JP4445008B2 - 内燃機関の燃焼状態検出方法及び装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の燃焼状態、特にプレイグニッションの発生状態を検出するようにした内燃機関の燃焼状態検出方法及び装置に関するものである。

内燃機関に於いては、シリンダ内で混合気燃料の不完全燃焼が発生するとカーボンデポジットが発生し、このカーボンデポジットが点火プラグの電極間の碍子の表面に付着して点火プラグの電極間の絶縁抵抗が低下し、場合によっては失火に至ることがある。この現象を、通常、くすぶりと称するが、くすぶりが発生すると内燃機関の動作が不調となる。又、カーボンデポジットの残留熱によるホットスポット等がシリンダ内に発生し、点火プラグの放電による混合気の点火時点より前に自然発火を引き起こす、所謂、プレイグニッションを誘発することがある。プレイグニッションが発生すると、内燃機関の動作が不調となると共に、場合によっては内燃機関にダメージを与えることがある。

くすぶりは、内燃機関の低速回転領域で発生することが多く、くすぶりを検出したときには、内燃機関の制御装置により自動的に内燃機関を所定期間高速回転させ、点火プラグに付着したカーボンデポジットを焼き切る等の制御を行なう場合がある。又、プレイグニッションの発生を検出したときには、空燃比を燃料リッチ側に制御してシリンダ内の燃焼温度を低下させ、点火プラグの発火部位やホットスポットの温度を低下させるようにプレイグニッション抑制制御を行なうこと等が知られている。

周知のように、混合気燃料が燃焼するとシリンダ内にイオンが発生するが、従来、この発生したイオンをイオン電流として検出し、検出したイオン電流の状態に基づいて内燃機関のプレイグニッションを検出するようにしたプレイグニッション検出方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

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は、イグニッションコイルの１次コイルへの通電期間中（点火信号発生期間中）の前半部分に於いて点火プラグの漏洩電流に基づいてくすぶりを検出し、通電期間中の後半部分に於いてイオン電流に基づいてプレイグニッションを検出するものであるが、くすぶりの検出区間に於いてくすぶりが検出されたときはプレイグニッションの検出を禁止するようにしている。これは、くすぶりの程度が酷くなると、くすぶりによる漏洩電流の発生期間が長くなってプレイグニッションの検出区間に重なることがあり、プレイグニッションが発生していないにも拘らずプレイグニッションが発生したと誤検出してしまうことを避けるためである。

特開平９−３１７６２０号公報

前述の従来の装置の場合、くすぶりの検出段階に於いてくすぶりの発生を検出したときにはプレイグニッションの検出を禁止するようにしているので、そのときプレイグニッションが実際に発生していてもその発生を検出することができず、従って、前述のようなプレイグニッション抑制制御をとることができない。従って、プレイグニッションの発生により内燃機関の動作が不調となり、又、場合によってはシリンダ内が高温高圧状態となって点火プラグの溶損やピストンの破損等の損傷を受けることとなる。

この発明は、従来の装置に於ける前述の課題を解決するもので、くすぶりが発生していても確実にプレイグニッションの発生を検出することができる内燃機関の燃焼状態検出方法を得ることを目的としたものである。

又、この発明は、くすぶりが発生していても確実にプレイグニッションの発生を検出することができる内燃機関の燃焼状態検出装置を得ることを目的としたものである。

この発明に係る内燃機関の燃焼状態検出方法は、内燃機関の燃焼室に設置され点火電圧が印加されることにより前記燃焼室内で飛火放電を発生して混合気燃料に点火しこれを燃焼させる電極を備えた点火プラグと、点火信号の発生に基づいて前記点火電圧を誘起する点火コイルとを備えた内燃機関に於ける燃焼状態を検出する方法であって、前記燃焼により生ずるイオンによるイオン電流を発生させる電圧を前記点火プラグの電極に印加し、前記電圧の印加により前記電極を介して流れる電流のうち前記内燃機関の動作行程の所定期間に設定した第１の検出区間に流れる前記電流の平均値に基づいて比較しきい値を設定し、前記電極を介して流れる電流のうち前記内燃機関の動作行程の前記点火信号が発生している期間を含む所定期間に設定した第２の検出区間に流れる電流と前記比較しきい値との比較に基づいて前記内燃機関のプレイグニッションの発生の有無を検出するようにした方法である。

又、この発明に係る内燃機関の燃焼状態検出方法は、内燃機関の燃焼室に設置され点火電圧が印加されることにより前記燃焼室内で飛火放電を発生して混合気燃料に点火しこれを燃焼させる電極を備えた点火プラグと、点火信号の発生に基づいて前記点火電圧を誘起する点火コイルとを備えた内燃機関に於ける燃焼状態を検出する方法であって、前記燃焼により生ずるイオンによるイオン電流を発生させる電圧を前記点火プラグの電極に印加する第１のステップと、前記電圧の印加により前記電極を介して流れる電流のうち前記内燃機関の動作行程の所定期間に設定した第１の検出区間に流れる前記電流の平均値に基づいて比較しきい値を設定する第２のステップと、前記内燃機関の前記点火信号が発生している期間を含む動作行程の所定期間に第２の検出区間を設定する第３のステップと、前記設定された第２の検出区間に前記点火プラグを介して流れる電流と前記比較しきい値との比較に基づいて前記内燃機関のプレイグニッションの発生に基づくイオン電流の発生位置を示すパラメータを抽出する第４のステップと、前記第２の検出区間内の所定位置に位置比較しきい値を設定する第５のステップと、前記抽出したパラメータと前記位置比較しきい値とを比較し前記パラメータが前記位置比較しきい値より早い時点に存在するか否かを判定して前記プレイグニッションの発生を検出する第６のステップとを備えたことを特徴とする方法である。

この発明による内燃機関の燃焼状態検出装置は、内燃機関の燃焼室に設置され点火電圧が印加されることにより前記燃焼室内で飛火放電を発生して混合気燃料に点火しこれを燃焼させる電極を備えた点火プラグと、点火信号の発生に基づいて前記点火電圧を誘起する点火コイルとを備えた内燃機関に於ける燃焼状態を検出する装置であって、前記燃焼により生ずるイオンによるイオン電流を発生させる電圧を前記点火プラグの電極に印加する電圧印加装置と、前記電圧印加手段により印可された電圧により前記電極を介して流れる電流を検出する電流検出装置と、前記電流検出装置により検出された電流のうち前記内燃機関の動作行程の所定期間に設定した第１の検出区間に流れる前記電流に基づいて比較しきい値を設定する比較しきい値設定装置と、前記電極を介して流れる電流のうち前記内燃機関の動作行程の前記点火信号が発生している期間を含む所定期間に設定した第２の検出区間に流れる電流と前記設定した比較しきい値との比較に基づいて前記内燃機関のプレイグニッションの発生の有無を判定するプレイグニッション発生判断装置とを備えたことを特徴とするものである。

又、この発明による内燃機関の燃焼状態検出装置は、内燃機関の燃焼室に設置され点火電圧が印加されることにより前記燃焼室内で飛火放電を発生して混合気燃料に点火しこれを燃焼させる電極を備えた点火プラグと、点火信号の発生に基づいて前記点火電圧を誘起する点火コイルとを備えた内燃機関に於ける燃焼状態を検出する装置であって、前記燃焼により生ずるイオンによるイオン電流を発生させる電圧を前記点火プラグの電極に印加する電圧印加装置と、前記電圧印加装置により印可された電圧により前記電極を介して流れる電流を検出してその検出値を出力するする電流検出装置と、前記内燃機関の動作行程の所定期間に第１の検出区間を設定する第１の検出区間設定装置と、前記第１の検出区間に流れる前記電流の検出値の平均値を算出する平均レベル算出装置と、前記算出した平均値と前記電圧印加手段により印可した電圧とからくすぶり抵抗値を算出するくすぶり抵抗値を算出するくすぶりレベル算出装置と、前記算出したくすぶり抵抗値に基づいて比較しきい値を設定する比較しきい値設定装置と、前記内燃機関の動作行程に前記点火信号が発生している期間を含む第２の検出区間を設定する第２の検出区間設定装置と、前記第２の検出区間に流れる電流の検出値と前記設定した比較しきい値との比較に基づいて前記内燃機関のプレイグニッションに基づくイオン電流を抽出するプレイグニッション信号抽出装置と、前記第２の検出区間の所定位置に位置比較しきい値を設定する位置比較しきい値設定装置と、前記抽出したイオン電流の位置と前記設定した位置比較しきい値との比較に基づいて前記プレイグニッションの発生の有無を判定するプレイグニッション発生判断装置とを備えたことを特徴とするものである。

この発明による内燃機関の燃焼状態検出方法によれば、燃焼により生ずるイオンによるイオン電流を発生させる電圧を点火プラグの電極に印加し、前記電圧の印加により前記電極を介して流れる電流のうち内燃機関の動作行程の所定期間に設定した第１の検出区間に流れる前記電流の平均値に基づいて比較しきい値を設定し、前記電極を介して流れる電流のうち前記内燃機関の動作行程の前記点火信号が発生している期間を含む所定期間に設定した第２の検出区間に流れる電流と前記比較しきい値との比較に基づいて前記内燃機関のプレイグニッションの発生の有無を検出するようにしているので、くすぶりが発生していてもプレイグニッションの発生を確実に検出することができ、この検出に基いてプレイグニッションの発生を抑制する等の内燃機関の適正な制御を行なうことができる。

又、この発明による内燃機関の燃焼状態検出方法によれば、燃焼により生ずるイオンによるイオン電流を発生させる電圧を点火プラグの電極に印加する第１のステップと、前記電圧の印加により前記電極を介して流れる電流のうち内燃機関の動作行程の所定期間に設定した第１の検出区間に流れる前記電流の平均値に基づいて比較しきい値を設定する第２のステップと、前記内燃機関の前記点火信号が発生している期間を含む動作行程の所定期間に第２の検出区間を設定する第３のステップと、前記設定された第２の検出区間に前記点火プラグを介して流れる電流と前記比較しきい値との比較に基づいて前記内燃機関のプレイグニッションの発生に基づくイオン電流の発生位置を示すパラメータを抽出する第４のステップと、前記第２の検出区間内の所定位置に位置比較しきい値を設定する第５のステップと、前記抽出したパラメータと前記位置比較しきい値とを比較し前記パラメータが前記位置比較しきい値より早い時点に存在するか否かを判定して前記プレイグニッションの発生を検出する第６のステップとを備えているので、くすぶりが発生していてもプレイグニッションの発生を確実に検出することができ、更に、多重点火装置を備えた内燃機関等に於いても位置比較しきい値をそれに対応して設定することでプレイグニッションの発生を確実に検出することができ、この検出に基いてプレイグニッションの発生を抑制する等の内燃機関の適正な制御を行なうことができる。

又、この発明による内燃機関の燃焼状態検出装置によれば、燃焼により生ずるイオンによるイオン電流を発生させる電圧を点火プラグの電極に印加する電圧印加装置と、前記電圧印加手段により印可された電圧により前記電極を介して流れる電流を検出する電流検出装置と、前記電流検出装置により検出された電流のうち内燃機関の動作行程の所定期間に設定した第１の検出区間に流れる前記電流に基づいて比較しきい値を設定する比較しきい値設定装置と、前記電極を介して流れる電流のうち前記内燃機関の動作行程の前記点火信号が発生している期間を含む所定期間に設定した第２の検出区間に流れる電流と前記設定した比較しきい値との比較に基づいて前記内燃機関のプレイグニッションの発生の有無を判定するプレイグニッション発生判断装置とを備えているので、内燃機関のプレイグニッションの発生を確実に検出することができ、この検出に基いてプレイグニッションの発生を抑制する等の内燃機関の適正な制御を行なうことができる。

更に、この発明による内燃機関の燃焼状態検出装置によれば、燃焼により生ずるイオンによるイオン電流を発生させる電圧を前記点火プラグの電極に印加する電圧印加装置と、前記電圧印加装置により印可された電圧により前記電極を介して流れる電流を検出してその検出値を出力するする電流検出装置と、内燃機関の動作行程の所定期間に第１の検出区間を設定する第１の検出区間設定装置と、前記第１の検出区間に流れる前記電流の検出値の平均値を算出する平均レベル算出装置と、前記算出した平均値と前記電圧印加手段により印可した電圧とからくすぶり抵抗値を算出するくすぶり抵抗値を算出するくすぶりレベル算出装置と、前記算出したくすぶり抵抗値に基づいて比較しきい値を設定する比較しきい値設定装置と、前記内燃機関の動作行程に前記点火信号が発生している期間を含む第２の検出区間を設定する第２の検出区間設定装置と、前記第２の検出区間に流れる電流の検出値と前記設定した比較しきい値との比較に基づいて前記内燃機関のプレイグニッションに基づくイオン電流を抽出するプレイグニッション信号抽出装置と、前記第２の検出区間の所定位置に位置比較しきい値を設定する位置比較しきい値設定装置と、前記抽出したイオン電流の位置と前記設定した位置比較しきい値との比較に基づいて前記プレイグニッションの発生の有無を判定するプレイグニッション発生判断装置とを備えているので、くすぶりが発生していてもプレイグニッションの発生を確実に検出することができ、更に、位置比較しきい値を多重点火装置を備えた内燃機関に対応して設定することで確実にプレイグニッションの発生を検出することができ、より汎用性の高い燃焼状態検出装置とすることができ、プレイグニッションの発生を抑制する等の内燃機関の適正な制御を行なうことができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃焼状態検出方法及び装置について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃焼状態検出装置の一部の回路構成を示す回路図である。

図１に於いて、内燃機関の燃焼室（図示せず）に設置された点火プラグ５は、間隙を介して対向する一対の電極を備え、これらの電極が燃焼室内に露出しており、その電極間に点火電圧が印可されることにより飛火放電を発生し燃焼室内の混合気燃料に点火しこれを燃焼させる。点火コイル１は、バッテリー（図示せず）からの電源ＶＢに接続された一次コイル２と、この一次コイル２に磁気鉄心を介して結合された二次コイル３とを備えている。

１次コイル２は、トランジスタ４に直列接続されており、トランジスタ４が車両に設けられた演算処理装置（以下、ＣＰＵと称する）を含むエンジン制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）１２からの後述する点火信号を受けて導通することにより、電源ＶＢから１次電流が供給されて付勢される。点火コイル２は、一次コイル２への一次電流の通電が停止されたとき、二次コイル３に点火電圧としての負の高電圧を誘起し、この点火電圧を点火プラグ５の電極に印加する。

バイアス回路７は、二次コイル２と車両の接地電位部との間に挿入されており、コンデンサ９と、このコンデンサに並列接続されたツェナーダイオード８と、これらの並列回路に直列接続されたダイオード１０とを備えている。バイアス回路７は、後述するイオン電流及び内燃機関のくすぶりによる点火プラグ５の漏洩電流を検出するために、点火プラグ５の電極に正の電圧を印加する。

点火プラグ５は、混合気燃料を点火させるための飛火放電を発生する機能の外に、イオン電流及び点火プラグの漏洩電流を検出するためのプローブとしての機能を備える。電流検出手段としてのイオン電流検出回路１１は、ダイオード１０の陰極側に接続され、点火プラグ５の電極を介して流れる前述のイオン電流及び漏洩電流を検出し、その検出した電流値をＥＣＵ１２に入力する。一次コイル２、二次コイル３、トランジスタ４、バイアス回路７、及びイオン電流検出回路１１は、点火コイル１として一体に構成され、内燃機関に搭載されている。

図２は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃焼状態検出方法及び装置の動作を説明する説明図である。図２に於いて、内燃機関の動作は、周知のように、燃焼室内の混合気燃料を圧縮する圧縮工程Ｃ１と、圧縮された混合気燃料を燃焼させる燃焼行程Ｃ２と、燃焼したガスを排気する排気行程Ｃ３と、混合気燃料を吸入する吸入行程Ｃ４とからなる。夫々の工程Ｃ１〜Ｃ４は、燃焼室内を往復運動するピストンに連結されたクランク軸の回転角度（以下、クランク角と称する）０°ＣＡ〜７２０°ＣＡ内での所定の角度範囲に対応している。

圧縮工程Ｃ１に於いて（Ａ）に示す点火信号が時点ｔ１でオンになると、図１に示すトランジスタ４が導通し、一次コイル２に電源ＶＢから１次電流が供給される。これにより、図２の（Ｂ）に示すように例えば１[KV]程度のピーク値を有する二次電圧Ｖ２が２次コイル３に誘起される。この２次電圧Ｖ２により、点火系にその静電容量に起因するノイズ電流Ｉｎが瞬時に流れる。時点ｔ２に於いて点火信号がオフになるとトランジスタ４が非導通となり一次コイル２への１次電流が遮断される。

１次電流の遮断により、二次コイル３に、例えば２０[KV]程度の負の高電圧である点火電圧Ｖ２ｉが誘起される。点火電圧Ｖ２ｉは、例えば、クランク角−１０°ＣＡ前後の時点で発生し、点火プラグ５の電極間に印加され、その電極間に飛火放電を発生させる。この飛火放電による放電電流は、点火プラグ５の接地側の電極から２次コイル３に接続されている電極へと流れ、二次コイル３を介してコンデンサ９を充電する。コンデンサ９が所定の充電電圧に達するとツェナーダイオード８がブレークダウンし、ダイオード１０を介して放電電流は接地側へ流れる。

燃焼室内の混合気燃料は、点火プラグ５の飛火放電によりピストンの上死点であるクランク角０°ＣＡの直前で点火されて燃焼し、内燃機関は燃焼行程Ｃ２に移行する。混合気燃料が燃焼すると、燃焼室内にイオンが発生するが、点火プラグ５の電極間にはコンデンサ９の充電電圧に基づく例えば１００[V]程度のバイアス電圧ＶＬが印加されるので、ノイズ電流Ｉｎに続いてイオン電流Ｉｄが図２の（Ｃ）に示すように流れる。このイオン電流Ｉｄは次第に減衰し、燃焼行程Ｃ２の終了時点から排気行程Ｃ３に至る段階ではほぼ０となる。以上の図２の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に基づく動作は、内燃機関にプレイグニッション、及び点火プラグ５にくすぶりが発生していない、所謂、正常時に於ける動作である。

図１５は、点火プラグの重度のくすぶりと、強いプレイグニッションが発生した場合に於ける電流波形を示すもので、（Ａ）、（Ｂ）は、夫々前述の図２に於ける（Ａ）、（Ｂ）に対応する点火信号と二次電圧Ｖ２を示す。点火プラグ５に重度のくすぶりが発生すると、時点ｔ１に於いて二次コイル３に誘起された二次電圧Ｖ２が電極間に印加されることにより、ノイズ電流Ｉｎに続いて、点火プラグ５の碍子等の絶縁物の表面に付着したカーボンデポジットを通して電極間に漏洩電流Ｉｋが流れる。

くすぶりが軽度の場合には、二次電圧Ｖ２が、例えば８００[V]の場合でも数１０[μＡ]程度であり、二次電圧Ｖ２が図１５の（Ｂ）に示すように減少するに従って殆ど流れなくなる。しかし、くすぶりが重度になると、例えば８００[Ｖ]の二次電圧が点火プラグ５の電極間に印加された場合、(Ｃ)に示すようにピーク時には４００[μA]程度の漏洩電流が流れ、以降、次第に減少するが点火信号が印可されているｔ１〜ｔ２の期間中流れ続ける。そして、点火後の燃焼行程Ｃ２に於いて点火プラグ５の電極間に印加されるバイアス電圧により、ノイズ電流Ｉｎに続いてくすぶりにより漏洩電流Ｉｋが点火プラグ５を介して流れることとなる。この場合の漏洩電流Ｉｋは、バイアス電圧が１００[Ｖ]であるとすれば、５０[μA]程度となる。

又、燃焼室内に強いプレイグニッションが発生すると、図１５の（Ｄ）に示すように、ノイズ電流Ｉｎに続いてプレイグニッションに基づくイオン電流Ｉｐが流れる。このプレイグニッションによるイオン電流Ｉｐは、点火電圧Ｖ２が例えば５００[V]のときでも５００[μA]程度の値となり、以降、次第に減衰して点火信号の終了時点ｔ２ではほぼ０となる。そして、点火後の燃焼行程Ｃ２に於いて点火プラグ５の電極間に印加されるバイアス電圧により、点火プラグ５の飛火放電により生じてイオンに基づくイオン電流Ｉｄが点火プラグ５を介して流れることとなる。この場合のイオン電流Ｉｄは、バイアス電圧が１００[V]であるとすれば、１００[μA]程度となる。図２の（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）に示す波形は、図１５に於ける（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の波形に夫々対応し、重度のくすぶりが発生した場合を示している。

くすぶりとプレイグニッションが同時に発生すれば、前述のくすぶりによる漏洩電流Ｉｋとプレイグニッションによるイオン電流Ｉｐが重畳して点火プラグ５を介して点火コイル１から接地電位部に流れることになる。

図１に示すイオン電流検出回路１１は、前述のくすぶりによる漏洩電流Ｉｋ、プレイグニッションによるイオン電流Ｉｐ、点火プラグ５の飛火放電によるイオン電流Ｉｄの、何れをも検出することができる。しかし、くすぶりによる漏洩電流Ｉｋとプレイグニッションによるイオン電流Ｉｐが重畳して流れた場合、イオン電流検出回路１１の検出した電流値が、くすぶりによる漏洩電流Ｉｋとプレイグニッションによるイオン電流Ｉｐとの何れであるかの区別はつかないことになる。

以下述べるこの発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃焼状態検出方法は、くすぶりによる漏洩電流Ｉｋとプレイグニッションによるイオン電流Ｉｐが重畳して流れた場合でも、プレイグニッションによるイオン電流Ｉｐの検出を確実に行い得るようにした方法である。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃焼状態検出方法は、図２に示すように、内燃機関の排気行程Ｃ３内に、第１の検出区間Ｚ１を設定し、この第１の検出区間Ｚ１の間に点火プラグ５に流れる漏洩電流の平均値ＩＬを求める。この第１の検出区間Ｚ１は、既に点火プラグ５の飛火放電によるイオン電流Ｉｄは消滅している排気行程Ｃ３内の所定のクランク角に対応して設定されており、例えば、１[μsec]の期間である。この区間内に流れる電流はくすぶりに基づく漏洩電流であるから、くすぶりに基づく漏洩電流の平均値ＩＬを求めることになる。尚、第１の検出区間Ｚ１内に流れる漏洩電流が所定値以下の場合は、くすぶりが発生していないと判定するようにしてもよい。尚、図２の（Ｃ）、（Ｆ）ではイオン電流と漏洩電流とを総称して「イオン電流」と表示している。

くすぶりによる漏洩電流Ｉｋの平均値ＩＬを求めることにより、例えば１００[V]の一定値であるバイアス回路７によるバイアス電圧ＶＬから、オームの法則によりくすぶり抵抗値ＲＬを算出する。次に、算出したくすぶり抵抗値ＲＬに基づいて、比較しきい値Ｔｈを設定する。この比較しきい値Ｔｈ１の大きさは、くすぶり抵抗値ＲＬの大きさに応じて設定される。比較しきい値Ｔｈ１は、後述する第２の検出区間Ｚ２内に流れる電流の検出値と比較するために用いる。第２の検出区間Ｚ２は、ほぼ内燃機関の圧縮工程Ｃ１全体に亘るクランク角に対応して例えば１０[msec]に設定され、点火信号がオンである時点ｔ１〜ｔ２の間の期間を含む。

くすぶりの発生が無いか、若しくは軽度であればくすぶり抵抗値ＲＬは無限大、若しくはきわめて大きくなる。このくすぶり抵抗値ＲＬに対応して設定される比較しきい値Ｔｈは、図２の（Ｃ）に鎖線で示すように小さな値となるが、ノイズ電流Ｉｎは別として、くすぶりの発生を無視し得る程度の漏洩電流より大きな値とされる。くすぶりの発生が重度の場合は、くすぶり抵抗値ＲＬは小さくなる。従ってそのくすぶり抵抗値ＲＬに対応して設定される比較しきい値Ｔｈ１は、図２の（Ｅ）に鎖線で示すように大きな値となり、くすぶりによる漏洩電流Ｉｋを常に超える値に設定される。尚、図２の（Ｃ）、（Ｅ）に示すように、比較しきい値Ｔｈ１は、点火信号がオンとなる時点ｔ１以前では所定値で時点ｔ１にて最高値をとり、以降次第に低下して所定値に戻るパターンを有している。

次に、第２の検出区間Ｚ２では、この区間に流れる電流の検出値と設定した比較しきい値Ｔｈとを比較し、この比較に基づいてプレイグニッションの発生の有無を検出する。即ち、強いプレイグニッションが発生した場合、前述したように図１５の（Ｄ）に示すイオン電流Ｉｐが流れ、このイオン電流Ｉｐは図２の（Ｃ）又は（Ｆ）に示す比較しきい値Ｔｈを超えることとなる。ここで、強いプレイグニッション、つまり点火信号がオンとなってから早い段階でプレイグニッションが発生した場合、イオン電流Ｉｐは、例えば図１５の（Ｄ）に示すように時点ｔ１に近い時点でピーク値を有するパターンを備える。そして、弱いプレイグニッション、つまり強いプレイグニッションの発生時点に比べて時点ｔ１から離れた時点でプレイグニッションが発生すると、その度合いに応じてイオン電流Ｉｐのピーク値の位置は時点ｔ１から遠ざかり時点ｔ２に近づくこととなり、場合によってはプレイグニッションとして検出する必要のないものとなる。

そこで、位置比較しきい値ＴｈＰｒｅを所定のクランク角に対応した時点に設定し、イオン電流Ｉｐのピーク値の時点が、位置比較しきい値ＴｈＰｒｅの設定時点よりも前の時点であるＸ側にあればプレイグニッションが発生したと判定し、位置比較しきい値ＴｈＰｒｅの設定時点よりも後の時点であるＹ側にあればプレイグニッションが発生したとは判定しないようにする。この位置比較しきい値ＴｈＰｒｅの設定は、特に複数の点火プラグを備えた多点点火システムを採用している場合に、点火プラグの飛火放電によるイグニッションとプレイグニッションとを区別する上で有効である。

比較しきい値Ｔｈの値は、前述したように発生したくすぶりの度合いに基づいて設定され、如何なるくすぶり度合いであっても、比較しきい値Ｔｈ１はくすぶりによる漏洩電流Ｉｋより大きく設定されるが、しかし大き過ぎない適度の値に設定される。それは、第２の検出区間Ｚ２に於いて、くすぶりによる漏洩電流は検出しないがプレイグニッションによるイオン電流Ｉｐを確実に検出するためである。

以上で、この発明の実施の形態１に基づく内燃機関の燃焼状態検出方法について説明した。次に、その内燃機関の燃焼状態検出方法を用いてプレイグニッションの発生を検出するようにしたこの発明の実施の形態１に基づく内燃機関の燃焼状態検出装置について説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃焼状態検出装置の全体構成を示すブロック図である。

図３に於いて、点火コイル１は、点火プラグ５に点火電圧を供給するコイル部分１３とイオン電流検出装置１４とを含む。コイル部分１３は、図１に示す一次コイル２と二次コイル３とトランジスタ４とから構成されている。イオン電流検出装置１４は、図１に示すバイアス回路７とイオン電流検出回路１１とから構成されている。Ａ／Ｄ変換装置１７は、イオン電流検出回路１１が検出したアナログ電流値をデジタル電流値に変換する。プレイグニッション検出装置１８は、図１に示すＥＣＵ１２に設けられており、Ａ／Ｄ変換装置１７からのデジタル電流値を受けてプレイグニッションの発生の有無を検出する。このプレイグニッション検出装置１８は、後述するくすぶりレベル判定装置１９と、パラメータ抽出装置２０と、プレイグニッション判定装置２１とから構成されている。尚、電流検出装置１４は、検出した前記電流に重畳するインパルス成分と高周波成分の少なくとも何れかを除去するフィルタ手段を備えていてもよい。

点火制御装置１５は、点火コイル１の一次コイル２に接続されているトランジスタ４に点火信号を与えてこれを導通させ、点火プラグ５に印加する点火電圧の発生時期を制御する。クランク角センサ１６は、クランク軸の回転角であるクランク角を検出し、点火制御装置１５及びプレイグニッション検出装置１８に入力する。

図４は、前述のくすぶりレベル判定装置１９の構成を示すブロック図である。図４に於いて、くすぶりレベル判定装置１９は、第１の検出区間設定装置２２と、平均レベル算出装置２３と、くすぶりレベル算出装置２４とにより構成されている。第１の検出区間設定装置２２は、クランク角センサ１６が検出したクランク角に基いて前述の図２に示す第１の検出区間Ｚ１を設定する。第１の検出区間Ｚ１の幅は、ノイズの影響を無視し得るように約１[msec]程度とする。平均レベル算出装置２３は、イオン電流検出回路１１が検出した電流値をデジタル変換したＡ／Ｄ変換装置１７からのデジタル電流値に基いて、第１の検出区間設定装置２２により設定された第１の検出区間Ｚ１内に流れる電流の平均値を算出する。くすぶりレベル算出装置２４は、平均レベル算出装置２３により算出された電流の平均値に基づいて、点火プラグ５に発生しているくすぶりのレベルを算出する。即ち、くすぶりのレベルの算出は、前述したように、バイアス電圧ＶＬを算出した電流の平均値で除してくすぶり抵抗値ＲＬを算出することにより行なう。

図５は、前述のパラメータ抽出装置２０の構成を示すブロック図である。パラメータ抽出装置２０は、プレイグニッションの発生に起因するパラメータとしてのプレイグニッション信号を抽出するものである。図５に於いて、パラメータ抽出装置２０は、第２の検出区間設定装置２５と、第１の比較装置２６と、比較しきい値設定装置２７とプレイグニッション信号抽出装置２８とにより構成されている。第２の検出区間設定装置２５は、クランク角センサ１６が検出したクランク角に基いて前述の図２に示す第２の検出区間Ｚ２を設定する。第２の検出区間Ｚ２のはばや、約１０[μsec]とする。比較しきい値設定装置２７は、くすぶりレベル算出装置２４により算出されたくすぶりレベル、即ち、くすぶり抵抗値ＲＬに基づいて、図２に示す前述の比較しきい値Ｔｈ１を設定する。比較しきい値Ｔｈ１は、マップとして記憶しており、くすぶり抵抗値に基づいてマップから読み出すことにより設定する。

図７は、くすぶり抵抗値ＲＬのレベルに対応して設定する比較しきい値Ｔｈ１を示す説明図である。図７に於いて、（Ａ）は点火信号を示す。（Ｂ）はくすぶり抵抗値ＲＬが無限大、つまり、くすぶりが発生していないか、若しくは発生していても無視し得る程度である場合の比較しきい値で、点火信号のオン期間中、一定値となる。（Ｃ）はくすぶり抵抗値ＲＬが３０[MΩ]である場合の比較しきい値、（D）はくすぶり抵抗値ＲＬが１０[MΩ]である場合の比較しきい値、（Ｅ）はくすぶり抵抗値ＲＬが５[MΩ]である場合の比較しきい値を夫々示す。（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）に示す比較しきい値は、点火信号の立ち上がり時点でピーク値を持ち、以降、時間の経過と共に減少するパターンを備える。これは、前述のようにくすぶりによる漏洩電流Ｉｋのパターンに沿わせたものである。比較しきい値Ｔｈ１は、くすぶり抵抗値ＲＬに対応してマップに記憶されている。

図５に於いて、第１の比較装置２６は、Ａ／Ｄ変換装置１７からのデジタル電流値と比較しきい値設定装置２７により設定された比較しきい値Ｔｈ１とを比較する。プレイグニッション信号抽出装置２８は、第１の比較装置２６による比較により比較しきい値Ｔｈを超えたデジタル電流値をプレイグニッション信号として抽出する。

図６は、前述のプレイグニッション判定装置２１の構成を示すブロック図である。図６に於いて、位置比較しきい値設定装置３２は、第２の検出区間設定装置２５により設定された第２の検出区間Ｚ２内に、前述の図２に示す位置比較しきい値ＴｈＰｒｅを設定する。この位置比較しきい値ＴｈＰｒｅは、クランク角センサ１６からのクランク角に基づき所定のクランク角の位置に対応して設定されるものであり、前述したように点火プラグ５の飛火放電によるイグニッションに基づくイオン電流とプレイグニッションに基づくイオン電流との区別を明確にするためのものである。

第２の比較装置３０は、プレイグニッション信号抽出装置２８により抽出されたプレイグニッション信号の発生位置と、位置比較しきい値設定装置３２２より設定された位置比較しきい値の位置とを比較する。プレイグニッション発生判断装置３１は、第２の比較装置３０による比較の結果、プレイグニッション信号の発生位置が位置比較しきい値ＴｈＰｒｅの設定された位置より前にある、即ち、前述の図２に示すＸ側にあるときにプレイグニッションが発生したと判断する。プレイグニッション信号の発生位置は、プレイグニッション信号、つまり比較しきい値を最初に越えたイオン電流の位置としてもよく、或いはそのイオン電流のピーク位置をその発生位置としてもよく、更にはプレイグニッション信号、つまり比較しきい値を超えたイオン電流のパターンの重心位置をその発生位置としても良い。

次に、以上のように構成されたこの発明の実施の形態１に基づく内燃機関の燃焼状態検出装置の動作について説明する。図８乃至図１２はこの発明の実施の形態１に基づく内燃機関の燃焼状態検出装置の動作を説明するフローチャートを示し、図８はメイン処理、図９はくすぶりレベル判定処理、図１０はイオン電流発生を判定するための比較しきい値設定処理、図１１はパラメータ抽出処理、図１２はプレイグニッション判定処理を夫々示す。

先ず、燃焼により生ずるイオンによるイオン電流を発生させる電圧を点火プラグ５の電極に印加するこの発明に於ける第１のステップを経て、メイン処理のルーチンを示す図８に進む。図8に於いて、ステップＳ１に於いて、くすぶりレベル判定装置１９により、くすぶりレベル判定処理を行ない、前述のくすぶり抵抗値ＲＬを算出する。次にステップＳ２に進み、くすぶり抵抗値ＲＬに基づいて前述の比較しきい値Ｔｈ１を設定する。ステップＳ１とステップＳ２とは、この発明に於ける第２のステップに相当する。ステップＳ３では、パラメータ抽出装置２０により、比較しきい値Ｔｈ１と検出したイオン電流のデジタル値と比較に基づいてプレイグニッション信号を抽出する。ステップＳ３は、この発明に於ける第４のステップに相当する。次に、ステップＳ４に進むと、プレイグニッション判定装置２１により、位置比較しきい値ＴｈＰｒｅを第２の検出区間Ｚ２内に設定し、この位置比較しきい値に基づいてプレイグニッション信号の発生位置を判定してプレイグニッションの発生の有無を検出して動作を終了する。ステップＳ４は、この発明に於ける第3のステップと第５のステップと第６のステップに相当する。以上の図8に示すメイン処理は、内燃機関の点火サイクル毎に行なう。

次に、メイン処理ルーチンのステップＳ１に於ける「くすぶりレベル判定処理」について、その詳細を図９に基づいて説明する。くすぶりレベル判定装置１９では、先ずクランク角センサ１６からのクランク角に基づいて図２に示す排気行程Ｃ２内に第１の検出区間Ｚ１を設定し、図９に示すステップＳ１０１に進む。ステップＳ１０１では、第１の検出区間Ｚ１の期間中であるか否かを判定し、その期間中であれば、ステップＳ１０２に進んでフラグＦＬＧを「１」に設定する。次に、ステップＳ１０３に於いて、バッファーＩＯＮ１に第１の検出区間Ｚ１の期間中に検出したくすぶりによる漏洩電流のデジタル値を蓄積してリターンする。

ステップＳ１０１に戻り、第２の検出区間Ｚ１であるか否かの判定を行い、第１の検出区間Ｚ１でないと判定すると、ステップＳ１０４に進みフラグＦＬＧが「１」であるか否かを判定し、ＦＬＧ＝１であればステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５に進むと、バッファーＩＯＮ１に蓄積した第１の検出区間Ｚ１内の漏洩電流の値から、平均レベル算出装置２３により平均電流値ＩＬを算出する。尚、図９のステップＳ１０５では、漏洩電流を「イオン電流」と総称して表示している。次に、ステップＳ１０６に進み、くすぶりレベル算出装置２４によりくすぶりレベルとしてのくすぶり抵抗値ＲＬを算出する。くすぶり抵抗値ＲＬは、ＩＬ／ＲＬとして算出し、もの値をメモリに記憶させる。次にステップＳ１０７に進み、フラグＦＬＧを「０」にリセットする。以降、内燃機関の点火サイクル毎に図９に示す「くすぶりレベル判定処理」のルーチンを繰り返す。

次に、メイン処理ルーチンのステップＳ２に於ける「イオン電流発生判定しきい値設定処理」について、その詳細を図１０に基づいて説明する。図１０に於いて、比較しきい値設定装置２７により、ステップＳ２０１ではメモリに記憶しているくすぶり抵抗値ＲＬを読み出し、ステップＳ２０２に於いてその読み出したくすぶり抵抗値ＲＬに基づいて、マップに記憶している比較しきい値Ｔｈ１を読み出す。以降、内燃機関の点火サイクル毎に図１０に示す「イオン電流発生判定しきい値設定処理」のルーチンを繰り返す。

次に、メイン処理ルーチンのステップＳ３に於ける「パラメータ抽出処理」について、その詳細を図１１に基づいて説明する。パラメータ抽出装置２０に於ける第２の区間設定装置２５では、前述したように図２に示す圧縮工程Ｃ３に亘って第２の検出区間Ｚ２を設定しており、この第２の検出区間Ｚ２には点火信号のオン期間が含まれている。図１１に於いて、ステップＳ３０１では、第２の検出区間Ｚ２の期間中であるか否かを判定し、その期間中であればステップＳ３０２に進む。ステップＳ３０２では、第２の検出区間Ｚ２に流れるイオン電流の検出値をＡ／Ｄ変換装置１７からのデジタルデータＩＯＮ２として読み込む。このとき読み込まれるデータＩＯＮ２は、くすぶりによる漏洩電流Ｉｋとプレイグニッションに基づくイオン電流Ｉｐとの合計値であるが、図９にはイオン電流と総称して表示している。

次にステップＳ３０３に進み、設定した前述の比較しきい値Ｔｈ１を読み出し、ステップＳ３０４に進む。ステップＳ３０４では、ステップＳ３０３にて読み出した電流値のデータＩＯＮ２と設定されている比較しきい値Ｔｈ１とを第１の比較装置２６により比較し、電流のデータＩＯＮ２が比較設定値Ｔｈ１より大きければステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０５では、カウンタのカウント値ＣＮＴ１を「１」だけカウントアップし「ＣＮＴ１＋１」とする。ステップＳ３０４での判定の結果、電流のデータＩＯＮ２が比較しきい値Ｔｈ１以下であれば、ステップＳ３０８に進んでカウンタのカウント値ＣＮＴ１から［１］を減じ「ＣＮＴ１−１」とする。但し、カウント値ＣＮＴ１は「０」でクリップする。

ステップＳ３０６に進むと、カウンタのカウント値ＣＮＴ１が所定値以上、即ち電流のデータＩＯＮ２が比較設定値Ｔｈ１より大きい回数が所定回数以上であるか否かを判定する。ステップＳ３０６での判定の結果、カウンタのカウント値ＣＮＴ１が所定回数以上であればステップＳ３０７に進み、カウントアップの開始位置をプレイグニッション発生のパラメータＩＰとして記憶する。ステップＳ３０６での判定に於いて、カウンタのカウント値ＣＮＴ１が所定回数、即ち所定値以上か否かを判定するための所定回数は、読み込んだ電流のデータがノイズ波形に基づくものではないと判断し得る回数である。ステップＳ３０６での判定の結果、カウンタのカウント値ＣＮＴ１が所定回数に達していない場合はステップＳ３０１ヘリターンし、以降、「パラメータ抽出処理」の動作を繰り返す。その繰り返し周期は、例えば、１０[μsec]とする。

尚、ステップＳ３０７に於いてカウントアップ開始位置、即ち電流のデータＩＯＮ２が比較設定値Ｔｈ１より最初に超過した位置をプレイグニッション発生のパラメータＩＰとして記憶する代わりに、カウンタのカウンタ値ＣＮＴ１が所定回数に達した時点をプレイグニッション発生のパラメータＩＰとして記憶してもよい。又、前述したようにプレイグニッション信号、つまり比較しきい値Ｔｈ１を最初に越えたイオン電流の位置をプレイグニッション発生のパラメータＩＰとしてもよく、或いはそのイオン電流のピーク位置をプレイグニッション発生のパラメータＩＰとしてもよく、更には比較しきい値Ｔｈ１を超えたイオン電流のパターンの重心位置をプレイグニッション発生のパラメータＩＰとしても良い。

ステップＳ３０１での判定の結果、第２に検出区間Ｚ２の期間中ではないと判定した場合には、ステップＳ３０９に進んでカウンタを初期化、つまりカウント値ＣＮＴ１を「０」として、ステップ３０１へリターンし、以降、以降、「パラメータ抽出処理」の動作を、例えば、１０[μsec]毎に繰り返す。

次に、メイン処理ルーチンのステップＳ４に於ける「プレイグニッション判定処理」について、その詳細を図１２に基づいて説明する。ステップＳ４０１では、位置比較しきい値設定装置３２により位置比較しきい値ＴｈＰｒｅをクランク角センサ１６からのクランク角に基づいて設定する。位置比較しきい値ＴｈＰｒｅの設定は、前述したように点火プラグ５の飛火放電によるイグニッションに基づくイオン電流とプレイグニッションに基づくイオン電流との区別を明確にするためのものであり、複数の点火プラグを備えた多重点火システムの場合では通常の場合より早い時点に設定される。

次に、ステップＳ４０２に進み、前述の「パラメータ抽出処理」に於いて抽出したパラメータＩＰが位置比較しきい値ＴｈＰｒｅの設定時点より早いか否かを判定する。即ち、パラメータＩＰが図２に示す前述の位置比較しきい値ＴｈＰｒｅの設定時点より早い時点であるＸ側に存在するか遅い時期であるＹ側にあるかを判定する。ステップＳ４０２での判定の結果、パラメータＩＰが位置比較しきい値ＴｈＰｒｅの設定時点より早い時点であるＸ側にあると判定したときは、ステップＳ４０３に於いて、プレイグニッションが発生していると判定する。

一方、ステップＳ４０２での判定の結果、パラメータＩＰが位置比較しきい値ＴｈＰｒｅの設定時点より遅い時点であるＹ側にあると判定したときは、ステップＳ４０４に於いて、プレイグニッションが発生していないと判定する。以降、この「プレイグニッション判定処理」のルーチンを内燃機関の点火サイクル毎に繰り返す。

以上の動作により、プレイグニッションの発生を検出したときは、ＥＣＵ１２は点火制御装置１５を制御して点火時期を早める等のプレイグニッションを抑制する動作を行なうものである。

以上述べたこの発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃焼状態検出方法及び装置によれば、くすぶりが発生していてもプレイグニッションの発生を確実に検出することができ、この検出に基づいてプレイグニッションの発生を抑制する等の内燃機関の適正な制御を行なうことができる。又、多重点火装置を備えた内燃機関等に於いても位置比較しきい値をそれに対応して設定することでプレイグニッションの発生を確実に検出することができ、この検出に基づいてプレイグニッションの発生を抑制する等の内燃機関の適正な制御を行なうことができ、極めて汎用性の高い内燃機関の燃焼状態検出方法及び装置とすることができる。更に、比較しきい値を、点火信号の立ち上がり時点でピーク値を持ち、以降、時間の経過と共に減少するパターンとしているので、くすぶりによる漏洩電流とプレイグニッションによるイオン電流を確実に区別することができ、プレイグニッションの検出精度を高めることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、比較しきい値Ｔｈ１を、点火信号の立ち上がり時点でピーク値を持ち、以降、時間の経過と共に減少するパターンとし、これをマップに記憶させ、くすぶり抵抗値ＲＬに対応した比較しきい値を読み出して設定していたが、実施の形態２では、比較しきい値Ｔｈ１を点火電圧が印可される期間に亘って一定値とし、くすぶり抵抗値とのテーブルとして記憶しておき、算出したくすぶり抵抗値に基づいて比較しきい値を読み出して設定するものである。

図１３は、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御方法及び装置に用いる比較しきい値Ｔｈを示す説明図である。図１３に於いて、（Ａ）は点火信号を示す。（Ｂ）はくすぶり抵抗値ＲＬが無限大、つまり、くすぶりが発生していないか、若しくは発生していても無視し得る程度である場合の比較しきい値で、点火信号のオン期間中、一定値となる。（Ｃ）はくすぶり抵抗値ＲＬが３０[MΩ]である場合の比較しきい値、（Ｄ）はくすぶり抵抗値ＲＬが１０[MΩ]である場合の比較しきい値、（Ｅ）はくすぶり抵抗値ＲＬが５[MΩ]である場合の比較しきい値を夫々示す。（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）に示す比較しきい値は、何れも点火信号の存在する期間、つまり点火電圧が点火プラグに印加されている期間中に亘って夫々の値で一定値を保つように設定されている。この比較しきい値Ｔｈは、くすぶり抵抗値ＲＬに対応したテーブルとして記憶されている。

図１４は、メイン処理ルーチンのステップＳ２に於ける「イオン電流発生判定しきい値設定処理」の詳細を示すフローチャートである。図１４に於いて、ステップＳ２１１ではメモリに記憶しているくすぶり抵抗値ＲＬを読み出し、ステップＳ２１２に於いてその読み出したくすぶり抵抗値ＲＬに基づいて、テーブルに記憶している比較しきい値Ｔｈ１を読み出す。以降、内燃機関の点火サイクル毎に図１４に示す「イオン電流発生判定しきい値設定処理」のルーチンを繰り返す。その他については実施の形態１の内燃機関の燃焼状態検出方法及び装置と同様である。

この実施の形態２に係る内燃機関の燃焼状態検出方法及び装置によれば、実施の形態１の場合と同様に、くすぶりが発生していてもプレイグニッションの発生を確実に検出することができ、この検出に基づいてプレイグニッションの発生を抑制する等の内燃機関の適正な制御を行なうことができる。又、多点点火装置を備えた内燃機関等に於いても位置比較しきい値をそれに対応して設定することでプレイグニッションの発生を確実に検出することができ、この検出に基づいてプレイグニッションの発生を抑制する等の内燃機関の適正な制御を行なうことができ、極めて汎用性の高い内燃機関の燃焼状態検出方法及び装置とすることができる。

更に、比較しきい値をくすぶり抵抗値に対応して夫々一定値としているので、比較しきい値の設定が容易であり且つそれを記憶するメモリの容量を少なくすることができる。

この発明の実施の形態１による内燃機関の燃焼状態検出装置の一部の回路構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃焼状態検出方法及び装置の動作を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃焼状態検出装置の全体構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃焼状態検出装置に於けるくすぶりレベル判定装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃焼状態検出装置に於けるパラメータ抽出装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃焼状態検出装置に於けるプレイグニッション判定装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃焼状態検出方法及び装置に於ける比較しきい値を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃焼状態検出方法及び装置に於けるメイン処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃焼状態検出方法及び装置に於けるくすぶりレベル判定処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃焼状態検出方法及び装置に於けるイオン電流発生を判定するための比較しきい値設定処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃焼状態検出方法及び装置に於けるパラメータ抽出処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃焼状態検出方法及び装置に於けるプレイグニッション判定処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る内燃機関の燃焼状態検出方法及び装置に於ける比較しきい値を示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係る内燃機関の燃焼状態検出方法及び装置に於けるイオン電流発生を判定するための比較しきい値設定処理を示すフローチャートである。 くすぶりの発生とプレイグニッションが発生した場合に於ける電流波形を示す説明図である。

符号の説明

１ 点火コイル
２ 一次コイル
３ 二次コイル
４ トランジスタ
５ 点火プラグ
７ バイアス回路
８ ツェナーダイオード
９ コンデンサ
１０ ダイオード
１１ イオン電流検出回路
１２ ＥＣＵ
１３ コイル部分１３
１４ イオン電流検出装置
１５ 点火制御装置
１６ クランク角センサ
１７ Ａ／Ｄ変換装置
１８ プレイグニッション検出装置
１９ くすぶりレベル判定装置
２０ パラメータ抽出装置
２１ プレイグニッション判定装置
２２ 第１の検出区間設定装置
２３ 平均レベル算出装置
２４ くすぶりレベル算出装置
２５ 第２の検出区間設定装置
２６ 第１の比較装置
２７ 比較しきい値設定装置
２８ プレイグニッション信号抽出装置
３０ 第２の比較装置
３１ プレイグニッション発生判断装置
３２ 位置比較しきい値設定装置
Ｚ１ 第１の検出区間
Ｚ２ 第２の検出区間
Ｉｎ ノイズ電流
Ｉｋ くすぶりに基づく漏洩電流
Ｉｄ プレイグニッションに基づくイオン電流
ＶＢ 電源
Ｖ２ バイアス電圧
Ｖ２ｉ 点火電圧
ＶＬ バイアス電圧
Ｔｈ１ 比較しきい値
ＴｈＰｒｅ 位置比較しきい値

Claims (16)

1. 内燃機関の燃焼室に設置され点火電圧が印加されることにより前記燃焼室内で飛火放電を発生して混合気燃料に点火しこれを燃焼させる電極を備えた点火プラグと、点火信号の発生に基づいて前記点火電圧を誘起する点火コイルとを備えた内燃機関に於ける燃焼状態を検出する方法であって、前記燃焼により生ずるイオンによるイオン電流を発生させる電圧を前記点火プラグの電極に印加し、前記電圧の印加により前記電極を介して流れる電流のうち前記内燃機関の動作行程の所定期間に設定した第１の検出区間に流れる前記電流の平均値に基づいて比較しきい値を設定し、前記電極を介して流れる電流のうち前記内燃機関の動作行程の前記点火信号が発生している期間を含む所定期間に設定した第２の検出区間に流れる電流と前記比較しきい値との比較に基づいて前記内燃機関のプレイグニッションの発生の有無を検出することを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出方法。
2. 内燃機関の燃焼室に設置され点火電圧が印加されることにより前記燃焼室内で飛火放電を発生して混合気燃料に点火しこれを燃焼させる電極を備えた点火プラグと、点火信号の発生に基づいて前記点火電圧を誘起する点火コイルとを備えた内燃機関に於ける燃焼状態を検出する方法であって、前記燃焼により生ずるイオンによるイオン電流を発生させる電圧を前記点火プラグの電極に印加する第１のステップと、前記電圧の印加により前記電極を介して流れる電流のうち前記内燃機関の動作行程の所定期間に設定した第１の検出区間に流れる前記電流の平均値に基づいて比較しきい値を設定する第２のステップと、前記内燃機関の前記点火信号が発生している期間を含む動作行程の所定期間に第２の検出区間を設定する第３のステップと、前記設定された第２の検出区間に前記点火プラグを介して流れる電流と前記比較しきい値との比較に基づいて前記内燃機関のプレイグニッションの発生に基づくイオン電流の発生位置を示すパラメータを抽出する第４のステップと、前記第２の検出区間内の所定位置に位置比較しきい値を設定する第５のステップと、前記抽出したパラメータと前記位置比較しきい値とを比較し前記パラメータが前記位置比較しきい値より早い時点に存在するか否かを判定して前記プレイグニッションの発生を検出する第６のステップとを備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出方法。
3. 前記比較しきい値の設定は、前記第１の検出区間に流れる前記電流の平均値に基づいて前記点火プラグのくすぶりのレベルを算出し、この算出したくすぶりのレベルに応じて設定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検出方法。
4. 前記算出されるくすぶりのレベルは、前記電流の平均値と前記点火プラグに印加される電圧とから算出するくすぶり抵抗値であることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃焼状態検出方法。
5. 前記第１の検出区間は、前記内燃機関の燃焼行程以外の、１つの工程内若しくは複数の工程に跨って設定されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の内燃機関の燃焼状態検出方法。
6. 前記第２の検出区間は、前記内燃機関の圧縮行程と燃焼行程のうち少なくとも一方に設定されることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の内燃機関の燃焼状態検出方法。
7. 内燃機関の燃焼室に設置され点火電圧が印加されることにより前記燃焼室内で飛火放電を発生して混合気燃料に点火しこれを燃焼させる電極を備えた点火プラグと、点火信号の発生に基づいて前記点火電圧を誘起する点火コイルとを備えた内燃機関に於ける燃焼状態を検出する装置であって、前記燃焼により生ずるイオンによるイオン電流を発生させる電圧を前記点火プラグの電極に印加する電圧印加装置と、前記電圧印加手段により印可された電圧により前記電極を介して流れる電流を検出する電流検出装置と、前記電流検出装置により検出された電流のうち前記内燃機関の動作行程の所定期間に設定した第１の検出区間に流れる前記電流に基づいて比較しきい値を設定する比較しきい値設定装置と、前記電極を介して流れる電流のうち前記内燃機関の動作行程の前記点火信号が発生している期間を含む所定期間に設定した第２の検出区間に流れる電流と前記設定した比較しきい値との比較に基づいて前記内燃機関のプレイグニッションの発生の有無を判定するプレイグニッション発生判断装置とを備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
8. 内燃機関の燃焼室に設置され点火電圧が印加されることにより前記燃焼室内で飛火放電を発生して混合気燃料に点火しこれを燃焼させる電極を備えた点火プラグと、点火信号の発生に基づいて前記点火電圧を誘起する点火コイルとを備えた内燃機関に於ける燃焼状態を検出する装置であって、前記燃焼により生ずるイオンによるイオン電流を発生させる電圧を前記点火プラグの電極に印加する電圧印加装置と、前記電圧印加装置により印可された電圧により前記電極を介して流れる電流を検出してその検出値を出力するする電流検出装置と、前記内燃機関の動作行程の所定期間に第１の検出区間を設定する第１の検出区間設定装置と、前記第１の検出区間に流れる前記電流の検出値の平均値を算出する平均レベル算出装置と、前記算出した平均値と前記電圧印加手段により印可した電圧とからくすぶり抵抗値を算出するくすぶり抵抗値を算出するくすぶりレベル算出装置と、前記算出したくすぶり抵抗値に基づいて比較しきい値を設定する比較しきい値設定装置と、前記内燃機関の動作行程に前記点火信号が発生している期間を含む第２の検出区間を設定する第２の検出区間設定装置と、前記第２の検出区間に流れる電流の検出値と前記設定した比較しきい値との比較に基づいて前記内燃機関のプレイグニッションに基づくイオン電流を抽出するプレイグニッション信号抽出装置と、前記第２の検出区間の所定位置に位置比較しきい値を設定する位置比較しきい値設定装置と、前記抽出したイオン電流の位置と前記設定した位置比較しきい値との比較に基づいて前記プレイグニッションの発生の有無を判定するプレイグニッション発生判断装置とを備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
9. 前記比較しきい値設定装置は、前記点火信号が存在する期間では前記点火信号が存在しない期間よりも前記しきい値を高く設定することを特徴とする請求項７又は８に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
10. 前記設定される比較しきい値は、前記点火電圧が印可される期間に亘って一定値であることを特徴とする請求項７乃至９の何れかに記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
11. 前記比較しきい値設定装置は、前記算出したくすぶり抵抗値に対応した比較しきい値をテーブルから読み出すことにより前記比較しきい値を設定ことを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
12. 前記設定される比較しきい値は、少なくとも一部に時間の経過と共に減少するパターンを有することを特徴とする請求項７乃至９の何れかに記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
13. 前記比較しきい値設定装置は、前記算出したくすぶり抵抗値に対応した比較しきい値をマップから読み出すことにより前記比較しきい値を設定ことを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
14. 前記プレイグニッション判断装置は、前記比較しきい値を越えた前記第２の検出区間に流れる電流のピーク位置を前記内燃機関にプレイグニッションが発生した時点であると判定することを特徴とする請求項７乃至１３の何れかに記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
15. 前記プレイグニッション判断装置は、前記比較しきい値を越えた前記第２の検出区間に流れる電流のパターンに於ける重心位置を前記内燃機関にプレイグニッションが発生した時点であると判定することを特徴とする請求項７乃至１３の何れかに記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
16. 前記電流検出装置は、前記電流に重畳するインパルス成分と高周波成分の少なくとも何れかを除去するフィルタ手段を備えたことを特徴とする請求項７乃至１５の何れかに記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。

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