JPS59164921A - 内燃機関用ノツキング検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の気筒内圧力により気筒外に生じる振
動によってノッキングを検出して、所定のノッキング程
度に点゛火時期を調整する機能を持つ内燃機関用点火時
期制御装置等に用いるノッキング検出器に関するもので
ある。。

点火時期と気筒内圧とは強い相関関係のあることが一般
に知られており、点火時期が進むとともに、エンジンシ
リンダのボア径と燃焼時の音速により決まる高周波（通
常６〜，９ＫＨｚ、１１〜１３ＫＨｚ、１６〜１９ＫＨ
ｚ帯）の振動成分が大きくなり、気筒外へ振動あるいは
音としてノッキングが発生しその程度が大きくなる。ノ
ッキング程度は通常ノッキングの発生しはじめのトレー
スノック、徐々に大きくなるとライトノック、さらに大
きくなるとベビーノックと呼ばれ、内燃機関に悪影響を
与えることなく機関の効率を良くするには、トレースノ
ックの状態に内燃機関が常にあるように点火時期をフィ
ードパンク制御すれば良く、厳しい環境条件下で精度良
く安定に作動しうるノッキング検出器が必要となる。

従来、この種の検出器として、一般の加速度検出器を流
用したもの、すなわちその共振周波数がノッキングの発
生する周波数帯によも上方に位置して、ノンキングの周
波数以下はほぼ平坦な周波数特性となる□もの（以下、
これを非共振型と呼ぶ）およびノッキングの周波数に共
振点を持たせて共振点近傍の感度が他に比較して著しく
高いもの（以下、これを共振型と呼ぶ）とがある。ここ
で、共振型のノッキング淋ンサは、共振の尖鋭度Ｑが高
いという特徴を持ちノンキングの周波数に共振点を持た
せるとノンキング周波数に対するＳＮ比が高いという長
所を持つが、共振点をノッキング周波数に調整するのが
難しく共振点がずれるとＳＮ比が大幅に低下する欠点を
持つ。また一般にノッキングの周波数は内燃機関の種類
によって異なり、一つの内燃機関においても気筒間でバ
ラツキが生じ、エンジン回転数等の条件によりその周波
数の変化することもある。

以上の問題点を解決するために、内燃機関の種類により
異なる検出器にする必要のない非共振型のものが考えら
れる。非共振型の検出器としては、小型化の可能な圧電
素子を感圧部のセンサと・して用い、共振点をノッキン
グ周波数の影響のない高周波にしたものが有力である。

第１図は、この非共振型の検出器として考えられる代表
的なもので、内燃機関のシリンダブロックの振動を検出
する感圧部１、その信号を出力コネクタ部２へ伝達する
信号伝達部３、コネクタ部２と信号伝達部３をおおい保
護する／”ｔウジング部４よりなる。

ここで感圧部１は、エンジンのシリンダプロ・ツクの振
動を電気信号に変換する圧電素子１００、ウェート１０
１、圧電素子１００の出力を絶縁するための絶縁管１０
２、平ワ・ンシャー１０３、圧電体にプリセント荷重を
かけるためのスプリングワッシャー１０４とネジ１０５
より成る。コネクタ部２は、出力用ビン２０１、打ち込
み用の金属リング２０２と樹脂２０３とを一体成形した
ものである。

信号伝達部３は、圧電素子１００からウエート１０１に
伝達された信号を出力用ビン２０１に伝達するリード線
で、ハンダ付けにより両端がウエート１０１と出力用ビ
ン２０１とにそれぞれ固定されている。

ハウジング部４は、感圧部１を内部に固定した後コネク
タ部２を打ち込み保護する金属性のハウジング４００と
コネクタ部２を打ち込み巻き締めする時の金属リング４
０１、防水用の０リング４０２より成る。

ここで、通常考えられる非共振型の検出器は、第１図の
ように信号伝達部３にリード線を用いることになるが、
リード線を取り付けるためにハンダ付けの必要があり組
み付けがやっかいであるし、長期間使用した場合振動に
よりリード線のハンダ付は部が断線したりはずれたりす
る心配があり信頼性に不安がある。

そこで、リード線の代りにバネを使用することが考えら
れるが、バネが強いとバネを介してコネクタ部２がウェ
ートとして作用し、検出器の共振点がノック周波数域に
表おれたり、ハウジング４００に打ち込んだコネクタ部
２が抜けていく心配がある。一方バネが弱いとバネの固
有振動が接点不良をおこすといった問題点が出てくる。

本発明の内的は、非共振型のノッキング検出群において
、長期使用に対しても信頼性のあるノ・）キング検出器
を提供することである。

本発明においては、感圧部から信号出力するコネクタ部
へ信号を伝達する信号伝達部にバネを用い、そのバネが
感圧部に影響を与えない程度に弱く、そのバネが２種類
以上の固有振動を持つようにすることで、ノック周波数
帯域を含むシリンダブロックの振動周波数域において、
同時にバネが振動し接触不良することを防ぎ信頼性を上
げることができる。

以下本発明を図に示す実施例について説明する。

第２図は本発明になるノッキング検出器を用いたノック
フィードバック点火システムの構成図である。

図中１０は４気筒列型内燃機関であり、機関１０のシリ
ンダブロック部にノッキング検出器２０がねじ等の手段
で装着しである。３０はノンキング検出器２０の出力信
号から機関のノンキングを検出するノンキング検出回路
、４０は検出回路３０の出力に応じて点火時期を進遅角
させて最遠位置に制御する点火時期制御装置である。こ
の制御装置４０の出力信号は公知の点火装置５０を介し
て、機関１０に装着した点火プラグにより混合気に、着
火す免。このシステムに用いたノッキング検出回路３０
は図示し−ない点火信号を検出して、点火直後のノッキ
ングの発生しない所定時間又は所定クラン身角度におい
て、機関振動によるノイズ成分を、前記検出器２０の出
力を用いてサンプリングし、これとノンキングの発生し
やすい上死点ＴＤＣ後（指圧のピーク後）の所定時間あ
るいは所定角度のセンサの出力との比（積分値即ち平均
化した値を用いることもある）をとってノッキングの有
無を検出している。あるいはノッキングの有無を単に１
個の信号によらず確率的に処理する場合もある。例えば
１００回の点火に対し何％のノッキングが生じたかによ
ってノッキングの有無を判定する。点火時期制御装置４
０ではこのノッキングの有無に従って点火時期を進遅角
させる。

これらノッキング検出回路３０および点火時期割く 御装置４０の詳細構成については公知であるため説明を
省略するが、ノッキングを検出して点火ワ期を制御する
ものであればいずれの方式にても本検出器が使用可能な
ことは明らかである。

次にノンキング検出器２０について詳述する。

第３図は本発明の第１の実施例で、感圧部１、コネクタ
部２、信号伝達部３、ハウジング部４より成る。

感圧部１において、１００は圧電素子であり、ＰＺＴ等
の圧電材料を平ワツシヤのように真中に穴のあいた円板
状に製作したもので、ノッキング周波数帯の特性がフラ
ットになるように共振点は４０ＫＨｚ以上にあり、板状
の面方向に力が働くとその力に応じた電荷が板状の両面
に発生する。

１０１は円柱状の導電性金属でできたウェート、１０２
は耐熱性の樹脂またはセラミック等の絶縁材よりなる絶
縁管、１０３は平ワツシヤー、１０４はスプリングワッ
シャー、１０５は１００〜１０４の各部品をハウジング
部４に固定するためのネジである。以上のようにハウジ
ング部４に圧電素子１００、ウェート１０１、ネジ１０
５と組み付けることにより、圧電素子１００はネジ１０
５の締め付はトルクでプリセット荷重のかかった状態に
なり、ハウジング部４が振動するとウェート１．０１の
重さに比例した力が圧電素子１ｏｏに荷重としてかかり
、圧電素子１ｏｏの両面に電荷が発生する。この圧電素
子１００の一方の出方はウェート１０１に伝達され、他
方の出力はハウジング部４に伝わることになる。なお、
ｌｏ４のスプリングワッシャーは、長期に安定してプリ
セット荷重を圧電素子１ｏｏにかけるためのもので、サ
ラバネ等を用いても良い。

コネクタ部２は、出力用ビン２０１と金属円柱２０４と
を接着材または溶接等により一体化したものと、ハウジ
ング部４に打ち込むための金属リング２０２と樹脂２０
３とを一体成形したものである。

信号伝達部３は、２つの異なる固有振動数を持ち、圧電
素子１００からウェート１０１に伝えられた信号を出力
用ビン２．０１に伝達するためのバネ３００と、このバ
ネ３００をコネクタ部２に固定するために、金属円柱２
０４に打ち込まれる金属ビン３０１とより成る。

ハウジング部４は、ハウジング４００．スペーサーリン
グ４０１．０リング４０２とよりなり、ハウジング４０
０はコツプ状で内側底面に、ネジ１０５を固定するため
の雌ネジがきってあり、外側底部は検出器をエンジンブ
ロックに固定するために雄ネジになっている。

ここで信号伝達部３のバネ３００をわかり易くした図を
第４図に示す。第４図では真中に穴３゜１をあけ、４５
°ずっ８方向に２種の幅を持つ板部３ａ、３ｂが交互に
並ぶように加工した断面皿状のもので各板部３ａ、３ｂ
の厚さと長さを等しくして幅のみが異なり、この違いに
より各板部３ａ、３ｂの固有振動数を変えである。

第５図は、一方の板部３ａを平面方向から見て湾曲させ
ることにより２フの板部３ａ、３ｂの長さを変えて固有
振動数をずらしたバネ３００の他の例である。

以上水した２つの例では、いずれも２種類の固有振動数
を持つ板でバネ３００ができており、バネ３００の力が
ウェート１０１の上面に均一にかかるような構造となっ
ているが、すべての板部の固有振動数をかえても良い。

なお、固有振動数を異なるものにするにＪよ、板部の幅
と長さの両方を変える、リブを付ける、切り欠きを設け
る等積々の方法が考えられる。

次に、バネ３００の固有振動の決め方について説明する
。バネの固有振動数ｆｓは一般にｆｓ−αＪｋ　／　ｍ
　ｓで与えられる（ｋ：バネ定数、ｍｓ：バネ自体の質
量）。ここでαは支持条件と振動様式によって定まる定
数で、本実施例では一端自由、他端固定であるから、α
は、α＝１／４゜３／４．・・・・・・（２ｉ−１）／
４となる。そこで、例えば板部３ａのＪ正７旨ＴをＡ１
板部３ｂの、ｒ「フ”ｍｓを２Ａと２倍にすると、板部
３ａの固有振動数は、（１／４）Ａ、　　（３／４）Ａ
・・・・・・（（２ｉ−１）／４）Ａとなり、板部３ｂ
の固有振動数は（１／２）Ａ、　　（３／２）Ａ、・・
・・・・（（２１−１）／２）　Ａとなり、板部３ａと
３ｂの固有振動数が一致することはなく、同時に共振−
してウェート１０１から離れることはない。

以上第１の実施例は、ハウジング部４に感圧部１を取り
付けた後、コネクタ部２に２つ℃上の固有振動数を持ち
、その固有振動数が全て一致するような周波数がなく、
感圧部１に影響を与えない程度の弱いバネ３００を取り
付け、ハウジング４００に打ち込み固定するものであり
、２種類以上の固有振動数を持つバネ３００を使用する
ことにより、組み付は易く信頼性のあるノッキング検出
器となっている。

本胤明の第２の実施例を第６図、第７図に示す。

この第２の実施例では、信号伝達部３のバネ３００の力
のかかる方向が、プリセット荷重がかかり振動検出する
方向に対して垂直方向になっている。

このようにバネ３００の力の方向と圧電素子１００にか
かる力の方向を異なるようにすることで、バネ３００の
力の感圧部１への影響をより小さくすることができる。

次に、第２の実施例の第１の実施例と異なっている点の
構造について説明する。コネクタ部２は出力用ピン２０
１、金属円柱２０４と信号伝達部３のバネ３００とをネ
ジ３０１とナツト２０５でつないだものと、金属リング
２０２とを樹脂２０３で一体成形したち−のである。

第７図は第６図のバネ３００を示したもので、底の真中
に固定用の穴３０１があり、球面方向に２種類の固有振
動数を持つ板部３ａ、３ｂが出ていて、第６図のウェー
ト１０１の中空内周面と振動検出方向の垂直方向に最も
ふくらんだ点で接する。

本発明の第３の実施例を第８図、第９図に示す。

第３の実施例では、第１．第２の実施例と異なり、信号
伝達部３のバネ３００が感圧部１の方に固定され、コネ
クタ部と接する側が自由端となっている！ コネクタ部２は、出力用ピン２０１と金属管２０４とを
継いだものと金属リンク’　２０２とを樹脂２０３で一
体成形し、金属管の内側を中空としたもので、金属管２
０４の内径より、自由状態での外径が少し大きい信号伝
達部３のバネ３００が、コネクタ部２をハウジング部４
に打ち込む時スムースに入るように金属管２０４下部の
樹脂２０３が円錐状にえぐられている。

第９図に信号伝達部３の１＜ネ３００を図示する。

断面つは状に湾曲した板部３ａ、３ｂの先端を金属管２
０４の内周面に接触させるようＧこしたもので、各板部
３ａ、３ｂの幅を変えて固有振動数をかえている。

以上述べた各実施例では、信号伝達部３のノー、４ネ３
００はいずれも一方固定端、他方自由端であったが、両
方自由端（例えば第２の実施−例、第３の実施例で示し
た各バネをあわせたような／）ｊネ）でも同様にそれぞ
れ２種類以上の固有振動数Ｇこすることで、信頼性のあ
る検出器心こすることカベできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来検出器を示す縦断面図、第２図番よ本発明
検出器を適用するハックフィートノ寸・ツク点火システ
ムの構成図、第３図は本発明検出器の第１の実施例を示
す縦断面図、第４図（ａｌ、　（ｂ１第３図図示検出器
におけるバネを示す縦断面図および底面図、第５図（ａ
）、　（ｂｌは第３図図示検出器に通用するバネの他の
実施例を示す縦断面図および底面図、打６図は本発明検
出器の第２の実施例を示す縦断面図、第７図（ａ）、　
（ｂｌは第６図図示検出器におけるバネを示す縦断面図
および底面図、第８図は本発明検出器の第３の実施例を
示す縦断面図、第９図（ａｌ、　（ｂ）は第８図図示検
出器におけるバネを示す平面図および縦断面図である。 １・・・感圧部、１０・・・内燃機関、２０・・・ノッ
キング検出器、２０１・・・出力用ピン、３００・・・
バネ。 代理人弁理士　岡　部　　　隆

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電体を含む感圧部によりエンジンの振動を感知
   し、内燃機関のノッキングを検出する非共振型のノンキ
   ング検出器において、前記感圧部の出力信号を出力用コ
   ネクタピンに伝える２種類以上の固有振動を持つバネを
   備える内燃機関用ノンキング検出器。
2. （２）前記バネの作用する荷重が、検知する振動の方向
   と垂直である特許請求の範囲第１項記載の内燃機関用ノ
   ッキング検出器。