JPH0548410B2 - - Google Patents

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JPH0548410B2
JPH0548410B2 JP59246756A JP24675684A JPH0548410B2 JP H0548410 B2 JPH0548410 B2 JP H0548410B2 JP 59246756 A JP59246756 A JP 59246756A JP 24675684 A JP24675684 A JP 24675684A JP H0548410 B2 JPH0548410 B2 JP H0548410B2
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JP
Japan
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flame
sensor
ion
insulator
ion probe
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JP59246756A
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JPS61124829A (en
Inventor
Kozo Amano
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication of JPH0548410B2 publication Critical patent/JPH0548410B2/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/02Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Testing Of Engines (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、内燃機関の点火時期を最高回転出力
が得られる時点に設定させるための燃焼状況チエ
ツク手段としての、点火プラグによる着火焔がシ
リンダ内の特定位置にまで到達する時期を検知す
るための火炎面センサに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention is a combustion condition checking means for setting the ignition timing of an internal combustion engine to the point at which maximum rotational output is obtained. This invention relates to a flame front sensor for detecting when a flame reaches a specific position within a flame.

[従来の技術] 内燃機関の燃焼効率つまり単位消費燃料当りの
発生回転トルクを最大限にまで高めるためには、
ピストンがその圧縮工程の特定位置の占めた時
に、別言すればクランク角が特定角度に達した時
に点火を行う必要がある。このような点火時期の
制御手段としては、シリンダ内に圧力センサを設
け、検出圧力がピーク値に達した時にクランク角
が特定角度に合致するように、電子回路を用いて
制御する方法がすでに開発されている。また別の
方法としては特開昭57−99271に開示された如き、
シリンダ内の点火プラグから隔たつた位置に点火
によつて発生した火焔が到達するまでの時間を測
るためのイオンローブを設け、この火焔到達時に
クランク角が前記の特定クランク角度となるよう
に電子回路によつて燃焼装置を制御する方法も考
えられている。
[Prior Art] In order to maximize the combustion efficiency of an internal combustion engine, that is, the rotational torque generated per unit of fuel consumed,
It is necessary to ignite when the piston occupies a specific position during its compression stroke, or in other words, when the crank angle reaches a specific angle. As a means of controlling the ignition timing, a method has already been developed in which a pressure sensor is installed inside the cylinder, and an electronic circuit is used to control the crank angle so that it matches a specific angle when the detected pressure reaches a peak value. has been done. Another method is as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-99271,
An ion lobe is installed in the cylinder at a distance from the spark plug to measure the time it takes for the flame generated by ignition to reach the cylinder. A method of controlling the combustion device by means of a circuit has also been considered.

[発明が解決しようとする問題点] 前項に記した従来の技術のうち、圧力センサを
使用する方法は、必要とする検知精度を保ちなが
ら、しかもシリンダ内に設置しても支障をきたさ
ない程度に充分小さい圧力ピツクアツプを製作す
ることが困難であつた。また後者のイオンプロー
ブを使用する方法では、イオンプローブがカーボ
ンの付着などによつて絶縁性が低下してくると、
燃焼制御の精度が悪化ないしは制御不能に陥る難
点があつた。
[Problems to be solved by the invention] Among the conventional techniques described in the previous section, the method using a pressure sensor maintains the required detection accuracy and can be installed in a cylinder without causing any problems. It has been difficult to fabricate a pressure pickup small enough for this purpose. In addition, in the latter method using an ion probe, if the insulation properties of the ion probe deteriorate due to carbon adhesion, etc.
There was a problem that the accuracy of combustion control deteriorated or it became uncontrollable.

本発明は、内燃機関の最適点火時期を判断する
ためのシリンダ内の燃焼状況の検知手段として
の、従来のイオンプローブが作動信頼性に欠けて
いた難点を解決すると共に、より高い精度をもつ
て火焔到達を検知することのできる火炎面センサ
を提供することを目的とする。
The present invention solves the problem of the lack of operational reliability of conventional ion probes as a means of detecting combustion conditions in cylinders for determining the optimal ignition timing of internal combustion engines, and also provides higher accuracy. An object of the present invention is to provide a flame surface sensor that can detect the arrival of flame.

[問題点を解決するための手段] 上記の目的を達成するためにこの発明は、内燃
機関の燃焼室内に設けられ、点火プラグによる着
火焔中のイオンをとらえることによつて火焔の到
達を検知するためのイオンプローブであつて、先
端部を除いて絶縁体によつて被覆された棒状中心
電極と、前記絶縁体に外嵌されセンサの取付用金
具として機能する外側電極とを組み合わせてな
り、 前記絶縁体に、前記棒状中心電極を加熱すると
ともに、該絶縁体表面に付着したカーボンを焼失
させる加熱用ヒータを埋設した構成を採用した。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, this invention is provided in the combustion chamber of an internal combustion engine, and detects the arrival of flame by capturing ions in the ignition flame by a spark plug. An ion probe for detecting a sensor, which is composed of a rod-shaped center electrode covered with an insulator except for the tip, and an outer electrode that is fitted around the insulator and functions as a mounting bracket for the sensor, A configuration was adopted in which a heating heater was embedded in the insulator to heat the rod-shaped center electrode and burn off carbon attached to the surface of the insulator.

[発明の作用、効果] 上記の如き構成からなる火炎面センサのイオン
プローブに、3〜8KVといつた高いパルス電圧
を印加した時、点火プラグによつて着火されて発
生した混合気の燃焼火焔がイオンプローブに達し
ていれば、火焔内に生じた帯電粒子のイオンが、
イオンプローブの先端の電極間隙に浸入し、電極
間に放電が発生する。そこでこの放電の有無を検
知することによつて火焔面がイオンプローブに到
達したことを検知できる。したがつて、従来のイ
オンプローブが火焔内に生ずるエネルギー水準の
低いイオンの発生量を検知する方法によつていた
ので、イオンプローブが汚れるなどして絶縁性の
低下をきたした場合には、急激にその機能が低下
してしまつたのに対して、本発明の火炎面センサ
は、イオンプローブに高圧のパルス電圧を印加
し、電極間にイオンが存在した場合に生ずる電気
エネルギー水準の高い放電電流をとらえることに
よつて間接的にイオンの存在、したがつて火焔面
の到達を感知するようになつているので、イオン
プローブとしての感度が極めて高く、イオンプロ
ーブがカーボンの付着などによつて多少絶縁性に
低下をきたしたくらいではその機能がそこなわれ
ることがない。のみならず、本発明の火炎面セン
サには絶縁体の加熱用ヒータが組込まれているの
で、例えば低外気温、エンジン始動時ないしは低
速走行、そして高空燃比といつた悪条件が重なつ
てカーボン粒を始めとする未燃成分が最も濃厚に
排出されやすい、そして火炎面センサの動きが最
も期待される時期に、その汚損による機能の大巾
低下ないし喪失を招くという重大な不都合を避け
ることができる。この加熱用ヒータは付着カーボ
ンを焼失させ、また低温時に加熱用ヒータにより
冷えた中心電極を加熱することによつてイオンの
存在を検出させるべき火炎が消炎させられてしま
うことを予防する効果を奏する。
[Operations and Effects of the Invention] When a high pulse voltage of 3 to 8 KV is applied to the ion probe of the flame surface sensor configured as described above, the combustion flame of the air-fuel mixture is ignited by the spark plug. If the ion probe reaches the ion probe, the ions of the charged particles generated within the flame will
It penetrates into the gap between the electrodes at the tip of the ion probe, and a discharge occurs between the electrodes. By detecting the presence or absence of this discharge, it is possible to detect that the flame surface has reached the ion probe. Therefore, since conventional ion probes rely on a method of detecting the amount of low-energy ions generated within the flame, if the ion probe becomes dirty and its insulation deteriorates, In contrast, the flame front sensor of the present invention applies a high pulse voltage to the ion probe, and generates a discharge current with a high electrical energy level when ions are present between the electrodes. The presence of ions, and therefore the arrival of the flame surface, is indirectly detected by capturing the ions, so the sensitivity of the ion probe is extremely high. Even if the insulation property deteriorates, the function will not be impaired. In addition, since the flame surface sensor of the present invention has a built-in heater for heating the insulator, it is possible to prevent the carbon from burning under adverse conditions such as low outside temperature, engine startup or low speed driving, and high air-fuel ratio. It is possible to avoid the serious inconvenience of causing a significant decline or loss of functionality due to contamination at the time when unburned components such as particles are most likely to be discharged in the highest concentration and when the movement of the flame surface sensor is most expected. can. This heater has the effect of burning out the adhering carbon and also preventing the flame that should be used to detect the presence of ions from being extinguished by heating the cold center electrode with the heater at low temperatures. .

[実施例] 本発明の火炎面センサを付図に示す実施例に基
づいて以下に説明する。
[Example] The flame front sensor of the present invention will be described below based on an example shown in the accompanying drawings.

第1図は本発明の火炎面センサの中心線上半部
を断面で示した側面図であつて、1はクロム、マ
ンガン、シリコンなどを少量混入したニツケル基
合金で作られた棒状中心電極、2は中心電極1を
被覆する高純度アルミナ、窒化珪素などのセラミ
ツク材からなる筒状絶縁体、3は鉄系金属製の主
体部分がナツト状をなし、外側電極としての役目
も兼ねるセンサの取付用金具、3aはセンサ取付
用ネジ部、4は取付用金具3を筒状絶縁体2に外
嵌させた状態で固定させるための円筒状嵌合子、
5は取付用金具3と嵌合子4との間に充填された
シール材、6は金属製の保護外筒、7と8は絶縁
体2に取付けられた絶縁体加熱用ヒータの電源配
線、9は保護外筒6の開口端を封止するグロメツ
トである。
FIG. 1 is a cross-sectional side view of the upper half of the flame front sensor of the present invention along the center line, in which 1 is a rod-shaped center electrode made of a nickel-based alloy mixed with a small amount of chromium, manganese, silicon, etc.; 3 is a cylindrical insulator made of a ceramic material such as high-purity alumina or silicon nitride that covers the center electrode 1, and 3 is a nut-shaped main body made of iron-based metal, and is used for mounting a sensor that also serves as an outer electrode. metal fittings; 3a is a threaded part for mounting the sensor; 4 is a cylindrical fitting for fixing the mounting fitting 3 in a state where it is fitted onto the cylindrical insulator 2;
5 is a sealing material filled between the mounting bracket 3 and the fitting 4; 6 is a metal protective outer cylinder; 7 and 8 are power supply wiring for the insulator heating heater attached to the insulator 2; 9 is a grommet that seals the open end of the protective outer cylinder 6.

第2図は第1図の左端側部分の拡大側断面図で
あつて、10は絶縁体2の加熱用ヒータであり、
11はヒータ10を覆う電気絶縁材層であつて、
セラミツク粉末の被着焼結法あるいはシート状絶
縁材の巻付け法、その他の公知技術を活用して形
成させる。ヒータ10は筒状絶縁体2の外周面に
電気伝導度の低いタングステンやモリブデンなど
の金属の粉末を主剤とする導電性組成物をヒータ
パターンに直接転写し、または絶縁性フイルム材
にパターンを印刷したものを巻付け、ないしは同
種の金属からなるフイラメントを二重巻付けして
形成される。あるいは電気絶縁材層11を形成さ
せる際に、W、Mo、Ptなどの高融点金属線を同
時埋設させる方法をとつてもよい。
FIG. 2 is an enlarged side sectional view of the left end side portion of FIG. 1, and 10 is a heater for heating the insulator 2;
11 is an electrical insulating material layer covering the heater 10,
It is formed using a ceramic powder deposition sintering method, a sheet-shaped insulating material wrapping method, or other known techniques. The heater 10 is constructed by directly transferring a conductive composition containing powder of a metal such as tungsten or molybdenum, which has low electrical conductivity, onto the outer peripheral surface of the cylindrical insulator 2 onto a heater pattern, or by printing a pattern on an insulating film material. It is formed by winding a filament made of the same type of metal, or by winding a filament made of the same type of metal twice. Alternatively, when forming the electrical insulating material layer 11, a method may be used in which wires of high melting point metal such as W, Mo, or Pt are simultaneously buried.

第3図は本発明の第2実施態様としての火炎面
センサの中心線上半部を断面で示した側面図であ
つて、基本構造においては第1図に描かれた第1
実施態様のそれと共通している。相違点はセンサ
の取付用金具の機能を兼ねる外側電極3の、この
図では左側の端部を筒状絶縁体2との間に狭い空
隙が存在するような状態のもとに筒状をなして延
長させ(図中の3b部分)てあり、その先端面は
棒状中心電極1の先端面よりわずかに突出してこ
の両電極の先端部間にイオンギヤツプaが形成さ
れていることである。
FIG. 3 is a side view showing a cross section of the upper half of the flame surface sensor according to the second embodiment of the present invention along the center line.
This is common to the embodiment. The difference is that the outer electrode 3, which also serves as the sensor mounting bracket, has a cylindrical shape with a narrow gap between the left end and the cylindrical insulator 2 in this figure. The distal end surface thereof slightly protrudes from the distal end surface of the rod-shaped central electrode 1, and an ion gap a is formed between the distal ends of both electrodes.

第4図は本発明の火炎面センサとクランク角セ
ンサとが組込まれた自動車エンジンのシリンダ側
断面図を含むエンジンの燃焼制御回路図であつ
て、Aはエンジンのシリンダヘツド、Bは点火プ
ラグ、20は本発明の火炎面センサとしてのイオ
ンプローブであり、Cはピストンロツド、Dはク
ランクシヤフト、EはクランクシヤフトDに取付
けられたクランク角検出用回転盤、25はクラン
ク角センサである。21はイオンプローブ20に
パルス電圧を印加させるための発振回路、22は
そのドライブ回路である。23は火炎面センサの
両電極間に生じた放電電流の検出回路であり、放
電発生回数のカウント回路が含まれている。
FIG. 4 is an engine combustion control circuit diagram including a cylinder side sectional view of an automobile engine incorporating the flame surface sensor and crank angle sensor of the present invention, in which A is the cylinder head of the engine, B is a spark plug, 20 is an ion probe as a flame surface sensor of the present invention, C is a piston rod, D is a crankshaft, E is a rotary disk for crank angle detection attached to crankshaft D, and 25 is a crank angle sensor. 21 is an oscillation circuit for applying a pulse voltage to the ion probe 20, and 22 is a drive circuit thereof. 23 is a detection circuit for the discharge current generated between both electrodes of the flame surface sensor, and includes a circuit for counting the number of times discharge occurs.

24は分析回路であつて、クランク角センサ2
5の制御回路26および検出回路23からの入力
を受け入れる。27は点火信号処理回路、28は
点火プラグBへのデイストリビユータである。2
9はエンジン排気の再循環システム用の信号比較
回路、30は燃料インジエクタ、31は排ガス循
環量の調節用バルブ、Fはインレツトパイプ、G
はエキゾースタパイプである。
24 is an analysis circuit, which includes a crank angle sensor 2.
Inputs from the control circuit 26 and detection circuit 23 of No. 5 are accepted. 27 is an ignition signal processing circuit, and 28 is a distributor to spark plug B. 2
9 is a signal comparison circuit for the engine exhaust recirculation system, 30 is a fuel injector, 31 is a valve for adjusting the amount of exhaust gas circulation, F is an inlet pipe, G
is the exhaust pipe.

つぎに本発明の火炎面センサの作動について説
明する。エンジンのシリンダヘツドAの内壁面
に、点火プラグBと対抗するように、且つ一定の
距離を隔て前記の第3図に示された構造を有する
イオンプローブ20を取付け、絶縁体加熱用ヒー
タ10の電源配線7および8を通電制御用装置を
介して車載バツテリ電源に接続し、中心電極1の
先端部近傍を付着カーボンの焼却可能温度である
約600℃にまで加熱する。ヒータ10への通電は、
カーボン粒が特に生じやすい運転条件、例えば外
気が設定温度以下の時、低速走行時、空燃比の大
きい時、あるいは排気中の煙センサの煙検出レベ
ルが高まつた時などに限つて行われるように上記
の制御装置をセツトすればよい。また中心電極1
の端子には発振回路21からのパルス巾1〜
5μsec、電圧3〜8KVのパルス電圧を印加する。
イオンプローブ20の両電極間の放電開始電圧は
8KV以上となるようにあらかじめ設定されてい
る。従つてシリンダ内に放電を助ける電荷が存在
しない限り、イオンプローブ20にパルス電圧を
印加しても電極間に放電が起こることはない。
今、点火プラグBに通電し混合気の着火によつて
火炎が発生すると、この火炎内には帯電粒子(以
下イオンという)が発生する。点火プラグBの位
置で生じた火炎は次第に周囲に存在する混合気に
伝播し成長して、対向位置にあるイオンプローブ
20の両電極間にもイオンが浸入してくる。そし
てある程度イオン濃度が高まると、今までは電極
間ギヤツプが0.7mm内外のイオンプローブの場合、
8KVの電圧を加えても起こらなかつた放電が、
イオンの仲立ちによつて3KV内外の比較的低い
電圧でも始まるようになる。従つてイオンが存在
しない状態のもとで、放電開始電圧よりも低い電
圧をイオンプローブ20に加えることによつて放
電が起こつたとすれば、これももつて点火プラグ
Bの位置で生じた混合気の火炎がイオンプローブ
20に到達したものと判断することができる。し
かしシリンダ内における混合気の燃焼効率を最高
水準に維持し続けるための燃焼制御のいわば指標
として、火炎前面がイオンプローブ20に到達し
た時期をとらえるためには、運転条件が一定の場
合でも該時期がばらつくため、その平均を求める
必要がある。そこでセンサの電極にパルス巾1〜
5μsecといつた極めて短い単一パルス電圧を特定
時期に印加する方法をとることによつて、パルス
電圧の発生時に放電の起こる確率が1/2の場合に、
前記特定時期を火炎面到達時期として明確にとら
えることができる。
Next, the operation of the flame surface sensor of the present invention will be explained. The ion probe 20 having the structure shown in FIG. The power supply wirings 7 and 8 are connected to an on-vehicle battery power supply via an energization control device, and the vicinity of the tip of the center electrode 1 is heated to about 600° C., which is the temperature at which the deposited carbon can be incinerated. The power supply to the heater 10 is as follows.
This is done only under operating conditions where carbon particles are particularly likely to form, such as when the outside air temperature is below the set temperature, when driving at low speeds, when the air-fuel ratio is high, or when the smoke detection level of the smoke sensor in the exhaust is high. The above control device can be set to Also, the center electrode 1
The terminal has a pulse width of 1 to 1 from the oscillation circuit 21.
Apply a pulse voltage of 3 to 8 KV for 5 μsec.
The discharge starting voltage between both electrodes of the ion probe 20 is
It is preset to be 8KV or higher. Therefore, even if a pulse voltage is applied to the ion probe 20, no discharge will occur between the electrodes unless there is an electric charge in the cylinder that helps the discharge.
Now, when the spark plug B is energized and a flame is generated by igniting the air-fuel mixture, charged particles (hereinafter referred to as ions) are generated within the flame. The flame generated at the position of the spark plug B gradually propagates into the surrounding air-fuel mixture and grows, and ions also enter between the two electrodes of the ion probe 20 located at the opposing position. When the ion concentration increases to a certain extent, in the case of ion probes with an interelectrode gap of around 0.7 mm,
The discharge that did not occur even when a voltage of 8KV was applied,
Due to the mediation of ions, it is possible to start even at a relatively low voltage of around 3KV. Therefore, if a discharge occurs by applying a voltage lower than the discharge starting voltage to the ion probe 20 in the absence of ions, this also means that the mixture generated at the position of the spark plug B It can be determined that the flame has reached the ion probe 20. However, in order to determine when the flame front reaches the ion probe 20 as an indicator of combustion control to maintain the combustion efficiency of the air-fuel mixture in the cylinder at the highest level, even if the operating conditions are constant, it is necessary to Since the values vary, it is necessary to find the average. Therefore, the pulse width of 1 to 1 is applied to the sensor electrode.
By applying a very short single pulse voltage of 5 μsec at a specific time, if the probability of a discharge occurring when the pulse voltage is generated is 1/2,
The specific time can be clearly understood as the time when the flame surface is reached.

パルス電圧の特性としては、出力インピーダン
スを0.05MΩ程度に設定すれば、イオンプローブ
20の絶縁抵抗がカーボンの付着などによつて経
時的に0.1MΩ程度まで劣化したとしても、放電
を起させる上で支障をきたすことはない。一方、
従来の電極間に流れるイオン電流をとらえる方式
のイオンプローブでは、車両の走行速度が40Km/
hと比較的低速の場合を想定して、300Vの電圧
下で火炎内のイオン抵抗値を測定すると100MΩ
前後となり、この程度の抵抗変化を検出するため
には、イオンプローブの絶縁抵抗が数100MΩ以
上である必要がある。低速から高速に到るすべて
の運転条件のもとでこの要求を満たすことは、イ
オンプローブの形状や構造の工夫のみによつては
極めて困難である。
As for the characteristics of the pulse voltage, if the output impedance is set to about 0.05MΩ, even if the insulation resistance of the ion probe 20 deteriorates to about 0.1MΩ over time due to carbon deposition, etc., it will be sufficient to cause a discharge. It will not cause any trouble. on the other hand,
With conventional ion probes that capture the ion current flowing between electrodes, vehicle speeds are limited to 40km/h.
Assuming a relatively slow speed, the ionic resistance inside the flame is measured at 300V and is 100MΩ.
In order to detect this degree of resistance change, the insulation resistance of the ion probe must be several hundred MΩ or more. It is extremely difficult to satisfy this requirement under all operating conditions from low speeds to high speeds only by devising the shape and structure of the ion probe.

またパルス巾については1〜5μsecに設定すれ
ば、クランクシヤフトDの回転数が600rpmの場
合にも、各パルス発生周期ごとのクランク回転角
は(5×10-6/10×10-3)×360=0.18゜となり充分
なクランク角変位の検出精度を保つことができ
る。運転条件が一定状態に保たれている場合で
も、火炎面到達時期はある程度はばらつくが、そ
の分布は正規分布とみなしてさしつかえなく、σ
はクランク角にして5゜前後である。そして火炎到
達後、クランクの回転角度にして少なくとも10゜
回転する間は火炎が持続しイオンが存在している
ので、上記のようにパルス電圧をイオンプローブ
に印加することによつて、このパルス電圧に対応
した放電が起こる確率が1/2に達した時期を求め
るようにすれば、そのときの運転条件のもとで火
炎到達時間の平均値を求めることができる。
Furthermore, if the pulse width is set to 1 to 5 μsec, even if the rotation speed of crankshaft D is 600 rpm, the crank rotation angle for each pulse generation period will be (5 × 10 -6 /10 × 10 -3 ) × 360=0.18°, and sufficient accuracy in detecting crank angle displacement can be maintained. Even if the operating conditions are kept constant, the timing of reaching the flame front will vary to some extent, but the distribution can be regarded as normal distribution, and σ
is around 5 degrees in terms of crank angle. After reaching the flame, the flame continues and ions are present until the crank rotates at least 10 degrees, so by applying a pulse voltage to the ion probe as described above, the pulse voltage By finding the time when the probability of a discharge corresponding to 1 reaches 1/2, it is possible to find the average value of the flame arrival time under the operating conditions at that time.

次に本発明の火炎面センサによつてエンジンの
燃焼制御を行う方法について第4図を参照しなが
ら説明すると、発振回路21で発生させたパルス
巾1〜5μsec、電圧3〜8KVのパルス電圧はドラ
イブ回路22を経てイオンプローブ20の中心電
極1に印加されると、既述の如く点火プラグB位
置で発生した火炎の前面がイオンプローブ20に
到達するその電極1と3bの間のイオンギヤツプ
a部で放電が始まるので、この放電電流は発振回
路21で生じたパルス信号と共に検出回路23へ
入力される。そして確率が1/2に到達した時点を
イオンプローブ20への火炎面の到達時期として
とらえ、分析回路24にこのことを報知する。分
析回路24にはクランク角センサ25によつて検
出されたクランクの位置情報がクランク角センサ
の制御回路26を経て送入されているので、火炎
面到達時点にクランク位置、別言すればクランク
角、そしてこのクランク角によつて規定されるシ
リンダ内のピストン位置がエンジンの燃焼効率を
最高に保つための最適位置にあつたが否かがチエ
ツクされ、もし最適位置からずれていれば、この
ずれを修正すべく点火信号処理回路27に情報を
伝達し、この回路で判断された点火時期に基づい
てデイストリビユータ28が点火プラグBに放電
電流を分配する。一方、分析回路24への入力は
信号比較回路29にも届けられ、ここで燃料イン
ジエクタ30の制御指令が発せられると共に、排
ガス再循環システムが組込まれている場合は、排
ガス還流量調節用バルブ31の開度制御も行われ
る。
Next, a method for controlling engine combustion using the flame front sensor of the present invention will be explained with reference to FIG. When the voltage is applied to the center electrode 1 of the ion probe 20 via the drive circuit 22, the front side of the flame generated at the spark plug B position reaches the ion gap a portion between the electrodes 1 and 3b, as described above, and reaches the ion probe 20. Since the discharge starts at , this discharge current is input to the detection circuit 23 together with the pulse signal generated by the oscillation circuit 21 . Then, the time when the probability reaches 1/2 is taken as the time when the flame surface reaches the ion probe 20, and this is notified to the analysis circuit 24. Since the crank position information detected by the crank angle sensor 25 is sent to the analysis circuit 24 via the crank angle sensor control circuit 26, the crank position, or in other words, the crank angle, is determined when the flame reaches the flame surface. Then, it is checked whether the piston position in the cylinder defined by this crank angle is at the optimum position to maintain the maximum combustion efficiency of the engine, and if it deviates from the optimum position, this deviation is Information is transmitted to the ignition signal processing circuit 27 to correct the ignition timing, and the distributor 28 distributes the discharge current to the ignition plug B based on the ignition timing determined by this circuit. On the other hand, the input to the analysis circuit 24 is also delivered to the signal comparison circuit 29, where a control command for the fuel injector 30 is issued, and if an exhaust gas recirculation system is installed, the exhaust gas recirculation amount adjustment valve 31 is Opening control is also performed.

第1図に示された実施例の電極構成を有するイ
オンプローブの場合には、イオンプローブ20の
中心電極1の先端面とシリンダヘツドAの内壁面
との間に、第3図に示されたイオンギヤツプaに
相応するイオンギヤツプが形成されるようにその
取付場所を設定する。この場合、外側電極3はシ
リンダヘツドAを構成する壁面と導通状態にあ
る。
In the case of an ion probe having the electrode configuration of the embodiment shown in FIG. 1, the electrode shown in FIG. The mounting location is set so that an ion gap corresponding to ion gap a is formed. In this case, the outer electrode 3 is in electrical continuity with the wall surface constituting the cylinder head A.

第5図に、中心電極1の温度とイオン電流検出
感度との関係を示す。加熱用ヒータ10に10ボル
ト前後の電圧で通電すると、検出されるイオン電
流ピーク値は2〜3倍程度増加し、イオン電流検
出精度が向上できることが分かる。これにより、
エンジンの冷間始動時などのイオンプローブ20
の中心電極1の温度が低いとき、加熱ヒータ10
に通電することによりイオン電流の検出が正確に
できる。
FIG. 5 shows the relationship between the temperature of the center electrode 1 and the ion current detection sensitivity. It can be seen that when the heater 10 is energized at a voltage of about 10 volts, the detected ion current peak value increases by about 2 to 3 times, and the ion current detection accuracy can be improved. This results in
Ion probe 20 for cold engine starts, etc.
When the temperature of the center electrode 1 is low, the heater 10
By applying current to the ion current, the ionic current can be detected accurately.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の火炎面センサの中心上半部を
断面で示した側面図、第2図は第1図の左端部分
の拡大側断面図、第3図は本発明の第2実施態様
を第1図と同様にして描いた側面図、そして第4
図は本発明になる火炎面センサとクランク角セン
サとが組込まれた自動車エンジンの燃焼制御回路
図、第5図は中心電極の温度とイオン電流検出感
度との関係を示すグラフである。 図中、1……棒状中心電極、2……筒状絶縁
体、3……外側電極兼センサ取付け用金具、7,
8……ヒータ、10……加熱用ヒータ。
FIG. 1 is a side view showing the center upper half of the flame surface sensor of the present invention in cross section, FIG. 2 is an enlarged side sectional view of the left end portion of FIG. 1, and FIG. 3 is a second embodiment of the present invention. A side view drawn in the same way as Figure 1, and Figure 4.
The figure is a combustion control circuit diagram of an automobile engine incorporating the flame front sensor and crank angle sensor according to the present invention, and FIG. 5 is a graph showing the relationship between the temperature of the center electrode and the ion current detection sensitivity. In the figure, 1...rod-shaped center electrode, 2...cylindrical insulator, 3...outer electrode/sensor mounting bracket, 7,
8... Heater, 10... Heater for heating.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 内燃機関の燃焼室内に設けられ、点火プラグ
による着火焔中のイオンをとらえることによつて
火焔の到達を検知するためのイオンプローブであ
つて、先端部を除いて絶縁体によつて被覆された
棒状中心電極と、前記絶縁体に外嵌されセンサの
取付用金具として機能する外側電極とを組み合わ
せてなり、 前記絶縁体に、前記棒状中心電極を加熱すると
ともに、該絶縁体表面に付着したカーボンを焼失
させる加熱用ヒータを埋設したことを特徴とする
火炎面センサ。
[Scope of Claims] 1. An ion probe installed in the combustion chamber of an internal combustion engine for detecting the arrival of flame by capturing ions in the flame ignited by a spark plug, which is insulated except for the tip. A rod-shaped center electrode covered by a body and an outer electrode fitted onto the insulator and functioning as a mounting bracket for the sensor are combined, and the rod-shaped center electrode is heated to the insulator and the A flame surface sensor characterized by having a heater embedded therein to burn out carbon attached to the surface of an insulator.
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