DE112015000458T5 - Verbrennungsdrucksensor mit eingebautem Ladungsverstärker - Google Patents

Verbrennungsdrucksensor mit eingebautem Ladungsverstärker Download PDF

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Abstract

In einem Verbrennungsdrucksensor, der einen eingebauten Ladungsverstärker hat, sind eine Signalleitungsüberhitzung und eine Verschlechterung einer Detektionsgenauigkeit beschränkt. Der Verbrennungsdrucksensor (1) beinhaltet einen Sensorkörper (2), welcher ein piezoelektrisches Element (21) enthält, der ein über ein Gehäuse mit einer Chassis-Masse verbundenes Ende hat, und einen Druck in einem Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors detektiert, und einen Ladungsverstärker (3), welcher zumindest eine Spannungsumwandlungseinheit (32), die eine Ausgangsgröße des Sensorkörpers in ein Spannungssignal umwandelt, und eine Referenzspannungserzeugungseinheit (31), die eine der Spannungsumwandlungseinheit bereitgestellte Referenzspannung erzeugt, enthält und auf einer von einer außerhalb angeordneten Signalverarbeitungseinheit (5) bereitgestellten Versorgungsspannung arbeitet. Die Referenzspannungserzeugungseinheit enthält einen Spannungserzeugungsstromkreis, der einen Konstantstromkreis (311) und einen Widerstand (312) hat, welche in Reihe verbunden sind. Der Spannungserzeugungsstromkreis hat ein mit einer Spannungsversorgungsleitung, welche sich von der Signalverarbeitungseinheit erstreckt, verbundenes Ende und das mit dem Ende des piezoelektrischen Elements verbundene andere Ende.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung ist auf der am 22. Januar 2014 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-9458 basiert, deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme Bestandteil hiervon wird.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsdrucksensor, welcher einen Landungsverstärker hat, der in ein Gehäuse eingebaut ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ein Verbrennungsdrucksensor, der ein piezoelektrisches Element beinhaltet, ist üblicherweise als einer von Verbrennungsdrucksensoren bekannt gewesen, die einen Druck (d. h. einen Verbrennungsdruck) in einem Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors detektieren. Bei diesem Typ des Verbrennungsdrucksensors, detektiert ein Ladungsverstärker erzeugte Ladungen des piezoelektrischen Elements als Detektionsausgangsgrößen (siehe, zum Beispiel, Patentliteratur 1).
  • STAND-DER-TECHNIK-LITERATUR
  • PATENTLITERATUR
    • Patentliteratur 1: JP 2009-115484 A
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Üblicherweise ist der Ladungsverstärker integral mit einem fahrzeuginternen Computer vorgesehen, der eine Verarbeitung unter Verwendung eines Verbrennungsdruckdetektionssignals durchführt. In diesem Fall muss eine wärmebeständige Koaxialleitung oder Ähnliches als eine Verdrahtung zwischen dem Verbrennungsdrucksensor und dem fahrzeuginternen Computer verwendet werden. Da jedoch die wärmebeständige Koaxialleitung teuer ist, kann es erwogen werden, den Ladungsverstärker in ein Gehäuse des Verbrennungsdrucksensors zu bauen, um die wärmebeständige Koaxialleitung wegzulassen.
  • Wenn ein Kristall als das piezoelektrische Element eingesetzt wird, muss, wegen eines Aufbaus des piezoelektrischen Elements, ein Ende (d. h. ein masseseitiges Ende) des piezoelektrischen Elements mit dem Gehäuse des Verbrennungsdrucksensors verbunden werden. Das Gehäuse des Verbrennungsdrucksensors ist in Kontakt mit einem Gehäuse des Verbrennungsmotors, um mit einer Chassis-Masse verbunden zu werden. D. h. da eine Masseleitung für ein Signal des Ladungsverstärkers mit dem masseseitigen Ende des piezoelektrischen Elements verbunden sein muss, ist die Masseleitung notwendigerweise mit der Chassis-Masse verbunden.
  • Als ein Ergebnis gibt es eine Möglichkeit, dass eine Abtrennung eines elektrischen Kabels (insbesondere der Masseleitung) zwischen dem Verbrennungsdrucksensor und dem fahrzeuginternen Computer nicht in dem Verbrennungsdrucksensor mit dem eingebauten Ladungsverstärker erkannt werden kann. Die Abtrennung kann nicht detektiert werden, weil der Verbrennungsdrucksensor und der fahrzeuginterne Computer über die Chassis-Masse verbunden sind, selbst wenn das elektrische Kabel abgetrennt ist.
  • Eine Vorrichtung, welche eine hohe elektrische Energie benötigt wie beispielsweise ein Starter, ist mit einer Verbrennungsmotorseite verbunden. Wenn die Vorrichtung in Betrieb ist, steigt ein Potenzial der Chassis-Masse der Verbrennungsmotorseite. Als ein Ergebnis gibt es eine Möglichkeit, dass eine Differenz von Potenzialen zwischen einer Masse (d. h. einer ECU-Masse) des fahrzeuginternen Computers und der Masse (d. h. der Chassis-Masse) des Verbrennungsdrucksensors erzeugt wird und ein großer Strom in der Masseleitung des elektrischen Kabels fließt, die Masseleitung zu überhitzen.
  • Um solche Möglichkeiten zu lösen, kann es erwogen werden, einen Kondensator zwischen der Masse (d. h. der ECU-Masse) des Ladungsverstärkers und dem masseseitigen Ende (d. h. der Chassis-Masse) des piezoelektrischen Elements in dem Verbrennungsdrucksensor anzuordnen. In diesem Fall gibt es jedoch Möglichkeiten, dass Niedrige-Frequenz-Komponenten nicht ausreichend in dem Detektionssignal des Verbrennungsdrucksensors widergespiegelt werden und dass sich eine Detektionsgenauigkeit verschlechtert, wenn sich das Potenzial der Chassis-Masse ändert. Um solche Möglichkeiten zu adressieren, kann es auch erwogen werden, eine Kapazität des Kondensators zu vergrößern, um den Niedrige-Frequenz-Komponenten zu erlauben durchzugehen. In diesem Fall gibt es jedoch eine Möglichkeit, dass Störungskomponenten, welche das gleiche Frequenzband wie die Signalkomponenten haben, über die Chassis-Masse an der ECU-Masse überlagert werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die obigen Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technik bereitzustellen, welche ein Überhitzen einer Signalleitung und eine Verschlechterung einer Detektionsgenauigkeit eines Verbrennungsdrucks bei einem Verbrennungsdrucksensor, der einen eingebauten Ladungsverstärker hat, begrenzt.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verbrennungsdrucksensor mit einem eingebauten Ladungsverstärker einen Sensorkörper und einen Ladungsverstärker. Der Sensorkörper beinhaltet ein piezoelektrisches Element, welches ein masseseitiges Ende hat, das mit einer Chassis-Masse über ein Gehäuse verbunden ist, und detektiert einen Druck in einem Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors. Der Ladungsverstärker beinhaltet zumindest eine Spannungsumwandlungseinheit und eine Referenzspannungserzeugungseinheit. Die Spannungsumwandlungseinheit wandelt eine Ausgangsgröße des Sensorkörpers in ein Spannungssignal um und gibt das Spannungssignal aus. Die Referenzspannungserzeugungseinheit erzeugt eine Referenzspannung, welche der Spannungsumwandlungseinheit zur Verfügung gestellt werden soll. Die Referenzspannungserzeugungseinheit beinhaltet einen Spannungserzeugungsstromkreis, welcher einen Konstantstromkreis und einen Widerstand hat, die in Reihe miteinander verbunden sind. Ein Ende des Spannungserzeugungsstromkreises ist mit einer Spannungsversorgungsleitung verbunden, welche sich von der Signalverarbeitungseinheit erstreckt, und das andere Ende des Spannungserzeugungsstromkreises ist mit dem masseseitigen Ende des piezoelektrischen Elements verbunden.
  • Gemäß dem obigen Aufbau erzeugt der Spannungserzeugungsstromkreis die Referenzspannung basierend auf der Chassis-Masse als einer Referenz, selbst wenn ein Potential der Chassis-Masse zum Beispiel wegen eines Betriebs einer Vorrichtung, welche große Elektrizität benötigt, an einer Verbrennungsmotorseite. Deshalb kann die Spannungsumwandlungseinheit die Ausgangsgröße des Sensorkörpers, welche basierend auf dem Potential der Chassis-Masse erzeugt wird, genau in das Spannungssignal umwandeln.
  • Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene andere Wege als der oben beschriebene Verbrennungsdrucksensor mit dem eingebauten Ladungsverstärker realisiert werden, wie beispielsweise als ein System, welches den Verbrennungsdrucksensor mit dem eingebauten Ladungsverstärker als ein Element beinhaltet.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden von der folgenden detaillierten Beschreibung, welche mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gemacht wird, deutlicher werden, in welchen:
  • 1 ein Schaltbild ist, welches einen Aufbau eines Verbrennungsdrucksensors mit einem eingebauten Ladungsverstärker eines ersten Ausführungsbeispiels darstellt;
  • 2A eine erklärende Darstellung zum Veranschaulichen eines spezifischen Aufbaus eines Konstantstromkreises ist;
  • 2B eine erklärende Darstellung zum Veranschaulichen eines spezifischen Aufbaus des Konstantstromkreises ist;
  • 2C eine erklärende Darstellung zum Veranschaulichen eines spezifischen Aufbaus des Konstantstromkreises ist;
  • 3A ein Graph ist, welcher ein Ergebnis einer Simulation darstellt, welches einen Rauschunterdrückungseffekt des Verbrennungsdrucksensors mit dem eingebauten Ladungsverstärker des ersten Ausführungsbeispiels angibt;
  • 3B ein Graph ist, welcher ein Ergebnis einer Simulation eines Verbrennungsdrucksensors mit einem eingebauten Ladungsverstärker eines Vergleichsbeispiels von dem in 3A gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist;
  • 4 ein Schaltbild ist, welches einen Aufbau eines Verbrennungsdrucksensors mit einem eingebauten Ladungsverstärker eines zweiten Ausführungsbeispiels darstellt;
  • 5 ein Schaltbild ist, welches ein anderes Beispiel einer Verstärkungseinheit des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden.
  • [Erstes Ausführungsbeispiel]
  • <Gesamtaufbau>
  • Ein Verbrennungsdrucksensor 1, welcher einen eingebauten Ladungsverstärker hat, (nachstehend einfach als ein „Verbrennungsdrucksensor” bezeichnet), wird in einem Zustand eingesetzt, in welchem er an einem Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors angebracht ist. Der Verbrennungsdrucksensor 1 empfängt eine Spannungsversorgung über einen Kabelbaum 4 von einer ECU 5, welche den Verbrennungsmotor steuert. Der Verbrennungsdrucksensor 1 gibt ein Detektionssignal aus, welches einen Druck (d. h. eine Verbrennungsdruck) innerhalb des Verbrennungsraums durch eine Spannung angibt.
  • Der Kabelbaum 4 beinhaltet drei Leitungen, eine Spannungsversorgungsleitung LV, eine Masseleitung LG und eine Signalleitung LS, welche miteinander verdreht sind. Die Masseleitung LG wird auch als eine ECU-Masse bezeichnet. Die Masseleitung LG ist mit einer Chassis-Masse über ein Gehäuse der ECU 5 verbunden.
  • Der Verbrennungsdrucksensor 1 beinhaltet einen Sensorkörper 2 und einen Ladungsverstärker 3.
  • Der Sensorkörper 2 beinhaltet ein piezoelektrisches Element 21 (zum Beispiel einen Kristall), welcher einen Druck in ein elektrisches Signal umwandelt. Ein Ende (nachstehend als ein „masseseitiges Ende” bezeichnet) ist mit der Chassis-Masse über ein Gehäuse des Verbrennungsdrucksensors 1 und das Gehäuse des Verbrennungsmotors verbunden. Das andere Ende des piezoelektrischen Elements 21 ist mit dem Ladungsverstärker 3 verbunden, der integral in dem Gehäuse des Verbrennungsdrucksensors 1 vorgesehen ist.
  • Der Ladungsverstärker 3 beinhaltet eine Referenzspannungserzeugungseinheit 33, eine Spannungsumwandlungseinheit 32, eine Verstärkungseinheit 33 und einen Massetrennungskondensator 34.
  • Der Massetrennungskondensator 34 ist zwischen der Masseleitung LG (der ECU-Masse) und dem masseseitigen Ende des piezoelektrischen Elements 21 (d. h. dem Gehäuse des Verbrennungsdrucksensors 1) angeschlossen. D. h. in dem Verbrennungsdrucksensor 1 ist die ECU-Masse über den Massetrennungskondensator 34 nahe zu dem Verbrennungsmotor mit der Chassis-Masse verbunden.
  • Die Referenzspannungserzeugungseinheit 31 beinhaltet einen Konstantstromkreis 311, der einen vorbestimmten Konstantstrom anlegt, einen Widerstand 312, der den Konstantstrom in eine Spannung umwandelt und einen Operationsverstärker 313, von welchem ein invertierter Eingangsanschluss und ein Ausgangsanschluss verbunden sind, um einen Spannungsfolgerstromkreis zu bilden. Der Konstantstromkreis 311 ist in Reihe mit dem Widerstand 312 verbunden, um einen Spannungserzeugungsstromkreis zu bilden. Ein Verbindungsende, an welches der Konstantstromkreis 311 und der Widerstand 312 gemeinsam angeschlossen sind, ist mit einem nicht-invertierten Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 313 verbunden. Ein zu dem Konstantstromkreis 311 benachbartes Ende des Spannungserzeugungsstromkreises ist mit der Spannungsversorgungsleitung LV verbunden. Ein zu dem Widerstand 312 benachbartes Ende des Spannungserzeugungsstromkreises ist mit dem masseseitigen Ende des piezoelektrischen Elements 21 (d. h. dem Gehäuse des Verbrennungsdrucksensors 1) verbunden. D. h. das zu dem Widerstand 312 benachbarte Ende des Spannungserzeugungsstromkreises ist mit dem zu der Chassis-Masse benachbarten Ende des Massetrennungskondensators 34 verbunden. Dementsprechend kann die Referenzspannungserzeugungseinheit 31 eine konstante Referenzspannung VF1 basierend auf der Chassis-Masse als einer Referenz erzeugen, selbst wenn das Potenzial der Chassis-Masse variiert. Die Referenzspannung VF1 wird der Spannungsumwandlungseinheit 32 und der Verstärkungseinheit 33 über den Spannungsfolgerstromkreis bereitgestellt.
  • Insbesondere kann, wie in 2A gezeigt, eine Konstantstromdiode (CRD, Stromregeldiode) als der Konstantstromkreis 311 eingesetzt werden. Wie in 2B gezeigt, kann ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor (JFET) als der Konstantstromkreis 311 eingesetzt werden. Ein Aufbau von dem Konstantstromkreis 311 zu dem Widerstand 312 kann so ausgebildet sein, dass der Konstantstrom direkt bereitgestellt wird. Wie in 2C gezeigt, kann der Aufbau von dem Konstantstromkreis 311 zu dem Widerstand 312 so ausgebildet sein, dass der Konstantstrom über einen Stromspiegelstromkreis bereitgestellt wird.
  • Die Spannungsumwandlungseinheit 32 beinhaltet einen Operationsverstärker 321, Kondensatoren 322 und 323 und einen Widerstand 324. Der Operationsverstärker 321 hat einen nicht-invertierten Eingangsanschluss, an welchen eine Ausgangsgröße (d. h. die Referenzspannung VF1) der Referenzspannungserzeugungseinheit 31 angelegt wird. Der Operationsverstärker 321 hat einen invertierten Eingangsanschluss, an welchen eine Ausgangsgröße des Sensorkörpers 2 über den Kondensator 322 angelegt wird. Der Kondensator 323 und der Widerstand 324 sind parallel zwischen dem invertierten Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 321 angeschlossen. Der Operationsverstärker 321 bildet eine wohl bekannte Integrierschaltung, welche die in dem piezoelektrischen Element 21 erzeugte Ladung in eine Spannung (d. h. eine Umwandlungsspannung Vx) umwandelt und die Umwandlungsspannung Vx ausgibt.
  • Die Verstärkungseinheit 33 beinhaltet einen Operationsverstärker 331, eine Widerstand 332 und einen veränderlichen Widerstand 333. Der Operationsverstärker 331 hat einen nicht-invertierten Eingangsanschluss, an welchen die von der Spannungsumwandlungseinheit 32 ausgegebene Umwandlungsspannung Vx angelegt wird. Der Operationsverstärker 331 hat einen invertierten Eingangsanschluss, an welchen die von der Referenzspannungserzeugungseinheit 31 ausgegebene Referenzspannung VF1 über den Widerstand 332 angelegt wird. Der veränderliche Widerstand 333 ist zwischen dem invertierten Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 331 angeschlossen. Der Operationsverstärker 331 bildet einen wohl bekannten nicht-invertierenden Verstärkerstromkreis, welcher die Ausgangsgröße der Spannungsumwandlungseinheit 32 bei einer angemessenen Verstärkungsrate verstärkt, um ein Detektionssignal Vo, das eine spezifische Empfindlichkeit (d. h. ein Verhältnis von Spannung zu Druck, Spannung/Druck) hat, auszugeben. Die Verstärkungseinheit 33 ist so ausgebildet, dass die Empfindlichkeit der Verstärkungseinheit 33 mittels des veränderlichen Widerstands 333 eingestellt werden kann.
  • Jeder der Operationsverstärker 313, 321 und 331 hat einen positiven Versorgungsspannungseingangsanschluss, der mit der Spannungsversorgungsleitung LV verbunden ist, und einen negativen Versorgungsspannungseingangsanschluss, der mit der Masseleitung LG verbunden ist. Jeder der Operationsverstärker 313, 321 und 331 arbeitet basierend auf der ECU-Masse als einer Referenz.
  • <Wirkungen>
  • In dem Verbrennungsdrucksensor 1 sind die ECU-Masse und die Chassis-Masse durch den Massetrennungskondensator 34 getrennt. Deshalb kann die ECU 5 die Abtrennung der Masseleitung LG basierend auf der Differenz der Potenziale zwischen der Signalleitung LS und der Masseleitung LG, d. h. basierend auf dem Signallevel des Detektionssignals Vo detektieren.
  • In dem Verbrennungsdrucksensor 1 werden die Signale, die in den invertierten Eingangsanschluss und den nicht-invertierten Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 321, welcher in der Spannungsumwandlungseinheit 32 enthalten ist, basierend auf der gleichen Masse (d. h. der Chassis-Masse) als einer Referenz erzeugt. Selbst wenn das Potenzial der Chassis-Masse nahe dem Verbrennungsmotor variiert, kann die Wirkung auf die Umwandlungsspannung Vx, welche von der Spannungsumwandlungseinheit 32 ausgegeben wird, beschränkt werden. D. h. eine Gleichtaktstörung, welche von der Chassis-Masse herkommt, kann begrenzt werden.
  • 3A und 3B zeigen Ergebnisse von Simulationen für das von dem Verbrennungsdrucksensor 1 ausgegebene Detektionssignal, wenn das Rauschen auf die ECU-Masse angewandt wird. 3A zeigt das Ergebnis, wenn der Verbrennungsdrucksensor 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendet wird. 3B zeigt das Ergebnis, wenn anstelle des Massetrennungskondensators 34 ein Kondensator an einem von einer gepunkteten Linie P in 1 umgebenen Abschnitt angeordnet ist. D. h. 3B zeigt das Ergebnis, wenn die Referenzspannungserzeugungseinheit 31 die Referenzspannung basierend auf der ECU-Masse als einer Referenz anstelle der Chassis-Masse erzeugt. Die Resultate zeigen an, dass das Rauschen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausreichend unterdrückt wird.
  • [Zweites Ausführungsbeispiel]
  • Da grundlegende Strukturen bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ähnlich zu denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels sind, werden Beschreibungen der Strukturen, die gemeinsam in dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel sind, weggelassen werden und unterschiedliche Strukturen werden hauptsächlich beschrieben werden.
  • <Aufbau>
  • In dem obigen ersten Ausführungsbeispiel ist der negative Spannungsversorgungseingangsanschluss des Operationsverstärkers 321 mit der ECU-Masse verbunden. Das zweite Ausführungsbeispiel ist darin unterschiedlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel, dass ein Verbrennungsdrucksensor 1a des zweiten Ausführungsbeispiels den negativen Spannungsversorgungseingangsanschluss des Operationsverstärkers 321 mit der Chassis-Masse verbunden hat. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Verstärkungseinheit 33, welche den nicht-invertierenden Verstärkungsstromkreis enthält, vorgesehen. Das zweite Ausführungsbeispiel ist darin unterschiedlich von dem ersten Ausführungsbeispiel, dass eine Verstärkungseinheit 35, welche einen Differenzialverstärkungsstromkreis enthält, anstelle der Verstärkungseinheit 33 vorgesehen ist. Das zweite Ausführungsbeispiel ist daran unterschiedlich von dem ersten Ausführungsbeispiel, dass eine zweite Referenzspannungserzeugungseinheit 36, welche basierend auf der ECU-Masse als einer Referenz eine Referenzspannung VF2 erzeugt und die Referenzspannung VF2 der Verstärkungseinheit 35 bereitstellt, hinzugefügt ist.
  • Nachstehend werden zu dem ersten Ausführungsbeispiel ähnliche Strukturen durch die gleichen Symbole gekennzeichnet werden, um die Beschreibungen davon wegzulassen, und die unterschiedlichen Punkte werden hauptsächlich beschrieben werden.
  • Wie in 4 gezeigt, beinhaltet die zweite Referenzspannungserzeugungseinheit 36, ähnlich zu der Referenzspannungserzeugungseinheit 31, einen Konstantstromkreis 362 und einen Widerstand 363, welche einen Spannungserzeugungsstromkreis bereitstellen, und einen Operationsverstärker 361, welcher einen Spannungsfolgerstromkreis bereitstellt. Unterschiedlich zu der Referenzspannungserzeugungseinheit 31 ist ein zu dem Widerstand 363 benachbartes Ende des Spannungserzeugungsstromkreises mit der ECU-Masse anstelle der Chassis-Masse verbunden. Obwohl die Referenzspannung VF2 den gleichen Wert wie die Referenzspannung VF1 hat, sind die Referenzspannung VF2 und die Referenzspannung VF1 unterschiedlich, weil die Referenzspannung VF2 basierend auf der ECU-Masse als einer Referenz erzeugt wird und die Referenzspannung VF1 basierend auf der Chassis-Masse als einer Referenz erzeugt wird.
  • Die Verstärkungseinheit 35 beinhaltet einen Operationsverstärker 351 und Widerstände 352, 353, 354 und 355. Der Operationsverstärker 351 hat einen nicht-invertierten Eingangsanschluss, an welchen die von der Spannungsumwandlungseinheit 32 ausgegebene Umwandlungsspannung Vx über den Widerstand 352 angelegt wird und an welchen die von der zweiten Referenzspannungserzeugungseinheit 36 ausgegebene zweite Referenzspannung VF2 über den Widerstand 353 angelegt wird. Der Operationsverstärker 351 hat einen invertierten Eingangsanschluss, an welchen die von der Referenzspannungserzeugungseinheit 31 ausgegebene Referenzspannung VF1 über den Widerstand 354 angelegt wird. Der Widerstand 355 ist zwischen dem invertierten Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 351 angeschlossen. D. h. die Verstärkungseinheit 35 bildet einen wohl bekannten Differenzialverstärkungsstromkreis, der die Differenz zwischen der Umwandlungsspannung Vx und der Referenzspannung VF1 verstärkt.
  • Da der negative Versorgungsspannungsanschluss des Operationsverstärkers 321 mit der Chassis-Masse verbunden ist, hat die von der Spannungsumwandlungseinheit 32 ausgegebene Umwandlungsspannung Vx einen Wert, in welchem die Potenzialdifferenz der Chassis-Masse, die von der ECU-Masse variiert, an der ECU-Masse als Störungskomponenten überlagert ist. Jedoch verstärkt die Verstärkungseinheit 35 die Differenz zwischen der Umwandlungsspannung Vx und der Referenzspannung VF1, welche einen Wert hat, in welchem die ähnlichen Störungskomponenten an der ECU-Masse überlagert sind. Deshalb sind in dem von der Verstärkungseinheit 35 ausgegebenen Detektionssignal Vo die Störungskomponenten, die in der Umwandlungsspannung Vx und der Referenzspannung VF1 enthalten sind, beschränkt (d. h. aufgehoben).
  • <Wirkungen>
  • Gemäß dem Verbrennungsdrucksensor 1a des zweiten Ausführungsbeispiels können die folgenden Wirkungen zusätzlich zu den Wirkungen des ersten Ausführungsbeispiels erzielt werden.
  • In dem Verbrennungsdrucksensor 1a ist der negative Versorgungsspannungsanschluss des Operationsverstärkers 321 mit der Chassis-Masse anstelle der ECU-Masse verbunden, um einen Weg sicherzustellen, in welchem das in dem piezoelektrischen Element 21 erzeugte Signal zu der Chassis-Masse zurückkehrt. So kann eine Kapazität des Massetrennungskondensators 34 reduziert werden, oder der Massetrennungskondensator 34 kann in einigen Fällen weggelassen werden.
  • [Andere Ausführungsbeispiele]
  • Obgleich die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung weiter oben beschrieben werden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, und die vorliegende Erfindung kann auf diversen anderen Wegen geändert werden.
    • (1) In dem obigen zweiten Ausführungsbeispiel wird der Differenzialverstärkungsstromkreis, der hauptsächlich den Operationsverstärker 351 enthält, als die Verstärkungseinheit 35 eingesetzt. Jedoch kann ein wohl bekannter Instrumentenverstärker, der wie in 5 gezeigt angeschlossen ist, als der Operationsverstärker 351 eingesetzt werden. Da der Instrumentenverstärker eine hohe Aufhebungsrate zum Aufheben von gleichphasigen Signalen hat, kann der Instrumentenverstärker das von der Chassis-Masse hereinkommende Rauschen effektiver beschränken.
    • (2) Die Elemente der vorliegenden Erfindung sind nur konzeptionelle Elemente, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Elemente beschränkt. Zum Beispiel kann eine Funktion von einem der Elemente auf mehrere Elemente verteilt werden, oder Funktionen der mehreren Elemente können in dem einen der Elemente kombiniert werden. Auch kann zumindest eines der Elemente der obigen Ausführungsbeispiele durch ein wohl bekanntes Element ersetzt werden, welches die ähnliche Funktion hat. Ferner kann zumindest eines der Elemente der obigen Ausführungsbeispiele zu den anderen Ausführungsbeispielen hinzugefügt werden, oder zumindest eines der Elemente der obigen Ausführungsbeispiele kann in den anderen Ausführungsbeispielen ersetzt werden.

Claims (5)

  1. Verbrennungsdrucksensor mit einem eingebauten Ladungsverstärker umfassend: einen Sensorkörper (2), welcher ein piezoelektrisches Element (21) enthält, welches ein mit einer Chassis-Masse über ein Gehäuse verbundenes masseseitiges Ende hat, und einen Druck in einem Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors detektiert; und einen Ladungsverstärker (3), welcher zumindest eine Spannungsumwandlungseinheit (32), die eine Ausgangsgröße des Sensorkörpers in ein Spannungssignal umwandelt, und eine Referenzspannungserzeugungseinheit (31), die eine Referenzspannung erzeugt, um der Spannungsumwandlungseinheit bereitgestellt zu werden, und welcher auf einer von einer Signalverarbeitungseinheit (5), die außerhalb des Ladungsverstärkers angeordnet ist, bereitgestellten Versorgungsspannung arbeitet, wobei die Referenzspannungserzeugungseinheit einen Spannungserzeugungsstromkreis enthält, welcher einen Konstantstromkreis (311) und einen Widerstand (312) hat, die in Reihe miteinander verbunden sind, ein Ende des Spannungserzeugungsstromkreises mit einer Spannungsversorgungsleitung, die sich von der Signalverarbeitungseinheit erstreckt, verbunden ist, und das andere Ende des Spannungserzeugungsstromkreises mit dem masseseitigen Ende des piezoelektrischen Elements verbunden ist.
  2. Verbrennungsdrucksensor mit dem eingebauten Ladungsverstärker gemäß Anspruch 1, wobei das masseseitige Ende des piezoelektrischen Elements und eine Masseleitung, welche für eine Spannungsversorgung von der Signalverarbeitungseinheit eingesetzt wird, über einen Massetrennungskondensator (34) verbunden sind.
  3. Verbrennungsdrucksensor mit dem eingebauten Ladungsverstärker gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Masse der Spannungsumwandlungseinheit mit dem masseseitigen Ende des piezoelektrischen Elements verbunden ist.
  4. Verbrennungsdrucksensor mit dem eingebauten Ladungsverstärker gemäß Anspruch 3, wobei der Ladungsverstärker weiter eine Verstärkungseinheit (35, 35a) enthält, welche das von der Spannungsumwandlungseinheit ausgegebene Spannungssignal und die in der Referenzspannungserzeugungseinheit erzeugte Referenzspannung differenziell verstärkt.
  5. Verbrennungsdrucksensor mit dem eingebauten Ladungsverstärker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Referenzspannungserzeugungseinheit die in dem Spannungserzeugungsstromkreis erzeugte Referenzspannung über einen Spannungsfolgerstromkreis (313) bereitstellt.
DE112015000458.0T 2014-01-22 2015-01-12 Verbrennungsdrucksensor mit eingebautem Ladungsverstärker Active DE112015000458B4 (de)

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JP2014-009458 2014-01-22
JP2014009458A JP6427881B2 (ja) 2014-01-22 2014-01-22 チャージアンプ内蔵型燃焼圧センサ
PCT/JP2015/000095 WO2015111380A1 (ja) 2014-01-22 2015-01-12 チャージアンプ内蔵型燃焼圧センサ

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