JPH01213538A - 内燃機関の筒内圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野Ｊ この発明は内燃機関の燃焼気筒内の圧力情報を計測する
内燃−関の筒内圧力険出器に関するものである。

〔従来の技術］ 内燃機関の燃焼状態や回転サイクル毎の動作を計測する
ために一般に燃焼気筒内の圧力が測定される・この淘定
に用いられる筒内圧力センナとして圧電形筒内圧センナ
がよく利用されている。この圧電形筒内圧センナは圧力
に感応して電荷を発生する圧電素子に直接的あるいは間
接的に気筒内の圧力が印加されて、印加圧力に応じた電
荷量を出力するものである。例えば、圧電形筒内圧セン
ナの一例を第３図に示す。第３図において（１１）は圧
電素子、（１２）は２枚の圧電素子にはさまれ、出力信
号をリード線（１３）に導く電償、（１４）はセンナの
内Ｓ構造部品を覆うケースである。この圧電形筒内圧セ
ンナはリング状の形状をしてお秒、第４図に示すように
エンジンの燃焼気筒の土壁をなすシリンダヘッド（２）
と点火プラグ（３）との間に装着される。そして、燃焼
気筒内の圧力が点火ブラダを通じて圧電形筒内圧センサ
（１）の圧電素子（１１）に伝達され、筒内圧力に応じ
た電荷が出力される。

ところで、上記圧電形筒内圧センサの筒内圧力に対応す
る出力信うは電荷量であるために、この電荷量を電気的
処理しやすい電圧値に変換する必要がある。そこで、電
荷量を電圧値に変換する手段として従来では一般Ｋｆヤ
ージアンプが用いられていた。第５図にチャージアンプ
の基本回路を示す。第５図において、　（４１）はオペ
アンプでアリ、　（４２）はコンデンサである。圧電形
筒内圧センサ（１）の出力はオペアンプ（４１）の反転
入力に接続され、コンダンサ（４２）はオペアンプ（４
１）の反転入力と出力との間に接続される。またオペア
ンプ（４１）の非反転入力は接地されている。いま、オ
ペアンプ（４１）は反転及び非反転の入力電圧が同しペ
ｐになるように出力制御するものであり、圧電形筒内圧
センナ（１）から電荷Ｑが入力されるとオペアンプ（４
１）は電荷Ｑをすべてコンダンサ（４２）に充電するよ
つに！ＩＪａｌＩｌ動作する。従って、コンダンサ（４
２）の静電容量をＣとするとＶ　＝　Ｑ／Ｃなる電圧が
オペアンプ（４１）の出力ＫｇＬわれる。こζで電荷量
Ｑは筒内圧力と比例関係にあるため、オペアンプ（４１
）の出力電圧Ｖは筒内圧力に応じた値となり、エンジン
運転中には第６図に示すような燃焼圧力信号を出力する
。

〔発明が解決しようとする課題Ｊ ところが、上記チャージアンプにおいては、電荷量を直
接コンダンサ充電によって電圧値に変換する方式であり
、コンダンサ（４２）の静電容量が圧電形筒内圧センサ
（１）の圧電素子（１１）の静電容量に合わせて小さく
設定されているため圧電形崎内圧センサ（１）やその出
力信号フィンまたはチャージアンプの入力回路等の電流
リーク、あるいは、オペアンプ（４１）の入力バイアス
電流等、入力部に筒内圧力信り以外の電荷移動、すなわ
ち電流があるとオペアンプ（４１）の出力電圧が変動し
、正確な筒内圧力の測定が不ｃＴ能になるという課題が
あった。

また、チャージアンプ（４１）の出力電圧は筒内圧力の
変化に対応するものでメ抄、筒内圧力の絶対的な圧力値
を示すことができないという課題がありたＯ 本発明はこのような課題に緘みてなされたものであり、
圧電形筒内圧センサの出力信号の電圧値等への変換にお
いて、電流リーク等に影響されない正確な絶対圧力値の
計測を５！現することを目的とする。

〔課題を解決するための手段Ｊ 末完＃４に係る内燃機関の筒同圧力検出裂直は、圧電形
圧力センナの出力信号を電流の形で受信し、そこで電圧
値あるいは電流値に変換した後、積分器で積分し、その
積分値を所定の時期ｔζ所定の値に設定するものである
。

【作用Ｊ 電流入力回路出力を積分することによ抄正確な計測を行
ない得ると共に積分器の積分値を所定時期において所定
値に設定するととにより積分器出力に基づいて絶対圧力
値を計測し得る。

［実施例Ｊ 第１図に本発明の一実施例を示す０第５図において、（
５１）と（５２）はオペアンプ、（５３）、（５５）、
（５７）は抵抗、（５４）と（５６）はコンデンサ、（
５８）はアナログスイッチである。圧電形筒内圧センナ
（１）の出力はオペアンプ（５１）の反転入力に接続さ
ｎ、抵抗（５３）はオペアーンプ（５１）の反転入力と
出力間に接続される。コンデンサ（５４）と抵抗（５５
）は直列にオペアンプ（５１）の出力とオペアンプ（５
２）の反転入力との間に接続され、抵抗（５７）とコン
ダンサ（５６）とアナログスイッチ（５８）は並列にオ
ペアンプ（５２）の反転入力と出力との間に接続される
。また、オペアンプ（５１）及び（５２）の非反転入力
はともンζ接地される。

次に第５図に示した実施例の動作を説明する。

いま、圧電形筒内圧センサ（１）の出力から筒内圧力に
対応して電荷Ｑが出力されると、オペアンプ（５１）の
フィードバック制御によりて、抵抗（５３）　Ｋは−ｄ
Ｑ／ｄｔなる電流がオペアンプ（５１）から出力される
。そして、抵抗（５３）の電圧降下によってオベアンプ
（５１）の出力電圧ｖ１は抵抗（５３）の抵抗値をＲ１
とすると、 ７１：　−１１ｊ１５Ｌ ｔ となる。すなわち、圧電形部内圧センサの出力電流ｄＱ
／ｄｔが電圧値に度換されたものでめる。このオペアン
プ（５１）の出力電圧ｖ１の信号波形を第６図の（ａ）
に示す。この波形は筒内圧力を時間微分したものに相当
する。

その次に、オペアンプ（５１）の出力からオペアンプ（
５２〕の反転入力にはコンテ゛ンサ（５４）と抵抗（５
５）を経て電流が流れる。ここで、コンダンサ（５４）
は交流結合用として用いられるため静電容量は光分大き
く設定され筒内圧力変化による電流！化率に対しインピ
ーダンスが極めて小さくなるようＫなっている。それ故
、そこに流れる電流工２は下式のように、オペアンプ（
５１）の出力電圧”ｑｌと抵抗（５５）の抵抗値Ｒ２で
決定される。

工、Ｊυ＝−シー、ｄＱ １（！　　　ＥＬ２π そして、オペアンプ（５２）の出力からはフィードバッ
ク１ｌｌＩＪ　御によりて一工２の電流が流れる。ここ
で、抵抗（５７）はオベアゼプ（５２）の出力電圧ＶＸ
を長時間の時定数で零点復帰させるための抵抗であり、
その抵抗値Ｈｓはコンデ°ンサ（５６）に流れる電流に
対し無視できる程度の電流となるような高抵抗値に設定
されている。従って、オペアンプ（５２）の出力電圧ｖ
２は下式のように出力電流−工２とコンダンサ（５６）
の静電容［１（：ｚによって決定される・１＝＋−Ｌ　
−工！ｄｔ＝−’　（−！！−！−！！Ｑ−）ａｔ＝−
！と−ＱＣ２Ｃ２Ｒ２ｄｔ　　　　　　Ｑ２Ｒ２すなわ
ち、オペアンプ（５２）の出力電圧ｖ２は圧電形筒内圧
センサ（１）の出力電荷ＱＫ比例するものであり、第６
図の（ｂ）に示すようにその出力信号は筒内圧力そのも
のに相当する。

このように、圧電形筒内圧センサの出力信号を電流値と
して入力し、その入力電流ＶＡＫ応じた信号を積分する
ととによって、筒内圧力信号を得ることかできる。

ところで、圧電形筒内圧センサ（１）の出力ツインに定
常のリーク電流工りが発生した場合、オペアンプ（５１
）の出力電圧ｖ１は ’　　　Ｖ１＝−Ｒ１（玉＋工り ｔ となり、その出力信号波形は第２図の軌）に示す破線の
ようになる。しかし、コンデンサ（５６）の静電容濾Ｃ
２が比較的大きく設定することができるためオペアンプ
（５２）の入力リーク電流による影響は軽減される。さ
らｔζ次段のオペアンプ（５２）　Ｋよる積分器の入力
はコンダンサ（５４）によって交流結合されているため
、上記電流リークによる変化分−ＲＩＩＬはここで阻止
され、筒内圧力変化による信号成分−Ｒ１ユのみが積分
される。従って、積分器の出（ｉｔ 力、つまりオペアンプ（５２）の出力波形は上記リーク
電流の有無に拘らず第２図の缶）に示すような安定した
筒内圧力波形となる。

ところで、オペアンプ（５２）の出力波形は筒内圧力の
変化を示しＣいるものであり、筒内圧力の絶対値を示す
ものではない。そこで、アナログスイッチ（５８）Ｋよ
って所定の時期に積分値（コンデンサ（５６）の充電電
圧）を零に設定し、上記所定時期の筒内圧力絶対値を他
の方法で測定すればオペアンプ（５２）の出力波形の変
化値から筒内圧力の絶対値を算出することか可能になる
。その具体的な方法として、例えば、筒内圧測定気筒の
ピストンが吸気行程の下死点（ＢＤＣ）にあるときに吸
気管内の圧力値を測定し、その値を吸気下死点における
筒内圧力絶対値とし、その時点で積分値を零に設定する
。これは吸気下死点においては吸気パルプが開放状態に
あり、気筒内と吸気管内が同一圧力になるためである。

上記方法を実現するにはエンジンのカムシャフト等に設
置されたクランク角センサの出力信号から演算して、吸
気ＢＤＣの時期にパルス信号をアナロググー）　（５８
）の制御入力（５８）に入力すればよい６また、吸気管
内の圧力測定には圧力値を電気量Ｋｔ’換する圧力セン
ナを用いればよい。上記方法によれば、オペアンプ（５
２）の出力信号波形は第６図（ｂ）に示すように、吸気
下死点（ＢＤＣ）で零に設定され、そζを基準として筒
内圧力の灰化を示すものとなる。従って、筒内圧力の絶
対値は上記圧力センサの示す圧力値とオペアンプ（５２
）の火力信１８による圧力値との和で表わすことができ
る。

なお、上記実施例においては、積分値を設定する時期を
吸気ＢＤＣとしたが、吸気バルブ開放期間の他の時期に
設定することも可能である。

また、上記実施例では積分値を＃になるように設定した
が、圧力センサの圧力値に応じた値に設定し、オペアン
プ（５２）の出力値から直接に絶対圧力値を得ることも
できる。この場合、圧力センサの圧力値に応じた電圧を
出力する電源からアナログスイッチを経てコンテ゛ンサ
（５６）を急速充電すればよい。

〔発明の効果Ｊ 以上説明したとおり、本発明によれば、圧電形筒阿圧セ
ンサの出力信号フィン等にリーク電流が生じても変動の
ない安定な筒内圧力波形を得ることができ、そのうえ、
筒内圧力の絶対値を計測するこ、とができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例の回路図、第２図は第１
図の実施例の動作説明図、第３図は圧電形筒内圧センナ
の断面構造図、第４図は圧電形筒内圧センナの取付図、
第５図は従来装置の回路図、第６図は従来装置の出力波
形図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の燃焼気筒内の圧力を検出する圧電形圧
   力検出器、この圧電形圧力険出器の出力電流信号を受信
   する電流入力回路、この電流入力回路の出力信号を積分
   する積分器、この積分器の出力値を所定の時期で所定値
   に設定する設定回路を備えた内燃機関の筒内圧力検出装
   置。
2. （２）内燃機関の燃焼気筒内の圧力を検出する筒内圧力
   険出器、この筒内圧力検出器の出力信号から筒内圧力変
   化に応じた信号を出力する筒内圧力信号出力回路、この
   筒内圧力信号出力回路の筒内圧力変化に応じた信号を所
   定のクランク角度で零レベルにリセットするリセット回
   路、上記内燃機関の吸気管内の圧力を検出する吸気管圧
   力検出器、上記所定のクランク角度における上記吸気管
   圧力検出器の出力値と上記筒内圧力信号出力回路の出力
   信号から筒内圧力の絶対値を得る演算回路とを備えた内
   燃機関の筒内圧力検出装置。