JPH021248B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH021248B2 JPH021248B2 JP57025315A JP2531582A JPH021248B2 JP H021248 B2 JPH021248 B2 JP H021248B2 JP 57025315 A JP57025315 A JP 57025315A JP 2531582 A JP2531582 A JP 2531582A JP H021248 B2 JPH021248 B2 JP H021248B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- knocking
- value
- sensor
- conversion element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
- G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
- G01H11/08—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Testing Of Engines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、圧電型変換素子を用いたノツキング
センサのノツキング検知性能の改善に関するもの
である。
センサのノツキング検知性能の改善に関するもの
である。
自動車エンジンのノツキングを検知するための
方式として、ノツキング現象に伴なうエンジンの
固有の振動をとらえる方式が簡便であり、一般的
である。ノツキングに伴なう、エンジン固有の振
動をとらえる方法として、何種類かあるが、検知
するセンサとしては、エンジンの種々の振動の中
から、ノツキング固有の振動のみを抽出できる様
に検知特性に、共振系を利用した特定周波数に対
する選択特性を持たせることが行なわれている。
既に実施されている圧電型ノツキングセンサの周
波数特性を第１図に示す。第１図に示した特性の
如く、圧電型ノツキングセンサでは、その共振は
比較的鋭く、尖鋭度Ｑは大きな値を示す。これ
は、主として使用された圧電材料によつて決まる
もので、希望設定値に対し、比較的自由度に欠け
るものである。
方式として、ノツキング現象に伴なうエンジンの
固有の振動をとらえる方式が簡便であり、一般的
である。ノツキングに伴なう、エンジン固有の振
動をとらえる方法として、何種類かあるが、検知
するセンサとしては、エンジンの種々の振動の中
から、ノツキング固有の振動のみを抽出できる様
に検知特性に、共振系を利用した特定周波数に対
する選択特性を持たせることが行なわれている。
既に実施されている圧電型ノツキングセンサの周
波数特性を第１図に示す。第１図に示した特性の
如く、圧電型ノツキングセンサでは、その共振は
比較的鋭く、尖鋭度Ｑは大きな値を示す。これ
は、主として使用された圧電材料によつて決まる
もので、希望設定値に対し、比較的自由度に欠け
るものである。
センサの尖鋭度に関しては、固有周波数の選択
性からすれば、出来るだけ鋭く、Ｑを大きくする
ことが望ましいが、逆に時定数も大きくなり振動
の継続時間が小さくなるに従つて、検知出力は減
少することになり、振動継続時間が決まれば、そ
れに適した時定数、すなわち共振尖鋭度が決定さ
れることになる。
性からすれば、出来るだけ鋭く、Ｑを大きくする
ことが望ましいが、逆に時定数も大きくなり振動
の継続時間が小さくなるに従つて、検知出力は減
少することになり、振動継続時間が決まれば、そ
れに適した時定数、すなわち共振尖鋭度が決定さ
れることになる。
即ち、ノツキングに伴なうエンジンの固有振動
の発生の仕方はエンジン回転数に応じて変化する
ものであり、適用される振動の最も短い継続時間
の場合でも充分検知出来る様な時定数、すなわち
Ｑの値に設定しておく必要がある。
の発生の仕方はエンジン回転数に応じて変化する
ものであり、適用される振動の最も短い継続時間
の場合でも充分検知出来る様な時定数、すなわち
Ｑの値に設定しておく必要がある。
継続時間の短い振動を検知するには、時定数を
小さくするため適当に抑えられた低い値のＱであ
ることが必要であるが、この様に低いＱを得るこ
とは、既に述べた様に、圧電材料によつて決定さ
れて、自由に設定することが困難である。
小さくするため適当に抑えられた低い値のＱであ
ることが必要であるが、この様に低いＱを得るこ
とは、既に述べた様に、圧電材料によつて決定さ
れて、自由に設定することが困難である。
従来使用されていた圧電型ノツキングセンサで
は、この様にＱを低く抑えることが出来ないこと
から、エンジンの高速回転時のノツキング検知に
は困難であつた。
は、この様にＱを低く抑えることが出来ないこと
から、エンジンの高速回転時のノツキング検知に
は困難であつた。
本発明に係る圧電型ノツキングセンサは、この
様な欠点を除去し、Ｑを低く抑えることが出来、
高速回転時のノツキングの検知を容易ならしめる
ものである。
様な欠点を除去し、Ｑを低く抑えることが出来、
高速回転時のノツキングの検知を容易ならしめる
ものである。
第２図に、圧電型ノツキングセンサの変換系に
関する概略の等価回路を示している。第２図ａに
於て、トランスＴから、左側は機械系を、又右側
は電気系の等価回路を示している。F0は外力に
よる駆動力、Z0はセンサの機械共振系のインピー
ダンス、Ｔは機械系と、電気系との間の変換を行
なうトランスである。C0は圧電型変換素子の静
電容量、I0は機械系の外力によつて、電気系に発
生する電気的起電力である。Rdは本発明に於て
付加される制動用の抵抗である。ZLはセンサから
の出力電圧を取り出す側に挿入されている内部負
荷インピーダンスである。第２図ａにおいて、外
力F0において、機械系がv〓の振動速度で、振動し
た場合、トランスＴにより、電気的信号源とし
て、力係数Ａと、振動速度v〓との積Avに等しい信
号源電流I〓が流れる。Ｉが流れることによつて、
Rd及び負荷インピーダンスZLの両端にセンサの
出力電圧ｅが発生する。
関する概略の等価回路を示している。第２図ａに
於て、トランスＴから、左側は機械系を、又右側
は電気系の等価回路を示している。F0は外力に
よる駆動力、Z0はセンサの機械共振系のインピー
ダンス、Ｔは機械系と、電気系との間の変換を行
なうトランスである。C0は圧電型変換素子の静
電容量、I0は機械系の外力によつて、電気系に発
生する電気的起電力である。Rdは本発明に於て
付加される制動用の抵抗である。ZLはセンサから
の出力電圧を取り出す側に挿入されている内部負
荷インピーダンスである。第２図ａにおいて、外
力F0において、機械系がv〓の振動速度で、振動し
た場合、トランスＴにより、電気的信号源とし
て、力係数Ａと、振動速度v〓との積Avに等しい信
号源電流I〓が流れる。Ｉが流れることによつて、
Rd及び負荷インピーダンスZLの両端にセンサの
出力電圧ｅが発生する。
第２図ｂは、第２図ａの等価回路を簡略化し、
機械系にのみ着目したもので、電気系の全インピ
ーダンスが、機械系に与える影響を、機械インピ
ーダンスZnとして表わしたものである。
機械系にのみ着目したもので、電気系の全インピ
ーダンスが、機械系に与える影響を、機械インピ
ーダンスZnとして表わしたものである。
即ち、電気系側の全インピーダンスは、機械振
動系の作動に影響を与え、その影響の仕方は、
Znが挿入された分だけ制動されることになる。
動系の作動に影響を与え、その影響の仕方は、
Znが挿入された分だけ制動されることになる。
Znは、第２図ａの一点鎖線の右側を見たイン
ピーダンスZ1を以つて表わすなら、 Zn＝A2／Z1 …(1) Ａ：圧電変換器の力係数 Z1：トランスから電気系を見た全インピーダンス である。
ピーダンスZ1を以つて表わすなら、 Zn＝A2／Z1 …(1) Ａ：圧電変換器の力係数 Z1：トランスから電気系を見た全インピーダンス である。
こゝで便宜的に負荷インピーダンスを、制動抵
抗Rdに含めて、改めてRdとすると、Z1は、 Z1＝Rd＋１／jωC0 …(2) であり従つて、 Zn＝jωC0／１＋jωC0RdA2 …(3) である。
抗Rdに含めて、改めてRdとすると、Z1は、 Z1＝Rd＋１／jωC0 …(2) であり従つて、 Zn＝jωC0／１＋jωC0RdA2 …(3) である。
(3)式の分母、分子にそれぞれ（１−jωC0Rd）
を掛けると以下の式になる。
を掛けると以下の式になる。
Zn＝jωC0（１−jωC0Rd）／（１＋jωC0Rd）（１−j
ωC0Rd）A2 ＝ω2C0 2Rd＋jωC0／１＋jω2C0 2Rd 2A2 上記式において、ωを共振周波数のω0を用い、
振動系にのＱの制動に役立つ実数部のみを求める
と、 Ｒ（Zn）＝ω0 2C0 2Rd／１＋ω2C0 2Rd 2A2 …(4) となり、(4)式からＱを制動するために、Ｒ（Zn）
をできるだけ大きくするために、Ｒ（Zn）の最大
値を求めると、 Rd＝１／ω0C0 …(5) のとき、 Ｒ（Zn）＝A2／２×Rd …(6) を得ることとなる。
ωC0Rd）A2 ＝ω2C0 2Rd＋jωC0／１＋jω2C0 2Rd 2A2 上記式において、ωを共振周波数のω0を用い、
振動系にのＱの制動に役立つ実数部のみを求める
と、 Ｒ（Zn）＝ω0 2C0 2Rd／１＋ω2C0 2Rd 2A2 …(4) となり、(4)式からＱを制動するために、Ｒ（Zn）
をできるだけ大きくするために、Ｒ（Zn）の最大
値を求めると、 Rd＝１／ω0C0 …(5) のとき、 Ｒ（Zn）＝A2／２×Rd …(6) を得ることとなる。
従つて静電容量C0を持つ圧電型変換素子のＱ
を最も効果的に制動するためには、圧電型変換素
子の出力を受ける負荷抵抗を含めた抵抗（抵抗値
１／ω0C0）を圧電型変換素子に並列に接続すればよ いこととなる。そして、そのときにのＱの値は、 Ｑ＝１／ω0C0Rd …(7) となる。
を最も効果的に制動するためには、圧電型変換素
子の出力を受ける負荷抵抗を含めた抵抗（抵抗値
１／ω0C0）を圧電型変換素子に並列に接続すればよ いこととなる。そして、そのときにのＱの値は、 Ｑ＝１／ω0C0Rd …(7) となる。
第３図は本発明の一実施例を示している。第３
図において、C0は圧電型変換素子１の静電容量、
R1は圧電型変換素子１に並列に接続された制動
用の抵抗、R2はノツキング検出回路２の入力抵
抗であり、前記(1)〜(7)図におけるRdは上記抵抗
R1と入力抵抗R2との合成抵抗値である。
図において、C0は圧電型変換素子１の静電容量、
R1は圧電型変換素子１に並列に接続された制動
用の抵抗、R2はノツキング検出回路２の入力抵
抗であり、前記(1)〜(7)図におけるRdは上記抵抗
R1と入力抵抗R2との合成抵抗値である。
以上のように、静電容量C0の圧電型変換素子
に抵抗値Rdの抵抗を並列接続した場合には、第
４図に実線で示すようにＱを抑えることができる
ものである。
に抵抗値Rdの抵抗を並列接続した場合には、第
４図に実線で示すようにＱを抑えることができる
ものである。
なお、Ｑが最も制動される場合のRdの値は、
(5)式に依つて示されるところとなるが、実測によ
るとＱの値はRdの値に依つて、急激な変化をす
るものではなく、Rdの前後の値に於ても、Ｑを
制動する効果が得られるものである。１例とし
て、C0＝959pFの圧電型ノツクセンに制動抵抗を
負荷し、その値に依るＱの変化の様子を実測にて
求めると第５図の如くとなる。
(5)式に依つて示されるところとなるが、実測によ
るとＱの値はRdの値に依つて、急激な変化をす
るものではなく、Rdの前後の値に於ても、Ｑを
制動する効果が得られるものである。１例とし
て、C0＝959pFの圧電型ノツクセンに制動抵抗を
負荷し、その値に依るＱの変化の様子を実測にて
求めると第５図の如くとなる。
第５図に於ては、横軸を負荷抵抗の最適抵抗値
Rdを以つて、規準化した値Ｒ／Rd＝αを用いて
示してある。
Rdを以つて、規準化した値Ｒ／Rd＝αを用いて
示してある。
第５図から分かる様に、αの３桁程度の変化に
対し、Ｑはゆるやかな変化を示す。
対し、Ｑはゆるやかな変化を示す。
従つて、実際にＱを制動して効果のあるのは、
Ｑの全変化領域のほゞ半分程度であるから、αの
変化領域としては、0.2〜５がＱの制御に最適で
ある。
Ｑの全変化領域のほゞ半分程度であるから、αの
変化領域としては、0.2〜５がＱの制御に最適で
ある。
本発明は上記のような構成であり、本発明によ
れば、特にエンジンの高速回転時のノツキング検
知を容易に行なうことができるものである。
れば、特にエンジンの高速回転時のノツキング検
知を容易に行なうことができるものである。
第１図は従来の圧電型ノツキングセンサの周波
数特性図、第２図ａは圧電型ノツキングセンサの
機械系、電気系を含めた変換系の等価回路図、第
２図ｂは同センサの機械系のみを簡略化した等価
回路図、第３図は本発明の一実施例における圧電
型ノツキングセンサの電気回路図、第４図は同セ
ンサの周波数特性図、第５図は同センサのＱの値
の変化を示す図である。 １……圧電型変換素子、２……ノツキング検出
回路。
数特性図、第２図ａは圧電型ノツキングセンサの
機械系、電気系を含めた変換系の等価回路図、第
２図ｂは同センサの機械系のみを簡略化した等価
回路図、第３図は本発明の一実施例における圧電
型ノツキングセンサの電気回路図、第４図は同セ
ンサの周波数特性図、第５図は同センサのＱの値
の変化を示す図である。 １……圧電型変換素子、２……ノツキング検出
回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 静電容量C0の圧電型変換素子に、負荷抵抗
を含めた抵抗値（Ｒ） Ｒ＝１／ω0C0・ａ ω0：共振角周波数 ａ：係数0.2〜５ の抵抗を並列に接続してなる圧電型ノツキングセ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57025315A JPS58142227A (ja) | 1982-02-18 | 1982-02-18 | 圧電型ノツキングセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57025315A JPS58142227A (ja) | 1982-02-18 | 1982-02-18 | 圧電型ノツキングセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58142227A JPS58142227A (ja) | 1983-08-24 |
| JPH021248B2 true JPH021248B2 (ja) | 1990-01-10 |
Family
ID=12162558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57025315A Granted JPS58142227A (ja) | 1982-02-18 | 1982-02-18 | 圧電型ノツキングセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58142227A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6156920A (ja) * | 1984-08-28 | 1986-03-22 | Nippon Denso Co Ltd | 圧電素子を用いた振動及び音波の検出器 |
| JP4919020B2 (ja) * | 2006-10-12 | 2012-04-18 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関のノック判定装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55170623U (ja) * | 1979-05-24 | 1980-12-08 | ||
| JPS567025A (en) * | 1979-06-29 | 1981-01-24 | Nissan Motor Co Ltd | Vibration sensor |
-
1982
- 1982-02-18 JP JP57025315A patent/JPS58142227A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58142227A (ja) | 1983-08-24 |
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