JPH09508699A - 内燃機関のノッキング測定用加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内燃機関のノッキングを測定するための加速度センサであって、カラー１２を備えたスリーブ１１状の台座１０を有しており、この台座は、前記スリーブから延びていて、かつ少なくとも１つの圧電ワッシャと、接続用ディスク３と、サイズモ系質量要素４とが積み重ねられており、前記台座の下側がセンサと、測定すべき部品３０との間の接触面として使用される。前記下側は、接触面１２１上の荷重分布平均直径φ′１が眉部の平均直径φ２と同じかこれよりも大きくなるような中央窪み１３，１３′を有している。この形状は、スリーブ１１と同軸的でスリーブの外径より大きい直径を有する１３，１３′によって、または下側のくり抜き部によって得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関のノッキング測定用加速度センサ 本発明は、加速度センサに対する改良、とりわけ、内燃機関のノッキングの検 出および測定のための圧電式センサに対する改良に関するものである。 通常、内燃機関のノッキングの測定には、この現象によってエンジンのシリン ダヘッドに生じる振動の強さを測定することのできる非共振式加速度センサが使 用されている。この種のセンサの利点は、センサの振動数応答曲線が、振動数に 応じて感度がほぼ一定の区域を有することにある。ところが、この有効レンジは 、センサ取付部品上でのセンサの共振振動数によって生じる非線形性のため、よ り高い振動数において制限される。しかしながら、エンジンの電子制御により、 益々広い振動数範囲においてノッキングを示す振動を測定することが要求されて きている。 例えば、欧州特許第０１８４６６６号より公知の加速度センサが、当該技術の 状態を示す図１Ａに示されており、この加速度センサは、カラー１２で終端して いるスリーブ１１形状の台座１０で構成されており、カラーの上に、２つの接続 用ディスク３の間に設置された１つの圧電ワッシャー２と１つのサイズモ系質量 ４とが積み重ねられており、前記積み重ね部分には、 スリーブにねじ込まれたナット６とばね座金５とによってプレストレスが与えら れている。自動車用電子部品に広く使用されているこのようなセンサは、約１２ 〜１５Ｋｈｚの典型的共振振動数を有しており、これにより、ノッキング音の測 定が１０Ｋｈｚ未満の振動数範囲に限定されている。この種のセンサの共振振動 数をより高い振動数にするために、様々な解決策が提案されている。例として、 積み重ね部分に対してより大きなプレストレスを加える方法を挙げることができ るが、この場合、圧電クリスタルの劣化を早めるという欠点があり、これにより 、センサの信頼性が減少する。また、ベリリウムのようなより剛性の高い材料を 台座に使用する方法もあるが、この場合には、センサのコストが増加する。さら に、センサとセンサの取付面との間にグリース、接着剤あるいはポリマーの層を 塗布するという方法の場合、制御することが難しい付加的作業が必要となる。 したがって、本発明の課題は、単純で経済的で、工業的に簡単に実施可能な１ つの解決法を提案することである。 本発明の課題は、カラーによって延長されたスリーブ形状を有する台座によっ て構成されていて、前記カラーの下面が肩部を規定しており、この肩部上に少な くとも１つの圧電ワッシャーと複数の接続用ディスクと１つのサイズモ系質量と が積み重ねられており、カ ラーの下面が測定すべき部品と接触している形式の加速度センサを用いることに よって達成される。本発明においては、カラーの下面は、接触面上における荷重 分布平均直径が肩部の平均直径と同じまたはこれよりも大きくなるような中央窪 みを有している。 本発明の第１実施例においては、カラーの下面と部品との接触面は、リング形 状を有しており、このリング形状の内径は、スリーブの外径よりも大きく、平均 直径は、少なくとも肩部の平均直径と同じである。 この実施例の１つの特徴に基づき、カラーの下面は、スリーブと同軸的でかつ スリーブの外径よりも大きい直径を有するくりぬき部を有している。 本発明の第２実施例においては、カラーの下面は、少なくともその表面の一部 に延在するスリーブと同軸的な凹部を有している。 本発明に基づくセンサは、スリーブの中ぐり穴を貫通するねじによって部品に 固定されるようになっている。本発明の注目すべき特徴に基づき、接触面の領域 は、このねじが及ぼす圧力によって向かい合った表面が永久塑性変形しないよう に規定されている。 本センサの他の特徴および長所は、以下の説明を読むことにより、また、添付 図面を検討することにより、明らかになる。 − 図１（ａ）は、従来の技術によるセンサの縦断面図を示すものである。 − 図１（ｂ）は、従来の技術によるセンサの台座の下面を示す図ものである。 − 図２（ａ）は、本発明に基づくセンサの第１実施例の縦断面図を示すもので ある。 − 図２（ｂ）は、本発明に基づくセンサの台座の下面を示す図である。 − 図３は、従来の技術によるセンサと本発明に基づくセンサとの振動数応答曲 線を比較して示す図である。 − 図４は、本発明に基づくセンサの第２実施例の縦断面図を示すものである。 冒頭で部分的に説明した図１（ａ）を見ると、例えば内燃機関のシリンダヘッ ド内に生じる振動を測定するために用いられる形式の加速度センサ１の断面図が 示されており、振動の強度によってノッキングの存在を示す。このセンサは、圧 電ワッシャー２によって構成されており、この圧電ワッシャーは、ワッシャーの 両面をコネクタ（図示せず）に確実に電気接続するための２つの金属製のディス ク３の間に設置されている。ワッシャー２とほぼ同じ形状のサイズモ系質量４が 、ばね座金５とナット６とによって、前記積み重ね部に対して押しつけられてい る。これらの部品は、スリーブ１１形状を有する台座１０上に取り付けられてお り、このスリーブは、スリーブと同軸的なカラー１２で終端している。カラー１ ２の上面は、スリーブ１１ の外面１１２とカラーの縁部とによって規定された肩部１２２を形成しており、 この肩部上に積み重ね部が載置されている。カラーとは反対側のスリーブ１１の 端部はねじ山を有しており、このねじ山にナットがねじ込まれ、これにより、積 み重ね部に初期応力を加えることができる。固定用ねじ２０［図２（ａ）］を収 容するためにスリーブ１１内に設けられた中ぐり穴１１１と、部品３０［図２（ ａ）］と、例えばノッキングの検出が望まれるエンジンのシリンダヘッドとの接 触面１２１として働くカラーの下面とを除き、センサはプラスチック成形部７に よって被覆されている。 図１（ｂ）には、台座１０の下面図が示されている。この図を見ると、接触面 １２１が中ぐり穴１１１からカラーの縁部まで延びているのに対して、肩部１２ ２は、スリーブの外面１１２からカラーの同じ縁部まで延びていることがわかる 。接触面１２１の幾何学的平均直径がφ１で、また、眉部１２２の幾何学的平均 直径がφ２で表されている。直径φ１が、φ２よりもかなり小さいこともわかる 。カラーおよび部品３０の接触面は、締め付け前にはほぼ平行であるために、ね じ２０の締め付けによって生じる接触圧は均一に配分される。このために、荷重 分布平均直径φ′１は、接触面１２１に示された円の外側の表面によって支えら れる荷重が円の内側の表面によって支えられる荷重と等しくなるように、接触面 １２１上の円の直径として 規定されており、幾何学的平均直径φ１と同じである。部品３０の表面が完全に 平坦でない場合には、カラー１２は、中央で固定されていて端部が自由なディス クの挙動と同様の挙動を有し、これにより、雑振動が圧電ワッシャーに伝達され る。このセンサの振動数応答曲線が実線で示されている図３に見られるように、 比較的低い共振振動数Ｆｒ１が存在し、センサからの信号がほぼ線形となる有効 レンジＰＵ１が狭くなる。 図２（ａ）には、本発明に基づくセンサの第１実施例の断面図が示されており 、台座１０がより詳細に示されている。この台座は、カラー１２の下面に、スリ ーブ１１と同軸的なくり抜き部１３を有している。当該くり抜き部の直径は、ス リーブ１１の外面１１２の直径よりも大きい。当該くり抜き部の深さは、カラー １２の強度を損ねないために、１０分の数ミリメートルに制限されている。こう して、カラー１２の下面内に、スリーブ１１に対して垂直に、中央窪みが形成さ れている。また、カラーの下面の周囲部に段差１４も設けられている。こうした 変更の結果、部品３０上での台座１０の接触面１２１が変更される。図２（ｂ） を見るとわかるように、この接触面は、リング形状を有しており、くり抜き部１ ３の直径によって規定されたこのリング形状の内径はスリーブ１１の外径よりも 大きい。段差１４の半径方向の深さは、平均直径φ１、φ′１およびφ２がほぼ 一致するように選定されて いる。この配置構成は、カラー１２の雑振動をほぼ排除し、図３において点線で 示されている応答曲線に見られるように、センサの共振振動数Ｆｒ２をより高い 振動数帯へ移動させるという利点を有する。これにより、本発明に基づくセンサ の有効レンジＰＵ２が著しく増大する。 実験により、接触面１２１の平均直径φ１（またはφ′１）が肩部の平均直径 φ２の平均直径よりも大きい場合には、程度こそ小さいが、センサの振動数応答 曲線の同様の改善が得られることが確認された。したがって、段差１４の存在は 不可欠なものではない。しかしながら、この段差は、いくつかの利点を有してお り、例えば、センサを取り囲んで成形する時に、この段差によって成形部７を正 確に限定することができる。 この実施例においては、図１（ａ）および図１（ｂ）に示されている従来の技 法の場合のように、カラー１２の下面は、部品３０の表面にほぼ平行である。こ の結果、ねじ２０の締め付けにより発生する荷重のもとでカラー１２によって部 品３０に及ぼされる接触圧はほぼ均一であり、接触面１２１の幾何学的平均直径 φ１と荷重分布平均直径φ′１との間に差異が見られない。 図４に示されている第２実施例においては、カラーの下面の異なった形状、例 えば、僅かに凹形の形状に よって、同じ結果を得ることができる。カラー１２は、下面の母線とスリーブ１ １の軸線とによって形成される角度αが９０度を僅かに超えるように製作される ことができる。例えば、αの角度を９０．５°にすることにより、通常の寸法の センサで、１０分の数ミリメートルの凹部１３′を得ることができる。この場合 、センサの締め付け前には、センサは、カラー１２の下面の外縁部を介して部品 ３０上に載置されている。締め付け後、接触面１２１はカラーの下面全体に延在 することができるが、接触圧の分布が中央部よりも周囲部において高くなるので 、たとえ幾何学的平均直径φ１が眉部の平均直径φ２よりも小さいままであった としても、周囲部に向かって移動させられた、眉部の平均直径φ２と同じかこれ よりも大きな荷重分布平均直径φ′１を得ることができる。 言うまでもなく、カラーの下面の凹部は、必ずしも示された実施例のように円 錐台形の形状で得る必要はなく、この面の曲率半径を規定することによって得る ことができる。同様に、この凹部を得るために選定した形状は、必ずしもカラー の下面全体に延在する必要はない。 部品３０および台座１０のそれぞれの材料ならびにねじ２０に加えられる締め 付け応力に応じて接触面の面積を決定することが重要である。すなわち、台座に よって部品３０に及ぼされる最大圧力は、接触面が永 久変形しないために、これらの２つの材料のうちの強度の弱いほうの弾性限度を 超えてはならず、部品３０の表面が変形した場合には、結果的にセンサの交換が 困難、更には、不可能になる。このことは、接触面１２１が平坦ではあるが面積 が小さい場合にも考慮しなければならない。外径が約２０ｍｍで、向かい合った 材料が鋼、アルミニウムあるいは真鍮であるような自動車の電子部品に通常用い られているノッキング用センサの場合には、接触面１２１に関しては数ミリメー トルのリング幅で十分である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年１月４日 【補正内容】 請求の範囲 １．カラー（１２）によって延長されたスリーブ（１１）形状を有する台座（１ ０）によって構成された加速度センサ（１）であって、前記カラーの上面が肩部 （１２２）を規定しており、この肩部上に、少なくとも１つの圧電ワッシャー（ ２）と、複数の接続用デイスク（３）と１つのサイズモ系質量（４）とが積み重 ねられており、下面が、測定すべき部品（３０）と圧触している形式のものにお いて、 接触面（１２１）上の圧力によって生じる荷重の分布が、肩部の平均直径（ φ２）と同じかこれよりも大きい平均直径（φ′１）を有する円の両側において 同じになるように、カラーの下面が中央窪み（１３，１３′）を有していること を特徴とする、加速度センサ。 ２．カラーの下面と部品（３０）との間の接触面（１２１）がリング形状を有し ており、このリング形状の内径がスリーブの外径よりも大きく、また、平均直径 （φ１）が少なくとも眉部の平均直径（φ２）と同じである、請求項１記載のセ ンサ。 ３．カラー（１２）の下面、スリーブ（１１）と同軸的でかつスリーブの外径よ りも大きい直径を有するくり抜き部（１３）を有している、請求項２記載のセン サ。 ４．カラー（１２）の下面が、スリーブと同軸的でかつその表面の少なくとも一 部に延在する凹部（１３′）を有している、請求項１記載のセンサ。 ５．スリーブの中ぐり穴を貫通するねじ（２０）によって部品（３０）に固定さ れるようになっており、接触面（１２１）の面積が、ねじによって及ぼされる圧 力、センサおよび部品の向かい合った表面の材料に応じて、これらの表面の永久 塑性変形を回避するように定められている、請求項１記載のセンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．カラー（１２）によって延長されたスリーブ（１１）形状を有する台座（１ ０）によって構成された加速度センサ（１）であって、前記カラーの上面が肩部 （１２２）を規定しており、この肩部上に少なくとも１つの圧電ワッシャー（２ ）と、複数の接続用ディスク（３）と１つのサイズモ系質量（４）が積み重ねら れており、下面が、測定すべき部品（３０）と接触している形式のものにおいて 、 カラーの下面が、接触面（１２１）上の荷重分布平均直径（φ′１）が肩部の 平均直径（φ２）と同じかこれよりも大きくなるような中央窪み（１３，１３′ ）を有していることを特徴とする加速度センサ。 ２．カラーの下面と部品（３０）との間の接触面（１２１）がリング形状を有し ており、このリング形状の内径がスリーブの外径よりも大きく、また、平均直径 （φ１）が少なくとも肩部の平均直径（φ２）と同じである、請求項１記載のセ ンサ。 ３．カラー（１２）の下面が、スリーブ（１１）と同軸的でかつスリーブの外径 よりも大きい直径を有するくり抜き部（１３）を有している、請求項２記載のセ ンサ。 ４．カラー（１２）の下面が、スリーブと同軸的でか つその表面の少なくとも一部に延在する凹部（１３′）を有している、請求項１ 記載のセンサ。 ５．スリーブの中ぐり穴を貫通するねじ（２０）によって部品（３０）に固定さ れるようになっており、ねじによって及ぼされる圧力のもとで向かい合った表面 の永久塑性変形を回避するように接触面（１２２）の面積が定められている、請 求項１記載のセンサ。