JPH10321343A - 異常燃焼検出点火プラグ - Google Patents
異常燃焼検出点火プラグInfo
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- JPH10321343A JPH10321343A JP13198697A JP13198697A JPH10321343A JP H10321343 A JPH10321343 A JP H10321343A JP 13198697 A JP13198697 A JP 13198697A JP 13198697 A JP13198697 A JP 13198697A JP H10321343 A JPH10321343 A JP H10321343A
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- JP
- Japan
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- abnormal combustion
- spark plug
- knock
- piezoelectric effect
- insulator
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- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
- Spark Plugs (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 現状の点火プラグと同等の高い信頼性を有
し、新たにリード線や別付けのノックセンサの必要が無
く、コストの低減を図ることができる異常燃焼検出点火
プラグを提供する。 【解決手段】 点火プラグ８の絶縁体４の材質を圧電効
果のある絶縁材料としているので、極めて簡単な構成で
現状の点火プラグと同等の高い信頼性を有し、新たにリ
ード線や別付けのノックセンサの必要が無く、コストの
低減を図ることができる異常燃焼検出点火プラグ８を提
供することができる。
し、新たにリード線や別付けのノックセンサの必要が無
く、コストの低減を図ることができる異常燃焼検出点火
プラグを提供する。 【解決手段】 点火プラグ８の絶縁体４の材質を圧電効
果のある絶縁材料としているので、極めて簡単な構成で
現状の点火プラグと同等の高い信頼性を有し、新たにリ
ード線や別付けのノックセンサの必要が無く、コストの
低減を図ることができる異常燃焼検出点火プラグ８を提
供することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、簡便な方法で異常
燃焼であるノッキングの検出が可能な点火プラグに関す
るものである。
燃焼であるノッキングの検出が可能な点火プラグに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】ガソリン式内燃機関では、ノッキング
（以下「ノック」と言う。）と呼ばれる異常燃焼が知ら
れている。ノックはピストンの焼き付きや焼損等の内燃
機関破損の原因となるため、ノックを精度良く検出する
技術が必要である。図２は本発明の異常燃焼検出点火プ
ラグ８を内燃機関に装着した時のノックの発生状態を示
す内燃機関の横断面図である。
（以下「ノック」と言う。）と呼ばれる異常燃焼が知ら
れている。ノックはピストンの焼き付きや焼損等の内燃
機関破損の原因となるため、ノックを精度良く検出する
技術が必要である。図２は本発明の異常燃焼検出点火プ
ラグ８を内燃機関に装着した時のノックの発生状態を示
す内燃機関の横断面図である。
【０００３】ノックの発生原因としては諸説があるが、
一般的には火花点火式機関のノックは図２に示すような
端ガスの自然発火説が有力である。すなわち、点火後燃
焼が進む際にシリンダ末端に残る未燃焼ガス（これを端
ガスという。）が燃焼の進行に伴い急速に圧縮され、温
度が高まり、その部分の小さな高温点がきっかけとな
り、例えば図２に示すノック１の場所で自然発火するこ
とがある。この際の火炎伝播速度は、通常の燃焼速度に
比べてはるかに大きい。そのため、燃焼室末端の未燃焼
ガスという偏った部分に瞬間的に大きな圧力上昇が生
じ、これが音速でシリンダ内を往復するため、ノック音
として聞こえる。
一般的には火花点火式機関のノックは図２に示すような
端ガスの自然発火説が有力である。すなわち、点火後燃
焼が進む際にシリンダ末端に残る未燃焼ガス（これを端
ガスという。）が燃焼の進行に伴い急速に圧縮され、温
度が高まり、その部分の小さな高温点がきっかけとな
り、例えば図２に示すノック１の場所で自然発火するこ
とがある。この際の火炎伝播速度は、通常の燃焼速度に
比べてはるかに大きい。そのため、燃焼室末端の未燃焼
ガスという偏った部分に瞬間的に大きな圧力上昇が生
じ、これが音速でシリンダ内を往復するため、ノック音
として聞こえる。
【０００４】ノックが起こるとピストン、シリンダ、シ
リンダヘッド等に衝撃力が作用して、各部材に損傷を与
えるが、更に燃焼ガスからシリンダ、ピストン等への熱
伝達が異常に高まり、最悪の場合には焼き付きや焼損を
起こして内燃機関を破壊させてしまうこともある。図３
は横軸にクランクアングル、縦軸に筒内圧力をとった時
の筒内圧力変化を正常燃焼時２とノック振動３が発生し
ている時について比較して示したグラフである。筒内圧
力曲線は図３に示すように正常燃焼時２では見られない
圧力振動がノック振動３として現れている。
リンダヘッド等に衝撃力が作用して、各部材に損傷を与
えるが、更に燃焼ガスからシリンダ、ピストン等への熱
伝達が異常に高まり、最悪の場合には焼き付きや焼損を
起こして内燃機関を破壊させてしまうこともある。図３
は横軸にクランクアングル、縦軸に筒内圧力をとった時
の筒内圧力変化を正常燃焼時２とノック振動３が発生し
ている時について比較して示したグラフである。筒内圧
力曲線は図３に示すように正常燃焼時２では見られない
圧力振動がノック振動３として現れている。
【０００５】このため、従来ノックを検出するものとし
て、エンジンブロックに装着してノックを検出するノッ
クセンサ、点火プラグの座金部に圧電材料を組み込み、
ノックを検出する筒内圧センサ等がある。しかしなが
ら、前記ノックセンサでは、該センサを新たに取り付け
る必要があるためにコストアップにつながる。また、取
付場所の影響も大きく、取付位置を厳選する必要があ
る。
て、エンジンブロックに装着してノックを検出するノッ
クセンサ、点火プラグの座金部に圧電材料を組み込み、
ノックを検出する筒内圧センサ等がある。しかしなが
ら、前記ノックセンサでは、該センサを新たに取り付け
る必要があるためにコストアップにつながる。また、取
付場所の影響も大きく、取付位置を厳選する必要があ
る。
【０００６】次いで、前記筒内圧センサでは、座金部に
筒内圧センサを組み込むため、点火プラグの締付けトル
クの管理が困難なことや、点火用のハイテンションコー
ドの他にセンサ用のリード線の取付が必要となり、また
断線や点火ノイズの影響があり、信頼性の低下につなが
る。更には、センサ本体とリード線の取付によるコスト
アップの問題がある。
筒内圧センサを組み込むため、点火プラグの締付けトル
クの管理が困難なことや、点火用のハイテンションコー
ドの他にセンサ用のリード線の取付が必要となり、また
断線や点火ノイズの影響があり、信頼性の低下につなが
る。更には、センサ本体とリード線の取付によるコスト
アップの問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、現状の点火
プラグと同等の高い信頼性を有し、新たにリード線や別
付けのノックセンサの必要が無く、コストの低減を図る
ことができる異常燃焼検出点火プラグを提供することを
目的としている。
プラグと同等の高い信頼性を有し、新たにリード線や別
付けのノックセンサの必要が無く、コストの低減を図る
ことができる異常燃焼検出点火プラグを提供することを
目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、請求項１〜請求項６に記載の構成を採用す
る。請求項１の構成によれば、点火プラグの絶縁体の材
質を圧電効果のある絶縁材料としているので、極めて簡
単な構成で現状の点火プラグと同等の高い信頼性を有
し、新たにリード線や別付けのノックセンサの必要が無
く、コストの低減を図ることができる異常燃焼検出点火
プラグを提供することができる。
するために、請求項１〜請求項６に記載の構成を採用す
る。請求項１の構成によれば、点火プラグの絶縁体の材
質を圧電効果のある絶縁材料としているので、極めて簡
単な構成で現状の点火プラグと同等の高い信頼性を有
し、新たにリード線や別付けのノックセンサの必要が無
く、コストの低減を図ることができる異常燃焼検出点火
プラグを提供することができる。
【０００９】また、請求項２〜請求項６の構成によれ
ば、点火プラグの絶縁体の材質を圧電効果の高い材質と
しているので、大きな出力電圧が得られ高い精度でノッ
キングを検出することのできる異常燃焼検出点火プラグ
を提供することができる。
ば、点火プラグの絶縁体の材質を圧電効果の高い材質と
しているので、大きな出力電圧が得られ高い精度でノッ
キングを検出することのできる異常燃焼検出点火プラグ
を提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態の異常燃
焼検出点火プラグの構成を示す、中心軸に沿った横断面
図である。図１に示す中心電極１と、外部電極２と結合
されたハウジング３と、中心電極１とハウジング３とを
電気的に絶縁する絶縁体４によって構成される火花点火
プラグにおいて、絶縁体４の材料として圧電効果を有す
る材料を用いることにより、火花点火プラグの装着され
る内燃機関の異常燃焼を検出する。
焼検出点火プラグの構成を示す、中心軸に沿った横断面
図である。図１に示す中心電極１と、外部電極２と結合
されたハウジング３と、中心電極１とハウジング３とを
電気的に絶縁する絶縁体４によって構成される火花点火
プラグにおいて、絶縁体４の材料として圧電効果を有す
る材料を用いることにより、火花点火プラグの装着され
る内燃機関の異常燃焼を検出する。
【００１１】本発明の実施形態で用いる圧電効果を有す
る材料としては、水晶を主成分とした材料、またはロッ
シェル塩等の水溶性結晶を主成分とした材料、またはチ
タン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3 ）や、チタン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）等の圧電性多結晶セラミックス材料、またはＬｉＴ
ａＯ3 、ＬｉＮｂＯ3 等の圧電性単結晶セラミックス材
料、または前述の材料のうち少なくとも２つ以上の材料
を組合わせた複合体材料が用いられる。
る材料としては、水晶を主成分とした材料、またはロッ
シェル塩等の水溶性結晶を主成分とした材料、またはチ
タン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3 ）や、チタン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）等の圧電性多結晶セラミックス材料、またはＬｉＴ
ａＯ3 、ＬｉＮｂＯ3 等の圧電性単結晶セラミックス材
料、または前述の材料のうち少なくとも２つ以上の材料
を組合わせた複合体材料が用いられる。
【００１２】このように構成された異常燃焼検出点火プ
ラグにおいて、内燃機関の異常燃焼によりノック振動が
発生すると、ノック振動による衝撃力Ｆが圧電効果を有
する絶縁体４によって電気信号に変換される。図４は圧
電効果を利用した本発明の実施形態の異常燃焼検出点火
プラグ８に関するもので、（Ａ）は異常燃焼検出点火プ
ラグ８にノック振動３による衝撃力Ｆがかかる様子を示
す中心軸に沿った横断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示す構成
をモデル化したモデル図、（Ｃ）はハイテンションコー
ド７にかかる電圧Ｖをバンドパスフィルタを通した後の
ノック振動に対応した電圧変動を示すタイムチャートで
ある。
ラグにおいて、内燃機関の異常燃焼によりノック振動が
発生すると、ノック振動による衝撃力Ｆが圧電効果を有
する絶縁体４によって電気信号に変換される。図４は圧
電効果を利用した本発明の実施形態の異常燃焼検出点火
プラグ８に関するもので、（Ａ）は異常燃焼検出点火プ
ラグ８にノック振動３による衝撃力Ｆがかかる様子を示
す中心軸に沿った横断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示す構成
をモデル化したモデル図、（Ｃ）はハイテンションコー
ド７にかかる電圧Ｖをバンドパスフィルタを通した後の
ノック振動に対応した電圧変動を示すタイムチャートで
ある。
【００１３】圧電効果を有する絶縁体４は、図４（Ａ）
に示すように衝撃力Ｆを受けると、図４（Ｂ）に示すよ
うに結晶内部の分極９により、両極に電圧Ｖが発生す
る。また、絶縁体４はノック振動の大きさ、時間変化に
対応して電圧Ｖが変化するため、ノックを精度良く検出
できる。電圧Ｖは点火プラグ８のハイテンションコード
等を通してバンドパスフィルタを通った後に図４（Ｃ）
に示す様な信号がＥＣＵに送られる。この時、電圧Ｖが
ノック振動レベルである時は、ＥＣＵから点火プラグ８
に点火遅角信号を送り、点火時期を制御する。
に示すように衝撃力Ｆを受けると、図４（Ｂ）に示すよ
うに結晶内部の分極９により、両極に電圧Ｖが発生す
る。また、絶縁体４はノック振動の大きさ、時間変化に
対応して電圧Ｖが変化するため、ノックを精度良く検出
できる。電圧Ｖは点火プラグ８のハイテンションコード
等を通してバンドパスフィルタを通った後に図４（Ｃ）
に示す様な信号がＥＣＵに送られる。この時、電圧Ｖが
ノック振動レベルである時は、ＥＣＵから点火プラグ８
に点火遅角信号を送り、点火時期を制御する。
【００１４】図５は本発明の実施形態の異常燃焼検出点
火プラグ８を用いてのノックが発生しないように点火時
期を制御する場合のフローチャートを示す。ガソリン式
内燃機関において、運転中に例えば図２に示すようにノ
ックによりノック振動が発生したとき（図５のステップ
５０１）、図４（Ａ）に示すようにノック振動３による
衝撃Ｆが異常燃焼検出点火プラグ８に伝わると、圧電効
果を有する絶縁体４はこのノック振動による衝撃力Ｆを
電圧Ｖに変換する。この時図４（Ｂ）に示すように圧電
効果を有する絶縁体４はノック振動による衝撃力Ｆの大
きさに比例した電圧Ｖを発生し、ノック振動を検出する
（図５のステップ５０２）。
火プラグ８を用いてのノックが発生しないように点火時
期を制御する場合のフローチャートを示す。ガソリン式
内燃機関において、運転中に例えば図２に示すようにノ
ックによりノック振動が発生したとき（図５のステップ
５０１）、図４（Ａ）に示すようにノック振動３による
衝撃Ｆが異常燃焼検出点火プラグ８に伝わると、圧電効
果を有する絶縁体４はこのノック振動による衝撃力Ｆを
電圧Ｖに変換する。この時図４（Ｂ）に示すように圧電
効果を有する絶縁体４はノック振動による衝撃力Ｆの大
きさに比例した電圧Ｖを発生し、ノック振動を検出する
（図５のステップ５０２）。
【００１５】図６は本発明の実施形態の異常燃焼検出プ
ラグ８を用いてノックが発生しないように点火時期を制
御する場合のブロック図を示す。図６に示すようにＥＣ
Ｕ１１では異常燃焼検出点火プラグ８の出力電圧Ｖがハ
イテンションコード等を通してバンドパスフィルタを通
った後にＥＣＵ１１に送られ、ノックの判定が行われ、
あらかじめ設定した電圧ＶKnock よりも大きな電圧Ｖの
ときノックであると判断する（図５のステップ５０
３）。
ラグ８を用いてノックが発生しないように点火時期を制
御する場合のブロック図を示す。図６に示すようにＥＣ
Ｕ１１では異常燃焼検出点火プラグ８の出力電圧Ｖがハ
イテンションコード等を通してバンドパスフィルタを通
った後にＥＣＵ１１に送られ、ノックの判定が行われ、
あらかじめ設定した電圧ＶKnock よりも大きな電圧Ｖの
ときノックであると判断する（図５のステップ５０
３）。
【００１６】Ｖ≧ＶKnock のとき、ＥＣＵは電圧Ｖの大
きさに応じて、すなわちノック振動の大きさに応じて点
火信号を遅角させる。すなわちα＝α（Ｖ）（図５のス
テップ５０４）。そして遅角させた点火信号を点火プラ
グ８に送り点火させる（図５のステップ５０５）。これ
により、ノック発生を回避でき、内燃機関は正常燃焼を
維持しながら運転できる。
きさに応じて、すなわちノック振動の大きさに応じて点
火信号を遅角させる。すなわちα＝α（Ｖ）（図５のス
テップ５０４）。そして遅角させた点火信号を点火プラ
グ８に送り点火させる（図５のステップ５０５）。これ
により、ノック発生を回避でき、内燃機関は正常燃焼を
維持しながら運転できる。
【００１７】なお、本発明の異常燃焼検出点火プラグ
は、筒内圧力センサとして利用してもよい。
は、筒内圧力センサとして利用してもよい。
【図１】本発明の実施形態の異常燃焼検出点火プラグの
構成を示す、中心軸に沿った横断面図である。
構成を示す、中心軸に沿った横断面図である。
【図２】本発明の異常燃焼検出点火プラグ８を内燃機関
に装着した時のノックの発生状態を示す内燃機関の横断
面図である。
に装着した時のノックの発生状態を示す内燃機関の横断
面図である。
【図３】横軸にクランクアングル、縦軸に筒内圧力をと
った時の筒内圧力変化を正常燃焼時２とノック振動３が
発生している時について比較して示したグラフである。
った時の筒内圧力変化を正常燃焼時２とノック振動３が
発生している時について比較して示したグラフである。
【図４】圧電効果を利用した本発明の実施形態の異常燃
焼検出点火プラグ８に関するもので、（Ａ）は異常燃焼
検出点火プラグ８にノック振動３による衝撃力Ｆがかか
る様子を示す中心軸に沿った横断面図、（Ｂ）は（Ａ）
に示す構成をモデル化したモデル図、（Ｃ）はハイテン
ションコード７にかかる電圧Ｖをバンドパスフィルタを
通した後のノック振動に対応した電圧変動を示すタイム
チャートである。
焼検出点火プラグ８に関するもので、（Ａ）は異常燃焼
検出点火プラグ８にノック振動３による衝撃力Ｆがかか
る様子を示す中心軸に沿った横断面図、（Ｂ）は（Ａ）
に示す構成をモデル化したモデル図、（Ｃ）はハイテン
ションコード７にかかる電圧Ｖをバンドパスフィルタを
通した後のノック振動に対応した電圧変動を示すタイム
チャートである。
【図５】本発明の実施形態の異常燃焼検出点火プラグ８
を用いてのノックが発生しないように点火時期を制御す
る場合のフローチャートを示す。
を用いてのノックが発生しないように点火時期を制御す
る場合のフローチャートを示す。
【図６】本発明の実施形態の異常燃焼検出プラグ８を用
いてノックが発生しないように点火時期を制御する場合
のブロック図を示す。
いてノックが発生しないように点火時期を制御する場合
のブロック図を示す。
１ 中心電極 ２ 外側電極 ３ ハウジング ４ 絶縁体 ８ 異常燃焼検出点火プラグ
Claims (6)
- 【請求項１】 導電性の中心電極と、導電性の外側電極
と結合されたハウジングと、前記中心電極と前記ハウジ
ングを電気的に絶縁する絶縁体によって構成される異常
燃焼検出点火プラグにおいて、前記絶縁体の材質を圧電
効果のある絶縁材料としたことを特徴とする異常燃焼検
出点火プラグ。 - 【請求項２】 圧電効果のある絶縁材料として、水晶を
主成分とした材料を用いることを特徴とする請求項１に
記載の異常燃焼検出点火プラグ。 - 【請求項３】 圧電効果のある絶縁材料として、ロッシ
ェル塩等の水溶性結晶を主成分とした材料を用いること
を特徴とする請求項１に記載の異常燃焼検出点火プラ
グ。 - 【請求項４】 圧電効果のある絶縁材料として、チタン
酸バリウム（ＢａＴｉＯ3 ）や、チタン酸鉛（ＰＺＴ）
等の圧電性多結晶セラミックス材料を用いることを特徴
とする請求項１に記載の異常燃焼検出点火プラグ。 - 【請求項５】 圧電効果のある絶縁材料として、ＬｉＴ
ａＯ3 、ＬｉＮｂＯ 3 等の圧電性単結晶セラミックス材
料を用いることを特徴とする請求項１に記載の異常燃焼
検出点火プラグ。 - 【請求項６】 圧電効果のある絶縁材料として、請求項
２〜請求項６に記した材料の少なくとも２つ以上の材料
を組み合わせた複合体の材料を用いることを特徴とする
請求項１に記載の異常燃焼検出点火プラグ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13198697A JPH10321343A (ja) | 1997-05-22 | 1997-05-22 | 異常燃焼検出点火プラグ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13198697A JPH10321343A (ja) | 1997-05-22 | 1997-05-22 | 異常燃焼検出点火プラグ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10321343A true JPH10321343A (ja) | 1998-12-04 |
Family
ID=15070889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13198697A Withdrawn JPH10321343A (ja) | 1997-05-22 | 1997-05-22 | 異常燃焼検出点火プラグ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10321343A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009133683A1 (ja) * | 2008-04-28 | 2009-11-05 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
-
1997
- 1997-05-22 JP JP13198697A patent/JPH10321343A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009133683A1 (ja) * | 2008-04-28 | 2009-11-05 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
| US8242672B2 (en) | 2008-04-28 | 2012-08-14 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Spark plug having a fixation assisting member for the insulator |
| JP5238803B2 (ja) * | 2008-04-28 | 2013-07-17 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040803 |