JP2008275525A - Reset timing generating device and cylinder internal pressure detecting device equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の筒内圧を検出する筒内圧センサの出力電圧をリセットするタイミングを生成するリセットタイミング生成装置、及びこれを備えた筒内圧検出装置に関する。 The present invention relates to a reset timing generation device that generates a timing for resetting an output voltage of an in-cylinder pressure sensor that detects an in-cylinder pressure of an internal combustion engine, and an in-cylinder pressure detection device including the reset timing generation device.
近年、ディーゼルエンジンなどの内燃機関においては、燃費向上、排気ガス中のエミッションの低減等の要求に対応するため、電子制御により燃料噴射量を制御するなど燃焼状態に応じた緻密な運転制御を行うことが一般的となっている。 In recent years, in an internal combustion engine such as a diesel engine, in order to respond to demands such as improvement of fuel consumption and reduction of emissions in exhaust gas, precise operation control according to the combustion state such as control of fuel injection amount by electronic control is performed. It has become common.
内燃機関の燃焼状態を把握するための1つの方法としてシリンダ内における圧力(以下、筒内圧という)を検出することが行われる。そのため、内燃機関には筒内圧センサが設けられ、筒内圧に応じた電気信号が出力される。 One method for grasping the combustion state of the internal combustion engine is to detect the pressure in the cylinder (hereinafter referred to as in-cylinder pressure). Therefore, the internal combustion engine is provided with an in-cylinder pressure sensor, and an electric signal corresponding to the in-cylinder pressure is output.
しかしながら、内燃機関のような急激な温度変化が起きる環境下では、温度等の因子による筒内圧センサの出力電圧のドリフト、いわゆるオフセットドリフトが回避できず、筒内圧を精度良く求めるためには当該ドリフトの補正が必須である。 However, in an environment where an abrupt temperature change occurs as in an internal combustion engine, the drift of the output voltage of the in-cylinder pressure sensor due to factors such as temperature, the so-called offset drift, cannot be avoided. Correction is essential.
このようなドリフトを補正する技術としては、例えば筒内圧センサの温度特性を基に、別途設置した温度センサの値から補正を行う技術(例えば特許文献1参照)や、内燃機関が備えるクランク角センサの検出信号を外部から入力し、所定のクランク角度に対応するタイミングで筒内圧センサの出力電圧を基準値にリセットして補正を行う技術(例えば特許文献2参照)が開示されている。
温度センサを用いて補正を行う場合にはドリフト発生因子の温度を正確に検出する必要があるが、現実にはドリフト発生因子の近傍に温度センサを設置できないなど様々な要因で、正確な温度を測定できない場合が多い。そのため、その測定誤差がドリフトの補正に反映され、補正誤差として現われるおそれがある。さらに、ドリフト発生因子が複数存在する場合には、すべての因子に対応して複数の温度センサを設置しなければならないため、構成や補正処理の複雑化を招くとともに、これに係る回路規模が大きくなるおそれがある。 When correcting using a temperature sensor, it is necessary to accurately detect the temperature of the drift generation factor, but in reality, the accurate temperature cannot be adjusted due to various factors such as the inability to install a temperature sensor near the drift generation factor. In many cases, it cannot be measured. Therefore, the measurement error is reflected in drift correction and may appear as a correction error. In addition, when there are multiple factors that cause drift, it is necessary to install multiple temperature sensors corresponding to all the factors, which complicates the configuration and correction processing, and increases the circuit scale associated with this. There is a risk.
一方、クランク角センサを用いて補正を行う場合、クランク角センサからの信号を入力するための端子を筒内圧検出装置(筒内圧センサ)側に別途設けなければならず、装置の大型化が懸念される。 On the other hand, when the correction is performed using the crank angle sensor, a terminal for inputting a signal from the crank angle sensor must be separately provided on the in-cylinder pressure detection device (in-cylinder pressure sensor) side. Is done.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、筒内圧センサのオフセットドリフトをリセットするタイミングを生成するリセットタイミング生成装置、及びこれを用いて内燃機関の筒内圧を精度良く検出できる筒内圧検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a reset timing generation device that generates timing for resetting an offset drift of an in-cylinder pressure sensor, and to accurately detect the in-cylinder pressure of an internal combustion engine using the reset timing generator. An object of the present invention is to provide an in-cylinder pressure detecting device.
以下、上記課題等を解決するのに適した各構成を項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果等を付記する。 Hereinafter, each configuration suitable for solving the above-described problems will be described in terms of items. In addition, the effect etc. peculiar to the structure which respond | corresponds as needed are added.
構成1.本構成のリセットタイミング生成装置は、
内燃機関の筒内圧又は内燃機関の筒内圧の変化率に応じて出力される筒内圧センサの出力電圧を基準値にリセットするタイミングを生成するリセットタイミング生成装置であって、
前記筒内圧センサの出力電圧のピーク値を保持するピークホールド手段と、
前記ピークホールド手段の出力電圧を分圧する分圧手段と、
前記分圧手段の出力電圧と前記筒内圧センサの出力電圧とを比較し、その比較結果に応じて出力電圧レベルが切替わる矩形波信号を出力する比較手段と、
前記比較手段の出力信号を基にリセットタイミングを算出するリセットタイミング算出手段とを備えたことを特徴とする。
Configuration 1. The reset timing generator of this configuration is
A reset timing generation device for generating a timing for resetting an output voltage of an in-cylinder pressure sensor output in accordance with a cylinder pressure of an internal combustion engine or a change rate of the cylinder pressure of the internal combustion engine to a reference value,
Peak hold means for holding the peak value of the output voltage of the in-cylinder pressure sensor;
Voltage dividing means for dividing the output voltage of the peak hold means;
Comparing means for comparing the output voltage of the voltage dividing means and the output voltage of the in-cylinder pressure sensor, and outputting a rectangular wave signal whose output voltage level is switched according to the comparison result;
Reset timing calculation means for calculating reset timing based on an output signal of the comparison means.
上記構成1によれば、筒内圧センサによって検出される筒内圧波形を、ピークホールド手段、分圧手段及び比較手段を介して整形することによって、矩形波信号として検出することができる。これにより、例えば内燃機関の燃焼直後(ピーク値の検出直後)のタイミング等を矩形波信号の立ち上がり(又は立ち下がり)として検出することができる。つまり、リセットタイミングを算出する上で必要な情報、例えば燃焼サイクルの周期や基点となるタイミングなどを、矩形波信号の立ち上がり等を基準にして得ることができる。結果として、クランク角センサの情報を用いることなく、リセットタイミングを算出でき、燃焼サイクルの所望のタイミングにおいてセンサ出力のオフセットドリフトを解消することができる。ひいては、クランク角センサからの信号入力用の端子などを別途備える必要もないため、リセットタイミング生成装置及びこれを具備したリセット補正装置の大型化を抑制できる。特に当該リセット補正装置と筒内圧センサとを一体化した筒内圧検出装置を内燃機関に設置する場合、振動耐久性等を考慮して当該装置の小型化を図らねばならないため、その効果は大きい。また、上記構成では、温度を把握することなく、筒内圧センサの出力電圧を基準値にリセットすることでセンサ出力の補正を行っているため、別途温度センサを設ける必要もない。結果として、構成や補正処理を複雑化することなく、内燃機関の筒内圧を精度良く検出することができる。 According to the configuration 1, the in-cylinder pressure waveform detected by the in-cylinder pressure sensor can be detected as a rectangular wave signal by shaping it through the peak hold means, the voltage dividing means, and the comparison means. Thereby, for example, the timing immediately after combustion of the internal combustion engine (immediately after detection of the peak value) or the like can be detected as the rising (or falling) of the rectangular wave signal. That is, information necessary for calculating the reset timing, for example, the cycle of the combustion cycle and the timing as the base point, can be obtained based on the rising edge of the rectangular wave signal. As a result, the reset timing can be calculated without using the information of the crank angle sensor, and the offset drift of the sensor output can be eliminated at the desired timing of the combustion cycle. As a result, since it is not necessary to separately provide a terminal for inputting a signal from the crank angle sensor, an increase in size of the reset timing generation device and the reset correction device including the reset timing generation device can be suppressed. In particular, when an in-cylinder pressure detection device in which the reset correction device and the in-cylinder pressure sensor are integrated is installed in an internal combustion engine, the effect of the device must be reduced in consideration of vibration durability and the like. In the above configuration, since the sensor output is corrected by resetting the output voltage of the in-cylinder pressure sensor to the reference value without grasping the temperature, it is not necessary to provide a separate temperature sensor. As a result, the in-cylinder pressure of the internal combustion engine can be accurately detected without complicating the configuration and the correction process.
なお、仮に筒内圧センサの出力電圧が予め設定した電圧閾値を超えたか否かを検出することにより、リセットタイミングを算出する上で必要な情報を得る構成とした場合、ドリフト量が大きい場合などには、例えば強制的にリセットを行わなければ、筒内圧センサの出力電圧が電圧閾値を超えたことを検出できず、適正な情報を得ることができないことも懸念される。これに対し、上記構成1のように筒内圧センサの出力波形のピーク値を検出する構成とすれば、ドリフト量が大きい場合でも、より確実に上記情報を得ることができる。 If the output voltage of the in-cylinder pressure sensor exceeds the preset voltage threshold to detect information necessary for calculating the reset timing, the drift amount is large, etc. For example, unless resetting is forcibly performed, it is feared that the output voltage of the in-cylinder pressure sensor cannot be detected and the appropriate information cannot be obtained. On the other hand, if the configuration is such that the peak value of the output waveform of the in-cylinder pressure sensor is detected as in the configuration 1, the information can be obtained more reliably even when the drift amount is large.
構成2.本構成のリセットタイミング生成装置は、上記構成1において、
前記リセットタイミング算出手段が、前記比較手段の出力する矩形波信号の周期を測定し、当該周期を基にリセットタイミングを算出することを特徴とする。
The reset timing calculating means measures the period of the rectangular wave signal output from the comparing means, and calculates the reset timing based on the period.
上記構成2によれば、内燃機関の燃焼サイクルに相当する矩形波信号の周期(筒内圧センサの出力波形周期)から、リセット処理を行うタイミングを求めている。なお、上記リセットタイミング算出手段は、予め設定された演算式に基づき、矩形波信号の周期を変数としてリセットタイミングを算出することとなる。例えば矩形波周期Δtに所定係数nを掛けて算出した時間nΔtが、所定の基点t(矩形波信号の立ち上がり時点や前回リセットが行われた時点など)から経過するタイミングt+nΔtをリセットタイミングRtとして設定する。この場合、前記Rt=t+nΔtなど、矩形波周期からリセットタイミングを算出するために必要な演算式は、センサ出力のオフセットドリフトが適正に解消されるよう、内燃機関の筒内圧が最低となる燃焼サイクルの所望のタイミングにリセットタイミングを合わせる式となる。従って、内燃機関の1燃焼サイクルの所望のタイミングに合わせるリセットタイミングを求めるための変数として、上記矩形波周期Δtのように、比較的測定時間の長い測定値(変数)を採用することにより、測定値(変数)に対するその測定誤差の割合を少なくすることができる。結果として、測定値(変数)の測定誤差がリセットタイミングの算出誤差に影響を及ぼしにくく、実際のリセットタイミングと所望のタイミングとのずれを比較的小さく抑えることができ、より良いタイミングでセンサ出力の補正を行うことができる。
According to
構成3.本構成のリセットタイミング生成装置は、上記構成2において、
前記分圧手段の出力電圧が前記筒内圧センサの出力電圧以上となる所定の矩形波信号の立ち上がり又は立ち下がり時点から、次の矩形波信号の立ち上がり又は立ち下がり時点までの時間間隔を、前記リセットタイミング算出手段が前記矩形波信号の周期として測定することを特徴とする。
Configuration 3. The reset timing generation device of the present configuration is the above-described
The time interval from the rising or falling point of a predetermined rectangular wave signal where the output voltage of the voltage dividing means is equal to or higher than the output voltage of the in-cylinder pressure sensor to the rising or falling point of the next rectangular wave signal is reset. The timing calculation means measures the period of the rectangular wave signal.
上記構成3によれば、リセットタイミング算出手段は、分圧手段の出力電圧が筒内圧センサの出力電圧以上となるタイミング、すなわち内燃機関の燃焼直後(ピーク値の検出直後)のタイミングを基にして矩形波信号の周期を測定している。 According to the configuration 3, the reset timing calculation means is based on the timing when the output voltage of the voltage dividing means becomes equal to or higher than the output voltage of the in-cylinder pressure sensor, that is, the timing immediately after combustion of the internal combustion engine (immediately after detection of the peak value). The period of the square wave signal is measured.
なお、分圧手段の出力電圧が筒内圧センサの出力電圧以下となるタイミング(例えば矩形波信号の立ち下がり時点)は、分圧手段の出力電圧が筒内圧センサの出力電圧以上となるタイミング(例えば矩形波信号の立ち上がり時点)よりも、ピーク値の検出時から離れているため、内燃機関の回転数の違いなどによって、バラツキが大きい。つまり、上記構成3によれば、周期測定の基点となる矩形波信号の立ち上がり又は立ち下がり時点の検出誤差を小さく抑えることができる。従って、当該検出誤差がリセットタイミングの算出誤差に影響を及ぼしにくく、実際のリセットタイミングと所望のタイミングとのずれを比較的小さく抑えることができ、より良いタイミングでセンサ出力の補正を行うことができる。 The timing at which the output voltage of the voltage dividing means becomes equal to or lower than the output voltage of the in-cylinder pressure sensor (for example, when the rectangular wave signal falls) is the timing at which the output voltage of the voltage dividing means becomes equal to or higher than the output voltage of the in-cylinder pressure sensor (for example, Since the peak value is farther than the detection time of the rectangular wave signal, the variation is large due to a difference in the rotational speed of the internal combustion engine. That is, according to the configuration 3, the detection error at the rising or falling time of the rectangular wave signal that is the base point of the period measurement can be suppressed to a small value. Therefore, the detection error hardly affects the calculation error of the reset timing, the deviation between the actual reset timing and the desired timing can be suppressed relatively small, and the sensor output can be corrected at a better timing. .
構成4.本構成の筒内圧検出装置は、
内燃機関の筒内圧又は内燃機関の筒内圧の変化率に応じて電気信号を出力する筒内圧センサと、
構成1乃至3のいずれか1つに記載のリセットタイミング生成装置と、
前記リセットタイミング生成装置によって生成されたタイミングにおいてリセット信号を出力するリセット信号出力手段と、
前記リセット信号出力手段からのリセット信号の入力に基づき前記筒内圧センサの出力電圧を基準値にリセットするリセット手段とを備えたことを特徴とする。
Configuration 4. The in-cylinder pressure detection device of this configuration is
An in-cylinder pressure sensor that outputs an electric signal in accordance with the in-cylinder pressure of the internal combustion engine or the change rate of the in-cylinder pressure of the internal combustion engine;
The reset timing generation device according to any one of configurations 1 to 3,
Reset signal output means for outputting a reset signal at the timing generated by the reset timing generator;
And reset means for resetting the output voltage of the in-cylinder pressure sensor to a reference value based on an input of a reset signal from the reset signal output means.
上記構成4によれば、筒内圧センサとリセットタイミング生成装置等を一体化することにより、内燃機関の限られた設置スペースの有効利用を図るとともに、利便性が向上する。また、この筒内圧検出装置をグロープラグ等に一体化した場合には、その作用効果をさらに高めることができる。 According to the configuration 4, by integrating the in-cylinder pressure sensor, the reset timing generation device, and the like, it is possible to effectively use a limited installation space of the internal combustion engine and improve convenience. In addition, when this in-cylinder pressure detecting device is integrated with a glow plug or the like, the operational effect can be further enhanced.
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。先ずは本発明に係る筒内圧検出装置が取付けられる内燃機関の概略構成を4サイクルのディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)を例にして図2を参照しつつ説明する。図2は、エンジン制御システムの構成を示す概略図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a schematic configuration of an internal combustion engine to which an in-cylinder pressure detecting apparatus according to the present invention is attached will be described with reference to FIG. 2 taking a four-cycle diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) as an example. FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the engine control system.
エンジン1のシリンダ2には、吸気管3及び排気管4が連結されている。吸気管3と繋がるシリンダ2の吸気ポート3aには吸気弁5が配設され、排気管4と繋がるシリンダ2の排気ポート4aには排気弁6が配設されている。
An intake pipe 3 and an exhaust pipe 4 are connected to the
シリンダ2内にはピストン7が収容され、ピストン7はコンロッド8を介してクランク軸9に連結されている。ピストン7の上部とシリンダ2の壁面に囲まれた空間、すなわち燃焼室2a内には、吸気弁5や排気弁6のほか、グロープラグ10や燃料噴射ノズル11の先端が臨んでいる。
A
グロープラグ10には、後述するようにシリンダ2の燃焼室2a内の圧力(以下、筒内圧という)を検出するための筒内圧検出装置12が内蔵されている。また、クランク軸9にはその回転角度(クランク角)を検出するクランク角センサ15が配設されている。筒内圧検出装置12やクランク角センサ15をはじめとする各種センサの検出信号は、エンジン制御用の電子制御ユニット(以下、「ECU」という)18に入力される。そして、ECU18は、これらの検出信号とともに、スロットルセンサ19から入力されるアクセルペダルの動きに比例した検出信号に基づき、燃料噴射ノズル11からの燃料噴射量等を制御する。
The
そして、グロープラグ10を通電して発熱させた状態で、燃料噴射ノズル11から燃料を噴射すると、当該燃料に着火してエンジン1が始動する。
When fuel is injected from the fuel injection nozzle 11 with the
次に、本発明に係る筒内圧検出装置12を内蔵したグロープラグ10の構成及びその取付態様について図1を参照して説明する。図1は、グロープラグ10が取付けられたシリンダヘッド2bの部分断面図である。
Next, the structure of the
グロープラグ10は、シリンタヘッド2bに形成されたプラグ取付孔2cに取付けられており、その先端側が燃焼室2a内に突き出すように位置決めされている。
The
グロープラグ10は、軸線C方向に沿って延びる筒状の主体金具100と、当該主体金具100内に保持された導電性を有する棒状の中軸101と、当該中軸101の先端側に配置され、主体金具100の先端部から外方へ突出した棒状のヒータ部材102とを有する。
The
主体金具100の基端側外周面には、グロープラグ10をシリンタヘッド2bのプラグ取付孔2cに固定するための雄ねじ部111と、そのネジ止めの際にレンチなどの工具を係合させる六角形状の工具係合部112とが形成されている。
On the outer peripheral surface on the base end side of the
主体金具100の先端側には、ヒータ部材102が圧入保持された筒状のヒータ保持部材114と、当該ヒータ保持部材114と主体金具100の先端部との隙間を塞ぐシール部材115とが設けられている。
A cylindrical
ヒータ部材102の基端部は、導電性を有する筒状の電極部材116により中軸101の先端部と接続されている。
The proximal end portion of the
ヒータ部材102は、絶縁セラミックからなる基体120と、当該基体120に埋設された発熱素子121とから構成されている。発熱素子121は、一端部が電極部材116を介して中軸101と電気的に接続され、他端部がヒータ保持部材114を介して主体金具100と電気的に接続されている。これにより、ヒータ部材102を昇温させる際、中軸101を通じて発熱素子121に供給された電流は、主体金具100を通じてシリンタヘッド2bへ流れることとなる。
The
ヒータ保持部114は、自己潤滑性を有するグラファイトからなる保持部材119により、軸線C方向に変位可能な状態で保持されている。これにより、ヒータ保持部材114及びこれに圧入されたヒータ部材102は、燃焼室2a内の筒内圧の変化に応じて軸線C方向に変位する。
The
また、主体金具100の軸孔125には円筒状のスライドパイプ126が摺動自在に配設されている。スライドパイプ126の先端は、ヒータ保持部材114の基端部に接続され、後端にはプッシュパイプ127が接続されている。従って、ヒータ保持部材114が変位した場合には、スライドパイプ126及びプッシュパイプ127も軸線C方向に変位することとなる。
A
プッシュパイプ127は、主体金具100の基端部より突出しており、その周囲には主体金具100の基端部との隙間を塞ぐOリング129が嵌め込まれている。
The
主体金具100の基端側には上述した筒内圧検出装置12が設けられている。筒内圧検出装置12の外郭は、その周囲を囲む筒状のハウジング131と、当該ハウジング131の基端側を塞ぐグロメット132とから構成されている。このグロメット132を介して、複数の接続線133が筒内圧検出装置12の内部に引き込まれている。
The above-described in-cylinder
筒内圧検出装置12は、プッシュパイプ127の周囲を囲むように主体金具100の基端部に取付けられた環状の基台135と、プッシュパイプ127の基端部に当接した状態で基台135に載置されたダイヤフラム部材136とを有している。
The in-cylinder
ダイヤフラム部材136は、薄肉のダイヤフラム部136aを有しており、プッシュパイプ127に押されることにより変形する。さらに、ダイヤフラム部136aにはピエゾ抵抗素子138が貼付けられており、ダイヤフラム部材136の変形によりピエゾ抵抗素子138の抵抗値が変化する。
The
また、ダイヤフラム部材136の基端側にはプリント基板140が配設されている。プリント基板140上には、ICなどの電子部品が実装され、各種電子回路が形成されている。そして、燃焼室2a内の筒内圧の変化によって、ヒータ部材102が受けた圧力がピエゾ抵抗素子138に伝達されると、ボンディングワイヤ143を介してピエゾ抵抗素子138と接続されたプリント基板140上の検出回路部が、このピエゾ抵抗素子138の抵抗の変化を電気信号として検出する。この検出された電気信号は増幅回路部にて増幅され、筒内圧に比例した検出信号として外部に出力される。但し、この検出信号には温度等の因子によるドリフトが生じるため、プリント基板140上には、このドリフトを解消するための補正回路部も設けられている。このドリフトを解消する処理は、後述するように増幅回路部の出力値を基準値にリセットすることにより行われるため、以降、この処理のことを「リセット(リセット処理)」という。
A printed
なお、上述した複数の接続線133のうちの1本は、ヒータ部材102への電源供給用として中軸101の基端部と電気的に接続されている。他の接続線133は、プリント基板140と電気的に接続されており、検出信号の出力用又はプリント基板140への電源供給用として用いられる。
One of the plurality of
ここで、筒内圧検出装置12の回路構成について図3を参照して説明する。図3は回路構成を示す機能ブロック図である。
Here, the circuit configuration of the in-cylinder
筒内圧検出装置12は、ピエゾ抵抗素子138の抵抗の変化を電気信号として検出する検出回路部200と、この電気信号を増幅して出力する増幅回路部201と、この出力値を補正する補正回路部202とを備えている。このうち、ピエゾ抵抗素子138、検出回路部200及び増幅回路部201により本実施形態における筒内圧センサが構成され、補正回路部202によりリセット補正装置が構成される。
The in-cylinder
補正回路部202は、増幅回路部201の出力電圧のピーク値を保持するピークホールド手段としてのピークホールド回路部205と、ピークホールド回路部205の出力電圧を分圧する分圧手段としての分圧回路部206と、分圧回路部206の出力電圧と増幅回路部201の出力電圧とを比較し、その比較結果に応じて出力電圧レベルが切替わる矩形波信号を出力する比較手段としての比較回路部207と、比較回路部207の出力信号を基にリセットタイミングを算出するリセットタイミング算出手段としての演算部208と、算出されたタイミングにおいてリセット信号を出力するリセット信号出力手段としてのリセット信号出力部209と、リセット信号出力部209からのリセット信号の入力に基づき増幅回路部201の出力電圧を基準値にリセットするリセット手段としてのリセット回路部210とを備えている。このうち、ピークホールド回路部205、分圧回路部206、比較回路部207及び演算部208により、本実施形態におけるリセットタイミング生成装置が構成される。
The
ここで本発明の主要部であるピークホールド回路部205、分圧回路部206及び比較回路部207の回路構成について図4の回路図を参照して詳しく説明する。
Here, the circuit configuration of the peak
ピークホールド回路部205は、入力及び出力のインピーダンスを変換するための2つのオペアンプOP1,OP2と、増幅回路部201の出力電圧のピーク値を保持するコンデンサC1とから構成される。
The peak
オペアンプOP1は、増幅回路部201からの信号入力用のバッファ回路として機能し、その非反転入力端子には増幅回路部201の出力端子201aが接続されている。
The operational amplifier OP1 functions as a buffer circuit for signal input from the
オペアンプOP1の出力端子には、整流用のダイオードD1のアノード側が接続されている。ダイオードD1のカソード側には、オペアンプOP2の非反転入力端子が接続されるとともに、コンデンサC1の一端が接続されている。なお、コンデンサC1の他端はアース接続されている。 The anode side of the rectifying diode D1 is connected to the output terminal of the operational amplifier OP1. The non-inverting input terminal of the operational amplifier OP2 is connected to the cathode side of the diode D1, and one end of the capacitor C1 is connected. The other end of the capacitor C1 is grounded.
コンデンサC1には放電用の抵抗R1が並列接続されている。抵抗R1は、コンデンサC1に蓄えられた電荷を、当該コンデンサC1の容量と自己の抵抗値で決まる一定の時定数で放電させるものである。 A discharge resistor R1 is connected in parallel to the capacitor C1. The resistor R1 discharges the electric charge stored in the capacitor C1 with a constant time constant determined by the capacitance of the capacitor C1 and its own resistance value.
オペアンプOP2は、その出力端子が自身の反転入力端子に接続されるとともに、抵抗R2を介してオペアンプOP1の反転入力端子にも接続されており、信号出力用のバッファ回路として機能する。 The operational amplifier OP2 has its output terminal connected to its inverting input terminal and also connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 via the resistor R2, and functions as a buffer circuit for signal output.
オペアンプOP1の出力端子と反転入力端子との間には整流用のダイオードD2が並列接続されている。詳しくは、ダイオードD2のアノード側がオペアンプOP1の反転入力端子に接続され、カソード側がオペアンプOP1の出力端子及びダイオードD1のアノード側に接続されている。 A rectifying diode D2 is connected in parallel between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier OP1. Specifically, the anode side of the diode D2 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1, and the cathode side is connected to the output terminal of the operational amplifier OP1 and the anode side of the diode D1.
分圧回路部206は、直列接続された2つの抵抗R3,R4からなり、抵抗R3の一端にオペアンプOP2の出力端子が接続され、抵抗R4の一端がアース接続されている。
The voltage
両抵抗R3,R4間には、比較回路部207を構成するコンパレータCMPの非反転入力端子が接続されている。そして、コンパレータCMPの反転入力端子には、増幅回路部201の出力端子201aが接続され、コンパレータCMPの出力端子には、演算部208の入力端子208aが接続されている。
A non-inverting input terminal of a comparator CMP constituting the
次に補正回路部202にて行われるリセットタイミング生成処理の流れについて図5を参照して説明する。
Next, the flow of reset timing generation processing performed in the
図5(a)は、増幅回路部201から出力される筒内圧出力波形を示すものである。但し、便宜上、図5(a)ではドリフトがない場合の出力波形を示している。ここに示すように増幅回路部201から出力される出力信号S1の信号レベル(出力電圧)は、燃焼室2a内の筒内圧の変化、すなわちエンジン1の燃焼サイクル(燃焼・排気・吸気・圧縮)に応じて変化する。増幅回路部201の出力信号S1は、上記接続線133を介して筒内圧検出装置12の外部へ出力されるとともに、ピークホールド回路部205及び比較回路部207(オペアンプOP1及びコンパレータCMP)にそれぞれ入力される。
FIG. 5A shows an in-cylinder pressure output waveform output from the
そして、増幅回路部201の出力信号S1が入力されたピークホールド回路部205においては、出力信号S1の信号レベルのピーク値に対応した電荷がコンデンサC1に蓄えられるとともに、その電荷が抵抗R1によって所定時間で放電される。図5(b)は、ピークホールド回路部205から出力されるピークホールド出力波形を示すものである。ここに示すようにピークホールド回路部205の出力信号S2の信号レベルは、増幅回路部201の出力信号S1の信号レベルが大きくなると、それに応じて上昇し、その後、出力信号S1の信号レベルが小さくなると、一定の傾きで降下することになる。なお、コンデンサC1の容量、抵抗R1の抵抗値、及びこれらにより定まる時定数(放電時間)としては、任意の値を設定可能であるが、少なくとも増幅回路部201の出力信号S1のピークから次のピークまでの間にコンデンサC1の電荷が確実に全て放電される値を設定することが好ましい。
In the peak
ピークホールド回路部205の出力信号S2は分圧回路部206に入力される。図5(c)は、分圧回路部206から出力される分圧出力波形を示すものである。ここに示すようにピークホールド回路部205の出力信号S2が、分圧回路部206にて各抵抗R3,R4の抵抗値で決まる所定の分圧比で分圧されることで、元の信号レベルよりも一定割合だけ低い信号レベルに変換され、出力信号S3として出力される。なお、抵抗R3,R4の抵抗値、及びこれらにより定まる分圧比としては、任意の値を設定可能であるが、後述のコンパレータCMPによる大小判定結果が切替わるタイミングがエンジン1の燃焼サイクルの所望のタイミングとして検出できるような値に設定することが好ましい。
The output signal S2 of the peak
分圧回路部206の出力信号S3はコンパレータCMPの非反転入力端子に入力される。そして、コンパレータCMPは、この分圧回路部206の出力信号S3と、反転入力端子に入力される増幅回路部201の出力信号S1との信号レベルの大小を比較する。
The output signal S3 of the voltage
図5(d)は、コンパレータCMPから出力されるコンパレータ出力波形を示すものである。ここに示すようにコンパレータCMPから出力される出力信号S4は、大小比較結果に応じて信号レベルが切替わる矩形波信号である。より詳しくは、分圧回路部206の出力信号S3の信号レベルが増幅回路部201の出力信号S1の信号レベル以上である場合にはハイレベルの出力となり、出力信号S3の信号レベルが出力信号S1の信号レベルよりも低い場合にはローレベルの出力となる。従って、本実施形態では、エンジン1の燃焼直後(ピーク値の検出直後)のタイミングが、出力信号S4の矩形波の立ち上がりとして現われ、吸気途中のタイミングが矩形波の立ち下がりとして現われる。
FIG. 5D shows a comparator output waveform output from the comparator CMP. As shown here, the output signal S4 output from the comparator CMP is a rectangular wave signal whose signal level is switched according to the magnitude comparison result. More specifically, when the signal level of the output signal S3 of the voltage
そして、コンパレータCMPから出力される出力信号S4に基づき、演算部208がリセットタイミングを算出する。
Then, based on the output signal S4 output from the comparator CMP, the
ここで演算部208により実行されるリセットタイミングの算出処理についてより詳しく説明する。
Here, the reset timing calculation process executed by the
演算部208は、コンパレータCMPから出力される出力信号S4の矩形波の立ち上がりを常時検出する。そして、演算部208は、連続する2つの矩形波の立ち上がりタイミングt1,t2の差t2−t1から、矩形波周期Δtすなわちエンジン1の燃焼サイクル周期を算出するとともに、例えば次式(1)のような演算式を基にリセットタイミングRtを算出する。
The
Rt=nΔt+t2
=n(t2−t1)+t2 …(1)
つまり、2つ目の矩形波の立ち上がりタイミングt2から、矩形波周期Δtに所定係数nを掛けて算出した時間nΔtが経過するタイミングがリセットタイミングRtとなる。ここで上記係数nは、0<n<1の範囲で任意に設定される係数である。リセットタイミングRtは、燃焼や圧縮の影響が少なく、筒内圧が大気圧に近いタイミングであることが望ましいため、本実施形態ではエンジン1の1燃焼サイクルのうち圧縮工程へ切換わる直前の吸気工程にてリセット処理が行われるよう、係数n=0.5と設定されている。
Rt = nΔt + t2
= N (t2-t1) + t2 (1)
That is, the reset timing Rt is the timing at which the time nΔt calculated by multiplying the rectangular wave period Δt by the predetermined coefficient n from the rising timing t2 of the second rectangular wave. Here, the coefficient n is a coefficient arbitrarily set in the range of 0 <n <1. The reset timing Rt is less affected by combustion and compression and is preferably a timing at which the in-cylinder pressure is close to atmospheric pressure. Therefore, in this embodiment, in the intake process immediately before switching to the compression process in one combustion cycle of the engine 1. Thus, the coefficient n is set to 0.5 so that the reset process is performed.
そして、リセット信号出力部209は、図5(e)に示すように、演算部208によって算出されたリセットタイミングRtにおいてリセット信号S5を出力する。このリセット信号S5を受けたリセット回路部210は、例えばスイッチ素子をオン状態にして増幅回路部201の増幅器に並列接続されたコンデンサの電荷を放電し、増幅器の入出力間の電位差をなくすことによりリセット処理を行う。
Then, the reset
その後、演算部208は、2つ目の矩形波の立ち上がりタイミングt2の値を1つ目の矩形波の立ち上がりタイミングt1の値にシフトする。そして、新たな矩形波の立ち上がりを検出すると、この矩形波の立ち上がりタイミングt3の値を2つ目の矩形波の立ち上がりタイミングt2として設定し、上記同様の処理を繰り返し実行する。従って、これ以後、エンジン1の1燃焼サイクル毎にリセットが実行されることとなる。
Thereafter, the
以上詳述したように、本実施形態では、増幅回路部201から出力される筒内圧出力波形を、ピークホールド回路部205、分圧回路部206及び比較回路部207を介して整形することによって、矩形波信号として検出している。これにより、エンジン1の燃焼直後(ピーク値の検出直後)のタイミングを矩形波の立ち上がりとして検出できる。つまり、リセットタイミングRtを算出する上で必要な情報、例えば燃焼サイクル周期や基点となるタイミングを、矩形波の立ち上がりタイミングt1などを基に得ることができる。結果として、クランク角センサ15の情報を用いることなく、リセットタイミングRtを算出でき、燃焼サイクルの所望のタイミングにおいて増幅回路部201のオフセットドリフトを解消することができる。ひいては、クランク角センサ15からの信号入力用の端子などを別途備える必要もないため、筒内圧検出装置12(補正回路部202)の大型化を抑制できる。また、本実施形態では、温度を把握することなく、増幅回路部201の出力電圧を基準値にリセットすることで出力補正を行っているため、別途温度センサを設ける必要もない。結果として、構成や補正処理を複雑化することなく、エンジン1の筒内圧を精度良く検出することができる。
As described in detail above, in this embodiment, the in-cylinder pressure output waveform output from the
なお、仮に増幅回路部201の信号レベルが予め設定した閾値を超えたか否かを検出することにより、リセットタイミングRtを算出する上で必要な情報を得る構成とした場合、ドリフト量が大きい場合などには、例えば強制的にリセットを行わなければ、増幅回路部201の信号レベルが閾値を超えたことを検出できず、適正な情報を得ることができないことも懸念される。これに対し、本実施形態のように増幅回路部201の筒内圧出力波形のピーク値を検出する構成とすれば、ドリフト量が大きい場合でも、より確実に上記情報を得ることができる。
In addition, when it is set as the structure which acquires information required in calculating reset timing Rt by detecting whether the signal level of the
さらに、本実施形態では、エンジン1の1燃焼サイクルの所望のタイミングに合わせるリセットタイミングRtを求めるための変数として、当該エンジン1の燃焼サイクルに相当するコンパレータCMPの出力信号S4の周期(矩形波周期Δt)のように、比較的測定時間の長い測定値(変数)を採用することにより、測定値(変数)に対するその測定誤差の割合を少なくすることができる。結果として、測定値(変数)の測定誤差がリセットタイミングRtの算出誤差に影響を及ぼしにくく、実際のリセットタイミングと所望のタイミングとのずれを比較的小さく抑えることができ、より良いタイミングで増幅回路部201の出力補正を行うことができる。
Furthermore, in the present embodiment, as a variable for obtaining the reset timing Rt that matches the desired timing of one combustion cycle of the engine 1, the period of the output signal S4 of the comparator CMP corresponding to the combustion cycle of the engine 1 (rectangular wave period) By adopting a measurement value (variable) having a relatively long measurement time, such as Δt), the ratio of the measurement error to the measurement value (variable) can be reduced. As a result, the measurement error of the measurement value (variable) hardly affects the calculation error of the reset timing Rt, the deviation between the actual reset timing and the desired timing can be suppressed relatively small, and the amplifier circuit at a better timing The output of the
なお、上述した実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。 In addition, it is not limited to the description content of embodiment mentioned above, For example, you may implement as follows.
(a)上記実施形態では、ピエゾ抵抗素子138等よりなる筒内圧センサと、補正回路部202等よりなるリセット補正装置とが一体となった筒内圧検出装置12を例示している。これに限らず、リセット補正装置が筒内圧センサと別体に設けられた構成としてもよい。例えば、筒内圧センサのリセット補正装置を電子制御ユニット(ECU)18に設けた構成としてもよい。また、筒内圧検出装置12をグロープラグ10とは別体で備えた構成としてもよい。勿論、ピークホールド回路部205等よりなるリセットタイミング生成装置部分だけが筒内圧センサや筒内圧検出装置12とは別体で設けられた構成としてもよい。
(A) In the above embodiment, the in-cylinder
(b)上記実施形態では、エンジン1の筒内圧を検出する感圧手段としてピエゾ抵抗素子138を採用しているが、これに限らず、圧電素子や金属抵抗式ひずみゲージなどオフセットドリフトが発生する他の感圧手段を採用した構成においても本発明は上記実施形態と同様の作用効果を奏する。
(B) In the above-described embodiment, the
(c)上記実施形態では、コンパレータCMPから出力される出力信号S4の連続する2つの矩形波の立ち上がりタイミングt1,t2から矩形波周期Δtを求めている。矩形波周期Δtを求める方法はこれに限られるものではなく、例えば2つの矩形波の立ち下がりタイミングから求めるようにしてもよい。但し、コンパレータCMPの出力信号S4の矩形波の立ち下がりタイミングは、立ち上がりタイミングよりも、ピーク値の検出時から離れているため、エンジン1の回転数の違いなどによって、バラツキが大きい。従って、上記実施形態のように矩形波の立ち上がりタイミングを周期測定やリセットタイミング算出の基点とした方が検出誤差を小さく抑えることができる。結果として、当該検出誤差がリセットタイミングRtの算出誤差に影響を及ぼしにくく、実際のリセットタイミングと所望のタイミングとのずれを比較的小さく抑えることができ、より良いタイミングでセンサ出力の補正を行うことができる。 (C) In the above embodiment, the rectangular wave period Δt is obtained from the rising timings t1 and t2 of two continuous rectangular waves of the output signal S4 output from the comparator CMP. The method for obtaining the rectangular wave period Δt is not limited to this. For example, the rectangular wave period Δt may be obtained from the falling timing of two rectangular waves. However, since the falling timing of the rectangular wave of the output signal S4 of the comparator CMP is farther from the detection time of the peak value than the rising timing, the variation is large due to the difference in the rotational speed of the engine 1 and the like. Therefore, the detection error can be suppressed to a smaller extent when the rising timing of the rectangular wave is used as a base point for period measurement or reset timing calculation as in the above embodiment. As a result, the detection error hardly affects the calculation error of the reset timing Rt, the deviation between the actual reset timing and the desired timing can be suppressed relatively small, and the sensor output can be corrected at a better timing. Can do.
(d)上記実施形態では、分圧回路部206の出力信号S3がコンパレータCMPの非反転入力端子に入力され、増幅回路部201の出力信号S1が反転入力端子に入力される構成となっているが、各信号の入力される端子が逆の構成でもよい。この場合、分圧回路部206の出力信号S3の信号レベルが増幅回路部201の出力信号S1の信号レベル以上である場合にはローレベルの出力となり、出力信号S3の信号レベルが出力信号S1の信号レベルよりも低い場合にはハイレベルの出力となる。従って、エンジン1の燃焼直後(ピーク値の検出直後)のタイミングが、出力信号S4の矩形波の立ち下がりとして現われる。
(D) In the above embodiment, the output signal S3 of the voltage
(e)リセットタイミングRtを算出する演算式は、上記演算式(1)に限定されるものではない。例えば、さらに精度が必要な場合には、演算項を増やすようにしてもよい。また、リセットタイミングRtに関しても、上記実施形態のように吸気工程に合わせるのではなく、排気工程の終期や圧縮工程の開始期において筒内圧が大気圧に近い状態となるタイミングに合わせてもよい。従って、係数nについても、エンジン1の1燃焼サイクルのうちの所望のタイミングに応じて任意に設定可能である。また、リセットタイミングRtを求める上で基点となる時点も、矩形波の立ち上がりタイミングt2等ではなく、前回リセットを実行した時点、すなわち前回のリセットタイミングRtなどを用いてもよい。 (E) The calculation formula for calculating the reset timing Rt is not limited to the calculation formula (1). For example, if more accuracy is required, the number of calculation terms may be increased. Further, the reset timing Rt may not be adjusted to the intake process as in the above embodiment, but may be set to the timing at which the in-cylinder pressure is close to the atmospheric pressure at the end of the exhaust process or the start of the compression process. Therefore, the coefficient n can be arbitrarily set according to a desired timing in one combustion cycle of the engine 1. Also, the time point that becomes the base point for obtaining the reset timing Rt may be the time point when the previous reset is executed, that is, the previous reset timing Rt, instead of the rising timing t2 of the rectangular wave.
(f)コンパレータCMPに正帰還をかけて、比較回路部207にヒステリシス特性を持たせた構成としてもよい。このような構成とすれば、入力信号にノイズが含まれた場合でも安定した出力を得ることができる。
(F) The comparator CMP may be provided with a positive feedback so that the
(g)ピークホールド回路部205を、放電時間を可変とできる回路構成としてもよい。増幅回路部201から出力される筒内圧出力波形は、エンジン1の回転数によって多様に変化するが、上記構成とすれば、常にほぼ一定のピークホールド出力波形を得ることができる。例えば高回転のときは放電時間を速くし、低回転のときは放電時間を遅くする制御を行うことによって、回転数の変化に応じてリアルタイムに対応することができる。従って、エンジン1の回転数の変化によらず、安定したコンパレータCMPの出力信号S4を得ることができ、矩形波の立ち上がりタイミング等を精度よく検出することができる。結果として、実際のリセットタイミングと所望のタイミングとのずれを比較的小さく抑えることができ、より良いタイミングで増幅回路部201の出力補正を行うことができる。
(G) The peak
1…エンジン、10…グロープラグ、12…筒内圧検出装置、138…ピエゾ抵抗素子、201…増幅回路部、202…補正回路部、205…ピークホールド回路部、206…分圧回路部、207…比較回路部、208…演算部、209…リセット信号出力部、210…リセット回路部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, 10 ... Glow plug, 12 ... In-cylinder pressure detection apparatus, 138 ... Piezoresistive element, 201 ... Amplification circuit part, 202 ... Correction circuit part, 205 ... Peak hold circuit part, 206 ... Voltage division circuit part, 207 ...
Claims (4)
前記筒内圧センサの出力電圧のピーク値を保持するピークホールド手段と、
前記ピークホールド手段の出力電圧を分圧する分圧手段と、
前記分圧手段の出力電圧と前記筒内圧センサの出力電圧とを比較し、その比較結果に応じて出力電圧レベルが切替わる矩形波信号を出力する比較手段と、
前記比較手段の出力信号を基にリセットタイミングを算出するリセットタイミング算出手段とを備えたことを特徴とするリセットタイミング生成装置。 A reset timing generation device for generating a timing for resetting an output voltage of an in-cylinder pressure sensor output in accordance with a cylinder pressure of an internal combustion engine or a change rate of the cylinder pressure of the internal combustion engine to a reference value,
Peak hold means for holding the peak value of the output voltage of the in-cylinder pressure sensor;
Voltage dividing means for dividing the output voltage of the peak hold means;
Comparing means for comparing the output voltage of the voltage dividing means and the output voltage of the in-cylinder pressure sensor, and outputting a rectangular wave signal whose output voltage level is switched according to the comparison result;
A reset timing generation device comprising: reset timing calculation means for calculating reset timing based on an output signal of the comparison means.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載のリセットタイミング生成装置と、
前記リセットタイミング生成装置によって生成されたタイミングにおいてリセット信号を出力するリセット信号出力手段と、
前記リセット信号出力手段からのリセット信号の入力に基づき前記筒内圧センサの出力電圧を基準値にリセットするリセット手段とを備えたことを特徴とする筒内圧検出装置。 An in-cylinder pressure sensor that outputs an electric signal in accordance with the in-cylinder pressure of the internal combustion engine or the change rate of the in-cylinder pressure of the internal combustion engine;
The reset timing generation device according to any one of claims 1 to 3,
Reset signal output means for outputting a reset signal at the timing generated by the reset timing generator;
An in-cylinder pressure detecting device comprising: reset means for resetting an output voltage of the in-cylinder pressure sensor to a reference value based on an input of a reset signal from the reset signal output means.
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JP2007121354A JP2008275525A (en) | 2007-05-02 | 2007-05-02 | Reset timing generating device and cylinder internal pressure detecting device equipped with the same |
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JP2015529337A (en) * | 2012-09-20 | 2015-10-05 | コンティネンタル オートモーティヴ フランスContinental Automotive France | Method for processing a signal of a device for measuring the pressure in an engine of an internal combustion engine |
-
2007
- 2007-05-02 JP JP2007121354A patent/JP2008275525A/en active Pending
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