JP3000510B2 - エンジンの筒内圧検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンの筒内圧検出装
置に関し、詳しくは、点火ノイズによる筒内圧検出精度
の悪化を回避しつつ、点火ノイズ発生期間においても所
期の検出結果を確保し得る装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの燃焼状態を把握する方法とし
て、シリンダ内での燃焼ガスの圧力を検出する方法があ
り、そのためのセンサとして、例えば実開昭６３−７０
０４９号公報に開示されるような筒圧力センサが知られ
ている。前記実開昭６３−７００４９号公報に示される
筒圧力センサは、リング状の圧電素子と電極とを積層し
たものであり、シリンダヘッドに螺合される点火栓と該
点火栓の取付け座面との間に挟み込んで共締めされる。
そして、点火栓の座金として締付けられて与えられるセ
ンサの締付け荷重（座圧）が、シリンダ内の圧力（筒内
圧）が点火栓に作用することで増減変化し、これにより
圧電素子の出力が燃焼圧力（筒内圧）に応じて変化する
ものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な座金型筒内圧センサは、点火栓に近接して設けられる
ことから、点火栓から周囲に発散する点火ノイズの影響
を受け、センサ出力に基づく筒内圧の検出精度を高く維
持することが困難であるという問題があった。前記点火
ノイズの影響を排除する方法としては、点火ノイズが影
響するものと予測される期間においてセンサの検出信号
をマスクし、点火ノイズの影響を受けた検出信号に基づ
く筒内圧の検出をキャンセルすることが考えられる。

【０００４】しかしながら、上記のように所定期間にお
いてセンサの検出信号をマスクしてしまうと、前記マス
ク期間を含む区間において筒内圧の検出結果を必要とす
る場合（例えばシリンダ充填効率の測定など）には、マ
スク期間における検出信号の欠落によって、筒内圧状態
の把握に誤りを生じることになってしまうという問題が
あった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、点火ノイズの影響を回避しつつ、ノイズ影響区間
においても筒内圧の検出結果を確保できる筒内圧検出装
置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１の発明
にかかるエンジンの筒内圧検出装置は、図１に示すよう
に構成される。図１において、筒内圧センサはエンジン
の筒内圧を検出するセンサであり、マスク手段は、筒内
圧センサの検出信号を所定期間においてマスクする。

【０００７】一方、検出値記憶手段は、マスク手段によ
るマスク処理の直前及び直後における前記筒内圧センサ
の検出信号を記憶する。そして、補間演算手段は、マス
ク手段でマスクされた前記所定期間における検出信号
を、検出値記憶手段に記憶された検出信号に基づく補間
演算により推定設定する。ここで、筒内圧積分手段は、
前記マスク手段によるマスク処理期間を少なくとも含む
所定区間を積分区間とし、前記マスク処理期間において
は前記補間演算手段で補間演算された検出信号を積分す
る一方、前記マスク処理期間以外の積分区間においては
前記マスク手段を介した前記筒内圧センサの検出信号を
そのまま積分し、該積分値をエンジンの筒内圧を示すパ
ラメータとして出力する。

【０００８】請求項２の発明にかかる検出装置では、前
記検出値記憶手段が、前記マスク手段を介した前記筒内
圧センサの検出信号の変化率に基づいてマスク処理の直
前及び直後のタイミングを検知する構成とした。請求項
３の発明にかかる検出装置では、前記マスク手段が、少
なくとも点火から所定時間をマスク処理を行う所定期間
とする構成とした。

【０００９】

【００１０】

【作用】請求項１の発明にかかるエンジンの筒内圧検出
装置によると、筒内圧センサの検出信号が、所定期間に
おいてマスクされるが、かかるマスク処理の直前及び直
後の検出信号を記憶しておいて、前記マスク期間におけ
る検出信号が前記記憶された検出信号に基づいて補間演
算により推定される。従って、マスク処理によって検出
信号が欠落しても、最終的には、マスク処理区間を含め
て筒内圧の検出値を得ることができ、筒内圧の積分区間
にマスク処理期間が含まれる場合には、マスク処理期間
においては前記補間演算された検出信号を積分させる構
成とし、積分区間にマスク処理期間が含まれても、実際
の筒内圧に見合った積分値が得られるようにした。

【００１１】請求項２の発明にかかる検出装置では、筒
内圧センサの検出信号がマスク処理されると、マスク処
理の開始時と終了時とにおいてマスク手段を介した検出
信号が急変することになるから、マスク処理後の検出信
号の変化率に基づいてマスク処理の期間を検知する構成
とした。請求項３の発明にかかる検出装置では、点火か
ら所定時間において検出信号をマスクすることで、筒内
圧検出に対する点火ノイズの影響を排除し得る構成とし
た。

【００１２】

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。一実施例
を示す図２において、エンジンのシリンダヘッド１に貫
通形成された螺子孔２には、点火栓３が螺合される。前
記点火栓３とシリンダヘッド１の点火栓取付け座面４と
の間には、リング状の筒内圧センサ５を挟み込んで共締
めしてある。

【００１４】尚、６は、筒内圧センサ５と点火栓３との
間に介装されたワッシャである。前記筒内圧センサ５
は、例えば、リング状の中心電極を中心にしてその上下
に２枚のピエゾ圧電素子と、更に、その外側に上面電極
と下面電極を順次積層したもので、これらの内外周を絶
縁性の樹脂材料で覆って一体に固定してある。前記中心
電極からはリード線７が前記樹脂材料を通じて取り出さ
れる。

【００１５】前記筒内圧センサ５は、前述のように点火
栓３の座金として締付けられて所定の締付け荷重が与え
られる一方、シリンダ８内の燃焼圧力が点火栓３に作用
して点火栓３が押し上げられるとセンサ荷重が減少変化
し、前記締付け荷重を基準とするセンサ荷重の減少変化
によって燃焼圧（筒内圧Ｐ）を相対圧として検出し得る
センサである。

【００１６】金属パイプ９は、下端の開口部内に前記筒
内圧センサ５の外周部が嵌挿される一方、点火栓３の基
端側に延設され、点火栓挿入孔10の開口端部にゴムブッ
シュ11を介して嵌挿される。そして、前記リード線７
は、前記金属パイプ９の外周壁に沿って延設され、前記
ゴムブッシュ11に設けた貫通孔を介して外部に取り出さ
れるようになっている。

【００１７】一方、点火コイルと、点火信号に基づいて
前記点火コイルを駆動する点火コイル駆動回路（パワー
トランジスタを含む）とからなる点火ユニット23が設け
られている。前記点火コイル駆動回路は、コントロール
ユニット15からの点火信号に基づいて点火コイルの１次
側への通電を制御し、通電遮断時に２次側で発生する高
電圧が点火栓３に与えられるようになっている。

【００１８】尚、点火ユニット23は、各気筒毎に、点火
栓３の頭部にハイテンションコードを介さずに直接的に
取付けられる構成であっても良い。また、前記筒内圧セ
ンサ５の出力経路の途中にはマスク回路24（マスク手
段）が設けられ、該マスク回路24を介した検出信号がコ
ントロールユニット15に出力される構成となっている。

【００１９】前記マスク回路24には、前記点火ユニット
23に供給される点火信号が分配供給されるようになって
おり、該点火信号に基づいて少なくとも点火から所定時
間において筒内圧センサ５の検出信号をマスクすること
で、点火ノイズの影響を受けた検出信号がコントロール
ユニット15に出力されることを回避できるようにしてあ
る。

【００２０】前記マスク回路24は、コントロールユニッ
ト15内又は点火ユニット23内に組入れられる構成として
も良い。前記ノイズマスク回路24は、具体的には、図３
に示すような回路で構成されている。図３において、31
はセンサ出力を増幅するためのチャージアンプ（帰還増
幅器）であり、該チャージアンプ31における増幅率を抵
抗Ｒ１とによって決定する帰還抵抗Ｒ２と並列にスイッ
チング素子32を設けてある。前記スイッチング素子32
は、遅延回路33で遅延された点火信号（ノイズマスク信
号）に基づいてＯＮ・ＯＦＦ制御されるようになってい
る。

【００２１】前記点火信号は、ハイレベルであるときに
点火コイル駆動回路22を構成するパワートランジスタ22
ａをＯＮさせる信号であり、点火信号の立ち上がりに同
期して点火コイル21の一次側への通電が開始され、点火
信号の立ち下がりに同期して点火コイル21の一次側への
通電が遮断され、このとき２次側で発生する高電圧が点
火栓３に供給されて点火火花が発生する。

【００２２】前記遅延回路33は上記点火信号を遅延させ
るから、前記スイッチング素子32は、点火信号の立ち上
がりに対して遅れてＯＦＦ→ＯＮ切り換えされ、かつ、
点火信号の立ち下がり（点火）に対して遅れてＯＮ→Ｏ
ＦＦ切り換えされることになり、これによって少なくと
も点火（１次側への通電遮断）から所定時間は、前記ス
イッチング素子32がＯＮされて前記チャージアンプ31の
増幅動作が停止される。

【００２３】ここで、点火コイル21の１次側への通電遮
断、即ち、点火動作に伴って所謂点火ノイズが発生し、
これが筒内圧センサ５の出力に影響を与えることになる
が、前記スイッチング素子32によって点火から所定時間
（所定期間）は前記チャージアンプ31の増幅動作が停止
され、結果的に、筒内圧センサ５の検出信号がマスクさ
れるから（図４参照）、点火ノイズの影響を受けたセン
サ出力がコントロールユニット15に入力されて検出信号
のＳ／Ｎ比が悪化することを回避できる。

【００２４】前記図３に示すノイズマスク回路24では、
増幅動作を停止させることで点火ノイズの影響を受けた
筒内圧検出信号をマスクする構成としたが、図５に示す
ような回路構成によって点火ノイズの影響を受けた筒内
圧検出信号の出力を停止させる構成としても良い。図５
に示すマスク回路24は、前述と同様に点火信号に基づき
遅延回路33で発生させるノイズマスク信号に基づいて、
筒内圧センサ５の出力を少なくとも点火から所定時間だ
けマスクするものであるが、ここでは、前記ノイズマス
ク信号によってＯＮ・ＯＦＦ制御されるトランジスタ35
によってセンサ出力ラインを選択的にアースさせる構成
としてある。

【００２５】即ち、前記トランジスタ35は、前記遅延回
路33からの出力される点火信号の遅延信号（マスク信
号）に基づいて、少なくとも点火から所定時間だけ筒内
圧センサ５の出力ラインをアースさせると、かかる期間
においては筒内圧検出信号の出力が停止されることにな
り、以て、ノイズ影響を受けた検出信号がマスクされる
構成となっている。

【００２６】上記のような構成のマスク回路24によって
点火から所定時間においてマスクされる筒内圧検出信号
がコントロールユニット15に入力され、コントロールユ
ニット15では図６及び図７のフローチャートに示すよう
にして前記検出信号を処理する。尚、本実施例におい
て、検出値記憶手段，補間演算手段，筒内圧積分手段と
しての機能は、前記図６及び図７のフローチャートに示
すように、コントロールユニット15が備えている。

【００２７】図６のフローチャートにおいて、まず、ス
テップ１（図中ではＳ１としてある。以下同様）では、
前記マスク回路24におけるノイズマスク信号を読み込
む。該ステップ１で読み込むノイズマスク信号は、マス
ク回路24内で発生させた信号であっても良いし、コント
ロールユニット15内にマスク回路24に備えられる遅延回
路33と同じ作用の回路を設け、点火信号に基づいて独自
に発生させた信号であっても良い。

【００２８】次のステップ２では、マスク処理の開始直
前であるか否かを判別し、開始時であるときには、ステ
ップ３へ進んでそのときの筒内圧検出信号をＡ／Ｄ変換
して読み込み、次のステップ４では前記Ａ／Ｄ変換値を
マスク処理直前における筒内圧検出値Ｐｓとして記憶す
る。一方、ステップ２でマスク処理の開始時ではないと
判別されると、ステップ５へ進み、マスク処理の終了時
であるか否かを判別する。そして、終了時であるときに
は、ステップ６で筒内圧検出信号をＡ／Ｄ変換して読み
込み、次のステップ７では前記読み込んだ筒内圧検出値
をマスク処理終了直後のデータＰｅとして記憶する。

【００２９】このようにして記憶されるマスク処理直前
の検出値Ｐｓ及びマスク処理終了直後の検出値Ｐｅは、
図７のフローチャートにおいて用いられる。図７のフロ
ーチャートは、筒内圧Ｐのサンプリング周期毎に実行さ
れるルーチンを示し、まず、ステップ11ではノイズマス
ク信号の発生状態（マスク処理期間内）であるか否かを
判別する。

【００３０】そして、マスク処理期間内でない場合に
は、通常に筒内圧センサ５の検出信号がコントロールユ
ニット15に入力されるから、ステップ12へ進んで、筒内
圧検出信号をＡ／Ｄ変換して読み込む。一方、ステップ
11でマスク処理期間内であると判別されたときには、ス
テップ13へ進み、マスク処理期間が終了したか否かを判
別する。

【００３１】そして、マスク処理の途中である場合に
は、ステップ14へ進み、マスク処理期間内でのサンプリ
ングタイミングの回数Ｎを計数する。また、ステップ13
でマスク処理期間が終了したことが判別されると、ステ
ップ15へ進み、前記図６のフローチャートで記憶される
マスク処理直前の検出値Ｐｓ及びマスク処理終了直後の
検出値Ｐｅを用い、マスク処理期間内における筒内圧検
出信号を直線補間演算により推定する。

【００３２】そして、次のステップ16では、前記補間演
算結果から、マスク処理期間内におけるＮ回のサンプリ
ングタイミングそれぞれに該当する時点の筒内圧検出信
号を求める。即ち、コントロールユニット15には、マス
ク回路24を介して筒内圧検出信号が入力されるから、マ
スク処理期間内では筒内圧検出信号が欠落して、マスク
処理期間内における筒内圧Ｐを知ることができない。そ
こで、マスク処理されて欠落する直前の検出信号Ｐｓ
と、マスク処理終了直後の検出信号Ｐｅとを記憶させる
ことで、マスク処理によって欠落した前記検出信号Ｐｓ
〜Ｐｅ間の筒内圧を補間演算で予測し、マスク処理がな
されない場合にサンプリングされたであろう検出値を求
めるものである。

【００３３】ステップ17では次回のマスク処理期間にお
ける処理のために前記サンプリング回数Ｎをゼロリセッ
トする。ステップ18では、前記マスク処理期間を少なく
とも含む所定の積分区間において筒内圧を積分する。具
体的には、マスク処理期間内でない場合には、ステップ
12でＡ／Ｄ変換された筒内圧Ｐをそのまま積分する一
方、前記マスク処理期間内では、前記マスク回路24によ
って筒内圧センサ５の検出信号がマスクされて欠落する
ので、マスク処理期間の終了後に前記ステップ15におけ
る直線補間演算の結果からステップ16で推定されるマス
ク処理期間内におけるサンプリングタイミングにおける
筒内圧Ｐを積分する。

【００３４】そして、前記積分値Ｐｉは、エンジンの筒
内圧状態を示すパラメータとして出力され、該積分値Ｐ
ｉに基づいてエンジンの燃焼状態の診断や充填効率の測
定などが行われる。上記構成によると、点火ノイズの影
響を排除すべく、点火から所定期間において筒内圧セン
サ５の検出信号をマスク処理して、前記所定期間（マス
ク処理期間）において筒内圧検出信号が欠落しても、マ
スク処理期間の直前及び直後の検出結果から直線補間に
よって前記欠落した筒内圧検出信号を推定設定する構成
としたので、点火ノイズの影響を回避しつつ、筒内圧検
出信号を全行程において得ることが可能となる。

【００３５】従って、上記のように前記マスク処理期間
を含む積分区間で筒内圧検出値を積分し、該積分値を用
いてシリンダ充填効率の測定などを行う場合に、マスク
処理によって前記測定精度が悪化することを回避でき
る。ところで、上記実施例では、ノイズマスク信号に基
づいてマスク処理期間を検知し、以て、マスク処理直前
の筒内圧Ｐｓと直後の筒内圧Ｐｅとをサンプリングして
それぞれ記憶させるようにしたが、マスク回路24を介し
た筒内圧検出信号に基づいてマスク処理期間を検出する
ことも可能であり、かかる実施例を図８のフローチャー
トに示してある。

【００３６】図８のフローチャートは、筒内圧のサンプ
リング周期毎に実行されるルーチンを示し、まず、ステ
ップ21では、前記マスク回路24を介して入力される筒内
圧検出信号をＡ／Ｄ変換して読み込む。そして、次のス
テップ22では、今回読み込んだ筒内圧Ｐと、前回読み込
まれた筒内圧Ｐ_-1との偏差（マスク処理済みの検出信号
の変化率）を、予め設定された増大変化側の基準値＋Δ
Ｐ及び減少変化側の基準値−ΔＰと比較する。

【００３７】即ち、マスク回路24によって、点火から所
定期間において筒内圧検出信号がマスクされると（図４
参照）、通常では示すことのない急激な信号変化を、マ
スク処理開始時とマスク処理終了時に示すことになる。
従って、前記基準値＋ΔＰ，−ΔＰを、通常では越える
ことがなくマスク処理の開始又は終了時にのみ越えるこ
とになる変化率として予め設定しておくことで、マスク
処理の開始時点と終了時間とを前記偏差（Ｐ−Ｐ_-1）か
ら検出することができる。

【００３８】ステップ22で、偏差（Ｐ−Ｐ_-1）が減少側
の基準値−ΔＰを越える割合で筒内圧検出信号が減少変
化していることを示す場合には、マスク処理の開始によ
って実際の筒内圧に対応する検出信号のレベルからマス
クレベルにまで検出信号が低下したものと推定する。そ
して、ステップ23へ進んで、前回読み込まれた筒内圧Ｐ
_-1を、マスク処理直前の検出値としてＰｓにセットし記
憶させる。

【００３９】一方、ステップ22で、偏差（Ｐ−Ｐ_-1）が
増大側の基準値＋ΔＰを越える割合で筒内圧検出信号が
増大変化していることを示す場合には、マスク処理の終
了によってマスクレベルから実際の筒内圧に対応する検
出信号のレベルにまで検出信号が増大したものと推定す
る。そして、ステップ24へ進んで、前回読み込まれた筒
内圧Ｐ_-1を、マスク処理終了直後の検出値としてＰｅに
セットし記憶させる。

【００４０】そして、マスク処理終了直後の検出値が求
められると、ステップ25へ進み、マスク処理期間内にお
ける筒内圧検出信号を、前記記憶させた検出値Ｐｓ，Ｐ
ｅに基づいて直線補間演算によって推定し、ステップ26
では、マスク処理期間内におけるＮ回のサンプリングタ
イミングにおける筒内圧を、前記補間演算による推定結
果から読み取る。

【００４１】次のステップ27では、マスク処理期間内に
おけるサンプリング回数Ｎを計測した結果をゼロリセッ
トする。また、ステップ22で、筒内圧検出信号が、マス
ク処理の開始又は終了時点に対応する急激な変化を示し
ていないと判別されると、ステップ28へ進み、読み込ま
れた筒内圧Ｐが略零であるか否かを判別することによっ
て、マスク処理期間内であるか否かを判別する。

【００４２】そして、筒内圧Ｐが略零であってマスク処
理期間内であると判別されると、ステップ29へ進んで、
マスク処理期間内においてサンプリングタイミングとな
った回数Ｎを計数させる。かかる計数結果に基づいて前
記ステップ26でマスク処理期間内におけるＮ回のサンプ
リングタイミングにおける筒内圧が、補間演算結果から
求められる。

【００４３】一方、ステップ28で筒内圧Ｐが零でないと
判別された場合には、マスク処理期間ではないものと判
断し、ステップ30へ進んで、今回読み込んだ筒内圧Ｐを
そのまま積分させる。また、マスク処理期間内における
筒内圧については、前記ステップ26で求められた値が前
記ステップ30で積分されるようになっており、結果的
に、マスク処理期間を含む所定の積分区間内で、検出値
が欠落することなく積分されるようにしてある。

【００４４】上記のように、マスク処理の開始時点及び
終了時点を、マスク処理を介した検出信号から検出する
構成であれば、ノイズマスク信号を読み込んだり、又
は、ノイズマスク信号を独自に発生させる必要がなく、
簡便にマスク処理による欠落部分の推定が行える。尚、
上記実施例では、マスク処理期間内における補間演算を
直線補間としたが、これは、マスク処理期間が比較的短
時間であるため、演算が容易な直線補間を行わせても、
精度上で問題となることはないためである。従って、演
算は複雑となるが、円弧補間などを用いる構成であって
も良い。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明にか
かるエンジンの筒内圧検出装置によると、マスク処理に
よって筒内圧検出信号が一部欠落しても、該欠落部分の
検出信号を推定設定させることができ、マスク処理期間
を含んで筒内圧の積分区間を設定した場合であっても、
積分値として実際の筒内圧状態に対応する値を得ること
ができるという効果がある。

【００４６】請求項２の発明にかかる検出装置による
と、マスク処理された筒内圧検出信号の変化率に基づい
てマスク処理期間を検知する構成としたので、マスク処
理期間内における検出値の補間演算による推定が簡便に
行えるという効果がある。請求項３の発明にかかる検出
装置によると、マスク処理を点火から所定時間において
行わせる構成としたので、点火ノイズの影響を回避しつ
つ、筒内圧検出値を欠落なく得ることができるという効
果がある。

【００４７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例を示すシステム概略図。

【図３】マスク回路の構成例を示す回路図。

【図４】マスク処理及び補間演算の様子を示すタイムチ
ャート。

【図５】マスク回路の別の構成例を示す回路図。

【図６】第１実施例の筒内圧検出処理を示すフローチャ
ート。

【図７】第１実施例の筒内圧検出処理を示すフローチャ
ート。

【図８】第２実施例の筒内圧検出処理を示すフローチャ
ート。

【符号の説明】

１ シリンダヘッド ３ 点火栓 ５ 筒内圧センサ 15 コントロールユニット 21 点火コイル 22 点火コイル駆動回路 23 点火ユニット 24 マスク回路 31 チャージアンプ 32 スイッチング素子 33 遅延回路 35 トランジスタ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの筒内圧を検出する筒内圧センサ
   と、 該筒内圧センサの検出信号を所定期間においてマスクす
   るマスク手段と、 該マスク手段によるマスク処理の直前及び直後における
   前記筒内圧センサの検出信号を記憶する検出値記憶手段
   と、 前記マスク手段でマスクされた前記所定期間における検
   出信号を前記検出値記憶手段に記憶された検出信号に基
   づく補間演算により推定設定する補間演算手段と、前記マスク手段によるマスク処理期間を少なくとも含む
   所定区間を積分区間とし、前記マスク処理期間において
   は前記補間演算手段で補間演算された検出信号を積分す
   る一方、前記マスク処理期間以外の積分区間においては
   前記マスク手段を介した前記筒内圧センサの検出信号を
   そのまま積分し、該積分値をエンジンの筒内圧を示すパ
   ラメータとして出力する筒内圧積分手段と 、 を含んで構成されたエンジンの筒内圧検出装置。
2. 【請求項２】前記検出値記憶手段が、前記マスク手段を
   介した前記筒内圧センサの検出信号の変化率に基づいて
   マスク処理の直前及び直後のタイミングを検知すること
   を特徴とする請求項１記載のエンジンの筒内圧検出装
   置。
3. 【請求項３】前記マスク手段が、少なくとも点火から所
   定時間をマスク処理を行う所定期間とすることを特徴と
   する請求項１又は２のいずれかに記載のエンジンの筒内
   圧検出装置。