JP7010777B2 - ノッキングセンサ - Google Patents

Description

本開示は、ノッキングセンサに関する。

ノッキングセンサは、内燃機関（ディーゼルエンジン、ガソリンエンジンなど）に装着されて、内燃機関のノッキング検出に使用される。ノッキングセンサは、内燃機関から伝達される振動に応じて変動する検出信号を出力する本体部と、本体部の周囲に形成される樹脂製のカバー部と、を備える。

ノッキングンサは、例えば、内燃機関のセンサ取付位置に設けられた取付ネジ孔に対して、取付ネジ孔に螺合する取付用ボルトを用いて固定することで、内燃機関のセンサ取付位置に固定される。

ノッキングセンサとしては、取付ネジ孔との間に配置されるセンサ受け部を備えることで、大きさが異なる各種の取付ネジ孔に対応できるものが提案されている（特許文献１）。このようなノッキングセンサは、センサ受け部を取り替えることで、ノッキングセンサ本体における外形形状を変更することなく、取付ネジ孔の寸法が異なる様々な種類の内燃機関に装着可能となる。

特開平１１－２０１８１３号公報

しかし、上記のノッキングセンサは、塩化カルシウムなどを含む水が付着しやすいセンサ取付位置に装着される場合があり、そのような場合には、塩化カルシウムなどを含む水の影響によってノッキングセンサが破損する可能性がある。

例えば、塩化カルシウムを含む水がノッキングセンサに付着した場合、塩化カルシウムの影響により樹脂製のカバー部が劣化してクラックが生じてしまい、さらにクラックを介して塩化カルシウムなどを含む水が本体部に到達して本体部が故障する可能性がある。

そこで、本開示においては、塩化カルシウムなどを含む水が付着しやすいセンサ取付位置に装着する場合であっても、本体部への塩化カルシウムなどを含む水の浸入を抑制できるノッキングセンサを提供することが望ましい。

本開示の一態様は、内燃機関のノッキングを検出するノッキングセンサであって、本体部と、カバー部と、を備えるとともに、被覆部を備える。
本体部は、ノッキングに応じて変動する検出信号を生成する。本体部は、当接部と、検出部と、端子部と、を備える。当接部は、内燃機関に当接する部分である。検出部は、当接部を介して伝達される振動に応じて変動する信号を検出信号として生成する。端子部は、検出信号を外部に出力する。

カバー部は、本体部の周囲に形成される樹脂製の部材である。カバー部は、本体収納部と、コネクタ部と、を備える。本体収納部は、当接部が露出した状態で検出部を覆う。コネクタ部は、端子部を覆うとともに本体収納部から外向きに延設される。

ここで、ノッキングセンサを当接部側から見たとき、コネクタ部の形成領域をコネクタ部の延設方向に延長した仮想領域を仮想延長領域とする。また、本体部と本体収納部との境界を当接境界とする。

被覆部は、当接境界のうち特定境界部を少なくとも覆う。特定境界部は、当接境界のうち仮想延長領域と重なる部分であってコネクタ部に近い部分である。
このノッキングセンサは、被覆部を備えることで、本体部とカバー部（詳細には、本体収納部）との境界のうち特定境界部からノッキングセンサの本体部に塩化カルシウムなどを含む水が浸入することを抑制できる。特に、特定境界部からの塩化カルシウムなどを含む水の浸入を抑制できるため、本体部のうち端子部に塩化カルシウムなどを含む水が到達することを抑制できる。

よって、このノッキングセンサは、塩化カルシウムなどを含む水が付着しやすいセンサ取付位置に装着する場合であっても、本体部への塩化カルシウムなどを含む水の浸入を抑制できる。

次に、上述のノッキングセンサにおいては、被覆部は、当接境界の全てを覆ってもよい。これにより、当接境界の全域にわたり塩化カルシウムなどを含む水の浸入を抑制できるため、ノッキングセンサの本体部への塩化カルシウムなどを含む水の浸入をより一層抑制できる。

次に、上述のノッキングセンサにおいては、被覆部は、カバー部の外表面のうち、当接境界を含む平面の全体を覆ってもよい。
このようにカバー部の外表面のうち当接境界を含む平面の全体を覆う被覆部を備えることで、センサ設置箇所とノッキングセンサとの間に塩化カルシウムなどを含む水が入り込んだ場合であっても、当接境界を含む平面が被覆部によって覆われるため、塩化カルシウムなどを含む水がカバー部（特に、当接境界を含む平面）に接触するのを抑制できる。よって、このノッキングセンサは、塩化カルシウムなどを含む水の影響によるカバー部の劣化を抑制できる。

次に、上述のノッキングセンサにおいては、カバー部を形成する材料は、被覆部を形成する材料よりも耐熱温度が高い材料であってもよい。これにより、より高温の環境下でもカバー部によって本体部を保護することができ、例えば、ノッキングセンサの直上に排気管などの高温物体が存在するような高温環境下にも、ノッキングセンサを配置することができる。

ノッキングセンサユニットを表す部分断面図である。 ノッキングセンサの内部構造を示す断面図である。 図３Ａは、被覆部を外した状態のノッキングセンサの底面側の外観を表す外観図であり、図３Ｂは、被覆部の外観を表す説明図である。 図４Ａは、ノッキングセンサにおける特定境界部および仮想延長領域の説明図であり、図４Ｂは、第２被覆部の外観を表す説明図である。 図５Ａは、ノッキングセンサにおける境界平面の説明図であり、図５Ｂは、第３被覆部の外観を表す説明図である。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
なお、以下に示す実施形態では、自動車などに搭載された内燃機関のノッキングを検出するノッキングセンサを例に挙げて説明する。

［１．第１実施形態］
［１－１．全体構成］
まず、本開示が適用されたノッキングセンサ１０を備えるノッキングセンサユニット１について、図１および図２を用いて説明する。

ノッキングセンサユニット１は、図１に示すように、非共振型ノッキングセンサ１０（以下、単に「ノッキングセンサ１０」ともいう。）と、取付用ボルト５０と、被覆部７０と、を備えている。

［１－２．ノッキングセンサ］
ノッキングセンサ１０は、本体部１０ａと、カバー部１０ｂと、を備える。
図２に示すように、本体部１０ａは、当接部１０ａ１と、検出部１０ａ２と、端子部１０ａ３と、を備える。当接部１０ａ１は、内燃機関に当接する部分である。

検出部１０ａ２は、支持部材２１、下面側電極部材３４、圧電素子３１、上面側電極部材３６、錘部材３２、ナット３３を備える。
支持部材２１は、例えば、金属材料（炭素鋼などの各種金属材料）で構成されている。支持部材２１は、軸線方向に延びる円筒形状の筒部２２と、筒部２２のうち一端部から径方向外向きに突出する鍔部２３と、を備えている。

筒部２２の内部には、軸線方向に貫通する貫通孔２４が備えられている。また、筒部２２の外周面における上端面２８の近傍および鍔部２３の外周面には、カバー部１０ｂとの密着性を高めるための溝部２６，２７が備えられている。そして、筒部２２の外周面のうち溝部２６の下面側（図１における下側を示す。以下同じ。）には、ナット３３と螺合するネジ溝２５が備えられている。

圧電素子３１は、圧電効果を有する材料（チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸バリウム等の各種セラミックス、水晶等の各種結晶、ポリフッ化ビニリデン等の各種有機材料、等）を備えて構成されている。圧電素子３１は、筒部２２の外周を取り囲む環状形状に形成されている。圧電素子３１は、鍔部２３の上面側に配置されている。

下面側電極部材３４は、筒部２２の外周を取り囲む環状形状に形成された導電性材料（銅など）で構成されている。下面側電極部材３４は、圧電素子３１の下面に当接している。上面側電極部材３６は、筒部２２の外周を取り囲む環状形状に形成された導電性材料（銅など）で構成されている。上面側電極部材３６は、圧電素子３１の上面に当接している。

錘部材３２は、環状形状の金属材料（真鍮等の各種金属材料）を用いて形成されている。錘部材３２は、上面側電極部材３６の上面側において、筒部２２の外周を取り囲むように配置される。錘部材３２は、圧電素子３１に対して荷重を印加するために備えられている。

ナット３３は、環状形状の金属材料で形成されている。ナット３３は、内周面に筒部２２のネジ溝２５と螺合するネジ溝（図示省略）が形成されて、筒部２２に螺合固定できるように構成されている。ナット３３は、軸線方向に垂直な面における外周形状が多角形（例えば、六角形）に形成されており、工具などを用いて締め付け固定できるように構成されている。

端子部１０ａ３は、第１端子部３５および第２端子部３７を備えている。第１端子部３５は、下面側電極部材３４から延設された導電性材料（銅など）で構成されている。第１端子部３５は、圧電素子３１の下面から出力される電気信号の通電経路として使用される。第２端子部３７は、上面側電極部材３６から延設された導電性材料（銅など）で構成されている。第２端子部３７は、圧電素子３１の上面から出力される電気信号の通電経路として使用される。

カバー部１０ｂは、本体部１０ａの周囲に形成される。カバー部１０ｂは、絶縁材料（ＰＡ（ポリアミド）等の各種樹脂材料など）を用いて構成されている。カバー部１０ｂは、本体収納部１３と、コネクタ部１５と、を備える。

本体収納部１３は、上面側（図１における上側を示す。以下同じ。）がテーパ状に成形された円柱形状である。本体収納部１３は、支持部材２１における上端面２８が露出するとともに下端面２９（換言すれば、当接部１０ａ１）が露出した状態で検出部１０ａ２を覆う。

コネクタ部１５は、本体収納部１３の外周壁から外向きに延設されている。コネクタ部１５は、外部機器（例えば、点火時期制御装置など）に繋がる外部コネクタを接続するために備えられる。コネクタ部１５は、その内側において、第１端子部３５および第２端子部３７の一部が露出するように形成される。第１端子部３５および第２端子部３７は、外部コネクタと電気的に接続される。

［１－３．取付用ボルト］
取付用ボルト５０は、図１に示すように、軸線方向に垂直な面における外周形状が六角形のヘッド部５１と、丸棒状に形成された胴体部５３と、ヘッド部５１のうち胴体部５３側に形成された押圧部５２と、を備えている。取付用ボルト５０において、胴体部５３の先端側（ヘッド部５１とは反対側）には、雄ねじ部５４が形成されている。

［１－４．被覆部］
次に、被覆部７０について、図１，２，３Ａ，３Ｂ，４を用いて説明する。
図３Ｂに示すように、被覆部７０は、挿通孔７０ａを有する円環状に形成されている。被覆部７０は、樹脂材料（例えば、ＰＥＴなど）で構成されている。挿通孔７０ａの内径寸法Ａ１は１９．９ｍｍであり、被覆部７０の外径寸法Ａ２は２８．３ｍｍである。図２に示すように、被覆部７０の厚さ寸法Ｈ１は、０．２９ｍｍである。

図２，３Ａに示すように、本体部１０ａにおいて、当接部１０ａ１の外径寸法Ｌ１は２０．０ｍｍであり、鍔部２３の外径寸法Ｌ２は２３．０ｍｍであり、鍔部２３の下端面から当接部１０ａ１の当接面（下端面２９）までの高さ寸法Ｈ２は０．３０ｍｍである。カバー部１０ｂのうち本体収納部１３の外径寸法Ｌ３は２８．０ｍｍである。

ノッキングセンサ１０の下面側には、本体部１０ａ（詳細には、鍔部２３）とカバー部１０ｂ（詳細には、本体収納部１３）との境界である当接境界４１を備える。本実施形態のノッキングセンサ１０においては、当接境界４１は円形である。当接境界４１の外径寸法は、鍔部２３の外径寸法Ｌ２（＝２３．０ｍｍ）と等しい。

挿通孔７０ａの内径寸法Ａ１（＝１９．９ｍｍ）が当接部１０ａ１の外径寸法Ｌ１（＝２０．０ｍｍ）よりも僅かに小さい（差分値Ｄ＝０．１ｍｍ）。このため、被覆部７０は、挿通孔７０ａが当接部１０ａ１の外周に嵌め合わされると、被覆部７０の収縮力により本体部１０ａに固定される。

また、被覆部７０の外径寸法Ａ２（＝２８．３ｍｍ）は、カバー部１０ｂのうち本体収納部１３の外径寸法Ｌ３（＝２８．０ｍｍ）よりも大きい。このため、被覆部７０は、カバー部１０ｂのうち本体収納部１３の底面を覆う状態で、本体部１０ａに固定される。

このように、被覆部７０は、挿通孔７０ａが当接部１０ａ１の外周に嵌め合わされることで、当接境界４１の全周を覆う状態で、本体部１０ａに固定される。
また、被覆部７０の厚さ寸法Ｈ１（＝０．２９ｍｍ）は、鍔部２３の下端面から当接部１０ａ１の当接面までの高さ寸法Ｈ２（＝０．３０ｍｍ）よりも小さい。このため、被覆部７０が配置される場合であっても、本体部１０ａの当接部１０ａ１が確実に内燃機関（ノッキングセンサ１０の設置箇所）に当接する状態となる。

被覆部７０を形成する樹脂材料（ＰＥＴ）の耐熱温度Ｔ１（融点Ｔ１）は２６０℃であり、カバー部１０ｂを形成する樹脂材料（ＰＡ）の耐熱温度Ｔ２（融点Ｔ２）は２６５℃である。つまり、カバー部１０ｂを形成する材料は、被覆部７０を形成する材料よりも耐熱温度が高い材料である。

［１－５．ノッキングセンサユニットの装着方法］
上記のように構成されたノッキングセンサユニット１は、内燃機関への組み付け工程において、ノッキングセンサ１０の下面（詳細には、支持部材２１における鍔部２３の下端面２９）を内燃機関のセンサ取付位置（例えば、シリンダブロックなど。図示省略。）に向けた状態で、取付用ボルト５０により内燃機関に取り付けられる。

なお、取り付け方法としては、取付用ボルト５０の雄ねじ部５４を内燃機関に形成された雌ネジ溝と螺合させる方法が挙げられる。このとき、ノッキングセンサ１０（支持部材２１）の上端面２８が取付用ボルト５０の押圧部５２に密着した状態となることで、ノッキングセンサ１０は、取付用ボルト５０によって内燃機関に対して強固に固定された状態となる。

このようにして内燃機関に固定されたノッキングセンサ１０は、内燃機関でノッキングなどの異常振動が発生すると、その異常振動が支持部材２１の鍔部２３を介して圧電素子３１に到達する。すると、ノッキングセンサ１０は、その異常振動に応じて圧電素子３１で生成される電気信号を、第１端子部３５および第２端子部３７から外部機器に対して出力する。

［１－６．効果］
以上説明したように、本実施形態のノッキングセンサユニット１におけるノッキングセンサ１０は、本体部１０ａとカバー部１０ｂとを備えるとともに、被覆部７０を備える。

ノッキングセンサ１０は、本体部１０ａとカバー部１０ｂ（詳細には、本体収納部１３）との境界である当接境界４１の全周を、被覆部７０が覆うように構成されている。このため、ノッキングセンサ１０は、被覆部７０を備えることで、当接境界４１からノッキングセンサ１０の本体部１０ａに水などの塩化カルシウムなどを含む水が浸入することを抑制できる。

よって、ノッキングセンサ１０は、塩化カルシウムなどを含む水が付着しやすいセンサ取付位置に装着する場合であっても、本体部１０ａへの塩化カルシウムなどを含む水の浸入を抑制できる。

次に、ノッキングセンサ１０においては、カバー部１０ｂを形成する材料は、被覆部７０を形成する材料よりも耐熱温度が高い材料である。これにより、より高温の環境下でもカバー部１０ｂによって本体部１０ａを保護することができ、例えば、ノッキングセンサ１０の直上に排気管などの高温物体が存在するような高温環境下にも、ノッキングセンサ１０を配置することができる。

［１－７．文言の対応関係］
ここで、文言の対応関係について説明する。
非共振型ノッキングセンサ１０がノッキングセンサの一例に相当し、本体部１０ａが本体部の一例に相当し、当接部１０ａ１が当接部の一例に相当し、検出部１０ａ２が検出部の一例に相当し、第１端子部３５および第２端子部３７が端子部の一例に相当する。カバー部１０ｂがカバー部の一例に相当し、本体収納部１３が本体収納部の一例に相当し、コネクタ部１５がコネクタ部の一例に相当する。被覆部７０が被覆部の一例に相当し、当接境界４１が当接境界の一例に相当する。

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、被覆部７０が当接境界４１の全てを覆う形態のノッキングセンサについて説明したが、このような形態に限られることはなく、被覆部が当接境界４１の一部を覆う形態であってもよい。具体的には、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、当接境界４１のうち特定境界部４１ａ（図４Ａにおいて太線で表した部分）を少なくとも覆う第２被覆部７１を備える形態のノッキングセンサ１０であってもよい。

なお、特定境界部４１ａは、当接境界４１のうち、ノッキングセンサ１０におけるコネクタ部１５の仮想延長領域Ｍ１（図４Ａにおける網掛け領域）と重なる部分であって、コネクタ部１５に近い部分である。コネクタ部１５の仮想延長領域Ｍ１は、ノッキングセンサ１０を当接部１０ａ１に垂直な軸線方向から見たときのコネクタ部１５の形成領域を、当接部１０ａ１に向けてコネクタ部１５の延設方向に延長した仮想領域である。

第２被覆部７１は、被覆部７０と同様の樹脂材料（例えば、ＰＥＴなど）で構成されている。第２被覆部７１は、当接境界４１のうち特定境界部４１ａを覆うとともに、当接部１０ａ１の外周側面の一部に当接する状態で、耐熱性接着剤（例えば、ロックタイト（登録商標）、高耐熱シリコンシール剤など）を用いて、本体部１０ａに固定される。

このように第２被覆部７１を備えるノッキングセンサ１０は、第２被覆部７１が特定境界部４１ａを覆うため、本体部１０ａとカバー部１０ｂ（詳細には、本体収納部１３）との当接境界４１のうち特定境界部４１ａからノッキングセンサ１０の本体部１０ａに塩化カルシウムなどを含む水が浸入することを抑制できる。特に、特定境界部４１ａからの塩化カルシウムなどを含む水の浸入を抑制できるため、本体部１０ａのうち端子部１０ａ３に塩化カルシウムなどを含む水が到達することを抑制できる。

よって、第２被覆部７１を備えるノッキングセンサ１０は、塩化カルシウムなどを含む水が付着しやすいセンサ取付位置に装着する場合であっても、本体部１０ａへの塩化カルシウムなどを含む水の浸入を抑制できる。なお、このノッキングセンサ１０においては、第２被覆部７１が被覆部の一例に相当する。

次に、他の実施形態として、図５Ａおよび図５Ｂに示すような、第３被覆部７２を備えるノッキングセンサであってもよい。第３被覆部７２は、環状部７２ａおよび延長部７２ｂを備える。環状部７２ａは、第１実施形態の被覆部７０と同じ形状である。延長部７２ｂは、環状部７２ａの側面から外向きに突出している。延長部７２ｂは、第２被覆部７１の一部分に相当する形状である。

第３被覆部７２は、カバー部１０ｂの外表面のうち境界平面Ｍ２（図５Ａのうち斜線で示す領域）の全体を覆う。境界平面Ｍ２は、カバー部１０ｂの外表面のうち軸線方向の高さが特定境界部４１ａと同一の平面領域である。本実施形態では、境界平面Ｍ２は、カバー部１０ｂのうち「本体収納部１３の下面」および「本体収納部１３の下面と同一平面上に位置するコネクタ部１５の下面」を指す。

このようにカバー部１０ｂの外表面のうち境界平面Ｍ２の全体を覆う第３被覆部７２を備えることで、内燃機関のセンサ設置箇所とノッキングセンサ１０との間に塩化カルシウムなどを含む水が入り込んだ場合であっても、境界平面Ｍ２が第３被覆部７２によって覆われるため、塩化カルシウムなどを含む水がカバー部１０ｂ（特に、境界平面Ｍ２）に接触するのを抑制できる。

よって、第３被覆部７２を備えるノッキングセンサ１０は、塩化カルシウムなどを含む水の影響によるカバー部１０ｂの劣化を抑制できる。なお、このノッキングセンサ１０においては、第３被覆部７２が被覆部の一例に相当する。

次に、上記の実施形態における各部の寸法（内径寸法Ａ１，外径寸法Ａ２，外径寸法Ｌ１，外径寸法Ｌ２，外径寸法Ｌ３，厚さ寸法Ｈ１，高さ寸法Ｈ２）は、あくまで一例であり、これらの個数は、本開示の範囲内において任意の数値を採りうる。また、上記の実施形態における材料の種類（耐熱温度など）は、あくまで一実施形態における数値であり、本開示の範囲内において任意の数値を採りうる。

次に、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…ノッキングセンサユニット、１０…非共振型ノッキングセンサ（ノッキングセンサ）、１０ａ…本体部、１０ａ１…当接部、１０ａ２…検出部、１０ａ３…端子部、１０ｂ…カバー部、１３…本体収納部、１５…コネクタ部、２１…支持部材、２２…筒部、２３…鍔部、２４…貫通孔、２８…上端面、２９…下端面、３５…第１端子部、３７…第２端子部、４１…当接境界、４１ａ…特定境界部、５０…取付用ボルト、７０…被覆部、７０ａ…挿通孔、７１…第２被覆部、７２…第３被覆部。

Claims (4)

1. 内燃機関のノッキングを検出するノッキングセンサであって、
   前記ノッキングに応じて変動する検出信号を生成する本体部と、
   前記本体部の周囲に形成される樹脂製のカバー部と、
   を備え、
   前記本体部は、前記内燃機関に当接する当接部と、前記当接部を介して伝達される振動に応じて変動する信号を前記検出信号として生成する検出部と、前記検出信号を外部に出力する端子部と、を備え、
   前記カバー部は、前記当接部が露出した状態で前記検出部を覆う本体収納部と、前記端子部を覆うとともに前記本体収納部から外向きに延設されるコネクタ部と、を備え、
   前記ノッキングセンサを前記当接部側から見たとき、前記コネクタ部の形成領域を前記コネクタ部の延設方向に延長した仮想領域を仮想延長領域とし、前記本体部と前記本体収納部との境界を当接境界とした場合に、
   前記当接境界のうち前記仮想延長領域と重なる部分であって前記コネクタ部に近い部分である特定境界部を少なくとも覆う被覆部を備える、
   ノッキングセンサ。
2. 前記被覆部は、前記当接境界の全てを覆う、
   請求項１に記載のノッキングセンサ。
3. 前記被覆部は、前記カバー部の外表面のうち、前記当接境界を含む平面の全体を覆う、
   請求項１または請求項２に記載のノッキングセンサ。
4. 前記カバー部を形成する材料は、前記被覆部を形成する材料よりも耐熱温度が高い材料である、
   請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のノッキングセンサ。

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