JP2009203858A - 内燃機関のノックセンサ取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ノッキングとノイズとを効果的に区別することができ、ノッキングの検出精度を向上させることのできる、ノックセンサの取付構造を提供する。
【解決手段】所定の第１軸線１６ｃ上を往復動するスプール弁を有する燃料噴射弁１６や所定の第２軸線１１ｃ上を往復動する吸気弁１１、所定のセンサ軸線１８ｃ上を変位する振動子を有するノックセンサ２０がシリンダヘッド１に配設されている。クランクシャフトの軸線Ｓの方向から見て、第１軸線１６ｃ及び第２軸線１１ｃは交差しており、センサ軸線１８ｃは第１軸線１６ｃに直交する方向と第２軸線１１ｃに直交する方向との中間の方向に延びている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関のノッキングを検出するノックセンサの取付構造に関し、ノッキングの検出精度を向上する技術分野に属する。

ノッキングは、適正な着火によらずに圧力上昇などによって混合気の一部が自己着火する異常燃焼であり、ノックセンサは、そのノッキングによって生じる振動を間接的に検出するためにエンジン（内燃機関）に取り付けられる。その際、ノックセンサは、所定方向の振動を検出（その方向を振動検出方向ともいう）するのが一般的である。

ノッキングの検出精度の向上を目的としたノックセンサの取付構造に関しては、例えば、ウォータージャケットが邪魔になってノッキングの振動が伝わり難くなるため、そのウォータジャケットを避けるようにシリンダブロックの側壁の下方にあった凹所を埋めてセンサ取付ボスを設けるとともに、そのセンサ取付ボスの取付面を傾斜させて、センサ取付ボスに取り付けたノックセンサが燃焼室の方向を指向するようにしたものがある（特許文献１、第２実施例）。
特開２００１−１９３５２０号公報

ノックセンサは、その取付部位に伝わる振動を検出するものであるため、一般に、ノックセンサはノッキングが発生する燃焼室にできるだけ近づけた方が、ノッキングの振動がその伝達過程で減衰するのを小さくすることができるため有利ではある。

しかし、燃焼室の近くにはノイズとなるノッキング以外の振動を発生する燃料噴射弁や吸気弁等が存在し、これらの振動も伝わり易くなってしまうことから、ノッキングとノイズとが、同じようなタイミングでノックセンサに伝わると両者の区別が難しくなるという問題がある。

特に、燃料噴射弁や吸気弁は、いずれも方向性のある作動をしているために、ノックセンサの振動検出方向がこれらの作動方向と重なると、ノッキングよりもノイズが検出され易くなってノッキングの検出精度を悪くするおそれもある。

従って、先の特許文献１のように、単にノックセンサを燃焼室の方向に指向させただけでは必ずしもノッキングの検出精度を向上することができるとは限らない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ノックセンサを燃焼室に近づけても、ノッキングとノイズとを効果的に区別することができ、ノッキングの検出精度を向上させることのできる、ノックセンサの取付構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、ノックセンサの振動検出方向が、吸気弁及び燃料噴射弁の作動方向からできるだけずれるようにノックセンサを配設した。

具体的には、燃焼室への燃料の供給を制御するために所定の第１軸線上を往復動する弁体を有する燃料噴射弁と、上記燃焼室への空気の流入を制御するために所定の第２軸線上を往復動する吸気弁と、上記燃焼室で発生するノッキングを検出するために所定のセンサ軸線上を変位する振動子を有するノックセンサと、を備え、クランクシャフトの軸線の方向から見て、上記第１軸線と第２軸線とが交差しており、上記センサ軸線は、第１軸線に直交する方向と第２軸線に直交する方向との中間の方向に延びているものとする。

尚、ここでいう中間の方向とは、中央の方向に限定されるものではなく、第１軸線に直交する方向と、第２軸線に直交する方向とに挟まれた方向であれば、いずれの方向であってもよい。

かかる構成では、クランクシャフトの軸線の方向から見て、上記燃料噴射弁及び吸気弁は、互いの第１軸線及び第２軸線が交差するように配設されている。そして、これら燃料噴射弁及び吸気弁の振動はそれぞれ第１軸線と第２軸線の方向に比較的大きく発生することから、これらの軸線と直交する方向が最もその振動の影響を受け難く、ノックセンサの振動検出方向をこれらに近づければ、ノイズを相対的に小さくすることができる。

そこで、その振動検出方向であるセンサ軸線が、第１軸線に直交する方向と、第２軸線に直交する方向との中間の方向に延びるようにノックセンサを配設することで、振動の影響を受け易い第１軸線及び第２軸線からバランスよくずらすことができ、両方のノイズを効率的に小さくすることができる。

燃料噴射弁及び吸気弁から伝わる振動が小さくなれば、ノックセンサで検出されるこれらノイズとノッキングとの差が相対的に大きくなるため、同じようなタイミングでノックセンサに伝わってもノッキングを高精度に検出することができるようになる。

そうして更に、ノックセンサを燃焼室の近くに配設すれば、減衰量が減る分、ノッキングとノイズとの振動レベルの差も更に大きくなって両者を区別し易くなり、ノッキングをより高精度に検出することができるようになる。

例えば、上記ノックセンサは、上記内燃機関のシリンダヘッドに配設することができる。シリンダヘッドであれば、シリンダブロックよりも燃焼室に近づいて、ノッキングの振動をより直接的に検出することができ、ノッキングの検出精度を更にいっそう向上させることができる。シリンダブロックに比べれば、ウォータージャケットが邪魔にならずに取り付け易いという利点もある。

また、上記ノックセンサは、上記内燃機関の吸気側に配設するのが好ましい。

ノッキングは、燃焼室の中でも吸気側で発生する傾向が認められるため、ノッキングがよく発生する部位の近くにノックセンサを位置させることで、ノッキングをより高精度に検出することができるからである。

具体的には、上記内燃機関はクランクシャフトに沿って一列に並ぶ複数のシリンダを備え、そのシリンダ個々の燃焼室に直接燃料を噴射するように、シリンダヘッドの吸気側に各々燃料噴射弁が配設され、上記ノックセンサは、シリンダヘッドの側壁部におけるシリンダ列の略中央位置に一つ配設されている構成とすることができる。

この構成では、燃焼室に直接燃料を噴射する所謂直噴型の多気筒エンジン（内燃機関）が前提となっている。すなわち、燃料噴射弁は燃焼室近傍のシリンダヘッドに配設され、しかもノッキングの発生し易い吸気側に位置しているため、ノッキングとそのノイズとが区別し難い構成となっている。特に燃焼室に直接燃料を噴射する場合には比較的噴射圧が高く設定されるため、吸気ポートに噴射する場合に比べて大きな振動が発生し易い傾向がある。

ところが、このような場合であっても、上述したようにノックセンサを配設することで、ノッキングと燃料噴射弁によるノイズとを効果的に区別することができるようになる。

また、ノックセンサをシリンダ列の略中央に設けることで、両端に位置するシリンダからノックセンサまでの各々の距離がほぼ等しくなって、ノックセンサに伝わるノッキングの振動の減衰量が偏るのを軽減でき、一つのノックセンサで複数のシリンダのノッキングを高精度に検出することができる。

以上説明したように、本発明のノックセンサの取付構造によれば、ノッキングの検出には特に影響を与えずに、燃料噴射弁及び吸気弁から伝わる振動をバランスよく低減することができるため、ノッキングとノイズとの振動レベルの差が大きくなる結果、両者を効果的に区別することができ、ノッキングの検出精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１〜図４に本実施形態を適用した直列４気筒ガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）の要部を示す。

図１は、そのエンジンの本体を構成しているシリンダヘッド１の下面図であり、図示しないクランクシャフトの軸線Ｓ（クランク軸線Ｓともいう）の方向に長く形成されたシリンダヘッド１を、その長手方向を左右に向けてシリンダブロック２との接合面１ａを上に向けた状態で示してある。一方、図２〜図４は、それぞれ、この図１におけるＸ−Ｘ線、Ｙ−Ｙ線、及びＺ−Ｚ線における断面図であり、シリンダブロック２に接合した状態で示してある。尚、図２〜図４の各部材の位置関係については、いずれもクランク軸線Ｓの方向から見たものであるため、便宜上その前提の下で説明する。

これらに示すように、シリンダブロック２には、４つのシリンダ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが、クランクシャフトに沿って一列に並ぶように形成されており、これらの内部には、各シリンダ２ａ，・・，２ｄの軸線Ｃ（シリンダ軸線Ｃともいう）上を往復動して、図示しないコンロッドを介してクランクシャフトを回転駆動するピストン３，３，・・が備えられている。

図１に示すように、シリンダヘッド１のその接合面１ａ側には、各シリンダ２ａ，・・，２ｄを上方から閉塞して燃焼室４を形成する４つの凹部が形成され、それら凹部の上面にはそれぞれ４つの燃焼室天井部４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが設けられている。尚、符号５は、ウォータージャケットであり、符号６は、シリンダヘッド１とシリンダブロック２とを締結固定する図示しないボルトを挿通するためのボルト孔である。

これら燃焼室天井部４ａ，・・４ｄは、所謂ペントルーフ型の形状をしており、その略中央部には、シリンダ軸線Ｃと略平行にシリンダヘッド１の上壁部１ｃまで貫通するプラグ孔７が開口している（図２参照）。そして、このプラグ孔７には、図示しない点火プラグがその先端を燃焼室４内に突出する状態で配設される。

また、各燃焼室天井部４ａ，・・４ｄの傾斜面には、図１に示すように、この点火プラグを囲んで吸気ポート８の開口部８ａ及び排気ポート９の開口部９ａがそれぞれ２つずつ形成されている。これら吸気ポート８の燃焼室４側の開口部８ａ，８ａ及び排気ポート９の燃焼室４側の開口部９ａ，９ａは、それぞれクランク軸線Ｓと略平行に並設されていて、各シリンダ２ａ，・・，２ｄのシリンダ軸線Ｃを含む仮想平面Ｐの両側に各々配設されている。以下、エンジンの、この吸気ポート８がある側を吸気側、排気ポート９のある側を排気側という。

図３に示すように、各吸気ポート８は、それぞれ燃焼室４から斜め上方に向かって略直線状に延びていて、シリンダヘッド１の吸気側の側壁部１ｄの上部に横並びに開口している。一方、各排気ポート９は、それぞれ燃焼室４から略水平方向に延びて合流した後、シリンダヘッド１の排気側の側壁部の下部に開口している。各ポート８，９の燃焼室４側の開口部８ａ，９ａの周縁には、ひとまわり大径の弁座１０が設けられている。

そして、これら吸気ポート８及び排気ポート９の弁座１０，・・・には、吸気弁１１及び排気弁１２のかさ部１１ａ，１２ａがそれぞれ配設されていて、これらの上面中心部からは、それぞれ弁軸部１１ｂ，１２ｂが直線状に延びている（図３にのみ仮想線で示す）。

図３において、吸気弁１１の弁軸部１１ｂは吸気ポート９の上側に配設されたバルブガイド１３に支持され、吸気弁１１の軸線１１ｃ（第２軸線１１ｃともいう）はシリンダ軸線Ｃから吸気側に少し傾斜した斜め上方に延びる一方、排気弁１２の弁軸部１２ｂは排気ポート９の上側に配設されたバルブガイド１４に支持され、排気弁１２の軸線１２ｃはシリンダ軸線Ｃから排気側に少し傾斜した斜め上方に延びている。

そうして、吸気弁１１及び排気弁１２のかさ部１１ａ，１２ａは、それぞれ図示しないコイルばねやカム機構によって各ポート８，９の燃焼室４側の開口部８ａ，９ａを閉じる位置と開く位置とにこれら軸線１１ｃ，１２ｃ上を往復動し、吸気弁１１は燃焼室４への空気の流入を制御するように、また、排気弁１２は燃焼室４からの既燃ガスの流出を制御するように構成されている。

従って、吸気弁部１１ａや排気弁部１２ａが弁座１０に着座する際の衝撃やこれら吸気弁１１及び排気弁１２の作動等により、シリンダヘッド１にはこれら軸線１１ｃ，１２ｃの方向に比較的大きな振動が発生する。

また、シリンダヘッド１には、図１、図２に示すように、２つの吸気ポート８，８の燃焼室４側の開口部８ａ，８ａの間に一端が開口し、これら吸気ポート８，８の下方を直線状に延びてシリンダヘッド１の吸気側の側壁部１ｄの下部に開口するノズル孔１５が、各燃焼室天井部４ａ，・・４ｄ毎に形成されている。これらノズル孔１５，１５，・・には、燃料噴射ノズルが燃焼室４内に臨むように、細長の燃料噴射弁１６が配設され、燃焼室４に燃料を直接噴射するように構成されている（図２にのみ仮想線で示す）。

この燃料噴射弁１６は、燃料の供給を制御するために、その内部に、燃料噴射弁１６の軸線１６ｃ（第１軸線１６ｃともいう）上を往復動するスプール弁（弁体）やソレノイドなどで構成される燃料噴射制御機構が設けられていて（図示せず）、第２軸線１６ｃの方向に大きな振動が発生し易い構造となっている。特に燃焼室４に直接燃料を噴射する場合には比較的噴射圧が高く設定されるため、吸気ポートに噴射する場合に比べて大きな振動が発生し易い傾向がある。

図２において、この第１軸線１６ｃは、シリンダ軸線Ｃから吸気側に大きく傾斜した斜め側方に延びていて、上述した第２軸線１１ｃとは互いに交差するようになっている。

換言すれば、図２、図３において、第２軸線１１ｃがシリンダ軸線Ｃから時計回りの吸気側へ傾斜する角度θ１は、第１軸線１６ｃがシリンダ軸線Ｃから吸気側へ傾斜する角度θ２よりも小さい関係にある。

尚、これら各シリンダ２ａ，・・，２ｄの点火プラグや吸気弁１１、排気弁１２、燃料噴射弁１６等は、クランク軸線Ｓの方向から見ていずれも略同一の位置に配設されているため、その位置関係も各シリンダ２ａ，・・，２ｄにおいて同じである。

更に、図１に示すように、シリンダヘッド１の吸気側の側壁部１ｄにおけるシリンダ列の略中央位置、詳しくは、シリンダ列の中央近傍で隣接する２つのシリンダ２ｂ，２ｃ、換言すれば２つの燃焼室天井部４ｂ，４ｃに各々配設された２つの燃料噴射弁１６，１６の間の部位には、ノックセンサ２０を取り付けるためのセンサ取付ボス１８が１つ配設されている。

図４に示すように、このセンサ取付ボス１８には、斜め上向きに開口するセンサ取付穴１８ａが形成されており、このセンサ取付穴１８ａにノックセンサ２０が取り付けられている（図３、図４にのみ仮想線で示す）。

ノックセンサ２０は、その内部に所定の軸線（センサ軸線ともいう）上を変位する図示しない振動子を有し、その変位を圧電素子等によって電圧等の電気信号に変えて出力するように構成されている。本実施形態では、図４におけるセンサ取付穴１８ａの軸線１８ｃとこのセンサ軸線とが一致しており、これの延びる方向がノックセンサ２０の振動検出方向となっている。

そして、各シリンダ２ａ，・・，２ｄの燃焼室４内の圧力が上昇する、ノッキングの発生し易い所定のタイミングにおいて、ノックセンサ２０で所定時間毎に電気信号をサンプリングし、その電気信号を例えば予め設定されている閾値と比較することによってノッキングの判定が行われる。

それに対し、ノッキングは、燃焼室４の中でも特に吸気側で発生する傾向があるうえ、燃料噴射弁１６や吸気弁１１で発生する比較的大きな振動が同じようなタイミングでノックセンサ２０に伝わることから、このノックセンサ２０のセンサ軸線１８ｃが、第１軸線１６ｃ、あるいは第２軸線１１ｃと重なるような方向に向いていると、その振動によるノイズに紛れてノッキングが検出できなかったり、ノイズをノッキングと誤って検出したりするおそれがある。

そこで、ノックセンサ２０に対するこれらノイズの影響ができるだけ小さくなるよう、ノックセンサ２０は、その振動検出方向が特定の方向に向くように配設されている。

具体的には、図４に示すように、ノックセンサ２０の振動検出方向であるセンサ軸線１８ｃが、燃料噴射弁１６の第１軸線１６ｃに直交する方向（図中、第１仮想線１６ｄで示す）と、吸気弁１１の第２軸線１１ｃに直交する方向（図中、第２仮想線１１ｄで示す）の中間の方向に延びるように、ノックセンサ２０が配設されている。

換言すれば、図４において、センサ軸線１８ｃがシリンダ軸線Ｃから時計回りの吸気側へ傾斜する角度θ３は、第１仮想線１６ｄがシリンダ軸線Ｃから吸気側へ傾斜する角度θ４と、第２仮想線１１ｄがシリンダ軸線Ｃから吸気側へ傾斜する角度θ５との間に位置する関係にある。

すなわち、第１軸線１６ｃの方向に発生する振動に関しては、第１軸線１６ｃに直交する方向に近づくほどその振動の影響が小さくなる一方、第２軸線１１ｃの方向に発生する振動に関しては、第２軸線１１ｃに直交する方向に近づくほどその振動の影響が小さくなるため、これら振動の影響がバランスよく小さくなるようにノックセンサ２０が配設されている。

そうすることで、いずれの振動によるノイズも効率よく小さくすることができ、これらノイズが小さくなれば、ノックセンサ２０で検出されるこれらノイズとノッキングとの振動レベルの差が相対的に大きくなるため、ノックセンサ２０を燃焼室４の近傍に配設して振動の減衰量を軽減することと相俟ってノッキングを高精度に検出することができるようになる。

特に、燃料噴射弁１６よりも吸気弁１１の方がノイズの影響が大きい傾向が認められることから、センサ軸線１８ｃは、第１仮想線１６ｄよりも第２仮想線１１ｄ側の方向に近い方向に延びるように配設するのが好ましい。具体的には、第１仮想線１６ｄと第２仮想線１１ｄの間の角の２等分線２１ｄが延びる方向と、第２仮想線１１ｄが延びる方向との中間の方向にセンサ軸線１８ｃが延びるように、ノックセンサ２０を配設すればよい。

以上説明したように、本発明にかかるノックセンサ取付構造によれば、ノッキングの発生箇所の近くにノックセンサ２０が配設され、しかもノッキングと同じようなタイミングで発生してノッキングの検出に邪魔になる燃料噴射弁１６及び吸気弁１１の振動によるノイズがバランスよく低減されるようになっているため、ノッキングの検出精度をよりいっそう向上させることができる。

エンジンのシリンダヘッドの下面図である。 図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。 図１におけるＹ−Ｙ線断面図である。 図１におけるＺ−Ｚ線断面図である。

符号の説明

１ シリンダヘッド
１ｄ 吸気側の側壁部
２ａ〜２ｄ シリンダ
４ 燃焼室
４ａ〜４ｄ 燃焼室天井部
８ 吸気ポート
９ 排気ポート
１１ 吸気弁
１１ｃ 軸線（第２軸線）
１２ 排気弁
１６ 燃料噴射弁
１６ｃ 軸線（第１軸線）
１８ センサ取付ボス
１８ｃ 軸線（センサ軸線）
２０ ノックセンサ
Ｓ クランクシャフトの軸線

Claims (4)

1. 燃焼室への燃料の供給を制御するために所定の第１軸線上を往復動する弁体を有する燃料噴射弁と、上記燃焼室への空気の流入を制御するために所定の第２軸線上を往復動する吸気弁と、上記燃焼室で発生するノッキングを検出するために所定のセンサ軸線上を変位する振動子を有するノックセンサと、を備え、
   クランクシャフトの軸線の方向から見て、上記第１軸線と第２軸線とが交差しており、上記センサ軸線は、第１軸線に直交する方向と第２軸線に直交する方向との中間の方向に延びていることを特徴とする内燃機関のノックセンサ取付構造。
2. 請求項１に記載の内燃機関のノックセンサ取付構造において、
   上記ノックセンサは、上記内燃機関のシリンダヘッドに配設されていることを特徴とする内燃機関のノックセンサ取付構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の内燃機関のノックセンサ取付構造において、
   上記ノックセンサは、上記内燃機関の吸気側に配設されていることを特徴とする内燃機関のノックセンサ取付構造。
4. 請求項３に記載の内燃機関のノックセンサ取付構造において、
   上記内燃機関はクランクシャフトに沿って一列に並ぶ複数のシリンダを備え、
   そのシリンダ個々の燃焼室に直接燃料を噴射するように、シリンダヘッドの吸気側に各々燃料噴射弁が配設され、
   上記ノックセンサは、シリンダヘッドの側壁部におけるシリンダ列の略中央位置に一つ配設されていることを特徴とする内燃機関のノックセンサ取付構造。

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