JP2001090599A - 流体圧力検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、流体圧力の変動幅を取り出して
増幅することにより、変動幅が小さくても、以後のデジ
タル処理で高い分解能で処理されることを可能にする流
体圧力検出回路を提供する。 【解決手段】 圧力検出素子３２が検出した出力信号Ｓ
_A は、サンプル・ホールド回路３４で保持された変動前
の基準信号Ｓ_B との偏差が差分回路３５で演算される。
偏差信号Ｓ_C は増幅回路３６で増幅され、増幅信号Ｓ_D
はオフセット回路３７で正の値のオフセット信号Ｓ_E と
される。圧力検出素子３２が検出した流体圧力それ自体
は温度補償回路３３により温度補償有り信号Ｐｒ１とし
てデジタル回路で処理される。圧力変動は、小さい値で
も、増幅・オフセット後に温度補償無し信号Ｐｒ２とし
て出力され、デジタル回路の分解能で高精度に検出され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、特にコモンレー
ルにおける流体圧力検出に好適であり、アナログ信号処
理をする流体圧力検出回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ディーゼルエンジンのような多気
筒エンジンに適用される燃料噴射システムとして、コモ
ンレール式燃料噴射システムが知られている。コモンレ
ール式燃料噴射システムは、燃料供給ポンプによって所
定の高圧力に加圧された燃料をコモンレールに蓄圧状態
に貯留し、コモンレールに貯留された加圧燃料をコント
ローラが算出した燃料噴射量及び燃料噴射時期等のエン
ジンの運転状態に応じた最適な燃料噴射条件で各インジ
ェクタから燃焼室内に噴射するシステムである。コモン
レールから燃料供給管を通じて各インジェクタの先端に
形成された噴孔に至る燃料流路内には、常時、噴射圧力
相当の燃料圧力が作用しており、各インジェクタには燃
料の噴孔への通過又は遮断する制御を行う電磁弁が備え
られている。コントローラは、燃料が各インジェクタに
おいてエンジン運転状態に対して最適な噴射条件で噴射
されるように、コモンレールの圧力と各インジェクタの
電磁弁の作動とを制御している。

【０００３】また、近年、コモンレール圧力を検出し、
検出した圧力信号に応じて燃料サプライポンプの燃料吐
出量を制御するコモンレール圧力のフィードバック制御
のみならず、コモンレール圧力の変化を検出して、イン
ジェクタからの燃料噴射（燃料噴射量や燃料噴射タイミ
ング）、及びシステムの異常検出等に利用することも提
案されている。例えば、コモンレール圧力の変化を検出
して燃料噴射時期を検出し、目標燃料噴射時期との偏差
に基づいて燃料噴射開始時期の指令信号を補正すること
が、特開平１０−４７１３７号公報に開示されている。

【０００４】図５は、従来のコモンレール式燃料噴射シ
ステムの概略図である。図５に示すように、燃料サプラ
イポンプ１は、例えばエンジンによって駆動されるプラ
ンジャ式の可変容量式高圧ポンプであり、燃料タンク７
から汲み上げた燃料を燃料吐出路５を通じてコモンレー
ル２に圧送する。燃料サプライポンプ１からの燃料圧送
量は流量制御弁４によって制御される。圧送された燃料
は蓄圧状態にコモンレール２に貯留され、コモンレール
２から燃料供給管６を通じてインジェクタ３に供給され
る。コモンレール２から燃料供給管６を通じて各インジ
ェクタ３の先端に至る燃料流路内には、常時、噴射圧力
相当の燃料圧、即ち、コモンレール圧力が作用してい
る。インジェクタ３はエンジンの型式に応じて気筒毎に
設けられており、コモンレール２から供給された燃料を
各対応する燃焼室内に噴射する。燃料サプライポンプ１
は、例えば、往復動するプランジャをロータリ型又は列
型に配置した容積型ポンプである。なお、流量制御弁４
は燃料サプライポンプ１の吐出側に配置して吐出量の一
部を燃料タンク７に戻す例を挙げたが、流入側に配置さ
れてポンプ室への吸入量を制御するインレットバルブと
してもよい。

【０００５】コモンレール２に設けられた圧力センサ１
１が検出したコモンレール圧力Ｐｒは、エンジンの電子
制御モジュール（ＥＣＭ）であるコントローラ８に入力
される。コモンレール２から供給される高圧燃料の一部
は、燃料供給管６を通じてインジェクタ３の内部に形成
される圧力制御室（図示せず）に導入し、圧力制御室へ
の燃料圧力の導入と解放とを行うことによって、インジ
ェクタ３の内部にリフト可能に配設されている針弁（図
示せず）を昇降させ、針弁の昇降に応じてコモンレール
２からインジェクタ３の先端に形成されている噴孔１２
に至る燃料通路（図示せず）を開放又は遮断して、イン
ジェクタ３から燃料を所定の時期に噴射することが行わ
れている。

【０００６】圧力制御室内の燃料圧力を解放制御する開
閉弁を開閉制御するため、各インジェクタ３には電磁ア
クチュエータ１０が配設されている。電磁アクチュエー
タ１０を作動して開閉弁を開弁して、圧力制御室内の燃
料圧力を解放することにより、針弁がリフトして噴孔１
２から燃料が噴射される。電磁アクチュエータ１０を作
動して開閉弁を閉じて圧力制御室内の燃料圧を回復させ
ると、針弁が閉じられて噴孔１２からの燃料噴射が停止
される。インジェクタ３から燃焼室内への噴射に費やさ
れなかった燃料は、燃料戻し管１３を経て燃料タンク７
に回収される。

【０００７】コントローラ８には、エンジン回転数Ｎｅ
を検出するエンジン回転数センサ、アクセルペダルの踏
込み量Ａｃを検出するためのアクセル踏込み量センサ等
の検出手段としての各種センサ９からの検出信号、及び
コモンレール圧力センサ１１が検出したコモンレール圧
力Ｐｒが入力される。その他、コントローラ８への入力
信号には、冷却水温センサ、エンジン気筒判別センサ、
上死点検出センサ、大気温度センサ、大気圧センサ、吸
気管内圧力センサ等のエンジンの運転状態を検出するた
めの各種センサからの信号がある。コントローラ８は、
加圧燃料が各インジェクタ３においてエンジンの運転状
態に対して最適な噴射条件で噴射されるように、燃料サ
プライポンプ１と各インジェクタ３の電磁アクチュエー
タ１０とを制御する。

【０００８】コントローラ８は、上記各センサ９からの
検出信号と予め求められている噴射特性マップとに基づ
いて設定された目標噴射条件に従ってコマンドパルス信
号を出力し、コマンドパルス信号に対応して電磁アクチ
ュエータ１０を駆動する駆動信号が供給される。目標噴
射条件は、例えば、エンジン出力がエンジンの運転状
態、即ち、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセルペダル踏込
み量Ａｃに即した最適出力になるような、目標コモンレ
ール圧力、目標燃料噴射時期（噴射開始時期と噴射期
間）及び目標噴射量である。燃料噴射量は噴射圧力と燃
料噴射期間、即ち、コモンレール圧力と針弁のリフト
（リフト量、リフト期間）で定まるので、燃料噴射時期
及び燃料噴射量は、結局、燃料サプライポンプ１からコ
モンレール２への燃料圧送量と、コントローラ８が出力
する前記コマンドパルス信号のパルス時期及びパルス幅
によって決定される。コントローラ８は、各気筒に対応
して配置されているインジェクタ３毎に燃料噴射制御を
行う。

【０００９】インジェクタ３からの燃料噴射圧力はコモ
ンレール圧力Ｐｒに略等しいので、コモンレール圧力Ｐ
ｒを制御することで噴射圧力が制御される。一方、イン
ジェクタ３からの燃料噴射によってコモンレール２内の
燃料が消費されると、コモンレール圧力Ｐｒが低下す
る。コントローラ８は、燃料サプライポンプ１の燃料圧
送量を制御することにより、エンジンの運転状態が一定
であればその状態に対応した一定圧力を保持するよう
に、又はエンジンの運転状態が変更されれば、その変更
に対応してエンジンの運転状態に最適となるようにコモ
ンレール圧力Ｐｒを増圧又は減圧制御する。

【００１０】ところで、上記のコモンレール式燃料噴射
システムにおいては、流体の圧力を受ける受圧面に歪み
ゲージや圧電素子を配置し、圧力を受けて電圧を発生さ
せてコントローラ８に入力させる単純な構成となってお
り、更に、温度補償をするための処理回路を別に構成し
ている。気筒毎に燃料噴射率等について高精度のフィー
ドバック制御を行わず、概略的なコモンレール圧力制御
を行うには上記の圧力検出の構成で充分である。しかし
ながら、エンジンの高速化・高出力化に伴い、短時間に
相当量の燃料を噴射するために、近年、コモンレール圧
力を一層高圧化することが求められており、運転状態に
よっては、１５０ＭＰａ以上になることも想定されてい
る。反対に、エンジンの運転状態に応じては、コモンレ
ール圧力が１０ＭＰａ程度にまで低下した圧力でよい場
合もある。

【００１１】現在、圧力センサの検出信号は、例えば、
８ｂｉｔのデジタルで信号処理が行われているが、この
ｂｉｔ数では分解能は２５６（＝２⁸ ）段階である。こ
のような信号処理を２００ＭＰａの圧力センシングに適
用すると、１段階が１ＭＰａ程度であり［２００（ＭＰ
ａ）／２５６（段階）＝０．７８（ＭＰａ／段階）］、
充分な圧力の分解能が得られない。また、１０ｂｉｔで
デジタル信号処理をする場合も分解能は１０２４段階で
あり、２００ＭＰａの圧力センシングに適用すると１段
階が０．１９５ＭＰａ［２００（ＭＰａ）／１０２４
（段階）＝０．１９５（ＭＰａ／段階）］程度であり、
微小燃料噴射量の検出には１０ｂｉｔでも充分ではな
い。更に、温度補正を施すことを考慮すると、２〜３Ｍ
Ｐａの誤差は容易に生じる。コモンレール圧力Ｐｒの変
化で燃料噴射量を検出しようとする場合には圧力変化は
最大でも２０ＭＰａ以下であるため、２０ＭＰａを２５
〜２６段階で検出することは単位分解能当たりの圧力値
が大きくなってコモンレール圧力Ｐｒの検出精度が粗く
なり、上記のような誤差があることも考慮すると、フィ
ードバック制御を行うことは実際には困難である。

【００１２】燃料噴射率や燃料噴射時期について高精度
のフィードバック制御を行うためにはコモンレール圧力
の検出分解能を高める必要があるが、分解能を高めるた
めに単純にｂｉｔ数（１６ｂｉｔ以上）を増やして信号
処理能力を上げるのでは、信号処理装置が高価になるば
かりでなく、演算処理速度を飛躍的に向上させなければ
ならず、現実的でない。また、従来の制御回路において
は、圧力センサが温度補償を必要とするものであるが、
燃料噴射直後に温度補正が行われると、燃料噴射に起因
して変動するコモンレール圧力波形に乱れが生じる。即
ち、コモンレール圧力信号が温度補償の切り替わりポイ
ントで変化するという問題点もある。

【００１３】燃料噴射ポンプの燃料圧送量を調節する装
置として、燃料調節部材の作動量をフィードバック制御
に用いる微分信号としてアナログ処理した信号を使用す
ることが提案されている（特開平２−９９２８号公
報）。燃料調節部材のための駆動制御手段は、この微分
信号、実位置信号、及び目標位置信号を用いて、燃料調
節部材が目標位置に一致するようにフィードバック制御
している。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、１５０ＭＰａ
にも達する大きな圧力値そのものを検出するのではな
く、燃料噴射に起因して生じるコモンレール圧力の圧力
変化のような、検出圧力の所定の基準値からの偏差を検
出し、その偏差信号をアナログ回路によって増幅した増
幅信号を同じ分解能で検出することにすれば、単位分解
能当たりの圧力値が小さくなり、圧力変化を安価なセン
サ及び回路で精度良く検出することが可能になる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明の目的は、上記
課題を解決することであり、圧力検出素子が検出した流
体圧力の所定の基準値からの偏差だけをアナログ信号と
して取り出し、その偏差信号に対して正の値になるよう
な増幅とオフセット処理とをアナログ回路にて施すこと
によって、後続のデジタル処理における分解能を有効に
利用して、流体圧力の変動量を充分な精度で且つ安価に
検出することを可能にする流体圧力検出回路を提供する
ことである。

【００１６】この発明は、流体圧力を検出した検出信号
を出力する圧力検出素子、前記圧力検出素子が出力した
検出信号と所定の基準信号との偏差を算出し偏差信号と
して出力する偏差演算回路、及び前記偏差信号を正側に
オフセットした増幅・オフセット信号を出力する増幅・
オフセット回路を具備し、前記増幅・オフセット回路の
後続に配設されるデジタル回路の分解能を有効に利用し
て流体圧力の変動量をデジタル化するため、前記圧力検
出素子は前記検出信号をアナログ信号として出力し、前
記偏差演算回路、及び前記増幅・オフセット回路は、そ
れぞれアナログ回路から構成されていることから成る流
体圧力検出回路に関する。

【００１７】この流体圧力検出回路によれば、圧力検出
素子は流体圧力の検出信号をアナログ電圧値として出力
し、偏差演算回路は検出信号と所定の基準電圧値との偏
差を算出して偏差信号を出力する。したがって、偏差信
号は、圧力検出素子が検出した流体圧力それ自体の大き
さとは関係がない。増幅・オフセット回路は、増幅と、
流体圧力の変動分の波形が維持されたまま正側に嵩上げ
するオフセットとを行い、増幅・オフセット信号として
出力する。増幅は、出力される増幅・オフセット信号が
コントローラの入力レンジである所定の電圧値の幅に納
まるように、且つ後続に配設されるデジタル回路の分解
能を有効に利用して流体圧力の変動量をデジタル化する
のに適宜の倍率で行われる。偏差演算回路、及び増幅・
オフセット回路は、アナログ回路で構成されているの
で、流体圧力の変動量は、小さな値であっても、アナロ
グ回路によって増幅されて充分な精度で検出される。

【００１８】前記基準信号は、圧力降下前に前記圧力検
出素子が検出した流体圧力の信号値が保持された保持信
号である。前記保持信号は、一例として、前記圧力検出
素子が圧力降下前の所定の期間中において検出した流体
圧力のピーク値を表す信号である。前記保持信号の他の
例は、前記圧力検出素子が圧力降下前の所定の期間に渡
って検出した流体圧力の平均値を表す信号である。更
に、前記基準信号は、前記圧力検出素子が圧力降下前か
ら圧力降下した期間に渡って検出した流体圧力の信号を
平滑化回路によって平滑化された平滑化信号である。

【００１９】この流体圧力検出回路においては、前記圧
力検出素子が出力した前記電圧値は温度補償回路を介し
て温度補償有り信号として前記デジタル回路に入力さ
れ、前記増幅・オフセット回路から出力された増幅・オ
フセット信号は温度補償無し信号として前記デジタル回
路に入力される。圧力検出素子の検出特性が温度で変化
する場合には温度補償を行う必要があるが、圧力信号の
検出中に温度補正が行われると、補正の切り替わりポイ
ントで圧力信号波形に乱れが生じる。したがって、圧力
変動を検出中には、例えば通常の圧力フィードバック制
御用の信号としての温度補償有りの信号とは区別された
温度補償無し信号として出力される。温度補償無し信号
としての増幅・オフセット信号は、後続のデジタル回路
でデジタル処理されるときに、その分解能を有効に利用
してデジタル化される。

【００２０】この流体圧力検出回路において、前記デジ
タル回路は流体圧力の最大値に対応して設定された分解
能を有しており、前記増幅・オフセット回路は、流体圧
力の変動量をデジタル化する分解能の段階数を流体圧力
の前記最大値に対応する分解能の段階数と同程度にする
ように前記偏差信号を増幅する。流体圧力検出回路の出
力信号としての増幅・オフセット信号は温度補償有り信
号の場合と同じデジタル回路で処理するため、変動幅の
小さい流体圧力信号については増幅してデジタル回路の
分解能を有効に利用することが望まれる。増幅・オフセ
ット信号の最大値が温度補償有り信号の最大値に相当す
る程度に増幅・オフセット回路によって偏差信号を増幅
すれば、増幅・オフセット信号に対するデジタル回路の
分解能の段階数が温度補償有り信号に対する分解能の段
階数と同程度となり、デジタル回路の分解能が有効に利
用される。

【００２１】この流体圧力検出回路は、燃料サプライポ
ンプから圧送された燃料を蓄圧状態に貯留するコモンレ
ール、前記コモンレールから供給された高圧燃料を燃焼
室内に噴射するインジェクタ、及びエンジンの運転状態
とコモンレール圧力とに基づいて前記コモンレール圧力
と前記インジェクタからの燃料噴射を制御するためのコ
ントローラから成るコモンレール式燃料噴射システムに
おいて、前記コモンレール圧力を前記流体圧力とし前記
コントローラを前記デジタル回路として、前記コモンレ
ール圧力の変動量のデジタル化された検出に適用され
る。燃料噴射に起因したコモンレール圧力の変動量は、
コモンレール圧力が取り得る最大値に比較すると相当小
さいものであり、従来のコントローラでは、デジタル分
解能の一部の段階を用いてのみ分解してデジタル化され
ている。この発明によれば、燃料噴射に起因したコモン
レール圧力の変動量が小さくても、圧力変動は、コント
ローラのデジタル分解能の多くの段階を用いた高い分解
能でデジタル化される。

【００２２】前記圧力検出素子が出力した前記電圧値は
温度補償回路を介して温度補償された前記コモンレール
圧力の信号として前記コントローラに入力され、前記増
幅・オフセット回路から出力された増幅・オフセット信
号は温度補償されない前記コモンレール圧力の変動量の
信号として前記コントローラに入力される。圧力センサ
の温度補償については、コモンレール圧力信号が補正の
切り替わりポイントでの乱れが生じるのを回避するた
め、温度補償有りの信号とは区別した出力とされる。圧
力検出素子が出力し且つ偏差演算回路、及び増幅・オフ
セット回路で処理されたコモンレール圧力の信号は、従
来のコモンレール圧力のフィードバック制御を行うため
の信号とは別に、燃料噴射に起因して生じるコモンレー
ル圧力の小さな圧力変動をアナログ処理によって拡大処
理された信号であり、デジタル変換されるときも充分な
分解能で検出される。

【００２３】前記コントローラは前記コモンレール圧力
の最大値に対応して設定された分解能を有しており、前
記増幅・オフセット回路は、前記コモンレール圧力の変
動量をデジタル化する分解能の段階数を前記コモンレー
ル圧力の前記最大値に対応する分解能の段階数と同程度
にするように前記偏差信号を増幅する。

【００２４】前記圧力検出素子、前記偏差演算回路、及
び前記増幅・オフセット回路は、前記コモンレールに配
設される圧力センサユニットとしてユニット化されてい
る。したがって、既存のコモンレール式燃料噴射システ
ムにおいて、圧力センサをこの圧力センサユニットに置
き換え、コントローラのソフトを入れ換えるのみで、こ
の発明による流体圧力検出回路の利用が可能になる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ、こ
の発明による流体圧力検出回路の実施例を説明する。図
１はこの発明による流体圧力検出回路が適用されるコモ
ンレール式燃料噴射システムの概要を示す概略図、図２
はこの発明による流体圧力検出回路の一実施例を示す回
路図、図３は図２に示す圧力検出回路における各信号の
変化を示すグラフである。

【００２６】図１において、図５に示す従来のコモンレ
ール式燃料噴射システムに用いられる構成要素と同等の
要素については、同じ符号を付すことで、再度の説明を
省略する。図１に示すコモンレール式燃料噴射システム
においては、圧力センサユニット３１は、コントローラ
８に入力される系統が２系統に構成されている。即ち、
コモンレール圧力の温度補償を行った温度補償有り信号
Ｐｒ１をコントローラ８に入力する系統と、温度補償有
り信号Ｐｒ１と区別して、温度補償無し信号Ｐｒ２をコ
ントローラ８に入力する系統とが設けられている。温度
補償有り信号Ｐｒ１にはコモンレール圧力の検出途中に
おける波形が温度補正の切り替わりポイントで乱れが生
じるため、コモンレール圧力の検出途中において乱れの
ない信号として、温度補償無し信号Ｐｒ２が必要とされ
る。

【００２７】図２に示される流体圧力検出回路は、圧力
センサユニット３１としてユニット化されている。圧力
センサユニット３１は、流体の圧力に晒されて流体圧力
に応じた電圧値を出力する圧力検出素子３２と、圧力検
出素子３２からの電圧値が入力されて温度補償有り信号
Ｐｒ１を直接に出力する温度補償回路３３と、圧力検出
素子３２が出力した電圧値を基準信号として保持するサ
ンプル・ホールド回路３４と、圧力検出素子３２が出力
した検出信号とサンプル・ホールド回路３４に保持され
ている基準信号との偏差を算出し偏差信号として出力す
る差分回路３５と、差分回路３５が出力した偏差信号を
増幅して増幅信号を出力する増幅回路としてのゲイン３
６と、ゲイン３６が出力した増幅信号がコントローラ８
の入力レンジの範囲内に納まるように正の値に嵩上げす
るオフセット回路３７とから構成されている。温度補償
回路３３は、圧力検出素子３２の温度特性に応じて構成
されるものであり、公知のものでよく、ここではその詳
細を省略する。

【００２８】サンプル・ホールド回路３４と差分回路３
５とはこの発明における偏差演算回路を構成しており、
ゲイン３６とゲイン３６の後続に配設されるオフセット
回路３７とはこの発明における増幅・オフセット回路を
構成している。差分回路３５やオフセット回路３７は、
図示のように演算増幅器を用いた回路として構成される
が、一例に過ぎない。温度補償有り信号Ｐｒ１及びオフ
セット回路３７が出力したオフセット信号である温度補
償無しの信号Ｐｒ２が、コントローラ８に入力される。

【００２９】コモンレール圧力Ｐｒは、コントローラ８
が出力するコマンドパルスに応答してインジェクタ３の
電磁アクチュエータ１０が作動し、インジェクタ３から
燃料が噴射されることにより低下し始める。コントロー
ラ８が出力するコマンドパルスのオン時期に、圧力検出
素子３２が検出し且つサンプル・ホールド回路３４に入
力されているコモンレール圧力信号Ｓ_A は、燃料噴射に
起因してコモンレール圧力が降下する前の圧力信号であ
る。サンプル・ホールド回路３４は、この圧力が降下す
る前のコモンレール圧力に対応した電圧値を保持する。
サンプル・ホールド回路３４によって保持されて出力さ
れた保持信号は、燃料噴射に起因して降下していくコモ
ンレール圧力との差分を取るための基準信号Ｓ_B とな
る。

【００３０】差分回路３５には、圧力検出素子３２が検
出したコモンレール圧力信号Ｓ_A と基準信号Ｓ_B とが入
力され、コモンレール圧力信号Ｓ_A と基準信号Ｓ_B との
偏差が偏差信号Ｓ_C として出力される。差分回路３５が
出力した偏差信号Ｓ_C はゲイン３６によって増幅され
る。オフセット回路３７は、ゲイン３６の出力信号であ
る増幅信号Ｓ_D をコントローラ８の入力レンジに納まる
ように信号の波形を保ったまま正側に嵩上げし、オフセ
ット信号Ｓ_E を圧力センサユニット３１の温度補償無し
信号Ｐｒ２として出力する。圧力検出素子３２が検出し
たアナログ電圧値を処理するため、温度補償回路３３、
偏差演算回路を構成するサンプル・ホールド回路３４及
び差分回路３５、及び増幅・オフセット回路を構成する
ゲイン３６及びオフセット回路３７とは、すべてアナロ
グ回路である。

【００３１】圧力検出素子３２の検出特性が温度で変化
する場合には温度補正を行う必要がある。しかしなが
ら、圧力信号の検出中に温度補正が行われると、補正の
切り替わりポイントで圧力信号波形に乱れが生じる。し
たがって、圧力変動を検出中には、温度補償有りの信号
Ｐｒ１とは区別した温度補償無し信号Ｐｒ２が得られる
ように圧力検出回路が構成されている。コントローラ８
では、従来のコモンレール圧力のフィードバック制御の
ように、コモンレール圧力それ自体の情報に基づいて制
御をするときには温度補償有り信号Ｐｒ１が利用され
る。また、従来のコモンレール圧力のフィードバック制
御とは別に、燃料噴射に起因して生じるコモンレール圧
力の変動のような小さな変動量に基づいて制御をすると
きには、流体圧力の変動量を充分な精度で検出する温度
補償無しの信号Ｐｒ２が利用される。コントローラ８で
は、温度補償有り信号Ｐｒ１及び温度補償無しの信号Ｐ
ｒ２は、それぞれＡ／Ｄ変換器３８によってデジタル化
されて、コモンレール式燃料噴射システムの制御におい
て利用される。

【００３２】図２に示す流体圧力検出回路と図３に示す
各信号の変化を示すグラフとを参照して、流体圧力検出
回路がコモンレール燃料噴射システムにおけるコモンレ
ール圧力の検出に適用された場合の流体圧力検出回路の
作用について説明する。図３の（Ａ）に示す信号は、圧
力検出素子３２の出力信号Ｓ_A であるコモンレール圧力
信号を示す電圧値である。コモンレール圧力Ｐｒは、燃
料噴射開始前は実質的に一定の圧力Ｐｒ０を示してお
り、燃料がインジェクタ３から燃料噴射されるに伴って
脈動を伴って降下する。脈動の変動幅は、燃料噴射前の
コモンレール圧力Ｐｒ０の値そのものと比較して相当小
さい値である。図３の（Ｂ）に示す信号は、（Ａ）に示
す出力信号Ｓ_A をサンプル・ホールド回路３４によって
保持し出力された基準信号Ｓ_B であり、（Ｆ）に示すコ
マンドパルスの今回の燃料噴射におけるオン時期Ｔｃｐ
（ｎ）にコモンレール圧力Ｐｒ０に相当する電圧値Ｖ０
（ｎ）を次回の燃料噴射におけるコマンドパルスのオン
時期Ｔｃｐ（ｎ＋１）まで保持する。図３の（Ｃ）に示
す信号は、差分回路３５が（Ａ）に示す出力信号Ｓ_Aと
（Ｂ）に示す基準信号Ｓ_B とから演算した差分を出力し
た偏差信号Ｓ_C である。偏差信号Ｓ_C は、コマンドパル
スのオン時期Ｔｃｐ（ｎ）にゼロの電圧値となり、燃料
噴射に伴って、波形そのものは（Ａ）に示す出力信号Ｓ
_A と同じ波形が維持されつつ変化するコモンレール圧力
の変動を表す信号となっている。

【００３３】図３の（Ｄ）に示す信号は、増幅回路とし
てのゲイン３６によって増幅された増幅信号Ｓ_D であ
る。偏差信号Ｓ_C は、ゲイン３６を通過するときに、こ
の例では５０倍に拡大される（破線で示す偏差信号Ｓ_C
は増幅信号Ｓ_D に比較して誇張して示されている）。増
幅信号Ｓ_D は、コマンドパルスのオン時期Ｔｃｐ（ｎ）
にやはり０Ｖに維持されている。図３の（Ｅ）に示す信
号は、（Ｄ）に示す増幅信号の波形を維持しながらコン
トローラ８の入力レンジに納まるように、オフセット回
路３７で嵩上げ（オフセット）処理したオフセット信号
Ｓ_E である。オフセット信号Ｓ_E は、この例では、コマ
ンドパルスのオン時期Ｔｃｐ（ｎ）に２．５Ｖにオフセ
ットされており、全体としてコントローラ８の入力レン
ジである０〜５Ｖの範囲に納まるようにオフセット処理
されている。オフセット信号Ｓ_E は、圧力センサユニッ
ト３１から温度補償無し信号Ｐｒ２として、コントロー
ラ８に出力される。

【００３４】上記のように、圧力検出素子３２の出力信
号Ｓ_A は、一度、偏差演算回路で基準信号Ｓ_B との偏差
が演算されることで、圧力降下前の圧力値を基準として
圧力変化の波形が維持された偏差信号Ｓ_C に変換され
る。偏差信号Ｓ_C は増幅・オフセット信号に入力される
ことで、波形が拡大されて、正の値に嵩上げされる。

【００３５】コモンレール圧力は１５０ＭＰａにも達す
ることがあるので、コントローラ８に入力される温度補
償有り信号Ｐｒ１の最大値は２００ＭＰａに設定され、
２００ＭＰａに対応するコントローラ８への入力レンジ
は最大５Ｖレンジで設定され、更に、温度補償有り信号
Ｐｒ１と温度補償無し信号Ｐｒ２は、コントローラ８で
は、Ａ／Ｄ変換器３８において８ｂｉｔ（２５６段階）
で分解されデジタル化されているとする。（Ｃ）に示す
偏差信号Ｓ_C をオフセットしてそのままコントローラ８
に入力したのでは、コモンレール圧力の変化幅は最大で
も、例えば、５ＭＰａ（コモンレール圧力の最大値の１
／４０）程度であるので、温度補償無し信号Ｐｒ２の出
力変化幅は０．１２５Ｖ以下となり、分解能は６段階程
度である。コントローラ８の分解能を有効に利用するた
め、偏差信号Ｓ_C はゲイン３６によって増幅される。増
幅率の一例としては、燃料サプライポンプ１による燃料
圧送量を検出することも考慮して、５０倍ゲインとす
る。このように構成することにより、コントローラ８に
おいては、例えば、オフセット信号Ｓ_E の変化幅が２．
５Ｖであるとすると、１２８段階の分解能が有効に利用
され、燃料噴射に起因したコモンレール圧力の変動量を
より高い精度で検出することが可能になる。

【００３６】圧力検出素子３２、サンプル・ホールド回
路３４、差分回路３５、ゲイン３６及びオフセット回路
３７は、コモンレール２に配設される圧力センサユニッ
ト３１としてユニット化されているので、既存のコモン
レール式燃料噴射システムにおいても、従来使用されて
いる圧力サンサ１１（図５参照）を圧力センサユニット
３１に置き換えると、コントローラ８の信号処理の分解
能が同じであっても、ソフトウェアを入れ換えるのみ
で、コモンレール圧力の変化を高精度で検出して、コモ
ンレール圧力の変化情報に基づいて、燃料噴射量や燃料
噴射時期の燃料噴射条件、或いはシステム異常の検出等
のために、この発明による流体圧力検出回路を利用する
ことができる。

【００３７】差分回路３５に入力される基準信号Ｓ_B と
しては、コマンドパルスのオン時期に圧力検出素子３２
が検出したコモンレール圧力信号とする以外には、例え
ば、コモンレール圧力が降下する前の一定期間におい
て、圧力検出素子３２が検出したコモンレール圧力信号
について、そのピーク値を検出し保持した保持信号や、
平均値を検出し保持した保持信号とすることもできる。
また、基準信号Ｓ_B は、上記の例では、燃料噴射前の圧
力降下する前の値としたが、偏差の値を圧力降下量より
も小さくして増幅により分解能を向上するには、基準信
号Ｓ_B を圧力降下する前の値から圧力降下した後の値ま
での値に設定してもよい。

【００３８】基準信号Ｓ_B として、更に、圧力検出素子
３２が圧力降下前から圧力降下した期間に渡って検出し
たコモンレール圧力信号を平滑化回路によって平滑化し
た平滑化信号とすることもできる。図４には、平滑化回
路を用いて偏差演算回路を構成した例が示されている。
図４に示す平滑化回路３９には、図３の（Ａ）に二点鎖
線で示すように圧力脈動や燃料噴射に起因した圧力降下
の波形変化をも平滑化してしまうような時定数が設定さ
れる。平滑化回路３９によって偏差演算回路を構成する
場合、コマンドパルスの入力や検出したコモンレール圧
力のホールド回路が不要になる。

【００３９】

【発明の効果】この発明は、上記のように構成されてい
るので、次のような効果を奏する。即ち、この流体圧力
検出回路は、圧力センサユニットの圧力検出素子の出力
信号を基準信号との偏差に置き換える。偏差信号は、そ
の変化幅が小さいので、出力変化幅が最大に取れるレン
ジにマッチングするように増幅回路によって増幅されて
いるので、圧力の小さな変動量を一層高い分解能で検出
することが可能になる。特に、この流体圧力検出回路を
コモンレール式燃料噴射システムにおけるコモンレール
圧力の検出に適用することによって、コモンレール圧力
の燃料噴射に伴う微小な変化を、アナログ回路にて処理
することにより、既存程度の分解能を有するコントロー
ラでも、その分解能を有効に利用して、コモンレール圧
力の変化に基づいた燃料噴射制御のフィードバック制御
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による流体圧力検出回路が適用される
コモンレール式燃料噴射システムの概要を示す概略図で
ある。

【図２】この発明による流体圧力検出回路の一実施例を
示す回路図である。

【図３】図２に示す圧力検出回路における各信号の変化
を示すグラフである。

【図４】図２に示す圧力検出回路における偏差演算回路
の別の例を示すブロック図である。

【図５】従来のコモンレール式燃料噴射システムの概略
図である。

【符号の説明】

１ 燃料サプライポンプ ２ コモンレール ３ インジェクタ ８ コントローラ ３１ 圧力センサユニット ３２ 圧力検出素子 ３３ 温度補償回路 ３４ サンプル・ホールド回路 ３５ 差分回路 ３６ ゲイン（増幅回路） ３７ オフセット回路 ３９ 平滑化回路 Ｓ_A 出力信号 Ｓ_B 基準信号 Ｓ_C 偏差信号 Ｓ_D 増幅信号 Ｓ_E オフセット信号 Ｐｒ コモンレール圧力 Ｐｒ１ 温度補償有り信号 Ｐｒ２ 温度補償無し信号

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体圧力を検出した検出信号を出力する
   圧力検出素子、前記圧力検出素子が出力した検出信号と
   所定の基準信号との偏差を算出し偏差信号として出力す
   る偏差演算回路、及び前記偏差信号を正側にオフセット
   した増幅・オフセット信号を出力する増幅・オフセット
   回路を具備し、前記増幅・オフセット回路の後続に配設
   されるデジタル回路の分解能を有効に利用して流体圧力
   の変動量をデジタル化するため、前記圧力検出素子は前
   記検出信号をアナログ信号として出力し、前記偏差演算
   回路、前記オフセット回路、及び前記増幅回路は、それ
   ぞれアナログ回路から構成されていることから成る流体
   圧力検出回路。
2. 【請求項２】 前記基準信号は、圧力降下前に前記圧力
   検出素子が検出した流体圧力の信号値が保持された保持
   信号であることから成る請求項１に記載の流体圧力検出
   回路。
3. 【請求項３】 前記保持信号は、前記圧力検出素子が圧
   力降下前の所定の期間中において検出した流体圧力のピ
   ーク値を表す信号であることから成る請求項２に記載の
   流体圧力検出回路。
4. 【請求項４】 前記保持信号は、前記圧力検出素子が圧
   力降下前の所定の期間に渡って検出した流体圧力の平均
   値を表す信号であることから成る請求項２に記載の流体
   圧力検出回路。
5. 【請求項５】 前記基準信号は、前記圧力検出素子が圧
   力降下前から圧力降下した期間に渡って検出した流体圧
   力の信号を平滑化回路によって平滑化された平滑化信号
   であることから成る請求項１に記載の流体圧力検出回
   路。
6. 【請求項６】 前記圧力検出素子が出力した前記電圧値
   は温度補償回路を介して温度補償有り信号として前記デ
   ジタル回路に入力され、前記増幅・オフセット回路から
   出力された増幅・オフセット信号は温度補償無し信号と
   して前記デジタル回路に入力されることから成る請求項
   １〜５のいずれか１項に記載の流体圧力検出回路。
7. 【請求項７】 前記デジタル回路は流体圧力の最大値に
   対応して設定された分解能を有しており、前記増幅・オ
   フセット回路は、流体圧力の変動量をデジタル化する分
   解能の段階数を流体圧力の前記最大値に対応する分解能
   の段階数と同程度にするように前記偏差信号を増幅する
   ことから成る請求項１〜６のいずれか１項に記載の流体
   圧力検出回路。
8. 【請求項８】 燃料サプライポンプから圧送された燃料
   を蓄圧状態に貯留するコモンレール、前記コモンレール
   から供給された高圧燃料を燃焼室内に噴射するインジェ
   クタ、及びエンジンの運転状態とコモンレール圧力とに
   基づいて前記コモンレール圧力と前記インジェクタから
   の燃料噴射を制御するためのコントローラから成るコモ
   ンレール式燃料噴射システムにおいて、前記コモンレー
   ル圧力を前記流体圧力とし前記コントローラを前記デジ
   タル回路として、前記コモンレール圧力の変動量のデジ
   タル化された検出に適用されることから成る請求項１〜
   ５のいずれか１項に記載の流体圧力検出回路。
9. 【請求項９】 前記圧力検出素子が出力した前記電圧値
   は温度補償回路を介して温度補償された前記コモンレー
   ル圧力の信号として前記コントローラに入力され、前記
   増幅・オフセット回路から出力された増幅・オフセット
   信号は温度補償されない前記コモンレール圧力の変動信
   号として前記コントローラに入力されることから成る請
   求項８に記載の流体圧力検出回路。
10. 【請求項１０】 前記コントローラは前記コモンレー
    ル圧力の最大値に対応して設定された分解能を有してお
    り、前記増幅・オフセット回路は、前記コモンレール圧
    力の変動量をデジタル化する分解能の段階数を前記コモ
    ンレール圧力の前記最大値に対応する分解能の段階数と
    同程度にするように前記偏差信号を増幅することから成
    る請求項８又は９に記載の流体圧力検出回路。
11. 【請求項１１】 前記圧力検出素子、前記偏差演算回
    路、及び前記増幅・オフセット回路は、前記コモンレー
    ルに配設される圧力センサユニットとしてユニット化さ
    れていることから成る請求項８〜１０のいずれか１項に
    記載の流体圧力検出回路。