JPS6152926B2 - - Google Patents

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JPS6152926B2
JPS6152926B2 JP17162479A JP17162479A JPS6152926B2 JP S6152926 B2 JPS6152926 B2 JP S6152926B2 JP 17162479 A JP17162479 A JP 17162479A JP 17162479 A JP17162479 A JP 17162479A JP S6152926 B2 JPS6152926 B2 JP S6152926B2
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JP
Japan
Prior art keywords
vibration
cover plate
sensor
knocking
engine
Prior art date
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Application number
JP17162479A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5693024A (en
Inventor
Toshifumi Nishimura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
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Priority to US06/190,284 priority patent/US4374472A/en
Priority to FR8020778A priority patent/FR2466758A1/en
Priority to CA000361157A priority patent/CA1169144A/en
Priority to DE3036676A priority patent/DE3036676C2/en
Priority to GB8031376A priority patent/GB2061062B/en
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Publication of JPS6152926B2 publication Critical patent/JPS6152926B2/ja
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は例えば自動車エンジンのノツキング振
動を検出するための振動センサに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a vibration sensor for detecting knocking vibrations of, for example, an automobile engine.

エンジンのノツキング状態を検出しながら点火
時期を進角制御し、ノツキング限界を越えない範
囲で燃費効率の最も良好となる状態でエンジンを
運転するようなシステムが提案されているが、こ
のノツキング状態を判別する手段として、ノツキ
ング振動を検出する振動センサを用いることが多
い。
A system has been proposed that advances the ignition timing while detecting the knocking state of the engine, and operates the engine in a state that provides the best fuel efficiency within a range that does not exceed the knocking limit. As a means for determining, a vibration sensor that detects knocking vibration is often used.

この振動センサとして従来、例えば第1図のよ
うな装置がある。
Conventionally, there is a device as shown in FIG. 1 as this vibration sensor.

エンジンシリンダブロツク等に対する取付用の
アンカボルト1をもつセンサボデイ2には、その
中央部に振動部支持台3が一体的に形成される。
A sensor body 2 has an anchor bolt 1 for attachment to an engine cylinder block, etc., and a vibrating part support 3 is integrally formed in the center thereof.

この支持台3にはリテーナ4との間に挾持され
たかたちで、振動板5がボルト6により片持支持
状態に基端が固定される。
A diaphragm 5 is clamped between the support base 3 and the retainer 4, and its base end is fixed in a cantilever supported state by bolts 6.

振動板5は全体として短冊状をしており、ほぼ
同形の薄板状の金属板7と圧電素子8を接着した
ものである。
The diaphragm 5 has a rectangular shape as a whole, and is made by bonding a thin metal plate 7 and a piezoelectric element 8 of substantially the same shape.

圧電素子8はその両面に銀等をコーテイングし
て電極を形成し、圧電素子8が金属板7と一体的
にたわむごとに両電極間に電位を生じる。
Both surfaces of the piezoelectric element 8 are coated with silver or the like to form electrodes, and each time the piezoelectric element 8 bends integrally with the metal plate 7, a potential is generated between the two electrodes.

この振動に伴つて発生する電位を出力として取
り出すために、一方の電極と接する金属板7に出
力端子9を連結し、他方の電極は支持台3、セン
サボデイ2を介してエンジンにボデイアースして
いる。
In order to take out the potential generated by this vibration as an output, an output terminal 9 is connected to the metal plate 7 in contact with one electrode, and the other electrode is body grounded to the engine via the support stand 3 and the sensor body 2. .

なお、リテーナ4の中央は筒状に形成され、か
つ絶縁材料により全体を構成して、両電極を互に
絶縁状態に保つ。
The center of the retainer 4 is formed into a cylindrical shape, and the entire retainer 4 is made of an insulating material to keep both electrodes insulated from each other.

これら振動板5を収めた空間は、カバーキヤツ
プ2Aにより密封される。
The space containing these diaphragms 5 is sealed by a cover cap 2A.

このようにして、センサボデイ2に伝達される
エンジン振動により振動板5を振動させ、これに
対応した周波数の出力変化を取り出すのである
が、片持梁を構成する振動板5の不動端が剛性の
高いセンサボデイ2に固定されているので、加振
入力に応じた出力しか発生しない。
In this way, the diaphragm 5 is vibrated by the engine vibration transmitted to the sensor body 2, and a corresponding frequency output change is extracted. Since it is fixed to the high sensor body 2, only the output corresponding to the vibration input is generated.

そのため、振動板5の共振周波数はエンジンノ
ツキング振動に対応させてあるのだが、センサ共
振時の出力と、通常の振動ノイズ出力とのレベル
比であるS/N比が約7程度と低く、この結果、
エンジンノツキング判定がしばしば困難となる問
題があつた。
Therefore, although the resonance frequency of the diaphragm 5 is made to correspond to engine knocking vibration, the S/N ratio, which is the level ratio between the output during sensor resonance and the normal vibration noise output, is as low as about 7. As a result,
There was a problem in which it was often difficult to determine engine knocking.

そこでこの発明は、エンジンノツキング振動な
ど特定の振動成分に対して機械的に共振する部分
に振動検出部を取付け、二重共振あるいはそれに
近い状態で出力を取り出しうるようにした振動セ
ンサを提供し、上記問題を解決することを目的と
する。
Therefore, the present invention provides a vibration sensor in which a vibration detection section is attached to a part that mechanically resonates with a specific vibration component such as engine knocking vibration, and output can be obtained under double resonance or a state close to it. , aims to solve the above problems.

以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第2図ないし第4図に第1の実施例を示す。金
属性の筒状のケース本体10にはアンカボルト1
1が一体的に形成される一方、ケース本体10の
筒壁部13の端部には、比較的薄肉の円板状カバ
ープレート14がその周縁12をかしめ固定され
る。
A first embodiment is shown in FIGS. 2 to 4. An anchor bolt 1 is attached to the metal cylindrical case body 10.
1 is integrally formed, and a relatively thin disk-shaped cover plate 14 is fixed to the end of the cylindrical wall portion 13 of the case body 10 by caulking its peripheral edge 12.

このカバープレート14は特定の測定対象周波
数域例えばノツキング周波数域で機械的に共振あ
るいはそれに近い状態で振動するように、予めそ
の支持直径D、肉厚t及び中央部の重量が適切に
設定されるものである。
The support diameter D, wall thickness t, and weight of the central portion of the cover plate 14 are appropriately set in advance so that the cover plate 14 vibrates at or near mechanical resonance in a specific measurement target frequency range, for example, a knocking frequency range. It is something.

そして、このカバープレート(振動プレート)
14の中央部分には、同心的に形成した支持台1
5が設けられ、振動検出部としての振動板16が
リテーナ17との間に挾持されたかたちでボルト
18とナツト19により固定されている。
And this cover plate (vibration plate)
In the central part of 14, there is a support base 1 formed concentrically.
5 is provided, and a diaphragm 16 serving as a vibration detection section is held between a retainer 17 and fixed by bolts 18 and nuts 19.

この振動板16そのものは、第1図のものと原
則的に同一に構成され、短冊状の金属板20に同
形の圧電素子21が接着されていて、その片持支
持された振動板16の共振周波数がノツキング振
動周波数域と一致するよう、その幅、長さ、及び
厚みなどが設定してある。
The diaphragm 16 itself has basically the same structure as the one shown in FIG. Its width, length, thickness, etc. are set so that the frequency matches the knocking vibration frequency range.

なお、圧電素子21は両面に銀等をコーテイン
グした電極面21A,22Bを有し、一方の電極
面22Aは金属板20、支持台15、カバープレ
ート14、センサ本体10を介してエンジンブロ
ツク等にボデイアースされ、他方の電極面22B
はリテーナ17、ナツト19、ボルト18を介し
て接続用コネクタ24と接続する。
The piezoelectric element 21 has electrode surfaces 21A and 22B coated with silver or the like on both sides, and one electrode surface 22A is connected to an engine block or the like via the metal plate 20, the support base 15, the cover plate 14, and the sensor body 10. The body is grounded and the other electrode surface 22B
is connected to the connection connector 24 via the retainer 17, nut 19, and bolt 18.

したがつて、リテーナ17、ナツト19、ボル
ト18、あるいはカバープレート14、センサ本
体10などは全て導電性材料(金属)でつくられ
る。
Therefore, the retainer 17, nut 19, bolt 18, cover plate 14, sensor body 10, etc. are all made of conductive material (metal).

なお、ボルト18には絶縁スリーブ25が挿通
され、さらにボルト締付フランジ26とカバープ
レート14との間に絶縁リング27が介装してあ
り、これらにより電極相互の絶縁を保つている。
An insulating sleeve 25 is inserted through the bolt 18, and an insulating ring 27 is interposed between the bolt tightening flange 26 and the cover plate 14, thereby maintaining insulation between the electrodes.

上記支持台15とリテーナ17には、振動板1
6の固定位置を正確に決めるための平面部(切欠
部)28と29が形成され、これらに振動板16
を合せた状態でナツト19を締付ける。
The support stand 15 and the retainer 17 have a diaphragm 1
Flat parts (notches) 28 and 29 are formed to accurately determine the fixing position of the diaphragm 16.
Tighten nut 19 while aligning.

以上のように構成され、次にその作用を説明す
ると、エンジンの振動によりセンサ本体10及び
カバープレート14が加振され、カバープレート
14に取付けた振動板16もこれに伴つて振動す
る。
The sensor body 10 and the cover plate 14 are vibrated by the vibration of the engine, and the diaphragm 16 attached to the cover plate 14 is also vibrated accordingly.

圧電素子21は振動に応じて電位が変化し、こ
れが接続用コネクタ24を介して出力として取り
出される。
The potential of the piezoelectric element 21 changes in response to vibration, and this is taken out as an output via the connection connector 24.

ノツキングにもとづく振動が発生すると、カバ
ープレート14はこの振動域で共振を起こすよう
に設定してあるため、その膜振動の振幅が他の領
域と比較して大幅に増大する。
When vibrations due to knocking occur, the cover plate 14 is set to resonate in this vibration range, so the amplitude of the membrane vibration increases significantly compared to other ranges.

このため、これに取付けられた振動板16も大
きく振れ、同時にこの振動と共振するようになつ
ているので、振動板16の振幅は二重共振あるい
はそれに近い状態となり、この結果、圧電素子2
1の出力の絶対値は非共振域に比べて大幅に増加
するのである。
For this reason, the diaphragm 16 attached to it also vibrates greatly and at the same time resonates with this vibration, so the amplitude of the diaphragm 16 becomes double resonance or a state close to it, and as a result, the piezoelectric element 2
The absolute value of the output of 1 increases significantly compared to the non-resonant region.

第5図はカバープレート14の厚みを変化(t
=1.5,1.8,3.0mm)させたときの共振点と共振加
速度をあらわすもので、板厚tを薄くすると共振
周波数が低域に移ることが分かる。また、カバー
プレート14の共振特性が矩形板のようにピーク
の鋭いものではなく、比較的ブロードな特性であ
ることが分かる。従つて、カバープレート14の
共振周波数がノツキング周波数域から多少ズレて
も、センサ出力の向上が図れる。これを第6図に
示す。
FIG. 5 shows the thickness of the cover plate 14 being changed (t
= 1.5, 1.8, 3.0 mm), and it shows that as the plate thickness t becomes thinner, the resonant frequency shifts to a lower range. Further, it can be seen that the resonance characteristic of the cover plate 14 does not have a sharp peak unlike that of a rectangular plate, but has a relatively broad characteristic. Therefore, even if the resonant frequency of the cover plate 14 deviates somewhat from the knocking frequency range, the sensor output can be improved. This is shown in FIG.

第6図は上記t=1.5,1.8,3.0mmの厚みのカバ
ープレート14に振動板16を取り付けて加振実
験した結果を示すもので、板厚t=1.5mmのとき
にそれぞれの共振周波数が8KHzで一致したため
に共振時の出力が著しく大きくなり、S/N比も
666と大幅に向上している。
Figure 6 shows the results of a vibration experiment with the diaphragm 16 attached to the cover plate 14 with thicknesses of t = 1.5, 1.8, and 3.0 mm.When the plate thickness was t = 1.5 mm, each resonance frequency was Because they matched at 8KHz, the output at resonance became significantly large, and the S/N ratio also decreased.
666, which is a significant improvement.

また、板厚t=1.8mmのときは、振動板16の
共振点が8KHzに対しカバープレート14の共振
点が10KHzになつたため、ピークが2つになつて
現われてはいるものの、S/N比は31となり、比
較的良好な値となつている。
Furthermore, when the plate thickness is 1.8 mm, the resonance point of the diaphragm 16 is 8KHz and the resonance point of the cover plate 14 is 10KHz, so although two peaks appear, the S/N is The ratio was 31, which is a relatively good value.

なお、板厚t=3mmのときは、カバープレート
14の共振点が16KHzとなり、振動板16の共振
点8KHzからかなりズレているが、それでも、
S/N比は従来の7から10に向上しており、ある
程度の効果は認められる。
Note that when the plate thickness t = 3 mm, the resonance point of the cover plate 14 is 16KHz, which is considerably shifted from the resonance point of the diaphragm 16 of 8KHz, but still.
The S/N ratio has improved from 7 to 10, and some effect can be recognized.

ただし、以上の説明で板厚そのものは、その他
の条件(支持直径など)との関係により決められ
る相対的なもので、これらの数値は特定条件下の
単なる一例に過ぎない。
However, in the above explanation, the plate thickness itself is a relative value determined in relation to other conditions (support diameter, etc.), and these values are merely examples under specific conditions.

次に第7図と第8図の実施例を説明すると、こ
れは振動板16の代りにカバープレート14の裏
面または表面に、共振周波数がノツキング周波数
域(例えば8KHz)となるように設定された共振
型のGセンサ(重力加速度センサ)30をスタツ
ド31を介して取付けたものである。32は出力
取出用のリード線である。この場合も、前述の実
施例と同様な効果が得られる。
Next, the embodiments shown in FIGS. 7 and 8 will be explained. In this case, instead of the diaphragm 16, the cover plate 14 has a resonant frequency set on the back or front surface of the cover plate 14 so that the resonance frequency is in the knocking frequency range (for example, 8 KHz). A resonance type G sensor (gravitational acceleration sensor) 30 is attached via a stud 31. 32 is a lead wire for outputting output. In this case as well, the same effects as in the previous embodiment can be obtained.

尚、上記各実施例において、エンジンのノツキ
ング振動の検出例を説明したが、その他の振動の
検出にも勿論本考案を適用することは可能であ
る。
In each of the above embodiments, an example of detecting engine knocking vibration has been described, but it is of course possible to apply the present invention to detecting other vibrations.

以上説明したように本発明によれば、機械的共
振を利用してセンサ出力を増幅でき、ノツキング
振動など特定の測定対象振動の判別が明確に行え
るという効果を生じる。
As explained above, according to the present invention, the sensor output can be amplified using mechanical resonance, and a specific vibration to be measured such as knocking vibration can be clearly distinguished.

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

第1図は従来装置の断面図、第2図Aは本発明
の第1実施例の断面図、第2図BはそのE部拡大
図、第3図は第1図のF―F線断面図、第4図は
要部の分解斜視図、第5図はカバープレートの共
振特性を示す説明図、第6図は本発明センサの出
力特性を示す説明図、第7図、第8図は第2、第
3実施例の断面図である。 10……ケース本体、14……カバープレー
ト、16……振動板、18……ボルト19……ナ
ツト、20……金属板、21……圧電素子。
Fig. 1 is a sectional view of a conventional device, Fig. 2A is a sectional view of the first embodiment of the present invention, Fig. 2B is an enlarged view of section E, and Fig. 3 is a sectional view taken along line FF in Fig. 1. 4 is an exploded perspective view of the main parts, FIG. 5 is an explanatory diagram showing the resonance characteristics of the cover plate, FIG. 6 is an explanatory diagram showing the output characteristics of the sensor of the present invention, and FIGS. 7 and 8 are FIG. 3 is a cross-sectional view of the second and third embodiments. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Case body, 14... Cover plate, 16... Vibration plate, 18... Bolt 19... Nut, 20... Metal plate, 21... Piezoelectric element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 エンジンのノツキング振動を検出する振動セ
ンサにおいて、センサ本体に形成された空間部を
覆うセンサ蓋部を振動プレートとなし、該振動プ
レートの共振周波数をエンジンのノツキング周波
数、あるいはその近傍となるように設定すると共
に、前記振動プレートにエンジンのノツキング周
波数で共振する振動検出部を取付けたことを特徴
とする振動センサ。
1. In a vibration sensor that detects knocking vibration of an engine, the sensor cover covering the space formed in the sensor body is used as a vibration plate, and the resonance frequency of the vibration plate is set to be at or near the knocking frequency of the engine. A vibration sensor characterized in that a vibration detection section that resonates at a knocking frequency of an engine is attached to the vibration plate.
JP17162479A 1979-09-29 1979-12-27 Vibration sensor Granted JPS5693024A (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17162479A JPS5693024A (en) 1979-12-27 1979-12-27 Vibration sensor
US06/190,284 US4374472A (en) 1979-09-29 1980-09-24 Vibration sensor
FR8020778A FR2466758A1 (en) 1979-09-29 1980-09-26 PIEZOELECTRIC VIBRATION SENSOR
CA000361157A CA1169144A (en) 1979-09-29 1980-09-26 Vibration sensor
DE3036676A DE3036676C2 (en) 1979-09-29 1980-09-29 Piezoelectric vibration sensor
GB8031376A GB2061062B (en) 1979-09-29 1980-09-29 Vibration sensors

Applications Claiming Priority (1)

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JP17162479A JPS5693024A (en) 1979-12-27 1979-12-27 Vibration sensor

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JPS5693024A JPS5693024A (en) 1981-07-28
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