JPH10267747A

JPH10267747A - ノックセンサ

Info

Publication number: JPH10267747A
Application number: JP9167697A
Authority: JP
Inventors: Minoru Hyodo; 稔兵藤
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の振動からノッキングを検出するノ
ックセンサにおいて、自己診断抵抗を削減してコスト低
減を図る。【解決手段】ハウジング３の筒部３Ｂには、下側リー
ドプレート６、圧電素子５、上側リードプレート７、抵
抗シート２２、ウエイト９、ディスクスプリング１０を
順次挿入する。下側リードプレート６と上側リードプレ
ート７との間には、抵抗シート２２と圧電素子５が電気
的に並列接続され、抵抗シート２２は自己診断抵抗とな
る。これにより、リードプレート６，７間に電圧を印加
して抵抗値を測定することにより、ノックセンサ２１の
絶縁不良、通電不良を判定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば内燃機関の
振動を、ピエゾ効果を有する圧電素子によって検出する
ノックセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガソリンエンジンの熱効率を上
げるためには、圧縮比を高めることが効果的であるが、
これにはガソリンのオクタン価の制約がある。特に、混
合気を排気ターボ過給機で予圧するターボ過給エンジン
の場合には、ノッキングが問題になる。そこで、ターボ
過給エンジンの圧縮比をなるべく下げないために、ノッ
クコントロールシステムが採用されている。

【０００３】このノックコントロールシステムは、内燃
機関に取付けられたノックセンサによって該内燃機関の
振動を検出し、該ノックセンサでノッキングの発生を感
知した場合には、コントロールユニットが点火時期を早
める制御を行うものである。

【０００４】そして、このシステムは、ノッキングを回
避することにより、エンジンをノッキング発生限界に近
い点火時期で運転させ、燃焼効率を高めると共に、出力
と燃費の向上を図っている。

【０００５】ここで、従来技術として圧電体を用いたノ
ックセンサを、図６ないし図８を参照しつつ説明する。

【０００６】１は外形をなす樹脂部２によって覆われた
ノックセンサを示し、該ノックセンサ１の樹脂部２には
コネクタ部２Ａが形成されている。

【０００７】３はノックセンサ１のベースをなす段付筒
状のハウジングを示し、該ハウジング３は、円板状のフ
ランジ部３Ａと、該フランジ部３Ａから軸方向に延びる
筒部３Ｂと、該筒部３Ｂの先端側外周面に位置して形成
されたおねじ部３Ｃと、前記筒部３Ｂの先端部でかつ該
おねじ部３Ｃの上側に位置した上側溝部３Ｄと、前記フ
ランジ部３Ａの外周面に形成された３個の鍔部を有する
下側溝部３Ｅとからなる。そして、前記上側溝部３Ｄと
下側溝部３Ｅは、外部から水等が浸入するのを防止して
いる。

【０００８】４はハウジング３の筒部３Ｂ外周に被着さ
れた絶縁チューブを示し、該絶縁チューブ４は熱収縮チ
ューブにより形成され、その基端側がハウジング３のフ
ランジ部３Ａ側に当接し、先端側は筒部３Ｂの中央部
（おねじ部３Ｃより下側）まで伸長している。また、該
絶縁チューブ４は熱収縮チューブによって形成されてい
るから、筒部３Ｂに対して実質的に固着した状態で配設
されている。そして、該絶縁チューブ４は、内周側に位
置した筒部３Ｂと、外周側に位置した後述の下側リード
プレート６、圧電素子５、上側リードプレート７、ウエ
イト９とを絶縁するものである。

【０００９】５は環状の圧電素子で、該圧電素子５はハ
ウジング３の筒部３Ｂに挿入され、フランジ部３Ａ側に
位置して設けられている。また、該圧電素子５はチタン
酸鉛等の圧電材料からなり、該圧電素子５は、例えば軸
方向に対して応力軸、分極軸、信号軸のそれぞれの方向
が等しいｄ３３素子によって形成され、該圧電素子５は
ハウジング３を介して伝わる軸方向の振動を、軸方向の
電圧信号として検出する。

【００１０】６は導電性金属材料によって円環状の板体
に形成された下側リードプレートを示し、該下側リード
プレート６は、円板部６Ａと、該円板部６Ａから径方向
に突設した腕部６Ｂと、該腕部６Ｂに溶接された端子部
６Ｃとからなる。また、該下側リードプレート６は、ハ
ウジング３の筒部３Ｂに挿入された状態で、圧電素子５
の下面に接触している。

【００１１】７は導電性金属材料によって円環状の板体
に形成された上側リードプレートを示し、該上側リード
プレート７は、円板部７Ａと、該円板部７Ａから径方向
に突設した腕部７Ｂと、該腕部７Ｂに溶接された端子部
７Ｃとからなる。また、該上側リードプレート７は、ハ
ウジング３の筒部３Ｂに挿入された状態で、圧電素子５
の上面に接触して設けられている。

【００１２】８は絶縁樹脂により薄い円環状に形成され
た絶縁シートで、該絶縁シート８は前記ハウジング３の
筒部３Ｂに挿入され、前記上側リードプレート７の上面
に位置して設けられている。そして、該絶縁シート８
は、上側リードプレート７と後述するウエイト９とを絶
縁するものである。

【００１３】９は環状の肉厚なウエイトを示し、該ウエ
イト９はハウジング３の筒部３Ｂに挿入され、前記絶縁
シート８の上面に位置して設けられている。また、前記
ウエイト９は、後述するディスクスプリング１０とナッ
ト１１と共に圧電素子５に予圧を与えるもので、鉄等の
金属材料によって形成されている。

【００１４】１０はディスクスプリングを示し、該ディ
スクスプリング１０は例えば皿ばね、波形座金等によっ
て形成され、該ディスクスプリング１０は前記ハウジン
グ３の筒部３Ｂに挿入され、前記ウエイト９の上側に位
置して設けられている。

【００１５】１１はナットで、該ナット１１はハウジン
グ３のおねじ部３Ｃに締着して設けられている。ここ
で、前記ナット１１をおねじ部３Ｃに締付けることによ
り、下側リードプレート６、圧電素子５、上側リードプ
レート７、絶縁シート８、ウエイト９、ディスクスプリ
ング１０をハウジング３に固定すると共に、ディスクス
プリング１０とウエイト９を介して圧電素子５に予圧を
与えている。

【００１６】１２は例えば５６０ｋΩの抵抗値を有する
自己診断抵抗を示し、該自己診断抵抗１２は、図７に示
すように、下側リードプレート６の端子部６Ｃと上側リ
ードプレート７の端子部７Ｃとの間に接続されている。
そして、リードプレート６，７間に電圧を印加して、該
リードプレート６，７間の抵抗値を検出することによ
り、当該ノックセンサ１の自己診断を行うものである。

【００１７】ここで、ノックセンサ１を製造するには、
ハウジング３の筒部３Ｂに絶縁チューブ４を被着する。
次に、ハウジング３の筒部３Ｂに、下側リードプレート
６、圧電素子５、上側リードプレート７、絶縁シート
８、ウエイト９を順次挿入する。次に、該ウエイト９の
上側にはディスクスプリング１０を挿入した状態で、ナ
ット１１を該ハウジングのおねじ部３Ｃに締付ける。そ
の後に、リードプレート６，７間に自己診断抵抗１２を
半田付けまたはスポット溶接等の手段で接合し、全体を
樹脂部２で成型する。この際、リードプレート６，７の
端子部６Ｃ，７Ｃを外部に突出するコネクタ部２Ａとし
て同時に形成する。

【００１８】このように構成されるノックセンサ１は、
ハウジング３の筒部３Ｂ内に挿入したボルトによって内
燃機関（いずれも図示せず）に取付けられる。そして、
該ノックセンサ１は内燃機関にノッキング振動が生じる
と、この振動を圧電素子５で電圧信号に変換し、該電圧
信号は下側リードプレート６と上側リードプレート７を
介して出力信号Ｖout として外部に導出される。

【００１９】また、上述した従来技術によるノックセン
サ１では、短絡を防止するために、ハウジングの筒部３
Ｂ外周には絶縁チューブ４を設けると共に、上側リード
プレート７とウエイト９との間には絶縁シート８を配設
している。このため、図８に示すように、リードプレー
ト６，７間には、圧電素子５と自己診断抵抗１２とが電
気的に並列接続されることになる。

【００２０】なお、図８に示すように、下側リードプレ
ート６と上側リードプレート７との間には、絶縁シート
８、ウエイト９、ディスクスプリング１０、ナット１
１、ハウジング３を介しての接続もあり得るが、前記絶
縁シート８は上側リードプレート７とウエイト９との間
を絶縁しているから、この系路は電気的に接続されてい
ない。

【００２１】ここで、従来技術によるノックセンサ１の
自己診断は、下側リードプレート６と上側リードプレー
ト７との間に電圧を印加し、該リードプレート６，７間
の抵抗を計測することにより行う。即ち、計測された抵
抗値が自己診断抵抗１２の抵抗値に近い場合には、絶縁
チューブ４または絶縁シート８によるリードプレート
６，７間の絶縁状態、下側リードプレート６，自己診断
抵抗１２，上側リードプレート７の接続状態が共に良好
であり、このとき、ノックセンサ１は正常であると判定
することができる。一方、計測された抵抗値が零に近い
場合には、絶縁チューブ４または絶縁シート８によるリ
ードプレート６，７間の絶縁不良によって、該リードプ
レート６，７間で短絡が発生していると判定する。さら
に、計測された抵抗値が無限大の場合には、リードプレ
ート６，７間に接続された自己診断抵抗１２が接続不良
によって、開放していると判定する。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した従
来技術によるノックセンサ１では、製品として製造した
後に製品検査による自己診断を行うために、下側リード
プレート６と上側リードプレート７との間には自己診断
抵抗１２が配設されている。しかし、リードプレート
６，７間に自己診断抵抗１２を接合する抵抗接合工程
は、半田付けまたはスポット溶接等の手段を用いている
ため、ノックセンサ１の製造工程のうち、特にコストが
嵩む工程である。

【００２３】また、樹脂部２のモールド工程では、リー
ドプレート６，７間に配設された自己診断抵抗１２が、
充填される樹脂の流動抵抗となると共に、リードプレー
ト６，７に熱膨張、熱収縮による繰り返し応力が加わる
ことになり、該リードプレート６，７から自己診断抵抗
１２が断線する可能性があった。

【００２４】本発明は、上述した従来技術の問題に鑑み
なされたもので、本発明は上側リードプレートとウエイ
トとの間に高抵抗な抵抗シートを配設することにより、
自己診断を行うことのできるノックセンサを提供するこ
とを目的としている。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明が採用するノックセンサは、フランジ部
から軸方向に筒部が延び該筒部先端側がおねじ部となっ
たハウジングと、前記ハウジングの筒部外周に設けられ
た絶縁チューブと、該絶縁チューブの外周側に位置して
前記ハウジングの筒部に挿入して設けられた圧電素子
と、該圧電素子の下面，上面に位置して設けられた下側
リードプレート，上側リードプレートと、該上側リード
プレートの上側に位置して設けられた抵抗シートと、前
記圧電素子に予圧を与えるために、該抵抗シートの上面
にウエイト、ディスクスプリングを介在させた状態で前
記ハウジングのおねじ部に締付けられたナットとから構
成したことにある。

【００２６】このような構成とすることにより、上側リ
ードプレートと下側リードプレートとの間には、圧電素
子と抵抗シートとが電気的に並列接続され、該抵抗シー
トを自己診断抵抗として用いることができる。即ち、製
品検査の自己診断時には、外部からリードプレート間に
電圧を印加し、該リードプレート間の抵抗値を計測する
ことにより、製品の良品、不良品を判別することができ
る。

【００２７】請求項２に係る発明では、抵抗シートを比
較的小さい体積抵抗率を有する樹脂材料により形成した
から、該抵抗シートを自己診断抵抗として用いることが
できる。

【００２８】請求項３に係る発明では、抵抗シートの表
面に抵抗体を設けたセラミック板により形成したから、
該抵抗シートを自己診断抵抗として用いることができ、
しかも形成した抵抗体の膜厚、面積を調整して抵抗値を
可変にできる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施の形態を
添付図面に従って詳細に説明するに、図１ないし図５は
本発明による実施例を示す。

【００３０】なお、実施の形態では前述した従来技術と
同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略す
るものとする。

【００３１】まず、図１ないし図３に基づいて、本発明
による第１の実施例を説明するに、２１は本実施例によ
るノックセンサを示し、該ノックセンサ２１は従来技術
で述べたノックセンサ１とほぼ同様に、ハウジング３の
筒部３Ｂ外周に被着された絶縁チューブ４と、筒部３Ｂ
に順次挿入された下側リードプレート６、圧電素子５、
上側リードプレート７、後述する抵抗シート２２、ディ
スクスプリング１０、ナット１１から構成されている。

【００３２】２２は本実施例による抵抗シートで、該抵
抗シート２２は、図２に示す如く、例えばポリアセター
ル（ＰＯＭ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰ
Ｓ）、導電性シリコンゴム、銅繊維入り樹脂等から薄い
円環状に形成された樹脂部材２２Ａにカーボン繊維２２
Ｂ，２２Ｂ，…が添加されている。これにより、該抵抗
シート２２は、添加されたカーボン繊維２２Ｂによっ
て、例えば５６０ｋΩの高い抵抗値を有する。

【００３３】ここで、前記抵抗シート２２の抵抗値につ
いて説明する。なお、便宜上、抵抗シート２２の抵抗値
をＲ、断面積をＳ〔ｍ² 〕、厚さをｄ〔ｍ〕、体積抵抗
率をρ〔Ω・ｍ〕とすると、抵抗値Ｒは数１のようにな
る。

【００３４】

【数１】

【００３５】そして、この数１により、抵抗シート２２
を形成する樹脂材料の体積抵抗率ρは、数２のように設
定される。

【００３６】

【数２】

【００３７】また、抵抗シート２２は、上側リードプレ
ート７とウエイト９との間に配設されているから、図３
に示すように、下側リードプレート６と上側リードプレ
ート７との間には、抵抗シート２２、ウエイト９、ディ
スクスプリング１０、ナット１１、ハウジング３の電気
的な接続系路が成り立ち、リードプレート６，７間に
は、圧電素子５と抵抗シート２２とが電気的に並列接続
される。

【００３８】ここで、前記抵抗シート２２について具体
的な数値を入れて考える。例えば、抵抗シート２２の外
径寸法を２４〔ｍｍ〕、内径寸法を１５〔ｍｍ〕とする
と、該抵抗シート２２の断面積Ｓは約２７５．６７〔ｍ
ｍ² 〕となり、厚さｄを０．２〔ｍｍ〕、抵抗値Ｒを５
６０ｋΩとすると、前記数２によって算出される体積抵
抗率ρは約７．７×１０² 〔Ω・ｍ〕となる。そして、
この体積抵抗率ρを有する樹脂材料を用いて抵抗シート
２２を製造することにより、抵抗値５６０ｋΩとなる抵
抗シート２２を形成できる。

【００３９】一方、抵抗シート２２の大きさを若干変更
した場合には、外径寸法を２４から２３〔ｍｍ〕に変
え、厚さｄを０．２から０．４〔ｍｍ〕に変えると、前
記数２によって算出される体積抵抗率ρは約３．３×１
０² 〔Ω・ｍ〕となり、この体積抵抗率ρを有する材料
を用いて抵抗シート２２を製造することにより、抵抗値
５６０ｋΩとなる抵抗シート２２を形成できる。

【００４０】本実施例によるノックセンサ２１は、この
ように構成されるが、ノックセンサ２１としての作動
は、従来技術によるノックセンサ１と同様で、内燃機関
にノッキング振動が生じると、この振動を圧電素子５で
電圧信号に変換し、該電圧信号は下側リードプレート６
と上側リードプレート７とを介して出力信号Ｖout とし
て外部に導出することができる。

【００４１】また、本実施例によるノックセンサ２１で
は、自己診断を行うときに、下側リードプレート６と上
側リードプレート７との間に電圧を印加し、該リードプ
レート６，７間の抵抗を計測することにより行う。即
ち、計測された抵抗値が抵抗シート２２の抵抗値に近い
場合には、絶縁チューブ４によるリードプレート６，７
間の絶縁状態、上側リードプレート７，抵抗シート２
２，ウエイト９の接続状態が共に良好であり、このと
き、ノックセンサ２１は正常であると判定することがで
きる。一方、計測された抵抗値が零に近い場合には、絶
縁チューブ４によるリードプレート６，７間の絶縁不良
によって、該リードプレート６，７間で短絡が発生して
いると判定する。さらに、計測された抵抗値が無限大の
場合には、抵抗シート２２が接触不良によって、開放し
ていると判定する。

【００４２】かくして、本実施例によるノックセンサ２
１では、上側リードプレート７とウエイト９との間に配
設した抵抗シート２２によって従来技術による自己診断
抵抗１２の代用としたから、従来技術のノックセンサ１
に比べて部品定数を削減することができる。しかも、従
来行っていた自己診断抵抗１２のリードプレート６，７
への接合工程を廃止することができ、ノックセンサ１の
製造工数を削減して作業性を向上し、コスト低減を図る
ことができる。

【００４３】また、本実施例では、従来技術による絶縁
シート８に換えて抵抗シート２２を用いているから、従
来の製造工程を変更することなく実施が可能である。

【００４４】さらに、抵抗シート２２は上側リードプレ
ート７とウエイト９との間に挟持されているから、従来
技術のように、樹脂部２のモールド時に自己診断抵抗１
２が断線する等の不具合を防止することができ、ノック
センサ２１の信頼性を高めることができる。

【００４５】次に、図４と図５は、本発明による第２の
実施例を示すに、本実施例の特徴は、抵抗シートを、表
面に抵抗体を形成したセラミック板により形成したこと
にある。なお、本実施例では、前述した従来技術と同一
の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するも
のとする。

【００４６】３１は本実施例によるノックセンサを示
し、ノックセンサ３１は従来技術で述べたノックセンサ
１とほぼ同様に、ハウジング３の筒部３Ｂ外周に被着さ
れた絶縁チューブ４と、筒部３Ｂに順次挿入された下側
リードプレート６、圧電素子５、上側リードプレート
７、後述する抵抗シート３２、ディスクスプリング１
０、ナット１１から構成されている。

【００４７】３２は本実施例による抵抗シートで、該抵
抗シート３２は、図５に示す如く、アルミナ等によって
挿通穴３３Ａを有して薄い円環状に形成されたセラミッ
ク板３３と、該セラミック板３３の上下面に挿通穴３３
Ａを跨いで１８０度離間した位置に形成された抵抗体と
なる抵抗ペースト３４，３４とから構成されている。ま
た、該各抵抗ペースト３４は、カーボンを添加したフェ
ノール樹脂、ＡｕとＰｔの合金等によって形成され、膜
厚と面積を調整することによって抵抗値を設定する。

【００４８】本実施例によるノックセンサ３１は、この
ように構成されるが、ノックセンサ３１の作動は第１実
施例によるノックセンサ２１と同様に作動する。

【００４９】また、ノックセンサ３１の自己診断におい
ても、第１実施例によるノックセンサ２１と同様に、計
測された抵抗値が抵抗シート３２の抵抗値に近い場合に
は、絶縁チューブ４によるリードプレート６，７間の絶
縁状態、上側リードプレート７，抵抗シート３２，ウエ
イト９の接続状態が共に良好であり、このとき、ノック
センサ３１は正常であると判定する。一方、計測された
抵抗値が零に近い場合には、絶縁チューブ４による絶縁
不良によって、リードプレート６，７間で短絡している
と判定する。さらに、計測された抵抗値が無限大の場合
には、抵抗シート３２が接触不良によって、開放してい
ると判定する。

【００５０】かくして、本実施例によるノックセンサ３
１では、上側リードプレート７とウエイト９との間に配
設した抵抗シート３２により従来技術による自己診断抵
抗１２の代用としたから、従来技術のノックセンサ１に
比べて部品定数を削減すると共に、自己診断抵抗１２の
接合工程を廃止でき、ノックセンサ１の製造工程におけ
る作業性を向上させ、コスト低減を図ることができる。

【００５１】しかも、本実施例による抵抗シート３２
は、セラミック板３３の表面に抵抗ペースト３４を塗布
することにより形成しているから、該抵抗ペースト３４
をトリミングすることにより抵抗値を可変にすることが
できる。

【００５２】なお、前記第２の実施例では、セラミック
板３３の表面に抵抗ペースト３４を塗布して形成するよ
うにしたが、本発明はこれに限らず、抵抗を印刷によっ
て形成するようにしてもよい。

【００５３】

【発明の効果】以上詳述した如く、請求項１の本発明に
よれば、上側リードプレートとウエイトとの間に抵抗シ
ートを配設することにより、上側リードプレートと下側
リードプレートとの間には、圧電素子と抵抗シートとが
電気的に並列接続された状態で配設され、該抵抗シート
は自己診断抵抗として用いることができる。即ち、製品
検査の自己診断時には、外部からリードプレート間に電
圧を印加し、該リードプレート間の抵抗値を計測するこ
とにより、製品の良品、不良品を判別でき、ノックセン
サの信頼性を高めることができる。しかも、従来各リー
ドプレート間に接合されていた自己診断抵抗を廃止でき
るから、部品点数を削減できると共に、抵抗の接合工程
を削減でき、コスト低減を図ることができる。

【００５４】請求項２の発明では、抵抗シートを比較的
小さい体積抵抗率を有する樹脂材料により形成すること
により、該抵抗シートを自己診断抵抗として用いること
ができる。

【００５５】請求項３に係る発明では、抵抗シートの表
面に抵抗体を設けたセラミック板により形成することに
より、該抵抗シートを自己診断抵抗として用いることが
でき、しかも形成した抵抗の膜厚、面積を調整して抵抗
値を可変にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例によるノックセンサを示す縦断面
図である。

【図２】図１中の抵抗シートを示す斜視図である。

【図３】上側リードプレートと下側リードプレートとの
間に位置した圧電素子、抵抗シート、ウエイト、ディス
クスプリング、ナット、ハウジングの電気的な接続状態
を示す説明図である。

【図４】第２の実施例によるノックセンサを示す縦断面
図である。

【図５】図４中の抵抗シートを示す斜視図である。

【図６】従来技術によるノックセンサを示す縦断面図で
ある。

【図７】上側リードプレート、下側リードプレートと自
己診断抵抗との接合状態を示す平面図である。

【図８】上側リードプレートと下側リードプレートとの
間に位置した圧電素子、自己診断抵抗、絶縁シート、ウ
エイト、ディスクスプリング、ナット、ハウジングの電
気的な接続状態を示す説明図である。

【符号の説明】

３ハウジング３Ａフランジ部３Ｂ筒部３Ｃおねじ部４絶縁チューブ５圧電素子６下側リードプレート７上側リードプレート９ウエイト１０ディスクスプリング１１ナット２１，３１ノックセンサ２２，３２抵抗シート２２Ａ樹脂部材２２Ｂカーボン繊維３３セラミック板３４抵抗ペースト（抵抗体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フランジ部から軸方向に筒部が延び該筒
部先端側がおねじ部となったハウジングと、前記ハウジ
ングの筒部外周に設けられた絶縁チューブと、該絶縁チ
ューブの外周側に位置して前記ハウジングの筒部に挿入
して設けられた圧電素子と、該圧電素子の下面，上面に
位置して設けられた下側リードプレート，上側リードプ
レートと、該上側リードプレートの上側に位置して設け
られた抵抗シートと、前記圧電素子に予圧を与えるため
に、該抵抗シートの上面にウエイト、ディスクスプリン
グを介在させた状態で前記ハウジングのおねじ部に締付
けられたナットとから構成してなるノックセンサ。
【請求項２】前記抵抗シートは、比較的小さい体積抵
抗率を有する樹脂材料により形成してなる請求項１記載
のノックセンサ。
【請求項３】前記抵抗シートは、表面に抵抗体を設け
たセラミック板により形成してなる請求項１記載のノッ
クセンサ。