JPS6189981A - 暴走プレイグニツシヨン検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、エンジンの暴走プレイグニツシヨンを検出
する装置に関するものである。

〔従来の技術〕

エンジンにおいて暴走プレイグニツシヨンが発生すると
、エンジンを破損させてしまう。従って、エンジンの開
発に当たっては、絶対に暴走プレイグニツシヨンを発生
させないエンジンを設計しなければならない。

暴走プレイグニツシヨンの発生には、点火プラグの特性
やエンジンの運転特性、特に点火進角度が大きな影響を
及ぼすことが知られている。このため、エンジンへの点
火プラグの適合性を評価する際には、各点火プラグ装着
時における暴走プレイグニツシヨンの発生進角度を調べ
る必要がある。

また、エンジンの最大進角度の決定に際しても、どれだ
けの進角度で、暴走プレイグニツシヨンが発生するかを
調べる必要がある。

従来、暴走プレイグニツシヨンは、次のようにして検出
されている。

（１）、エンジンの出力、トルクの低下を検出する方法
。

（２）、燃焼室壁温の急上昇を検出する方法。

（３）、イオンギャップにより点火前に発生した火炎を
検出する方法。

（１）は、暴走プレイグニツシヨンが発生すると、エン
ジンの出力、トルクが低下することから、その現象を検
出して暴走プレイグニツシヨンの発生とみなす方法。

（２１は、暴走プレイグニツシヨンが発生すると、燃焼
室内の温度が急上昇することから、壁温の急上昇を検出
して、暴走プレイグニツシヨンの発生とみなす方法。

（３）は、第７図のように点火プラグ４０の電極間に電
源１２によって電位差を与えておき、その電極間に火炎
が到達したとき流れるイオン電流をダイオード１１を介
して検出し、そのイオン電流が点火時期より前に検出さ
れた場合に、プレイグニツシヨンと判定する方法。つま
り、コンデンサー３、抵抗１４によってイオン電流信号
（Ｃ）を取り出し、その信号（Ｃ）のうち、電源１５に
よって予め決められた所定レベル（Ｇ）を超える信号の
みを信号（Ｄ）として比較器１６によって抽出する。こ
の抽出された信号（Ｄ）は、サンプルゲート信号（Ｅ）
が論理レベル「ハイ」のとき開かれるアンドゲート１７
を介してプレイグニツシヨン信号（Ｆ）として出力され
る。

第８図は、第７図の各部の信号波形を示し、（Ａ）は点
火信号、（Ｂ）は点火プラグ４０の放電電流波形、（Ｃ
）はイオン電流信号である。イオン電流信号は、混合気
への着火、あるいはプレイグニツシヨンの発生に伴って
発生するが、プレイグニツシヨンによる場合は、点火プ
ラグ４０が放電されたときに一次的に発生しなくなる。

しかし、プレイグニツシヨンの検出には影響を与えない
。

（Ｄ）はイオン電流信号（Ｃ）のうち、レベル（Ｇ）を
超える信号のみを抽出して波形整形したちのである。（
Ｅ）はサンプルゲート信号であり、（Ｆ）はプレイグニ
ツシヨンの発生を表すプレイグニツシヨン信号で、サン
プルゲート信号（Ｅ）が「ハイ」のときの波形整形信号
（Ｄ）である。

〔発明が解決しようとする問題点３ 以上３つの検出方法のうち、（２）の方法の場合には、
燃焼室に温度センサを取り付けなければならないため実
施困難であり、（１）の方法の場合には、（２）の場合
のようにエンジンへの特別な加工、ＫＥ整を必要としな
いが、この方法によって暴走プレイグニツシヨンが検出
されたときには、エンジンが破損していることが多い。

また、（３）の方法は、プレイグニツシヨンは検出でき
ても、暴走プレイグニツシヨンは検出できない。

第９図は、（３）の方法によるプレイグニツシヨンの検
出時期を、（１）の方法による暴走プレイグニツシヨン
の検出時期と比較して示すもので、この図から明らかな
ように、エンジン回転数が低い間は、（３）の方法によ
っても、暴走プレイグニツシヨンを検出することができ
るが、エンジン回転数の高い状態では、暴走プレイグニ
ツシヨンを検出できないことがわかる。

従って、本発明の目的は、エンジンへの特別な加工、調
整を必要としないで、暴走プレイグニツシヨンを正確に
検出し、しかも、検出時にエンジンを破損しないように
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明は、上記（３）の方法によって検出され
るプレイグニツシヨンの頻度を求め、この頻度から暴走
プレイグニツシヨンを検出することを特徴とする。

具体的には、第１図に示すように、イオン電流検出器に
よって、点火前に発光する火炎を、イオンギャップを用
いてイオン電流として検出するとともに、点火検出器に
よって１１点火毎の信号を検出する。また、イオン電流
検出回数計数手段および点火回数計数手段では、これら
の検出器によってイオン電流あるいは点火毎の信号が検
出された回数をイオン電流検出回数あるいは点火回数と
して計数する。そして、頻度算出手段では、点火回数に
対するイオン電流検出回数の比率を、イオン電流検出頻
度として求め、判定手段では、イオン電流検出頻度が所
定値を超えているか否かを判定し、超えているとき暴走
プレイグニツシヨンと判定する。

〔作用〕

第２図には、暴走プレイグニツシヨンが発生した進角度
θｐ　’　ＢＴＤＣおよびそれより遅角側でのイオン電
流検出頻度を、種々のエンジン機種、運転条件で測定し
た結果の分布を示す。

これによると、θｐ−４”ＢＴＤＣからθｐ　’　ＢＴ
ＤＣまで点火時期が進むにつれてイオン電流検出頻度は
次第に増加していくが、θＩ）　−１’　ＢＴＤＣにお
いても、イオン電流検出頻度は最大１６％であり、暴走
プレイグニツシヨンが発生してエンジントルクが低下す
るθｐ　’　８ＴＤＣでの頻度８０〜１００％と大きな
差がある。

ここから、イオン電流検出頻度が１６％よりも大きく設
定された所定値を超えたことを検出することによって、
暴走プレイグニツシヨンを正確に検出できることが理解
できる。

また、第３図は、暴走プレイグニツシヨンが発生する進
角度θｐにおいて、点火時期を急に遅角させたときのイ
オン電流検出頻度の変化の様子を示す。

この結果、（ａｌの如（イオン電流検出頻度が６０％ま
での範囲ならば、点火時期を遅角したとき、それに合わ
せてイオン電流検出頻度も小さくすることができるが、
（ｂｌの如くイオン電流検出頻度が６０％を超えている
ときには、最早点火時期を遅角しても、イオン電流検出
頻度を小さくすることはできず、暴走プレイグニツシヨ
ンへと発展してしまい、やがてエンジンはトルク低下を
生じることがわかる。

従って、暴走プレイグニツシヨンと判定するためのイオ
ン電流検出頻度の所定値は、余り大きく設定することは
できない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によって説明する。

第４図は、本発明の一実施例のシステム構成図を示す。

この実施例は、４気筒エンジンの場合を示し、暴走プレ
イグニツシヨンが検出されるまでは、点火時期を所定角
度づつ進角し、暴走プレイグニツシヨンが検出された時
点で、そのときの点火時期および暴走プレイグニツシヨ
ン発生気筒を表示するとともに、暴走プレイグニツシヨ
ン発生警報を発し、さらに、点火時期を所定のベース進
角度まで戻す制御を行う。

ここで、１０は第７図で説明したのと同様のイオン電流
検出器であり、４０は点火プラグで、ここでは、イオン
ギャップを成す。イオン電流検出器１０には、タイミン
グパルス発生回路６０から第７図および第８図で説明し
たサンプルゲート信号が供給される。従って、イオン電
流検出器１０は、第７図および第８図で説明したプレイ
グニツシヨン信号を暴走プレイグニツシヨン判定回路３
０に送り込む。

また、第４図中、５０はクランク角センサであり、この
クランク角センサ５０は、クランクシャフト（図示せず
）と一体回転するように取り付けられたディスクロータ
５１と、このディスクロータ５１上に形成されたスリッ
トに対向して設けられたピックアップ５２とから成る。

ピンクアンプ５２は、公知のように、ディスクロータ５
１上のスリットに対応して検出信号を発生するものであ
り、その検出信号は、この場合、２種類あり、一方はク
ランクシャフトの１回転に１回発生し、他方は所定クラ
ンク角毎に発生するようにされている。そして、これら
の検出信号は、波形整形回路５３を介して暴走プレイグ
ニツシヨン判定回路３０およびタイミングパルス発生回
路６ｏに送り込まれる。

第４図中、７０は進角制御回路であり、この回路は、公
知のようにタイミングパルス発生回路６０からクランク
角に関する信号を受けてイグナイタへの通電信号を形成
するとともに、暴走プレイグニツシヨン判定回路３０か
らの信号によって点火時期、つまり、上記通電信号のオ
ンからオフへのタイミングを調整するようになっている
。

暴走プレイグニツシヨン判定回路３０は、マイクロコン
ピュータを中心に構成されており、暴走プレイグニツシ
ヨン判定回路３０では、イオン電流検出器１０からプレ
イグニツシヨン信号が送り込まれると、その信号の立ち
上がりを検出して、マイクロコンピュータに送り込むよ
うになっており、また、波形整形回路５３からのクラン
ク角信号は、７２０″ＣＡ毎の信号および１８０″ＣＡ
毎の信号に変換されてマイクロコンピュータに送す込ま
れるようになっている。

また、暴走プレ・イグニッション判定回路３ｏでは、進
角制御回路７０において求められたベース進角に関する
データを取り込んで、マイクロコンピュータ内のメモリ
に格納するようになっているとともに、マイクロコンピ
ュータにおける演算の結果、求められた進角度を進角制
御回路７ｏに出力する。

さらに、暴走プレイグニツシヨン判定回路３０では、マ
イクロコンピュータにおいて暴走プレイグニツシヨンが
検出されたとき、暴走プレイグニツシヨン発生警報信号
を表示警報器に送って警報を発生させるとともに、その
直前に進角制御回路７０に向けて出力した進角度データ
を表示警報器に送って表示させ、同時に、暴走プレイグ
ニツシヨンの検出された気筒のデータも表示警報器に送
って表示させる。

第５図および第６図は、暴走プレイグニツシヨン判定回
路３０におけるマイクロコンピュータのプログラム内容
を示している。第５図で示したプログラムは、７２０″
ＣＡ毎の信号によって起動され、第６図で示したプログ
ラムは、１８０’ＣＡ毎の信号によって起動される割り
込み処理ルーチンである。

７２０″ＣＡ毎の信号によって第５図のプログラムが起
動されると、ステップ１０１において、カウンタＮがク
リアされ、「０」とされる。

また、１８０″ＣＡ毎の信号によって第６図のプログラ
ムが起動されると、ステップ１０２においては、カウン
タＮがインクリメントされ、ステップ１０３〜１０５で
は、カウンタＮの計数値が１剖 〜４のうち幾つであるかによって、それ以降の各ルーチ
ンに振り分けられる。つまり、カウンタＮの計数値は気
筒を表しており、いま、７２０″ＣＡ毎の信号が１番気
筒の上死点前で発生するようにされている場合には、カ
ウンタＮの計数値の「１」は、１番気筒を表すことにな
り、以下、順次「２」は２番気筒、「３」は３番気筒、
「４」は４番気筒を表すことになる。この場合、１番気
筒に対応して発生される１８０″ＣＡ毎の信号は、７２
０″ＣＡ毎の信号の直後であり、かつ、１番気筒の上死
点前９０°ＣＡ付近で発生されるようにされている。

カウンタＮの計数値が「１」のときには、ステップ１０
３が肯定判断され、ステップ１１０以降の処理が実行さ
れる。

まず、ステップ１１０においては、１番気筒の点火回数
を計数するカウンタＣ１のインクリメント処理が行われ
る。次に、ステップ１２１では、イオン電流が検出され
たか否かが判定される。つまり、ここでは、イオン電流
検出器１０からプレイグニツシヨン信号が送り込まれた
か否かが判定される。プレイグニツシヨン信号が送り込
まれて、ステップ１２１が肯定判断されると、ステップ
１２２に進んで、ここで、イオン電流の検出回数を計数
するカウンタＣ２をインクリメント処理し、そうでない
ときには、ステップ１２１が否定判断されて、ステップ
１２２の処理をスキップしてステップ１３１に進む。

ステップ１３１では、カウンタＣ１の計数値が所定値α
以上であるか否かが判定される。１番気筒の点火回数が
所定回数以上に達するまでの間は、ステップ１３１が否
定判断されて、ステップ１３２以降の処理は実行されな
いが、１番気筒の点火回数が所定回数以上となってカウ
ンタＣ１の計数値が所定値α以上となると、ステップ１
３１は肯定判断され、ステップ１３２以降の処理が実行
される。

ステップ１３２では、Ｃ２／　Ｃ、によって１番気筒の
点火回数に対するイオン電流の検出回数の比率が求めら
れ、イオン電流検出頻度ＦＲＥＱとしてメモリの所定番
地に格納される。

次のステップ１４０では、カウンタＣ工、Ｃ２の計数値
がクリアされて「０」とされ、ステップ１５０において
は、イオン電流検出頻度ＦＲＥＱが所定値β以上である
か否かが判定される。この場合のβは、第２図および第
３図の説明から明らかなように１６〜６０の範囲で設定
されるのが望ましい。

イオン電流検出頻度ＦＲＥＱが所定値β以上となったと
きには、ステップ１５０は肯定判断されてステップ１６
１において、そのときの進角度θおよび気筒番号を表す
カウンタＮの値を表示するとともに、警報を発する。ま
た、ステップ１６２において進角度θをベース進角度θ
ｂに戻す処理を行う。さらに、ステップ１６３では、フ
ラグＦをセットして、暴走プレイグニツシヨンが検出さ
れたことを記憶する。

一方、ステップ１５０が否定判断されるとき、つまり、
イオン電流検出頻度ＦＲＥＱが所定値βより小さいとき
には、ステップ１６１〜１６３の処理はスキップされ、
ステップ１６４に進む。

ステップ１６４では、フラグＦがセットされているか否
かを判定し、フラグＦがセットされてなければ、つまり
、暴走プレイグニツシヨンが検出されてなければ、ステ
ップ１６４は否定判断されてステップ１６５に進み、こ
こで、進角度θが所定角度θａだけ進角処理される。し
かし、既に暴走プレイグニツシヨンが検出されてフラグ
Ｆがセントされているときには、ステップ１６４は肯定
判断され、ステップ１６５はスキップされる。

以上では、１番気筒の上死点前で１８０°ＣＡ毎の信号
が発生された場合について述べたが、ステップ２３１．
２５０．２６３によって略記したように、ステップ１１
０〜１６３の処理は２番気筒の場合でも全く同一であり
、図示を省略したが、３．４番気筒でも同一である。

従って、第６図のプログラムでは、各気筒毎に点火回数
、イオン電流検出回数が計数されて、イオン電流検出頻
度が求められ、そのイオン電流検出頻度が所定値以上で
あるか否かによって暴走プレイグニツシヨンの検出が行
われる。そして、いずれかの気筒で暴走プレイグニツシ
ヨンが検出されると、その気筒とそのときの進角度が表
示されるとともに、暴走プレイグニツシヨンが検出され
た旨の警報が発せられＺ。一方、いずれの気筒でも暴走
プレイグニツシヨンが検出されないときは、検出される
まで進角度が所定角度づつ進角されて行く。

なお、第６図のフローチャートにおいて、ステップ１２
１．１２２．１４０の処理は、本発明のイオン電流検出
回数計数手段に相当し、ステップ１１０．１４０の処理
は、本発明の点火回数計数手段に相当し、ステップ１３
１．１３２の処理は、本発明の頻度算出手段に相当し、
ステップ１５０の処理は、本発明の判定手段に相当する
。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本発
明は、この実施例に限定されるものではなく、特許請求
の範囲に記載の範囲内で種々の実施態様が包含されるも
のであり、例えば、イオン電流検出回数計数手段、点火
回数計数手段、頻度算出手段および判定手段は、多気筒
エンジンにおいても、気筒毎に設けず、全気筒に対して
各一つでも良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、イオン電流検出頻度が所定値を超えた
ことを検出して、暴走プレイグニツシヨンを検出するの
で、エンジンに特別な加工、調整を施すことなく、正確
に暴走プレイグニツシヨンを検出することができ、しか
も、上記所定値を余り大きく設定しない限り、検出時に
エンジンを破損しないようにすることができる。さらに
、イオン電流を検出してその検出頻度を算出処理するの
みであるので、人手を介することなく、自動検出が可能
で、熟練者を必要としないという効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、クレーム対応図、第２図は、点火時期の変化
に対するイオン電流検出頻度の変化を示す図、第３図は
、点火時期を遅角したきのイオン電流検出頻度の変化を
示す図、第４図は、本発明の一実施例のシステム構成図
、第５図および第６図は、マイクロコンピュータのプロ
グラム内容を示すフローチャート、第７図は、イオン電
流検出器を示す電気回路図、第８図は、第７図における
各部の信号波形を示すタイムチャート、第９図は、トル
ク低下発生時期およびイオン電流発生開始時期をエンジ
ン回転数と点火時期で示す図である。 １０−−−−−イオン電流検出器 ２０−−−−一点火検出器 ３０−−−−−一暴走プレイグニッション判定回路４（
１−−−−一点火プラグ（イオンギャップ）５０−−ｍ
−・−クランク角センサ（点火検出器）出願人　　トヨ
タ自動車株式会社 第１図 第２図 第３図 え転吟団　（す） 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、点火前に発光する火炎を、イオンギャップを用いて
   イオン電流として検出するイオン電流検出器と、 点火毎の信号を検出する点火検出器と、 イオン電流検出器によってイオン電流が検出された回数
   を、イオン電流検出回数として計数するイオン電流検出
   回数計数手段と、 点火検出器によって点火毎の信号が検出された回数を、
   点火回数として計数する点火回数計数手段と、 前記点火回数に対する前記イオン電流検出回数の比率を
   、イオン電流検出頻度として求める頻度算出手段と、 前記イオン電流検出頻度が所定値を超えているか否かを
   判定し、超えているとき暴走プレイグニッションと判定
   する判定手段と、 を備える暴走プレイグニッション検出装置。