JP3236292B2 - ノッキングセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 従来技術 本発明は主請求項の上位概念に示されたノッキングセ
ンサを前提とする。この種の例えば米国特許公報第4966
031号またはドイツ連邦共和国特許出願公開公報第40243
39号に示されたノッキングセンサの場合は、圧電ディス
クが２つの接触ディスクの間に設けられており、これら
の接触ディスクはそれぞれ絶縁ディスクによりおおわれ
ている。しかしこれらの絶縁ディスクはすべての場合、
非導電性の材料から形成されている。しかし圧電加工物
の場合は高い温度の下で例えば温度変化の際に電気的な
充電が生じこのことが高い電圧を形成することがある。
これにより、接続されている回路の中に誤測定および障
害が発生し得る。

発明の効果 これに対して主請求の範囲の特徴部分に示されている
構成を有するノッキングセンサは次の利点を有する。即
ち焦電効果に起因する電荷に対するリーク抵抗が、付加
的な部材または従来の製造装置の変更なく可能である。
特にコスト的に有利にこれらの障害電荷を放出できる。
これにより、このノッキングセンサの精度およびその障
害の受けにくさが著しく改善できる。

従属形式の請求項に示された構成により、主請求項に
示された特徴部分の有利な発展形式が可能となる。

図面 本発明の実施例が図面に示されており以下の記載に説
明されている。唯１つの図面はノッキングセンサの長手
方向断面図である。

実施例の説明 図に示されているノッキングセンサはケーシング10を
有し、この中に圧力スリーブ11が設けられている。この
圧力スリーブはその下端の近傍にフランジ状の縁12を有
する。この圧力スリーブ11の外周に、縁12から始まって
次の部材が設けられている：即ち絶縁ディスク13、接触
ディスク14、圧電セラミックディスク15、および次に逆
の順序で第２の接触ディスク14および第２の絶縁ディス
ク13である。その上に震動質量体16が載置されている。
これらの前述の部材の上へ皿ばね17が作用する。この皿
ばねのバイアス力は、押圧スリーブ11の上側部分におけ
る外側ねじ19へ係合されるねじリング18により発生され
る。

プラスチック製の、例えば鋳込成形法により製造され
たケーシング10の一体化された接続プラグ23の中に、プ
ラグ24が鋳込まれるプラグ24は両方の接触ディスク14と
結合されている。圧力スリーブ11の孔28を通って図示さ
れていない取り付けねじが突出する。この取り付けねじ
によりノッキングセンサが間接的にまたは直接的に内燃
機関に取り付け可能である。そのためノッキングセンサ
は同時に支持ディスクとして用いられる。

取り付けねじにより及ぼす全トルクは圧力スリーブ11
へ伝達される、即ち圧電セラミックディスク15へは取り
付けねじからは力が作用しない。ねじリング18により皿
ばね17のバイアス力が次のように設定される。即ち圧電
ディスクに、その電気信号の品質を低下させる作用が残
ることなく、ちょうど許容可能な軸方向力が作用し、さ
らにこの力は、圧力スリーブの熱膨張にも、ならびに組
み立ての際の回避できない圧縮ひずみにも実質的に依存
しないように、設定される。震動質量体16から、内燃機
関の振動に比例して及ぼすパルスは、圧電ディスク15に
おいて電流へ変換される。この電流は相応の測定装置に
おいて読み取られる。

公知の様に接触ディスク14は導電材料から製造されて
いる。従来技術での通常の絶縁ディスクは、非導電材料
のディスクである。しかし、従来の解決手段とは異な
り、本発明では、両方の絶縁ディスク13は同じく導電性
の小さい材料から製造される。この点が本発明の新規な
点であり、絶縁ディスクの材料は従来技術で慣用の材料
成分とは異なり、導電材料から形成されている。つま
り、絶縁ディスク13は、接触ディスク14の材料よりも導
電率の小さい導電材料から形成されているのである。従
来技術の絶縁ディスクは、導電率を有しておらず、つま
り、従来技術では、絶縁ディスクの導電率は、接触ディ
スクの導電率よりも小さいのではなく、従来技術の絶縁
ディスクは導電率ゼロである。この導電率は接触ディス
ク14の導電率よりも小さくなければならない。この導電
率は実質的に100KΩから1GΩの範囲内におくべきであ
る。絶縁ディスク13のこの小さい導電率は、従来の材料
に導電性の付加物質を混合することにより、簡単に得ら
れる。例えばポリエチレンテレフタル酸塩から成る従来
の絶縁ディスクに、炭素または金属塩基を基本とする付
加物質を混合することができる。この場合、その都度の
混合比が絶縁ディスク13の所望の抵抗値および所望の導
電率を定める。絶縁ディスク13は、圧電セラミックディ
スク15の焦電効果により発生される電圧ピークを放出で
きるくらいの大きさにだけ、導電的に形成できる。

別の実施例においては、絶縁ディスク13をさらに非導
電性の材料から製造し、他方、圧電セラミックディスク
15を例えば縁の領域において導電性のイオンでドーピン
グすることもできる。圧電セラミックディスクは公知の
ように焼結法により製造される。ニオブデン、アンチモ
ン元素によるドーピング半導体技術により公知の様に実
施できる、またはセラミック陶磁器の相応の処理により
製造できる。さらに前述の両方の形式の実施例を、互い
にノッキングセンサの中で組み合わせて、絶縁ディスク
13はわずかな導電率に形成し、他方、圧電セラミックデ
ィスク導電物質でドーピングすることもできる。前述の
実施例は測定信号を得るための圧電ディスクの使用だけ
に限定されるものではなく、圧電形式で動作する全部の
別の部材に対しても適用できる。

以下、本発明の技術思想について再度説明する。

ピエゾ素子では、例えば、温度変化、又は、例えば、
ノッキングセンサの場合には、運転時に生じる振動に基
因する圧力によって、ピエゾ素子内の容量性の電荷が生
じる。しかし、この電圧は、導出乃至減衰する必要があ
る。つまり、例えば、ノッキングセンサに、電気回路を
有する制御装置が接続されている場合、少なくとも回路
の個別部品が、この電圧によって破壊されてしまうこと
がある。実際には、この制御装置は、所謂入力抵抗を保
護部として有している。例えば、刊行物ドイツ連邦共和
国特許公開第3027245号公報からは、それぞれ絶縁ディ
スクによって被覆されている２つの接触ディスク間に配
設されているノッキングセンサが公知である。ピエゾ電
気素子の強い容量性の電荷により発生することがある測
定値の劣化を、容量性の電荷を、ピエゾ電気ディスクの
周囲に配設された抵抗紙によるか、又は、導電充填材を
有する鋳込み成形材を用いて、導出することによって回
避することができる。択一選択的な構成として、このた
めに、ノッキングセンサ内のプラグと接触ディスクとの
間に抵抗を設けるか、又は、この抵抗を本発明のように
形成した保護部として構成することもできる。上述の電
圧は、導電率の小さい絶縁ディスクでは、ピエゾ素子、
震動質量体、皿ばね17、ねじリング18及びスリーブ11を
介して形成されている閉電気回路を介して電荷が放電す
ることにより減衰する。電圧は、常に抵抗が最も小さい
経路を介して減衰する。即ち、プラグを介して信号が取
り出されない場合には、接触ディスクを介して通電する
ことはあり得ないので、電圧は、単に上述の閉回路を介
して減衰される。それに対して、プラグを介して信号が
取り出されている場合には、接触ディスクを介して電圧
が減衰することも可能である。しかし、測定信号（ノッ
キング信号）は、時間が短くて、実際上、上述のような
接触ディスクを介しての所謂電圧減衰によって測定信号
が影響を及ぼされることはないが、閉電気回路が損傷さ
れることがある。このような事態は、上述のように、付
加的に抵抗を設けることによっても阻止することができ
るが、このような熱電効果に基因する電荷に対するリー
ク抵抗を、付加的な部材又は従来の製造装置を変更せず
に実施するために、本発明によると、絶縁ディスクが、
接触ディスクの材料よりも導電率の小さい導電材料から
形成されていることにより、ノッキングセンサのプラグ
を介して信号を取り出していない時点で、有利にもリー
ク抵抗を形成することができる。

圧電セラミック素子を導電性のイオンでドーピングし
た場合には、上述の電圧を圧電セラミックの内部で減衰
させることができる。その場合も、前述と同様の経路で
電荷はリークされる。特に、圧電素子の縁の領域におい
て導電性のイオンでドーピングすると、上述の電圧を圧
電セラミックの内部で有利に減衰させることができるこ
とは、経験的に分かることであるし、イオンをドーピン
グすることと関連しても分かることである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウンラント，シュテファン ドイツ連邦共和国 Ｄ−7141 シュヴィ ーバーディンゲン リヒャルト−ヴァー グナー−シュトラーセ 16 (72)発明者 フリース，ロムアルト ドイツ連邦共和国 Ｄ−7157 ディツィ ンゲン−ハイマーディンゲン ゲーベル スハイマー ヴェーク 25 (72)発明者 スロボダ，ローベルト ドイツ連邦共和国 Ｄ−7145 マルクグ レーニンゲン アム マルクトプラッツ 13 (72)発明者 シェンク，クラウス ドイツ連邦共和国 Ｄ−7120 ビーティ ッヒハイム−ビッシンゲン ヘルマン− ロムバッハ−シュトラーセ ７ (72)発明者 ドゥムス，カール ドイツ連邦共和国 Ｄ−7253 レニンゲ ン−マルムスハイム，ファイルヒェンシ ュトラーセ 11 (56)参考文献 特開 昭57−33329（ＪＰ，Ａ) 米国特許4966031（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01H 11/08 F02D 45/00 368 G01M 15/00

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関用のノッキングセンサにおいて、 ノッキングセンサは、ケーシング（10）を有しており、
   及び 少なくとも１つの圧電素子（15）を有しており、前記圧
   電素子（15）は、各接触ディスク（14）間に配設されて
   おり、前記少なくとも１つの圧電素子（15）及び前記接
   触ディスク（14）は、前記ケーシング（10）内に設けら
   れており、及び 震動質量体（16）を有しており、前記震動質量体（16）
   は、内燃機関の震動を検出し、前記震動質量体（16）
   は、前記少なくとも１つの圧電素子（15）に作用するよ
   うに配置されており、及び 前記ケーシング（10）内の当接面（12）と、前記接触デ
   ィスク（14）の１つとの間に配設された少なくとも１つ
   の絶縁ディスク（13）と、前記震動体（16）と前記接触
   ディスク（14）の他方との間に配設された少なくとも１
   つの他方の絶縁ディスク（13）とを有しており、 前記少なくとも１つの絶縁ディスク（13）及び前記少な
   くとも１つの他方の絶縁ディスク（13）は、前記各接触
   ディスク（14）の導電率よりも小さいが、前記圧電素子
   （15）の焦電効果により発生される電圧ピークを放出で
   きるくらいの大きさの導電率を有する導電材料から形成
   されている ことを特徴とするノッキングセンサ。
2. 【請求項２】内燃機関用のノッキングセンサにおいて、 ノッキングセンサは、ケーシング（10）を有しており、
   及び 少なくとも１つの圧電素子（15）を有しており、前記圧
   電素子（15）は、各接触ディスク（14）間に配設されて
   おり、前記少なくとも１つの圧電素子（15）及び前記接
   触ディスク（14）は、前記ケーシング（10）内に設けら
   れており、及び 震動質量体（16）を有しており、前記震動質量体（16）
   は、内燃機関の震動を検出し、前記震動質量体（16）
   は、前記少なくとも１つの圧電素子（15）に作用するよ
   うに配置されており、及び 前記ケーシング（10）内の当接面（12）と、前記接触デ
   ィスク（14）の１つとの間に配設された少なくとも１つ
   の絶縁ディスク（13）と、前記震動体（16）と前記接触
   ディスク（14）の他方との間に配設された少なくとも１
   つの他方の絶縁ディスク（13）とを有しており、 前記少なくとも１つの圧電素子（15）は、前記圧電素子
   （15）の焦電効果により発生される電圧ピークを放出で
   きるくらいの大きさの導電率を有する導電材料でドーピ
   ングされている ことを特徴とするノッキングセンサ。
3. 【請求項３】内燃機関用のノッキングセンサにおいて、 ノッキングセンサは、ケーシング（10）を有しており、
   及び 少なくとも１つの圧電素子（15）を有しており、前記圧
   電素子（15）は、各接触ディスク（14）間に配設されて
   おり、前記少なくとも１つの圧電素子（15）及び前記接
   触ディスク（14）は、前記ケーシング（10）内に設けら
   れており、及び 震動質量体（16）を有しており、前記震動質量体（16）
   は、内燃機関の震動を検出し、前記震動質量体（16）
   は、前記少なくとも１つの圧電素子（15）に作用するよ
   うに配置されており、及び 前記ケーシング（10）内の当接面（12）と、前記接触デ
   ィスク（14）の１つとの間に配設された少なくとも１つ
   の絶縁ディスク（13）と、前記震動体（16）と前記接触
   ディスク（14）の他方との間に配設された少なくとも１
   つの他方の絶縁ディスク（13）とを有しており、 前記少なくとも１つの絶縁ディスク（13）及び前記少な
   くとも１つの他方の絶縁ディスク（13）は、前記各接触
   ディスク（14）の導電率よりも小さい導電率の導電材料
   から形成されており、前記圧電素子（15）の焦電効果に
   より発生される電圧ピークを放出できるくらいの大きさ
   の導電率を有する導電材料でドーピングされている ことを特徴とするノッキングセンサ。
4. 【請求項４】圧電素子（15）の導電率がおよび絶縁ディ
   スク（13）が、100KΩ〜1GΩの範囲内にある、請求項１
   から３迄のいずれか１記載のノッキングセンサ。
5. 【請求項５】絶縁ディスク（13）が、炭素または金属塩
   基から成る添加物質を有するポリエチレンテレフタル酸
   塩から形成される、請求項１又は２又は３記載のノッキ
   ングセンサ。
6. 【請求項６】圧電素子（15）がニオブデン元素および／
   またはアンティモン元素でドーピングされている、請求
   項２から５までのいずれか１項記載のノッキングセン
   サ。
7. 【請求項７】圧電素子（15）および震動質量体（16）な
   らびに、これらの部材へ作用する皿ばね（17）が圧力ス
   リーブ（11）に設けられており、この圧力スリープの孔
   （28）は、ケーシング（10）を内燃機関に固定的に保持
   するねじのための通路を形成する、請求項１から６まで
   のいずれか１項記載のノッキングセンサ。
8. 【請求項８】スリーブ（11）が当接面（12）として用い
   られるフランジ状の縁を有し、この縁の上に圧電ディス
   ク（15）および震動質量体（16）が支持されている、請
   求項７記載のノッキングセンサ。
9. 【請求項９】皿ばね（17）のバイアス力が、圧力スリー
   ブ（11）へ係合されるねじリング（18）により形成され
   る、請求項７又は８記載のノッキングセンサ。
10. 【請求項１０】圧電素子（15）が圧電セラミック素子で
    ある、請求項１から９までのいずれか１項記載のノッキ
    ングセンサ。