CN101922370A - 传感器系统 - Google Patents

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Abstract

一种传感器系统，包括：传感器单元(20)，具有压力传感器(22)，温度传感器(23)和选择器(25)，在压力检测信号和温度检测信号之间转换。传感器系统还包括；处理单元(30)，输出转换指令信号(SEL)到选择器(25a)，且从传感器单元(20)接收检测信号(SIG)。转换指令信号通过通讯线(15a)传送，检测信号通过信号线(15b)传送。检测信号(SIG)以模拟信号的形式传送到处理单元(30)。

Description

传感器系统
技术领域
本发明涉及一种传感器系统，具有多个传感器，分别检测不同的物理量。具体的，本发明可用于具有多个传感器的传感器系统，所述传感器安装在内燃机的燃料喷射器上。
背景技术
JP-9-113310A公开了一种传感器系统，具有传感器单元，处理单元和通讯线。传感器单元包括第一和第二传感器。第一传感器检测第一物理量，输出第一检测信号。第二传感器检测第二物理量，输出第二检测信号。处理单元从传感器单元接收第一和第二检测信号。通讯信号通过通讯线路以位串的形式在传感器单元和处理单元之间传送。
传感器单元包括选择器(转换电路)，选择应当输出的检测信号。这个选择器基于转换指令信号操作，该信号从处理单元随着通讯信号传送。选择的检测信号通过A-D转换电路被转换成位串，随着通讯信号被传送到处理单元。
然而上述通常的结构中，因为检测信号以位串的形式随着通讯信号从传感器单元传送到处理单元，检测信号的传送速度被限制于特定值。
发明内容
本发明考虑上述问题作出，目的是提供一种传感器系统，能够高速地将检测信号从传感器单元传送到处理单元。
根据本发明，传感器系统包括：传感器单元，具有第一传感器、第二传感器和转换电路；处理单元，将转换指令信号输出到传感器单元，从传感器单元接收检测信号；通讯线路，转换指令信号通过该线路传送；和信号线路，检测信号通过该信号线路传送。传感器单元将第一传感器或第二传感器检测的检测信号通过信号线路以模拟信号的形式传送到处理单元。
因为检测信号以模拟信号的形式通过信号线路被传送，与检测信号以位串的形式通过通讯线路传送的情况相比，检测信号的传送速度可以较高。
另外，因为第一检测信号和第二检测信号被可转换地传送，两个检测信号可以通过一个信号线路传送。因此与单独的信号线设置用于每个检测信号的情况相比，信号线的数目可减少。
附图说明
参考附图，根据下面的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将显而易见，附图中，相同部件由相同标记表示，其中：
图1的剖视图示出了传感器系统，其中，传感器单元设置到燃料喷射器；
图2的图形示出了传感器单元和处理单元的电路结构；
图3的框图示出了传感器单元和处理单元之间的连接结构；
图4的时刻图示出了相对于每个气缸的检测信号SIG的转换时刻；
图5A-5C的时刻图示出了在单级喷射情况中检测压力波形和喷射率波形之间的关系；
图6的框图示出了根据本发明另一实施例传感器单元和处理单元之间的连接结构。
具体实施方式
下面描述本发明实施例。传感器系统用于具有四个气缸#1-#4的内燃机(柴油机)。相对于四个气缸#1-#4中的每一个，以720℃A的循环顺序地进行一个燃烧循环，包括吸气、压缩、做功、排气四个行程。燃烧在气缸#1、#3、#4、#2中以这个顺序以180℃A的偏移进行。
图1的示意图示出了燃料喷射器10、传感器单元20、处理单元30等。
首先，描述发动机的燃料喷射系统，包括燃料喷射器10。燃料箱40中的燃料由高压泵41泵上，积聚在共轨42中从而供给每个燃料喷射器10。
燃料喷射器10包括：主体11；阀针(阀体)12；致动器13等。主体11限定了高压通道11a和喷射孔11b。阀针12容纳在主体11中从而开启/闭合喷射孔11b。致动器13驱动阀针12。
处理单元30控制致动器13以驱动阀针12。当阀针12开启喷射孔11b时，高压通道11a中的高压燃料喷射到发动机的燃烧室(未示出)。处理单元30基于发动机速度、发动机负荷等计算燃料喷射开始时刻、燃料喷射结束时刻、燃料喷射量等。致动器13被驱动以获得上述计算值。
下面描述传感器单元20的结构。
传感器单元20包括：杆(stem)(测力元件)21、压力传感器(第一传感器)22、温度传感器(第二传感器)23、基准传感器(第三传感器)24和模制的(molded)IC25。杆21连接到主体11。杆21具有隔膜(diaphragm)21a，其响应于高压通道11a中的高燃料压力而弹性变形。压力传感器22设置在隔膜21a上以输出压力检测信号(第一检测信号)，取决于隔膜21a的弹性变形。
另外，温度传感器23和基准传感器24设置在杆21上。温度传感器23输出温度检测信号(第二检测信号)，取决于杆21的温度。也就是，温度传感器23输出温度检测信号，取决于压力传感器22的温度。压力传感器22的温度称为传感器温度。
模制IC25包括选择器(转换电路)25a、通讯电路25b和存储器25c。连接器14设置在主体11上。模制IC25和处理单元39通过线束15彼此电连接，该线束连接到连接器14。线束15包括电源线，用于向致动器13供电，以及包括下面参考图2和3描述的通讯线15a和信号线15b。
图2的图形示出了传感器单元20和处理单元30的电路结构。
压力传感器22包括压敏电阻器R11、R12、R13、R14，它们的电阻值根据杆21的弹性变形而变化，也就是，施加到隔膜21a的燃料压力(第一物理量)。这些压敏电阻器R11-R14形成了桥路。
随着杆21的弹性变形变大，电阻器R11、R12的中点电势变低。随着杆的弹性变形变大，电阻器R13、R14的中点电势变高。这些中点电势之间的电势差是桥路的输出，作为压力检测信号(第一检测信号)。注意，压力检测信号同样根据杆21的温度而变化，其对应于传感器温度。
温度传感器23包括温度敏感电阻器R21、R24，它们的电阻值根据传感器温度(第二物理量)而变化。这些温度敏感电阻器R21、R24和不具有温度特性的电阻器R22、R23形成了桥路。
在温度敏感电阻器R21和电阻器R22的中点电势与电阻器R23和温度敏感电阻器R24的中点电势之间具有电势差。这个电势差是桥路的输出，作为温度检测信号(第二检测信号)。注意，温度检测信号仅取决于传感器存储器(温度)。
基准传感器24包括基准电阻器R31、R32、R33、R34，它们不具有温度特性。这些基准电阻器R31-R34形成了桥路。初始，在基准电阻器R31、R32和基准电阻器R33、R34的两个中点电势之间不具有电势差。然而，传感器单元20中的个体差异会在其间产生电势差。这个电势差(第三物理量)被作为基准信号(第三检测信号)输出。
选择器25a是转换电路，其确定了压力检测信号、温度检测信号和基准信号中哪个信号被输出到处理单元30。这个转换判定是基于从处理单元30传送的转换指令信号SEL而进行的。
处理单元30具有微电脑31和通讯电路32。微电脑31包括CPU、存储器等。通讯电路32用作通讯接口。微电脑31选择压力检测信号、温度检测信号和基准信号中的一个。基于这个选择，转换指令信号SEL通过通讯电路32、25b从处理单元30传送到传感器单元20。这个转换指令信号SEL是数字信号，以位串的形式通过通讯线路15a传送。
选择器25a选择的信号，是检测信号SIG，为模拟信号，通过信号线15b传送到处理单元30。处理单元30中，检测信号SIG被转换成数字信号。
在选择器25a基于转换指令信号SEL选择信号时，响应信号RE从传感器单元20传送到处理单元30。从而，由于微电脑31可识别检测信号SIG的转换时刻，微电脑31可在压力检测信号、温度检测信号、和基准信号中正确识别检测信号SIG。
注意，通讯线路15a电连接两个通讯电路32、25b，传送转换指令信号SEL和响应信号RE。可以通过通讯线15a进行双路通讯。同时，信号线15b可沿着从传感器单元20到处理单元30的方向传送检测信号SIG。
图3的图形示出了传感器单元20和处理单元30的连接结构。传感器单元20设置到四个气缸#1-#4中的每一个。如图3，四个传感器单元20连接到一个处理单元30。通讯线15a和信号线15b连接到每个传感器单元20。每个通讯线15a和信号线15b分别连接到处理单元30的通讯孔和信号孔。
图4的图形示出了检测信号SIG的时间(temporal)变化，该信号从每个气缸#1-#4的传感器单元20传送。因为与传感器温度相比，燃料压力容易迅速改变，因此，压力检测信号作为检测信号SIG被传送的时间段长于温度检测信号被传送的时间段。
尤其是，在燃料喷射器10喷射燃料的时间段中，压力检测信号被选择，并且被传送到处理单元30作为检测信号SIG。如下面参考图5A-5C所述，燃料压力变化波形在燃料喷射时间段中获得，从而燃料喷射率的变化被估算。因此，在燃料喷射时间段中，阻止了压力检测信号被转换到温度检测信号或者基准信号作为检测信号SIG。
如上所述，处理单元30的微电脑31可以获得相对于安装在每个气缸#1-#4上的每个燃料喷射器10的燃料压力和传感器温度。
当特定喷射器的检测信号SIG是压力检测信号以外的时，其它喷射器的压力检测信号用作该特定喷射器的压力检测信号。优选的是，没有喷射燃料的另一喷射器的压力检测信号被使用。
当特定喷射器的检测信号SIG是温度检测信号以外的时，其它喷射器的温度检测信号被用作该特定喷射器的温度检测信号。
因此如图4，优选的是，压力检测信号从气缸#1-#4中的至少一个被传送，从而，所有检测信号SIG没有同时变成压力检测信号以外的。同样，优选的是，温度检测信号从气缸#1-#4中的至少一个被传送，从而所有检测信号SIG没有同时变为温度检测信号以外的。
如上，压力检测信号根据传感器温度以及燃料压力而变化。也就是，即使实际燃料压力恒定，压力检测信号根据传感器温度变化。考虑到这点，微电脑31基于获得的传感器温度而修正所获得的燃料压力，从而进行温度补偿。另外，获得的燃料压力基于作为检测信号SIG获得的基准信号被校正。
存储器25c存储修正数据，用于修正传感器22、23的特性变化和个体差异。这些修正数据通过通讯线15a以位串的形式从通讯电路25b传送到处理单元30。除了上述温度补偿，微电脑31基于修正数据而修正所补偿的燃料压力。
基于传感器温度、基准信号和修正数据，通过修正从压力检测信号获得的燃料压力，微电脑31(燃料压力计算装置)计算最终燃料压力。
另外，微电脑31(喷射模式计算装置)计算燃料喷射模式，其表示燃料喷射开始时刻、燃料喷射时间段、燃料喷射量等。
见图5A-5C，描述喷射模式的计算方法。
图5A示出了喷射指令信号，处理单元30将该信号输出到致动器13。基于这个喷射指令信号，致动器13操作以开启喷射孔11b。也就是，燃料喷射在喷射指令信号的脉冲开启时刻t1处开始，燃料喷射在喷射指令信号的脉冲结束时刻t2处终止。从时刻t1到t2的时间段Tq中，喷射孔11b开启。通过控制时间段Tq，燃料喷射量Q被控制。
图5B示出了燃料喷射率的变化，图5C示出了检测压力的变化波形。检测信号SIG(压力检测信号)通过信号线15b高速地通过下列方式传送到微电脑31，从而获得检测压力的变化波形。例如在一个燃料喷射过程中，燃料压力被检测十次或者更多。
因为检测压力的变动和喷射率的变动具有下述关系，喷射率的波形可基于检测压力的波形而估算。也就是，在喷射指令信号在时刻t1上升之后，燃料喷射启动，且喷射率在时刻R1开始增大。当喷射率在时刻R1开始增大时，检测压力在时刻P1开始降低。然后，当喷射率在时刻R2达到最大喷射率时，检测压力下降在时刻P2停止。当喷射率在时刻R2开始下降时，检测压力在时刻P2开始增大。然后，当喷射率在时刻R3变为零且实际燃料喷射终止时，检测压力的增大在时刻P2停止。
如上，通过检测时刻P1和P3，喷射开始时刻R1和喷射终止时刻R3可以计算。基于下面将描述的检测压力的变动和燃料喷射率的变动之间的关系，燃料喷射率的变化可从检测压力的变化估算。
也就是，从时刻P1到时刻P2的检测压力的下降率Pα与时刻R1到R2的喷射率的增大率Rα具有关联。时刻P2到P3的检测压力的增大率Pγ与时刻R2到时刻R3的喷射率的下降率Rγ具有关联。检测压力的最大压力下降量Pβ与最大喷射率Rβ具有关联。因此，通过检测该检测压力的减小率Pα、检测压力的增大率Pγ、以及检测压力的最大压力下降量Pβ，喷射率的增大率Rα、喷射率的减小率Rγ、以及最大喷射率Rβ可以被计算。图5B所示的喷射率的变动(变化波形)可以通过计算时刻R1、R3、率Rα、Rγ以及最大喷射率Rβ而估算。
另外，从时刻R1到R3的喷射率的积分值S(图5B中的阴影面积)等于喷射量Q。时刻P1到P3的检测压力的积分值与喷射率的积分值S具有关联。因此，与喷射量Q对应的喷射率的积分值S可以通过计算检测压力积分值而计算。
根据上述本发明可获得如下优点。
(1)转换指令信号SEL从处理单元30通过通讯线15a传送到传感器单元20，检测信号SIG从传感器单元20通过信号线15b传送到处理单元30。因为检测信号SIG以模拟信号的形式通过信号线15b被传送，相比于检测信号SIG以位串的形式通过通讯线15a传递的情况，检测信号SIG的传送速度可以较高。
(2)因为选择器25a根据转换指令信号SEL在压力检测信号和温度检测信号之间转换，这些信号可通过一个信号线15b传送。因此，相比于单独的信号线设置用于每个检测信号的情况，信号线15b的数目可降低。
(3)因为处理单元30基于检测的燃料压力来估算燃料喷射率的变化波形，从而计算燃料喷射模式(实际燃料喷射时刻R1，燃料喷射量Q等)，需要高分辨率地检测燃料压力，从而它的轨迹可以如图5C所示。根据本实施例，检测信号SIG可高速传送，从而满足上述要求。
(4)当特定喷射器的检测信号SIG是压力检测信号以外的时，其它喷射器的压力检测信号用作该特定喷射器的压力检测信号。类似，其它喷射器的温度检测信号用作该特定喷射器的温度检测信号。
压力检测信号和温度检测信号能够通过一个信号线15b可转换地传送。因此，信号线15b的数目可减少，燃料压力和传感器温度总是获得。
【其它实施例】
本发明不限于上述实施例，而是例如可以以下列方式实施。另外，每个实施例的特征结构可组合。
·上述实施例中，传感器单元20具有四个通讯孔，四个通讯线15a分别连接到其处。可替换的，如图6，其中两个通讯线15a连接到基线301a、302a。因此通讯孔的数目可减少。
具体的，通讯线15a设置到每个传感器单元20，通讯线15a的一端连接到每个传感器单元20的通讯孔20Pa。通讯线15a的另一端连接到基线301a或302a。换句话说，两个通讯线15a从连接到处理单元30的第一通讯孔301Pa的第一基线301a分支，且其它两个通讯线15a从连接到处理单元30的第二通讯孔302Pa的第二基线302a分支。
信号线15b的一端连接到每个传感器单元20的信号孔20Pb，信号线15b的另一端连接到处理单元30的通讯孔30Pb。
·图6所示实施例中，两个基线301a、302a被设置，然而，所有通讯线15a可从一个基线分支。
·图6结构中，四个传感器单元20归组为第一组和第二组，相同的转换指令信号SEL可从处理单元30传送。
·第一实施例中，转换指令信号SEL和响应信号RE通过一个信号线15a通过串行(serial)通讯传送。可替换的，两个通讯线15a设置用于每个传感器单元20，转换指令信号SEL和响应信号RE可通过每个通讯线15a通过并行通讯传送。
·本发明中，第一传感器和第二传感器可检测燃料压力和传感器温度以外的物理量。

Claims (4)

1.一种传感器系统，包括：
传感器单元(20)，包括：第一传感器(22)，输出与第一物理量相对应的第一检测信号；第二传感器(23)，输出与第二物理量相对应的第二检测信号；和转换电路(25a)，在第一检测信号和第二检测信号之间转换；
处理单元(30)，将转换指令信号(SEL)传送到转换电路(25a)，且从传感器单元(20)接收检测信号(SIG)；
通讯线(15a)，转换指令信号(SEL)通过该通讯线从处理单元(30)传送到传感器单元(20)；和
信号线(15b)，检测信号(SIG)通过该信号线从传感器单元(20)传送到处理单元(30)，其中
传感器单元通过信号线将第一检测信号或第二检测信号以模拟信号的形式传送到处理单元。
2.如权利要求1所述的传感器系统，其特征在于，
传感器单元(20)设置到燃料喷射器(10)，所述燃料喷射器将燃料喷射到内燃机的燃烧室中，
第一传感器(22)检测燃料压力作为第一物理量，
处理单元(30)基于第一检测信号计算燃料压力的变动，且基于计算的燃料压力变动来计算燃料喷射开始时刻、燃料喷射时间段和燃料喷射量中的至少一个。
3.如权利要求2所述的传感器系统，其特征在于：
处理单元(30)阻止在燃料喷射时间段中从第一检测信号转换到其它检测信号。
4.如权利要求2所述的传感器系统，其特征在于，
内燃机具有多个气缸，
燃料喷射器(10)设置到每个气缸，
传感器单元(20)设置到每个燃料喷射器，
处理单元(30)通过通讯线(15a)和信号线(15b)电连接到多个传感器单元(20)，
当传感器单元的检测信号相对于特定气缸被切换到第一检测信号以外的时，处理单元(30)使用从设置到所述特定气缸以外的其它气缸的传感器单元传送的第一检测信号，作为从设置到该特定气缸的传感器单元传送的第一检测信号。
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