(57)【要約】【課題】  圧電素子の温度特性の変化にともなう出力電圧の変動を低減するノックセンサを提供する。【解決手段】  ノックセンサ１０は、圧電素子３０と並列に接続される感温抵抗素子５０を備えている。感温抵抗素子５０は、雰囲気の温度変化によって抵抗が変化する可変抵抗素子である。感温抵抗素子５０は、圧電素子３０の温度特性と逆の特性を有している。そのため、圧電素子３０と並列に感温抵抗素子５０を接続することにより、周囲の温度変化にともなう圧電素子３０の出力電圧Ｖｏの変化は感温抵抗素子５０の抵抗の変化によって相殺される。したがって、圧電素子３０からの出力電圧の変化を周囲の温度変化に関わらず低減することができる。【選択図】    図１
2006300749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノッキングにともなう振動の強度に対応する電圧を出力する圧電素子と、
前記圧電素子と並列に接続され、前記圧電素子の温度特性と逆の温度特性を有し、雰囲気温度の変化にともなって抵抗値が変化する感温抵抗素子と、
を備えることを特徴とするノックセンサ。
【請求項２】
前記感温抵抗素子は、回路の断線または短絡の少なくともいずれか一方を検出する異常検出抵抗であることを特徴とする請求項１記載のノックセンサ。
【請求項３】
前記感温抵抗素子と並列に接続され、雰囲気の温度変化に関わらず抵抗値が概ね一定の固定抵抗素子を有することを特徴とする請求項１記載のノックセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのノッキングを検出するノックセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のノック制御装置では、エンジンのノッキングを検出するノックセンサを備えている（特許文献１参照）。ノックセンサは、圧電素子に加わる振動の強度に対応した電圧を出力する。制御装置は、ノックセンサから出力された電圧からエンジンのノッキングを検出している。このようなノック制御装置では、ノッキングの検出精度を向上するため、ノックセンサから出力される電圧の変動を低減する必要がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２３１２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ノックセンサから出力される電圧の変動の原因には、ノックセンサの温度特性が含まれる。ノックセンサの圧電素子の静電容量Ｃｏは、材料の特性から温度に比例する特性を有しており、ノックセンサの出力電圧Ｖｏは、圧電素子の静電容量との間に次の式１に示すように反比例の関係がある。
【０００５】
【数１】
2006300749.tif 000003
【０００６】
上記の式（１）において、ｇは圧電定数であり、αは振動加速度であり、Ｍは圧電素子を押さえる重りの質量であり、Ｃｏは圧電素子の静電容量である。
このように、ノックセンサの出力電圧Ｖｏは圧電素子の温度特性に依存する。一方、圧電素子をはじめとするノックセンサを構成する部品の材料は、種々の特性を含む総合的な観点から決定される。そのため、圧電素子の温度特性のみを基準に圧電素子の材料を選定することは困難である。その結果、従来のノックセンサでは、温度特性にともなう出力電圧Ｖｏの低減は困難である。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、圧電素子の温度特性の変化にともなう出力電圧の変動を低減するノックセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１記載の発明では、感温抵抗素子は圧電素子の温度特性とは逆の温度特性を有している。これにより、雰囲気温度の変化にともなう圧電素子の出力電圧の変動は、雰囲気温度の変化にともなって抵抗値が変化する感温抵抗素子によって相殺される。したがって、圧電素子の温度特性の変化にともなう出力電圧の変動を低減することができる。
【０００９】
本発明の請求項２記載の発明では、感温抵抗素子は回路の異常を検出する異常検出抵抗である。すなわち、感温抵抗素子は異常検出抵抗を兼ねている。従来、ノックセンサは、回路の断線または短絡の少なくともいずれか一方を検出するために、回路中に異常検出抵抗を備えている。そこで、感温抵抗素子を異常検出抵抗としても機能させることにより、部品点数が低減されるとともに、回路構成を簡略化することができる。
【００１０】
本発明の請求項３記載の発明では、感温抵抗素子と並列に接続されている固定抵抗素子を有している。固定抵抗素子は、雰囲気の温度変化に関わらず抵抗値が概ね一定である。これにより、固定抵抗素子は異常検出抵抗として機能する。この場合、圧電素子の温度特性は、感温抵抗素子および固定抵抗素子の合成抵抗によって補正される。したがって、圧電素子の温度特性の変化にともなう出力電圧の変動を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるノックセンサを図２に示す。ノックセンサ１０は、例えばガソリンエンジンのシリンダブロックに設置される。ノックセンサ１０は、筒状に形成されているベース２０を備えている。ベース２０は、金属で形成され、軸方向の一方の端面２０ａが図示しないシリンダブロックに接する。ベース２０は、底部２１および筒部２２を有している。底部２１は、ベース２０のシリンダブロック側の端部に形成されている。また、筒部２２は、底部２１からシリンダブロックとは反対側へ伸びて形成されている。筒部２２は、外周に雄ねじ２３が形成されている。
【００１２】
ノックセンサ１０は、上述のベース２０に加え、圧電素子３０およびウェイト３１を備えている。圧電素子３０は、軸方向の両端部にそれぞれ電極板３２および電極板３３が設置されている。圧電素子３０、電極板３２および電極板３３は、円環状に形成されており、ベース２０の筒部２２の外周側に設置されている。電極板３２とウェイト３１との間、および電極板３３とベース２０の底部２１との間には、それぞれ円環状に形成されている絶縁板３４が設置されている。電極板３２にはリード部３５が接続している。また、電極板３３にはリード部３６が接続している。リード部３５およびリード部３６の先端は、図３に示すようにコネクタ１１に設置されている端子部１２を形成している。コネクタ１１は、樹脂モールド１３と一体に形成されている。図３では、樹脂モールド１３が形成されていないノックセンサ１０の外観を示している。
【００１３】
ウェイト３１は、図２に示すように内周に雌ねじ３７を形成している。ウェイト３１の雌ねじ３７は、ベース２０の筒部２２に形成されている雄ねじ２３とねじ結合する。これにより、ウェイト３１とベース２０の底部２１との間には、ウェイト３１側から順に絶縁板３４、電極板３２、圧電素子３０、電極板３３および絶縁板３４が挟み込まれる。このとき、ベース２０に対するウェイト３１のねじ込み量を調整することにより、挟み込まれる絶縁板３４、電極板３２、圧電素子３０、電極板３３および絶縁板３４に加わる荷重が調整される。
【００１４】
ベース２０、圧電素子３０、ウェイト３１、電極板３２、電極板３３および絶縁板３４の径方向外側は、樹脂モールド１３によって覆われている。樹脂モールド１３は、ベース２０、圧電素子３０およびウェイト３１などからなる内部要素の外周側を覆うとともに、コネクタ１１を一体的に形成している。ウェイト３１は、圧電素子３０側の端部に内周側と外周側とを連通する溝３８を有している。これにより、圧電素子３０およびウェイト３１などの内周側とベース２０の筒部２２との間に形成される空間にも、樹脂モールド１３を形成する樹脂が充填される。
【００１５】
次に、上記の構成によるノックセンサ１０の電気回路について説明する。
図１に示すように、ノックセンサ１０はＥＣＵ４０と電気的に接続される。ＥＣＵ４０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有し、エンジンを全般的に制御するマイクロコンピュータである。圧電素子３０を挟む電極板３２および電極板３３は、それぞれリード部３５およびリード部３６に接続している。リード部３５およびリード部３６の電極板３２または電極板３３とは反対側の端部は、コネクタ１１の端子部１２に接続している。コネクタ１１の端子部１２は、ＥＣＵ４０のコネクタ４１の端子部４２と接続している。これにより、ノックセンサ１０の電極板３２および電極板３３は、ＥＣＵ４０に接続する。リード部３５とリード部３６との間には、図１、図２および図３に示すように感温抵抗素子５０が設置されている。これにより、感温抵抗素子５０は、圧電素子３０と並列に接続される。
【００１６】
圧電素子３０は、例えばＰＺＴ素子などからなり、加わる圧力の変化にともなって出力する電圧が変化する。すなわち、ノックセンサ１０をエンジンのシリンダブロックに設置したとき、シリンダブロックとともにノックセンサ１０が振動すると、振動によって圧電素子３０に加わる圧力が変化する。そのため、ノックセンサ１０の圧電素子３０から出力される電圧は、振動の大きさに対応して変化する。この出力電圧の変化により、ＥＣＵ４０はエンジンのノッキングを検出する。
【００１７】
感温抵抗素子５０は、雰囲気の温度変化にともなって抵抗が変化する可変抵抗素子である。そのため、エンジンのシリンダブロック周辺の温度が変化すると、感温抵抗素子５０の抵抗は変化する。
圧電素子３０の静電容量Ｃｏは、温度と比例する関係を有している。すなわち、圧電素子の静電容量Ｃｏは、周囲の温度変化に応じて変化する。圧電素子３０からの出力電圧Ｖｏと圧電素子３０の静電容量Ｃｏとの間には、次の式（１）に示す理論的な関係が成立する。
【００１８】
【数２】
2006300749.tif 000004
【００１９】
上記の式（１）において、ｇは圧電素子３０の圧電定数であり、αは振動加速度であり、Ｍは圧電素子３０に加わるウェイト３１の荷重であり、Ｃｏは圧電素子３０の静電容量である。
式（１）に示されるように、圧電素子３０からの出力電圧は、圧電素子３０の静電容量Ｃｏと反比例する。そのため、ノックセンサ１０の周囲における温度の上昇にともなって、圧電素子３０の静電容量Ｃｏが増大すると、圧電素子３０の出力電圧Ｖｏは低下する。このように、圧電素子３０の出力電圧Ｖｏは、ノックセンサ１０の周囲における温度変化によって変化する。
一方、ノックセンサ１０の電気負荷特性を求めると、出力電圧Ｖｏと負荷抵抗Ｒおよび静電容量Ｃｏとの間には次の式（２）が成立する。
【００２０】
【数３】
2006300749.tif 000005
【００２１】
式（２）において、ωは角速度であり、ａは容量比である。
式（２）から、圧電素子３０からの出力電圧Ｖｏは、負荷抵抗Ｒによっても変化することがわかる。そこで、本実施形態では、負荷抵抗Ｒとなる感温抵抗素子５０を圧電素子３０と並列に接続している。感温抵抗素子５０は、圧電素子３０の温度特性とは逆の温度特性を有している。すなわち、感温抵抗素子５０は、圧電素子３０の温度特性による出力電圧Ｖｏの変化を打ち消すような温度特性を有している。これにより、図４に示すように、第１実施形態では、ノックセンサ１０の周囲の温度すなわち雰囲気温度の変化に関わらず、ノックセンサ１０からの出力電圧Ｖｏの変化は低減される。これに対し、従来例では、雰囲気温度が変化すると、ノックセンサからの出力電圧Ｖｏの変化は温度の上昇とともに拡大する。
【００２２】
上述のように、圧電素子３０と並列に感温抵抗素子５０を接続することにより、圧電素子３０の温度特性は感温抵抗素子５０の温度特性によって相殺される。その結果、圧電素子３０からの出力電圧Ｖｏは、ノックセンサ１０の周囲の温度の変化に関わらず変化量が低減し、概ね一定とすることができる。
また、第１実施形態では、感温抵抗素子５０は異常検出抵抗を兼ねている。異常検出抵抗を配置することにより、ＥＣＵ４０は、感温抵抗素子５０とＥＣＵ４０との間で断線が生じたとき、または感温抵抗素子５０と圧電素子３０との間で短絡が生じたとき、その異常を検出する。従来の構成のノックセンサも、異常検出のための抵抗値が一定の固定抵抗を有している。第１実施形態では、この従来の固定抵抗に代えて感温抵抗素子５０を接続している。
【００２３】
以上、説明したように、第１実施形態では、圧電素子３０と並列に感温抵抗素子５０を接続することにより、周囲の温度変化にともなう圧電素子３０の出力電圧Ｖｏの変化は感温抵抗素子５０の抵抗の変化によって相殺される。したがって、圧電素子３０からの出力電圧の変化を周囲の温度変化に関わらず低減することができる。
また、第１実施形態では、感温抵抗素子５０が異常検出抵抗を兼ねている。そのため、部品点数を低減することができ、回路構成を簡略化することができる。
【００２４】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるノックセンサの回路を図５に示す。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第２実施形態では、圧電素子３０と並列に接続されている感温抵抗素子６０に加え、さらに固定抵抗素子６１を有している。固定抵抗素子６１は、周囲の温度の変化に関わらず抵抗値が概ね一定である。これにより、圧電素子３０の温度特性は、感温抵抗素子６０と固定抵抗素子６１との合成抵抗の温度特性によって相殺される。固定抵抗素子６１は、異常検出抵抗として機能する。そのため第２実施形態では、ＥＣＵ４０は、ノックセンサ１０の固定抵抗素子６１とＥＣＵ４０との間における断線が生じたとき、または固定抵抗素子６１と圧電素子３０との間で短絡が生じたとき、その異常を検出する。
第２実施形態でも、第１実施形態と同様に圧電素子３０からの出力電圧の変化を周囲の温度変化に関わらず低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態によるノックセンサの回路構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるノックセンサの概略を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるノックセンサであって、樹脂モールドを形成していない外観を示す概略図である。
【図４】雰囲気温度と出力電圧の変化との関係を示す模式図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるノックセンサの回路構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  ノックセンサ、３０  圧電素子、５０  感温抵抗素子（異常検出抵抗）、６０  感温抵抗素子、６１  固定抵抗素子（異常検出抵抗）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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