JPH08219871A - 内燃機関用ノッキングセンサ - Google Patents

内燃機関用ノッキングセンサ

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Publication number
JPH08219871A
JPH08219871A JP2809295A JP2809295A JPH08219871A JP H08219871 A JPH08219871 A JP H08219871A JP 2809295 A JP2809295 A JP 2809295A JP 2809295 A JP2809295 A JP 2809295A JP H08219871 A JPH08219871 A JP H08219871A
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JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric element
housing
weight
bolt
knocking sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP2809295A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Harada
健司 原田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】圧電素子の両端面における荷重分布を均一に
し、内燃機関のノッキングセンサの検出感度の向上を図
る。 【構成】 有底筒状のハウジング1に、フレキシブル基
板6、圧電素子7、ウェイト8をボルト9によって締付
け固定し、圧電素子7の振動加速度を電気信号に変換し
てノッキングを検出するノッキングセンサにおいて、ハ
ウジング1の内周底面、及びウェイト8の下端面を所定
のテーパ角θ1 ,θ2 のテーパ面とし、圧電素子7の両
端面との間に、空間C,Dを設けた構成である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の燃焼室での
ノック振動を検出するため、機関本体(シリンダブロッ
ク等)に取付けられ、その振動を電気信号として取出す
ノッキングセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、車両用エンジンでは、エンジン
のシリンダブロック等にノッキングセンサを取付け、シ
リンダ内で発生するノック振動を検出し、これによって
点火時期制御を行うようにしたものが知られている。こ
れはシリンダ内でノッキングが発生するまで点火時期を
進角制御し、ノッキングが発生すると遅角制御し、ノッ
キングの発生限界まで点火時期を近づけるようにするこ
とによって、エンジンの燃焼効率や燃費性能を向上させ
るようにしたものである。
【0003】このようなノッキングセンサには、圧電素
子を用いることが知られており、この圧電素子を、エン
ジン等に取り付けられるハウジングとウエイトとの間に
おいて、ボルトによって挟圧保持することでノッキング
センサの振動系を構成する。このとき、圧電素子の両端
面には、ボルトの締付け力によって適当な押圧力(以
後、プリ荷重とする)が均一に与えられている。圧電素
子は、荷重を加えると電圧が発生する圧電効果をもって
いるため、エンジン等のノック振動による振動力と、ウ
エイトの慣性力によって厚み方向への荷重を受けると、
エンジン等の振動加速度に比例した加速度信号を発生す
ることになる。この加速度信号を外部のコントロールユ
ニットにて検出し、ノック振動を検知している。上述の
ように、圧電素子の厚み方向に加わる荷重変化に対応す
る出力電荷を検出することでノック振動を検知している
ため、そのプリ荷重を厳密に管理する必要がある。
【0004】そこで、上記のようなプリ荷重を管理する
ために、例えば、実開昭61−131635号公報に開
示される構成が知られている。この従来技術におけるノ
ッキングセンサは、有底筒状に形成されるハウジングの
内周底面上に、それぞれ環状に形成される圧電素子、ウ
エイト、皿バネが順に積層し、ボルトを挿入することに
よってハウジングと一体的に締付け固定し、振動系を構
成している。
【0005】この場合、燃焼室内の温度上昇にともなっ
て、ノッキングセンサ全体が熱変形することになるが、
前記振動系を構成する各部材の熱膨張係数が違うため、
その変形量が異なり、ボルトの締付け力が増加あるいは
低下することになる。すると、圧電素子に与えられたプ
リ荷重が変化するとともに、上記したノック振動による
振動力と、ウェイトの慣性力が緩衝され、ノッキングセ
ンサの検出感度が低下することになる。上記した従来技
術においては、前記皿バネがバイメタルによって成形さ
れており感温部材として働き、熱変形によって膨張、収
縮することになる。このように、皿バネの熱変形によっ
て、前記振動系の熱変形前後において、ボルトの締付け
力を補償し、圧電素子に対するプリ荷重を一定に維持す
ることで、ノッキングセンサの検出感度の低下を防止し
ている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように構成される従来のノッキングセンサにおいては、
図5に示すように、ボルトによって挟圧保持される各部
材にボルトの締付け力が作用した瞬間から、前記各部材
には前記ボルトの締付け力に対する内部応力が発生し、
その応力によって弾性変形を起こし、更には塑性変形を
起こすことになる。このとき、ボルトの締付け力によっ
て圧電素子、ウエイト等に発生する応力は、ボルトの頭
部外径側から軸部側に向かうに従って大きくなってい
る。このため、上記応力の分布に従い前記圧電素子、ウ
ェイト等は、その外径側に対してボルトの軸部側で大き
く変形することになる。更に、ボルトによって挟圧保持
される各部材の両端面がフラットで成形されているた
め、互いの接触面はフラットになるとともに、上記応力
に対する前記各部材の変形量が異なるため、外径側にお
いては部材間で浮きが生じやすくなる。すなわち、ボル
トによって挟圧保持される各部材は、ハウジングに締付
け固定された時に面当たりしていない場合がある。
【0007】このように、各部材間に浮きが生じている
状態で、エンジン本体が振動すると、その振動にともな
って、圧電素子においては図5中A方向、振動系全体に
おいてはB方向に曲げ振動が発生しやすくなる。この曲
げ振動によって、圧電素子はウエイトとハウジングとの
間で偏当たりし、前記電素子に偏荷重が加わることとと
なり、実用周波数領域で不要な副共振が発生しやすく、
ノッキングセンサの検出感度が低下するという問題があ
った。
【0008】この発明の目的は、挟圧保持部材によっ
て、ハウジングに締付け固定した際において、圧電素子
の両端面における荷重分布を均一にすることにより、内
燃機関のノッキングセンサの検出感度の向上を図ること
にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、機関本体に取付けられるネジ部を有する有
底筒状のハウジングと、該ハウジング内にウエイトと、
両端面に電極が形成される圧電素子と、該圧電素子に形
成される電極のうち少なくとも一方の電極を電気絶縁す
る絶縁部材とを積層し、前記ウエイト、圧電素子、絶縁
部材とを前記ハウジングとの間で挟圧保持する挟圧保持
部材とを備え、前記圧電素子に発生する電気信号からノ
ック振動を検出する内燃機関用ノッキングセンサにおい
て、前記圧電素子の両端面の少なくとも一方の端面側
に、前記挟圧保持部材の挟圧保持力によって消滅する空
間を設けたことを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明は、挟圧保持部材によって挟圧保持され
る、圧電素子、ウエイト、絶縁部材に、前記挟圧保持部
材の挟圧保持力による応力が発生し、弾性変形あるいは
塑性変形することになるが、この挟圧保持力によって消
滅する空間が、圧電素子の両端面の少なくとも一方の端
面側に設けられているため、応力による前記圧電素子、
ウエイト、絶縁部材の弾性変形あるいは塑性変形が前記
空間内に吸収されることになり、該空間は消滅すること
となる。
【0011】
【実施例】以下、本発明における内燃機関のノッキング
センサを具体化した一実施例を図面に基づいて説明す
る。
【0012】まずはじめに、図1を用いて、組み立て後
のノッキングセンサの全体構成図を説明する。1はハウ
ジングを示しており、一端が開口する有底筒状に形成さ
れるとともに、その内周底面中心部においてねじ穴1a
が、外周底面中心部において下方に突出するねじ部1b
が一体に形成されている。前記ハウジング1の開口部に
は、信号取り出し用及びGND取り出し用の2本のコネ
クタピン3(1本は図示されない)を埋設したベース部
材2が嵌着されて空間Aが形成される。前記ハウジング
1の開口部で、かつ前記ベース部材2の上方には、有底
筒状のコネクタ部材4が嵌合され、その底部外周に一体
的に形成されるフランジ部において、ハウジング1の開
口端をカシメることによって、前記ハウジング1と結合
せしめてある。このコネクタ部材4の底部の中心近傍に
は通孔4aが設けられており、前記コネクタピン3をこ
の通孔4aを通して筒内に突出させている。更に、上記
フランジ部の外周とハウジング1の開口端内周との間に
は、前記空間A内を密封状態にすべくOリング5が設け
てある。
【0013】前記空間A内において、前記ハウジング1
の内周底面上には、絶縁部材としてのフレキシブル基板
6が両端面に接触する圧電素子7と、ウエイト8とが順
に積層し、それぞれの中心に設けた抜き穴内に、挟圧保
持部材としてのボルト9の軸部を挿入している。該ボル
ト9は、前記ハウジング1の内周底面に形成されたねじ
穴1aに螺合し、前記圧電素子7に対して適当なプリ荷
重を与え、前記フレキシブル基板6、圧電素子7、ウエ
イト8が互いに面接触するまで締めつけて、ノッキング
センサの振動系を構成させている。
【0014】上記フレキシブル基板6は、図2に示すよ
うに2つの独立した経路を形成する導電材が、図中斜線
部を除いて両面をポリイミドフィルム等によって一体に
覆われて絶縁され、略めがね状に形成されている。つま
り、非絶縁部分が電極となっている。このように形成さ
れるフレキシブル基板6をリング部6a,6bの中間位
置6cにおいて折り曲げることによって前記圧電素子7
を挟み込み、該圧電素子7の両端面と接触させるととも
に、帯部6d,6eを信号取り出し用及びGND取り出
し用のコネクタピン3の一端にそれぞれ溶着している。
従って、上記圧電素子7の両端面に形成される図示しな
い電極と、前記リング部6a,6bとが導通し、前記コ
ネクタピン3を介して外部に信号が送信されることにな
る。
【0015】次に、組み立て前のノッキングセンサのハ
ウジング1内を図3に示す拡大図を用いて詳細に説明す
る。前記ハウジング1の内周底面は、軸心の垂線に対し
て所定のテーパ角θ1 のテーパ面で形成されているとと
もに、前記ウエイト8の下端面は、前記テーパ面に対し
て逆のテーパ面で形成され、軸心の垂線に対して所定の
テーパ角θ2 となっている。すなわち、前記圧電素子
7、ウエイト8等にボルト9の締付け力による応力が作
用しない状態においては、前記圧電素子7の両端面と、
ウエイト8の下面、及びハウジング1の内周底面との間
には、ボルト9の軸部側に向かって大きくなる空間C,
Dを有することになる。尚、実験結果に基づいて前記所
定のテーパ角θ1 ,θ2 は、副共振発生率が低く分布す
る、0.1〜1.0degの範囲で設定されると良い。
【0016】上述のように、ハウジング1の内周底面上
には、空間C,Dを有した状態で、フレキシブル基板
6、圧電素子7、フレキシブル基板6、ウエイト8の順
に積層し、ボルト9の軸部が挿入される。前記ボルト9
の軸部先端が、前記ハウジング1の内周底面に形成され
たネジ穴1bに締付けられていくと、同ボルト9の頭部
下面がウエイト8の上面と当接する。更に、ボルト9が
締付けられていくと、ウエイト8には、ボルト9の締付
け力によって下方への応力が発生し、前記圧電素子7と
の接触部側からボルト9の軸部側に向かって徐々に下方
へ変形しはじめ、前記空間Cが小さくしなっていくこと
になる。上記変形にともなって、前記ウエイト8の下面
と前記圧電素子7の上面との接触面積が増えていくこと
になり、ボルト9の締付け力が前記ウエイト8を介して
前記圧電素子7に伝わることになる。すると、該圧電素
子7に対しても下方への応力が発生することになり、外
径側から前記ボルト9の軸部側に向かって徐々に下方へ
変形しはじめ、前記空間Dが小さくなっていくことにな
る。
【0017】図4に示すように、上記のように前記圧電
素子7、及び前記ウエイト8が、ボルト9の締付け力に
よって変形し、この変形によって圧電素子7の両側にあ
った空間C,Dが消滅したとき、はじめて前記ハウジン
グ1の内周底面と、前記ウエイト8の下端面が前記圧電
素子7の端面にそれぞれ前記フレキシブル基板6を介し
て面当たりすることになる。すなわち、ボルトによって
圧電素子7等を挟圧保持した際においても、該圧電素子
7の両端面に均一なプリ荷重を与えることができること
になる。
【0018】従って、ノッキングセンサの振動系を構成
する各部材に、ボルト9の締付け力が作用しても前記各
部材は、互いに面当たりしているため、エンジン本体が
振動した際において、圧電素子7及び振動系に曲げ振動
が発生することはなく、実用周波数域での不要な副共振
の発生を防止でき、ノッキングセンサの検出感度の向上
を図ることができる。
【0019】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で下記
のように変更することも可能である。 (1)本実施例では、必ずしもテーパ面をハウジング1
の内周底面とウェイト8の下端面に形成する必要はな
く、少なくとも何れか一方に形成されていればよい。 (2)更に、本発明による第二実施例として、図7に示
すように、ボルト9の軸部に向かって大きくなるような
空間Eをウエイト8自体に設け、ボルト9の締付け力が
作用したときにウエイト8の上面側を変形させ、この変
形分を前記空間E内に吸収させることで、ボルト9に挟
圧保持される各部材を互いに面当たりさせることもでき
る。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、ボルトによって挟圧保
持しても、挟圧保持される各部材は互いに面当りするこ
とで、ノッキングセンサの検出感度の向上を図ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本実施例における組立て後のノックセン
サの全体構成図である。
【図2】図2は本実施例におけるフレキシブル基板を示
す図である。
【図3】図3は本実施例における組立て前のノックセン
サにおけるハウジング内を示す拡大図である。
【図4】図4は本実施例における組立て後のノックセン
サにおけるハウジング内を示す拡大図である。
【図5】図5は従来技術におけるノックセンサの振動系
の弾塑性変形した状態を示す図である。
【図6】図6は本発明による第二実施例を示す図であ
る。
【符号の説明】
1・・ハウジング 6・・フレキシブル基板 7・・圧電素子 8・・ウェイト 9・・ボルト A,C,D,E・・空間

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】機関本体に取付けられるネジ部を有する有
    底筒状のハウジングと、該ハウジング内にウエイトと、
    両端面に電極が形成される圧電素子と、該圧電素子に形
    成される電極のうち少なくとも一方の電極を電気絶縁す
    る絶縁部材とを積層し、前記ウエイト、圧電素子、絶縁
    部材とを前記ハウジングとの間で挟圧保持する挟圧保持
    部材とを備え、前記圧電素子に発生する電気信号からノ
    ック振動を検出する内燃機関用ノッキングセンサにおい
    て、 前記圧電素子の両端面の少なくとも一方の端面側に、前
    記挟圧保持部材の挟圧保持力によって消滅する空間を設
    けたことを特徴とする内燃機関用ノッキングセンサ。
JP2809295A 1995-02-16 1995-02-16 内燃機関用ノッキングセンサ Pending JPH08219871A (ja)

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JP2809295A JPH08219871A (ja) 1995-02-16 1995-02-16 内燃機関用ノッキングセンサ

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5939616A (en) * 1996-11-21 1999-08-17 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Knocking detecting sensor
JP2003517596A (ja) * 1999-12-15 2003-05-27 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 圧力スリーブを備える振動検出器

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