WO2004094807A1 - 多気筒エンジンの燃焼圧データ収集システム - Google Patents

多気筒エンジンの燃焼圧データ収集システム Download PDF

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WO2004094807A1
WO2004094807A1 PCT/JP2004/005685 JP2004005685W WO2004094807A1 WO 2004094807 A1 WO2004094807 A1 WO 2004094807A1 JP 2004005685 W JP2004005685 W JP 2004005685W WO 2004094807 A1 WO2004094807 A1 WO 2004094807A1
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amplifier
signal
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combustion
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PCT/JP2004/005685
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Hajime Kashiwase
Hiromichi Watanabe
Hiroshi Yokoyama
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Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
    • G01L23/221—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
    • G01L23/222—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines using piezoelectric devices
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    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
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    • G01L9/08—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of piezoelectric devices, i.e. electric circuits therefor
    • G01L9/085—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of piezoelectric devices, i.e. electric circuits therefor with temperature compensating means
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    • F02D41/28—Interface circuits
    • F02D2041/281—Interface circuits between sensors and control unit

Definitions

  • the present invention relates to a combustion pressure data collection system for a multi-cylinder engine that measures combustion pressure for each cylinder and collects combustion pressure data for each cylinder.
  • a pressure sensor using a piezoelectric element as disclosed in Japanese Patent No. 3123798 is generally used.
  • a charge amplifier is used as an amplifier circuit to convert the charge signal generated by the piezoelectric element into a voltage signal and use it as an input signal for engine control.
  • in-cylinder pressure sensors for measuring combustion pressure are generally complicated to handle due to the structure and control including the circuit, and the use of them together with the in-cylinder pressure sensor requires a significant cost. There is a problem that leads to increase.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and has a combustion pressure data of a multi-cylinder engine capable of efficiently collecting combustion pressure data for each cylinder with a simple configuration without requiring complicated processing. It aims to provide a collection system. Disclosure of the invention
  • a combustion pressure data collection system for a multi-cylinder engine includes: an in-cylinder pressure sensor that is mounted for each cylinder and outputs a charge signal corresponding to an in-cylinder pressure;
  • the amplifier circuit for each cylinder having a reset function of converting the charge signal into a voltage signal and outputting the voltage signal, and discharging the charge by an externally input reset signal, and a signal based on the cylinder discrimination result of the engine,
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a combustion pressure data collection system
  • FIG. 2 is a circuit configuration diagram of an amplifier unit
  • FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a channel switching unit.
  • FIG. 4 is a time chart showing the selection timing of the channel selection signal, the combustion pressure data and the transmission timing of the reset signal
  • FIG. 5 is a time chart showing the switching time of the combustion pressure data.
  • the combustion pressure data collection system shown in Fig. 1 is an example of application to a four-cylinder engine, and operates on a single power supply using a vehicle-mounted battery.
  • the character # ⁇ represents the cylinder number
  • the amplifier AP # n that amplifies the signal from the in-cylinder pressure sensor CPS # ⁇
  • the engine control electronic control unit (ECU) (not shown) synchronized with the engine rotation.
  • the system to be measured is selected from the signals of the plurality of systems from the amplifier unit AP # n according to the channel selection signal of the predetermined pulse train that is output, the combustion pressure data is output to the ECU, and the amplifier unit that completes the measurement is selected. It has a channel switching unit MUX that outputs a reset signal to be described later to the AP # n.
  • the internal pressure sensor CPS # n of each cylinder is connected to the corresponding amplifier unit AP # n.Each amplifier unit AP # n has its external connector ACN # n connected to the channel selection unit MUX for each data selection channel. Connected to external connector MC N # n.
  • the channel switching unit MUX is further connected to an ECU (not shown) via an external connector CN1.
  • the combustion stroke of the engine is # 1 cylinder-# 3 cylinder-> # 2 cylinder-> # 4 cylinder.
  • the data selection channel is channel # 1.
  • One cylinder, channel CH 2 corresponds to # 3 cylinder, channel CH 3 corresponds to # 2 cylinder, and channel CH 4 corresponds to # 4 cylinder.
  • Channel switching unit MU X external connector MCN # 1 is connected to channel CH1, cylinder pressure sensor CPS # 2 of cylinder # 2 and amp unit AP # 2.
  • the input / output of the external connector MCN # 2 of X is connected to the in-cylinder pressure sensor CPS # 3 of channel CH3 and cylinder # 3 and the channel switching unit MUX external connector MCN # 3 connected to the amplifier unit AP # 3.
  • the input / output of the external connector MC N # 4 of the channel switching unit MUX connected to the in-cylinder pressure sensor CPS # 4 and the amplifier AP # 4 of the channel CH2 and # 4 cylinders corresponds to channel CH4.
  • the in-cylinder pressure sensor CPS # n is a sensor using a piezoelectric element, and generates an electric charge proportional to the pressure.
  • the amplifier circuit 10 incorporated in each amplifier unit AP # n is a charge-to-voltage conversion amplifier that converts a charge signal into a voltage, and the output level of the amplifier circuit 10 is equal to the in-cylinder pressure sensor CPS # n.
  • Automatic correction function to correct the zero point offset due to charge leakage by automatically correcting to the same level at the start and end of charge generation, and a reset signal from the channel switching unit MUX
  • a forced reset function for forcibly discharging the charge on the input side of the amplifier circuit 10 is provided.
  • Fig. 2 shows a circuit example of the amplifier circuit 10, which amplifies and outputs the voltage of the voltage conversion capacitor Cx and the voltage conversion capacitor CX that store the charge generated by the in-cylinder pressure sensor CPS # n.
  • Amplifier A 1 Amplifier A 2 for detecting the negative output (output below “0”) from Amplifier A 1 and automatically correcting the input of Amplifier A 1 to “0”
  • a photo for discharging the charge on the input side of the amplifier A1 by forcibly turning on the field effect transistor T1 by a reset signal input from the field effect transistor T1 and the channel switching unit MUX.
  • the output side of the in-cylinder pressure sensor CPS # n is connected so that the generated charge is stored in the voltage conversion capacitor CX of the amplifier circuit 10, and is connected to the non-inverting input terminal of the amplifier A1.
  • the output terminal of amplifier A1 is branched to three directions via resistor R3, and one is directly connected to board connector CN, and connected to channel switching unit MUX via board connector CN via external connector ACN # n. Is done.
  • the other one A2 is connected to the inverting input of amplifier A2 via resistor R4, and the other is connected to the inverting input of amplifier A1 via resistors VR1 and R2 to set the gain of amplifier A1. Grounded through one.
  • the amplifier A 2 is an inverting amplifier that detects a negative output from the amplifier A 1, and its inverting input terminal is connected to the output terminal of the amplifier A 1 via the resistors R 3 and R 4, and the non-inverting amplifier is used.
  • a reference voltage V ref (for example, +2 mV) obtained by dividing the circuit voltage V cc (for example, + DC5 V) by the resistors R5 and R6 is applied to the input terminal.
  • This reference voltage V ref is a voltage that determines the "0" point in single power supply operation.
  • the amplifier A2 sets the reference voltage V ref to "0", and subtracts a voltage smaller than the reference voltage V ref from the reference voltage V ref. It operates with a voltage higher than the reference voltage V ref as a plus.
  • the output terminal of the amplifier A2 is connected to the gate of the field effect transistor T1 via the diode D1.
  • the field effect transistor T1 has a gate connected to a gate resistor Rg, a drain connected to a non-inverting input terminal of the amplifier A1 via a resistor Rd, and a source A1 when a source is forcibly reset.
  • Connected to the potential point that determines the input voltage of This potential point is set to a voltage Vrt (for example, +6 mV) obtained by dividing the circuit voltage Vcc by the resistors R7 and R8, and is appropriately adjusted depending on the application.
  • the output terminal of the photo power blur PC 1 is connected to the gate of the field-effect transistor T 1, and the input terminal of the photo coupler PC 1 is connected to the channel through the external connector A CN # n from the board connector CN. Connected to switching unit MUX.
  • the channel switching unit MUX has a built-in switching circuit 20 composed mainly of a multiplexer.
  • the switching state of the channel by the switching circuit 20 is displayed by blinking in two bits.
  • two light emitting diodes LED 1 and LED 2 are provided, and a switch S 1 for manually switching the pump output at the time of inspection and adjustment is provided.
  • the switching circuit 20 is connected to the external connector CN 1 via the board connector CN 2, connected to the switch S 1 via the board connector CN 3, and further connected via the board connectors CN 4 to CN 7.
  • the switching circuit 20 as shown in FIG. Two timers IC1 and IC2 that generate a one-shot pulse for each pulse of the signal, a counter IC3 that counts the channel selection signal and generates address data, and an amplifier AP # according to the address data from the counter IC3
  • the main configuration is a 2-channel (X, Y-channel) multiplexer IC4 that switches the signal from n and switches the destination using the output from timer IC2 as a reset signal.
  • the input end of the photocoupler PC2 is connected to the channel selection signal input pin of the board connector CN2, and the output end of the photocoupler PC2 is connected to one input terminal of the 2-input NAND gate G1. It is connected.
  • the other input terminal of the NAND gate G1 is connected to the output terminal of a shunt circuit amplifier A3 for shaping the waveform of a signal input from the switch S1 via the board connector CN3, and is connected to the NAND gate G1.
  • the output terminal of the gate G1 is connected to the trigger input (A input) of the timer IC 1 and one input terminal of the 2-input NAND gate G2.
  • reference numeral IC6 is a three-terminal regulator that constitutes a power supply circuit.
  • the battery voltage Vb (12 V) supplied via the board connector CN3 is stepped down and stabilized, and the circuit power supply + Vcc ( 5 V) is supplied to each unit in the channel switching unit MUX, and is also supplied as power to the amplifier units AP # 1 to AP # 4 connected via the boards CN4 to CN7.
  • the Q output of timer IC 1 is connected to the trigger input (B input) of the other timer IC 2 and the clock input (CLK input) end of counter IC 3, and the Q output of timer IC 2 is connected to the NAND gate. It is connected to the other input terminal of G2 and the demultiplexing side (Y input) of one channel of the multiplexer IC4.
  • Timers IC1 and IC2 have external resistors R20 and C20, and resistors R21 and C21, respectively, so that the pulse width is set in relation to the channel selection signal from the ECU.
  • Timer IC 1 outputs a one-shot pulse of a set pulse width triggered by the rising edge of the output of NAND gate G 1, and timer IC 2 outputs the falling edge of the one-shot pulse of timer IC 1.
  • an on-shot pulse having a pulse width shorter than the one-shot pulse of the timer IC 1 is output.
  • One-shot pulse of timer IC 1, timer IC The relationship between the one-shot pulse and the channel selection signal from the ECU will be described later.
  • the output terminal of the NAND gate G2 is connected to the other input terminal of a two-input NAND gate G3 (ie, an imperter) whose one input terminal is fixed to a logic level "1". Is connected to the reset input (R input) end of counter IC3.
  • the counter IC3 is a quaternary counter using the lower output (Q0, Q1) of the hexadecimal counter, and counts up for each pulse of the channel selection signal.
  • the lower outputs Q 0 and Q 1 of the counter IC 3 are connected to the control input (A, B input) ends of the multiplexer IC 4 and to the LEDs 1 and 2 via the driver amplifier array IC 5. .
  • the multiplexer IC4 is a two-channel analog multiplexer, and switches the internal switch using the output data of the counter IC3 as an address.
  • One channel uses the multiplex side X ⁇ , ⁇ ⁇ , ⁇ 2, ⁇ 3 as an input terminal and the demultiplex side X as an output terminal, and the input terminals X ⁇ , ⁇ ⁇ , ⁇ 2, ⁇ 3
  • the output terminals X are connected to the amplifier output terminals of the amplifier units AP # 1 to AP # 4 via the amplifiers CN4 to CN7, and the output terminals X are connected to the pump signal output pins of the board connector CN2 via the amplifier A4 for amplification. It is connected.
  • the other channel uses the multiplex side ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ , ⁇ 2, ⁇ 3 as the output end, the demultiplex side ⁇ ⁇ ⁇ as the input end, and the output ends ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ , ⁇ 2, ⁇ 3.
  • the destination is switched according to the output data of counter IC3.
  • the charge signal output according to the pressure from the in-cylinder pressure sensor CPS #n is converted into a voltage signal by the amplifier unit AP # n, and the amplifier converted to this voltage signal
  • the output signal is output to the channel switching unit MUX.
  • the in-cylinder pressure when biston reaches near top dead center, the exhaust valve closes, and the intake valve opens is
  • the pressure is the atmospheric pressure.
  • the pressure is the atmospheric pressure plus the supercharging pressure (for example, about 66.66 KPa to 199.98 KPa). .
  • a charge proportional to the pressure load in the cylinder is generated on the piezoelectric element of the cylinder pressure sensor CPS #n.
  • this charge q is stored in the voltage conversion capacitor Cx of the amplifier unit AP # n, converted into a voltage signal + V by the amplifier A1, and output. Therefore, the signal level when the in-cylinder pressure is atmospheric pressure is zero level, and if there is a supercharging pressure, it will eventually be generated as a level obtained by adding the supercharging pressure as a DC voltage component to the zero atmospheric pressure level This is the basic level of the combustion waveform that rises due to the combustion pressure.
  • Combustion pressure is generated by ignition immediately before reaching the top dead center (immediately before the compression pressure reaches the maximum value), and the generation of the twisting pressure causes the electric charge of the piezoelectric element to rapidly increase, and the pump A
  • the voltage signal + V converted and output at 1 also rises sharply.
  • the signal output as the combustion pressure is a signal from the above-described basic level, that is, a level from the atmospheric pressure in a naturally aspirated engine, and a signal from a supercharged engine in a turbocharged engine. This is a superposition of the DC voltage component of the boost pressure.
  • the insulation resistance of the signal transmission system between the in-cylinder pressure sensor CPS # n and the amplifier unit AP # n is finite, and some of the charge stored in the voltage conversion capacitor CX leaks.
  • the signal voltage which is turned into a negative voltage is superimposed on the output, and the signal voltage to be returned to the initial level at the start of pressurization may reach the negative region. That is, when the pressure is increased from zero and returned to zero again, the charge of the in-cylinder pressure sensor CPS #n becomes negative by the amount of the charge leak, and the zero point of the signal output from the ampunit AP # n The level may fluctuate and prevent accurate measurement.
  • the amplifier unit AP # n leaks the charge and returns to zero, and if the amplifier A1 tries to output a negative output, the amplifier A1 detects the negative output of the amplifier A1 as a charge leak.
  • the automatic correction function operates and automatically corrects the offset of the zero point due to charge leakage.
  • the amplifier A2 inverts and amplifies the negative voltage of the amplifier A1, and applies the amplified output to the gate of the field effect transistor T1.
  • the gate voltage of the field-effect transistor T1 is equal to or lower than the threshold voltage Vth (about 1 to 3 V)
  • charges are injected into the voltage conversion capacitor CX through the drain-gate capacitance Cdg.
  • the gate voltage of the field-effect transistor T1 exceeds the threshold voltage Vth, conduction between the drain and the source starts.
  • the electric charge of the sensor is discharged through the field-effect transistor T1, and the voltage at the output terminal of the amplifier A1 and the output terminal of the other amplifier A1 becomes "0" (2 mV).
  • the automatic correction function of the amplifier A2 and the field effect transistor T1 forms a kind of negative feedback circuit when the output is negative, and the input of the amplifier A1 is connected to the field effect transistor. Automatic correction is performed by conducting to the zero point at T1, and when the pressure rises thereafter, the minimum pressure (including negative pressure) operates as the zero point, This continues as long as the input of amplifier A1 is in the negative range.
  • the gate voltage of the field-effect transistor T1 decreases, the charge stored in the capacitance Cdg between the drain and the gate acts to lower the input voltage of the amplifier A1, and as a result, the amplifier A1 Act to increase the gate voltage through amplifier A2. Conversely, the same applies when the gate voltage increases. Therefore, as long as the other voltage of the amplifier does not fluctuate, the state is maintained, and when the pressure changes from the lowest pressure state to the increase, the output of the amplifier A1 changes to a positive value and increases.
  • the amplifier unit AP # n removes the DC component due to the temperature by the forced reset which discharges the electric charge on the input side of the amplifier A1 by the reset signal sent from the channel switching unit MUX.
  • the photovoltaic device PC 1 when a reset signal is input from the channel switching unit MUX, the photovoltaic device PC 1 is turned on, and a voltage higher than the threshold voltage Vth is applied to the gate of the field effect transistor T1.
  • the field effect transistor T1 conducts.
  • the electric charge is discharged regardless of the input state of the sensor signal, the input of the amplifier A1 becomes the voltage Vrt, and the output becomes the value obtained by multiplying the voltage Vrt by the gain of the amplifier A1.
  • the gate voltage goes to the gate due to the gate resistance Rg, so that the charge stored in the drain-gate capacitance Cdg is transferred to the voltage conversion capacitor CX below the threshold voltage Vth.
  • the input of the amplifier A1 goes in the negative direction.
  • the input voltage of the amplifier A1 is 1 V th ⁇ C d (C s + Cx + Cd g + Cd s) (where C s is the stray capacitance of leakage charge, C ds is the capacitance between drain and source), and this voltage is a value sufficient for automatic correction to operate. Whatever the case, the circuit operates with that point as zero. If the pressure drops, automatic compensation works and the minimum pressure point is set to zero.
  • the amplifier unit AP # n has an automatic correction function for charge leakage and a reset function for temperature change, and a sudden increase and a subsequent decrease in pressure are continuously repeated, thereby reducing pressure fluctuation. Leakage of charge generated by rapid outflow and inflow of proportional charge can correct the signal level offset accumulated every cycle and reduce output errors due to temperature changes. .
  • the combustion pressure data converted into a voltage signal by the amplifier AP # n is switched by the re-channel switching unit MUX according to a channel selection signal transmitted from the ECU and transmitted to the ECU.
  • the channel switching unit MUX the pulse train of the channel selection signal is counted by the counter IC3, and the signal from the amplifier unit AP # n is switched according to the counter value.
  • the channel selection signal is a signal output based on, for example, a signal output from the crank angle sensor, a signal output from the cam angle sensor, and a result of cylinder discrimination in the ECU. Specifically, as shown in FIGS. 4 and 5, the channel selection signal is composed of a pulse having a pulse width of 2 msec and three pulses having a pulse width of 1 msec following the pulse having a pulse width of 2 msec. 2ms ec pulse corresponds to # 1 cylinder, and the next three 1ms ec pulses correspond to each cylinder in combustion order, i.e., # 3 cylinder, # 2 cylinder, Corresponds to each # 4 cylinder.
  • the combustion pressure measurement period of each cylinder is the period of 180 ° CA of crank angle from the compression top dead center to the bottom dead center of each cylinder as shown in Fig. 5, and the combustion period of # 1 cylinder is 2 ms pulse at compression top dead center, # 1 ms pulse at 3 cylinder compression top dead center, # second 1 ms pulse at 2 cylinder compression top dead center, # 4 cylinder compression top dead
  • the third 1 ms ec pulse is output, and the measurement data from the start of combustion to the end of combustion in each cylinder is switched to combustion order and transmitted to the ECU.
  • the channel switching unit MUX Ima ICI and IC 2 are set to generate 1.5 ms ec and 1 msec one-shot pulses, respectively, to distinguish between 2 ms ⁇ c pulses and 1 msec pulses.
  • the counter IC 3 is reset every time a pulse longer than 1.5 msec (that is, a 2 msec pulse) is input in the signal pulse train.
  • the channel selection signal is sent to the channel switching unit MUX, it is isolated and inverted by the photo power bracket PC 2 and input to the NAND gate G1, and the same 2msec from the NAND gate G1. (However, here, it is assumed that the manual switching signal by the switch S1 is not input).
  • the 2msec pulse from the NAND gate G1 is input to the timer IC1 at the same time as being input to the NAND gate G2, and the rising edge thereof triggers the timer IC1.
  • a pulse of 1.5 ms c is output from the timer IC 1.
  • the pulse of 1.5 milliseconds is input to the counter IC 3 and counted up, and further input to the timer IC 2.
  • Timer IC2 is triggered by the falling edge of the 1.5msc pulse from timer IC1 and outputs a 1msec pulse.
  • This 1 msec pulse is input to the NAND gate G2 and to the Y input terminal of the multiplexer IC4.
  • the AND of the 2 ms pulse and the 1 ms ⁇ c pulse is output from the NAND gate G 2 to the reset input terminal of the counter IC 3 via the NAND gate G 3 (functioning as an impeller).
  • a pulse of 0.5 ms is generated by the pulse of 2 msmsc of the channel selection signal and the pulse of 1 ms from the timer IC 2, and is input to the counter IC 3 as a reset pulse. Therefore, when the 2 ms e-pulse of the channel selection signal is input, the counter IC 3 is once counted up, but is reset immediately and the counter value becomes 0.
  • a 1.5 ms ec pulse and a 1 msec pulse are output from timers IC 1 and IC 2, respectively.
  • 1 ms ⁇ c pulse and tie Since there is a time lag from the 1 msec pulse from IC2, a reset pulse to counter IC3 is not generated, and counter IC3 is counted up and the power counter value becomes 1.
  • the counter IC 3 counts up and increments the counter value. The counter IC 3 is reset by the 2 ms ec pulse and the counter value returns to 0.
  • the counter IC 3 is reset, and if shorter than 1.5 msec, the power IC 3 is counted up.
  • the counter value (address data) given to the multiplexer IC 4 changes.
  • the multiplexer I C4 switches the X channel to the data selection channel corresponding to the combustion start cylinder to be measured, outputs a signal from the corresponding amplifier unit AP # n to the ECU, and outputs the Y channel to the ECU. Switch to the data selection channel corresponding to the combustion end cylinder at which measurement ends, and send a 1 ms ec pulse from timer IC2 as a reset signal to the corresponding amplifier unit AP # n ( Figure 4 time chart) reference).
  • the relationship between the counter value, the data selection channel, the reset signal transmission destination, and the cylinder number is as shown below.
  • the 2 ms ec pulse input (counter value 0) of the channel selection signal causes the combustion pressure data of cylinder # 1 to be Is selected, and the offset of the zero point in the combustion pressure data of cylinder # 4 (combustion cylinder before cylinder # 1), which ends combustion, is forcibly reset, and the next 1 ms ec pulse input (counter value) According to 1), the combustion pressure data of the # 3 cylinder is selected, and the offset of the zero point in the combustion pressure data of the # 1 cylinder (combustion cylinder before the # 3 cylinder) at which combustion ends is forcibly reset.
  • the second 1 ms ec pulse input selects the combustion pressure data of cylinder # 2, and the combustion of cylinder # 3 (combustion cylinder before cylinder # 2), which ends combustion.
  • the offset of the zero point in the pressure data is forcibly reset
  • the third 1 ms eo pulse input selects the combustion pressure data of # 4 cylinder and terminates combustion #
  • the offset of the zero point in the combustion pressure data of cylinder 2 (combustion cylinder before cylinder # 4) is forcibly reset.
  • Such a process is repeated, and the combustion pressure data of each cylinder is sequentially switched as shown in FIG. It is transmitted to the ECU as a series of continuous data, enabling optimal combustion control for each cylinder in the ECU.
  • the data obtained by measuring the combustion pressure of each cylinder in a multi-cylinder engine is used to calculate the leakage of electric charge from the sensor, the individual difference of the sensor, and the temperature change.
  • the data obtained by measuring the combustion pressure of each cylinder in a multi-cylinder engine is used to calculate the leakage of electric charge from the sensor, the individual difference of the sensor, and the temperature change.

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Abstract

本発明による多気筒エンジンの燃焼圧データ収集システムは、各気筒の燃焼圧を直接検出するための筒内圧センサCPS#nと、各気筒の筒内圧センサCPS#nが接続されるアンプユニットAP#nと、各気筒のアンプユニットAP#nが接続されるチャンネル切換ユニットMUXとを備え、エンジン制御用の電子制御ユニットから出力されるチャンネル選択信号により、アンプユニットAP#nからの複数系統の信号のうち、計測対象となる系統を選択してECUに燃焼圧データを出力すると共に、計測終了となるアンプユニットAP#nヘ筒内圧センサCPS#nとアンプ回路との間の電荷を放電するリセット信号を出力することで、気筒毎の燃焼圧データを複雑な処理を要することなく簡素な構成で効率的に収集する。

Description

明 細 書 多気筒エンジンの燃焼圧データ収集システム 技術分野
本発明は、 気筒毎の燃焼圧を計測して気筒毎の燃焼圧データを収集する多気筒 エンジンの燃焼圧データ収集システムに関する。 背景技術
現在、 世界的な環境対策として、 自動車用エンジンを初めとする内燃機関にお いては、 C O 2削減となる燃焼効率の向上、 並びに有害な排出ガスの低減が求め られている。 一方、 特に自動車用エンジンにおいては、 エンジンの始動からアイ ドル状態、 中低速から高速走行などエンジンの回転数、 負荷条件など幅広い状況 でエンジンが使用され、 その全てにおいて環境対策を行う必要がある。 従って、 その全ての状況を想定してエンジン制御を最適化する必要があり、 そのためのェ ンジン制御が適正であるかを確認するための手段として、 一般的に、 エンジンの 燃焼状態を計測するためのセンサを用い、 燃焼ガス圧の変化を計測及び解析す！) ことでェンジン制御の最適化を行う技術が開発されている。
すなわち、 各気筒における燃焼圧を計測し、 エンジンの最適化制御をエンジン の制御システムにおいて自動的に行うことで、 燃焼ガス圧が最適になるように常 に修正を行うことが可能となり、 エンジンの使用状況に合つた制御を行う事が可 能となると共に、 個々のエンジン或いは各気筒におけるばらつきに対して、 或い は、 エンジンを使用することによる各部の経年変化に伴う性能変化に対しても常 に制御の最適化が可能となり、 C O 2削減となる燃焼効率の向上と有害な排出ガ スの低減が可能となる。
燃焼圧を計測するセンサとしては、 例えば特許第 3 1 2 3 7 9 8号公報に開示 されているような圧電素子を用いた圧力センサ （筒内圧センサ） を用いるのが一 般的であり、 圧電素子で発生する電荷信号を電圧信号に変換してエンジン制御に おける入力信号とするためのアンプ回路としては、 チャージアンプを用いるのが 一般的である。
ここで、 多気筒エンジンにおいては、 そのエンジン性能を十分発揮させ、 C O 2削減となる燃焼効率の向上、 並びに有害な排出ガスの低減を行うためには、 各 気筒に燃焼圧を計測するための筒内圧センサを装着し、 各気筒における各サイク ルの燃焼圧を計測して各気筒それぞれに対して最適制御を行うことが望ましい。 しかしながら、 全ての気筒に装着された筒内圧センサからの出力信号を計測す る場合には、 圧電素子とチャージアンプとの間の電荷の漏洩や筒内圧センサにお ける個体差及び温度変化による出力信号の変化等を考慮しなければならず、 ェン ジン制御装置に大きな負担がかかるばかリでなく、制御装置の複雑化及び大型化、 圧力センサとェンジン制御装置とのマッチング、 筒内圧センサとェンジン制御装 置との結線数が増大することになる。 すなわち、 一般的に燃焼圧を計測するため の筒内圧センサは、 回路を含む構造及び制御上、 その取扱いが煩雑であり、 筒内 圧センサ本体と共に、 それを活用するためには、 大幅なコスト増を招くという問 題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、 気筒毎の燃焼圧データを、 複雑な 処理を要することなく、 簡素な構成で効率的に収集することのできる多気筒ェン ジンの燃焼圧データ収集システムを提供することを目的としている。 発明の開示
本発明による多気筒エンジンの燃焼圧データ収集システムは、 気筒毎に装着さ れて筒内圧に応じた電荷信号を出力する筒内圧センサと、 上記筒内圧センサに接 続され、上記筒内圧センサからの電荷信号を電圧信号に変換して出力すると共に、 外部から入力されるリセット信号により電荷を放電するリセット機能を備えた気 筒毎のアンプ回路と、 エンジンの気筒判別結果に基づく信号により、 上記気筒毎 のアンプ回路の出力信号から計測対象となる系統を選択して燃焼圧データを出力 すると共に、 計測を終了する系統のアンプ回路に上記リセッ ト信号を出力する切 換回路とを備えたことを特徴とする。 図面の簡単な説明 図 1〜図 5は本発明の実施の一形態に係わり、 図 1は燃焼圧データ収集システ ムの構成図、 図 2はアンプユニットの回路構成図、 図 3はチャンネル切換ュニッ 卜の回路構成図、 図 4はチャンネル選択信号と燃焼圧データの選択タィミングと リセッ卜信号の送出タイミングとを示すタイムチヤ一卜、 図 5は燃焼圧データの 切換え時期を示すタイムチヤ一トである。 発明を実施するための最良の形態
以下、 添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図 1に示す燃焼圧データ収集システムは、 4気筒エンジンへの適用例を示すも のであり、 車載バッテリによる単一電源で動作する。 この燃焼圧データ収集シス テムは、 エンジンの気筒毎に配設されて筒内の燃焼圧を直接検出するための筒内 圧センサ C P S# n (n = 1 , 2, 3, 4 ； 以下、 添え字 # ηは気筒番号を表す ものとする）、 筒内圧センサ C P S# ηからの信号を増幅するアンプュニッ 卜 A P#n、 図示しないエンジン制御用の電子制御ユニット （ECU) からエンジン 回転に同期して出力される所定のパルス列のチャンネル選択信号により、 アンプ ュニット A P#nからの複数系統の信号のうち、 計測対象となる系統を選択して ECUに燃焼圧データを出力すると共に、 計測終了となるアンプュニッ卜 AP# nへ後述するリセッ ト信号を出力するチャンネル切換ュニット MUXを備えてい る。
各気筒の简内圧センサ C P S# nは、 対応するアンプュニッ卜 A P# nに接続 され、 各アンプユニット A P# nは、 それぞれの外部コネクタ ACN#nがチヤ ンネル切換ュニット MU Xのデータ選択チャンネル毎の外部コネクタ MC N# n に接続されている。 チャンネル切換ユニット MU Xは、 更に、 外部コネクタ CN 1を介して図示しない ECUに接続されている。
尚、 本形態においては、 エンジンの燃焼行程順を # 1気筒— #3気筒→#2気 筒→#4気筒とし、 この燃焼行程順に対応して、 データ選択チャンネルは、 チヤ ンネル C H 1が # 1気筒、 チャンネル CH 2が #3気筒、 チャンネル CH 3が # 2気筒、 チャンネル CH 4が #4気筒に対応するものとする。
従って、 # 1気筒の筒内圧センサ C P S# 1及びアンプュニット A P# 1に接 続されるチャンネル切換ュニット MU Xの外部コネクタ MCN# 1の入出力がチ ヤンネル CH 1、 #2気筒の筒内圧センサ C P S# 2及びアンプュニッ卜 AP# 2に接続されるチャンネル切換ュ二ッ卜 MU Xの外部コネクタ MCN#2の入出 力がチャンネル CH 3、 #3気筒の筒内圧センサ C P S# 3及びアンプュニッ ト A P # 3に接続されるチヤンネル切換ュニッ ト M U Xの外部コネクタ MCN#3 の入出力がチャンネル C H 2、 #4気筒の筒内圧センサ C P S#4及ぴアンプュ ニット A P# 4に接続されるチャンネル切換ュニッ 卜 MU Xの外部コネクタ MC N#4の入出力がチャンネル C H 4に対応する。
筒内圧センサ C PS#nは、 本形態においては、 圧電素子を利用したセンサで あり、 圧力に比例した電荷を発生する。 このため、 各アンプユニッ ト A P#nに 内蔵されるアンプ回路 1 0は、 電荷信号を電圧に変換する電荷一電圧変換アンプ であり、 アンプ回路 1 0の出力レベルが筒内圧センサ CP S#nの電荷発生開始 時と終了時とで同一レベルとなるよう自動的に補正することで、 電荷の漏洩によ るゼロ点のオフセッ トを補正する自動補正機能と、 チャンネル切換ュニット MU Xからのリセット信号により、 アンプ回路 1 0の入力側の電荷を強制的に放電す る強制リセット機能とを備えている。
図 2は、 アンプ回路 1 0の回路例を示すものであり、 筒内圧センサ CPS#n で発生した電荷を蓄電する電圧変換用コンデンサ C x、 電圧変換用コンデンサ C Xの電圧を増幅して出力するアンプ A 1、 アンプ A 1からの負の出力 ("0" 以 下の出力） を検知してアンプ A 1の入力が "0" になるように自動的に補正動作 を行うためのアンプ A 2及び電界効果型トランジスタ T 1、 チャンネル切換ュニ ッ卜 MUXから入力されるリセット信号により電界効果型トランジスタ T 1を強 制的に ONさせてアンプ A 1の入力側の電荷を放電するためのフォトカブラ PC 1を主として備えている。
すなわち、 筒内圧センサ CPS#nの出力側は、 発生した電荷がアンプ回路 1 0の電圧変換用コンデンサ C Xに蓄電するよう結線され、 アンプ A 1の非反転入 力端に接続されている。 アンプ A 1の出力端は抵抗 R 3を経て 3方に分岐され、 1つは基板コネクタ CNに直接接続され、 この基板コネクタ CNから外部コネク タ ACN#nを経てチャンネル切換ュニッ卜 MU Xに接続される。 他の 1っはァ ンプ A2の反転入力端に抵抗 R4を介して接続され、 残りの一つはアンプ A 1の 利得設定のため抵抗 VR 1、 R 2を介してアンプ A 1の反転入力端に接続され、 抵抗 R 1を介して接地されている。
アンプ A 2は、 アンプ A 1からの負の出力を検出する反転型のアンプであり、 その反転入力端が抵抗 R 3, R 4を介してアンプ A 1の出力端に接続され、 非反 転入力端に、 抵抗 R5, R6で回路電圧 V c c (例えば、 +DC5V) を分圧し た基準電圧 V r e f (例えば、 +2mV) が印加されている。 この基準電圧 V r e f は、 単一電源動作における "0" 点を定める電圧であり、 アンプ A 2は、 基 準電圧 V r e f を "0" とし、 基準電圧 V r e f よリ小さい電圧をマイナス、 基 準電圧 V r e f より大きい電圧をプラスとして動作する。
また、 アンプ A 2の出力端は、 電界効果型トランジスタ T 1のゲートに、 ダイ オード D 1を介して接続されている。 電界効果型トランジスタ T 1は、 ゲートに ゲー卜抵抗 Rgが接続され、 ドレインがアンプ A 1の非反転入力端に抵抗 Rdを 介して接続され、 ソースが強制リセッ卜をかけた場合のアンプ A 1の入力電圧を 定める電位点に接続されている。 この電位点は、 抵抗 R7, R8で回路電圧 V c cを分圧した電圧 V r t (例えば、 +6mV) に設定されており、 用途により適 宜調整される。 また、 電界効果型トランジスタ T 1のゲートには、 フォト力ブラ PC 1の出力端が接続されており、 このフォ トカブラ PC 1の入力端が基板コネ クタ C Nから外部コネクタ A CN# nを経てチャンネル切換ュニット MUXに接 続される。
一方、 図 1に示すように、 チャンネル切換ュニッ卜 MUXには、 マルチプレク サを中心として構成される切換回路 20が内蔵され、 この切換回路 20によるチ ヤンネル切換状態を点滅によリ 2ビット表示するための 2つの発光ダイォード L ED 1 , L ED 2が設けられると共に、 点検 '調整等の際にマニュアル操作でァ ンプ出力を切換え可能とするためのスィッチ S 1が設けられている。 切換回路 2 0は、 基板コネクタ CN 2を介して外部コネクタ CN 1に接続されると共に、 基 板コネクタ CN 3を介してスィッチ S 1に接続され、 更に、 基板コネクタ CN 4 〜CN 7を介して外部コネクタ MC N# 1〜！ IC N# 4に接続されている。
切換回路 20は、 図 3に示すように、 ECUから入力されるチャンネル選択信 号の各パルス毎にワンショッ卜パルスを発生する 2つのタイマ I C 1 , I C 2、 チャンネル選択信号をカウントしてァドレスデータを生成するカウンタ I C3、 カウンタ I C3からのァドレスデータに応じてアンプュニット A P# nからの信 号を切換えると共に、 タイマ I C2からの出力をリセット信号として送出先を切 換える 2チャンネル （X, Yチャンネル) のマルチプレクサ I C4を主要構成と している。
詳細には、 基板コネクタ CN 2のチャンネル選択信号入力ピンに、 フォトカブ ラ P C 2の入力端が接続され、 フォトカブラ P C 2の出力端が 2入力 NAN Dゲ —卜 G 1の一方の入力端に接続されている。 N AN Dゲート G 1の他方の入力端 には、 基板コネクタ CN 3を介してスィッチ S 1から入力される信号を波形成形 するシュミツ 卜回路用のアンプ A 3の出力端が接続され、 NANDゲ一卜 G 1の 出力端がタイマ I C 1の卜リガ入力 (A入力) と 2入力 NAN Dゲート G 2の一 方の入力端とに接続されている。
尚、 符号 I C6は、 電源回路を構成する 3端子レギュレータであり、 基板コネ クタ CN 3を介して供給されるバッテリ電圧 V b ( 1 2 V) を降圧■安定化して 回路電源 +V c c (5 V) を生成し、 チャンネル切換ュニッ ト MUX内の各部に 供給すると共に、 基板 CN 4〜CN 7を介して接続されるアンプュニッ h A P# 1〜A P#4の電源として供給する。
タイマ I C 1の Q出力は、 もう一方のタイマ I C 2のトリガ入力 (B入力) と カウンタ I C 3のクロック入力 (C L K入力) 端とに接続されており、 タイマ I C 2の Q出力は、 N A N Dゲ一ト G 2の他方の入力端と、 マルチプレクサ I C 4 の一方のチャンネルのデマルチプレクス側 (Y入力) とに接続されている。 タイ マ I C 1 , I C 2には、 ECUからのチャンネル選択信号との関係において設定 されたパルス幅となるよう、 それぞれ、 抵抗 R20及びコンデンサ C 20、 抵抗 R 21及びコンデンサ C 21が外付けされており、 タイマ I C 1は、 NANDゲ 一卜 G 1の出力の立上がりエッジをトリガとして、 設定パルス幅のワンショッ卜 パルスを出力し、 タイマ I C 2は、 タイマ I C 1のワンショットパルスの立下が リをトリガとして、 タイマ I C 1のワンショッ卜パルスよリも短いパルス幅のヮ ンショットパルスを出力する。 タイマ I C 1のワンショットパルス、 タイマ I C 2のワンショットパルス、 ECUからのチャンネル選択信号の関係については、 後述する。
N ANDゲート G 2の出力端は、 一方の入力端が論理レベル "1 " に固定され た 2入力 N A N Dゲート G 3 (すなわちィンパータ）の他方の入力端に接続され、 この NAN Dゲー卜 G 3の出力端がカウンタ I C 3のリセット入力 （R入力） 端 に接続されている。 カウンタ I C3は、 図においては、 1 6進カウンタの下位出 力 （Q 0、 Q 1) を用いて 4進カウンタとするものであり、 チャンネル選択信号 のパルス毎にカウン卜アップする。 カウンタ I C 3の下位出力 Q 0,Q 1は、 マル チプレクサ I C4の制御入力 （A, B入力） 端に接続されると共に、 ドライバァ ンプアレイ I C 5を介して L E D 1 , L E D 2に接続されている。
マルチプレクサ I C4は、 本形態においては、 2チャンネルのアナ口グマルチ プレクサであり、 カウンタ I C3の出力データをァドレスとして内部スィツチを 切換える。 一方のチャンネルは、 マルチプレクス側 X Ο,Χ Ι,Χ 2,Χ 3を入力端、 デマルチプレクス側 Xを出力端として用い、 入力端 X Ο,Χ Ι,Χ 2,Χ 3が基板コネ クタ CN4〜CN 7を介して各アンプュニッ 卜 AP# 1〜AP#4のアンプ出力 端に接続され、 出力端 Xが増幅用のアンプ A 4を介して基板コネクタ CN 2のァ ンプ信号出力ピンに接続されている。
また、 他方のチャンネルは、 マルチプレクス側 Υ Ο,Υ Ι,Υ 2,Υ 3を出力端、 デ マルチプレクス側 Υを入力端として用い、 出力端 Υ Ο,Υ Ι,Υ 2,Υ 3がドライパァ ンプアレイ I C 5及び基板コネクタ CN 4〜CNフを介して各アンプュニッ卜 A P# 1〜AP#4のリセット信号入力端に接続され、 入力端 Yへのタイマ I C 2 の Q出力をリセット信号として、 カウンタ I C 3の出力データによリ送出先を切 換える。
以上の構成による燃焼圧データ収集システムでは、 先ず、 筒内圧センサ CPS #nから圧力に応じて出力される電荷信号をアンプユニット AP#nで電圧信号 に変換し、 この電圧信号に変換されたアンプ出力信号がチャンネル切換ュニッ ト MU Xに出力される。
すなわち、 通常の 4サイクル （吸気—圧縮→燃焼→排気） エンジンでは、 ビス トンが上死点近辺に到達し、 排気弁が閉じて吸気弁が開いた状態での筒内圧は、 自然吸気型エンジンでは大気圧、過給器付き型エンジンでは、大気圧に過給圧（例 えば、 6 6 . 6 6 K P a〜 1 9 9 . 9 8 K P a程度） を加えた圧力である。 このとき、 筒内圧センサ C P S # nの圧電素子に筒内の圧力負荷に比例した電 荷が発生する。 この電荷を qとすると、 この電荷 qがアンプユニット A P # nの 電圧変換用コンデンサ C xに蓄電され、 アンプ A 1により電圧信号 + Vに変換さ れて出力される。 従って、 筒内圧が大気圧の状態での信号レベルをゼロレベル、 過給圧がある場合には、 大気圧ゼロのレベルに過給圧を D C電圧成分として上乗 せしたレベルとして、 やがて発生する燃焼圧によリ立ち上がる燃焼波形の基本レ ベルとなる。
ピストンが上死点から下死点に向かう間、 吸気が継続し、 この間、 筒内圧に大 きな変化は見られず略基本レベルに維持される。 次に、 ピストンが下死点近辺に 到達し、 吸気弁が閉じて下死点から上死点に向かう間に圧縮が始まると、 この圧 縮の開始と共に筒内圧が上昇を開始し、 圧電素子の電荷が増加して電圧変換用コ ンデンサ C Xに順次蓄積され、 アンプ A 1で変換 '出力される電圧信号 + Vも上 昇する。
そして、 上死点に到達する直前 （圧縮圧が最大値となる直前） での点火により 燃焼圧が発生し、 この撚焼圧の発生により、 圧電素子の電荷が急激に増大し、 ァ ンプ A 1で変換，出力される電圧信号 + Vも急激に上昇する。 このとき、 '燃焼圧 として出力される信号は、 前述の基本レベルからの信号、 すなわち、 自然吸気型 エンジンにおいては、 大気圧のレベルからのものであり、 過給器付き型エンジン の場合には、 過給圧の D C電圧成分に重累したものである。
次に、 筒内圧が最大となった後、 ビストンが上死点から下死点に向かい、 それ と共に筒内の圧力が減少に転じると、 電荷が一 qに極性を反転し、 電圧変換用コ ンデンサ C Xから逆流して圧電素子に帰還し、 アンプ A 1で変換■出力される電 圧信号 + Vがも低下する。 その後、 ビストンが下死点近辺に到達して排気弁が開 き (吸気弁は閉じたまま）、 ビストンが上死点に向かう行程で燃焼ガスを排気す ると、 自然吸気型エンジンの筒内圧は大気圧に、 過給器付き型エンジンの筒内圧 は過給圧に夫々復帰し、 1燃焼サイクルが完了して信号のレベルも夫々燃焼サイ クル開始以前のレベルに復帰することになる。 この現象をアンプ A 1の出力で観察すると、 筒内圧センサ CP S#nに圧力が 加わる以前の電圧は "0" (V r e f ； 2mV) であり、 圧力が加わると同時に アンプ A 1は正の電圧を出力し、 圧力の低下が始まるとアンプ A 1の出力電圧も 低下し、 電荷の漏洩がなければ電荷はゼロになり、 アンプ A 1の出力電圧もゼロ になる。
しかしながら、 現実には、 筒内圧センサ CPS#nからアンプユニッ ト AP# nとの間の信号伝達系の絶縁抵抗は有限であり、 電圧変換用コンデンサ C Xに蓄 電された電荷の一部は漏洩し、 減圧が始まるとマイナス電圧に転じる信号電圧に 重累して出力し、 加圧開始時の初期のレベルに復帰すべき信号電圧が負の領域に 到達する虞がある。 すなわち、 圧力をゼロから上昇させ、 再びゼロに戻すと、 電 荷がリークした分だけ筒内圧センサ C P S # nの電荷が負になリ、 アンプュニッ ト AP#nから出力される信号のゼ口点レベルが変動して正確な計測を阻害する 可能性がある。
この電荷の漏洩に対し、 アンプユニット A P#nでは、 電荷がリークしてゼロ に戻り、 アンプ A 1が負の出力をしょうとすると、 アンプ A 1の負の出力を電荷 の漏洩として検出して自動補正機能が動作し、 電荷の漏洩によるゼロ点のオフセ ッ卜を自動的に補正する。
すなわち、 アンプ A 2でアンプ A 1の負電圧を反転増幅し、 その増幅出力を電 界効果型トランジスタ T 1のゲー卜に加える。 電界効果型トランジスタ T 1のゲ ート電圧がスレツシホルド電圧 V t h ( 1〜3 V程度） 以下の場合には、 ドレイ ンーゲ一卜間容量 C d gを通して電圧変換用キャパシタ C Xに電荷が注入される が、 電界効果型トランジスタ T 1のゲ一ト電圧がスレツシホルド電圧 V t hを超 えると、 ドレイン一ソース間が導通を始める。 その結果、 センサの電荷は電界効 果型トランジスタ T 1を通じて放電され、 アンプ A 1の出力他のアンプ A 1の出 力端における電圧が " 0" (2mV) となる。
アンプ A 2及び電界効果型トランジスタ T 1による自動補正機能は、 アンプ A 1側から見れば、 出力が負のとき一種の負帰還回路を構成しており、 アンプ A 1 の入力を電界効果型トランジスタ T 1でゼロ点と導通することにより自動補正を かけ、 以後、圧力が上昇すると、最低圧力 （負圧を含む） をゼロ点として動作し、 アンプ A 1の入力がマイナスの領域にある限り、 この状態が継続する。
この自動補正が機能している状態では、 電界効果型トランジスタ T 1のゲート に正の電圧がかかっており、 継続的に圧力が変化しない場合、 或る点でバランス し、 そのバランス状態が維持される。 このようなバランス状態は、 各部の電圧、 アンプ A 1 , A 2の利得やオフセット、 電界効果型トランジスタ T 1のスレツシ ホルド電圧 V t hや相互コンダクタンス g m等のパラメータの影響を受けるが、 アンプ A 1の出力は、 ほぼゼロとなる。
すなわち、 電界効果型トランジスタ T 1のゲート電圧が下がると、 ドレイン一 ゲ一ト間容量 C d gに蓄えられた電荷がアンプ A 1の入力電圧を下げる方向に働 き、 その結果、 アンプ A 1 とアンプ A 2とを通してゲート電圧を上げるように作 用する。 逆に、 ゲート電圧が上がる場合も同様である。 従って、 アンプの他の電 圧が変動しない限り、 その状態を維持し、 最低圧力の状態から圧力が上昇に転ず ると、 アンプ A 1の出力はプラスに転じ、 上昇する。
また、 筒内圧センサ C P S # nを用いてエンジンの燃焼圧を計測する際には、 温度変化の激しい環境下での計測となるため、 温度の変化が出力として重畳して しまい、 あたかも直流の上に圧力信号が載っているかのようになる虞がある。 従 つて、 アンプユニット A P # nは、 チャンネル切換ュニッ ト M U Xから送られて くるリセット信号により、 アンプ A 1の入力側の電荷を放電する強制リセッ卜に より、 温度による直流分を削除する。
すなわち、 チャンネル切換ュニッ卜 M U Xからリセット信号が入力されると、 フォ卜力ブラ P C 1が O Nして電界効果型卜ランジスタ T 1のゲ一卜に、 スレツ シホルド電圧 V t hより高い電圧が加えられ、 電界効果型トランジスタ T 1が導 通する。 その結果、 センサ信号の入力状態に拘わらず電荷が放電され、 アンプ A 1の入力は電圧 V r tとなり、 出力は電圧 V r tにアンプ A 1の利得をかけた値 になる。
リセット信号がなくなるときには、 ゲート抵抗 R gによりゲ一ト電圧はゼ口に 向かうので、 スレツシホルド電圧 V t h以下では、 ドレイン一ゲート間容量 C d gに蓄えられた電荷が電圧変換用キャパシタ C Xに渡され、 アンプ A 1の入力は 負方向となる。 このときのアンプ A 1の入力電圧は一 V t h ■ C d ( C s + Cx+Cd g + Cd s) であり （但し、 C s ：漏洩電荷の浮遊容量、 C d s ： ド レイン一ソース間容量）、 この電圧は自動補正が動作するに十分な値であり、 入 力がどうであろうと、 その点をゼロとして回路は動作する。 圧力が下がる場合に は、 自動補正が機能し、 最低圧力点をゼロとして作動する。
このように、 アンプユニット AP#nは、 電荷の漏洩に対する自動補正機能と 温度変化に対するリセット機能とを有しており、 急激な圧力の上昇とそれに続く 降下が連続して繰り返され、 圧力変動に比例した電荷の急速な流出と流入に伴つ て発生する電荷の漏洩により 1サイクル毎に累積される信号レベルのオフセット を補正することができると共に、 温度変化による出力誤差を小さくすることがで きる。
次に、 このアンプュニッ卜 A P#nで電圧信号に変換された燃焼圧データは、 E CUから送出されるチャンネル選択信号によリチャンネル切換ュニッ ト MU X で切換えられて E C Uに送出される。 チャンネル切換ユニット MU Xでは、 カウ ンタ I C 3でチャンネル選択信号のパルス列をカウントし、 そのカウンタ値に応 じてアンプュニット A P# nからの信号を切換える。
チャンネル選択信号は、 例えばクランク角センサから出力される信号とカム角 センサから出力される信号と Iこよる ECU内での気筒判別結果に基づいて出力さ れる信号である。具体的には、チャンネル選択信号は、図 4， 図 5に示すように、 パルス幅 2m s e cのパルスと、 この 2m s Θ cのパルスに続く 3個のパルス幅 1 m s e cのパルスとを 1サイクルとするエンジン回転に同期した信号であり、 2ms e cのパルスが #1気筒に対応し、 次の 3個の 1 ms e cのパルスが燃焼 順の各気筒、 すなわち、 #3気筒、 #2気筒、 #4気筒にそれぞれ対応する。 本形態においては、 各気筒の燃焼圧の計測期間は、 図 5に示すように、 各気筒 の圧縮上死点から下死点までのクランク角 1 80° CAの期間であり、 # 1気筒 の圧縮上死点で 2m s e cのパルス、 # 3気筒の圧縮上死点で次の 1 m s e cの パルス、 # 2気筒の圧縮上死点で 2番目の 1 m s e cのパルス、 #4気筒の圧縮 上死点で 3番目の 1 ms e cのパルスが出力され、 各気筒の燃焼開始から燃焼終 了に至るまでの測定データが燃焼順に切換えられて ECUに伝送される。
このようなチャンネル選択信号に対し、 チャンネル切換ュニッ卜 MUX内のタ イマ I C I , I C 2は、 2m s Θ cのパルスと 1 m s e cのパルスとを識別する ため、 それぞれ、 1. 5ms e c、 1 m s e cのワンショットパルスを発生する ように設定されておリ、 チャンネル選択信号のパルス列のうち、 1. 5m s e c よリ長いパルス (すなわち 2m s e cパルス) の入力毎に、 カウンタ I C 3がリ セッ 卜される。
詳細には、 チャンネル切換ュニッ ト MUXにチャンネル選択信号が送られてく ると、 フォト力ブラ P C 2で絶縁■反転されて N A N Dゲート G 1に入力され、 NAN Dゲ一ト G 1から同じ 2m s e cのパルスが出力される (但し、ここでは、 スィツチ S 1によるマニュアル切換信号は、 入力されないものとする）。 この N AN Dゲート G 1からの 2m s e cパルスは、 NA N Dゲ一ト G 2に入力される と同時にタイマ I C 1に入力され、 その立上がリェッジでタイマ I C 1が、卜リガ される。
その結果、 図 4のタイムチヤ一卜に示すように、 タイマ I C 1から 1. 5m s Θ cのパルスが出力される。 この 1 · 5m s e cのパルスは、 カウンタ I C 3に 入力されてカウントアップされ、 更に、 タイマ I C 2に入力される。 タイマ I C 2は、 タイマ I C 1からの 1. 5m s e cパルスの立下りでトリガされ、 1 ms e cのパルスを出力する。 この 1 m s e cのパルスは、 NAN Dゲート G 2に入 力されると共にマルチプレクサ I C 4の Y入力端に入力される。 そして、 NAN Dゲート G 2から NAN Dゲート G 3 (ィンパータとして機能) を経て、 2m s e cパルスと 1 m s Θ cパルスとの論理積がカウンタ I C 3のリセット入力端に 出力される。
すなわち、 チャンネル選択信号の 2ms Θ cのパルスとタイマ I C 2からの 1 m s e cのパルスとによって 0. 5m s e cのパルスが生成され、 カウンタ I C 3にリセットパルスとして入力される。 従って、 チャンネル選択信号の 2ms e cパルスが入力されたときには、カウンタ I C 3は一旦カウン卜アップされるが、 直ぐにリセットされ、 カウンタ値は 0となる。
チャンネル選択信号の 2m s e cのパルスに続く 1 m s e cのパルスでは、 同 様に、 タイマ I C 1 , I C 2から、 それぞれ、 1. 5ms e cのパルス、 1 m s e cのパルスが出力されるが、 チャンネル選択信号の 1 m s Θ cのパルスとタイ マ I C 2からの 1 m s e cのパルスとは時間的にずれているため、 カウンタ I C 3へのリセットパルスは生成されず、 カウンタ I C 3がカウン卜アップされて力 ゥンタ値が 1 となる。 以後、 チャンネル選択信号の 1 ms e cパルスの入力毎に カウンタ I C 3がカウントアップされてカウンタ値がィンクリメン卜されてゆ き、 2ms e cパルスでリセッ卜されてカウンタ値が 0に戻る。
つまり、 入力されるチャンネル選択信号のパルスが 1. 5ms e cより長い場 合には、 カウンタ I C 3がリセッ トされ、 1. 5m s e cより短い場合には、 力 ゥンタ I C 3がカウントアップされることで、 マルチプレクサ I C 4に与えられ るカウンタ値 (ァドレスデータ) が変化する。
マルチプレクサ I C4は、 このカウンタ値により、 Xチャンネルを計測対象と なる燃焼開始気筒に対応するデータ選択チャンネルに切換え、 該当するアンプュ ニッ ト A P#nからの信号を ECUに出力すると共に、 Yチャンネルを計測終了 となる燃焼終了気筒に対応するデータ選択チャンネルに切換え、 タイマ I C2か らの 1 ms e cのパルスを該当するアンプュニット A P# nへのリセッ 卜信号と して送出する （図 4のタイムチャート参照）。
カウンタ値、データ選択チャンネル、 リセッ卜信号送出先、気筒番号の関係は、 以下に示す通りであり、 チャンネル選択信号の 2ms e cのパルス入力 (カウン タ値 0) により、 #1気筒の燃焼圧データが選択されると共に、 燃焼終了となる #4気筒 （# 1気筒の前の燃焼気筒） の燃焼圧データにおけるゼロ点のオフセッ 卜が強制リセッ卜され、 次の 1 ms e cのパルス入力 (カウンタ値 1 ) により、 #3気筒の燃焼圧データが選択されると共に、 燃焼終了となる #1気筒 （#3気 筒の前の燃焼気筒） の燃焼圧データにおけるゼロ点のオフセッ卜が強制リセッ卜 される。 更に、 2番目の 1 ms e cのパルス入力 （カウンタ値 2) により、 #2 気筒の燃焼圧データが選択されると共に、 燃焼終了となる #3気筒 （#2気筒の 前の燃焼気筒）の燃焼圧データにおけるゼロ点のオフセッ卜が強制リセッ卜され、 3番目の 1 ms e oのパルス入力 （カウンタ値 3) により、 #4気筒の燃焼圧デ ータが選択されると共に、 燃焼終了となる #2気筒 （#4気筒の前の燃焼気筒） の燃焼圧データにおけるゼロ点のオフセッ卜が強制リセッ卜される。 このような 過程が繰返され、 図 5に示すように、 各気筒の燃焼圧データが順次切換えられて 一連の連続したデータとして ECUに伝送され、 ECUにおける気筒毎の最適燃 焼制御を可能としている。
カウンタ値 データ選択チャンネル/気筒番号 リセッ ト信号送出先/気筒番号
0 CH 1/# 1 CH 4/#4
1 CH 2/#3 CH 1/#1
2 CH 3/#2 CH 2/#3
3 CH 4/#4 C H 3/# 2 このように本実施の形態においては、 多気筒エンジンにおける気筒毎の燃焼圧 を計測したデータを、 センサからの電荷の漏洩やセンサの個体差及び温度変化に よるセンサ出力の変化等に対応するといった複雑な処理を要することなく、 簡素 な構成で正確且つ効率よく収集することができ、 エンジン制御装置側の負担を軽 減することができる。 尚且つ、 エンジンの気筒数に拘わらず 1つの連続した入力 信号として最低限の処理で有効に活用することを可能としている。
これにより、 エンジン側の制御装置の複雑化や大型化を回避し、 また、 センサ と制御装置とのマツチング工数ゃセンサと制御装置との結線数を低減することが でき、 CO 2削減となる燃焼効率の向上、 並びに有害な排出ガスの低減となるェ ンジンの最適制御を低コストで実現可能とすることができる。
以上、 本発明の実施の形態について説明したが、 本発明は、 上述の実施の各形 態に限定されるものではなく、 本発明の精神を逸脱しない範囲で幾多の変化がな しえることは勿論である。 産業上の利用可能性
以上説明したように本発明によれば、 気筒毎の燃焼圧データを、 複雑な処理を 要することなく、 簡素な構成で効率的に収集することができ、 燃焼効率の向上、 並びに有害な排出ガスの低減となるエンジンの最適制御を低コス卜で実現可能に することができる。 関運出願へのクロスリファレンス
本出願は、 （1 ) 2003年 4月 21 日に日本国に出願された特願 2003 - 1 1 6 0 7 3号を優先権主張の基礎として出願するものであり、 上記 （1 ) の 開示内容は、 本願明細書、 請求の範囲、 図面に引用されたものとする。

Claims

請求の範囲
1 . 気筒毎に装着されて筒内圧に応じた電荷信号を出力する筒内圧センサと、 上記筒内圧センサに接続され、 上記筒内圧センサからの電荷信号を電圧信号に 変換して出力すると共に、 外部から入力されるリセッ卜信号により電荷を放電す るリセッ卜機能を備えた気筒毎のアンプ回路と、
エンジンの気筒判別結果に基づく信号により、 上記気筒毎のアンプ回路の出力 信号から計測対象となる系統を選択して燃焼圧データを出力すると共に、 計測を 終了する系統のアンプ回路に上記リセット信号を出力する切換回路と
を備えたことを特徴とする多気筒エンジンの燃焼圧データ収集システム。
2 . 請求項 1に記載の多気筒エンジンの燃焼圧データ収集システムにおいて、 上記アンプ回路に、 信号伝達系で発生する電荷の漏洩量を検出し、 上記アンプ 回路の出力レベルが上記筒内圧センサの電荷発生開始時と終了時とで同一レベル となるよう自動的に補正する自動補正機能を備えたことを特徴とする。
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