JP6343310B2 - 非共振型ノックセンサの取付状態検知システム、非共振型ノックセンサの取付状態検知装置、及び、非共振型ノックセンサの取付状態検知方法 - Google Patents
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Description
一方、走行中にセンサの出力信号の大きさを検知する場合には、エンジンの振動のほか、車両の振動も加わるが、これらの振動は一様でなく予測性も低いため、不要な振動を検知する虞があり、取付状態の検知確度が低下する。
このように、エンジンの振動などを用いて、取付ボルトの緩みなど、ノックセンサの取付状態の異常を検知するのは困難である。
また、判定部で、ノック検知周波数範囲よりも高い周波数の入力信号に対応した、ノック検知周波数範囲よりも高い所定の判定周波数における応答出力信号の大きさや、所定の判定周波数域における応答出力信号の大きさの周波数特性から、センサのエンジンへの取付状態を判定する。これにより、センサの取付状態を適切に検知できる。
「ノック検知周波数範囲」は、非共振型ノックセンサにおいて、エンジンのノック振動を検知できる周波数範囲を指し、例えば、2〜20kHzが例示される。
即ち、「所定の判定周波数」は、当該判定周波数の入力信号に対する応答出力信号の大きさが、非共振型ノックセンサのエンジンへの取付状態の違い(例えば、取付ボルトの締め付け状態の違い)によって変動するために、応答出力信号の大きさを検知することで、センサのエンジンへの取付状態を判定できる周波数である。例えば、当該判定周波数における応答出力信号の大きさと取付ボルトの締め付け状態との間に相関があり、取付ボルトが緩むほど応答出力信号の大きさが低下する周波数や、これとは逆に取付ボルトが緩むほど応答出力信号の大きさが増大する周波数が挙げられる。
また、「所定の判定周波数域」は、当該判定周波数域にわたって(例えば、周波数を徐々に高く走査した)入力信号に対する応答出力信号の大きさの周波数特性が、センサのエンジンへの取付状態の違いによって変化するために、応答出力信号の大きさの周波数特性の変動を検知することで、センサのエンジンへの取付状態を判定できる周波数域である。例えば、センサのエンジンへの取付状態に応じて、当該判定周波数域内に現れる共振点などの極大あるいは極小のピークの位置(周波数)が変動するため、当該ピークの周波数を検知することで、センサのエンジンへの取付状態を判定可能となる周波数域や、センサのエンジンへの取付状態に応じて、当該判定周波数域内に現れるピークにおける応答出力信号の大きさが変化するため、当該ピークにおける答出力信号の大きさを検知することで、センサのエンジンへの取付状態を判定可能となる周波数域が挙げられる。
これに対し、このシステムでは、複数の判定部の結果を用い、さらに総合判定部で総合判定を行うので、さらに適切にセンサのエンジンへの取付状態を判定できる。
このためこのシステムでは、ノック振動の検知に用いるマイクロプロセッサで、ノック検出部のほか、入力部、出力検知部を構成でき、非共振型ノックセンサのノッキング検知システムに本システムを加入するにあたり、改変をごく僅かで済ますことができる。
また、ノック検知周波数範囲よりも高い周波数の入力信号をセンサに入力し、判定部で、ノック検知周波数範囲よりも高い所定の判定周波数における応答出力信号の大きさや、所定の判定周波数域における応答出力信号の大きさの周波数特性から、センサのエンジンへの取付状態を判定するので、センサの取付状態を適切に検知できる。
このためこの装置では、ノック振動の検知に用いるマイクロプロセッサで、ノック検出部のほか、入力部、出力検知部を構成でき、非共振型ノックセンサのノッキング検知装置に本装置を加入するにあたり、改変をごく僅かで済ますことができる。
また、ノック検知周波数範囲よりも高い所定の判定周波数の入力信号をまたは所定の判定周波数域にわたる周波数の入力信号をセンサに入力し、ノック検知周波数範囲よりも高い所定の判定周波数における応答出力信号の大きさや、所定の判定周波数域における応答出力信号の大きさの周波数特性から、センサのエンジンへの取付状態を判定するので、センサの取付状態を適切に検知できる。
本件技術の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図1に、本実施形態に係るノックセンサ検知システム(以下単に、システムともいう)1の構成を示す。また、図2に、取付ボルトBLを用いて非共振型ノックセンサ10をエンジンENGに取り付けた状態を示す。
まず、非共振型ノックセンサ10について、図2を参照して説明する。図2に示す本実施形態のノックセンサ10は、中空の筒状部13a及びこの下端に位置し外側に膨らむフランジ部13bを有する金属製の主体金具13等から構成されている。主体金具13の筒状部13aの径方向外側で、フランジ部13bの図中上方には、下から順に、それぞれ環状に形成された、絶縁部材14a、第1電極部材15a、圧電素子11、第2電極部材15b、及び絶縁リング14bが配置されている。そして、この絶縁リング14bの上に環状錘(ウエイト)16が配置され、この環状錘16の上には、バネ性を有する座金である皿バネ17が配置され、この皿バネ17の上から、筒状部13aの外周に形成された雄ネジ部13cに螺合して、ナット18がねじ込まれている。このナット18の締め付けによって、圧電素子11は、取付軸線AXに沿う方向(図中上下方向)に加圧されると共に、主体金具13と一体となり、主体金具13のフランジ部13bに伝わった振動が、確実に圧電素子11に伝わり、振動に応じた圧電素子11の出力が得られる構成となっている。
ところで本実施形態のセンサ10のエンジンブロックEBへ取付状態には、即ち、主体金具13のフランジ部13bがエンジンブロックEBの外表面EBSに圧接する程度には、適切な範囲があり、取付ボルトBLの締付トルクTで表すと、T=20〜30N・m(標準取付トルク)とするのが好ましい。締付トルクTをこの範囲とした場合には、エンジンの振動周波数がノック検知周波数範囲RK(RK=2〜20kHz)において、センサ10(圧電素子11)の出力電圧Vvoは、ほぼ平坦な周波数特性を示す。
さらに、前述したように、ノック検知周波数範囲RK(本実施形態では2〜20kHz)よりも高い周波数範囲において、ブロックに取り付けたセンサ10のインピーダンスZsの周波数特性を測定すると、いくつかの共振点あるいは反共振点に対応すると考えられる極大あるいは極小のピークが現れることが判ってきた。しかも、取付ボルトBLの締付トルクTの大きさに応じて、センサ10のインピーダンスZsの周波数特性が変化することが判ってきた。そこで、上述のセンサ10の出力電圧Vvoの周波数特性を取得した場合(図7参照)と同じく、取付ボルトBLの締付トルクTを、T=0,0.5,1,3,20N・mの5段階に変化させた場合において、センサ10のインピーダンスZsを測定した。具体的には、ブロックに取り付けたセンサ10の第1,第2端子10a,10bを、ネットワークアナライザ(アンリツ社製、MS4630B)に接続して、ノック検知周波数範囲RK(本実施形態では2〜20kHz)よりも高い周波数f=30〜80kHzの周波数範囲にわたり、センサ10のインピーダンスZsを測定した(図8参照)。さらに具体的には、ブロックに所定の締付トルクTでセンサ10を取り付けた後、インピーダンスZsの周波数特性を測定した(図8参照)。これを、各締付トルクTについて繰り返して、センサ10のインピーダンスZsの周波数特性(図8参照)を取得した。
図1に示す本実施形態のシステム1では、ノック振動の検知に加えて、上述の知見を利用して、センサ10のエンジンブロックEBへの取付状態を判定する。
前述したように、センサ10は、コンデンサに近似した電気的特性を示す圧電素子11のほか、これに並列に抵抗値Rsの内蔵抵抗12を有している。また、センサ10は、エンジンENGに取付ボルトBLにより取り付けられている。
なお、本実施形態において、取付状態の判定に、第4判定周波数域RF4(f4d=67.5kHz〜f4u=69.8kHz。図8参照)を用いなかったのは、この第4判定周波数域RF4を用いると、締付トルクTが低い場合については適切にトルクの大きさを判別できる。しかし、締付トルクTがT=3N・m以上の場合に、締付トルクTがT=20N・m程度かそれよりも低いかを判別できないため、取付状態の正常/異常判定には用いにくいからである。
また、ステップS416,S426,S434の判定部で、ノック検知周波数範囲よりも高い周波数fの入力信号Siに対応した、判定周波数f3における応答出力信号Sroの出力電圧Vroや、第1,第2判定周波数域RF1,RF2における応答出力信号Sroの出力電圧Vroの周波数特性から、センサ10のエンジンENGへの取付状態を判定する。これにより、センサ10の取付状態を適切に検知できる。
また、ノック検知周波数範囲よりも高い周波数fの入力信号Siに対応した、判定周波数f3の入力信号Siをまたは第1,第2判定周波数域RF1,RF2にわたる周波数の入力信号Siをセンサ10に入力し、判定周波数f3における応答出力信号Sroの出力電圧Vroや、第1,第2判定周波数域RF1,RF2における応答出力信号Sroの出力電圧Vroの周波数特性から、センサ10のエンジンENGへの取付状態を判定するので、センサ10の取付状態を適切に検知できる。
また本実施形態の取付状態検知方法では、センサ10の第1端子10aに、互いに異なる判定周波数f3の入力信号Siをまたは第1,第2判定周波数域RF1,RF2にわたる入力信号Siを印加し、3つの判定の結果を用いて総合判定を行うので、さらに適切に取付状態を判定できる。
このためこのシステム1では、ノック振動の検知に用いるマイクロプロセッサ21で、ノック検出部43のほか、入力部41、出力検知部42を構成でき、非共振型ノックセンサのノッキング検知システムに本システムを加入するにあたり、改変をごく僅かで済ますことができる。
実施形態においては、ステップS416,S426,S434における判定及びステップS44における総合判定において、取付状態の正常/異常を判定した。
しかし、取付状態の正常/異常を判定するのではなく、取付状態を締付トルクTで示して、締付トルクTがどの程度の値であるかを、例えば3段階や5段階のレベル判定を行うこともできる。
また、ステップS4では、ステップS416,S426,S434において、2つの判定周波数域RF1,RF2と判定周波数f3を用いて、取付状態の判定を3回行ったが、取付状態の判定は、1回でも複数回でも良い。また、実施形態では、第4判定周波数域RF4を用いなかったが、第4判定周波数域RF4を用いた判定を加えても良い。
10 非共振型ノックセンサ
10a 第1端子
10b 第2端子
Zs (非共振型ノックセンサの)インピーダンス
11 圧電素子
20 センサ駆動装置(取付状態検知装置)
20a,20b 装置端子
21 マイクロプロセッサ
21a デジタル出力部
21b 第2アナログ入力部
21c 第1アナログ入力部
23 バンドパスフィルタ(フィルタ)
24 入力抵抗
25 接続配線
26 接地配線
41 入力部
42 出力検知部
43 ノック検出部
S416,S426,S434 判定部
S44 総合判定部
S3 許可部
f,fi 周波数
RK ノック検知周波数範囲
Δf (周波数の)増分
f3 判定周波数
RF1,RF2,RF4 判定周波数域
f1d,f2d,f4d 下限周波数
f1u,f2u,f4u 上限周波数
Si 入力信号
Vi (入力信号の)入力電圧
Sro 応答出力信号
Vro (応答出力信号の)出力電圧
Svo 振動出力信号
Vvo (振動出力信号の)出力電圧
ENG エンジン
BL 取付ボルト
Claims (11)
- エンジンに取り付けられ、内蔵する圧電素子にそれぞれ接続する第1端子及び第2端子を有する非共振型ノックセンサと、
上記非共振型ノックセンサの上記第1端子に接続する抵抗及び上記第2端子を接地する接地配線を有し、上記非共振型ノックセンサのノック検知周波数範囲よりも高い周波数の入力信号を、上記抵抗を介して上記第1端子に印加する入力部と、
上記入力信号に応答して上記非共振型ノックセンサの上記第1端子に生じた応答出力信号の大きさを検知する出力検知部と、
上記ノック検知周波数範囲よりも高い所定の判定周波数における上記応答出力信号の大きさまたは所定の判定周波数域における上記応答出力信号の大きさの周波数特性から、上記非共振型ノックセンサの上記エンジンへの取付状態を判定する、1又は複数の判定部と、を備える
非共振型ノックセンサの取付状態検知システム。 - 請求項1に記載の非共振型ノックセンサの取付状態検知システムであって、
前記判定部を複数備え、
複数の上記判定部の判定の結果を用いて、総合判定する総合判定部を備える
非共振型ノックセンサの取付状態検知システム。 - 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の取付状態検知システムであって、
前記非共振型ノックセンサの前記第1端子に接続し、前記エンジンのノック周波数を含む通過周波数帯域を有するフィルタと、
上記フィルタを介して、前記エンジンの振動による上記非共振型ノックセンサの振動出力信号を検知するマイクロプロセッサの第1アナログ入力部を有するノック検出部を備え、
前記入力部は、
前記抵抗に接続する上記マイクロプロセッサのデジタル出力部を有し、
前記出力検知部は、
前記非共振型ノックセンサの前記第1端子に導通する上記マイクロプロセッサの第2アナログ入力部を有する
非共振型ノックセンサの取付状態検知システム。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の非共振型ノックセンサの取付状態検知システムであって、
前記エンジンの停止中に、前記入力部、出力検知部、及び判定部の作動を許可する許可部、を備える
非共振型ノックセンサの取付状態検知システム。 - エンジンに取り付けられ、内蔵する圧電素子にそれぞれ接続する第1端子及び第2端子を有する非共振型ノックセンサの上記エンジンへの取付状態を検知する取付状態検知装置であって、
上記非共振型ノックセンサの上記第1端子に接続する抵抗及び上記第2端子を接地する接地配線を有し、上記非共振型ノックセンサのノック検知周波数範囲よりも高い周波数の入力信号を、上記抵抗を介して上記第1端子に印加する入力部と、
上記入力信号に応答して上記非共振型ノックセンサの上記第1端子に生じた応答出力信号の大きさを検知する出力検知部と、
上記ノック検知周波数範囲よりも高い所定の判定周波数における上記応答出力信号の大きさまたは所定の判定周波数域における上記応答出力信号の大きさの周波数特性から、上記非共振型ノックセンサの上記エンジンへの取付状態を判定する、1又は複数の判定部と、を備える
非共振型ノックセンサの取付状態検知装置。 - 請求項5に記載の非共振型ノックセンサの取付状態検知装置であって、
前記判定部を複数備え、
複数の上記判定部の判定の結果を用いて、総合判定する総合判定部を備える
非共振型ノックセンサの取付状態検知装置。 - 請求項5または請求項6に記載の非共振型ノックセンサの取付状態検知装置であって、
前記非共振型ノックセンサの前記第1端子に導通し、前記エンジンのノック周波数を含む通過周波数帯域を有するフィルタと、
上記フィルタを介して、前記エンジンの振動による上記非共振型ノックセンサの振動出力信号を検知するマイクロプロセッサの第1アナログ入力部を有するノック検出部を備え、
前記入力部は、
前記抵抗に接続する上記マイクロプロセッサのデジタル出力部を有し、
前記出力検知部は、
前記非共振型ノックセンサの前記第1端子に導通する上記マイクロプロセッサの第2アナログ入力部を有する
非共振型ノックセンサの取付状態検知装置。 - 請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載の非共振型ノックセンサの取付状態検知装置であって、
前記エンジンの停止中に、前記入力部、出力検知部、及び判定部の作動を許可する許可部、を備える
非共振型ノックセンサの取付状態検知装置。 - エンジンに取り付けられ、内蔵する圧電素子にそれぞれ接続する第1端子及び第2端子を有する非共振型ノックセンサの取付状態検知方法であって、
上記第1端子に抵抗が接続し、上記第2端子が接地配線を介して接地された上記非共振型ノックセンサの上記第1端子に、上記抵抗を介して、上記非共振型ノックセンサのノック検知周波数範囲よりも高い所定の判定周波数の入力信号をまたは所定の判定周波数域にわたる入力信号を印加し、
上記入力信号に応答して上記第1端子に生じた上記所定の判定周波数の応答出力信号の大きさまたは上記所定の判定周波数域にわたる応答出力信号の大きさを検知し、
上記所定の判定周波数における上記応答出力信号の大きさまたは上記所定の判定周波数域における上記応答出力信号の大きさの周波数特性から、上記非共振型ノックセンサの上記エンジンへの取付状態を判定する
非共振型ノックセンサの取付状態検知方法。 - 請求項9に記載の非共振型ノックセンサの取付状態検知方法であって、
前記非共振型ノックセンサの前記第1端子に、前記入力信号として、互いに異なる複数の、前記所定の判定周波数の入力信号をまたは所定の判定周波数域にわたる入力信号を印加し、
前記応答出力信号として、互いに異なる複数の、前記所定の判定周波数の応答出力信号の大きさまたは所定の判定周波数域にわたる応答出力信号の大きさを検知し、
互いに異なる複数の、上記所定の判定周波数における上記応答出力信号の大きさからまたは上記所定の判定周波数域における上記応答出力信号の大きさの周波数特性から得た、複数の前記取付状態の判定を総合判定して、前記取付状態を判定する
非共振型ノックセンサの取付状態検知方法。 - 請求項9または請求項10に記載の非共振型ノックセンサの取付状態検知方法であって、
前記エンジンの停止中に、前記入力信号の印加、前記応答出力信号の大きさの検知、及び前記取付状態の判定を行う
非共振型ノックセンサの取付状態検知方法。
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