JP4588082B2

JP4588082B2 - 内燃機関の燃焼状態検出装置

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Publication number: JP4588082B2
Application number: JP2008128448A
Authority: JP
Inventors: 貴彦稲田; 公彦棚谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2028-05-15
Also published as: JP2009275625A

Description

この発明は、内燃機関の燃焼状態検出装置に係わり、より詳しくは、プレイグニッション発生の有無を精度良く検出できるようにした内燃機関の燃焼状態検出装置に関するものである。

内燃機関の運転に於いて、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。この微小な電流をイオン電流と称する。火花点火式の内燃機関に於いて、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等から、ノッキングや燃焼限界等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は、従来から知られている。

又、内燃機関の運転に於いて、点火プラグ或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。そのため、従来、点火プラグ電極に流れるイオン電流によりプレイグニッションを判定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

更に、局部的に生じた過熱箇所によって正規の点火時期後の早期に自己着火するプレイグニッションの前兆現象（ポストイグニッション）や暴走（プレイグニッションが連続発生）前のプレイグニッションを検出することで、点火プラグやピストンの溶損に至るレベルの暴走プレイグニッションを防止できることが従来から知られている。

又、イオン電流を検出するようにした従来の内燃機関の制御装置として、図１５に示す構成が知られている。図１５に於いて、燃焼室に設置された点火プラグ１００には、点火コイル２００が接続されている。点火コイル２００は、ＥＣＵ３００によりトランジスタ３０が制御されてオフされると、点火コイル部２０の一次コイル２０ａ側に逆起電力が発生し、これに応じて二次コイル２０ｂ側に負の高電圧が発生し、これにより点火プラグ１００の電極間に火花放電が放電する。

そして、燃焼室内の混合気が燃焼すると、燃焼により生じた点火プラグ１００の電極間に流れるイオン電流がイオン電流検出装置４０により検出される。耐ノイズ性向上のためにイオン電流検出装置４０内に設けられたイオン電流整形部４１により、イオン電流を定倍処理等の波形整形を実施し、その後ＥＣＵ３００へと入力される。ＥＣＵ３００へは内燃機関の運転状態を把握するため、吸気温センサ、スロットルセンサ、クランク角センサ、水温センサ等の各種センサ４００出力が入力されている。

イオン電流検出装置４０は、点火コイル２００の二次コイル２０ｂの低圧側に接続されたバイアス装置、即ちコンデンサ４２とこのコンデンサ４２とグランドとの間に挿入されたダイオード４３と、コンデンサ４２に並列接続された電圧制限用のツェナーダイオード４４とを含む。コンデンサ４２並びにコンデンサ４２に並列接続されたツェナーダイオード４４は、二次コイル２０ｂの低圧側とグランド間に挿入されて、点火電流発生時にコンデンサ４２にバイアス電圧を充電するための充電経路を構成している。

コンデンサ４２は、トランジスタ３０のオフ時に於いて、二次コイル２０ｂから出力される高電圧により放電した点火プラグ１００を介して流れる二次電流１００ｂにより充電される。この充電電圧は、ツェナーダイオード４４により所定のバイアス電圧（例えば、数１００Ｖ程度）に制限され、イオン電流検出用のバイアス装置、即ち電源として機能する。

特許第３１７６２９１号公報

図１４に示されたような従来の装置の場合、点火放電中にイオン電流を検出するための電荷を蓄えるように構成されており、点火放電中はイオン電流を検出することが不可能である。従って、プレイグニッションやプレイグニッションの前兆現象のように点火前や点火直後に自然着火し、燃焼速度が速い運転状態では、大半のイオン電流情報が放電時間中に発生してしまう場合があるため、燃焼イオン電流のみにより燃焼状態を精度良く把握することが困難となる。

又、点火プラグ１００が燻り、それにより絶縁抵抗の低下時に流れるリーク電流がイオン電流信号に含まれる場合は、燃焼による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、正確にプレイグニッションを検出できない場合もある。

この発明は、従来の装置に於ける前述のような問題点を解決するためになされたもので、プレイグニッション発生の検出を精度良く行い得る内燃機関の燃焼状態検出装置を提供することを目的とする。

この発明に係る内燃機関の燃焼状態検出装置は、内燃機関の燃焼室内に設置される電極間に点火電圧が印加されて火花放電を発生し前記燃焼室内の混合気を燃焼させる点火手段と、前記点火手段の前記電極間に前記点火電圧を印加する点火コイルとを有する内燃機関の前記燃焼の状態を検出するようにした燃焼状態検出装置であって、前記混合気の燃焼により前記燃焼室内に生ずるイオンに基づくイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、前記点火コイルの一次電圧に基づいて前記点火手段の電極間に発生する前記火花放電の放電パラメータを検出する放電パラメータ検出手段と、前記検出されたイオン電流に基づいて前記プレイグニッションの発生状態を判定する第１の判定と前記検出された放電パラメータに基づいて前記プレイグニッションの発生状態を判定する第２の判定とを実施し、前記第１の判定の結果と前記第２の判定の結果と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判定手段とを備えたものである。

又、この発明に係る内燃機関の燃焼状態検出装置は、内燃機関の燃焼室内に設置される電極間に点火電圧が印加されて火花放電を発生し前記燃焼室内の混合気を燃焼させる点火手段と、前記点火手段の前記電極間に前記点火電圧を印加する点火コイルとを有する内燃機関の前記燃焼の状態を検出するようにした燃焼状態検出装置であって、前記混合気の燃焼により前記燃焼室内に生ずるイオンに基づくイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、前記点火コイルの一次電圧に基づいて前記点火手段の電極間に発生する前記火花放電の放電パラメータを検出する放電パラメータ検出手段と、前記内燃機関の振動を検出する振動検出手段と、前記内燃機関の回転変動を検出する回転変動検出手段と、前記内燃機関の燃焼室内に於ける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判定手段とを備え、前記プレイグニッション判定手段は、前記検出されたイオン電流に基づいて前記プレイグニッションの発生状態を判定する第１の判定と、前記検出された放電パラメータに基づいて前記プレイグニッションの発生状態を判定する第２の判定と、前記検出された振動に基づいて前記プレイグニッションの発生状態を判定する第３の判定と、前記検出された回転変動に基づいて前記プレイグニッションの発生状態を判定する第４の判定とを行い得るように構成されると共に、前記内燃機関の運転状態に応じて前記第１の判定乃至第４の判定のうちの何れかを選択し、前記選択した判定の結果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ようにしたものである。

この発明による内燃機関の燃焼状態検出装置によれば、混合気の燃焼により燃焼室内に生ずるイオンに基づくイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、点火プラグの電極間に発生する火花放電の放電パラメータを検出する放電パラメータ検出手段と、イオン電流検出手段により検出したイオン電流と放電パラメータ検出手段により検出した放電パラメータとに基づいて燃焼室内に於ける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判定手段とを備えたので、イオン電流に基づくプレイグニッションと相関のある指標のみでなく、放電パラメータに基づくプレイグニッションと相関のある指標に基づいてプレイグニッションの発生の有無を判定することができ、プレイグニッションやプレイグニッションの前兆現象のように燃焼速度が速い運転状態で大半のイオン電流情報が放電時間中に発生してしまう場合や点火プラグ燻りが発生した場合に於いても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。

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、混合気の燃焼により燃焼室内に生ずるイオンに基づくイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、点火手段の電極間に発生する火花放電の放電パラメータを検出する放電パラメータ検出手段と、内燃機関の振動を検出する振動検出手段と、内燃機関の回転変動を検出する回転変動検出手段と、内燃機関の燃焼室内に於ける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判定手段とを備え、プレイグニッション判断手段は、検出されたイオン電流に基づいてプレイグニッションの発生状態を判定する第１の判定と、検出された放電パラメータに基づいてプレイグニッションの発生状態を判定する第２の判定と、検出された振動に基づいてプレイグニッションの発生状態を判定する第３の判定と、検出された回転変動に基づいてプレイグニッションの発生状態を判定する第４の判定とを行い得るように構成されると共に、内燃機関の運転状態に応じて第１の判定乃至第４の判定のうちの何れかを選択し、選択した判定の結果に基づいてプレイグニッションの発生の有無を判定するように構成されているので、プレイグニッションに起因しない要因によるプレイグニッション発生の誤判定をより確実に防ぐことができる。

以下、図面に基づいて、この発明の実施の形態１乃至９について説明する。尚、各図間に於いて、同一符号は、同一若しくは相当部分を示している。

実施の形態１．
図１は、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構成を示す機能構成図である。図１に於いて、点火手段としての点火プラグ１００は、内燃機関の燃焼室内で火花放電を発生して燃焼室内に取り込んだ混合気燃料を燃焼させる。点火コイル２００は、内燃機関の運転に際し点火プラグ１００に高電圧を印加して火花放電を発生させる。

点火制御手段としての点火制御装置３０１は、点火コイル２００の動作を制御するための制御信号を発生する。Ａ／Ｄ変換手段としてのＡ／Ｄ変換装置３０２は、後述するイオン電流検出手段としてのイオン電流検出装置４０により検出されるイオン電流、点火コイル２００の二次電圧Ｖ２、一次電圧Ｖｃ、二次電流I２を電圧として取り出した放電電流
変換電圧Ｖｉ２等をデジタル値信号に変換する。

発生位置演算手段としての発生位置演算装置３０３は、イオン電流の発生位置を演算する。重心演算手段としての重心演算装置３０４は、イオン電流の重心位置を演算する。放電時間演算手段としての放電時間演算装置３０５は、点火放電時間を演算する。放電電圧演算手段としての放電電圧演算装置３０６は、点火放電電圧の大きさを演算する。放電電流演算手段としての放電電流演算装置３０７は、点火放電電流の変動を演算する。プレイグニッション判定手段としてのプレイグニッション判定装置３０８は、発生位置演算装置３０３、重心演算装置３０４、放電時間演算装置３０５、放電電圧演算装置３０６、及び放電電流演算装置３０７の夫々の演算結果に基づき、プレイグニッション若しくはプレイグニッションの前兆現象を検出する。尚、前記放電電圧演算手段としての放電電圧演算装置３０６と、放電電流演算手段としての放電電流演算装置３０７は、この発明に於ける放電パラメータ検出手段を構成している。

前述の点火制御装置３０１、Ａ／Ｄ変換装置３０２、発生位置演算装置３０３、重心演算装置３０４、放電時間演算装置３０５、放電電圧演算装置３０６、放電電流演算装置３０７、プレイグニッション判定装置３０８は、ＥＣＵ３００内のＣＰＵにより構成されている。ＥＣＵ３００は、これらの装置及び内燃機関を制御する。各種センサ４００からの信号は、ＥＣＵ３００に入力される。

図２は、この発明の実施の形態１に於ける内燃機関の燃焼状態検出装置の構成を示す回路構成図である。実施の形態１では、イオン電流に加え、点火プラグ１００の放電電圧と放電電流もプレイグニッション判定に用いる。そのため、点火コイル部２０の二次コイル２０ｂに発生する二次電圧Ｖ２と、二次コイル２０ｂに直列接続された抵抗５０を介して得られる放電電流変換電圧Ｖｉ２とを、点火コイル２００の端子から取り出し、ＥＣＵ３００へ出力するように構成されている。その他の構成は、図１４に示した構成と同様である。

図３、図４、図５は、夫々、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動作を説明するタイミングチャートで、図３はプレイグニッション未発生時、図４は暴走前プレイグニッション発生時、図５は暴走プレイグニッション発生時を示している。図３、図４、図５に於いて、（ａ）はトランジスタ３０のベース電流ＩＢと二次コイル２０ｂに発生する二次電圧Ｖ２、（ｂ）は点火プラグ１００を介して流れる放電電流Ｉ２としての二次電流１００ｂを電圧値に変換した放電電流変換電圧Ｖｉ２、（ｃ）はトランジスタ３０のコレクタ電圧Ｖｃ、（ｄ）はイオン電流１００ａ、（ｅ）は内燃機関の筒内圧力、（ｆ）は内燃機関の筒内に於ける熱発生率、を夫々示している。

次に、この発明の実施の形態１に於ける内燃機関の燃焼状態検出装置の動作について説明する。先ず、内燃機関の動作が正常でプレイグニッションが発生しない状態の動作を例にとり、図１、図２、及び図３に基づいて説明する。

いま、内燃機関のピストンの上死点ＴＤＣのタイミングである時点ｔ１に於いて、ＥＣＵ３００の点火制御装置３０１からトランジスタ３０のベースにベース電流ＩＢが供給されたとすると、トランジスタはオンとなり点火コイル部２０の一次コイル２０ａに一次電流が流れ二次コイル２０ｂに誘導電圧が発生する。図３の（ａ）に示すように、時点ｔ１以前にはコンデンサ４２の電圧値のみが二次電圧Ｖ２としてＥＣＵ３００に入力されていたが、時点ｔ１に於いてはコンデンサ４２の電圧値に前述の誘導電圧の値が加算された値が二次電圧Ｖ２としてＥＣＵ３００に入力される。時点ｔ１以降、二次コイル２０ｂに発生した誘導電圧は次第に減少し二次電圧Ｖ２は図３の（ａ）に示す波形となる。尚、時点ｔ１に於いて、トランジスタ３０のオンに伴う点火ノイズが図３の（ｄ）に示すように発
生する。

次に、時点ｔ２に於いて、ＥＣＵ３００からのトランジスタ３０へのベース電流が遮断され、トランジスタ３０はオフとなる。これにより点火コイル部２０の一次コイル２０ａ側に逆起電力が発生し、これに応じて図３の（ａ）に示すように二次コイル２０ｂ側に負の高電圧が発生し点火プラグ１００の電極間に火花放電が放電する。その結果、燃焼室内の混合気が点火され燃焼する。コンデンサ４２は、時点ｔ２でのトランジスタ３０のオフ時に於いて、二次コイル２０ｂから出力される負の高電圧により放電した点火プラグ１００を介して流れる二次電流１００ｂ即ち放電電流Ｉ２により充電される。コンデンサ４２の充電電圧は、ツェナーダイオード４４により所定のバイアス電圧（例えば、数１００Ｖ程度）に制限され、イオン電流検出用のバイアス装置、即ち電源として機能する。

時点ｔ２に於ける火花放電の発生から時点ｔ３までの放電時間の間は、点火プラグ１００の電極間の誘電グロー放電が継続し、コンデンサ４２の充電電流としての二次電流１００ｂが減少しつつ流れる。従って、放電電流変換電圧Ｖｉ２は、図３の（ｂ）に示す波形となる。この放電電流変換電圧Ｖｉ２は、点火コイル２００からＥＣＵ３００に入力される。尚、時点ｔ２に於いて、トランジスタ３０のオフに伴う点火ノイズが図３の（ｄ）に示すように発生する。

時点ｔ３以降は、充電されたコンデンサ４２の電圧がバイアス電圧として点火プラグ１００の電極間に印加され、火花放電による混合気燃料の燃焼により発生したイオンによる燃焼イオン電流（以下、単に、イオン電流と称する）１００ａが、図３の（ｄ）に示すように流れる。このイオン電流１００ａは、クランク角度４０ＣＡ程度継続して流れる。このイオン電流は、イオン電流検出装置４０により検出される。耐ノイズ性向上のためにイオン電流検出装置４０内に設けられたイオン電流整形部４１により、イオン電流を定倍処理等の波形整形を実施し、その後、ＥＣＵ３００に入力される。尚、イオン電流１００ａの他、二次電圧Ｖ２、及び放電電流変換電圧Ｖｉ２、及び内燃機関の運転状態を把握するため、吸気温センサ、スロットルセンサ、クランク角センサ、水温センサ等の各種センサ４００出力が入力される。尚、尚、二次電圧Ｖ２に代えてトランジスタ３０のコレクタ電圧ＶｃをＥＣＵ３００に入力しても良い。

前述したように、イオン電流検出装置４０は、点火コイル２００の二次コイル２０ｂの低圧側に接続されたバイアス装置、即ちコンデンサ４２とこのコンデンサ４２とグランドとの間に挿入されたダイオード４３と、コンデンサ４２に並列接続された電圧制限用のツェナーダイオード４４とを含む。コンデンサ４２並びにコンデンサ４２に並列接続されたツェナーダイオード４４は、二次コイル２０ｂの低圧側とグランド間に挿入されて、点火電流発生時にコンデンサ４２にバイアス電圧を充電するための充電経路を構成している。尚、時点ｔ３に於いて、ツェナーダイオード４４のブレークダウンに伴うバイアスノイズが図３の（ｄ）に示すように発生する。

以上、プレイグニッション未発生時つまり通常燃焼動作時の動作について説明したが、図４に示す暴走前プレイグニッション発生時の場合は、プレイグニッションによるイオン電流は点火タイミングである時点ｔ２から時点ｔ３の間の放電時間に発生し、又、図５に示す暴走プレイグニッション発生時の場合は、暴走プレイグニッションによるイオン電流は点火タイミングである時点ｔ２より以前に発生することになる。暴走前プレイグニッションや暴走プレイグニッションは、周知のように、筒内に混合気燃料の不完全燃焼等によりカーボンデポジットが発生すること等が原因で発生するものであり、筒内の圧力及び熱発生率は、通常燃焼時に於ける図３の（ｅ）、（ｆ）とは異なり、夫々図４、図５の（ｅ）、（ｆ）に示すようになる。又、図４に示す暴走前プレイグニッション発生時や図５に示す暴走プレイグニッション発生時には、通常燃焼時に於ける図３の場合の二次電圧Ｖ２、トランジスタ３０のコレクタ電圧Ｖｃとは異なり、夫々図４の（ａ）、（ｃ）に示すように顕著に変化する。

前述したように、イオン電流１００ａ、二次電圧Ｖ２又はコンデンサ電圧Ｖｃ、及び放電電流変換電圧Ｖｉ２は、夫々ＥＣＵ３００に入力され、Ａ／Ｄ変換装置３０２によりデジタル信号に変換される。

発生位置演算装置３０３は、Ａ／Ｄ変換装置３０２によりデジタル信号に変換されて入力されたイオン電流データからイオン電流の発生位置を演算する。図６は、発生位置演算装置３０３の動作を示すフローチャートである。図６に於いて、ステップＳ４１では入力されたイオン電流データを取り込み、ステップS４２により検出区間の設定、バイアスノ
イズや点火ノイズ等のノイズ除去やクランク角度ベースへの変換等の前処理を施こし、不必要な情報を取り除く。この実施の形態１に於いては、設定される検出区間のスタートタイミングを上死点前（以下、ＢＴＤＣと称する）９０ＣＡＤ位置に設定し、検出区間終了タイミングを燃焼行程終了タイミングの時点ｔ３に設定し、プレイグニッションによるイオン電流が発生し得る領域に設定するのを最適とする。

ステップＳ４３では、ステップＳ４２により前述のように前処理されたイオン電流データに基づいてイオン電流の発生位置を算出する。ここでは、イオン電流データが所定の閾値以上を満たす最も早いクランク角度位置ｉｐと点火タイミング（角度）ｉｇｔの差分［ｉｐ−ｉｇｔ］を、イオン電流発生位置ｉｔとして算出する。この算出されたイオン電流発生位置ｉｔは、ＢＴＤＣ側を負として扱う。イオン電流発生位置ｉｔが負の値であれば、点火タイミングよりも早くイオン電流が発生したということになる。尚、この実施の形態１に於いては、イオン電流発生位置ｉｔをクランク角度ベースで扱うようにしているが、時間ベースで扱ってもよい。

重心演算装置３０４は、イオン電流検出装置４０により検出されたイオン電流の重心位置ｉｃｇを演算する。図７は、重心演算装置３０４の動作を示すフローチャートである。図７に於いて、ステップＳ５１ではイオン電流データを取り込む。次に、ステップS５２
に進み、イオン電流を検出する検出区間の設定、バイアスノイズや点火ノイズ等のノイズ除去、及び各時点のクランク角度ベースへの変換等の前処理を施こし、入力されたデータから不必要な情報が取り除く。この実施の形態１では、イオン電流の重心位置ｉｃｇを演算するためのイオン電流を検出する検出区間は、点火タイミングである時点ｔ２から次気筒点火タイミングまでの角度ベース区間として設定される。ステップＳ５３では、ステップＳ５２により前述のように前処理されたイオン電流データに基づいて、イオン電流の重心位置ｉｃｇを算出する。

この実施の形態１に於いては、重心演算装置３０４により重心位置ｉｃｇを求める方法として、一次キュムラント算術式を用いる。一次キュムラント算術式を用いて得られた重心位置は、重心演算装置３０４から出力される。尚、イオン電流の重心位置の算出には、高次のキュムラント算術式やイオン電流データの積算値が所定割合（例えば３０％）になるまでの時間（角度）を用いてもよい。

重心演算装置３０４により演算されるイオン電流の重心ｉｃｇは、図３の（ｄ）に示す通常燃焼の場合は、上死点後（以下、ＡＴＤＣと称する）５０ＣＡＤ付近、図４の（ｄ）に示す暴走前のプレイグニッション発生時の場合は、ＡＴＤＣ３０ＣＡＤ付近、図５の（ｄ）に示す暴走プレイグニッション発生時の場合は、ＡＴＤＣ２０ＣＡＤ付近の位置となる。つまり、プレイグニッションのレベルが酷くなるにつれてＢＴＤＣ側へイオン電流の重心が移行する傾向がある。

ここで、プレイグニッションと放電時間の関係について説明する。プレイグニッション又はプレイグニッションの前兆現象が発生するような運転条件では、図４及び図５の（ｅ）に示すように燃焼室である筒内の圧力が非常に高くなっている。パッシェンの法則より平行な電極間で火花放電の生じる電圧は、ガス圧と電極の間隔の積の関数であることが知られているため、筒内の圧力が高いと放電維持のために要求される電圧も高くなる。点火コイルのエネルギーは決まっているため、プレイグニッション又はプレイグニッションの前兆現象が発生する場合は、要求される電圧が高い分、放電維持が通常より難しくなる。つまり放電時間が短くなる傾向がある。

放電時間演算装置３０５は、前述の放電時間Ｔ２を演算する。図８は放電時間演算装置３０５の動作を示すフローチャートである。図８に於いて、ステップＳ６１では入力されたイオン電流データを取り込み、ステップＳ６２に進む。ステップＳ６２では、図３乃至図５の（ｄ）に示す時点ｔ３で発生するバイアスノイズの検出を行う。このバイアスノイズ検出は、点火タイミングの時点ｔ２での点火ノイズを避ける位置から開始する。バイアスノイズの位置は、イオン電流データが所定の閾値以上を満たす最も早いクランク角度位置をバイアスノイズ位置ｂｎｐとして検出される。

次に、ステップＳ６３に於いて、検出したバイアスノイズ位置ｂｎｐと、時点ｔ２つまり点火タイミングｉｇｔとの差分の絶対値｜ｂｎｐ−ｉｇｔ｜を算出し、これを放電時間Ｔ２とする。この実施の形態１に於いては、イオン電流データを用いてバイアスノイズの発生位置を検出し、このバイアスノイズ位置に基づいて前述のように放電時間Ｔ２を算出したが、二次電圧Ｖ２やトランジスタ３０のコレクタ電圧Ｖｃや放電電流変換電圧Ｖｉ２を用いて、点火タイミング後に於いて各電圧値が所定の閾値を超える最も遅いクランク角度を前述のバイアスノイズ位置ｂｎｐに相当するものとして、放電時間Ｔ２を算出してもよい。以上が放電時間演算装置３０５の動作となる。

放電電圧演算装置３０６は、入力された二次電圧Ｖ２に基づいて図３の（ａ）、図４の（ａ）、図５の（ａ）に示す放電電圧、つまり容量火花電圧と誘導グロー放電電圧の大きさを演算する。前述したようにプレイグニッションと放電電圧Ｖ２（二次電圧と同一の符号Ｖ２で表わす）の関係は、パッシェンの法則よりプレイグニッション又はプレイグニッションの前兆現象が発生する場合は要求される電圧が高い。放電電圧演算装置３０６はこの傾向を利用して放電電圧Ｖ２を見極めその大きさを演算する。図９は、放電電圧演算装置３０６の動作を示すフローチャートである。

図９に於いて、ステップＳ７１では、入力された二次電圧Ｖ２データを取り込みステップＳ７２に進む。ステップＳ７２に於いて検出区間の設定、ノイズ除去等の前処理を施こし、不必要な情報を取り除く。この実施の形態１に於いては、検出区間を点火タイミングである時点ｔ２から前述のバイアスノイズ位置ｂｎｐである時点ｔ３までに設定する。尚この検出区間は、時点ｔ２の点火タイミングからその運転条件に於ける平均的な放電終了タイミングに余裕度を持たせたクランク位置までや放電電流変換電圧Ｖｉ２が所定値以下になるクランク角度までに設定してもよい。

次に、ステップＳ７３に於いて、前述のように前処理された二次電圧Ｖ２データに基づいて放電電圧Ｖ２の最大値（負側）を演算する。この演算の結果得られた放電電圧の最大値をＶ２Ｒとする。この実施の形態１では、容量火花電圧と誘導グロー放電電圧トータルの最大値を演算により算出する。尚、検出区間開始位置を容量火花放電終了後の位置に設定しておき、誘導グロー放電電圧の最大値を算出するようにしてもよい。以上が放電電圧演算装置３０６の動作である。

放電電流演算装置３０７は、点火放電電流Ｉ２つまり二次電流１００ｂによる放電電流変換電圧Ｖｉ２に基づいて、図３の（ｂ）、図４の（ｂ）、図５の（ｂ）に示す放電電流の大きさを演算する。前述したようにプレイグニッション又はプレイグニッションの前兆現象が発生する場合は、放電時間が短くなる傾向があるが、放電電流Ｉ２の点火初期（グロー放電初期）の大きさは変わらない。従って、点火時点である時点ｔ２からある程度経過したときの放電電流Ｉ２の値は、プレイグニッション又はプレイグニッションの前兆現象が発生する場合は小さくなることになる。放電電流演算装置３０７は、この傾向を利用して放電電流を見極めその大きさを演算する。

図１０は、放電電流演算装置３０７の動作を示すフローチャートである。図１０に於いて、ステップＳ８１では放電電流Ｉ２つまり二次電流１００ｂを抵抗５０を介して得られる二次電流変換電圧Ｖｉ２のデータを取り込み、ステップＳ８２に進む。ステップＳ８２に於いて検出タイミングの設定、ノイズ除去等の前処理を施こし、不必要な情報を取り除く。この実施の形態１に於いては、検出タイミングを点火タイミングである時点ｔ２から所定の期間経過後に設定する。

次にステップＳ８３に於いて、前述のように前処理された二次電流変換電圧Ｖｉ２のデータに基づいて、その二次電流変換電圧Ｖｉ２の最大値を演算する。この演算した放電電流をＩ２Ｒとする。以上が放電電圧演算装置３０７の動作である。

プレイグニッション判定装置３０８は、前述の発生位置演算装置３０３、重心位置演算装置３０４、放電時間演算装置３０５、放電電圧演算装置３０６、及び放電電流演算装置３０７での夫々の演算結果に基づき、プレイグニッション発生有無、及びプレイグニッションのレベルの判定を実施する。図１１及び図１２は、プレイグニッション判定装置３０８の動作を示すフローチャートである。図１２はそのノードＡ、Ｂに於いて、図１１のノードＡ、Ｂに夫々接続されている。

先ず、図１１に於いて、ステップＳ９０１にて発生位置演算装置３０３で算出されたイオン電流発生位置ｉｔ、つまりイオン電流データが所定の閾値以上を満たす最も早いクランク角度位置ｉｐと点火タイミング（角度）ｉｇｔの差分［ｉｐ−ｉｇｔ］を取り込み、ステップＳ９０２に進む。ステップＳ９０２では、イオン電流発生位置ｉｔが所定の閾値ＩＴＴＨより小さいか否かを比較する。前述したようにイオン電流発生位置ｉｔが負の値であれば、点火タイミングの時点ｔ２よりも早くイオン電流が発生したということになる。この実施の形態１では、閾値ＩＴＴＨを「０」に設定し、点火タイミングの時点ｔ２よりも早くイオン電流が発生した場合は、ステップＳ９０３にて発生位置演算装置３０３のプレイグニッション発生フラグＩＴＦを「１」とする。ステップＳ９０２での判定の結果、イオン電流発生位置ｉｔが閾値ＩＴＴＨの「０」以上であれば、ステップＳ９０４に進み、プレイグニッション発生フラグＩＴＦを「０」とする。

次に、ステップＳ９０５では、重心位置演算装置３０４で算出されたイオン電流の重心ｉｃｇを取り込み、ステップＳ９０６にてイオン電流の重心位置ｉｃｇが所定の閾値ＩＣＧＴＨより小さいか否かを比較する。閾値ＩＣＧＴＨは、内燃機関の回転数や負荷等の運転条件に基づくマップから取得される。尚、閾値ＩＣＧＴＨとして、イオン電流の重心位置ｉｃｇの平均的なレベルを用いてもよいし、これと運転条件により設定されたマップから取得された値の両方を用いて設定してもよい。

前述したように、プレイグニッションのレベルが酷くなるにつれてイオン電流の重心位置ｉｃｇがＢＴＤＣ側へ移行する傾向があるため、ステップＳ９０６での判定の結果、イオン電流の重心位置ｉｃｇが閾値ＩＣＧＴＨより小さい（ＢＴＤＣ側である）ときは、ステップＳ９０７に進み、重心位置演算装置３０４のプレイグニッション発生フラグＩＣＧＦを「１」とする。ステップＳ９０６での判定の結果、イオン電流の重心位置ｉｃｇが閾
値ＩＣＧＴＨ以上であるときは、ステップＳ９０８に進み、重心位置演算装置３０４のプレイグニッション発生フラグＩＣＧＦを「０」とする。

Ｓ９０９では、放電時間演算装置３０５にて算出された放電時間Ｔ２を取り込み、ステップＳ９１０に進む。ステップＳ９１０に於いて、放電時間Ｔ２が所定の閾値Ｔ２ＴＨより小さいか否かを比較する。閾値Ｔ２ＴＨは、内燃機関の回転数や負荷等の運転条件に基づくマップから取得される。尚、閾値Ｔ２ＴＨとして、放電時間Ｔ２の平均的なレベルを用いてもよいし、或いはこの平均的レベルと運転条件により設定されたマップから取得された値の両方を用いて設定してもよい。

前述したように、プレイグニッション又はプレイグニッションの前兆現象が発生する場合は放電時間が短くなる傾向があるため、ステップＳ９１０での判定の結果、放電時間Ｔ２が閾値Ｔ２ＴＨより小さいときはステップＳ９１１に進み、放電時間演算装置３０５のプレイグニッション発生フラグＴ２Ｆを「１」とする。ステップＳ９１０での判定の結果、放電時間Ｔ２が閾値Ｔ２ＴＨ以上であるときはステップＳ９１２に進み、放電時間演算装置３０５のプレイグニッション発生フラグＴ２Ｆを「０」とする。

次に、図１２に於いて、ステップＳ９１３にて放電電圧演算装置３０６で算出された放電電圧Ｖ２Ｒを取り込み、ステップＳ９１４に進む。ステップＳ９１４では、放電電圧Ｖ２Ｒが所定の閾値Ｖ２ＴＨより負側に大きいか否かを判定する。閾値Ｖ２ＴＨは、内燃機関の回転数や負荷等の運転条件に基づくマップから取得される。尚、閾値Ｖ２ＴＨは、放電電圧Ｖ２Ｒの平均的なレベルを用いてもよいし、或いは、放電電圧の平均的レベルと運転条件により設定されたマップから取得された値の両方を用いて設定してもよい。

前述したようにプレイグニッション又はプレイグニッションの前兆現象が発生する場合は、要求される電圧が高い傾向があるため、ステップＳ９１４での判定の結果、放電電圧Ｖ２Ｒが閾値Ｖ２ＴＨより負側に大きいときはステップＳ９１５に進み、放電電圧演算装置３０６のプレイグニッション発生フラグＶ２Ｆを「１」とする。ステップＳ９１４での判定の結果、放電電圧Ｖ２Ｒが閾値Ｖ２ＴＨより負側に大きくないときはステップＳ９１６に進み、放電電圧演算装置３０６のプレイグニッション発生フラグＶ２Ｆを「０」とする。

Ｓ９１７では、放電電流演算装置３０７で算出された放電電流演算結果Ｉ２Ｒを取り込み、ステップＳ９１８に進む。ステップＳ９１８では、放電電流Ｉ２Ｒが所定の閾値Ｉ２ＴＨより小さいか否かを比較する。放電電流Ｉ２Ｒが閾値Ｉ２ＴＨは、内燃機関の回転数や負荷等の運転条件に基づくマップから取得される。尚、閾値Ｉ２ＴＨは、放電電流Ｉ２Ｒの平均的なレベルを用いてもよいし、或いは放電電流Ｉ２Ｒの平均的なレベルと運転条件により設定されたマップから取得された値の両方を用いて設定してもよい。

前述したように点火からある程度経過したときの放電電流値はプレイグニッション又はプレイグニッションの前兆現象が発生する場合は小さくなる傾向があるため、ステップＳ９１８での判定の結果、放電電流Ｉ２Ｒが閾値Ｉ２ＴＨより小さいときは、ステップＳ９１９に進み放電電流演算装置３０７のプレイグニッション発生フラグＩ２Ｆを「１」とする。ステップＳ９１８での判定の結果、放電電流Ｉ２Ｒが閾値Ｉ２ＴＨ以上のときは、ステップＳ９２０に進み放電電流演算装置３０７のプレイグニッション発生フラグＩ２Ｆを「０」とする。ステップＳ９２１では、以上の各プレイグニッション発生フラグの結果に基づいて、プレイグニッション判定を実施する。

例えば、点火プラグ１００が燻り、それにより点火プラグ１００の電極間の絶縁抵抗が低下し、その電極間に流れるリーク電流がイオン電流信号に含まれる場合は、放電時以外
に流れるこのリーク電流によってイオン電流信号が発生している位置や信号の重心の演算結果が誤ったものとなってしまい、発生位置演算装置３０３や重心演算装置３０４で算出された結果の信頼性が低いと考えられる。又、図５に示すように、放電期間中はイオン電流が検出できないためにプレイグニッション発生によるイオン電流を捉えることができない。

このような理由から、ステップＳ９２１での判定は、以下の通りとする。
（１）プレイグニッション発生フラグＩＴＦ、ＩＣＧＦ、Ｔ２Ｆ、Ｖ２Ｆ、Ｉ２Ｆの全てが「０」の場合は、プレイグニッション未発生と判定する。
（２）各プレイグニッション発生フラグのうち１つのみが「１」の場合は、信頼性に欠けると判断し、プレイグニッション未発生と判定する。
（３）イオン電流に基づく判定結果であるプレイグニッション発生フラグＩＴＦ、ＩＣＧＦ、Ｔ２Ｆのうち少なくとも何れか一つが「１」（第１の判定）であり、且つ放電電圧に基づく判定結果であるプレイグニッション判定フラグＶ２Ｆと放電電流に基づく判定結果であるプレイグニッション判定フラグＩ２Ｆとのうち少なくとも何れか一つが「１」（第２の判定）であれば、プレイグニッション発生と判定する。即ち、第１乃至第２の判定結果の論理積が「１」となればプレイグニッション発生と判定し、第１乃至第２の判定結果の論理積が「０」となればプレイグニッションの発生はないと判定する。

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装置によれば、イオン電流に基づくプレイグニッションと相関のある指標の1つであるイオン電流発生位置の
みでなく、イオン電流の重み位置も演算し、又、火花放電電圧に基づくプレイグニッションと相関のある指標や火花放電電流に基づくプレイグニッションと相関のある指標や火花放電時間も演算し、それらの結果の組み合わせに基づいてプレイグニッションの発生の有無を判定するようにしているので、プレイグニッションやプレイグニッションの前兆現象のように燃焼速度が速い運転状態で大半のイオン電流情報が放電時間中に発生してしまう場合（例えば図４に示す状態）や点火プラグ燻りが発生した場合に於いても、プレイグニッション発生の有無を確実に判定することができ、プレイグニッション判定の精度を向上させることができ、内燃機関の燃焼状態を制度よく検出することが可能となる。

実施の形態２．
前述の実施の形態１では、イオン電流に基づくプレイグニッションと相関のある指標として、発生位置演算装置３０３と重心演算装置３０４によりイオン電流発生位置とイオン電流の重み位置を演算したが、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装置は、前述の重心演算装置３０４に代えて、点火後の所定の閾値を超えるイオン電流の発生区間を演算する発生区間演算手段としての発生区間演算装置を設けるものである。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

例えば、イオン電流の検出区間を点火タイミングから次気筒点火タイミングまでとし、この検出区間内に於いて、発生区間演算装置により点火後の所定の閾値を超えるイオン電流の発生区間を演算して得られた値は以下の通りとなる。即ち、通常燃焼状態である前述の図３の場合は、イオン電流の発生区間は４０ＣＡＤ程度となる。又、暴走前のプレイグニッション発生時の状態である図４の場合は、イオン電流の発生区間は２０ＣＡＤ程度となる。更に、暴走プレイグニッション発生時の状態である図５の場合は、イオン電流の発生区間は１０ＣＡＤ程度となる。つまり、プレイグニッションのレベルが酷くなるにつれてイオン電流の発生区間は発生区間が短くなる傾向がある。発生区間演算装置は、その演算結果に基づくイオン電流の発生区間が、所定の閾値ＩＴＭＴＨ未満か否かを判定し、所定の閾値ＩＴＭＴＨ未満であればイオン電流発生区間によるプレイグニッション判定フラグＩＴＭＦを「１」とし、所定の閾値ＩＴＭＴＨ以上であればイオン電流発生区間によるプレイグニッション判定フラグＩＴＭＦを「０」として出力する。

この実施の形態２による内燃機関の燃焼状態検出装置に於いて、プレイグニッション発生の判定は以下の通りとする。即ち、
（１）プレイグニッション発生フラグＩＴＦ、ＩＴＭＦ、Ｔ２Ｆ、Ｖ２Ｆ、Ｉ２Ｆの全てが「０」の場合は、プレイグニッション未発生と判定する。
（２）各プレイグニッション発生フラグのうち１つのみが「１」の場合は、信頼性に欠けると判断し、プレイグニッション未発生と判定する。
（３）イオン電流に基づく判定結果であるプレイグニッション発生フラグＩＴＦ、ＩＴＭＦ、Ｔ２Ｆのうち少なくとも何れか一つが「１」（第１の判定）であり、且つ放電電圧に基づく判定結果であるプレイグニッション判定フラグＶ２Ｆと放電電流に基づく判定結果であるプレイグニッション判定フラグＩ２Ｆとのうち少なくとも何れか一つが「１」（第２の判定）であれば、プレイグニッション発生と判定する。即ち、第１乃至第２の判定結果の論理積が「１」となればプレイグニッション発生と判定し、第１乃至第２の判定結果の論理積が「０」となればプレイグニッションの発生はないと判定する。

以上述べた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装置よれば、重心演算装置に比べて演算が容易である発生区間演算装置を用いるので、ＥＣＵ３００の計算負荷が軽減できる上に、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
前述の実施の形態１では、放電電圧に基づくプレイグニッションと相関のある指標として、放電電圧演算装置３０６にて放電電圧の大きさを演算したが、この発明の実施の形態３に係る内燃機関の燃焼状態検出装置は、前述の放電電圧演算装置３０６に代えて、放電電圧の変動を演算する放電電圧変動演算手段としての放電電圧変動演算装置を設けるものである。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

前述したように、パッシェンの法則より、平行な電極間で火花放電の生じる電圧はガス圧と電極の間隔の積の関数であることが知られているため、点火放電中の筒内圧力の変化の大きさに応じ、放電電圧の変動も大きくなる。プレイグニッションやプレイグニッションの予兆が発生するときは、図４の（ｅ）、図５の（ｅ）に示すように放電期間中の筒内圧力の変化が大きい。このため、通常燃焼状態である図３の（ａ）に示す時点ｔ２から時点ｔ３間の放電電圧Ｖ２の変化量に比べ、暴走前のプレイグニッション発生時の状態である図４、及び暴走プレイグニッション発生時の状態である図５の場合は、夫々（ａ）に示すように時点ｔ２からｔ３間の放電電圧Ｖ２の変化量が大きくなる。又、プレイグニッションやプレイグニッションの予兆が発生し、筒内の圧力が上昇し、ノッキングが発生した場合も筒内圧力がノッキングによる振動で変動するため、放電電圧も同様に変動する。

そこで、放電電圧変動演算装置により、所定期間、例えば時点ｔ２から時点ｔ３間内の適当な所定期間を設定し、この所定期間内での放電電圧の変化量を演算する。放電電圧変動演算装置は、その演算結果が所定の閾値Ｖ２ＶＴＨ未満か否かを判定し、所定の閾値Ｖ２ＶＴＨ以上であれば放電電圧変動に基づくプレイグニッション判定フラグＶ２ＶＦを「１」とし、所定の閾値Ｖ２ＶＴＨ未満であれば放電電圧変動に基づくプレイグニッション判定フラグＶ２ＶＦを「０」として出力する。

この実施の形態３による内燃機関の燃焼状態検出装置に於いて、プレイグニッション発生の判定は以下の通りとする。即ち、
（１）プレイグニッション発生フラグＩＴＦ、ＩＣＧＦ、Ｔ２Ｆ、Ｖ２ＶＦ、Ｉ２Ｆの全てが「０」の場合は、プレイグニッション未発生と判定する。
（２）各プレイグニッション発生フラグのうち１つのみが「１」の場合は、信頼性に欠けると判断し、プレイグニッション未発生と判定する。
（３）イオン電流に基づく判定結果であるプレイグニッション発生フラグＩＴＦ、ＩＣＧＦ、Ｔ２Ｆのうち少なくとも何れか一つが「１」（第１の判定）であり、且つ放電電圧の変動に基づく判定結果であるプレイグニッション判定フラグＶ２ＶＦと放電電流に基づく判定結果であるプレイグニッション判定フラグＩ２Ｆとのうち少なくとも何れか一つが「１」（第２の判定）であれば、プレイグニッション発生と判定する。即ち、第１乃至第２の判定結果の論理積が「１」となればプレイグニッション発生と判定し、第１乃至第２の判定結果の論理積が「０」となればプレイグニッションの発生はないと判定する。

以上述べたこの発明の実施の形態３に係る内燃機関の燃焼状態検出装置よれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
前述の実施の形態１及び実施の形態３では、二次電圧Ｖ２を用いて放電電圧の大きさや変動を演算したが、この発明の実施の形態４による内燃機関の燃焼状態検出装置では二次電圧Ｖ２に代えて、トランジスタ３０のコレクタ電圧Ｖｃを演算するコレクタ電圧演算手段としてのコレクタ電圧演算装置を設けたものである。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

図１３は、この発明の実施の形態４による内燃機関の燃焼状態検出装置の構成を示す回路図である。図３に於いて、プレイグニッション発生の判定に用いるため、二次コイル２０ｂに直列接続された抵抗５０を介して得られる放電電流変換電圧Ｖｉ２と、トランジスタ３０のコレクタ電圧Ｖｃとを点火コイル２００の端子から取り出し、ＥＣＵ３００に入力する。この実施の形態４の場合、二次電圧Ｖ２は、プレイグニッション発生の判定用としてはＥＣＵ３００に入力しない。その他の構成は実施の形態１と同様である。

図３、図４、図５の（ｃ）に示すようにトランジスタ３０のコレクタ電圧Ｖｃは、二次電圧Ｖ２に対して極性は逆転しているが、通常燃焼状態、暴走前のプレイグニッション発生状態、及び暴走プレイグニッション発生状態の何れも、電圧の傾向としては二次電圧Ｖ２と同様である。従って、コレクタ電圧Ｖｃの極性を勘案して処理することにより、二次電圧Ｖ２と同様にプレイグニッション発生の判定を行なうことができる。

そこで、コレクタ電圧演算装置により、所定期間、例えば時点ｔ２から時点ｔ３間内の適当な所定期間を設定し、この所定期間内でのコレクタ電圧Ｖｃを演算する。コレクタ電圧演算装置は、その演算結果が所定の閾値ＶＣＴＨ未満か否かを判定し、所定の閾値ＶＣＴＨ以上であればコレクタ電圧に基づくプレイグニッション判定フラグＶＣＦを「１」とし、所定の閾値ＶＣＴＨ未満であれば放電電圧変動に基づくプレイグニッション判定フラグＶＣＦを「０」として出力する。

この実施の形態４による内燃機関の燃焼状態検出装置に於いて、プレイグニッション発生の判定は以下の通りとする。即ち、
（１）プレイグニッション発生フラグＩＴＦ、ＩＣＧＦ、Ｔ２Ｆ、ＶＣＦ、Ｉ２Ｆの全てが「０」の場合は、プレイグニッション未発生と判定する。
（２）各プレイグニッション発生フラグのうち１つのみが「１」の場合は、信頼性に欠けると判断し、プレイグニッション未発生と判定する。
（３）イオン電流に基づく判定結果であるプレイグニッション発生フラグＩＴＦ、ＩＣＧＦ、Ｔ２Ｆのうち少なくとも何れか一つが「１」（第１の判定）であり、且つコレクタ電圧に基づく判定結果であるプレイグニッション判定フラグＶＣＦと放電電流に基づく判定結果であるプレイグニッション判定フラグＩ２Ｆとのうち少なくとも何れか一つが「１」（第２の判定）であれば、プレイグニッション発生と判定する。即ち、第１乃至第２の判定結果の論理積が「１」となればプレイグニッション発生と判定し、第１乃至第２の判定
結果の論理積が「０」となればプレイグニッションの発生はないと判定する。

以上述べたこの発明の実施の形態４に係る内燃機関の燃焼状態検出装置よれば、数ｋＶ〜数十ｋＶの高電圧である二次電圧Ｖ２に代えてトランジスタ３０のコレクタ電圧Ｖｃを用いたので、回路構成上Ｖ２に比べ取り扱いやすい上に、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態５．
前述の実施の形態１では、放電電流に基づくプレイグニッションと相関のある指標として、放電電流演算装置３０７にて放電電流の大きさを演算したが、この発明の実施の形態５による内燃機関の燃焼状態検出装置では放電電流の大きさの演算に代えて、放電電流の変動を演算する放電電流変動演算手段としての放電電流変動演算装置を設けたものである。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

前述したように、プレイグニッション又はプレイグニッションの前兆現象が発生する場合は、図４及び図５の（ｂ）に示すように放電時間が短くなる傾向があるが、放電電流の点火初期（グロー放電初期）の大きさは変わらないため、所定期間の放電電流の変化量は大きくなる。

そこで、放電電流変動演算装置により、所定期間、例えば時点ｔ２から時点ｔ３間内の適当な所定期間を設定し、この所定期間内での放電電流変換電圧Ｖｉ２の変動を演算する。放電電流変動演算装置は、その演算結果が所定の閾値Ｉ２ＶＴＨ未満か否かを判定し、所定の閾値Ｉ２ＶＴＨ以上であれば放電電流変動に基づくプレイグニッション判定フラグＩ２ＶＦを「１」とし、所定の閾値Ｉ２ＶＴＨ未満であれば放電電流変動に基づくプレイグニッション判定フラグＩ２ＶＦを「０」として出力する。

この実施の形態５による内燃機関の燃焼状態検出装置に於いて、プレイグニッション発生の判定は以下の通りとする。即ち、
（１）プレイグニッション発生フラグＩＴＦ、ＩＣＧＦ、Ｔ２Ｆ、Ｖ２Ｆ、Ｉ２ＶＦの全てが「０」の場合は、プレイグニッション未発生と判定する。
（２）各プレイグニッション発生フラグのうち１つのみが「１」の場合は、信頼性に欠けると判断し、プレイグニッション未発生と判定する。
（３）イオン電流に基づく判定結果であるプレイグニッション発生フラグＩＴＦ、ＩＣＧＦ、Ｔ２Ｆのうち少なくとも何れか一つが「１」（第１の判定）であり、且つ放電電圧に基づく判定結果であるプレイグニッション判定フラグＶ２Ｆと放電電流の変動に基づく判定結果であるプレイグニッション判定フラグＩ２ＶＦとのうち少なくとも何れか一つが「１」（第２の判定）であれば、プレイグニッション発生と判定する。即ち、第１乃至第２の判定結果の論理積が「１」となればプレイグニッション発生と判定し、第１乃至第２の判定結果の論理積が「０」となればプレイグニッションの発生はないと判定する。

以上述べたこの発明の実施の形態５に係る内燃機関の燃焼状態検出装置よれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態６．
前述の実施の形態１では、各プレイグニッション発生フラグＩＴＦ、ＩＣＧＦ、Ｔ２Ｆ、Ｖ２Ｆ、Ｉ２Ｆの結果に基づいてプレイグニッション判定を実施したが、実施の形態６では、熱発生率演算手段としての熱発生率演算装置を設け、発生位置演算装置３０３、重心演算装置３０４、放電時間演算装置３０５、放電電圧演算装置３０６、及び放電電流演算装置３０７の夫々の演算結果であるイオン電流発生位置ｉｔ、イオン電流重心位置ｉｃｇ、放電時間Ｔ２、放電電圧Ｖ２Ｒ、放電電流Ｉ２Ｒの値を用いて、図３、図４、図５の（ｆ）に示すようにプレイグニッションのレベル（プレイグニッションの酷さ）と相関のある熱発生率の最大値等を推測し、プレイグニッション発生の判定を行なうものである。

例えば、熱発生率の最大値ｄＱを推測するために、夫々の演算結果であるイオン電流発生位置ｉｔ、イオン電流重心位置ｉｃｇ、放電時間Ｔ２、放電電圧Ｖ２Ｒ、放電電流Ｉ２Ｒを使用する場合について考える。下記の式（１）に示すような線形回帰モデルを用いて切片α０と係数α１〜α５とを決定する。

ｄＱ(n)＝α０＋α１×ｉｔ(ｎ)＋α２×ｉｃｇ（ｎ）＋α３×Ｔ２（ｎ）
＋α４×Ｖ２Ｒ（ｎ）＋α５×Ｉ２Ｒ（ｎ）・・・式（１）

ここで、係数α１〜α５は、予め採取したプレイグニッション未発生や発生時の筒内圧力から算出した熱発生率最大値と各演算結果（ｉｔ、ｉｃｇ、Ｔ２、Ｖ２Ｒ、Ｉ２Ｒ）の実験データを用いて、最小二乗線形回帰に基づいて決定する。

熱発生率演算装置により演算した熱発生率の最大値ｄＱは、その値が所定の閾値未満であればプレイグニッションの発生はなしと判定する。又、演算した熱発生率の最大値ｄＱが所定の閾値以上であればプレイグニッション発生と判定するが、その最大値ｄＱのレベルに応じてプレイグニッションのレベル、つまりプレイグニッションの重度も判定し、その重度に対応してプレイグニッション抑制のための制御を行うようにする。

以上述べたこの発明の実施の形態６に係る内燃機関の燃焼状態検出装置よれば、熱発生率の最大値ｄＱを用いることにより、プレイグニッション発生の有無だけでなく、プレイグニッションのレベルも判断することができるため、プレイグニッションを抑制する制御量を細かく設定することができる。

実施の形態7．
前述の実施の形態１では、イオン電流、放電電圧、放電電流、放電時間から得られる演算結果に基づいてプレイグニッション判定装置３０８にてプレイグニッション発生の有無を判定するようにしたが、実施の形態７では、更に、図１に示すＥＣＵ３００に入力される各種センサ４００のうち、内燃機関の回転変動を検出する回転変動検出手段としてのクランクセンサからの信号から演算される内燃機関の回転変動と、内燃機関の振動検出手段としてのノックセンサからの信号から演算される燃焼室内に発生する筒内圧力の共振周波数に対応する周波数帯の振動の発生タイミングとを加えて、プレイグニッション発生の判定を実施するものである。その他の構成は実施の形態１の場合と同様である。

先ず、ノックセンサ信号から演算されるパラメータによるプレイグニッション判定について説明する。ノッキングによる燃焼温度の増大が過重されることにより、プレイグニッションが誘発される恐れがある。そこで、プレイグニッション発生時にノックセンサで検出される燃焼室内に発生する筒内圧力の共振周波数に対応する周波数帯の振動に着目し、ノックセンサが所定値以上の振動を、点火時期以前の所定のタイミングに検出した場合にプレイグニッションが発生したと判断し、ノックセンサから算出されたプレイグニッション判定フラグＫＳＦを「１」とし、それ以外の場合には「０」とする。尚、暴走前のプレイグニッションを検出するために、プレイグニッションが発生したと判断するタイミングは、点火時期以後で早期の所定のタイミングとしてもよい。

次にクランクセンサ信号から演算されるパラメータによるプレイグニッション判定について説明する。図１４は、この発明の実施の形態７による内燃機関の燃焼状態検出装置の動作を説明する説明図である。プレイグニッションが発生すると通常の点火タイミングより早いタイミングから燃焼が開始されるため、クランク軸の回転が上がるタイミングが通
常の燃焼時よりも早くなる。これをクランクセンサから算出された単位角度時間の挙動に置き換えると、図１４に示すように、通常燃焼に対しプレイグニッション発生時には単位角度時間が小さくなり始めるクランク角度タイミングが早くなる。

そこで、クランク角度θが開始ポイントθ_ｓｔａｒｔとなった時点の単位角度時間を
取得し、これを基準パラメータ（以下、ベースパラメータと称する）とする。次に各クランク角度θ毎にベースパラメータから単位角度時間を差引いた符号付きの値の積算値ＣＲを求める。この積算は、クランク角度θがパラメータ演算の終了ポイントであるθ_ｅｎ
ｄとなるまで続けられる。ここで、ベースパラメータより単位角度時間が大きいクランク角度位置の積算値をとれば負の値となり、この点には注意が必要である。つまり、前述の積算値ＣＲの値としては、プレイグニッション発生時には通常燃焼に対し大きくなる。よって、この積算値ＣＲが所定値より大きい場合は、クランクセンサから算出されたプレイグニッション判定フラグＣＲＦを「１」とし、それ以外の場合には「０」とする。

この実施の形態７に於いて、プレイグニッション発生の判定は、以下の通りとする。即ち、
（１）プレイグニッション発生フラグＩＴＦ、ＩＣＧＦ、Ｔ２Ｆ、Ｖ２Ｆ、Ｉ２Ｆ、ＫＳＦ、ＣＲＦの全てが「０」の場合は、プレイグニッション未発生と判定する。
（２）各プレイグニッション発生フラグのうち１つのみが「１」の場合は、信頼性に欠けると判断し、プレイグニッション未発生と判定する。
（３）イオン電流に基づく判定結果であるプレイグニッション発生フラグＩＴＦ、ＩＣＧＦ、Ｔ２Ｆのうち少なくとも何れか一つが「１」（第１の判定）であり、且つ放電電圧に基づく判定結果であるプレイグニッション判定フラグＶ２Ｆと放電電流に基づく判定結果であるプレイグニッション判定フラグＩ２Ｆとのうち少なくとも何れか一つが「１」（第２の判定）であり、且つノックセンサ演算結果に基づく判定結果であるプレイグニッション判定フラグＫＳＦが「１」（第３の判定）であり、且つ回転変動演算結果に基づく判定結果であるプレイグニッション判定フラグＣＲＦが「１」（第４の判定）であれば、プレイグニッション発生と判定する。即ち、第１乃至第４の判定結果の論理積が「１」となればプレイグニッション発生と判定し、第１乃至第４の判定結果の論理積が「０」となればプレイグニッションの発生はないと判定する。

以上述べたこの発明の実施の形態７に係る内燃機関の燃焼状態検出装置よれば、実施の形態１と同様のイオン電流に基づく第１の判定と、放電電圧及び放電電流に基づく第２の判定に加え、ノックセンサ演算結果に基づく第３の判定と、回転変動演算結果に基づく第４の判定とに基づいてプレイグニッション発生の有無を判定するようにしたので、プレイグニッション未発生時のプレイグニッション誤判定をより確実に防ぐことができる。

実施の形態８．
前述の実施の形態７では、第１の判定乃至第４の判定の結果の論理積を取ってプレイグニッション発生の有無の判定を実施したが、この実施の形態８では、第１の判定乃至第４の判定の結果の論理和をとり、それらの判定結果のうちの少なくとも２つが「１」の場合に、プレイグニッション発生と判定するようにしたものである。この場合は、実施の形態７に比してプレイグニッション未発生時をプレイグニッション発生と誤判定する可能性はやや増加するが、実施の形態１に比してプレイグニッション発生の検出性は向上し、精度の高い燃焼状態の検出が可能となる。

実施の形態９．
前述の実施の形態７、及び実施の形態８では第１の判定乃至第４の判定による判定結果の全てを用いたが、この実施の形態９では、内燃機関の運転条件に応じて第１の判定乃至第４の判定のうち何れを使用するかを決定するようにしたものである。

例えば、クランク軸に回転数変化を引起こす要因としてプレイグニッションの発生以外にもいくつかあることが知られている。代表的な例として、スロットルを急激に開けたような場合、車輪が空転するような場合、悪路走行時のような内燃機関の回転数が安定しない状態である場合、或いは変速機のギア比が変化する時等があげられる。そこで、これらの運転状態にある場合には、回転変動演算の結果である積算値ＣＲに基づく第４の判定はプレイグニッション判定装置３０８にてプレイグニッション判定に使用しないようにする。これにより、プレイグニッション発生の誤判定を防止、軽減することができる。

又、ノックセンサは内燃機関で機械的に発生する振動の影響を受けている。特に高回転域では燃焼による振動以外の影響が大きくなりやすい。従って誤判定を起こす可能性があるため、高回転域ではノックセンサ演算結果による第３の判定は使用しないようにする。これにより、プレイグニッションの誤判定を防止、軽減することができる。

以上述べたこの発明の実施の形態９に係る内燃機関の燃焼状態検出装置よれば、内燃機関の運転条件に応じて第１の判定乃至第４の判定のうち何れを使用するかを決定するようにしたので、プレイグニッションに起因しない要因によるプレイグニッション発生の誤判定をより確実に防ぐことができる。

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構成を示す機能構成図である。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構成を示す回路構成図である。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動作を、プレイグニッション未発生時の状態として説明するタイミングチャートである。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装置の動作を、暴走前プレイグニッション発生時の状態として説明するタイミングチャートである。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装置の動作を、暴走プレイグニッション発生時の状態として説明するタイミングチャートである。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装置に於ける発生位置演算装置の動作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装置に於ける重心演算装置の動作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装置に於ける放電時間演算装置の動作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装置に於ける放電電圧演算装置の動作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装置に於ける放電電流演算装置の動作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装置に於けるプレイグニッション判定装置の動作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装置に於けるプレイグニッション判定装置の動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態３に係る内燃機関の燃焼状態検出装置の構成を示す回路構成図である。この発明の実施の形態７による内燃機関の燃焼状態検出装置の動作を説明する説明図である。従来の内燃機関の燃焼状態検出装置の構成を示す回路構成図である。

符号の説明

２０コイル部
２０ａ一次コイル
２０ｂ二次コイル
３０トランジスタ
４０イオン電流検出装置
４１イオン電流整形回路
４２コンデンサ
４３ダイオード
４４ツェナーダイオード
５０放電電流検出抵抗
１００点火プラグ
１００ａイオン電流
１００ｂ二次電流
２００点火コイル
３００ＥＣＵ
３０１点火制御装置
３０２Ａ／Ｄ変換装置
３０３発生位置演算装置
３０４重心演算装置
３０５放電時間演算装置
３０６放電電圧演算装置
３０７放電電流演算装置
３０８プレイグニッション判定装置
４００各種センサ

Claims

内燃機関の燃焼室内に設置される電極間に点火電圧が印加されて火花放電を発生し前記燃焼室内の混合気を燃焼させる点火手段と、前記点火手段の前記電極間に前記点火電圧を印加する点火コイルとを有する内燃機関の前記燃焼の状態を検出するようにした燃焼状態検出装置であって、
前記混合気の燃焼により前記燃焼室内に生ずるイオンに基づくイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
前記点火コイルの一次電圧に基づいて前記点火手段の電極間に発生する前記火花放電の放電パラメータを検出する放電パラメータ検出手段と、
前記検出されたイオン電流に基づいて前記プレイグニッションの発生状態を判定する第１の判定と前記検出された放電パラメータに基づいて前記プレイグニッションの発生状態を判定する第２の判定とを実施し、前記第１の判定の結果と前記第２の判定の結果と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判定手段と、
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。
前記イオン電流の発生位置を演算する発生位置演算手段と前記イオン電流の重心位置を演算する重心演算手段と前記火花放電の放電持続時間を演算する放電時間演算手段とのうちの少なくとも1つの手段を備え、
前記プレイグニッション判定手段は、前記少なくとも１つの手段の演算結果に基づいて前記第１の判定を行なう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。
前記放電パラメータ検出手段は、前記火花放電の絶縁破壊電圧と放電維持電圧とのうちの少なくとも一方を演算する放電電圧演算手段と、前記火花放電に基づく放電電流を演算する放電電流演算手段とのうちの少なくとも１つの手段を備え、
前記プレイグニッション判定手段は、前記少なくとも１つの手段の演算結果に基づいて前記第２の判定を行なう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装置。
前記内燃機関の振動を検出する振動検出手段と、前記内燃機関の回転変動を検出する回転変動検出手段とを備え、
前記プレイグニッション判定手段は、前記検出された振動に基づいて前記プレイグニッションの発生状態を判定する第３の判定と、前記検出された回転変動に基づいて前記プレイグニッションの発生状態を判定する第４の判定とを行ない、前記第１の判定乃至第４の判定の結果の論理積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ことを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
前記内燃機関の振動を検出する振動検出手段と、前記内燃機関の回転変動を検出する回転変動検出手段とを備え、前記プレイグニッション判定手段は、前記検出された振動に基づいて前記プレイグニッションの発生状態を判定する第３の判定と、前記検出された回転変動に基づいて前記プレイグニッションの発生状態を判定する第４の判定とを行ない、前記第１の判定乃至第４の判定の夫々の判定結果の論理和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ことを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
前記プレイグニッション判定手段は、前記論理和が、前記第１の判定乃至前記第４の判定の結果のうちの少なくとも２つが前記プレイグニッションの発生有りと判定したときの値であるとき、前記プレイグニッションの発生有りと判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。
前記振動検出手段は、前記燃焼室内に発生する筒内圧力の共振周波数に対応する周波数帯の振動を検出し、前記振動の大きさが所定の比較値を超える時刻若しくはクランク角度タイミングが所定の比較タイミングより早い場合に前記第３の判定を行なうことを特徴とする請求項４乃至６のうちの何れか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
前記回転変動検出手段は、内燃機関のクランク軸の回転速度が変化するタイミングを検出する回転変化タイミング検出手段と、前記クランク軸の回転速度の変化量を検出する回転変化量検出手段とのうちの少なくとも1つの手段を備え、前記プレイグニッション判定手段は、前記少なくとも１つの手段の検出結果に基づいて前記第４の判定を行なうことを特徴とする請求項４乃至６のうちの何れか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
内燃機関の燃焼室内に設置される電極間に点火電圧が印加されて火花放電を発生し前記燃焼室内の混合気を燃焼させる点火手段と、前記点火手段の前記電極間に前記点火電圧を印加する点火コイルとを有する内燃機関の前記燃焼の状態を検出するようにした燃焼状態検出装置であって、
前記混合気の燃焼により前記燃焼室内に生ずるイオンに基づくイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
前記点火コイルの一次電圧に基づいて前記点火手段の電極間に発生する前記火花放電の放電パラメータを検出する放電パラメータ検出手段と、
前記内燃機関の振動を検出する振動検出手段と、
前記内燃機関の回転変動を検出する回転変動検出手段と、
前記内燃機関の燃焼室内に於ける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判定手段と、
を備え、
前記プレイグニッション判定手段は、前記検出されたイオン電流に基づいて前記プレイグニッションの発生状態を判定する第１の判定と、前記検出された放電パラメータに基づいて前記プレイグニッションの発生状態を判定する第２の判定と、前記検出された振動に基づいて前記プレイグニッションの発生状態を判定する第３の判定と、前記検出された回転変動に基づいて前記プレイグニッションの発生状態を判定する第４の判定とを行い得るように構成されると共に、前記内燃機関の運転状態に応じて前記第１の判定乃至第４の判定のうちの何れかを選択し、前記選択した判定の結果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ことを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。