ノックセンサーの仕組みと故障時のエンジンへの影響を徹底解説

ノックセンサーの仕組みとエンジン保護の役割を徹底解説

エンジン警告灯が点いても、しばらく様子を見てそのまま乗り続けると、2万円の修理が50万円になることがあります。

🔍 この記事でわかること

⚙️

ノックセンサーの仕組み

圧電素子がノッキング振動を電気信号に変換し、ECUへ伝える仕組みをわかりやすく解説します。

🚨

故障するとどうなるか

フェイルセーフ作動による燃費・出力低下、放置した場合のエンジン損傷リスクと修理費用の目安を紹介します。

🛠️

早期発見・対策のポイント

警告灯・異音・燃費悪化などの症状から故障を早期発見し、高額修理を回避するための知識を紹介します。

このページの目次

ノックセンサーの仕組みとエンジン保護の役割を徹底解説

ノックセンサーとは何か：役割と取り付け位置

ノックセンサーは、エンジンブロックのシリンダー付近にボルト1本で固定されている、500円玉ほどの小さな電子部品です。見た目は地味ですが、その役割はエンジン全体の健康を守るという非常に重要なものです。

エンジン内部では、ガソリンと空気の混合気が「スパークプラグの火花」によって正しいタイミングで燃焼することで動力を生み出しています。しかしさまざまな原因で、プラグが点火する前に混合気が自然着火してしまう「ノッキング（異常燃焼）」が発生することがあります。ノッキングが起きると、通常の燃焼速度（約30m/秒）の約67倍にあたる2,000m/秒を超える衝撃波がシリンダー内を走り、ピストンやシリンダー壁に直接ダメージを与えます。

つまり、ノックセンサーは「異常燃焼を素早く検知してエンジンを守る番人」です。

シリンダーブロックに固定されているのは理由があります。ノッキングが発生すると、シリンダーブロック全体に5〜15kHzという特定の周波数帯の振動が伝わります。ノックセンサーはその振動を直接キャッチするために、振動が最も伝わりやすいエンジンブロックに密着して取り付けられているのです。取り付けボルトの締め付けトルクがわずかにズレるだけでも検知精度が落ちるほど、エンジンへの密着性が重要とされています。

エンジンが常時発している通常のノイズ（メカノイズ、インジェクター音など）とノッキングの振動は、周波数帯が異なります。ノックセンサーはその差を利用して、異常な振動だけを拾い出す仕組みになっています。これは、騒がしい工場の中で特定の機械の異音だけを聞き分けるようなものです。

項目	内容
📍 取り付け位置	エンジンブロック（シリンダー付近）
⚡ 検知対象	5〜15kHz帯域のノッキング振動
🔗 信号の送り先	ECU（エンジンコントロールユニット）
📏 センサーの重量	約30〜70グラム（単三電池1〜2本分程度）

ノックセンサーの仕組み：圧電素子が振動を電気に変える原理

ノックセンサーの心臓部にあるのは「圧電素子（ピエゾ素子）」と呼ばれる特殊なセラミック素材です。これは、力や振動が加わると電圧を発生させる性質（圧電効果）を持つ素子で、エンジンのノッキング検知のために長年使われてきた技術です。

仕組みを順番に整理すると、次のように流れます。

ノッキングが発生する → シリンダーブロックに特定周波数の振動が発生する

振動がノックセンサーに伝わる → センシングマス（金属の小さなおもり）が揺れる

圧電素子に力が加わる → 0.1〜4.5Vの微小な電圧が発生する

電圧信号がECUへ送られる → ECUがノッキングの強さを解析する

ECUが点火時期を遅らせる（遅角）→ ノッキングが収まる

圧電素子が基本です。

このサイクルは瞬時に、つまりコンマ数秒の間に行われています。加速中にノッキングが発生しても、運転者が気づく前にECUがすでに補正を完了していることがほとんどです。

ノックセンサーには大きく2種類あります。古くから使われている「共振型」は、特定の周波数にしか反応しない構造で、ノッキングしているか否かの2段階しか出力できません。一方、現在の主流である「非共振型（フラット型）」は幅広い周波数帯に対応し、ノッキングの強弱まで細かく検出できます。現代のエンジンの精密な燃焼制御を支えているのは、ほぼこのフラット型です。

種類	特徴	採用時期
⚙️ 共振型	特定周波数のみ検知・2段階出力	主に旧世代エンジン
🔬 非共振型（フラット型）	広帯域検知・強弱まで検出可能	現代の主流エンジン

また、一つのエンジンに複数のノックセンサーが搭載されていることも珍しくありません。たとえば直列6気筒や一部のV型エンジンでは、シリンダーバンクごとに1つずつ計2つが使われています。気筒ごとに点火時期の補正が細かくできるため、燃費と出力の両方を高い水準で維持できるのです。

参考：日本特殊陶業（NTK）によるノックセンサーの製品解説と動作原理
https://www.niterragroup.com/product/sensors_plugs/knock.html

ノックセンサーとECUの連携：点火時期制御の仕組み

ノックセンサーが振動を検知しただけでは、エンジンは守られません。重要なのはECU（エンジンコントロールユニット）との連携です。ECUはノックセンサーからの電圧信号を受け取り、「これはノッキングか、通常のエンジン振動か」を瞬時に判断して点火時期を調整します。

点火時期の遅角とはどういうことでしょうか？

通常、エンジンは効率よく燃焼させるために、ピストンが上死点（最高位置）に達する少し手前で点火します。これを「点火進角」といいます。点火が早すぎると燃焼圧力がピストンの動きと合わず、異常燃焼が起きやすくなります。そこでノッキングを検知したECUは、点火タイミングをわずかに遅らせる「遅角制御」を行います。

点火時期は「1度ずれると出力が約1%変化する」といわれています。つまりECUの遅角制御はエンジンのパワーと燃費に直結するのです。

ノッキングが収まったら、ECUは再びゆっくりと点火時期を元の最適な位置に戻していきます（進角への復帰）。このフィードバック制御を繰り返すことで、エンジンは常に「ノッキング直前の最も効率の良い燃焼状態」を維持しようとしています。これが条件です。

実は、エンジンは意図的にノッキングしやすい限界近くで運転されています。ノッキング発生の限界点付近が最も熱効率の高い状態だからです。ノックセンサーがあるからこそ、そのギリギリのラインを安全に狙えるのです。もしノックセンサーがなければ、エンジンはノッキングが発生しにくい「安全マージンを大きく取った非効率な制御」に固定されることになります。

✅ ノッキング検知 → 遅角（点火を遅らせる）→ ノッキング解消

✅ ノッキング解消 → 徐々に進角を回復 → 最適燃焼ポイントへ

✅ これを繰り返してエンジンを守りながら効率を最大化

参考：エンジンノッキングとノックセンサーの制御原理をわかりやすく解説（MLabo.）
https://mlabo.com/knocking_ja.html

ノックセンサーが故障するとどうなるか：症状と放置リスク

ノックセンサーが故障した場合、エンジンは「ノッキングが検知できない状態」になります。つまり、実際にノッキングが起きていても補正できなくなるのです。これは非常に危険な状態ですが、多くの車ではすぐにエンジンが壊れるのを防ぐために「フェイルセーフ機能」が働きます。

フェイルセーフが作動すると、ECUは点火時期を強制的に大きく遅らせた状態（安全側の制御）に固定します。これにより、ノッキングが発生しにくくなる反面、エンジンの出力と燃費が大きく悪化します。具体的には、ハイオク仕様の車でもレギュラーガソリン用の制御マップに切り替わることがあり、「ハイオクを入れているのに加速が鈍い」「燃費が急に悪くなった」という症状につながります。

痛いですね。

フェイルセーフ作動中の主な症状をまとめます。

🔴 エンジン警告灯（チェックランプ）が点灯する

🔴 アクセルを踏んでも加速が鈍い・パワーが出ない感覚

🔴 燃費が10〜20%程度悪化することがある

🔴 アイドリングが不安定になる・エンストしそうになる

🔴 排気ガスの検査に通らないことがある

一方、フェイルセーフが正常に作動しないケースや、センサーの誤作動でノッキングを検知し続ける状態になった場合は、過度な遅角が続いてエンジンへの負荷が増大します。最悪の場合、ピストンやバルブ、コンロッドといった重要部品が損傷し、エンジン交換が必要になります。その修理費用は軽自動車で30万円以上、普通車で50万円以上になることも珍しくありません。

ノックセンサー自体の交換費用は部品代と工賃込みで平均2万〜3万円程度です。早めに対処すれば数万円で済む修理が、放置することで50万円超えになる可能性があるのです。これが事実です。

参考：ノックセンサーの故障症状・原因・修理費用相場（カープレミア）