JP3905809B2 - 非共振型ノッキングセンサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用ノッキングセンサに関し、特に、圧電素子を用いた非共振型ノッキングセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車等の燃焼室内のノッキング現象を検出する装置として、圧電素子を用いた非共振型ノッキングセンサが知られており、この非共振型ノッキングセンサを用いた制御システムによって点火プラグの点火時期を最適な時期に調節している。このような非共振型ノッキングセンサとしては、例えば、上面透視図である図１０及び側面透視図である図１１に示すような、主体金具１２０の軸孔１２０ｂに取付用ボルトを挿入する形態で、図示しない内燃機関のシリンダブロックに固定する、いわゆるセンターホール式の非共振型ノッキングセンサ５００が挙げられる。
【０００３】
この非共振型ノッキングセンサ５００は、図１０のＥ−Ｅ断面図である図３に示すように、円筒状の筒状部１２１とこの一端１２１ｃに位置する円環状の鍔部１２２とからなる主体金具１２０を有する。この主体金具１２０の筒状部１２１の外周には、鍔部１２２側から順に、円環状の第１絶縁板１３０、円環状の第１電極板１４０、円環状の圧電素子１５０、円環状の第２電極板１６０、円環状の第２絶縁板１３５、円環状のウエイト１３２、及び皿バネ１３３が嵌め込まれている。さらに、内周面にネジ部１３６ｂが形成されたナット１３６が筒状部１２１の外周面に形成されたネジ部１２１ｂに螺挿され、第１，第２絶縁板１３０，１３５、第１，第２電極板１４０，１６０、圧電素子１５０、ウエイト１３２、及び皿バネ１３３が鍔部１２２とナット１３６との間に挟まれて固定され、センサ本体１９０を形成している。なお、筒状部１２１と第１，第２電極板１４０，１６０及び圧電素子１５０との間には円筒状の絶縁スリーブ１３１が介在している。
【０００４】
さらに、図１０に示すように、第１，２電極板１４０，１６０には、両電極間に発生した出力信号を外部に出力するための第１，第２出力端子５４１，５６１がそれぞれ延設されている。このようなセンサ本体１９０が、図１０及び図１１に示すように、樹脂成形体５１０の本体包囲部５１１によって包囲され、非共振型ノッキングセンサ５００を構成している。なお、この樹脂成形体５１０は、図１１に示すように、本体包囲部５１１の外側に突出するコネクタ部５１２を有し、第１，第２電極板１４０，１６０の第１，第２出力端子５４１，５６１の一部が外部に突出する形態でコネクタ部５１２の内側に配置される。このコネクタ部５１２を介してノッキングセンサ５００が外部と接続される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この非共振型ノッキングセンサ５００は、図示しない内燃機関のシリンダブロックに設置され、第１，第２出力端子５４１，５６１より図示しないシールド線を用いて別途設置された図示しない内燃機関制御コンピュータ（いわゆるＥＣＵ）に接続していた。この内燃機関制御コンピュータは、非共振型ノッキングセンサ５００（圧電素子１５０）の出力信号を増幅するための増幅回路部を含めたノッキング検出回路部を有しており、非共振型ノッキングセンサ５００（圧電素子１５０）の出力信号からノッキングを検出して点火時期を演算処理していた。非共振型ノッキングセンサ５００（圧電素子１５０）と内燃機関制御コンピュータとは、シールド線によって接続されているが、両者の距離が長いために、非共振型ノッキングセンサ５００（圧電素子１５０）から出力された出力信号がノッキング検出回路部に到達するまでの間にノイズが重畳してしまうことがあった。この非共振型ノッキングセンサ５００（圧電素子１５０）の出力信号は微弱なために、ノイズが重畳することによってノッキング検知性が低下する虞があった。
【０００６】
【０００７】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、圧電素子から出力された出力信号が増幅回路部に到達するまでの間にノイズが重畳しにくく、ノッキング検知性に優れた非共振型ノッキングセンサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
その解決手段は、軸孔を有する筒状部とこの筒状部の一端に位置する鍔部とを含む主体金具、上記主体金具の上記筒状部の外周に嵌め込まれた環状の圧電素子、及び上記主体金具の上記筒状部の外周に嵌め込まれ、上記鍔部との間に上記圧電素子を挟む環状のウエイト、を有するセンサ本体と、上記センサ本体の周方向周囲を包囲する本体包囲部、及びこの本体包囲部の周方向一部から外側に突出し、外部と接続するためのコネクタ部を有する樹脂成形体と、を備える非共振型ノッキングセンサであって、上記圧電素子の出力信号を増幅する増幅回路部と、上記増幅回路部によって増幅された増幅信号を外部に出力するための出力端子と、上記増幅回路部を作動させるための電力を入力するための電源端子と、を備え、上記増幅回路部は、上記センサ本体の側方のうち上記コネクタ部が存在する方向以外の方向に隣り合って配置され、上記センサ本体と共に上記本体包囲部に包囲され、上記出力端子及び上記電源端子は、上記コネクタ部内に配置されてなる非共振型ノッキングセンサである。
【０００９】
本発明の非共振型ノッキングセンサでは、圧電素子の出力信号を増幅するための増幅回路部をセンサ本体の側方に隣り合うように配置している。このため、圧電素子と増幅回路部との距離は極めて短くなり、圧電素子から出力された出力信号が増幅回路部に到達するまでの間に、ノイズが重畳する虞が極めて少なくなる。従って、増幅回路部で増幅された増幅信号は、極めてノイズの少ないものとなる。さらに、ノッキング検出回路部が別途設置されている場合には、増幅信号がノッキング検出回路部に到達するまでにノイズが重畳する虞がある。しかし、ノイズが重畳したとしても、増幅信号に対するノイズの大きさは極めて小さくなるので、従来に比してノッキング検知性に優れたノッキングセンサとなる。
さらに、圧電素子の出力信号を増幅するまでにノイズが重畳しにくいので、出力特性を調節するためのウエイトを小さくすることが可能となり、ノッキングセンサを小型化、軽量化することも可能となる。
【００１０】
【００１１】
ところで、コネクタ部が本体包囲部の周方向一部から外側に突出している非共振型ノッキングセンサでは、このコネクタ部が低い周波数で共振してしまう虞がある。このため、増幅回路部をコネクタ部付近に配置した場合、コネクタ部の振動の影響を受けて、増幅回路部が損傷したり、増幅回路部の半導体素子に生じるピエゾ効果によってノイズが発生したりする危険性がある。
そこで、本発明の非共振型ノッキングセンサでは、増幅回路部をセンサ本体の側方のうち、コネクタ部が存在する方向以外の方向に配置するようにした。これによって、増幅回路部がコネクタ部の振動の影響を受けにくく、増幅回路部の振動耐久性及び増幅信号の信頼性が高くなる。
【００１２】
さらに、上記非共振型ノッキングセンサであって、前記増幅回路部は、前記センサ本体の側方のうち、前記コネクタ部が存在する方向から９０度ずれた方向に配置されてなる非共振型ノッキングセンサとすると良い。
【００１３】
本発明の非共振型ノッキングセンサでは、センサ本体の側方のうち、コネクタ部が存在する方向から９０度ずれた方向に増幅回路部を配置している。従って、本発明の非共振型ノッキングセンサでは、増幅回路部がコネクタ部の振動の影響を受けにくく、且つ、コネクタ部に配置されている出力端子及び電源端子に比較的近い位置に配置されることになる。このため、増幅回路部の振動耐久性及び増幅信号の信頼性が高く、さらに、増幅回路部と出力・電源端子とを接続する配線の取り回しが容易となる。
【００１４】
さらに、上記いずれかの非共振型ノッキングセンサであって、前記増幅回路部に代えて、前記増幅回路部を含み、前記圧電素子の出力信号からノッキングを検出するノッキング検出回路部を有し、前記出力端子は、前記増幅信号に代えて、上記ノッキング検出回路部から送出されるノッキング検出信号を外部に出力する非共振型ノッキングセンサとすると良い。
【００１５】
本発明の非共振型ノッキングセンサは、増幅回路部を含めたノッキング検出回路部をセンサ本体の側方に隣り合うように配置している。このため、圧電素子とノッキング検出回路部との距離が極めて短くなるので、圧電素子から出力された出力信号がノッキング検出回路部に到達するまでの間に、ノイズが重畳する虞が極めて少なくなる。従って、本発明の非共振型ノッキングセンサは、ノッキング検出信号の信頼性が高くなるので、ノッキング検知性に優れたノッキングセンサとなる。
【００１６】
なお、軸孔を有する筒状部とこの筒状部の一端に位置する鍔部とを含む主体金具、上記主体金具の上記筒状部の外周に嵌め込まれた環状の圧電素子、及び上記主体金具の上記筒状部の外周に嵌め込まれ、上記鍔部との間に上記圧電素子を挟む環状のウエイト、を有するセンサ本体と、上記センサ本体の周方向周囲を包囲する本体包囲部と、上記本体包囲部の周方向一部から外側に突出する突状部であって、外部と接続するためのコネクタ部、及び上記本体包囲部と上記コネクタ部とを連結する連結部、を含む突状部と、を有する樹脂成形体と、上記コネクタ部内に配置され、上記圧電素子の出力信号を外部に出力する出力端子と、を備える非共振型ノッキングセンサであって、上記連結部は、内部に上記本体包囲部と上記コネクタ部との機械的結合を疎にする空間を設けてなる非共振型ノッキングセンサとするのが好ましい。
【００１７】
非共振型ノッキングセンサには、コネクタ部、及び本体包囲部とコネクタ部とを連結する連結部を含む突状部が、本体包囲部の周方向一部から外側に突出しているものがある。さらに、コネクタ部には、内燃機関制御コンピュータ等と接続するシールド線の一端に設けられたコネクタが接続される。このため、この突状部が低い周波数で共振し、連結部を支点としてコネクタ部が大きく振動してしまう虞がある。そして、この振動が連結部を介して圧電素子に伝わるので、圧電素子からの出力信号に突状部の共振周波数の成分が多く含まれることとなり、ノッキングセンサの出力信号が歪む虞がある。
しかし、このノッキングセンサでは、本体包囲部とコネクタ部とを連結する連結部の内部に空間を設けて、本体包囲部とコネクタ部との機械的結合を疎にしている。このため、コネクタ部の振動が連結部を介して圧電素子に伝わりにくくなるので、コネクタ部の共振の影響によって圧電素子からの出力信号に歪みが生じる虞が少なくなる。
【００１８】
さらに、上記非共振型ノッキングセンサであって、前記圧電素子の出力信号を増幅するための増幅回路部と、上記増幅回路部を作動させるための電力を入力するための電源端子と、を備え、上記増幅回路部は前記連結部の空間内に収容され、前記出力端子は、前記圧電素子の出力信号に代えて、上記増幅回路部によって増幅された増幅信号を外部に出力し、上記電源端子は、上記出力端子と共に前記コネクタ部内に配置されてなる非共振型ノッキングセンサとするのが好ましい。
【００１９】
この非共振型ノッキングセンサでは、圧電素子の出力信号を増幅するための増幅回路部を連結部の内部空間に配置しているので、別途増幅回路部用のスペースを設ける場合に比して省スペースである。また、増幅回路部を連結部の内部空間に配置しているので、増幅回路部は、コネクタ部の共振による影響を受けにくくなり、信頼性の高いものとなる。
さらに、圧電素子と増幅回路部との距離が極めて短くなるので、圧電素子から出力された出力信号が増幅回路部に到達するまでの間にノイズが重畳しにくくなる。従って、増幅回路部で増幅された増幅信号は、極めてノイズの少ないものとなる。さらに、ノッキング検出回路部が別途設置されている場合には、増幅信号がノッキング検出回路部に到達するまでにノイズが重畳する虞がある。しかし、ノイズが重畳したとしても、増幅信号に対するノイズの大きさは極めて小さくなるので、従来に比してノッキング検知性に優れたノッキングセンサとなる。さらに、圧電素子の出力信号を増幅するまでにノイズが重畳しにくいので、出力特性を調節するためのウエイトを小さくすることが可能となり、ノッキングセンサを小型化、軽量化することも可能となる。
【００２０】
さらに、上記非共振型ノッキングセンサであって、前記増幅回路部に代えて、前記増幅回路部を含み、前記圧電素子の出力信号からノッキングを検出するノッキング検出回路部を有し、前記出力端子は、前記増幅信号に代えて、上記ノッキング検出回路部から送出されるノッキング検出信号を外部に出力する非共振型ノッキングセンサとするのが好ましい。
【００２１】
このノッキングセンサでは、増幅回路部を含めたノッキング検出回路部を連結部の内部空間に配置しているので、別途ノッキング検出回路部用スペースを設ける場合に比して省スペースである。
さらに、圧電素子とノッキング検出回路部との距離が極めて短くなるので、圧電素子から出力された出力信号がノッキング検出回路部の到達するまでの間にノイズが重畳する虞が極めて少なくなる。このため、この非共振型ノッキングセンサは、ノッキング検出信号の信頼性が高くなるので、ノッキング検知性に優れたノッキングセンサとなる。
【００２２】
なお、近年、環境保護のため、鉛を含まない圧電素子を用いたノッキングセンサが検討されているが、鉛を含まない圧電素子は、鉛を含む圧電素子に比して出力信号が小さくなる傾向にある。このため、鉛を含まない圧電素子を用いたノッキングセンサでは、鉛を含む圧電素子を用いたノッキングセンサに比して、ノイズの重畳を抑制することが一層重要となる。そこで、鉛を含まない圧電素子を用いたノッキングセンサ（非共振型ノッキングセンサ）においては、本発明の少なくともいずれかの構成を採ることがとりわけ有用となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明の第１の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００は、上面透視図である図１及び側面透視図である図２に示すように、主体金具１２０の軸孔１２０ｂに取付用ボルトを挿入する形態で、図示しない内燃機関のシリンダブロックに固定する、いわゆるセンターホール式の非共振型ノッキングセンサである。
【００２４】
この非共振型ノッキングセンサ１００は、図１のＡ−Ｏ−Ａ断面図である図３に示すように、円筒状の筒状部１２１とこの一端１２１ｃに位置する円環状の鍔部１２２とからなる主体金具１２０を有する。この主体金具１２０の筒状部１２１の外周には、鍔部１２２側（図中下側）から順に、円環状の第１絶縁板１３０、円環状の第１電極板１４０、円環状の圧電素子１５０、円環状の第２電極板１６０、円環状の第２絶縁板１３５、円環状のウエイト１３２、及び皿バネ１３３が嵌め込まれている。さらに、内周面にネジ部１３６ｂが形成されたナット１３６が筒状部１２１の外周面に形成されたネジ部１２１ｂに螺挿され、第１，第２絶縁板１３０，１３５、第１，第２電極板１４０，１６０、圧電素子１５０、ウエイト１３２、及び皿バネ１３３が鍔部１２２とナット１３６との間に挟まれて固定され、センサ本体１９０を形成している。なお、筒状部１２１と第１，第２電極板１４０，１６０及び圧電素子１５０との間には円筒状の絶縁スリーブ１３１が介在している。
【００２５】
さらに、図１に示すように、配線基板１７１に電子部品１７２等を搭載し、公知の回路構成を有する増幅回路部１７０をセンサ本体１９０の側方に配置している。この増幅回路部１７０は、第１，２電極板１４０，１６０から突出した端子１４１，１６１を介して圧電素子１５０の出力信号を入力し、この圧電素子１５０の出力信号を増幅している。さらに、増幅回路部１７０で増幅された増幅信号を外部に出力するための第１出力端子１７７ｂ及び第２出力端子１７７ｃが、リード線１７５ｂ，１７５ｃを介して増幅回路部１７０（配線基板１７１）に接続されている。同様に、増幅回路部１７０を作動させるための電力を外部から入力するための第１電源端子１７７ｄ及び第２電源端子１７７ｅも、リード線１７５ｄ，１７５ｅを介して増幅回路部１７０（配線基板１７１）に接続されている。
【００２６】
そして、センサ本体１９０、増幅回路部１７０、及びリード線１７５ｂ，１７５ｃが、樹脂成形体１１０の本体包囲部１１１によって包囲されている。ただし、主体金具１２０の軸孔１２０ｂについては、本体包囲部１１１によって被覆されないで露出している。さらに、第１，第２出力端子１７７ｂ，１７７ｃ及び第１，第２電源端子１７７ｄ，１７７ｅの一部が、外側に突出する形態で樹脂成形体１１０のコネクタ部１１２の内側に配置されている。このコネクタ部１１２を介して非共振型ノッキングセンサ１００が外部と接続される。なお、樹脂成形体１１０は、本体包囲部１１１とコネクタ部１１２とによって構成され、コネクタ部１１２が本体包囲部１１１の周方向一部から外側に突出した形状となっている。
【００２７】
ところで、図１に示すように、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００では、圧電素子１５０の出力信号を増幅する増幅回路部１７０をセンサ本体１９０の側方に隣り合うように配置している。このため、圧電素子１５０と増幅回路部１７０との距離は極めて短くなるので、圧電素子１５０から出力された出力信号が増幅回路部１７０に到達するまでの間にノイズが重畳する虞は極めて少ない。従って、増幅回路部１７０で増幅された増幅信号は、極めてノイズの少ないものとなる。
【００２８】
さらに、圧電素子１５０の出力信号を増幅するまでにノイズが重畳しにくいので、出力特性を調節するためのウエイト１３２を小さくすることが可能となり、この非共振型ノッキングセンサ１００を小型化、軽量化することも可能となる。
なお、本実施形態では、図示しないノッキング検出回路部を別途設置しているので、増幅信号がノッキング検出回路部に到達するまでにノイズが重畳する虞がある。しかし、増幅信号にノイズが重畳したとしても、増幅信号に対するノイズの大きさは極めて小さい。従って、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００は、ノッキング検知性に優れたものとなっている。
【００２９】
また、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００は、コネクタ部１１２が本体包囲部１１１の周方向一部から外側に突出している。さらに、図示してないが、コネクタ部１１２には、内燃機関制御コンピュータと接続するシールド線の一端に設けられたコネクタが接続される。このため、このコネクタ部１１２が低い周波数で共振してしまう虞がある。そこで、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００では、増幅回路部１７０をセンサ本体１９０の側方のうち、コネクタ部１１２が存在する方向以外の方向、具体的には、コネクタ部１１２が存在する方向から９０度ずれた方向に増幅回路部１７０を配置した。このようにすることで、コネクタ部１１２の振動の影響で、増幅回路部１７０が損傷したり、増幅回路部１７０を構成する電子部品１７２等の半導体素子に生じるピエゾ効果によってノイズが発生したりする危険性を低減できるので、増幅回路部１７０の振動耐久性及び増幅信号の信頼性が向上する。さらに、増幅回路部１７０は、第１，第２出力端子１１７ｂ，１１７ｃ及び第１，第２電源端子１１７ｄ，１１７ｅに比較的近い位置となっている。このため、増幅回路部１７０と第１，第２出力端子１１７ｂ，１１７ｃ及び第１，第２電源端子１１７ｄ，１１７ｅとを接続するリード線１７５ｂ〜１７５ｅの取り回しが容易となる。
【００３０】
このような本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００は、次のようにして製造する。まず、黄銅を円筒状に加工して、図３に示すような、ウエイト１３２を用意する。また、図３に示すような、円筒状の筒状部１２１とこの一端１２１ｃに円環状の鍔部１２２を有する、軟鉄製の主体金具１２０を用意する。次いで、主体金具１２０の筒状部１２１の外周に、ポリオレフィン製の絶縁スリーブ１３１、ＰＥＴ製の第１絶縁板１３０、黄銅製の第１電極板１４０、ＰＺＴ製の圧電素子１５０、黄銅製の第２電極板１６０、ＰＥＴ製の第２絶縁板１３５、タングステン製のウエイト１３２、及び皿バネ１３３をこの順に嵌め込む。次いで、軟鉄製のナット１３６を筒状部１２１のネジ部１２１ｂに螺挿し、圧電素子１５０に所定の荷重が加わるまで締付けると共に、第１，第２絶縁板１３０，１３５、第１，第２電極板１４０，１６０、圧電素子１５０、ウエイト１３２、及び皿バネ１３３を鍔部１２２とナット１３６との間に挟んで固定する。かくして、センサ本体１９０が形成される。
【００３１】
次いで、アルミナセラミックからなる配線基板１７１に電子部品１７２等を搭載した増幅回路部１７０を用意する。この増幅回路部１７０を第１，第２電極板１４０，１６０の端子１４１，１６１に接続し、さらに、第１，第２出力端子１１７ｂ，１１７ｃ及び第１，第２電源端子１１７ｄ，１１７ｅを有するリード線１７５ｂ〜１７５ｅを増幅回路部１７０に接続する。
次いで、ナイロン樹脂を樹脂モールド成形手法によって射出成形し、図１に示すように、センサ本体１９０、増幅回路部１７０、及びリード線１７５ｂ，１７５ｃを包囲する本体包囲部１１１、及び本体包囲部１１１の周方向一部から外側に突出するコネクタ部１１２を有する樹脂成形体１１０を形成する。このとき、第１，第２出力端子１７７ｂ，１７７ｃ、及び第１，第２電源端子１７７ｄ，１７７ｅはコネクタ部１１２内に配置される。なお、主体金具１２０の軸孔１２０ｂについては、本体包囲部１１１によって被覆されないで露出している。このようにして、図１及び図２に示すような、非共振型ノッキングセンサ１００が完成する。
【００３２】
（変形形態１）
次に、実施形態１の非共振型ノッキングセンサ１００の変形形態である非共振型ノッキングセンサ２００について、図面を参照しつつ説明する。本変形形態の非共振型ノッキングセンサ２００は、実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００と比較して、増幅回路部に代えてノッキング検出回路部を配置した点が異なり、その他についてはほぼ同様である。従って、実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については説明を省略または簡略化する。
【００３３】
上記実施形態１の非共振型ノッキングセンサ１００では、ノッキング検出回路部を別途設置していた。これに対し、本変形形態の非共振型ノッキングセンサ２００では、上面透視図である図４及び側面透視図である図５に示すように、実施形態のノッキングセンサ１００増幅回路部１７０に代えて、公知の回路構成を有する増幅回路を含めたノッキング検出回路部２７０をセンサ本体１９０の側方に隣り合うように配置している。このノッキング検出回路部２７０は、アルミナセラミックからなる配線基板２７１に電子部品２７２等を搭載したもので、圧電素子１５０の出力信号からノッキングを検出している。
【００３４】
このため、本変形形態の非共振型ノッキングセンサ２００では、圧電素子１５０とノッキング検出回路部２７０との距離が極めて短くなるので、圧電素子１５０からノッキング検出回路部２７０までの間では出力信号にノイズが重畳する虞が極めて少なくなる。従って、本変形形態の非共振型ノッキングセンサ２００は、ノッキング検出信号の信頼性が高くなるので、ノッキング検知性に優れたノッキングセンサとなる。なお、実施形態１の非共振型ノッキングセンサ１００では、第１，第２出力端子１７７ｂ，１７７ｃを用いて増幅回路部１７０の増幅信号を外部に出力していたが、本変形形態の非共振型ノッキングセンサ２００では、リード線２７５ｂ，２７５ｃを介してノッキング検出回路部２７０に接続されている第１，第２出力端子２７７ｂ，２７７ｃを用いて、ノッキング検出回路部２７０から送出されるノッキング検出信号を外部に出力している。また、ノッキング検出回路部２７０を作動させるための電力を外部から入力するために、第１電源端子２７７ｄ及び第２電源端子２７７ｅが、リード線２７５ｄ，２７５ｅを介してノッキング検出回路部２７０に接続されている。
【００３５】
（参考形態１）
次に、第１の参考形態を、図面を参照しつつ説明する。本参考形態の非共振型ノッキングセンサ３００は、上面透視図である図６及び側面透視図である図７に示すように、実施形態１の非共振型ノッキングセンサ１００と同様な、いわゆるセンターホール式の非共振型ノッキングセンサである。この非共振型ノッキングセンサ３００は、図６のＣ−Ｃ断面図である図３に示すように、実施形態１の非共振型ノッキングセンサ１００と同じセンサ本体１９０を有している。
【００３６】
さらに、図６に示すように、実施形態１の非共振型ノッキングセンサ１００と同じ増幅回路部１７０を有している。この増幅回路部１７０は、第１，２電極板１４０，１６０から突出した端子３４１，３６１を介して圧電素子１５０の出力信号を入力し、この圧電素子１５０の出力信号を増幅している。さらに、増幅回路部１７０で増幅された増幅信号を外部に出力するための第１出力端子３７７ｂ及び第２出力端子３７７ｃが、増幅回路部１７０から延設されている。同様に、増幅回路部１７０を作動させるための電力を外部から入力するための第１電源端子３７７ｄ及び第２電源端子３７７ｅが、増幅回路部１７０から延設されている。
【００３７】
そして、センサ本体１９０の周方向周囲が、樹脂成形体３１０の本体包囲部３１１によって包囲されている。ただし、主体金具１２０の軸孔１２０ｂについては、本体包囲部３１１によって被覆されないで露出している。さらに、コネクタ部３１２、及び本体包囲部３１１とコネクタ部３１２とを連結する連結部３１３を含む突状部３１４が、本体包囲部３１１の周方向一部から外側に突出している。そして、増幅回路部１７０が連結部３１３の内部空間３１３ｂ内に配置され、さらに、第１，第２出力端子３７７ｂ，３７７ｃ、及び第１，第２電源端子３７７ｄ，３７７ｅの一部がコネクタ部３１２の内側に突出する形態で配置されている。このコネクタ部３１２を介して、非共振型ノッキングセンサ３００が外部と接続される。
【００３８】
ところで、本参考形態の非共振型ノッキングセンサ３００では、図７に示すように、コネクタ部３１２及び連結部３１３を含む突状部３１４が、本体包囲部３１１の周方向一部から外側に突出している。さらに、図示してないが、コネクタ部３１２には、内燃機関制御コンピュータと接続するシールド線の一端に設けられたコネクタが接続される。このため、この突状部３１４が共振し、連結部３１３を支点としてコネクタ部３１２が大きく振動する虞がある。
そこで、本参考形態の非共振型ノッキングセンサ３００では、連結部３１３に内部空間３１３ｂを設けて、本体包囲部３１１とコネクタ部３１２との機械的結合が疎になるようにしている。このようにすることで、コネクタ部３１２の振動が圧電素子１５０に伝わりにくくなるので、コネクタ部３１２の共振の影響によって、圧電素子１５０からの出力信号に歪みが生じる虞が少なくなる。
【００３９】
さらに、本参考形態の非共振型ノッキングセンサ３００では、圧電素子１５０の出力信号を増幅するための増幅回路部１７０を連結部３１３の内部空間３１３ｂに配置しているので、増幅回路部１７０の配置スペースを別途設ける場合に比して省スペースである。また、増幅回路部１７０を連結部３１３の内部空間３１３ｂに配置しているので、増幅回路部１７０は、コネクタ部３１２の共振による影響を受けにくくなり、信頼性の高いものとなる。
さらに、圧電素子１５０と増幅回路部１７０との距離が極めて短くなるので、圧電素子１５０から増幅回路部１７０までの間では出力信号にノイズが重畳しにくくなる。従って、増幅回路部１７０で増幅された増幅信号は、極めてノイズの少ないものとなる。
【００４０】
さらに、圧電素子１５０の出力信号を増幅するまでにノイズが重畳しにくいので、出力特性を調節するためのウエイト１３２を小さくすることが可能となり、この非共振型ノッキングセンサ３００を小型化、軽量化することも可能となる。なお、本参考形態では、図示しないノッキング検出回路部を別途設置しているので、増幅信号がノッキング検出回路部に到達するまでにノイズが重畳する虞がある。しかし、増幅信号にノイズが重畳したとしても、増幅信号に対するノイズの大きさは極めて小さい。従って、本参考形態の非共振型ノッキングセンサ３００は、ノッキング検知性に優れたものとなっている。
【００４１】
（参考形態２）
次に、参考形態２の非共振型ノッキングセンサ４００について、図面を参照しつつ説明する。本参考形態２の非共振型ノッキングセンサ４００は、参考形態１の非共振型ノッキングセンサ３００と比較して、増幅回路部に代えてノッキング検出回路部を配置した点が異なり、その他についてはほぼ同様である。従って、参考形態１の非共振型ノッキングセンサ３００と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については説明を省略または簡略化する。
【００４２】
参考形態１の非共振型ノッキングセンサ３００では、ノッキング検出回路部を別途設置していた。これに対し、本参考形態２の非共振型ノッキングセンサ４００では、上面透視図である図８及び側面透視図である図９に示すように、参考形態１のノッキングセンサ３００における増幅回路部１７０に代えて、変形形態１の非共振型ノッキングセンサ２００と同じ、増幅回路を含めたノッキング検出回路部２７０を連結部３１３の内部空間３１３ｂに配置している。このため、別途ノッキング検出回路部２７０の配置スペースを設ける場合に比して省スペースである。さらに、圧電素子１５０とノッキング検出回路部２７０との距離が極めて短くなるので、圧電素子１５０からノッキング検出回路部２７０までの間では出力信号にノイズが重畳する虞が極めて少なくなる。従って、本参考形態２の非共振型ノッキングセンサ４００は、ノッキング検出信号の信頼性が高くなるので、ノッキング検知性に優れたノッキングセンサとなる。
【００４３】
なお、参考形態１の非共振型ノッキングセンサ３００では、第１，第２出力端子３７７ｂ，３７７ｃを用いて増幅回路部１７０の増幅信号を外部に出力していたが、本参考形態２の非共振型ノッキングセンサ４００では、第１，第２出力端子４７７ｂ，４７７ｃを用いてノッキング検出回路部２７０から送出されるノッキング検出信号を外部に出力している。また、ノッキング検出回路部２７０を作動させるための電力を外部から入力するために、第１電源端子４７７ｄ及び第２電源端子４７７ｅがノッキング検出回路部２７０に接続されている。
【００４４】
以上において、本発明を実施形態及び変形形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態１及び変形形態１の非共振型ノッキングセンサ１００，２００では、センサ本体１９０の側方のうち、コネクタ部１１２が存在する方向から９０度ずれた方向に増幅回路部１７０またはノッキング検出回路部２７０を配置した。しかし、センサ本体１９０の側方のうち、コネクタ部１１２が存在する方向以外の方向であれば、コネクタ部１１２の振動の影響で、増幅回路部１７０またはノッキング検出回路部２７０が損傷したり、これらにノイズが発生する危険性を低減することができる。
【００４５】
また、参考形態１，２の非共振型ノッキングセンサ３００，４００では、増幅回路部１７０またはノッキング検出回路部２７０を連結部３１３の内部空間３１３ｂ内に配置した。しかし、連結部３１３の内部空間３１３ｂ内に配置しないで、センサ本体１９０の側方に隣り合うように配置しても良い（実施形態１及び変形形態１の非共振型ノッキングセンサ１００，２００を参照）。また、増幅回路部１７０またはノッキング検出回路部２７０を別途配置して、圧電素子１５０の出力信号をセンサ内で処理しないで、そのまま第１，第２出力端子から出力するようにしても良い。この場合、第１電源端子３７７ｄ，４７７ｄ及び第２電源端子３７７ｅ，４７７ｅは不要となる。いずれの位置に配置しても、連結部３１３に内部空間３１３ｂを設けておけば、コネクタ部３１２の共振の影響で、圧電素子１５０の出力信号に歪みが生じる虞が少なくなる。
【００４６】
さらに、実施形態１、変形形態１、及び参考形態１，２で用いたウエイト１３２、皿バネ１３３、ナット１３６の３部品を１部品で構成し、部品点数を削減するようにしても良い。また、実施形態１、変形形態１、及び参考形態１，２では、圧電素子１５０を鉛を含むＰＺＴで構成したが、鉛を含まないもの（例えば、（Ｂｉ０．５Ｎａ０．５）ＴｉＯ３−ＢａＴｉＯ３−（Ｂｉ０．５Ｋ０．５）ＴｉＯ３系）で構成するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態１にかかる非共振型ノッキングセンサ１００の上面透視図である。
【図２】 実施形態１にかかる非共振型ノッキングセンサ１００の側面透視図である。
【図３】 非共振型ノッキングセンサ１００，３００，５００の内部構造を示す図であり、図１のＡ−Ｏ−Ａ断面図、図６のＣ−Ｃ断面図、及び図１０のＥ−Ｅ断面図である。
【図４】 変形形態１にかかる非共振型ノッキングセンサ２００の上面透視図である。
【図５】 変形形態１にかかる非共振型ノッキングセンサ２００の側面透視図である。
【図６】 参考形態１にかかる非共振型ノッキングセンサ３００の上面透視図である。
【図７】 参考形態１にかかる非共振型ノッキングセンサ３００の側面透視図である。
【図８】 参考形態２にかかる非共振型ノッキングセンサ４００の上面透視図である。
【図９】 参考形態２にかかる非共振型ノッキングセンサ４００の側面透視図である。
【図１０】 従来の非共振型ノッキングセンサ５００の上面透視図である。
【図１１】 従来の非共振型ノッキングセンサ５００の側面透視図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００，４００，５００ 非共振型ノッキングセンサ
１１０，３１０，５１０ 樹脂成形体
１１１，３１１，５１１ 本体包囲部
１１２，３１２，５１２ コネクタ部
１２０ 主体金具
１２０ｂ 軸孔
１２１ 筒状部
１２２ 鍔部
１３２ ウエイト
１５０ 圧電素子
１７０ 増幅回路部
１７７ｂ，１７７ｃ，２７７ｂ，２７７ｃ，３７７ｂ，３７７ｃ，４７７ｂ，４７７ｃ，５４１，５６１ 出力端子
１７７ｄ，１７７ｅ，２７７ｄ，２７７ｅ，３７７ｄ，３７７ｅ，４７７ｄ，４７７ｅ 電源端子
１９０ センサ本体
２７０ ノッキング検出回路部
３１３ 連結部
３１３ｂ 内部空間
３１４ 突状部
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用ノッキングセンサに関し、特に、圧電素子を用いた非共振型ノッキングセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車等の燃焼室内のノッキング現象を検出する装置として、圧電素子を用いた非共振型ノッキングセンサが知られており、この非共振型ノッキングセンサを用いた制御システムによって点火プラグの点火時期を最適な時期に調節している。このような非共振型ノッキングセンサとしては、例えば、上面透視図である図１０及び側面透視図である図１１に示すような、主体金具１２０の軸孔１２０ｂに取付用ボルトを挿入する形態で、図示しない内燃機関のシリンダブロックに固定する、いわゆるセンターホール式の非共振型ノッキングセンサ５００が挙げられる。
【０００３】
この非共振型ノッキングセンサ５００は、図１０のＥ−Ｅ断面図である図３に示すように、円筒状の筒状部１２１とこの一端１２１ｃに位置する円環状の鍔部１２２とからなる主体金具１２０を有する。この主体金具１２０の筒状部１２１の外周には、鍔部１２２側から順に、円環状の第１絶縁板１３０、円環状の第１電極板１４０、円環状の圧電素子１５０、円環状の第２電極板１６０、円環状の第２絶縁板１３５、円環状のウエイト１３２、及び皿バネ１３３が嵌め込まれている。さらに、内周面にネジ部１３６ｂが形成されたナット１３６が筒状部１２１の外周面に形成されたネジ部１２１ｂに螺挿され、第１，第２絶縁板１３０，１３５、第１，第２電極板１４０，１６０、圧電素子１５０、ウエイト１３２、及び皿バネ１３３が鍔部１２２とナット１３６との間に挟まれて固定され、センサ本体１９０を形成している。なお、筒状部１２１と第１，第２電極板１４０，１６０及び圧電素子１５０との間には円筒状の絶縁スリーブ１３１が介在している。
【０００４】
さらに、図１０に示すように、第１，２電極板１４０，１６０には、両電極間に発生した出力信号を外部に出力するための第１，第２出力端子５４１，５６１がそれぞれ延設されている。このようなセンサ本体１９０が、図１０及び図１１に示すように、樹脂成形体５１０の本体包囲部５１１によって包囲され、非共振型ノッキングセンサ５００を構成している。なお、この樹脂成形体５１０は、図１１に示すように、本体包囲部５１１の外側に突出するコネクタ部５１２を有し、第１，第２電極板１４０，１６０の第１，第２出力端子５４１，５６１の一部が外部に突出する形態でコネクタ部５１２の内側に配置される。このコネクタ部５１２を介してノッキングセンサ５００が外部と接続される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この非共振型ノッキングセンサ５００は、図示しない内燃機関のシリンダブロックに設置され、第１，第２出力端子５４１，５６１より図示しないシールド線を用いて別途設置された図示しない内燃機関制御コンピュータ（いわゆるＥＣＵ）に接続していた。この内燃機関制御コンピュータは、非共振型ノッキングセンサ５００（圧電素子１５０）の出力信号を増幅するための増幅回路部を含めたノッキング検出回路部を有しており、非共振型ノッキングセンサ５００（圧電素子１５０）の出力信号からノッキングを検出して点火時期を演算処理していた。非共振型ノッキングセンサ５００（圧電素子１５０）と内燃機関制御コンピュータとは、シールド線によって接続されているが、両者の距離が長いために、非共振型ノッキングセンサ５００（圧電素子１５０）から出力された出力信号がノッキング検出回路部に到達するまでの間にノイズが重畳してしまうことがあった。この非共振型ノッキングセンサ５００（圧電素子１５０）の出力信号は微弱なために、ノイズが重畳することによってノッキング検知性が低下する虞があった。
【０００６】
【０００７】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、圧電素子から出力された出力信号が増幅回路部に到達するまでの間にノイズが重畳しにくく、ノッキング検知性に優れた非共振型ノッキングセンサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
その解決手段は、軸孔を有する筒状部とこの筒状部の一端に位置する鍔部とを含む主体金具、上記主体金具の上記筒状部の外周に嵌め込まれた環状の圧電素子、及び上記主体金具の上記筒状部の外周に嵌め込まれ、上記鍔部との間に上記圧電素子を挟む環状のウエイト、を有するセンサ本体と、上記センサ本体の周方向周囲を包囲する本体包囲部、及びこの本体包囲部の周方向一部から外側に突出し、外部と接続するためのコネクタ部を有する樹脂成形体と、を備える非共振型ノッキングセンサであって、上記圧電素子の出力信号を増幅する増幅回路部と、上記増幅回路部によって増幅された増幅信号を外部に出力するための出力端子と、上記増幅回路部を作動させるための電力を入力するための電源端子と、を備え、上記増幅回路部は、上記センサ本体の側方のうち上記コネクタ部が存在する方向以外の方向に隣り合って配置され、上記センサ本体と共に上記本体包囲部に包囲され、上記出力端子及び上記電源端子は、上記コネクタ部内に配置されてなる非共振型ノッキングセンサである。
【０００９】
本発明の非共振型ノッキングセンサでは、圧電素子の出力信号を増幅するための増幅回路部をセンサ本体の側方に隣り合うように配置している。このため、圧電素子と増幅回路部との距離は極めて短くなり、圧電素子から出力された出力信号が増幅回路部に到達するまでの間に、ノイズが重畳する虞が極めて少なくなる。従って、増幅回路部で増幅された増幅信号は、極めてノイズの少ないものとなる。さらに、ノッキング検出回路部が別途設置されている場合には、増幅信号がノッキング検出回路部に到達するまでにノイズが重畳する虞がある。しかし、ノイズが重畳したとしても、増幅信号に対するノイズの大きさは極めて小さくなるので、従来に比してノッキング検知性に優れたノッキングセンサとなる。
さらに、圧電素子の出力信号を増幅するまでにノイズが重畳しにくいので、出力特性を調節するためのウエイトを小さくすることが可能となり、ノッキングセンサを小型化、軽量化することも可能となる。
【００１０】
【００１１】
ところで、コネクタ部が本体包囲部の周方向一部から外側に突出している非共振型ノッキングセンサでは、このコネクタ部が低い周波数で共振してしまう虞がある。このため、増幅回路部をコネクタ部付近に配置した場合、コネクタ部の振動の影響を受けて、増幅回路部が損傷したり、増幅回路部の半導体素子に生じるピエゾ効果によってノイズが発生したりする危険性がある。
そこで、本発明の非共振型ノッキングセンサでは、増幅回路部をセンサ本体の側方のうち、コネクタ部が存在する方向以外の方向に配置するようにした。これによって、増幅回路部がコネクタ部の振動の影響を受けにくく、増幅回路部の振動耐久性及び増幅信号の信頼性が高くなる。
【００１２】
さらに、上記非共振型ノッキングセンサであって、前記増幅回路部は、前記センサ本体の側方のうち、前記コネクタ部が存在する方向から９０度ずれた方向に配置されてなる非共振型ノッキングセンサとすると良い。
【００１３】
本発明の非共振型ノッキングセンサでは、センサ本体の側方のうち、コネクタ部が存在する方向から９０度ずれた方向に増幅回路部を配置している。従って、本発明の非共振型ノッキングセンサでは、増幅回路部がコネクタ部の振動の影響を受けにくく、且つ、コネクタ部に配置されている出力端子及び電源端子に比較的近い位置に配置されることになる。このため、増幅回路部の振動耐久性及び増幅信号の信頼性が高く、さらに、増幅回路部と出力・電源端子とを接続する配線の取り回しが容易となる。
【００１４】
さらに、上記いずれかの非共振型ノッキングセンサであって、前記増幅回路部に代えて、前記増幅回路部を含み、前記圧電素子の出力信号からノッキングを検出するノッキング検出回路部を有し、前記出力端子は、前記増幅信号に代えて、上記ノッキング検出回路部から送出されるノッキング検出信号を外部に出力する非共振型ノッキングセンサとすると良い。
【００１５】
本発明の非共振型ノッキングセンサは、増幅回路部を含めたノッキング検出回路部をセンサ本体の側方に隣り合うように配置している。このため、圧電素子とノッキング検出回路部との距離が極めて短くなるので、圧電素子から出力された出力信号がノッキング検出回路部に到達するまでの間に、ノイズが重畳する虞が極めて少なくなる。従って、本発明の非共振型ノッキングセンサは、ノッキング検出信号の信頼性が高くなるので、ノッキング検知性に優れたノッキングセンサとなる。
【００１６】
なお、軸孔を有する筒状部とこの筒状部の一端に位置する鍔部とを含む主体金具、上記主体金具の上記筒状部の外周に嵌め込まれた環状の圧電素子、及び上記主体金具の上記筒状部の外周に嵌め込まれ、上記鍔部との間に上記圧電素子を挟む環状のウエイト、を有するセンサ本体と、上記センサ本体の周方向周囲を包囲する本体包囲部と、上記本体包囲部の周方向一部から外側に突出する突状部であって、外部と接続するためのコネクタ部、及び上記本体包囲部と上記コネクタ部とを連結する連結部、を含む突状部と、を有する樹脂成形体と、上記コネクタ部内に配置され、上記圧電素子の出力信号を外部に出力する出力端子と、を備える非共振型ノッキングセンサであって、上記連結部は、内部に上記本体包囲部と上記コネクタ部との機械的結合を疎にする空間を設けてなる非共振型ノッキングセンサとするのが好ましい。
【００１７】
非共振型ノッキングセンサには、コネクタ部、及び本体包囲部とコネクタ部とを連結する連結部を含む突状部が、本体包囲部の周方向一部から外側に突出しているものがある。さらに、コネクタ部には、内燃機関制御コンピュータ等と接続するシールド線の一端に設けられたコネクタが接続される。このため、この突状部が低い周波数で共振し、連結部を支点としてコネクタ部が大きく振動してしまう虞がある。そして、この振動が連結部を介して圧電素子に伝わるので、圧電素子からの出力信号に突状部の共振周波数の成分が多く含まれることとなり、ノッキングセンサの出力信号が歪む虞がある。
しかし、このノッキングセンサでは、本体包囲部とコネクタ部とを連結する連結部の内部に空間を設けて、本体包囲部とコネクタ部との機械的結合を疎にしている。このため、コネクタ部の振動が連結部を介して圧電素子に伝わりにくくなるので、コネクタ部の共振の影響によって圧電素子からの出力信号に歪みが生じる虞が少なくなる。
【００１８】
さらに、上記非共振型ノッキングセンサであって、前記圧電素子の出力信号を増幅するための増幅回路部と、上記増幅回路部を作動させるための電力を入力するための電源端子と、を備え、上記増幅回路部は前記連結部の空間内に収容され、前記出力端子は、前記圧電素子の出力信号に代えて、上記増幅回路部によって増幅された増幅信号を外部に出力し、上記電源端子は、上記出力端子と共に前記コネクタ部内に配置されてなる非共振型ノッキングセンサとするのが好ましい。
【００１９】
この非共振型ノッキングセンサでは、圧電素子の出力信号を増幅するための増幅回路部を連結部の内部空間に配置しているので、別途増幅回路部用のスペースを設ける場合に比して省スペースである。また、増幅回路部を連結部の内部空間に配置しているので、増幅回路部は、コネクタ部の共振による影響を受けにくくなり、信頼性の高いものとなる。
さらに、圧電素子と増幅回路部との距離が極めて短くなるので、圧電素子から出力された出力信号が増幅回路部に到達するまでの間にノイズが重畳しにくくなる。従って、増幅回路部で増幅された増幅信号は、極めてノイズの少ないものとなる。さらに、ノッキング検出回路部が別途設置されている場合には、増幅信号がノッキング検出回路部に到達するまでにノイズが重畳する虞がある。しかし、ノイズが重畳したとしても、増幅信号に対するノイズの大きさは極めて小さくなるので、従来に比してノッキング検知性に優れたノッキングセンサとなる。さらに、圧電素子の出力信号を増幅するまでにノイズが重畳しにくいので、出力特性を調節するためのウエイトを小さくすることが可能となり、ノッキングセンサを小型化、軽量化することも可能となる。
【００２０】
さらに、上記非共振型ノッキングセンサであって、前記増幅回路部に代えて、前記増幅回路部を含み、前記圧電素子の出力信号からノッキングを検出するノッキング検出回路部を有し、前記出力端子は、前記増幅信号に代えて、上記ノッキング検出回路部から送出されるノッキング検出信号を外部に出力する非共振型ノッキングセンサとするのが好ましい。
【００２１】
このノッキングセンサでは、増幅回路部を含めたノッキング検出回路部を連結部の内部空間に配置しているので、別途ノッキング検出回路部用スペースを設ける場合に比して省スペースである。
さらに、圧電素子とノッキング検出回路部との距離が極めて短くなるので、圧電素子から出力された出力信号がノッキング検出回路部の到達するまでの間にノイズが重畳する虞が極めて少なくなる。このため、この非共振型ノッキングセンサは、ノッキング検出信号の信頼性が高くなるので、ノッキング検知性に優れたノッキングセンサとなる。
【００２２】
なお、近年、環境保護のため、鉛を含まない圧電素子を用いたノッキングセンサが検討されているが、鉛を含まない圧電素子は、鉛を含む圧電素子に比して出力信号が小さくなる傾向にある。このため、鉛を含まない圧電素子を用いたノッキングセンサでは、鉛を含む圧電素子を用いたノッキングセンサに比して、ノイズの重畳を抑制することが一層重要となる。そこで、鉛を含まない圧電素子を用いたノッキングセンサ（非共振型ノッキングセンサ）においては、本発明の少なくともいずれかの構成を採ることがとりわけ有用となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明の第１の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００は、上面透視図である図１及び側面透視図である図２に示すように、主体金具１２０の軸孔１２０ｂに取付用ボルトを挿入する形態で、図示しない内燃機関のシリンダブロックに固定する、いわゆるセンターホール式の非共振型ノッキングセンサである。
【００２４】
この非共振型ノッキングセンサ１００は、図１のＡ−Ｏ−Ａ断面図である図３に示すように、円筒状の筒状部１２１とこの一端１２１ｃに位置する円環状の鍔部１２２とからなる主体金具１２０を有する。この主体金具１２０の筒状部１２１の外周には、鍔部１２２側（図中下側）から順に、円環状の第１絶縁板１３０、円環状の第１電極板１４０、円環状の圧電素子１５０、円環状の第２電極板１６０、円環状の第２絶縁板１３５、円環状のウエイト１３２、及び皿バネ１３３が嵌め込まれている。さらに、内周面にネジ部１３６ｂが形成されたナット１３６が筒状部１２１の外周面に形成されたネジ部１２１ｂに螺挿され、第１，第２絶縁板１３０，１３５、第１，第２電極板１４０，１６０、圧電素子１５０、ウエイト１３２、及び皿バネ１３３が鍔部１２２とナット１３６との間に挟まれて固定され、センサ本体１９０を形成している。なお、筒状部１２１と第１，第２電極板１４０，１６０及び圧電素子１５０との間には円筒状の絶縁スリーブ１３１が介在している。
【００２５】
さらに、図１に示すように、配線基板１７１に電子部品１７２等を搭載し、公知の回路構成を有する増幅回路部１７０をセンサ本体１９０の側方に配置している。この増幅回路部１７０は、第１，２電極板１４０，１６０から突出した端子１４１，１６１を介して圧電素子１５０の出力信号を入力し、この圧電素子１５０の出力信号を増幅している。さらに、増幅回路部１７０で増幅された増幅信号を外部に出力するための第１出力端子１７７ｂ及び第２出力端子１７７ｃが、リード線１７５ｂ，１７５ｃを介して増幅回路部１７０（配線基板１７１）に接続されている。同様に、増幅回路部１７０を作動させるための電力を外部から入力するための第１電源端子１７７ｄ及び第２電源端子１７７ｅも、リード線１７５ｄ，１７５ｅを介して増幅回路部１７０（配線基板１７１）に接続されている。
【００２６】
そして、センサ本体１９０、増幅回路部１７０、及びリード線１７５ｂ，１７５ｃが、樹脂成形体１１０の本体包囲部１１１によって包囲されている。ただし、主体金具１２０の軸孔１２０ｂについては、本体包囲部１１１によって被覆されないで露出している。さらに、第１，第２出力端子１７７ｂ，１７７ｃ及び第１，第２電源端子１７７ｄ，１７７ｅの一部が、外側に突出する形態で樹脂成形体１１０のコネクタ部１１２の内側に配置されている。このコネクタ部１１２を介して非共振型ノッキングセンサ１００が外部と接続される。なお、樹脂成形体１１０は、本体包囲部１１１とコネクタ部１１２とによって構成され、コネクタ部１１２が本体包囲部１１１の周方向一部から外側に突出した形状となっている。
【００２７】
ところで、図１に示すように、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００では、圧電素子１５０の出力信号を増幅する増幅回路部１７０をセンサ本体１９０の側方に隣り合うように配置している。このため、圧電素子１５０と増幅回路部１７０との距離は極めて短くなるので、圧電素子１５０から出力された出力信号が増幅回路部１７０に到達するまでの間にノイズが重畳する虞は極めて少ない。従って、増幅回路部１７０で増幅された増幅信号は、極めてノイズの少ないものとなる。
【００２８】
さらに、圧電素子１５０の出力信号を増幅するまでにノイズが重畳しにくいので、出力特性を調節するためのウエイト１３２を小さくすることが可能となり、この非共振型ノッキングセンサ１００を小型化、軽量化することも可能となる。
なお、本実施形態では、図示しないノッキング検出回路部を別途設置しているので、増幅信号がノッキング検出回路部に到達するまでにノイズが重畳する虞がある。しかし、増幅信号にノイズが重畳したとしても、増幅信号に対するノイズの大きさは極めて小さい。従って、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００は、ノッキング検知性に優れたものとなっている。
【００２９】
また、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００は、コネクタ部１１２が本体包囲部１１１の周方向一部から外側に突出している。さらに、図示してないが、コネクタ部１１２には、内燃機関制御コンピュータと接続するシールド線の一端に設けられたコネクタが接続される。このため、このコネクタ部１１２が低い周波数で共振してしまう虞がある。そこで、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００では、増幅回路部１７０をセンサ本体１９０の側方のうち、コネクタ部１１２が存在する方向以外の方向、具体的には、コネクタ部１１２が存在する方向から９０度ずれた方向に増幅回路部１７０を配置した。このようにすることで、コネクタ部１１２の振動の影響で、増幅回路部１７０が損傷したり、増幅回路部１７０を構成する電子部品１７２等の半導体素子に生じるピエゾ効果によってノイズが発生したりする危険性を低減できるので、増幅回路部１７０の振動耐久性及び増幅信号の信頼性が向上する。さらに、増幅回路部１７０は、第１，第２出力端子１１７ｂ，１１７ｃ及び第１，第２電源端子１１７ｄ，１１７ｅに比較的近い位置となっている。このため、増幅回路部１７０と第１，第２出力端子１１７ｂ，１１７ｃ及び第１，第２電源端子１１７ｄ，１１７ｅとを接続するリード線１７５ｂ〜１７５ｅの取り回しが容易となる。
【００３０】
このような本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００は、次のようにして製造する。まず、黄銅を円筒状に加工して、図３に示すような、ウエイト１３２を用意する。また、図３に示すような、円筒状の筒状部１２１とこの一端１２１ｃに円環状の鍔部１２２を有する、軟鉄製の主体金具１２０を用意する。次いで、主体金具１２０の筒状部１２１の外周に、ポリオレフィン製の絶縁スリーブ１３１、ＰＥＴ製の第１絶縁板１３０、黄銅製の第１電極板１４０、ＰＺＴ製の圧電素子１５０、黄銅製の第２電極板１６０、ＰＥＴ製の第２絶縁板１３５、タングステン製のウエイト１３２、及び皿バネ１３３をこの順に嵌め込む。次いで、軟鉄製のナット１３６を筒状部１２１のネジ部１２１ｂに螺挿し、圧電素子１５０に所定の荷重が加わるまで締付けると共に、第１，第２絶縁板１３０，１３５、第１，第２電極板１４０，１６０、圧電素子１５０、ウエイト１３２、及び皿バネ１３３を鍔部１２２とナット１３６との間に挟んで固定する。かくして、センサ本体１９０が形成される。
【００３１】
次いで、アルミナセラミックからなる配線基板１７１に電子部品１７２等を搭載した増幅回路部１７０を用意する。この増幅回路部１７０を第１，第２電極板１４０，１６０の端子１４１，１６１に接続し、さらに、第１，第２出力端子１１７ｂ，１１７ｃ及び第１，第２電源端子１１７ｄ，１１７ｅを有するリード線１７５ｂ〜１７５ｅを増幅回路部１７０に接続する。
次いで、ナイロン樹脂を樹脂モールド成形手法によって射出成形し、図１に示すように、センサ本体１９０、増幅回路部１７０、及びリード線１７５ｂ，１７５ｃを包囲する本体包囲部１１１、及び本体包囲部１１１の周方向一部から外側に突出するコネクタ部１１２を有する樹脂成形体１１０を形成する。このとき、第１，第２出力端子１７７ｂ，１７７ｃ、及び第１，第２電源端子１７７ｄ，１７７ｅはコネクタ部１１２内に配置される。なお、主体金具１２０の軸孔１２０ｂについては、本体包囲部１１１によって被覆されないで露出している。このようにして、図１及び図２に示すような、非共振型ノッキングセンサ１００が完成する。
【００３２】
（変形形態１）
次に、実施形態１の非共振型ノッキングセンサ１００の変形形態である非共振型ノッキングセンサ２００について、図面を参照しつつ説明する。本変形形態の非共振型ノッキングセンサ２００は、実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００と比較して、増幅回路部に代えてノッキング検出回路部を配置した点が異なり、その他についてはほぼ同様である。従って、実施形態の非共振型ノッキングセンサ１００と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については説明を省略または簡略化する。
【００３３】
上記実施形態１の非共振型ノッキングセンサ１００では、ノッキング検出回路部を別途設置していた。これに対し、本変形形態の非共振型ノッキングセンサ２００では、上面透視図である図４及び側面透視図である図５に示すように、実施形態のノッキングセンサ１００増幅回路部１７０に代えて、公知の回路構成を有する増幅回路を含めたノッキング検出回路部２７０をセンサ本体１９０の側方に隣り合うように配置している。このノッキング検出回路部２７０は、アルミナセラミックからなる配線基板２７１に電子部品２７２等を搭載したもので、圧電素子１５０の出力信号からノッキングを検出している。
【００３４】
このため、本変形形態の非共振型ノッキングセンサ２００では、圧電素子１５０とノッキング検出回路部２７０との距離が極めて短くなるので、圧電素子１５０からノッキング検出回路部２７０までの間では出力信号にノイズが重畳する虞が極めて少なくなる。従って、本変形形態の非共振型ノッキングセンサ２００は、ノッキング検出信号の信頼性が高くなるので、ノッキング検知性に優れたノッキングセンサとなる。なお、実施形態１の非共振型ノッキングセンサ１００では、第１，第２出力端子１７７ｂ，１７７ｃを用いて増幅回路部１７０の増幅信号を外部に出力していたが、本変形形態の非共振型ノッキングセンサ２００では、リード線２７５ｂ，２７５ｃを介してノッキング検出回路部２７０に接続されている第１，第２出力端子２７７ｂ，２７７ｃを用いて、ノッキング検出回路部２７０から送出されるノッキング検出信号を外部に出力している。また、ノッキング検出回路部２７０を作動させるための電力を外部から入力するために、第１電源端子２７７ｄ及び第２電源端子２７７ｅが、リード線２７５ｄ，２７５ｅを介してノッキング検出回路部２７０に接続されている。
【００３５】
（参考形態１）
次に、第１の参考形態を、図面を参照しつつ説明する。本参考形態の非共振型ノッキングセンサ３００は、上面透視図である図６及び側面透視図である図７に示すように、実施形態１の非共振型ノッキングセンサ１００と同様な、いわゆるセンターホール式の非共振型ノッキングセンサである。この非共振型ノッキングセンサ３００は、図６のＣ−Ｃ断面図である図３に示すように、実施形態１の非共振型ノッキングセンサ１００と同じセンサ本体１９０を有している。
【００３６】
さらに、図６に示すように、実施形態１の非共振型ノッキングセンサ１００と同じ増幅回路部１７０を有している。この増幅回路部１７０は、第１，２電極板１４０，１６０から突出した端子３４１，３６１を介して圧電素子１５０の出力信号を入力し、この圧電素子１５０の出力信号を増幅している。さらに、増幅回路部１７０で増幅された増幅信号を外部に出力するための第１出力端子３７７ｂ及び第２出力端子３７７ｃが、増幅回路部１７０から延設されている。同様に、増幅回路部１７０を作動させるための電力を外部から入力するための第１電源端子３７７ｄ及び第２電源端子３７７ｅが、増幅回路部１７０から延設されている。
【００３７】
そして、センサ本体１９０の周方向周囲が、樹脂成形体３１０の本体包囲部３１１によって包囲されている。ただし、主体金具１２０の軸孔１２０ｂについては、本体包囲部３１１によって被覆されないで露出している。さらに、コネクタ部３１２、及び本体包囲部３１１とコネクタ部３１２とを連結する連結部３１３を含む突状部３１４が、本体包囲部３１１の周方向一部から外側に突出している。そして、増幅回路部１７０が連結部３１３の内部空間３１３ｂ内に配置され、さらに、第１，第２出力端子３７７ｂ，３７７ｃ、及び第１，第２電源端子３７７ｄ，３７７ｅの一部がコネクタ部３１２の内側に突出する形態で配置されている。このコネクタ部３１２を介して、非共振型ノッキングセンサ３００が外部と接続される。
【００３８】
ところで、本参考形態の非共振型ノッキングセンサ３００では、図７に示すように、コネクタ部３１２及び連結部３１３を含む突状部３１４が、本体包囲部３１１の周方向一部から外側に突出している。さらに、図示してないが、コネクタ部３１２には、内燃機関制御コンピュータと接続するシールド線の一端に設けられたコネクタが接続される。このため、この突状部３１４が共振し、連結部３１３を支点としてコネクタ部３１２が大きく振動する虞がある。
そこで、本参考形態の非共振型ノッキングセンサ３００では、連結部３１３に内部空間３１３ｂを設けて、本体包囲部３１１とコネクタ部３１２との機械的結合が疎になるようにしている。このようにすることで、コネクタ部３１２の振動が圧電素子１５０に伝わりにくくなるので、コネクタ部３１２の共振の影響によって、圧電素子１５０からの出力信号に歪みが生じる虞が少なくなる。
【００３９】
さらに、本参考形態の非共振型ノッキングセンサ３００では、圧電素子１５０の出力信号を増幅するための増幅回路部１７０を連結部３１３の内部空間３１３ｂに配置しているので、増幅回路部１７０の配置スペースを別途設ける場合に比して省スペースである。また、増幅回路部１７０を連結部３１３の内部空間３１３ｂに配置しているので、増幅回路部１７０は、コネクタ部３１２の共振による影響を受けにくくなり、信頼性の高いものとなる。
さらに、圧電素子１５０と増幅回路部１７０との距離が極めて短くなるので、圧電素子１５０から増幅回路部１７０までの間では出力信号にノイズが重畳しにくくなる。従って、増幅回路部１７０で増幅された増幅信号は、極めてノイズの少ないものとなる。
【００４０】
さらに、圧電素子１５０の出力信号を増幅するまでにノイズが重畳しにくいので、出力特性を調節するためのウエイト１３２を小さくすることが可能となり、この非共振型ノッキングセンサ３００を小型化、軽量化することも可能となる。なお、本参考形態では、図示しないノッキング検出回路部を別途設置しているので、増幅信号がノッキング検出回路部に到達するまでにノイズが重畳する虞がある。しかし、増幅信号にノイズが重畳したとしても、増幅信号に対するノイズの大きさは極めて小さい。従って、本参考形態の非共振型ノッキングセンサ３００は、ノッキング検知性に優れたものとなっている。
【００４１】
（参考形態２）
次に、参考形態２の非共振型ノッキングセンサ４００について、図面を参照しつつ説明する。本参考形態２の非共振型ノッキングセンサ４００は、参考形態１の非共振型ノッキングセンサ３００と比較して、増幅回路部に代えてノッキング検出回路部を配置した点が異なり、その他についてはほぼ同様である。従って、参考形態１の非共振型ノッキングセンサ３００と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については説明を省略または簡略化する。
【００４２】
参考形態１の非共振型ノッキングセンサ３００では、ノッキング検出回路部を別途設置していた。これに対し、本参考形態２の非共振型ノッキングセンサ４００では、上面透視図である図８及び側面透視図である図９に示すように、参考形態１のノッキングセンサ３００における増幅回路部１７０に代えて、変形形態１の非共振型ノッキングセンサ２００と同じ、増幅回路を含めたノッキング検出回路部２７０を連結部３１３の内部空間３１３ｂに配置している。このため、別途ノッキング検出回路部２７０の配置スペースを設ける場合に比して省スペースである。さらに、圧電素子１５０とノッキング検出回路部２７０との距離が極めて短くなるので、圧電素子１５０からノッキング検出回路部２７０までの間では出力信号にノイズが重畳する虞が極めて少なくなる。従って、本参考形態２の非共振型ノッキングセンサ４００は、ノッキング検出信号の信頼性が高くなるので、ノッキング検知性に優れたノッキングセンサとなる。
【００４３】
なお、参考形態１の非共振型ノッキングセンサ３００では、第１，第２出力端子３７７ｂ，３７７ｃを用いて増幅回路部１７０の増幅信号を外部に出力していたが、本参考形態２の非共振型ノッキングセンサ４００では、第１，第２出力端子４７７ｂ，４７７ｃを用いてノッキング検出回路部２７０から送出されるノッキング検出信号を外部に出力している。また、ノッキング検出回路部２７０を作動させるための電力を外部から入力するために、第１電源端子４７７ｄ及び第２電源端子４７７ｅがノッキング検出回路部２７０に接続されている。
【００４４】
以上において、本発明を実施形態及び変形形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態１及び変形形態１の非共振型ノッキングセンサ１００，２００では、センサ本体１９０の側方のうち、コネクタ部１１２が存在する方向から９０度ずれた方向に増幅回路部１７０またはノッキング検出回路部２７０を配置した。しかし、センサ本体１９０の側方のうち、コネクタ部１１２が存在する方向以外の方向であれば、コネクタ部１１２の振動の影響で、増幅回路部１７０またはノッキング検出回路部２７０が損傷したり、これらにノイズが発生する危険性を低減することができる。
【００４５】
また、参考形態１，２の非共振型ノッキングセンサ３００，４００では、増幅回路部１７０またはノッキング検出回路部２７０を連結部３１３の内部空間３１３ｂ内に配置した。しかし、連結部３１３の内部空間３１３ｂ内に配置しないで、センサ本体１９０の側方に隣り合うように配置しても良い（実施形態１及び変形形態１の非共振型ノッキングセンサ１００，２００を参照）。また、増幅回路部１７０またはノッキング検出回路部２７０を別途配置して、圧電素子１５０の出力信号をセンサ内で処理しないで、そのまま第１，第２出力端子から出力するようにしても良い。この場合、第１電源端子３７７ｄ，４７７ｄ及び第２電源端子３７７ｅ，４７７ｅは不要となる。いずれの位置に配置しても、連結部３１３に内部空間３１３ｂを設けておけば、コネクタ部３１２の共振の影響で、圧電素子１５０の出力信号に歪みが生じる虞が少なくなる。
【００４６】
さらに、実施形態１、変形形態１、及び参考形態１，２で用いたウエイト１３２、皿バネ１３３、ナット１３６の３部品を１部品で構成し、部品点数を削減するようにしても良い。また、実施形態１、変形形態１、及び参考形態１，２では、圧電素子１５０を鉛を含むＰＺＴで構成したが、鉛を含まないもの（例えば、（Ｂｉ０．５Ｎａ０．５）ＴｉＯ３−ＢａＴｉＯ３−（Ｂｉ０．５Ｋ０．５）ＴｉＯ３系）で構成するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態１にかかる非共振型ノッキングセンサ１００の上面透視図である。
【図２】 実施形態１にかかる非共振型ノッキングセンサ１００の側面透視図である。
【図３】 非共振型ノッキングセンサ１００，３００，５００の内部構造を示す図であり、図１のＡ−Ｏ−Ａ断面図、図６のＣ−Ｃ断面図、及び図１０のＥ−Ｅ断面図である。
【図４】 変形形態１にかかる非共振型ノッキングセンサ２００の上面透視図である。
【図５】 変形形態１にかかる非共振型ノッキングセンサ２００の側面透視図である。
【図６】 参考形態１にかかる非共振型ノッキングセンサ３００の上面透視図である。
【図７】 参考形態１にかかる非共振型ノッキングセンサ３００の側面透視図である。
【図８】 参考形態２にかかる非共振型ノッキングセンサ４００の上面透視図である。
【図９】 参考形態２にかかる非共振型ノッキングセンサ４００の側面透視図である。
【図１０】 従来の非共振型ノッキングセンサ５００の上面透視図である。
【図１１】 従来の非共振型ノッキングセンサ５００の側面透視図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００，４００，５００ 非共振型ノッキングセンサ
１１０，３１０，５１０ 樹脂成形体
１１１，３１１，５１１ 本体包囲部
１１２，３１２，５１２ コネクタ部
１２０ 主体金具
１２０ｂ 軸孔
１２１ 筒状部
１２２ 鍔部
１３２ ウエイト
１５０ 圧電素子
１７０ 増幅回路部
１７７ｂ，１７７ｃ，２７７ｂ，２７７ｃ，３７７ｂ，３７７ｃ，４７７ｂ，４７７ｃ，５４１，５６１ 出力端子
１７７ｄ，１７７ｅ，２７７ｄ，２７７ｅ，３７７ｄ，３７７ｅ，４７７ｄ，４７７ｅ 電源端子
１９０ センサ本体
２７０ ノッキング検出回路部
３１３ 連結部
３１３ｂ 内部空間
３１４ 突状部
Claims (3)
- 軸孔を有する筒状部とこの筒状部の一端に位置する鍔部とを含む主体金具、
上記主体金具の上記筒状部の外周に嵌め込まれた環状の圧電素子、及び
上記主体金具の上記筒状部の外周に嵌め込まれ、上記鍔部との間に上記圧電素子を挟む環状のウエイト、を有する
センサ本体と、
上記センサ本体の周方向周囲を包囲する本体包囲部、及び
この本体包囲部の周方向一部から外側に突出し、外部と接続するためのコネクタ部 を有する樹脂成形体と、を備える
非共振型ノッキングセンサであって、
上記圧電素子の出力信号を増幅する増幅回路部と、
上記増幅回路部によって増幅された増幅信号を外部に出力するための出力端子と、
上記増幅回路部を作動させるための電力を入力するための電源端子と、
を備え、
上記増幅回路部は、上記センサ本体の側方のうち上記コネクタ部が存在する方向以外の方向に隣り合って配置され、上記センサ本体と共に上記本体包囲部に包囲され、
上記出力端子及び上記電源端子は、上記コネクタ部内に配置されてなる
非共振型ノッキングセンサ。 - 請求項１に記載の非共振型ノッキングセンサであって、
前記増幅回路部は、前記センサ本体の側方のうち、前記コネクタ部が存在する方向から９０度ずれた方向に配置されてなる
非共振型ノッキングセンサ。 - 請求項１または請求項２に記載の非共振型ノッキングセンサであって、
前記増幅回路部に代えて、前記増幅回路部を含み、前記圧電素子の出力信号からノッキングを検出するノッキング検出回路部を有し、
前記出力端子は、前記増幅信号に代えて、上記ノッキング検出回路部から送出されるノッキング検出信号を外部に出力する
非共振型ノッキングセンサ。
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