JP2009019905A

JP2009019905A - ノックセンサ

Info

Publication number: JP2009019905A
Application number: JP2007181018A
Authority: JP
Inventors: Kimio Uchida; 公雄内田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-07-10
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2009-01-29

Abstract

【課題】ノックセンサ１の検出素子に発生する電圧に関して、ノックセンサ１から電圧を入力されるＥＣＵが、ノッキングによる発生電圧のみを把握できるようにする
【解決手段】ノックセンサ１は、ノッキングによる振動の方向と略一致する方向に分極する第１ピエゾ素子２と、第１ピエゾ素子２と別体に設けられ、第１ピエゾ素子２が分極する方向と略直交する方向に分極する第２ピエゾ素子３とを備える。これにより、第２ピエゾ素子３の分極方向は、ノックセンサ１の首振り振動の原因となっている吸排気弁の着座等による振動方向と略一致する。このため、ノックセンサ１は、第２ピエゾ素子３により、吸排気弁の着座等による首振り振動を高感度に検出することができる。したがって、ＥＣＵは、第１、第２ピエゾ素子２、３から出力される電圧Ｖ１、Ｖ２を個別に得ることで、ノッキングによる発生電圧のみを正確に把握できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンのノッキングを検出するノックセンサに関する。

従来から、ノックセンサ１００は、図５に示すように、ノッキングによる振動方向（すなわち、シリンダボディ１０１に略垂直な方向）と、検出素子としてのピエゾ素子１０２の分極方向とを略一致させて、高感度にノッキングを検出できるようにシリンダボディ１０１の側面に取り付けられている（例えば、特許文献１参照）。そして、電子制御装置（ＥＣＵ：図示せず）は、ノックセンサ１００から出力される電圧に基づいて、エンジン１０３における燃料の燃焼状態を把握する。

エンジン１０３は、燃焼室１０４への吸排気を行うための吸排気弁１０５を備えるが、吸排気弁１０５の着座等に伴う振動は、ノックセンサ１００を振り子のように振動させる（図５（ｂ）参照：以下、吸排気弁１０５の着座等に伴いノックセンサ１００が振り子のように振動することを「首振り振動」と呼ぶ）。これにより、ピエゾ素子１０２には、ノッキングによる振動方向と略一致する方向に捩り力が作用する（図５（ｃ）参照）。

このため、ピエゾ素子１０２は、ノッキングによる発生電圧に首振り振動による発生電圧を重ねて発生するので、ノックセンサ１００は、ノッキングによる発生電圧のみを出力することができない。この結果、ＥＣＵは、エンジン１０３における燃料の燃焼状態を正確に把握することができない。
特開２００４−２５１６７６号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ノックセンサのピエゾ素子に発生する電圧に関して、ノックセンサから電圧を入力されるＥＣＵが、ノッキングによる発生電圧のみを把握できるようにすることにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載のノックセンサは、エンジンの外面に装着されてノッキングを検出するものであり、ノッキングによる振動の方向と略一致する方向に分極する第１ピエゾ素子と、第１ピエゾ素子と別体に設けられ、第１ピエゾ素子が分極する方向と略直交する方向に分極する第２ピエゾ素子とを備える。
これにより、第２ピエゾ素子の分極方向は、首振り振動の原因となっている吸排気弁の着座等による振動方向と略一致する。このため、ノックセンサは、第２ピエゾ素子により、吸排気弁の着座等による首振り振動を高感度に検出することができる。したがって、ＥＣＵは、第１、第２ピエゾ素子から出力される電圧を個別に得たり、第１ピエゾ素子と第２ピエゾ素子との検出差分に基づく電圧を得たりすることで、ノッキングによる発生電圧のみを正確に把握できる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載のノックセンサによれば、第１ピエゾ素子が第２ピエゾ素子の内周側に、または第２ピエゾ素子が第１ピエゾ素子の内周側に同軸的に配されている。
これにより、第１、第２ピエゾ素子は、ノッキングによる振動と首振り振動とをシリンダボディ外面の同一位置において検出することができる。このため、ＥＣＵは、より正確にノッキングによる発生電圧を把握できる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載のノックセンサによれば、エンジンの吸気弁および排気弁は、可変バルブタイミング機構により駆動される。
吸気弁および排気弁が可変バルブタイミング機構により駆動される場合、吸気弁および排気弁の着座周期が燃料の爆発燃焼周期に対して進んだり遅れたりするので、ノッキングによる発生電圧と首振り振動による発生電圧との比率が常に変動する。このため、吸気弁および排気弁が可変バルブタイミング機構により駆動される場合、請求項１、２の手段による効果を顕著に得ることができる。

最良の形態のノックセンサは、エンジンの外面に装着されてノッキングを検出するものであり、ノッキングによる振動の方向と略一致する方向に分極する第１ピエゾ素子と、第１ピエゾ素子と別体に設けられ、第１ピエゾ素子が分極する方向と略直交する方向に分極する第２ピエゾ素子とを備える。
また、第２ピエゾ素子が第１ピエゾ素子の内周側に同軸的に配されている。さらに、エンジンの吸気弁および排気弁は、可変バルブタイミング機構により駆動される。

〔実施例１の構成〕
実施例１のノックセンサ１の構成を、図１ないし図４を用いて説明する。
ノックセンサ１は、エンジン（図示せず）のシリンダボディ（図示せず）に取り付けられてエンジンのノッキングを検出するものであり、図１および図２に示すように、検出素子として、互いに同軸的に配される２つの環状の第１、第２ピエゾ素子２、３を備える。そして、第２ピエゾ素子３は第１ピエゾ素子２の内周側に同軸的に配されている。

なお、ノックセンサ１が取り付けられるエンジンは、可変バルブタイミング機構（図示せず）により吸気弁および排気弁（図示せず：以下、吸排気弁と略す）が駆動されるものである。

第１、第２ピエゾ素子２、３は、円筒状のスリーブ５に外嵌めされた状態で、各々、軸方向、径方向に圧縮固定されている。ここで、スリーブ５は、第１、第２ピエゾ素子２、３の外嵌めを受ける円筒部６と、円筒部６の軸方向左側に設けられるフランジ部７を有し、円筒部６にはナット８の雌ネジが螺合する雄ネジが設けられている。

そして、ナット８は、円筒部６に螺合して軸方向左側に変位することで、第１ピエゾ素子２をフランジ部７と挟み込んで軸方向に圧縮するとともに、第２ピエゾ素子３を円筒部６と第１ピエゾ素子２とにより挟み込ませて径方向に圧縮する。この結果、第１ピエゾ素子２は軸方向に圧縮固定され、第２ピエゾ素子３は径方向に圧縮固定される。
ここで、第１、第２ピエゾ素子２、３は、各々、圧縮される方向と分極する方向とが略一致する。このため、第２ピエゾ素子３は、第１ピエゾ素子２が分極する方向と略直交する方向に分極する。

なお、第１ピエゾ素子２は、軸方向の左右両側に電極板１１、１２が配され、さらに電極板１１、１２の左右両側に絶縁フィルム１３、１４が配された状態で軸方向に圧縮固定されている。また、第２ピエゾ素子３は、第１ピエゾ素子２の内周側で、径方向の内外両側に電極板１５、１６が配され、さらに電極板１５、１６の内外両側に絶縁フィルム１７、１８が配された状態で径方向に圧縮固定されている。

そして、図３および図４に示すように、第１ピエゾ素子２の軸方向両端に生じる電圧Ｖ１、および第２ピエゾ素子３の径方向両端に生じる電圧Ｖ２は、各々、個別に取り出されて所定の電子制御装置（ＥＣＵ：図示せず）に出力される。そして、ＥＣＵは、この２つの電圧Ｖ１、Ｖ２に基づいてエンジンにおける燃料の燃焼状態を把握する。

また、スリーブ５、第１、第２ピエゾ素子２、３およびナット８の外周側は、図１に示すように樹脂モールドされている。なお、スリーブ５の軸方向両端の外周面（つまり、フランジ部７の外周面および円筒部６の右端の外周面）は迷路状に設けられている。そして、この迷路状の外周面に樹脂をモールドすることで、第１、第２ピエゾ素子２、３が存在するノックセンサ１の内部に、外気の水分等が浸入するのを防止している。

そして、ノックセンサ１は、第１ピエゾ素子２の分極方向とノッキングによる振動方向（すなわち、シリンダボディに略垂直な方向）とを略一致させて、第１ピエゾ素子２により高感度にノッキングを検出できるように、シリンダボディの側面に取り付けられている。

〔実施例１の効果〕
実施例１のノックセンサ１は、ノッキングによる振動の方向と略一致する方向に分極する第１ピエゾ素子２と、第１ピエゾ素子２と別体に設けられ、第１ピエゾ素子２が分極する方向と略直交する方向に分極する第２ピエゾ素子３とを備える。
これにより、第２ピエゾ素子３の分極方向は、ノックセンサ１の首振り振動の原因となっている吸排気弁の着座等による振動方向と略一致する。このため、ノックセンサ１は、第２ピエゾ素子３により、吸排気弁の着座等による首振り振動を高感度に検出することができる。したがって、ＥＣＵは、第１、第２ピエゾ素子２、３から出力される電圧Ｖ１、Ｖ２を個別に得ることで、ノッキングによる発生電圧のみを正確に把握できる。

第２ピエゾ素子３は第１ピエゾ素子２の内周側に同軸的に配されている。
これにより、第１、第２ピエゾ素子２、３は、ノッキングによる振動と首振り振動とをシリンダボディの外面の同一位置において検出することができる。このため、ＥＣＵは、より正確にノッキングによる発生電圧を把握できる。

また、エンジンの吸排気弁は、可変バルブタイミング機構により駆動される。
吸排気弁が可変バルブタイミング機構により駆動される場合、吸排気弁の着座周期が燃料の爆発燃焼周期に対して進んだり遅れたりするので、ノッキングによる発生電圧と首振り振動による発生電圧との比率が常に変動する。このため、吸排気弁が可変バルブタイミング機構により駆動される場合、ＥＣＵが電圧Ｖ１、Ｖ２を個別に得ることによる効果が顕著である。

〔変形例〕
実施例１のノックセンサ１によれば、第１、第２ピエゾ素子２、３に生じる電圧Ｖ１、Ｖ２は、各々、個別に取り出されてＥＣＵに出力されたが、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との検出差分のみをＥＣＵに出力するようにしても、ＥＣＵは、首振り振動による発生電圧を除いてノッキングによる発生電圧のみを把握できる。なお、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との検出差分のみを出力する場合、捩り力により第１ピエゾ素子２に生じる電圧と、吸排気弁の着座等により第２ピエゾ素子３に生じる電圧（つまり、首振り振動により第２ピエゾ素子３に生じる電圧）とが等しくなるように、第１、第２ピエゾ素子２、３の形状、配置等を設定する必要がある。

また、実施例１のノックセンサ１によれば、第２ピエゾ素子３は第１ピエゾ素子２の内周側に配されていたが、第１ピエゾ素子２を第２ピエゾ素子３の内周側に配してもよい。さらに、第１ピエゾ素子２と第２ピエゾ素子３とをシリンダボディの外面の異なる位置に配してもよい。

また、実施例１のノックセンサ１によれば、第１、第２ピエゾ素子２、３の分極処理は、第１、第２ピエゾ素子２、３自体の製造時（以下、「ピエゾ製造時」とする）に行われるのか、ノックセンサ１の製造時（以下、「センサ製造時」とする）の圧縮固定により行われるのか明記していないが、ピエゾ製造時、センサ製造時のいずれの時に第１、第２ピエゾ素子２、３の分極処理を行ってもよい。

また、第１ピエゾ素子２の分極処理をピエゾ製造時に行い第２ピエゾ素子３の分極処理をセンサ製造時に行うように、第１ピエゾ素子２と第２ピエゾ素子３とで異なる時に分極処理を行ってもよい。さらに、第１、第２ピエゾ素子２、３の一方または両方の分極処理をピエゾ製造時およびセンサ製造時の両方で行うようにしてもよい。

ノックセンサの断面図である（実施例１）。（ａ）は第１、第２ピエゾ素子の配置関係を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である（実施例１）。ノックセンサの回路図である（実施例１）。ノックセンサから出力される電圧のタイムチャートである（実施例１）。（ａ）はノックセンサのエンジンへの取付状態を示す説明図であり、（ｂ）はノックセンサの首振り振動を示す説明図であり、（ｃ）はピエゾ素子に作用する捩り力およびノッキングによる振動方向を示す説明図である（従来例）。

符号の説明

１ノックセンサ
２第１ピエゾ素子
３第２ピエゾ素子

Claims

エンジンの外面に装着されてノッキングを検出するノックセンサにおいて、
ノッキングによる振動の方向と略一致する方向に分極する第１ピエゾ素子と、
この第１ピエゾ素子と別体に設けられ、前記第１ピエゾ素子が分極する方向と略直交する方向に分極する第２ピエゾ素子とを備えるノックセンサ。
請求項１に記載のノックセンサにおいて、
前記第１ピエゾ素子が前記第２ピエゾ素子の内周側に、または前記第２ピエゾ素子が前記第１ピエゾ素子の内周側に同軸的に配されていることを特徴とするノックセンサ。
請求項１または請求項２に記載のノックセンサにおいて、
前記エンジンの吸気弁および排気弁は、可変バルブタイミング機構により駆動されることを特徴とするノックセンサ。