ノックセンサーの動作原理、構成部品、種類、よくあるトラブル

ノックセンサーは、不均一な燃焼による有害な振動を検出するエンジン上の小型デバイスです。この記事では、それが何であるか、どのように機能するか、主な部品、仕様、種類、主な機能について説明します。また、一般的な故障の症状、原因、エンジンをスムーズかつ効率的に動作させるための簡単な修正方法についても学びます。

カタログ

図 1. ノックセンサー

ノックセンサーとは何ですか？

ノックセンサーは、エンジンブロックに固定された小型の電子センサーで、エンジンのノックや燃焼室内の爆発によって引き起こされる異常な振動を検知します。この素早い補正により、エンジンの損傷を防ぎ、ピン音を低減し、全体的なエンジン性能と燃費を向上させることができます。このような時期尚早な爆発は、ピストン、バルブ、シリンダー壁などのエンジン部品に損傷を与える可能性があります。ノックセンサーがこれらの振動を感知すると、エンジンコントロールユニット（ECU）に信号を送り、点火時期や混合気を調整してノッキングを止め、損傷を防ぎます。

ノックセンサーの動作原理

図2. ノックセンサーの動作原理

ノックセンサーは次のように動作します。 エンジンの振動を感知する 燃焼がスムーズに行われない場合に起こります。センサーの内部には、突然の動きや圧力を感じるたびに小さな電圧を生成する小さな結晶である圧電素子が組み込まれています。通常の燃焼時には、 エンジンブロックが一定のリズムで振動する。しかし、デトネーションやプレイグニッションが発生すると、混合気が燃焼室内で不均一に燃焼し、鋭い高周波パルスが生成されます。

センサー これらの異常な信号を拾います そしてそれらをエンジン コントロール ユニット (ECU) に送信します。ECUは電圧パターンを迅速に解釈し、点火タイミングや燃料供給を調整してノッキングを停止します。このリアルタイム補正は、スムーズなエンジン動作を維持し、燃費を向上させ、エンジン内部の損傷を防ぐのに役立ちます。

ノックセンサーの基本構成要素

図 3. ノックセンサーの基本コンポーネント

各コンポーネントは、燃焼室内のデトネーションやプレイグニッションを検出し、ECU による点火タイミングの調整を支援する上で大きな役割を果たします。

•圧電素子

ここがセンサーの心臓部です。これは、エンジンブロック内の振動や圧力変化を感知すると電圧を生成する小さな結晶です。この電圧の強さは、ECUがノッキングの深刻さを理解するのに役立ちます。

•センシングマス

エンジンの機械振動を圧電結晶に伝達する小さな金属ディスクまたは塊で、センサーの精度と感度が向上します。

•ハウジング（センサー本体）

外殻は通常耐久性のある金属でできており、内部部品を熱、油、エンジンの破片から保護します。効率的に振動を検出できるよう、エンジン表面にぴったりとフィットするように設計されています。

•配線コネクタ

センサーとエンジンワイヤーハーネスを接続するプラグ。センサーから電気信号を ECU に伝送するため、システムは即座に応答できます。

•取り付けボルトまたはネジ付きスタッド

これによりセンサーがエンジン ブロックにしっかりと固定され、一貫した接触が確保され、正確な振動が伝達されます。

•電気接点

センサーからECUへの安定した信号出力を保証する金属端子により、干渉を最小限に抑え、正確な通信を維持します。

ノックセンサー仕様

仕様	説明
機能	エンジンのノッキングを検知 そしてエンジン制御に信号を送ります
周波数範囲	5kHz～15kHz
出力電圧	0.1V～4.5V
信号の種類	変化するアナログ電圧信号 継続的に振動を与えます。
取り付け位置	エンジンブロックに取り付けます またはシリンダーヘッド
コネクタの種類	2ピンまたは3ピンの電気的
動作温度範囲	-40℃～+150℃
材質	アルミニウムまたは 耐熱ポリマーハウジング
重量	約30～70グラム

エンジン性能におけるノックセンサーの重要性

図 4. エンジン性能におけるノックセンサーの重要性

ノックセンサーは重要です。 エンジンがスムーズかつ安全に作動するのを助けます。その役割は、燃焼室内で燃料が不均一に燃焼したときに発生する小さな振動やノッキング音を検出することです。これが起こると、センサーはエンジン コントロール ユニット (ECU) に信号を送信します。その後、ECU は点火時期や混合燃料を調整してノッキングを停止します。

このプロセス エンジンを損傷から保護します、燃費を高く保ち、車が静かに安定したパワーで走行できるようにします。ノックセンサーが機能しないと、エンジンのパフォーマンスが低下し、燃料の消費量が増加し、時間の経過とともに内部摩耗が発生する可能性もあります。

ノックセンサーの種類

図 5. 圧電共振ノックセンサー

圧電共鳴ノックセンサー

共鳴ノックセンサーは、エンジンブロックの通常の音パターンと一致する特定の周波数範囲内の振動を検知するように調整されています。ノッキングが発生すると、センサーがこの正確な振動を感知し、ECUに信号を送ります。狭い周波数に焦点を当てているため、正確な結果が得られますが、一貫した設計とサウンドを持つエンジンで最も効果的に機能します。これらのセンサーは主に古いエンジンに搭載されています。

図 6. 圧電非共振ノックセンサー

圧電非共振ノックセンサー

非共振センサーは、より広範囲のエンジン振動を検出できるため、さまざまな速度や負荷で動作する最新のエンジンにより適応できます。ノイズを継続的に監視し、リアルタイムのデータを ECU に送信します。その後、システムは通常のエンジン音をフィルターで除去し、実際のノッキングイベントのみに反応します。これにより、エンジンの性能、燃費、全体的な燃焼制御が向上します。

ノックセンサーの特徴

特徴	説明
振動に対する高い感度	小型エンジンも検知 燃焼室内の振動や爆発、 ECUの素早い応答を可能にします。
圧電動作	圧電素子を使用 振動や圧力を感知すると電圧を発生させ、これを送信します。 信号をエンジン コントロール ユニット (ECU) に送信します。
広い周波数応答	広範囲を拾える 振動周波数を調整し、通常のエンジンノイズを有害なノッキングから分離するのに役立ちます。 音が鳴る。
高速信号応答	リアルタイム信号を送信します ECUにより点火時期と燃料供給を調整できるようになります 瞬時にスムーズなパフォーマンスを実現します。
耐久性・耐熱性	高い場所でも扱えるように作られています 温度、エンジン圧力、一定の振動 精度が失われます。
コンパクトかつ信頼性の高い設計	小型、軽量、そして 最新のエンジン管理システムの長期信頼性。

ノックセンサーの利点と限界

利点

•エンジンのノックを防ぎます: 爆発やピン音を早期に検出し、損傷が発生する前に ECU がタイミングを修正できるようにします。

•エンジン部品を保護: 燃焼室内のピストン、バルブ、その他のコンポーネントにかかるストレスを軽減します。

•燃費の向上: 適切な空気と燃料の混合気とタイミングを維持し、燃料の無駄を減らします。

•パフォーマンスの向上：エンジンのスムーズな回転を維持し、さまざまな走行条件下でも安定したパワーを発揮します。

•排出量を削減：クリーンで完全な燃焼を促進し、有害な排気ガスを低減します。

•エンジンの寿命を延ばします：ノッキングの繰り返しや燃焼不良による長期の摩耗を防止します。

•耐久性と信頼性: エンジン内の熱、振動、圧力に耐えるように設計されており、長寿命を実現します。

制限事項

•誤った測定値が得られる可能性がある：通常のエンジンノイズをノッキングと誤認して、不必要なタイミング変更を引き起こす場合があります。

•時間の経過とともに感度が低下する可能性がある: 熱、油、または腐食は、真の爆発を検出する能力に影響を与える可能性があります。

•考えられる誤ったエラーコード : 配線不良やセンサーの問題により、実際のノックがなくてもエンジンチェックライトが点灯する場合があります。

•障害が発生するとパフォーマンスに影響する：センサーの不良により加速が悪くなったり、アイドリングが荒れたり、燃費が悪化する場合があります。

バッドノックセンサーの症状

エンジン性能の低下

ECUが点火タイミングを正しく制御できないため、エンジンが弱くなったり鈍くなったりすることがあります。特に上り坂を走行しているときや荷物を積んでいるときに、加速が遅くなったり、パワーが低下したりすることがあります。

燃料消費量の増加

ノックセンサーが故障すると、エンジンが通常よりも多くの燃料を消費する可能性があります。ECU は正確な信号を受信できなくなるため、燃料混合気が濃くなり、燃料効率が低下します。

エンジンライトの点灯を確認する

センサーの不良の最初の兆候の 1 つは、エンジン チェック ライトが点灯することです。診断トラブルは、センサーまたはその回路が正常に動作していない場合に発生することがよくあります。

エンジンの「ピーン」または「ノッキング」音

特に加速中に、エンジンから金属的な「ピーン」または「ガラガラ」という音が聞こえることがあります。これは、混合気の点火が早すぎて、ECU が点火を停止するタイミングを調整できない場合に発生します。

ラフアイドリングまたはためらい

ノックセンサーが弱い信号や不安定な信号を送信すると、ECUはエンジンを安定に保つのに苦労します。これにより、アイドリングが荒くなったり、アクセルペダルを踏む際に躊躇したり、エンストしたりする可能性があります。

負荷時の電力の削減

ECU が故障したノック センサーを検出した場合、損傷を防ぐために電力を制限するセーフ モードに切り替わる場合があります。これにより、車のパワーが不足しているように感じたり、反応が遅くなったりします。

不合格の排出ガス試験

不適切なタイミングや濃厚な混合燃料によって燃焼不良が発生すると、排出ガスが増加し、車両が検査テストに不合格になる可能性があります。

ノックセンサーの問題と解決策

センサー素子の故障: センサー内の圧電素子が磨耗したり亀裂が入ったりする可能性がありますので、車両の仕様に合った新しいセンサーに交換することが最善の解決策です。

取り付けが緩んでいるか、不適切である: センサーがエンジンブロックにしっかりと固定されていないと、振動を正しく検出できません。正確な測定値を復元するには、適切なトルクで締めてください。

配線またはコネクタの損傷: ワイヤの破損または腐食により ECU 信号が中断される可能性があるため、ワイヤリング ハーネスを検査し、損傷または汚れたコネクタを交換してください。

電気的干渉: 他の電気部品は信号ノイズや誤った測定値を引き起こす可能性があるため、近くの回路にショートまたは露出した配線がないか確認し、修理してください。

燃焼室内のカーボンの蓄積: 過剰なカーボンは誤ったノック信号を引き起こす可能性があるため、燃焼室を清掃するか、燃料添加剤を使用して堆積物を除去します。

ECUまたはソフトウェアエラー: エンジン コントロール ユニットは、古いプログラミングによりセンサー データを誤って読み取る可能性があるため、ECU を更新または再プログラムして通信エラーを修正します。

過熱または油汚れ: 継続的に熱にさらされたり、オイルが漏れるとセンサーの感度が低下する可能性があるため、オイル漏れがあれば修理し、汚れたセンサーを交換してください。

共振ノックセンサーと非共振ノックセンサー

特徴	共鳴 センサー	非共振 センサー
周波数応答	狭く、特定のものに合わせて調整 周波数	幅広く、広範囲を捉えます 振動周波数
エンジンタイプへの適応性	柔軟性が低い。に最適 一貫したエンジン	柔軟性が高い。に適応する エンジンの状態が変化する
信号強度	正解に合わせると強い 周波数	信号が弱くなる可能性がありますが、 より広い検出範囲
ECU/処理要件	よりシンプルなフィルタリング	さらに必要 処理/フィルタリング
ユースケース	古いエンジンまたは仕様が固定されたエンジン	可変機能を備えた最新のエンジン 負荷またはチューニング

結論

ノックセンサーを定期的にチェックすることは、エンジンを保護し、燃料を節約するのに役立ちます。ピーンという音、パワー不足、エンジンチェックライトなどの症状を早期に発見することで、高額な修理を回避できます。簡単なテストを行って、配線、取り付け、またはセンサー自体を交換または修理して、正しい点火タイミングと性能を復元します。