JPH07248253A - ノックセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡易な構造でノッキングを精度良く検知するこ
とを可能とし、しかも、コストの高騰を抑制することを
可能とする。 【構成】ノックセンサ１はハウジング、ベース、端子等
を備え、エンジンのシリンダブロックに対し取付固定さ
れている。ハウジング内に収容されたベースの先端部分
には、振動板５及び該振動板５に対して貼付けられた圧
電素子（ＰＺＴ）６が取付けられている。振動板５は、
平面楕円形状をなしており、縦軸及び横軸の各軸線の長
さが異なっている。さらには、縦軸及び横軸の各軸線の
長さは、縦方向の振動と横方向の振動とにそれぞれ共振
するよう、予めチューニングが施されている。ノッキン
グが起きたときには、振動板５は、２つの固有周波数を
持つこととなり、それらいずれかの周波数で振動があっ
たときに共振する。また、用いる振動板５が１枚のみで
あるため、構造の簡素化が図られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のノッキング
による振動を検出するためのノックセンサに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図１５，１６に示すように、従来のノッ
クセンサ５１は、一般に、図示しないエンジンのシリン
ダブロックに対し取付固定され、ハウジング５２、ベー
ス５３、端子５４等を備えている。ハウジング５２内に
収容されたベース５３の先端部分には、共に円板状をな
す振動板５５及び圧電素子（以下、「ＰＺＴ」という）
５６が取付けられている。より詳しく説明すると、振動
板５５は、一般には金属よりなり、該振動板５５に対し
て、ＰＺＴ５６が貼付けられている。

【０００３】そして、ノッキングが起きたときには、固
有の周波数で振動する振動板５５の伸縮により、ＰＺＴ
５６に歪みが生じる。そして、このときに端子５４を介
して電気的信号が電子制御装置へと出力され、ノッキン
グの発生が検知される。図１７に示すように、一般に円
形状をなす振動板５５は、１つの固有周波数のみを持
ち、その周波数で振動があったときにのみ共振し、ノッ
キング信号を出力する。

【０００４】ところで、燃費等の向上が図られる上で、
今後、圧縮比を上げることが行われうる。このように圧
縮比を上げた場合には、ノッキングの発生機会が増大す
るとともに、それらのノッキングを確実に検出しない
と、いわゆるプレイグニッションが起きてしまうおそれ
がある。このプレイグニッションというのは、ピストン
の圧縮行程において、点火する前段階で爆発が起こって
しまうことであり、その結果、ピストンリングの一部が
溶損する場合がある。

【０００５】そこで、上記の如く圧縮比を上げた場合で
あってもプレイグニッションの発生を確実に防止するた
めに、１つの周波数だけでなく、それ以上の共振の周波
数を検出しようとする技術が存在している。すなわち、
ノッキングが発生する際の振動数は、実は１つの固有周
波数だけではなく、そのａ倍（例えばａ＝１．６６）、
ｂ倍（例えばｂ＝２．０８）の値においても存在する。
これらの周波数は、シリンダブロックのボア径に依存し
ている。

【０００６】上記共振の周波数を検出しようとする技術
の１つとして、例えば特開昭５６−１２５１４号公報に
開示されたものが知られている。この技術では、ノック
センサ内に共振周波数の異なる複数の振動板が設けられ
ている。そして、この技術によれば、複数の振動板によ
り、検出周波数帯域が拡大されて幅広い周波数領域での
ノッキングの検出が可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術では、複数の振動板を設ける必要があった。このた
め、ノックセンサ自体の構造が著しく複雑なものとなっ
てしまっていた。また、複数の振動板を設ける分だけ、
コストが高くなってしまっていた。

【０００８】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、簡易な構造でノッキングを精
度良く検知することが可能で、しかも、コストの高騰を
抑制することのできるノックセンサを提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明においては、内燃機関の主としてシリン
ダボア径に基づいて決定される振動モードから決まる共
振周波数を複数検出することができ、真円又は正多角形
以外の形状よりなる１枚の振動板と、前記振動板に取着
され、前記振動板の膜振動を電圧信号として出力するた
めの薄板状の圧電素子とを備えたノックセンサをその要
旨としている。

【００１０】また、第２の発明においては、第１の発明
の振動板は、楕円形状であることをその要旨としてい
る。さらに、第３の発明においては、第１の発明の振動
板は、長方形状であることをその要旨としている。

【００１１】併せて、第４の発明においては、第１の発
明の振動板は、ひし形状であることをその要旨としてい
る。加えて、第５の発明においては、第１の発明の振動
板は、対角線の長さの全て異なる六角形状であることを
その要旨としている。

【００１２】また、第６の発明においては、内燃機関の
主としてシリンダボア径に基づいて決定される振動モー
ドから決まる共振周波数を複数検出することができる１
枚の振動板と、前記振動板に取着され、前記振動板の膜
振動を電圧信号として出力するための薄板状の圧電素子
とを備えたノックセンサであって、前記振動板の一部
は、他の部位に比べて重量又は厚みが異なることをその
要旨としている。

【００１３】さらに、第７の発明においては、内燃機関
の主としてシリンダボア径に基づいて決定される振動モ
ードから決まる共振周波数を複数検出することができる
１枚の振動板と、前記振動板に取着され、前記振動板の
膜振動を電圧信号として出力するための薄板状の圧電素
子とを備えたノックセンサであって、前記振動板の一部
は、他の部位に比べて素材が異なることをその要旨とし
ている。

【００１４】

【作用】上記の第１の発明の構成によれば、内燃機関の
主としてシリンダボア径に基づいて決定される振動モー
ドから決まる共振周波数が、真円又は正多角形以外の形
状よりなる１枚の振動板により複数検出される。これ
は、１枚の振動板には、主として長さ（重量）の異なる
軸線が複数存在するためと推測される。また、その検出
された共振周波数に基づき、振動板の膜振動が振動板に
取着された薄板状の圧電素子から電圧信号として出力さ
れる。

【００１５】従って、１枚の振動板に基づき、複数の共
振周波数が検出されうることとなる。また、第２の発明
においては、第１の発明の振動板が、楕円形状であるた
め、２つの共振周波数が高い精度でもって検出される。

【００１６】さらに、第３の発明においては、第１の発
明の振動板が、長方形状であるため、２つの共振周波数
が検出される。併せて、第４の発明においては、第１の
発明の振動板が、ひし形状であるため、２つの共振周波
数が検出される。

【００１７】加えて、第５の発明においては、第１の発
明の振動板が、対角線の長さの全て異なる六角形状であ
るため、３つの共振周波数が検出される。また、第６の
発明においては、振動板の一部は、他の部位に比べて重
量又は厚みが異なるため、異なる軸線同士の振動数が異
なることとなる。このため、複数の共振周波数が検出さ
れる。

【００１８】さらに、第７の発明においては、振動板の
一部は、他の部位に比べて素材が異なるため、異なる軸
線同士の振動数が異なることとなる。このため、複数の
共振周波数が検出される。

【００１９】

【実施例】

（第１実施例）以下、本発明におけるノックセンサを具
体化した第１実施例を図１〜図３に基づいて詳細に説明
する。

【００２０】図１は本実施例におけるノックセンサ１を
示す縦断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図であ
る。これらの図に示すように、ノックセンサ１はハウジ
ング２、ベース３、端子４等を備え、図示しない内燃機
関としてのエンジンのシリンダブロックに対し取付固定
されている。ハウジング２内に収容されたベース３の先
端部分には、振動板５及び圧電素子（以下、「ＰＺＴ」
という）６が取付けられている。より詳しく説明する
と、振動板５は、コバール（ＳＵＩ１）と呼ばれる金属
よりなる。また、ＰＺＴ６は、例えば円板状のセラミッ
クよりなり、前記振動板５に対して貼付けられている。
なお、振動板５及びＰＺＴ６を構成する素材の線膨張係
数は共に近似しており、相互間での剥離が起こらないよ
うになっている。また、前記端子４は図示しない電子制
御装置（以下、「ＥＣＵ」という）に対し電気的に接続
されている。

【００２１】図２に示すように、本実施例において、前
記振動板５は、平面楕円形状をなしている。換言すれ
ば、縦軸及び横軸の各軸線の長さが異なっている。さら
には、縦軸及び横軸の各軸線の長さは、縦方向の振動と
横方向の振動とにそれぞれ共振するよう、予めチューニ
ングが施されている。

【００２２】次に、本実施例の作用及び効果について説
明する。ノッキングが起きたときには、固有の周波数で
振動する振動板５の伸縮により、ＰＺＴ６に歪みが生じ
る。そして、このときに端子４を介して電気的信号がＥ
ＣＵへと出力され、ノッキングの発生が検知される。

【００２３】ここで、本実施例では、前記振動板５は、
平面楕円形状をなしており、しかも、縦軸及び横軸の各
軸線の長さは、縦方向の振動と横方向の振動とに対しそ
れぞれ共振するよう、予めチューニングが施されてい
る。このため、図３に示すように、振動板５は、２つの
固有周波数を持つこととなり、それらいずれかの周波数
で振動があったときに共振する。従って、ノッキングの
検出精度を著しく良好なものとすることができる。その
結果、仮に圧縮比を上げた場合であっても、確実にノッ
キングを検出することができ、プレイグニッションが発
生してしまうのを確実に防止することができる。

【００２４】また、本実施例では、振動板５が上述した
ような平面楕円形状をなしていることから、図３に示す
ように、個々の固有周波数は、幅広いピークを持つ。す
なわち、結果として良好なＱ値が得られる。しかも、各
固有周波数のピーク値の大きさはほぼ等しいので、各周
波数をほぼ平等に検知することができる。

【００２５】さらに、本実施例では、用いる振動板５を
１枚のみとした。このため、ノックセンサ１自体の構造
に関し、著しい簡素化を図ることができる。また、複数
枚の振動板を設ける場合に比べて、コストの低減をも図
ることができる。

【００２６】（第２実施例）次に、本発明を具体化した
第２実施例を図４，５に従って説明する。但し、本実施
例において、前述した第１実施例と重複する部分につい
ては説明を省略するものとし、異なる部分を中心として
説明する。

【００２７】図４に示すように、本実施例においては、
平面長方形状の振動板７を用いたという点で、上記第１
実施例とは大きく異なっている。そして、本実施例にお
いても、図５に示すように、振動板７は、２つの固有周
波数を持つこととなり、それらいずれかの周波数で振動
があったときに共振する。従って、ノッキングの検出精
度を著しく良好なものとすることができる。また、その
外にも上記第１実施例とほぼ同等の作用効果を奏する。

【００２８】さらには、振動板７の形状を平面長方形状
としたので、第１実施例に比べて、振動板７を製造する
上での歩留りが良好なものとなる。このため、さらなる
コストの低減を図ることができる。

【００２９】（第３実施例）次に、本発明を具体化した
第３実施例を図６，７に従って説明する。但し、本実施
例において、前述した第１及び第２実施例と重複する部
分については説明を省略するものとし、異なる部分を中
心として説明する。

【００３０】図６に示すように、本実施例においては、
平面六角形状の振動板８を用いたという点で、上記第１
及び第２実施例とは大きく異なっている。しかも、本実
施例の振動板８は、中心点対称の六角形状をなしてい
る。

【００３１】そして、本実施例においては、図７に示す
ように、振動板８は、長さの異なる３本の軸線を有する
ことから、３つの固有周波数を持つこととなり、それら
いずれかの周波数で振動があったときに共振する。従っ
て、ノッキングの検出精度を著しく良好なものとするこ
とができる。また、それ以外の点では上記第１実施例と
ほぼ同等の作用効果を奏する。

【００３２】なお、本発明は前記各実施例に限定される
ものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成の一
部を適宜に変更して次のように実施することもできる。 （１）前記各実施例では、いずれも円形及び正多角形以
外の形状の振動板５，７，８を採用したが、例えば図８
に示すように、ほぼ円形状の振動板１１を採用してもよ
い。但し、この振動板１１には、一部が切り欠かれるこ
とにより切欠き部１１ａが形成されている。そのため、
異なる軸線の長さ（或いは重量）が異なることとなり、
かかる場合でも、上記各実施例とほぼ同等の作用効果を
奏する。また、振動板１１の、上記切欠き部１１ａの代
わりに、肉厚の異なる部分を（例えば薄肉部）を設ける
ような構成としてもよい。もちろん、この振動板１１は
円形以外にも、いかなる形状をなしていてもよい。

【００３３】（２）前記各実施例では、いずれも単一素
材により振動板５，７，８を形成する構成としたが、例
えば図９に示すように、一部が別素材よりなる異種部１
２ａを有する振動板１２を採用してもよい。かかる場合
でも、上記各実施例とほぼ同等の作用効果を奏する。ま
た、この振動板１２についても、図示した円形以外に
も、いかなる形状をなしていてもよい。

【００３４】（３）前記第１及び第２実施例では、振動
板５，７がそれぞれ平面楕円形状及び長方形状を有する
場合に具体化して、２つの固有周波数を持つようにした
が、それ以外の形状としてもよい。すなわち、例えば、
図１０に示すように、ひし形状をなす振動板１３や、図
１１に示すように、五角形状（隣接する２辺が同等の長
さで、残りの３辺が同等の長さを有する）をなす振動板
１４や、図１２に示すように、二等辺三角形状をなす振
動板１５や、図１３に示すように、略Ｔ字状をなす振動
板１６や、略十字手裏剣状をなす振動板や、平行四辺形
あるいは台形状をなす振動板（いずれも図示せず）等の
ような形状としてもよい。あるいは、図示しない上記以
外の形状としても差し支えない。

【００３５】また、前記第３実施例では、振動板８が所
定の六角形状をなす場合に具体化して、３つの固有周波
数を持つようにしたが、それ以外の形状としてもよい。
すなわち、例えば、図１４に示すように、辺の長さが３
種類である五角形状をなす振動板１７や、あるいはヒト
デ状（図示せず）等のような形状としてもよい。

【００３６】（４）前記第１実施例では、振動板５の素
材をコバールとしたが、それ以外の素材（例えばチタン
等の金属）であっても差し支えない。また、ＰＺＴ６の
素材についても特に限定されない。但し、上述したよう
に、両者を構成する素材の線膨張係数は共に近似してお
り、相互間での剥離が起こらないようになっているのが
望ましい。

【００３７】（５）前記第１実施例では、ＰＺＴ６を円
板状としたが、ＰＺＴ６については、平面楕円形状等い
かなる形状をなしていてもよい。 （６）前記各実施例では、振動板５，７，８はいずれも
平板状をなす場合について具体化したが、曲面形状を有
していても差し支えない。

【００３８】特許請求の範囲の各請求項に記載されない
ものであって、上記実施例から把握できる技術的思想に
ついて以下にその効果とともに記載する。 （ａ）請求項１に記載のノックセンサであって、前記振
動板は、五角形状であることを特徴とする。

【００３９】このような構成とすることにより、２つ或
いは３つの固有周波数を持つこととなり、それらいずれ
かの周波数で振動があったときに共振する。 （ｂ）請求項１に記載のノックセンサであって、前記振
動板は、二等辺三角形状、略Ｔ字状、略十字状、略ヒト
デ状のいずれかの形状をなすことを特徴とする。

【００４０】このような構成とすることにより、２つ或
いは３つの固有周波数を持つこととなり、それらいずれ
かの周波数で振動があったときに共振する。 （ｃ）請求項１に記載のノックセンサであって、前記振
動板は、三角形、四角形、五角形、六角形のうちいずれ
かの形状をなす（但し、正多角形は除く）ことを特徴と
する。

【００４１】このような構成とすることにより、２つ或
いは３つの固有周波数を持つこととなり、それらいずれ
かの周波数で振動があったときに共振する。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のノックセ
ンサによれば、簡易な構造でノッキングを精度良く検知
することができ、しかも、コストの高騰を抑制すること
ができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した第１実施例におけるノック
センサを示す縦断面図である。

【図２】第１実施例において、ノックセンサを示す断面
図であって、図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】第１実施例におけるノックセンサの共振特性を
示す図であって、周波数に対するノック強度の関係を示
すグラフである。

【図４】本発明を具体化した第２実施例におけるノック
センサの振動板を示す平面図である。

【図５】第２実施例におけるノックセンサの共振特性を
示す図であって、周波数に対するノック強度の関係を示
すグラフである。

【図６】本発明を具体化した第３実施例におけるノック
センサの振動板を示す平面図である。

【図７】第３実施例におけるノックセンサの共振特性を
示す図であって、周波数に対するノック強度の関係を示
すグラフである。

【図８】本発明を具体化した別の実施例におけるノック
センサの振動板を示す平面図である。

【図９】別の実施例におけるノックセンサの振動板を示
す平面図である。

【図１０】別の実施例におけるノックセンサの振動板を
示す平面図である。

【図１１】別の実施例におけるノックセンサの振動板を
示す平面図である。

【図１２】別の実施例におけるノックセンサの振動板を
示す平面図である。

【図１３】別の実施例におけるノックセンサの振動板を
示す平面図である。

【図１４】別の実施例におけるノックセンサの振動板を
示す平面図である。

【図１５】従来技術におけるノックセンサを示す縦断面
図である。

【図１６】従来技術におけるノックセンサを示す図であ
って、図１５のＢ−Ｂ線断面図である。

【図１７】従来技術におけるノックセンサの共振特性を
示す図であって、周波数に対するノック強度の関係を示
すグラフである。

【符号の説明】

１…ノックセンサ、５，７，８，１１，１２，１３，１
４，１５，１６，１７…振動板、６…圧電素子。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の主としてシリンダボア径に基
   づいて決定される振動モードから決まる共振周波数を複
   数検出することができ、真円又は正多角形以外の形状よ
   りなる１枚の振動板と、 前記振動板に取着され、前記振動板の膜振動を電圧信号
   として出力するための薄板状の圧電素子とを備えたノッ
   クセンサ。
2. 【請求項２】 前記振動板は、楕円形状であることを特
   徴とする請求項１に記載のノックセンサ。
3. 【請求項３】 前記振動板は、長方形状であることを特
   徴とする請求項１に記載のノックセンサ。
4. 【請求項４】 前記振動板は、ひし形状であることを特
   徴とする請求項１に記載のノックセンサ。
5. 【請求項５】 前記振動板は、対角線の長さの全て異な
   る六角形状であることを特徴とする請求項１に記載のノ
   ックセンサ。
6. 【請求項６】 内燃機関の主としてシリンダボア径に基
   づいて決定される振動モードから決まる共振周波数を複
   数検出することができる１枚の振動板と、 前記振動板に取着され、前記振動板の膜振動を電圧信号
   として出力するための薄板状の圧電素子とを備えたノッ
   クセンサであって、前記振動板の一部は、他の部位に比
   べて重量又は厚みが異なることを特徴とするノックセン
   サ。
7. 【請求項７】 内燃機関の主としてシリンダボア径に基
   づいて決定される振動モードから決まる共振周波数を複
   数検出することができる１枚の振動板と、 前記振動板に取着され、前記振動板の膜振動を電圧信号
   として出力するための薄板状の圧電素子とを備えたノッ
   クセンサであって、前記振動板の一部は、他の部位に比
   べて素材が異なることを特徴とするノックセンサ。