JPH03296632A

JPH03296632A - ノックセンサ

Info

Publication number: JPH03296632A
Application number: JP2100024A
Authority: JP
Inventors: Shogo Asano; 浅野　勝吾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-04-16
Filing date: 1990-04-16
Publication date: 1991-12-27
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: JP2591246B2

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】産業上の利用分野本発明は、エンジンのノッキングの有無を判定してノッ
クコントロールシステムで点火時期制御を行う際に直接
にノンキングの有無を判定するノックセンサに関する。

従来の技術ノックコントロールシステムとは、エンジンフロックの
振動を検出し、その振動波形によりノ・ノキングの有無
を判定して点火時期制御を行い、燃費改善を図るシステ
ムである。そして、この際にエンジンブロックの振動ピ
ンクアップとしてノックセンサが用いられる。

このノックセンサとしては圧電ディスク中心固定型ノッ
クセンサが一般に知られており、このノックセンサは、
第１１図に示すように構成されている。

図中の符号１は、その上部が開口しその外周面がボルト
状に大面に形成された筐体を示している。

符号２は、筐体１の下部に一体成形されたネジ部を示し
ており、このネジ部２が図示しないエンジンのネジ穴に
螺合されて筺体１がエンジンに固定される。

筺体１の内部には、導電性の基板３が装着されており、
この基板３の上面には、複数の凸部４が形成されている
。基板３の下面中央部には、その先端部を切り落とした
円錐台形状の突起５が形成され、基板３及び突起５を貫
通して連通孔６が形成されている。突起５の先端には、
連通孔６の部分が開口した振動板７が溶接され、この振
動板７には、連通孔６の部分が開口した圧電セラミ・ツ
ク８が接着されている。

符号９は、絶縁体からなるコネクタユニ・ノドを示して
おり、筺体１の上部開口に挿入して固定されている。こ
のコネクタユニット９は、円筒部１０と基板部１１とか
らなり、基板部１１の下面には、前記基板３の凸部４が
嵌合する凹部１２が形成されている０円筒部１０内には
、ターミナル１３が設けられており、このターミナル１
３の下端部には、下方へ基板３、振動板７、圧電セラミ
ック８を貫通して延出させたリード部１４が形成されて
いる。このリード部１４は、圧電セラミック８に形成さ
れた図示しない銀電極に半田付けされた金属箔１６の中
央部を貫通して互いに半田付けにより接続され、またそ
の上端が図示しないコントロールユニットに電気的に接
続される０図中の符号１５は基板３の連通孔６と振動板
７及び圧電セラミック８の孔に充填された絶縁材である
。また、符号１７は０リング、符号１８は環状の規制板
をそれぞれ示している。

以上のように構成されたノックセンサでは、エンジンの
振動はネジ部２から筺体１に伝わり、さらに、基１３か
ら突起５を介して振動板７に伝わり、この振動板７を圧
電セラミック８とともに振動させる。そして、これら振
動板７及び圧電セラミック８は、その厚さ、径、材料及
び固定部の径等によって決定される共振周波数において
最も振動して大きく撓み、第１０図の出力電圧と振動周
波数特性との関係を示すグラフからも分かるように、そ
の出力電圧が最大となる。そして、この出力電圧の変化
を図示しないコントロールユニットで検知して、点火時
期制御を行うか否かを判定する。

発明が解決しようとする課題しかしながら、上記構造の従来例においては、エンジン
からの振動伝達経路が、エンジン、筺体１、基板３、振
動板７から圧電セラミック８へ伝達するというように長
いため、この振動伝達経路でエンジンの振動特性が変化
しやすくなるという課題を有する。

また、振動板７の板厚が薄い場合、ノンキングにより引
き起こされる振動板７の振幅が減少するため、圧電セラ
ミック８に発生する出力電圧をあまり大きくとれないと
いう課題がある。

さらに、ノックセンサが断線やショートした場合、ノッ
クセンサ自体の障害かあるいは他の部分の障害か判らな
いため、ユニット全体を検査しなければならないという
課題がある。

本発明は、エンジンの振動特性を正確に検出できるとと
もに、出力電圧を大きくとれてノックを正確に検出する
ためのＳ／Ｎ比を向上させることができ、さらにノック
センサ自体の障害を容易に確認できるノックセンサを提
供することを目的とする。

ＲＭを解決するための手段本発明は、前記課題を解決するために、中央部に突起を
有する基台と、中央部にしぼり加工による突部やビード
加工による環状の突条で構成される補強用の環状段部が
形成されその周縁部に振動を補助するカーリングや周縁
部の折り曲げやリング状錘り等の環状の付加マスが形成
されてその一方の面の中央部を前記突起に固定される振
動板と、この振動板の他方の面に設けられる圧電セラミ
ックと、この圧電セラミックの電極に接続され可撓性を
有するとともに熱収縮するスリーブでターミナルに固定
されるリード線とで基台ブロックを構成し、内部にター
ミナルを有するオスコネクタと、このオスコネクタの外
周の一端に取り付けられるリングと、オスコネクタに内
蔵され一端を前記ターミナルに他端を前記リングにそれ
ぞれ接続された第１の抵抗器と、この第１の抵抗器及び
圧電セラミックのそれぞれに並列に接続された抵抗器及
びこの抵抗器に直列接続の直流電源とでコネクタブロッ
クを構成し、前記リード線の他端部を前記ターミナルに
接続し前記基台と前記リングとを互いに固定して前記の
基台ブロック及びコネクタブロックを一体化したことを
特徴としている。

作用上記構成により、エンジンからの振動が基台、振動板、
圧電セラミックの順に伝達し、その伝達経路が短くなる
。これにより、環境の違いに対するエンジンの振動特性
の伝達途中での変動が少なくなる。

振動板を前記構造にしたので、軸方向の剛性が増すとと
もに周縁部の重さにより、圧電セラミックの振幅を大き
くすることができ、また、圧電セラミックに並列に配設
された抵抗器により帯域幅が拡大する。

さらに、圧電セラミックとコネクタブロックに内蔵し圧
電セラミックに並設した抵抗器のいずれにも並列に接続
された抵抗器の両端の電圧をチエツクすることにより、
圧電セラミックを含む回路の断線あるいはショートを検
知することができる。

実施例以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。本発明
のノックセンサは、第１図及び第２図に示すように、基
台ブロック２０とコネクタユニット２８ａとから概略構
成されている。

まず、基台ブロック２０の構造を説明する。基台ブロッ
ク２０は、基台部２０ａとネジ部２１とから形成され、
その外周をボルトの頭部と同しように大面に形成されて
おり、その下方にネジ部２１が一体成形されている。基
台プロ、り２０の上側には、上方へ開口して形成された
中空部３５を有しており、この中空部３５内の中央部に
先端部を切り落とした円錐台形状あるいは円筒状の突起
２２が一体成形されている。なお、この中空部３５は軽
量化を図るために設けられたものである。

基台ブロック２０の中央部である突起２２内には、上方
へ開口する袋孔２３が形成され、２０袋孔２３に、絶縁
材からなる熱収縮性スリーブ２４が挿入されている。こ
の熱収縮性スリーブ２４は、後述するターミナル２９の
リード部２９ａが袋孔２３に挿入された後加熱されて収
縮し、後述するリード線３６をリード部２９ａに固定す
るためのものである。

突起２２には、振動板２５がその中央部を溶接あるいは
接着等の手段で固定されている。この振動板２５には、
第３図（ａ）及び第３図（６）に示すように、その中央
部にしぼり加工を施して下方へ隆起させた補強用環状段
部としての突部２５ａが形成され、その周縁部にカーリ
ング２５ｃが施されてその重さにより振動板２５の振幅
を大きくするための付加マスが形成されている。符号２
５ｂは振動板２５の中央部に形成され前記袋孔２３に連
続する開口である。そして、この振動板２５の突部２５
ａの上面の凹部に接着剤が充填されて圧電セラミック２
６が接着され、突部２５ａの下面が、第１図の基台ブロ
ック２０の突起２２に取り付けられる。図中の符号２７
は基台ブロック２０の上面に成形された環状溝２７ａに
収納され、コネクタブロック２８ａの下端部の全周に当
接してお互いを密封するＯリングである。

次に、コネクタブロック２８ａの構造を説明する。

符号２８は絶縁材で形成されたオスコネクタであり、こ
のオスコネクタ２８内にターミナル２９が固定されてい
る。オスコネクタ２８の下部の外周には、金属製のリン
グ３０が固定されている。オスコネクタ２８の下部のタ
ーミナル２９の突出部にはシール剤３３が充填されてい
る。ターミナル２９の下端部には、前記振動板２５の開
口２５ｂ及び圧電セラミック２６を貫通して袋孔２３に
挿入されるリード部２９ａが形成されている。このリー
ド部２９ａと前記圧電セラミック２６の上側面は、リー
ド線３６で互いに接続されている。このリード線３６は
、可撓性を有しており、リード部２９ａ及び圧電セラミ
ック２６の上面にそれぞれ半田付けされている。

そして、リード部２９ａを袋孔２３に挿入した後、スリ
ーブ２４を加熱して収縮させ、このスリーブ２４にリー
ド部２９ａを把持させて、リード線３６をリード部２９
ａに確実に取り付けるように構成されている。

図中の符号３７は、オスコネクタ２８の上部外周に環状
に形成された溝３７ａに嵌挿されたＯリングを示し、符
号３８は、オスコネクタ２Ｂに嵌合して接続されるメス
コネクタを示している。

以上のように構成された基台ブロック２０及びコネクタ
ブロック２８ａは、次のようにして組み立てられる。

まず、基台ブロック２０及びコネクタブロック２８ａは
、それぞれ別工程で組立られる。そして、第４図（ａ）
（ｂ）のように圧電セラミック２６の上面三箇所に接続
されたリード線３６が、治具４５に保持されたオスコネ
クタ２８のリード部２９ａの切欠き部２９ｂに吊り下げ
られて２等分され、この位置でリード部２９ａに半田付
けされる。基台ブロック２０の袋孔２３にはスリーブ２
４が挿入され、環状溝２７ａにはＯリング２７が挿入さ
れる。

次いで、第４図（Ｃ１のようにコネクタユニット２８を
基台ブロック２０に当接させてリード部２９ａを袋孔２
３に挿入する。そして、オスコネクタ２８と基台ブロッ
ク２０とを互いに嵌合させて、第４図（ｄ）のようにリ
ング３０と基台ブロック２０の上面とが上部電極４１及
び下部電極４２で挟持されて全周リングプロジェクショ
ン溶接される。そして、この溶接部分、０リング２７及
びシール剤３３で圧電素子装着中空部３５を密封構造と
している。このとき、ターミナル２９のリード部２９ａ
は、基台ブロック２０の袋孔２３の内部に挿入されたス
リーブ２４に挿入された状態になり、このスリーブ２４
が加熱されると収縮し、リード線３６がリード部２９ａ
に確実に固定される。

このようにして一体に結合したノックセンサは、その基
台ブロック２０のネジ部２１がエンジンブロックに螺合
することで、固定される。この取付は状態において、圧
電セラミック２６の一方の電極は、リード線３６からリ
ード部２９ａ、ターミナル２９、メスコネクタ３８を介
して図示しないノックコントローラに接続される。圧電
セラミック２６の他方の電極は、振動板２５、基台ブロ
ック２０、エンジンブロックを介してアースに接続され
る。

以上のように構成されたノックセンサでは、エンジンブ
ロックからの振動が、基台ブロック２０ノみを介して振
動板２５に伝達される。そして、振動板２５では、カー
リング２５ｃがその重さのために振動板２５の他の部分
に対して相対的に振動に対する反応が鈍くなり、結果的
に振動板２５の振幅を大きくする。この振動板２５が圧
電セラミック２６を振動させ、圧電セラミック２６は、
その振動に応じた電気信号を発生し、ノックコントロー
ラへ出力する。

これにより、エンジンブロックからの振動伝達経路が短
くなり、ノンキング時の特徴的振動周波数を直接的にピ
ックアップすることができるとともに温度等の環境条件
の変化に対する振動周波数特性検出能力の安定化を図る
ことができる。

また、振動板２５の中央部に、突部２５ａを設けたので
、軸方向の剛性が増大し、振動１２５の板厚が薄い場合
でも周波数特性の異常なピークを抑えることができる。

さらに、振動板２５の外周部に付加マスとしてのカーリ
ング２５ｃを形成したので、その重さのために振動板２
５の振幅が大きくなり、したがって圧電セラミック２６
に発生する出力電圧を大きくすることができ、ノックを
正確に検出するためのＳ／Ｎ比を向上させることができ
る。

また、ターミナル２９のリード部２９ａと圧電セラミッ
ク２６とを可撓性を有するリード線３６で接続したので
、温度、振動等の外部環境の変化に対する信鯨性が向上
する。

リード線３６を熱収縮性スリーブ２４でリード部２９ａ
に固定したので、振動時の線振れが防止できる。

次に、本発明の第２実施例を説明する。

第５図に示す本発明の第２実施例としてのノックセンサ
の全体構成は、前述した第１実施例とほぼ同様である。

そして、本実施例では、圧電セラミック２６に抵抗器３
１が並設されている。具体的には、この抵抗器３１は、
オスコネクタ２８に設けられた孔３２に挿入されており
、この抵抗器３１の一方のり−ドｗＡ３１ａがターミナ
ル２９にスポット溶接で接続され、他方のリード線３１
ｂがリング３０にスポット溶接で接続されている。この
状態で、一方のリード線３１ｂは、リンク３０、基台ブ
ロック２０、エンジンブロックを介してアースに接続さ
れており、他方のリード線３１ａはターミナル２９、メ
スコネクタ３８を介してノックコントローラに接続され
ている。

第６図は前記構成の抵抗器３１の電気回路を示す回路図
である。抵抗器３１は、圧電セラミック２６に並列に接
続されており、コンデンサ４６が圧電セラミック２６に
直列に接続されている。そして、この抵抗器３１の値Ｒ
は、第１０図のグラフにおける３ｄＢダウンの帯域幅α
を大きくするために、Ｒ１＝ｉ１／ω。ＣＯ（ω。＝２
πｆ０、ｆ０：共振周波数、Ｃｏ　：圧電セラミックの
容量）としている。

これにより、前記第１実施例の作用・効果に加えて、出
力電圧−振動周波数特性における３ｄＢダウンの帯域幅
「が大きくなり、エンジンの高速回転でのノックセンサ
の応答性が向上するとともに各エンジン間で異なるノッ
キング時の周波数特性のばらつきを吸収することができ
る。

なお、前記抵抗器３１は、オスコネクタ２８に内蔵して
も、ノックコントローラ側に設けてもよい。

次に、本発明の第３実施例を説明する。

全体構成は、前述した第２実施例とほぼ同様である。

そして、本実施例では、圧電セラミック２６及び抵抗器
３１に並列に抵抗器３９及び直流電源４０が接続されて
いる。具体的には、第７図に示すように、圧電セラミッ
ク２６に前記第２実施例の抵抗器３１が並列に接続され
、この圧電セラミック２６及び抵抗器３１から延びる信
号線とアースとの間に直列に抵抗器３９と直流電源４０
とが接続されている。そして、信号線には、前記の圧電
セラミック２６、抵抗器３１及び抵抗器３９に直列にコ
ンデンサ４７が接続されている。二つの抵抗器３１．３
９の（ＩＲは、前記第２実施例の場合と同様にエンジン
の高速回転でのノックセンサの応答性が向上するために
、それぞれＲ”＝２７（ｓ）ｏ　Ｃｏ　　（６）ｏ　＝
２７Ｅ　ｆｏ　、ｆ＠　　：共振周波数、Ｃｏ　：圧電
セラミックの容量）としている。

なお、この抵抗値Ｒは、二つの抵抗器３１．３９が並列
になっているためである。

そして、抵抗器３９の両端ａ、ｂの電圧を監視すること
により、圧電セラミック２６の異常を知ることが出来る
。具体的な数値を示すと、二つの抵抗器３１３９の抵抗
値を６．８にΩ、直流電源４０の電圧を５ｖとすると、
通常、抵抗器３９の両端ａ、ｂには２〜３Ｖ程度の電圧
が生じるが、断線、シッート等の異常が生じると、抵抗
器３９の両端ａ、ｂの電圧が変化し、したがって、圧電
セラミック２６の異常を知ることができる。

これにより、前記第１及び第２実施例の作用・効果に加
えて、ノックセンサの異常のうち、圧電セラミック２６
に関する異常を容易に発見することができる。

なお、前述した３つの実施例では、振動板２５の周縁部
に形成する付加マスとしてのカーリング２５Ｃを上方へ
向けて内側へ巻き込むように形成したが、第３図（Ｃ）
　に示すようムこ、カーリング２５ｄを外側へ向けるよ
うに巻いて形成しても前記同様の作用・効果を奏するこ
とができる。

また、付加マスは振動板２５の周縁部を重くするために
取り付けるものであり、第３図（ｄ）のように、単に周
縁部を振動方向へ折り曲げるだけでもよく、さらに、第
３図（ｅ）のように、リング状錘り２５ｆを周縁部に溶
接又は接着側等の手段で取り付けてもよい。そしてこれ
らの場合も前記同様の作用・効果を奏することができる
。

さらに、前述した３つの実施例では、振動板２５の中央
部にしぼり加工を施して下方へ隆起させた突部２５ａを
成形したが、第８図（ａｌ（ロ）のように、振動板２５
の中央部付近にビード加工を施して環状の突条（ビード
）４９を形成してもよく、さらに、振動板２５の剛性が
充分な場合は、第９図（ａ）　（ｂ）のように、何も成
形せず平板のままでもよい。そして、これら第８図及び
第９図の場合、前述の場合と同様に、カーリング４８ｃ
＋５１ａに代えて、第８図（Ｃ）（ｄ）（ｅｌあるいは
第９図（Ｃ１（ｄｉ　（ｅｌのように、逆巻きカーリン
グ４８ｄ、５１ｂ、折り曲げ４８ｅ、５１ｃあるいはリ
ング錘り４８ｆ、５１ｄでもよい。

そしてこれらの場合も前記同様の作用・効果を奏するこ
とができる。

発明の詳細な説明したように、本発明によれば、振動板の中央部付
近に補強のための加工を施すとともにその周縁部に付加
マスを備えたので、次のような効果を有する。

（１）エンジンブロックからの振動伝達経路が短くなり
、ノンキング時の特徴的振動周波数を直接的にピックア
ップすることができるとともに温度等の環境条件の変化
に対する振動周波数特性検出能力の安定化を図ることが
できる。

（２）振動板の中央部に、補強用の環状段部を設けたの
で、軸方向の剛性が増大し、振動板の板厚が薄い場合で
も周波数特性の異常なピークを抑えることができる。

（３）振動板の周縁部に振動を補助する環状の付加マス
を形成したので、その重さのために振動板の振幅が大き
くなり、圧電セラミックに発生する出力電圧を大きくす
ることができ、ノックを正確に検出するためのＳ／Ｎ比
を向上させることができる。

（４）　　ターミナルのリード部と圧電セラミックとを
可撓性を有するリード線で接続したので、温度、振動等
の外部環境の変化に対する信較性が向上する。

（５）　　リード線を熱収縮性スリーブでリード部に固
定したので、振動時の線振れが防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のノックセンサを示す側断面図、第２図
は第１図のノックセンサを示す側面図、第３図（ａ）は
本発明のノックセンサの振動板を示す側断面図、第３図
ら）は第３図（ａ）の振動板の平面図、第３図（Ｃ）か
ら第３図（ｅ）はそれぞれ第３図（ａ）の振動板の変形
例を示す側断面図、第４図（ａ）〜（ｄ）は第１図のノ
ックセンサの組立状態を示す側面図、第５図は本発明の
第２実施例としてのノックセンサを示す側断面図、第６
図は第５図のノックセンサの回路図、第７図は本発明の
第３実施例としてのノックセンサの回路図、第８図（ａ
）は本発明に係る振動板の第２実施例を示す側断面図、
第８図（ロ）は第８図（ａ）の振動板の平面図、第８図
（Ｃ）〜（ｅ）はそれぞれ第８図（ａ）の振動板の変形
例を示す側断面図、第９図（ａ）は本発明に係る振動板
の第３実施例を示す側断面図、第９図（ｂ）は第９図（
ａ）の振動板の平面図、第９図（Ｃ）〜（ｅ）はそれぞ
れ第９図（ａ）の振動板の変形例を示す側断面図、第１
０図はノックセンサの出力電圧と振動周波数との関係を
示すグラフ、第１１図は従来のノックセンサを示す側断
面図である。２０・・・・・・基台ブロック、２０ａ・・・・・・基
台、２５・・・・・・振動板、２６−・・・・・圧電セ
ラミック、２８・・−・・・オスコネクタ、２８ａ・・
・・・・コネクタブロック、２９・・・・・・ターミナ
ル、３０・・・・・・リング。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）中央部に突起を有する基台と、中央部に補強用の
環状段部が形成され周縁部に振動を補助する環状の付加
マスが形成されて一方の面の中央部が前記突起に固定さ
れる振動板と、この振動板の他方の面に設けられる圧電
セラミックと、この圧電セラミックの一方の面の電極に
その一端部が接続されるリード線とで基台ブロックを構
成し、内部にターミナルを有するオスコネクタと、この
オスコネクタの外周の一端に取り付けられるリングとで
コネクタブロックを構成し、前記リード線の他端部を前
記ターミナルに接続し前記基台と前記リングとを互いに
固定して前記の基台ブロック及びコネクタブロックを一
体化したことを特徴とするノックセンサ。
（２）前記圧電セラミックは、第１の抵抗器が並列に接
続されていることを特徴とする請求項（１）に記載のノ
ックセンサ。
（３）前記圧電セラミックは、直列に接続された抵抗器
及び直流電源が並列に接続されることを特徴とする請求
項（１）又は（２）に記載のノックセンサ。
（４）前記第１の抵抗器が、ほぼ１／ω＿０Ｃ＿０（ω
＿０＝２πｆ＿０、ｆ＿０：共振周波数、Ｃ＿０：圧電
セラミックの容量）なる抵抗値を有する請求項（２）又
は（３）に記載のノックセンサ。
（５）前記第１及び第２の抵抗器が、それぞれほぼ２／
ω＿０Ｃ＿０（ω＿０＝２πｆ＿０、ｆ＿０：共振周波
数、Ｃ＿０：圧電セラミックの容量）なる合成抵抗値を
有する請求項（３）又は（４）に記載のノックセンサ。
（６）前記リード線が、可撓性を有するとともに前記の
基台ブロック及びコネクタブロックを一体化した後加熱
されることで熱収縮するスリーブで前記ターミナルに固
定された請求項（１）〜（５）のいずれかに記載のノッ
クセンサ。
（７）前記環状段部が、しぼり加工により隆起して形成
される突部で構成された請求項（１）〜（６）のいずれ
かに記載のノックセンサ。
（８）前記環状段部が、ビード加工により形成される環
状の突条で構成された請求項（１）〜（６）のいずれか
に記載のノックセンサ。
（９）前記付加マスが、振動板の周縁部をカーリングさ
せて形成された請求項（１）〜（８）のいずれかに記載
のノックセンサ。
（１０）前記付加マスが、振動板の周縁部を振動方向に
折り曲げて形成された請求項（１）〜（８）のいずれか
に記載のノックセンサ。
（１１）前記付加マスが、振動板の周縁部に取り付けた
リング状錘りで構成された請求項（１）〜（８）のいず
れかに記載のノックセンサ。