JP2007198144A - ノッキング検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンごとにバンドパスフィルタ等を選定することなくエンジンの燃焼室で起こるノッキングを正確に検出することができるノッキング検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】エンジン１０のシリンダヘッド１２とシリンダブロック１１との間に介設するシリンダヘッドガスケット１と、ガスケット面圧を検知して電気信号に変換するノックセンサ５を有し、前記ノックセンサ５がシリンダヘッドガスケット１に配設されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの燃焼室で生じるノッキングを検出するノッキング検出装置に関し、より詳しくはノックセンサを配設したシリンダヘッドガスケットを備えるノッキング検出装置に関する。

従来、エンジンの燃焼室内で発生するノッキングを検出するノッキング検出装置として、例えば、下記特許文献１に開示されているものがある。図８は従来のノックセンサの取付け状態を示すエンジン５０の主要部の断面図である。シリンダブロック５１にはシリンダ５２が形成されており、その内にはピストン５３が摺動可能に挿入されている。シリンダブロック５１の上端には振動伝達性の高い材料からなるシリンダヘッドガスケット５４を介してシリンダヘッド５５が配設されており、これらシリンダブロック５１、ピストン５３、シリンダヘッド５５は燃焼室５６を画成している。シリンダヘッド５５には、吸気バルブ５７を介して燃焼室５６を連結する吸気通路５８が形成されていると共に、燃焼室５６内に混合気体を点火する点火プラグ５９が取り付けられている。そして、シリンダヘッドガスケット５４に接するよう取り付けられたノックセンサ６０は、多気筒エンジンの燃焼室５６内で起こるノッキングにより生じた振動（ノッキング振動）をシリンダヘッドガスケット５４を介して検知し、バンドパスフィルタ等によって検知した振動から特定の周波数（ノッキング周波数）の振動を抽出することで、ノッキングを検出するようになっていた。

しかしながら、上記構成のノッキング検出装置では、シリンダブロック５１とシリンダヘッド５５との間に介設されたシリンダヘッドガスケット５４を伝播するノッキング振動を、シリンダヘッドガスケット５４と接触するように設置されたノックセンサ６０で検知することでノッキングの発生を検出するため、エンジンの正常燃焼時に発生する振動をノッキング振動と誤って検知する恐れがあり、シリンダヘッドガスケット５４から間接的にノッキング振動を検知するため、センサの反応が遅いという問題があった。

さらに、ノッキング周波数は種類や型式が相違するエンジンごとに異なるため、エンジンごとにノッキング周波数を特定し、その周波数に応じたフィルタ中心波長をもつバンドパスフィルターを選定する必要があった。

また、下記特許文献２〜３には、エンジンの燃焼室と連通する空間にセンサを配設することで、燃焼室内の気体の振動を直接検出するものが提案されているが、かかる場合、センサが燃焼環境に直接曝され耐久性に問題が生じるおそれや、エンジンの燃焼室と連通する空間に混合気体が滞留するおそれがあり問題である。また、下記特許文献４には、シリンダヘッドとシリンダヘッドガスケットの間に介在させるセンサが提案されているが、かかる場合、エンジンの組み立て時に、その都度センサを正確な位置に介在させなければならず組み立て作業性に劣るという問題がある。
特開平５−７９９０１号公報 特開平８−１２２１８８号公報 特開平９−１９５８１４号公報 特開平１０−２２１１９５号公報

そこで、エンジンごとにバンドパスフィルタ等を選定することなくエンジンの燃焼室で起こるノッキングを正確に検出することができるノッキング検出装置を提供することを目的とする。

本発明のノッキング検出装置は、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介設するシリンダヘッドガスケットと、ガスケット面圧の変動を検知して電気信号に変換するノックセンサを有し、前記ノックセンサがシリンダヘッドガスケットに配設されていることを特徴とする。

上記の本発明によれば、ノックセンサはシリンダヘッドガスケットに埋設されており、ノッキング発生時に生じるシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介設されたシリンダヘッドガスケットに加えられる加圧力の異常な変化を検知してノッキングの発生を検出するため、エンジンの正常燃焼時に発生する振動を誤ってノッキングとして検出することが生じない。

そして、エンジンの形状に関係なく、ある閾値をもってシリンダヘッドガスケットに加えられる加圧力から正常燃焼時と異常燃焼であるノッキング発生時とを判別することができるので、従来のようなエンジンごとのバンドパスフィルタの選定が不要となる。

さらに、シリンダヘッドガスケットをシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介設させて取り付ける工程によってノックセンサの取り付けが完了するため、容易に、かつ、工数を別途に必要とすることなく、エンジンにノックセンサを取り付けることができる。

また、本発明において、シリンダヘッドガスケットは、燃焼室孔の周りに沿ってビードが形成され前記ビードの頂部が互いに対向するように配置された一対のビード板と、燃焼室孔の周縁部を折り返した折り返し部を備えるストッパー板とを有し、前記ビードの内側に前記折り返し部が位置するように前記ストッパー板を前記一対のビード板の間に配置され、前記ノックセンサが、前記一対のビード板の間であって、前記ビードの外側および前記折り返し部と前記ビートとの間の少なくともいずれか一方に配設されてもよい。かかる場合、ノックセンサがビートを避けてシリンダヘッドガスケットに配設されているため、ノックセンサに対してガスケット面圧が局所的に作用するのを防ぎ、ノックセンサの破壊を防止することができる。

また、本発明において、シリンダヘッドガスケットは、燃焼室孔の周りに沿ってビードが形成された一対のビード板と、前記燃焼室孔の周囲の領域において前記一対のビード板の間に配置されるシム板とを有し、前記ノックセンサが、前記一対のビード板の間において、前記シム板の外側に前記シム板と離隔して配置されてもよい。かかる場合、ノックセンサがシム板と離隔した設けられているため、燃焼室内の燃焼により生じる振動がシム板を介してノックセンサに伝達するのを防ぎ、誤動作を防止することができる。

さらに、本発明において、シリンダヘッドガスケットは、複数個の燃焼室孔を有し、各燃焼室孔ごとに前記ノックセンサを設けてもよく、かかる場合、各燃焼室孔に対応する燃焼室ごとにノッキングの発生を検出して、各燃焼室の点火時期を個別に調整することができる。

さらにまた、一つの前記燃焼室孔に対して複数個の前記ノックセンサが設けられてもよく、かかる場合、燃焼室孔に設けられている１のセンサが故障しても他のノックセンサによりノッキングの発生を検出することができる。

エンジンごとにバンドパスフィルタ等を選定することなくエンジンの燃焼室で起こるノッキングを正確に検出することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。

図１はシリンダヘッドガスケット１の平面図、図２はシリンダヘッドガスケット１の部分断面図、図３は同シリンダヘッドガスケット１が装着される４気筒のエンジン１０を示す部分断面図、図４は制御部２０のブロック図である。

本実施形態におけるノッキング検出装置であるシリンダヘッドガスケット１は、図３に示すように、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２との間に介在され、ボルト等によって締め付け圧接固定されることでシリンダブロック１１とシリンダヘッド１２の間をシールする。シリンダブロック１１にはシリンダ１３が形成され、その内にはピストン１４が摺動可能に挿入されており、シリンダブロック１１、ピストン１４、シリンダヘッド１２は燃焼室１５を画成している。シリンダヘッド１２には、バルブ１６、１６を介して燃焼室１５を連結する吸気通路１７と排気通路１８とが形成されていると共に、燃焼室１５内に混合気体を点火する点火プラグ１９が取り付けられている。

このシリンダヘッドガスケット１は、図１に示すように、各燃焼室１５に合わせて同心上の４つの燃焼室孔２が穿設されており、各燃焼室孔２を個別に囲む第１ビード３と、これら第１ビード３全てを囲む第２ビード４が形成されている。このようなシリンダヘッドガスケット１の構成部材中には、各第１ビード３の外側（すなわち、第１ビード３と第２ビード４との間）において、ノックセンサ５がそれぞれ複数個（本実施形態では２個）埋設され、これにより、ノックセンサ５が、各燃焼室孔２のそれぞれに複数個ずつ、各燃焼室孔２に対応するように設けられている。

具体的には、図２に示すように、シリンダヘッドガスケット１は、第１ビードの頂部３ａが互いに対向するように配置された一対のビード板２４と、その間に配置され燃焼室孔２の周縁部を折り返した折り返し部２７を備えるストッパー板２６とを有し、ストッパー板２６の折り返し部２７の先端と対向する面２６ａに、ノックセンサ５が配設されている。ノックセンサ５は、加圧力の変化を検出することができるものであれば特に限定されず、例えば、例えば、圧電素子、歪みゲージ、感圧素子等が用いられる。なお、各ノックセンサ５から出力される電気信号を外部のノッキング信号検出回路へ伝送するため、図示しないリード線がシリンダヘッドガスケット１の構成部材中に埋設されている。

本実施形態のシリンダヘッドガスケット１を備えたエンジン１０では、各燃焼室１５で正常に燃焼が起こり燃焼室内圧が上昇すると、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とに圧接固定されていることによって、シリンダヘッドガスケット１に埋設された各ノックセンサ５への加圧力、すなわちガスケット面圧が減少し、これに応じてノックセンサ５からの出力信号が変化することによって、各燃焼室１５の燃焼圧力の変化を検出することができる。

一方、各燃焼室１５のいずれかで、異常燃焼であるノッキングが生じると、正常燃焼時以上に燃焼室内圧力が上昇して、異常燃焼を起こした燃焼室１５に設けられたノックセンサ５へのガスケット面圧が正常燃焼時より大きく変動するため、ノッキングの発生を検出することができる。

また、上記したシリンダヘッドガスケット１では、各燃焼室孔２のそれぞれに対してノックセンサ５が配設され、各燃焼室孔２に対応する各燃焼室１５を個別に監視するようになっているため、各燃焼室１５ごとにノッキングの発生を検出することができる。さらにまた、各燃焼室孔２のそれぞれに複数個のノックセンサ５が設けられているため、１つのノックセンサが故障しても他のノックセンサによりノッキングの発生を検出することができる。

上記のように検出された信号は、図４において示したように、ノックセンサ５に接続されたリード線を介して制御部２０へ出力され、制御部２０ではノックセンサ５からのノッキング信号を検出して、各燃焼室１５ごとに独立して点火プラグ１９の点火時期を調整制御する。

このように、エンジンごとにバンドパスフィルタ等を選定することなくエンジンの燃焼室で起こるノッキングを正確に検出することができる。また、シリンダヘッドガスケット１をシリンダブロック１１とシリンダヘッド１２との間に介在させて取り付ける従来のエンジン組立の工程と同一工程のみで、ノックセンサ５の取り付けを完了することができる。

なお、本実施形態では、ノックセンサ５を第１ビード３の外側（すなわち、第２ビード４との間）に配設したが、ノックセンサ５の配設位置は、特に限定されず、例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、第１ビード３の内側（すなわち、燃焼室孔２側）、あるいは第１ビード３の内側および外側に両方に配設してもよく、このように、ノックセンサ５が第１ビート部３を避けて配設することで、ノックセンサ５に対してガスケット面圧が局所的に作用するのを防ぎ、ノックセンサの破壊を防止することができる。

また、ノックセンサ５の形状も特に限定されず、例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、燃焼室孔２の周縁に沿う円弧状あるいは環状あってもよく、このように、センサの面積を広く設けることで、センサ感度を向上させることができる。

また、ノックセンサ５を各燃焼室孔２のそれぞれに複数個ずつ、各燃焼室孔２に対応するように設ける場合において、例えば、図６（ｃ）に示すように、隣接する２つの燃焼室孔２ａ、２ｂのそれぞれの中心点Ｓ１およびＳ２を結ぶ線分の垂直２等分線上にノックセンサ５ｂを設け、ノックセンサ５ｂを設ける位置と中心点Ｓ１、Ｓ２を対称の中心として点対称である位置にそれぞれノックセンサ５ａ、５ｃを設け、ノックセンサ５ｃを設ける位置と中心点Ｓ３を対称の中心として点対称である位置にノックセンサ５ｄを設け、さらにノックセンサ５ｄを設ける位置と中心点Ｓ４を対称の中心として点対称である位置にノックセンサ５ｅを設けてもよい。このように、ノックセンサ５ｂ、５ｃ、５ｄを近接する２つの燃焼室１５で発生するノッキングの検出に兼用することで、ノックセンサ５の配設個数を抑えつつ、各燃焼室１５ごとにノッキングの発生を検出することができる。

さらにまた、ノックセンサ５を配設するシリンダヘッドガスケット１は、本実施形態のような、一対のビード板２４の間に折り返し板２６を介在させてなるものに限定されず、例えば、図７（ａ）のように、燃焼室孔２の周りに沿ってビードが形成された一対のビード板２４と、燃焼室孔２の周囲の領域において一対のビード板２４の間に配置されるシム板２８を備えるシリンダヘッドガスケットであってもよく、また、図７（ｂ）のような１枚のビード板２４とストッパー板２６とを積層させたもの、あるいは図７（ｃ）のように、燃焼室孔側の端部にシム板２８を配設したビード板２４など、その構成は特に限定されない。特に、図７（ａ）に示すシム板２８を一対のビード板２４の間に介在させてなるシリンダヘッドガスケットでは、燃焼室１５内の燃焼により生じる振動がシム板２８を介してノックセンサ５に伝達するのを防ぎ、ノックセンサ５の誤動作を防止するため、ノックセンサ５を、一対のビード板２４の間において、シム板２８の外側に離隔した位置に埋設することが好ましく、シム板２８とノックセンサ５が離隔しすぎるとノックセンサ５にガスケット面圧が作用しにくくなるおそれがあるため、シム板２８とノックセンサ５の間隔は１ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明のノッキング検出装置は、ノッキングを的確に検出することのでき、しかもその取り付けが容易であり有用である。

本発明の一実施形態に係るノッキング検出装置に用いられるシリンダヘッドガスケットを示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１のシリンダヘッドガスケットが装着される４気筒のエンジンを示す部分断面図である。 本発明の一実施形態に係るノッキング検出装置の制御部のブロック図 本発明の変更例におけるシリンダヘッドガスケットを示す断面図である。 本発明の変更例におけるシリンダヘッドガスケットを示す平面図である。 本発明の変更例におけるシリンダヘッドガスケットを示す断面図である。 従来のノックセンサが装着される４気筒のエンジンを示す部分断面図である。

符号の説明

１…シリンダヘッドガスケット
２…燃焼室孔
３…第１ビード
４…第２ビード
５…ノックセンサ
１０…エンジン
１１…シリンダブロック
１２…シリンダヘッド
１３…シリンダ
１４…ピストン
１５…燃焼室
１６…点火プラグ
１７…吸気通路
１８…排気通路
１９…点火プラグ
２０…制御部
２４…ビード板
２６…ストッパー板
２７…折り返し部
２８…シム板

Claims (6)

1. エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介設するシリンダヘッドガスケットと、ガスケット面圧の変動を検知して電気信号に変換するノックセンサを有し、
   前記ノックセンサがシリンダヘッドガスケットに配設されていることを特徴とするノッキング検出装置。
2. 前記シリンダヘッドガスケットは、燃焼室孔の周りに沿ってビードが形成され前記ビードの頂部が互いに対向するように配置された一対のビード板と、燃焼室孔の周縁部を折り返した折り返し部を備えるストッパー板とを有し、前記ビードの内側に前記折り返し部が位置するように前記ストッパー板を前記一対のビード板の間に配置され、
   前記ノックセンサが、前記一対のビード板の間であって、前記ビードの外側および前記折り返し部と前記ビートとの間の少なくともいずれか一方に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のノッキング検出装置。
3. 前記シリンダヘッドガスケットは、燃焼室孔の周りに沿ってビードが形成された一対のビード板と、前記燃焼室孔の周囲の領域において前記一対のビード板の間に配置されるシム板とを有し、
   前記ノックセンサが、前記一対のビード板の間において、前記シム板の外側に前記シム板と離隔して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のノッキング検出装置。
4. 前記シリンダヘッドガスケットは、複数個の燃焼室孔を有し、各燃焼室孔ごとに前記ノックセンサを設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のノッキング検出装置。
5. 一つの前記燃焼室孔に対して複数個の前記ノックセンサが設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のノッキング検出装置。
6. 前記ノックセンサが圧電素子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のノッキング検出装置。

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