JPH0318136B2 - - Google Patents
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- JPH0318136B2 JPH0318136B2 JP10104682A JP10104682A JPH0318136B2 JP H0318136 B2 JPH0318136 B2 JP H0318136B2 JP 10104682 A JP10104682 A JP 10104682A JP 10104682 A JP10104682 A JP 10104682A JP H0318136 B2 JPH0318136 B2 JP H0318136B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L23/00—Devices 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
- G01L23/22—Devices 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
- G01L23/221—Devices 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
- G01L23/222—Devices 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 using piezoelectric devices
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
本発明は、内燃機関のシリンダ等に固結して、
該シリンダ内のノツキングの発生を検出するのに
用いる圧電共振型ノツクセンサにおいて、その共
振帯域幅調整方法に関する。 従来の圧電共振型ノツクセンサーは第１図の構
成になる。 図中、１は凹状のケースで、外底面中央に機関
のシリンダ壁に螺合する取付ボルト１ａを突設し
ている。２は支持板で、前記ケースの内底面に載
置される。３は凹状の押え蓋で、閉端面がケース
の開口部を閉鎖し、開口縁が支持板の周辺に押圧
するようケース内に緊密に嵌挿される。このケー
ス１と支持板２と押え蓋３はケースの開口縁１ｂ
を内側に折曲げ押え蓋の閉端面外周領域に係接す
ることによつて分離不能に固定される。４は金属
薄板４１の片面にこれと同外径の円板状圧電素子
４２を一体的に貼着してなる振動感知部材で、前
記金属薄板４１の中央部下面から螺子軸５を突設
し、スペースナツト６を介装して該螺子軸５をケ
ース１の内底面に螺着することによつて、ケース
１内に支持される。 その他、前記押え蓋３には、端子９を植設し、
該端子９を導線１０を介して圧電素子４２の上面
電極４２ａと電気的に接続される。また下面電極
４２ｂは螺子杵５によつてケース１と接続し、ボ
デイアースされる。 前記振動感知部材４は、その外径寸法によつて
ほぼ決定される共振周波数を、機関のノツク振動
周波数に略一致させることにより、ノツキングの
発生とともに、外周が上下に屈曲振動し、端子９
から最大出力が誘起される。 第２図の圧電素子の相対出力dBと、入力振動
波の周波数との関係を示すグラフにおいて、相対
出力dBは共振周波数f0のときに最大となり、そ
の前後で下降する。このことから、良好な出力を
得る上で、前記のように、共振周波数f0を、被検
出振動波（ノツキング振動波）の周波数と等しく
することが必要となる。一方、前記最大出力ｘよ
りも3dB度出力が低くなつても、出力信号として
は検出可能であつて、このため、この出力に対応
する周波数をf1、f2とすれば被検出振動波の周波
数がf1〜f2間の振動数であれば有効となる。 ここで、この周波数帯域f1〜f2の巾を共振帯域
巾B.Wという。 ところで、ノツク振動周波数は、種類、型式が
同一の機関であつても、機関構成部品のばらつき
や運転条件によつて変動し、このため共振帯域巾
B.Wが狭く、該巾からノツク振動周波数がずれ
ると、出力が低下して充分な検知が得られない。 また、共振帯域巾B.Wが広すぎても、機関に
はノツキング以外の種々の原因からなる振動波が
生ずるが、これらの振動波をも検出することとな
つて、正確な検知が得られない。従つて、共振帯
域巾B.Wは使用条件に適合した最適なものとす
る必要がある。 本発明は上述の要求に対応して共振帯域幅を最
適に調整する方法に係るものであり、圧電素子の
中心部に、円孔を外形と同心状に配し、その円孔
の内径を、共振帯域幅を増大させる場合には小さ
なものとし、共振帯域幅を減少させる場合には大
きなものとすることにより振動感知部材の共振帯
域幅を調整するようにしたものである。 すなわち、本発明者は、外径が等しく、かつ外
径と同心状に円孔ａを形成してなる圧電素子４
２′を、前記円孔ａの内径を異ならせて多数用意
し、第３図に示すように、各圧電素子４２′を、
中心に透孔を設けた金属薄板４１′の上面に接合
して振動感知部材４′を形成し、その透孔の上面
にはリング板７ａ及び電極板８を、下面にはリン
グ板７ｂを夫々当接して、該透孔にボルト（軸）
５′を通し、スペースナツト６を介してケース１
の内底面に螺合することにより前記振動感知部材
４′をケース１内に支持し、かつ圧電素子の上面
電極４２′ａを押え蓋３に植設した出力端子９ａ
に、下面電極４２′ｂを同じくアース端子９ｂに
夫々接続してノツクセンサーを夫々構成し、各セ
ンサーにつき、共振帯域巾B.W、共振周波数f0及
び出力電子VRについて計測した。その結果、第
５図のグラフで示されるように、共振周波数f0が
ほとんど等しく、共振帯域巾B.Wのみが異なる
ことを知得した。 かかる実験の諸条件について記載する。 〈使用された部品の材質及び形状〉 ◎金属薄板の材質及び形状 材質；ニツケル合金 外径；15.6φ 内径；2φ 厚さ；0.2mm ◎圧電素子の材質及び形状 材質；チタン酸（TiO2） ジルコン酸（ZrO2） 鉛（pb）を焼結してなるPZTセラミツクス 外径；15.2φ 厚さ；0.25mm ◎リング板の形状 外径；3.4mm 内径；２mm 厚さ；1.00mm 〈実験方法〉 共振周波数f0は、リング板金属薄板の厚さ、形
状及び圧電素子の外径、厚さによつて変化するこ
とが知られている。そこで、これらのものを前記
数値の通り一定とし圧電素子の内径のみを異なら
せて第４図のセンサーを構成し、各センサーごと
に周波数測定器にかけて、オシログラフより共振
周波数f0（ｋHz）と、該共振周波数f0の相対出力
dBより3dB下がつた出力に対応する周波数の巾
（共振帯域巾B.W）と、出力電圧（VR）とを読み
とつた。 〈実験結果〉
該シリンダ内のノツキングの発生を検出するのに
用いる圧電共振型ノツクセンサにおいて、その共
振帯域幅調整方法に関する。 従来の圧電共振型ノツクセンサーは第１図の構
成になる。 図中、１は凹状のケースで、外底面中央に機関
のシリンダ壁に螺合する取付ボルト１ａを突設し
ている。２は支持板で、前記ケースの内底面に載
置される。３は凹状の押え蓋で、閉端面がケース
の開口部を閉鎖し、開口縁が支持板の周辺に押圧
するようケース内に緊密に嵌挿される。このケー
ス１と支持板２と押え蓋３はケースの開口縁１ｂ
を内側に折曲げ押え蓋の閉端面外周領域に係接す
ることによつて分離不能に固定される。４は金属
薄板４１の片面にこれと同外径の円板状圧電素子
４２を一体的に貼着してなる振動感知部材で、前
記金属薄板４１の中央部下面から螺子軸５を突設
し、スペースナツト６を介装して該螺子軸５をケ
ース１の内底面に螺着することによつて、ケース
１内に支持される。 その他、前記押え蓋３には、端子９を植設し、
該端子９を導線１０を介して圧電素子４２の上面
電極４２ａと電気的に接続される。また下面電極
４２ｂは螺子杵５によつてケース１と接続し、ボ
デイアースされる。 前記振動感知部材４は、その外径寸法によつて
ほぼ決定される共振周波数を、機関のノツク振動
周波数に略一致させることにより、ノツキングの
発生とともに、外周が上下に屈曲振動し、端子９
から最大出力が誘起される。 第２図の圧電素子の相対出力dBと、入力振動
波の周波数との関係を示すグラフにおいて、相対
出力dBは共振周波数f0のときに最大となり、そ
の前後で下降する。このことから、良好な出力を
得る上で、前記のように、共振周波数f0を、被検
出振動波（ノツキング振動波）の周波数と等しく
することが必要となる。一方、前記最大出力ｘよ
りも3dB度出力が低くなつても、出力信号として
は検出可能であつて、このため、この出力に対応
する周波数をf1、f2とすれば被検出振動波の周波
数がf1〜f2間の振動数であれば有効となる。 ここで、この周波数帯域f1〜f2の巾を共振帯域
巾B.Wという。 ところで、ノツク振動周波数は、種類、型式が
同一の機関であつても、機関構成部品のばらつき
や運転条件によつて変動し、このため共振帯域巾
B.Wが狭く、該巾からノツク振動周波数がずれ
ると、出力が低下して充分な検知が得られない。 また、共振帯域巾B.Wが広すぎても、機関に
はノツキング以外の種々の原因からなる振動波が
生ずるが、これらの振動波をも検出することとな
つて、正確な検知が得られない。従つて、共振帯
域巾B.Wは使用条件に適合した最適なものとす
る必要がある。 本発明は上述の要求に対応して共振帯域幅を最
適に調整する方法に係るものであり、圧電素子の
中心部に、円孔を外形と同心状に配し、その円孔
の内径を、共振帯域幅を増大させる場合には小さ
なものとし、共振帯域幅を減少させる場合には大
きなものとすることにより振動感知部材の共振帯
域幅を調整するようにしたものである。 すなわち、本発明者は、外径が等しく、かつ外
径と同心状に円孔ａを形成してなる圧電素子４
２′を、前記円孔ａの内径を異ならせて多数用意
し、第３図に示すように、各圧電素子４２′を、
中心に透孔を設けた金属薄板４１′の上面に接合
して振動感知部材４′を形成し、その透孔の上面
にはリング板７ａ及び電極板８を、下面にはリン
グ板７ｂを夫々当接して、該透孔にボルト（軸）
５′を通し、スペースナツト６を介してケース１
の内底面に螺合することにより前記振動感知部材
４′をケース１内に支持し、かつ圧電素子の上面
電極４２′ａを押え蓋３に植設した出力端子９ａ
に、下面電極４２′ｂを同じくアース端子９ｂに
夫々接続してノツクセンサーを夫々構成し、各セ
ンサーにつき、共振帯域巾B.W、共振周波数f0及
び出力電子VRについて計測した。その結果、第
５図のグラフで示されるように、共振周波数f0が
ほとんど等しく、共振帯域巾B.Wのみが異なる
ことを知得した。 かかる実験の諸条件について記載する。 〈使用された部品の材質及び形状〉 ◎金属薄板の材質及び形状 材質；ニツケル合金 外径；15.6φ 内径；2φ 厚さ；0.2mm ◎圧電素子の材質及び形状 材質；チタン酸（TiO2） ジルコン酸（ZrO2） 鉛（pb）を焼結してなるPZTセラミツクス 外径；15.2φ 厚さ；0.25mm ◎リング板の形状 外径；3.4mm 内径；２mm 厚さ；1.00mm 〈実験方法〉 共振周波数f0は、リング板金属薄板の厚さ、形
状及び圧電素子の外径、厚さによつて変化するこ
とが知られている。そこで、これらのものを前記
数値の通り一定とし圧電素子の内径のみを異なら
せて第４図のセンサーを構成し、各センサーごと
に周波数測定器にかけて、オシログラフより共振
周波数f0（ｋHz）と、該共振周波数f0の相対出力
dBより3dB下がつた出力に対応する周波数の巾
（共振帯域巾B.W）と、出力電圧（VR）とを読み
とつた。 〈実験結果〉
【表】
前記数値を第５図において、グラフで示す。
この結果によると、内径が小さくなるに従つ
て、共振周波数f0（ｋHz）はほとんど変化しない
が、共振帯域B.W（Hz）は、増大していくことが
示される。また出力電圧VRは漸減するが顕著で
はないことが示される。 このことから、内径を変えることによつて、共
振周波数f0をそのままにして共振帯域巾B.W（Hz）
を変えることができることが解る。この理由は定
かではないが、振動感知部材の振動は様々なベン
デイングモードによつて構成されるが、内径を小
さくすると、副次共振が顕在化して共振帯域巾
B.Wが増大するのではないかと、一応考察され
る。 本発明は、前記知見に基づき、圧電素子４２′
に円孔ａを形成することによつて、任意に共振帯
域巾B.Wを選定するものであり、ノツキング振
動波の周波数のばらつきが大きい場合には、内径
を小さくし、小さい場合には他の検出不要の振動
波が、被検出振動波とともに検出されるのを防止
するため内径を大きくして夫々形成することによ
り、極めて簡易に、最適な共振帯域巾B.Wを生
じることができ、しかもかかる共振帯域幅の調整
によつても、共振周波数f0はほとんど変化させな
いという優れた効果がある。 その他、本発明の共振帯域幅を適用した場合に
は、円孔ａが形成されることにより、以下のよう
な付随的効果が生ずる。 すなわち金属薄板４１′の中心部が露出するか
ら、第４図のように、ボルト５′の螺挿によつて
振動感知部材４′をケース１内に支持することが
でき、従来のように薄板４１の下面に螺子杵５を
ロー付等によつて取付ける等の面倒な工作を要し
ず取付けが容易となる。 また、薄板４１は圧電素子４２′に比して可撓
性が高いから、円孔ａから露出した中心部の薄板
ａが良く撓んで、圧電素子４２′の湾曲が良好と
なり、従来に比して高い出力を生ずる。このこと
は、円孔ａの径が小さくなる程、出力電圧VRが
低下することからも伺い知れる。 さらにまた、圧電素子４２′と、金属薄板４
１′とは熱膨張係数が異なり、外気の温度変化に
より圧電素子４２′と、薄板４１の接合部で圧電
素子４２′に亀裂を生ずることがあるが、前記円
孔ａによつて接触面積が減少するから、前記損壊
が可及的に防止される。
て、共振周波数f0（ｋHz）はほとんど変化しない
が、共振帯域B.W（Hz）は、増大していくことが
示される。また出力電圧VRは漸減するが顕著で
はないことが示される。 このことから、内径を変えることによつて、共
振周波数f0をそのままにして共振帯域巾B.W（Hz）
を変えることができることが解る。この理由は定
かではないが、振動感知部材の振動は様々なベン
デイングモードによつて構成されるが、内径を小
さくすると、副次共振が顕在化して共振帯域巾
B.Wが増大するのではないかと、一応考察され
る。 本発明は、前記知見に基づき、圧電素子４２′
に円孔ａを形成することによつて、任意に共振帯
域巾B.Wを選定するものであり、ノツキング振
動波の周波数のばらつきが大きい場合には、内径
を小さくし、小さい場合には他の検出不要の振動
波が、被検出振動波とともに検出されるのを防止
するため内径を大きくして夫々形成することによ
り、極めて簡易に、最適な共振帯域巾B.Wを生
じることができ、しかもかかる共振帯域幅の調整
によつても、共振周波数f0はほとんど変化させな
いという優れた効果がある。 その他、本発明の共振帯域幅を適用した場合に
は、円孔ａが形成されることにより、以下のよう
な付随的効果が生ずる。 すなわち金属薄板４１′の中心部が露出するか
ら、第４図のように、ボルト５′の螺挿によつて
振動感知部材４′をケース１内に支持することが
でき、従来のように薄板４１の下面に螺子杵５を
ロー付等によつて取付ける等の面倒な工作を要し
ず取付けが容易となる。 また、薄板４１は圧電素子４２′に比して可撓
性が高いから、円孔ａから露出した中心部の薄板
ａが良く撓んで、圧電素子４２′の湾曲が良好と
なり、従来に比して高い出力を生ずる。このこと
は、円孔ａの径が小さくなる程、出力電圧VRが
低下することからも伺い知れる。 さらにまた、圧電素子４２′と、金属薄板４
１′とは熱膨張係数が異なり、外気の温度変化に
より圧電素子４２′と、薄板４１の接合部で圧電
素子４２′に亀裂を生ずることがあるが、前記円
孔ａによつて接触面積が減少するから、前記損壊
が可及的に防止される。
第１図は、従来のノツクセンサーの縦断側面
図、第２図は、相対出力と入力振動波の周波数と
の関係を示すグラフ、第３図は、本発明を適用し
たノツクセンサーの縦断側面図、第４図は、圧電
素子の平面図、第５図は、本発明に係る実験結果
を示すグラフである。 ４，４′；振動感知部材、４１，４１′；金属薄
板、４２，４２′；圧電素子、ａ；円孔。
図、第２図は、相対出力と入力振動波の周波数と
の関係を示すグラフ、第３図は、本発明を適用し
たノツクセンサーの縦断側面図、第４図は、圧電
素子の平面図、第５図は、本発明に係る実験結果
を示すグラフである。 ４，４′；振動感知部材、４１，４１′；金属薄
板、４２，４２′；圧電素子、ａ；円孔。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 金属薄板の一面に円板状圧電素子を一体に貼
着し、その共振周波数をノツク振動周波数に略一
致させてなる振動感知部材を、該薄板の中心から
下方に突出した軸によつて機関取付け用のケース
内に支持したものにおいて、 前記圧電素子の中心部に、円孔を外形と同心状
に配し、その円孔の内径を、共振帯域幅を増大さ
せる場合には小さなものとし、共振帯域幅を減少
させる場合には大きなものとすることにより振動
感知部材の共振帯域幅を最適に調整することを特
徴とする内燃機関用圧電共振型ノツクセンサーの
共振帯域幅調整方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10104682A JPS58216919A (ja) | 1982-06-11 | 1982-06-11 | 内燃機関用圧電共振型ノックセンサーの共振帯域幅調整方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10104682A JPS58216919A (ja) | 1982-06-11 | 1982-06-11 | 内燃機関用圧電共振型ノックセンサーの共振帯域幅調整方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58216919A JPS58216919A (ja) | 1983-12-16 |
| JPH0318136B2 true JPH0318136B2 (ja) | 1991-03-11 |
Family
ID=14290182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10104682A Granted JPS58216919A (ja) | 1982-06-11 | 1982-06-11 | 内燃機関用圧電共振型ノックセンサーの共振帯域幅調整方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58216919A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60256730A (ja) * | 1984-06-01 | 1985-12-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 暖房装置 |
| JPS6117916A (ja) * | 1984-07-04 | 1986-01-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ノツクセンサ |
-
1982
- 1982-06-11 JP JP10104682A patent/JPS58216919A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58216919A (ja) | 1983-12-16 |
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