JP2022039442A - 筒内圧センサの信号処理回路 - Google Patents

Abstract

【課題】筒内圧センサにおいてセンサ部から故障検出回路における判定部への入力路でのオープン故障の検出を好適に行う。【解決手段】筒内圧センサ１の信号処理回路４０は、出力回路４６と、タイミング検出部６１と、判定部６２とを備える。筒内圧センサ１の信号処理回路４０は、タイミング検出部６１によって筒内の圧力が所定の低圧力状態であるタイミングが検出された場合に、出力回路４６は直前又は直後に入力された入力値での出力を所定期間保持し、所定期間において判定部６２が判定処理を行う。【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、車両における燃料噴射装置の燃料圧等の圧力を測定する圧力センサが開示されている。この圧力センサは、圧力検出用回路としてのブリッジ回路と、ブリッジ回路の中点Ｂ，Ｃの電位差を増幅する増幅回路と、増幅回路が増幅した信号を調整する調整回路とを備えている。調整回路で調整された信号はセンサ出力Ｖｏｕｔとして出力される。このセンサ出力Ｖｏｕｔによって、燃料圧等の圧力が測定される。また、この圧力センサは、ブリッジ回路から出力された電圧信号に基づいてブリッジ回路の故障を判定する故障判定回路を備えている。

特開２００１－２０１４１３号公報

上記圧力センサにおいて、ブリッジ回路と故障判定回路とを接続する導電路がオープン状態となるオープン故障を検出する場合、オープン故障発生時に上記導電路の電圧が不安定となるのを回避する必要がある。この回避策としては、上記導電路にプルダウン抵抗又はプルアップ抵抗をつなぐという方策がある。但し、この構成においては、圧力検出精度の低下を抑えるために、プルダウン抵抗又はプルアップ抵抗の抵抗値をブリッジ回路の抵抗値に対して十分大きくする必要があるものの、大きい抵抗値とするとプルダウン抵抗又はプルアップ抵抗のサイズも大きくなってしまうという事情がある。そこで、プルダウン抵抗又はプルアップ抵抗を小型化するためにプルダウン抵抗又はプルアップ抵抗にスイッチング素子を接続し、ブリッジ回路の故障を判定する際にはスイッチング素子をオフ状態にしてブリッジ回路からの電圧信号を故障判定回路に入力させ、オープン故障を判定する際にはスイッチング素子をオン状態にして上記導電路をプルダウン又はプルアップさせることが考えられる。しかし、スイッチング素子をオン状態にしている間はブリッジ回路からの電圧信号が変化しやすい。そこで、スイッチング素子をオン状態とする際には、センサ出力Ｖｏｕｔをオン状態とする直前又は直後の出力値にホールドすることが考えられるが、ホールドした出力値は、時間の経過に伴い、実際の圧力値と乖離するおそれがある。

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、センサ部から故障検出回路における判定部への入力路でのオープン故障の検出を好適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、
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、
入力路と基準導電路との間に直列に接続されたスイッチング素子及び抵抗体と、
前記スイッチング素子をオン状態とし、前記入力路の電圧が閾値を超えたか否かを判定する判定処理を行う判定部と、
前記筒内の圧力が所定の低圧力状態であるタイミングを検出するタイミング検出部と、
前記圧力信号に基づく入力値が入力され、前記入力値を外部に出力する出力回路と、
を備え、
前記タイミング検出部によって前記筒内の圧力が前記所定の低圧力状態であるタイミングが検出された場合に、前記出力回路は直前又は直後に入力された前記入力値での出力を所定期間保持し、前記所定期間において前記判定部が前記判定処理を行う。

上記信号処理回路は、スイッチング素子をオン状態とすることで、抵抗体を挟んだ状態で入力路と基準導電路とを接続し、入力路をプルダウン又はプルアップさせることができる。そして、この信号処理回路は、プルダウン又はプルアップさせた状態で、入力路の電圧が閾値を超えたか否かを判定する判定処理を行うことで、入力路でのオープン故障を検出することができる。
また、この信号処理回路は、スイッチング素子をオフ状態とすることで、入力路と基準導電路とを非接続にすることができる。このため、プルダウン又はプルアップするために抵抗値が大きい抵抗体を採用する必要がないため、抵抗体のサイズを小さく抑えることができる。
更に、この信号処理回路は、筒内の圧力が変動しにくい低圧力状態であるタイミングが検出された場合に、直前又は直後に入力された入力値での出力を所定期間保持し、この所定期間において上記判定処理を行う構成としている。このため、出力値を保持している間も、出力値と実際の圧力値との乖離が生じにくい。したがって、この信号処理回路は、出力値と実際の圧力値との乖離を抑えつつ、入力路におけるオープン故障を検出することができる。

上記所定期間は、タイミング検出部によって筒内の圧力が所定の低圧力状態であるタイミングの期間にて終了するようにしてもよい。

この構成によれば、判定処理がシステム側の圧力検出に必要となる燃焼行程中まで行われることがないため、ホールドによる回路出力と実際の圧力との乖離が発生しなくなる。

上記タイミング検出部は、燃焼波形周期にて特定された第１時間に基づくタイミングにより所定の低圧力状態となるタイミングを決定するようにしてもよい。

燃焼波形周期を基にリアルタイムでタイミングを決定するため、エンジンの回転数(＝燃焼波形周期)が変わっても、常に低圧力状態となるタイミングをとらえることができ、燃焼行程及び膨張行程中に出力ホールドによる波形歪みは発生しない。また筒内圧センサ単体でタイミングを決定できるため、外部から低圧力状態を示す信号を受信する必要がない。

上記判定部は、上記第１時間が特定される前に所定時間を超えた場合に故障の有無を判定するようにしてもよい。

この構成によれば、圧力値が閾値圧力を上回らず（又は下回らず）に第１時間が設定できない結果、低圧力状態を判定できないケースでも故障を判定することができる。

本発明によれば、筒内圧センサにおいてブリッジ回路から故障検出回路における判定部への入力路でのオープン故障の検出を好適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な構成を概念的に例示するブロック図である。 図３は、第１実施形態の故障検出回路の電気的な構成を概念的に例示するブロック図である。 図４は、第３導電路及び第４導電路でオープン故障が生じていない場合における筒内の圧力を示す信号の波形の一例である。 図５は、第３導電路又は第４導電路でオープン故障が生じた場合における筒内の圧力を示す信号の波形の一例である。 図６は、第３導電路又は第４導電路でオープン故障が生じて圧力のピークが閾値圧力を超えない場合における筒内の圧力を示す信号の波形の一例である。 図７（Ａ）は、非オープン時にオープン故障を判定したときの入力路の電圧波形の一例である。図７（Ｂ）は、オープン時にオープン故障を判定したときの入力路の電圧波形の一例である。 図８は、第１実施形態の故障検出回路が行う故障検出処理の流れを例示するフローチャートである。

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の抵抗値（ブリッジ回路２７の合成抵抗）は、例えば数ｋΩ程度に設定されている。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と、出力端子Ｔｏと、グランド端子Ｔｇと、グランド端子Ｔｇに電気的に接続されるグランドライン９０と、入力端子Ｔｉに電気的に接続される電源供給ライン９１とを備える。入力端子Ｔｉには、グランド端子Ｔｇ（グランドライン９０）の電位を基準とした電源電圧が印加される。筒内圧センサ１は、入力端子Ｔｉから供給された電力を、電源供給ライン９１を介してセンサ部６に供給する。また、筒内圧センサ１は、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。なお、本実施形態では、グランドライン９０が基準導電路の一例に相当する。

センサ部６の一端は、入力側導電路３１に電気的に接続されている。入力側導電路３１は、駆動部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、入力側導電路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の他端は、導電路３２を介してグランドライン９０に電気的に接続されている。

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。即ち、ブリッジ回路２７は、入力側導電路３１とグランドライン９０との間に並列に接続される。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の一方側の端部は入力側導電路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との間に介在する第１導電路５１の電圧（より具体的には、第１導電路５１の電位とグランドライン９０の電位との電位差）を示す電圧信号、及び第３抵抗体２３と第４抵抗体２４との間に介在する第２導電路５２の電圧（より具体的には、第２導電路５２の電位とグランドライン９０の電位との電位差）を示す電圧信号を、筒内の圧力に応じた圧力信号として出力する。圧力信号は、増幅部４３の第１端子４３Ａと第２端子４３Ｂとに入力される。即ち、図２のように、第１抵抗体２１と第２抵抗体２２との間に介在する第１導電路５１の電圧が増幅部４３の第１端子４３Ａに入力され、第３抵抗体２３と第４抵抗体２４との間に介在する第２導電路５２の電圧が増幅部４３の第２端子４３Ｂに入力される。

１－２．信号処理回路の構成
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、駆動部４１、増幅部４３、出力回路４６、及び故障検出回路４７を備える。駆動部４１、増幅部４３、出力回路４６、及び故障検出回路４７の各々は、入力端子Ｔｉ（電源供給ライン９１）とグランド端子Ｔｇ（グランドライン９０）とに電気的に接続されている。

駆動部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。駆動部４１は、例えば公知の定電流回路によって構成されており、入力側導電路３１に対して予め決められた一定値の定電流を流す。従って、センサ部６の一端から他端には、一定値の定電流が流れる。なお、駆動部４１は、定電流回路でなくてもよく、例えば入力側導電路３１に対して電圧値が一定の電流を流す定電圧回路であってもよい。

増幅部４３は、例えば差動増幅回路を備えて構成されている。増幅部４３は、センサ部６から入力された圧力信号を所定の増幅率で増幅し得る。増幅部４３の第１端子４３Ａは、第３導電路５３を介して第１抵抗体２１と第２抵抗体２２との間（即ち、第１導電路５１）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との間の第１導電路５１の電圧を示す第１信号が入力される。増幅部４３の第２端子４３Ｂは、第４導電路５４を介して第３抵抗体２３と第４抵抗体２４との間（即ち、第２導電路５２）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との間の第２導電路５２の電圧を示す第２信号が入力される。増幅部４３は、上記第１信号及び第２信号のうち少なくとも何れか一方の信号に基づき、筒内の圧力を示す信号を生成し、第５導電路５５を介して出力回路４６に向けて出力する。即ち、増幅部４３は、第１信号が入力されて第２信号が入力されない場合には、第１信号のみに基づいて筒内の圧力を示す信号を生成して出力する。また、増幅部４３は、第２信号が入力された第１信号が入力されない場合には、第２信号のみに基づいて筒内の圧力を示す信号を生成して出力する。また、増幅部４３は、第１信号及び第２信号が入力された場合には、第１信号及び第２信号に基づいて筒内の圧力を示す信号を生成して出力する。第１信号及び第２信号の両方に基づいて生成される信号は、第１信号の示す圧力値と第２信号の示す圧力値とを合算した圧力値を示す信号に相当する。

故障検出回路４７は、第１入力路５６及び第２入力路５７（以下、入力路５６，５７ともいう）を介してセンサ部６に電気的に接続されており、入力路５６，５７の電圧を検出しうる。第１入力路５６は、センサ部６側から分岐部分まで第３導電路５３と共通の導電路となっており、分岐部分から故障検出回路４７（より具体的には、後述する判定部６２）まで第３導電路５３とは別々の導電路となっている。第２入力路５７は、センサ部６側から分岐部分まで第４導電路５４と共通の導電路となっており、分岐部分から故障検出回路４７（より具体的には、後述する判定部６２）まで第４導電路５４とは別々の導電路となっている。故障検出回路４７は、入力路５６，５７の電圧に基づいて、センサ部６等の故障を検出しうる。故障検出回路４７は、故障を検出した場合、故障が生じたことを示す故障検出信号を出力回路４６に向けて出力する。

出力回路４６は、増幅部４３が生成した信号を、安定的に外部に出力するための回路である。本構成では、信号処理回路４０の動作中には、上記信号が出力回路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。出力回路４６は、増幅部４３が生成した信号を受信することで圧力信号に基づく入力値が入力され、この入力値を外部に出力しうる。出力回路４６は、出力値を所定期間保持（ホールド）することができ、故障検出回路４７（より具体的には、後述する判定部６２）からホールドの指示を受けると、直前又は直後に入力された入力値での出力を所定期間保持する。また、出力回路４６は、故障検出回路４７から故障検出信号が入力されると、故障検出信号を出力端子Ｔｏから出力する。

上述した故障検出回路４７について、図３を参照してより詳しく説明する。故障検出回路４７はＩＣ（Integrated Circuit）に搭載されて構成されている。上述した増幅部４３及び出力回路４６は、故障検出回路４７が搭載されるＩＣに搭載されていてもよいし、搭載されていなくてもよい。故障検出回路４７は、タイミング検出部６１及び判定部６２を備える。

判定部６２には、入力路５６，５７が電気的に接続されている。即ち、判定部６２は、入力路５６，５７を介してセンサ部６の出力側の端部に電気的に接続されており、入力路５６，５７の電圧を判定しうる。

入力路５６，５７の各々には、コンデンサ７０，７１が電気的に接続されている。コンデンサ７０，７１は、他端がグランドライン９０に電気的に接続されており、入力路５６，５７を流れる信号のノイズを除去し得る。コンデンサ７０，７１は、例えば故障検出回路４７が搭載されるＩＣの外側（即ち、故障検出回路４７が搭載されるＩＣの入力端子７２，７３よりも外側（センサ部６側））に設けられている。

第１入力路５６とグランドライン９０（基準導電路）との間には、第１スイッチング素子７４（スイッチング素子）及び第５抵抗体７５（抵抗体）が直列に接続されている。第１スイッチング素子７４及び第５抵抗体７５は、第１入力路５６におけるコンデンサ７０との接続部分よりも判定部６２側の部分に接続されている。図３の例では、第１スイッチング素子７４が第５抵抗体７５よりも第１入力路５６側に設けられているが、第５抵抗体７５が第１スイッチング素子７４よりも第１入力路５６側に設けられていてもよい。図３の例では、第１スイッチング素子７４及び第５抵抗体７５が、故障検出回路４７の搭載されるIC内に設けられる構成となっており、故障検出回路４７の一部として構成されている。即ち、第１スイッチング素子７４及び第５抵抗体７５は、第１入力路５６における入力端子７２よりも判定部６２側の部分に接続されている。第１スイッチング素子７４は、例えばＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）として構成されている。第１スイッチング素子７４は、判定部６２からの制御信号に応じて、オン状態とオフ状態とに切り替わる。第１スイッチング素子７４は、オン状態では、第５抵抗体７５を挟んで第１入力路５６とグランドライン９０とを接続し、第１入力路５６とグランドライン９０との間の電流の流れを許容する。また、第１スイッチング素子７４は、オフ状態では、第１入力路５６とグランドライン９０とを非接続とし、第１入力路５６とグランドライン９０との間の電流の流れを遮断する。第５抵抗体７５は、第１スイッチング素子７４がオン状態のとき、第１入力路５６をグランドライン９０に接続するプルダウン抵抗として機能する。

第２入力路５７とグランドライン９０（基準導電路）との間には、第２スイッチング素子７６（スイッチング素子）及び第６抵抗体７７（抵抗体）が直列に接続されている。第２スイッチング素子７６及び第６抵抗体７７は、第２入力路５７におけるコンデンサ７１との接続部分よりも判定部６２側の部分に接続されている。図３の例では、第２スイッチング素子７６が第６抵抗体７７よりも第２入力路５７側に設けられているが、第６抵抗体７７が第２スイッチング素子７６よりも第２入力路５７側に設けられていてもよい。図３の例では、第２スイッチング素子７６及び第６抵抗体７７が、故障検出回路４７の搭載されるIC内に設けられる構成となっており、故障検出回路４７の一部として構成されている。即ち、第２スイッチング素子７６及び第６抵抗体７７は、第２入力路５７における入力端子７３よりも判定部６２側の部分に接続されている。第２スイッチング素子７６は、例えばＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）として構成されている。第２スイッチング素子７６は、判定部６２からの制御信号に応じて、オン状態とオフ状態とに切り替わる。第２スイッチング素子７６は、オン状態では、第６抵抗体７７を挟んで第２入力路５７とグランドライン９０とを接続し、第２入力路５７とグランドライン９０との間の電流の流れを許容する。また、第２スイッチング素子７６は、オフ状態では、第２入力路５７とグランドライン９０とを非接続とし、第２入力路５７とグランドライン９０との間の電流の流れを遮断する。第６抵抗体７７は、第２スイッチング素子７６がオン状態のとき、第２入力路５７をグランドライン９０に接続するプルダウン抵抗として機能する。

タイミング検出部６１は、第５導電路５５と電気的に接続されており、第５導電路５５の電圧を検出しうる。即ち、タイミング検出部６１は、増幅部４３から出力された筒内の圧力を示す信号を取得しうる。タイミング検出部６１は、筒内の圧力を示す信号に基づいて、筒内の圧力が所定の低圧力状態であるタイミングを検出しうる。所定の低圧力状態は、例えば排気行程又は吸気行程を実行中の状態である。タイミング検出部６１は、低圧力状態であるタイミングを検出した場合、低圧力状態であることを示す信号を判定部６２に出力する。

ここで、図４を参照して、筒内の圧力が所定の低圧力状態であるタイミングを検出方法の一例を説明する。図４には、増幅部４３から出力される筒内の圧力を示す信号の波形が示されている。タイミング検出部６１は、各周期（燃焼波形周期）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（第１時間）を算出する。タイミング検出部６１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。

タイミング検出部６１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し、期間ＴＢを経過したときに所定の低圧力状態であると判定する。即ち、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が経過したときに、所定の低圧力状態であるタイミングが検出される。このようにしてタイミング検出部６１は、燃焼波形周期にて特定された期間ＴＡ（第１時間）に基づくタイミングにより所定の低圧力状態となるタイミングを決定することができる。このため、故障検出回路４７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。

また、センサ部６から増幅部４３に圧力信号が出力される第３導電路５３及び第４導電路５４のうち片方のみでオープン故障が生じた場合、増幅部４３から出力される筒内の圧力を示す信号の電圧値が概ね半分になる。例えば、図５に示す例では、タイミングＴ１からタイミングＴ２までは、第３導電路５３及び第４導電路５４のいずれでもオープン故障が発生していない。このため、増幅部４３は、第１導電路５１の電圧を示す第１信号及び第２導電路５２の電圧を示す第２信号の両方に基づき筒内の圧力を示す信号を生成して出力する。しかし、タイミングＴ２で、第３導電路５３及び第４導電路５４のうち何れか一方でオープン故障が発生すると、増幅部４３は、その後、第１信号及び第２信号のうち何れか一方の信号に基づき筒内の圧力を示す信号を生成して出力する。その結果、増幅部４３から出力される筒内の圧力を示す信号の電圧値が概ね半分になる。筒内の圧力を示す信号の電圧値が半分になった場合であっても、筒内圧のピークが閾値圧力Ｐｔｈを超えるのであれば、上述した方法と同様に低圧力状態であるタイミングが検出される。

但し、筒内圧のピークが閾値圧力Ｐｔｈを超えない場合も生じ得る。例えば、オフセットに過大ドリフトが発生した場合には、筒内圧のピークが閾値圧力Ｐｔｈを超えないおそれがある。図６には、マイナス側へドリフトした結果、筒内圧のピークが閾値圧力Ｐｔｈを超えない場合の電圧波形が例示されている。図６に示す例では、タイミングＴ１１からタイミングＴ１２までは、第３導電路５３及び第４導電路５４のいずれでもオープン故障が発生していない。このため、増幅部４３は、第１導電路５１の電圧を示す第１信号及び第２導電路５２の電圧を示す第２信号の両方に基づき筒内の圧力を示す信号を生成して出力する。しかし、タイミングＴ１２で、第３導電路５３及び第４導電路５４のうち何れか一方でオープン故障が発生すると、増幅部４３は、その後、第１信号及び第２信号のうち何れか一方の信号に基づき筒内の圧力を示す信号を生成して出力する。しかもマイナス側に過大ドリフトが発生した結果、その後の筒内圧のピークが閾値圧力Ｐｔｈを超えないようになっている。このため、タイミング検出部６１は、低圧力状態を検出することができない。そこで、タイミング検出部６１は、筒内圧が閾値圧力Ｐｔｈを下回ってから次に閾値圧力Ｐｔｈを超えるまでに（期間ＴＡが特定される前に）、筒内圧が閾値圧力Ｐｔｈを下回ってからの時間が所定時間ＴＣを超えたか否かを判定し、超えた場合に所定時間ＴＣを超えたことを示す信号を判定部６２に出力する。判定部６２は、所定時間ＴＣを超えたことを示す信号を受信すると後述の判定処理を行い、入力路５６，５７の電圧が閾値Ｖｔｈを超えたと判定すると、故障が生じたと判定する。判定部６２は、故障が生じたと判定した場合に、故障が生じたことを示す故障検出信号を出力回路４６に出力する。なお、所定時間ＴＣは、例えば予め決められた固定時間であり、燃焼サイクルの最大周期よりも大きく、燃焼サイクルの最大周期の２倍よりも小さい時間が設定される。

判定部６２は、スイッチング素子７４，７６をオン状態とし、入力路５６，５７の電圧がそれぞれ閾値Ｖｔｈを超えた（下回った）か否かを判定する判定処理を行う。これにより、判定部６２は、入力路５６，５７がオープン状態となるオープン故障が発生したか否かを判定する。判定部６２は、オープン故障を判定する際、第１スイッチング素子７４及び第２スイッチング素子７６（以下、スイッチング素子７４，７６ともいう）をオン状態とする。これにより、入力路５６，５７がオープン状態となっていた場合であっても、オープン状態となっている部分よりも判定部６２側でグランドライン９０に接続されていれば、判定部６２側の入力路５６，５７の電圧を安定させることができる。判定部６２は、スイッチング素子７４，７６をオン状態とした後、入力路５６，５７の電圧がそれぞれ閾値Ｖｔｈを超えた（下回った）か否かを判定する。そして、判定部６２は、第１入力路５６の電圧が閾値Ｖｔｈを超えた（下回った）場合に、第１入力路５６がオープン状態となるオープン故障が発生したと判定し、オープン故障が発生したことを示す故障検出信号を出力回路４６に出力する。また、判定部６２は、第２入力路５７の電圧が閾値Ｖｔｈを超えた（下回った）場合に、第２入力路５７がオープン状態となるオープン故障が発生したと判定し、オープン故障が発生したことを示す故障検出信号を出力回路４６に出力する。なお、故障検出信号には、オープン故障が生じた入力路を示す情報を含めるようにしてもよいし、含めないようにしてもよい。

例えば、図７（Ａ）に示すように、入力路５６，５７は、オープン故障が生じていない場合、スイッチング素子７４，７６をオン状態に切り替える前の状態において電圧値が閾値Ｖｔｈよりも大きい値となっている。そして、入力路５６，５７の電圧値は、スイッチング素子７４，７６がオン状態に切り替わると低下するものの、閾値Ｖｔｈよりも大きい値に維持される。つまり、入力路５６，５７の電圧値は、閾値Ｖｔｈを超えない。換言すると、第５抵抗体７５及び第６抵抗体７７の抵抗値は、オープン故障が生じていない場合に入力路５６，５７の電圧が閾値Ｖｔｈを超えない値（例えば１００ｋΩ程度）に設定されている。入力路５６，５７の電圧値は、オープン故障の判定が終了して、スイッチング素子７４，７６がオフ状態に戻されると、電圧値もオープン故障の判定前の値に戻る。したがって、判定部６２は、入力路５６，５７の電圧が閾値Ｖｔｈを超えていないと判定し、オープン故障が生じていないと判定する。

また、図７（Ｂ）に示すように、入力路５６，５７は、オープン故障が生じている場合、オープン故障が生じていない場合と同じく、スイッチング素子７４，７６をオン状態に切り替える前の状態において電圧値が閾値Ｖｔｈよりも大きい値となっている。しかし、スイッチング素子７４，７６がオン状態に切り替わると、入力路５６，５７の電圧値はグランドライン９０と同電位とされ、その結果、閾値Ｖｔｈを超える。換言すると、第５抵抗体７５及び第６抵抗体７７の抵抗値は、オープン故障が生じた場合に入力路５６，５７の電圧が閾値Ｖｔｈを超える値（例えば１００ｋΩ程度）に設定されている。したがって、判定部６２は、入力路５６，５７の電圧が閾値Ｖｔｈを超えたと判定し、オープン故障が生じたと判定する。判定部６２は、オープン故障が生じたと判定した場合に、オープン故障が生じたことを示す故障検出信号を出力回路４６に出力する。

ところで、オープン故障の判定中は、スイッチング素子７４，７６がオン状態に維持される。このとき、オープン故障が発生していないと、センサ部６から増幅部４３に圧力信号を出力する第３導電路５３及び第４導電路５４もグランドライン９０に接続されることとなる。このため、圧力信号の電圧値が低下してしまう。そこで、出力回路４６は、オープン故障を判定する所定期間が、判定処理の開始直前又は直後に入力された入力値での出力を保持（ホールド）するようにしている。しかし、出力をホールドしている間、実際の圧力値は変化しうるので、実際の圧力値と出力値との間に乖離が生じるおそれがある。特に、本構成のように入力路５６，５７にコンデンサ７０，７１が接続されている場合には、スイッチング素子７４，７６をオフ状態からオン状態に切り替えてから入力路５６，５７の電圧が下がるまでの時間が長めになり、また、スイッチング素子７４、７６をオン状態からオフ状態に切り替えてから入力路５６、５７の電圧がオープン故障判定前の電圧に戻るまでの時間も長くなる。そのため、出力を保持する時間が長くなり、より実際の圧力値と乖離しやすい。

そこで、判定部６２は、低圧力状態となった場合に（即ち、タイミング検出部６１から低圧力状態であることを示す信号を受信した場合に）、出力回路４６に対し直前又は直後に入力された入力値での出力を所定期間保持させ、この所定期間において上記判定処理を行うようにしている。この構成によれば、筒内の圧力が変動しにくい低圧力状態であるタイミングで出力値が所定期間保持され、この所定期間において判定処理が行われるので、出力値を保持している間も出力値と実際の圧力値との乖離が生じにくい。なお、上記所定期間は、例えば低圧力状態が終了するまでに終了する期間であることが好ましいが、低圧力状態が終了後に終了する構成としてもよい。

続いて、図８のフローチャートを参照して、判定部６２（故障検出回路４７）による故障検出処理について説明する。故障検出処理は、入力路５６，５７におけるオープン故障を検出する処理である。故障検出回路４７は、所定の開始条件が成立した場合に、故障検出処理を開始する。所定の開始条件は、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、「吸気行程又は排気行程となったこと」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。

判定部６２は、故障検出処理が開始されると、ステップＳ１０にて、スイッチング素子７４，７６をオフ状態とする。その後、判定部６２は、ステップＳ１１にて、筒内の圧力が所定の低圧力状態であるか否かを判定する。判定部６２は筒内の圧力が低圧力状態でないと判定した場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、ステップＳ１７にて、筒内の圧力が閾値圧力Ｐｔｈを下回ってからの時間が所定時間ＴＣを超えたか否かを判定する。判定部６２は、筒内の圧力が閾値圧力Ｐｔｈを下回ってからの時間が所定時間ＴＣを超えていないと判定した場合（ステップＳ１７：Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻る。即ち、判定部６２は、ステップＳ１１にて筒内の圧力が低圧力状態であると判定するか、ステップＳ１７にて筒内の圧力が閾値圧力Ｐｔｈを下回ってからの時間が所定時間ＴＣを超えたと判定するまで、ステップＳ１１及びステップＳ１７の処理を繰り返す。判定部６２は、筒内の圧力が低圧力状態であると判定した場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、又は筒内の圧力が閾値圧力Ｐｔｈを下回ってからの時間が所定時間ＴＣを超えた場合（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２にて出力回路４６に出力値のホールドを指示し、ステップＳ１３にてスイッチング素子７４，７６をオン状態とし、ステップＳ１４にて入力路５６，５７の電圧を検出する。その後、判定部６２は、ステップＳ１５にて入力路５６，５７の電圧が閾値Ｖｔｈを超えたか否かを判定し、入力路５６，５７の電圧が閾値Ｖｔｈを超えていた場合には（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、ステップＳ１６にて故障検出信号を出力回路４６に出力して、ステップＳ１０の処理に戻る。これに対し、判定部６２は、入力路５６，５７の電圧が閾値Ｖｔｈを超えていなかった場合には（ステップＳ１５：Ｎｏ）、故障検出信号を出力することなく、ステップＳ１０の処理に戻る。

１－３．効果
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。
上記信号処理回路４０は、スイッチング素子７４，７６をオン状態とすることで、抵抗体７５，７７を挟んだ状態で入力路５６，５７とグランドライン９０（基準導電路）とを接続し、入力路５６，５７をプルダウン又はプルアップさせることができる。そして、この信号処理回路４０は、プルダウン又はプルアップさせた状態で、入力路５６，５７の電圧が閾値Ｖｔｈを超えたか否かを判定する判定処理を行うことで、入力路５６，５７でのオープン故障を検出することができる。
また、この信号処理回路４０は、スイッチング素子７４，７６をオフ状態とすることで、入力路５６，５７とグランドライン９０（基準導電路）とを非接続にすることができる。このため、プルダウン又はプルアップするために抵抗値が大きい抵抗体を採用する必要がないため、抵抗体のサイズを小さく抑えることができる。
更に、この信号処理回路４０は、筒内の圧力が変動しにくい低圧力状態であるタイミングが検出された場合に、直前又は直後に入力された入力値での出力を所定期間保持し、この所定期間において上記判定処理を行う構成としている。このため、出力値を保持している間も、出力値と実際の圧力値との乖離が生じにくい。したがって、この信号処理回路４０は、出力値と実際の圧力値との乖離を抑えつつ、入力路５６，５７におけるオープン故障を検出することができる。

更に、上記所定期間は、筒内の圧力が所定の低圧力状態であるタイミングの期間にて終了する。換言すると、上記所定期間は、所定の低圧力状態が終了するまでに終了する。この構成によれば、判定処理がシステム側の圧力検出に必要となる燃焼行程中まで行われることがないため、ホールドによる回路出力と実際の圧力との乖離が発生しなくなる。

更に、タイミング検出部６１は、燃焼波形周期にて特定された第１時間に基づくタイミングにより所定の低圧力状態となるタイミングを決定する。燃焼波形周期を基にリアルタイムでタイミングを決定するため、エンジンの回転数(＝燃焼波形周期)が変わっても、常に低圧力状態となるタイミングをとらえることができ、燃焼行程及び膨張行程中に出力ホールドによる波形歪みは発生しない。またセンサ単体でタイミングを決定できるため、外部から低圧力状態を示す信号を受信する必要がない。

更に、判定部６２は、期間ＴＡ（第１時間）が特定される前に所定時間を超えた場合に故障の有無を判定する。この構成によれば、圧力値が閾値圧力Ｐｔｈを上回らず（又は下回らず）に期間ＴＡ（第１時間）が設定できない結果、低圧力状態を判定できないケースでも故障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。

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実施形態では、グランドライン９０を基準導電路としたが、電源供給ライン９１を基準導電路としてもよい。この場合、第５抵抗体７５は第１スイッチング素子７４がオン状態のときにプルアップ抵抗として機能し、第６抵抗体７７は第２スイッチング素子７６がオン状態のときにプルアップ抵抗として機能する。

第１実施形態では、タイミング検出部６１が筒内圧を示す信号に基づいて低圧力状態であるタイミングを検出する構成としたが、別の構成を採用してもよい。例えば、タイミング検出部６１は、外部の装置から低圧力状態であることを示す信号（例えば、排気行程又は吸気行程であることを示す信号）を受信する構成とし、この信号に基づいて低圧力状態であるタイミングを検出するようにしてもよい。

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
４０…信号処理回路
４６…出力回路
５６…第１入力路（入力路）
５７…第２入力路（入力路）
６１…タイミング検出部
６２…判定部
７４…第１スイッチング素子（スイッチング素子）
７５…第５抵抗体（抵抗体）
７６…第２スイッチング素子（スイッチング素子）
７７…第６抵抗体（抵抗体）
９０…グランドライン（基準導電路）
ＴＡ…期間（第１時間）
ＴＣ…所定時間
Ｖｔｈ…閾値

Claims (4)

1. 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、
   入力路と基準導電路との間に直列に接続されたスイッチング素子及び抵抗体と、
   前記スイッチング素子をオン状態とし、前記入力路の電圧が閾値を超えたか否かを判定する判定処理を行う判定部と、
   前記筒内の圧力が所定の低圧力状態であるタイミングを検出するタイミング検出部と、
   前記圧力信号に基づく入力値が入力され、前記入力値を外部に出力する出力回路と、
   を備え、
   前記タイミング検出部によって前記筒内の圧力が前記所定の低圧力状態であるタイミングが検出された場合に、前記出力回路は直前又は直後に入力された前記入力値での出力を所定期間保持し、前記所定期間において前記判定部が前記判定処理を行う
   筒内圧センサの信号処理回路。
2. 前記所定期間は、前記タイミング検出部によって前記筒内の圧力が前記所定の低圧力状態であるタイミングの期間にて終了する
   請求項１に記載の筒内圧センサの信号処理回路。
3. 前記タイミング検出部は、燃焼波形周期にて特定された第１時間に基づくタイミングにより前記所定の低圧力状態となるタイミングを決定する
   請求項１または２に記載の筒内圧センサの信号処理回路。
4. 前記判定部は、前記第１時間が特定される前に所定時間を超えた場合に故障判定してなる
   請求項３に記載の筒内圧センサの信号処理回路。

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