JP3674169B2 - ノッキング検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノッキング検出装置に関し、例えば内燃機関（以下、「エンジン」という。）の点火時期制御に使用されるノッキング検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンのノック制御で行われるノッキング検出には、ノッキングセンサを用いることが知られている。このノッキングセンサは、振動体であるエンジンのシリンダブロック等に取付けられているものが多く、シリンダブロックに伝わるエンジンのノックによる振動をノッキングセンサの検出部を構成する圧電素子により歪みを電荷としてとらえ電気信号に変換し電子制御ユニット等に出力している。
【０００３】
ノッキング検出装置に使用される圧電素子は通常の場合、板厚の一方向に分極され、振動を電気信号として取り出すために両面に銀電極をもった円板状を成している。また、一般的には、素子自体の板厚や外径寸法および素子を固定する振動板の厚さや外径寸法を一定にすると、素子の出力電圧は一義的に定まる。所望の出力電圧や静電容量あるいは共振利得を変更したい場合には、素子や振動板の厚さおよび外径寸法を変える方法が一般的であり、実際に採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のエンジンの点火時期制御用として使用される共振型ノッキング検出装置は、特定の共振周波数において最大出力電圧を出力する検出装置であるため、エンジン毎に検出装置の振動検出部を構成する圧電素子ないしは振動板の外径寸法や板厚寸法を変更して対応しないと、最適なエンジン毎のマッチング調整ができずＳ／Ｎ比が悪くなり、検出精度が低下する問題が発生する。
【０００５】
また、一方でエンジン毎のマッチング調整の最適化の精度を向上させようとすると、逆に調整工数の増大や、検出装置自体の多種類化を招き、結果としてコストアップとなる問題が発生する。
上記に鑑み、本発明は、容易に検出装置としての特性、すなわち出力電圧、静電容量および共振利得を任意に調整可能なノッキング検出装置を提供することを目的としてなされた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達するためになされた請求項１記載のノッキング検出装置は、検出装置のハウジング内底中央部に設けた円筒突起部に固定された振動板と、振動板に配設固定され振動板の振動を受けて出力電圧を発生する圧電素子とで振動検出部を構成している。そして、圧電素子の両面電極において、少なくとも片側の電極部の略中央部に、圧電素子における振動板の内側部分と共に振動する部分を含有するように非電極部を形成することによって、非電極部の面積を可変調整し、検出装置としての所望の特性である出力電圧、静電容量および共振利得を任意かつ簡便に調整できるため、圧電素子や振動板の外径寸法や板厚寸法を変更しなくても、エンジン毎に最適な検出装置のマッチング調整が可能となり、Ｓ／Ｎ比の向上、ひいては検出精度の低下を抑制できるとともに、マッチング調整にかかる工数の低減や検出装置自体の多種類化の抑制を図ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施例によるノッキング検出装置（以下、共振型ノッキングセンサと言う）を図１に示す。
共振型ノッキングセンサ１は、振動体である図示しないエンジンのシリンダブロックにハウジング６をねじ固定することにより取付けられている。共振型ノッキングセンサ１は、ハウジング６、カバー７、出力取出し用端子５および振動板３と圧電素子４とからなる振動検出部２から構成されており、ハウジング６とカバー７とから区画形成される空間部９内に振動検出部２が収容されている。そして、ハウジング６内底中央部に設けた台座部６ｂ上の円筒型突起部６ａ先端に、ステンレス等から成る振動板（金属平薄板製プレート）３をリングプロジェクション溶接する。その後、圧電素子４の片面に銀電極をスクリーン印刷し、その反対面は中央部分を不必要分だけマスキングして非電極部４ｂが形成されるようにスクリーン印刷を行い、非電極部４ｂ側を振動板３に接着固定する。
【０００８】
ここで、圧電素子４の構成とその製造方法について説明する。
チタン酸鉛（PbTiO3）やジルコン酸鉛（PbZrO3）等を主成分とする圧電セラミック材料を、所定の形状に成形後、千数百℃で燃成する。この後、上下の円形面部を研磨し、所望の板厚とする。次に、円形面部の片面ずつに、電極となる銀ペーストをスクリーン印刷で形成し、焼付け固定する。図２のように、上下の銀電極４ａ部に分極用の電極１１を当接させて、直流高電圧を数kV印加する。以上により、一方向に分極された圧電素子が製造される。
【０００９】
一方、一枚の端子用素材（例えば、リン青銅等）を事前に所定形状にプレス打ち抜き加工後、図１の形状に曲げ加工して出力取出し用一体型端子５を製造する。
次に、上記一体型端子５とカバー７を所定のコネクタ用樹脂成形型にセット後、インサート成形してコネクタサブアッセンブリ８を製造する。コネクタサブアッセンブリ８をハウジング６に組付け、ハウジング６の上部端６ｃをリングかしめすれば、共振型ノッキングセンサ１が完成する。このとき、出力取出し用一体型端子５の突部５ａが弾性をもって圧電素子４の銀電極４ａ部分に当接するので、出力取出し用一体型端子５と圧電素子４とは電気的に良好に接続する。
【００１０】
次に、共振型ノッキングセンサ１の作動を図１に基づいて説明する。
シリンダブロックはエンジンの点火時期にしたがって振動を発生することから、シリンダブロックに取付けられた共振型ノッキングセンサ１にこの振動が伝達される。すると、共振型ノッキングセンサ１に伝達された振動は取付けボルト１０、円筒型突起部６ａおよび振動板３を経由して圧電素子４に伝達され、振動を受けた圧電素子４には印加応力に応じた歪みが発生し、歪みを電荷に置換した電圧信号が発生する。この圧電素子４に発生した電圧信号は、圧電素子４の銀電極４ａに当接した出力取出し用一体型端子５から図示しないＥＣＵに送出される。
【００１１】
次に、共振型ノッキングセンサ１の性能評価について説明する。
共振型ノッキングセンサ１を取付けボルト１０でベンチにネジ固定して加振し出力特性を測定する。このとき、円筒型突起部６ａ先端と振動板３との溶接座面３ｃが支点となり、振動板３の外周端３ｂと振動板３のリング溶接内側部分３ａの振動モードが逆位相となって振動する（図５および６参照）。
【００１２】
図３（Ｂ）に示すように圧電素子４の両面銀電極のうち、片側の銀電極４ａの中央部に非電極部４ｂを形成する。
一例として、片側の電極中央部に非電極部４ｂを形成し、非電極部４ｂ側を振動板３に接着固定した場合について以下説明する。なお、この時の円筒型突起部６ａの径（φ４mm）と振動板３の板厚（約０．５mm）と外径寸法（φ２１mm）および圧電素子４の板厚（約０．４mm）と外径寸法（φ１５mm）は一定とする。
【００１３】
上記の非電極部４ｂの径を、φ８．３〜０mmまで次第に小さくしていくと、圧電素子４の静電容量が大きくなるため、出力電圧Ｖo （mV）と共振利得Ｑ（dB）は図４に示すように、非電極部４ｂの径に応じて小さくなる。すなわち、上記の大きさの振動板３と圧電素子４では、非電極部４ｂの径を約φ６mm以下にすれば出力電圧Ｖo と共振利得Ｑがほぼリニアに変化するため、非電極部４ｂの径をφ６〜０mmの範囲で調整することにより、所望の任意のＱ値を得ることができる。
【００１４】
以上のように、共振型ノッキングセンサ１のハウジング６の内底中央部に配設された振動検出部２を構成する圧電素子４と振動板３のうち、圧電素子４の銀電極４ａの少なくとも片側の電極部の略中央部に非電極部４ｂを形成することによって、非電極部４ｂの面積を可変調整し、検出装置としての所望の特性である出力電圧Ｖo 、静電容量および共振利得Ｑを任意かつ簡便に調整できる。したがって、圧電素子４や振動板３の外径寸法や板厚寸法を変更しなくても、エンジン毎に最適な検出装置のマッチング調整が可能となり、Ｓ／Ｎ比が向上し、検出精度の低下を抑制することができる。また、マッチング調整にかかる工数の低減や検出装置自体の多種類化の抑制を図ることができる。
【００１５】
本実施例では、圧電素子の片側の電極部の略中央部に円形の非電極部を形成し、非電極部側を振動板に接着固定した。非電極部は、圧電素子の電極部の略中央部に円形に形成した場合が最も高精度な特性が得られる。また、圧電素子を振動板に固定する接着面は、非電極部を形成しない面であってもよいし、圧電素子の両面に非電極部を形成してもよい。しかし、圧電素子の上部電極には、非電極部を形成しない方が出力取出し用一体型端子からの出力の取出しが良好に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるノッキング検出装置の縦断面図である。
【図２】圧電素子の構成とその製造方法を示した図である。
【図３】従来技術の非電極部をもたない圧電素子（Ａ）と本実施例の銀電極中央部に非電極部を形成した圧電素子（Ｂ）の平面図と、（Ａ）のＡ−Ａ断面図および（Ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本実施例の非電極部の内径と出力電圧および共振利得との関係を示した図である。
【図５】本実施例の共振型ノッキングセンサの性能評価における構成を示す平面図と断面図である。
【図６】図５の各測定点における測定値を示す図である。
【符号の説明】
１ 共振型ノッキングセンサ （ノッキング検出装置）
２ 振動検出部
３ 振動板
３ａ 振動板リング溶接内側部分
３ｂ 振動板外周端
３ｃ 溶接座面
４ 圧電素子
４ａ 銀電極
４ｂ 非電極部
５ 出力取出し用端子
６ ハウジング
７ カバー
１０ 取付けボルト
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノッキング検出装置に関し、例えば内燃機関（以下、「エンジン」という。）の点火時期制御に使用されるノッキング検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンのノック制御で行われるノッキング検出には、ノッキングセンサを用いることが知られている。このノッキングセンサは、振動体であるエンジンのシリンダブロック等に取付けられているものが多く、シリンダブロックに伝わるエンジンのノックによる振動をノッキングセンサの検出部を構成する圧電素子により歪みを電荷としてとらえ電気信号に変換し電子制御ユニット等に出力している。
【０００３】
ノッキング検出装置に使用される圧電素子は通常の場合、板厚の一方向に分極され、振動を電気信号として取り出すために両面に銀電極をもった円板状を成している。また、一般的には、素子自体の板厚や外径寸法および素子を固定する振動板の厚さや外径寸法を一定にすると、素子の出力電圧は一義的に定まる。所望の出力電圧や静電容量あるいは共振利得を変更したい場合には、素子や振動板の厚さおよび外径寸法を変える方法が一般的であり、実際に採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のエンジンの点火時期制御用として使用される共振型ノッキング検出装置は、特定の共振周波数において最大出力電圧を出力する検出装置であるため、エンジン毎に検出装置の振動検出部を構成する圧電素子ないしは振動板の外径寸法や板厚寸法を変更して対応しないと、最適なエンジン毎のマッチング調整ができずＳ／Ｎ比が悪くなり、検出精度が低下する問題が発生する。
【０００５】
また、一方でエンジン毎のマッチング調整の最適化の精度を向上させようとすると、逆に調整工数の増大や、検出装置自体の多種類化を招き、結果としてコストアップとなる問題が発生する。
上記に鑑み、本発明は、容易に検出装置としての特性、すなわち出力電圧、静電容量および共振利得を任意に調整可能なノッキング検出装置を提供することを目的としてなされた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達するためになされた請求項１記載のノッキング検出装置は、検出装置のハウジング内底中央部に設けた円筒突起部に固定された振動板と、振動板に配設固定され振動板の振動を受けて出力電圧を発生する圧電素子とで振動検出部を構成している。そして、圧電素子の両面電極において、少なくとも片側の電極部の略中央部に、圧電素子における振動板の内側部分と共に振動する部分を含有するように非電極部を形成することによって、非電極部の面積を可変調整し、検出装置としての所望の特性である出力電圧、静電容量および共振利得を任意かつ簡便に調整できるため、圧電素子や振動板の外径寸法や板厚寸法を変更しなくても、エンジン毎に最適な検出装置のマッチング調整が可能となり、Ｓ／Ｎ比の向上、ひいては検出精度の低下を抑制できるとともに、マッチング調整にかかる工数の低減や検出装置自体の多種類化の抑制を図ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施例によるノッキング検出装置（以下、共振型ノッキングセンサと言う）を図１に示す。
共振型ノッキングセンサ１は、振動体である図示しないエンジンのシリンダブロックにハウジング６をねじ固定することにより取付けられている。共振型ノッキングセンサ１は、ハウジング６、カバー７、出力取出し用端子５および振動板３と圧電素子４とからなる振動検出部２から構成されており、ハウジング６とカバー７とから区画形成される空間部９内に振動検出部２が収容されている。そして、ハウジング６内底中央部に設けた台座部６ｂ上の円筒型突起部６ａ先端に、ステンレス等から成る振動板（金属平薄板製プレート）３をリングプロジェクション溶接する。その後、圧電素子４の片面に銀電極をスクリーン印刷し、その反対面は中央部分を不必要分だけマスキングして非電極部４ｂが形成されるようにスクリーン印刷を行い、非電極部４ｂ側を振動板３に接着固定する。
【０００８】
ここで、圧電素子４の構成とその製造方法について説明する。
チタン酸鉛（PbTiO3）やジルコン酸鉛（PbZrO3）等を主成分とする圧電セラミック材料を、所定の形状に成形後、千数百℃で燃成する。この後、上下の円形面部を研磨し、所望の板厚とする。次に、円形面部の片面ずつに、電極となる銀ペーストをスクリーン印刷で形成し、焼付け固定する。図２のように、上下の銀電極４ａ部に分極用の電極１１を当接させて、直流高電圧を数kV印加する。以上により、一方向に分極された圧電素子が製造される。
【０００９】
一方、一枚の端子用素材（例えば、リン青銅等）を事前に所定形状にプレス打ち抜き加工後、図１の形状に曲げ加工して出力取出し用一体型端子５を製造する。
次に、上記一体型端子５とカバー７を所定のコネクタ用樹脂成形型にセット後、インサート成形してコネクタサブアッセンブリ８を製造する。コネクタサブアッセンブリ８をハウジング６に組付け、ハウジング６の上部端６ｃをリングかしめすれば、共振型ノッキングセンサ１が完成する。このとき、出力取出し用一体型端子５の突部５ａが弾性をもって圧電素子４の銀電極４ａ部分に当接するので、出力取出し用一体型端子５と圧電素子４とは電気的に良好に接続する。
【００１０】
次に、共振型ノッキングセンサ１の作動を図１に基づいて説明する。
シリンダブロックはエンジンの点火時期にしたがって振動を発生することから、シリンダブロックに取付けられた共振型ノッキングセンサ１にこの振動が伝達される。すると、共振型ノッキングセンサ１に伝達された振動は取付けボルト１０、円筒型突起部６ａおよび振動板３を経由して圧電素子４に伝達され、振動を受けた圧電素子４には印加応力に応じた歪みが発生し、歪みを電荷に置換した電圧信号が発生する。この圧電素子４に発生した電圧信号は、圧電素子４の銀電極４ａに当接した出力取出し用一体型端子５から図示しないＥＣＵに送出される。
【００１１】
次に、共振型ノッキングセンサ１の性能評価について説明する。
共振型ノッキングセンサ１を取付けボルト１０でベンチにネジ固定して加振し出力特性を測定する。このとき、円筒型突起部６ａ先端と振動板３との溶接座面３ｃが支点となり、振動板３の外周端３ｂと振動板３のリング溶接内側部分３ａの振動モードが逆位相となって振動する（図５および６参照）。
【００１２】
図３（Ｂ）に示すように圧電素子４の両面銀電極のうち、片側の銀電極４ａの中央部に非電極部４ｂを形成する。
一例として、片側の電極中央部に非電極部４ｂを形成し、非電極部４ｂ側を振動板３に接着固定した場合について以下説明する。なお、この時の円筒型突起部６ａの径（φ４mm）と振動板３の板厚（約０．５mm）と外径寸法（φ２１mm）および圧電素子４の板厚（約０．４mm）と外径寸法（φ１５mm）は一定とする。
【００１３】
上記の非電極部４ｂの径を、φ８．３〜０mmまで次第に小さくしていくと、圧電素子４の静電容量が大きくなるため、出力電圧Ｖo （mV）と共振利得Ｑ（dB）は図４に示すように、非電極部４ｂの径に応じて小さくなる。すなわち、上記の大きさの振動板３と圧電素子４では、非電極部４ｂの径を約φ６mm以下にすれば出力電圧Ｖo と共振利得Ｑがほぼリニアに変化するため、非電極部４ｂの径をφ６〜０mmの範囲で調整することにより、所望の任意のＱ値を得ることができる。
【００１４】
以上のように、共振型ノッキングセンサ１のハウジング６の内底中央部に配設された振動検出部２を構成する圧電素子４と振動板３のうち、圧電素子４の銀電極４ａの少なくとも片側の電極部の略中央部に非電極部４ｂを形成することによって、非電極部４ｂの面積を可変調整し、検出装置としての所望の特性である出力電圧Ｖo 、静電容量および共振利得Ｑを任意かつ簡便に調整できる。したがって、圧電素子４や振動板３の外径寸法や板厚寸法を変更しなくても、エンジン毎に最適な検出装置のマッチング調整が可能となり、Ｓ／Ｎ比が向上し、検出精度の低下を抑制することができる。また、マッチング調整にかかる工数の低減や検出装置自体の多種類化の抑制を図ることができる。
【００１５】
本実施例では、圧電素子の片側の電極部の略中央部に円形の非電極部を形成し、非電極部側を振動板に接着固定した。非電極部は、圧電素子の電極部の略中央部に円形に形成した場合が最も高精度な特性が得られる。また、圧電素子を振動板に固定する接着面は、非電極部を形成しない面であってもよいし、圧電素子の両面に非電極部を形成してもよい。しかし、圧電素子の上部電極には、非電極部を形成しない方が出力取出し用一体型端子からの出力の取出しが良好に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるノッキング検出装置の縦断面図である。
【図２】圧電素子の構成とその製造方法を示した図である。
【図３】従来技術の非電極部をもたない圧電素子（Ａ）と本実施例の銀電極中央部に非電極部を形成した圧電素子（Ｂ）の平面図と、（Ａ）のＡ−Ａ断面図および（Ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本実施例の非電極部の内径と出力電圧および共振利得との関係を示した図である。
【図５】本実施例の共振型ノッキングセンサの性能評価における構成を示す平面図と断面図である。
【図６】図５の各測定点における測定値を示す図である。
【符号の説明】
１ 共振型ノッキングセンサ （ノッキング検出装置）
２ 振動検出部
３ 振動板
３ａ 振動板リング溶接内側部分
３ｂ 振動板外周端
３ｃ 溶接座面
４ 圧電素子
４ａ 銀電極
４ｂ 非電極部
５ 出力取出し用端子
６ ハウジング
７ カバー
１０ 取付けボルト
Claims (1)
- 振動検出対象である振動体に取り付けられるハウジングと、
前記ハウジングの内底中央部に設けられた円筒突起部と、
前記円筒突起部に固定されるとともに振動体の振動によって振動する振動板と、該振動板に固定配設され、前記振動板の振動を受けて出力電圧を発生する圧電素子とで構成される振動検出部とを備え、
前記振動板は前記振動板の前記円筒突起部の内側方向に前記圧電素子と共に振動する内側部分を有し、
前記圧電素子の両面に設けられた両面電極部のうち、少なくとも片側の電極部の略中央部に、前記圧電素子における前記振動板の前記内側部分と共に振動する部分を含有するように非電極部を形成することを特徴とするノッキング検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21142796A JP3674169B2 (ja) | 1996-08-09 | 1996-08-09 | ノッキング検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21142796A JP3674169B2 (ja) | 1996-08-09 | 1996-08-09 | ノッキング検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1054755A JPH1054755A (ja) | 1998-02-24 |
| JP3674169B2 true JP3674169B2 (ja) | 2005-07-20 |
Family
ID=16605778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21142796A Expired - Fee Related JP3674169B2 (ja) | 1996-08-09 | 1996-08-09 | ノッキング検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3674169B2 (ja) |
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1996
- 1996-08-09 JP JP21142796A patent/JP3674169B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH1054755A (ja) | 1998-02-24 |
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041013 |
|
| A02 | Decision of refusal |
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|
| A521 | Written amendment |
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