JPH0222325B2 - - Google Patents

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JPH0222325B2
JPH0222325B2 JP56027862A JP2786281A JPH0222325B2 JP H0222325 B2 JPH0222325 B2 JP H0222325B2 JP 56027862 A JP56027862 A JP 56027862A JP 2786281 A JP2786281 A JP 2786281A JP H0222325 B2 JPH0222325 B2 JP H0222325B2
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JP
Japan
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cylinder
pressure
water chamber
knocking
water
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Jujiro Ooshima
Nahokazu Asai
Hiroji Tokoro
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Toyota Central R&D Labs Inc
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/22Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
    • G01L23/221Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
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  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Testing Of Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水冷式内燃機関のノツキングを検出
する装置に関する。
本発明者は、以前に、内燃機関におけるノツキ
ングの検出精度を高めるため、水冷式内燃機関の
エンジンブロツクの振動について研究したとこ
ろ、燃焼室内にノツキングが発生すると、燃焼室
と水室間のシリンダが燃焼室内のノツキングによ
る圧力振動に応じた周波数で振動し、その振動に
よつて水室の容積が増減して、水室内の冷却水に
圧力変化が生じ、一方、ノツキング以外の振動に
よつては水室内の冷却水にはノツキングによる振
動周波数成分を含む圧力変化がほとんど生じない
ことを知得した。そして、この研究結果に基き、
燃焼室内のノツキングによりシリンダを介して冷
却水の圧力変化が生ずる水室に、その圧力変化を
検出する圧力計を接続したことを特徴とするノツ
キング検出装置を発明したのである。ところが、
このノツキング検出装置は、それ以前のものより
はノツキングの検出精度が高いが、しかし、また
充分なものとは言い難い。
本発明の目的は、水冷式内燃機関におけるノツ
キングの検出精度が更に高いノツキング検出装置
を提供することである。
本発明者は、上記の目的を達成するため、水冷
式の内燃機関において、燃焼室内のノツキングに
よつて水室内の冷却水に圧力変化が生ずる様子を
詳細に研究したところ、次のようなことを知得し
た。
(1) 燃焼室内にノツキングが発生すると、燃焼室
内を摺動するピストンの頂面が振動し、ピスト
ンが上死点通過後の膨張行程時にスラツプによ
つてシリンダの一側に打ち付けられて押し付け
られると、ピストンが押し付けられたシリンダ
のスラスト側にはピストン頂面の振動が伝わ
り、シリンダのスラスト側は燃焼室内のノツキ
ングによる圧力振動に応じた周波数で大きく振
動して歪を発生し、シリンダのスラスト側に接
する水室内の冷却水には大きな圧力変化が生ず
る。
なお、ノツキングが大きくてピストン頂面の
振動が大きい場合は、シリンダはスラスト側の
みならず反スラスト側を含めた全周で振動す
る。
(2) 一方、ノツキングが発生する膨張行程時にピ
ストンが打ち付けられないシリンダの反スラス
ト側にはノツキングによつて生じたピストン頂
面の振動が直接的には伝わらず、シリンダの反
スラスト側はスラスト側程には大きく振動せ
ず、従つて、シリンダの反スラスト側に接する
水室内の冷却水にはスラスト側に接する水室内
の冷却水程には大きな圧力変化が生じない。
(3) また、ノツキングによるシリンダの歪振動に
よつて発生する水室内の冷却水の圧力振動波
は、周波数が約6〜10KHzと高く、これより低
い周波数の圧力振動波に比して直進性が高い。
本発明は、上記の第1項と第2項の研究結果に
基いて完成したものである。
即ち、シリンダ内に、ピストンが摺動する燃焼
室を形成し、ピストンが上死点通過後の膨張行程
時にスラツプによつてシリンダの一側に打ち付け
られて押し付けられる構成にし、シリンダ外に、
冷却水が流通する水室を形成した水冷式の内燃機
関において、 燃焼室内のノツキングによりシリンダを介して
水室内に生ずる冷却水の圧力変化を検出する圧力
計を、ピストンが上死点通過後の膨張行程時にス
ラツプによつて打ち付けられて押し付けられるシ
リンダのスラスト側の水室に接続したことを特徴
とするノツキング検出装置である。
このノツキング検出装置は、ノツキングによる
冷却水の圧力変化を検出する圧力計を、上記の第
1項と第2項の研究結果から明らかなように、ノ
ツキングによる冷却水の圧力変化が大きくなる側
の水室に接続しているので、その反対側の水室に
接続した場合に比して、ノツキングの検出精度が
高い。
本発明の実施態様は、上記の第3項の研究結果
に基いて完成したものである。
即ち、本発明の内燃機関のノツキング検出装置
において、上記の圧力計の受圧部を、上記のシリ
ンダのスラスト側の水室の壁面より水室内の冷却
水中に突出したことを特徴とするノツキング検出
装置である。
このノツキング検出装置は、ノツキングによる
冷却水の圧力変化を検出する圧力計の受圧部を水
室壁面より水室内の冷却水中に突出しているの
で、前記の第3項の研究結果から明らかなように
直進性の強いノツキングによる冷却水の圧力振動
波を圧力計の受圧部で感度よく検出することがで
き、圧力計の受圧部を水室壁面より水室内の冷却
水中に突出していない場合に比して、ノツキング
の検出精度が高い。また、圧力計の受圧部が水室
内の冷却水によつて冷却されるので、内燃機関周
辺の温度が高くなつても、圧力計の受圧部が冷却
水の温度より高温に加熱されることがない。
本発明の他の実施態様は、本発明の内燃機関の
ノツキング検出装置において、上記の圧力計の受
圧部を、上記のシリンダのスラスト側の水室の壁
面に形成した開口径が深さ以上の大きさの取付凹
部に取付けたことを特徴とするノツキング検出装
置である。
このノツキング検出装置は、水室壁面に形成し
た取付凹部に圧力計の受圧部を取付けているの
で、シリンダと水室壁面間の水室が狭く、その水
室内の冷却水中に圧力計の受圧部を突出すること
ができない場合にも、圧力計の受圧部を水室内の
冷却水中に突出して取付けることができる。ま
た、圧力計の受圧部を取付けた取付凹部は開口径
が深さ以上に大きいので、取付凹部内にノツキン
グによる直進性の強い冷却水の圧力振動波が侵入
し易く、ノツキングによる冷却水の圧力振動波を
圧力計の受圧部で感度よく検出することができ
る。結局、シリンダと水室壁面間の水室が圧力計
の受圧部を突出するのには狭すぎる場合にも、圧
力計の受圧部を水室内の冷却水中に突出してノツ
キングの検出精度を高めることができると共に、
圧力計の受圧部を水室内の冷却水によつて冷却す
ることができる。
次に、本発明の実施例について説明する。
第1実施例(第1図乃至第4図参照) 本例のノツキング検出装置を取付ける水冷式の
内燃機関は、第1図と第2図に示すように、4個
のシリンダ2を直列型に配置した自動車用のガソ
リンエンジンであり、各シリンダ2内にそれぞれ
ピストン5を摺嵌した燃焼室1を形成し、各シリ
ンダ2の外回りに冷却水が流通する水室3を形成
したシリンダブロツクの上に、図示しない吸気弁
と排気弁及び水室を備えたシリンダヘツド8を結
合し、シリンダブロツクの下側にクランク軸7を
軸支したクランク室を形成し、クランク軸7の各
クランクピンと各ピストン5のピストンピンをそ
れぞれ連結棒6で連結している。
本例のノツキング検出装置は、上記エンジンの
膨張行程時にピストン5がスラツプによつて打ち
付けられて押し付けられるシリンダ2のスラスト
側の水室3壁即ちシリンダブロツク外周壁4の中
央部にその外周壁とシリンダ2間の水室3に連通
する螺孔の検出孔9を貫設し、検出孔9に圧力計
10のボルト状取付部11を螺合して緊締し、検
出孔9を圧力計10で閉鎖する一方、圧力計のボ
ルト状取付部11をシリンダブロツク外周壁4に
取付け、ボルト状取付部11の先端に突設した受
圧部13を水室3壁面即ちシリンダブロツク外周
壁4面より水室3内に突出して水室内の冷却水中
に突出している。
上記の圧力計10は、第3図と第4図に示すよ
うに、ボルト状取付部11の先端面に突設した柄
14の先端を枠筒15の周壁に貫設した接続孔に
嵌着して、短円筒状の枠筒15をボルド状の取付
部11の先端に突設し、枠筒15の両開口端にそ
れぞれ受圧膜16を被覆し、枠筒15内に同軸芯
に配置した歪管17を両受圧膜16,16で挾持
し、両受圧膜16,16に加わる圧力によつて歪
が生ずる歪管17の外周面に歪ゲーム18を貼着
して、受圧部13を構成し、歪ゲージ18のリー
ド線19を取付部11に貫設した中心孔12を経
て外部に導出している。
水冷式の4気筒ガソリンエンジンに装置した本
例のノツキング検出装置においては、燃焼室1で
ノツキングが発生すると、そのノツキングにより
燃焼室1内を摺動するピストン5の頂面が振動
し、そのピストン5が上死点通過後の膨張行程時
にスラツプによつてシリンダ2に打ち付けられ、
ピストン5が押し付けられたシリンダ2のスラス
ト側が大きく振動し、そのスラスト側に接する水
室3内の冷却水に大きな圧力変化が生じ、その大
きな圧力変化が圧力計の受圧膜16,16に加つ
て、歪管17に歪が生じ、その歪が歪ゲージ18
によつて検出され、結局、ノツキングの発生が検
出される。
本例のノツキング検出装置は、圧力計10をノ
ツキングによる冷却水の圧力変化が大きくなる側
の水室3に接続し、かつ、圧力計の受圧部13を
水室壁面より水室3内の冷却水中に突出している
ので、ノツキングの検出精度が高い。例えば、圧
力計10に近接した中央部の両燃焼室1,1で生
じたノツキングのみならず、圧力計10から最も
離れた両端位置の燃焼室1,1で生じたノツキン
グをも正確に検出する。
また、本例のノツキング検出装置は、圧力計の
受圧部13を水室3内の冷却水中に突出している
ので、圧力計の受圧部13が水室3内の冷却水に
よつて冷却され、エンジン周辺の温度が高くなつ
ても、受圧部13が冷却水の温度より高温に加熱
されることがない。
第2実施例 (第5図参照) 本例のノツキング検出装置は、前例のそれと比
較すると、圧力計を装置するエンジンが水冷式の
2気筒又は3気筒ガソリンエンジンであり、圧力
計に圧電素子を利用した圧力計22を用い、その
圧力計の受圧板25を水室壁面と同一面に配置し
て水室3内の冷却水中に突出していない点のみが
相違し、その他の点は第1実施例のそれと同一で
ある。即ち、本例のノツキング検出装置は、エン
ジンの膨張行程時にピストンがスラツプによつて
打ち付けられるシリンダのスラスト側の水室3壁
即ちシリンダブロツク外周壁4の中央部にその外
周壁とシリンダ間の水室3に連通する螺孔の検出
孔9を貫設し、検出孔9に圧力計22のハウジン
グ23の先端取付螺歯部24を座金21を介して
螺合して緊締し、検出孔9を圧力計22で閉鎖す
る一方、圧力計22をシリンダブロツク外周壁4
に取付け、圧力計22の先端の受圧板25表面を
外周壁4内面に合致させて水室3内の冷却水と接
触させている。水室3に接続した上記の圧力計2
2は、ハウジング先端の受圧板25裏面に接した
圧力伝達部材26とハウジング内に支持した基板
27の間に、電極29を挾持した2個の圧電素子
28,28を装置し、電極29に接続したターミ
ナル30をハウジング23の後端開口部に螺着し
たコネクタ31内に突出している。
本例のノツキング検出装置においては、燃焼室
でノツキングが発生すると、そのノツキングによ
りシリンダを介して水室3内の冷却水に大きな圧
力変化が生じ、その圧力変化が圧力計の受圧板2
5に受圧され、圧力伝達部材26を介して圧電素
子28,28が押圧され、圧電素子28,28の
出力電圧が電極29からターミナル30に出力す
る。
本例のノツキング検出装置は、圧力計22をノ
ツキングによる冷却水の圧力変化が大きくなる側
の水室3に接続しているので、ノツキングの検出
精度が高い。また、圧力計の受圧板25を水室3
内の冷却水中に突出していないが、エンジンが2
気筒又は3気筒の少数気筒のエンジンであつて、
圧力計の受圧板25から各燃焼室までの距離が短
いので、各燃焼室で生じたノツキングを水室3内
の冷却水中に受圧板25が突出していない圧力計
22で充分に検出することができる。
第3実施例 (第6図参照) 本例のノツキング検出装置は、水冷式の直列型
4気筒ガソリンエンジンの膨張行程時にピストン
5がスラツプによつて打ち付けられるシリンダ2
のスラスト側の水室3壁面即ちシリンダブロツク
外周壁4内面の中央部に開口径Dが深さL以上に
大きい円錐台状の取付凹部41を形成し、その取
付凹部41の底板42に第1実施例におけるのと
同様な圧力計10を第1実施例におけるのと同様
にして取付けたものである。第1実施例における
のと同様な部分には第6図に同一符号を付してそ
の説明を省略する。
本例のノツキング検出装置は、水室3壁面に形
成した取付凹部41に圧力計の受圧部13を取付
けているので、水室3が圧力計の受圧部13を突
出するのには狭すぎる場合にも、圧力計の受圧部
13を水室3内の冷却水中に突出して取付けるこ
とができる。また、取付凹部41は開口径Dが深
さL以上に大きいので、取付凹部41内にノツキ
ングによる直進性の強い冷却水の圧力振動波が侵
入し易く、ノツキングによる冷却水の圧力振動波
を取付凹部41内の圧力計の受圧部13で感度よ
く検出することができる。また、圧力計10を取
付けた取付凹部の底板42は水室3壁即ちシリン
ダブロツク外周壁4より狭くて固有振動数が高
く、その固有振動数がノツキングによる振動数か
ら大きく離れているので、取付凹部の底板42に
取付けた圧力計10に感知されるノイズが第1、
第2実施例におけるようにシリンダブロツク外周
壁4に取付けた圧力計に感知されるノイズより少
ない。
なお、取付凹部41の開口の形状が円形でない
場合には、その非円形開口と等しい面積を有する
円形開口の径を開口径Dとする。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例のノツキング検出
装置の横断面図、第2図は第1図のA−A線断面
図、第3図は同例のノツキング検出装置の圧力計
取付部の一部破断拡大平面図、第4図は第3図の
B−B線断面図であり、第5図は本発明の第2実
施例のノツキング検出装置の圧力計取付部の一部
破断平面図であり、第6図は本発明の第3実施例
のノツキング検装置の圧力計取付部の横断面図で
ある。 1:燃焼室、2:シリンダ、3:水室、4:水
室3壁、シリンダブロツク外周壁、5:ピスト
ン、10:圧力計、13:受圧部、22:圧力
計、41:取付凹部、D:開口径、L:深さ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 シリンダ内に、ピストンが摺動する燃焼室を
    形成し、ピストンが上死点通過後の膨張行程時に
    スラツプによつてシリンダの一側に打ち付けられ
    て押し付けられる構成にし、シリンダ外に、冷却
    水が流通する水室を形成した水冷式の内燃機関に
    おいて、 燃焼室内のノツキングによりシリンダを介して
    水室内に生ずる冷却水の圧力変化を検出する圧力
    計を、ピストンが上死点通過後の膨張行程時にス
    ラツプによつて打ち付けられて押し付けられるシ
    リンダのスラスト側の水室に接続したことを特徴
    とするノツキング検出装置。 2 上記の圧力計の受圧部を、上記のシリンダの
    スラスト側の水室の壁面より水室内の冷却水中に
    突出したことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載のノツキング検出装置。 3 上記の圧力計の受圧部を、上記のシリンダの
    スラスト側の水室の壁面に形成した開口径が深さ
    以上の大きさの取付凹部に取付けたことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項又は第2項記載のノツ
    キング検出装置。
JP2786281A 1980-12-03 1981-02-27 Detector for knocking of internal combustion engine Granted JPS57142536A (en)

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US06/326,524 US4483179A (en) 1980-12-03 1981-12-02 Method of and device for detection of knocking for internal combustion engine

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JPS57142536A JPS57142536A (en) 1982-09-03
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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