコンデンサ１７に充電されると共に、ツェナーダイオード１５，１６を経てグランド側に流れる。コンデンサ１７の充電後は、ツェナーダイオード１５のツェナー電圧によって規制されるコンデンサ１７の充電電圧を電源として、後述するようにイオン電流が検出される。

点火終了後は、コンデンサ１７の充電電圧によって点火プラグ１４の対向電極間に電圧が印加されるため、エンジン燃焼室内で混合気が燃焼する際に発生するイオン電流は、火花放電電流とは反対に図のＢ方向に（すなわち、点火プラグ１４の中心電極から接地電極に）流れ、更にグランド側からイオン電流検出抵抗１８を通ってコンデンサ１７に流れる。この際、イオン電流検出抵抗１８に流れるイオン電流の変化に応じてイオン電流信号が変化し、そのイオン電流信号がＥＣＵ３０に取り込まれる。

ＥＣＵ３０内には、信号処理ブロック３１とメイン制御ブロック３２と信号比較部３３とが設けられている。前記イオン電流検出回路１９より出力されるイオン電流信号は、信号比較部３３に入力される一方、そのまま信号処理ブロック３１に入力される。信号比較部３３では、イオン電流信号と所定のしきい値電圧Ｖｔｈとが比較され、イオン電流信号の電位がしきい値電圧Ｖｔｈを上回れば信号比較部３３から信号処理ブロック３１にＨレベルのラッチ信号が出力され、逆にイオン電流信号の電位がしきい値電圧Ｖｔｈを下回れば信号比較部３３から信号処理ブロック３１にＬレベルのラッチ信号が出力される。

信号処理ブロック３１では、ラッチ信号がＨとなるラッチ時間が検出されると共に、一定の時間周期でイオン電流信号がＡＤ変換処理される。

メイン制御ブロック３２では、その都度のエンジン運転状態に基づいて点火時期制御が実施される。すなわち、メイン制御ブロック３２にはその都度のエンジン運転状態を表す各種センサ信号が入力され、該メイン制御ブロック３２で前記センサ信号に基づいて点火信号が生成される。この点火信号により、前述したようにトランジスタ１２がオン／オフされ、その際火花放電により正常に着火されると、燃焼室内に導入された混合気が燃焼に
供される。また、メイン制御ブロック３２では、イオン電流信号の状態に基づいて失火判定やノイズ判定等が適宜行われるようになっている。なお、信号処理ブロック３１やメイン制御ブロック３２はマイクロコンピュータ等の演算装置により実現される。

ここで、点火プラグ１４の要部構成を図２の半断面図を用いて説明する。

点火プラグ１４は、金属製のハウジング４１、絶縁碍子４２、電極部材（中心電極４３、接地電極４４）、抵抗体４５及びステム４６等を主要な構成とするものであり、ハウジング４１により絶縁碍子４２の支持及び点火プラグ１４のエンジンへの取り付けが行われ、絶縁碍子４２によりハウジング４１と中心電極４３とが絶縁される構成となっている。なお、ハウジング４１にはその外周にネジ部４１ａが設けられており、このネジ部４１ａにより本点火プラグ１４がエンジンのシリンダヘッド等に装着される。

絶縁碍子４２にはその中心に貫通孔４８が設けられており、その貫通孔４８に中心電極４３、抵抗体４５及びステム４６が収容保持されている。中心電極４３と抵抗体４５との間、抵抗体４５とステム４６との間には導電性ガラスからなるガラスシール層４９ａ，４９ｂがそれぞれ設けられている。中心電極４３は絶縁碍子４２の先端部（図の下端部）より一部突出している。図示を略すが、ステム４６の上端部には端子が接続されている。

絶縁碍子４２は軸線方向に見てその外径が大小異なるように形成されており、ここでは、絶縁碍子４２を上段部４２ａ、中段部４２ｂ及び下段部４２ｃに大別して説明を行うこととする。この場合、中段部４２ｂは微小クリアランス（例えば０．１ｍｍ程度）にてハウジング４１に対向する部位であり、その上端テーパ部（上段部４２ａとの連結部）及び下端テーパ部（下段部４２ｃとの連結部）にはそれぞれ金属パッキン５１，５２が配設されている。そして、ハウジング４１の上端部が全周にわたってカシメ変形されることで、ハウジング４１内に絶縁碍子４２が固定されるようになっている。下段部４２ｃは中段部４２ｂよりも細く、先端に近づくほどより細くなるよう構成されている。ハウジング４１の図の下端部には、中心電極４３と所定の放電ギャップを隔てるようにして接地電極４４が溶接固定されている。

次に、イオン電流信号の詳細を図３のタイムチャートを用いて説明する。図３において、（ａ）は点火信号を、（ｂ）はイオン電流信号により失火の有無を検出する失火検出区間を、（ｃ）はイオン電流信号に含まれるプラグ漏れ電流を検出する漏れ電流検出区間を、（ｄ）はくすぶりのない状態での燃焼時イオン電流信号を、（ｅ）はくすぶり時におけるイオン電流信号を、それぞれ示す。なお以下の説明では便宜上、圧縮ＴＤＣ（上死点）を基準として、排気ＴＤＣをＡＴＤＣ３６０°ＣＡとして記載する。

はじめに、（ｄ）の燃焼時イオン電流信号を用いて正常燃焼時の動作を説明する。点火信号の立ち上がりに伴う通電開始時には通電ノイズが発生する。その後、点火信号の立ち下がりに伴い点火プラグ１４の対向電極間に高電圧が印加され、点火プラグ１４の対向電極間で火花放電が発生する。

点火プラグ１４の火花放電直後には、点火コイル１１の二次側の浮遊容量に残った電荷がＬＣ共振により振動減衰し、イオン電流信号にＬＣ共振波形の残留磁気ノイズが重畳する。その後、点火プラグ１４の火花放電により着火し火炎が拡散する過程で燃焼室内に燃焼イオンが発生するため、ＬＣ共振後に点火プラグ１４の対向電極間にイオン電流が流れ始める。

失火検出区間では、イオン電流信号が最大となる電流値（以下、これを信号ピーク値Ｉｐという）が求められ、この信号ピーク値Ｉｐに基づいて失火判定が行われる。

ここで、燃焼イオンが発生する燃焼行程では、燃焼室内の圧力変化により、点火プラグ１４の碍子表面に帯電した電荷の帯電状態が不安定になり、当該電荷がグランド側にリークする。それに伴い単発的にスパイクノイズが発生する（図のＮ１）。また、燃焼行程後の排気・吸気行程では、燃料付着や付着状態の変化により、点火プラグ１４の碍子表面に帯電した電荷の帯電状態が不安定になり、当該電荷がグランド側にリークする。それに伴い単発的にスパイクノイズが発生する（図のＮ２）。上記２つのスパイクノイズを区別するため、特に後者を吸気行程スパイクノイズとも言う。その他に、イオン電流信号には他の気筒の点火に伴う点火ノイズ（図のＮ３）が重畳することが考えられる。

一方、点火プラグ１４のくすぶり時には、くすぶりの発生により点火プラグ１４の対向電極間の絶縁抵抗値が低下し、漏れ電流が流れる。そのため、図３（ｅ）に示すように、くすぶり時イオン電流信号は燃焼イオン分に漏れ電流分を加算した状態の信号となる。この場合、信号ピーク値Ｉｐは漏れ電流分だけ大きな値となる。漏れ電流はくすぶり度合に応じた電流レベルとなる一方、くすぶり度合に応じた減衰率にて減衰する。漏れ電流検出区間は燃焼イオンの消滅後に設定されており、この漏れ電流検出区間にて漏れ電流値ＩＤが検出される。特に本実施の形態では、漏れ電流検出区間の開始時と終了時とにおいて各々漏れ電流値（ＩＤ１，ＩＤ２）が検出され、それら漏れ電流値（ＩＤ１，ＩＤ２）に基づいて、燃焼イオン検出開始当初における初期漏れ電流値Ｉｏが算出される。

ＥＣＵ３０（信号処理ブロック３１）では、イオン電流信号のＡＤ値（ＡＤ変換値）に基づいて信号ピーク値Ｉｐと漏れ電流値ＩＤとを算出することとしており、その算出方法を説明する。特にここでは、イオン電流信号に単発的なスパイクノイズ等が重畳した場合に、そのノイズの影響を受けずに正確に信号ピーク値Ｉｐや漏れ電流値ＩＤが算出できる手法について説明する。図４は、ノイズ波形を示す図面である。

はじめに、スパイクノイズや残留磁気ノイズは何れも点火系の二次側の浮遊容量Ｃ２とインダクタンスＬ２等からなる直列共振回路を介してイオン電流信号に重畳するため、スパイクノイズや残留磁気ノイズの基本周波数ｆは共に次の（１）式で求められる。

通常の回路構成では、上記ノイズの基本周波数ｆは４ｋＨｚ付近となる。故に、ノイズ周期Ｔｎは約２５０μｓとなる。

この場合、イオン電流信号のＡＤ変換周期Ｔａｄを、Ｔａｄ＜（１／２）＊Ｔｎの関係が成立するように設定することとし、具体的には、Ｔａｄ＝１００μｓとする。そして、イオン電流信号の連続する前後３つのＡＤ値（ＡＤi，ＡＤi-1，ＡＤi-2）を用い、その
３つのＡＤ値のうち最小値を、今回有効とするＡＤ（i）値とする。具体的には次の（２
）式による。
ＡＤ（i）＝ｍｉｎ（ＡＤi，ＡＤi-1，ＡＤi-2） …（２）
図４で確認すると、連続する３つのＡＤ値のうち、上位２つのＡＤ値を排除し、最下位のＡＤ値を採用することにより、スパイクノイズ等の正側ピーク分の影響を受けずにＡＤ（i）値を得ることができるようになる。

また、次の（３）式を用い、時系列的に多数算出されたＡＤ（i）値からその最大値を
信号ピーク値Ｉｐ（i）として算出する。
Ｉｐ（i）＝ｍａｘ（ＡＤ（i），Ｉｐ（i-1）） …（３）
以上により、燃焼時のイオン電流信号に単発的なスパイクノイズ等が重畳しても、そのノイズの正側ピーク分の影響を受けずに正確に信号ピーク値Ｉｐが算出できるようになる。

また、漏れ電流値ＩＤの算出に関しては、漏れ電流検出区間において連続する前後５つのＡＤ値（ＡＤi，ＡＤi-1，ＡＤi-2，ＡＤi-3，ＡＤi-4）を用い、その５つのＡＤ値の
うち中央値を、漏れ電流値ＩＤ（ｉ）とする。具体的には次の（４）式による。
ＩＤ（i）＝中央値（ＡＤi，ＡＤi-1，ＡＤi-2，ＡＤi-3，ＡＤi-4） …（４）
上記（４）式によれば、連続する５つのＡＤ値のうち、上位２つと下位２つのＡＤ値を排除し、中央値のＡＤ値を採用することにより、スパイクノイズ等の正側ピーク分及び負側ピーク分の影響を殆ど受けずにＡＤ（i）値を得ることができるようになる（図４参照
）。

次に、ＥＣＵ３０による実際の処理内容を図５〜図８のフローチャートに基づいて説明する。

図５は、ＥＣＵ３０における信号処理ブロック３１の信号処理ルーチンを示すフローチャートである。この信号処理ルーチンは、例えばＡＤ変換周期（本実施の形態では１００μｓ）に合わせて実行され、本ルーチンにより、イオン電流信号の信号ピーク値Ｉｐが算出される。

図５において、先ずステップＳ１０１では、メイン制御ブロック３２から送られてきた失火検出区間指示値を読み込み、続くステップＳ１０２では、今現在、失火検出区間にあるか否かを判別する。また、ステップＳ１０３では、イオン電流信号のＡＤi値（今回Ａ
Ｄ値）が更新されたか否かを判別する。そして、失火検出区間であり、且つＡＤi値の更
新が完了していることを条件に、ステップＳ１０４で、今回有効とするＡＤ（i）値を算
出すると共に信号ピーク値Ｉｐを算出する。その詳細は説明済みであり、ここでは説明を省略する。

その後、ステップＳ１０５では失火検出区間の終了を確認する。失火検出区間終了であれば、ステップＳ１０６で、前記算出した信号ピーク値Ｉｐをメイン制御ブロック３２に送り、最後にステップＳ１０７で、ＡＤｉ値やＡＤ（i）値等の初期化処理を実施する。

図６は、信号処理ブロック３１の漏れ電流検出ルーチンを示すフローチャートである。同ルーチンは、例えばＡＤ変換周期（本実施の形態では１００μｓ）に合わせて実行され、本ルーチンにより、漏れ電流検出値ＩＤ（ｉ）が算出される。

図６において、先ずステップＳ２０１では、メイン制御ブロック３２から送られてきた漏れ電流検出区間指示値を読み込み、続くステップＳ２０２では、今現在、漏れ電流検出タイミングであるか否かを判別する。ここで、漏れ電流検出区間内の最初のＡＤ検出タイミング、又は同漏れ電流検出区間内の最後のＡＤ検出タイミングであれば、漏れ電流検出タイミングであると判別される。

漏れ電流検出タイミングであればステップＳ２０３に進み、漏れ電流検出値ＩＤ（ｉ）を算出する。その詳細は説明済みであり、ここでは説明を省略する。ステップＳ２０３により、漏れ電流検出値ＩＤ（ｉ）として、漏れ電流検出区間の開始時と終了時とにおける漏れ電流値（図３のＩＤ１，ＩＤ２）が各々算出される。ステップＳ２０４では、漏れ電流検出値ＩＤ（ｉ）をメイン制御ブロック３２に送る。

次に、図７は、ＥＣＵ３０におけるメイン制御ブロック３２の失火判定ルーチンを示すフローチャートであり、同失火判定ルーチンは例えば所定時間周期（本実施の形態では２ｍｓ）で実行される。

図７において、先ずステップＳ３０１では、失火検出区間が終了したか否かを判別し、同検出区間が終了したことを条件に、ステップＳ３０２では、信号処理ブロック３１から送られてきた信号ピーク値Ｉｐを読み込む。

また、ステップＳ３０３では、漏れ電流検出区間が終了したか否かを判別し、同検出区間が終了したことを条件に、ステップＳ３０４では、信号処理ブロック３１から送られてきた漏れ電流値ＩＤ（ＩＤ１，ＩＤ２）を読み込む。また、続くステップＳ３０５では、初期漏れ電流値Ｉｏを算出するとともに、燃焼イオン量Ｍｆを算出する。ここで、初期漏れ電流値Ｉｏは、漏れ電流値ＩＤ１，ＩＤ２の差分とそれらのサンプリング間隔とに基づいて算出される。このとき、漏れ電流の減衰率を考慮して初期漏れ電流値Ｉｏが算出される。また、信号ピーク値Ｉｐと初期漏れ電流値Ｉｏとの差分により燃焼イオン量Ｍｆが算出される（Ｍｆ＝Ｉｐ−Ｉｏ）。

その後、ステップＳ３０６では、燃焼イオン量Ｍｆを失火判定値Ｋ１と比較し、Ｍｆ＞Ｋ１であれば着火したと判定し（ステップＳ３０７）、Ｍｆ≦Ｋ１であれば失火したと判定する（ステップＳ３０８）。

ここで、吸気行程スパイクノイズの発生時期はエンジン運転状態等のスパイクノイズ発生条件に応じて変わるため、上記スパイクノイズを含まないようにして漏れ電流を検出するには漏れ電流検出開始タイミングを可変設定すると良い。そこで本実施の形態では、図８のフローチャートに基づいて漏れ電流検出開始タイミングを算出する。図８のルーチンは、メイン制御ブロック３２により例えば所定時間周期（本実施の形態では２ｍｓ）で実行される。

ステップＳ４０１では、エンジン回転数ＮＥ、負荷ＫＬＳＭ（例えば吸入空気量）、水温ＴＨＷを読み込み、続くステップＳ４０２では、上記読み込み値に基づいて漏れ電流検出開始タイミングＴＤＦＴを算出する。ここでは、図９（ａ）の関係を用い、エンジン回転数ＮＥ及び負荷ＫＬＳＭに基づいて基本角度ＴＤＦＴ０を算出すると共に、図９（ｂ）の関係を用い、水温ＴＨＷに基づいて角度補正量ＴＤＦＴ１を算出する。そして、基本角度ＴＤＦＴ０と角度補正量ＴＤＦＴ１とを加算して漏れ電流検出開始タイミングＴＤＦＴを算出する（ＴＤＦＴ＝ＴＤＦＴ０＋ＴＤＦＴ１）。

なお、低回転、低負荷状態では点火プラグ温度が低く、液状の燃料がプラグ碍子に付着したままの状態になるため、ＡＴＤＣスパイクノイズが発生しやすい。故に、図９（ａ）では、低回転、低負荷域で基本角度ＴＤＦＴ０を大きくし（ＴＤＦＴ０＝ＡＴＤＣ３９０°ＣＡとし）、ＡＤＴＣスパイクノイズを避けるべく検出タイミングを遅らせている。例えば、図中のａはＮＥ＝３０００ｒｐｍ程度、ｂはＫＬＳＭ＝３０％程度である。また、低水温の状態では燃料霧化が悪く、液状の燃料が付着しやすい状態となるため、ＡＴＤＣスパイクノイズが発生しやすい。故に、図９（ｂ）では、低水温域で角度補正量ＴＤＦＴ１＝３０°ＣＡとし、ＡＤＴＣスパイクノイズを避けるべく検出タイミングを遅らせている。例えば、図中のｃはＴＨＷ＝６０℃程度である。

ＴＤＦＴの算出後、４ｍｓタイミングであることを条件に、漏れ電流検出開始タイミングＴＤＦＴを信号処理ブロック３１に出力する（ステップＳ４０３，Ｓ４０４）。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

ＡＤ変換周期Ｔａｄを点火コイル１４のＬＣ共振周期Ｔｎの１／２以下とすると共に、連続する前後３回のＡＤ値（ＡＤi，ＡＤi-1，ＡＤi-2）からその都度有効とする有効Ａ
Ｄ値、すなわちＡＤ（i）値を算出する構成としたため、イオン電流信号に不定期なスパ
イクノイズが重畳する場合であっても、少なくともノイズ信号の正側ピーク分の影響を受けていないＡＤ(i)値が取得できる。そして、このＡＤ（i）値を用いてイオン電流信号の信号ピーク値Ｉｐを算出することで、信号ピーク値Ｉｐの算出精度が向上する。つまり、イオン電流の検出精度が高められることとなり、ひいては失火判定等の信頼性も向上する。

また、連続する前後５回のＡＤ値（ＡＤi，ＡＤi-1，ＡＤi-2，ＡＤi-3，ＡＤi-4）か
ら、漏れ電流検出区間において点火プラグ１４に流れる漏れ電流値を算出する構成としたため、イオン電流信号に不定期なスパイクノイズが重畳する場合であっても、少なくともノイズ信号の正側ピーク分及び負側ピーク分の影響を受けていない漏れ電流値が取得でき、漏れ電流値の算出精度が向上する。つまり、イオン電流の検出精度が高められることとなり、ひいては点火プラグ１４のくすぶり検出やイオン電流値の補正等の信頼性も向上する。

漏れ電流検出区間をスパイクノイズの発生条件（エンジン回転状態や水温等）に応じて可変設定する構成としたため、スパイクノイズ発生を避けるようにして漏れ電流の検出を行うことができ、ひいてはノイズの影響による検出精度悪化を防止することができる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記実施の形態では、ＡＤ変換周期Ｔａｄを１００μｓとし、連続する前後３回のＡＤ値を用いてイオン電流信号の信号ピーク値Ｉｐを算出したが、これに限定されるものではない。ＡＤ変換周期Ｔａｄを点火コイル１４のＬＣ共振周期Ｔｎの１／２以下とすると共に、
（ｎ−１）×Ｔａｄ＞Ｔｎ／２
の関係を満たすような、連続するｎ回のＡＤ値からその都度有効とする有効ＡＤ値を算出し、更にその有効ＡＤ値から信号ピーク値Ｉｐを算出する構成であれば、ＡＤ変換周期Ｔａｄ、ＡＤ回数ｎは任意で良い。例えば、ＡＤ変換周期Ｔａｄを１００μｓとしたままで、４回以上のＡＤ値を用いて信号ピーク値Ｉｐを算出しても良い。また、ＡＤ変換周期Ｔａｄを例えば５０μｓに変更した場合には、連続する前後４回又は４回以上のＡＤ値を用いて信号ピーク値Ｉｐを算出する。但し、ノイズ周期Ｔｎが変われば上記各数値は勿論変更される。この場合、ＥＣＵ３０の処理能力や演算負荷等を考慮してＡＤ変換周期やＡＤ回数を決定すると良い。

また、上記実施の形態では、ＡＤ変換周期Ｔａｄを１００μｓとし、連続する前後５回のＡＤ値を用いて漏れ電流値ＩＤを算出したが、これに限定されるものではない。ＡＤ変換周期Ｔａｄを点火コイル１４のＬＣ共振周期Ｔｎの１／２以下とすると共に、
（ｎ−１）×Ｔａｄ＞Ｔｎ
の関係を満たすような、連続するｎ回のＡＤ値から漏れ電流値ＩＤを算出する構成であれば、ＡＤ変換周期Ｔａｄ、ＡＤ回数ｎは任意で良い。例えば、ＡＤ変換周期Ｔａｄを１００μｓとしたままで、６回以上のＡＤ値を用いて漏れ電流値ＩＤを算出しても良い（この場合、例えば中央２値のうち何れか一方、又は中央２値の平均を漏れ電流値ＩＤとする）。また、ＡＤ変換周期Ｔａｄを例えば５０μｓに変更した場合には、連続する前後７回又は７回以上のＡＤ値を用いて漏れ電流値ＩＤを算出する。但し、ノイズ周期Ｔｎが変われば上記各数値は勿論変更される。この場合、ＥＣＵ３０の処理能力や演算負荷等を考慮し
てＡＤ変換周期やＡＤ回数を決定すると良い。

発明の実施の形態における点火制御システムの概略を示す構成図である。 点火プラグの構成を示す半断面図である。 点火時におけるイオン電流信号の波形図である。 イオン電流信号のＡＤ変換タイミングを示す波形図である。 信号処理ルーチンを示すフローチャートである。 漏れ電流検出ルーチンを示すフローチャートである。 失火判定ルーチンを示すフローチャートである。 漏れ電流検出開始タイミング算出ルーチンを示すフローチャートである。 漏れ電流検出開始タイミングの基本角度及び角度補正量を求めるための図である。

符号の説明

１１…点火コイル、１１ａ…一次コイル、１１ｂ…二次コイル、１４…点火プラグ、１９…イオン電流検出回路、３０…ＥＣＵ、３１…信号処理ブロック、３２…メイン制御ブロック、４３…中心電極、４４…接地電極。

Claims (4)

1. 内燃機関の燃焼室に設けられた点火プラグと、
   点火プラグに接続された点火コイルと、
   点火コイルの二次低圧側に設けられ、燃料の燃焼時に前記点火プラグの対向電極間を通じて流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
   を備え、イオン電流の検出信号を一定時間間隔でＡＤ変換するイオン電流検出装置において、
   ＡＤ変換周期Ｔａｄを前記点火コイルのＬＣ共振周期Ｔｎの１／２以下とすると共に、（ｎ−１）×Ｔａｄ＞Ｔｎ／２
   の関係を満たすような、連続する前後３回（ｎ＝３）のＡＤ値から最小ＡＤ値を算出する最小ＡＤ値算出手段と、
   その都度の燃焼に対応する所定区間内において前記最小ＡＤ値算出手段により算出された最小ＡＤ値の中から最大値を前記イオン電流の信号ピーク値として算出する信号ピーク値算出手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関のイオン電流検出装置。
2. 内燃機関の燃焼室に設けられた点火プラグと、
   点火プラグに接続された点火コイルと、
   点火コイルの二次低圧側に設けられ、燃料の燃焼時に前記点火プラグの対向電極間を通じて流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
   を備え、イオン電流の検出信号を一定時間間隔でＡＤ変換するイオン電流検出装置において、
   ＡＤ変換周期Ｔａｄを前記点火コイルのＬＣ共振周期Ｔｎの１／２以下とすると共に、（ｎ−１）×Ｔａｄ＞Ｔｎ
   の関係を満たすような、連続する前後５回（ｎ＝５）のＡＤ値のうち中央値により、燃焼イオン消滅後の漏れ電流検出区間において前記点火プラグに流れる漏れ電流値を算出する漏れ電流値算出手段を備えたことを特徴とする内燃機関のイオン電流検出装置。
3. 前記漏れ電流検出区間の開始時及び終了時に前記漏れ電流値算出手段により算出した漏れ電流を用い、燃焼イオン発生区間内におけるイオン電流値を補正する請求項２に記載の内燃機関のイオン電流検出装置。
4. 前記漏れ電流検出区間の開始タイミングを、スパイクノイズの発生条件に応じて可変設定する請求項２又は３に記載の内燃機関のイオン電流検出装置。

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