JP2004084619A

JP2004084619A - Non-resonant knocking sensor

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Publication number: JP2004084619A
Application number: JP2002249508A
Authority: JP
Inventors: Sadamitsu Harada; 原田　定光; Yasuo Ito; 伊藤　康生
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2022-08-28
Also published as: JP3905809B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-resonant knocking sensor for suppressing superimposing of noises until an output signal outputted from a piezoelectric element reaches an amplification circuit part, having excellent knocking detection capability. <P>SOLUTION: This non-resonant knocking sensor 100 comprises: a sensor body 190 having main metal hardware 120, the piezoelectric element 150 and a weight 132; a main body surrounding part 111 for surrounding the circumference of the sensor body 190 in the circumferential direction; a resin molded body 110 having a connector part 112 protruding from part of the main body in the circumferential direction surrounding part 111 to an outside; the amplification circuit part 170 for amplifying the output signal of the piezoelectric element 150; output terminals 177b, 177c for outputting an amplification signal of the amplification circuit part 170 to the outside; and power terminals 177d, 177e for inputting the power for operating the amplification circuit part 170. The amplification circuit part 170 is adjacently arranged in the side of the sensor body 190, and is surrounded by the main body surrounding part 111 with the sensor body 190. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用ノッキングセンサに関し、特に、圧電素子を用いた非共振型ノッキングセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車等の燃焼室内のノッキング現象を検出する装置として、圧電素子を用いた非共振型ノッキングセンサが知られており、この非共振型ノッキングセンサを用いた制御システムによって点火プラグの点火時期を最適な時期に調節している。このような非共振型ノッキングセンサとしては、例えば、上面透視図である図１０及び側面透視図である図１１に示すような、主体金具１２０の軸孔１２０ｂに取付用ボルトを挿入する形態で、図示しない内燃機関のシリンダブロックに固定する、いわゆるセンターホール式の非共振型ノッキングセンサ５００が挙げられる。
【０００３】
この非共振型ノッキングセンサ５００は、図１０のＥ−Ｅ断面図である図３に示すように、円筒状の筒状部１２１とこの一端１２１ｃに位置する円環状の鍔部１２２とからなる主体金具１２０を有する。この主体金具１２０の筒状部１２１の外周には、鍔部１２２側から順に、円環状の第１絶縁板１３０、円環状の第１電極板１４０、円環状の圧電素子１５０、円環状の第２電極板１６０、円環状の第２絶縁板１３５、円環状のウエイト１３２、及び皿バネ１３３が嵌め込まれている。さらに、内周面にネジ部１３６ｂが形成されたナット１３６が筒状部１２１の外周面に形成されたネジ部１２１ｂに螺挿され、第１，第２絶縁板１３０，１３５、第１，第２電極板１４０，１６０、圧電素子１５０、ウエイト１３２、及び皿バネ１３３が鍔部１２２とナット１３６との間に挟まれて固定され、センサ本体１９０を形成している。なお、筒状部１２１と第１，第２電極板１４０，１６０及び圧電素子１５０との間には円筒状の絶縁スリーブ１３１が介在している。
【０００４】
さらに、図１０に示すように、第１，２電極板１４０，１６０には、両電極間に発生した出力信号を外部に出力するための第１，第２出力端子５４１，５６１がそれぞれ延設されている。このようなセンサ本体１９０が、図１０及び図１１に示すように、樹脂成形体５１０の本体包囲部５１１によって包囲され、非共振型ノッキングセンサ５００を構成している。なお、この樹脂成形体５１０は、図１１に示すように、本体包囲部５１１の外側に突出するコネクタ部５１２を有し、第１，第２電極板１４０，１６０の第１，第２出力端子５４１，５６１の一部が外部に突出する形態でコネクタ部５１２の内側に配置される。このコネクタ部５１２を介してノッキングセンサ５００が外部と接続される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この非共振型ノッキングセンサ５００は、図示しない内燃機関のシリンダブロックに設置され、第１，第２出力端子５４１，５６１より図示しないシールド線を用いて別途設置された図示しない内燃機関制御コンピュータ（いわゆるＥＣＵ）に接続していた。この内燃機関制御コンピュータは、非共振型ノッキングセンサ５００（圧電素子１５０）の出力信号を増幅するための増幅回路部を含めたノッキング検出回路部を有しており、非共振型ノッキングセンサ５００（圧電素子１５０）の出力信号からノッキングを検出して点火時期を演算処理していた。非共振型ノッキングセンサ５００（圧電素子１５０）と内燃機関制御コンピュータとは、シールド線によって接続されているが、両者の距離が長いために、非共振型ノッキングセンサ５００（圧電素子１５０）から出力された出力信号がノッキング検出回路部に到達するまでの間にノイズが重畳してしまうことがあった。この非共振型ノッキングセンサ５００（圧電素子１５０）の出力信号は微弱なために、ノイズが重畳することによってノッキング検知性が低下する虞があった。
【０００６】
さらに、この非共振型ノッキングセンサ５００は、図１１に示すように、コネクタ部５１２が本体包囲部５１１の周方向一部から外側に突出しているため、このコネクタ部５１２が低い周波数で共振してしまうことがあった。そして、この振動が圧電素子１５０に伝わることによって、圧電素子１５０からの出力信号にコネクタ部５１２の共振周波数の成分が多く含まれることになり、共振型ノッキングセンサ５００の出力信号が歪む虞があった。
【０００７】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、圧電素子から出力された出力信号が増幅回路部に到達するまでの間にノイズが重畳しにくく、ノッキング検知性に優れた非共振型ノッキングセンサを提供することを目的とする。あるいは、コネクタ部の共振の影響による圧電素子からの出力信号の歪みが生じにくく、ノッキング検知性に優れた非共振型ノッキングセンサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
その解決手段は、軸孔を有する筒状部とこの筒状部の一端に位置する鍔部とを含む主体金具、上記主体金具の上記筒状部の外周に嵌め込まれた環状の圧電素子、及び上記主体金具の上記筒状部の外周に嵌め込まれ、上記鍔部との間に上記圧電素子を挟む環状のウエイト、を有するセンサ本体と、上記センサ本体の周方向周囲を包囲する本体包囲部、及びこの本体包囲部の周方向一部から外側に突出し、外部と接続するためのコネクタ部を有する樹脂成形体と、を備える非共振型ノッキングセンサであって、上記圧電素子の出力信号を増幅する増幅回路部と、上記増幅回路部によって増幅された増幅信号を外部に出力するための出力端子と、上記増幅回路部を作動させるための電力を入力するための電源端子と、を備え、上記増幅回路部は上記センサ本体の側方に隣り合って配置され、上記センサ本体と共に上記本体包囲部に包囲され、上記出力端子及び上記電源端子は、上記コネクタ部内に配置されてなる非共振型ノッキングセンサである。
【０００９】
本発明の非共振型ノッキングセンサでは、圧電素子の出力信号を増幅するための増幅回路部をセンサ本体の側方に隣り合うように配置している。このため、圧電素子と増幅回路部との距離は極めて短くなり、圧電素子から出力された出力信号が増幅回路部に到達するまでの間に、ノイズが重畳する虞が極めて少なくなる。従って、増幅回路部で増幅された増幅信号は、極めてノイズの少ないものとなる。さらに、ノッキング検出回路部が別途設置されている場合には、増幅信号がノッキング検出回路部に到達するまでにノイズが重畳する虞がある。しかし、ノイズが重畳したとしても、増幅信号に対するノイズの大きさは極めて小さくなるので、従来に比してノッキング検知性に優れたノッキングセンサとなる。
さらに、圧電素子の出力信号を増幅するまでにノイズが重畳しにくいので、出力特性を調節するためのウエイトを小さくすることが可能となり、ノッキングセンサを小型化、軽量化することも可能となる。
【００１０】
さらに、上記非共振型ノッキングセンサであって、前記増幅回路部は、前記センサ本体の側方のうち、前記コネクタ部が存在する方向以外の方向に配置されてなる非共振型ノッキングセンサとすると良い。
【００１１】
コネクタ部が本体包囲部の周方向一部から外側に突出している非共振型ノッキングセンサでは、このコネクタ部が低い周波数で共振してしまう虞がある。このため、増幅回路部をコネクタ部付近に配置した場合、コネクタ部の振動の影響を受けて、増幅回路部が損傷したり、増幅回路部の半導体素子に生じるピエゾ効果によってノイズが発生したりする危険性がある。
そこで、本発明の非共振型ノッキングセンサでは、増幅回路部をセンサ本体の側方のうち、コネクタ部が存在する方向以外の方向に配置するようにした。これによって、増幅回路部がコネクタ部の振動の影響を受けにくく、増幅回路部の振動耐久性及び増幅信号の信頼性が高くなる。
【００１２】
さらに、上記非共振型ノッキングセンサであって、前記増幅回路部は、前記センサ本体の側方のうち、前記コネクタ部が存在する方向から９０度ずれた方向に配置されてなる非共振型ノッキングセンサとすると良い。
【００１３】
本発明の非共振型ノッキングセンサでは、センサ本体の側方のうち、コネクタ部が存在する方向から９０度ずれた方向に増幅回路部を配置している。従って、本発明の非共振型ノッキングセンサでは、増幅回路部がコネクタ部の振動の影響を受けにくく、且つ、コネクタ部に配置されている出力端子及び電源端子に比較的近い位置に配置されることになる。このため、増幅回路部の振動耐久性及び増幅信号の信頼性が高く、さらに、増幅回路部と出力・電源端子とを接続する配線の取り回しが容易となる。
【００１４】
さらに、上記いずれかの非共振型ノッキングセンサであって、前記増幅回路部に代えて、前記増幅回路部を含み、前記圧電素子の出力信号からノッキングを検出するノッキング検出回路部を有し、前記出力端子は、前記増幅信号に代えて、上記ノッキング検出回路部から送出されるノッキング検出信号を外部に出力する非共振型ノッキングセンサとすると良い。
【００１５】
本発明の非共振型ノッキングセンサは、増幅回路部を含めたノッキング検出回路部をセンサ本体の側方に隣り合うように配置している。このため、圧電素子とノッキング検出回路部との距離が極めて短くなるので、圧電素子から出力された出力信号がノッキング検出回路部に到達するまでの間に、ノイズが重畳する虞が極めて少なくなる。従って、本発明の非共振型ノッキングセンサは、ノッキング検出信号の信頼性が高くなるので、ノッキング検知性に優れたノッキングセンサとなる。
【００１６】
他の解決手段は、軸孔を有する筒状部とこの筒状部の一端に位置する鍔部とを含む主体金具、上記主体金具の上記筒状部の外周に嵌め込まれた環状の圧電素子、及び上記主体金具の上記筒状部の外周に嵌め込まれ、上記鍔部との間に上記圧電素子を挟む環状のウエイト、を有するセンサ本体と、上記センサ本体の周方向周囲を包囲する本体包囲部と、上記本体包囲部の周方向一部から外側に突出する突状部であって、外部と接続するためのコネクタ部、及び上記本体包囲部と上記コネクタ部とを連結する連結部、を含む突状部と、を有する樹脂成形体と、上記コネクタ部内に配置され、上記圧電素子の出力信号を外部に出力する出力端子と、を備える非共振型ノッキングセンサであって、上記連結部は、内部に上記本体包囲部と上記コネクタ部との機械的結合を疎にする空間を設けてなる非共振型ノッキングセンサである。
【００１７】
非共振型ノッキングセンサには、コネクタ部、及び本体包囲部とコネクタ部とを連結する連結部を含む突状部が、本体包囲部の周方向一部から外側に突出しているものがある。さらに、コネクタ部には、内燃機関制御コンピュータ等と接続するシールド線の一端に設けられたコネクタが接続される。このため、この突状部が低い周波数で共振し、連結部を支点としてコネクタ部が大きく振動してしまう虞がある。そして、この振動が連結部を介して圧電素子に伝わるので、圧電素子からの出力信号に突状部の共振周波数の成分が多く含まれることとなり、ノッキングセンサの出力信号が歪む虞がある。
しかし、本発明のノッキングセンサでは、本体包囲部とコネクタ部とを連結する連結部の内部に空間を設けて、本体包囲部とコネクタ部との機械的結合を疎にしている。このため、コネクタ部の振動が連結部を介して圧電素子に伝わりにくくなるので、コネクタ部の共振の影響によって圧電素子からの出力信号に歪みが生じる虞が少なくなる。
【００１８】
さらに、上記非共振型ノッキングセンサであって、前記圧電素子の出力信号を増幅するための増幅回路部と、上記増幅回路部を作動させるための電力を入力するための電源端子と、を備え、上記増幅回路部は前記連結部の空間内に収容され、前記出力端子は、前記圧電素子の出力信号に代えて、上記増幅回路部によって増幅された増幅信号を外部に出力し、上記電源端子は、上記出力端子と共に前記コネクタ部内に配置されてなる非共振型ノッキングセンサとすると良い。
【００１９】
本発明の非共振型ノッキングセンサでは、圧電素子の出力信号を増幅するための増幅回路部を連結部の内部空間に配置しているので、別途増幅回路部用のスペースを設ける場合に比して省スペースである。また、増幅回路部を連結部の内部空間に配置しているので、増幅回路部は、コネクタ部の共振による影響を受けにくくなり、信頼性の高いものとなる。
さらに、圧電素子と増幅回路部との距離が極めて短くなるので、圧電素子から出力された出力信号が増幅回路部に到達するまでの間にノイズが重畳しにくくなる。従って、増幅回路部で増幅された増幅信号は、極めてノイズの少ないものとなる。さらに、ノッキング検出回路部が別途設置されている場合には、増幅信号がノッキング検出回路部に到達するまでにノイズが重畳する虞がある。しかし、ノイズが重畳したとしても、増幅信号に対するノイズの大きさは極めて小さくなるので、従来に比してノッキング検知性に優れたノッキングセンサとなる。さらに、圧電素子の出力信号を増幅するまでにノイズが重畳しにくいので、出力特性を調節するためのウエイトを小さくすることが可能となり、ノッキングセンサを小型化、軽量化することも可能となる。
【００２０】
さらに、上記非共振型ノッキングセンサであって、前記増幅回路部に代えて、前記増幅回路部を含み、前記圧電素子の出力信号からノッキングを検出するノッキング検出回路部を有し、前記出力端子は、前記増幅信号に代えて、上記ノッキング検出回路部から送出されるノッキング検出信号を外部に出力する非共振型ノッキングセンサとすると良い。
【００２１】
本発明のノッキングセンサでは、増幅回路部を含めたノッキング検出回路部を連結部の内部空間に配置しているので、別途ノッキング検出回路部用スペースを設ける場合に比して省スペースである。
さらに、圧電素子とノッキング検出回路部との距離が極めて短くなるので、圧電素子から出力された出力信号がノッキング検出回路部の到達するまでの間にノイズが重畳する虞が極めて少なくなる。このため、本発明の非共振型ノッキングセンサは、ノッキング検出信号の信頼性が高くなるので、ノッキング検知性に優れたノッキングセンサとなる。
【００２２】
なお、近年、環境保護のため、鉛を含まない圧電素子を用いたノッキングセンサが検討されているが、鉛を含まない圧電素子は、鉛を含む圧電素子に比して出力信号が小さくなる傾向にある。このため、鉛を含まない圧電素子を用いたノッキングセンサでは、鉛を含む圧電素子を用いたノッキングセンサに比して、ノイズの重畳を抑制することが一層重要となる。そこで、鉛を含まない圧電素子を用いたノッキングセンサ（非共振型ノッキングセンサ）においては、本発明の少なくともいずれかの構成を採ることがとりわけ有用となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明の第１の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００は、上面透視図である図１及び側面透視図である図２に示すように、主体金具１２０の軸孔１２０ｂに取付用ボルトを挿入する形態で、図示しない内燃機関のシリンダブロックに固定する、いわゆるセンターホール式の非共振型ノッキングセンサである。
【００２４】
この非共振型ノッキングセンサ１００は、図１のＡ−Ｏ−Ａ断面図である図３に示すように、円筒状の筒状部１２１とこの一端１２１ｃに位置する円環状の鍔部１２２とからなる主体金具１２０を有する。この主体金具１２０の筒状部１２１の外周には、鍔部１２２側（図中下側）から順に、円環状の第１絶縁板１３０、円環状の第１電極板１４０、円環状の圧電素子１５０、円環状の第２電極板１６０、円環状の第２絶縁板１３５、円環状のウエイト１３２、及び皿バネ１３３が嵌め込まれている。さらに、内周面にネジ部１３６ｂが形成されたナット１３６が筒状部１２１の外周面に形成されたネジ部１２１ｂに螺挿され、第１，第２絶縁板１３０，１３５、第１，第２電極板１４０，１６０、圧電素子１５０、ウエイト１３２、及び皿バネ１３３が鍔部１２２とナット１３６との間に挟まれて固定され、センサ本体１９０を形成している。なお、筒状部１２１と第１，第２電極板１４０，１６０及び圧電素子１５０との間には円筒状の絶縁スリーブ１３１が介在している。
【００２５】
さらに、図１に示すように、配線基板１７１に電子部品１７２等を搭載し、公知の回路構成を有する増幅回路部１７０をセンサ本体１９０の側方に配置している。この増幅回路部１７０は、第１，２電極板１４０，１６０から突出した端子１４１，１６１を介して圧電素子１５０の出力信号を入力し、この圧電素子１５０の出力信号を増幅している。さらに、増幅回路部１７０で増幅された増幅信号を外部に出力するための第１出力端子１７７ｂ及び第２出力端子１７７ｃが、リード線１７５ｂ，１７５ｃを介して増幅回路部１７０（配線基板１７１）に接続されている。同様に、増幅回路部１７０を作動させるための電力を外部から入力するための第１電源端子１７７ｄ及び第２電源端子１７７ｅも、リード線１７５ｄ，１７５ｅを介して増幅回路部１７０（配線基板１７１）に接続されている。
【００２６】
そして、センサ本体１９０、増幅回路部１７０、及びリード線１７５ｂ，１７５ｃが、樹脂成形体１１０の本体包囲部１１１によって包囲されている。ただし、主体金具１２０の軸孔１２０ｂについては、本体包囲部１１１によって被覆されないで露出している。さらに、第１，第２出力端子１７７ｂ，１７７ｃ及び第１，第２電源端子１７７ｄ，１７７ｅの一部が、外側に突出する形態で樹脂成形体１１０のコネクタ部１１２の内側に配置されている。このコネクタ部１１２を介して非共振型ノッキングセンサ１００が外部と接続される。なお、樹脂成形体１１０は、本体包囲部１１１とコネクタ部１１２とによって構成され、コネクタ部１１２が本体包囲部１１１の周方向一部から外側に突出した形状となっている。
【００２７】
ところで、図１に示すように、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００では、圧電素子１５０の出力信号を増幅する増幅回路部１７０をセンサ本体１９０の側方に隣り合うように配置している。このため、圧電素子１５０と増幅回路部１７０との距離は極めて短くなるので、圧電素子１５０から出力された出力信号が増幅回路部１７０に到達するまでの間にノイズが重畳する虞は極めて少ない。従って、増幅回路部１７０で増幅された増幅信号は、極めてノイズの少ないものとなる。
【００２８】
さらに、圧電素子１５０の出力信号を増幅するまでにノイズが重畳しにくいので、出力特性を調節するためのウエイト１３２を小さくすることが可能となり、この非共振型ノッキングセンサ１００を小型化、軽量化することも可能となる。なお、本実施形態では、図示しないノッキング検出回路部を別途設置しているので、増幅信号がノッキング検出回路部に到達するまでにノイズが重畳する虞がある。しかし、増幅信号にノイズが重畳したとしても、増幅信号に対するノイズの大きさは極めて小さい。従って、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００は、ノッキング検知性に優れたものとなっている。
【００２９】
また、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００は、コネクタ部１１２が本体包囲部１１１の周方向一部から外側に突出している。さらに、図示してないが、コネクタ部１１２には、内燃機関制御コンピュータと接続するシールド線の一端に設けられたコネクタが接続される。このため、このコネクタ部１１２が低い周波数で共振してしまう虞がある。そこで、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００では、増幅回路部１７０をセンサ本体１９０の側方のうち、コネクタ部１１２が存在する方向以外の方向、具体的には、コネクタ部１１２が存在する方向から９０度ずれた方向に増幅回路部１７０を配置した。このようにすることで、コネクタ部１１２の振動の影響で、増幅回路部１７０が損傷したり、増幅回路部１７０を構成する電子部品１７２等の半導体素子に生じるピエゾ効果によってノイズが発生したりする危険性を低減できるので、増幅回路部１７０の振動耐久性及び増幅信号の信頼性が向上する。さらに、増幅回路部１７０は、第１，第２出力端子１１７ｂ，１１７ｃ及び第１，第２電源端子１１７ｄ，１１７ｅに比較的近い位置となっている。このため、増幅回路部１７０と第１，第２出力端子１１７ｂ，１１７ｃ及び第１，第２電源端子１１７ｄ，１１７ｅとを接続するリード線１７５ｂ〜１７５ｅの取り回しが容易となる。
【００３０】
このような本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００は、次のようにして製造する。まず、黄銅を円筒状に加工して、図３に示すような、ウエイト１３２を用意する。また、図３に示すような、円筒状の筒状部１２１とこの一端１２１ｃに円環状の鍔部１２２を有する、軟鉄製の主体金具１２０を用意する。次いで、主体金具１２０の筒状部１２１の外周に、ポリオレフィン製の絶縁スリーブ１３１、ＰＥＴ製の第１絶縁板１３０、黄銅製の第１電極板１４０、ＰＺＴ製の圧電素子１５０、黄銅製の第２電極板１６０、ＰＥＴ製の第２絶縁板１３５、タングステン製のウエイト１３２、及び皿バネ１３３をこの順に嵌め込む。次いで、軟鉄製のナット１３６を筒状部１２１のネジ部１２１ｂに螺挿し、圧電素子１５０に所定の荷重が加わるまで締付けると共に、第１，第２絶縁板１３０，１３５、第１，第２電極板１４０，１６０、圧電素子１５０、ウエイト１３２、及び皿バネ１３３を鍔部１２２とナット１３６との間に挟んで固定する。かくして、センサ本体１９０が形成される。
【００３１】
次いで、アルミナセラミックからなる配線基板１７１に電子部品１７２等を搭載した増幅回路部１７０を用意する。この増幅回路部１７０を第１，第２電極板１４０，１６０の端子１４１，１６１に接続し、さらに、第１，第２出力端子１１７ｂ，１１７ｃ及び第１，第２電源端子１１７ｄ，１１７ｅを有するリード線１７５ｂ〜１７５ｅを増幅回路部１７０に接続する。
次いで、ナイロン樹脂を樹脂モールド成形手法によって射出成形し、図１に示すように、センサ本体１９０、増幅回路部１７０、及びリード線１７５ｂ，１７５ｃを包囲する本体包囲部１１１、及び本体包囲部１１１の周方向一部から外側に突出するコネクタ部１１２を有する樹脂成形体１１０を形成する。このとき、第１，第２出力端子１７７ｂ，１７７ｃ、及び第１，第２電源端子１７７ｄ，１７７ｅはコネクタ部１１２内に配置される。なお、主体金具１２０の軸孔１２０ｂについては、本体包囲部１１１によって被覆されないで露出している。このようにして、図１及び図２に示すような、非共振型ノッキングセンサ１００が完成する。
【００３２】
（変形形態１）
次に、実施形態１の非共振型ノッキングセンサ１００の変形形態である非共振型ノッキングセンサ２００について、図面を参照しつつ説明する。本変形形態の非共振型ノッキングセンサ２００は、実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００と比較して、増幅回路部に代えてノッキング検出回路部を配置した点が異なり、その他についてはほぼ同様である。従って、実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については説明を省略または簡略化する。
【００３３】
上記実施形態１の非共振型ノッキングセンサ１００では、ノッキング検出回路部を別途設置していた。これに対し、本変形形態の非共振型ノッキングセンサ２００では、上面透視図である図４及び側面透視図である図５に示すように、実施形態のノッキングセンサ１００増幅回路部１７０に代えて、公知の回路構成を有する増幅回路を含めたノッキング検出回路部２７０をセンサ本体１９０の側方に隣り合うように配置している。このノッキング検出回路部２７０は、アルミナセラミックからなる配線基板２７１に電子部品２７２等を搭載したもので、圧電素子１５０の出力信号からノッキングを検出している。
【００３４】
このため、本変形形態の非共振型ノッキングセンサ２００では、圧電素子１５０とノッキング検出回路部２７０との距離が極めて短くなるので、圧電素子１５０からノッキング検出回路部２７０までの間では出力信号にノイズが重畳する虞が極めて少なくなる。従って、本変形形態の非共振型ノッキングセンサ２００は、ノッキング検出信号の信頼性が高くなるので、ノッキング検知性に優れたノッキングセンサとなる。なお、実施形態１の非共振型ノッキングセンサ１００では、第１，第２出力端子１７７ｂ，１７７ｃを用いて増幅回路部１７０の増幅信号を外部に出力していたが、本変形形態の非共振型ノッキングセンサ２００では、リード線２７５ｂ，２７５ｃを介してノッキング検出回路部２７０に接続されている第１，第２出力端子２７７ｂ，２７７ｃを用いて、ノッキング検出回路部２７０から送出されるノッキング検出信号を外部に出力している。また、ノッキング検出回路部２７０を作動させるための電力を外部から入力するために、第１電源端子２７７ｄ及び第２電源端子２７７ｅが、リード線２７５ｄ，２７５ｅを介してノッキング検出回路部２７０に接続されている。
【００３５】
（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の非共振型ノッキングセンサ３００は、上面透視図である図６及び側面透視図である図７に示すように、実施形態１の非共振型ノッキングセンサ１００と同様な、いわゆるセンターホール式の非共振型ノッキングセンサである。この非共振型ノッキングセンサ３００は、図６のＣ−Ｃ断面図である図３に示すように、実施形態１の非共振型ノッキングセンサ１００と同じセンサ本体１９０を有している。
【００３６】
さらに、図６に示すように、実施形態１の非共振型ノッキングセンサ１００と同じ増幅回路部１７０を有している。この増幅回路部１７０は、第１，２電極板１４０，１６０から突出した端子３４１，３６１を介して圧電素子１５０の出力信号を入力し、この圧電素子１５０の出力信号を増幅している。さらに、増幅回路部１７０で増幅された増幅信号を外部に出力するための第１出力端子３７７ｂ及び第２出力端子３７７ｃが、増幅回路部１７０から延設されている。同様に、増幅回路部１７０を作動させるための電力を外部から入力するための第１電源端子３７７ｄ及び第２電源端子３７７ｅが、増幅回路部１７０から延設されている。
【００３７】
そして、センサ本体１９０の周方向周囲が、樹脂成形体３１０の本体包囲部３１１によって包囲されている。ただし、主体金具１２０の軸孔１２０ｂについては、本体包囲部３１１によって被覆されないで露出している。さらに、コネクタ部３１２、及び本体包囲部３１１とコネクタ部３１２とを連結する連結部３１３を含む突状部３１４が、本体包囲部３１１の周方向一部から外側に突出している。そして、増幅回路部１７０が連結部３１３の内部空間３１３ｂ内に配置され、さらに、第１，第２出力端子３７７ｂ，３７７ｃ、及び第１，第２電源端子３７７ｄ，３７７ｅの一部がコネクタ部３１２の内側に突出する形態で配置されている。このコネクタ部３１２を介して、非共振型ノッキングセンサ３００が外部と接続される。
【００３８】
ところで、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ３００では、図７に示すように、コネクタ部３１２及び連結部３１３を含む突状部３１４が、本体包囲部３１１の周方向一部から外側に突出している。さらに、図示してないが、コネクタ部３１２には、内燃機関制御コンピュータと接続するシールド線の一端に設けられたコネクタが接続される。このため、この突状部３１４が共振し、連結部３１３を支点としてコネクタ部３１２が大きく振動する虞がある。
そこで、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ３００では、連結部３１３に内部空間３１３ｂを設けて、本体包囲部３１１とコネクタ部３１２との機械的結合が疎になるようにしている。このようにすることで、コネクタ部３１２の振動が圧電素子１５０に伝わりにくくなるので、コネクタ部３１２の共振の影響によって、圧電素子１５０からの出力信号に歪みが生じる虞が少なくなる。
【００３９】
さらに、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ３００では、圧電素子１５０の出力信号を増幅するための増幅回路部１７０を連結部３１３の内部空間３１３ｂに配置しているので、増幅回路部１７０の配置スペースを別途設ける場合に比して省スペースである。また、増幅回路部１７０を連結部３１３の内部空間３１３ｂに配置しているので、増幅回路部１７０は、コネクタ部３１２の共振による影響を受けにくくなり、信頼性の高いものとなる。
さらに、圧電素子１５０と増幅回路部１７０との距離が極めて短くなるので、圧電素子１５０から増幅回路部１７０までの間では出力信号にノイズが重畳しにくくなる。従って、増幅回路部１７０で増幅された増幅信号は、極めてノイズの少ないものとなる。
【００４０】
さらに、圧電素子１５０の出力信号を増幅するまでにノイズが重畳しにくいので、出力特性を調節するためのウエイト１３２を小さくすることが可能となり、この非共振型ノッキングセンサ３００を小型化、軽量化することも可能となる。なお、本実施形態では、図示しないノッキング検出回路部を別途設置しているので、増幅信号がノッキング検出回路部に到達するまでにノイズが重畳する虞がある。しかし、増幅信号にノイズが重畳したとしても、増幅信号に対するノイズの大きさは極めて小さい。従って、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ３００は、ノッキング検知性に優れたものとなっている。
【００４１】
（変形形態２）
次に、実施形態２の非共振型ノッキングセンサ３００の変形形態である非共振型ノッキングセンサ４００について、図面を参照しつつ説明する。本変形形態の非共振型ノッキングセンサ４００は、実施形態の非共振型ノッキングセンサ３００と比較して、増幅回路部に代えてノッキング検出回路部を配置した点が異なり、その他についてはほぼ同様である。従って、実施形態の非共振型ノッキングセンサ３００と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については説明を省略または簡略化する。
【００４２】
実施形態２の非共振型ノッキングセンサ３００では、ノッキング検出回路部を別途設置していた。これに対し、本変形形態の非共振型ノッキングセンサ４００では、上面透視図である図８及び側面透視図である図９に示すように、実施形態のノッキングセンサ３００における増幅回路部１７０に代えて、変形形態１の非共振型ノッキングセンサ２００と同じ、増幅回路を含めたノッキング検出回路部２７０を連結部３１３の内部空間３１３ｂに配置している。このため、別途ノッキング検出回路部２７０の配置スペースを設ける場合に比して省スペースである。さらに、圧電素子１５０とノッキング検出回路部２７０との距離が極めて短くなるので、圧電素子１５０からノッキング検出回路部２７０までの間では出力信号にノイズが重畳する虞が極めて少なくなる。従って、本変形形態の非共振型ノッキングセンサ４００は、ノッキング検出信号の信頼性が高くなるので、ノッキング検知性に優れたノッキングセンサとなる。
【００４３】
なお、実施形態２の非共振型ノッキングセンサ３００では、第１，第２出力端子３７７ｂ，３７７ｃを用いて増幅回路部１７０の増幅信号を外部に出力していたが、本変形形態の非共振型ノッキングセンサ４００では、第１，第２出力端子４７７ｂ，４７７ｃを用いてノッキング検出回路部２７０から送出されるノッキング検出信号を外部に出力している。また、ノッキング検出回路部２７０を作動させるための電力を外部から入力するために、第１電源端子４７７ｄ及び第２電源端子４７７ｅがノッキング検出回路部２７０に接続されている。
【００４４】
以上において、本発明を実施形態及び変形形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態１及び変形形態１の非共振型ノッキングセンサ１００，２００では、センサ本体１９０の側方のうち、コネクタ部１１２が存在する方向から９０度ずれた方向に増幅回路部１７０またはノッキング検出回路部２７０を配置した。しかし、センサ本体１９０の側方のうち、コネクタ部１１２が存在する方向以外の方向であれば、コネクタ部１１２の振動の影響で、増幅回路部１７０またはノッキング検出回路部２７０が損傷したり、これらにノイズが発生する危険性を低減することができる。
【００４５】
また、実施形態２及び変形形態２の非共振型ノッキングセンサ３００，４００では、増幅回路部１７０またはノッキング検出回路部２７０を連結部３１３の内部空間３１３ｂ内に配置した。しかし、連結部３１３の内部空間３１３ｂ内に配置しないで、センサ本体１９０の側方に隣り合うように配置しても良い（実施形態１及び変形形態１の非共振型ノッキングセンサ１００，２００を参照）。また、増幅回路部１７０またはノッキング検出回路部２７０を別途配置して、圧電素子１５０の出力信号をセンサ内で処理しないで、そのまま第１，第２出力端子から出力するようにしても良い。この場合、第１電源端子３７７ｄ，４７７ｄ及び第２電源端子３７７ｅ，４７７ｅは不要となる。いずれの位置に配置しても、連結部３１３に内部空間３１３ｂを設けておけば、コネクタ部３１２の共振の影響で、圧電素子１５０の出力信号に歪みが生じる虞が少なくなる。
【００４６】
さらに、実施形態１，２及び変形形態１，２で用いたウエイト１３２、皿バネ１３３、ナット１３６の３部品を１部品で構成し、部品点数を削減するようにしても良い。また、実施形態１，２及び変形形態１，２では、圧電素子１５０を鉛を含むＰＺＴで構成したが、鉛を含まないもの（例えば、（Ｂｉ０．５Ｎａ０．５）ＴｉＯ３−ＢａＴｉＯ３−（Ｂｉ０．５Ｋ０．５）ＴｉＯ３系）で構成するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１にかかる非共振型ノッキングセンサ１００の上面透視図である。
【図２】実施形態１にかかる非共振型ノッキングセンサ１００の側面透視図である。
【図３】非共振型ノッキングセンサ１００，３００，５００の内部構造を示す図であり、図１のＡ−Ｏ−Ａ断面図、図６のＣ−Ｃ断面図、及び図１０のＥ−Ｅ断面図である。
【図４】変形形態１にかかる非共振型ノッキングセンサ２００の上面透視図である。
【図５】変形形態１にかかる非共振型ノッキングセンサ２００の側面透視図である。
【図６】実施形態２にかかる非共振型ノッキングセンサ３００の上面透視図である。
【図７】実施形態２にかかる非共振型ノッキングセンサ３００の側面透視図である。
【図８】変形形態２にかかる非共振型ノッキングセンサ４００の上面透視図である。
【図９】変形形態２にかかる非共振型ノッキングセンサ４００の側面透視図である。
【図１０】従来の非共振型ノッキングセンサ５００の上面透視図である。
【図１１】従来の非共振型ノッキングセンサ５００の側面透視図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００，４００，５００　非共振型ノッキングセンサ
１１０，３１０，５１０　樹脂成形体
１１１，３１１，５１１　本体包囲部
１１２，３１２，５１２　コネクタ部
１２０　主体金具
１２０ｂ　軸孔
１２１　筒状部
１２２　鍔部
１３２　ウエイト
１５０　圧電素子
１７０　増幅回路部
１７７ｂ，１７７ｃ，２７７ｂ，２７７ｃ，３７７ｂ，３７７ｃ，４７７ｂ，４７７ｃ，５４１，５６１　出力端子
１７７ｄ，１７７ｅ，２７７ｄ，２７７ｅ，３７７ｄ，３７７ｅ，４７７ｄ，４７７ｅ　電源端子
１９０　センサ本体
２７０　ノッキング検出回路部
３１３　連結部
３１３ｂ　内部空間
３１４　突状部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a knocking sensor for an internal combustion engine, and more particularly to a non-resonant knocking sensor using a piezoelectric element.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a non-resonant knock sensor using a piezoelectric element has been known as a device for detecting a knocking phenomenon in a combustion chamber of an automobile or the like. An ignition timing of a spark plug is controlled by a control system using the non-resonant knock sensor. Is adjusted at the optimal time. As such a non-resonant knocking sensor, for example, as shown in FIG. 10 which is a top perspective view and FIG. 11 which is a side perspective view, a mounting bolt is inserted into a shaft hole 120b of a metal shell 120. A so-called center-hole type non-resonant knock sensor 500 fixed to a cylinder block of an internal combustion engine (not shown) can be used.
[0003]
As shown in FIG. 3, which is a cross-sectional view taken along the line EE in FIG. 10, the non-resonant knocking sensor 500 includes a main body including a cylindrical tubular portion 121 and an annular flange portion 122 located at one end 121c. It has a metal fitting 120. An annular first insulating plate 130, an annular first electrode plate 140, an annular piezoelectric element 150, and an annular first The two-electrode plate 160, the annular second insulating plate 135, the annular weight 132, and the disc spring 133 are fitted. Further, a nut 136 having a screw portion 136b formed on the inner peripheral surface is screwed into a screw portion 121b formed on the outer peripheral surface of the tubular portion 121, and the first and second insulating plates 130, 135, and the first and second insulating plates are formed. The two electrode plates 140 and 160, the piezoelectric element 150, the weight 132, and the disc spring 133 are sandwiched and fixed between the flange 122 and the nut 136 to form a sensor main body 190. In addition, a cylindrical insulating sleeve 131 is interposed between the cylindrical portion 121 and the first and second electrode plates 140 and 160 and the piezoelectric element 150.
[0004]
Further, as shown in FIG. 10, first and second output terminals 541 and 561 for outputting an output signal generated between the two electrodes to the outside are extended from the first and second electrode plates 140 and 160, respectively. Have been. Such a sensor main body 190 is surrounded by a main body surrounding portion 511 of the resin molded body 510 as shown in FIG. 10 and FIG. As shown in FIG. 11, the resin molded body 510 has a connector portion 512 protruding outside the main body surrounding portion 511, and the first and second output terminals of the first and second electrode plates 140 and 160. A part of 541 and 561 is arranged inside the connector part 512 so as to protrude outside. The knocking sensor 500 is connected to the outside via the connector section 512.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The non-resonance type knocking sensor 500 is installed on a cylinder block of an internal combustion engine (not shown), and is installed on a first and second output terminals 541 and 561 using a shield wire (not shown). (So-called ECU). This internal combustion engine control computer has a knocking detection circuit section including an amplification circuit section for amplifying the output signal of the non-resonant knocking sensor 500 (piezoelectric element 150). The knocking is detected from the output signal of the element 150) to calculate the ignition timing. The non-resonant knocking sensor 500 (piezoelectric element 150) and the computer for controlling the internal combustion engine are connected by a shielded wire, but the distance between them is long. In some cases, noise is superimposed before the output signal reaches the knocking detection circuit. Since the output signal of the non-resonant knocking sensor 500 (piezoelectric element 150) is weak, there is a possibility that knocking detection performance may be reduced due to superposition of noise.
[0006]
Further, in the non-resonant knocking sensor 500, as shown in FIG. 11, since the connector portion 512 protrudes outward from a part of the body surrounding portion 511 in the circumferential direction, the connector portion 512 resonates at a low frequency. There was sometimes. When this vibration is transmitted to the piezoelectric element 150, the output signal from the piezoelectric element 150 contains a large amount of the resonance frequency component of the connector portion 512, and the output signal of the resonance knocking sensor 500 may be distorted. Was.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is difficult for noise to be superimposed before an output signal output from a piezoelectric element reaches an amplifier circuit portion, and a non-resonant type excellent in knocking detection performance is provided. An object is to provide a knocking sensor. Alternatively, it is another object of the present invention to provide a non-resonance type knocking sensor that is less likely to cause distortion of an output signal from a piezoelectric element due to the influence of resonance of a connector portion and has excellent knock detection.
[0008]
Means for Solving the Problems, Functions and Effects
Means for solving the problem include a metal shell including a cylindrical portion having a shaft hole and a flange positioned at one end of the cylindrical portion, an annular piezoelectric element fitted on the outer periphery of the cylindrical portion of the metal shell, and A sensor main body having an annular weight fitted into the outer periphery of the cylindrical portion of the metal shell and sandwiching the piezoelectric element between the flange portion, and a main body surrounding portion surrounding a circumference of the sensor main body in a circumferential direction; And a resin molded body projecting outward from a part of the body surrounding portion in the circumferential direction and having a connector portion for connection to the outside, and amplifying an output signal of the piezoelectric element. An amplifier circuit section, an output terminal for outputting an amplified signal amplified by the amplifier circuit section to the outside, and a power supply terminal for inputting power for operating the amplifier circuit section; Circuit part is above Capacitors are disposed adjacent to the side of the body is surrounded in the body surrounding portion with the sensor body, said output terminal and said power supply terminal is a non-resonant type knock sensor consisting disposed within the connector section.
[0009]
In the non-resonant knocking sensor according to the present invention, an amplifier circuit for amplifying an output signal of the piezoelectric element is disposed adjacent to a side of the sensor body. For this reason, the distance between the piezoelectric element and the amplifier circuit section is extremely short, and the possibility that noise is superimposed before the output signal output from the piezoelectric element reaches the amplifier circuit section is extremely reduced. Therefore, the amplified signal amplified by the amplifier circuit unit has very little noise. Further, if the knocking detection circuit is separately provided, noise may be superimposed before the amplified signal reaches the knocking detection circuit. However, even if the noise is superimposed, the magnitude of the noise with respect to the amplified signal is extremely small, so that the knocking sensor has excellent knocking detection performance as compared with the related art.
Further, since noise is unlikely to be superimposed before the output signal of the piezoelectric element is amplified, the weight for adjusting the output characteristics can be reduced, and the knocking sensor can be reduced in size and weight.
[0010]
Furthermore, in the non-resonant knocking sensor, the amplifier circuit section may be a non-resonant knock sensor that is disposed in a direction other than a direction in which the connector section is present on a side of the sensor body. .
[0011]
In the case of a non-resonant knock sensor in which the connector protrudes outward from a part of the body surrounding portion in the circumferential direction, the connector may resonate at a low frequency. For this reason, when the amplifier circuit section is arranged near the connector section, the amplifier circuit section is damaged by the influence of the vibration of the connector section, and noise is generated by a piezo effect generated in the semiconductor element of the amplifier circuit section. There is a risk.
Therefore, in the non-resonant knocking sensor according to the present invention, the amplifier circuit section is arranged in a direction other than the direction in which the connector section exists on the side of the sensor body. Thereby, the amplifier circuit is less affected by the vibration of the connector, and the vibration durability of the amplifier and the reliability of the amplified signal are improved.
[0012]
Further, the non-resonant knocking sensor is a non-resonant knock sensor, wherein the amplifying circuit portion is arranged in a direction shifted by 90 degrees from a direction in which the connector portion is present on a side of the sensor main body. It is good to
[0013]
In the non-resonant knocking sensor of the present invention, the amplifier circuit section is arranged in a direction shifted by 90 degrees from the direction in which the connector section exists, on the side of the sensor main body. Therefore, in the non-resonant knocking sensor of the present invention, the amplifier circuit section is hardly affected by the vibration of the connector section, and is arranged at a position relatively close to the output terminal and the power supply terminal arranged in the connector section. become. For this reason, the vibration durability of the amplifier circuit section and the reliability of the amplified signal are high, and the wiring for connecting the amplifier circuit section to the output / power terminal is easily arranged.
[0014]
Further, any one of the non-resonant knocking sensors described above, including the amplifying circuit unit in place of the amplifying circuit unit, including a knocking detection circuit unit for detecting knocking from an output signal of the piezoelectric element, The output terminal may be a non-resonant knock sensor that outputs a knock detection signal sent from the knock detection circuit unit to the outside instead of the amplified signal.
[0015]
In the non-resonant knocking sensor of the present invention, a knocking detection circuit section including an amplification circuit section is disposed adjacent to a side of the sensor body. For this reason, the distance between the piezoelectric element and the knocking detection circuit section is extremely short, and the possibility that noise is superimposed before the output signal output from the piezoelectric element reaches the knocking detection circuit section is extremely reduced. Therefore, the non-resonance type knocking sensor of the present invention becomes a knocking sensor excellent in knocking detection performance because the reliability of the knocking detection signal is increased.
[0016]
Another solution is a metal shell including a cylindrical portion having a shaft hole and a flange located at one end of the cylindrical portion, an annular piezoelectric element fitted on the outer periphery of the cylindrical portion of the metal shell, A sensor body having an annular weight fitted on the outer periphery of the cylindrical portion of the metal shell and sandwiching the piezoelectric element between the metal member and the body, and a body surrounding portion surrounding the circumference of the sensor body in the circumferential direction. And a connector protruding outward from a part of the body surrounding portion in a circumferential direction, the connector including a connector for connecting to the outside, and a connecting portion connecting the body surrounding and the connector. A protrusion, and a resin molded body having: a non-resonant knocking sensor comprising: a resin molded body having: an output terminal disposed in the connector portion for outputting an output signal of the piezoelectric element to the outside. Inside the body enclosure and the connector Is a non-resonant type knock sensor formed by providing a space for sparsely mechanical coupling between the.
[0017]
In some non-resonance knock sensors, a protrusion including a connector portion and a connecting portion that connects the main body surrounding portion and the connector portion protrudes outward from a part of the circumferential direction of the main body surrounding portion. Further, a connector provided at one end of a shield wire connected to an internal combustion engine control computer or the like is connected to the connector portion. For this reason, the protruding portion may resonate at a low frequency, and the connector portion may vibrate largely with the connecting portion as a fulcrum. Then, since this vibration is transmitted to the piezoelectric element via the connecting portion, the output signal from the piezoelectric element contains a large component of the resonance frequency of the protruding portion, and the output signal of the knocking sensor may be distorted.
However, in the knocking sensor of the present invention, a space is provided inside the connecting portion that connects the main body surrounding portion and the connector portion, and the mechanical coupling between the main body surrounding portion and the connector portion is reduced. For this reason, it is difficult for the vibration of the connector to be transmitted to the piezoelectric element via the connecting part, so that the possibility that the output signal from the piezoelectric element is distorted due to the influence of the resonance of the connector is reduced.
[0018]
Further, the non-resonant knocking sensor, comprising: an amplification circuit unit for amplifying an output signal of the piezoelectric element; and a power supply terminal for inputting power for operating the amplification circuit unit, The amplifier circuit section is accommodated in the space of the connection section, the output terminal outputs an amplified signal amplified by the amplifier circuit section instead of an output signal of the piezoelectric element, and the power supply terminal is A non-resonant knock sensor may be provided in the connector together with the output terminal.
[0019]
In the non-resonant knocking sensor of the present invention, since the amplifier circuit for amplifying the output signal of the piezoelectric element is arranged in the internal space of the connecting portion, compared with a case where a space for the amplifier circuit is separately provided. Space saving. In addition, since the amplifier circuit section is arranged in the internal space of the connection section, the amplifier circuit section is less likely to be affected by resonance of the connector section, and has high reliability.
Further, since the distance between the piezoelectric element and the amplifier circuit section is extremely short, noise is less likely to be superimposed before the output signal output from the piezoelectric element reaches the amplifier circuit section. Therefore, the amplified signal amplified by the amplifier circuit unit has very little noise. Further, if the knocking detection circuit is separately provided, noise may be superimposed before the amplified signal reaches the knocking detection circuit. However, even if the noise is superimposed, the magnitude of the noise with respect to the amplified signal is extremely small, so that the knocking sensor has excellent knocking detection performance as compared with the related art. Further, since noise is unlikely to be superimposed before the output signal of the piezoelectric element is amplified, the weight for adjusting the output characteristics can be reduced, and the knocking sensor can be reduced in size and weight.
[0020]
Furthermore, the non-resonant knocking sensor includes a knocking detection circuit unit for detecting knocking from an output signal of the piezoelectric element, including the amplification circuit unit instead of the amplification circuit unit, and the output terminal is A non-resonant knock sensor that outputs a knock detection signal sent from the knock detection circuit unit to the outside instead of the amplified signal may be used.
[0021]
In the knocking sensor according to the present invention, since the knocking detection circuit section including the amplification circuit section is arranged in the internal space of the connecting section, the space is saved as compared with a case where a separate space for the knocking detection circuit section is provided.
Further, since the distance between the piezoelectric element and the knocking detection circuit section is extremely short, the possibility that noise is superimposed before the output signal output from the piezoelectric element reaches the knocking detection circuit section is extremely reduced. For this reason, the non-resonance type knocking sensor of the present invention becomes a knocking sensor excellent in knocking detection performance because the reliability of the knocking detection signal is increased.
[0022]
In recent years, for environmental protection, a knocking sensor using a lead-free piezoelectric element has been studied. However, the output signal of a lead-free piezoelectric element tends to be smaller than that of a lead-containing piezoelectric element. It is in. Therefore, in a knocking sensor using a piezoelectric element containing no lead, it is more important to suppress the superposition of noise than in a knocking sensor using a piezoelectric element containing lead. Therefore, in a knocking sensor using a lead-free piezoelectric element (non-resonant knocking sensor), it is particularly useful to adopt at least one of the configurations of the present invention.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The non-resonance type knocking sensor 100 of the present embodiment is illustrated in a form in which a mounting bolt is inserted into a shaft hole 120b of a metal shell 120 as shown in FIG. 1 which is a top perspective view and FIG. 2 which is a side perspective view. This is a so-called center-hole type non-resonant knock sensor that is fixed to a cylinder block of an internal combustion engine that does not use the same.
[0024]
As shown in FIG. 3, which is a cross-sectional view taken along the line AOA of FIG. 1, the non-resonant knock sensor 100 includes a cylindrical tubular portion 121 and an annular flange portion 122 located at one end 121c. The metal shell 120 is formed as follows. An annular first insulating plate 130, an annular first electrode plate 140, and an annular piezoelectric element are arranged on the outer periphery of the cylindrical portion 121 of the metallic shell 120 in this order from the flange portion 122 side (the lower side in the figure). 150, an annular second electrode plate 160, an annular second insulating plate 135, an annular weight 132, and a disc spring 133 are fitted. Further, a nut 136 having a screw portion 136b formed on the inner peripheral surface is screwed into a screw portion 121b formed on the outer peripheral surface of the tubular portion 121, and the first and second insulating plates 130, 135, and the first and second insulating plates are formed. The two electrode plates 140 and 160, the piezoelectric element 150, the weight 132, and the disc spring 133 are sandwiched and fixed between the flange 122 and the nut 136 to form a sensor main body 190. In addition, a cylindrical insulating sleeve 131 is interposed between the cylindrical portion 121 and the first and second electrode plates 140 and 160 and the piezoelectric element 150.
[0025]
Further, as shown in FIG. 1, an electronic component 172 and the like are mounted on a wiring board 171, and an amplifier circuit section 170 having a known circuit configuration is arranged on a side of the sensor main body 190. The amplifier circuit section 170 receives an output signal of the piezoelectric element 150 via terminals 141 and 161 protruding from the first and second electrode plates 140 and 160, and amplifies the output signal of the piezoelectric element 150. Further, a first output terminal 177b and a second output terminal 177c for outputting the amplified signal amplified by the amplifier circuit section 170 to the outside are connected to the amplifier circuit section 170 (wiring board 171) via the lead wires 175b and 175c. It is connected. Similarly, the first power supply terminal 177d and the second power supply terminal 177e for inputting power for operating the amplification circuit unit 170 from outside are also connected to the amplification circuit unit 170 (wiring board 171) via the lead wires 175d and 175e. It is connected to the.
[0026]
The sensor main body 190, the amplifier circuit section 170, and the lead wires 175b and 175c are surrounded by the main body surrounding section 111 of the resin molded body 110. However, the shaft hole 120b of the metal shell 120 is exposed without being covered by the main body surrounding portion 111. Further, a part of the first and second output terminals 177b and 177c and a part of the first and second power supply terminals 177d and 177e are arranged inside the connector 112 of the resin molded body 110 so as to protrude outward. The non-resonant knock sensor 100 is connected to the outside via the connector 112. The resin molded body 110 includes a main body surrounding portion 111 and a connector portion 112, and has a shape in which the connector portion 112 projects outward from a part of the circumferential direction of the main body surrounding portion 111.
[0027]
By the way, as shown in FIG. 1, in the non-resonance type knocking sensor 100 of the present embodiment, the amplification circuit section 170 for amplifying the output signal of the piezoelectric element 150 is arranged adjacent to the side of the sensor main body 190. . For this reason, the distance between the piezoelectric element 150 and the amplifier circuit section 170 is extremely short, and there is a very small possibility that noise is superimposed before the output signal output from the piezoelectric element 150 reaches the amplifier circuit section 170. Therefore, the amplified signal amplified by the amplifier circuit 170 has very little noise.
[0028]
Further, since it is difficult for noise to be superimposed before the output signal of the piezoelectric element 150 is amplified, the weight 132 for adjusting the output characteristics can be reduced, and the size and weight of the non-resonant knock sensor 100 can be reduced. It is also possible to do. In this embodiment, since a knocking detection circuit unit (not shown) is separately provided, there is a possibility that noise is superimposed before the amplified signal reaches the knocking detection circuit unit. However, even if noise is superimposed on the amplified signal, the magnitude of the noise with respect to the amplified signal is extremely small. Therefore, the non-resonant knock sensor 100 of the present embodiment is excellent in knock detection.
[0029]
Further, in the non-resonance type knocking sensor 100 of the present embodiment, the connector portion 112 protrudes outward from a part of the body surrounding portion 111 in the circumferential direction. Further, although not shown, a connector provided at one end of a shield wire connected to the internal combustion engine control computer is connected to the connector section 112. For this reason, there is a possibility that the connector portion 112 will resonate at a low frequency. Therefore, in the non-resonant knocking sensor 100 according to the present embodiment, the amplification circuit unit 170 is provided on the side of the sensor main body 190 in a direction other than the direction in which the connector unit 112 exists, specifically, the connector unit 112 exists. The amplifier circuit section 170 was arranged in a direction shifted by 90 degrees from the direction. By doing so, the amplification circuit section 170 is damaged by the influence of the vibration of the connector section 112, and noise is generated by a piezo effect generated in a semiconductor element such as the electronic component 172 constituting the amplification circuit section 170. Since the danger can be reduced, the vibration durability of the amplifier circuit 170 and the reliability of the amplified signal are improved. Further, the amplifier circuit section 170 is located relatively close to the first and second output terminals 117b and 117c and the first and second power supply terminals 117d and 117e. Therefore, it is easy to route the lead wires 175b to 175e that connect the amplifier circuit section 170 to the first and second output terminals 117b and 117c and the first and second power terminals 117d and 117e.
[0030]
Such a non-resonant knock sensor 100 of the present embodiment is manufactured as follows. First, brass is processed into a cylindrical shape to prepare a weight 132 as shown in FIG. In addition, as shown in FIG. 3, a soft metal shell 120 having a cylindrical tubular portion 121 and an annular flange 122 at one end 121c is prepared. Next, an insulating sleeve 131 made of polyolefin, a first insulating plate 130 made of PET, a first electrode plate 140 made of brass, a piezoelectric element 150 made of PZT, and a The two-electrode plate 160, the second insulating plate 135 made of PET, the weight 132 made of tungsten, and the disc spring 133 are fitted in this order. Next, a nut 136 made of soft iron is screwed into the threaded portion 121b of the cylindrical portion 121 and tightened until a predetermined load is applied to the piezoelectric element 150, and the first and second insulating plates 130 and 135, the first and second electrodes are formed. The plates 140 and 160, the piezoelectric element 150, the weight 132, and the disc spring 133 are fixed between the flange 122 and the nut 136. Thus, the sensor main body 190 is formed.
[0031]
Next, an amplifying circuit section 170 in which electronic components 172 and the like are mounted on a wiring board 171 made of alumina ceramic is prepared. The amplifier circuit section 170 is connected to the terminals 141 and 161 of the first and second electrode plates 140 and 160, and further has first and second output terminals 117b and 117c and first and second power terminals 117d and 117e. The leads 175b to 175e are connected to the amplifier circuit section 170.
Next, a nylon resin is injection-molded by a resin molding method, and as shown in FIG. 1, the main body surrounding portion 111 surrounding the sensor main body 190, the amplifier circuit portion 170, and the lead wires 175b and 175c, and the main body surrounding portion 111 are formed. The resin molded body 110 having the connector portion 112 projecting outward from a part in the circumferential direction is formed. At this time, the first and second output terminals 177b and 177c and the first and second power terminals 177d and 177e are arranged in the connector unit 112. The shaft hole 120b of the metal shell 120 is exposed without being covered by the main body surrounding portion 111. Thus, the non-resonant knock sensor 100 as shown in FIGS. 1 and 2 is completed.
[0032]
(Modification 1)
Next, a non-resonant knock sensor 200 which is a modification of the non-resonant knock sensor 100 of Embodiment 1 will be described with reference to the drawings. The non-resonance type knocking sensor 200 of the present modification is different from the non-resonance type knocking sensor 100 of the embodiment in that a knocking detection circuit unit is provided instead of the amplification circuit unit, and the others are almost the same. . Therefore, the description will be focused on portions different from the non-resonance type knocking sensor 100 of the embodiment, and description of similar portions will be omitted or simplified.
[0033]
In the non-resonant knocking sensor 100 according to the first embodiment, a knocking detection circuit is separately provided. On the other hand, in the non-resonant knocking sensor 200 according to the present modification, as shown in FIG. 4 which is a top perspective view and FIG. 5 which is a side perspective view, in place of the knocking sensor 100 amplification circuit section 170 of the embodiment, A knocking detection circuit section 270 including an amplification circuit having a known circuit configuration is disposed adjacent to the side of the sensor main body 190. The knocking detection circuit unit 270 includes an electronic component 272 and the like mounted on a wiring board 271 made of alumina ceramic, and detects knocking from an output signal of the piezoelectric element 150.
[0034]
For this reason, in the non-resonance type knocking sensor 200 of the present modified example, the distance between the piezoelectric element 150 and the knocking detection circuit unit 270 is extremely short. Are extremely reduced. Therefore, the non-resonance type knocking sensor 200 according to the present modified example has a high knocking detection signal reliability, and is a knocking sensor excellent in knocking detection performance. In the non-resonant knocking sensor 100 according to the first embodiment, the amplified signal of the amplifier circuit 170 is output to the outside using the first and second output terminals 177b and 177c. The knocking sensor 200 uses the first and second output terminals 277b and 277c connected to the knocking detection circuit unit 270 via the lead wires 275b and 275c to transmit the knocking detection signal sent from the knocking detection circuit unit 270. Outputting to outside. Further, in order to externally input electric power for operating knocking detection circuit unit 270, first power supply terminal 277d and second power supply terminal 277e are connected to knocking detection circuit unit 270 via lead wires 275d and 275e. ing.
[0035]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 6 which is a top perspective view and FIG. 7 which is a side perspective view, the non-resonant knock sensor 300 of the present embodiment has a so-called center-hole type knock sensor similar to the non-resonant knock sensor 100 of the first embodiment. Is a non-resonant knock sensor. The non-resonant knock sensor 300 has the same sensor body 190 as the non-resonant knock sensor 100 of the first embodiment, as shown in FIG.
[0036]
Further, as shown in FIG. 6, it has the same amplifier circuit section 170 as the non-resonant knock sensor 100 of the first embodiment. The amplifier circuit section 170 receives an output signal of the piezoelectric element 150 via terminals 341 and 361 protruding from the first and second electrode plates 140 and 160, and amplifies the output signal of the piezoelectric element 150. Further, a first output terminal 377b and a second output terminal 377c for outputting the amplified signal amplified by the amplification circuit unit 170 to the outside extend from the amplification circuit unit 170. Similarly, a first power supply terminal 377d and a second power supply terminal 377e for externally inputting power for operating the amplification circuit unit 170 extend from the amplification circuit unit 170.
[0037]
The circumference of the sensor body 190 in the circumferential direction is surrounded by the body surrounding portion 311 of the resin molded body 310. However, the shaft hole 120b of the metal shell 120 is exposed without being covered by the main body surrounding portion 311. Further, a projecting portion 314 including a connector portion 312 and a connecting portion 313 connecting the main body surrounding portion 311 and the connector portion 312 protrudes outward from a part of the main body surrounding portion 311 in the circumferential direction. Then, the amplifier circuit section 170 is disposed in the internal space 313b of the connection section 313, and a part of the first and second output terminals 377b and 377c and a part of the first and second power supply terminals 377d and 377e are connected to the connector section 312. Are arranged so as to protrude inside. The non-resonant knock sensor 300 is connected to the outside via the connector section 312.
[0038]
By the way, in the non-resonance type knocking sensor 300 of the present embodiment, as shown in FIG. 7, the projecting portion 314 including the connector portion 312 and the connecting portion 313 protrudes outward from a part of the body surrounding portion 311 in the circumferential direction. I have. Further, although not shown, a connector provided at one end of a shield wire connected to the internal combustion engine control computer is connected to the connector section 312. For this reason, there is a possibility that the projecting portion 314 resonates and the connector portion 312 vibrates largely with the connecting portion 313 as a fulcrum.
Therefore, in the non-resonant knocking sensor 300 of the present embodiment, the internal space 313b is provided in the connecting portion 313 so that the mechanical coupling between the main body surrounding portion 311 and the connector portion 312 is reduced. This makes it difficult for the vibration of the connector section 312 to be transmitted to the piezoelectric element 150, so that the possibility of distortion of the output signal from the piezoelectric element 150 due to the resonance of the connector section 312 is reduced.
[0039]
Further, in the non-resonant knocking sensor 300 of the present embodiment, the amplifier circuit 170 for amplifying the output signal of the piezoelectric element 150 is arranged in the internal space 313b of the connecting portion 313. Space saving compared to the case where a space is separately provided. Further, since the amplifier circuit section 170 is disposed in the internal space 313b of the connection section 313, the amplifier circuit section 170 is less likely to be affected by the resonance of the connector section 312, and has high reliability.
Further, since the distance between the piezoelectric element 150 and the amplifier circuit section 170 is extremely short, noise is less likely to be superimposed on the output signal between the piezoelectric element 150 and the amplifier circuit section 170. Therefore, the amplified signal amplified by the amplifier circuit 170 has very little noise.
[0040]
Further, since noise is unlikely to be superimposed before the output signal of the piezoelectric element 150 is amplified, the weight 132 for adjusting the output characteristics can be reduced, and the non-resonant knock sensor 300 can be reduced in size and weight. It is also possible to do. In this embodiment, since a knocking detection circuit unit (not shown) is separately provided, there is a possibility that noise is superimposed before the amplified signal reaches the knocking detection circuit unit. However, even if noise is superimposed on the amplified signal, the magnitude of the noise with respect to the amplified signal is extremely small. Therefore, the non-resonant knock sensor 300 of the present embodiment is excellent in knock detection.
[0041]
(Modification 2)
Next, a non-resonant knock sensor 400 which is a modification of the non-resonant knock sensor 300 of Embodiment 2 will be described with reference to the drawings. The non-resonant knock sensor 400 of this modification is different from the non-resonant knock sensor 300 of the embodiment in that a knock detection circuit is provided instead of the amplifier circuit, and the other components are substantially the same. . Therefore, the description will be focused on portions different from the non-resonance type knocking sensor 300 of the embodiment, and description of similar portions will be omitted or simplified.
[0042]
In the non-resonant knock sensor 300 according to the second embodiment, a knock detection circuit is separately provided. On the other hand, in the non-resonant knock sensor 400 according to the present modification, as shown in FIG. 8 which is a top perspective view and FIG. 9 which is a side perspective view, the amplification circuit unit 170 in the knock sensor 300 of the embodiment is used instead. A knocking detection circuit unit 270 including an amplifier circuit, which is the same as the non-resonance type knocking sensor 200 of the first modification, is arranged in the internal space 313 b of the connection unit 313. For this reason, the space can be saved as compared with a case where a separate arrangement space for the knocking detection circuit unit 270 is provided. Further, since the distance between the piezoelectric element 150 and the knocking detection circuit section 270 is extremely short, the possibility that noise is superimposed on the output signal between the piezoelectric element 150 and the knocking detection circuit section 270 is extremely reduced. Therefore, the non-resonance type knocking sensor 400 of the present modified example has a high knocking detection signal reliability, and is a knocking sensor excellent in knocking detection performance.
[0043]
In the non-resonant knock sensor 300 according to the second embodiment, the amplified signal of the amplifier circuit unit 170 is output to the outside using the first and second output terminals 377b and 377c. The knocking sensor 400 outputs the knocking detection signal sent from the knocking detection circuit unit 270 to the outside using the first and second output terminals 477b and 477c. Further, a first power supply terminal 477d and a second power supply terminal 477e are connected to the knocking detection circuit unit 270 in order to externally input electric power for operating the knocking detection circuit unit 270.
[0044]
In the above, the present invention has been described with reference to the embodiments and the modified embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments and the like, and it can be said that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof. Not even.
For example, in the non-resonant knock sensors 100 and 200 according to the first embodiment and the first modification, the amplification circuit unit 170 or the knocking detection is performed in a direction shifted by 90 degrees from the direction in which the connector unit 112 exists on the side of the sensor main body 190. The circuit unit 270 was arranged. However, if the side of the sensor body 190 is in a direction other than the direction in which the connector portion 112 exists, the amplification circuit portion 170 or the knocking detection circuit portion 270 may be damaged by the influence of the vibration of the connector portion 112, Can reduce the risk of generating noise.
[0045]
In the non-resonant knock sensors 300 and 400 according to the second and modified embodiments, the amplifier circuit 170 or the knock detection circuit 270 is disposed in the internal space 313b of the connection unit 313. However, instead of being disposed in the internal space 313b of the connecting portion 313, it may be disposed so as to be adjacent to the side of the sensor main body 190 (see the non-resonant knock sensors 100 and 200 of the first embodiment and the modified embodiment 1). ). Alternatively, the amplifier circuit section 170 or the knocking detection circuit section 270 may be separately provided, and the output signal of the piezoelectric element 150 may be directly output from the first and second output terminals without being processed in the sensor. In this case, the first power supply terminals 377d and 477d and the second power supply terminals 377e and 477e become unnecessary. Regardless of the position, if the internal space 313b is provided in the connecting portion 313, there is less possibility that the output signal of the piezoelectric element 150 will be distorted due to the resonance of the connector portion 312.
[0046]
Furthermore, the weight 132, the disc spring 133, and the nut 136 used in the first and second embodiments and the first and second modifications may be formed as one component to reduce the number of components. In the first and second embodiments and the first and second modifications, the piezoelectric element 150 is made of PZT containing lead. However, the piezoelectric element 150 does not contain lead (for example, (Bi0.5Na0.5) TiO3-BaTiO3- (Bi0. 5K0.5) TiO3).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a top perspective view of a non-resonant knock sensor 100 according to a first embodiment.
FIG. 2 is a side perspective view of the non-resonant knock sensor 100 according to the first embodiment.
3 is a diagram showing an internal structure of the non-resonant knocking sensors 100, 300, and 500, and is a sectional view taken along line AOA of FIG. 1, a sectional view taken along line CC of FIG. 6, and a line EE of FIG. It is sectional drawing.
FIG. 4 is a top perspective view of a non-resonant knock sensor 200 according to Modification 1.
FIG. 5 is a side perspective view of a non-resonant knock sensor 200 according to Modification 1.
FIG. 6 is a top perspective view of the non-resonant knock sensor 300 according to the second embodiment.
FIG. 7 is a side perspective view of the non-resonant knock sensor 300 according to the second embodiment.
FIG. 8 is a top perspective view of a non-resonant knock sensor 400 according to Modification 2.
FIG. 9 is a side perspective view of a non-resonant knock sensor 400 according to Modification 2.
FIG. 10 is a top perspective view of a conventional non-resonant knock sensor 500.
FIG. 11 is a side perspective view of a conventional non-resonant knocking sensor 500.
[Explanation of symbols]
100, 200, 300, 400, 500 Non-resonant knock sensor
110, 310, 510 Resin molding
111, 311, 511 Body surrounding part
112, 312, 512 Connector section
120 metal fittings
120b Shaft hole
121 tubular part
122 collar
132 weight
150 Piezoelectric element
170 amplifier circuit
177b, 177c, 277b, 277c, 377b, 377c, 477b, 477c, 541, 561 output terminals
177d, 177e, 277d, 277e, 377d, 377e, 477d, 477e Power supply terminal
190 Sensor body
270 Knocking detection circuit
313 connection
313b Internal space
314 protrusion

Claims

A metal shell including a cylindrical portion having a shaft hole and a flange positioned at one end of the cylindrical portion, an annular piezoelectric element fitted on the outer periphery of the cylindrical portion of the metal shell, and A sensor body having an annular weight fitted on the outer periphery of the tubular portion and sandwiching the piezoelectric element between the flange portion and the flange portion;
Non-resonant type knocking comprising: a main body surrounding portion surrounding the periphery of the sensor main body in a circumferential direction; and a resin molded body having a connector portion projecting outward from a part of the circumferential direction of the main body surrounding portion and connecting to the outside. A sensor,
An amplification circuit unit that amplifies the output signal of the piezoelectric element,
An output terminal for outputting the amplified signal amplified by the amplification circuit unit to the outside,
A power supply terminal for inputting power for operating the amplification circuit unit;
With
The amplifier circuit section is disposed adjacent to the side of the sensor main body, and is surrounded by the main body surrounding section together with the sensor main body,
A non-resonant knock sensor, wherein the output terminal and the power terminal are arranged in the connector section.

The non-resonant knock sensor according to claim 1,
The non-resonant knock sensor, wherein the amplification circuit section is arranged in a direction other than a direction in which the connector section exists, on a side of the sensor body.

The non-resonant knock sensor according to claim 2,
The non-resonant knock sensor, wherein the amplification circuit section is arranged in a direction shifted by 90 degrees from a direction in which the connector section exists, on a side of the sensor body.

The non-resonant knock sensor according to claim 1, wherein:
Instead of the amplification circuit section, includes the amplification circuit section, has a knocking detection circuit section that detects knocking from the output signal of the piezoelectric element,
The output terminal is a non-resonant knock sensor that outputs a knock detection signal sent from the knock detection circuit unit to the outside instead of the amplified signal.

A metal shell including a cylindrical portion having a shaft hole and a flange positioned at one end of the cylindrical portion, an annular piezoelectric element fitted on the outer periphery of the cylindrical portion of the metal shell, and A sensor body having an annular weight fitted on the outer periphery of the tubular portion and sandwiching the piezoelectric element between the flange portion and the flange portion;
A body surrounding portion surrounding the circumference of the sensor body in the circumferential direction,
A projecting portion projecting outward from a part of the circumferential direction of the main body surrounding portion,
A connector portion for connection to the outside, and a projecting portion including a connecting portion for connecting the body surrounding portion and the connector portion,
A resin molded body having
An output terminal arranged in the connector section, for outputting an output signal of the piezoelectric element to the outside,
A non-resonant knock sensor comprising:
A non-resonant knocking sensor in which the connecting portion is provided with a space for reducing mechanical coupling between the main body surrounding portion and the connector portion.

The non-resonant knock sensor according to claim 5,
An amplifier circuit for amplifying the output signal of the piezoelectric element,
A power supply terminal for inputting power for operating the amplification circuit unit;
With
The amplification circuit unit is housed in the space of the connection unit,
The output terminal, instead of the output signal of the piezoelectric element, outputs an amplified signal amplified by the amplifier circuit unit,
The power supply terminal is a non-resonant knock sensor arranged in the connector together with the output terminal.

The non-resonant knock sensor according to claim 6,
Instead of the amplification circuit section, includes the amplification circuit section, has a knocking detection circuit section that detects knocking from the output signal of the piezoelectric element,
The output terminal is a non-resonant knock sensor that outputs a knock detection signal sent from the knock detection circuit unit to the outside instead of the amplified signal.