JPH09210823A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプ圧を検
出する圧力センサに関し、出力される信号のデューティ
比の変化のない圧力センサを提供することを目的とす
る。 【解決手段】 圧力検出手段からの圧力信号の下限値を
検出するボトムホールド手段からの出力信号を基準とし
て所定のしきい値を設定し、このしきい値を基準値とし
て上記圧力検出手段からの圧力信号と比較するようにし
たことにより、オフセットが定まらない場合でも、その
圧力としきい値の相対関係は一定で、変動のない矩形波
信号を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばディーゼ
ルエンジンにおける燃料噴射ポンプ圧を検出する圧力セ
ンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの有害な排気ガスに
対する規制は年々厳しくなる方向にある。この対策とし
て、エンジンの回転中のクランク角で表される燃料の噴
射時期を適切に制御して有害な排気ガスを減らすために
燃料噴射の電子制御化が必要となる。そのためにまず正
確な噴射時期の決定が必要となる。当分野において一般
によく知られている従来の燃料の噴射時期の決定方法で
は、燃料噴射ポンプのタイマピストンの位置をタイマポ
ジションセンサで検出し、タイマポジションセンサの検
出値に基づいて噴射時期を決定していた。

【０００３】タイマポジションセンサの検出値に基づい
て得られる噴射時期と実際の噴射時期とは正確に一致し
ておらず、従って正確な燃料噴射時期の決定が不可能で
あった。排気ガス中の硫黄酸化物を減らすために、燃料
に含まれる硫黄分は年々減らされる方向にある。硫黄は
燃料噴射ポンプの潤滑剤の作用をするので、硫黄分が減
ると燃料噴射ポンプの各摺動部に劣化が生じ、タイマポ
ジションセンサによって検出される噴射時期と実際の噴
射時期の間の誤差が更に大きくなるという問題があっ
た。

【０００４】他の従来のディーゼルエンジンの燃料噴射
ポンプにおいては、シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴
射ノズルの弁が圧力応動弁により動作し、燃料噴射ポン
プから吐出される燃料の所定圧力への上昇によって開
き、シリンダ内に燃料が噴射されるように構成されてい
る。この従来の例では、燃料噴射ポンプ内の燃料の圧力
を計測することによって燃料の噴射時期を決定するもの
がある。この検出方法はエンジンの回転位相との関係が
前者よりも正確であり、常に実際に必要な噴射時期の決
定が可能である。この決定方法による燃料噴射時期の決
定装置では、燃料噴射ポンプで加圧される燃料の圧力を
所定の基準値と比較し、基準値に達した時点で、矩形波
信号を出力する構成となっており、燃料噴射ポンプのコ
ントローラでこの矩形波信号の立ち上がりあるいは立ち
下がりのエッジを検出することによって、噴射開始時期
や噴射終了時期の決定を行っていた。

【０００５】前記の他の従来例のような、燃料噴射ポン
プ内の燃料の圧力を基準値と比較して矩形波信号を出力
する噴射圧の検出のための圧力センサでは、圧力の僅か
な変動によって矩形波信号の出力のタイミングが変動
し、噴射時期の決定に誤差が発生する。燃料噴射ポンプ
内の燃料はプランジャによって圧縮されてその圧力が上
昇するが、燃料噴射ノズルが噴射を開始すると一時的に
圧力が下がり、そして再度上昇し、燃料噴射ノズルの噴
射開始時期付近では圧力の変化に段差が発生し、滑らか
な上昇はしない。このため、圧力があまり変化せず安定
している時期の圧力を基準値として設定するのが望まし
い。

【０００６】また、噴射時期決定のための圧力値は燃料
噴射ポンプ内の最高圧の１／６〜１／１０程度の低い圧
力であるので検出出力は比較的低く、噴射時期検出の誤
差のバラツキを低減するためには、圧力センサとしての
検出回路に非常に高いＳ／Ｎ比が必要であるとともに基
準値を高い精度で設定する必要がある。

【０００７】図８に従来の圧力センサを示す。１０１は
感圧抵抗体よりなる感圧素子であり、この感圧素子１０
１からの出力は差動増幅器よりなる圧力検出手段１０２
に入力され、所定の圧力信号ａが出力される。前記圧力
検出手段１０２からの圧力信号は比較手段１０３に入力
され、所定の基準信号ｂと比較され、矩形波信号ｃが得
られる。ここで、基準信号ｂは圧力があまり変化せず安
定している時期の圧力を基準値とするべく設定されてお
り、一方、Ｓ／Ｎ比を高めるために比較手段１０３の前
段にフィルタを設けることが行なわれていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧力センサでは、燃料噴射ポンプのポンプ圧の変動に対
して圧力信号が変化し、比較手段１０３への入力信号の
オフセットが定まらないため、基準信号ｂが一定であっ
ても出力される矩形波信号ｃのデューティ比が変化して
しまうという問題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の圧力センサは、感圧素子に加わる圧力を検
出する圧力検出手段と、この圧力検出手段からの圧力信
号の下限値を検出するボトムホールド手段と、このボト
ムホールド手段から出力される信号を基準とした所定の
しきい値を設定するしきい値設定手段と、このしきい値
設定手段により設定されたしきい値を基準値とし、上記
圧力検出手段からの圧力信号と比較し、一定の矩形波信
号を出力する比較手段とを備えたことを特徴とするもの
である。

【００１０】かかる構成により、比較手段に加えられる
基準値は圧力信号の下限値を基準とした所定のしきい値
であるため、比較手段に加えられる圧力信号のオフセッ
トが定まらない場合であっても、その圧力信号としきい
値との相対関係は常に一定となり、変動のない矩形波信
号を得ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、感圧素子に加わる圧力を検出する圧力検出手段と、
この圧力検出手段からの圧力信号の下限値を検出するボ
トムホールド手段と、このボトムホールド手段から出力
される信号を基準とした所定のしきい値を設定するしき
い値設定手段と、このしきい値設定手段により設定され
たしきい値を基準信号とし、上記圧力検出手段からの圧
力信号と比較して一定の矩形波信号を出力する比較手段
とを備えた圧力センサであり、高い精度の基準値を決定
できるという作用を有する。

【００１２】本発明の請求項２に記載の発明は、しきい
値設定手段が定電流回路と抵抗による定電圧降下を利用
した定電圧降下回路である圧力センサであり、常に圧力
信号としきい値の相対関係が一定となり、変動のない矩
形波信号を得ることができるという作用を有する。

【００１３】本発明の請求項３に記載の発明は、感圧素
子に加わる圧力を検出する圧力検出手段と、この圧力検
出手段からの圧力信号に対して相対的なしきい値を設定
するしきい値設定手段と、このしきい値設定手段により
設定されたしきい値を基準信号とし、上記圧力検出手段
からの圧力信号と比較して一定の矩形波信号を出力する
比較手段とを備え、上記しきい値設定手段は上記圧力検
出手段からの圧力信号を入力とする定電流回路と抵抗に
よる定電圧降下を利用した定電圧降下回路と、この定電
圧降下回路からの圧力信号の下限値を検出するボトムホ
ールド回路を含み、上記ボトムホールド回路からの出力
信号を基準信号とするよう構成した圧力センサであり、
しきい値と圧力信号の相対関係を常に一定として変動の
ない矩形波信号を得ることができるという作用を有す
る。

【００１４】本発明の請求項４に記載の発明は、感圧素
子に加わる圧力を検出する圧力検出手段と、この圧力検
出手段からの圧力信号に対して相対的なしきい値を設定
するしきい値設定手段と、上記圧力検出手段からの圧力
信号を入力とする定電流回路と抵抗による定電圧降下を
利用した定電圧降下手段と、上記しきい値設定手段によ
り設定されたしきい値を基準信号とし、上記定電圧降下
手段からの圧力信号と比較して一定の矩形波信号を出力
する比較手段とを備え、上記しきい位置設定手段は上記
圧力検出手段からの圧力信号の下限値を検出するボトム
ホールド回路を含み、このボトムホールド回路からの出
力を基準信号とするよう構成した圧力センサであり、し
きい値と圧力信号の相対関係を常に一定として変動のな
い矩形波信号を得ることができるという作用を有する。

【００１５】（実施の形態１）図１〜図５は本発明の第
１の実施形態における圧力センサを燃料噴射ポンプの噴
射圧センサとした場合について示してある。図１〜５に
おいて、７は感圧素子としての感圧抵抗体であり、この
感圧素子７からの圧力信号は検知回路９に入力される。
ここで、検知回路９は感圧素子７からの圧力信号に加わ
る圧力を検出する圧力検出回路２１と、この圧力検出回
路２１からの圧力信号の下限値を検出するボトムホール
ド回路２２と、このボトムホールド回路２２から出力さ
れる信号を基準とした所定のしきい値を設定するしきい
値設定手段２３と、このしきい値設定手段２３により設
定されたしきい値を基準信号とし、上記圧力検出回路２
１からの圧力信号と比較して一定の矩形波信号を出力す
る比較回路２４より構成されている。

【００１６】上記圧力検出回路２１の出力である圧力信
号は図２（ａ）に示すようにオフセットが定まっていな
い。この圧力信号を上記ボトムホールド回路２２に通す
と、図２（ｂ）に示すように圧力信号の下限値であるボ
トムホールド信号を得ることができる。次に上記ボトム
ホールド信号よりしきい値設定手段２３にて設定した図
２（ｃ）に示すしきい値信号を比較回路２４に入力する
と、この比較回路２４では図２（ａ）に示す圧力信号と
の比較が行なわれ、図２（ｄ）に示す矩形波信号を出力
することになる。ここで、図２（ｃ）に示すしきい値信
号は圧力信号の下限値であるボトムホールド信号からΔ
Ｖの一定値にあるため、比較回路２４において図２
（ａ）に示す圧力信号との比較時に同じオフセット分が
重畳された圧力信号としきい値との比較となり、常に圧
力信号の下限値からΔＶの一定値をしきい値として確保
した状態で比較することになり、矩形波信号として得ら
れるクランク角情報は常に一定となる。

【００１７】ところで、検出回路９を構成する各手段に
おいてＡｃタイプのオペアンプを利用する場合、各手段
間をコンデンサで結合する必要があり、Ａｃカップリン
グのためにオフセット変動（ドリフト）の影響を受ける
ことになる。この場合には、しきい値設定手段２３とし
て定電流回路と抵抗による定電圧降下を利用した定電圧
降下回路を使用することにより、オフセット変動の影響
をなくすることができる。すなわち、しきい値設定手段
２３として抵抗分圧回路を使用すると、電源電圧Ｖ_ccと
ボトムホールド信号間の比は同じであってもしきい値の
絶対値はオフセット変動の影響を受けて違った値となる
が、定電圧降下回路を使用するとオフセット変動の影響
をキャンセルすることができる。

【００１８】図３、図４は同圧力センサを噴射圧センサ
として利用した場合を示す。図３、図４において、噴射
圧センサ１は、従来から知られた燃焼噴射ポンプ２の噴
射圧センサ取付部３にねじ４を螺入して取り付けられて
いる。噴射圧センサ１は下部に導圧孔５を有し、この導
圧孔５は燃料噴射ポンプ２の、燃料に圧力を与えるため
のプランジャ室１５に連通している。導圧孔５の上端部
はダイアフラム６により密閉されている。ダイアフラム
６の上面には従来から知られている２個の既知の感圧抵
抗体７が設けられている。感圧抵抗体７は上部筐体８内
に設けられた検出回路９の圧力検出回路に接続されてい
る。

【００１９】燃料の圧力がダイアフラム６に印加される
と、ダイアフラム６は歪みを生じ、感圧抵抗体７も同様
に歪む。感圧抵抗体７の歪みによってその抵抗値が変化
し、検出回路９の圧力検出回路によってプランジャ室１
５の燃料の圧力が測定される。

【００２０】燃料噴射ポンプ２はエンジンのクランクシ
ャフト（図示略）に連結され、その２分の１の回転数で
回転するようになされている。燃料噴射ポンプ２の、加
圧された燃料を吐出する吐出口１０は噴射管１１によ
り、エンジンのシリンダ１２に取り付けられた噴射ノズ
ル１３に連結されている。噴射ノズル１３に応じて弁１
４を開くことによって燃料をシリンダ１２内に噴射す
る。

【００２１】図５は前記の圧力検出回路によって検出さ
れた燃料噴射ポンプ２のプランジャ室１５内の圧力の変
化を示す波形図である。燃料はクランクシャフトのクラ
ンク角がθ１を超えるとプランジャ室１５内のプランジ
ャ１７によって圧縮される。プランジャ室１５内の圧力
が噴射管１１内の燃料噴射後の圧力である残留圧Ｐａを
超えると燃料噴射ポンプ２の吐出弁１８が開く。さらに
圧力が上昇して、クランク角θ１１において、噴射ノズ
ル１３の弁１４が開く圧力である開弁圧Ｐｎに達する
と、弁１４が開き燃料はシリンダ１２内に噴射される。
弁１４が開くと燃料の噴射によって圧力上昇は一時的に
緩慢となるが、さらにプランジャ１７による圧縮が継続
されるために、脈動を伴いながら再度圧力上昇を開始す
る。噴射は、例えばクランク角θ３において、プランジ
ャ室１５内の燃料をバイパスして圧力を低下させること
により終了する。その結果、クランク角θ１３において
吐出弁１４が閉じる。その後急激な圧力変化が生じてプ
ランジャ室１５内に圧力の脈動が生じる（クランク角θ
５）。この脈動は時間と共に減衰する。

【００２２】圧力検出回路２１の検出出力は比較回路２
４の一方の入力端子に入力されている。しきい値設定回
路２３では、所定の基準圧力Ｐｒがあらかじめ設定され
ている。基準圧力値Ｐｒは、後で説明するようにプラン
ジャ室１５内の圧力が一定の増加率など単調に上昇して
いる時期における圧力を選定する。基準圧力値Ｐｒを表
す出力は比較回路２４の他方の入力端子に入力されてい
る。比較回路２４において、圧力検出回路２１の検出出
力は基準圧力値Ｐｒを表す出力と比較される。比較結果
の出力は噴射開始時期の決定に利用される。

【００２３】ここで、基準圧力値Ｐｒは噴射ノズル１３
の弁１４が開となる開弁圧Ｐｎより低い値に設定されて
いる。

【００２４】燃焼噴射ポンプ２の動作によってプランジ
ャ室１５の燃料の圧力が上昇し、クランク角θ１０で基
準圧力値Ｐｒを超えると、出力が反転して、高レベルか
ら低レベルになる。クランク角θ１０の時期を「噴射開
始時期」と称するが、この噴射開始時期には、燃料はま
だシリンダ１２内に噴射されていない。その後、さらに
燃料の圧力が上昇して、クランク角θ１１で、開弁圧Ｐ
ｎに達すると、燃料がエンジンのシリンダ１２内に噴射
される。燃料圧はさらに上昇してクランク角θ１２で最
大値となる。その後プランジャ室１５内の燃料をバイパ
スすることにより、圧力は低下し、クランク角θ１３
で、基準圧力値Ｐｒより低い値となる。その結果、出力
は再び高レベルとなる。クランク角θ１０からθ１３ま
での時期を「噴射期間」と称する。噴射期間は基準圧力
値Ｐｒ及び圧力の変化を示す波形図の形状が不変であれ
ば、常に一定の時間幅であり、この時間幅の矩形波が出
力される。従って、クランク角θ１０とθ１１間の角度
は常に一定であり、クランク角θ１０の時期に基づい
て、噴射ノズル１３の弁１４が開となるクランク角θ１
１の時期を正確に決定することができる。このような矩
形波出力を電子制御燃料噴射ポンプのコントローラ（図
示せず）に印加して従来と同様の処理をすることによっ
て、噴射開始のクランク角度や噴射期間の決定が可能と
なり、噴射時期制御が可能となる。

【００２５】（実施の形態２）図６は本発明の第２の実
施形態における圧力センサを示す。図６において、感圧
抵抗体７に加えられた圧力を検出する圧力検出回路２１
からの圧力信号は比較回路２４の一方の入力端子に印加
される。上記圧力検出回路２１からの圧力信号はその圧
力信号に対して相対的なしきい値を設定するしきい値設
定手段に印加される。このしきい値設定手段は定電流回
路と抵抗による定電圧降下を利用した定電圧降下回路２
５と、この定電圧降下回路２５からの圧力信号の下限値
を検出するボトムホールド回路２６より構成されてお
り、このボトムホールド回路２６からの出力を基準信号
として比較回路２４の他方の入力端子に印加される。

【００２６】本例において、定電圧降下回路２５に通し
た圧力信号をボトムホールド回路２６に通すと、定電圧
化された圧力信号の下限値であるボトムホールド信号を
得ることができ、比較回路２４で圧力検出回路２１から
の圧力信号と比較することにより、比較回路２４に印加
されるボトムホールド信号は圧力信号に対して相対的な
しきい値となり、高い精度のしきい値を決定することが
できる。

【００２７】（実施の形態３）図７は本発明の第３の実
施形態における圧力センサを示す。図７において、感圧
抵抗体７に加えられた圧力を検出する圧力検出回路２１
からの圧力信号は定電流回路と抵抗による電圧降下を利
用した定電圧降下回路２７を通して比較回路２４の一方
の入力端子に印加される。一方、上記圧力検出回路２１
からの圧力信号はその圧力信号に対して相対的なしきい
値を設定するしきい値設定手段を介して比較回路２４の
他方の入力端子に印加される。ここで、しきい値設定手
段は圧力信号の下限値を検出するボトムホールド回路２
８より構成されている。

【００２８】本例において、定電圧降下回路２７を通し
た定電圧化された圧力信号と、圧力信号の下限値である
ボトムホールド信号とを比較回路２４にて比較すること
により、ボトムホールド信号は定電圧化された圧力信号
に対して相対的なしきい値となり、高い精度のしきい値
を決定することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、比較手段
に加えられる基準値を圧力信号の下限値を基準とした所
定のしきい値としたので、比較手段に加えられる圧力信
号としきい値との相対関係を常に一定とし、変動のない
矩形波信号を得ることができる。

【００３０】また、比較手段に加えられる基準信号を、
圧力信号に対して相対的なしきい値としたので、高い精
度のしきい値として変動のない矩形波信号を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における圧力センサの
回路図

【図２】同圧力センサの要部の信号波形図

【図３】同圧力センサの一応用例を示す噴射圧センサの
断面図

【図４】同噴射圧センサが取付けられる燃料噴射ポンプ
の側面図

【図５】同燃料噴射ポンプ内で加圧される燃料圧力とエ
ンジンのクランク角との関係を示す波形図

【図６】本発明の第２の実施形態における圧力センサの
回路図

【図７】本発明の第３の実施形態における圧力センサの
回路図

【図８】従来の圧力センサの回路図

【符号の説明】

７ 感圧素子 ２１ 圧力検出回路 ２２，２６，２８ ボトムホールド回路 ２３ しきい値設定手段 ２４ 比較回路 ２５，２７ 定電圧降下回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東海林 理人 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 地頭所 典行 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 上田 真二郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感圧素子に加わる圧力を検出する圧力検
   出手段と、この圧力検出手段からの圧力信号の下限値を
   検出するボトムホールド手段と、このボトムホールド手
   段から出力される信号を基準とした所定のしきい値を設
   定するしきい値設定手段と、このしきい値設定手段によ
   り設定されたしきい値を基準信号とし、上記圧力検出手
   段からの圧力信号と比較して一定の矩形波信号を出力す
   る比較手段とを備えた圧力センサ。
2. 【請求項２】 しきい値設定手段は定電流回路と抵抗に
   よる定電圧降下を利用した定電圧降下回路である請求項
   １記載の圧力センサ。
3. 【請求項３】 感圧素子に加わる圧力を検出する圧力検
   出手段と、この圧力検出手段からの圧力信号に対して相
   対的なしきい値を設定するしきい値設定手段と、このし
   きい値設定手段により設定されたしきい値を基準信号と
   し、上記圧力検出手段からの圧力信号と比較して一定の
   矩形波信号を出力する比較手段とを備え、上記しきい値
   設定手段は上記圧力検出手段からの圧力信号を入力とす
   る定電流回路と抵抗による定電圧降下を利用した定電圧
   降下回路と、この定電圧降下回路からの圧力信号の下限
   値を検出するボトムホールド回路を含み、上記ボトムホ
   ールド回路からの出力信号を基準信号とするよう構成と
   した圧力センサ。
4. 【請求項４】 感圧素子に加わる圧力を検出する圧力検
   出手段と、この圧力検出手段からの圧力信号に対して相
   対的なしきい値を設定するしきい値設定手段と、上記圧
   力検出手段からの圧力信号を入力とする定電流回路と抵
   抗による定電圧降下を利用した定電圧降下手段と、上記
   しきい値設定手段により設定されたしきい値を基準信号
   とし、上記定電圧降下手段からの圧力信号と比較して一
   定の矩形波信号を出力する比較手段とを備え、上記しき
   い値設定手段は上記圧力検出手段からの圧力信号の下限
   値を検出するボトムホールド回路を含み、このボトムホ
   ールド回路からの出力を基準信号とするよう構成した圧
   力センサ。