JP2022044910A - 筒内圧センサの信号処理回路 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力センサの温度の検出精度を高め、圧力センサの圧力感度の温度特性を精度良く補正し得る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、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２を備えるとともに第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間の電圧、又は第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間の電圧を増幅した電圧を出力する差動回路４７と、第１端子Ｔ１を抵抗値に応じた電位とし第２端子Ｔ２を基準電位Ｖｒｅｆとする第１制御と、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２を同電位とする第２制御と、を切り替えて行う制御部４８と、を有する。可変増幅部４３は、制御部４８が第１制御を行っている状態で差動回路４７が出力する第１電圧Ｖｂｒｇと、制御部４８が第２制御を行っている状態で差動回路４７が出力する第２電圧Ｖｏｆｓと、の差に基づいて増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）を設定する。【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、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によって変化することを利用し、圧力センサの合成抵抗に応じた値、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を検出し、この電圧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、圧力センサの合成抵抗に応じた電圧値を検出する検出回路に、オペアンプなどの差動回路を使用する場合、検出回路の出力信号は、オフセット電圧と称される誤差電圧が反映されたものとなってしまう。しかも、オフセット電圧は、温度によって変化するため、検出回路から出力される出力信号は、温度によって誤差がばらついてしまい、この点が圧力センサの合成抵抗に応じた電流値の検出精度の低下、即ち、温度の検出精度の低下を招く虞がある。

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、圧力センサの温度の検出精度を高め、圧力センサの圧力感度の温度特性を精度良く補正し得る筒内圧センサの信号処理回路を実現する。

本発明の一態様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を検出する検出部と、
前記検出部で検出した前記電圧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、
第１端子及び第２端子を備えるとともに前記第１端子と前記第２端子との間の電圧、又は前記第１端子と前記第２端子との間の電圧を増幅した電圧を出力する差動回路と、
前記第１端子を前記センサ部の抵抗値に応じた電位とし前記第２端子を基準電位とする第１制御と、前記第１端子と前記第２端子を同電位とする第２制御と、を切り替えて行う制御部と、
を有し、
前記可変増幅部は、前記制御部が前記第１制御を行っている状態で前記差動回路が出力する第１電圧と、前記制御部が前記第２制御を行っている状態で前記差動回路が出力する第２電圧と、の差に基づいて前記増幅率を設定する。

上記の信号処理回路は、センサ部の抵抗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。更に、上記の信号処理回路では、制御部の制御に応じて、検出部の差動回路が、オフセット電圧を含んだ温度検出信号である第１電圧と、オフセット電圧に相当する第２電圧と、を出力することができる。そして、可変増幅部は、上記第１電圧と上記第２電圧との差に基づいて増幅率を設定することができる。つまり、可変増幅部は、第１電圧のみに基づいて増幅率を設定するのではなく、第１電圧から当該第１電圧に含まれるオフセット電圧分を除いた電圧、即ち、高精度な温度信号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、圧力センサの温度の検出精度を高めることができ、圧力感度の温度依存を精度良く補正することができる。

上記一態様の信号処理回路において、制御部は、第１制御を行う毎に第１制御の前又は後に第２制御を行うようにしてもよい。そして、可変増幅部は、制御部が第１制御及び第２制御を行う毎に差動回路から出力される第１電圧と第２電圧との差に基づいて増幅率を設定するようにしてもよい。

この信号処理回路は、第１電圧が得られるタイミングに近いタイミングで得られる第２電圧を用い、第１電圧からオフセット電圧分をキャンセルすることができる。よって、この信号処理回路は、第１電圧が得られるタイミングと同様の温度環境で得られる第２電圧によって、オフセット電圧分をより正確にキャンセルすることができる。

上記一態様の信号処理回路において、上記制御部は、内燃機関において吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の４行程が行われる各周期において第１制御及び第２制御を行うようにしてもよい。可変増幅部は、周期毎の第１制御及び第２制御に応じて差動回路から出力される第１電圧と第２電圧との差に基づいて周期毎に増幅率を設定するようにしてもよい。

この信号処理回路は、第１制御、第２制御及び増幅率の設定を、各周期における一連の動作として行うことができるので、各々の実行契機を個別に設定する構成と比較して、構成又は制御を簡易化することができる。

上記制御部は、内燃機関における吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の４行程のうちの少なくとも吸気行程及び排気行程のいずれかにおいて第１制御を行うようにしてもよい。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で行われる第１制御によって差動回路から出力される第１電圧と、第２電圧との差に基づいて増幅率を設定するようにしてもよい。

ホイートストンブリッジ回路のように複数の抵抗体によって圧力センサを構成した場合、センサ部に圧力が加わった時の各抵抗体の抵抗値の変化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。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。しかし、この構成によれば、増幅率の設定に、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第１電圧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第１電圧と第２電圧との差に基づいて増幅率を設定することができる。ゆえに、信号処理回路は、圧力感度の温度補正をより高精度に行うことができる。

本発明によれば、圧力センサの温度の検出精度を高めることができ、圧力センサの圧力感度の温度特性を精度良く補正することができる。

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（Ａ）は、第１実施形態の信号処理回路が第１制御を行っている様子を例示した説明図であり、図３（Ｂ）は、第１実施形態の信号処理回路が第２制御を行っている様子を例示した説明図である。 図４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５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６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に応じた検出信号を生成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検出信号を生成する。合成抵抗値に応じた検出信号は、具体的には、検出部４２に入力される電圧値を示す信号であり、より詳しくは、導電路３１の電位と基準導電路９０の電位との電位差を示す信号である。本実施形態では、駆動回路４１が予め定められた一定値の定電流を導電路３１に供給する構成であるため、検出部４２に入力される電圧値を示す信号が、合成抵抗値に応じた検出信号に相当する。

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、差動回路４７と、制御部４８と、第１入力線９１と、第２入力線９２と、接続線９３と、第１スイッチＳ１と、第２スイッチＳ２とを備える。差動回路４７は、増幅回路又は等倍で出力するバッファ回路として構成されており、非反転入力端子としての第１端子Ｔ１と、反転入力端子としての第２端子Ｔ２とを備える。差動回路４７は、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間の電圧（電位差）、又は第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間の電圧を増幅した電圧を出力する。制御部４８は、可変増幅部４３とは別個の装置として構成されていてもよく、可変増幅部４３の一部であってもよい。

制御部４８は、例えばアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータと、制御回路（例えばロジック回路）とを備えて構成されており、第１制御と第２制御とを切り替えて行い得る。第１制御は、第１端子Ｔ１の電位をセンサ部６の抵抗値に応じた電位とし第２端子Ｔ２の電位を基準電位Ｖｒｅｆとする制御である。基準電位Ｖｒｅｆは、０Ｖ以上であり且つ信号処理回路の電源電圧以下の電位である。以下の説明の例では、基準電位は、基準導電路９０の電位（即ち、センサ部６の他端の電位）であり、具体的には０Ｖである。第２制御は、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２を同電位とする制御である。

第１入力線９１は、第１端子Ｔ１とセンサ部６の一端（より具体的には、第１端子Ｔ１と導電路３１との間）に介在する。第１入力線９１の一端は第１端子Ｔ１に電気的に接続され、第１入力線９１の他端は導電路３１に電気的に接続されている。第１入力線９１は、第１スイッチＳ１がオン状態のときに導電路３１と第１端子Ｔ１とを短絡し、これらを同電位にする。

第２入力線９２は、第２端子Ｔ２に接続されており、基準電位Ｖｒｅｆとされる導電路である。図２の例では、第２入力線９２は、第２端子Ｔ２及び基準導電路９０に電気的に接続されており、第２端子Ｔ２と基準導電路９０とを短絡し、これらを同電位にする。

接続線９３は、一端が第１入力線９１に電気的に接続され、他端が第２入力線９２に電気的に接続されている。具体的には、接続線９３は、一端が第１端子Ｔ１に電気的に接続され、他端が第２端子Ｔ２に電気的に接続されている。接続線９３は、第２スイッチＳ２がオン状態のときに第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２とを短絡し、これらを同電位にする。

第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２は、例えばＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子として構成されている。第１スイッチＳ１は、第１入力線９１に設けられ、センサ部６の一端と第１端子Ｔ１との間（より具体的には、導電路３１と第１端子Ｔ１との間）に介在する。第１スイッチＳ１は、制御部４８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Ｓ１のオン状態は、導電路３１と第１端子Ｔ１との間の導通を許容する許容状態である。第１スイッチＳ１のオフ状態は、導電路３１と第１端子Ｔ１との間の導通を遮断する遮断状態である。

第２スイッチＳ２は、接続線９３に設けられ、第１入力線９１における第１スイッチＳ１よりも第１端子Ｔ１側の導電路と第２入力線９２との間に介在する。換言すれば、第２スイッチＳ２は、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間に介在する。第２スイッチＳ２は、制御部４８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Ｓ２のオン状態は、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間の導通を許容する許容状態である。第２スイッチＳ２のオフ状態は、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間の導通を遮断する遮断状態である。

図３（Ａ）のように、制御部４８は、第１スイッチＳ１をオン状態とし第２スイッチＳ２をオフ状態とするように第１制御を行う。制御部４８が第１制御を行っている期間は、第１スイッチＳ１が導通許容状態となり、第２スイッチＳ２が遮断状態となるため、第１端子Ｔ１の電位は、導電路３１と同電位、即ち、センサ部６の抵抗値に応じた電位となる。そして、制御部４８が第１制御を行っている期間は、第２端子Ｔ２の電位は基準電位Ｖｒｅｆとなる。従って、制御部４８が第１制御を行っている期間は、差動回路４７は、導電路３１の電位と基準電位との電位差に応じた第１電圧Ｖｂｒｇを出力する。図３（Ａ）の例では、差動回路４７が出力する第１電圧Ｖｂｒｇは、制御部４８に入力され、制御部４８に設けられたＡＤコンバータによってデジタル値に変換される。

図３（Ｂ）のように、制御部４８は、第１スイッチＳ１をオフ状態とし第２スイッチＳ２をオン状態とするように第２制御を行う。制御部４８が第２制御を行っている期間は、第１スイッチＳ１が遮断状態となり、第２スイッチＳ２が導通許容状態となるため、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２が同電位（具体的には、基準電位Ｖｒｅｆ）となる。従って、制御部４８が第２制御を行っている期間は、差動回路４７は、いずれも基準電位とされた第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２の電位差に応じた第２電圧Ｖｏｆｓを出力する。図３（Ｂ）の例では、差動回路４７が出力する第２電圧Ｖｏｆｓは、制御部４８に入力され、制御部４８に設けられたＡＤコンバータによってデジタル値に変換される。

このように、制御部４８は、第１電圧Ｖｂｒｇのデジタル値と第２電圧Ｖｏｆｓのデジタル値とを取得し得る。なお、制御部４８は、第１電圧Ｖｂｒｇのデジタル値及び第２電圧Ｖｏｆｓのデジタル値をそれぞれ別個に可変増幅部４３に与えるように動作してもよい。或いは、制御部４８は、第１電圧Ｖｂｒｇと第２電圧Ｖｏｆｓとの差（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）を算出し、この差（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）を示す値を可変増幅部４３に与えるように動作してもよい。なお、以下では、制御部４８が、第１電圧Ｖｂｒｇのデジタル値及び第２電圧Ｖｏｆｓのデジタル値をそれぞれ別個に可変増幅部４３に与えるように動作する例が説明される。

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。

可変増幅部４３は、感度補正回路としても動作する。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から与えられる情報に基づい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から検出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、補正開始条件が成立した後、上述の第１電圧Ｖｂｒｇ及び第２電圧Ｖｏｆｓをそれぞれ取得する。そして、可変増幅部４３は、第１電圧Ｖｂｒｇと第２電圧Ｖｏｆｓとの差（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）に基づいて増幅率を設定する。

可変増幅部４３は、検出部４２から与えられた第１電圧Ｖｂｒｇと第２電圧Ｖｏｆｓとの差（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）を算出し、この差（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）に基づいて増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）を算出する。例えば、可変増幅部４３は、上記の差（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）を変数として増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）を求めるための演算式が予め不図示の記憶部に記憶されている。そして、可変増幅部４３は、第１電圧Ｖｂｒｇ及び第２電圧Ｖｏｆｓが検出部４２から与えられた場合、この差（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）を上記演算式に代入することで増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）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－Ｖｏｆｓ）で増幅した増幅信号Ｇ（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）×Ｖｉｎを生成する。

なお、ここでは、増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）を演算式で求める例が説明されたが、この例に限定されない。可変増幅部４３は、上記の差（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）の候補となる各値と各係数とを対応付けたテーブルが不図示の記憶部に予め記憶され、上記の差（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）が特定された場合に、この差に対応する増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）をテーブルから求めてもよい。

可変増幅部４３から出力された増幅信号Ｇ（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）×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から与えられる補正後の増幅信号Ｇ（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）×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、制御部４８及び可変増幅部４３が図４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４で示される信号処理は、ステップＳ１５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。

制御部４８は、図４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。検出部４２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５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５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。

制御部４８は、図４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）、第１制御を開始し（ステップＳ１１）、第１スイッチＳ１をオン状態とし、第２スイッチＳ２をオフ状態とする。そして、制御部４８は、第１制御を行っている期間に第１電圧Ｖｂｒｇを検出する（ステップＳ１２）。制御部４８は、ステップＳ１２の処理により第１電圧Ｖｂｒｇのデジタル値を取得する。なお、制御部４８は、ステップＳ１１で第１制御を開始した後、ステップＳ１３で第２制御を開始するまで第１制御を行うが、制御部４８が第１制御を行う期間は対象期間ＴＭよりも大幅に短い期間である。

制御部４８は、ステップＳ１２の後、第２制御を開始し（ステップＳ１３）、第１スイッチＳ１をオフ状態とし、第２スイッチＳ２をオン状態とする。そして、制御部４８は、第２制御を行っている期間に第２電圧Ｖｏｆｓを検出する（ステップＳ１４）。制御部４８は、ステップＳ１４の処理により第２電圧Ｖｏｆｓのデジタル値を取得する。なお、制御部４８は、ステップＳ１３で第２制御を開始した後、ステップＳ１５の処理を開始するまで第２制御を行うが、制御部４８が第２制御を行う期間は対象期間ＴＭよりも大幅に短い期間である。

制御部４８は、ステップＳ１４の後にステップＳ１５の処理を行う。なお、制御部４８が可変増幅部４３の一部をなす場合、制御部４８がステップＳ１５の処理を行い得るが、制御部４８と可変増幅部４３とが別個の装置として構成される場合、ステップＳ１５の処理は可変増幅部４３が行う。いずれにしても、可変増幅部４３は、ステップＳ１４の後、ステップＳ１２、Ｓ１４でそれぞれ算出された第１電圧Ｖｂｒｇ及び第２電圧Ｖｏｆｓの差（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）に基づいて増幅率を設定する（ステップＳ１５）。可変増幅部４３が、差（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）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。

代表例では、制御部４８及び可変増幅部４３は、対象期間ＴＭとなる毎にステップＳ１１～Ｓ１５の処理を実行する。具体的には、制御部４８及び可変増幅部４３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、「第１制御」「第１制御中の第１電圧Ｖｂｒｇの検出」「第１制御と同一周期での第２制御」「第２制御中の第２電圧Ｖｏｆｓの検出」「第１制御及び第２制御と同一周期での増幅率の設定」をいずれも実行する。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。検出部４２及び可変増幅部４３は、ステップＳ１０においてＹｅｓと判定してからステップＳ１５において増幅率を設定するまでの時間を、上記１周期よりも十分短い時間とし、ステップＳ１１～Ｓ１５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の抵抗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の温度を反映して信号処理回路４０の感度を温度補正することができる。更に、この信号処理回路４０では、制御部４８の制御に応じて、差動回路４７が、オフセット電圧を含んだ温度検出信号である第１電圧Ｖｂｒｇと、オフセット電圧に相当する第２電圧Ｖｏｆｓと、を出力することができる。そして、可変増幅部４３は、上記第１電圧Ｖｂｒｇと上記第２電圧Ｖｏｆｓとの差に基づいて増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）を設定することができる。つまり、可変増幅部４３は、第１電圧Ｖｂｒｇのみに基づいて増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）を設定するのではなく、第１電圧Ｖｂｒｇから当該第１電圧Ｖｂｒｇに含まれるオフセット電圧分を除いた増幅信号、即ち、高精度な温度信号に基づいて増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）を設定し得る。ゆえに、この信号処理回路４０は、圧力センサの温度の検出精度を高めることができ、圧力センサの感度の温度依存を精度良く補正することができる。

更に、制御部４８は、第１制御を行う毎に第１制御の後に第２制御を行う。そして、可変増幅部４３は、制御部４８が第１制御及び第２制御を行う毎に差動回路４７から出力される第１電圧Ｖｂｒｇと第２電圧Ｖｏｆｓとの差に基づいて増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）を設定する。この構成によれば、信号処理回路４０は、第１電圧Ｖｂｒｇが得られるタイミングに近いタイミングで得られる第２電圧Ｖｏｆｓを用い、第１電圧Ｖｂｒｇからオフセット電圧分をキャンセルすることができる。よって、この信号処理回路４０は、第１電圧Ｖｂｒｇが得られるタイミングと同様の温度環境で得られる第２電圧Ｖｏｆｓによって、オフセット電圧分をより正確にキャンセルすることができる。

更に、制御部４８は、内燃機関において吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の４行程が行われる各周期において第１制御及び第２制御を行う。可変増幅部４３は、周期毎の第１制御及び第２制御に応じて差動回路４７から出力される第１電圧Ｖｂｒｇと第２電圧Ｖｏｆｓとの差に基づいて周期毎に増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）を設定する。この構成によれば、第１制御、第２制御及び増幅率の設定を、各周期における一連の動作として行うことができるので、各々の実行契機を個別に設定する構成と比較して、構成又は制御を簡易化することができる。

更に、制御部４８は、内燃機関における吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の４行程のうちの少なくとも吸気行程及び排気行程のいずれかにおいて第１制御を行う。可変増幅部４３は、上記４行程のうちの吸気行程及び排気行程のみで行われる第１制御によって差動回路４７から出力される第１電圧Ｖｂｒｇと、第２電圧Ｖｏｆｓとの差に基づいて増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）を設定する。この構成によれば、増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）の設定に、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第１電圧Ｖｂｒｇ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第１電圧Ｖｂｒｇと第２電圧Ｖｏｆｓとの差に基づいて増幅率Ｇ（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）を設定することができる。ゆえに、信号処理回路４０は、圧力感度の温度補正をより高精度に行うことができる。

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３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及び図３の構成や図４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及び図３のような構成をなし、検出部４２及び可変増幅部４３が図４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、検出部４２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４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６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６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４）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、検出部４２及び可変増幅部４３は、検出部４２がステップ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～Ｓ１５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実施形態の信号処理回路は、検出部４２が第１電圧Ｖｂｒｇ及び第２電圧Ｖｏｆｓをそれぞれ別個に可変増幅部４３に与える構成であったが、この例に限定されない。例えば、検出部４２が上記の差（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）を算出し、可変増幅部４３に与えてもよい。

第１、第２実施形態の信号処理回路は、検出部４２が第１電圧Ｖｂｒｇ及び第２電圧Ｖｏｆｓの各々又は上記の差（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）をデジタル値として可変増幅部４３に与える構成であったが、この構成に限定されない。例えば、検出部４２は、第１電圧Ｖｂｒｇ及び第２電圧Ｖｏｆｓの各々、又は上記の差（Ｖｂｒｇ－Ｖｏｆｓ）をアナログ信号として可変増幅部４３に与える構成であってもよい。

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全体の合成抵抗値に応じた検出信号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の一部の抵抗体の抵抗値に応じた電圧信号を差動回路によって増幅又はバッファし、差動回路が出力する電圧に基づいて増幅率が設定される構成であってもよい。この場合でも、制御部が第１制御及び第２制御を行い、差動回路が第１電圧及び第２電圧を出力するようになっていればよい。

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、第１制御、第１電圧Ｖｂｒｇの検出、第２制御、第２電圧Ｖｏｆｓ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、第１制御、第１電圧Ｖｂｒｇの検出、第２制御、第２電圧Ｖｏｆｓの検出及び増幅率の設定の一部又は全てを複数周期毎に行う構成であってもよい。また、信号処理回路は、第１制御、第１電圧Ｖｂｒｇの検出、第２制御、第２電圧Ｖｏｆｓの検出を全て同一周期に行ってもよく、これらを異なる周期に行ってもよい。例えば、信号処理回路は、第１制御及び第１電圧Ｖｂｒｇの検出を行う周期の次の周期に第２制御、第２電圧Ｖｏｆｓの検出、第１電圧Ｖｂｒｇ及び第２電圧Ｖｏｆｓに基づく増幅率の設定を行うようにしてもよい。

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、第１制御を行った後に第２制御を行うようにしたが、第１制御を行う前に第２制御を行うようにしてもよい。

第１実施形態及び第２実施形態の信号処理回路は、第２制御において、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２の電位をともに基準電位Ｖｒｅｆとすることで第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２を同電位としたが、この構成に限定されない。信号処理回路は、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２の電位をともにセンサ部６の抵抗値に応じた電位（導電路３１の電位）とすることで第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２を同電位としてもよい。

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
２１…第１抵抗体
２２…第２抵抗体
２３…第３抵抗体
２４…第４抵抗体
４０…信号処理回路
４２…検出部
４３…可変増幅部
４７…差動回路
４８…制御部
Ｔ１…第１端子
Ｔ２…第２端子
Ｖｒｅｆ…基準電位
Ｖｂｒｇ…第１電圧
Ｖｏｆｓ…第２電圧

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を検出する検出部と、
   前記検出部で検出した前記電圧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、
   第１端子及び第２端子を備えるとともに前記第１端子と前記第２端子との間の電圧、又は前記第１端子と前記第２端子との間の電圧を増幅した電圧を出力する差動回路と、
   前記第１端子を前記センサ部の抵抗値に応じた電位とし前記第２端子を基準電位とする第１制御と、前記第１端子と前記第２端子を同電位とする第２制御と、を切り替えて行う制御部と、
   を有し、
   前記可変増幅部は、前記制御部が前記第１制御を行っている状態で前記差動回路が出力する第１電圧と、前記制御部が前記第２制御を行っている状態で前記差動回路が出力する第２電圧と、の差に基づいて前記増幅率を設定する
   筒内圧センサの信号処理回路。
2. 前記制御部は、前記第１制御を行う毎に前記第１制御の前又は後に前記第２制御を行い、
   前記可変増幅部は、前記制御部が前記第１制御及び前記第２制御を行う毎に前記差動回路から出力される前記第１電圧と前記第２電圧との差に基づいて前記増幅率を設定する
   請求項１に記載の筒内圧センサの信号処理回路。
3. 前記制御部は、前記内燃機関において吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の４行程が行われる各周期において前記第１制御及び前記第２制御を行い、
   前記可変増幅部は、前記周期毎の前記第１制御及び前記第２制御に応じて前記差動回路から出力される前記第１電圧と前記第２電圧との差に基づいて前記周期毎に前記増幅率を設定する
   請求項２に記載の筒内圧センサの信号処理回路。
4. 前記制御部は、前記内燃機関における吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の４行程のうちの少なくとも前記吸気行程及び前記排気行程のいずれかにおいて前記第１制御を行い、
   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で行われる前記第１制御によって前記差動回路から出力される前記第１電圧と、前記第２電圧との差に基づいて前記増幅率を設定する
   請求項１から請求項３のいず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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