以下、本発明の一実施形態を、図面を参� ��して説明する。

 この実施形態のガソリンエンジン100は、� ��変バルブタイミング機構30を装備している� �ンジンで、予混合圧縮着火を実施するため� �、圧縮比を通常の火花着火のみを実施する� �ンジンに比べて高くしてある。そしてこの� �うな圧縮比の設定以外は、可変バルブタイ� �ング機構30を備える通常の火花着火式のエン ジンと同じである。

 具体的には、図1に1気筒の構成を概略的� �示したガソリンエンジン100は、自動車用の3� ��筒のもので、その吸気系1には図示しないア クセルペダルに応動して開閉するスロットル バルブ2が配設され、その下流側にはサージ� �ンク3が設けられ、サージタンク3からの吸入 空気は吸気ポート10及び吸気バルブ37を介し� �シリンダ38内に吸入される。この吸気系1に� �、スロットルバルブ2を迂回する迂回路であ� ��バイパス通路1aが設けてあり、そのバイパ� �通路1aにはバイパス通路1aを通過する空気量� ��制御するための流量制御バルブ1bが設けて� �る。この流量制御バルブ1bは、主としてエン ジンのアイドル回転制御を実行する際に制御 される。サージタンク3に連通する吸気系1の� ��気マニホルド4のシリンダヘッド側の端部近 傍には、さらにインジェクタ5が設けてあり� �このインジェクタ5を、電子制御装置6により 制御するようにしている。また、排気系20に� ��、燃焼室から排気弁36を介して排出された� �気ガス中の酸素濃度を測定するためのO2 セ� ��サ21が、図示しないマフラに至るまで管路� �配設された三元触媒22の上流の位置に取り付 けられている。

 可変バルブタイミング機構30は、例えば� �動オイルにより作動する機械式のもので、� �子制御装置6と協働して、排気弁36と吸気弁37 とのそれぞれの開閉時期を独立して制御でき るものである。すなわち、電子制御装置6が� �力する信号により、作動オイルが制御され� �作動するものである可変バルブタイミング� �構30は、排気弁36及び吸気弁37を全開にする� �動中心を進角及び遅角するとともに、排気� �36及び吸気弁37の作動角度を制御するもので� ��る。可変バルブタイミング機構30は、火花� �火の際には排気弁36と吸気弁37との開成期間� ��重なり合うように排気弁36と吸気弁37とを制 御し、予混合圧縮着火の際には、排気行程か ら吸気行程に移行する間に、ピストン39が排� ��上死点近傍に位置する所定期間、排気弁36� �吸気弁37とを閉じるように制御する。以下の 説明において、前述の所定期間を負のオーバ ーラップ期間と称する。

 可変バルブタイミング機構30とともにガ� �リンエンジン100の運転を制御する電子制御� �置6は、中央演算装置7と、記憶装置8と、入� �インターフェース9と、出力インターフェー� ��11とを具備してなるマイクロコンピュータ� �ステムを主体に構成されている。その入力� �ンターフェース9には、エンジン回転数NEを� �出するための回転数センサ14から出力される 回転数信号b、クランクセンサ41から出力され るクランク角度信号m、タイミングセンサ42か ら出力される吸気カム信号n、スロットルバ� �ブ2の開度(スロットル開度)を検出するため� �スロットル開度センサ16から出力される開度 信号d、ガソリンエンジン100の冷却水温を検� �するための水温センサ17から出力される水温 信号e、上記したO2 センサ21から出力される� �圧信号h等が入力される。一方、出力インタ� ��フェース11からは、インジェクタ5に対して� ��料噴射信号fたる駆動パルスINJが、また火花 着火の実施に際してスパークプラグ18に対し� ��点火信号たる通電信号gが出力されるように なっている。

 点火プラグ18には、イオン電流を検出す� �ために、イオン電流検出回路60が接続される とともに、点火コイル61a、ダイオード61b、ス イッチングトランジスタ61cを備える点火回路 61が接続される。イオン電流検出回路60は、� �火回路61に通電信号gが入力されて、その通� �信号により点火コイルに逆起電力が発生し� �点火プラグ18に点火用の高電圧が印加される 場合に、その逆起電力で充電されるコンデン サを備え、その充電されたコンデンサをイオ ン電流検出用電圧の電源としてイオン電流を 検出するための抵抗及び電圧センサを備える ものである。したがって、予混合圧縮着火の 場合であっても通電信号gが点火回路61に対し て出力されるものであるが、後述するように 、通電信号gにより点火プラグ18に高電圧が印 加されるタイミングが、燃料噴射タイミング より前であることや、予混合圧縮着火実施時 の混合気の空燃比が高いことから、燃焼が始 まることはない。

 この実施形態においては、図2に示すよう に、イオン電流検出回路60は、火花着火と予� ��合圧縮着火との場合で、異なる電圧値のイ� ��ン電流検出用電圧を発生させる構成である� ��そして、予混合圧縮着火を実施する場合に� ��けるイオン電流検出用電圧を、火花着火を� ��施する場合におけるものより高く設定して� ��る。このようなイオン電流検出回路60は、� �花着火実施時のための第一検出回路62、予混 合圧縮着火実施時のための第二検出回路63、� ��び第一検出回路62と第二検出回路63との点火 プラグ18への接続を切り替える切替回路64を� �えて、電子制御装置6に接続される。

 第一検出回路62は、切替回路64に直列に接 続される印加電圧設定用の第一ツェナーダイ オード62aと、第一ツェナーダイオード62aのア ノードに直列に接続されるゲイン設定用の第 一抵抗62bと、第一抵抗62bに並列に接続される イオン電流検出用の第一電圧センサ62cと、第 一ツェナーダイオード62aに並列に接続されて 点火コイル61aに発生する逆起電力により充電 され、第一検出用電圧を発生させる第一コン デンサ62dとを備えている。第一ツェナーダイ オード62aのツェナー電圧は、火花点火を実施 する際のイオン電流検出において点火プラグ 18に印加する第一検出用電圧を規定するもの� ��ある。

 第二検出回路63は、同様に、切替回路64に 直列に接続される印加電圧設定用の第二ツェ ナーダイオード63aと、第二ツェナーダイオー ド63aのアノードに直列に接続されるゲイン設 定用の第二抵抗63bと、第二抵抗63bに並列に接 続されるイオン電流検出用の第二電圧センサ 63cと、第二ツェナーダイオード63aに並列に接 続されて点火コイル61aに発生する逆起電力に より充電され、第二検出用電圧を発生させる 第二コンデンサ63dとを備えている。第二ツェ ナーダイオード63aのツェナー電圧は、第一ツ ェナーダイオード62aのツェナー電圧より高く 設定してある。すなわちこの第二ツェナーダ イオード63aのツェナー電圧は、イオン電流を 検出するに際して印加する第二検出用電圧を 規定するもので、予混合圧縮着火における混 合気の空燃比において、イオン電流が検出可 能なレベルになるものであれば特に限定され るものではなく、具体的には例えば800V~3kVの� ��囲に含まれるものであればよい。又、第二� ��抗63bは、第一抵抗62bより抵抗値を高くして� ��り、イオン電流の検出感度を高くしてある� ��

 切替回路64は、リレーにより構成される� �ので、リレーは、第一検出回路62を点火プラ グ18に接続する第一ブレーク接点64a、第一電� ��センサ62cの出力をイオン電流出力端65に導� �第二ブレーク接点64b、第二検出回路63を点火 プラグ18に接続する第一メーク接点64c、第二� ��圧センサ63cの出力をイオン電流出力端65に� �く第二メーク接点64d、及びコイル64eを備え� �いる。そして、この切替回路64に、電子制御 装置6から出力される切替信号が、予混合圧� �着火を実施する場合に入力されると、コイ� �64eが通電されることによって、第一及び第� �メーク接点64c、64dがオンして第一及び第二� �レーク接点64a、64bがオフする。したがって� �第二検出回路63が点火プラグ18及び点火回路6 1に接続されるものとなる。

 イオン電流検出回路60は、点火回路61に通 電信号gが印加され、通電信号gが消滅するタ� ��ミングで逆起電圧が生じて、その逆起電力� ��それぞれのツェナー電圧を超えた時点で、� ��替回路64の作動に応じてコンデンサ62d、63d� �れぞれが充電される。充電されたコンデン� �62d、63dは、イオン電流検出時に電源として� �オン電流検出用電圧を発生させるものであ� �。そして、点火プラグ18の電極間にイオン電 流が流れることによりそれぞれの抵抗62b、63b に電流が流れ、その電流に応じた電圧が電圧 センサ62c、63cにより検出されることにより、 イオン電流が検出される。

 電子制御装置6には、スロットル開度セン サ16から出力される開度信号dと回転数センサ 14から出力される回転数信号bとを主な情報と し、ガソリンエンジン100の運転状態に応じて 決まる各種の補正係数で基本噴射時間すなわ ち基本噴射量を補正してインジェクタ開成時 間である最終噴射時間すなわち燃料噴射量を 決定し、その決定された時間によりインジェ クタ5を制御して、ガソリンエンジン100の運� �状態に応じた燃料噴射量をインジェクタ5か� ��吸気系1に噴射するためのプログラムが内蔵 してある。また電子制御装置6は、エンジン� �転数及び負荷(スロットル開度)により規定さ れる運転状態により火花着火と予混合圧縮着 火とを切り替えて、予混合圧縮着火における 排気弁36と吸気弁37との開閉時期を制御する� �ので、予混合圧縮着火を実施する時には、� �火プラグの近くに燃料が到達するよりも前� �イオン電流検出用電圧を生成するための高� �圧を点火プラグ18に印加するプログラムが内 蔵してある。

 また、電子制御装置6は、火花着火及び予 混合圧縮着火を個別に実施する場合にイオン 電流を検出するイオン電流検出プログラムが 格納してある。図3を交えて、この実施形態� �おけるイオン電流を検出する場合の制御手� �を説明する。

 まず、ステップS1において、エンジン回� �数NEを回転数センサ14から出力される回転数� ��号bに基づいて検出する。次に、ステップS2� ��おいて、スロットル開度センサ16から出力� �れる開度信号dに基づいてスロットル開度TA� �検出し、検出したスロットル開度TAに基づい て要求負荷を算出する。

 ステップS3では、火花着火か否かを判定� �る。この判定は、例えばエンジン回転数及� �負荷により運転状態を判定し、その判定結� �に基づいて例えばフラグを設定しておき、� �のフラグの状態を確認することにより、火� �着火の実施か予混合圧縮着火の実施かを判� �するものである。

 ステップS3において、火花着火を実施す� �と判定した場合は、ステップS4にて、検出し たエンジン回転数NE、要求負荷、水温、吸気� ��に基づいて、適合マップにより、燃料噴射� ��、燃料噴射時期、カム作用角と位相(吸排気 弁の開閉タイミング)及び点火時期θigを算出� ��る。

 ステップS3において、予混合圧縮着火を� �施すると判定した場合は、ステップS5におい て、ステップS4と同様に、検出したエンジン� ��転数NE、要求負荷、水温、吸気温に基づい� �、適合マップにより、燃料噴射量、燃料噴� �時期、及びカム作用角と位相(吸排気弁の開� ��タイミング)を算出する。予混合圧縮着火の 実施の場合は、ステップS6において、ステッ� ��S5にて算出した燃料噴射時期に基づいて、� �料噴射時期θinjより前で、かつ、負のオーバ ーラップ期間内の可能な限り上死点に近いタ イミングに、点火時期θigを決定する。これ� �、放電が始まる電圧が、筒内圧が高くなる� �したがって高くなる、言い換えれば筒内圧� �高くなるほど電圧を高くしても放電がしに� �くなるためで、負のオーバーラップ期間内� �あっては、上死点において筒内圧が最高に� �る。したがって、イオン電流検出用電圧を� �くするためには、上死点に近いタイミング� �好ましいものとなる。

 ステップS7では、イオン電流を検出する� �イオン電流が点火プラグ18に流れると、その 時の電流値に応じて、電圧センサ62c、63cが電 圧を出力するので、その電圧値によりイオン 電流を検出するものである。なお、このイオ ン電流の検出に先立って、火花着火の実施時 においてはステップS4、予混合圧縮着火の実� ��時においてはステップS5において算出した� �料噴射時期に算出した燃料噴射量の燃料を� �射して、混合気の燃焼を生じさせるもので� �る。

 このような構成において、予混合圧縮着� ��を実施する場合は、ステップS1~ステップS3� �及びステップS5~ステップS7を実行して、イオ ン電流を検出する。この場合に、イオン電流 検出用電圧を生成するための高電圧を点火プ ラグ18に印加するための点火時期θigは、図4� �示すように、負のオーバーラップ期間内に� �って、燃料が噴射される前のタイミングに� �定される。すなわち、点火時期θigを燃料噴� ��期間θinjより前に決定して、そのタイミン� �で点火回路61の点火コイル61aに通電信号18を� ��加すると、通常の点火の場合と同様に、点� ��プラグ18に高電圧が印加される。ところが� �この点火時期θigにおいては燃料が点火プラ� ��18の近傍に達していない。したがって、点� �プラグ18に点火時期θigにおいて通電信号gに� ��づいて点火コイル61aに通電しても、通電に� ��る点火プラグ18周辺に熱が発生しても、燃� �が始まることがない。

 加えて、負のオーバーラップ期間内は、� ��気弁36及び吸気弁37が閉じているので、筒内 圧が上昇している。このように、筒内圧が高 い状態であると、点火プラグ18に高電圧を印� ��しても、筒内圧が低い場合のような放電が� ��じない。したがって、着火することはなく� ��よって燃焼が始まることがない。

 このため、イオン電流を検出するために� ��イオン電流検出用電圧を生成するための高� ��圧を点火プラグ18に印加しても、燃焼は起� �らないため、イオン電流検出用電圧を高く� �ることができる。その結果、混合気の空燃� �が高くとも、イオン電流の電流値を大きく� �ることができ、イオン電流の検出精度を高� �することができる。しかも、望まないタイ� �ングでの、本来の燃焼でない燃焼を防止す� �ことができるので、予混合圧縮着火を実施� �る場合の、着火時期の制御の精度を向上さ� �ることができ、予混合圧縮着火の着火タイ� �ングで開始される燃焼の際に、確実にイオ� �電流を検出することができる。加えて、イ� �ン電流を確実に検出できるので、検出した� �オン電流から、燃焼状態を精度よく判断す� �ことができる。その結果、トルク変動や、� �焼異常に起因するエンジンの損傷を未然に� �止でき、エミッションの低下を抑制するこ� �ができる。

 なお、本発明は、上記実施形態に限定さ� ��るものではない。上記実施形態においては� ��負のオーバーラップ期間内に点火時期θigを 設定するものを説明したが、吸気ポートに燃 料を噴射するガソリンエンジンにおいては、 吸気弁37が開く直前もしくはほぼ同時であっ� ��もよい。つまり、ポート噴射式のガソリン� ��ンジンにおいては、燃料が噴射されるタイ� ��ングと、噴射された燃料が点火プラグ18に� �するタイミングとの間に、時間差が生じる� �で、最も遅くは、吸気弁37の開弁タイミング とほぼ同時であってもよい。

 また上記実施形態においては、燃料を吸� ��ポートに噴射するものを説明したが、シリ� ��ダ38内に直接噴射する筒内燃料噴射式のガ� �リンエンジンであってもよい。この場合に� �いても、燃料噴射時期θinjより前に点火時期 θigを設定しているので、噴射された燃料が� �火プラグ18の近傍に達する前に点火プラグ18� ��高電圧が印加されることになる。しかも、� ��火プラグ18に高電圧が印加されるタイミン� �は、点火時期θigが負のオーバーラップ期間� ��であるので、シリンダ38の内部圧力が高く� �っている時である。

 したがって、筒内燃料噴射式のガソリン� ��ンジンであっても、予混合圧縮着火を実施� ��る場合に、確実にイオン電流を検出するこ� ��ができる。

 その他、各部の具体的構成についても上� ��実施形態に限られるものではなく、本発明� ��趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能で� ��る。