JP2010286280A - センサシステム - Google Patents

Abstract

【課題】センサ装置から処理装置へ検出信号を送信するにあたり、その送信速度の高速化を図ったセンサシステムを提供する。
【解決手段】圧力検出信号及び温度検出信号のいずれかに切り替えられる検出信号ＳＩＧ送信する複数のセンサ装置２０と、切替指令信号を送信するとともにセンサ装置２０から送信される検出信号ＳＩＧを受信する処理装置３０と、複数のセンサ装置２０の各々に接続されて切替指令信号を伝送する通信線１５ａと、検出信号ＳＩＧをアナログ信号の状態のまま伝送する信号線１５ｂと、を備える。そして、複数のセンサ装置２０を２つ以上含む第１グループと第２グループとにグループ分けし、第１グループに対応する２本以上の通信線１５ａを、処理装置３０の第１通信ポート３０１Ｐａに接続された１本の第１基幹線３０１ａから分岐して形成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、異なる物理量を各々検出する複数のセンサ素子を有したセンサシステムに関するものであり、特に、内燃機関の燃料噴射弁にセンサ素子を搭載したセンサシステムに用いて好適なものである。

特許文献１には、第１物理量を検出して第１検出信号を出力する第１センサ素子、第２物理量を検出して第２検出信号を出力する第２センサ素子を有するセンサ装置と、センサ装置から送信される検出信号を受信する処理装置と、センサ装置及び処理装置の間で通信信号をビット列で伝送する通信線と、を備えたセンサシステムが記載されている。

上記センサ装置は、各々のセンサ素子で検出した信号のうちいずれを外部に送信するかを切り替えるセレクタ（切替回路）を有しており、処理装置から通信信号にのせて送信されてくる切替指令信号に基づき、セレクタを切替作動させる。そして、セレクタにより選択された検出信号は、ＡＤ変換回路によりビット列に変換された後、通信信号にのせて処理装置へ送信される。

特開平９−１１３３１０号公報

しかしながら上記従来の構成では、検出信号をセンサ装置から処理装置へ送信するにあたり、通信信号にのせてビット列で検出信号を送信するので、その送信速度を速くするのに限界がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、センサ装置から処理装置へ検出信号を送信するにあたり、その送信速度の高速化を図ったセンサシステムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明では、第１センサ素子、第２センサ素子及び切替回路を有する複数のセンサ装置と、切替指令信号を送信するとともにセンサ装置から送信される検出信号を受信する処理装置と、複数のセンサ装置の各々に接続され切替指令信号を伝送する通信線と、複数のセンサ装置の各々に接続され第１検出信号及び第２検出信号をアナログ信号の状態のまま伝送する信号線と、を備える。

そして、複数のセンサ装置は、センサ装置を２つ以上含む第１グループとセンサ装置を１つ以上含む第２グループとにグループ分けされており、第１グループに対応する２本以上の通信線は、処理装置の第１通信ポートに接続された１本の第１基幹線から分岐して形成されていることを特徴とする。

上記発明によれば、以下の効果１〜４が発揮される。

＜効果１＞切替指令信号を送信するための伝送路（通信線）と、検出信号を送信するための伝送路（信号線）とを別々に設けるとともに、検出信号については、アナログ信号の状態のまま通信線とは別の信号線を通じて送信するので、通信線を通じて検出信号をビット列で送信する場合に比べて、検出信号の送信速度を高速にできる。なお、必要があれば、送信された検出信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路を、処理装置の側に設ければよい。

＜効果２＞第１検出信号及び第２検出信号を切り替えて送信するので、両検出信号を１本の信号線で送信することができる。よって、各々の検出信号に対して別々の信号線を設ける場合に比べて、信号線の本数を低減できる。

＜効果３＞第１グループに対応する２本以上の通信線を、処理装置の第１通信ポートに接続された１本の第１基幹線から分岐して形成するので、複数本の通信線をそれぞれ別々の通信ポートに接続した場合に比べ、処理装置に要求される通信ポート数を減らすことができる。

＜効果４＞仮に、上記発明に反して第２グループを廃止し、第１グループのみから構成した場合には、第１基幹線について断線、短絡等の不具合が生じると、処理装置に送信されてくる全ての検出信号について、第１検出信号及び第２検出信号のいずれであるのか把握できなくなってしまう。すると、センサ装置の検出領域に対する第１物理量及び第２物理量について、複数のセンサ装置に対する全ての検出領域について、第１物理量及び第２物理量を把握できなくなってしまう。

これに対し、上記発明によれば、第１グループと第２グループとにグループ分けするので、第１グループに係る第１基幹線に不具合が生じたとしても、第２グループの検出領域での第１物理量及び第２物理量については把握できるので、例えば第２グループに対応する検出信号を第１グループに対応する検出信号として代用する等の措置をとることができる。

請求項２記載の発明では、前記第２グループは、２つ以上の前記センサ装置を有するようにグループ分けされ、前記第２グループに対応する２本以上の前記通信線は、前記処理装置の第２通信ポートに接続された１本の第２基幹線から分岐して形成されていることを特徴とする。

これによれば、第２グループについても上記＜効果３＞が発揮される。すなわち、第２グループに対応する２本以上の通信線を、処理装置の第２通信ポートに接続された１本の第２基幹線から分岐して形成するので、複数本の通信線をそれぞれ別々の通信ポートに接続した場合に比べ、処理装置に要求される通信ポート数を減らすことができる。

請求項３記載の発明では、複数の気筒の各々に設けられた燃料噴射弁から順次燃料を噴射して、燃焼行程を複数気筒で順次行う内燃機関に適用され、前記センサ装置は、複数の前記燃料噴射弁に各々搭載されており、前記第１センサ素子は、噴射される高圧燃料の圧力を前記第１物理量として検出し、前記第２センサ素子は、前記第１センサ素子の温度を前記第１物理量として検出し、前記第１グループに対応する複数の前記気筒が、前記燃焼行程を連続して行う順番の気筒となるよう、前記第１グループをグループ分けすることを特徴とする。

ここで、第１グループに対応する２本以上の通信線を１本の第１基幹線から分岐して形成する上記構成では、第１グループの全てセンサ装置に対して同じ内容の切替指令信号を送信するよう設定する場合がある。この場合には、燃焼行程の気筒について、燃料噴射に伴い生じる燃料圧力の変化を検出すべく第１検出信号（圧力検出信号）に切り替えると、同じ第１グループの他のセンサ装置から送信される検出信号も全て第１検出信号に切り替えられることとなる。

この点を鑑みた上記発明では、第１グループに対応する複数の気筒が、燃焼行程を連続して行う順番の気筒となるよう第１グループをグループ分けする。そのため、第１グループ内のある気筒で燃焼行程が為されることに伴い第１検出信号（圧力検出信号）に切り替え、その後連続して、第１グループ内の他の気筒で燃焼行程が為されるので、第１検出信号（圧力検出信号）に切り替えた状態を継続することとなる。したがって、第１検出信号（圧力検出信号）と第２検出信号とに切り替える回数を減らすことができる。よって、切替回路の切替作動の回数を減少させることができる等、センサ装置の長寿命化を図ることができる。

請求項４記載の発明では、第１センサ素子、第２センサ素子及び切替回路を有する複数のセンサ装置と、切替指令信号を送信するとともにセンサ装置から送信される検出信号を受信する処理装置と、複数のセンサ装置の各々に接続され切替指令信号を伝送する通信線と、複数のセンサ装置の各々に接続され第１検出信号及び第２検出信号をアナログ信号の状態のまま伝送する信号線と、を備える。そして、複数本の通信線は、処理装置の通信ポートに接続された１本の基幹線から分岐して形成されていることを特徴とする。

上記発明によれば、先述した効果１〜３と実質的に同様の効果が発揮される。すなわち、
＜効果１＞切替指令信号を送信するための伝送路（通信線）と、検出信号を送信するための伝送路（信号線）とを別々に設けるとともに、検出信号については、アナログ信号の状態のまま通信線とは別の信号線を通じて送信するので、通信線を通じて検出信号をビット列で送信する場合に比べて、検出信号の送信速度を高速にできる。

＜効果２＞第１検出信号及び第２検出信号を切り替えて送信するので、両検出信号を１本の信号線で送信することができる。よって、各々の検出信号に対して別々の信号線を設ける場合に比べて、信号線の本数を低減できる。

＜効果３＞複数本の通信線を、処理装置の通信ポートに接続された１本の第１基幹線から分岐して形成するので、複数本の通信線をそれぞれ別々の通信ポートに接続した場合に比べ、処理装置に要求される通信ポート数を減らすことができる。

請求項５記載の発明では、複数の気筒の各々に設けられた燃料噴射弁から順次燃料を噴射して燃焼行程を順次行う内燃機関に適用され、前記センサ装置は、複数の前記燃料噴射弁に各々搭載されており、前記第１センサ素子は、噴射される高圧燃料の圧力を前記第１物理量として検出し、前記処理装置は、前記第１検出信号に基づき前記高圧燃料の圧力を算出する燃圧算出手段と、算出した圧力の変化に基づき前記燃料噴射弁での噴射開始時期、噴射時間及び噴射量の少なくとも１つを算出する噴射態様算出手段とを有することを特徴とする。

ここで、燃料噴射弁からの燃料噴射を開始することに伴い燃圧は下降し、噴射停止に伴い燃圧は上昇する。したがって、第１センサ素子による検出信号（燃圧）の変化に基づけば、以下に例示する如く噴射態様を検出することができる。例えば、燃圧の下降開始時期を検出することで噴射開始時期を検出することができ、燃圧の下降開始時期から上昇開始時期までの時間を検出することで噴射時間を検出することができ、燃圧の下降量を検出することで噴射量を検出することができる。

このように処理装置が燃圧算出手段及び噴射態様算出手段を有する場合には、１回の燃料噴射で生じる燃圧の変化を取得する必要があり、そのためには、極めて短い時間間隔で燃圧を取得する必要があり、ひいては検出信号を高速で送信することが要求される。したがって、このように高速送信が要求される上記請求項５記載の発明に上記請求項１〜４記載の発明を適用させれば、センサ装置から処理装置へ検出信号を高速で送信できるといった上記効果が好適に発揮される。

請求項６記載の発明では、前記燃料噴射弁の燃料噴射中には、前記第１検出信号から他の検出信号へ切り替えることが禁止されていることを特徴とする。

第１センサ素子による検出信号（燃圧）の変化に基づき各種噴射態様を噴射態様算出手段が算出するにあたり、上記発明に反して燃料噴射中に第１検出信号から他の検出信号へ切り替えてしまうと、１回の燃料噴射に伴い生じる燃圧の一連の変化を取得できなくなるので、噴射態様算出手段の算出が適切に実施できなくなる。この点を鑑みた上記発明では、燃料噴射中には、第１検出信号から他の検出信号へ切り替えることが禁止されているので、前記一連の変化を取得でき、噴射態様算出手段による算出を適切に実施できる。

請求項７記載の発明では、前記処理装置は、複数の前記センサ装置のうち所定気筒に対するセンサ装置の検出信号が前記第１検出信号（燃圧）以外の信号に切り替えられている時には、他のセンサ装置から送信されている第１検出信号（燃料圧力）を、前記所定気筒に対する第１検出信号（燃料圧力）として代用することを特徴とする。

上記発明は、各気筒に供給される燃料の圧力は大きくは相違しないことに着目しており、ある所定気筒に対するセンサ装置が燃圧以外の信号に切り替えられている時には、他のセンサ装置から送信されている燃圧を前記所定気筒の燃圧として代用するので、処理装置は、所定気筒に対する燃圧を常時把握するようにできる。

なお、上記発明では第１検出信号（燃料圧力）を代用することを特徴としているが、以下の如く第２検出信号(例えばセンサ温度)を代用するようにしてもよい。すなわち、前記処理装置は、複数の前記センサ装置のうち所定気筒に対するセンサ装置の検出信号が前記第２検出信号以外の信号に切り替えられている時には、他のセンサ装置から送信されている第２検出信号を、前記所定気筒に対する第２検出信号として代用することを特徴とする。

本発明の第１実施形態にかかるセンサシステムにおいて、当該システムを構成するセンサ装置が燃料噴射弁に搭載された状態を示す図。 図１に示すセンサ装置及び処理装置の回路構成を示す図。 第１実施形態において、複数気筒＃１〜＃４の各々に設けられたセンサ装置と処理装置との接続構造を示す図。 第１実施形態において、各気筒＃１〜＃４に対する検出信号ＳＩＧの切替タイミングを示すタイムチャート。 第１実施形態において、検出圧力の変動波形と噴射率推移波形との関係を示す、単段噴射実行時におけるタイムチャート。 本発明の第２実施形態において、複数気筒＃１〜＃４の各々に設けられたセンサ装置と処理装置との接続構造を示す図。 第２実施形態において、各気筒＃１〜＃４に対する検出信号ＳＩＧの切替タイミングを示すタイムチャート。 本発明の第３実施形態において、複数気筒＃１〜＃４の各々に設けられたセンサ装置と処理装置との接続構造を示す図。

以下、本発明に係るセンサシステムを具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態のセンサシステムは、車両用のエンジン（内燃機関）に搭載されたものであり、当該エンジンには、複数の気筒＃１〜＃４について高圧燃料を噴射して圧縮自着火燃焼させるディーゼルエンジンを想定している。例えば、吸入・圧縮・燃焼・排気の４行程による１燃焼サイクルが「７２０°ＣＡ」周期で、各気筒間で「１８０°ＣＡ」ずらして気筒＃１，＃３，＃４，＃２の順に逐次実行される。

（第１実施形態）
図１は、上記エンジンの各気筒に搭載された燃料噴射弁１０、燃料噴射弁１０に搭載されたセンサ装置２０、及び車両に搭載された電子制御ユニット（処理装置３０）等を示す模式図である。

先ず、燃料噴射弁１０を含むエンジンの燃料噴射系について説明する。燃料タンク４０内の燃料は、高圧ポンプ４１によりコモンレール４２（蓄圧容器）に圧送されて蓄圧され、各気筒の燃料噴射弁１０へ分配供給される。

燃料噴射弁１０は、以下に説明するボデー１１、ニードル１２（弁体）及びアクチュエータ１３等を備えて構成されている。ボデー１１は、内部に高圧通路１１ａを形成するとともに、燃料を噴射する噴孔１１ｂを形成する。ニードル１２は、ボデー１１内に収容されて噴孔１１ｂを開閉する。アクチュエータ１３は、ニードル１２を開閉作動させる。

そして、処理装置３０がアクチュエータ１３の駆動を制御することで、ニードル１２の開閉作動が制御される。これにより、コモンレール４２から高圧通路１１ａへ供給された高圧燃料は、ニードル１２の開閉作動に応じて噴孔１１ｂから噴射される。例えば処理装置３０は、エンジン出力軸の回転速度及びエンジン負荷等に基づき、噴射開始時期、噴射終了時期及び噴射量等の噴射態様を算出し、算出した噴射態様となるよう、アクチュエータ１３の駆動を制御する。

次に、センサ装置２０のハード構成について説明する。

センサ装置２０は、以下に説明するステム２１（起歪体）、圧力センサ素子２２（第１センサ素子）、温度センサ素子２３（第２センサ素子）、基準センサ素子２４（第３センサ素子）、モールドＩＣ２５等を備えて構成されている。ステム２１はボデー１１に取り付けられており、ステム２１に形成されたダイヤフラム部２１ａが高圧通路１１ａを流通する高圧燃料の圧力を受けて弾性変形する。圧力センサ素子２２はダイヤフラム部２１ａに取り付けられており、ダイヤフラム部２１ａで生じた弾性変形量に応じて圧力検出信号（第１検出信号）を出力する。

さらにステム２１には、温度センサ素子２３及び基準センサ素子２４が取り付けられており、温度センサ素子２３は、ステム２１の温度（つまり圧力センサ素子２２の温度（センサ温度））に応じて温度検出信号（第２検出信号）を出力する。

モールドＩＣ２５は、後述するセレクタ２５ａ（切替回路）、通信回路２５ｂ及びメモリ２５ｃ等の電子部品を樹脂モールドして形成されており、ステム２１とともに燃料噴射弁１０に搭載されている。ボデー１１上部にはコネクタ１４が設けられており、コネクタ１４に接続されたハーネス１５によりモールドＩＣ２５と処理装置３０とは電気接続される。ハーネス１５には、アクチュエータ１３へ動力供給する動力線、図２及び図３を用いて以下に説明する通信線１５ａ及び信号線１５ｂ等が含まれている。

図２は、センサ装置２０及び処理装置３０の回路構成を示す図である。

圧力センサ素子２２は、ステム２１の歪量つまり高圧燃料の圧力（第１物理量）に応じてその抵抗値が変化する感圧抵抗素子Ｒ11、Ｒ12、Ｒ13、及びＲ14のことであり、これらの感圧抵抗素子Ｒ11〜Ｒ14はブリッジ回路を構成する。

このため、抵抗素子Ｒ11及びＲ12の中点電位は、該歪量が大きいほど低くなり、逆に、抵抗素子Ｒ13及びＲ14の中点電位は、同歪量が大きいほど高くなる。そして、これら中点電位の電位差がブリッジ回路の出力であり、圧力検出信号（第１検出信号）として出力される。なお、この圧力検出信号は、上記歪量（燃圧に相当）の他、ステム２１の温度（センサ温度に相当）にも依存して変化する。

温度センサ素子２３は、ステム２１の温度つまりセンサ温度（第２物理量）に応じて抵抗値が変化する感温抵抗素子Ｒ21及びＲ24のことであり、これらの感温抵抗素子Ｒ21及びＲ24と、温度特性を持たない抵抗素子Ｒ22及びＲ23とによりブリッジ回路を構成している。

このため、抵抗素子Ｒ21及びＲ22の中点電位と抵抗素子Ｒ23及びＲ24の中点電位とでは、センサ温度に応じた電位差を生じることとなり、こうした電位差がブリッジ回路の出力であり、温度検出信号（第２検出信号）として出力される。なお、この温度検出信号は、センサ温度のみに依存したものとなっている。

基準センサ素子２４は、温度特性を持たない基準抵抗素子Ｒ31、Ｒ32、Ｒ33、及びＲ34のことであり、これらの基準抵抗素子Ｒ31〜Ｒ34はブリッジ回路を構成する。このため、本来であれば、基準抵抗素子Ｒ31及びＲ32の中点電位と抵抗素子Ｒ33及びＲ34の中点電位とで電位差を生じることはない。ただし、センサ装置２０の機差ばらつき等に起因して電位差が生じる場合がある。この電位差（第３物理量）は基準信号（第３検出信号）として出力される。

セレクタ２５ａ（切替回路）は、上記圧力検出信号、温度検出信号及び基準信号のうち、いずれの信号を処理装置３０に出力するかを切り替える回路であり、処理装置３０から送信されてくる切替指令信号ＳＥＬに基づき切り替える。

処理装置３０は、ＣＰＵ及びメモリ等を有して構成されるマイクロコンピュータ３１と、通信用インターフェイスとして機能する通信回路３２と、を有する。マイコン３１は、圧力検出信号、温度検出信号及び基準信号のいずれに切り替えるかを決定し、当該決定に基づく切替指令信号ＳＥＬは、通信回路３２、２５ｂを通じて処理装置３０からセンサ装置２０へ送信される。この切替指令信号ＳＥＬはデジタル信号であり、通信線１５ａを通じてビット列で伝送される。

一方、圧力検出信号、温度検出信号及び基準信号のうちセレクタ２５ａにより選択された信号（検出信号ＳＩＧ）は、前記ブリッジ回路の出力そのものであるアナログ信号であり、信号線１５ｂを通じて処理装置３０へ伝送される。なお、処理装置３０において、検出信号ＳＩＧはデジタル信号に変換（ＡＤ変換）される。

また、切替指令信号ＳＥＬに基づきセレクタ２５ａが前記切り替えを実行すると、その実行を開始したタイミングで応答信号をセンサ装置２０から処理装置３０へ送信する。これによりマイコン３１は、検出信号ＳＩＧの切替タイミングを認識することができるので、受信した検出信号ＳＩＧを圧力検出信号、温度検出信号及び基準信号に切り分けて認識することを正確にできる。

なお、両通信回路３２、２５ｂを接続する通信線１５ａでは、上述の如く切替指令信号ＳＥＬ及び応答信号を送信することが要求されるため、双方向通信が可能となるよう構成されている。これに対し信号線１５ｂは、センサ装置２０から処理装置３０への一方向に送信可能となるよう構成されている。

図３は、複数気筒＃１〜＃４の各々に設けられたセンサ装置２０と、処理装置３０との接続構造を示す図である。

信号線１５ｂは、複数のセンサ装置２０（＃１〜＃４）に対して１本ずつ設けられている。そして、各々の信号線１５ｂの一端は、各々のセンサ装置２０が有する信号ポート２０Ｐｂにそれぞれ接続され、各々の信号線１５ｂの他端は、処理装置３０が有する複数の通信ポート３０Ｐｂにそれぞれ接続されている。

通信線１５ａは、複数のセンサ装置２０（＃１〜＃４）に対して１本ずつ設けられ、各々の通信線１５ａの一端は、各々のセンサ装置２０が有する通信ポート２０Ｐａにそれぞれ接続されている。但し、各々の通信線１５ａの他端は、共通する基幹線３０１ａ、３０２ａに接続されて纏められている。換言すれば、処理装置３０の第１通信ポート３０１Ｐａに接続された１本の第１基幹線３０１ａから、複数本の通信線１５ａが分岐して形成され、処理装置３０の第２通信ポート３０２Ｐａに接続された１本の第２基幹線３０２ａから、複数本の通信線１５ａが分岐して形成されている。

より詳細に説明すると、図３に示すように、複数のセンサ装置２０（＃１〜＃４）は、当該センサ装置２０を２つ以上含む第１グループと、当該センサ装置２０を２つ以上含む第２グループとにグループ分けされている。具体的には、気筒＃１、＃３に対応するセンサ装置２０（＃１、＃３）を第１グループとし、気筒＃４、＃２に対応するセンサ装置２０（＃４、＃２）を第２グループとしている。

そして、第１グループに対応する複数本の通信線１５ａは、第１基幹線３０１ａと接続することで纏められ、共通する第１通信ポート３０１Ｐａと通信可能に接続される。また、第２グループに対応する複数本の通信線１５ａは、第２基幹線３０２ａと接続することで纏められ、共通する第２通信ポート３０２Ｐａと通信可能に接続される。

したがって、第１グループに対応する複数のセンサ装置２０（＃１、＃３）へは、第１基幹線３０１ａを通じて共通の切替指令信号ＳＥＬが送信され、第２グループに対応する複数のセンサ装置２０（＃４、＃２）へは、第２基幹線３０２ａを通じて共通の切替指令信号ＳＥＬが送信される。よって、第１グループに対応する複数の信号線１５ｂからは、圧力検出信号、温度検出信号及び基準信号のうち同じ種類の信号が同じタイミングで切り替わって送信されることとなり、同様にして、第２グループに対応する複数の信号線１５ｂからも同じ種類の信号が同じタイミングで切り替わって送信されることとなる。

この切替タイミングについて、図４を用いて以下に説明する。図４は、各気筒＃１〜＃４のセンサ装置２０から送信される検出信号ＳＩＧの、経過時間に対する変化を示す図である。

センサ温度に比べて燃料圧力の方が急激に変化しやすいので、検出信号ＳＩＧのうち圧力検出信号に切り替えられている時間（圧力送信時間）は、温度検出信号に切り替えられている時間（温度送信時間）よりも長くなるよう切り替えられる。特に、燃料噴射弁１０が開弁作動して燃料を噴射している期間中は、圧力検出信号に切り替える。これは、図５を用いて後述するように、燃料噴射期間中に生じる燃料圧力の変動波形（図５（ｃ）参照）を取得することで、噴射率の変化を推定するためである。したがって、燃料を噴射している最中には、圧力検出信号から他の信号（温度検出信号又は基準信号）に切り替えることを禁止する。

図４中の符号ｔ１０〜ｔ２０の期間は気筒＃１での燃焼行程を、ｔ２０〜ｔ３０の期間は気筒＃３での燃焼行程を、ｔ３０〜ｔ４０の期間は気筒＃４での燃焼行程を、ｔ４０〜ｔ５０の期間は気筒＃２での燃焼行程をそれぞれ示している。つまり、気筒＃１、＃３、＃４、＃２の順に燃焼行程が連続して順次行われている。

そして、同じグループ内では共通の切替指令信号ＳＥＬに基づいて検出信号ＳＩＧが切り替わるので、例えば第１グループについて言えば、気筒＃１、＃３の燃焼行程が実施されているｔ１０〜ｔ３０の期間は、第１通信ポート３０１Ｐａからセンサ装置２０（＃１、＃３）へ圧力検出信号を送信する旨の切替指令信号ＳＥＬが送信される。その結果、図４中の＃１、＃３の欄に示すように、ｔ１０〜ｔ３０の期間は、センサ装置２０（＃１、＃３）から処理装置３０へは圧力検出信号が送信される。つまり、第１グループに対応する複数の気筒＃１、＃３が、燃焼行程を連続して行う順番の気筒となるよう、第１グループはグループ分けされている。

また、第２グループについて言えば、気筒＃４、＃２の燃焼行程が実施されているｔ３０〜ｔ５０の期間は、第２通信ポート３０２Ｐａからセンサ装置２０（＃４、＃２）へ圧力検出信号を送信する旨の切替指令信号ＳＥＬが送信される。その結果、図４中の＃４、＃２の欄に示すように、ｔ３０〜ｔ５０の期間は、センサ装置２０（＃４、＃２）から処理装置３０へは圧力検出信号が送信される。つまり、第２グループに対応する複数の気筒＃４、＃２が、燃焼行程を連続して行う順番の気筒となるよう、第２グループはグループ分けされている。

以上により、処理装置３０のマイコン３１は、各気筒＃１〜＃４の燃料噴射弁１０に対して燃料圧力及びセンサ温度を取得することができる。

なお、所定気筒に対する検出信号ＳＩＧが圧力検出信号以外に切り替えられている時には、圧力検出信号に切り替えられている他のグループの検出信号ＳＩＧの圧力検出信号を、所定気筒の圧力検出信号として代用する。この時、噴射中でない気筒の圧力検出信号を代用することが望ましい。

同様にして、所定気筒に対する検出信号ＳＩＧが温度検出信号以外に切り替えられている時には、温度検出信号に切り替えられている他のグループの検出信号ＳＩＧの温度検出信号を、所定気筒の温度検出信号として代用する。

したがって、図４に示すように、両グループのいずれか一方から圧力検出信号を送信するよう切り替えて、全ての気筒＃１〜＃４の検出信号ＳＩＧが圧力検出信号以外の信号とならないようにすることが望ましい。また、両グループのいずれか一方から温度検出信号を送信するよう切り替えて、全ての気筒＃１〜＃４の検出信号ＳＩＧが温度検出信号以外の信号とならないようにすることが望ましい。

先述したように、圧力検出信号は、燃圧のみならずセンサ温度にも依存して変化する。つまり、実際の燃料圧力が同じであっても、その時のセンサ温度が異なれば圧力検出信号は異なる値となる。この点を鑑み、マイコン３１は、取得したセンサ温度に基づき、取得した燃料圧力を補正して温度補償を行う。また、検出信号ＳＩＧとして取得した基準信号に基づき、取得した燃料圧力を補正する。

メモリ２５ｃには、センサ素子２２、２３の特性ばらつきや機差等を補正するための補正データが予め記憶されている。これらの補正データは、通信回路２５ｂから通信線１５ａを通じて処理装置３０へビット列で送信される。マイコン３１は、上述した温度補償に加え、センサ装置２０から送信された前記補正データに基づき、温度補償が為された燃料圧力を補正する。

以上により、センサ温度、基準信号及び補正データに基づき、圧力検出信号から取得した燃料圧力を補正することで、最終的な燃料圧力（以下、単に「検出圧力」と呼ぶ）をマイコン３１（燃圧算出手段に相当）は算出する。

さらにマイコン３１（噴射態様算出手段に相当）は、このように算出された検出圧力を用いて、噴孔１１ｂからの燃料の噴射開始時期、噴射時間及び噴射量等の噴射態様を算出する処理を行う。

以下、噴射態様の算出手法について、図５を用いて説明する。

図５（ａ）は、燃料噴射弁１０のアクチュエータ１３へ処理装置３０から出力される噴射指令信号を示しており、この指令信号のパルスオンによりアクチュエータ１３が作動して噴孔１１ｂが開弁する。つまり、噴射指令信号のパルスオン時期ｔ１により噴射開始が指令され、パルスオフ時期ｔ２により噴射終了が指令される。よって、指令信号のパルスオン期間（噴射指令期間）により噴孔１１ｂの開弁時間Ｔｑを制御することで、噴射量Ｑを制御している。

図５（ｂ）は、上記噴射指令に伴い生じる噴孔１１ｂからの燃料噴射率の変化（推移）を示し、図５（ｃ）は、噴射率の変化に伴い生じる検出圧力の変化（変動波形）を示す。検出信号ＳＩＧ（圧力検出信号）は、信号線１５ｂを通じてマイコン３１へ送信されるにあたり、図５（ｃ）にて例示される圧力推移波形の軌跡が描かれる程度の分解能をマイコン３１が取得できる程度（例えば１回の燃料噴射中に１０点以上の検出圧力が所得できる程度）に、高速で送信されている。

検出圧力の変動と噴射率の変化とは以下に説明する相関があるため、検出圧力の変動波形から噴射率の推移波形を推定することができる。すなわち、先ず、図５（ａ）に示すように噴射開始指令がなされたｔ１時点の後、噴射率がＲ１の時点で上昇を開始して噴射が開始される。一方、検出圧力は、Ｒ１の時点で噴射率が上昇を開始したことに伴い変化点Ｐ１にて下降を開始する。その後、Ｒ２の時点で噴射率が最大噴射率に到達したことに伴い、検出圧力の下降は変化点Ｐ２にて停止する。次に、Ｒ２の時点で噴射率が下降を開始したことに伴い、検出圧力は変化点Ｐ２にて上昇を開始する。その後、Ｒ３の時点で噴射率がゼロになり実際の噴射が終了したことに伴い、検出圧力の上昇は変化点Ｐ３にて停止する。

以上により、燃圧センサ２０ａによる検出圧力の変動のうち変化点Ｐ１及びＰ３を検出することで、噴射率の上昇開始時点Ｒ１（実噴射開始時点）及び下降終了時点Ｒ３（実噴射終了時点）を算出することができる。また、以下に説明する検出圧力の変動と噴射率の変化との相関関係に基づき、検出圧力の変動から噴射率の変化を推定できる。

つまり、検出圧力の変化点Ｐ１からＰ２までの圧力下降率Ｐαと、噴射率の変化点Ｒ１からＲ２までの噴射率上昇率Ｒαとは相関がある。変化点Ｐ２からＰ３までの圧力上昇率Ｐγと変化点Ｒ２からＲ３までの噴射率下降率Ｒγとは相関がある。変化点Ｐ１からＰ２までの圧力下降量Ｐβ（最大落込量）と変化点Ｒ１からＲ２までの噴射率上昇量Ｒβとは相関がある。よって、検出圧力の変動から圧力下降率Ｐα、圧力上昇率Ｐγ及び圧力下降量Ｐβを検出することで、噴射率上昇率Ｒα、噴射率下降率Ｒγ及び噴射率上昇量Ｒβを算出することができる。以上の如く噴射率の各種状態Ｒ１,Ｒ３,Ｒα,Ｒβ,Ｒγを算出することができ、よって、図５（ｂ）に示す燃料噴射率の変化（推移波形）を推定することができる。

さらに、実噴射開始から終了までの噴射率の積分値（斜線を付した符号Ｓに示す部分の面積）は噴射量に相当する。そして、検出圧力の変動波形のうち実噴射開始から終了までの噴射率変化に対応する部分（変化点Ｐ１〜Ｐ３の部分）の圧力の積分値と噴射率の積分値Ｓとは相関がある。よって、検出圧力の変動から圧力積分値を算出することで、噴射量Ｑに相当する噴射率積分値Ｓを算出することができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）センサ装置２０及び処理装置３０の間を接続して信号を伝送する伝送路として、処理装置３０からセンサ装置２０へ切替指令信号を伝送する通信線１５ａとは別に、センサ装置２０から処理装置３０へ検出信号ＳＩＧを伝送する信号線１５ｂを設けている。そして、検出信号ＳＩＧについては、アナログ信号の状態のまま通信線１５ａとは別の信号線１５ｂを通じて送信するので、通信線１５ａを通じて検出信号ＳＩＧをビット列で送信する場合に比べて、検出信号ＳＩＧの送信速度を高速にできる。

（２）切替指令信号ＳＥＬに基づきセレクタ２５ａを作動させて、圧力検出信号及び温度検出信号を切り替えて送信するので、両検出信号を１本の信号線１５ｂで送信することができる。よって、各々の検出信号に対して別々の信号線を設ける場合に比べて、信号線１５ｂの本数を低減できる。

（３）第１グループに対応する複数本の通信線１５ａを、処理装置３０の第１通信ポート３０１Ｐａに接続された１本の第１基幹線３０１ａから分岐して形成するので、複数本の通信線をそれぞれ別々の処理装置３０の通信ポートに接続した場合に比べ、処理装置３０に要求される通信ポート数を減らすことができる。第２グループに対応する複数本の通信線１５ａについても同様にして、第２通信ポート３０２Ｐａに接続された１本の第２基幹線３０２ａから分岐して形成するので、処理装置３０に要求される通信ポート数を減らすことができる。

（４）後述する第３実施形態の如く、第２グループを廃止して第１グループのみから構成した場合（図８参照）には、第１基幹線３０１ａについて断線、短絡等の不具合が生じると、処理装置３０に送信されてくる全ての検出信号ＳＩＧについて、圧力検出信号、温度検出信号及び基準信号のいずれであるのか把握できなくなってしまう。すると、全ての気筒＃１〜＃４について燃料圧力及びセンサ温度を把握できなくなってしまう。これに対し、本実施形態によれば、第１グループと第２グループとにグループ分けするので、第１基幹線３０１ａに不具合が生じたとしても、第２グループの気筒＃４、＃２での燃料圧力及びセンサ温度については把握できるので、例えば第２グループに対応する燃料圧力及びセンサ温度を第１グループに対応する燃料圧力及びセンサ温度として代用することができる。

（５）処理装置３０は、検出圧力に基づき燃料噴射率の推移波形を推定して、各種噴射態様（実噴射開始時点Ｒ１、噴射量Ｑ等）を算出する処理を実施するので、図５（ｃ）にて例示される軌跡が描かれる程度の分解能で検出圧力を取得することが要求される。この要求に対し本実施形態では、上述の如く検出信号ＳＩＧの送信速度を高速にできるので、当該高速送信の効果が好適に発揮される。

（６）所定気筒に対する検出信号ＳＩＧが圧力検出信号以外に切り替えられている時には、圧力検出信号に切り替えられている他の気筒の検出信号ＳＩＧの圧力検出信号を、所定気筒の圧力検出信号として代用する。同様にして、温度検出信号についても他の気筒の温度検出信号を代用する。

そのため、１本の信号線１５ｂを用いて圧力検出信号及び温度検出信号を切り替えて送信することで、信号線１５ｂの本数削減を図りつつも、燃料圧力及びセンサ温度を常時把握できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、図３に示すように、第１グループ及び第２グループの両方について、複数のセンサ装置２０が含まれるようグループ化している。これに対し本実施形態では、図６に示すように、第１グループについては複数（図６の例では３つ）のセンサ装置２０を含ませる一方で、第２グループについては１つのセンサ装置２０を含ませるようグループ化している。

以下、本実施形態にかかる信号線１５ｂ及び通信線１５ａの接続状態について、図６を用いて詳細に説明する。

信号線１５ｂは、上記第１実施形態と同様にして、複数のセンサ装置２０（＃１〜＃４）に対して１本ずつ設けられている。そして、各々の信号線１５ｂは、センサ装置２０の信号ポート２０Ｐｂ、及び処理装置３０に設けられた複数の通信ポート３０Ｐｂにそれぞれ接続されている。

通信線１５ａは、複数のセンサ装置２０（＃１〜＃４）に対して１本ずつ設けられ、各々の通信線１５ａの一端は、各々のセンサ装置２０が有する通信ポート２０Ｐａにそれぞれ接続されている。但し、各々の通信線１５ａの他端は、共通する基幹線３０１ａに接続されて纏められている。換言すれば、処理装置３０の第１通信ポート３０１Ｐａに接続された１本の第１基幹線３０１ａから、複数本の通信線１５ａが分岐して形成されている。なお、第１実施形態にかかる第２基幹線３０２ａは、本実施形態では廃止されている。

また、複数のセンサ装置２０（＃１〜＃４）は、当該センサ装置２０を２つ以上含む第１グループと、当該センサ装置２０を１つ含む第２グループとにグループ分けされている。具体的には、気筒＃１、＃３、＃４に対応するセンサ装置２０（＃１、＃３、＃４）を第１グループとし、気筒＃２に対応するセンサ装置２０（＃２）を第２グループとしている。

そして、第１グループに対応する複数本の通信線１５ａは、第１基幹線３０１ａと接続することで纏められ、共通する第１通信ポート３０１Ｐａと通信可能に接続される。また、第２グループに対応する通信線１５ａは、第２通信ポート３０２Ｐａと通信可能に接続される。

したがって、第１グループに対応する複数のセンサ装置２０（＃１、＃３、＃４）へは、第１基幹線３０１ａを通じて共通の切替指令信号ＳＥＬが送信される。よって、第１グループに対応する複数の信号線１５ｂからは、圧力検出信号、温度検出信号及び基準信号のうち同じ種類の信号が同じタイミングで切り替わって送信されることとなる。

この切替タイミングについて、図７を用いて以下に説明する。図７は、各気筒＃１〜＃４のセンサ装置２０から送信される検出信号ＳＩＧの、経過時間に対する変化を示す図である。

センサ温度に比べて燃料圧力の方が急激に変化しやすいので、検出信号ＳＩＧのうち圧力検出信号に切り替えられている時間（圧力送信時間）は、温度検出信号に切り替えられている時間（温度送信時間）よりも長くなるよう切り替えられる。特に、燃料噴射弁１０が開弁作動して燃料を噴射している期間中は、圧力検出信号に切り替える。また、燃料を噴射している最中には、圧力検出信号から他の信号（温度検出信号又は基準信号）に切り替えることを禁止する。

そして、第１グループについて言えば、気筒＃１、＃３、＃４の燃焼行程が実施されているｔ１０〜ｔ４０の期間は、第１通信ポート３０１Ｐａからセンサ装置２０（＃１、＃３、＃４）へ圧力検出信号を送信する旨の切替指令信号ＳＥＬが送信される。その結果、図７中の＃１、＃３、＃４の欄に示すように、ｔ１０〜ｔ４０の期間は、センサ装置２０（＃１、＃３、＃４）から処理装置３０へは圧力検出信号が送信される。つまり、第１グループに対応する複数の気筒＃１、＃３、＃４が、燃焼行程を連続して行う順番の気筒となるよう、第１グループはグループ分けされている。

また、第２グループについて言えば、気筒＃２の燃焼行程が実施されているｔ４０〜ｔ５０の期間は、第２通信ポート３０２Ｐａからセンサ装置２０（＃２）へ圧力検出信号を送信する旨の切替指令信号ＳＥＬが送信される。その結果、図７中の＃２の欄に示すように、ｔ４０〜ｔ５０の期間は、センサ装置２０（＃２）から処理装置３０へは圧力検出信号が送信される。

なお、所定気筒に対する検出信号ＳＩＧが圧力検出信号以外に切り替えられている時には、圧力検出信号に切り替えられている他のグループの検出信号ＳＩＧの圧力検出信号を、所定気筒の圧力検出信号として代用する。この時、噴射中でない気筒の圧力検出信号を代用することが望ましい。

同様にして、所定気筒に対する検出信号ＳＩＧが温度検出信号以外に切り替えられている時には、温度検出信号に切り替えられている他のグループの検出信号ＳＩＧの温度検出信号を、所定気筒の温度検出信号として代用する。

したがって、図７に示すように、両グループのいずれか一方から圧力検出信号を送信するよう切り替えて、全ての気筒＃１〜＃４の検出信号ＳＩＧが圧力検出信号以外の信号とならないようにすることが望ましい。また、両グループのいずれか一方から温度検出信号を送信するよう切り替えて、全ての気筒＃１〜＃４の検出信号ＳＩＧが温度検出信号以外の信号とならないようにすることが望ましい。

以上により、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果（１）〜（６）が発揮される。

（第３実施形態）
上記第１実施形態では、図３に示すように、複数のセンサ装置２０を複数のグループに分け、グループ毎に基幹線３０１ａ、３０２ａを設けている。これに対し本実施形態では、図８に示すように、第２グループを廃止して、全てのセンサ装置２０を第１グループに含ませるようグループ化している。したがって、本実施形態では第２基幹線３０２ａ及び第２通信ポート３０２Ｐａを廃止し、全ての通信線１５ａが第１基幹線３０１ａに接続されて纏められている。換言すれば、処理装置３０の第１通信ポート３０１Ｐａに接続された１本の第１基幹線３０１ａから、全ての通信線１５ａが分岐して形成されている。

したがって、全てのセンサ装置２０（＃１〜＃４）へは、第１基幹線３０１ａを通じて共通の切替指令信号ＳＥＬが送信される。そして、センサ温度に比べて燃料圧力の方が急激に変化しやすいので、検出信号ＳＩＧのうち圧力検出信号に切り替えられている時間（圧力送信時間）は、温度検出信号に切り替えられている時間（温度送信時間）よりも長くなるよう切り替えられる。なお、燃料を噴射している最中には、圧力検出信号から他の信号（温度検出信号又は基準信号）に切り替えることを禁止する。

以上により、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果（１）〜（３）、（５）、（６）が発揮される。また、本実施形態によれば、上記効果（４）は発揮されないものの、第２基幹線３０２ａ及び第２通信ポート３０２Ｐａを廃止できるので、処理装置３０に要求される通信ポート数を減らすことができるといった上記（３）の効果を向上できる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記実施形態では、各センサ装置２０について通信線１５ａを１本とし、通信線１５ａを通じてシリアル通信により切替指令信号ＳＥＬ及び応答信号等を送信しているが、各センサ装置２０について通信線１５ａを２本としパラレル通信により各種信号を送信するようにしてもよい。

・上記実施形態では、第１及び第２センサ素子として圧力センサ素子２２予備を圧力、温度センサ素子２３を採用し、燃料圧力及びセンサ温度を検出するセンサ装置としているが、本発明にかかるセンサ装置はこのような圧力及び温度を検出することに限られず、他の物理量を検出するセンサ装置にも適用できる。

・上記各実施形態では、４気筒エンジンを想定しているが、複数気筒であれば本発明は４気筒に限られるものではない。また、上記第１及び第２実施形態では、２つのグループにグループ分けしているが、３つ以上のグループにグループ分けしてもよい。

・上記各実施形態では、圧力検出信号、温度検出信号及び基準信号のいずれに切り替えるかを切替指令信号ＳＥＬにより指令するにあたり、同一グループ内での複数のセンサ装置２０に対しては同じ指令内容を送信している。これに対し、同一グループ内であっても複数のセンサ装置２０に対して異なる指令内容を送信するようにしてもよい。例えば、図３に示す第１グループのセンサ装置２０（＃１、＃３）に対し、「センサ装置２０（＃１）は圧力検出信号に切り替え、センサ装置２０（＃３）は温度検出信号に切り替える」といった指令内容の切替指令信号ＳＥＬを、両センサ装置２０（＃１、＃３）に送信するようにしてもよい。

特に、図８に示すように１本の第１基幹線３０１ａから全ての通信線１５ａを分岐させる構成の場合には、上述の如く複数のセンサ装置２０に対して異なる指令内容を送信するようにすれば、全てのセンサ装置２０に対して燃料噴射中に圧力検出信号に切り替えることを実現でき、好適である。

１０…燃料噴射弁、１５ａ…通信線、１５ｂ…信号線、２０…センサ装置、２２…圧力センサ素子（第１センサ素子）、２３…温度センサ素子（第２センサ素子）、２５ａ…セレクタ（切替回路）、３０…処理装置（燃圧算出手段、噴射態様算出手段）、３０１Ｐａ…第１通信ポート、３０１ａ…第１基幹線、３０２Ｐａ…第２通信ポート、３０２ａ…第２基幹線。

Claims (7)

1. 第１物理量に応じた第１検出信号を出力する第１センサ素子、第２物理量に応じた第２検出信号を出力する第２センサ素子、及び前記両検出信号のうちいずれを外部に送信するかを切り替える切替回路を有する複数のセンサ装置と、
   前記切替回路に対する切替指令信号を前記センサ装置へ送信するとともに、前記センサ装置の各々から送信される検出信号を受信する処理装置と、
   複数の前記センサ装置の各々に接続され、前記切替指令信号を伝送する通信線と、
   複数の前記センサ装置の各々に接続され、前記第１検出信号及び前記第２検出信号をアナログ信号の状態のまま伝送する信号線と、
   を備え、
   複数の前記センサ装置は、当該センサ装置を２つ以上含む第１グループと、当該センサ装置を１つ以上含む第２グループとにグループ分けされており、
   前記第１グループに対応する２本以上の前記通信線は、前記処理装置の第１通信ポートに接続された１本の第１基幹線から分岐して形成されていることを特徴とするセンサシステム。
2. 前記第２グループは、２つ以上の前記センサ装置を有するようにグループ分けされ、
   前記第２グループに対応する２本以上の前記通信線は、前記処理装置の第２通信ポートに接続された１本の第２基幹線から分岐して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサシステム。
3. 複数の気筒の各々に設けられた燃料噴射弁から順次燃料を噴射して、燃焼行程を複数気筒で順次行う内燃機関に適用され、
   前記センサ装置は、複数の前記燃料噴射弁に各々搭載されており、
   前記第１センサ素子は、噴射される高圧燃料の圧力を前記第１物理量として検出し、
   前記第２センサ素子は、前記第１センサ素子の温度を前記第１物理量として検出し、
   前記第１グループに対応する複数の前記気筒が、前記燃焼行程を連続して行う順番の気筒となるよう、前記第１グループをグループ分けすることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサシステム。
4. 第１物理量に応じた第１検出信号を出力する第１センサ素子、第２物理量に応じた第２検出信号を出力する第２センサ素子、及び前記両検出信号のうちいずれを外部に送信するかを切り替える切替回路を有する複数のセンサ装置と、
   前記切替回路に対する切替指令信号を前記センサ装置へ送信するとともに、前記センサ装置の各々から送信される検出信号を受信する処理装置と、
   複数の前記センサ装置の各々に接続され、前記切替指令信号を伝送する通信線と、
   複数の前記センサ装置の各々に接続され、前記第１検出信号及び前記第２検出信号をアナログ信号の状態のまま伝送する信号線と、
   を備え、
   複数本の前記通信線は、前記処理装置の通信ポートに接続された１本の基幹線から分岐して形成されていることを特徴とするセンサシステム。
5. 複数の気筒の各々に設けられた燃料噴射弁から順次燃料を噴射して燃焼行程を順次行う内燃機関に適用され、
   前記センサ装置は、複数の前記燃料噴射弁に各々搭載されており、
   前記第１センサ素子は、噴射される高圧燃料の圧力を前記第１物理量として検出し、
   前記処理装置は、前記第１検出信号に基づき前記高圧燃料の圧力を算出する燃圧算出手段と、算出した圧力の変化に基づき前記燃料噴射弁での噴射開始時期、噴射時間及び噴射量の少なくとも１つを算出する噴射態様算出手段とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のセンサシステム。
6. 前記燃料噴射弁の燃料噴射中には、前記第１検出信号から他の検出信号へ切り替えることが禁止されていることを特徴とする請求項５に記載のセンサシステム。
7. 前記処理装置は、複数の前記センサ装置のうち所定気筒に対するセンサ装置の検出信号が前記第１検出信号以外の信号に切り替えられている時には、他のセンサ装置から送信されている第１検出信号を、前記所定気筒に対する第１検出信号として代用することを特徴とする請求項５又は６に記載のセンサシステム。

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