JP2621566B2

JP2621566B2 - ノックセンサ

Info

Publication number: JP2621566B2
Application number: JP2100025A
Authority: JP
Inventors: 勝吾浅野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-04-16
Filing date: 1990-04-16
Publication date: 1997-06-18
Anticipated expiration: 2012-06-18
Also published as: JPH03296625A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、エンジンのノッキングの有無を判定してノ
ックコントロールシステムで点火時期制御を行う際に直
接にノッキングの有無を判定するノックセンサに関す
る。

従来の技術ノックコントロールシステムとは、エンジンブロック
の振動を検出し、その振動波形によりノッキングの有無
を判定して点火時期制御を行い、燃費改善を図るシステ
ムである。そして、この際にエンジンブロックの振動ピ
ックアップとしてノックセンサが用いられる。

このノックセンサとしては圧電ディスク中心固定型ノ
ックセンサが一般に知られており、このノックセンサ
は、第６図に示すように構成されている。

図中の符号１は、その上部が開口しその外周面がボル
ト状に六面に形成された筐体を示している。符号２は、
筐体１の下部に一体成形されたネジ部を示しており、こ
のネジ部２が図示しないエンジンのネジ穴に螺合されて
筐体１がエンジンに固定される。

筐体１の内部には、導電性の基板３が装着されてお
り、この基板３の上面には、複数の凸部４が形成されて
いる。基板３の下面中央部には、その先端部を切り落と
した円錐台形状の突起５が形成され、基板３及び突起５
を貫通して連通孔６が形成されている。突起５の先端に
は、連通孔６の部分が開口した振動板７が溶接されてい
る。この振動板７には、連通孔６の部分が開口した圧電
セラミック８が接着されている。

符号９は、絶縁体からなるコネクタユニットを示して
おり、筐体１の上部開口に挿入して固定されている。こ
のコネクタユニット９は、円筒部10と基板部11とからな
り、基板部11の下面には、前記基板３の凸部４が嵌合す
る凹部12が形成されている。円筒部10内には、ターミナ
ル13が設けられており、このターミナル13の下端部に
は、下方へ基板３、振動板７、圧電セラミック８を貫通
して延出させたリード部14が形成されている。このリー
ド部14は、圧電セラミック８に形成された図示しない銀
電極に半田付けされた金属箔16の中央部を貫通して互い
に半田付けにより接続され、その上端を図示しないコン
トロールユニットに電気的に接続される。図中の符号15
は基板３の連通孔６と振動板７及び圧電セラミック８の
孔に充填された絶縁材である。また、符号17はＯリン
グ、符号18は環状の規制板をそれぞれ示している。

以上のように構成されたノックセンサでは、エンジン
の振動はネジ部２から筐体１に伝わり、さらに、基板３
から突起５を介して振動板７に伝わり、この振動板７を
圧電セラミック６とともに振動させる。そして、これら
振動板７及び圧電セラミック８は、その厚さ、径、材料
及び固定部の径等によって決定される共振周波数におい
ても最も振動して大きく撓み、その出力電圧が最大とな
る。そして、この出力電圧の変化を図示しないコントロ
ールユニットで検知して、点火時期制御を行うか否かを
判定する。

この圧電セラミック８は、その出力電圧の変化におい
て、第７図に示すような周波数特性を有する。出力電圧
は、図示するように共振周波数f₀で最大となっており、
3dBダウンの帯域幅αは、負荷として並列に接続する電
気抵抗Ｒ（Ｒ≒1/ω₀C₀、ω_０＝２πf₀C₀:圧電セラミッ
クの容量）によって大きくでき、片持梁や両端支持方式
に比べて倍程度の帯域幅を有する。

発明が解決しようとする課題ところで、上述の構造のノックセンサにおいては、そ
の振動板７の板厚が薄い場合に、第８図に示すように、
共振周波数域近傍に異常なピーク（いわゆるディップ）
が生じることがある。このディップの原因としては、振
動板７の平坦度が溶接等によって悪い影響を受けること
が主なものと考えられる。そしてこの場合、ディップを
ノックセンサが通常のピークと判定してノックコントロ
ールシステムを誤作動させるおそれがあるという課題が
ある。

また、振動板７の板厚が薄くなると、ノッキングによ
り引き起こされる振動板７の振幅が減少するため、圧電
セラミック８に発生する出力電圧をあまり大きくとれな
いという課題がある。

本発明は、圧電ディスク中心固定型ノックセンサ本来
の帯域幅を広げられるという特性を損なわずにその出力
電圧を大きくとれるとともにディップの発生を抑えて誤
作動を確実に防止できるノックセンサを提供することを
目的とする。

課題を解決するための手段本発明は、前記課題を解決するために、振動板は、そ
の中央部に補強用の環状段部が形成され、その周縁部に
振動を補助する環状の付加マスが円弧状断面に巻き込む
カーリング加工もしくは振動方向にＵ字状断面に折り曲
げ加工により形成され、前記付加マスの質量を増大させ
たことを特徴としている。

作用本発明は、前記構成により振動板の軸方向の剛性が増
大し周波数特性の異常なピークを押さえる。

また、振動板周縁部の付加マスはその重さのために振
動板中心部からの振動に対して反応が鈍く、結果的に振
動板の振幅を大きくし、圧電セラミックに発生する出力
電圧を大きくすることができる。

実施例以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。第
２図に示す本発明のノックセンサの全体構成は、前述し
た従来のノックセンサとほぼ同様であり、概説すると、
図中の符号１は筐体、符号２はネジ部を示しており、こ
のネジ部２が図示しないエンジンのネジ穴に螺合されて
筐体１がエンジンに固定される。

筐体１の内部には、導電性の基板３が装着されてお
り、この基板３の上面には、複数の凸部４が形成されて
いる。基板３の下面中央部には、その先端部を切り落と
した円錐台形状の突起５が形成され、基板３及び突起５
を貫通して連通孔６が形成されている。突起５の先端に
は、連通孔６の部分が開口した本発明の振動板21が溶接
されている。この振動板21には、連通孔６の部分が開口
した圧電セラミック８が接着されている。

コネクタユニット９は、筐体１の上部開口に挿入して
固定されている。このコネクタユニット９は、円筒部10
と基板部11とからなり、基板部11の下面には、前記基板
３の凸部４が嵌合する凹部12が形成されている。円筒部
10内には、ターミナル13が設けられており、このターミ
ナル13の下端部には、下方へ基板３、振動板７、圧電セ
ラミック８を貫通して延出させたリード部14が形成され
ている。このリード部14は、圧電セラミック８に形成さ
れた図示しない銀電極に半田付けされた金属箔16の中央
部を貫通して互いに半田付けにより接続され、その上端
を図示しないコントロールユニットに電気的に接続され
る。図中の符号15は絶縁材、符号17はＯリング、符号18
は環状の規制板をそれぞれ示している。

そして、本発明の特徴とするところは、振動板21を改
良したことにある。

この振動板21は、第１図（ａ）及び第１図（ｂ）に示
すように、その中央部にしぼり加工を施して下方（第２
図においては上方）へ隆起させた補強用環状段部として
の突部22を形成し、その周縁部にカーリング23を施して
その重さにより振動板21の振幅を大きくするための付加
マスを形成している。符号24は振動板21の中央部に形成
され前記連通孔６に接続する開口である。そして、この
振動板21の突部22の下面22aが基板３の突起５に当接し
て溶接され、突部22の上面22bに接着剤が充填されて圧
電セラミック８が接着される。

以上のように構成されたノックセンサの振動板21で
は、その中央部の突部22のため軸方向の剛性が増大し、
振動板21の板厚が薄い場合でも周波数特性の異常なピー
クであるディップを抑えることができる。なお、突部22
は振動板21の中央付近に形成されるため、点対称方向の
剛性にはほとんど影響がなく、周波数特性における帯域
幅を大きく保つことができる。

振動板21の外周部に形成した付加マスとしてのカーリ
ング23は、その重さのために振動板21の他の部分に対し
て相対的に振動に対する反応が鈍くなり、結果的に振動
板21の振幅を大きくしている。このため、厚電セラミッ
ク８に発生する出力電圧を大きくすることができ、ノッ
クを正確に検出するためのS/N比を向上させることがで
きる。

しぼり加工及びカーリング加工により振動板21を成形
するので、製作コストを低く押さえることができる。

なお、前述した実施例では、振動板21の周縁部に形成
する付加マスとしてのカーリング23を上方へ向けて内側
へ巻き込むように形成したが、第１図（ｃ）に示すよう
に、外側へ向けるように巻いて形成しても前記同様の作
用・効果を奏することができる。

また、付加マスは振動板21の周縁部を重くするために
取り付けるものであり、第１図（ｄ）のように、単に周
縁部を振動方向にＵ字状断面に折り曲げ加工するたけで
も、前記同様の作用・効果を奏することができる。

次に本発明の第２実施例を説明する。第４図に示す第
２実施例のノックセンサの全体構成は、第１実施例と同
じく、前述した従来のノックセンサとほぼ同様であり、
その説明を省略する。

この第２実施例では、振動板27は、第１図（ａ）及び
第１図（ｂ）に示すように、その中央部付近にビード加
工を施して環状の突条（ビード）28を形成し、その周縁
部に前記第１実施例と同様にカーリング29を形成してい
る。

このように構成された振動板27においては、そのビー
ド28が前記第１実施例における突部22と同様の作用・効
果を奏する。また、付加マスとしてのカーリング29は前
記第１実施例と全く同じ作用・効果を奏する。

そして、この場合も付加マスとして、第３図（ｃ）に
示す逆巻きのカーリング30や、第３図（ｄ）に示すよう
に周縁部を振動方向にＵ字条断面に折り曲げたものでも
よい。

次に本発明の第３実施例を説明する。この第３実施例
では、振動板33は、第５図（ａ）及び第５図（ｂ）に示
すように、その周縁部に付加マスとしてのカーリング34
だけを形成している。

これにより、簡単な構造で、周波数特性における帯域
幅を大きく保つことができる。

この場合も、前述した第１及び第２実施例と同様に、
振動板33の周縁部に、第５図（ｃ）に示す逆巻きのカー
リング35や、第５図（ｄ）に示すように周縁部を振動方
向にＵ字状断面に折り曲げたものを取り付けてもよい。

発明の効果以上説明したように、本発明によれば、振動板の中央
部付近に補強のための加工を施すとともにその周縁部に
付加マスを備えたので、次のような効果を有する。

（１）振動板の中央部付近に突部あるいは環状の突条
を設けたので、軸方向の剛性が増大し、振動板の板厚が
小さい場合でも、周波数特性の異常なピークを抑えるこ
とができ、点火時期制御の誤動作を防止することができ
る。

（２）振動板の周縁部に取り付けられる付加マスが、
ノッキング時の振動板振幅を大きくする役目を果たすた
め、圧電セラミックに発生する出力電圧を大きくするこ
とができ、ノック検出S/N比を向上させることができ
る。

（３）加工が容易で製作コストを低く押さえることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明のノックセンサの特徴部分である
振動板を示す側断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の
振動板の平面図、第１図（ｃ）および第１図（ｄ）はそ
れぞれ第１図（ａ）の振動板の変形例を示す側断面図、
第２図は本発明のノックセンサを示す側断面図、第３図
（ａ）は本発明の第２実施例の振動板を示す側断面図、
第３図（ｂ）は第３図（ａ）の振動板の平面図、第３図
（ｃ）および第３図（ｄ）はそれぞれ第３図（ａ）の振
動板の変形例を示す側断面図、第４図は本発明のノック
センサの第２実施例を示す側断面図、第５図（ａ）は本
発明の第３実施例の振動板を示す側断面図、第５図
（ｂ）は第５図（ａ）の振動板の平面図、第５図（ｃ）
および第５図（ｄ）はそれぞれ第５図（ａ）の振動板の
変形例を示す側断面図、第６図は従来のノックセンサを
示す側断面図、第７図は通常状態でのノックセンサの出
力電圧と振動周波数との関係を示すグラフ、第８図は共
振周波数域近傍に異常なピークが生じた状態でのノック
センサの出力電圧と振動周波数との関係を示すグラフで
ある。３……基板、８……圧電セラミック、21……振動板、22
……補強用環状段部としての突部、23……付加マスとし
てのカーリング、

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】その中央部が基板に支持されエンジンから
の振動がこの基板を介して伝わり振動することで表面に
貼付された圧電セラミックが撓んで電圧を発生させる振
動板を備え、前記振動板は、その中央部に補強用の環状
段部が形成され、その周縁部に振動を補助する環状の付
加マスが円弧状断面に巻き込むカーリング加工もしくは
振動方向にＵ字状断面に折り曲げ加工により形成され、
前記付加マスの質量を増大させたことを特徴とするノッ
クセンサ。