JP2017223475A - Non-resonance type knocking sensor - Google Patents
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Description
本発明は、圧電素子を用いたノッキングセンサに関する。 The present invention relates to a knocking sensor using a piezoelectric element.
自動車等の内燃機関には、ノッキング現象を検出するノッキングセンサが配置されており、ノッキングセンサから出力された検出信号に応じて、ノッキング現象の発生を抑制する制御が行われている。具体的には、ノッキングセンサの出力信号に応じて、内燃機関における点火プラグの点火時期を変更する遅角制御が行われている。 An internal combustion engine such as an automobile is provided with a knocking sensor for detecting a knocking phenomenon, and control for suppressing the occurrence of the knocking phenomenon is performed in accordance with a detection signal output from the knocking sensor. Specifically, retardation control is performed to change the ignition timing of the ignition plug in the internal combustion engine in accordance with the output signal of the knocking sensor.
上記したノッキングセンサとしては、内燃機関のシリンダブロック等へ取付けるための取付孔を中心部に有する、いわゆるセンターホール式非共振型のノッキングセンサが知られている(特許文献1)。このノッキングセンサは、金具側筒状部とその一端に位置する金具側鍔部とを有する主体金具を備え、金具側筒状部の外周に金具側鍔部側から順に、それぞれ環状の鍔部側絶縁板、鍔部側電極板、圧電素子、ウェイト側電極板、ウェイト側絶縁板、及びウェイトを挿通して構成されている。そして、金具側筒状部の外周面の雄ネジ部にウェイトをネジ止めすることによりウェイトを係止し、金具側鍔部とウェイトとの間に圧電素子を挟んで固定している。さらに、主体金具に圧電素子、ウェイト等を組み付けた内部部品(センサ本体)全体が樹脂によって被覆されることで、ノッキングセンサは構成されている。なお、金具側筒状部の内面が上記した取付孔となっている。
なお、金具側筒状部の外周面と、鍔部側電極板、圧電素子、及びウェイト側電極板との間には円筒状の絶縁スリーブが嵌められ、これらの間を電気的に絶縁している。つまり、円筒状の絶縁スリーブの両端に、環状の鍔部側絶縁板及びウェイト側絶縁板がそれぞれ配置された3ピースの部材により、絶縁がなされていることになる。
As the above-described knocking sensor, a so-called center-hole type non-resonant knocking sensor having a mounting hole for mounting to a cylinder block or the like of an internal combustion engine at the center is known (Patent Document 1). This knocking sensor includes a metal shell having a metal fitting-side cylindrical portion and a metal fitting-side flange portion located at one end thereof, and the outer circumference of the metal fitting-side cylindrical portion in turn from the metal fitting side flange portion side, respectively, The insulating plate, the flange side electrode plate, the piezoelectric element, the weight side electrode plate, the weight side insulating plate, and the weight are inserted. Then, the weight is locked by screwing the weight to the external thread portion of the outer peripheral surface of the metal fitting-side cylindrical portion, and the piezoelectric element is sandwiched and fixed between the metal fitting side collar portion and the weight. Furthermore, the knocking sensor is configured by covering the entire internal component (sensor body) in which the piezoelectric element, the weight, and the like are assembled to the metal shell with resin. In addition, the inner surface of the metal part side cylindrical part is the above-described mounting hole.
A cylindrical insulating sleeve is fitted between the outer peripheral surface of the bracket-side cylindrical portion and the flange-side electrode plate, the piezoelectric element, and the weight-side electrode plate to electrically insulate them. Yes. That is, the insulation is made by the three-piece members in which the annular flange side insulating plate and the weight side insulating plate are respectively arranged at both ends of the cylindrical insulating sleeve.
しかしながら、絶縁スリーブと、鍔部側絶縁板やウェイト側絶縁板との間に隙間が生じることがあり、ウェイトをネジ止めする際などに発生した金属粉がこの隙間に入り込み、圧電素子と主体金具間との間の絶縁性を低下させるおそれがある。又、絶縁部材が上述のように複数の部品(3ピース)からなると、部品点数の増加によるコストアップや生産性の低下を招く。
すなわち、本発明は、絶縁性に優れると共に、部品点数を低減した非共振型ノッキングセンサの提供を目的とする。
However, there may be a gap between the insulation sleeve and the flange side insulation plate or the weight side insulation plate. Metal powder generated when the weight is screwed into the gap enters the gap between the piezoelectric element and the metal shell. There is a risk of lowering the insulation between them. Further, when the insulating member is composed of a plurality of parts (three pieces) as described above, the cost increases due to the increase in the number of parts and the productivity is lowered.
That is, an object of the present invention is to provide a non-resonant knock sensor having excellent insulation and a reduced number of components.
本発明の非共振型ノッキングセンサは、筒状に形成された金具側筒状部、及び、該金具側筒状部における一方の端部から径方向外側に向かって延びる金具側鍔部を含む主体金具と、貫通孔に前記金具側筒状部が挿通された圧電素子と、貫通孔に前記金具側筒状部が挿通され、前記金具側鍔部との間に前記圧電素子を挟んで配置されるウェイトと、前記圧電素子及び前記金具側鍔部の間に配置された鍔部側電極板と、前記圧電素子及び前記ウェイトの間に配置されたウェイト側電極板と、絶縁部材と、を有するセンサ本体と、該センサ本体を被覆する樹脂製の樹脂成形体と、を備える非共振型ノッキングセンサであって、前記絶縁部材は、貫通孔に前記金具側筒状部が挿通される筒状の絶縁筒部と、前記絶縁筒部の外面から径方向外側に延びる鍔部側絶縁部と、前記絶縁筒部の軸方向に前記鍔部側絶縁部と離間しつつ前記絶縁筒部の外面から径方向外側に延びるウェイト側絶縁部と、を一体に有し、前記絶縁筒部は、前記金具側筒状部と、前記鍔部側電極板、前記圧電素子及び前記ウェイト側電極板との間に配置されてこれらの間を電気的に絶縁し、前記鍔部側絶縁部は、前記金具側鍔部及び前記鍔部側電極板の間に配置され、前記金具側鍔部及び前記鍔部側電極板の間を電気的に絶縁し、前記ウェイト側絶縁部は、前記ウェイト及び前記ウェイト側電極板の間に配置され、前記ウェイト及び前記ウェイト側電極板の間を電気的に絶縁することを特徴とする。 The non-resonant type knocking sensor of the present invention includes a metal fitting side cylindrical portion formed in a cylindrical shape, and a metal fitting side collar portion extending radially outward from one end of the metal fitting side cylindrical portion. The metal fitting, the piezoelectric element with the metal fitting side cylindrical portion inserted through the through hole, and the metal fitting side cylindrical portion is inserted into the through hole, and the piezoelectric element is sandwiched between the metal fitting side flange. A weight side electrode plate disposed between the piezoelectric element and the metal fitting side collar, a weight side electrode plate disposed between the piezoelectric element and the weight, and an insulating member. A non-resonant type knocking sensor comprising a sensor main body and a resin molded body made of resin that covers the sensor main body, wherein the insulating member has a cylindrical shape in which the metal fitting-side cylindrical portion is inserted into a through hole. Insulating tube portion and radially outward from the outer surface of the insulating tube portion A part-side insulating part, and a weight-side insulating part that extends radially outward from the outer surface of the insulating cylinder part while being separated from the flange-side insulating part in the axial direction of the insulating cylinder part. The cylindrical portion is disposed between the metal fitting-side cylindrical portion and the flange-side electrode plate, the piezoelectric element, and the weight-side electrode plate, and electrically insulates between them, and the flange-side insulating portion The portion is disposed between the metal fitting side collar and the collar side electrode plate, and electrically insulates between the metal fitting side collar and the collar side electrode plate, and the weight side insulation portion includes the weight and the weight. It is disposed between the side electrode plates, and electrically insulates between the weight and the weight side electrode plate.
この非共振型ノッキングセンサによれば、絶縁部材が、絶縁筒部と、鍔部側絶縁部と、ウェイト側絶縁部と、を一体に有する一つの(ワンピースの)部品からなっている。このため、絶縁部材が、絶縁対象である鍔部側電極板、圧電素子及びウェイト側電極板と、主体金具との間を隙間なく(切れ目なく)絶縁することができ、ウェイトをネジ止めする際などに発生した金属粉が隙間から圧電素子と主体金具間との間に入り込んで絶縁性を低下させることを抑制できる。又、絶縁部材が一つの(ワンピースの)部品からなるため、部品点数を低減してコストダウンや生産性の向上を図ることができる。 According to this non-resonant type knocking sensor, the insulating member is composed of one (one-piece) part integrally including an insulating cylinder portion, a flange side insulating portion, and a weight side insulating portion. For this reason, the insulating member can insulate the gap between the flange side electrode plate, the piezoelectric element and the weight side electrode plate to be insulated, and the metal shell without gaps (without breaks), and when the weight is screwed It can be suppressed that the metal powder generated in, for example, enters between the piezoelectric element and the metal shell through the gap and lowers the insulation. In addition, since the insulating member is composed of one (one-piece) part, the number of parts can be reduced, and the cost can be reduced and the productivity can be improved.
前記絶縁部材は、ゴム又は樹脂からなっていてもよい。
この非共振型ノッキングセンサによれば、絶縁部材が弾性体であるゴム、又は熱変形する樹脂であるので、絶縁部材に鍔部側電極板、圧電素子及びウェイト側電極板を容易に組み付けることができる。
The insulating member may be made of rubber or resin.
According to this non-resonant type knocking sensor, since the insulating member is rubber that is an elastic body or resin that is thermally deformed, it is possible to easily assemble the buttocks side electrode plate, piezoelectric element, and weight side electrode plate to the insulating member. it can.
この発明によれば、絶縁性に優れると共に、部品点数を低減した非共振型ノッキングセンサが得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a non-resonant type knocking sensor that is excellent in insulation and has a reduced number of parts.
以下、図1〜図3を参照し、本発明の実施形態に係る非共振型ノッキングセンサについて説明する。
図1は非共振型ノッキングセンサ1を軸方向に破断した断面図、図2は非共振型ノッキングセンサのセンサ本体10の分解斜視図を示し、図3は絶縁部材20を軸方向に破断した断面図示している。
Hereinafter, a non-resonant knock sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
1 is a cross-sectional view of the non-resonant knock sensor 1 cut in the axial direction, FIG. 2 is an exploded perspective view of the
本実施形態の非共振型ノッキングセンサ1は、内燃機関におけるノッキング発生を検知するものであり、図1に示すように、内燃機関のシリンダブロックへ取り付けるための取付孔11Dを中心部に有する、いわゆるセンターホール式非共振型のノッキングセンサである。
非共振型ノッキングセンサ1は、詳しくは後述するセンサ本体10を樹脂成形体30によって被覆して構成され、全体として短寸の円筒状に形成されたものである。さらに、円筒状に形成された非共振型ノッキングセンサ1における外周面の一部から、コネクタ部31が径方向外側に向かって突出して形成されている。コネクタ部31の内部には、下側電極板13及び上側電極板15からそれぞれ延びる第1端子13A、第2端子15Aが配置されている(図1では第1端子13Aのみを図示している。)。コネクタ部31は、図示しない外部コネクタと接続されるようになっている。
The non-resonant type knocking sensor 1 of the present embodiment detects knocking in the internal combustion engine, and has a
The non-resonant type knocking sensor 1 is configured by covering a
そして、図2に示すように、非共振型ノッキングセンサ1は、筒状に形成された金具側筒状部11A及び金具側筒状部11Aの下端に形成された環状の金具側鍔部11Bを有する金属製の主体金具11と、それぞれ円環状に形成された下側電極板(鍔部側電極板)13、圧電素子14、上側電極板(ウェイト側電極板)15、ウェイト17、詳しくは後述する絶縁部材20及び皿バネ18と、を主に有している。下側電極板13、圧電素子14、上側電極板15、ウェイト17、及び皿バネ18には、中央に金具側筒状部11Aが挿通される貫通孔がそれぞれ形成されている。金具側筒状部11Aの外周には、金具側鍔部11B側から順に下側電極板13、圧電素子14、上側電極板15、ウェイト17、及び皿バネ18が重ねられている。
As shown in FIG. 2, the non-resonant type knocking sensor 1 includes a metal fitting-side
図3に示すように、絶縁部材20は、貫通孔20hを有する円筒状の絶縁筒部20cと、絶縁筒部20cの軸方向Lの先端の外面から径方向外側に延びる円板状の鍔部側絶縁部20aと、絶縁筒部20cの軸方向Lの後端の外面から径方向外側に延びる円板状のウェイト側絶縁部20bと、を一体に有している。つまり、軸方向Lの断面を見たとき、絶縁部材20は、鍔部側絶縁部20aとウェイト側絶縁部20bとが軸方向Lに離間してフランジ状(コの字状)の側面形状をなしている。
そして、図1に示すように、貫通孔20hに金具側筒状部11Aが挿通され、絶縁筒部20cは金具側筒状部11Aと、下側電極板13、圧電素子14及び上側電極板15との間に配置されてこれらの間を電気的に絶縁している。又、鍔部側絶縁部20aは、金具側鍔部11B及び下側電極板13の間に配置され、これらの間を電気的に絶縁している。同様に、ウェイト側絶縁部20bは、ウェイト17及び上側電極板14の間に配置され、これらの間を電気的に絶縁している。
As shown in FIG. 3, the
As shown in FIG. 1, the metal fitting side
主体金具11における金具側筒状部11Aの外周面の上部には雄ネジ部11Cが形成されている。一方でナット19の内面には、雄ネジ部11Cと噛み合わされる雌ネジ部19Aが形成されている。そして、ナット19の雌ネジ部19Aを金具側筒状部11Aの雄ネジ部11Cに螺合させ、ナット19を回転させるとナット19が金具側鍔部11Bに向かって移動する。下側絶縁板12、下側電極板13、圧電素子14、上側電極板15、上側絶縁板16、ウェイト17、絶縁部材20及び皿バネ18は、ナット19によって主体金具11の金具側鍔部11Bに向かって押し付けられて固定される。
センサ本体10はこのように主体金具11に固定された下側絶縁板12、下側電極板13、圧電素子14、上側電極板15、上側絶縁板16、ウェイト17、皿バネ18、絶縁部材20及びナット19から構成されている。
A
The
本実施形態では、絶縁部材20は例えば150℃以上の耐熱性を有するフッ素ゴム等のゴムからなるが、後述するようにPET(ポリエチレンテレフタレート)等の樹脂からなっていてもよい。
又、樹脂成形体30は、成形性に優れる樹脂モールド材料である合成樹脂(例えばナイロン66、PPS)から構成されている。なお、樹脂成形体30は射出成形により形成することができる。
In this embodiment, the insulating
Moreover, the
以上のように、絶縁部材20は、絶縁筒部20cと、鍔部側絶縁部20aと、ウェイト側絶縁部20bと、を一体に有する一つの(ワンピースの)部品からなっている。このため、絶縁部材20が、絶縁対象である下側電極板13、圧電素子14及び上側電極板15と、主体金具11との間を隙間なく(切れ目なく)絶縁することができ、ウェイト17をネジ止めする際などに発生した金属粉が隙間から圧電素子14と主体金具間11との間に入り込んで絶縁性を低下させることを抑制できる。又、絶縁部材20が一つの(ワンピースの)部品からなるため、部品点数を低減してコストダウンや生産性の向上を図ることができる。
As described above, the insulating
なお、例えば図4に示すようにして、絶縁部材20へ下側電極板13、圧電素子14及び上側電極板15を組み付けることができる。
まず、絶縁部材20の一方のフランジ部であるウェイト側絶縁部20bを、所定の治具等により矢印方向に引っ張って上方に曲げ(図4(a))、ウェイト側絶縁部20bが絶縁筒部20cに沿うように変形させる(図4(b))。
これにより、ウェイト側絶縁部20bの上方から下側電極板13、圧電素子14及び上側電極板15をこの順に絶縁筒部20cに挿通してゆく(図4(c))。次に、ウェイト側絶縁部20bへの荷重を除くと、弾性力によってウェイト側絶縁部20bが元の形状に戻り、絶縁部材20に下側電極板13、圧電素子14及び上側電極板15を組み付けることができる(図4(d))。
For example, as shown in FIG. 4, the
First, the weight-
Accordingly, the
なお、ウェイト側絶縁部20bの代わりに、他方のフランジ部である鍔部側絶縁部20aを絶縁筒部20cに沿うように変形させ、下側から上側電極板15、圧電素子14及び下側電極板13をこの順に絶縁筒部20cに挿通してもよい。又、本実施形態では、ウェイト側絶縁部20bと鍔部側絶縁部20aは同一形状であるから、どちら側から下側電極板13、圧電素子14及び上側電極板15を絶縁筒部20cに挿通しても良く、挿通した後に絶縁部材20の上下をひっくり返せばよい。
Instead of the weight-
一方、絶縁部材が弾性の低い樹脂からなる場合は、ウェイト側絶縁部や鍔部側絶縁部を曲げることが困難である。そこで、例えば図5に示すようにして、樹脂製の絶縁部材21へ下側電極板13、圧電素子14及び上側電極板15を組み付けることができる。
まず、鍔部側絶縁部21aのみが絶縁筒部素形材20cの下端に形成され、ハット状の絶縁部材素形材21xを用意する(図5(a))。そして、上方から下側電極板13、圧電素子14及び上側電極板15をこの順に絶縁部材素形材21xに挿通してゆく(図4(b))。次に、上側電極板15近傍の矢印の位置で、絶縁部材素形材21xに熱を加えて軟化させ(図4(c))、絶縁部材素形材21xの上側部分を径方向外側へ折り曲げ、ウェイト側絶縁部21bを形成する(図4(d))。これにより、絶縁部材21に下側電極板13、圧電素子14及び上側電極板15を組み付けることができる。
On the other hand, when the insulating member is made of a resin having low elasticity, it is difficult to bend the weight-side insulating portion and the heel-side insulating portion. Therefore, for example, as shown in FIG. 5, the
First, only the buttocks side insulating part 21a is formed at the lower end of the insulating cylindrical part shaped
本発明は上記した実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and extends to various modifications and equivalents included in the spirit and scope of the present invention.
1 非共振型ノッキングセンサ
10 センサ本体
11 主体金具
11A 金具側筒状部
11B 金具側鍔部
13 下側電極板(鍔部側電極板)
14 圧電素子
15 上側電極板(ウェイト側電極板)
17 ウェイト
20、21 絶縁部材
20a、21a 鍔部側絶縁部
20b、21b ウェイト側絶縁部
20c、21c 絶縁筒部
20h 絶縁部材の貫通孔
30 樹脂成形体
L 絶縁筒部の軸方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Non-resonance
14
17
Claims (2)
貫通孔に前記金具側筒状部が挿通された圧電素子と、
貫通孔に前記金具側筒状部が挿通され、前記金具側鍔部との間に前記圧電素子を挟んで配置されるウェイトと、
前記圧電素子及び前記金具側鍔部の間に配置された鍔部側電極板と、
前記圧電素子及び前記ウェイトの間に配置されたウェイト側電極板と、
絶縁部材と、
を有するセンサ本体と、
該センサ本体を被覆する樹脂製の樹脂成形体と、
を備える非共振型ノッキングセンサであって、
前記絶縁部材は、貫通孔に前記金具側筒状部が挿通される筒状の絶縁筒部と、前記絶縁筒部の外面から径方向外側に延びる鍔部側絶縁部と、前記絶縁筒部の軸方向に前記鍔部側絶縁部と離間しつつ前記絶縁筒部の外面から径方向外側に延びるウェイト側絶縁部と、を一体に有し、
前記絶縁筒部は、前記金具側筒状部と、前記鍔部側電極板、前記圧電素子及び前記ウェイト側電極板との間に配置されてこれらの間を電気的に絶縁し、
前記鍔部側絶縁部は、前記金具側鍔部及び前記鍔部側電極板の間に配置され、前記金具側鍔部及び前記鍔部側電極板の間を電気的に絶縁し、
前記ウェイト側絶縁部は、前記ウェイト及び前記ウェイト側電極板の間に配置され、前記ウェイト及び前記ウェイト側電極板の間を電気的に絶縁することを特徴とする非共振型ノッキングセンサ。 A metal fitting including a metal fitting-side cylindrical portion formed in a cylindrical shape, and a metal fitting side flange extending radially outward from one end of the metal fitting-side cylindrical portion;
A piezoelectric element in which the metal fitting-side cylindrical portion is inserted into a through hole;
A weight that is inserted through the through hole into the metal part-side cylindrical part and is sandwiched with the piezoelectric element between the metal part side flange part; and
A collar side electrode plate disposed between the piezoelectric element and the metal fitting side collar;
A weight-side electrode plate disposed between the piezoelectric element and the weight;
An insulating member;
A sensor body having:
A resin molded body made of resin covering the sensor body;
A non-resonant knock sensor comprising:
The insulating member includes a cylindrical insulating cylinder portion through which the metal fitting-side cylindrical portion is inserted into a through hole, a flange-side insulating portion extending radially outward from an outer surface of the insulating cylinder portion, and A weight-side insulating portion that extends radially outward from the outer surface of the insulating cylindrical portion while being spaced apart from the flange-side insulating portion in the axial direction;
The insulating cylindrical portion is disposed between the metal fitting side cylindrical portion, the flange side electrode plate, the piezoelectric element, and the weight side electrode plate to electrically insulate them,
The flange side insulating portion is disposed between the metal fitting side flange and the flange side electrode plate, and electrically insulates between the metal fitting side flange and the flange side electrode plate,
The non-resonant knock sensor, wherein the weight-side insulating portion is disposed between the weight and the weight-side electrode plate, and electrically insulates between the weight and the weight-side electrode plate.
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