内燃機関用のイオン電流検出処理装置
【課題】内燃機関の燃焼状態を解析するためのパラメータを平易且つ正確に算出し得る内燃機関用のイオン電流検出処理装置を提供する。
【解決手段】イオン電流演算ルーチンＳ１０は、誘導性放電の終了直後に起動され、先ず、イオン電流検出信号Ｓｉｎｓの検出値をメモリ回路へ格納していく（Ｓ１１）。その後、コンデンサＣの放電電荷量Ｓｉの算出処理が実施される（Ｓ１２）。その後、面積値Ｓｉから算出した放電電荷量に基づいて、漏洩電流測定時刻ｔｎでのコンデンサの両端電圧Ｖｎが算出される（Ｓ１３）。更に後、先の処理の結果値に基づいて、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）の算出処理が行われる（Ｓ１４）。このように、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、コンデンサの放電電荷量に基づいて演算されるので、其の値が正確な値となる。
【解決手段】イオン電流演算ルーチンＳ１０は、誘導性放電の終了直後に起動され、先ず、イオン電流検出信号Ｓｉｎｓの検出値をメモリ回路へ格納していく（Ｓ１１）。その後、コンデンサＣの放電電荷量Ｓｉの算出処理が実施される（Ｓ１２）。その後、面積値Ｓｉから算出した放電電荷量に基づいて、漏洩電流測定時刻ｔｎでのコンデンサの両端電圧Ｖｎが算出される（Ｓ１３）。更に後、先の処理の結果値に基づいて、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）の算出処理が行われる（Ｓ１４）。このように、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、コンデンサの放電電荷量に基づいて演算されるので、其の値が正確な値となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用のイオン電流検出処理装置に関し、特に、内燃機関内の燃焼状態を解析する際に用いて好適のものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の燃焼状態（失火・燃焼判定，ノック判定，燻ぶり判定等）を、イオン電流に基づいて解析する技術が知られている。混合ガスの燃焼に応じて生じるイオン電流は、電離した雰囲気中を流れる電流として現われ、其の波形がＥＣＵ（Engine Control Unit）でサンプリングされる。そして、ＥＣＵでは、イオン電流の波形に基づいて内燃機関の燃焼状態に係る情報を抽出し、当該情報により種々の解析を行なっている。
【０００３】
ところが、点火プラグのプラグギャップ近傍では、内燃機関の不完全燃焼等によってカーボンＣｂが堆積し、当該プラグギャップ間の絶縁抵抗を低下させてしまう、所謂「燻ぶり」という現象を起こしてしまう。このため、ＥＣＵではギャップ間での漏洩電流を検出してしまうため燃焼状態の誤判定を生じてしまうとの問題が生じる。また、燻ぶり状態が進行すると、プラグギャップでの放電が行なわれずに失火してしまうとの問題が生じる。
【０００４】
例えば、特開２００３−０８３２２２号公報（特許文献１）では、燻ぶり抵抗（カーボン等によって形成される抵抗）を予め算出しておき、図１４に示される等価回路に基づいて、漏洩電流ｉが次の式から求められている。
ｉ＝Ｖｏ／（Ｒｎ＋Ｒｏ）・ＥＸＰ{−ｔ／Ｃｏ・（Ｒｎ＋Ｒｏ）}，・・・Ａ式
ｉ：漏洩電流，
Ｖｏ：コンデンサの初期電圧（ツェナーダイオードによって設定される），
Ｒｏ：検出抵抗，
Ｒｎ：燻ぶり抵抗，
Ｃｏ：コンデンサの電気容量，
ｔ：時間，
この漏洩電流ｉは、サンプルしたイオン電流から漏洩電流の成分をキャンセルさせる際に用いられる。
【０００５】
燻ぶり抵抗Ｒｎについては、吸気工程近傍でサンプルされたイオン電流が漏洩電流を表しているところ、特許文献１では、吸気工程近傍の２点のイオン電流ｉ１，ｉ２をサンプルし、次の式を用いて燻ぶり抵抗Ｒｎが求められている。
Ｒｎ＝〔Δｔ／{Ｃｏ・ｌｎ（ｉ１／ｉ２）}〕−Ｒｏ，・・・Ｂ式
Ｒｎ：燻ぶり抵抗，
Ｃｏ：コンデンサの電気容量，
Ｒｏ：検出抵抗，
ｉ１：第１の漏洩電流の検出値（時刻ｔ１、吸気工程近傍），
ｉ２：第２の漏洩電流の検出値（時刻ｔ２、吸気工程近傍），
Δｔ：（ｉ１の検出時刻ｔ１）−（ｉ２の検出時刻ｔ２）
【０００６】
上式Ｂの如く、特許文献１での燻ぶり抵抗Ｒｎは、吸気工程近傍の２点のイオン電流ｉ１，ｉ２と、このサンプル間隔Δｔと、検出抵抗Ｒｏに基づいて算出される。そして、当該燻ぶり抵抗Ｒｎが算出されると、Ａ式によって各時間における漏洩電流ｉが推測可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−０８３２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の技術では、対数関数・指数関数といった特殊関数を用いて演算処理を行う必要があるので、演算結果の精度を向上させる為には、ＣＰＵ等の演算処理に用いられる回路構成に負担を与え、処理速度の低下を招くとの問題が生じる。また、演算処理装置に高性能ＤＳＰを搭載させて演算処理の高速化を図ることも考えられるが、当該ＤＳＰの導入に伴ってコストの高騰を招いてしまう。
【０００９】
また、特許文献１に示される燻ぶり抵抗Ｒｎは、検出抵抗Ｒｏが正確に把握されていないと漏洩電流ｉの算出結果に誤差が生じる。ところが、検出抵抗Ｒｏは各素子によって公証値に対する若干の誤差が生じていること、実際のイオン電流の検出回路では検出抵抗Ｒｏの他に種々の抵抗・インピーダンスが含まれ設計誤差が生じてしまうこと等から、Ｂ式の方法では、燻ぶり抵抗Ｒｎの算出結果が不正確な値となる事態が起こり得る。
【００１０】
このことは、Ａ式についても同様であり、検出抵抗及び周辺の抵抗値等を正確に把握できない性質上、Ａ式で算出される漏洩電流の算出結果にも無視できない誤差が含まれてしまうことが起こり得る。従って、燃焼直後に検出したイオン電流からＡ式を用いて漏洩電流をキャンセルさせる処理を行うと、其の結果値（イオン電流の真値）についても誤差が含まれてしまうため、イオン電流に基づいて行なわれる燃焼状態の解析精度が低下してしまうとの問題が生じる。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑み、内燃機関の燃焼状態を解析するためのパラメータを平易且つ正確に算出し得る内燃機関用のイオン電流検出処理装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明では次のような内燃機関用のイオン電流検出処理装置の構成とする。即ち、一次コイル及び二次コイルによって高電圧を生成するものであって内燃機関の点火プラグへ前記高電圧を印加させる点火コイルと、前記一次コイルの通電を断続制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子へ点火信号を与えて当該スイッチング素子を制御させる制御装置と、コンデンサへチャージされた電荷の放電によって前記点火プラグでイオン電流を生じさせ且つ前記イオン電流に比例するイオン電流検出信号を出力させるイオン電流検出回路とを備え、
前記制御装置は、前記イオン電流が流れ始めてから吸気工程又は圧縮工程の漏洩電流測定時刻に至るまでの所定期間について前記イオン電流検出信号をサンプリングする処理と、前記所定期間における前記コンデンサの放電電荷量に基づいて前記漏洩電流測定時刻における前記コンデンサの両端電圧を算出する処理と、前記イオン電流検出信号のうち前記漏洩電流測定時刻におけるサンプル値及び前記漏洩電流測定時刻における前記コンデンサの両端電圧に基づいて前記点火プラグの燻ぶり抵抗を算出する処理と、を機能させることとする。
【００１３】
好ましくは、前記漏洩電流検出時刻における前記コンデンサの両端電圧をＶｎとし、前記コンデンサの両端電圧の初期値をＶｚとし、前記コンデンサの電気容量をＣとし、前記イオン電流検出信号を検出する時間間隔をｄｔとし、前記所定期間における前記イオン電流検出信号のサンプル値を積算させた値をΣＩｃとすると、
前記コンデンサの両端電圧Ｖｎは、Ｖｎ＝｛Ｃ・Ｖｚ−（ΣＩｃ）・ｄｔ｝／Ｃ，によって算出されることとする。
【００１４】
好ましくは、前記燻ぶり抵抗をＲ（ｌｅａｋ）とし、前記イオン電流検出信号のうち前記漏洩電流測定時刻におけるサンプル値をＩｃｎとし、前記コンデンサの両端電圧の初期値をＶｚとし、前記コンデンサの電気容量をＣとし、前記イオン電流検出信号を検出する時間間隔をｄｔとし、前記所定期間における前記イオン電流検出信号のサンプル値を積算させた値をΣＩｃとすると、
当該燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、Ｒ（ｌｅａｋ）＝｛Ｃ・Ｖｚ−（ΣＩｃ）・ｄｔ｝／（Ｃ・Ｉｃｎ），によって算出されることとする。
【００１５】
好ましくは、前記制御装置は、従前の燃焼サイクルにおける燻ぶり抵抗を読み出す処理と、前記所定期間の各時刻について前記イオン電流検出信号をサンプリングする処理と、前記イオン電流検出信号の各々のサンプル値に対応させて前記コンデンサの両端電圧を算出する処理と、前記イオン電流検出信号の所定時刻のサンプル値と、当該サンプル値に対応する前記コンデンサの両端電圧と、前記従前の燃焼サイクルにおける燻ぶり抵抗の読み出し値とに基づいて、点火プラグでの漏洩電流を前記サンプル値からキャンセルさせる処理と、を機能させることとする。
【００１６】
好ましくは、点火プラグでの漏洩電流を前記サンプル値からキャンセルさせた値を真イオン電流値Ｉｉとし、前記所定時刻における前記イオン電流検出信号のサンプル値をＩｃとし、前記燻ぶり抵抗をＲ（ｌｅａｋ）とすると、
当該真イオン電流値Ｉｉは、Ｉｉ＝Ｉｃ−｛Ｖｃ／Ｒ（ｌｅａｋ）｝，によって算出されることとする。
【００１７】
好ましくは、前記制御装置は、前記真イオン電流値Ｉｉに基づいて、内燃機関の燃焼状態を解析する為の他のパラメータを算出することとし、具体的には、前記パラメータは、当該パラメータをＰ１とすると、Ｐ１＝Ｉｉ／Ｖｃ，または、前記パラメータをＰ２とすると、Ｐ２＝Ｖｃ／Ｉｉ，によって算出されることとする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る内燃機関用のイオン電流検出処理装置によると、対数関数・指数関数といった特殊関数を用いずに解析用の各種パラメータを算出できるので、ＥＣＵ等の制御装置における演算処理の負担が軽減される。
【００１９】
また、当該イオン電流検出処理装置は、コンデンサの放電電荷量に基づいて「燻ぶり抵抗」を算出させることとなる。このため、イオン電流検出回路内の抵抗因子（検出抵抗の値・その他の抵抗値・インピーダンス値）について公証値上の誤差・設計上の誤差が生じても、これらの抵抗因子を含めて「燻ぶり抵抗」が算出されることとなり、当該「燻ぶり抵抗」の算出結果は、精度の高い値を示すこととなる。
【００２０】
更に、当該イオン電流検出処理装置によると、「燻ぶり抵抗」に基づいて解析用のパラメータ（真イオン電流値，パラメータＰ１，パラメータＰ２）を算出処理させているので、これらのパラメータについても正確な値が得られることとなり、燃焼状態の解析精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態に係るイオン電流検出処理装置の構成を示す図。
【図２】点火プラグと其の電極部を示す図。
【図３】イオン電流発生時における点火プラグ周辺の等価回路。
【図４】点火信号，二次電圧，イオン電流，及び，イオン電流のサンプリング期間のタイミングチャート。
【図５】実施の形態に係る燻ぶり抵抗の演算プログラムを説明するフローチャート。
【図６】実施の形態に係るイオン電流検出信号のサンプル値を示す図。
【図７】実施例１に係る真イオン電流値の演算プログラムを説明するフローチャート。
【図８】実施例１で逐次算出される物理量を示す図。
【図９】イオン電流検出信号のサンプル値と真イオン電流の算出値とを比較する図（燃焼時）。
【図１０】イオン電流検出信号のサンプル値と真イオン電流の算出値とを比較する図（失火時）。
【図１１】実施例２に係る解析用パラメータの演算プログラムを説明するフローチャート。
【図１２】真イオン電流の波形を示す図。
【図１３】パラメータＰ１の波形を示す図。
【図１４】特許文献１に係る点火プラグ周辺の等価回路を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。図１に示す如く、内燃機関用のイオン電流検出処理装置１００（以下、単にイオン電流検出処理装置と呼ぶ）は、制御装置ＥＣＵとパワートランジスタＴｒと点火コイルＣＬとイオン電流検出回路ＩＮＳと点火プラグＰＧとから構成される。
【００２３】
制御装置ＥＣＵ（Engine Control Unit）は、内燃機関で駆動する自動車（ハイブリッド車をも含む）に搭載されており、当該装置は、ＣＰＵ，メモリ回路，クロック回路，通信回路，及びＡＤ変換回等の情報処理装置を構成している。そして、入力された各種情報に基づいて点火信号ＳＧ、その他、インジェクション用の制御信号、スロットル開度制御用の信号等を出力させる。特に、本実施の形態に係る制御装置ＥＣＵは、燻ぶり抵抗を算出するプログラム，真イオン電流（燃焼状態を解析する為のパラメータの一形態）を算出するプログラム，他のパラメータを算出するプログラム，検出したイオン電流のサンプル値，前記プログラムによって算出された燻ぶり抵抗値等をメモリ回路へ格納しておき、必要に応じてこれらのプログラムを起動させ、また、これらの情報を適宜に用いて「内燃機関の燃焼状態に係る解析」を実施する。
【００２４】
スイッチング素子Ｔｒは、ＩＧＢＴ又はＭＯＳＦＥＴ等のパワートランジスタであって、制御信号ＥＣＵから送られる点火信号ＳＧによって制御され、後述する点火コイルの一次側の電流を断続制御させる。
【００２５】
点火コイルＣＬは、一次コイルＬ１，二次コイルＬ２，及び珪素鋼板から成る鉄心を備え、磁束変動に応じて二次電圧を発生させるトランスを形成している。当該点火コイルは、一次コイルＬ１の一端にバッテリ電圧（＋１２Ｖ〜＋２４Ｖ）が印加され、他端はスイッチング素子Ｔｒに接続されている。一方、二次コイルＬ２は、一端が点火プラグＰＧに接続され、他端がイオン電流検出回路ＩＮＳに接続されている。
【００２６】
点火プラグＰＧは、図２（ａ）に示す如く、中心電極２５に電気的に接続されている入力端子２１が設けられており、当該入力端子２１の周囲に碍子２２（絶縁体）が形成されている。また、碍子２２の外周には雄ネジタップ２４，外側電極２６等を一体的の形成させた電気導電性のシェル２３が形成され、当該シェル２３は、内燃機関のプラグホール内に固定され、且つ、内燃機関と同電位、即ち、グランド電位に一致している。
【００２７】
イオン電流検出処理装置１００は、制御装置ＥＣＵから点火信号ＳＧが出力されると、トランジスタＴｒが駆動され、一次コイルＬ１の通電が断続的に制御される。このとき、二次コイルＬ２では、鉄心の磁束変化を受けて負の高電圧（−数百ｋＶ）を点火プラグＰＧの入力端子２１へ印加させ、プラグギャップにて放電を生じさせる。
【００２８】
イオン電流検出回路ＩＮＳは、図１に示の如く、コンデンサＣ，ツェナーダイオードＺＤ，ダイオードＤ１，Ｄ２，抵抗Ｒ１〜Ｒ３（Ｒ２については検出抵抗と呼ぶ），オペアンプＡＭＰから構成される。この主構成要素について説明すると、ツェナーダイオードＺＤ及びコンデンサＣは、並列回路を形成し、その一端が二次コイルＬ２に接続され、他端がダイオードＤ１のアノード側に接続されている。
【００２９】
コンデンサＣとツェナーダイオードＺＤのアノード側の接点は、抵抗Ｒ１を介して、オペアンプの反転入力端子（−）へ接続されている。当該オペアンプＡＭＰは、更に、反転入力端子（−）と出力端子との間に検出抵抗Ｒ２が接続され、出力端子が抵抗Ｒ３を介してグランドへ接続され、非反転入力端子（＋）がグランド電位とされている。
【００３０】
点火コイルの印加電圧によって点火プラグＰＧの放電が生じる場合、図示の如く、点火プラグＰＧ→二次コイルＬ２→コンデンサＣ→ダイオードＤ１→グランド，の経路で放電電流Ｉｃｏｍｂが流れる。このとき、放電電流Ｉｃｏｍｂは、コンデンサＣの両端電圧Ｖｃがツェナー電圧Ｖｚに到達した時点で、点火プラグＰＧ→二次コイルＬ２→ツェナーダイオードＺＤ→ダイオードＤ１→グランド，の経路を辿る。
【００３１】
一方、コンデンサＣの両端電圧Ｖｃによって点火プラグＰＧの放電が生じる場合、コンデンサＣ→二次コイルＬ２→点火プラグＰＧ，の経路でイオン電流Ｉｃが流れる。図３は、かかる場合の等価回路が示されている。図示の如く、イオン電流Ｉｃの値は、コンデンサＣの放電電荷量に応じて定まる値であって、且つ、点火プラグの絶縁抵抗Ｒ，抵抗Ｒ１及び検出抵抗Ｒ２に影響される。
【００３２】
このように、イオン電流Ｉｃが生じる場合、オペアンプＡＭＰの出力端子からイオン電流Ｉｃに比例する信号、即ち、イオン電流検出信号Ｓｉｎｓを出力させ、制御装置ＥＣＵでは、当該信号Ｓｉｎｓを受信して適宜に処理を行う。
【００３３】
図２（ｂ）は、絶縁抵抗Ｒの構造が示されている。当該絶縁抵抗Ｒは、プラグギャップに生じるイオン抵抗Ｒｉと、漏洩電流の原因となる燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）とから成る。このうち、イオン抵抗Ｒｉは、燃焼ガスを構成する分子の電離状態に応じて変動するものであって、当該燃焼ガスの圧力状態によっても変動する。そのため、イオン抵抗Ｒｉは、燃焼サイクル（圧縮工程→膨張行程→排気工程→吸気工程）に応じて時々刻々と変動する。一方、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、カーボン等の堆積状態に応じてその抵抗値を変動させるものであって、１サイクル程度の時間間隔では大きく変動するものではない。これらの抵抗は、両者とも絶縁抵抗Ｒを構成するものであって、本実施の形態にあっては、イオン抵抗Ｒｉ及び燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）が、図３に示す如く並列接続されているものと見做している。
【００３４】
図４は、内燃機関の動作を現すタイムチャートが示されている。図示の如く、本実施の形態に係る内燃機関は、４サイクルエンジンが採用されており、圧縮工程→膨張行程→排気工程→吸気工程という燃焼サイクルを繰り返す。
【００３５】
点火信号ＳＧは、圧縮工程毎に制御装置ＥＣＵからパルスが発せられ、二次電圧Ｖ２では、点火信号ＳＧの立下りエッジに対応して負の高電圧（−数百ｋＶ）を発生させる。イオン電流検出回路ＩＮＳでは、点火プラグＰＧの放電動作に応じてコンデンサＣに電荷がチャージされる。其の電荷の初期値Ｑｚは、Ｑｚ＝Ｃ・Ｖｚ，で表される。
【００３６】
点火プラグＰＧの放電収束際、コンデンサＣでは、短期的な誘導性の放電（放電ノイズ）が現われ、その後、電荷の放電（容量性放電）が開始する。この容量性放電は、一般に膨張行程から排気工程に亘って現われ、イオン電流を形成させる。イオン電流Ｉｃは、イオン電流検出回路ＩＮＳによってイオン電流検出信号Ｓｉｎｓへと変換され、制御装置ＥＣＵへ出力される。
【００３７】
このとき、制御装置ＥＣＵは、イオン電流検出信号Ｓｉｎｓを所定期間ＷｉｎについてＡＤ変換するようにマスク処理させ（図４ｄ参照）、これにより、燃焼開始直後からイオン電流が収束する迄の検出値をメモリ回路へ格納（サンプリング）し、これにより、イオン電流Ｉｃの波形が保持されることとなる。
【００３８】
所定期間Ｗｉｎの開始点は、誘導性放電（放電ノイズ）が現われる区間を推定し、其の区間が終了する時点に一致させると良い。かかる技術は、特開２００２−１８８５５２号公報，特開２００９−１１５０２３等で紹介されており、イオン電流の検出を開始する時刻を特定する際に有用である。所定期間Ｗｉｎの開始点は、図示の如く、膨張行程の前段に設定されるものであって、本実施の形態では、この開始点を放電開始時刻と呼ぶこととする。
【００３９】
また、所定期間Ｗｉｎの終点は、イオン電流Ｉｃの波形が収束した後のタイミングに設けられるのが好ましい。この終点は、一般に吸気工程または圧縮工程の適宜の位置に設定されるものであって、以後、漏洩電流測定時刻と呼ぶこととする。
【００４０】
図５は、制御装置ＥＣＵで実施される燻ぶり抵抗算出ルーチンが示されている。当該ルーチンＳ１０は、誘導性放電の終了直後に起動され、先ず、イオン電流検出信号Ｓｉｎｓの検出値をメモリ回路へ格納していく（Ｓ１１）。処理Ｓ１１では、ＡＤタイミング毎にイオン電流の記録（サンプリング）が順次行なわれ、漏洩電流測定時刻ｔｎに到達すると、現燃焼サイクルにおける検出値の格納処理Ｓ１１が完了する（図６ａ参照）。
【００４１】
その後、コンデンサＣの放電電荷量Ｓｉの算出処理が実施される（Ｓ１２）。ここでの処理Ｓ１２は、イオン電流検出信号ＳｉｎｓのＡＤタイミングｔ１〜ｔｎ迄の面積値Ｓｉが算出される（図６ｂ参照）。イオン電流Ｉｃは、Ｉｃ＝ｄＱ／ｄｔ（ｄＱ：単位時間ｄｔにおけるコンデンサの放電電荷量）とされるところ、イオン電流Ｉｃと時間軸とで囲まれる面積値Ｓｉは、ＡＤタイミングｔ１〜ｔｎに至るまでのコンデンサの放電電荷量を示す。尚、ＡＤタイミングｔ１では、放電開始時刻であって、コンデンサの電荷量が初期放電電荷量Ｑｚに一致する。
【００４２】
この演算処理では、ＡＤタイミングｔ１〜ｔｎまでのイオン電流検出信号Ｓｉｎｓの総和をΣＩｃとし、ＡＤタイミングの時間間隔（数μｓｅｃ程度）をｄｔとすると、面積値Ｓｉは、Ｓｉ＝（ΣＩｃ）・ｄｔ，によって算出するのが好ましい。前処理Ｓ１１にてＡＤタイミングｔ１〜ｔｎまでのイオン電流検出信号Ｓｉｎｓが記録されているので、検出値Ｓｉｎｓの総和ΣＩｃを先に求めてから、ＡＤタイミングの時間間隔ｄｔを乗算させることで、Ｓｉ＝（Ｉｃ１・ｄｔ＋Ｉｃ２・ｄｔ＋・・・＋Ｉｃｎ・ｄｔ），といった煩雑な演算を行なわずに済む。
【００４３】
処理Ｓ１２が終了すると、処理Ｓ１３では、面積値Ｓｉによって算出された放電電荷量に基づいて、漏洩電流測定時刻ｔｎでのコンデンサの両端電圧Ｖｎが算出される（Ｓ１３）。
【００４４】
具体的に説明すると、任意の時刻ｔにおけるコンデンサの両端電圧Ｖｃは、
Ｖｃ＝｛Ｑｚ−Ｓｉ（ｔ）｝／Ｃ，・・・Ｃ式
Ｑｚ：イオン電流が流れ始める直前のコンデンサの電荷量（Ｃ・Ｖｚ）
Ｓｉ（ｔ）：放電開始時刻ｔ１を起算点とする任意の時間的区間での放電電荷量
（Ｖｚ：ツェナー電圧）
によって算出される。
【００４５】
Ｃ式を参照すると、コンデンサの両端電圧Ｖｃは、検出時刻ｔが進むにつれて極板間の電荷が放電され、当該電圧が減少することが解る（図６ｃ参照）。また、この両端電圧Ｖｃは、初期電荷量Ｑｚと放電電荷量Ｓｉ（ｔ）とに基づいて算出されるので、イオン電流検出回路の抵抗因子に関わり無く、正確な値が算出される。
【００４６】
ここで、検出時刻ｔが漏洩電流測定時刻ｔｎであるとし、その時刻でのコンデンサの両端電圧をＶｎとすると、
この両端電圧Ｖｎは、
Ｖｎ＝｛Ｃ・Ｖｚ−（ΣＩｃ）・ｄｔ｝／Ｃ，・・・Ｄ式
Ｃ：コンデンサの電気容量
Ｖｚ：ツェナー電圧
ΣＩｃ：時刻ｔｎにおけるイオン電流検出値Ｓｉｎｓの積算値
ｄｔ：ＡＤタイミングの時間間隔
によって算出されることとなる。
【００４７】
かかる如く算出された両端電圧Ｖｎは、漏洩電流測定時刻ｔｎがイオン電流の収束以後に設定されているので、漏洩電流が流れる際の印加電圧に相当する。この両端電圧Ｖｎは、イオン電流検出回路の抵抗因子に関わり無く、正確な値として算出される。
【００４８】
処理Ｓ１３が終了すると、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）の算出処理が行われる（Ｓ１４）。処理Ｓ１４では、イオン電流検出信号Ｓｉｎｓのうち漏洩電流測定時刻ｔｎにおけるサンプル値Ｉｃｎと、漏洩電流測定時刻ｔｎにおけるコンデンサの両端電圧Ｖｎ（処理１３での結果値）とに基づいて、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）が算出される。
【００４９】
具体的に説明すると、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、
Ｒ（ｌｅａｋ）＝Ｖｎ／Ｉｃｎ，・・・Ｅ式
によって算出される。
【００５０】
上述の如く、本実施の形態に係る内燃機関用のイオン電流検出処理装置によると、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、対数関数・指数関数といった特殊関数を用いずに算出されるので、ＥＣＵ等の制御装置における演算処理の負担が軽減される。
【００５１】
また、当該イオン電流検出処理装置は、コンデンサの放電電荷量に基づいて「燻ぶり抵抗」を算出させることとなる。このため、イオン電流検出回路内の抵抗因子（検出抵抗の値・その他の抵抗値・インピーダンス値）について公証値上の誤差・設計上の誤差が生じても、これらの抵抗因子を含めて「燻ぶり抵抗」が算出されることとなり、当該「燻ぶり抵抗」の算出結果は、精度の高い値を示すこととなる。
【００５２】
特に、漏洩電流測定時刻ｔｎにおける燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、イオン電流検出回路内の抵抗因子を含む値として正確な値を示すこととなる。
【００５３】
これに対し、特許文献１で紹介されている燻ぶり抵抗Ｒｎ（Ｂ式）にあっては、点火プラグにおける燻ぶり抵抗そのものを算出する式とされるので、他の抵抗成分等を誤差なく把握していなければ、式Ｂにおける燻ぶり抵抗は、正確な値として算出されることはない。また、このようなイオン電流検出回路内の抵抗因子は、誤差なく完全に把握することが困難なものである。即ち、特許文献１に係る燻ぶり抵抗Ｒｎ（Ｂ式）では、イオン電流検出回路内の抵抗因子について公証値に対する誤差・その他の設計上の誤差が計上されてしまうと、当該燻ぶり抵抗Ｒｎ（Ｂ式）が正確に算出されることはない。その意味においても、本実施の形態に係る燻ぶり抵抗（Ｅ式）は、正確な値を示していることが理解できる。
【実施例１】
【００５４】
以下、上述した燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）を用いたイオン電流の演算処理について説明する。本実施例に係るイオン電流演算ルーチンＳ２０は、イオン電流のサンプリングが行われる期間ＷｉｎのＡＤタイミングに対応して逐次起動される。先ず、放電開始時刻ｔ１が到来すると、図７に示す如く、従前の燃焼サイクルにおける燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）の結果値を読み出す（処理Ｓ２１）。このとき、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、直前の燃焼サイクルの結果値であっても良く、数サイクル前の結果値が用いられても良いが、当該燻ぶり抵抗の結果値と実際の燻ぶり抵抗とに大きな差異が生じないことを条件とする。
【００５５】
イオン電流検出処理装置１００は、処理２１が終了すると、時刻ｔ１でのイオン電流検出信号Ｉｃ１をサンプリングする（図８ａ−Ｉｃ参照）。その後、時刻ｔ１における処理２３では、コンデンサでの初期電荷量Ｑｚが算出保持され、具体的には、Ｑｚ＝Ｃ・Ｖｚ，によって算出される。
【００５６】
次に、処理２４では、イオン電流検出信号のサンプル値Ｉｃに対応させて、其の時刻ｔ１におけるコンデンサの両端電圧Ｖｃを算出させる（図８ａ−Ｖｃ参照）。処理２４では、検出時刻ｔ１が放電開始時刻であるので、Ｖｃ＝Ｖｚ（ツェナー電圧），となるように設定される。
【００５７】
その後、処理２５では、イオン電流検出信号のサンプル値Ｉｃ１，当該サンプル値Ｉｃ１に対応するコンデンサの両端電圧Ｖｃ，現ルーチンＳ２０における燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）の結果値，に基づいて、サンプル値Ｉｃから漏洩電流をキャンセルさせる（以下、このキャンセルされた値を真イオン電流値Ｉｉと呼ぶ）。具体的に説明すると、真イオン電流値Ｉｉ１は、
Ｉｉ＝Ｉｃ−｛Ｖｃ／Ｒ（ｌｅａｋ）｝，・・・Ｆ式
によって算出され、Ｉｉ１＝Ｉｃ１−｛Ｖｚ／Ｒ（ｌｅａｋ）｝，を得る。但し、放電電流が流れる直前の燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、Ｒ（ｌｅａｋ）＝∞，とされるので、真イオン電流値Ｉｉ１は零となる（図８ａ−Ｉｉ参照）。
【００５８】
かかる後、真イオン電流値Ｉｉ１がメモリ回路へ格納される（Ｓ２６）。そして、処理１０では、時刻ｔｎでの処理Ｓ２２〜Ｓ２６が完了した後に機能するように設定されているため、現時刻ｔ１におけるルーチン２０では、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）の更新処理は実施されない。即ち、時刻ｔ１〜ｔｎについては、同値の燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）が用いられることとなる。
【００５９】
かかる処理が完了すると、時刻ｔ１に対応するルーチンＳ２０がスリープし、当該ルーチンＳ２０は、次の起動時刻ｔ２を待つ。そして、時刻ｔ２が到来すると、時刻ｔ２に対応するルーチンＳ２０が起動し、先と同値の燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）の結果値を呼び出し（Ｓ２１）、イオン電流検出信号のサンプル値Ｉｃ２を取得する（Ｓ２２／図８ｂ−Ｉｃ参照）。
【００６０】
その後、処理２３では、時刻ｔ１から時刻ｔ２に至るまでにコンデンサから放電した放電電荷量ΔＱ２を算出する。
具体的に説明すると、時刻ｔ２で算出される放電電荷量ΔＱ２は、
ΔＱ＝Ｉｃ・ｄｔ，・・・Ｇ式
ｄｔ：ＡＤタイミングの時間間隔
を用いて、ΔＱ２＝Ｉｃ２・ｄｔ，と算出される。
【００６１】
また、処理２３では、時刻ｔ２においてコンデンサで蓄積されている電荷量Ｑ２を算出させる。
コンデンサに蓄積されている電荷量Ｑｃは、
Ｑｃ＝Ｑｚ−ΔＱ，・・・Ｈ式
によって算出されるところ、時刻ｔ２における電荷量Ｑｃ２は、Ｑｃ２＝Ｑｚ−Ｉｃ２・ｄｔ，と算出される。
【００６２】
その後、処理２４では、コンデンサの両端電圧Ｖｃ２（時刻ｔ２）がＣ式に基づいて算出され、Ｖｃ２＝｛Ｃ・Ｖｚ−（Ｉｃ２・ｄｔ）｝／Ｃ，を得る（図８ｂ−Ｖｃ参照）。かかる両端電圧Ｖｃは、時刻ｔ１からｔ２に至るまでの放電電荷量に応じて減少している。
【００６３】
更に後、処理２５では、時刻ｔ２での真イオン電流Ｉｉ２がＦ式に基づいて算出され、Ｉｉ２＝Ｉｃ２−｛Ｖｃ２／Ｒ（ｌｅａｋ）｝，を得る（図８ｂ−Ｉｉ参照）。ここで、コンデンサの両端電圧Ｖｃ２は、時刻ｔ２において正確な値を現している。また、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、数サイクル前の値が用いられるので、カーボンＣｂの堆積状態に大きな変動が無ければ、その値も正確な値とされる。特に、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、直前の燃焼サイクルでの結果値が用いられることにより、より正確な値とされることが期待できる。従って、これらの正確な値により算出される真イオン電流の値Ｉｉ２についても同様に正確な値とされ、この値Ｉｉ２がメモリ回路に保持されることとなる。
【００６４】
即ち、本実施例に係る演算処理では、特許文献１のように検出抵抗等を正確に把握せずとも、実施の形態で算出された燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）を用いることにより、真イオン電流Ｉｉを演算誤差の少ない値として算出することが可能となる。
【００６５】
そして、処理２６が終了すると、時刻ｔ２である場合には、燻ぶり抵抗の値を更新させる処理１０を実施せず、次の時刻ｔ３の待機状態に入る。このように、時刻の経過に応じてルーチン２０が起動され、各時刻における放電電荷量ΔＱ，コンデンサに蓄積されている電荷量，コンデンサの両端電圧Ｖｃ，真イオン電流Ｉｉ，等が逐次算出されてゆく（図８ｃ及び図８ｄ参照）。そして、漏電電流測定時刻ｔｎに対応するルーチンＳ２０が終了すると、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）の更新処理を行い（実施の形態を参照）、現燃焼サイクル終了時点で取得されたイオン電流等の情報に基づいて、同サイクルにおける新たな燻ぶり抵抗を算出させる（Ｓ１０）。そして、かかる処理１０が終了すると、燃焼サイクルの進行に応じて、ルーチン２０を適宜起動させる。
【００６６】
図９（ａ）は、所定の条件で燃焼された場合のイオン電流のサンプル値が示され、図９（ｂ）は、これと同条件下での真イオン電流Ｉｉの結果値が示されている。双方の波形を比較すると、区間Ｂに示されるように、真イオン電流Ｉｉでは、漏洩電流によって検出されていた不要な波形がキャンセルされている様子を確認できる。また、区間Ａに示されるように、真イオン電流Ｉｉに現われる曲線波形部は、この部分についても漏洩電流の値が好適にキャンセルされ、実際のイオン電流に近い波形が現れている様子を確認できる。
【００６７】
また、図１０（ａ）は、所定の条件で失火した場合のイオン電流のサンプル値が示され、図９（ｂ）は、これと同条件下での真イオン電流Ｉｉの結果値が示されている。双方の波形を比較すると、真イオン電流Ｉｉでは、全時刻ｔ１〜ｔ２を通じて漏洩電流がキャンセルされている様子を確認できる。
【００６８】
上述の如く、本実施例に係るイオン電流検出処理装置１００によると、正確に算出された「燻ぶり抵抗」に基づいて真イオン電流値（燃焼状態の解析を行なうパラメータの一形態）を算出処理させているので、この真イオン電流値についても正確な値が得られることとなる。従って、イオン電流検出処理装置１００では、誤診断・誤判定されることなく、燃焼状態の解析が好適に実施される。
【実施例２】
【００６９】
本実施例に係るイオン電流演算ルーチンＳ３０は、図１１に示す如く、真イオン電流Ｉｉを記憶させる処理Ｓ２６が省略され、その代わりに、イオン抵抗Ｒｉの算出処理Ｓ３１と、当該イオン抵抗Ｒｉの記憶処理Ｓ３２とが新たに追加されている。尚、本実施例にあっては、実施の形態・実施例１にて既に説明された重複部分（処理、構成）について同一符号を付し、当該重複部分に係る説明を省略するものとする。
【００７０】
本実施例に係るイオン電流演算ルーチンＳ３０は、ＡＤタイミング毎に起動されるものであって、所定のＡＤタイミングに対応させて真イオン電流Ｉｉを逐次算出させてゆく（Ｓ２１〜Ｓ２５）。
【００７１】
その後、処理３１では、イオン抵抗の逆数に係るパラメータＰ１を算出する。
当該パラメータＰ１は、対応する時刻（ｔ１〜ｔｎ）について、
Ｐ１＝Ｉｉ／Ｖｃ，・・・Ｉ式
によって算出される。
【００７２】
真イオン電流Ｉｉは、燃焼状態に影響される他、Ｆ式から明らかなように、コンデンサの両端電圧ｖｃの減衰にも影響されてしまう。従って、本実施例に係るルーチン３０は、このような真イオン電流の波形成分を除去するために改案されたものである。具体的に説明すると、処理３１で算出されるパラメータＰ１は、真イオン電流Ｉｉから同時刻におけるコンデンサの両端電圧Ｖｃを除算させることで、両端電圧Ｖｃの減衰に係る成分を相殺させている。
【００７３】
図１２は、真イオン電流Ｉｉの演算結果が、燃焼時（上段）及び失火時（下段）について各々示されている。また、本実験に係る条件は以下の通りである。
条件；
内燃機関の回転数：１６００（ｒｐｍ）
点火プラグの絶縁抵抗１：１（ＭΩ）
点火プラグの絶縁抵抗２：１０（ＭΩ）
点火プラグの絶縁抵抗３：１００（ＭΩ）
（各々の絶縁抵抗は、燻ぶり状態の程度を現しており、一般に１００ＭΩ以上で正常状態とされている。）
【００７４】
一方、図１３は、イオン抵抗の逆数に係るパラメータＰ１の演算結果が、燃焼時（上段）及び失火時（下段）について各々示されている。また、本実験に係る条件は、上述実験と同じである。
【００７５】
先ず、図１２における各々の波形を観察すると、放電電荷に起因して生じる減衰波形は、絶縁抵抗が小さいほど顕著となるのが確認できる。このため、絶縁抵抗が１０ＭΩまたは１００ＭΩの場合の波形（真イオン電流）は、燃焼波形が現われているのか否かの区別が困難となり、例えば失火・燃焼判定を行なう解析処理において、其の判定精度が低下する惧れがある。
【００７６】
これに対し、図１３における各々の波形を観察すると、絶縁抵抗１００ＭΩ，１０ＭΩにあっては、略一定値を示している。また、絶縁抵抗１ＭΩにあっても、減衰状態の波形が幾分認められるものの、其の程度はイオン電流値の波形と比較して格段に解消されている。このため、本実施例に係るパラメータＰ１は、閾値を設定することで燃焼波形が現われているか否かの判断が容易に行われる為、失火・燃焼判定等の解析処理の精度が向上する。
【００７７】
このように、本実施例に係るイオン電流検出処理装置１００によると、解析用のパラメータＰ２は、燃焼波形以外の領域では不要な波形が重畳されなくなるので、制御装置ＥＣＵでは、このパラメータＰ２を用いることにより、燃焼状態の解析が更に正確に行なわれることとなる。例えば、当該パラメータＰ２は、燃焼波形以外の領域が一定値とされるので、燃焼波形が現われているか否かの判別が容易となる。また、当該パラメータの示す一定値は、堆積物により形成される燻ぶり抵抗を示すものであり、その値によって燻ぶり状態を把握することが可能となる。
【００７８】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記された技術的思想の範囲内において、種々の変更が可能である。例えば、実施例２では、解析用のパラメータがイオン抵抗の逆数として算出されているが、これに限定することなく、イオン抵抗に係る波形を解析用のパラメータとして用いることも可能である。この場合、失火燃焼等の解析に用いられる閾値のディメンションをイオン抵抗に合わせるといった変更を加えれば、実施例２と同様の解析結果が得られることとなる。
【符号の説明】
【００７９】
１００ 内燃機関用のイオン電流検出処理装置
ＣＬ 点火コイル
ＰＧ 点火プラグ
Ｔｒ スイッチング素子
ＥＣＵ 制御装置
ＳＧ 点火信号
Ｃ コンデンサ
Ｓｉｎｓ イオン電流検出信号
ＩＮＳ イオン電流検出回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用のイオン電流検出処理装置に関し、特に、内燃機関内の燃焼状態を解析する際に用いて好適のものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の燃焼状態（失火・燃焼判定，ノック判定，燻ぶり判定等）を、イオン電流に基づいて解析する技術が知られている。混合ガスの燃焼に応じて生じるイオン電流は、電離した雰囲気中を流れる電流として現われ、其の波形がＥＣＵ（Engine Control Unit）でサンプリングされる。そして、ＥＣＵでは、イオン電流の波形に基づいて内燃機関の燃焼状態に係る情報を抽出し、当該情報により種々の解析を行なっている。
【０００３】
ところが、点火プラグのプラグギャップ近傍では、内燃機関の不完全燃焼等によってカーボンＣｂが堆積し、当該プラグギャップ間の絶縁抵抗を低下させてしまう、所謂「燻ぶり」という現象を起こしてしまう。このため、ＥＣＵではギャップ間での漏洩電流を検出してしまうため燃焼状態の誤判定を生じてしまうとの問題が生じる。また、燻ぶり状態が進行すると、プラグギャップでの放電が行なわれずに失火してしまうとの問題が生じる。
【０００４】
例えば、特開２００３−０８３２２２号公報（特許文献１）では、燻ぶり抵抗（カーボン等によって形成される抵抗）を予め算出しておき、図１４に示される等価回路に基づいて、漏洩電流ｉが次の式から求められている。
ｉ＝Ｖｏ／（Ｒｎ＋Ｒｏ）・ＥＸＰ{−ｔ／Ｃｏ・（Ｒｎ＋Ｒｏ）}，・・・Ａ式
ｉ：漏洩電流，
Ｖｏ：コンデンサの初期電圧（ツェナーダイオードによって設定される），
Ｒｏ：検出抵抗，
Ｒｎ：燻ぶり抵抗，
Ｃｏ：コンデンサの電気容量，
ｔ：時間，
この漏洩電流ｉは、サンプルしたイオン電流から漏洩電流の成分をキャンセルさせる際に用いられる。
【０００５】
燻ぶり抵抗Ｒｎについては、吸気工程近傍でサンプルされたイオン電流が漏洩電流を表しているところ、特許文献１では、吸気工程近傍の２点のイオン電流ｉ１，ｉ２をサンプルし、次の式を用いて燻ぶり抵抗Ｒｎが求められている。
Ｒｎ＝〔Δｔ／{Ｃｏ・ｌｎ（ｉ１／ｉ２）}〕−Ｒｏ，・・・Ｂ式
Ｒｎ：燻ぶり抵抗，
Ｃｏ：コンデンサの電気容量，
Ｒｏ：検出抵抗，
ｉ１：第１の漏洩電流の検出値（時刻ｔ１、吸気工程近傍），
ｉ２：第２の漏洩電流の検出値（時刻ｔ２、吸気工程近傍），
Δｔ：（ｉ１の検出時刻ｔ１）−（ｉ２の検出時刻ｔ２）
【０００６】
上式Ｂの如く、特許文献１での燻ぶり抵抗Ｒｎは、吸気工程近傍の２点のイオン電流ｉ１，ｉ２と、このサンプル間隔Δｔと、検出抵抗Ｒｏに基づいて算出される。そして、当該燻ぶり抵抗Ｒｎが算出されると、Ａ式によって各時間における漏洩電流ｉが推測可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−０８３２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の技術では、対数関数・指数関数といった特殊関数を用いて演算処理を行う必要があるので、演算結果の精度を向上させる為には、ＣＰＵ等の演算処理に用いられる回路構成に負担を与え、処理速度の低下を招くとの問題が生じる。また、演算処理装置に高性能ＤＳＰを搭載させて演算処理の高速化を図ることも考えられるが、当該ＤＳＰの導入に伴ってコストの高騰を招いてしまう。
【０００９】
また、特許文献１に示される燻ぶり抵抗Ｒｎは、検出抵抗Ｒｏが正確に把握されていないと漏洩電流ｉの算出結果に誤差が生じる。ところが、検出抵抗Ｒｏは各素子によって公証値に対する若干の誤差が生じていること、実際のイオン電流の検出回路では検出抵抗Ｒｏの他に種々の抵抗・インピーダンスが含まれ設計誤差が生じてしまうこと等から、Ｂ式の方法では、燻ぶり抵抗Ｒｎの算出結果が不正確な値となる事態が起こり得る。
【００１０】
このことは、Ａ式についても同様であり、検出抵抗及び周辺の抵抗値等を正確に把握できない性質上、Ａ式で算出される漏洩電流の算出結果にも無視できない誤差が含まれてしまうことが起こり得る。従って、燃焼直後に検出したイオン電流からＡ式を用いて漏洩電流をキャンセルさせる処理を行うと、其の結果値（イオン電流の真値）についても誤差が含まれてしまうため、イオン電流に基づいて行なわれる燃焼状態の解析精度が低下してしまうとの問題が生じる。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑み、内燃機関の燃焼状態を解析するためのパラメータを平易且つ正確に算出し得る内燃機関用のイオン電流検出処理装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明では次のような内燃機関用のイオン電流検出処理装置の構成とする。即ち、一次コイル及び二次コイルによって高電圧を生成するものであって内燃機関の点火プラグへ前記高電圧を印加させる点火コイルと、前記一次コイルの通電を断続制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子へ点火信号を与えて当該スイッチング素子を制御させる制御装置と、コンデンサへチャージされた電荷の放電によって前記点火プラグでイオン電流を生じさせ且つ前記イオン電流に比例するイオン電流検出信号を出力させるイオン電流検出回路とを備え、
前記制御装置は、前記イオン電流が流れ始めてから吸気工程又は圧縮工程の漏洩電流測定時刻に至るまでの所定期間について前記イオン電流検出信号をサンプリングする処理と、前記所定期間における前記コンデンサの放電電荷量に基づいて前記漏洩電流測定時刻における前記コンデンサの両端電圧を算出する処理と、前記イオン電流検出信号のうち前記漏洩電流測定時刻におけるサンプル値及び前記漏洩電流測定時刻における前記コンデンサの両端電圧に基づいて前記点火プラグの燻ぶり抵抗を算出する処理と、を機能させることとする。
【００１３】
好ましくは、前記漏洩電流検出時刻における前記コンデンサの両端電圧をＶｎとし、前記コンデンサの両端電圧の初期値をＶｚとし、前記コンデンサの電気容量をＣとし、前記イオン電流検出信号を検出する時間間隔をｄｔとし、前記所定期間における前記イオン電流検出信号のサンプル値を積算させた値をΣＩｃとすると、
前記コンデンサの両端電圧Ｖｎは、Ｖｎ＝｛Ｃ・Ｖｚ−（ΣＩｃ）・ｄｔ｝／Ｃ，によって算出されることとする。
【００１４】
好ましくは、前記燻ぶり抵抗をＲ（ｌｅａｋ）とし、前記イオン電流検出信号のうち前記漏洩電流測定時刻におけるサンプル値をＩｃｎとし、前記コンデンサの両端電圧の初期値をＶｚとし、前記コンデンサの電気容量をＣとし、前記イオン電流検出信号を検出する時間間隔をｄｔとし、前記所定期間における前記イオン電流検出信号のサンプル値を積算させた値をΣＩｃとすると、
当該燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、Ｒ（ｌｅａｋ）＝｛Ｃ・Ｖｚ−（ΣＩｃ）・ｄｔ｝／（Ｃ・Ｉｃｎ），によって算出されることとする。
【００１５】
好ましくは、前記制御装置は、従前の燃焼サイクルにおける燻ぶり抵抗を読み出す処理と、前記所定期間の各時刻について前記イオン電流検出信号をサンプリングする処理と、前記イオン電流検出信号の各々のサンプル値に対応させて前記コンデンサの両端電圧を算出する処理と、前記イオン電流検出信号の所定時刻のサンプル値と、当該サンプル値に対応する前記コンデンサの両端電圧と、前記従前の燃焼サイクルにおける燻ぶり抵抗の読み出し値とに基づいて、点火プラグでの漏洩電流を前記サンプル値からキャンセルさせる処理と、を機能させることとする。
【００１６】
好ましくは、点火プラグでの漏洩電流を前記サンプル値からキャンセルさせた値を真イオン電流値Ｉｉとし、前記所定時刻における前記イオン電流検出信号のサンプル値をＩｃとし、前記燻ぶり抵抗をＲ（ｌｅａｋ）とすると、
当該真イオン電流値Ｉｉは、Ｉｉ＝Ｉｃ−｛Ｖｃ／Ｒ（ｌｅａｋ）｝，によって算出されることとする。
【００１７】
好ましくは、前記制御装置は、前記真イオン電流値Ｉｉに基づいて、内燃機関の燃焼状態を解析する為の他のパラメータを算出することとし、具体的には、前記パラメータは、当該パラメータをＰ１とすると、Ｐ１＝Ｉｉ／Ｖｃ，または、前記パラメータをＰ２とすると、Ｐ２＝Ｖｃ／Ｉｉ，によって算出されることとする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る内燃機関用のイオン電流検出処理装置によると、対数関数・指数関数といった特殊関数を用いずに解析用の各種パラメータを算出できるので、ＥＣＵ等の制御装置における演算処理の負担が軽減される。
【００１９】
また、当該イオン電流検出処理装置は、コンデンサの放電電荷量に基づいて「燻ぶり抵抗」を算出させることとなる。このため、イオン電流検出回路内の抵抗因子（検出抵抗の値・その他の抵抗値・インピーダンス値）について公証値上の誤差・設計上の誤差が生じても、これらの抵抗因子を含めて「燻ぶり抵抗」が算出されることとなり、当該「燻ぶり抵抗」の算出結果は、精度の高い値を示すこととなる。
【００２０】
更に、当該イオン電流検出処理装置によると、「燻ぶり抵抗」に基づいて解析用のパラメータ（真イオン電流値，パラメータＰ１，パラメータＰ２）を算出処理させているので、これらのパラメータについても正確な値が得られることとなり、燃焼状態の解析精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態に係るイオン電流検出処理装置の構成を示す図。
【図２】点火プラグと其の電極部を示す図。
【図３】イオン電流発生時における点火プラグ周辺の等価回路。
【図４】点火信号，二次電圧，イオン電流，及び，イオン電流のサンプリング期間のタイミングチャート。
【図５】実施の形態に係る燻ぶり抵抗の演算プログラムを説明するフローチャート。
【図６】実施の形態に係るイオン電流検出信号のサンプル値を示す図。
【図７】実施例１に係る真イオン電流値の演算プログラムを説明するフローチャート。
【図８】実施例１で逐次算出される物理量を示す図。
【図９】イオン電流検出信号のサンプル値と真イオン電流の算出値とを比較する図（燃焼時）。
【図１０】イオン電流検出信号のサンプル値と真イオン電流の算出値とを比較する図（失火時）。
【図１１】実施例２に係る解析用パラメータの演算プログラムを説明するフローチャート。
【図１２】真イオン電流の波形を示す図。
【図１３】パラメータＰ１の波形を示す図。
【図１４】特許文献１に係る点火プラグ周辺の等価回路を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。図１に示す如く、内燃機関用のイオン電流検出処理装置１００（以下、単にイオン電流検出処理装置と呼ぶ）は、制御装置ＥＣＵとパワートランジスタＴｒと点火コイルＣＬとイオン電流検出回路ＩＮＳと点火プラグＰＧとから構成される。
【００２３】
制御装置ＥＣＵ（Engine Control Unit）は、内燃機関で駆動する自動車（ハイブリッド車をも含む）に搭載されており、当該装置は、ＣＰＵ，メモリ回路，クロック回路，通信回路，及びＡＤ変換回等の情報処理装置を構成している。そして、入力された各種情報に基づいて点火信号ＳＧ、その他、インジェクション用の制御信号、スロットル開度制御用の信号等を出力させる。特に、本実施の形態に係る制御装置ＥＣＵは、燻ぶり抵抗を算出するプログラム，真イオン電流（燃焼状態を解析する為のパラメータの一形態）を算出するプログラム，他のパラメータを算出するプログラム，検出したイオン電流のサンプル値，前記プログラムによって算出された燻ぶり抵抗値等をメモリ回路へ格納しておき、必要に応じてこれらのプログラムを起動させ、また、これらの情報を適宜に用いて「内燃機関の燃焼状態に係る解析」を実施する。
【００２４】
スイッチング素子Ｔｒは、ＩＧＢＴ又はＭＯＳＦＥＴ等のパワートランジスタであって、制御信号ＥＣＵから送られる点火信号ＳＧによって制御され、後述する点火コイルの一次側の電流を断続制御させる。
【００２５】
点火コイルＣＬは、一次コイルＬ１，二次コイルＬ２，及び珪素鋼板から成る鉄心を備え、磁束変動に応じて二次電圧を発生させるトランスを形成している。当該点火コイルは、一次コイルＬ１の一端にバッテリ電圧（＋１２Ｖ〜＋２４Ｖ）が印加され、他端はスイッチング素子Ｔｒに接続されている。一方、二次コイルＬ２は、一端が点火プラグＰＧに接続され、他端がイオン電流検出回路ＩＮＳに接続されている。
【００２６】
点火プラグＰＧは、図２（ａ）に示す如く、中心電極２５に電気的に接続されている入力端子２１が設けられており、当該入力端子２１の周囲に碍子２２（絶縁体）が形成されている。また、碍子２２の外周には雄ネジタップ２４，外側電極２６等を一体的の形成させた電気導電性のシェル２３が形成され、当該シェル２３は、内燃機関のプラグホール内に固定され、且つ、内燃機関と同電位、即ち、グランド電位に一致している。
【００２７】
イオン電流検出処理装置１００は、制御装置ＥＣＵから点火信号ＳＧが出力されると、トランジスタＴｒが駆動され、一次コイルＬ１の通電が断続的に制御される。このとき、二次コイルＬ２では、鉄心の磁束変化を受けて負の高電圧（−数百ｋＶ）を点火プラグＰＧの入力端子２１へ印加させ、プラグギャップにて放電を生じさせる。
【００２８】
イオン電流検出回路ＩＮＳは、図１に示の如く、コンデンサＣ，ツェナーダイオードＺＤ，ダイオードＤ１，Ｄ２，抵抗Ｒ１〜Ｒ３（Ｒ２については検出抵抗と呼ぶ），オペアンプＡＭＰから構成される。この主構成要素について説明すると、ツェナーダイオードＺＤ及びコンデンサＣは、並列回路を形成し、その一端が二次コイルＬ２に接続され、他端がダイオードＤ１のアノード側に接続されている。
【００２９】
コンデンサＣとツェナーダイオードＺＤのアノード側の接点は、抵抗Ｒ１を介して、オペアンプの反転入力端子（−）へ接続されている。当該オペアンプＡＭＰは、更に、反転入力端子（−）と出力端子との間に検出抵抗Ｒ２が接続され、出力端子が抵抗Ｒ３を介してグランドへ接続され、非反転入力端子（＋）がグランド電位とされている。
【００３０】
点火コイルの印加電圧によって点火プラグＰＧの放電が生じる場合、図示の如く、点火プラグＰＧ→二次コイルＬ２→コンデンサＣ→ダイオードＤ１→グランド，の経路で放電電流Ｉｃｏｍｂが流れる。このとき、放電電流Ｉｃｏｍｂは、コンデンサＣの両端電圧Ｖｃがツェナー電圧Ｖｚに到達した時点で、点火プラグＰＧ→二次コイルＬ２→ツェナーダイオードＺＤ→ダイオードＤ１→グランド，の経路を辿る。
【００３１】
一方、コンデンサＣの両端電圧Ｖｃによって点火プラグＰＧの放電が生じる場合、コンデンサＣ→二次コイルＬ２→点火プラグＰＧ，の経路でイオン電流Ｉｃが流れる。図３は、かかる場合の等価回路が示されている。図示の如く、イオン電流Ｉｃの値は、コンデンサＣの放電電荷量に応じて定まる値であって、且つ、点火プラグの絶縁抵抗Ｒ，抵抗Ｒ１及び検出抵抗Ｒ２に影響される。
【００３２】
このように、イオン電流Ｉｃが生じる場合、オペアンプＡＭＰの出力端子からイオン電流Ｉｃに比例する信号、即ち、イオン電流検出信号Ｓｉｎｓを出力させ、制御装置ＥＣＵでは、当該信号Ｓｉｎｓを受信して適宜に処理を行う。
【００３３】
図２（ｂ）は、絶縁抵抗Ｒの構造が示されている。当該絶縁抵抗Ｒは、プラグギャップに生じるイオン抵抗Ｒｉと、漏洩電流の原因となる燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）とから成る。このうち、イオン抵抗Ｒｉは、燃焼ガスを構成する分子の電離状態に応じて変動するものであって、当該燃焼ガスの圧力状態によっても変動する。そのため、イオン抵抗Ｒｉは、燃焼サイクル（圧縮工程→膨張行程→排気工程→吸気工程）に応じて時々刻々と変動する。一方、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、カーボン等の堆積状態に応じてその抵抗値を変動させるものであって、１サイクル程度の時間間隔では大きく変動するものではない。これらの抵抗は、両者とも絶縁抵抗Ｒを構成するものであって、本実施の形態にあっては、イオン抵抗Ｒｉ及び燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）が、図３に示す如く並列接続されているものと見做している。
【００３４】
図４は、内燃機関の動作を現すタイムチャートが示されている。図示の如く、本実施の形態に係る内燃機関は、４サイクルエンジンが採用されており、圧縮工程→膨張行程→排気工程→吸気工程という燃焼サイクルを繰り返す。
【００３５】
点火信号ＳＧは、圧縮工程毎に制御装置ＥＣＵからパルスが発せられ、二次電圧Ｖ２では、点火信号ＳＧの立下りエッジに対応して負の高電圧（−数百ｋＶ）を発生させる。イオン電流検出回路ＩＮＳでは、点火プラグＰＧの放電動作に応じてコンデンサＣに電荷がチャージされる。其の電荷の初期値Ｑｚは、Ｑｚ＝Ｃ・Ｖｚ，で表される。
【００３６】
点火プラグＰＧの放電収束際、コンデンサＣでは、短期的な誘導性の放電（放電ノイズ）が現われ、その後、電荷の放電（容量性放電）が開始する。この容量性放電は、一般に膨張行程から排気工程に亘って現われ、イオン電流を形成させる。イオン電流Ｉｃは、イオン電流検出回路ＩＮＳによってイオン電流検出信号Ｓｉｎｓへと変換され、制御装置ＥＣＵへ出力される。
【００３７】
このとき、制御装置ＥＣＵは、イオン電流検出信号Ｓｉｎｓを所定期間ＷｉｎについてＡＤ変換するようにマスク処理させ（図４ｄ参照）、これにより、燃焼開始直後からイオン電流が収束する迄の検出値をメモリ回路へ格納（サンプリング）し、これにより、イオン電流Ｉｃの波形が保持されることとなる。
【００３８】
所定期間Ｗｉｎの開始点は、誘導性放電（放電ノイズ）が現われる区間を推定し、其の区間が終了する時点に一致させると良い。かかる技術は、特開２００２−１８８５５２号公報，特開２００９−１１５０２３等で紹介されており、イオン電流の検出を開始する時刻を特定する際に有用である。所定期間Ｗｉｎの開始点は、図示の如く、膨張行程の前段に設定されるものであって、本実施の形態では、この開始点を放電開始時刻と呼ぶこととする。
【００３９】
また、所定期間Ｗｉｎの終点は、イオン電流Ｉｃの波形が収束した後のタイミングに設けられるのが好ましい。この終点は、一般に吸気工程または圧縮工程の適宜の位置に設定されるものであって、以後、漏洩電流測定時刻と呼ぶこととする。
【００４０】
図５は、制御装置ＥＣＵで実施される燻ぶり抵抗算出ルーチンが示されている。当該ルーチンＳ１０は、誘導性放電の終了直後に起動され、先ず、イオン電流検出信号Ｓｉｎｓの検出値をメモリ回路へ格納していく（Ｓ１１）。処理Ｓ１１では、ＡＤタイミング毎にイオン電流の記録（サンプリング）が順次行なわれ、漏洩電流測定時刻ｔｎに到達すると、現燃焼サイクルにおける検出値の格納処理Ｓ１１が完了する（図６ａ参照）。
【００４１】
その後、コンデンサＣの放電電荷量Ｓｉの算出処理が実施される（Ｓ１２）。ここでの処理Ｓ１２は、イオン電流検出信号ＳｉｎｓのＡＤタイミングｔ１〜ｔｎ迄の面積値Ｓｉが算出される（図６ｂ参照）。イオン電流Ｉｃは、Ｉｃ＝ｄＱ／ｄｔ（ｄＱ：単位時間ｄｔにおけるコンデンサの放電電荷量）とされるところ、イオン電流Ｉｃと時間軸とで囲まれる面積値Ｓｉは、ＡＤタイミングｔ１〜ｔｎに至るまでのコンデンサの放電電荷量を示す。尚、ＡＤタイミングｔ１では、放電開始時刻であって、コンデンサの電荷量が初期放電電荷量Ｑｚに一致する。
【００４２】
この演算処理では、ＡＤタイミングｔ１〜ｔｎまでのイオン電流検出信号Ｓｉｎｓの総和をΣＩｃとし、ＡＤタイミングの時間間隔（数μｓｅｃ程度）をｄｔとすると、面積値Ｓｉは、Ｓｉ＝（ΣＩｃ）・ｄｔ，によって算出するのが好ましい。前処理Ｓ１１にてＡＤタイミングｔ１〜ｔｎまでのイオン電流検出信号Ｓｉｎｓが記録されているので、検出値Ｓｉｎｓの総和ΣＩｃを先に求めてから、ＡＤタイミングの時間間隔ｄｔを乗算させることで、Ｓｉ＝（Ｉｃ１・ｄｔ＋Ｉｃ２・ｄｔ＋・・・＋Ｉｃｎ・ｄｔ），といった煩雑な演算を行なわずに済む。
【００４３】
処理Ｓ１２が終了すると、処理Ｓ１３では、面積値Ｓｉによって算出された放電電荷量に基づいて、漏洩電流測定時刻ｔｎでのコンデンサの両端電圧Ｖｎが算出される（Ｓ１３）。
【００４４】
具体的に説明すると、任意の時刻ｔにおけるコンデンサの両端電圧Ｖｃは、
Ｖｃ＝｛Ｑｚ−Ｓｉ（ｔ）｝／Ｃ，・・・Ｃ式
Ｑｚ：イオン電流が流れ始める直前のコンデンサの電荷量（Ｃ・Ｖｚ）
Ｓｉ（ｔ）：放電開始時刻ｔ１を起算点とする任意の時間的区間での放電電荷量
（Ｖｚ：ツェナー電圧）
によって算出される。
【００４５】
Ｃ式を参照すると、コンデンサの両端電圧Ｖｃは、検出時刻ｔが進むにつれて極板間の電荷が放電され、当該電圧が減少することが解る（図６ｃ参照）。また、この両端電圧Ｖｃは、初期電荷量Ｑｚと放電電荷量Ｓｉ（ｔ）とに基づいて算出されるので、イオン電流検出回路の抵抗因子に関わり無く、正確な値が算出される。
【００４６】
ここで、検出時刻ｔが漏洩電流測定時刻ｔｎであるとし、その時刻でのコンデンサの両端電圧をＶｎとすると、
この両端電圧Ｖｎは、
Ｖｎ＝｛Ｃ・Ｖｚ−（ΣＩｃ）・ｄｔ｝／Ｃ，・・・Ｄ式
Ｃ：コンデンサの電気容量
Ｖｚ：ツェナー電圧
ΣＩｃ：時刻ｔｎにおけるイオン電流検出値Ｓｉｎｓの積算値
ｄｔ：ＡＤタイミングの時間間隔
によって算出されることとなる。
【００４７】
かかる如く算出された両端電圧Ｖｎは、漏洩電流測定時刻ｔｎがイオン電流の収束以後に設定されているので、漏洩電流が流れる際の印加電圧に相当する。この両端電圧Ｖｎは、イオン電流検出回路の抵抗因子に関わり無く、正確な値として算出される。
【００４８】
処理Ｓ１３が終了すると、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）の算出処理が行われる（Ｓ１４）。処理Ｓ１４では、イオン電流検出信号Ｓｉｎｓのうち漏洩電流測定時刻ｔｎにおけるサンプル値Ｉｃｎと、漏洩電流測定時刻ｔｎにおけるコンデンサの両端電圧Ｖｎ（処理１３での結果値）とに基づいて、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）が算出される。
【００４９】
具体的に説明すると、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、
Ｒ（ｌｅａｋ）＝Ｖｎ／Ｉｃｎ，・・・Ｅ式
によって算出される。
【００５０】
上述の如く、本実施の形態に係る内燃機関用のイオン電流検出処理装置によると、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、対数関数・指数関数といった特殊関数を用いずに算出されるので、ＥＣＵ等の制御装置における演算処理の負担が軽減される。
【００５１】
また、当該イオン電流検出処理装置は、コンデンサの放電電荷量に基づいて「燻ぶり抵抗」を算出させることとなる。このため、イオン電流検出回路内の抵抗因子（検出抵抗の値・その他の抵抗値・インピーダンス値）について公証値上の誤差・設計上の誤差が生じても、これらの抵抗因子を含めて「燻ぶり抵抗」が算出されることとなり、当該「燻ぶり抵抗」の算出結果は、精度の高い値を示すこととなる。
【００５２】
特に、漏洩電流測定時刻ｔｎにおける燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、イオン電流検出回路内の抵抗因子を含む値として正確な値を示すこととなる。
【００５３】
これに対し、特許文献１で紹介されている燻ぶり抵抗Ｒｎ（Ｂ式）にあっては、点火プラグにおける燻ぶり抵抗そのものを算出する式とされるので、他の抵抗成分等を誤差なく把握していなければ、式Ｂにおける燻ぶり抵抗は、正確な値として算出されることはない。また、このようなイオン電流検出回路内の抵抗因子は、誤差なく完全に把握することが困難なものである。即ち、特許文献１に係る燻ぶり抵抗Ｒｎ（Ｂ式）では、イオン電流検出回路内の抵抗因子について公証値に対する誤差・その他の設計上の誤差が計上されてしまうと、当該燻ぶり抵抗Ｒｎ（Ｂ式）が正確に算出されることはない。その意味においても、本実施の形態に係る燻ぶり抵抗（Ｅ式）は、正確な値を示していることが理解できる。
【実施例１】
【００５４】
以下、上述した燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）を用いたイオン電流の演算処理について説明する。本実施例に係るイオン電流演算ルーチンＳ２０は、イオン電流のサンプリングが行われる期間ＷｉｎのＡＤタイミングに対応して逐次起動される。先ず、放電開始時刻ｔ１が到来すると、図７に示す如く、従前の燃焼サイクルにおける燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）の結果値を読み出す（処理Ｓ２１）。このとき、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、直前の燃焼サイクルの結果値であっても良く、数サイクル前の結果値が用いられても良いが、当該燻ぶり抵抗の結果値と実際の燻ぶり抵抗とに大きな差異が生じないことを条件とする。
【００５５】
イオン電流検出処理装置１００は、処理２１が終了すると、時刻ｔ１でのイオン電流検出信号Ｉｃ１をサンプリングする（図８ａ−Ｉｃ参照）。その後、時刻ｔ１における処理２３では、コンデンサでの初期電荷量Ｑｚが算出保持され、具体的には、Ｑｚ＝Ｃ・Ｖｚ，によって算出される。
【００５６】
次に、処理２４では、イオン電流検出信号のサンプル値Ｉｃに対応させて、其の時刻ｔ１におけるコンデンサの両端電圧Ｖｃを算出させる（図８ａ−Ｖｃ参照）。処理２４では、検出時刻ｔ１が放電開始時刻であるので、Ｖｃ＝Ｖｚ（ツェナー電圧），となるように設定される。
【００５７】
その後、処理２５では、イオン電流検出信号のサンプル値Ｉｃ１，当該サンプル値Ｉｃ１に対応するコンデンサの両端電圧Ｖｃ，現ルーチンＳ２０における燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）の結果値，に基づいて、サンプル値Ｉｃから漏洩電流をキャンセルさせる（以下、このキャンセルされた値を真イオン電流値Ｉｉと呼ぶ）。具体的に説明すると、真イオン電流値Ｉｉ１は、
Ｉｉ＝Ｉｃ−｛Ｖｃ／Ｒ（ｌｅａｋ）｝，・・・Ｆ式
によって算出され、Ｉｉ１＝Ｉｃ１−｛Ｖｚ／Ｒ（ｌｅａｋ）｝，を得る。但し、放電電流が流れる直前の燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、Ｒ（ｌｅａｋ）＝∞，とされるので、真イオン電流値Ｉｉ１は零となる（図８ａ−Ｉｉ参照）。
【００５８】
かかる後、真イオン電流値Ｉｉ１がメモリ回路へ格納される（Ｓ２６）。そして、処理１０では、時刻ｔｎでの処理Ｓ２２〜Ｓ２６が完了した後に機能するように設定されているため、現時刻ｔ１におけるルーチン２０では、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）の更新処理は実施されない。即ち、時刻ｔ１〜ｔｎについては、同値の燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）が用いられることとなる。
【００５９】
かかる処理が完了すると、時刻ｔ１に対応するルーチンＳ２０がスリープし、当該ルーチンＳ２０は、次の起動時刻ｔ２を待つ。そして、時刻ｔ２が到来すると、時刻ｔ２に対応するルーチンＳ２０が起動し、先と同値の燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）の結果値を呼び出し（Ｓ２１）、イオン電流検出信号のサンプル値Ｉｃ２を取得する（Ｓ２２／図８ｂ−Ｉｃ参照）。
【００６０】
その後、処理２３では、時刻ｔ１から時刻ｔ２に至るまでにコンデンサから放電した放電電荷量ΔＱ２を算出する。
具体的に説明すると、時刻ｔ２で算出される放電電荷量ΔＱ２は、
ΔＱ＝Ｉｃ・ｄｔ，・・・Ｇ式
ｄｔ：ＡＤタイミングの時間間隔
を用いて、ΔＱ２＝Ｉｃ２・ｄｔ，と算出される。
【００６１】
また、処理２３では、時刻ｔ２においてコンデンサで蓄積されている電荷量Ｑ２を算出させる。
コンデンサに蓄積されている電荷量Ｑｃは、
Ｑｃ＝Ｑｚ−ΔＱ，・・・Ｈ式
によって算出されるところ、時刻ｔ２における電荷量Ｑｃ２は、Ｑｃ２＝Ｑｚ−Ｉｃ２・ｄｔ，と算出される。
【００６２】
その後、処理２４では、コンデンサの両端電圧Ｖｃ２（時刻ｔ２）がＣ式に基づいて算出され、Ｖｃ２＝｛Ｃ・Ｖｚ−（Ｉｃ２・ｄｔ）｝／Ｃ，を得る（図８ｂ−Ｖｃ参照）。かかる両端電圧Ｖｃは、時刻ｔ１からｔ２に至るまでの放電電荷量に応じて減少している。
【００６３】
更に後、処理２５では、時刻ｔ２での真イオン電流Ｉｉ２がＦ式に基づいて算出され、Ｉｉ２＝Ｉｃ２−｛Ｖｃ２／Ｒ（ｌｅａｋ）｝，を得る（図８ｂ−Ｉｉ参照）。ここで、コンデンサの両端電圧Ｖｃ２は、時刻ｔ２において正確な値を現している。また、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、数サイクル前の値が用いられるので、カーボンＣｂの堆積状態に大きな変動が無ければ、その値も正確な値とされる。特に、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、直前の燃焼サイクルでの結果値が用いられることにより、より正確な値とされることが期待できる。従って、これらの正確な値により算出される真イオン電流の値Ｉｉ２についても同様に正確な値とされ、この値Ｉｉ２がメモリ回路に保持されることとなる。
【００６４】
即ち、本実施例に係る演算処理では、特許文献１のように検出抵抗等を正確に把握せずとも、実施の形態で算出された燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）を用いることにより、真イオン電流Ｉｉを演算誤差の少ない値として算出することが可能となる。
【００６５】
そして、処理２６が終了すると、時刻ｔ２である場合には、燻ぶり抵抗の値を更新させる処理１０を実施せず、次の時刻ｔ３の待機状態に入る。このように、時刻の経過に応じてルーチン２０が起動され、各時刻における放電電荷量ΔＱ，コンデンサに蓄積されている電荷量，コンデンサの両端電圧Ｖｃ，真イオン電流Ｉｉ，等が逐次算出されてゆく（図８ｃ及び図８ｄ参照）。そして、漏電電流測定時刻ｔｎに対応するルーチンＳ２０が終了すると、燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）の更新処理を行い（実施の形態を参照）、現燃焼サイクル終了時点で取得されたイオン電流等の情報に基づいて、同サイクルにおける新たな燻ぶり抵抗を算出させる（Ｓ１０）。そして、かかる処理１０が終了すると、燃焼サイクルの進行に応じて、ルーチン２０を適宜起動させる。
【００６６】
図９（ａ）は、所定の条件で燃焼された場合のイオン電流のサンプル値が示され、図９（ｂ）は、これと同条件下での真イオン電流Ｉｉの結果値が示されている。双方の波形を比較すると、区間Ｂに示されるように、真イオン電流Ｉｉでは、漏洩電流によって検出されていた不要な波形がキャンセルされている様子を確認できる。また、区間Ａに示されるように、真イオン電流Ｉｉに現われる曲線波形部は、この部分についても漏洩電流の値が好適にキャンセルされ、実際のイオン電流に近い波形が現れている様子を確認できる。
【００６７】
また、図１０（ａ）は、所定の条件で失火した場合のイオン電流のサンプル値が示され、図９（ｂ）は、これと同条件下での真イオン電流Ｉｉの結果値が示されている。双方の波形を比較すると、真イオン電流Ｉｉでは、全時刻ｔ１〜ｔ２を通じて漏洩電流がキャンセルされている様子を確認できる。
【００６８】
上述の如く、本実施例に係るイオン電流検出処理装置１００によると、正確に算出された「燻ぶり抵抗」に基づいて真イオン電流値（燃焼状態の解析を行なうパラメータの一形態）を算出処理させているので、この真イオン電流値についても正確な値が得られることとなる。従って、イオン電流検出処理装置１００では、誤診断・誤判定されることなく、燃焼状態の解析が好適に実施される。
【実施例２】
【００６９】
本実施例に係るイオン電流演算ルーチンＳ３０は、図１１に示す如く、真イオン電流Ｉｉを記憶させる処理Ｓ２６が省略され、その代わりに、イオン抵抗Ｒｉの算出処理Ｓ３１と、当該イオン抵抗Ｒｉの記憶処理Ｓ３２とが新たに追加されている。尚、本実施例にあっては、実施の形態・実施例１にて既に説明された重複部分（処理、構成）について同一符号を付し、当該重複部分に係る説明を省略するものとする。
【００７０】
本実施例に係るイオン電流演算ルーチンＳ３０は、ＡＤタイミング毎に起動されるものであって、所定のＡＤタイミングに対応させて真イオン電流Ｉｉを逐次算出させてゆく（Ｓ２１〜Ｓ２５）。
【００７１】
その後、処理３１では、イオン抵抗の逆数に係るパラメータＰ１を算出する。
当該パラメータＰ１は、対応する時刻（ｔ１〜ｔｎ）について、
Ｐ１＝Ｉｉ／Ｖｃ，・・・Ｉ式
によって算出される。
【００７２】
真イオン電流Ｉｉは、燃焼状態に影響される他、Ｆ式から明らかなように、コンデンサの両端電圧ｖｃの減衰にも影響されてしまう。従って、本実施例に係るルーチン３０は、このような真イオン電流の波形成分を除去するために改案されたものである。具体的に説明すると、処理３１で算出されるパラメータＰ１は、真イオン電流Ｉｉから同時刻におけるコンデンサの両端電圧Ｖｃを除算させることで、両端電圧Ｖｃの減衰に係る成分を相殺させている。
【００７３】
図１２は、真イオン電流Ｉｉの演算結果が、燃焼時（上段）及び失火時（下段）について各々示されている。また、本実験に係る条件は以下の通りである。
条件；
内燃機関の回転数：１６００（ｒｐｍ）
点火プラグの絶縁抵抗１：１（ＭΩ）
点火プラグの絶縁抵抗２：１０（ＭΩ）
点火プラグの絶縁抵抗３：１００（ＭΩ）
（各々の絶縁抵抗は、燻ぶり状態の程度を現しており、一般に１００ＭΩ以上で正常状態とされている。）
【００７４】
一方、図１３は、イオン抵抗の逆数に係るパラメータＰ１の演算結果が、燃焼時（上段）及び失火時（下段）について各々示されている。また、本実験に係る条件は、上述実験と同じである。
【００７５】
先ず、図１２における各々の波形を観察すると、放電電荷に起因して生じる減衰波形は、絶縁抵抗が小さいほど顕著となるのが確認できる。このため、絶縁抵抗が１０ＭΩまたは１００ＭΩの場合の波形（真イオン電流）は、燃焼波形が現われているのか否かの区別が困難となり、例えば失火・燃焼判定を行なう解析処理において、其の判定精度が低下する惧れがある。
【００７６】
これに対し、図１３における各々の波形を観察すると、絶縁抵抗１００ＭΩ，１０ＭΩにあっては、略一定値を示している。また、絶縁抵抗１ＭΩにあっても、減衰状態の波形が幾分認められるものの、其の程度はイオン電流値の波形と比較して格段に解消されている。このため、本実施例に係るパラメータＰ１は、閾値を設定することで燃焼波形が現われているか否かの判断が容易に行われる為、失火・燃焼判定等の解析処理の精度が向上する。
【００７７】
このように、本実施例に係るイオン電流検出処理装置１００によると、解析用のパラメータＰ２は、燃焼波形以外の領域では不要な波形が重畳されなくなるので、制御装置ＥＣＵでは、このパラメータＰ２を用いることにより、燃焼状態の解析が更に正確に行なわれることとなる。例えば、当該パラメータＰ２は、燃焼波形以外の領域が一定値とされるので、燃焼波形が現われているか否かの判別が容易となる。また、当該パラメータの示す一定値は、堆積物により形成される燻ぶり抵抗を示すものであり、その値によって燻ぶり状態を把握することが可能となる。
【００７８】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記された技術的思想の範囲内において、種々の変更が可能である。例えば、実施例２では、解析用のパラメータがイオン抵抗の逆数として算出されているが、これに限定することなく、イオン抵抗に係る波形を解析用のパラメータとして用いることも可能である。この場合、失火燃焼等の解析に用いられる閾値のディメンションをイオン抵抗に合わせるといった変更を加えれば、実施例２と同様の解析結果が得られることとなる。
【符号の説明】
【００７９】
１００ 内燃機関用のイオン電流検出処理装置
ＣＬ 点火コイル
ＰＧ 点火プラグ
Ｔｒ スイッチング素子
ＥＣＵ 制御装置
ＳＧ 点火信号
Ｃ コンデンサ
Ｓｉｎｓ イオン電流検出信号
ＩＮＳ イオン電流検出回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次コイル及び二次コイルによって高電圧を生成するものであって内燃機関の点火プラグへ前記高電圧を印加させる点火コイルと、前記一次コイルの通電を断続制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子へ点火信号を与えて当該スイッチング素子を制御させる制御装置と、コンデンサへチャージされた電荷の放電によって前記点火プラグでイオン電流を生じさせ且つ前記イオン電流に比例するイオン電流検出信号を出力させるイオン電流検出回路とを備え、
前記制御装置は、
前記イオン電流が流れ始めてから吸気工程又は圧縮工程の漏洩電流測定時刻に至るまでの所定期間について前記イオン電流検出信号をサンプリングする処理と、
前記所定期間における前記コンデンサの放電電荷量に基づいて前記漏洩電流測定時刻における前記コンデンサの両端電圧を算出する処理と、
前記イオン電流検出信号のうち前記漏洩電流測定時刻におけるサンプル値及び前記漏洩電流測定時刻における前記コンデンサの両端電圧に基づいて前記点火プラグの燻ぶり抵抗を算出する処理と、
を機能させることを特徴とするイオン電流検出処理装置。
【請求項２】
前記漏洩電流検出時刻における前記コンデンサの両端電圧をＶｎとし、前記コンデンサの両端電圧の初期値をＶｚとし、前記コンデンサの電気容量をＣとし、前記イオン電流検出信号を検出する時間間隔をｄｔとし、前記所定期間における前記イオン電流検出信号のサンプル値を積算させた値をΣＩｃとすると、
前記コンデンサの両端電圧Ｖｎは、
Ｖｎ＝｛Ｃ・Ｖｚ−（ΣＩｃ）・ｄｔ｝／Ｃ，
によって算出されることを特徴とする請求項１に記載のイオン電流検出処理装置。
【請求項３】
前記燻ぶり抵抗をＲ（ｌｅａｋ）とし、前記イオン電流検出信号のうち前記漏洩電流測定時刻におけるサンプル値をＩｃｎとし、前記コンデンサの両端電圧の初期値をＶｚとし、前記コンデンサの電気容量をＣとし、前記イオン電流検出信号を検出する時間間隔をｄｔとし、前記所定期間における前記イオン電流検出信号のサンプル値を積算させた値をΣＩｃとすると、
当該燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、
Ｒ（ｌｅａｋ）＝｛Ｃ・Ｖｚ−（ΣＩｃ）・ｄｔ｝／（Ｃ・Ｉｃｎ），
によって算出されることを特徴とする請求項１に記載のイオン電流検出処理装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
従前の燃焼サイクルにおける燻ぶり抵抗を読み出す処理と、
前記所定期間の各時刻について前記イオン電流検出信号をサンプリングする処理と、
前記イオン電流検出信号の各々のサンプル値に対応させて前記コンデンサの両端電圧を算出する処理と、
前記イオン電流検出信号の所定時刻のサンプル値と、当該サンプル値に対応する前記コンデンサの両端電圧と、前記従前の燃焼サイクルにおける燻ぶり抵抗の読み出し値とに基づいて、点火プラグでの漏洩電流を前記サンプル値からキャンセルさせる処理と、
を機能させることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のイオン電流検出処理装置。
【請求項５】
点火プラグでの漏洩電流を前記サンプル値からキャンセルさせた値を真イオン電流値Ｉｉとし、前記所定時刻における前記イオン電流検出信号のサンプル値をＩｃとし、前記燻ぶり抵抗をＲ（ｌｅａｋ）とすると、
当該真イオン電流値Ｉｉは、
Ｉｉ＝Ｉｃ−｛Ｖｃ／Ｒ（ｌｅａｋ）｝，
によって算出されることを特徴とする請求項４に記載のイオン電流検出処理装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記真イオン電流値Ｉｉに基づいて、内燃機関の燃焼状態を解析する為の他のパラメータを算出することを特徴とする請求項５に記載のイオン電流検出処理装置。
【請求項７】
前記パラメータは、当該パラメータをＰ１とすると、Ｐ１＝Ｉｉ／Ｖｃ，によって算出されることを特徴とする請求項６に記載のイオン電流検出処理装置。
【請求項８】
前記パラメータは、当該パラメータをＰ２とすると、Ｐ２＝Ｖｃ／Ｉｉ，によって算出されることを特徴とする請求項６に記載のイオン電流検出処理装置。
【請求項１】
一次コイル及び二次コイルによって高電圧を生成するものであって内燃機関の点火プラグへ前記高電圧を印加させる点火コイルと、前記一次コイルの通電を断続制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子へ点火信号を与えて当該スイッチング素子を制御させる制御装置と、コンデンサへチャージされた電荷の放電によって前記点火プラグでイオン電流を生じさせ且つ前記イオン電流に比例するイオン電流検出信号を出力させるイオン電流検出回路とを備え、
前記制御装置は、
前記イオン電流が流れ始めてから吸気工程又は圧縮工程の漏洩電流測定時刻に至るまでの所定期間について前記イオン電流検出信号をサンプリングする処理と、
前記所定期間における前記コンデンサの放電電荷量に基づいて前記漏洩電流測定時刻における前記コンデンサの両端電圧を算出する処理と、
前記イオン電流検出信号のうち前記漏洩電流測定時刻におけるサンプル値及び前記漏洩電流測定時刻における前記コンデンサの両端電圧に基づいて前記点火プラグの燻ぶり抵抗を算出する処理と、
を機能させることを特徴とするイオン電流検出処理装置。
【請求項２】
前記漏洩電流検出時刻における前記コンデンサの両端電圧をＶｎとし、前記コンデンサの両端電圧の初期値をＶｚとし、前記コンデンサの電気容量をＣとし、前記イオン電流検出信号を検出する時間間隔をｄｔとし、前記所定期間における前記イオン電流検出信号のサンプル値を積算させた値をΣＩｃとすると、
前記コンデンサの両端電圧Ｖｎは、
Ｖｎ＝｛Ｃ・Ｖｚ−（ΣＩｃ）・ｄｔ｝／Ｃ，
によって算出されることを特徴とする請求項１に記載のイオン電流検出処理装置。
【請求項３】
前記燻ぶり抵抗をＲ（ｌｅａｋ）とし、前記イオン電流検出信号のうち前記漏洩電流測定時刻におけるサンプル値をＩｃｎとし、前記コンデンサの両端電圧の初期値をＶｚとし、前記コンデンサの電気容量をＣとし、前記イオン電流検出信号を検出する時間間隔をｄｔとし、前記所定期間における前記イオン電流検出信号のサンプル値を積算させた値をΣＩｃとすると、
当該燻ぶり抵抗Ｒ（ｌｅａｋ）は、
Ｒ（ｌｅａｋ）＝｛Ｃ・Ｖｚ−（ΣＩｃ）・ｄｔ｝／（Ｃ・Ｉｃｎ），
によって算出されることを特徴とする請求項１に記載のイオン電流検出処理装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
従前の燃焼サイクルにおける燻ぶり抵抗を読み出す処理と、
前記所定期間の各時刻について前記イオン電流検出信号をサンプリングする処理と、
前記イオン電流検出信号の各々のサンプル値に対応させて前記コンデンサの両端電圧を算出する処理と、
前記イオン電流検出信号の所定時刻のサンプル値と、当該サンプル値に対応する前記コンデンサの両端電圧と、前記従前の燃焼サイクルにおける燻ぶり抵抗の読み出し値とに基づいて、点火プラグでの漏洩電流を前記サンプル値からキャンセルさせる処理と、
を機能させることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のイオン電流検出処理装置。
【請求項５】
点火プラグでの漏洩電流を前記サンプル値からキャンセルさせた値を真イオン電流値Ｉｉとし、前記所定時刻における前記イオン電流検出信号のサンプル値をＩｃとし、前記燻ぶり抵抗をＲ（ｌｅａｋ）とすると、
当該真イオン電流値Ｉｉは、
Ｉｉ＝Ｉｃ−｛Ｖｃ／Ｒ（ｌｅａｋ）｝，
によって算出されることを特徴とする請求項４に記載のイオン電流検出処理装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記真イオン電流値Ｉｉに基づいて、内燃機関の燃焼状態を解析する為の他のパラメータを算出することを特徴とする請求項５に記載のイオン電流検出処理装置。
【請求項７】
前記パラメータは、当該パラメータをＰ１とすると、Ｐ１＝Ｉｉ／Ｖｃ，によって算出されることを特徴とする請求項６に記載のイオン電流検出処理装置。
【請求項８】
前記パラメータは、当該パラメータをＰ２とすると、Ｐ２＝Ｖｃ／Ｉｉ，によって算出されることを特徴とする請求項６に記載のイオン電流検出処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１１７４２０（Ｐ２０１２−１１７４２０Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６６７３６（Ｐ２０１０−２６６７３６）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００１０９０９３）ダイヤモンド電機株式会社 (387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００１０９０９３）ダイヤモンド電機株式会社 (387)
【Ｆターム（参考）】
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