JP2007132223A - 点火タイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱電離イオン電流ピーク値の発生時期の検出精度を向上すること。
【解決手段】内燃機関の運転状態に基づいて、点火タイミング直後の初期火炎による燃焼イオン電流ピーク値の発生時期よりも遅れて、イオン電流ピーク値の検出を開始するように、点火タイミングからイオン電流ピーク値の検出を開始するまでのマスク時間Ｔｍｓｋを設定する。従って、このマスク時間Ｔｍｓｋ経過後に、単に、イオン電流値の中で最大となるイオン電流値を検出するだけで、結果的に、精度良く熱電離イオン電流ピーク値を特定でき、その発生時期の検出精度を向上できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、イオン電流の発生時期に基づいて、内燃機関の点火タイミングを制御する点火タイミング制御装置に関する。

従来より、内燃機関において混合気が燃焼する際には高濃度のイオンが発生することに着目し、点火に伴う燃焼毎に点火プラグの対向電極間に流れるイオン電流を検出し、このイオン電流に基づき内燃機関の燃焼状態や点火時期が適正か否かなどを随時判定することが提案されている。

例えば、特許文献１に開示されたシステムにおいては、点火時期をＭＢＴ（Minimum Advance for Best Torque）に適合するために、イオン電流を利用している。正常な燃焼にあっては、イオン電流が最大値を示す点火からの経過時間が、燃焼圧が最大となる経過時間と略一致するとともに、点火時期がＭＢＴに適合しているとき、燃焼圧が最大となる時期が所定のクランク角度（例えば圧縮上死点（ＴＤＣ）から１５°ＣＡ遅角した角度）に対応することが知られている。そのため、特許文献１のシステムでは、点火直後からイオン電流値が最大となる時間を計測するとともに、その計測時間と所定のクランク角度との時間差を演算する。この時間差から、点火時期に対するＭＢＴが、クランク角に換算して何度進角又は遅角しているかを検出することができ、この検出結果から、点火時期がＭＢＴに適合するように点火時期を制御する。
特開平６−３４４９０号公報

ここで、イオン電流には、点火プラグによる点火直後に発生する初期火炎に起因して発生するイオンによるピーク値（以後、燃焼イオン電流ピーク値）と、シリンダ内の既燃ガスの圧力上昇に伴って分子が高温となり熱電離することに起因して発生するイオンによるピーク値（以後、熱電離イオン電流ピーク値）とが含まれる場合がある。そして、２つのピーク値の内、熱電離イオン電流ピーク値がシリンダ内の燃焼圧と強い相関を有し、その発生時期は、シリンダ内の燃焼圧が最大圧となる時期と略一致する。

従って、上述した特許文献１に記載のシステムのように、点火直後からイオン電流値が最大となる時間を計測すると、燃焼イオン電流ピーク値の方が、熱電離イオン電流ピーク値よりも大きい場合、熱電離イオン電流ピーク値が発生する時期を正確に計測できない可能性がある。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、熱電離イオン電流ピーク値の発生時期の検出精度を向上することが可能な点火タイミング制御装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、請求項１に記載の点火タイミング制御装置は、
内燃機関の燃焼室に設けられた点火プラグと、
点火プラグに接続された点火コイルと、
燃料の燃焼時に、点火プラグの対向電極間を通じて流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
イオン電流検出手段によって検出されたイオン電流をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、
Ａ／Ｄ変換手段によってＡ／Ｄ変換されたイオン電流値の中で、ピーク値となるイオン電流値を検出するピーク値検出手段と、
ピーク値検出手段によって検出されるイオン電流値のピーク値の発生時期であるピーク位置を検出するピーク位置検出手段と、
ピーク位置検出手段によって検出されたピーク位置に基づいて、点火タイミングを制御する点火タイミング制御手段と、
内燃機関の運転状態に基づいて、点火タイミング直後の初期火炎によるイオン電流ピーク値の発生時期よりも遅れて、ピーク値検出手段がピーク値となるイオン電流値の検出を開始するように、点火タイミングからピーク値検出手段がピーク値となるイオン電流値の検出を開始するまでのマスク時間を設定するマスク時間設定手段とを備え、
ピーク値検出手段は、マスク時間設定手段が設定したマスク時間が経過した後に得られるイオン電流値の中で、ピーク値となるイオン電流値を検出することを特徴とする。

上述した構成により、請求項１に記載の点火タイミング制御装置では、内燃機関の運転状態に応じて、点火タイミングを基準とするマスク時間が設定され、このマスク時間中は、ピーク値となるイオン電流値の検出が実行されることがない。このマスク時間は、燃焼イオン電流ピーク値を含むように設定されるので、ピーク値検出手段は、単に、マスク時間経過後に、Ａ／Ｄ変換手段から出力されるイオン電流値の中で最大となるイオン電流値を検出すれば、結果的に、精度良く熱電離イオン電流ピーク値を検出することができ、その発生時期の検出精度を向上できる。

なお、請求項２に記載したように、Ａ／Ｄ変換手段が、内燃機関の単位クランク角度当たりのＡ／Ｄ変換回数を一定とするように、内燃機関の回転速度に応じて、イオン電流をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換サンプリング周期を変更するものである場合、ピーク位置検出手段は、点火タイミングからイオン電流値がピーク値となるまでのＡ／Ｄ変換回数から、ピーク位置を検出することができる。また、請求項３に記載したように、Ａ／Ｄ変換手段が、一定のＡ／Ｄ変換サンプリング周期に従って、イオン電流をＡ／Ｄ変換するものである場合、ピーク位置検出手段は、点火タイミングからイオン電流値がピーク値となるまでのＡ／Ｄ変換回数、及び内燃機関の回転速度に基づいて、ピーク位置を検出することができる。

請求項４に記載したように、ピーク値検出手段によって検出されたピーク値となるイオン電流値に基づいて、当該イオン電流値が異常か否かを判定する異常判定手段を備え、
点火タイミング制御手段は、ピーク値となるイオン電流値が異常判定手段により正常と判定されたときのみ、そのイオン電流値の発生時期であるピーク位置に基づいて、点火タイミングを制御することが好ましい。

イオン電流には、残留磁気ノイズやスパイクノイズ（異常帯電ノイズ）が重畳する場合がある。なお、残留磁気ノイズは、点火プラグの火花放電終了直後において点火コイルの二次側の浮遊容量に残った電荷がＬＣ共振により振動減衰する過程で発生する。また、スパイクノイズは、点火プラグの碍子部に帯電した電荷がグランド側に放電する過程で発生する。特に、スパイクノイズは、その発生のタイミングが必ずしも一定でないため、イオンの発生途中に発生するだけでなく燃焼イオン消滅後にも発生する。このようなノイズがイオン電流に重畳した場合、そのノイズによるピーク値を熱電離イオン電流ピーク値として検出してしまう可能性が生じる。

このような問題に対して、請求項４に記載の構成を採用することにより、ノイズによるピーク値を検出した場合には、ピーク値そのものが大きく変動するため、イオン電流値異常と判定されることになる。その結果、ピーク値の誤った発生時期に基づいて点火タイミングを制御することを防止できる。

請求項５に記載したように、異常判定手段は、過去のピーク値を記憶するピーク値記憶手段を備え、当該過去のピーク値に対する差異に基づいて、イオン電流値が異常か否かを判定することが好ましい。内燃機関の運転状態に応じて、熱電離イオン電流値のピーク値のレベルも変化する。このため、例えば現時点から遡って、所定個数のピーク値の分布を求め、その分布において±３σの範囲に属していることや、その所定個数のピーク値の平均との差が所定範囲であること等を条件として、精度良くイオン電流値の異常を判定することができる。

請求項６に記載したように、内燃機関の圧縮上死点を検出する圧縮上死点検出手段を備え、
ピーク値検出手段は、内燃機関が圧縮上死点に達する以前に、マスク時間が経過した場合、内燃機関が圧縮上死点に達したときから、ピーク値となるイオン電流値の検出を開始することが好ましい。

点火から燃焼圧が最大値に達するまでに、着火遅れや火炎伝播による時間遅れがあるため、通常、点火時期は、内燃機関が圧縮上死点に達する前に設定される。従って、内燃機関の運転状態によっては、内燃機関が圧縮上死点に達する以前にマスク時間が経過してしまう場合がある。一方、熱電離イオン電流ピーク値が発生する時期、すなわち、燃焼圧が最大値に達する時期は、圧縮上死点後である。このため、請求項６に記載したように、内燃機関が圧縮上死点に達する以前に、マスク時間が経過した場合、内燃機関が圧縮上死点に達したときから、ピーク値となるイオン電流値の検出を開始することで、ノイズ等によるピーク値を誤って検出する機会を減少することができる。

請求項７に記載したように、マスク時間設定手段が設定したマスク時間の経過後に、イオン電流値が所定の閾値以上となった状態が所定時間継続したか否かを判定する判定手段を設け、
ピーク値検出手段は、判定手段によってイオン電流値が所定の閾値以上となった状態が所定時間継続したと判定されたときに、ピーク値となるイオン電流値の検出を開始するように構成しても良い。この場合、上記の所定時間を、スパイクノイズ等のノイズによってイオン電流が変化する期間より長く設定することで、マスク時間経過後にノイズが発生しても、そのノイズによるピーク値を検出することを防止できる。

請求項８に記載したように、ピーク値検出手段は、所定個数のイオン電流値の移動平均値を算出する移動平均手段を備え、当該移動平均値のピーク値を検出するように構成しても良い。このように、ピーク値検出手段が、所定個数のイオン電流値の移動平均値を算出するように構成すれば、ノイズによるピーク値は瞬間的に生じるだけであるため、移動平均値に対する影響度は小さい。従って移動平均値から、精度良く熱電離イオン電流ピーク値を検出することが可能になる。

なお、このように、移動平均値を用いることにより、実際のピーク位置からの応答遅れは、（Ａ／Ｄ変換間隔×所定個数）÷２により簡単に算出できるので、ピーク位置算出のための補正演算を容易に行うことができる。

以下、本発明の実施形態に係わる点火タイミング制御装置に関して、図面に基づいて説明する。本実施形態による点火タイミング制御装置は、内燃機関としての車両用ガソリン噴射エンジンの点火制御に用いられる。

まず、図１に基づいて、点火タイミング制御装置の全体構成について説明する。点火プラグ１３は、内燃機関の燃焼室に設けられ、燃焼室内に導入され、圧縮された混合気を燃焼させるために、対向電極間に火花を放電させるものである。点火コイル１２は、点火プラグ１３の対向電極間に火花を放電させるために必要な高電圧を発生するもので、鉄心、一次コイル、二次コイル等からなる。

駆動回路１１は、点火コイル１２の一次コイルに接続された点火制御用トランジスタなどのスイッチング素子を有する。このスイッチング素子が、後述するマイコン１０によってオン・オフされることにより、点火コイル１２の一次コイルへの通電がオン・オフされて２次コイルに高電圧が誘起される。この点火コイル１２の二次コイルに誘起された高電圧が点火プラグ１３の対向電極間に印加されると、火花の放電が起こる。

イオン電流検出回路１４は、例えば特開２００５−１２７２４２号公報に記載されるように構成することができる。すなわち、点火コイル１２の二次コイルの一端を点火プラグ１３に接続し、二次コイルの他端を互いに逆向きに直列接続した２つのツェナーダイオードを介して接地する。そして、２次コイル側のツェナーダイオードにコンデンサを並列に接続し、接地側のツェナーダイオードにイオン電流検出抵抗を並列に接続する。このような回路構成により、コンデンサとイオン電流検出抵抗との接続点からイオン電流に相当する信号を取り出すことができる。なお、上述したイオン電流検出回路の構成は単なる一例であって、イオン電流検出回路として知られているその他の回路構成を採用しても良いことは勿論である。

反転回路１５は、イオン電流検出回路１４から出力されるイオン電流を反転しつつ、増幅するものである。Ａ／Ｄ変換回路１６は、マイコン１０から指示されるＡ／Ｄ変換サンプリング周期に従って、反転回路１５から出力される反転イオン電流をアナログ値からデジタル値に変換して出力するものである。

ここで、マイコン１０は、内燃機関の運転状態を検出するために、図示しないクランク角検出センサを含む各種のセンサからの検出信号を入力する。そして、マイコン１０は、クランク角検出センサの検出信号に基づくクランク角速度に応じたＡ／Ｄ変換サンプリング周期を算出して、Ａ／Ｄ変換回路１６に出力する。これにより、単位クランク角度当たりのＡ／Ｄ変換回数を一定とすることができるので、単に、Ａ／Ｄ変換回数を積算することにより、熱電離イオン電流ピーク値が発生したクランク角を求めることができるようになる。

ただし、Ａ／Ｄ変換回路１６のＡ／Ｄ変換サンプリング周期を一定とし、Ａ／Ｄ変換回数を用いて、圧縮上死点（以後、ＴＤＣ）から熱電離イオン電流ピーク値の発生までの経過時間を求めるようにしても良い。この場合でも、その経過時間及びクランク角速度に基づいて、熱電離イオン電流ピーク値の発生時のクランク角度を求めることができる。

ピークホールド回路１７は、マイコン１７から指示される期間内に、Ａ／Ｄ変換回路１６から、Ａ／Ｄ変換サンプリング周期毎に出力されるイオン電流値の中のピーク値を特定して保持するものである。図２にピークホールド回路１７の詳細な回路構成図を示す。

マイコン１０は、ピークホールド回路１７に対して、イオン電流値ピーク値の検出の開始を指示するＭＢＴ区間開始信号、及びその検出の終了を指示するＭＢＴ区間終了信号を出力する。このＭＢＴ区間開始信号は、図２に示すように、最小Ａ／Ｄ値ホールド部２２のＦＦｓｅｔ端子に入力される。ＦＦｓｅｔ端子にＭＢＴ区間開始信号が入力されると、最小Ａ／Ｄ値ホールド部２２は、出力端子Ｄｏｕｔから最大値を出力する。この最小Ａ／Ｄ値ホールド部２２の出力は、比較部２１の一方の端子であるＢ端子に入力される。また比較部２１の他方の端子であるＡ端子には、Ａ／Ｄ変換結果が入力される。従って、比較部２１では、最小Ａ／Ｄ値ホールド部２２の出力と、新たに入力されるＡ／Ｄ変換結果との大小比較が行われる。

ここで、本実施形態では、反転回路１５によってイオン電流が反転されているので、熱電離イオン電流ピーク値は、Ａ／Ｄ変換結果の中の最小Ａ／Ｄ値に相当する。このため、比較部２１では、入力されたＡ／Ｄ変換結果の方が、最小Ａ／Ｄ値ホールド部２２の出力以下である場合に、イネーブル信号を出力して最小Ａ／Ｄ値ホールド部２２に与える。最小Ａ／Ｄ値ホールド部２２は、イネーブル信号をトリガとして、ホールドしている最小Ａ／Ｄ値を、入力端子Ｄｉｎに入力されているＡ／Ｄ変換結果によって更新する。このような処理を、ＭＢＴ区間の開始から終了まで継続して実施することにより、ＭＢＴ区間におけるＡ／Ｄ変換結果の最小Ａ／Ｄ値を、最小Ａ／Ｄ値ホールド部２２に保存することができる。

カウンタ２３は、Ａ／Ｄ変換処理が終了したことを示すＡ／Ｄ変換終了信号がＡ／Ｄ変換回路１６から出力される毎に、カウント値を１づつ増加する。このカウンタ２３には、ＴＤＣが検出されたときにマイコン１０からＴＤＣ検出信号が与えられる。ＴＤＣ検出信号に応じて、カウンタ２３は、カウント値をクリアする。従って、カウンタ２３は、ＴＤＣからの、Ａ／Ｄ変換回路１６によるＡ／Ｄ変換回数をカウントすることになる。

最小Ａ／Ｄ位置ホールド部２４は、上述した比較部２１からイネーブル信号が与えられたときに、カウンタ２３から出力されているカウント値をホールドするものである。この最小Ａ／Ｄ位置ホールド部２４も、ＴＤＣ検出信号によって保存している値がクリアされる。従って、ＭＢＴ区間が終了したとき、最小Ａ／Ｄ位置ホールド部２４には、ＴＤＣからＡ／Ｄ変換結果が最小Ａ／Ｄ値となるまでの、Ａ／Ｄ変換回数が保存されることになる。

上述したように、Ａ／Ｄ変換回数は、クランク角度あるいは時間に相当するので、最小Ａ／Ｄ値となるまでのＡ／Ｄ変換回数から、熱電離イオン電流ピーク値が発生したクランク角度を求めることができる。

最小Ａ／Ｄ値出力部２５及び最小Ａ／Ｄ位置出力部２６は、ＭＢＴ区間終了信号をイネーブル信号として用いている。従って、ＭＢＴ区間終了時において、最小Ａ／Ｄ値出力部２５は、出力値として、最小Ａ／Ｄ値ホールド部２２が出力している最小Ａ／Ｄ値を保存し、最小Ａ／Ｄ位置出力部２６は、最小Ａ／Ｄ位置ホールド部２４が出力している最小Ａ／Ｄ位置を保存する。これら最小Ａ／Ｄ値及び最小Ａ／Ｄ位置は、マイコン１０に入力される。

次に、マイコン１０において実施される点火タイミング制御のための処理について、図３のフローチャート及び図４の波形図を用いて説明する。

まず、ステップＳ１００では、エンジン運転状態を表す各種センサ信号が入力される。この各種センサ信号には、上述したクランク角センサ信号の他、吸気圧センサ信号、スロットルバルブ開度センサ信号、エンジンの冷却水温センサ信号、空燃比（混合比）センサ信号などが含まれる。

ステップＳ１１０では、クランク角検出センサの検出信号に基づくクランク角速度に応じたＡ／Ｄ変換サンプリング周期を算出して、Ａ／Ｄ変換回路１６に出力する。これにより、ＴＤＣから最小Ａ／Ｄ値となるまでのＡ／Ｄ変換回数より、容易に、熱電離イオン電流ピーク値が発生したクランク角度を求めることができる。

ステップＳ１２０では、クランク角センサ信号に基づいてＴＤＣを検出して、ＴＤＣ検出信号を、ピークホールド回路１７に出力する。ピークホールド回路１７では、上述したように、このＴＤＣ検出信号が入力されることで、カウンタ２３が初期化され、それ以後のイオン電流のＡ／Ｄ変換回数がカウントされる。続くステップＳ１３０では、内燃機関の運転状態、特に、内燃機関の負荷、回転数、及び混合比の少なくとも１つに基づいて、上述したイオン電流のピーク値の検出を行うＭＢＴ区間を決定する。

このＭＢＴ区間の決定に際しては、図４に示すように、点火タイミング直後の燃焼イオン電流ピーク値の発生時期よりも遅く、かつ熱電離イオン電流ピーク値の発生時期よりも早くなるように、ＭＢＴ区間の開始時期を設定する。これにより、点火からＭＢＴ区間の開始時期までの時間が、イオン電流ピーク値に対するマスク時間Ｔｍｓｋとなる。その結果、このマスク時間中に発生することが予想される燃焼イオン電流ピーク値や各種のノイズによるピーク値を、熱電離イオン電流ピーク値として誤って検出することを防止できる。

ここで、イオン電流には、残留磁気ノイズやスパイクノイズ（異常帯電ノイズ）が重畳する場合がある。残留磁気ノイズは、図４のイオン電流波形に示すように、点火プラグの火花放電終了直後において点火コイルの二次側の浮遊容量に残った電荷がＬＣ共振により振動減衰する過程で発生する。また、スパイクノイズは、点火プラグの碍子部に帯電した電荷がグランド側に放電する過程で発生する。

また、ＭＢＴ区間終了時期は、図４に示すように、例えばクランク角相当でＴＤＣからの角度が３０°（ＡＴＤＣ３０°ＣＡ）となるときに出力されるように設定される。一般的に、シリンダの燃焼圧の最大値が、クランク角相当でＴＤＣからの角度が１５°（ＡＴＤＣ１５°ＣＡ）付近となったとき、点火タイミングがＭＢＴに適合された状態となることが知られている。従って、ＭＢＴ区間終了時期を、例えばＡＴＤＣ３０°ＣＡに設定すれば、シリンダ燃焼圧が最大となるときに同期する熱電離イオン電流ピーク値を確実に検出することができる。なお、ＭＢＴ区間終了時期として、ＡＴＤＣ３０°ＣＡは単なる一例であって、少なくともＡＴＤＣ１５°ＣＡ以降の任意のクランク角度を設定しても良い。

内燃機関の運転状態、特に内燃機関の負荷、回転数、及び混合比の少なくとも１つに基づいて、イオン電流ピーク値の検出を行うＭＢＴ区間を決定するのは、それらのパラメータによって、燃焼イオン電流ピークの発生時期が変動するためである。例えば、混合気の燃焼速度は、混合気の圧縮度合に左右される。すなわち、多くの混合気がシリンダ内に導入された場合、燃焼速度は遅くなる。また内燃機関の回転数が早くなれば、シリンダに流入する混合気は少なくなり、燃焼速度は速くなる。このような燃焼速度の相違によって、点火直後の初期火炎による燃焼イオン電流ピーク値の発生時期も変化する。

ステップＳ１４０では、ステップＳ１３０で決定したＭＢＴ区間に従って、ＭＢＴ区間開始信号及びＭＢＴ区間終了信号を出力する。ステップＳ１５０では、ＭＢＴ区間が終了した時に、ピークホールド回路１７から出力される最小Ａ／Ｄ値及び最小Ａ／Ｄ位置を入力する。これにより、マイコン１０は、ＭＢＴ区間内における熱電離イオン電流ピーク値に対応する最小Ａ／Ｄ値及び、その発生時期を示す最小Ａ／Ｄ位置を得ることができる。

ステップＳ１６０では、入力した最小Ａ／Ｄ値が異常であるか否かを判定する。この判定処理では、例えば、現時点から遡って所定個数の最小Ａ／Ｄ値を記憶するとともに、その最小Ａ／Ｄ値の分布を求め、その分布において±３σの範囲に属していることを条件として、入力した最小Ａ／Ｄ値が異常か否かを判定する。

上述したように、イオン電流には、残留磁気ノイズやスパイクノイズが重畳する場合がある。特に、スパイクノイズは、その発生のタイミングが必ずしも一定でないため、イオンの発生途中に発生するだけでなく燃焼イオン消滅後にも発生する。このようなノイズがイオン電流に重畳した場合、そのノイズによるピーク値を熱電離イオン電流ピーク値として誤検出してしまう可能性が生じる。

そのため、ステップＳ１６０では、熱電離イオン電流ピーク値に対応する、入力した最小Ａ／Ｄ値を、過去の所定個数の最小Ａ／Ｄ値との差異から異常か否かを判定する。このようにすれば、ノイズによるピーク値に対応する最小Ａ／Ｄ値は、過去の最小Ａ／Ｄ値から大きく変動するので、最小Ａ／Ｄ値異常と判定されることになる。

なお、過去の所定個数の最小Ａ／Ｄ値との差異から異常か否かを判定するのは、内燃機関の運転状態に応じて、熱電離イオン電流値のピーク値のレベルも変化するためである。また、入力した最小Ａ／Ｄ値と過去の所定個数の最小Ａ／Ｄ値との差異を判定する条件として、上述した±３σの範囲に属しているとの条件以外に、その所定個数の最小Ａ／Ｄ値の平均との差が所定範囲であることを条件としても良い。

ステップＳ１６０において、最小Ａ／Ｄ値が正常であると判定された場合、ステップＳ１７０に進み、その最小Ａ／Ｄ値の発生時期を示す最小Ａ／Ｄ位置が所定クランク角度（例えばＡＴＤＣ１５°ＣＡ）に一致するように、点火信号の出力時期を制御する。一方、ステップＳ１６０において、最小Ａ／Ｄ値が異常であると判定されると、ステップＳ１８０に進み、今回の最小Ａ／Ｄ位置によらず、点火信号を出力する。この場合、例えば、前回の点火信号の出力時期に準じて今回の点火信号の出力時期が決定される。

上述した制御タイミング処理を実行することにより、精度良く熱電離イオン電流の発生時期を検出することができるので、点火信号の出力時期をＭＢＴに適合させることが容易になる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

（第１変形例）
例えば、上述した実施形態においては、点火からＭＢＴ区間の開始時期までの時間を、イオン電流のピーク値検出に対するマスク時間として設定した。しかしながら、例えば、ＭＢＴ区間の開始時期が、内燃機関がＴＤＣに達する以前の時期に設定され、マスク時間がＴＤＣ前に満了してしまう場合には、図５に示すように、ＴＤＣ検出時をＭＢＴ区間の開始時期としても良い。

点火からシリンダ内の燃焼圧が最大値に達するまでには、着火遅れや火炎伝播による時間遅れがあるため、通常、点火時期は、内燃機関がＴＤＣに達する前に設定される。従って、内燃機関の運転状態によっては、内燃機関がＴＤＣに達する以前に、ＭＢＴ区間の開始時期となり、マスク時間が満了してしまう場合がある。しかしながら、熱電離イオン電流ピーク値が発生する時期、すなわち、シリンダ内の燃焼圧が最大値に達する時期は、ＴＤＣ後の例えばＡＴＤＣ１５°ＣＡ付近である。

このため、上述したように、内燃機関がＴＤＣに達する以前に、マスク時間が満了した場合、ＴＤＣ検出時をＭＢＴ区間の開始時期とすることにより、ノイズ等によるイオン電流のピーク値を誤って検出する機会を減少することができる。

（第２変形例）
また、上述した実施形態では、個々のＡ／Ｄ変換結果を比較部２１にて対比することにより、最小Ａ／Ｄ値を求めていたが、所定個数のＡ／Ｄ変換結果の移動平均値を算出し、この移動平均値の最小値を求めるようにしても良い。この場合、図６に示すように、比較部２１の入力側に、所定個数（例えば８個）のＡ／Ｄ変換結果の移動平均値を算出する移動平均値算出部２７を設ける。

この移動平均値算出部２７を設けることにより、例えば図７の波形図に示すように、ＭＢＴ区間においてスパイクノイズによるイオン電流波形の歪みが生じても、ノイズによるピーク値は瞬間的に生じるだけであるため、移動平均値に対する影響度を小さく抑えることができる。

ここで、スパイクノイズ等のノイズ信号は、点火コイル１２の二次低圧側の回路構成（具体的には、二次側の浮遊容量とインダクタンス等からなるＬＣ共振回路）を介してイオン電流に重畳するため、ノイズ周波数は、点火コイル１２のＬＣ共振周波数になる。よって、ノイズ周期は、点火コイル１２のＬＣ共振周期にほぼ一致する。このようなノイズを除去するフィルタとして、上述したような移動平均値を算出する移動平均フィルタを用いることにより、上述したノイズを確実に除去できる。

なお、移動平均フィルタを通したときのゲインＧは、以下の数式１によって示される。

従って、点火コイル１２のＬＣ共振周波数ｆと、移動平均個数とＡ／Ｄ変換サンプリング間隔の乗算結果τとにより、減衰率を任意に設定可能となる。

また、このように、移動平均値を用いることにより、実際のピーク位置（最小Ａ／Ｄ位置）からの応答遅れは、（Ａ／Ｄ変換サンプリング間隔×所定個数）÷２により簡単に算出できるので、ピーク位置（最小Ａ／Ｄ位置）算出のための補正演算を容易に行うことができる。

なお、移動平均値算出部２７を設ける場合、その移動平均値の算出が終了した時点で、比較部２１に比較を行わせる必要があるため、比較部２１の出力側にアンド回路２８を設け、その一方の入力端に比較部２１の出力結果を入力するとともに、他方の入力端に、移動平均値算出部２７からの移動平均値の算出終了信号を入力するようにしている。

（第３変形例）
さらに、マスク時間の満了後のＭＢＴ区間の開始時期を、図８に示すような手法によって設定するようにしても良い。図８に示す例では、マスク時間の満了後に、イオン電流値を反転したＡ／Ｄ値が、所定の閾値Ｖｔｈ以上となった状態が第２のマスク時間Ｔｍｓｋ２以上継続した時点を、ＭＢＴ区間の開始時期として設定する。

第２のマスク時間Ｔｍｓｋ２は、スパイクノイズ等のノイズによってイオン電流波形が変化する期間より長くなるように設定される。これにより、図８に示すように、マスク時間Ｔｍｓｋ経過後にノイズが発生しても、そのノイズによるイオン電流ピーク値（最小Ａ／Ｄ値）を検出することを防止できる。

また、上述した実施形態では、イオン電流を反転してから、Ａ／Ｄ変換を行って、熱電離イオン電流ピーク値に相当する最小Ａ／Ｄ値等を検出した。しかしながら、そのような反転処理は任意であり、イオン電流を反転することなく、Ａ／Ｄ変換等の処理を行ってもよいことは勿論である。

本発明の実施形態による点火タイミング制御装置の全体構成を示すブロック図である。 図１に示されるピークホールド回路１７の詳細な回路構成を示す回路構成図である。 マイコン１０において実施される点火タイミング制御処理を示すフローチャートである。 図３のフローチャートによる点火タイミング制御による作用を説明するための波形図である。 第１変形例を説明するための波形図である。 第２変形例の構成を示す回路構成図である。 第２変形例における作用を説明するための波形図である。 第３変形例を説明するための波形図である。

符号の説明

１０ マイコン
１１ 駆動回路
１２ 点火コイル
１３ 点火プラグ
１４ イオン電流検出回路
１５ 反転回路
１６ Ａ／Ｄ変換回路
１７ ピークホールド回路

Claims (8)

1. 内燃機関の燃焼室に設けられた点火プラグと、
   前記点火プラグに接続された点火コイルと、
   燃料の燃焼時に、前記点火プラグの対向電極間を通じて流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
   前記イオン電流検出手段によって検出されたイオン電流をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、
   前記Ａ／Ｄ変換手段によってＡ／Ｄ変換されたイオン電流値の中で、ピーク値となるイオン電流値を検出するピーク値検出手段と、
   前記ピーク値検出手段によって検出されるイオン電流値のピーク値の発生時期であるピーク位置を検出するピーク位置検出手段と、
   前記ピーク位置検出手段によって検出されたピーク位置に基づいて、点火タイミングを制御する点火タイミング制御手段と、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて、点火タイミング直後の初期火炎によるイオン電流ピーク値の発生時期よりも遅れて、前記ピーク値検出手段がピーク値となるイオン電流値の検出を開始するように、前記点火タイミングから、前記ピーク値検出手段がピーク値となるイオン電流値の検出を開始するまでのマスク時間を設定するマスク時間設定手段とを備え、
   前記ピーク値検出手段は、前記マスク時間設定手段が設定したマスク時間が経過した後に得られるイオン電流値の中で、ピーク値となるイオン電流値を検出することを特徴とする点火タイミング制御装置。
2. 前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記内燃機関の単位クランク角度当たりのＡ／Ｄ変換回数を一定とするように、前記内燃機関の回転速度に応じて、前記イオン電流をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換サンプリング周期を変更するものであって、
   前記ピーク位置検出手段は、前記点火タイミングからイオン電流値がピーク値となるまでのＡ／Ｄ変換回数から、前記ピーク位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の点火タイミング制御装置。
3. 前記Ａ／Ｄ変換手段は、一定のＡ／Ｄ変換サンプリング周期に従って、前記イオン電流をＡ／Ｄ変換するものであって、
   前記ピーク位置検出手段は、前記点火タイミングからイオン電流値がピーク値となるまでのＡ／Ｄ変換回数、及び前記内燃機関の回転速度に基づいて、前記ピーク位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の点火タイミング制御装置。
4. 前記ピーク値検出手段によって検出されたピーク値となるイオン電流値に基づいて、当該イオン電流値が異常か否かを判定する異常判定手段を備え、
   前記点火タイミング制御手段は、ピーク値となるイオン電流値が前記異常判定手段により正常と判定された時のみ、そのイオン電流値の発生時期であるピーク位置に基づいて、点火タイミングを制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の点火タイミング制御装置。
5. 前記異常判定手段は、過去のピーク値を記憶するピーク値記憶手段を備え、当該過去のピーク値に対する差異に基づいて、前記イオン電流値が異常か否かを判定することを特徴とする請求項４に記載の点火タイミング制御装置。
6. 前記内燃機関の圧縮上死点を検出する圧縮上死点検出手段を備え、
   前記ピーク値検出手段は、前記内燃機関が圧縮上死点に達する以前に、前記マスク時間が経過した場合、前記内燃機関が圧縮上死点に達したときから、ピーク値となるイオン電流値の検出を開始することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の点火タイミング制御装置。
7. 前記マスク時間設定手段が設定したマスク時間の経過後に、前記イオン電流値が所定の閾値以上となった状態が所定時間継続したか否かを判定する判定手段を設け、
   前記ピーク値検出手段は、前記判定手段によって前記イオン電流値が所定の閾値以上となった状態が所定時間継続したと判定されたときに、ピーク値となるイオン電流値の検出を開始することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の点火タイミング制御装置。
8. 前記ピーク値検出手段は、所定個数のイオン電流値の移動平均値を算出する移動平均手段を備え、当該移動平均値のピーク値を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の点火タイミング制御装置。

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