JP2019203843A - ノッキングセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
上記したノッキングセンサとして、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。このノッキングセンサは、筒状部と筒状部の一端に位置する鍔部とを有する主体金具を備え、筒状部の外周に鍔部側から順に、それぞれ環状の絶縁部材、圧電素子、ウェイト、及びナットを嵌め込んで構成されている。そして、筒状部の外周面の雄ネジ部にナットを螺合することによりウェイトを係止し、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、主体金具に絶縁部材、圧電素子、ウェイト等を組み付けた内部部品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、筒状部の内面が上記した取付孔となっている(特許文献1)。
又、筒状部の外周面を塑性変形して突出させ、ウェイトを筒状部に係止する技術も開示されている(特許文献2)。
しかしながら、更に高い出力を求める場合、これらの方策では不十分である。
そこで、本発明は、検出出力を向上させたノッキングセンサの提供を目的とする。
このノッキングセンサによれば、筒状部から切削等の加工で薄肉部を形成する場合に、鍔部の上面を位置合わせに利用できるので、加工が容易になる。
このノッキングセンサによれば、薄肉部の強度や耐久性の確保が要求される場合に対応できる。
このノッキングセンサによれば、薄肉部の強度や耐久性の確保が要求される場合に対応できる。
図1はノッキングセンサ1Aの外観を示し、図2はノッキングセンサ1Aを軸方向に破断した断面図を示し、図3はノッキングセンサ1Aの内部構造の分解図を示し、図4はノッキングセンサ1Aの変形例の部分拡大断面図を示している。
図1において、ノッキングセンサ1A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11(図2参照)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。ノッキングセンサ1Aは、樹脂モールド材料である合成樹脂(例えばナイロン66)製のケース3により覆われている。このケース3は、上部がテーパ状に成形された円柱形状の素子収納部5と、図示しない点火時期制御装置からのコネクタを接続するコネクタ部7とから構成されている。
この主体金具9の鍔部15の厚み方向の一面(図1の上面)側には、筒状部13の外周に嵌められる環状(円筒形状)で、圧電セラミックス(例えばPZT)からなる圧電素子17が載置されている。
また、圧電素子17の上面側には、筒状部13の外周に嵌められる環状(円筒形状)で、錘としての効果を発揮する比重を有する金属材料(例えばSMF4050)からなるウェイト19が載置されている。
また、鍔部15と出力端子21との間、及び出力端子23とウェイト19との間には、絶縁性を有するフィルム状の合成樹脂(例えばPET)からなる環状の絶縁体25、27がそれぞれ配置され、出力端子21、23が主体金具9の鍔部15やウェイト19と短絡しないようにされている。
板バネ29は、外周面から円錐台状に斜めに立ち上がり、径方向内側へ向かって水平に延びる形状になっていて、この水平部の中央が開口する。
なお、ウェイト19の上面(図1の上面)19aに板バネ29の下面の少なくとも一部が接しており、ウェイト19の上面19aが特許請求の範囲の「天面」に相当する。又、板バネ29が特許請求の範囲の「他部材」に相当する。又、鍔部15と出力端子21との間の絶縁体25が特許請求の範囲の「絶縁体」に相当する。
そして、突出部13pが板バネ29の上面に接することによって、板バネ29が下方に押圧され、さらに板バネ29の弾性力によりウェイト19が係止され、ウェイト19と鍔部15との間の積層構造体(圧電素子17、出力端子21、23、絶縁体25、27)が主体金具9に固定される。
つまり、本実施形態においては、突出部13pが板バネ29を介してウェイト19の天面19aに接し、主体金具9の鍔部15に向けてウェイト19を押圧するようにして、ウェイト19を間接的に主体金具9に係止している。
なお、突出部13pは、筒状部13の外周面から0.1〜0.2mm程度突出していればよい。
このようにすると、筒状部13のウェイト19の固定位置である突出部13pと、鍔部15との間の延設部R1に、最大厚み部W1とこれよりも厚みt2が薄く剛性の低い薄肉部W2が介在し、ウェイト19が振動すると薄肉部W2が撓んで振動を増幅するので、ウェイト19を重量増しなくても検出出力を向上させることができる。又、低出力の圧電素子(例えば、鉛フリー圧電素子)を使用したセンサの出力を向上させることができる。
なお、延設部R1は、軸線O方向に沿って突出部13pのうち最も鍔部15側の位置と、鍔部15のうち最も突出部13p側の位置との間の領域である。
また、本実施形態では、延設部R1の軸線O方向の長さに対し、薄肉部W2の軸線O方向の長さが1/2以下である。このようにすると、薄肉部W2の強度や耐久性の確保が要求される場合に対応できる。
但し、例えば図4の変形例に示すように、延設部R1の厚みが軸線O方向に沿って変化してもよく、この場合は、最小厚みt2を有する部位を薄肉部W2とみなす。
図5はノッキングセンサ1Bを軸方向に破断した断面図を示し、図6はノッキングセンサ1Bの内部構造の分解図を示している。
なお、第2の態様の実施形態に係るノッキングセンサ1Bは、突出部13pを設けるのではなく、主体金具9Bの筒状部13Bに雄ネジ部13sを設けると共に、雄ネジ部13sにネジ止めされるナット31を設けた点が、第1の態様の実施形態に係るノッキングセンサ1Aと異なるが、その他の構成は同一であるので同一構成部分については同一の符号を付して説明を省略する。
従って、ナット31を締め付けることで、板バネ29が下方に押圧され、さらに板バネ29の弾性力によりウェイト19が係止され、ウェイト19と鍔部15Bとの間の積層構造体(圧電素子17、出力端子21、23、絶縁体25、27)が主体金具9に固定される。
このように、ナットを用いてウェイト19を主体金具9Bに係止することで、突出部13pを形成するための特別な装置や治具を用いずに、組み付けができる。
この場合も、筒状部13Bのウェイト19の固定位置近傍の雄ネジ部13s先端と、鍔部15Bの上面との間に、軸線O方向に延びる延設部R1を有している。そして、延設部R1には最大厚みt3を有する最大厚み部W3と、最大厚みt3よりも厚みt4が薄い薄肉部W4が形成されている。
このようにすると、延設部R1に、最大厚み部W3と、これよりも厚みt4が薄く剛性の低い薄肉部W4が介在し、ウェイト19が振動すると薄肉部W4が撓んで振動を増幅するので、ウェイト19を重量増しなくても検出出力を向上させることができる。又、低出力の圧電素子(例えば、鉛フリー圧電素子)を使用したセンサの出力を向上させることができる。
又、本実施形態では、薄肉部W4が鍔部15Bの上面に繋がっている。このようにすると、筒状部13Bから切削等の加工で薄肉部W4を形成する場合に、鍔部15Bの上面を位置合わせに利用できるので、加工が容易になる。
又、振れ幅を大きくしてセンサの出力を向上させる点からは、図5のように、延設部R1においてウェイト19から一番離れた鍔部15との境目に薄肉部W4が位置するのが良い。
まず、主体金具粗形材9xを用意する。この主体金具粗形材9xは、内面13aに凹部13rが形成されず、外周面に突出部13pが形成されていない筒状部13xと、筒状部13xの一端側(下側)に上述の鍔部15とを有している(図3参照)。そして、筒状部13xの外周側に嵌めるようにして、鍔部15上に、絶縁部材25、出力端子21、圧電素子17、出力端子23、絶縁部材27、ウェイト19、板バネ29を順次載置する。
さらに、筒状部13xの内面に、鍔部15側(下方)からプレス治具110を挿入する(図7(a))。プレス治具110は、4つの切り欠き部によって4つに分割された個片から構成され、各個片の下端側に位置する張出部110fを1つの環状保持リング140によって保持させた集合体より形成されており、内側に後述するピストン130を内挿可能な略円形の孔を有する略円筒状の形態をなしている。なお、プレス治具110を構成する各個片の張出部110fが鍔部15の下面に当接して挿入深さを位置決めするようになっている。
次に、円筒ピン120を下ろした状態で、プレス治具110の上端側(プレス治具110の内側の孔)に、上方からピストン130を挿入する(図7(c))。ピストン130は先端に向かって狭まるテーパ状をなし、プレス治具110にピストン130を挿入すると、プレス治具110の上端側が押し広げられ、各個片が周方向外側に向かって移動し、凸部110pが拡径する(図7(d))。
このようにしてノッキングセンサ1Aを組み立てた後、主体金具9を含む上述の積層構造体を覆うように樹脂モールド材料(合成樹脂)を射出し固化させることにより、ケース3を形成し、ノッキングセンサ1Aが完成する。
薄肉部の断面形状や厚みは特に限定されない。
絶縁体の種類としては、上述のフィルム状の合成樹脂の他、セラミック材でもよく、絶縁性接着剤を塗布してもよい。又、上記実施形態では、突出部13pが板バネ29を介してウェイト19の天面19aに接し、ウェイト19を係止したが、これは合成樹脂製の絶縁体25、27が熱クリープにより薄くなって軸方向に隙間が生じることから、この隙間を板バネ29の弾性変形で埋めるためである。一方、熱クリープが生じないセラミック等の絶縁体を用いる場合には、板バネ29を用いず、突出部13pをウェイト19の天面19aに直接接しさせてウェイト19を係止してもよい。
板バネ29に代えて、環状の皿バネを他部材に用いてもよい。
又、比較のため、それぞれ薄肉部W2,W4を設けない従来のノッキングセンサを製造した。
得られた各ノッキングセンサにつき、一定の振動を与えてセンサの出力電圧を測定した。
そして、センサの出力電圧を、従来のノッキングセンサの出力電圧を1としたときの相対値で求めた。
同様に、図9は、第2の態様の実施形態に係るノッキングセンサ1Bの(最大厚みt3/薄肉部W3の厚みt4)を横軸とし、センサの出力電圧の相対値を縦軸としたときのデータを示す。なお、薄肉部が無い従来のノッキングセンサの場合、t3<t4であるので、t1/t2<1である。
図8、図9から明らかなように、薄肉部を設けることで、薄肉部の無い従来のセンサに比べ、センサの出力電圧が向上することがわかる。又、薄肉部の厚みを薄くするほど、センサの出力電圧がさらに向上することがわかる。
(t1/t2)≦1.3、かつ(t3/t4)≦1.3であると、センサの出力電圧が確実に向上する。
9、9B 主体金具
13、13B 筒状部
13p 突出部
13s 雄ネジ部
15、15B 鍔部
17 圧電素子
19 ウェイト
19a ウェイトの天面
25 絶縁体
29 他部材
31 ナット
O 軸線
P1、P2 接点の最先端の部位
R1 延設部
W1、W3 最大厚み部
W2、W4 薄肉部
t1、t3 最大厚み
t2、t4 薄肉部の厚み
Claims (5)
- 軸線方向に延び、筒状部と該筒状部の一端側に位置し、筒状部の周方向外側に向かって突出する鍔部とを有する主体金具と、
前記筒状部の外周に嵌め込まれ、前記鍔部に面する側と反対側に天面を有する環状のウェイトと、
前記筒状部の外周に嵌め込まれ、前記鍔部と前記ウェイトとの間に挟まれる環状の圧電素子と、
前記鍔部と前記圧電素子との間に介在する絶縁体とを備えたノッキングセンサであって、
前記筒状部の外周面には、前記筒状部の内面から周方向外側に向かって塑性変形しつつ突出し、前記ウェイトの天面に直接又は他部材を介して接して該ウェイトを係止する突出部が設けられ、
前記筒状部は、前記突出部と前記鍔部との間に前記軸線方向に延びる延設部を有し、該延設部には最大厚みを有する最大厚み部と、前記最大厚みよりも厚みが薄い薄肉部が形成されてなるノッキングセンサ。 - 軸線方向に延び、筒状部と該筒状部の一端側に位置し、筒状部の周方向外側に向かって突出する鍔部とを有する主体金具と、
前記筒状部の外周に嵌め込まれ、前記鍔部に面する側と反対側に天面を有する環状のウェイトと、
前記筒状部の外周に嵌め込まれ、前記鍔部と前記ウェイトとの間に挟まれる環状の圧電素子と、
前記鍔部と前記圧電素子との間に介在する絶縁体とを備えたノッキングセンサであって、
前記筒状部の外周面には、雄ネジ部が設けられ、さらに該雄ネジ部にネジ止めされて前記ウェイトの天面に接することで該ウェイトを係止するナットを備え、
前記筒状部は、前記雄ネジ部において前記軸線方向に最も前記鍔部側の部位である雄ネジ部先端と前記鍔部との間に前記軸線方向に延びる延設部を有し、該延設部には最大厚みを有する最大厚み部と、前記最大厚みよりも厚みが薄い薄肉部が形成されてなるノッキングセンサ。 - 前記薄肉部が前記鍔部に繋がる請求項1又は2に記載のノッキングセンサ。
- 前記薄肉部の厚みが前記最大厚みの1/2以上である請求項1〜3のいずれか一項に記載のノッキングセンサ。
- 前記領域の前記軸線方向の長さに対し、前記薄肉部の前記軸線方向の長さが1/2以下である請求項1〜4のいずれか一項に記載のノッキングセンサ。
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