JP4190665B2

JP4190665B2 - 非共振型ノックセンサ

Info

Publication number: JP4190665B2
Application number: JP18057499A
Authority: JP
Inventors: 高志前田; 芳隆藤川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: JP2001004476A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非共振型ノックセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来より、エンジンのノッキング状態を検出するノックセンサを使用することにより、点火時期制御を行う技術が知られている。このノックセンサは一種の振動ピックアップであり、主にエンジンのシリンダブロックに取り付けられ、燃焼室でノッキングが発生すると、その振動がシリンダブロックを介してノックセンサに達することから、その振動を圧電変換器などの振動検出手段を用いて検出するようになっている。
【０００３】
ノックセンサには共振型ノックセンサと非共振型ノックセンサとがある。共振型ノックセンサは、ノッキングで発生する振動数（一般に６〜８ｋＨｚ）と、振動検出手段の固有振動数とが合致した共振点（共振振動数）で検出感度が最高になるようにチューニングされた振動数特性を有する。非共振型ノックセンサは、共振型ノックセンサのような共振振動数をもたず、一般計測用の振動ピックアップと同特性であり、振動数検出帯域内で検出感度がほぼ平坦な振動数特性を有する。
【０００４】
共振型ノックセンサは共振振動数でしかノック状態を検出できないため、共振振動数をエンジンのノック振動数に合わせる必要があり、決められたエンジンにしか使用できないことから、汎用性に乏しいという欠点がある。
それに対して、非共振型ノックセンサは振動数検出帯域内のどの振動数でもノック状態を検出できるため、様々なエンジンに使用することが可能であり、汎用性に優れるという利点がある。そのため、非共振型ノックセンサでは、汎用性を高めるために、振動数検出帯域内の検出感度をできるだけ平坦にすることが求められている。
【０００５】
本発明は上記要求を満足するためになされたものであって、その目的は、振動数検出帯域内の検出感度を平坦化することが可能な非共振型ノックセンサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、主体金具に振動検出手段が取り付けられて構成される非共振型ノックセンサであって、ノッキングの検出対象のエンジンに当接される主体金具の少なくとも座面部分の材質のビッカース硬さが２００ＨＶ以上３１０ＨＶ以下であり、且つ、前記座面部分の材質は鉄を主体とすることをその要旨とする。
【０００７】
本発明によれば、主体金具の少なくとも座面部分が、ビッカース硬さが２００ＨＶ以上に硬くなることにより強度が増すため、振動数検出帯域内の検出感度を平坦化することができる。また、ビッカース硬度が３１０ＨＶより高くなると、加工性が低下すると共に座面部分にひずみが生じやすくなるため、振動数検出帯域内の検出感度の平坦化が困難となる。従って、本発明では、ビッカース硬さを２００ＨＶ以上３１０ＨＶ以下としている。
また、本発明では、前記座面部分の材質として鉄を主体としているので、温度変化に対して検出感度比が変化しにくくなり、前記効果（振動数検出帯域内の検出感度の平坦化の効果）をより確実に得ることができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の発明において、前記座面部分を含む主体金具全体を同一材質にて形成してもよい。このようにすれば、主体金具を一体形成することが可能になり、主体金具全体の強度を高めて請求項１に記載の発明の効果をより確実に得ることができる上に、非共振型ノックセンサの部品点数が少なくなると共に組立の手間が減って製造が容易になることから、コストダウンを図ることができる。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記エンジンの使用時温度における振動数検出帯域の検出感度比を０．５以上１．５以下におさめるようにしてもよい。このようにすれば、請求項１または請求項２に記載の発明の効果をより確実に得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態の非共振型ノックセンサを図面と共に説明する。
図１は、本実施形態の非共振型ノックセンサ１の要部縦断面図である。図２は、非共振型ノックセンサ１の分解斜視図である。
【００１１】
非共振型ノックセンサ１は、主体金具２、絶縁スリーブ３、絶縁板４，５、圧電変換器６、特性調整用ウェイト７、ワッシャ８、ナット９、ハウジング１０から構成されている。
主体金具２は、透孔２ａが貫設された円筒状の筒体２ｂと、その筒体２ｂの下端部周縁からフランジ状に突設したドーナツ状円板形の座面部分２ｃとから構成されている。また、筒体２ｂの上部にはネジ山２ｄが刻設され、筒体２ｂの上端部および座面部分２ｃの周縁部にはハウジング１０との密着性を高めるための溝２ｅが外周を取り巻くように刻設されている。尚、主体金具２の各部分２ａ〜２ｄは適宜な製造方法（鋳造、鍛造、削り出し加工、等）を用いて一体形成されている。また、主体金具２の表面には、耐食性を向上させるためにメッキ処理（亜鉛クロメートメッキ等）が施されている。
【００１２】
絶縁スリーブ３は、薄肉円筒状を成し、絶縁材料（ＰＥＴやＰＢＴ等の各種プラスチック材料、ゴム材料、等）によって形成されている。
各絶縁板４，５は、薄肉ドーナツ状円板形を成し、絶縁材料（ＰＥＴやＰＢＴ等の各種プラスチック材料、ゴム材料、等）によって形成されている。
【００１３】
振動検出手段としての圧電変換器６は、２枚の薄板電極６ａ，６ｂ間に圧電効果を有する材料層（水晶等の各種結晶、チタン酸バリウムやジルコン・チタン酸鉛等の各種セラミックス、ポリフッ化ビニリデン等の各種有機材料、等）６ｃが積層され、全体としてドーナツ状円板形を成している。
【００１４】
特性調整用ウェイト７は、ドーナツ状円板形を成し、所定の密度を有する材料（真鍮等の各種金属材料）によって形成されている。
主体金具２の筒体２ｂには絶縁スリーブ３が嵌合され、絶縁スリーブ３には絶縁板４，圧電変換器６，絶縁板５，特性調整用ウェイト７がこの順番で嵌合されている。また、主体金具２の筒体２ｂのネジ山２ｄには、ワッシャ８を介してナット９が螺合されている。そして、主体金具２の座面部分２ｃの上面とナット９との間で、絶縁板４，圧電変換器６，絶縁板５，特性調整用ウェイト７，ワッシャ８がそれぞれ挟持固定され、これら部材４〜８を覆うように射出成形された絶縁材料（ＰＡ等の各種プラスチック材料）によってハウジング１０が形成されている。そのため、ハウジング１０の下端部分からは主体金具２の座面部分２ｃの下面のみが露出し、ハウジング１０の上端部分からは主体金具２の筒体２ｂの上端のみが露出するようになっている。また、圧電変換器６の周囲は絶縁スリーブ３と各絶縁板４，５およびハウジング１０により囲まれ、主体金具２および特性調整用ウェイト７と圧電変換器６とは絶縁されている。尚、圧電変換器６の各電極６ａ，６ｂにはリード線（図示略）が接続され、当該リード線はハウジング１０から外部へ導出されている。
【００１５】
ちなみに、主体金具２の透孔２ａの直径は約９ｍｍ、筒体２ｂの高さは約２０ｍｍ、筒体２ｂの外径は約１４ｍｍ、座面部分２ｃの外径は約２０ｍｍ、座面部分２ｃの肉厚は約３ｍｍに設定されている。
このように構成された非共振型ノックセンサ１を使用するには、主体金具２の平坦な座面部分２ｃをエンジンの最適な箇所（一般にはシリンダブロック）に当接するように配置し、主体金具２の透孔２ａにボルトを嵌合して当該ボルトとエンジンとを螺合することにより、エンジンに対して非共振型ノックセンサ１を取り付ける。エンジンの燃焼室でノッキングが発生すると、その振動が座面部分２ｃを介して圧電変換器６に達し、圧電変換器６の各電極６ａ，６ｂから当該振動に対応した検出信号（センサ出力）が出力される。
【００１６】
図３は、主体金具２の材質を変更した場合に、当該材質のビッカース硬さ（ＨＶ）と、検出振動数：７ｋＨｚ時の検出感度（センサ出力：ｍＶ／Ｇ）に対する検出振動数：２０ｋＨｚ時の検出感度の比について、常温およびエンジン使用時の温度（１２５℃）における測定結果を示す図表である。また、図４は、図３の測定結果を表したグラフである。
【００１７】
尚、図３に示す測定結果は、主体金具２表面のメッキを剥離した状態で計測してある。また、非共振型ノックセンサ１の振動数検出帯域は約１ｋＨｚ〜約２０ｋＨｚである。
図３および図４に示すように、一部例外はあるものの、主体金具２の材質のビッカース硬さが大きいほど、７ｋＨｚと２０ｋＨｚの検出感度比は小さくなり１に近づく（すなわち、振動数検出帯域内で検出感度が平坦化する）ことがわかる。また、銅系材料（Ｃ３６０２）では常温と１２５℃との検出感度比が大きいのに対し、鉄系材料では常温と１２５℃との検出感度比が小さいことがわかる。そして、図３に示す材質の中では、ＳＫＤ−１１が最もビッカース硬さが大きく、温度変化に対して検出感度比が変化しにくいことがわかる。
【００１８】
以上の結果をまとめると、非共振型ノックセンサ１では、主体金具２に硬い材質を用いることにより、主体金具２（特に、エンジンと当接する座面部分２ｃ）の強度が増すため、振動数検出帯域内の検出感度を平坦化することができる。また、主体金具２を一体形成すれば、主体金具２全体の強度を高めることが可能になる上に、非共振型ノックセンサ１の部品点数が少なくなると共に組立の手間が減って製造が容易になることから、コストダウンを図ることができる。
【００１９】
そして、主体金具２の材質は鉄を主体とすることが望ましく、そのビッカース硬度の範囲は２００ＨＶ以上３１０ＨＶ以下が適当であり、特に望ましくは２２５〜３０５ＨＶである。ビッカース硬度がこの範囲より高くなると加工性が低下すると共に座面部分２ｃにひずみが生じやすくなるため振動数検出帯域内の検出感度の平坦化が困難となる傾向があり、低くなると特に振動数の高い帯域での検出感度が急上昇し易くなるという傾向がある。
【００２０】
また、非共振型ノックセンサ１の振動数検出帯域（約１ｋＨｚ〜約２０ｋＨｚ）のエンジン使用時温度における検出感度比は１±０．５（０．５以上１．５以下）の範囲に設定することが望ましい。
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。
【００２１】
（１）上記実施形態では主体金具２の筒体２ｂと座面部分２ｃとを同一材質で一体形成したが、筒体２ｂと座面部分２ｃとを異なる材質で形成した後に両者を組立固定するようにしてもよい。この場合は、ノッキングの検出対象のエンジンに当接されて取り付けられる主体金具２の少なくとも座面部分２ｃについては、前記条件を満足する材質にて形成する必要がある。
【００２２】
（２）上記実施形態では振動検出手段として圧電変換器６を用いたが、その他の形式（電磁誘導型（可動コイル型、可動鉄片型、可動磁石型、等）、ひずみゲージ型、静電容量型、等）の振動検出センサを用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した一実施形態の非共振型ノックセンサの要部縦断面図。
【図２】一実施形態の非共振型ノックセンサの分解斜視図。
【図３】一実施形態の主体金具の材質を変更した場合の測定結果を表す図表。
【図４】図３の測定結果を表したグラフ。
【符号の説明】
１…非共振型ノックセンサ２…主体金具２ｃ…座面部分
６…圧電変換器

Claims

主体金具に振動検出手段が取り付けられて構成される非共振型ノックセンサであって、
ノッキングの検出対象のエンジンに当接される主体金具の少なくとも座面部分の材質のビッカース硬さが２００ＨＶ以上３１０ＨＶ以下であり、且つ、前記座面部分の材質は鉄を主体とすることを特徴とする非共振型ノックセンサ。
前記座面部分を含む主体金具全体が同一材質にて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の非共振型ノックセンサ。
前記エンジンの使用時温度における振動数検出帯域の検出感度比を０．５以上１．５以下におさめたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非共振型ノックセンサ。