JP3720330B2 - ノックセンサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノックセンサに関し、詳しくは内燃機関のノッキングを検知する非共振型のノックセンサ（ノッキングセンサ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非共振型のノッキングセンサには、ケース内に、対向する表裏両端面（表裏両面又は単に両面ともいう）に電極層を備えた環状をなす圧電素子を、その表裏両面間を挟み付けて保持した構成のものがある。このものは、ノッキングの発生に伴い、ケース内にて挟み付けて保持された圧電素子に、ノッキングの周波数に対応する同素子の厚み方向（両面間）の歪を発生させ、電極間に信号電圧を発生させるものである。すなわち、この信号電圧を、圧電素子の表裏両面に形成された電極層に配線接続された外部接続端子から取出して、ノッキングを検出し、点火時期等を制御することにより、その発生を抑制するのに使用される。
【０００３】
このようなノックセンサの具体例としては、下端部外周にフランジを突出形成してなるスリーブ（インナーケース）に、環状（短円筒状）をなす圧電素子を外嵌状に配置し、その上に環状の錘を載せてフランジ上で挟み付けた構造のものがある（特許文献１）。このものは、外周面をなすケース（アウターケース）が樹脂でモールド成形され、スリーブの内側がセンサ取付け用穴をなしている。一方、ケースの外側には、コネクタ部がケース裏面（内燃機関への取付け用着座面）に対して、２０〜３０度で斜め上向きに延びる形で設けられている。このコネクタ部は根元部位を除いて有底筒状に形成され、その底部である先端向き端面に突出状に、一対の外部接続端子（ピン端子又はフラットバー端子）が形成され、これが圧電素子の各面の電極層にそれぞれ電気的に接続されて、信号電圧を取出すように構成されている。このようなノックセンサは、センサ取付け用穴にボルトなどの取付け部材を通して内燃機関（エンジン）の外部表面に取付けられる。そして、コネクタ部の外部接続端子（以下、単に端子ともいう）に、センサ出力取出し用のコードの先端のソケット（コネクタ）を差込方式で接続される構成とされている。
【０００４】
一方、これとは別のノックセンサ（以下、単にセンサともいう）としては、センサの取付け用着座面である裏面から突出するねじ軸部を、直接エンジンの外部表面に設けられたネジ穴にねじ込むことで取付けるようにしたものもある（特許文献２）。このものは、取付け用着座面を下にして上から見たとき、コネクタ部及びその内部に設けられた外部接続端子（コネクタ端子）が、圧電素子の表面上において上向きに延びる構成とされている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２５７６２４号公報
【特許文献２】
特開２００２−１２２０３２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載のノックセンサでは、コネクタ部が、センサの外側面をなす樹脂製のケース（アウターケース）部分から斜め上向きに延びるように一体で形成されている。ところが、このようなノックセンサでは、これをエンジンの外部表面へ取付ける際、コネクタ部の突出方向が、設計仕様では特定方向の横向き（例えば右横向き）であったとしても、そのように取り付けることは容易でない。というのは、コネクタ部は、ボルトの軸線回りに自由に回転できるため、その向きの取付け上のばらつきが起き易いためである。このため、設計仕様とは逆の例えば左横向きとなって取り付けられることもあるが、このような誤った取り付けがなされた場合には、接続すべきコードに適切な弛みを持たせることができないといったコードの張り具合、或いはその長さ上の問題が発生する。
【０００７】
しかも、ノックセンサをエンジンの縦壁面に取付ける場合においては、このような問題に加えて次のような問題もあった。すなわち、コネクタ部が本来上向きで取り付けられるべきところが、下向きで取り付けられる場合には、上から下向きに延びるセンサ出力取出し用のコードのとき、コネクタ部でコードを上向きに折返し状にして接続しないといけない。しかも、コネクタ部の外部接続端子は上から視認できない。このため、接続の作業性が著しく低下するという、重大な問題があった。
【０００８】
一方、特許文献２に記載のノックセンサでは、コネクタ部及び外部接続端子が上向きに延びているため、前記したような問題はない。しかし、このものでは、コネクタ部が、圧電素子の表面上において、その表面に重なる位置に設けられているため、次のような解決すべき問題点がある。すなわち、このものでは、コネクタ部、及びコネクタ部内の端子に接続されたセンサ出力取出し用のコード端部のソケットがエンジンの振動によって共振したときに、その共振振動が、センサ側のコネクタ部を伝播して圧電素子に伝播されやすい。これにより、このような振動に伴って発生するノイズ信号により、ノッキングの誤検出を起こすといった問題があった。このように、特許文献２に記載のものでは、ノッキングの検出時において、コネクタ部の共振が圧電素子に伝播されやすく、検出精度を低下させるといった重大な問題があった。
【０００９】
本発明は、このような特許文献１、２に記載のノックセンサにおける問題点に鑑みてなされたもので、センサにおけるコネクタ部の端子に対し、センサ出力取出し用のコードのソケットを差込み接続する際の作業上の問題もなく、しかも、コネクタ部の共振が圧電素子に伝わることによる検出精度の低下を抑制可能なノックセンサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、ケース内に、対向する表裏両端面に電極層を備えて環状に形成された圧電素子を、その両端面を挟む方向に加圧して保持するとともに、該圧電素子の環状の内側において前記両端面間の方向に貫通するセンサ取付け用穴を有し、内燃機関の外部表面に着座させて取付けるための取付け用着座面を備えた非共振型のノックセンサであって、
該センサ取付け用穴に、取付け部材を通して前記取付け用着座面を内燃機関の外部表面に着座させて取付ける構成とされ、
前記圧電素子の表裏両端面の各電極層に配線接続された、差し込み接続方式の外部接続端子が、前記ケースの外側部において、その差し込み接続方向に延びる絶縁材製のコネクタ部内を通されて、該コネクタ部の先端向き端面側に設けられており、
しかも該コネクタ部が、前記取付け用着座面を下としたとき、上に向って延びているものにおいて、
該コネクタ部を、前記取付け用着座面に対して直角で上に向って延ばすとともに、該コネクタ部のうち、前記圧電素子の表面より上に存在して上向きに延び始める部位を、上から見たとき、前記圧電素子の外側の環状輪郭線より内側に入らない位置に存在させたことを特徴とする。
【００１１】
このような本発明のノックセンサでは、これをその取付け用着座面を介して内燃機関の外部表面へ着座させて取付けた際には、そのコネクタ部は取付け用着座面を下にしたとき、前記取付け用着座面に対して直角で上に向って延びている。したがって、ノックセンサがセンサ取付け用穴に挿通された取付け部材の回りに回転したとしても、センサ出力取出し用のコードのソケットの差込方向は、上から下に向って一定である。このため、取付け誤差があっても、同コード先端のソケットの差込における作業上の問題は生じない。しかも、本発明にかかるノックセンサでは、該コネクタ部を、上から見たとき、前記圧電素子の存在部位と重ならない部位において上に向って延ばしたものである。すなわち、該コネクタ部のうち、前記圧電素子の表面より上に存在して上向きに延び始める部位を、上から見たとき、前記圧電素子の外側の環状輪郭線より内側に入らない位置に存在させたものであり、コネクタ部のうち、上向きに延び始める部位は、上から見て、前記圧電素子の外側の環状輪郭線より内側に入る部位から上に延びていない。このため、コネクタ部の共振が圧電素子の加圧方向に伝播されることが有効に防止されるから、ノッキングの誤検出の防止に有効である。
【００１２】
なお、本発明においては、該コネクタ部のうち、前記圧電素子の表面より上に存在して上向きに延び始める部位（以下、上向き延び始め部位ともいう）を、上から見たとき、前記圧電素子の外側の環状輪郭線より内側に入らない位置に存在させたものであればよい。しかし、コネクタ部の共振の圧電素子への伝播防止のためからは、上向き延び始め部位は、なるべく同環状輪郭線より外方に距離をおいて存在させる（遠ざける）のが好ましい。
【００１３】
請求項１に記載のノックセンサにおいては、請求項２に記載の発明のようにするとよい。請求項２に記載の発明は、前記コネクタ部のうち、上向きに延びる根元寄り部位を、先端寄り部位よりも細く形成したことを特徴とする請求項１に記載のノックセンサである。このようにしたものでは、前記根元寄り部位が細いため、コネクタ部の共振が圧電素子の加圧方向に伝播されることが、より有効に防止される。
【００１４】
さらに好ましくは、請求項１に記載のノックセンサにおいて、請求項３に記載の発明のようにするとよい。請求項３に記載の発明は、前記コネクタ部のうち、前記圧電素子の表面より上に存在して上向きに延びる根元寄り部位であり、上から見たとき、前記圧電素子の外側の環状輪郭線側に位置する部位に凹部を設け、該凹部よりも上部を該環状輪郭線側に張出し状に形成したことを特徴とする請求項１に記載のノックセンサである。
【００１５】
前記コネクタ部の前記根元寄り部位は、その周りの全体を縮径するようにして細くしてもよい。しかし、請求項３に記載のようにしたときには、該コネクタ部の前記根元寄り部位を、上から見たとき、前記圧電素子の外側の環状輪郭線より遠ざけることが容易となる。したがって、センササイズが増大するのを抑えつつ、コネクタ部の共振が圧電素子に伝播されることがさらに有効に防止される。
【００１６】
なお、本発明においては、該コネクタ部のうち、上向きに延び始める部位が、上から見たとき、前記圧電素子の存在部位と重ならない部位において上に向って延ばされていればよい。すなわち、前記上向き延び始め部位が、上から見たとき、前記圧電素子の外側の環状輪郭線より内側に入らない位置に存在していればよく、コネクタ部の上端寄り部位が、前記環状輪郭線より内側に入り込んでいてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１〜図５を参照しながら詳細に説明する。図中、１はノックセンサであり、中央に立設状に位置する円筒状のスリーブ（インナーケース）１１に、一定厚さの円環状の圧電素子２１が外嵌めされるなど、次のように形成されている。すなわち、スリーブ１１は、筒部１２の下端部の外周に円形のフランジ１３を突出状に備えており、筒部１２の高さ方向における中間部より上方にはその外周面にネジ（平行ネジ）１５が形成されている。そして、詳しくは後述するが外側には、圧電素子２１等を覆うようにインサート成形により、樹脂製のケース（アウターケース）３１が形成されている。なお、スリーブ１１は本形態では例えば鉄製とされており、その内側の貫通した空孔がセンサ取付け用穴１７をなしている。
【００１８】
そして、スリーブ１１の筒部１２の外周面であって、円形フランジ１３の上面には、一定厚さ（高さ）で円環状をなす圧電素子２１が同心状に外嵌めされている。この圧電素子２１は表裏（上下）両面に、電極層（図示せず）が焼成して形成され、その表裏両面にはそれぞれ当接状に電極板４１、４２が配置されている。また、圧電素子２１の表面（図示上面）の電極板４１上には、一定厚さで円環状をなす金属製の錘５１が絶縁板５２を介して配置され、バネ座金５３を介し、ナット５５を筒部１２の外周面に形成されたネジ１５にねじ込むことで、錘５１を介して圧電素子２１が一定の面圧で加圧されるように付勢している。なお、圧電素子２１の内周面及び裏面の電極板４２と、スリーブ１１の筒部１２及びフランジ１３の上面との間には、断面Ｌ形をなす絶縁材５７が介在され、絶縁が保持されている。
【００１９】
本形態では、スリーブ１１に圧電素子２１等をセット（組立て）した後で、インナーケースをなすスリーブ１１のフランジ１３、圧電素子２１、錘５１、ナット５５、スリーブ１１の筒部１２の上端部等の各外周面を覆う（くるむ）形で、これら各部品をインサートした形で絶縁樹脂によるケース（アウターケース）３１が自身の外周面の上端寄り部位を面取り状として形成されている。このような本形態のセンサ１では、フランジ１３の下面（底面）がセンサ１の裏面をなし、内燃機関（エンジン）の外部表面に取り付けられる際の取付け用着座面２０とされている。以上は、従来のノックセンサと異なる点はない。
【００２０】
一方、このような外側のケース３１における図示右側の外側には、そのケース材と同一樹脂により、同時成形によりコネクタ部６１が一体的に形成されている。このコネクタ部６１は、センサ取付け用穴１７の軸線Ｇと同方向で上向きに延びる形で形成されている。また、コネクタ部６１は、上から見たとき、圧電素子２１の存在部位と重ならない部位において真っ直ぐ上に向って延ばされている。ただし、本形態においては、コネクタ部６１のうち、圧電素子２１の外側の環状輪郭線（図２中の外側の破線）Ｒ寄りの部位が、同環状輪郭線（圧電素子２１の右端面）Ｒと微小な寸法Ｋをおいて近接して設けられている。
【００２１】
このようなコネクタ部６１は、スリーブ１１の上端面１１ａから上に突出して延びており、同上端面１１ａから上に突出する略全体が上端部を開口する筒状に形成されている。そして、その筒状部６３の底面である先端向き端面６４から、上向きに軸状をなす端子６６が２本延びており、この端子６６への差し込み接続方向は図中矢印Ａ方向とされている（図４参照）。ただし、この端子６６は、中継線６７を介して、圧電素子２１の上下各面の電極層上に配置された各電極板４１、４２にそれぞれ接続されている。また、コネクタ部６１は、これら端子６６及び中継線６７等をインサートし、ケース３１とともに同時成形されている。なお、コネクタ部６１は、平面視、各角が円弧状に丸められているが矩形状をなしている（図２参照）。また、コネクタ部６１の外周面には、コネクタ部６１が延びる方向に凸状部６８が４本設けられており、センサ出力取出し用のコード１２１のソケット１２２を差し込んで接続する際のガイド及び位置決めをなすように設定されている（図４参照）。なお、コネクタ部６１の外周面の先端寄り部位には、センサ出力取出し用のコード１２１のソケット１２２を差込んだときの抜け止め６９が設けられている。
【００２２】
このような本形態のセンサ１は、図４に示したように、その取付け用着座面２０をエンジンの外部表面１０１に当接状に着座させ、スリーブ１１の内側の空孔であるセンサ取付け用穴１７に取付け部材（例えば、頭部付きボルト）１１１を通して、エンジンの外部表面１０１のネジ孔（図示せず）にねじ込んで固定される。このとき、センサ１は、取付け部材１１１の軸回りに自由に回転できることから、平面視、コネクタ部６１の位置は取付け状態によって異なる。しかし、コネクタ部６１へのセンサ出力取出し用のコード１２１のソケット１２２の差込方向は上から下に向うもので常に一定となる。したがって、このようなノックセンサ１をエンジンの外部表面１０１のうち、その側面（上下に壁状をなす面）に取付ける場合には、コネクタ部６１は横向きに延びる形態となり、この形態は常に一定である。したがって、従来のようにコネクタ部６１が上向きとなったり下向きとなることがないから、同コード１２１の接続作業上の問題が解消される。
【００２３】
一方、エンジンへの取付け後においては、ノッキングによって発生する圧電素子２１の厚み方向の歪による信号電圧が、端子６６からコード１２１を介して図示しない制御装置に出力され、ノッキングを検知してフィードバックされ、点火時期等が制御される。このとき、センサ出力取出し用のコード１２１のソケット１２２が接続されたコネクタ部６１は、上から見て圧電素子２１の上方において重ならない位置に設けられているため、ノッキングの誤検出が防止される。つまり、コネクタ部６１の上向き延び始め部位が、圧電素子２１の上方で重なる位置に存在しておれば、コネクタ部６１からの振動はその方向性により、圧電素子２１に伝播し、その厚み方向に歪が発生するため、ノッキングの誤検出が起きる。しかし、本形態では、コネクタ部６１が圧電素子２１の上方に存在していないため、コネクタ部６１の共振は、圧電素子２１に伝播し難く、したがって、ノッキングの誤検知が有効に防止される。
【００２４】
本形態ではセンサ１の平面視（図２）において、圧電素子２１の外側の環状輪郭線Ｒに、コネクタ部６１の図示左側の側面が寸法Ｋで近接して設けられているものを例示したが、コネクタ部６１の共振による圧電素子２１への伝播防止の観点からは、その寸法（間隔）Ｋを大きくとるのが好ましい。寸法Ｋが大きいほど、コネクタ部６１による共振が圧電素子２１に伝播されにくくなるためである。
【００２５】
さて次に、本発明の第２の実施形態について、図６及び図７に基づいて説明する。ただし、本形態のものは、前記形態の改良とでもいうべきもので、本質的相違はないことから、前記形態と同一の部位には同一の符号を付し、相違点のみ説明する。
【００２６】
このものは、前記した実施の形態におけるコネクタ部６１のうち、上向きに延びる根元寄り部位６２を上端寄り部位よりも細く（横断面における径を小さく）形成したものである。ただし、本形態では、圧電素子２１の表面２１ａより上に存在して上向きに延びる根元寄り部位６２のうち、筒状部６３の底面である先端向き端面６４より下で、上から見たとき、圧電素子２１の外側の環状輪郭線Ｒ側に位置する部位に凹部（切り欠き）６０を設けたものである。すなわち、その凹部６０に対応する根元寄り部位６２を細く形成したものであり、結果として、その凹部６０よりも上部が環状輪郭線Ｒ側に張出し状に形成されている。
【００２７】
しかして、本形態では、上から見たとき、コネクタ部６１の根元寄り部位６２を、圧電素子２１の外側の環状輪郭線Ｒより外方に、その凹部６０（切り欠き）の横向きの深さ分、遠ざけられて設けたものである。したがって、コネクタ部６１が与える共振の問題がより効果的に低減される。加えて、そのような凹部６０が設けられている分、材料コストの低減と、軽量化が図られる。
【００２８】
なお、強度、耐熱性等の耐久性の問題がない範囲であれば、このような凹部６０でなく、これに加えて、さらに図６及び図７中の２点鎖線Ｎで示したように、コネクタ部６１の根元寄り部位の周囲を肉盗みして細く形成してもよい。このようにすれば、より一層、材料コストの低減と、軽量化も図られる。
【００２９】
本発明は、上記した実施の形態のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜に変更して具体化できる。さらに、コネクタ部内の端子は、ピン（又はフラットバー）形状のオス端子としたが、メス端子としても具体化できる。さらに、本発明は、コネクタ部が、取付け用着座面を下にしたときに、上に向って延びているものにおいて具体化されるが、その延びる方向は、取付け用着座面に対して、なるべく直角にするのが好ましい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、センサ出力取出し用のコードのソケットを、センサのコネクタ部の端子に差込んで接続する際の差込方向が、センサの取付け誤差に係わらず、エンジンの外部表面に対して常に一定となる。したがって、同コードの差し込み接続における差込方向のばらつきがなくなるため、その作業性の低下を招くこともない。加えて、コネクタ部が、共振を圧電素子に伝えて検出精度の低下を招くことを有効に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示すノックセンサの正面断面図。
【図２】図１の平面図。
【図３】図１の底面図。
【図４】第１の実施の形態を示すノックセンサの外観正面図。
【図５】図４の右側面図。
【図６】第２の実施の形態を示すノックセンサの外観正面図。
【図７】図６の一部破断平面図。
【符号の説明】
１ ノックセンサ
１７ センサ取付け用穴
２０ 取付け用着座面
２１ 圧電素子
３１ ケース
６０ コネクタ部の凹部
６１ コネクタ部
６４ コネクタ部の先端向き端面
６６ 外部接続端子
１０１ 内燃機関の外部表面
１１１ 取付け部材
Ｒ 圧電素子の外側の環状輪郭線

Claims (3)

1. ケース内に、対向する表裏両端面に電極層を備えて環状に形成された圧電素子を、その両端面を挟む方向に加圧して保持するとともに、該圧電素子の環状の内側において前記両端面間の方向に貫通するセンサ取付け用穴を有し、内燃機関の外部表面に着座させて取付けるための取付け用着座面を備えた非共振型のノックセンサであって、
   該センサ取付け用穴に、取付け部材を通して前記取付け用着座面を内燃機関の外部表面に着座させて取付ける構成とされ、
   前記圧電素子の表裏両端面の各電極層に配線接続された、差し込み接続方式の外部接続端子が、前記ケースの外側部において、その差し込み接続方向に延びる絶縁材製のコネクタ部内を通されて、該コネクタ部の先端向き端面側に設けられており、
   しかも該コネクタ部が、前記取付け用着座面を下としたとき、上に向って延びているものにおいて、
   該コネクタ部を、前記取付け用着座面に対して直角で上に向って延ばすとともに、該コネクタ部のうち、前記圧電素子の表面より上に存在して上向きに延び始める部位を、上から見たとき、前記圧電素子の外側の環状輪郭線より内側に入らない位置に存在させたことを特徴とするノックセンサ。
2. 前記コネクタ部のうち、上向きに延びる根元寄り部位を、先端寄り部位よりも細く形成したことを特徴とする請求項１に記載のノックセンサ。
3. 前記コネクタ部のうち、前記圧電素子の表面より上に存在して上向きに延びる根元寄り部位であり、上から見たとき、前記圧電素子の外側の環状輪郭線側に位置する部位に凹部を設け、該凹部よりも上部を該環状輪郭線側に張出し状に形成したことを特徴とする請求項１に記載のノックセンサ。

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