JP6484157B2 - 筒内圧検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧検出装置に関する。

特許文献１には、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置の先端部に圧力検出素子を装着し、この圧力検出素子を用いて筒内圧を検出する筒内圧検出装置が示されている。

国際公開ＷＯ２０１２／１１５０３６号公報

筒内圧検出装置が設置される内燃機関やその周囲には、筒内圧検出装置の出力信号へ影響を与える多くのノイズ源が存在している。例えば、内燃機関に装着された燃料噴射装置はノイズ源の一つであり、上記特許文献１に示されるように、燃料噴射装置の、燃焼室内に挿入される部分の先端部に圧力検出素子を配置する場合には、ノイズの影響を抑制する観点から、圧力検出素子の出力信号を増幅する増幅回路は圧力検出素子にできるだけ近接して配置すること望ましい。そこで、本発明の発明者は燃料噴射装置の近傍に増幅回路を配置する構成を検討しており、増幅回路を燃料噴射装置の近傍に配置することで、圧力検出素子と増幅回路とを接続する接続部材を短くすることができる。すなわち、ノイズの影響が大きくなる低レベルの信号が通過する接続部材を短くすることができ、ノイズの影響を低減することが可能となる。しかし、ノイズ源である燃料噴射装置に増幅回路が近づくことになるため、増幅回路へのノイズの影響を増加させる要因ともなる。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、内燃機関の筒内圧を検出し、燃料噴射装置等から発生するノイズの影響を低減することができる筒内圧検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、圧力検出素子（２）と、該圧力検出素子（２）から出力される信号を増幅して圧力検出信号を出力する増幅回路を含む増幅回路ユニット（８１）とを備え、内燃機関の燃焼室内の圧力を筒内圧として検出する筒内圧検出装置において、前記増幅回路ユニット（８１）は、前記筒内圧が比較的高い範囲を検出するための第１増幅回路部（４２，４３）と、前記筒内圧が比較的低い範囲を検出するための第２増幅回路部（４４，４５）とを備え、前記第２増幅回路部はローパスフィルタ（４５）またはバンドパスフィルタを備えることを特徴とする。

この構成によれば、増幅回路ユニットの第２増幅回路部ではローパスフィルタまたはバンドパスフィルタによって圧力検出信号に重畳したノイズの除去できるので、ノイズの影響が相対的に大きくなる筒内圧の低い範囲におけるノイズの影響を効果的に低減できる。筒内圧が比較的高い範囲を検出するための第１増幅回路部にローパスフィルタまたはバンドパスフィルタを設けると、比較的高い周波数成分からなるノッキング信号を検出できなくなるが、筒内圧が比較的低い範囲では筒内圧の変化が比較的小さいことから、第２増幅回路部にローパスフィルタまたはバンドパスフィルタを設けることで、筒内圧変化が大きい範囲で悪影響を与えることを回避しつつ、ノイズの影響を効果的に低減できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の筒内圧検出装置において、前記第１増幅回路部（４２，４３）から出力される圧力検出信号（ＳＤＥＴＨ）に基づく高圧側筒内圧（ＰＣＹＬＨ）と、前記第２増幅回路部（４４，４５）から出力される圧力検出信号（ＳＤＥＴＬ）に基づく低圧側筒内圧（ＰＣＹＬＬ）とを比較することによって、故障検知を行う故障検知手段を備えることを特徴とする。

この構成によれば、第１及び第２増幅回路部から出力される２つの圧力検出信号に基づく高圧側筒内圧と低圧側筒内圧とを、同じタイミングで比較することが可能となり、例えば高圧側筒内圧と低圧側筒内圧との比が許容範囲外となる場合には第１または第２増幅回路部において故障が発生していると判定できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の筒内圧検出装置において、前記第１及び第２増幅回路部から出力される圧力検出信号（ＳＤＥＴＨ，ＳＤＥＴＬ）に基づく高圧側筒内圧（ＰＣＹＬＨ）及び低圧側筒内圧（ＰＣＹＬＬ）の一方を選択し、該選択した高圧側筒内圧及び低圧側筒内圧の一方を、前記機関の出力トルク及び／または前記燃焼室内における発生熱量の演算に使用する制御演算手段を備えることを特徴とする。

この構成によれば、第１及び第２増幅回路部から出力される圧力検出信号に基づく高圧側筒内圧及び低圧側筒内圧の一方が選択され、該選択された一方が、機関の出力トルク及び／または燃焼室内における発生熱量の演算に使用されるので、演算に適した検出筒内圧を使用することによって、特に筒内圧が比較的低い範囲における筒内圧検出精度を高めて、出力トルク及び／または発生熱量の演算精度を高めることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の筒内圧検出装置において、前記制御演算手段は、当該筒内圧検出装置が装着されている気筒の圧縮行程及び膨張行程では前記高圧側筒内圧（ＰＣＹＬＨ）を選択し、前記気筒の吸気行程及び排気行程では、前記低圧側筒内圧（ＰＣＹＬＬ）を選択することを特徴とする。

この構成によれば、筒内圧検出装置が装着されている気筒の圧縮行程及び膨張行程では高圧側筒内圧が選択され、当該気筒の吸気行程及び排気行程では、低圧側筒内圧が選択されるので、出力トルク及び／または発生熱量の演算に適した検出筒内圧が選択され、特に筒内圧が比較的低い範囲における筒内圧検出精度を高めて、出力トルク及び／または発生熱量の演算精度を高めることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の筒内圧検出装置において、前記制御演算手段は、前記高圧側筒内圧（ＰＣＹＬＨ）が所定圧（ＰＣＹＬＴＨ）より高いときは、前記高圧側筒内圧（ＰＣＹＬＨ）を選択し、前記高圧側筒内圧が前記所定圧（ＰＣＹＬＴＨ）以下であるときは、前記低圧側筒内圧（ＰＣＹＬＬ）を選択することを特徴とする。

この構成によれば、高圧側筒内圧が所定圧より高いときは、高圧側筒内圧が選択され、高圧側筒内圧が所定圧以下であるときは、低圧側筒内圧が選択されるので、出力トルク及び／または発生熱量の演算に適した検出筒内圧が選択され、特に筒内圧が比較的低い範囲における筒内圧検出精度を高めて、出力トルク及び／または発生熱量の演算精度を高めることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の筒内圧検出装置において、前記制御演算手段は、前記機関のクランク軸の回転角度（ＣＡ）が設定範囲（ＣＡ１〜ＣＡ２）内にあるときは、前記高圧側筒内圧（ＰＣＹＬＨ）を選択し、前記クランク軸の回転角度が前記設定範囲外にあるときは、前記低圧側筒内圧（ＰＣＹＬＬ）を選択することを特徴とする。

この構成によれば、クランク軸の回転角度が設定範囲内にあるときは、高圧側筒内圧が選択され、クランク軸の回転角度が設定範囲外にあるときは、低高圧側筒内圧が選択されるので、例えば筒内圧検出対象気筒の圧縮行程及び膨張行程を含み、両行程より若干広い角度範囲を設定範囲とすることにより、出力トルク及び／または発生熱量の演算に適した検出筒内圧が選択され、特に筒内圧が比較的低い範囲における筒内圧検出精度を高めて、出力トルク及び／または発生熱量の演算精度を高めることができる。また、吸気弁（及び排気弁）の作動位相を変更可能な機構を備える内燃機関においては、吸気弁及び／または排気弁の作動位相の変更に対応して、設定範囲を変更することによって、吸気弁及び／または排気弁の作動位相が変更されても上記演算を正確に行うことができる。

本発明の一実施形態にかかる筒内圧検出ユニット付き燃料噴射装置の構成を説明するための図である。 図１に示す筒内圧検出ユニットの構成を説明するための図である。 図１に示す接続部材（１２）の構造を説明するための図である。 筒内圧検出ユニット付き燃料噴射装置の先端部近傍の構造を示す断面図である。 図１に示す増幅回路ユニットの構成を示すブロック図である。 図１に示すコネクタピン（２１〜２３）と、電子制御ユニットとの接続を説明するための図である。 第１及び第２増幅回路部から出力される圧力検出信号（ＳＤＥＴＨ，ＳＤＥＴＬ）の電圧レベル（ＶＤＥＴ）と、検出される筒内圧（ＰＣＹＬ）との関係を示す図である。 第１及び第２増幅回路部から出力される圧力検出信号に基づく高圧側筒内圧（ＰＣＹＬＨ）及び低圧側筒内圧（ＰＣＹＬＬ）の推移を示す図である。 高圧側筒内圧（ＰＣＹＬＨ）及び低圧側筒内圧（ＰＣＹＬＬ）の一方を選択する手法を説明するための図である。 図９に示す第１〜第３の選択方法に対応する選択処理のフローチャートを示す図である。 故障検知を行う処理のフローチャートである。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１（ａ）は本実施形態の筒内圧検出ユニット付き燃料噴射装置の側面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す燃料噴射装置に合成樹脂モールドが被覆された状態を説明するための図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）において矢印Ｂの方向からみた本体コネクタ部７０を説明するための図である。図１（ａ）は、説明のために合成樹脂モールドが無い状態を示している（ただし、増幅回路ユニット８１は、合成樹脂モールド８１ａによって封止成形されたものが示されている）。また、図２は、燃料噴射装置に装着される前の筒内圧検出ユニット２０１の構成を説明するための図である。

燃料噴射装置１は、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する装置であり、内部に周知の構成要素である弁体、弁体を駆動するソレノイド（駆動回路）、弁体を付勢するスプリングなどを有する。燃料噴射装置１は、先端部の噴射口５が燃焼室内に露出するように内燃機関の気筒に装着され、噴射口５から燃焼室内に燃料が噴射される。燃料噴射装置１は、ソレノイドが内蔵される金属製の大径部ケーシング３と、先端部に噴射口５が設けられた金属製の小径部ケーシング４とを有する。なお、大径部ケーシング３は、小径部ケーシング４より径が大きい部分全体を含むものとする。

筒内圧検出ユニット２０１は、圧力検出素子２と、圧力検出素子２が先端部に固定された円筒状のセンサ固定部材１３と、増幅回路ユニット８１と、圧力検出素子２と増幅回路ユニット８１を接続する接続部材１２とを予め組み上げることによって構成され、センサ固定部材１３を、燃料噴射装置１の小径部ケーシング４の先端側（噴射口５側）に嵌め込むことによって、筒内圧検出ユニット２０１が燃料噴射装置１に装着される。したがって、圧力検出素子２は、燃料噴射装置１の先端部（噴射口５を囲む位置）に装着され、接続部材１２によって増幅回路ユニット８１に接続されている。増幅回路ユニット８１は、耐熱性の合成樹脂モールド８１ａによって被覆（封止成形）されている。増幅回路ユニット８１には、サブコネクタピン９１〜９３が固定されており、合成樹脂モールド８１ａによってサブコネクタピン９１〜９３を含むサブコネクタ部８２が形成される。

図２（ａ）は筒内圧検出ユニット２０１の斜視図であり、図２（ｂ）は、合成樹脂モールド８１ａ（増幅回路ユニット８１を内蔵する部分）の横断面図である。図２（ｂ）に示す湾曲する底面８３が大径部ケーシング３の外周面に接触するように燃料噴射装置１に装着される。

燃料噴射装置１には、合成樹脂モールド２０３の一部によって構成され、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）６０（図５，６参照）からの接続線が接続される本体コネクタ部７０が固定されている。ＥＣＵ６０は、燃料噴射装置１の駆動制御を行うとともに、筒内圧検出ユニット２０１による筒内圧ＰＣＹＬの検出、検出した筒内圧ＰＣＹＬを用いた機関出力トルクの演算、及びノッキングの検出などを行う。

本体コネクタ部７０は、図１（ｃ）に示すように、ＥＣＵ６０から駆動信号が供給される駆動信号線が接続される第１コネクタピン２１〜２３と、圧力検出信号をＥＣＵ６０に供給するための検出信号線、電源接続線、及びアース接続線が接続される第２コネクタピン７１〜７３とを備えている。第２コネクタピン７１〜７３は、本体コネクタ部７０においてサブコネクタピン９１〜９３と接続されている。

本体コネクタ部７０の第１コネクタピン２１〜２３及び第２コネクタピン７１〜７３と嵌合可能なコネクタ部材（図示せず）が、ＥＣＵ６０からの接続線の先端部に固定され、そのコネクタ部材が本体コネクタ部７０と嵌合することによって、接続線と各コネクタピン２１〜２３，７１〜７３とが接続される。

筒内圧検出ユニット２０１と燃料噴射装置１とが一体化された後に、合成樹脂モールド８１ａが被覆された増幅回路ユニット８１、接続部材１２、及びセンサ固定部材１３の一部（増幅回路ユニット８１に近い側）が合成樹脂モールド２０２によって被覆される（図１（ｂ）参照）。なお、筒内圧検出ユニット２０１と燃料噴射装置１とが一体化された後であって、合成樹脂モールド２０２による被覆を行う前に、サブコネクタピン９１〜９３がそれぞれ第２コネクタピン７１〜７３と抵抗溶接される。

図１（ｂ）において右下がりのハッチングを付して示す部分が、燃料噴射装置１の本体コネクタ部７０を構成する合成樹脂モールド２０３に相当し、右上がりのハッチングを付して示す部分が、最後に被覆される合成樹脂モールド２０２に相当する。

図３は、接続部材１２の構造を説明するための図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。接続部材１２は、銅線１７ａ及び１７ｂを接着剤１６（エポキシ系樹脂）を介してポリイミド製の被覆部材１４，１５によって被覆して構成される、フレキシブル配線基板として知られる構造を有し、断線することなく容易に折り曲げ可能なものである。銅線１７ａは、圧力検出素子２の出力信号の伝達に使用され、銅線１７ｂはアース線として使用される。

接続部材１２は、圧力検出素子２に接続される先端部近傍（図３（ａ）にＲＩＮで示す部分）は、図４に示すように金属製のセンサ固定部材１３の内側を通り、先端部近傍部分ＲＩＮと、増幅回路ユニット８１との間は、燃料噴射装置１の小径部ケーシング４及び大径部ケーシング３の外周面に沿うように配置されている。

図５は増幅回路ユニット８１の構成を示すブロック図であり、増幅回路ユニット８１は、コンデンサ４１、チャージアンプ４２、第１増幅回路４３、第２増幅回路４４、ローパスフィルタ４５、及びサブコネクタ部８２を構成するサブコネクタピン９１〜９３を備えている。サブコネクタピン９１には本体コネクタ部７０（コネクタピン７１）及び電源接続線６１を介して直流電源電圧（例えば５Ｖ）が供給され、サブコネクタピン９２，９３は、本体コネクタ部７０（コネクタピン７２，７３）及び信号接続線６２，６３を介して、ＥＣＵ６０の２つのＡＤ変換回路（図示せず）に接続される。

サブコネクタピン９１に接続された電源線５１は、チャージアンプ４２と、第１及び第２増幅回路４３，４４に接続されている。また、増幅回路ユニット８１のアース線（グランド）４０は、燃料噴射装置１の筐体に接続されている。サブコネクタピン９２は、第１増幅回路４３の出力に接続されており、高圧側圧力検出信号ＳＤＥＴＨが、サブコネクタピン９２から信号接続線６２を介して、ＥＣＵ６０に供給される。サブコネクタピン９３は、ローパスフィルタ４５の出力に接続されており、低圧側圧力検出信号ＳＤＥＴＬが、サブコネクタピン９３から信号接続線６３を介して、ＥＣＵ６０に供給される。

ＥＣＵ６０は、高圧側圧力検出信号ＳＤＥＴＨ及び低圧側圧力検出信号ＳＤＥＴＬをＡＤ変換回路によってそれぞれデジタル信号値（高圧側筒内圧ＰＣＹＬＨ及び低圧側筒内圧ＰＣＹＬＬ）に変換して、後述する演算処理を実行する。

コンデンサ４１により、圧力検出素子２から接続部材１２を介して、入力される検出信号の直流成分がカットされ、入力検出信号の交流成分のみがチャージアンプ４２に入力される。チャージアンプ４２は、入力信号を積分しつつ増幅することによって、圧力変化率を示す入力信号を圧力値を示す圧力検出信号に変換する。第２増幅回路４４は、高圧側圧力検出信号ＳＤＥＴＨを７．５倍程度増幅する。ローパスフィルタ４５は、燃料噴射装置１の作動に起因する燃料噴射ノイズを減衰させるために設けられており、カットオフ周波数は、燃料噴射ノイズを低減できる周波数（例えば５００Ｈｚ程度）に設定される。

図６は、第１コネクタピン２１〜２３の接続を説明するための図であり、燃料噴射装置１の駆動ソレノイド２４の両端は本体コネクタ部７０の第１コネクタピン２２，２３を介してＥＣＵ６０と接続されている。第１コネクタピン２１は、アース接続線２５を介してＥＣＵ６０のアースに接続されるとともに、燃料噴射装置１の筐体に接地されている。アース接続線２５（第１コネクタピン２１）は、圧力検出素子２による圧力検出信号ＳＤＥＴＨ，ＳＤＥＴＬのアース（センサ用アース）として機能するものであり、駆動ソレノイド２４と接続される第１コネクタピン２２及び２３とは絶縁されている。

図７は、高圧側圧力検出信号ＳＤＥＴＨ及び低圧側圧力検出信号ＳＤＥＴＬの電圧レベルＶＤＥＴと、筒内圧ＰＣＹＬとの関係を示す図であり、実線が高圧側圧力検出信号ＳＤＥＴＨに対応し、破線が低圧側圧力検出信号ＳＤＥＴＬに対応する。この図に示すＰＣＹＬ１及びＰＣＹＬ２は、それぞれ大気圧（１００ｋＰａ）及び１５０００ｋＰａ程度の圧力値に相当し、Ｖ１及びＶ２は、それぞれ０．９Ｖ及び５．０Ｖ程度の電圧値に相当する。すなわち、低圧側圧力検出信号ＳＤＥＴＬは、第２増幅回路４４のゲインに相当する分だけ高圧側圧力検出信号ＳＤＥＴＨより信号レベルが増幅され、破線の傾きは実線に比べて大きくなっている。

図８は、検出筒内圧の推移を示す図（横軸はクランク角ＣＡで、圧縮行程終了角度を０度とする）であり、同図（ａ）は高圧側圧力検出信号ＳＤＥＴＨから得られる高圧側筒内圧ＰＣＹＬＨに対応し、同図（ｂ）は低圧側圧力検出信号ＳＤＥＴＬから得られる低圧側筒内圧ＰＣＹＬＬに対応する。図８（ａ）に示す高圧側筒内圧ＰＣＹＬＨのＣ部（クランク角ＣＡが−２７０度近傍の範囲）には、燃料噴射装置１の燃料噴射動作に起因する燃料噴射ノイズが破線で示されている。燃料噴射ノイズは、増幅回路ユニット８１にローパスフィルタ４５を設けない場合に圧力検出信号に重畳する。

本実施形態では、低圧側圧力検出信号ＳＤＥＴＬに含まれる燃料噴射ノイズはローパスフィルタ４５によって除かれるため、図８（ｂ）に拡大して示される低圧側筒内圧ＰＣＹＬＬにおいても燃料噴射ノイズを除去することができる。

図８から明らかなように、高圧側筒内圧ＰＣＹＬＨは、低い筒内圧から燃焼によって発生する最大筒内圧までの圧力値を示し、低圧側筒内圧ＰＣＹＬＬは、図８（ｂ）に示す角度範囲ＲＣＡＳＴでは、低圧側圧力検出信号ＳＤＥＴＬの増幅率が大きいために検出圧力値が飽和して正しい圧力値は得られないが、２０００ｋＰａ程度より低い圧力値を精度良く示す。したがって、本実施形態では、筒内圧ＰＣＹＬが比較的低いクランク角範囲では、低圧側筒内圧ＰＣＹＬＬを用いて制御に必要な演算（例えば内燃機関の出力トルクの演算、あるいは対象気筒における熱発生量の演算など）を実行し、筒内圧ＰＣＹＬが比較的高いクランク角範囲では、高圧側筒内圧ＰＣＹＬＨを用いて制御に必要な演算（ノッキングの検出を含む）を実行する。

例えば機関の出力トルクＴＲＱを算出する場合には、圧縮行程及び膨張行程における図示平均有効圧力ＩＭＥＰと、吸気行程及び排気行程における図示平均有効圧力ＰＭＥＰ（負値）とを加算することにより、正味図示平均有効圧力ＮＭＥＰを算出し、正味図示平均有効圧力ＮＭＥＰを用いて出力トルクＴＲＱが算出される。したがって、図８（ａ）に破線で示すような吸気行程中に重畳するノイズの影響を除去することによって、吸気行程及び排気行程における図示平均有効圧力ＰＭＥＰを精度良く算出することができる。その結果、正味図示平均有効圧力ＮＭＥＰを精度良く算出し、機関出力トルクＴＲＱの算出精度を高めることができる。

図９は、上述した高圧側筒内圧ＰＣＹＬＨ及び低圧側筒内圧ＰＣＹＬＬのうち、何れを選択して出力トルク演算などに適用するか（選択方法）を説明するための図であり、同図（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ筒内圧ＰＣＹＬの推移、対象気筒の行程、第１の選択方法による選択、第２の選択方法による選択、及び第３の選択方法による選択を示す。

すなわち、第１の選択方法では、対象気筒の圧縮行程及び膨張行程において高圧側筒内圧ＰＣＹＬＨを選択し、吸気行程及び排気行程において低圧側筒内圧ＰＣＹＬＬを選択する。また第２の選択方法では、高圧側筒内圧ＰＣＹＬＨが所定圧ＰＣＹＬＴＨ（低圧側筒内圧ＰＣＹＬＬが飽和する圧力値より若干低い圧力値、例えば１９００ｋＰａに設定される）以上であるときに高圧側筒内圧ＰＣＹＬＨを選択し、高圧側筒内圧ＰＣＹＬＨが所定圧ＰＣＹＬＴＨ以下であるときに低圧側筒内圧ＰＣＹＬＬを選択する。また第３の選択方法では、クランク角ＣＡが第１クランク角ＣＡ１（例えば−２１０度）より大きくかつ第２クランク角ＣＡ２（例えば２５５度）より小さい設定クランク角範囲内では、高圧側筒内圧ＰＣＹＬＨを選択し、設定クランク角範囲外（−３６０度以上でＣＡ１以下の範囲内、及びＣＡ２以上で３６０以下の範囲内）では、低圧側筒内圧ＰＣＹＬＬを選択する。設定クランク角範囲は、図８（ｂ）に示す角度範囲ＲＣＡＳＴを含み、角度範囲ＲＣＡＳＴより広い範囲に設定される。

吸気弁（及び排気弁）の作動位相を変更可能な機構を備える内燃機関では、第３の選択方法を採用することが望ましい。第３の選択方法によれば、吸気弁及び／または排気弁の作動位相の変更に対応して、設定クランク角範囲を変更することが可能となり、そのような設定クランク角範囲の変更を行うことにより、吸気弁及び／または排気弁の作動位相が変更されても上記演算を正確に行うことができる。

図１０（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ上述した第１、第２、第３の選択方法に対応し、高圧側筒内圧ＰＣＹＬＨ及び低圧側筒内圧ＰＣＹＬＬの一方を選択する処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ６０で所定クランク角度毎に実行される。

図１０（ａ）では、対象気筒が排気行程または吸気行程にあるか否かを判別し（ステップＳ１１）、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、筒内圧ＰＣＹＬを低圧側筒内圧ＰＣＹＬＬに設定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１１の答が否定（ＮＯ）であって、圧縮行程または膨張行程では、筒内圧ＰＣＹＬを高圧側筒内圧ＰＣＹＨに設定する（ステップＳ１３）。

図１０（ｂ）では、高圧側筒内圧ＰＣＹＬＨが所定圧ＰＣＹＬＴＨより低いか否かを判別し（ステップＳ２１）、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、筒内圧ＰＣＹＬを低圧側筒内圧ＰＣＹＬＬに設定する（ステップＳ２２）。ステップＳ２１の答が否定（ＮＯ）であって、高圧側筒内圧ＰＣＹＬＨが所定圧ＰＣＹＬＴＨ以上であるときは、筒内圧ＰＣＹＬを高圧側筒内圧ＰＣＹＨに設定する（ステップＳ２３）。

図１０（ｃ）では、クランク角センサ（図示せず）によって検出されるクランク角ＣＡが第１クランク角ＣＡ１より大きくかつ第２クランク角ＣＡ２より小さいか否かを判別し（ステップＳ３１）、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、筒内圧ＰＣＹＬを高圧側筒内圧ＰＣＹＬＨに設定する（ステップＳ３３）。ステップＳ３１の答が否定（ＮＯ）であって、クランク角ＣＡが−３６０度から第１クランク角ＣＡ１の角度範囲または第２クランク角ＣＡ２から３６０度の角度範囲では、筒内圧ＰＣＹＬを低圧側筒内圧ＰＣＹＬに設定する（ステップＳ３２）。

高圧側筒内圧ＰＣＹＬＨ及び低圧側筒内圧ＰＣＹＬＬの何れか一方に設定される筒内圧ＰＣＹＬは、図示しない処理によって、内燃機関の出力トルク及び／または燃焼室内における発生熱量の演算に適用される。

図１１は、故障検知処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ６０において例えば、対象気筒の１燃焼サイクルに１回実行される。
ステップＳ４１では、クランク角ＣＡが所定クランク角度ＣＡＦＤ（例えば−１２０度であるタイミング（対象気筒の圧縮行程終了上死点前１２０度））であるタイミングにおける筒内圧を示す高圧側判定筒内圧ＰＣＹＬＨＸと、同じタイミングの筒内圧を示す低圧側判定筒内圧ＰＣＹＬＬＸとの比である筒内圧比ＲＰＣＹＬ（＝ＰＣＹＬＨＸ／ＰＣＹＬＬＸ）を算出する。

ステップＳ４２では、筒内圧比ＲＰＣＹＬが上側閾値ＲＴＨＨ（例えば１．２）より大きいか、または下側閾値ＲＴＨＬ（０．８）より小さいか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）、すなわち筒内圧比ＲＰＣＹＬが上側閾値ＲＴＨＨ以下でかつ下側閾値ＲＴＨＬ以上であるときは直ちに処理を終了する。ステップＳ４２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、故障が発生したと判定する（ステップＳ４３）。

所定クランク角度ＣＡＦＤは、低圧側筒内圧ＰＣＹＬＬが飽和するクランク角度範囲ＲＣＡＳＴ以外の角度範囲内に設定され、故障が発生していないときは、高圧側判定筒内圧ＰＣＹＬＨＸと、低圧側判定筒内圧ＰＣＹＬＬＸとはほぼ等しくなる。したがって、筒内圧比ＲＰＣＹＬが上側閾値ＲＴＨＨより大きいとき、または下側閾値ＲＴＨＬより小さいときは、何らかの故障（例えば第２増幅回路４４の故障）が発生したと判定できる。

以上のように本実施形態によれば、増幅回路ユニット８１の第２増幅回路４４及びローパスフィルタ４５によって構成される第２増幅回路部では、ローパスフィルタ４５によって圧力検出信号に重畳したノイズが除去または低減されるので、ノイズの影響が相対的に大きくなる筒内圧の低い範囲におけるノイズの影響を効果的に低減できる。筒内圧ＰＣＹＬが比較的高い範囲を検出するための第１増幅回路部（本実施形態では、チャージアンプ４２及び第１増幅回路４３によって構成される）にローパスフィルタまたはバンドパスフィルタを設けると、比較的高い周波数成分（１３ｋＨｚ程度）からなるノッキング信号を検出できなくなるが、筒内圧ＰＣＹＬが比較的低い範囲では筒内圧ＰＣＹＬの変化が比較的小さい（時間変化率が比較的小さい）ことから、第２増幅回路部にローパスフィルタ４５を設けることで、筒内圧変化が大きい範囲で悪影響を与えることを回避しつつ、ノイズの影響を効果的に低減できる。

また第１増幅回路部から出力される高圧側圧力検出信号ＳＤＥＴＨ及び第２増幅回路部から出力される低圧側圧力検出信号ＳＤＥＴＬをデジタル値に変換することにより、高圧側筒内圧ＰＣＹＬＨ及び低圧側筒内圧ＰＣＹＬＬが取得され、上述した第１〜第３の何れかの選択方法によって、高圧側筒内圧ＰＣＹＬＨ及び低圧側筒内圧ＰＣＹＬＬの何れか一方を選択して、内燃機関の出力トルクの演算及び／または燃焼室内における発生熱量の演算に適用するようにしたので、特に低圧側筒内圧ＰＣＹＬＬの精度を高めて、出力トルク及び／または発生熱量の演算精度を高めることができる。吸気弁（及び排気弁）の作動位相を変更可能な機構を備える内燃機関においては、第３の選択方法を適用し、吸気弁及び／または排気弁の作動位相の変更に対応して、設定クランク角範囲を変更することによって、吸気弁及び／または排気弁の作動位相が変更されても上記演算を正確に行うことができる。

本実施形態では、チャージアンプ４２及び第１増幅回路４３によって第１増幅回路部が構成され、第２増幅回路４４及びローパスフィルタ４５によって第２増幅回路部が構成される。また、ＥＣＵ６０が制御演算手段及び故障検知手段を構成する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、増幅回路ユニット８１のローパスフィルタ４５は、バンドパスフィルタに代えてもよい。その場合、バンドパスフィルタの通過帯域は、燃料噴射ノイズを減衰できる帯域（例えば３００Ｈｚから５００Ｈｚの範囲）に設定される。

また、上述した図１１の故障検知処理では、筒内圧比ＲＰＣＹＬ（＝ＰＣＹＬＨＸ／ＰＣＹＬＬＸ）が許容範囲外にあるときに（下側閾値ＲＴＨＬより小さいか、上側閾値ＲＴＨＨより大きいときに）、故障が発生したと判定するようにしたが、高圧側判定筒内圧ＰＣＹＬＨＸと低圧側判定筒内圧ＰＣＹＬＬＸの差分が判定閾値より大きいときに故障が発生したと判定するようにしてもよい。

また、燃焼噴射装置と筒内圧検出ユニットが一体化された筒内圧検出装置ではなく、少なくとも、圧力検出素子と該圧力検出素子から出力される信号を増幅して圧力検出信号を出力する増幅回路を含む増幅回路ユニットとを備えた筒内圧検出装置を内燃機関に単体で設置するようにしてもよい。

１ 燃料噴射装置
２ 圧力検出素子
１２ 接続部材
２１〜２３ 第１コネクタピン
４２ チャージアンプ（第１増幅回路部）
４３ 第１増幅回路（第１増幅回路部）
４４ 第２増幅回路（第２増幅回路部）
４５ ローパスフィルタ（第２増幅回路部）
６０ 電子制御ユニット（制御演算手段、故障検知手段）
８１ 増幅回路ユニット
８１ａ 合成樹脂モールド
８２ サブコネクタ部
９１〜９３ サブコネクタピン
２０１ 筒内圧検出ユニット

Claims (6)

1. 圧力検出素子と、該圧力検出素子から出力される信号を増幅して圧力検出信号を出力する増幅回路を含む増幅回路ユニットとを備え、内燃機関の燃焼室内の圧力を筒内圧として検出する筒内圧検出装置において、
   前記増幅回路ユニットは、前記筒内圧が比較的高い範囲を検出するための第１増幅回路部と、前記筒内圧が比較的低い範囲を検出するための第２増幅回路部とを備え、前記第２増幅回路部はローパスフィルタまたはバンドパスフィルタを備えることを特徴とする筒内圧検出装置。
2. 前記第１増幅回路部から出力される圧力検出信号に基づく高圧側筒内圧と、前記第２増幅回路部から出力される圧力検出信号に基づく低圧側筒内圧とを比較することによって、故障検知を行う故障検知手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の筒内圧検出装置。
3. 前記第１及び第２増幅回路部から出力される圧力検出信号に基づく高圧側筒内圧及び低圧側筒内圧の一方を選択し、該選択した高圧側筒内圧及び低圧側筒内圧の一方を、前記機関の出力トルク及び／または前記燃焼室内における発生熱量の演算に使用する制御演算手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の筒内圧検出装置。
4. 前記制御演算手段は、当該筒内圧検出装置が装着されている気筒の圧縮行程及び膨張行程では前記高圧側筒内圧を選択し、前記気筒の吸気行程及び排気行程では、前記低圧側筒内圧を選択することを特徴とする請求項３に記載の筒内圧検出装置。
5. 前記制御演算手段は、前記高圧側筒内圧が所定圧より高いときは、前記高圧側筒内圧を選択し、前記高圧側筒内圧が前記所定圧以下であるときは、前記低圧側筒内圧を選択することを特徴とする請求項３に記載の筒内圧検出装置。
6. 前記制御演算手段は、前記機関のクランク軸の回転角度が設定範囲内にあるときは、前記高圧側筒内圧を選択し、前記クランク軸の回転角度が前記設定範囲外にあるときは、前記低圧側筒内圧を選択することを特徴とする請求項３に記載の筒内圧検出装置。

Images