JPH08338757A - 内燃機関用ノッキング検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動検出体の共振出力の尖鋭度Ｑを機械的に
低減可能なノッキング検出装置を提供する。 【構成】 振動板４のゴム６１、６３側の上面に圧電素
子５を接着剤等により接着し、この圧電素子５を接着し
た振動板４を円筒状突起１８の先端側から円筒状突起１
８に挿入し、この円筒状突起１８の先端座面に振動板４
の下面を当接し嵌合する。次いで円筒状突起１８の先端
部にリングプロジェクション溶接により振動板４の径方
向内側を固定する。振動抑制部材としてのゴム６１、６
３、６５、６７が振動板４の中心軸に対して対称に配置
されるように直接取付られるため、振動板４の組付けと
同時に振動抑制部材としてのゴム６１、６３、６５、６
７を取付けでき、振動板４の組付時にノッキング検出装
置１の尖鋭度Ｑを低値に同時設定することができる。こ
れにより、内燃機関に合わせてノッキングの検出周波数
の帯域を広くすることができる。

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検
出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車用内燃機関の点火時期制御に使用
するノッキング検出装置として、例えば特開昭５８−１
３９０３０号公報に開示されるものがある。このもの
は、エンジンへの取付部を有するケースにベース板を有
するコネクタを一体に設け、さらに一面を導電層とした
絶縁板に対し振動子の一端を固定している。

【０００３】ケースに固定した絶縁板に片持支持された
振動子の片持梁の付根部、中間部または先端部のいずれ
かの一部または全体にシリコンゴム等の有機弾性物質を
塗布することで振動子の片持梁をベース板側に固定して
いる。これにより、尖鋭度Ｑの低減化と応答性の向上を
図っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭５８−１３
９０３０号公報に開示されるノッキング検出装置による
と、有機弾性材料の固着量とその硬化度合、有機弾性材
料の片持ち梁への塗布位置などのばらつきにより共振出
力特性が大きくばらつく。つまり、尖鋭度Ｑの出る周波
数の位置と出力自体の大きさにばらつきがある。したが
って、製品間の特性のばらつきが大きくなり安定した特
性をもつ製品を均一に供給することが困難となる。

【０００５】言い換えれば、振動子としての片持梁の付
根部、中間部または先端部のいずれかの一部または全体
に塗布する有機弾性物質の量、有機弾性物質の硬化度合
い、または有機弾性物質を塗布する位置等のばらつきに
より振動子から出力される共振電圧が変化することか
ら、共振出力特性に大きな影響を与えるという問題があ
る。

【０００６】一方、この振動子から出力される共振電圧
に影響を与える上記有機弾性物質の位置、重量、形状等
を均一に制御することは困難であると思われる。有機弾
性物質の塗布作業は製造工程を複雑化している。本発明
の目的は、組付け作業が容易で、製品間において均一で
良好な検出特性を示す内燃機関用ノッキング検出装置を
提供することにある。

【０００７】本発明の目的は、振動板の急峻な共振を抑
制し、尖鋭度Ｑを低値にする内燃機関用のノッキング検
出装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
内燃機関用ノッキング検出装置は、内燃機関側に取付け
る取付ねじ部と内燃機関側に当接する当接面を有するハ
ウジングと、振動検出対象である振動板とこの振動板を
固定する圧電素子とからなる振動検出体と、前記ハウジ
ングに一体に形成され、上部に前記振動板を固定する円
筒状突起と、前記振動板とハウジング間に配設される非
金属材料からなる振動抑制部材であって、前記振動板に
直接取付けられ、前記振動板の中心軸に対して対称に配
置される振動抑制部材とを備えたことを特徴とする構成
を採用する。

【０００９】本発明の請求項２記載の内燃機関用ノッキ
ング検出装置は、請求項１記載の構成において、所望の
尖鋭度の低下率の割合に応じて前記振動抑制部材の重量
と位置を調節可能に前記振動抑制部材を取り付けたこと
を特徴とする。本発明の請求項３記載の内燃機関用ノッ
キング検出装置は、請求項１記載の構成において、前記
振動抑制部材は、ゴム、エラストマーまたは樹脂モール
ド材からなる群から選ばれる一種の材料であることを特
徴とする。

【００１０】本発明の請求項４記載の内燃機関用ノッキ
ング検出装置は、請求項１記載の構成において、前記振
動抑制部材は下記の条件を満足する。 前記振
動抑制部材は、円板状の前記振動板の両面に設けられて
いること、 前記振動板の一方の面に設けられる前記
振動抑制部材は、前記振動板の外周部の周方向に等間隔
に複数箇所に設けられていること、 前記振動板の一
方の面に設けられる一箇所の前記振動抑制部材は、所定
の均一厚さで径方向所定幅に形成されていること。

【００１１】

【作用および発明の効果】請求項１記載の内燃機関用ノ
ッキング検出装置によると、非金属材料からなる振動抑
制部材が振動板の中心軸に対して対称に配置されるよう
に直接取付られるため、振動板の組付けと同時に振動抑
制部材を取付けでき、振動板の組付時にノッキング検出
装置の尖鋭度Ｑを低値に同時設定することができるとい
う効果がある。従って、内燃機関に合わせてノッキング
の検出周波数の帯域を広くすることができる。また、ノ
ッキング検出装置を構成する部品点数を減らし、組付部
品を高精度に位置決めでき、組付作業を容易にし、特性
の不均一を低減することができる。さらに、振動検出体
を構成する部品点数を減らし、組み付け部品を高精度に
位置決めでき、組付作業を容易にし、特性の不均一を低
減することができる。

【００１２】請求項２記載の内燃機関用ノッキング検出
装置によると、振動抑制部材の重量と位置を調節するこ
とで、所望尖鋭度に容易に設定することができる。請求
項３記載の内燃機関用ノッキング検出装置によると、振
動抑制部材の材料を、ゴム、エラストマーまたは樹脂モ
ールド材からなる群から選ぶことで、容易に所望の出力
特性が得られる。

【００１３】本発明の請求項４記載の内燃機関用ノッキ
ング検出装置によると、振動抑制部材の位置形状等を次
のとおり、 前記振動抑制部材は、円板状の前記振動
板の両面に設けられていること、 前記振動板の一
方の面に設けられる前記振動抑制部材は、前記振動板の
外周部の周方向に等間隔に複数箇所に設けられているこ
と、 前記振動板の一方の面に設けられる一箇所の
前記振動抑制部材は、所定の均一厚さで径方向所定幅に
形成されていることで、出力特性を容易に調節し設定す
ることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。（第１実施例）内燃機関のエンジンブロックに取り
付けられるノッキング検出装置の第１実施例を図１〜図
５に示す。

【００１５】まず図１に示すように、ノッキング検出装
置１は、共振型センサで、エンジンブロック２の外壁に
形成される雌ネジ部１１にハウジング３の取り付けボル
ト部１２がねじ固定されている。ハウジング２の内部に
振動板４と圧電素子５が収容され、圧電素子５から電気
信号を取り出す電気信号取出部６のターミナル１４がカ
バー７に固定されている。

【００１６】以下、このノッキング検出装置１の構成要
素を順に詳述する。ノッキング検出装置１は、ハウジン
グ３、振動板４、振動抑制部材５９、６０、圧電素子
５、電気信号取出部６及びカバー７などを構成要素とし
て形成されている。 (1) ハウジング３ ハウジング３は、エンジンブロック２にハウジングボデ
ィ１５を取付ける部分で、一方の端部にエンジンブロッ
ク２の雌ネジ部１１にねじ結合する雄ネジ部を有する取
付ボルト部１２を有し、中央部にエンジンブロック２の
外壁に当接する肩部２５を有し、他方の端部にカバー７
をかしめ固定する環状のカバー取付部１７を有する。肩
部２５のエンジンブロック２との当接面との反対面の中
央部に振動板４及び圧電素子５を取り付けるための円筒
状突起１８が形成されている。

【００１７】円筒状突起１８の形状を図２及び図３に基
づいて詳述する。円筒状突起１８は、振動板４と圧電素
子５を取付ける部分で、ハウジングボディ１５のエンジ
ンブロック２との当接面と反対側の平坦面１５ａから反
エンジンブロック側に凸状に形成されている。この凸状
突起１８は、振動板４を支持するための座面２４の内周
壁側に形成され、この座面２４で段付部２３を形成して
いる。この段付部２３の位置は、円筒状突起１８の高さ
方向の突き出し先端部側に形成されている。この座面２
４は円環状に形成され、この座幅（図３に示す（Ｂ₂ −
Ｂ₁ ）／２）は、振動板４を座らせる程度の幅に形成さ
れている。またこの座面２４の位置は座面２４の上に振
動板４と圧電素子５を載せた状態で圧電素子５の上面よ
りも高い位置に円筒状突起１８の先端部が来るようにな
っている。円筒状突起１８の先端部は、後述するように
溶接時、先端部の溶解した余肉と座面２４とで振動板４
の径方向内側端部を十分に挟み込み固定できる程度の高
さに設定されている（図５参照）。更に、円筒状突起の
底部２２の深さはハウジングボディ１５の上面１５ａよ
りも高い位置に設定されている。またこの底部２２を形
成するように凹部２１が形成されているのは、円筒状突
起１８の先端を溶解し、図４、５に示すように、この溶
解した肉を径外方向に円環状に溶かし込むことで振動板
４の径内方向側端部を挟み固定するために設けられてい
る。したがって、底部２２の深さはこの溶接時に余肉を
溶かし込みすることができる程度の深さ以上あれば足り
る。また凹部２１の深さは深過ぎると円筒状突起１８の
剛性が低減するためある程度の深さに止めるのが望まし
い。

【００１８】(2) 振動板４ 振動板４は、薄板円環状に形成されるもので、内燃機関
稼働時のエンジンブロック２の振動が円筒状突起１８を
伝搬してこの振動に伴う慣性振動を圧電素子５に伝達す
る役割がある。振動板４は、円環板状で、その中央部に
円状の穴が形成され、この円の穴の内径は円筒状突起１
８の先端部の外径よりも大きく、段付部２３の下側の大
径部２３ａの外径よりも小さい。これにより、円筒状突
起１８に振動板４を挿入し、座面２４に停止可能にして
いる。

【００１９】(3) 振動抑制部材５９、６０ 振動抑制部材５９に相当するゴム６１、６２、６３、６
４と振動抑制部材６０に相当するゴム６５、６６、６
７、６８は、図２および図３に示すように、振動板４の
外周部の上面と下面に薄膜状に複数箇所に振動板４の中
心を中心として点対称に薄膜状に形成される。

【００２０】振動板４の外周部の上面にゴム６１、６
２、６３、６４が焼き付け固定されており、反対側の下
面にはゴム６５、６６、６７、６８が焼き付け固定され
ている。これらのゴム６１、６２、６３、６４とゴム６
５、６６、６７、６８は、振動板４の上面と下面にそれ
ぞれ表裏に相応する位置に同一形状で同一重さで同一厚
さ、同一重量で形成されている。振動板４の径内側部分
にはゴムは焼き付け形成されてはいない。

【００２１】この第１実施例では、振動板の外周部の上
面（表面）と下面（裏面）に形成している。また振動板
の上面と下面との相応する位置に第１実施例ではゴムを
形成しているが、相応しない位置に設けても良い。上面
と下面のゴムの厚さは同じにするのが望ましい。このよ
うな振動抑制部材の形状は、少なくとも振動板の振動が
圧電素子の信号に均一に正確な信号を発生させる工夫に
なっている。

【００２２】(4) 圧電素子５ 圧電素子５は、図１及び図３に示すように、振動板４の
上面に接着剤等により接着固定される。振動板４の振動
を受けてこの振動信号を電気信号に置換して電気信号を
発生するものである。圧電素子５のマイナス側端子は、
円筒状突起１８、ハウジングボディ１５及びエンジンブ
ロック２に電気的に接続されてアースされ、圧電素子５
のプラス側端子は、後述する電気信号取出部６を経てタ
ーミナル１４に接続される。この圧電素子５は、薄板円
盤状に形成されており、中央部に円形状の穴があけられ
ており、外径寸法は振動板４の外径よりも小さい。そし
て図３に示すように、円筒状突起１８の段付部２３に振
動板４と圧電素子５が嵌合された状態で圧電素子５の上
面５ａは溶接前の円筒状突起１８の先端部よりも低い位
置に設定されている。また円筒状突起１８の先端部を溶
接するとき、図４及び図５に示すように、円筒状突起１
８の先端部が溶解して振動板５の内径側部分を溶着し挟
み固定するとき、その円筒状突起１８の溶着部分が圧電
素子５の径内側部分に到達しない程度に大きな内径の内
穴５ｂを有する。

【００２３】(5) 電気信号取出部６ 電気信号取出部６は、図１に示すように、圧電素子５か
ら取り出される端子に電気的に接続されるジョイント端
子３１と、このジョイント端子３１から外部に取り出さ
れるリードワイヤー３２と、このリードワイヤー３２に
電気的に接続されるターミナル１４とからなる。リード
ワイヤ３２の一方の端部はジョイント端子３１にねじ固
定され、他方の端部はターミナル１４の一方の端部に電
気的に固定されている。ターミナル端子１４は、カバー
７にインサート成形による固定がされている。

【００２４】(6)カバー７ カバー７は、ハウジング３の内部に振動板４と圧電素子
５とジョイント端子３１並びにリードワイヤ３２を収容
するカバー部３４と、このカバー部３４と樹脂で一体成
形されるコネクタ部３５とからなる。カバー部３４の一
方側の端部はハウジング３のカバー取付け部１７にかし
め固定されており、中央部にハウジング３とで内部空間
４５を区画形成するターミナル固定部３７を有し、他方
の端部にターミナル１４の外部接続側を収容すると共に
図示しない外部電気コネクタと接続可能な略円筒状のコ
ネクタ部３５が形成される。コネクタ部３５は、基本形
が円筒状で、外周部分の一部に外部電気コネクタと嵌合
脱着可能な爪部３８が形成されている。

【００２５】次に、上記(1) 〜(6) 等の構成要素で構成
されるノッキング検出装置１の組み付け手順について説
明する。まず、振動板４のゴム６１、６２、６３、６４
側の上面に圧電素子５を接着剤等により接着し、この圧
電素子５を接着した振動板４を図５に示すように円筒状
突起１８の先端側から円筒状突起１８に挿入し、座面２
４に振動板４の下面を当接し嵌合する。次いで円筒状突
起１８の先端部をリングプロジェクション溶接により振
動板４の径方向内側を図６に示すようにリングプロジェ
クション溶接固定する。図４、図５は溶接後の振動板４
と円筒状突起１８との接合状態を示している。符号２６
に示す部分が溶接部である。

【００２６】次に、図１に示すように、電気信号取出部
６のジョイント端子３１を圧電素子５の上面側の電極に
ハンダ付けする。一方、カバー５のターミナル固定部３
７にインサート成形により固定されるターミナル１４に
あらかじめリードワイヤ３２の一端をハンダ付け固定し
ておき、このリードワイヤ３２の反対側端部をジョイン
ト端子３１にハンダ付け固定する。そしてカバー部３４
をハウジング３のカバー取付け部１７に組み付け、カバ
ー取付け部１７を全周側からかしめてカバー部７をハウ
ジング３に固定する。次いでこのノッキング検出装置１
のハウジング３の取付けボルト部１２をエンジンブロッ
ク２の雌ネジ部１１にねじ込み固定する。これにより、
エンジンブロック２へのノッキング検出装置１の取付け
を終了する。

【００２７】次に、ノッキング検出装置１の作動につい
て説明する。自動車用内燃機関のエンジンブロック２に
ノッキング検出装置１を取り付けた場合、内燃機関を稼
働すると、内燃機関の点火または着火に伴い燃焼するタ
イミングに対応するようにエンジンブロック２が振動す
る。この振動は、ノッキング検出装置１の取付ボルト部
１２、円筒状突起１８を経由して振動板４、圧電素子５
に伝達され、振動板４から受ける圧電素子５の印加応力
に応じた電圧信号を圧電素子５が発生する。この電圧信
号は、ジョイント端子３１、リードワイヤ３２及びター
ミナル１４を経由して外部に出力される。

【００２８】このとき、振動板４の振動時、振動板４に
焼き付け固定されるゴム６１、６２、６３、６４ならび
にゴム６５、６６、６７、６８が、振動板４の振動を抑
制する機能を果たす。従って、圧電素子５の出力特性に
ついて尖鋭度Ｑの低い値が図られる。本実施例による
と、振動抑制部材５９、６０としてのゴム６１、６２、
６３、６４とゴム６５、６６、６７、６８が振動板４に
焼き付け固定される。したがって振動抑制部材５９、６
０が振動板４と一体に組み付けられるので組み付け作業
が簡便になり部品管理が容易になる。

【００２９】ノッキング検出装置１の組付け時、ハウジ
ング３の円筒状突起１８に振動板４の中央部の穴を容易
に挿入することができ、しかも振動板４の中央部に設け
た穴の内壁と円筒状突起１８との外径との寸法をあらか
じめ調整により高精度に振動板４を位置決めでき、この
振動板４にあらかじめ接着された圧電素子５を高精度に
円筒状突起１８に位置決め固定される。したがって、ノ
ッキング検出装置１の取付け後の内燃機関稼働時、内燃
機関振動に応じた振動特性を的確に電気信号取出部６か
ら取り出すことができる。円筒状突起１８の段付部２３
に形成した座面２４に振動板４が高精度にしかも取付固
定を確実にしていることがよりノッキング検出装置１の
信頼度を高めている。さらには、組付け時、円筒状突起
１８に振動板４の内側の孔を挿入する際の挿入操作が容
易に行えるので組付け作業の自動化を容易に行えコスト
ダウンすることができる。また挿入固定後、リングプロ
ジェクション溶接により振動板４を円筒状突起１８に高
精度に位置決め固定することができる。さらには溶接
後、振動板４の内側端部を円筒状突起１８の段付部２３
に挟み込み固定するため、ノッキング検出装置１の使用
時に製品間においてばらつきの少ない均一な検出特性を
示す高信頼度のノッキング検出装置を製作できる。

【００３０】更に、本実施例では、振動板４の形状は開
いた円板形状であるため内外径とも高精度に加工するこ
とができる。またハウジング３は鍛造もしくは鍛造と切
削加工などで高精度に円筒状突起１８の段付部２３を形
成することができるので、振動板４の位置決めを高精度
にできる。すなわち、円筒状突起１８への振動板４の径
方向のがたつきをほぼゼロに組付けできる。これによ
り、ノッキング検出装置の特性の製品間ばらつきを少な
くし均一な信頼度の高い製品を量産できるという効果が
ある。

【００３１】（第２実施例）本発明の第２実施例を図８
に示す。図８に示す第２実施例は、振動板４に焼き付き
固定するゴムの形状を示している。振動抑制部材として
のゴム７１は振動板４の中心軸の周りに円環状に配置さ
れている。ゴム７１は、振動板４の上面と下面とに均等
の厚さで均等幅で均等重量で均等材料により形成されて
いる。材料は前述したゴム、エラストマー、などから選
択することができる。

【００３２】以上説明したように、本発明によると、振
動板の外周部に振動を良く吸収する振動抑制部材を形成
したため、ゴムがない場合に比べ、圧電素子の検出出力
特性の尖鋭度Ｑを低値化することができる。 （実験データ）実験データの結果を図７に示す。

【００３３】図７に示す実験の条件は、振動板に焼き付
けたゴムの面積に応じてノッキング検出装置の出力特性
の尖鋭度Ｑ値がどのように変化するかを示している。実
験において振動板は、外径１８ｍｍのものを用いた。ま
たゴムは、円環状に上面と下面にゴムを焼き付け固定
し、振動板の上面と下面の両側の最外径部から次第に径
内方向に増加し、その径方向幅を変化させることでゴム
の面積（重量）を変化させた。ゴムの変化に応じてＱ値
を算出した。

【００３４】その実験結果より、尖鋭度Ｑ値の低下率と
ゴムの面積との関係をプロットしたものが図７である。
これより、ゴムの面積が大きくなるほど尖鋭度Ｑ値の低
下率が次第に大きくなることが判明した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の内燃機関用ノッキング検
出装置の断面図である。

【図２】本発明の第１実施例の振動板に形成した振動抑
制部材の形状を示す平面図である。

【図３】図２のIII − III線断面図である。

【図４】第１実施例のハウジングの主要部を示す断面図
である。

【図５】第１実施例のハウジングに振動板と圧電素子を
嵌合した状態で溶接前の状態を示す断面図である。

【図６】第１実施例のハウジングに振動板と圧電素子を
嵌合した状態で溶接後の状態を示す断面図である。

【図７】本発明の実施例の実験データを示すデータ図で
ある。

【図８】本発明の第２実施例のハウジングと振動抑制部
材を示す平面図である。

【符号の説明】

１ ノッキング検出装置 ２ エンジンブロック ３ ハウジング ４ 振動板 ５ 圧電素子 ６ 電気信号取出部 ７ カバー １４ ターミナル １８ 円筒状突起 ２１ 凹部 ２２ 底部 ２３ 段付部 ２４ 座面 ２６ 溶接部 ３１ ジョイント端子 ３２ リードワイヤ ３４ カバー部 ３５ コネクタ部 ３６ 内部空間 ３７ ターミナル固定部 ４１ 溶接溜り用溝 ６１、６２、６３、６４ ゴム（振動抑制部材） ６５、６６、６７、６８ ゴム（振動抑制部材） ７１ ゴム（振動抑制部材）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関側に取付ける取付ねじ部と内燃
   機関側に当接する当接面を有するハウジングと、 振動検出対象である振動板とこの振動板を固定する圧電
   素子とからなる振動検出体と、 前記ハウジングに一体に形成され、上部に前記振動板を
   固定する円筒状突起と、 前記振動板とハウジング間に配設される非金属材料から
   なる振動抑制部材であって、前記振動板に直接取付けら
   れ、前記振動板の中心軸に対して対称に配置される振動
   抑制部材とを備えたことを特徴とする内燃機関用ノッキ
   ング検出装置。
2. 【請求項２】 所望の尖鋭度の低下率の割合に応じて前
   記振動抑制部材の重量と位置を調節可能に前記振動抑制
   部材を取り付けたことを特徴とする請求項１記載の内燃
   機関用ノッキング検出装置。
3. 【請求項３】 前記振動抑制部材は、ゴム、エラストマ
   ーまたは樹脂モールド材からなる群から選ばれる一種の
   材料であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用
   ノッキング検出装置。
4. 【請求項４】 前記振動抑制部材は下記の条件を
   満足する請求項１記載の内燃機関用ノッキング検出装
   置： 前記振動抑制部材は、円板状の前記振動板の両面に
   設けられていること、 前記振動板の一方の面に設けられる前記振動抑制部
   材は、前記振動板の外周部の周方向に等間隔に複数箇所
   に設けられていること、 前記振動板の一方の面に設けられる一箇所の前記振
   動抑制部材は、所定の均一厚さで径方向所定幅に形成さ
   れていること。