JP5868547B2 - 有利には内燃機関の燃焼室内に設けられた圧力センサの、センサ内に組み込まれた評価回路の出力信号のオフセットを算出するための方法及びセンサ - Google Patents

Description

本発明は、有利には内燃機関の燃焼室内に設けられた燃焼室圧力センサの、センサ内に組み込まれた評価回路の出力信号のオフセットを算出するための方法及びセンサであって、前記出力信号を制御装置に供給し、前記制御装置は前記出力信号を評価し、前記出力信号を補償するために、前記センサの各測定プロセスの前に、そのつど前記評価回路を基準レベルまでリセットする、方法及びセンサに関する。

今日では、内燃機関における燃料空気混合気の燃焼中におけるシリンダ圧力を測定する圧力センサを有するグロープラグが使用されている。圧力センサを有するこのようなグロープラグは、グロープラグ内の圧力センサに後置接続された評価回路を有する。圧力センサはピエゾ式の測定方法に基づいて動作し、検出した圧力を電気的な出力信号に変換する。出力されたこの出力信号は、機関制御装置によって検出される。ピエゾ式の測定方法の前提として、出力信号のドリフトを回避するために、圧力センサに後置接続された評価回路を、各燃焼プロセスの前に、そのつど内部アルゴリズムに基づいてゼロレベルまでリセットしなければならない。

圧力センサの評価回路の入力側の電気配線に基因して、出力信号は内部リセット後に、より高い電圧値又はより低い電圧値への揺れを有する可能性がある。この揺れは、積分器のリセット直後の時点に、評価回路の積分器段の入力部における干渉信号によって引き起こされる。

リセット後の信号の揺れにより、後続のサイクルにおいて、圧力信号全体、つまり圧力として供給される圧力センサの出力信号もオフセットシフトしてしまう。

したがって本発明の基礎となる課題は、センサ内に組み込まれた評価回路の出力信号のオフセットを算出するための方法において、リセット後に生じる出力信号のオフセットシフトを確実に算出することである。

本発明によればこの課題は、前記制御装置が、前記評価回路から出力されたスタート信号に基づいて、前記評価回路の前記出力信号の前記オフセットを算出することによって解決される。オフセットを制御装置において算出することによって、センサの評価回路に追加的な算出ユニットを設ける必要がなくなるので、コストが削減される。機関制御装置でのオフセットの算出は、追加的なハードウェアコストなしに実施することができる。なぜなら、ソフトウェアによるオフセット評価のために、機関制御装置内に既に存在している手段が利用されるからである。このようにして、機関制御装置によって、評価回路の出力信号のオフセットを簡単に算出することが可能である。

有利には、前記スタート信号は、有利には短時間の間、前記評価回路の前記出力信号を予め定められたレベルにすることである。スタート信号は、制御装置において出力信号のオフセットを算出するために、評価回路において簡単に形成される。

１つの実施形態においては、前記出力信号の前記予め定められたレベルは、前記評価回路のアース端子のレベルに相当する。出力信号の実際のレベルをアース端子のレベルまで短時間に簡単に引き下げることによって、制御装置に対して、リセットが実施されたということがシグナリングされる。このようにして制御装置は正しい時点にリセットを識別することができ、オフセット算出を実施することができる。

１つの実施形態においては、前記制御装置は、前記スタート信号を受信した後、規定された期間内に前記オフセットの算出を実施し、前記期間は、特に前記スタート信号の受信直後に開始する。したがって、出力信号のレベルがアース端子にある期間内に、制御装置において出力信号のオフセットが算出される。センサの外部に配置されている制御装置の内部におけるオフセット算出は、センサによるだけで能動的にトリガされる。

１つの実施形態においては、前記スタート信号は、前記評価回路の内部リセットによってトリガされる。このリセットは評価回路に既に設けられているものなので、追加的な回路要素は不要である。

１つの発展形態においては、前記規定された期間は、前記制御装置において実施される前記評価回路の出力信号の診断が認識されないように選択される。したがって、制御装置において実施される診断は、制御装置のオフセット算出による影響を受けない。

さらに、算出された前記オフセットによって、実際に検出された前記評価回路の出力信号が補正される。したがって、この補正された出力信号を用いて、内燃機関の燃焼室内での燃焼プロセス中に実際に発生する圧力を常に検出及び処理することができる。

本発明の１つの発展形態は、センサ、有利には内燃機関の燃焼室内に設けられた燃焼室圧力センサに関し、前記センサは、評価のための出力信号を制御装置に送信する評価回路を含み、前記出力信号を補償するために、前記センサの各測定プロセスの前に、そのつど前記評価回路が基準レベルまでリセットされる。評価回路の出力信号のオフセットを確実に算出できるようにするセンサにおいて、前記評価回路の前記出力信号の前記オフセットを算出するために、前記評価回路から出力されたスタート信号を前記制御装置へと出力する手段が設けられている。この手段は、バスシステムほど高い知能を必要としない簡単な回路を含む。

有利には、前記手段は、前記スタート信号を前記評価回路の出力部に印加する論理回路を含む。この簡単な論理回路は、パターン改訂の一部として、ＡＳＩＣとして構成された評価回路に簡単に挿入することができる。

１つの実施形態においては、前記論理回路はトランジスタとして構成されている。トランジスタを使用することによって回路構成が低コストになり、また、評価回路の中に構造的に非常に簡単に投入することができる。

１つの実施形態においては、前記論理回路には、前記オフセットを算出するために規定された期間を設定するためのフリップフロップ回路が前置接続されている。センサの評価回路内にある論理回路を駆動するためにフリップフロップ回路を使用することによって、制御装置への能動的な信号形成が実施される。制御装置は、当該信号を受信した後、オフセットを算出する。

本発明の別の１つの実施形態は、有利には内燃機関の燃焼室内に設けられた圧力センサの、センサ内に組み込まれた評価回路の出力信号のオフセットを算出するための制御装置に関し、前記制御装置は、前記評価回路の前記出力信号を評価する。評価回路の出力信号のオフセットを簡単に算出することができる制御装置において、前記センサの前記評価回路から出力されたスタート信号を検出した後、前記評価回路の前記出力信号のオフセットを算出する手段が設けられている。このことは、オフセット算出の機能を、追加的なハードウェアを必要とすることなく制御装置のソフトウェアに組み込むことができるという利点を有する。

別の１つの実施形態においては、前記手段は、前記スタート信号が生じている期間によって予め定められている期間内に、前記オフセットを算出する。この場合、制御装置の動作方法は、評価回路によるリセットの能動的な出力によって制御される。この方式では、制御装置は追加的な知能を必要としない。

特に前記手段、有利にはマイクロプロセッサは、前記オフセットを有する前記評価回路の実際に測定された出力信号を補正し、補正した前記出力信号をさらなる別の評価のために供給する。この補正によれば、センサによって測定された内燃機関の燃焼室内の圧力の実際の値が、さらなる別の評価のために常時存在する。

本発明には、数多くの実施形態が認められる。そのうちの１つの実施形態を、図示した図面に基づいてより詳細に説明する。

内燃機関のグロープラグの配置の原理図である。 センサの内部リセット後の、クランクシャフト角度範囲に亘る、評価回路の出力信号を示す図である。 センサの評価回路の概略図である。 制御装置における信号処理の概略フロー図である。

冷間状態の内燃機関、特にディーゼル機関は、周囲温度が４０℃未満の場合、ディーゼル機関に供給される燃料空気混合気を点火するための始動補助が必要である。始動補助として、グロープラグと、グロー時間制御装置と、機関制御装置に保存されたグローソフトウェアとからなるグローシステムが使用される。

図１は、このようなグローシステム１を概略的に図示している。グロープラグ２は、ディーゼル機関４の燃焼室３の中に突出している。グロープラグ２は、一方ではグロー時間制御装置５に接続されており、他方では搭載電源網電圧６に接続されている。搭載電源網電圧６は、例えば４．４Ｖ又は７Ｖの定格電圧によってグロープラグ２を駆動する。グロー時間制御装置５は、機関制御装置７に接続されており、機関制御装置７は、ディーゼル機関４に接続されている。さらにグロープラグ２には、燃焼室圧力センサ８が組み込まれている。燃焼室圧力センサ８もまた、ディーゼル機関４の燃焼室３の中に突出しており、機関制御装置７に接続されている。燃焼室圧力センサ８は、ピエゾ方式の測定方法に従って動作しており、燃焼室圧力センサ８によって検出された圧力は電気的な出力信号に変換され、この出力信号は機関制御装置７によって検出される。

図２は、クランクシャフト角度範囲に亘る、燃焼室圧力センサ８によって測定される燃焼室圧力ｐの推移を示す図である。燃焼室圧力ｐは、ディーゼル機関４の燃焼室３内で実施される燃料空気混合気の燃焼時に最大値をとり、平坦になった後、再び降下する。燃焼室圧力センサ８においては、新しく測定する前に、そのつど評価回路９によって内部リセットＲが実施される。内部リセットＲは、燃焼室圧力センサ８の中に組み込まれた評価回路９の出力信号Ａの揺れを引き起こす。この揺れは、図２ではΔｐで示されており、このオフセット分だけ出力信号Ａを歪めている。

図３には、燃焼室圧力センサ８内に配置されている評価回路９が図示されている。評価回路９は、電荷増幅器１０を有する燃焼室圧力センサ８に接続されており、電荷増幅器１０は、単安定マルチバイブレータ１１に接続されている。電荷増幅器１０と単安定マルチバイブレータ１１の間には、単安定マルチバイブレータ１１の入力部に０．７Ｖの基準電圧１２が配置されており、この基準電圧１２は、アースに接続されている。単安定マルチバイブレータ１１は、評価回路９の出力部１４に接続されており、出力部１４において機関制御装置７によって出力信号Ａが取り出される。単安定マルチバイブレータ１１の出力部と、評価回路９の出力部１４との間にはトランジスタ１３が設けられており、トランジスタ１３は、電荷増幅器１０によってトリガされる。電荷増幅器１０はリセット論理回路を含み、グロープラグ２と、ディーゼル機関４の燃焼室３内の燃焼室圧力センサ８とによって検出すべき各新たな燃焼の前に、そのつど評価回路９の出力信号をアースに接続する。これによって評価回路９の出力信号Ａのレベルは、単安定マルチバイブレータ１１が活性状態である期間中降下する。出力信号Ａのレベルのこの短時間の降下は、出力部１４において機関制御装置７によって検出され、評価回路の出力信号Ａのオフセットを算出するためのスタート信号として評価される。トランジスタ１３によって出力信号Ａがアースに接続されている期間Δｔ内に、機関制御装置７は、オフセットの識別と、オフセットの補償とを同時に開始する。

アースに切り替えても電磁障害は形成されない。なぜなら切り替え時点には、出力信号Ａのレベルは既に非常に低くなっているからである（７００ｍＶ以下）。

ＡＳＩＣＳとして構成されている評価回路９内にスイッチングトランジスタ１３を設けることによって、評価回路９の出力信号Ａを簡単な方法でアースに接続することができる。この切り替え時点は、電荷増幅器１０内に含まれている積分器段のリセットＲによって直接実施される。リセットＲの後には、例えば数十秒間の範囲の、規定された期間Δｔが続く。この期間Δｔは、同じく内部リセットＲによってトリガされる単安定マルチバイブレータ１１によって決定される。

出力信号Ａがアースに接続されることにより、評価回路９の出力部１４において出力信号Ａのエッジが形成され、このエッジによって機関制御装置７にてカウンタ１６がスタートする（図４）。カウンタ１６は、評価回路９の出力電圧Ａの信号値の所定の数をカウントし、この数はアレイ１７に書き込まれる。アレイ１７において信号値が所要数に達すると、オフセット算出装置１８においてアレイ１７に保存された信号値から平均値が形成され、例えば０．７Ｖの公称オフセットと比較される。算出された平均値と、公称オフセットとの差は、評価回路９の出力信号のオフセット１９を形成する。このオフセット１９は、出力信号Ａの揺れによって引き起こされるものである。このオフセット１９は、点２０において、評価回路９の出力部１４に実際に印加された出力信号Ａから減算される。この減算により、機関制御装置７において、補正された出力信号Ａ_ｋが算出される。この補正された出力信号Ａ_ｋは、燃焼室圧力センサ８によって実際に測定された、ディーゼル機関４の燃焼室３内の圧力に相当する。その後、補正された出力信号Ａ_ｋは、さらなる別の評価のために供給される。

単安定マルチバイブレータの期間Δｔは、同時に、期間制御装置７のオフセット評価の期間にも相当している。適切な単安定マルチバイブレータの期間Δｔを選択することによって、機関制御装置７内における「最小値を下回る信号か否か」の信号診断を実施しなくてよくなる。したがって、提案した解決方法はアプリケーションニュートラルである。この方法によれば、機関制御装置７内で行われる診断は、影響を受けないままである。

機関制御装置７は、評価回路９によって実施されたリセットＲによって、オフセットを算出するための正確な時点を識別する。期間Δｔの間に新しいオフセットが検出され、この期間Δｔに後続する残りのサイクルのために、この新しいオフセットが実際の出力信号Ａから引かれる。

Claims (13)

1. 燃焼室圧力センサ（８）内に組み込まれた評価回路（９）の出力信号のオフセットを算出するための方法であって、
   前記燃焼室圧力センサ（８）は、内燃機関（４）の燃焼室（３）の中に突出しており、
   前記評価回路（９）の前記出力信号（Ａ）を制御装置（７）に供給し、
   前記制御装置（７）は前記出力信号（Ａ）を評価し、
   前記出力信号（Ａ）を補償するために、前記センサ（８）の各測定プロセスの前に、そのつど前記評価回路（９）を基準レベルまでリセット（Ｒ）する、
   方法において、
   前記制御装置（７）は、前記評価回路（９）から出力されたスタート信号を受信した後、規定された期間（Δｔ）内に、前記スタート信号に基づいて、前記評価回路（９）の前記出力信号（Ａ）の前記オフセットを算出し、
   前記制御装置（７）は、算出された前記オフセットによって、実際に検出された前記評価回路（９）の出力信号（Ａ）を補正する、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記スタート信号は、前記評価回路（９）の前記出力信号（Ａ）を予め定められたレベルにすることである、
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記スタート信号は、前記規定された期間（Δｔ）の間、前記評価回路（９）の前記出力信号（Ａ）を予め定められたレベルにすることである、
   ことを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 前記出力信号（Ａ）の前記予め定められたレベルは、前記評価回路（９）のアース端子のレベルに相当する、
   ことを特徴とする請求項２又は３記載の方法。
5. 前記規定された期間（Δｔ）は、前記スタート信号の受信直後に開始する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の方法。
6. 前記規定された期間（Δｔ）は、前記制御装置（７）において実施される前記評価回路（９）の前記出力信号（Ａ）の診断が認識されないように選択される、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の方法。
7. 前記スタート信号を、前記評価回路の内部リセット（Ｒ）によってトリガする、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の方法。
8. 内燃機関（４）の燃焼室（３）の中に突出している燃焼室圧力センサであって、
   前記センサは、出力信号（Ａ）を制御装置（７）に送信する評価回路（９）を含み、
   前記制御装置（７）は前記出力信号（Ａ）を評価し、
   前記出力信号（Ａ）を補償するために、前記センサ（８）の各測定プロセスの前に、そのつど前記評価回路（９）が基準レベルまでリセット（Ｒ）される、
   センサにおいて、
   前記評価回路（９）の前記出力信号（Ａ）のオフセットを算出するために、前記評価回路（９）から出力されたスタート信号を前記制御装置（７）へと出力する手段（１０，１１，１３）が設けられており、
   前記制御装置（７）は、前記スタート信号を受信した後、規定された期間（Δｔ）内に、前記スタート信号に基づいて、前記オフセットの算出を実施する、
   ことを特徴とする燃焼室圧力センサ。
9. 前記手段（１０，１１，１３）は、前記スタート信号を前記評価回路（９）の出力部（１４）に印加する論理回路（１３）を含む、
   ことを特徴とする請求項８記載の燃焼室圧力センサ。
10. 前記論理回路はトランジスタ（１３）として構成されている、
    ことを特徴とする請求項９記載の燃焼室圧力センサ。
11. 前記論理回路（１３）には、前記オフセットを算出するために前記規定された期間（Δｔ）を設定するためのフリップフロップ回路（１１）が前置接続されている、
    ことを特徴とする請求項９又は１０記載の燃焼室圧力センサ。
12. 燃焼室圧力センサ（８）内に組み込まれた評価回路（９）の出力信号のオフセットを算出するための制御装置であって、
    前記燃焼室圧力センサ（８）は、内燃機関（４）の燃焼室（３）の中に突出しており、
    前記制御装置は、前記評価回路（９）の出力信号（Ａ）を評価する、
    制御装置において、
    前記評価回路（９）から出力されたスタート信号を検出した後、規定された期間（Δｔ）内に、前記スタート信号に基づいて、前記評価回路（９）の前記出力信号（Ａ）のオフセットを算出する手段（５ａ）が設けられており、
    前記手段（５ａ）は、前記オフセットを有する実際に測定された出力信号（Ａ）を補正し、補正した前記出力信号（Ａ_ｋ）をさらなる別の評価のために供給する、
    ことを特徴とする制御装置。
13. 前記規定された期間（Δｔ）は、前記スタート信号が生じている期間によって予め定められている、
    ことを特徴とする請求項１２記載の制御装置。

Images