JP2008261304A - 内燃機関のイオン電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イオン電流検出信号に基づいてくすぶり状態を精度良く検出する。
【解決手段】点火コイル通電期間中のくすぶり検出と、吸気・圧縮行程中のくすぶり検出と、プレイグニッション検出とを行う機能を備え、高回転・低負荷領域に設定された特定領域では、点火コイル通電期間中のくすぶり検出を禁止又は無効とし、吸気・圧縮行程中のくすぶり検出結果を最終的なくすぶり状態の判定結果として選択する。一方、特定領域以外の領域では、点火コイル通電期間中のくすぶり検出結果をそのまま最終的なくすぶり状態の判定結果として選択する。点火コイル通電期間中のくすぶり検出結果と吸気・圧縮行程中のくすぶり検出結果が共にくすぶり有りのときには、重度のくすぶりと判断して、プレイグニッション検出を禁止又は無効とする。これにより、くすぶりをプレイグニッションと誤判定することを防止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室内で混合気の燃焼に伴って発生するイオン電流を点火プラグを介して検出する内燃機関のイオン電流検出装置に関する発明である。

近年、内燃機関の筒内で混合気が燃焼する際にイオンが発生する特性に着目して、点火毎に筒内で発生するイオン電流を点火プラグの電極を介して検出し、そのイオン電流検出値に基づいて内燃機関の燃焼状態を検出する技術が開発されている。

このようなイオン電流を用いた燃焼状態検出システムでは、点火プラグのくすぶり（不完全燃焼時に発生するカーボンが点火プラグの電極周辺のガイシ表面に付着する現象）が発生すると、イオン電流検出精度が悪化して燃焼状態を誤検出しやすくなるため、点火プラグのくすぶり状態を精度良く検出できるようにする必要がある。

従来のくすぶり検出方法は、特許文献１（特開平１１−１３６２０号公報）に記載されているように、くすぶり状態が進行すると、点火プラグの電極間の絶縁抵抗値（以下「くすぶり抵抗値」という）が低下して漏洩電流が増加する特性に着目して、燃焼行程終了後の吸気・圧縮行程（燃焼イオンが発生しない期間）に、イオン電流検出回路で検出される漏洩電流（ドリフト電流）に基づいて点火プラグのくすぶり抵抗値を算出して、このくすぶり抵抗値が判定値以下であるか否かで点火プラグのくすぶりの有無を判定するようにしたものがある。

また、上記特許文献１や特許文献２（特許第２９４２３５１号公報）に記載されているように、くすぶり状態が進行すると、点火コイルの通電期間の初期に流れる漏洩電流の時間幅が増加する特性に着目して、点火コイルの通電期間の初期に流れる漏洩電流の時間幅（又は点火コイル通電開始から所定期間経過後の漏洩電流の大きさ）に基づいて点火プラグのくすぶりの有無を判定するようにしたものがある。
特開平１１−１３６２０号公報 特許第２９４２３５１号公報

上述した吸気・圧縮行程中の漏洩電流に基づいてくすぶり状態を検出する場合は、図７に示すように、くすぶり状態が進行してくすぶり抵抗値が小さくなると、ショート状態に近付いて瞬間的に大きな漏洩電流が流れるため、その後は漏洩電流がほとんど流れなくなり、くすぶり状態を検出できないという問題がある。しかも、エンジン回転状態が不安定な低回転領域では、漏洩電流も不安定となり、くすぶり状態を精度良く検出できない。

一方、点火コイルの通電期間の初期に流れる漏洩電流の時間幅（又は点火コイル通電開始から所定期間経過後の漏洩電流の大きさ）に基づいてくすぶり状態を検出する場合は、くすぶり抵抗値が大きい領域で、漏洩電流をほとんど検出できなくなり、くすぶり状態を検出できないという問題がある（図８参照）。しかも、高回転・低負荷領域では、点火コイルの通電期間中の印加電圧変動により漏洩電流が変動するため、くすぶり状態を精度良く検出できない。更に、点火コイルの通電期間の後半にプレイグニッションが発生する場合は、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とが重なって発生する可能性があり、くすぶりとプレイグニッションとの区別が難しいという問題もある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、イオン電流検出信号に基づいてくすぶり状態を精度良く検出す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にある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の燃焼室内で混合気の燃焼に伴って発生するイオン電流を点火プラグを介して検出するイオン電流検出手段を備えた内燃機関のイオン電流検出装置において、点火コイルの通電期間中のイオン電流検出信号に基づいて前記点火プラグのくすぶり状態を検出する第１のくすぶり検出手段と、吸気・圧縮行程中のイオン電流検出信号に基づいて前記点火プラグのくすぶり状態を検出する第２のくすぶり検出手段とを備え、最終判定手段によって、前記第１及び第２の両くすぶり検出手段の検出結果に基づいて前記点火プラグのくすぶり状態を最終的に判定するようにしたものである。この構成では、異なるくすぶり検出区間でくすぶり状態を検出する２種類のくすぶり検出手段を備えているため、内燃機関の運転条件等に応じてくすぶり検出精度が高い方のくすぶり検出手段を選択してくすぶり状態を検出することが可能となり、従来よりもくすぶり状態を精度良く検出することができる。

この場合、請求項２のように、最終判定手段で判定したくすぶり状態に基づいてイオン電流検出信号を補正手段により補正するようにしても良い。このようにすれば、イオン電流検出信号からくすぶりによる漏洩電流成分（ドリフト成分）を取り除いた正味の燃焼イオン電流成分のみを抽出することができ、燃焼イオン電流の検出精度を高めることができる。

また、請求項３のように、イオン電流検出信号に基づいて内燃機関の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を備えたシステムに本発明を適用する場合は、前記最終判定手段の判定結果に基づいて前記燃焼状態判定手段の判定結果を補正手段により補正するようにしても良い。このようにすれば、くすぶりによる燃焼状態の誤判定を未然に防止でき、燃焼状態の判定精度・信頼性を高めることができる。

ところで、高回転・低負荷領域では、点火コイルの通電期間中の印加電圧変動により漏洩電流が変動するため、点火コイルの通電期間中のイオン電流検出信号を用いる第１のくすぶり検出手段では、高回転・低負荷領域においてくすぶり状態を精度良く検出できない。領域が存在する。

そこで、請求項４のように、内燃機関の高回転・低負荷領域に設定された特定領域では、前記第１のくすぶり検出手段の検出を禁止又は無効とし、前記第２のくすぶり検出手段の検出結果を最終的なくすぶり状態の判定結果として選択し、前記特定領域以外の領域では、前記第１のくすぶり検出手段の検出結果をそのまま最終的なくすぶり状態の判定結果として選択するようにすると良い。このようにすれば、点火コイルの通電期間中にくすぶり状態を精度良く検出できない高回転・低負荷領域では、吸気・圧縮行程中のイオン電流検出信号を用いる第２のくすぶり検出手段によってくすぶり状態の検出精度を確保し、それ以外の領域では、点火コイルの通電期間中のイオン電流検出信号を用いる第１のくすぶり検出手段によってくすぶり状態の検出精度を確保することができる。

また、請求項５のように、バッテリ電圧が所定電圧以上の領域で、前記第１のくすぶり検出手段によるくすぶり状態の検出を検出禁止手段により禁止するようにすると良い。このようにする理由は、バッテリ電圧が高いときには、点火コイルの通電期間中の印加電圧変動によりイオン電流検出信号が変動しやすく、くすぶり状態の検出精度が低下するためである。

また、請求項６のように、前記第２のくすぶり検出手段は、内燃機関の回転状態が不安定な低回転領域で、前記第２のくすぶり検出手段によるくすぶり状態の検出を検出禁止手段により禁止するようにすると良い。このようにする理由は、内燃機関の回転状態が不安定な低回転領域では、吸気・圧縮行程中の漏洩電流（ドリフト電流）が変動しやすく、くすぶり状態の検出精度が低下するためである。

ところで、点火コイルの通電期間の後半にプレイグニッションが発生すると、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とが重なって発生する可能性があり、くすぶりとプレイグニッションとの区別が難しい。

そこで、請求項７のように、点火プラグの通電期間の後半のイオン電流検出信号に基づいて点火プラグの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を備えたシステムに本発明を適用する場合は、前記最終判定手段は、前記第２のくすぶり検出手段の検出結果がくすぶり無しのときに前記プレイグニッション検出手段の検出結果を有効とするようにすると良い。このようにすれば、点火コイルの通電期間中にプレイグニッションが発生する場合に、プレイグニッションをくすぶりと区別して検出することができる。

また、請求項８のように、前記最終判定手段は、前記第１のくすぶり検出手段の検出結果がくすぶり無しのときに前記プレイグニッション検出手段の検出結果を有効とするようにすると良い。このようにすれば、点火コイルの通電期間中にプレイグニッションのみが発生する場合に、プレイグニッションをくすぶりと誤判定することを未然に防止することができる。

また、請求項９のように、前記最終判定手段は、前記第１及び第２のくすぶり検出手段の検出結果が共にくすぶり有りのときに前記プレイグニッション検出手段の検出を禁止又は無効とするようにしても良い。このようにすれば、くすぶりをプレイグニッションと誤判定することを未然に防止することができる。

以上説明した請求項１〜９に係る発明を実施する場合は、請求項１０のように、イオン電流検出信号を所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換して取り込む演算処理回路を備え、前記演算処理回路は、前記点火コイルの通電期間中に前記第１のくすぶり検出手段によるくすぶり状態の検出処理を実行し、吸気・圧縮行程中に前記第２のくすぶり検出手段によるくすぶり状態の検出処理を実行するようにすると良い。このようにすれば、１つの演算処理回路（マイクロコンピュータ又はデジタルＩＣ）を用いて、くすぶり検出区間毎に信号処理方法を切り換えることで、第１のくすぶり検出手段としての機能と第２のくすぶり検出手段としての機能を同一構成で実現することができ、安価で検出自由度が大きいシステム構成とすることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいて点火制御系の回路構成を説明する。
点火コイル２１の一次側巻線２２の一端はバッテリ２３に接続され、該一次側巻線２２の他端は、イグナイタ２４に内蔵されたパワートランジスタ２５のコレクタに接続されている。二次側巻線２６の一端は点火プラグ２７に接続され、該二次側巻線２６の他端は、２つのツェナーダイオード２８，２９を介してグランドに接続されている。

２つのツェナーダイオード２８，２９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２８にコンデンサ３０が並列に接続され、他方のツェナーダイオード２９にイオン電流検出抵抗３１が並列に接続されている。コンデンサ３０とイオン電流検出抵抗３１との間の電位Ｖinが抵抗３２を介して反転増幅回路３３の反転入力端子（−）に入力されて反転増幅され、この反転増幅回路３３の出力電圧Ｖがイオン電流信号として制御回路３４に入力される。イオン電流検出回路３５（イオン電流検出手段）は、ツェナーダイオード２８，２９、コンデンサ３０、イオン電流検出抵抗３１、反転増幅回路３３等から構成されている。

エンジン運転中は、制御回路３４からイグナイタ２４に送信される点火指令信号の立ち上がり／立ち下がりでパワートランジスタ２５がオン／オフする。パワートランジスタ２５がオンすると、バッテリ２３から一次側巻線２２に一次電流が流れ、その後、パワートランジスタ２５がオフすると、一次側巻線２２の一次電流が遮断されて、二次側巻線２６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２７の電極３６，３７間に火花放電が発生する。この火花放電電流は、点火プラグ２７の接地電極３７から中心電極３６へ流れ、二次側巻線２６を経てコンデンサ３０に充電されると共に、ツェナーダイオード２８，２９を経てグランド側に流れる。コンデンサ３０の充電後は、ツェナーダイオード２８のツェナー電圧によって規制されるコンデンサ３０の充電電圧を電源としてイオン電流検出回路３５が駆動され、後述するようにしてイオン電流が検出される。

これに対して、イオン電流は、火花放電電流とは反対方向に流れる。つまり、点火終了後は、コンデンサ３０の充電電圧によって点火プラグ２７の電極３６，３７間に電圧が印加されるため、気筒内で混合気が燃焼する際に発生するイオンによって電極３６，３７間にイオン電流が流れるが、このイオン電流は、中心電極３６から接地電極３７へ流れ、更に、グランド側からイオン電流検出抵抗３１を通ってコンデンサ３０に流れる。この際、イオン電流検出抵抗３１に流れるイオン電流の変化に応じて反転増幅回路３３の入力電位Ｖinが変化し、反転増幅回路３３の出力端子からイオン電流に応じた電圧Ｖ（イオン電流検出信号）が制御回路３４に出力される。この反転増幅回路３３の出力電圧Ｖからイオン電流が検出され、このイオン電流から、くすぶり状態、プレイグニッション、失火等の燃焼状態が検出される。

また、点火プラグ２７のくすぶり状態が進むと、電極３６，３７間の絶縁抵抗値（くすぶり抵抗値）Ｒn が低下するため、漏洩電流（ドリフト電流）が中心電極３６から接地電極３７へ流れる。この漏洩電流も、イオン電流と同じ経路で流れ、イオン電流検出抵抗３１に流れる漏洩電流の変化に応じて反転増幅回路３３の入力電位Ｖinが変化し、反転増幅回路３３の出力端子から漏洩電流に応じた電圧Ｖが制御回路３４に出力される。イオン電流発生時には、混合気の燃焼によるイオン電流（以下「燃焼イオン電流」という）と漏洩電流とが重畳して流れる。

次に、イオン電流検出回路３５のイオン電流出力パターンが、着火時、くすぶり時、プレイグニッション時、失火時にどの様に変化するかを図２を用いて説明する。
点火系が正常であれば、点火コイル２１の一次側巻線２２への通電開始直後（点火信号ＯＦＦ→ＯＮ切換直後）に、短い時間幅のパルス状のノイズ電流が誘起され、点火直後（点火信号ＯＮ→ＯＦＦ切換直後）に、点火コイル２１の二次側の残留磁気エネルギによってＬＣ共振が発生し、その後、燃焼イオン電流の波形が現れる。

点火プラグ２７のくすぶりが発生しても、くすぶりの程度が軽度であれば、混合気に着火されるため、一次側巻線２２への通電開始直後に誘起されるノイズ電流の時間幅が長くなるものの、点火後には、通常の着火時と同じようにＬＣ共振ノイズと燃焼イオン電流の波形が現れる。

一方、プレイグニッションが発生した場合は、プレイグニッションの程度が軽度であれば、点火コイル２１の通電期間（パワートランジスタ２５のＯＮ期間）の終了タイミングの少し前からプレイグニッションによるイオン電流が流れ始めるが、プレイグニッションの程度がひどくなるほど、プレイグニッションによるイオン電流の流れ始めの時期が早くなる。このため、点火コイル２１の通電期間中に、くすぶりとプレイグニッションの両方が発生すると、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とが重なり合うことがあるが、くすぶりによる漏洩電流は点火コイル２１の通電開始当初から流れるため、くすぶりによる漏洩電流はプレイグニッションによるイオン電流よりも先に流れ始める。
また、失火時には、点火コイル２１の通電開始直後のパルス状のノイズ電流と点火後のＬＣ共振ノイズが現れるが、燃焼によるイオン電流の波形は現れない。

イオン電流検出回路３５から出力されるイオン電流検出信号は、所定のサンプリング周期で制御回路３４に取り込まれる。この制御回路３４は、イオン電流検出信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器等の周辺機器を備えたマイクロコンピュータ又はデジタルＩＣを用いて構成され、そのＲＯＭに記憶された各種のエンジン制御ルーチンによって燃料噴射制御や点火時期制御を行うと共に、イオン電流検出回路３５から出力されるイオン電流検出信号を用いて、次のような２通りの方法で点火プラグ２７のくすぶり状態を検出する。

［点火コイル２１の通電期間中のくすぶり検出方法］
点火コイル２１の通電期間中に、イオン電流検出信号を所定の判定レベルＶth1 と比較して、点火コイル２１の通電開始当初からイオン電流検出信号（漏洩電流）が判定レベルＶth1 を越えた状態が続く時間幅（以下「くすぶり検出時間」という）Ｔplを計測して、このくすぶり検出時間Ｔplがくすぶり判定値Ｔ1 を越えたか否かで、くすぶりの有無を判定する。この機能が特許請求の範囲でいう第１のくすぶり検出手段に相当する。
［吸気・圧縮行程中のくすぶり検出方法］
吸気・圧縮行程中にイオン電流検出信号を漏洩電流ＤＦＴとして検出し、この漏洩電流ＤＦＴがくすぶり判定値Ｐ2 を越えたか否かで、くすぶりの有無を判定する。この機能が特許請求の範囲でいう第２のくすぶり検出手段に相当する。

尚、吸気・圧縮行程中に、点火プラグ２７のくすぶり抵抗値Ｒn を検出して、くすぶり抵抗値Ｒn がくすぶり判定値以下であるか否かで、くすぶりの有無を判定するようにしても良い。この際、吸気・圧縮行程中に、イオン電流検出信号（漏洩電流ＤＦＴ）を適当なサンプリング間隔Δｔで少なくとも２回検出し、先の電流検出値をｉ1 、後の電流検出値をｉ2 として、次式により点火プラグ２７のくすぶり抵抗値Ｒn を算出するようにしても良い。
Ｒn ＝Δｔ／｛Ｃo ・ｌｎ（ｉ1 ／ｉ2 ）｝−Ｒo
ここで、Ｃo はコンデンサ３０の静電容量、Ｒo はイオン電流検出抵抗３１の抵抗値である。

また、制御回路３４は、点火コイル２１の通電期間中にイオン電流検出信号に基づいてプレイグニッションを次のようにして検出する。点火コイル２１の通電期間の途中から通電期間終了時まで、イオン電流検出信号が判定レベルＶth1 を越えた状態が続く時間幅（以下「プレイグニッション検出時間」という）Ｔprを計測して、このプレイグニッション検出時間Ｔprがプレイグニッション判定値ＴＯよりも大きいか否かで、プレイグニッションの有無を判定する。この機能が特許請求の範囲でいうプレイグニッション検出手段に相当する。

また、制御回路３４は、燃焼・排気行程中（燃焼イオン電流検出区間）にイオン電流検出信号のピーク値ＰＨを検出すると共に、このピーク値ＰＨから漏洩電流ＤＦＴに応じた補正値ｆ（ＤＦＴ）を差し引くことで、イオン電流検出信号ピーク値ＰＨから漏洩電流ＤＦＴ分を取り除いた補正ピーク値（正味の燃焼イオン電流ピーク値）Ｐf を求め、この補正ピーク値Ｐf が失火判定値Ｖth2 よりも大きいか否かで失火の有無を判定する。この機能が特許請求の範囲でいう燃焼状態判定手段に相当する。

ところで、吸気・圧縮行程中の漏洩電流に基づいてくすぶり状態を検出する場合は、図７に示すように、くすぶり状態が進行してくすぶり抵抗値が小さくなると、ショート状態に近付いて瞬間的に大きな漏洩電流が流れるため、その後は漏洩電流がほとんど流れなくなり、くすぶり状態を検出できない。しかも、エンジン回転状態が不安定な低回転領域では、漏洩電流も不安定となり、くすぶり状態を精度良く検出できない。

一方、点火コイル２１の通電期間の初期に流れる漏洩電流の時間幅Ｔplに基づいて点火プラグ２７のくすぶりの有無を判定する場合は、くすぶり抵抗値が大きい領域で、漏洩電流をほとんど検出できなくなり、くすぶり状態を検出できない（図８参照）。しかも、高回転・低負荷領域では、点火コイル２１の通電期間中の印加電圧変動により漏洩電流が変動するため、くすぶり状態を精度良く検出できない。更に、点火コイル２１の通電期間の後半にプレイグニッションが発生する場合は、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とが重なって発生する可能性があり、くすぶりとプレイグニッションとの区別が難しい。

そこで、本実施例では、点火コイル２１の通電期間中のくすぶり検出と、吸気・圧縮行程中のくすぶり検出と、プレイグニッション検出とを行う機能を備え、高回転・低負荷領域に設定された特定領域Ａ（図６参照）では、点火コイル２１の通電期間中のくすぶり検出を禁止又は無効とし、吸気・圧縮行程中のくすぶり検出結果を最終的なくすぶり状態の判定結果として選択し、特定領域Ａ以外の領域では、点火コイル２１の通電期間中のくすぶり検出結果をそのまま最終的なくすぶり状態の判定結果として選択する。

また、バッテリ電圧が高いときには、点火コイル２１の通電期間中の印加電圧変動によりイオン電流検出信号が変動しやすく、くすぶり状態の検出精度が低下するため、本実施例では、バッテリ電圧が所定電圧以上（例えば１６Ｖ以上）の領域で、点火コイル２１の通電期間中のくすぶり検出を禁止する。

また、エンジン回転状態が不安定な低回転領域では、吸気・圧縮行程中の漏洩電流が変動してくすぶり状態の検出精度が低下するため、本実施例では、エンジン回転状態が不安定な低回転領域で、吸気・圧縮行程中のくすぶり検出を禁止する。

更に、本実施例では、吸気・圧縮行程中のくすぶり検出結果がくすぶり無しのときに、プレイグニッション検出結果を有効とし、また、点火コイル２１の通電期間中のくすぶり検出結果がくすぶり無しのときに、プレイグニッション検出結果を有効とする。

また、点火コイル２１の通電期間中のくすぶり検出結果と吸気・圧縮行程中のくすぶり検出結果が共にくすぶり有りのときには、くすぶりによる漏洩電流がプレイグニッションによるイオン電流の発生区間まで流れている可能性があり、くすぶりをプレイグニッションと誤判定する可能性があるため、プレイグニッション検出を禁止又は無効とする。

以上説明した本実施例のくすぶり検出とプレイグニッション検出は、制御回路３４によって図３乃至図５の各ルーチンに従って実行される。以下、これら各ルーチンの処理内容を説明する。

［イオン電流検出信号処理ルーチン］
図３のイオン電流検出信号処理ルーチンは、エンジン運転中に制御回路３４によって所定のイオン電流サンプリング周期（例えば２０μｓ周期）で実行される。尚、本ルーチンは、制御回路３４とは別に設けられたイオン電流検出専用のマイクロコンピュータ（又はデジタルＩＣ）によって実行し、その検出データを制御回路３４に送信するように構成して、制御回路３４の演算処理負荷を軽減させるようにしても良い。

本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、イオン電流検出回路３５から出力されるイオン電流検出信号のＡ／Ｄ変換値を読み込み、次のステップ１０２で、点火コイル２１の通電期間であるか否かを判定する。その結果、点火コイル２１の通電期間と判定されれば、ステップ１０３に進み、イオン電流検出信号を所定の判定レベルＶth1 と比較して、くすぶり検出時間Ｔplとプレイグニッション検出時間Ｔprを計測する。ここで、くすぶり検出時間Ｔplは、点火コイル２１の通電開始当初からイオン電流検出信号（漏洩電流）が判定レベルＶth1 を越えた状態が続く時間幅であり、プレイグニッション検出時間Ｔprは、点火コイル２１の通電期間の途中から通電期間終了時までイオン電流検出信号が判定レベルＶth1 を越えた状態が続く時間幅である。

上記ステップ１０２で、点火コイル２１の通電期間ではないと判定されれば、上記ステップ１０３のＴpl，Ｔprの計測処理は省略される。
この後、ステップ１０４に進み、燃焼・排気行程中（燃焼イオン電流検出区間）であるか否かを判定し、燃焼・排気行程中であれば、ステップ１０５に進み、イオン電流検出信号のピーク値ＰＨを検出する。このイオン電流検出信号のピーク値ＰＨは、イオン電流検出信号が失火判定値Ｖth2 以上の状態が所定時間以上継続したときのピーク値である。

一方、上記ステップ１０４で、燃焼・排気行程中でないと判定されれば、上記ステップ１０５のピーク値ＰＨの検出処理は省略される。
この後、ステップ１０６に進み、吸気・圧縮行程中であるか否かを判定し、吸気・圧縮行程中であれば、ステップ１０７に進み、漏洩電流ＤＦＴを検出して本ルーチンを終了し、吸気・圧縮行程中でなければ、ステップ１０７の漏洩電流ＤＦＴの検出処理を省略して、本ルーチンを終了する。

［くすぶり・失火検出ルーチン］
図４のくすぶり・失火検出ルーチンは、エンジン運転中に制御回路３４によって所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度、負荷率、バッテリ電圧等）を読み込むと共に、前記図３のイオン電流検出信号処理ルーチンで検出された各検出値Ｔpl，Ｔpr，ＰＨ，ＤＦＴを読み込む。

この後、ステップ２０２に進み、第１のくすぶり検出実行条件が成立しているか否かを判定する。ここで、第１のくすぶり検出実行条件は、点火コイル２１の通電期間中のくすぶり検出を実行するための実行条件であり、次の２つの条件(1) ，(2) を両方とも満たすことである。
(1) エンジン運転領域が高回転・低負荷領域に設定された特定領域Ａ（図６参照）以外の領域であること
(2) バッテリ電圧が所定電圧以下（例えば１６Ｖ以下）であること

これら２つの条件のうち、いずれか一方でも満たさない条件があれば、第１のくすぶり検出実行条件が不成立となり、ステップ２０５に進んで、通電期間中くすぶり検出フラグＸ1ks をくすぶり無しを意味するＯＦＦにセットする。例えば、エンジン運転領域が高回転・低負荷領域に設定された特定領域Ａの場合や、バッテリ電圧が所定電圧以上（例えば１６Ｖ以上）である場合は、点火コイル２１の通電期間中の印加電圧変動により漏洩電流が変動しやすく、くすぶり状態を精度良く検出できないため、点火コイル２１の通電期間中のくすぶり検出が禁止される。

一方、上記２つの条件(1) ，(2) が両方とも満たされれば、第１のくすぶり検出実行条件が成立して、ステップ２０３に進み、点火コイル２１の通電期間中に検出したくすぶり検出時間Ｔplをくすぶり判定値Ｔ1 と比較して、くすぶり検出時間Ｔplがくすぶり判定値Ｔ1 よりも大きければ、通電期間中くすぶり検出フラグＸ1ks をくすぶり有りを意味するＯＮにセットし（ステップ２０４）、くすぶり検出時間Ｔplがくすぶり判定値Ｔ1 以下であれば、通電期間中くすぶり検出フラグＸ1ks をくすぶり無しを意味するＯＦＦにセットする（ステップ２０５）。

この後、ステップ２０６に進み、第２のくすぶり検出実行条件が成立しているか否かを判定する。ここで、第２のくすぶり検出実行条件は、吸気・圧縮行程中のくすぶり検出を実行するための実行条件であり、エンジン回転速度が所定回転速度以上（例えば３００ｒｐｍ以上）であるか否かで、第２のくすぶり検出実行条件が成立しているか否かを判定する。例えば、３００ｒｐｍ以下の低回転領域では、エンジン回転状態が不安定で、吸気・圧縮行程中の漏洩電流が変動しやすく、くすぶり状態の検出精度が低下するため、エンジン回転状態が不安定な低回転領域では、第２のくすぶり検出実行条件が不成立となり、ステップ２０９に進み、吸気・圧縮行程中くすぶり検出フラグＸ2ks をくすぶり無しを意味するＯＦＦにセットする。

一方、エンジン回転速度が所定回転速度以上であれば、第２のくすぶり検出実行条件が成立して、ステップ２０７に進み、吸気・圧縮行程中に検出した漏洩電流ＤＦＴをくすぶり判定値Ｐ2 と比較して、漏洩電流ＤＦＴがくすぶり判定値Ｐ2 よりも大きければ、吸気・圧縮行程中くすぶり検出フラグＸ2ks をくすぶり有りを意味するＯＮにセットし（ステップ２０８）、漏洩電流ＤＦＴがくすぶり判定値Ｐ2 以下であれば、吸気・圧縮行程中くすぶり検出フラグＸ2ks をくすぶり無しを意味するＯＦＦにセットする（ステップ２０９）。

この後、ステップ２１０に進み、通電期間中くすぶり検出フラグＸ1ks 又は吸気・圧縮行程中くすぶり検出フラグＸ2ks がＯＮ（くすぶり有り）であるか否かを判定し、ＯＮであれば、ステップ２１１に進み、車両自己診断（ダイアグ）に用いるくすぶり異常フラグＸppをＯＮ（くすぶり異常）にセットして本ルーチンを終了する。

これに対して、上記ステップ２１０で、２つのくすぶり検出フラグＸ1ks ，Ｘ2ks が共にＯＦＦと判定されれば、ステップ２１３に進み、燃焼・排気行程中に検出したイオン電流検出信号ピーク値ＰＨから漏洩電流ＤＦＴに応じた補正値ｆ（ＤＦＴ）を差し引くことで、イオン電流検出信号ピーク値ＰＨから漏洩電流ＤＦＴ分を取り除いた補正ピーク値（正味の燃焼イオン電流ピーク値）Ｐf を求める。このステップ２１３の処理が特許請求の範囲でいう補正手段としての役割を果たす。

この後、ステップ２１４に進み、補正ピーク値Ｐf を失火判定値Ｖth2 と比較し、補正ピーク値Ｐf が失火判定値Ｖth2 よりも大きければ、ステップ２１５に進み、着火と判定して失火検出フラグＸf をＯＦＦにセットし、補正ピーク値Ｐf が失火判定値Ｖth2 以下であれば、ステップ２１６に進み、失火と判定して失火検出フラグＸf をＯＮにセットする。

［プレイグニッション検出ルーチン］
図５のプレイグニッション検出ルーチンは、エンジン運転中に制御回路３４によって所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ３０１で、吸気・圧縮行程中くすぶり検出フラグＸ2ks がＯＮ（くすぶり有り）であるか否かを判定し、この吸気・圧縮行程中くすぶり検出フラグＸ2ks がＯＦＦ（くすぶり無し）であれば、ステップ３０６に進み、点火コイル２１の通電期間中に検出したプレイグニッション検出時間Ｔprをプレイグニッション判定値ＴＯと比較して、プレイグニッション検出時間Ｔprがプレイグニッション判定値ＴＯよりも大きければ、プレイグニッション検出フラグＸprをプレイグニッション有りを意味するＯＮにセットし（ステップ３０７）、プレイグニッション検出時間Ｔprがプレイグニッション判定値ＴＯ以下であれば、プレイグニッション検出フラグＸprをプレイグニッション無しを意味するＯＦＦにセットする（ステップ３０８）。

一方、上記ステップ３０１で、吸気・圧縮行程中くすぶり検出フラグＸ2ks がＯＮ（くすぶり有り）にセットされていると判定されれば、ステップ３０２に進み、通電期間中くすぶり検出フラグＸ1ks がＯＮ（くすぶり有り）であるか否かを判定し、この通電期間中くすぶり検出フラグＸ1ks がＯＦＦ（くすぶり無し）であれば、ステップ３０６に進み、プレイグニッション検出時間Ｔprがプレイグニッション判定値ＴＯよりも大きいか否かでプレイグニッションの有無を判定して、その判定結果に応じてプレイグニッション検出フラグＸprをＯＮ又はＯＦＦにセットする（ステップ３０７、３０８）。

これに対して、上記ステップ３０１、３０２で、いずれも「Ｙｅｓ」と判定された場合（２つのくすぶり検出フラグＸ1ks ，Ｘ2ks が共にＯＮの場合）には、重度のくすぶりと判断して、ステップ３０３に進み、プレイグニッション検出時間Ｔprがプレイグニッション判定値ＴＯよりも大きいか否かを判定する。この場合、重度のくすぶり発生時でも、プレイグニッション検出時間Ｔprがプレイグニッション判定値ＴＯ以下であれば、プレイグニッションが発生していないことが確認できるため、ステップ３０５に進み、プレイグニッション検出フラグＸprをＯＦＦにセットする。

一方、重度のくすぶり発生時（２つのくすぶり検出フラグＸ1ks ，Ｘ2ks が共にＯＮの場合）には、プレイグニッション検出時間Ｔprがプレイグニッション判定値ＴＯよりも大きい場合でも、プレイグニッションの発生とは判定しない（プレイグニッションの検出を禁止又は無効とする）。これは、重度のくすぶり発生時には、くすぶりによる漏洩電流がプレイグニッションによるイオン電流の発生区間まで流れている可能性があり、くすぶりをプレイグニッションと誤判定する可能性があるためである。この場合は、プレイグニッション検出フラグＸprを前回と同じ状態に維持する（ステップ３０４）。

以上説明した本実施例によれば、点火コイル２１の通電期間中のくすぶり検出と、吸気・圧縮行程中のくすぶり検出と、プレイグニッション検出とを行う機能を備え、高回転・低負荷領域に設定された特定領域Ａ（図６参照）では、点火コイル２１の通電期間中のくすぶり検出を禁止又は無効とし、吸気・圧縮行程中のくすぶり検出結果を最終的なくすぶり状態の判定結果として選択し、特定領域Ａ以外の領域では、点火コイル２１の通電期間中のくすぶり検出結果をそのまま最終的なくすぶり状態の判定結果として選択するようにしたので、エンジン運転領域に応じてくすぶり検出精度が高い方のくすぶり検出方法を選択してくすぶり状態を検出することが可能となり、従来よりもくすぶり状態を精度良く検出することができる。

しかも、本実施例では、燃焼・排気行程中に検出したイオン電流検出信号ピーク値ＰＨを漏洩電流ＤＦＴ（くすぶり状態の検出結果）に応じて補正して、イオン電流検出信号ピーク値ＰＨから漏洩電流ＤＦＴ分を取り除いた補正ピーク値（正味の燃焼イオン電流ピーク値）Ｐf を求めるようにしたので、この補正ピーク値Ｐf を用いて失火の有無（燃焼状態）を精度良く判定することができる。

尚、本発明は、燃焼状態の判定結果（例えば失火度合）を漏洩電流ＤＦＴ（くすぶり状態の検出結果）に応じて補正するようにしても良い。

また、本実施例では、バッテリ電圧が所定電圧以上（例えば１６Ｖ以上）である場合に点火コイル２１の通電期間中のくすぶり検出を禁止するようにしたので、点火コイル２１の通電期間中の印加電圧変動による漏洩電流の変動に起因するくすぶり状態の誤検出を未然に防止できる。

更に、本実施例では、エンジン回転速度が所定回転速度以下（例えば３００ｒｐｍ以下）の低回転領域の場合に、吸気・圧縮行程中のくすぶり検出を禁止するようにしたので、エンジン回転状態が不安定な低回転領域における漏洩電流の変動に起因するくすぶり状態の誤検出を未然に防止できる。

また、本実施例では、吸気・圧縮行程中のくすぶり検出結果がくすぶり無しのときに、プレイグニッション検出結果を有効とし、また、点火コイル２１の通電期間中のくすぶり検出結果がくすぶり無しのときに、プレイグニッション検出結果を有効とするようにしたので、プレイグニッションをくすぶりと区別して検出することができる。

しかも、本実施例では、重度のくすぶり発生時（２つのくすぶり検出フラグＸ1ks ，Ｘ2ks が共にＯＮの場合）には、プレイグニッション検出時間Ｔprがプレイグニッション判定値ＴＯよりも大きい場合でも、プレイグニッションの発生とは判定しない（プレイグニッションの検出を禁止又は無効とする）ようにしたので、くすぶりをプレイグニッションと誤判定することを未然に防止できる。

尚、２つのくすぶり検出フラグＸ1ks ，Ｘ2ks のいずれか一方のみがＯＮの場合（軽度のくすぶり発生時）にも、プレイグニッションの検出を禁止又は無効とするようにしても良い。

その他、本発明は、くすぶりの検出方法やプレイグニッションの検出方法を適宜変更しても良い等、種々変更して実施できる。

本発明の一実施例における点火制御系とイオン電流検出回路の構成を示す回路図である。 イオン電流検出回路のイオン電流出力パターンが、着火時、くすぶり時、プレイグニッション時、失火時にどの様に変化するかを説明するタイムチャートである。 イオン電流検出信号処理ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 くすぶり・失火検出ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 プレイグニッション検出ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 点火コイル通電期間中のくすぶり検出を禁止する領域を設定するマップを概略的に示す図である。 吸気・圧縮行程中の漏洩電流に基づいてくすぶり状態を検出する場合の漏洩電流とくすぶり抵抗値との関係を説明する図である。 点火コイルの通電期間の初期に流れる漏洩電流の時間幅（くすぶり検出時間）に基づいてくすぶり状態を検出する場合の漏洩電流の時間幅とくすぶり抵抗値との関係を説明する図である。

符号の説明

２１…点火コイル、２２…一次コイル、２３…バッテリ、２４…イグナイタ、２５…パワートランジスタ、２６…二次コイル、２７…点火プラグ、３１…イオン電流検出抵抗、３３…反転増幅回路、３４…制御回路（第１のくすぶり検出手段，第２のくすぶり検出手段，最終判定手段，補正手段，プレイグニッション検出手段）、３５…イオン電流検出回路（イオン電流検出手段）、３６…中心電極、３７…接地電極

Claims (10)

1. 内燃機関の燃焼室内で混合気の燃焼に伴って発生するイオン電流を点火プラグを介して検出するイオン電流検出手段を備えた内燃機関のイオン電流検出装置において、
   点火コイルの通電期間中のイオン電流検出信号に基づいて前記点火プラグのくすぶり状態を検出する第１のくすぶり検出手段と、
   吸気・圧縮行程中のイオン電流検出信号に基づいて前記点火プラグのくすぶり状態を検出する第２のくすぶり検出手段と、
   前記第１及び第２の両くすぶり検出手段の検出結果に基づいて前記点火プラグのくすぶり状態を最終的に判定する最終判定手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関のイオン電流検出装置。
2. 前記最終判定手段の判定結果に基づいて前記イオン電流検出信号を補正する補正手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のイオン電流検出装置。
3. 前記イオン電流検出信号に基づいて内燃機関の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段と、
   前記最終判定手段の判定結果に基づいて前記燃焼状態判定手段の判定結果を補正する補正手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のイオン電流検出装置。
4. 前記最終判定手段は、内燃機関の高回転・低負荷領域に設定された特定領域では、前記第１のくすぶり検出手段の検出を禁止又は無効とし、前記第２のくすぶり検出手段の検出結果を最終的なくすぶり状態の判定結果として選択し、前記特定領域以外の領域では、前記第１のくすぶり検出手段の検出結果をそのまま最終的なくすぶり状態の判定結果として選択することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関のイオン電流検出装置。
5. バッテリ電圧が所定電圧以上の領域で、前記第１のくすぶり検出手段によるくすぶり状態の検出を禁止する検出禁止手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関のイオン電流検出装置。
6. 内燃機関の回転状態が不安定な低回転領域で、前記第２のくすぶり検出手段によるくすぶり状態の検出を禁止する検出禁止手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関のイオン電流検出装置。
7. 前記点火プラグの通電期間の後半のイオン電流検出信号に基づいて前記点火プラグの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を備え、
   前記最終判定手段は、前記第２のくすぶり検出手段の検出結果がくすぶり無しのときに前記プレイグニッション検出手段の検出結果を有効とすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関のイオン電流検出装置。
8. 前記最終判定手段は、前記第１のくすぶり検出手段の検出結果がくすぶり無しのときに前記プレイグニッション検出手段の検出結果を有効とすることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関のイオン電流検出装置。
9. 前記最終判定手段は、前記第１及び第２のくすぶり検出手段の検出結果が共にくすぶり有りのときに前記プレイグニッション検出手段の検出を禁止又は無効と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イオン電流検出装置。
10. 前記イオン電流検出信号を所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換して取り込む演算処理回路を備え、
    前記演算処理回路は、前記点火コイルの通電期間中に前記第１のくすぶり検出手段によるくすぶり状態の検出処理を実行し、吸気・圧縮行程中に前記第２のくすぶり検出手段によるくすぶり状態の検出処理を実行することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の内燃機関のイオン電流検出装置。

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