KR20070054072A - 노크 센서 - Google Patents

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KR20070054072A
KR20070054072A KR1020060023488A KR20060023488A KR20070054072A KR 20070054072 A KR20070054072 A KR 20070054072A KR 1020060023488 A KR1020060023488 A KR 1020060023488A KR 20060023488 A KR20060023488 A KR 20060023488A KR 20070054072 A KR20070054072 A KR 20070054072A
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KR
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stopper ring
knock sensor
outer circumferential
sensor
groove
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KR1020060023488A
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Inventor
아키토 요코이
하루마사 시바타
Original Assignee
미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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    • 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
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Abstract

과제
센서 본체에 대한 끼워 누르는 지지력의 편차를 저감(低減)시키고, 압전 소자에 안정된 예하중(豫荷重, preload)을 줌으로써, 출력 특성, 검출 감도가 안정화되는 등의 노크 센서를 제공한다.
해결 수단
이 발명의 노크 센서(1)는, 플랜지부(4) 및 통부(5)로 이루어지는 베이스(3)와, 통부(5)의 외주부에 끼워 삽입된 압전 소자(8)를 포함하는 센서 본체(6)와, 통부(5)의 외주부에 끼워 삽입되고 센서 본체(6)를 플랜지부(4)와 협동하여 끼워눌러 지지한 스토퍼 링(7)을 구비하고, 통부(5)의 외주면에는 홈(19)이 형성되어 있고, 스토퍼 링(7)의 외주면에 펀치가 박혀 넣어져서, 소성변형된 스토퍼 링(7)의 볼록부(20)가 홈(19)에 압입(壓入), 고정된 노크 센서에 있어서, 볼록부(20)가 형성된 때에, 스토퍼 링(7)의 외주면에 동시에 형성된 오목부(21)의 축선 방향의 길이는 홈(19)의 축선 방향의 길이보다 길다.
노크 센서

Description

노크 센서{KNOCK SENSOR}
도 1은 본 발명의 실시의 형태의 노크 센서를 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 주요부 확대도.
도 3은 도 1의 노크 센서의 조립 도중(途中)에서의 단면도.
도 4는 도 3의 IV-IV선에 따른 화살표로 본 단면도.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 2의 노크 센서를 도시한 주요부 단면도.
도 6은 본 발명의 실시의 형태 3의 노크 센서를 도시한 주요부 단면도.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 4의 노크 센서를 도시한 주요부 단면도.
도 8은 도 7의 노크 센서의 조립 도중(途中)에서의 단면도.
부호의 설명
1, 30, 40, 50, 60 : 노크 센서
3 : 베이스(base)
4 : 플랜지(flange)부
5 : 통(筒)부
6 : 센서 본체
7 : 스토퍼 링(stopper ring)
8 : 압전 소자(piezoelectric element)
19 : 홈
20 : 볼록부
21 : 오목부
23 : 펀치(가압 치구)
24 : 모서리부.
기술분야
본 발명은, 내연 기관에 부착되고, 내연 기관에 노킹 진동이 생기면, 이 진동이 내부에 끼워 눌러 지지된 압전 소자에 의해 전압 신호로 변환되고, 이 전압 신호가 출력 신호로서 외부로 도출되는 비공진형(非共振形)의 노크 센서에 관한 것이다.
배경 기술
종래의 노크 센서로서, 베이스의 통부(筒部)에 끼워 삽입된 압전 소자를 포함하는 센서 본체를 너트에 의해 끼워 눌러 지지하는 것이 알려져 있다 (예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
이것의 경우, 너트의 체결은 토오크렌치 체결 헤드 등의 공구로 토오크를 관리하여 압전 소자를 소정의 하중을 주는 것인데, 너트의 체결 토오크의 편차, 너트의 암나사 및 통부에 나선이 새겨진 수나사의 마찰 계수, 치수의 편차 등에 의해 압전 소자에 가하여지는 예하중(豫荷重)이 안정되지 않아서, 노킹 검출시의 출력 특성, 검출 감도에 편차가 생겨 버리는 등의 문제점이 있다.
본원 발명자는, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하는 것을 목적으로 하여, 아직 공지되지 않은 일본 특허출원 2004-301484호에 기재된 발명을 제안하고 있다.
이것의 경우, 가압 금구를 이용하여 축선 방향으로 외적(外的) 하중을 가하면서, 베이스의 통부에 끼워 삽입된 스토퍼 링을 압하(壓下)시키고, 센서 본체가 가압된 상태에서, 스토퍼 링의 측방으로부터 펀치를 박아 넣고, 이 펀치를 박아 넣음으로써 형성된 볼록부를 통부에 미리 형성된 고리형상 홈에 코킹 고정하고 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허출원 2004-301484호 공보
상기한 바와 같이 구성된 노크 센서에서는, 스토퍼 링은 통부의 고리형상 홈에 코킹 고정되고, 센서 본체는 베이스의 플랜지부에 스토퍼 링에 의해 끼워 눌러 지지되고 있는데, 예를 들면 설비의 편차에 의해 발생하는 펀치의 축선 방향의 위치 어긋남에 의해, 소성변형된 스토퍼 링의 볼록부가 고리형상 홈에 충분히 압입되지 않아서, 끼워 눌름 지지력에 편차가 생겨 버려 압전 소자에 주는 예하중이 불안정하게 되고, 출력 특성, 검출 감도가 불안정하게 되는 등의 문제점이 있다.
본 발명은, 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 센서 본체에 대한 끼워눌름 지지력의 편차를 저감시키고, 압전 소자에 안정된 예하중을 줌으로써, 출력 특성, 검출 감도가 안정화되는 등의 노크 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명에 관한 노크 센서는, 플랜지부 및 이 플랜지부로부터 축선 방향으로 늘어난 통부로 이루어지는 베이스와, 상기 통부의 외주부에 끼워 삽입된 압전 소자를 포함하는 센서 본체와, 상기 통부의 외주부에 끼워 삽입되고 상기 센서 본체를 상기 플랜지부와 협동하여 끼워 눌러 지지한 스토퍼 링을 구비하고, 상기 통부의 외주면에는 둘레방향으로 늘어난 홈이 형성되어 있고, 상기 스토퍼 링의 외주면에 지름방향 내측을 향하여 가압 치구가 박혀 넣어지고, 소성변형된 스토퍼 링의 볼록부가 상기 홈에 압입, 고정된 노크 센서에 있어서, 상기 볼록부가 형성된 때에, 상기 스토퍼 링의 외주면에 동시에 형성된 오목부의 축선 방향의 길이는 상기 홈의 축선 방향의 길이보다 길다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 실시의 형태에 관해 도면에 의거하여 설명하는데, 각 도면에서 동일 또는 상응하는 부재(部材), 부위(部位)에 관해서는 동일 부호를 붙여서 설명한다.
<실시의 형태 1>
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 노크 센서(1)을 도시한 단면도이다.
이 노크 센서(1)에서는, 베이스(3)의 중앙부에 축선 방향으로 늘어난 관통구멍(2)이 형성되어 있다. 이 베이스(3)는, 하단부에 형성된 원판 형상의 플랜지부 (4)와 이 플랜지부(4)로부터 축선 방향으로 늘어난 통부(5)로 구성되어 있다. 이 통부(5)의 외주부에는, 센서 본체(6)가 끼워 삽입되어 있다. 또한, 이 통부(5)의 외주부에는, 금속제의 스토퍼 링(7)이 끼워 삽입되고, 이 스토퍼 링(7)과 플랜지부(4)에 의해 센서 본체(6)는 끼워 눌러 지지되어 있다.
센서 본체(6)에서는, 베이스(3)을 통하여 전해지는 축선 방향의 진동을 전압 신호로서 출력하는 고리형상의 압전 소자(8)의 하면에, 도전(導電)성 금속판에 의해 형성된 하측 터미널 플레이트(9)가 맞닿아 있다. 압전 소자(8)의 윗면에는, 도전성 금속판에 의해 형성된 상측 터미널 플레이트(10)가 맞닿아 있다. 하측 터미널 플레이트(9)와 플랜지부(4)의 사이에는, 링형상의 하측 절연 시트(11)가 마련되어 있다. 상측 터미널 플레이트(10)상에는, 링형상의 상측 절연 시트(12)가 마련되어 있다.
또한, 센서 본체(6)에서는, 상측 절연 시트(12)상에 압전 소자(8)에 가진력(加振力)을 주기 위한 고리형상의 웨이트(13)가 마련되어 있다. 이 웨이트(13)와 스토퍼 링(7)의 사이에는, 접시 스프링(14)이 마련되어 있다. 이 접시 스프링(14)은, 스토퍼 링(7)을 통부(5)에 끼워삽입할 때에 급격한 과대 가압 하중이 압전 소자(8)에 가해져서 파손되는 것을 방지함과 동시에, 내연 기관의 노킹 진동에 의한 웨이트(13)의 진동을 발생시키기 쉽게 하기 위한 것이다.
센서 본체(6)는, 압전 소자(8), 하측 터미널 플레이트(9), 상측 터미널 플레이트(10), 하측 절연 시트(11), 상측 절연 시트(12), 웨이트(13) 및 접시 스프링(14)에 의해 구성되어 있다.
센서 본체(6)의 하측 터미널 플레이트(9) 및 상측 터미널 플레이트(10)은, 커넥터의 한 쌍의 단자(16)와 각각 용접에 의해 접속되어 있다.
베이스(3), 센서 본체(6) 및 스토퍼 링(7)은, 합성수지(예를 들면, 등록상표 나일론66)제의 케이스(17)에 의해 덮여 있다. 이 케이스(17)는, 커넥터의 케이스(18)와 일체화되어 있다. 또한, 이 커넥터는, 도시하지 않은 점화 시기 제어 장치와 전기적으로 접속된다.
도 2는 도 1의 노크 센서(1)의 주요부 확대도이다.
통부(5)의 외주면에는, 둘레방향(周方向)으로 늘어난 홈(19)이 형성되어 있다.
이 홈(19)에는, 스토퍼 링(7)의 외주면으로부터 지름방향 내측을 향하여 작용하는 가압력에 의해, 소성변형된 스토퍼 링(7)의 볼록부(20)가 압입되어, 스토퍼 링(7)은 통부(5)에 코킹 고정되어 있다.
이 볼록부(20)에 대향한 스토퍼 링(7)의 외주면에는, 오목부(21)가 형성되어 있다. 이 오목부(21)의 축선 방향의 길이(L1)는 홈(19)의 축선 방향의 길이(L2)보다도 길다.
이 실시의 형태에서는, L1은 1.2㎜이고, L2는 1.0㎜이다.
다음에 상기 구성의 노크 센서의 제조 순서에 관해, 도 3, 도 4에 의거하여 설명한다.
우선, 베이스(3)의 통부(5)에, 하측 절연 시트(11), 하측 터미널 플레이트(9), 압전 소자(8), 상측 터미널 플레이트(10), 상측 절연 시트(12), 웨이트(13), 접시 스프링(14), 및 스토퍼 링(7)을 순차적으로 끼워 삽입한다.
그 후, 도시하지 않은 로드셀 등의 하중계를 이용하여 가압 금구(22)에 축선 방향이 외적 하중(F)를 가하면서 스토퍼 링(7)을 압하시키고, 소정의 하중으로 된 위치에서 압하 동작을 멈춘다. 그리고, 센서 본체(6)를 가압한 상태에서, 스토퍼 링(7)의 측방으로부터 화살표(A)의 방향으로 가압 치구인 펀치(23)를 박아 넣어, 스토퍼 링(7)을 통부(5)의 홈(19)에 개략 동일 간격으로 4개소의 영역에서 코킹 고정하고, 센서 본체(6)를 스토퍼 링(7)과 플랜지부(4)의 사이에 두고 소정의 예하중으로 끼워 눌러 지지한다.
최후로, 하측 터미널 플레이트(9), 상측 터미널 플레이트(10)에 각각 단자(16)를 솔더링(soldering) 또는 저항 용접 등에 의해 접합하고, 베이스(3)의 통부(5)의 내주면 및 양 단면(端面) 이외를 수지 몰드 성형에 의해 피복하여 케이스(17)를 형성한다. 이때, 동시에 신호를 취출하기 위한 커넥터의 케이스(18)도 케이스(17)의 한 측면에 돌출시켜서 일체로 수지 몰드 성형에 의해 형성한다.
상기 구성의 노크 센서는, 베이스(3)의 관통구멍(2)에 삽입되는 볼트에 의해 내연 기관에 부착된다. 그리고, 내연 기관에 노킹 진동이 발생하면, 센서 본체(6)가 노킹 진동과 일체로 되어 진동하고, 이 진동을 압전 소자(8)에서 전압 신호로 변환하여, 이 전압 신호를 하측 터미널 플레이트(9) 및 상측 터미널 플레이트(10), 단자(16)를 통하여 출력 신호로서 점화 시기 제어 장치에 보낸다.
이 실시의 형태 1에 의한 노크 센서에 의하면, 오목부(21)의 축선 방향의 길이(L1)가 홈(19)의 축선 방향의 길이(L2)보다도 길기 때문에, 설비의 편차에 의해 발생한 펀치(23)의 축선 방향의 위치 어긋남이나, 통부(5)의 축선 방향의 홈(19)의 위치 어긋남의 편차를 흡수할 수 있다.
따라서, 스토퍼 링(7)과 플랜지부(4) 사이에 끼여지고, 끼워 눌러 지지된 센서 본체(6)의 끼워 누르는 지지 강도의 편차을 억제할 수 있다. 그 때문에, 압전 소자(8)에 소정의 예하중을 정확하게 주어서 출력 특성이나 검출 감도를 안정화시킬 수 있다.
또한, 종래의 노크 센서에 비교하여 펀치(23)의 지름이 커지고, 펀치(23)의 작은 박아 넣는 량(스트로크)으로 홈(19)에 압입되고 소성변형된 볼록부(20)의 용적을 확보할 수 있어서, 베이스(3)에 대한 스토퍼 링(7)의 체결 신뢰성이 향상한다. 또한, 펀치(23)의 수명도 늘어나고 제조 비용이 저감된다.
<실시의 형태 2>
도 5는 본 발명의 실시의 형태 2에 있어서의 노크 센서(30)를 도시한 단면도이다.
이 실시의 형태에서는, 스토퍼 링(7)의 두께(D1)의 값이 홈(19)의 깊이(D2)의 값보다도 큰 점을 제외하고 실시의 형태 1과 마찬가지이다.
이 실시의 형태 2에 의한 노크 센서에 의하면, 스토퍼 링(7)의 두께(D1)의 값은 홈(19)의 깊이(D2)의 값보다 크게 되어 있고, 실시의 형태 1과 비교하여 스토퍼 링(7)의 두께(D1)가 크기 때문에, 가압 금구(22)를 이용하여 센서 본체(6)를 가압하는 축선 방향이 외적 하중에 대해, 스토퍼 링(7)의 좌굴(座屈) 허용 하중이 증대한다. 따라서, 스토퍼 링(7)의 좌굴 변형이 억제되고, 센서 본체(6)에 대한 끼워 누르는 지지 강도의 편차가 감소된다.
또한, 스토퍼 링(7)의 두께를 너무 크게 하면, 스토퍼 링(7)의 소성변형성이 나빠져서 홈(19)에 압입되어 소성변형된 볼록부(20)의 용적을 확보할 수 없게 되기 때문에, 스토퍼 링의 두께(D1)는, 홈(19)의 깊이(D2)의 1배부터 2배의 범위인 것이 바람직하다.
<실시의 형태 3>
도 6은 본 발명의 실시의 형태 3에 있어서의 노크 센서(40)를 도시한 단면도이다.
실시의 형태 1, 2에서는, 홈(19)의 모서리부가 테이퍼(taper) 모양인데 대하여, 이 실시의 형태에서는, 홈(19)의 입구측의 모서리부(24)는 거의 직각 형상이다. 그 밖의 구성은, 실시의 형태 1과 마찬가지이다.
이 실시의 형태 3에 의한 노크 센서에 의하면, 홈(19)의 입구측의 모서리부(24)가 거의 직각 형상이기 때문에, 모서리부가 테이퍼형상인 실시의 형태 1, 2와 비교하여, 센서 본체(6)에 대한 끼워누르는 지지에 기여하는 홈(19)의 면적이 커저서, 끼워누르는 지지 강도가 증대하여, 베이스(3)에 대한 스토퍼 링(7)의 체결 신뢰성이 향상한다.
그러나, 홈(19)을 형성할 때에 생기는 절삭 부스러기(切屑)는, 대부분은 모서리부(24)에 퇴적하는데, 그대로의 상태에서는, 이 절삭 부스러기가 압전 소자(8)의 전극 사이로 들어가 전극 사이에서 단락하여 버리는 일이 일어날 수 있다.
이 사태를 방지하기 위해서는, 모서리부(24)의 모따기를 시행하여 모서리부 (24)에 퇴적한 절삭 부스러기를 제거하여야 한다. 그를 위해, 모서리부(24)에서는, R 0,3 이하 또는 C 0.3 이하로 최소한의 모따기를 시행할 필요성이 있다.
<실시의 형태 4>
도 7은 본 발명의 실시의 형태 4에 있어서의 노크 센서(50)를 도시한 단면도이다.
이 실시의 형태에서는, 스토퍼 링(7)에 형성된 오목부(21)는 개구(開口)측을 향하여 확대한 형상이다.
다른 구성은 실시의 형태 1과 마찬가지이다.
이 실시의 형태에서는 도 8에 도시한 바와 같이, 펀치(23)의 선단(先端)부는 테이퍼 형상이고, 센서 본체(6)를 가압 금구(22)로 가압한 상태에서, 스토퍼 링(7)의 측방으로부터 화살표(A)의 방향으로 펀치(23)을 박아 넣어, 스토퍼 링(7)을 통부(5)의 홈(19)에 개략 등간격으로 4개소의 영역에 코킹 고정한다.
이 실시의 형태 4에 있어서의 노크 센서(50)에 의하면, 펀치(23)의 선단부는 테이퍼 형상이고, 스토퍼 링(7)에 펀치(23)을 박아 넣을 때 및 뽑아낼 때에 발생하는 스토퍼 링(7)과 펀치(23) 사이에 생기는 마찰력을 저감시킬 수 있어서, 펀치(23)의 박아넣음 및 뽑아내는 동작이 원활화된다.
또한, 펀치(23)를 스토퍼 링(7)에 박아 넣을 때의 마찰력이 감소하기 때문에, 펀치(23)의 수명도 늘어난다.
또한, 오목부(21)의 테이퍼 각도(θ)는 너무 크면 펀치(23)을 스토퍼 링(7)에 박아 넣을 때의 마찰력이 커지고, 스토퍼 링(7)의 볼록부(20)의 소성변형량이 감소하고, 베이스(3)에 대한 스토퍼 링(7)의 체결 신뢰성이 저하된다. 따라서, 테이퍼 각도(Q)가 최대로 45°인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 노크 센서에 의하면, 센서 본체에 대한 끼워 눌름 지지력의 편차가 저감되고, 압전 소자에 안정된 예하중이 주어짐으로써, 출력 특성, 검출 감도가 안정화된다.

Claims (4)

  1. 플랜지부 및 이 플랜지부로부터 축선 방향으로 늘어난 통(筒)부로 이루어지는 베이스와,
    상기 통부의 외주부에 끼워 삽입된 압전 소자를 포함하는 센서 본체와,
    상기 통부의 외주부에 끼워 삽입되고 상기 센서 본체를 상기 플랜지부와 협동하여 끼워 눌러 지지한 스토퍼 링을 구비하고,
    상기 통부의 외주면에는, 둘레방향으로 늘어난 홈이 형성되어 있고, 상기 스토퍼 링의 외주면에 지름방향 내측을 향하여 가압 치구가 박혀 넣어지고, 소성변형된 스토퍼 링의 볼록부가 상기 홈에 압입, 고정된 노크 센서에 있어서,
    상기 볼록부가 형성된 때에, 상기 스토퍼 링의 외주면에 동시에 형성된 오목부의 축선 방향의 길이는 상기 홈의 축선 방향의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 노크 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스토퍼 링의 두께(D1)와 상기 홈의 깊이(D2)와의 관계는, D2≤D1≤2D2의 관계가 성립하는 것을 특징으로 하는 노크 센서.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 홈의 입구측의 모서리부는, C 0.3 이하 또는 R 0.3 이하의 모따기 가공 이 시행되어 있는 것을 특징으로 하는 노크 센서.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 오목부는 개구(開口)측을 향하여 확대한 형상인 것을 특징으로 하는 노크 센서.
KR1020060023488A 2005-11-22 2006-03-14 노크 센서 KR20070054072A (ko)

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