JP2022039438A - 筒内圧センサの信号処理回路 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力が大きく変化する環境下であっても増幅率の補正をより高精度に行うことが可能な筒内圧センサの信号処理回路を実現する。【解決手段】筒内圧センサ１の信号処理回路４０は、検出部４２と可変増幅部４３とを備える。検出部４２は、センサ部６へ一定電流を流した時に発生する電圧値、又は、センサ部６へ一定電圧を印加した時に流れる電流値を検出する。可変増幅部４３は、検出部４２で検出した上記電圧値又は上記電流値に基づいて増幅率を設定し、センサ部６が出力する圧力信号を上記増幅率で増幅した増幅信号を生成する。更に、検出部４２は、内燃機関の吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の４行程のうちの吸気行程及び排気行程のみにおいて、上記電流値又は上記電圧値を検出する。【選択図】図２

Description

本発明は、筒内圧センサの信号処理回路に関するものである。

特許文献１には、自動車における燃料パイプ内の圧力を検出する圧力センサが開示されている。この圧力センサは、半導体基板上に、複数のゲージ抵抗がホイートストンブリッジ回路を構成するように形成されている。

特開２０１５－１６９５９７号公報

特許文献１で開示される圧力センサのように、複数の抵抗体によって圧力を検出する回路では、圧力センサに圧力が加わった時にホイートストンブリッジ回路の二つの中点の電位に発生する電圧変化（以下、これを圧力感度とも言う）を圧力信号として取得し、この圧力信号を増幅部によって増幅する構成を採用し得るが、この種の圧力センサでは圧力が加わった時の抵抗変化率が温度に依存するため、圧力感度も温度によって変化する。このため、圧力を高精度に検出するためには、圧力感度の温度依存を補正する必要がある。この温度依存の補正の一例としては、圧力センサ全体の合成抵抗値が温度とともに変化することを利用し、圧力センサ全体の合成抵抗値に応じた値、詳細には圧力センサへ一定電流を流した時に発生する電圧値、又は、圧力センサへ一定電圧を印加した時に流れる電流値を検出し、この電圧値又は電流値に基づいて増幅率を設定し、この増幅率を用いて圧力信号を増幅する方法が考えられる。

しかし、複数の抵抗体によって圧力センサを構成した場合、圧力センサに圧力が加わった状態では、各抵抗体の抵抗値が変化するため、圧力センサの合成抵抗値も圧力によって変化することがある。つまり、圧力が加わった状態の合成抵抗値は温度を示す値としての精度が低下する。ゆえに、単に上記の方法により増幅率を設定するだけでは、圧力感度の補正を適正に行えない虞がある。

本発明は、上述した課題の少なくとも一つを解決するために、圧力が大きく変化する環境下であっても圧力感度の補正をより高精度に行うことが可能な筒内圧センサの信号処理回路を実現する。

本発明の筒内圧センサの信号処理回路は、
複数の抵抗体を有し内燃機関の筒内に配置されるセンサ部を備えるとともに前記センサ部が前記筒内の圧力に応じた圧力信号を出力する筒内圧センサにおいて、前記圧力信号を処理する信号処理回路であって、
前記センサ部へ一定電流を流した時に発生する電圧値、又は、前記センサ部へ一定電圧を印加した時に流れる電流値を検出する検出部と、
前記検出部で検出した前記電圧値又は前記電流値に基づいて増幅率を設定し、前記センサ部が出力する前記圧力信号を前記増幅率で増幅した増幅信号を生成する可変増幅部と、
を備え、
前記検出部は、前記内燃機関の吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の４行程のうちの前記吸気行程及び前記排気行程のみにおいて、前記電流値又は前記電圧値を検出する。

上記の信号処理回路は、検出部で検出された電圧値又は電流値に基づいて増幅率を設定することができるため、センサ部の温度を反映して圧力感度の温度依存を補正することができる。しかも、圧力感度の補正には、内燃機関の４行程のうちの吸気行程及び排気行程のみにおいて検出された電流値又は電圧値を用いることができる。つまり、可変増幅部は、筒内圧が相対的に低く安定した状態で検出された電圧値又は電流値に基づいて増幅率を設定することができる。ゆえに、上記の信号処理回路は、圧力感度の温度依存をより高精度に補正することができる。

上記センサ部は、ブリッジ回路を有していてもよい。このブリッジ回路は、第１抵抗体と第２抵抗体とが直列に接続される第１直列部と、第３抵抗体と第４抵抗体とが直列に接続される第２直列部と、を具備するとともに、第１直列部及び第２直列部が一端と他端との間に並列に接続されていてもよい。第１抵抗体及び第３抵抗体がセンサ部の一端側に接続され、第２抵抗体及び第４抵抗体がセンサ部の他端側に接続されていてもよい。第１抵抗体及び第４抵抗体は、圧力を受けた場合に素子抵抗値が減少するＮ型素子であってもよい。第２抵抗体及び第３抵抗体は、圧力を受けた場合に素子抵抗値が増加するＰ型素子であってもよい。センサ部は、第１抵抗体と第２抵抗体との間の第１電位と、第３抵抗体と第４抵抗体との間の第２電位と、の電位差に応じた圧力信号を生成するようにしてもよい。検出部は、センサ部における一端と他端との間の合成抵抗値に応じた電圧値又は電流値を検出するようにしてもよい。

上記の信号処理回路では、第１抵抗体及び第４抵抗体がＮ型素子であるため、センサ部に対する圧力が大きくなった場合に第１抵抗体及び第４抵抗体の抵抗値は減少する。一方、第２抵抗体及び第３抵抗体はＰ型素子であるため、センサ部に対する圧力が小さくなった場合に第２抵抗体及び第３抵抗体の抵抗値は増加する。つまり、上記の信号処理回路は、センサ部に対する圧力が増大した場合に、抵抗値が減少する部分と増加する部分とが生じる。この場合、センサ部に圧力が加わった時の各抵抗値の増減量にばらつきがあると、圧力の状態によってセンサ部の合成抵抗値も変化してしまう。しかし、上記の信号処理回路は、このように圧力の影響で合成抵抗値が変化しやすい構成であっても、筒内圧が相対的に低く安定した状態で検出された電圧値又は電流値に基づいて増幅率を設定することができるため、圧力感度の温度依存を高精度に補正することができる。

上記の信号処理回路において、上記可変増幅部は、上記４行程のうちの吸気行程及び排気行程のみにおいて増幅信号を生成してもよい。

上記の信号処理回路は、補正に用いるセンサ部の電圧値又は電流値の検出だけでなく、増幅率の設定についても吸気行程及び排気行程のみにおいて行うことができ、圧縮行程又は燃焼行程の途中で増幅信号が生成されることを回避することができる。

上記の信号処理回路において、一定電流は、所定温度にしたときに所定電圧となる電流にて調整されてなる、又は、一定電圧は、所定温度にしたときに所定電流となる電圧にて調整されてなるようにしてもよい。これにより、センサ個体毎の製造ばらつきによる温度検出誤差を無くすことができ、センサ個体毎の製造ばらつきがあったとしても、適切な電圧値又は電流値を得ることができる。

本発明によれば、圧力が大きく変化する環境下であっても圧力感度の補正をより高精度に行うことができる。

図１は、第１実施形態の筒内圧センサを概略的に例示する断面図である。 図２は、第１実施形態の筒内圧センサの電気的に構成を概念的に例示するブロック図である。 図３は、第１実施形態の信号処理回路における信号処理の流れを例示するフローチャートである。 図４は、第１実施形態の筒内圧センサでの吸気行程又は排気行程の時期の特定方法の一例を概念的に説明する説明図である。 図５は、第２実施形態の筒内圧センサでの吸気行程又は排気行程の時期の特定方法の一例を概念的に説明する説明図である。

１．第１実施形態
１－１．筒内圧センサ１の構成
図１に示される筒内圧センサ１は、図示が省略された内燃機関に取り付けられるセンサである。筒内圧センサ１は、内燃機関の燃焼筒の筒内圧を検知対象とし、筒内圧の値を示す信号を出力し得るセンサである。内燃機関の燃焼筒は、筒内に燃焼室を構成する部位である。筒内圧は、燃焼筒の筒内の圧力であり、燃焼室内の圧力である。

内燃機関は、４ストロークエンジンを備える。４ストロークエンジンは、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の４行程を１サイクルとした動作を周期的に繰り返すエンジンである。吸気行程は、燃焼筒の筒内に空気（あるいは気化燃料と空気が混ざった混合気）を取り込む行程である。圧縮行程は、燃焼筒の筒内に取り込んだ気体を圧縮する行程である。燃焼行程は、圧縮した気体を燃焼して膨張させる行程である。排気行程は、燃焼ガスを排気する行程である。

筒内圧センサ１は、図１に示されるように、ハウジング２、コネクタケース３、金属ステム４、接合ガラス５、センサ部６及び複数の端子金具７を備える。

ハウジング２は、ステンレス等の金属材料が切削等により加工された中空形状のケースである。ハウジング２は、内燃機関に取り付けられる部分である。ハウジング２には、ハウジング２の燃焼室側とは反対側にコネクタケース３が連結される。このコネクタケース３により、ハウジング２の内側空間における燃焼室側とは反対側の開口が閉塞される。

金属ステム４は、圧力導入孔１０が設けられた中空筒形状の金属製の部材である。金属ステム４は、ハウジング２の内側空間における燃焼室側を閉塞するようにハウジング２の燃焼室側に固定される。金属ステム４は、圧力導入孔１０が燃焼室に通じた位置関係で配置される。圧力導入孔１０内の空間は、燃焼室内の空間に通じている。金属ステム４は、燃焼室側から圧力導入孔１０内に導入された圧力媒体（例えば気体、気液混合気など）の圧力によって歪むダイヤフラム１１を有する。

センサ部６は、複数の抵抗体を有し内燃機関の筒内に配置され、筒内の圧力に応じた圧力信号を出力する装置である。センサ部６は、ダイヤフラム１１における燃焼室側とは反対側の面に対して接合ガラス５を介して取り付けられる。接合ガラス５は、絶縁体であり、ダイヤフラム１１とセンサ部６とを接合する。センサ部６は、シリコン基板を有し、このシリコン基板上には、イオン注入などによって抵抗体としての歪みゲージが形成されている。センサ部６は、ボンディングワイヤ１２及び基板１３を介して端子金具７に電気的に接続されている。

複数の端子金具７は、いずれも金属製であり、いずれもコネクタケース３を貫通して配置される。端子金具７は、一端がボンディングワイヤ１２及び基板１３を介してセンサ部６に電気的に接続され、他端が筒内圧センサ１の外側の空間に露出した状態で配置される。センサ部６が出力した圧力信号は、例えば端子金具７を介して筒内圧センサ１の外部に出力される。

図２に示すように、筒内圧センサ１は、更に信号処理回路４０を備えている。筒内圧センサ１は、入力端子Ｔｉから供給された電力をセンサ部６に供給し、センサ部６から出力された圧力信号を信号処理回路４０で処理した後、出力端子Ｔｏから出力する。

センサ部６の一端は、導電路３１に電気的に接続されている。導電路３１は、駆動回路４１から出力電流が供給される導電路である。図２の例では、導電路３１と同電位となる部分がセンサ部６の一端とされている。センサ部６の他端は、導電路３２を介して基準導電路９０に電気的に接続されている。図２の例では、導電路３２と同電位となる部分がセンサ部６の他端とされている。

センサ部６は、第１抵抗体２１と第２抵抗体２２とが直列に接続される第１直列部２５と、第３抵抗体２３と第４抵抗体２４とが直列に接続される第２直列部２６と、を具備する。センサ部６は、第１直列部２５及び第２直列部２６が上記「センサ部６の一端」と上記「センサ部６の他端」との間に並列に接続されたブリッジ回路２７を有する。なお、第１直列部２５と第２直列部２６とは、別々のシリコン基板上に形成されていてもよいし、同一のシリコン基板上に形成されていてもよい。

第１抵抗体２１及び第３抵抗体２３はいずれも上記「センサ部６の一端」の側に接続され、第１抵抗体２１及び第３抵抗体２３の一方側の端部は導電路３１と同電位とされる。第２抵抗体２２及び第４抵抗体２４はいずれも上記「センサ部６の他端」の側に接続され、第２抵抗体２２及び第４抵抗体２４の他方側の端部は導電路３２と同電位とされる。第１抵抗体２１及び第４抵抗体２４は、圧力を受けた場合に素子抵抗値が減少するＮ型素子（例えばＮ型ピエゾ抵抗素子）である。従って、圧力導入孔１０内の圧力が大きくなるほど、第１抵抗体２１及び第４抵抗体２４の抵抗値は減少する。第２抵抗体２２及び第３抵抗体２３は、圧力を受けた場合に素子抵抗値が増加するＰ型素子（例えばＰ型ピエゾ抵抗素子）である。従って、圧力導入孔１０内の圧力が大きくなるほど、第２抵抗体２２及び第３抵抗体２３の抵抗値は増加する。第１抵抗体２１及び第４抵抗体２４は、例えば、ダイヤフラム１１が基準形状のときに互いに同じ抵抗値となる。第２抵抗体２２及び第３抵抗体２３は、例えば、ダイヤフラム１１が基準形状のときに互いに同じ抵抗値となる。ダイヤフラム１１は、例えば圧力導入孔１０内の圧力が標準気圧のときに基準形状となる。

センサ部６は、第１抵抗体２１と第２抵抗体２２との間の第１電位と、第３抵抗体２３と第４抵抗体２４との間の第２電位と、の電位差に応じた圧力信号を生成して出力する。圧力信号は、可変増幅部４３の非反転入力端子４３Ａと反転入力端子４３Ｂとに入力される電圧信号であり、非反転入力端子４３Ａと反転入力端子４３Ｂとの間に印加される電圧が圧力信号の一例に相当する。図２のように、第１抵抗体２１と第２抵抗体２２との間に介在する導電路の電位が、第１電位として可変増幅部４３の非反転入力端子４３Ａに入力される。更に、第３抵抗体２３と第４抵抗体２４との間に介在する導電路の電位が、第２電位として可変増幅部４３の反転入力端子４３Ｂに入力される。

信号処理回路４０は、筒内圧センサ１のセンサ部６と電気的に接続され、センサ部６から出力された圧力信号が入力される回路である。信号処理回路４０は、駆動回路４１、検出部４２、可変増幅部４３、フィルタ回路４５、及び出力回路４６を備える。

駆動回路４１は、入力端子Ｔｉとセンサ部６との間に配置されており、入力端子Ｔｉから供給される電力に基づき、センサ部６に対して駆動用の電力を供給する。駆動回路４１は、例えば公知の定電流回路によって構成されており、導電路３１に対して予め決められた一定値の定電流（以下、一定電流という）を流す。従って、センサ部６の一端から他端には、一定電流が流れる。
また、一定電流は製品出荷検査などの時に導電路３１と基準導電路９０の電位差が所定温度にしたときに所定電圧になるような電流に調整される。センサ部６に流れる一定電流値は予めＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリなどに記憶される。

検出部４２は、例えばセンサ部６を構成する抵抗体に発生する電圧値を測定するセンサ電圧測定回路として構成されている。検出部４２は、具体的には、上述した「センサ部６の一端」と「センサ部６の他端」との間の合成抵抗値に応じた電圧値を「センサ部６の電圧値」として検出する。センサ部６の電圧値は、より詳しくは、導電路３１の電位と基準導電路９０の電位との電位差である。

センサ部６を構成する抵抗体（第１抵抗体２１、第２抵抗体２２、第３抵抗体２３、第４抵抗体２４）は、温度依存性があり、第１抵抗体２１、第２抵抗体２２、第３抵抗体２３、第４抵抗体２４の各々の抵抗値は温度に応じた値となる。ゆえに、「センサ部６の電圧値」も温度に応じた値となる。

検出部４２は、センサ部６の一端側に接続されており、「センサ部６の電圧値」を測定する。検出部４２の入力線４２Ａは、導電路３１及びセンサ部６の一端に電気的に接続されている。センサ部６に流れる電流はセンサ個体毎に調整された一定電流であり、検出部４２が測定する電圧値はブリッジ回路２７の合成抵抗のばらつきに依存せず、合成抵抗の温度特性のみに従って変化するため、「センサ部６の電圧値」はセンサ部６の抵抗変化率を示す信号として圧力感度の補正に使用することができる。検出部４２は、センサ部６の電圧値を示す信号を可変増幅部４３に与える。検出部４２から可変増幅部４３に与えられる信号は、センサ部６の電圧値を特定し得る信号であればよく、デジタル信号であってもよく、アナログ信号であってもよい。

可変増幅部４３は、例えば差動増幅回路として構成されている。可変増幅部４３の非反転入力端子４３Ａは、第１抵抗体２１と第２抵抗体２２との間に電気的に接続されており、第１抵抗体２１と第２抵抗体２２との間の導電路の電位Ｖ１を示す電圧信号が入力される。可変増幅部４３の反転入力端子４３Ｂは、第３抵抗体２３と第４抵抗体２４との間に電気的に接続されており、第３抵抗体２３と第４抵抗体２４との間の電位Ｖ２を示す電圧信号が入力される。つまり、非反転入力端子４３Ａと反転入力端子４３Ｂとの間の電位差Ｖ１－Ｖ２が可変増幅部４３に入力される入力電圧Ｖｉｎである。そして、この入力電圧Ｖｉｎが、センサ部６が出力する圧力信号の一例に相当する。

さらに、可変増幅部４３は、例えば検出部４２で検出された電圧値に基づいて増幅率を設定し、圧力信号を増幅した増幅信号を生成する感度補正回路として構成されている。可変増幅部４３は、補正開始条件が成立した場合に、検出部４２から与えられた信号に基づき、センサ部６の電圧値に応じて増幅率を設定する。補正開始条件は、可変増幅部４３が検出部４２からセンサ部６の電圧値を示す信号を受信したことであってもよく、その他の条件であってもよい。可変増幅部４３は、アナログ演算を行い得る回路であってもよく、デジタル演算を行い得る回路であってもよく、両演算を行い得る回路であってもよい。

可変増幅部４３は、例えば検出部４２で検出された「センサ部６の電圧値」に基づいて、増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ）を算出する。具体的には、可変増幅部４３は、センサ部６の電圧値を変数として増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ）を求めるための演算式を予め記憶しておき、検出部４２から与えられた上記電圧値をこの演算式に代入することで増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ）を求める。そして、可変増幅部４３は、センサ部６が出力する上記圧力信号（入力電圧Ｖｉｎ）を、増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ）で増幅した増幅信号Ｇ（Ｖｂｒｇ）×Ｖｉｎを生成する。なお、ここでは、増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ）を演算式で求める例が説明されたが、可変増幅部４３は、センサ部６の各電圧値と各増幅率とを対応付けたテーブルが予め記憶され、検出部４２で検出された電圧値に対応する増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ）がテーブルから求められる構成であってもよい。

可変増幅部４３から出力された増幅信号Ｇ（Ｖｂｒｇ）×Ｖｉｎは、フィルタ回路４５及び出力回路４６を介して出力端子Ｔｏに出力される。

フィルタ回路４５は、例えばローパスフィルタであり、ＲＣ回路等のアナログフィルタであってもよいし、ＦＩＲ（finite impulse response）等のデジタルフィルタであってもよい。フィルタ回路４５は、可変増幅部４３から与えられる増幅信号Ｇ（Ｖｂｒｇ）×Ｖｉｎにおいて高周波成分を減衰させ、減衰後の信号を出力する。

出力回路４６は、フィルタ回路４５を経由した補正後の増幅信号（具体的には、フィルタ回路４５によって高周波成分の減衰がなされた補正後の増幅信号）を、安定的に外部に出力するための回路である。なお、本構成では、信号処理回路４０の動作中には、補正後の増幅信号がフィルタ回路４５及び出力回路４６を介して出力端子Ｔｏから継続的に出力されるようになっている。

１－２．信号処理
次の説明は信号処理回路４０による信号処理に関する。
信号処理回路４０においてセンサ部６を構成する複数の抵抗体は、圧力を受けたときの抵抗値の変化量がばらつく可能性がある。具体的には、センサ部６に加わる圧力が大きく上昇したとき、第１抵抗体２１及び第４抵抗体２４の抵抗値の変化量が－ΔＲＡとなり、第２抵抗体２２及び第３抵抗体２３の抵抗値の変化量がΔＲＢとなり、ΔＲＡとΔＲＢとが異なる場合も想定される。そして、このようなばらつきの度合いは、センサ部６に加わる圧力の大きさによって変わり得る。このようなばらつきが生じると、ブリッジ回路２７の合成抵抗値がばらつきに起因して変化してしまうため、信号処理回路４０は、センサ部６温度を正確に検知することができず、圧力感度の温度補正を適切に行えなくなる。そこで、信号処理回路４０は、以下のように構成される。

信号処理回路４０は、所定の開始条件が成立した場合に信号処理を行う。信号処理は、センサ部６が検出した圧力信号を増幅して出力する処理であり、且つ、圧力信号の増幅にあたってセンサ部６の温度特性の影響を抑制するように補正する処理である。所定の開始条件の成立は、例えば、「自動車における不図示の始動スイッチ（例えばイグニッションスイッチ）がＯＮ状態に切り替わったこと」であってもよく、「特定装置の動作が開始したこと」であってもよく、「その他の条件が成立したこと」であってもよい。信号処理回路４０は、上記開始条件が成立した場合、上記信号処理を繰り返し行う。

信号処理回路４０では、可変増幅部４３が図３で例示されるフローチャートの流れに沿って信号処理を行う。なお、図３で示される信号処理は、ステップＳ１２の後、又はステップＳ１０でＮｏとなる場合に終了するが、終了後、即座に開始するように繰り返される処理である。

可変増幅部４３は、図３の信号処理を開始した後、ステップＳ１０において対象期間となったか否かを判定する。可変増幅部４３は、ステップＳ１０の判定を行うにあたり、排気行程の期間を対象期間としてもよく、吸気行程の期間を対象期間としてもよく、吸気行程及び排気行程の期間を対象期間としてもよい。なお、以下で説明される代表例では、「吸気行程及び排気行程の期間」が対象期間とされる。図４では、この代表例の対象期間（吸気行程及び排気行程の期間）がＴＭとして示される。

図４のように、筒内圧センサ１が適用される内燃機関は、燃焼行程の後に排気行程となり、排気行程の後に吸気行程となり、吸気行程の後に圧縮行程となる。信号処理回路４０は、例えば別の制御装置（例えばエンジンの動作を制御するＥＣＵ（Engine Control Unit））から排気行程又は吸気行程であることを示す信号を受け取り、この信号に基づいて対象期間となったか否かの判定（即ち、排気行程又は吸気行程であるか否かの判定）を行う。この信号は、排気行程又は吸気行程の期間中に継続的に出力される信号であってもよいし、排気行程又は吸気行程の開始時あるいは排気行程又は吸気行程における所定のタイミングで一時的に出力される信号であってもよい。

可変増幅部４３は、図３の信号処理を開始した後、ステップＳ１０において上記対象期間ＴＭになったと判定した場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、上記対象期間ＴＭ中に検出部４２が検出したセンサ部６の電圧値を取得する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１での電圧値の取得方法は、例えば、検出部４２が上記対象期間になったことを検知した後に当該対象期間中に出力する電圧値を取得するようにしてもよい。或いは、対象期間ＴＭ中のセンサ部６の電圧値を検出部４２が確実に出力するタイミングで当該電圧値を取得してもよい。

可変増幅部４３は、ステップＳ１１の後、ステップＳ１１で取得した電圧値に基づいて増幅率を設定する（ステップＳ１２）。このように、本構成では、検出部４２は、「可変増幅部４３で用いる電圧値」を上記対象期間ＴＭのみにおいて検出し、可変増幅部４３は、この電圧値（対象期間ＴＭ中に検出部４２が検出した電圧値）に基づいて増幅率を設定するようになっている。つまり、検出部４２は、「可変増幅部４３で用いる電圧値」を上記４行程のうちの吸気行程及び排気行程のみにおいて検出し、可変増幅部４３は、吸気行程及び排気行程のみで検出された電圧値に基づいて増幅率を設定するようになっている。検出部４２が検出した電圧値に基づいて増幅率を設定する演算方法は、上述の方法が採用される。

可変増幅部４３は、ステップＳ１２の後、ステップＳ１２で取得した増幅率に基づいて、圧力信号を増幅した増幅信号を生成する（ステップＳ１３）。

代表例では、可変増幅部４３は、対象期間ＴＭとなる毎にステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３の処理を実行する。具体的には、上述の４行程が行われる各周期の各対象期間において、「電圧値の検出」及び「同一の対象期間に検出された電圧値を用いた増幅率の設定」がいずれも行われる。なお、本明細書では、燃焼行程の開始時点から圧縮行程の終了時点までが１周期である。可変増幅部４３は、ステップＳ１０においてＹｅｓと判定してからステップＳ１３において増幅信号を生成するまでの時間を、上記１周期よりも十分短い時間とし、ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３の処理を対象期間ＴＭ内に完了させる。

上述した信号処理回路４０は、例えば以下のような効果を生じさせる。
信号処理回路４０は、センサ部６の電圧値に基づいて増幅率を設定することができるため、センサ部６の温度を反映して圧力感度を温度補正することができる。しかも、圧力感度の補正には、内燃機関の４行程のうちの吸気行程及び排気行程のみにおいて検出された電圧値を用いることができる。つまり、可変増幅部４３は、筒内圧が相対的に低く安定した状態で検出された電圧値に基づいて増幅率を設定することができる。ゆえに、圧力感度の温度補正をより高精度に行うことができる。

信号処理回路４０では、第１抵抗体２１及び第４抵抗体２４がＮ型素子であるため、センサ部６に対する圧力が大きくなった場合に第１抵抗体２１及び第４抵抗体２４の抵抗値は減少する。一方、第２抵抗体２２及び第３抵抗体２３はＰ型素子であるため、センサ部６に対する圧力が小さくなった場合に第２抵抗体２２及び第３抵抗体２３の抵抗値は増加する。つまり、信号処理回路４０は、センサ部６に対する圧力が増大した場合に、抵抗値が減少する部分と増加する部分とが生じ、抵抗値の変化量がばらつきやすい。しかし、信号処理回路４０は、このように抵抗値の変化量がばらつきやすい構成であっても、筒内圧が相対的に低く安定した状態で検出された電圧値に基づいて増幅率を設定することができるため、圧力感度の温度補正をより高精度に行い得る。

信号処理回路４０は、電圧値の検出だけでなく、増幅信号の生成についても吸気行程及び排気行程のみにおいて行うことができ、圧縮行程又は燃焼行程の途中で圧力値が補正されることを回避することができる。

２．第２実施形態
次の説明は第２実施形態に関する。
第１実施形態の信号処理回路４０は、対象期間であることを特定し得る信号を別の制御装置から受け取り可能に構成され、この信号に基づいて対象期間であるか否かを判定する構成であった。しかし、第２実施形態の信号処理回路４０は、自身で対象期間であるか否かを判定する。なお、第２実施形態の信号処理回路４０が用いられる筒内圧センサ１は、信号処理回路４０以外は第１実施形態の信号処理回路４０が用いられる筒内圧センサ１（図１、図２等）と同一である。また、第２実施形態の信号処理回路４０は、対象期間となったか否かを判定する方法のみが第１実施形態の信号処理回路４０と異なり、その他の点は第１実施形態の信号処理回路４０と同一である。例えば、第２実施形態の信号処理回路４０は、図２の構成や図３の処理の流れは第１実施形態の信号処理回路４０と同一であり、ステップＳ１０の具体的判定方法のみが第１実施形態と異なる。

第２実施形態の信号処理回路４０も、図２のような構成をなし、可変増幅部４３が図３のような流れで信号処理を行う。そして、この信号処理回路４０でも、可変増幅部４３はステップＳ１０において対象期間（吸気行程及び排気行程の期間）となったか否かを判定する。

可変増幅部４３は、図３のステップＳ１０の判定を行うにあたり、各周期において、筒内圧（具体的にはセンサ部６が検出する圧力）がピークとなった後、筒内圧が閾値圧力Ｐｔｈ以下となってから次に閾値圧力Ｐｔｈを超えるまでの期間ＴＡを算出する。図５には、期間ＴＡが概念的に示される。可変増幅部４３は、期間ＴＡを算出した後、この期間ＴＡに係数αを乗じた期間ＴＢを算出する。期間ＴＢは、期間ＴＡを算出した周期（期間ＴＡを算出する対象の周期）の次の周期の対象期間を決定するための値であり、ＴＢは、ＴＢ＝ＴＡ×αである。係数αは、筒内圧が閾値圧力Ｐｔｈ以下となってからＴＡ×αの期間が経過したときに吸気行程又は排気行程となるように設定された係数である。係数αは、例えば２分の１など特定の値に固定してもよいし、エンジンの回転数等に応じて調整されるようにしてもよい。

図５のように、信号処理回路４０は、上記期間ＴＡの後、次に筒内圧がピークとなった後に筒内圧が閾値圧力Ｐｔｈ以下となった場合、筒内圧が閾値圧力Ｐｔｈ以下となった時点から期間ＴＢが経過したか否かを判定する。つまり、この例では、筒内圧がピークとなった後に閾値圧力Ｐｔｈ以下となった時点から期間ＴＢが経過したタイミングが対象期間（排気行程及び吸気行程のいずれか）であると確定できるタイミングである。そして、このタイミングから所定期間（例えば、ＴＡ×βの期間）の間が対象期間である。第２実施形態の信号処理回路４０では、可変増幅部４３が、各周期で実行されるステップＳ１０（図３）においてこのような判定（筒内圧がピークとなった後に閾値圧力Ｐｔｈとなった時点から期間ＴＢが経過したか否かの判定）を行う。そして、可変増幅部４３は、ステップＳ１０において「筒内圧がピークとなった後に閾値圧力Ｐｔｈ以下となった時点から期間ＴＢが経過した」と判定した場合には、ステップＳ１１以降の処理を行う。

なお、第２実施形態の信号処理回路４０も、ステップＳ１０において対象期間となったと判定した後は、第１実施形態の信号処理回路４０と同様にステップＳ１１、Ｓ１２の処理を行う。

第２実施形態の信号処理回路４０は、別の制御装置から吸気行程又は排気行程であることを示す信号を受け取ることなく、吸気行程又は排気行程であるか否かを判定することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上述した実施形態や後述する実施形態の様々な特徴は、矛盾しない組み合わせであればどのように組み合わされてもよい。

第１、第２実施形態の代表例では、「吸気行程及び排気行程の期間」が対象期間であるが、吸気行程の期間のみが対象期間であってもよく、排気行程の期間のみが対象期間であってもよい。

第１、第２実施形態の信号処理回路は、センサ部６がフルブリッジ回路であるが、複数の抵抗体で構成されるものであればフルブリッジ回路でなくてもよい。また、圧力検出用の抵抗体と温度検出用の抵抗体が別々の抵抗体であってもよい。

第１、第２実施形態の信号処理回路は、ブリッジ回路２７全体の電圧値に基づいて増幅率が設定される構成であるが、センサ部６の温度を示す情報に基づいて増幅率が設定される構成であればよい。例えば、信号処理回路は、センサ部６の一部の抵抗体の電圧値に基づいて増幅率が設定される構成であってもよい。

第１、第２実施形態の信号処理回路は、可変増幅部４３が４行程のうちの吸気行程及び排気行程のときのみに増幅率の設定を行う構成であるが、燃焼行程又は排気行程のときに増幅率の設定を行う構成であってもよい。

第１実施形態及び第２実施形態の信号処理回路は、電圧値の検出及び増幅率の設定が周期毎に行われる構成であるが、周期毎に行われなくてもよい。例えば、信号処理回路は、電圧値の検出及び増幅率の設定のいずれか又は両方を複数周期毎に行う構成であってもよい。

筒内圧センサ１が取り付けられる内燃機関は、ディーゼルエンジンであってもよいし、ガソリンエンジンであってもよい。

第１実施形態及び第２実施形態の信号処理回路は、センサ部６に供給される電流の値が一定であるが、センサ部６に印加される電圧の値（具体的には、導電路３１，３２の間の電圧）が一定となる構成であってもよい。この場合、一定とされる電圧値が予めＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリに記憶されていればよい。この場合、信号処理回路４０は、例えばセンサ部６へと流れる電流の値を検出することでセンサ部６の抵抗変化値を検出することができる。

第１実施形態及び第２実施形態の信号処理回路は、センサ部６に供給される電流の値が予め記憶される構成であるが、センサ部６に供給される電流の値を電流検出回路によって検出する構成であってもよく、他の方法で取得する構成であってもよい。

第１実施形態及び第２実施形態の信号処理回路は、センサ部６の電圧値に基づいて増幅率を設定する構成であるが、センサ部６に流れる電流に基づいて増幅率を設定する構成であってもよい。この場合、可変増幅部４３はセンサ部６が出力する上記圧力信号（入力電圧Ｖｉｎ）を、ブリッジ回路２７に流れる電流値Ｉｂｒｇに基づいて設定される増幅率Ｇ（Ｉｂｒｇ）で増幅した増幅信号Ｇ（Ｉｂｒｇ）×Ｖｉｎを生成する。

増幅率Ｇ（Ｉｂｒｇ）を算出する方法としては、センサ部６の電流値を変数として増幅率Ｇ（Ｉｂｒｇ）を求めるための演算式を予め記憶しておき、検出部４２から与えられた電流値をこの演算式に代入することで増幅率Ｇ（Ｉｂｒｇ）を求める構成であってもよく、又はセンサ部６の各電流値と各増幅率とを対応付けたテーブルが予め記憶され、検出部４２で検出された電流値に対応する増幅率Ｇ（Ｉｂｒｇ）がテーブルから求められる構成であってもよい。

なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示された範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１…筒内圧センサ
６…センサ部
２１…第１抵抗体
２２…第２抵抗体
２３…第３抵抗体
２４…第４抵抗体
２５…第１直列部
２６…第２直列部
２７…ブリッジ回路
４０…信号処理回路
４２…検出部
４３…可変増幅部

Claims (4)

1. 複数の抵抗体を有し内燃機関の筒内に配置されるセンサ部を備えるとともに前記センサ部が前記筒内の圧力に応じた圧力信号を出力する筒内圧センサにおいて、前記圧力信号を処理する信号処理回路であって、
   前記センサ部へ一定電流を流した時に発生する電圧値、又は、前記センサ部へ一定電圧を印加した時に流れる電流値を検出する検出部と、
   前記検出部で検出した前記電圧値又は前記電流値に基づいて増幅率を設定し、前記センサ部が出力する前記圧力信号を前記増幅率で増幅した増幅信号を生成する可変増幅部と、
   を備え、
   前記検出部は、前記内燃機関の吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の４行程のうちの前記吸気行程及び前記排気行程のみにおいて、前記電流値又は前記電圧値を検出する
   筒内圧センサの信号処理回路。
2. 前記センサ部は、
   第１抵抗体と第２抵抗体とが直列に接続される第１直列部と、第３抵抗体と第４抵抗体とが直列に接続される第２直列部と、を具備するとともに、前記第１直列部及び前記第２直列部が一端と他端との間に並列に接続されたブリッジ回路を有し、
   前記第１抵抗体及び前記第３抵抗体が前記一端側に接続され、
   前記第２抵抗体及び前記第４抵抗体が前記他端側に接続され、
   前記第１抵抗体及び前記第４抵抗体は、圧力を受けた場合に素子抵抗値が減少するＮ型素子であり、
   前記第２抵抗体及び前記第３抵抗体は、圧力を受けた場合に素子抵抗値が増加するＰ型素子であり、
   前記第１抵抗体と前記第２抵抗体との間の第１電位と、前記第３抵抗体と前記第４抵抗体との間の第２電位と、の電位差に応じた前記圧力信号を生成し、
   前記検出部は、前記センサ部における前記一端と前記他端との間の合成抵抗値に応じた電圧値又は電流値を検出する
   請求項１に記載の筒内圧センサの信号処理回路。
3. 前記可変増幅部は、前記４行程のうちの前記吸気行程及び前記排気行程のみにおいて前記増幅信号を生成する
   請求項１又は請求項２に記載の筒内圧センサの信号処理回路。
4. 前記一定電流は、所定温度にしたときに所定電圧となる電流にて調整されてなる、又は前記一定電圧は、所定温度にしたときに所定電流となる電圧にて調整されてなる請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の筒内圧センサの信号処理回路。

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