(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低速度で変動するとともに電源の電圧変動にも追従して変動する直流電圧に、高速度で変動する信号電圧が重畳しているセンサ電圧から前記信号電圧を取り出して増幅する回路であって、
一方の電極が接地されている第１コンデンサと、
一方の電極がセンサに給電する電源に接続されている第２コンデンサと、
前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの他方の電極同士を接続している電圧保存配線と、
第１コンデンサと第２コンデンサのいずれかの一方に並列に接続されている抵抗と、
一方の入力端子が前記電圧保存配線に接続されているとともに、他方の入力端子が前記センサ電圧の出力線に接続されており、前記電圧保存配線に保存されている保存電圧とセンサ電圧との大小関係に依存して変化する電圧を出力端子に出力する第１オペアンプと、
一端が前記電圧保存配線に接続されているとともに、他端が前記第１オペアンプの出力端子に接続されており、一方向に向かう電流のみを許容する逆流防止素子と、
一方の入力端子が前記センサ電圧の出力線に接続されているとともに、他方の入力端子が前記電圧保存配線に接続されており、前記センサ電圧と前記保存電圧との電圧差を増幅した電圧を出力端子に出力する第２オペアンプとを備えており、
前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとの容量比が、保存電圧の想定される変動範囲のほぼ中間値である基準保存電圧と、電源の定格電圧から基準保存電圧を減算した電圧との比となるように設定されており、
前記抵抗の抵抗値が、「抵抗を介して放電することに起因する電圧保存配線の電圧の変化速度＜電源電圧の変動に起因するセンサ電圧の変化速度」の関係を実現する値に設定されていることを特徴とするセンサ電圧処理回路。
【請求項２】
前記第１オペアンプは、前記センサ電圧が前記保存電圧よりも高い時には出力端子に高電圧を出力し、前記センサ電圧が前記保存電圧以下の時には出力端子に低電圧を出力し、
前記逆流防止素子は、前記電圧保存配線から前記第１オペアンプの出力端子に向かう電流を許容する向きに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ電圧処理回路。
【請求項３】
前記第１オペアンプは、前記センサ電圧が前記保存電圧以上の時には出力端子に高電圧を出力し、前記センサ電圧が前記保存電圧未満の時には出力端子に低電圧を出力し、
前記逆流防止素子は、前記第１オペアンプの出力端子から前記電圧保存配線に向かう電流を許容する向きに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ電圧処理回路。
【請求項４】
前記直流電圧は、前記センサの温度に追従して変動するものであり、
前記センサでは、信号電圧を含む電圧を出力するためのセンサ素子と、そのセンサ素子とは逆向きの温度特性を有する逆特性素子とが直列に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセンサ電圧処理回路。
【請求項５】
前記逆特性素子は、ダイオードであることを特徴とする請求項４に記載のセンサ電圧処理回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ電圧を処理する回路に関する。特に、低速度で変動するとともに電源の電圧の変動にも追従して変動する直流電圧（オフセット電圧）に、高速度で変動する信号電圧が重畳しているセンサ電圧から、信号電圧を取り出して増幅する処理を行う回路に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人によって出願された特許文献１に、内燃機関の燃焼室に設置されている燃焼圧センサが出力するセンサ電圧を処理する回路が開示されている。燃焼圧センサには、抵抗値が圧力によって変動するピエゾ抵抗効果を利用する検知部が組み込まれている。燃焼圧センサが出力するセンサ電圧は、検知部の温度に依存して変動する電圧に、燃焼圧の変化に依存して変動する電圧が重畳したものとなる。検知部の温度は低速度で変化することから、検知部の温度に依存する電圧は低速度で変動し、燃焼圧は高速度で変化することから、燃焼圧に依存する電圧は高速度で変動する。検知部の温度に依存して低速度で変動する直流電圧の値は、電源の電圧の変動にも追従して変動する。
燃焼圧を検知するためには、検知部の温度に依存する電圧に燃焼圧に依存する電圧が重畳しているセンサ電圧から、検知部の温度に依存する電圧を除去して燃焼圧に依存する信号電圧を取り出し、それを増幅する必要がある。
上記は一例であり、低速度で変動するとともに電源の電圧の変動にも追従して変動する直流電圧に高速度で変動する信号電圧が重畳しているセンサ電圧から、信号電圧を取り出して増幅する必要が多くの場合に存在する。
【０００３】
低速度で変動する直流電圧に高速度で変動する信号電圧が重畳しているセンサ電圧のボトム電圧を補足すれば、そのボトム電圧が低速度で変動する直流電圧に対応することになる。センサ電圧からボトム電圧を減算すれば信号電圧を取り出すことができ、信号電圧を増幅することが可能となる。
特許文献１には、センサ電圧を入力してボトム電圧を保存するボトムホールド回路と、センサ電圧とボトムホールド回路に保存されている保存電圧を入力して両者の電圧差を増幅した電圧を出力するオペアンプを備えているセンサ電圧の処理回路が示されている。
図２を参照して、特許文献１のセンサ電圧処理回路の処理動作を説明する。図２（ａ）の細い実線はセンサ電圧Ｖ１を示しており、太い実線はゆるやかに変化する直流電圧Ｖ２を示しており、破線は保存電圧Ｖｋを示している。また、図２（ｂ）の実線は信号電圧Ｖ３を示している。
【０００４】
図２に示すように、センサ電圧Ｖ１がボトム値となる時期Ａでは、センサ電圧Ｖ１には信号電圧Ｖ３が含まれず（ゼロであり）、センサ電圧Ｖ１は直流電圧Ｖ２の値を示している。ボトムホールド回路は、このときのセンサ電圧Ｖ１を保存電圧Ｖｋとして保存する。センサ電圧Ｖ１がボトム値となる毎に保存電圧Ｖｋを更新していくと、その保存電圧Ｖｋはゆるやかに変化する直流電圧Ｖ２によく一致する。オペアンプは、センサ電圧Ｖ１から保存電圧Ｖｋを減算し、両者の電圧差を増幅して出力する。これが信号電圧Ｖ３を増幅した増幅電圧となる。（Ｖ１−Ｖｋ）で算出される信号電圧Ｖ３が図２（ｂ）に示されている。オペアンプは、図２（ｂ）の信号電圧Ｖ３を増幅した電圧を出力する。
【０００５】
時期Ａで増大し始めた信号電圧Ｖ３はその後に減少に転じ、時期Ｃで再びゼロとなる。時期Ｃにおいて、センサ電圧Ｖ１が再びボトム値なる。同様に、時期Ｅでも、センサ電圧Ｖ１が再びボトム値なる。ゆるやかに変化する直流電圧Ｖ２によく一致するように保存電圧Ｖｋを更新していくためには、センサ電圧Ｖ１がボトム値となるたびに保存電圧Ｖｋを更新していく必要がある。
【０００６】
時期Ｃでは、それ以前のボトム値よりもボトム値が減少しており、通常のボトムホールド回路で、時期Ｃ以降には時期Ｃにおけるボトム値を保存しておくことができる。それに対して時期Ｅでは、それ以前のボトム値よりもボトム値が増大しており、通常のボトムホールド回路では、時期Ｅにおいて時期Ｅのボトム値に更新することができない。時期Ｅ以降もそれ以前のボトム値（この場合時期Ｃにおけるボトム値）を保存し続けてしまう。
そこで、特許文献１のボトムホールド回路では、図２（ａ）の破線に示すように、保存電圧Ｖｋが低速度で上昇するようにする。具体的には電圧を保存しているコンデンサを低速度で放電させる回路を設けることによって、保存電圧Ｖｋが低速度で上昇するようにする。保存電圧Ｖｋの上昇速度は、低速度で変化する直流電圧の変化速度よりもわずかに速い関係に設定されている。
【０００７】
保存電圧Ｖｋの上昇速度が直流電圧の変化速度よりもわずかに速ければ、時期Ｃから時期Ｅの期間のように直流電圧が増大してボトム値が上昇する場合にも、時期Ｅよりも前に、保存電圧Ｖｋがセンサ電圧に一致する時期が得られることになる。この関係が得られれば、保存電圧Ｖｋがセンサ電圧に一致する時期Ｄ以降は、ボトムホールド回路に保存される保存電圧Ｖｋがセンサ電圧の低下に追従して低下し、時期Ｅ以降は時期Ｅにおける電圧を保持することができる。保存電圧Ｖｋの上昇速度を直流電圧の変化速度よりも速くしておけば、新たなボトム値がそれ以前のボトム値よりも増大している場合でも、ボトムホールド回路に保存している電圧を新たなボトム値に更新することができる。ただし、ボトムホールド回路はボトム値を保存しておく回路であり、ボトムホールド回路に保存している電圧が急速に上昇すると、ボトム値を保存しておくことができなくなる。特許文献１の回路では、保存電圧Ｖｋの上昇速度が直流電圧の変化速度よりもわずかに速い関係に設定することによって、ボトムホールド回路がボトム値を保存しておくこと（その意味では保存電圧Ｖｋの上昇速度が遅く設定されている）と、新たなボトム値がそれ以前のボトム値よりも増大している場合でもボトムホールド回路によって新たなボトム値に更新すること（その意味では保存電圧Ｖｋの上昇速度が速く設定されている）とを両立させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１０８８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
センサが車両に搭載される場合、補機類へ電力が供給されたり、その電力供給が停止されることによって、センサに給電している電源の電圧が急激に変動する場合がある。この場合、センサ電圧は電源の電圧の変動に比例して変動する。図２は、時期Ｇにおいて電源の電圧が急に上昇した場合を例示している。この場合、低速度で変動する直流電圧Ｖ２も上昇すれば、急速度に変動する信号電圧Ｖ３も上昇する。ここでいう直流電圧Ｖ２も上昇するという意味は、センサの環境温度等が一定でも直流電圧Ｖ２の値が上昇するという意味であり、信号電圧Ｖ３の振幅が上昇すると言う意味は、圧力等の検知対象事象の値が一定でも信号電圧Ｖ３の値が上昇すると言う意味である。電源の電圧が上昇すると、圧力等の検知対象事象の変動幅が一定でも、信号電圧Ｖ３の振幅が上昇してしまう。
【００１０】
上記したように、特許文献１のボトムホールド回路は、センサの環境温度等が上昇して直流電圧Ｖ２が上昇する局面（従ってボトム値が上昇していく局面）でも、保存電圧Ｖｋを更新していくことができる。しかしながら、前記したように、保存電圧Ｖｋを急速度に上昇させるとボトム値を保存できないことから、保存電圧Ｖｋの上昇速度は、低速度に変動する直流電圧Ｖ２の変化速度をわずかに上回る関係に設定されている。そのために、電源の電圧が急に上昇したためにボトム値が急激に上昇するような場合には、ボトムホールド回路の保存電圧Ｖｋを電源の電圧上昇後のボトム電圧に更新することができない。電源の電圧上昇後のボトム電圧に更新できるようにするためには、ボトムホールド回路で保存している電圧の上昇速度を急速度に設定しなければならないが、それではボトム電圧を保存することができない。従って図２の（ａ）に示すように、時期Ｇで電源の電圧が上昇すると、それ以降にボトムホールド回路に保存される保存電圧は一点鎖線で示す電圧Ｖｋ’となり、電源の電圧上昇前のボトム値のままとされ、電源の電圧上昇後のボトム値に更新されない。そのため、オペアンプで、センサ電圧Ｖ１から保存電圧Ｖｋ’を減算しても、真に必要な信号電圧Ｖ３は取り出されず、図２（ｂ）の一点鎖線で示すように、真の信号電圧に電源の電圧の変動に起因して生じた直流電圧の上昇分ΔＶが加算された値Ｖ３’が取り出されることとなる。オペアンプの出力電圧は真の信号電圧を増幅したものとならず、真の信号電圧に前記ΔＶを加算した電圧を増幅したものとなってしまう。
【００１１】
上記では、真の信号電圧を取り出すために、センサ電圧＝ボトム電圧＋信号電圧の関係を利用している。これに対して、センサ電圧＝ピーク電圧−信号電圧の関係にあるということもいえ、この関係を利用して信号電圧を取り出すこともできる。この方式では、ピークホールド回路を利用する。ピークホールド回路を利用する場合、電源の電圧の下降時には電源の電圧低下後のピーク電圧に更新することができず、電源の電圧低下前のピーク電圧を保存し続けてしまうことになる。
【００１２】
本明細書で開示される技術は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボトムホールド回路やピークホールド回路といった電圧保存回路を利用することによって低速度で変動する直流電圧を補足し、それをセンサ電圧から減算することによって急速度で変動する信号電圧を取り出すにあたって、電源の電圧変動に起因して直流電圧が変動する場合には、電圧保存回路が保存している電圧が電源の電圧変動に追従して変化する回路を提供し、もって電源の電圧変動に抗して真の信号電圧を適切に取り出すことができる電圧処理回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本明細書に開示されている技術は、低速度で変動するとともに電源の電圧変動にも追従して変動する直流電圧に高速度で変動する信号電圧が重畳しているセンサ電圧から信号電圧を取り出して増幅するセンサ電圧処理回路に関する。この回路は、第１コンデンサと第２コンデンサと第１オペアンプと第２オペアンプと逆流防止素子とを備えている。第１オペアンプと第１コンデンサと第２コンデンサは、電圧を保存するともに、保存している電圧を電源電圧の変動に追従して変化させる電圧保存回路を構成する。
第１コンデンサの一方の電極は、接地されている。第２コンデンサは、一方の電極がセンサに給電する電源電圧に接続されている。第１コンデンサと第２コンデンサの他方の電極同士は接続されており、その配線に電圧が保存される。第１コンデンサと第２コンデンサの他方の電極同士を接続する配線は、電圧保存配線と言うことができる。電圧保存配線に保存されている電圧を保存電圧とし、センサを使用した場合に想定される保存電圧の変動範囲のほぼ中間値を基準保存電圧とする。この場合、第１コンデンサと第２コンデンサとの容量比が、基準保存電圧と、電源の定格電圧から基準保存電圧を減算した電圧との比となるように設定されている。第１オペアンプの一方の入力端子は、電圧保存配線に接続されている。第１オペアンプの他方の入力端子は、センサ電圧の出力線に接続されている。第１オペアンプは、電圧保存配線に保存されている保存電圧と、センサ電圧の出力線に出力されている電圧の大小関係に依存して変化する電圧を出力端子に出力する。たとえばセンサ電圧が保存電圧よりも高い間はハイ電圧を出力し、センサ電圧が保存電圧に等しくなるとロー電圧を出力する。逆流防止素子は、電圧保存配線と第１オペアンプの出力端子の間に接続されており、一方向に向かう電流の流れのみを許容する。逆流禁止方向は、電圧保存配線に保存する電圧がボトム値かピーク値かによって切り替えられる。第２オペアンプの一方の入力端子は、電圧保存配線に接続されている。第２オペアンプの他方の入力端子は、センサ電圧の出力線に接続されている。第２オペアンプは、電圧保存配線に保存されている保存電圧とセンサ電圧の電圧差を増幅した電圧を出力端子に出力する。
【００１４】
上記構成によると、第１オペアンプと逆流防止素子と第１コンデンサと第２コンデンサによって電圧保存回路が構成され、センサ電圧のボトム電圧またはピーク電圧が電圧保存配線に保存される。たとえば、センサ電圧が保存電圧よりも高い間は逆流防止素子によって第１コンデンサと第２コンデンサの充電及び放電を禁止して電圧を保存する一方において、センサ電圧が保存電圧に一致すると第１コンデンサと第２コンデンサが充電又は放電するようにすることによって、ボトムホールド回路が構成される。センサ電圧が保存電圧よりも低い間は逆流防止素子によって第１コンデンサと第２コンデンサの充電及び放電を禁止して電圧を保存する一方において、センサ電圧が保存電圧に一致すると第１コンデンサと第２コンデンサが充電又は放電されるようにすることによって、ピークホールド回路が構成される。
【００１５】
電源と接地点の間に第１コンデンサと第２コンデンサが直列に接続され、第１コンデンサと第２コンデンサとの容量比が、基準保存電圧と電源の定格電圧から基準保存電圧を減算した電圧の比に設定されていると、電圧保存配線に保存されている保存電圧は、電源の電圧変動にも追従して変動する。
第２オペアンプは、電源の電圧変動にも追従して変動する保存電圧とセンサ電圧との電圧差を増幅した電圧を出力する。このようにして、本回路によると、電源の電圧変動にも追従して変動する保存電圧を用いて信号電圧を取り出すことから、電源の電圧が変動した場合であっても真の信号電圧を増幅した電圧を出力することができる。
【００１６】
本明細書に開示される技術の一つの態様では、センサ電圧が保存電圧よりも高い時には出力端子に高電圧を出力し、センサ電圧が保存電圧以下の時には出力端子に低電圧を出力する第１オペアンプを用いる。この場合、逆流防止素子は、電圧保存配線から第１オペアンプの出力端子に向かって電流が通過することを許容し、第１オペアンプの出力端子から電圧保存回路に向かって電流が流れることを禁止する向きに挿入する。
【００１７】
上記構成では、センサ電圧が保存電圧よりも高い場合には、第１オペアンプの出力端子に保存電圧以上の電圧が出力されるものの、逆流防止素子が第１コンデンサと第２コンデンサに充電することを禁止する。第１オペアンプの出力端子に保存電圧以上の電圧が出力されているので、第１コンデンサと第２コンデンサが充電及び放電することがない。センサ電圧が保存電圧よりも高い場合には、電圧保存配線の電圧が一定に維持される。
【００１８】
センサ電圧が保存電圧以下の場合には、第１オペアンプの出力端子に保存電圧よりも低い電圧が出力される。したがって、第１コンデンサと第２コンデンサが充電又は放電し、電圧保存配線の電圧はセンサ電圧に等しい電圧に低下する。センサ電圧が保存電圧よりも低下する場合には、電圧保存配線の電圧がセンサ電圧の低下に追従して低下する。
上記構成によると、センサ電圧のボトム値を保存することができる。電源と接地点の間に第１コンデンサと第２コンデンサが直列に接続され、第１コンデンサと第２コンデンサとの容量比が、基準保存電圧と、電源の定格電圧から基準保存電圧を減算した電圧との比になるように設定されているために、電圧保存配線に保存されている保存電圧は、電源電圧の変動にも追従して変動する。
【００１９】
本明細書に開示される技術の一つの態様では、センサ電圧が保存電圧以上の時には出力端子に高電圧を出力し、センサ電圧が保存電圧未満の時には出力端子に低電圧を出力する第１オペアンプを用いる。この場合、逆流防止素子は、電圧保存配線から第１オペアンプの出力端子に向かって電流が通過することを禁止し、第１オペアンプの出力端子から電圧保存回路に向かって電流が流れることを許容する向きに挿入する。
【００２０】
上記構成では、センサ電圧が保存電圧以上の場合には、第１オペアンプの出力端子に保存電圧以上の電圧が出力され、第１コンデンサと第２コンデンサが放電又は充電される。電圧保存配線の電圧はセンサ電圧に等しい電圧に上昇する。センサ電圧が保存電圧よりも上昇する場合には、電圧保存配線の電圧がセンサ電圧の上昇に追従して上昇する。
【００２１】
センサ電圧が保存電圧未満の場合には、第１オペアンプの出力端子に保存電圧よりも低い電圧が出力される。しかしながら、逆流防止素子によって第１コンデンサと第２コンデンサが放電及び充電することが禁止され、電圧保存配線の電圧は一定電圧に維持される。
上記構成によると、センサ電圧のピーク値を保存することができる。電源と接地点の間に第１コンデンサと第２コンデンサが直列に接続され、第１コンデンサと第２コンデンサとの容量比が、基準保存電圧と、電源の定格電圧から基準保存電圧を減算した電圧との比となるように設定されているために、電圧保存配線に保存されている保存電圧は、電源電圧の変動にも追従して変動する。
【００２２】
また、本明細書に開示される技術は、直流電圧は、センサの温度に追従して変動するものである。このような場合、センサでは、信号電圧を含む電圧を出力するためのセンサ素子と、そのセンサ素子とは逆向きの温度特性を有する逆特性素子とが直列に接続されていることが好ましい。また、このような逆特性素子としては、ダイオードを用いることができる。
上記構成によれば、センサ電圧に含まれる直流電圧の温度依存性を小さくすることができるため、保存電圧の変動が小さくなる。したがって、保存電圧と基準保存電圧とのずれを小さくすることができるため、信号電圧を増幅した電圧をより適切に出力することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本明細書に開示される技術によれば、電源電圧の変動に起因して生じる直流電圧の変動分を反映した電圧を保存ことができ、電源電圧が変動した場合であっても、大きな誤動作をすることなく、ほぼ真の信号電圧を取り出して増幅することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例１の燃焼圧計測装置を示す模式図。
【図２】実施例１の燃焼圧計測装置で処理する電圧波形と、信号電圧に基づいて生成される機関制御用のフラグを示すタイミングチャート。
【図３】実施例２の燃焼圧計測装置を示す模式図。
【図４】実施例３の燃焼圧計測装置を示す模式図。
【図５】実施例４の燃焼圧計測装置を示す模式図。
【図６】実施例４の温度に対する素子の電圧波形を示すグラフ。
【図７】実施例４の変形例の燃焼圧計測装置を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明の実施例の特徴を説明する。
（特徴１）第２オペアンプから出力される増幅電圧が閾値電圧以上であるか否かによって信号電圧が示す物理量が基準値以上であるか否かを判定する。その閾値電圧を電源の電圧に応じて変動させる。これにより、電源の電圧が変動した場合であっても、監視対象の物理量が基準値以上であるか否かを適切に判定することができる。
【実施例１】
【００２６】
本明細書に開示されるセンサ電圧処理回路を、車載内燃機関の燃焼圧計測装置に適用した実施例１について、図１及び図２を参照して説明する。
図１に示すように、燃焼圧計測装置１０は、燃焼圧センサ２０と、燃焼圧センサ２０が出力するセンサ電圧Ｖ１を処理するセンサ電圧処理回路３０とを備えている。
【００２７】
燃焼圧センサ２０は、図示を省略するが、内燃機関の燃焼室を臨むようにして配置されている。燃焼圧センサ２０では、ピエゾ抵抗素子２３に、図示しないダイアフラムが連結されている。ダイアフラムが燃焼室内の圧力の変動によりたわむことによって、ピエゾ抵抗素子２３に圧縮応力が作用し、この圧縮応力に応じてピエゾ抵抗素子２３の抵抗値が変化する。ピエゾ抵抗素子２３の抵抗値は環境温度によっても変化する。
【００２８】
ピエゾ抵抗素子２３は、定電流源２２を介して図示しない電源に接続されている。この電源は、車両のバッテリから給電されており、通常は、その電圧値が所定の定格電圧に維持されているが、バッテリから他の補機類へ電力が供給又は遮断されること等により、一時的に、その電圧値が定格電圧が増減することがある。定電流源２２は、ピエゾ抵抗素子２３の抵抗値等と無関係に一定の電流を供給するが、その一定の電流の電流値は電源の電圧に比例する。定電流源２２は、後記するレシオ動作するように設計されている。燃焼圧センサ２０は、ピエゾ抵抗素子２３の上端側の電圧（センサ電圧）Ｖ１をセンサ電圧処理回路３０に出力する。
センサ電圧Ｖ１は、ピエゾ抵抗素子２３の抵抗値と、通電電流値によって決まり、次の特性を備えている。
（１）ピエゾ抵抗素子２３の環境温度に依存して変化する。
（２）ピエゾ抵抗素子２３に作用する圧力に依存して変化する。
（３）ピエゾ抵抗素子２３の環境温度は低速度に変化することから、前記（１）の電圧Ｖ２は低速度に変化する。
（４）ピエゾ抵抗素子２３に作用する圧力は高速度に変化することから、前記（２）の電圧Ｖ３は高速度に変化する。
（５）ピエゾ抵抗素子２３の通電量は電源の電圧に比例する。
以上のことから、センサ電圧Ｖ１は、低速度で変動するとともに電源の電圧変動にも追従して変動する直流電圧Ｖ２に、高速度で変動するとともに電源の電圧変動にも追従して変動する信号電圧Ｖ３が重畳している電圧であるということができる。
電源の電圧は、通常は定格電圧に維持されているが、上記したように一時的に増減することがある。例えば、電源の電圧がα％上昇した場合は、定電流源２２は、ピエゾ抵抗素子２３に通電する電流Ｉをα％上昇させる。したがって、燃焼室内の温度や圧力が変化しなくても、温度に依存する直流電圧Ｖ２がα％上昇し、燃焼圧に依存する信号電圧Ｖ３がα％上昇し、燃焼圧センサ２０が出力するセンサ電圧Ｖ１もα％上昇する。
各種の電圧が電源の電圧に比例して変動することをレシオ動作という。センサ類には、レシオ動作することが求められている。本実施例の処理回路は、レシオ動作するセンサ電圧Ｖ１から、低速度に変化する直流電圧Ｖ２を減じて、レシオ動作する信号電圧Ｖ３を取り出す。従来の技術のように、保存しているボトム電圧またはピーク電圧が電源の電圧の変化に抗して一定に維持されると、保存しておいた電圧を利用して信号電圧Ｖ３を取り出しても、取り出された信号電圧Ｖ３はレシオ動作しない。
【００２９】
センサ電圧処理回路３０は、センサ電圧Ｖ１から温度と電源の電圧に依存して変動する直流電圧Ｖ２を除去し、燃焼圧に依存して変動する信号電圧Ｖ３を取り出して増幅する。センサ電圧処理回路３０は、ボトムホールド回路３１と第２オペアンプ４０を備えている。
【００３０】
ボトムホールド回路３１は、センサ電圧Ｖ１のボトム値を、センサ電圧Ｖ１が再びボトム値となるまでの間、保存電圧Ｖｋとして保存する。上記したように、センサ電圧Ｖ１は、温度等に依存する直流電圧Ｖ２に燃焼圧に依存する信号電圧Ｖ３が重畳したものとなっているため、信号電圧Ｖ３がゼロになるときには、センサ電圧Ｖ１の値がボトム値になるとともに、その時期におけるセンサ電圧Ｖ１は直流電圧Ｖ２に等しい。直流電圧Ｖ２は低速度で変動することから、センサ電圧Ｖ１がボトムとなるたびに更新した保存電圧Ｖｋは、環境温度に依存して低速度で変動する直流電圧Ｖ２にほぼ等しい。
【００３１】
ボトムホールド回路３１は、第１コンデンサ３２と第２コンデンサ３３と第１オペアンプ３８と逆流防止素子としてのダイオード３９とを備えている。第１コンデンサ３２の一方の電極（図１の紙面において下側の電極）は接地されている。第２コンデンサ３３の一方の電極（図１の紙面において上側の電極）は定電圧源３４に接続されている。第１コンデンサ３２の他方の電極（図１の紙面において上側の電極）と第２コンデンサ３３の他方の電極（図１の紙面において下側の電極）は、電圧保存配線３７によって接続されている。電圧保存配線３７では、後述するように保存電圧Ｖｋが保存される。燃焼圧センサ２０を使用した場合に想定される保存電圧Ｖｋの変動範囲のほぼ中間値を基準保存電圧とすると、第１コンデンサ３２と第２コンデンサ３３との容量比は、基準保存電圧と、電源の定格電圧から基準保存電圧を減算した電圧との比となるように設定されている。定電圧源３４は、電源に接続されており、定電圧源３４の供給電圧は電源の電圧と等しい。したがって、電源の供給電圧がα％上昇した場合には、定電圧源３４の電圧もα％上昇し、定電圧源３４はレシオ動作する。第２コンデンサ３３には、抵抗３５が並列に接続されている。
【００３２】
燃焼圧センサ２０の出力線２５は２つに分岐しており、一方が第１オペアンプ３８の非反転入力端子に接続されている。第１オペアンプ３８の反転入力端子は、配線を介して電圧保存配線３７が接続されている。ダイオード３９は、アノード端子が電圧保存配線３７に接続されているとともに、カソード端子が第１オペアンプ３８の出力端子に接続されている。第１オペアンプ３８は、コンパレータとして機能し、センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋよりも大きい場合、出力端子に高電圧ＶＨを出力する。高電圧ＶＨは定電圧源３４の電圧に等しく、保存電圧Ｖｋよりも高い。センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋよりも低いか等しい場合、第１オペアンプ３８は、出力端子に低電圧ＶＬを出力する。低電圧ＶＬは保存電圧Ｖｋよりも低い。第１オペアンプ３８の出力端子の電圧Ｖｏは、高電圧ＶＨか低電圧ＶＬのいずれかである。
【００３３】
電圧保存配線３７は、保存電圧Ｖｋの出力線３６を介して第２オペアンプ４０の反転入力端子に接続されている。また、燃焼圧センサ２０の出力線２５から分岐した配線は、第２オペアンプ４０の非反転入力端子に接続されている。第２オペアンプ４０は、非反転入力端子に入力された燃焼圧センサ２０のセンサ電圧Ｖ１と、ボトムホールド回路３１の保存電圧Ｖｋとの差を所定の増幅度で増幅し、その増幅結果を信号電圧Ｖ３として出力端子４１に出力する。出力端子４１の出力電圧Ｖ３は、燃焼室内温度の影響を受けず、燃焼室内の圧力に応じて増減する。なお、第２オペアンプ４０には、ベース電圧Ｖｂｂの設定用端子４２が設けられている。
【００３４】
次に、ボトムホールド回路３１でセンサ電圧のボトム値（直流電圧Ｖ２）を保存電圧Ｖｋとして保存する処理動作について、図１及び図２を参照して説明する。
ボトムホールド回路３１では、センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋを上回っている場合（Ｖ１＞Ｖｋ）と、センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋに等しい場合（Ｖ１＝Ｖｋ）とで、第１オペアンプ３８の出力電圧Ｖｏとダイオード３９の通電状態が異なる。
【００３５】
第１オペアンプ３８はコンパレータとして機能し、センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋよりも大きい場合、第１オペアンプ３８の出力電圧Ｖｏが高電圧ＶＨとなる。高電圧ＶＨは保存電圧Ｖｋよりも高いので、第１コンデンサ３２と第２コンデンサ３３が放電又は充電することがない。また、ダイオード３９が第１オペアンプ３８の出力端子から電圧保存線３７に向けて電流が流れることを禁止する向きに挿入されているので、第１コンデンサ３２と第２コンデンサ３３が放電又は充電されることもない。センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋよりも大きい場合、第１コンデンサ３２と第２コンデンサ３３の充放電が禁止され、電圧保存線３７の電圧は保存電圧Ｖｋに維持される。
【００３６】
センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋよりも大きい場合、実際には第２コンデンサ３３の帯電電荷が抵抗３５を介して低速度で放電される。この結果、電圧保存線３７の保存電圧が緩やかに上昇する。これは、図２の（ａ）において保存電圧Ｖｋが緩やかに上昇する現象を引き起こす。この緩やかな上昇は、ボトム電圧が低速度で上昇する場合にボトム電圧を更新するためのものであり、基本的にはボトム電圧を保存しているといえる程度に低速度である。電源の電圧変動によってボトム電圧が急激に上昇する場合の速度よりも低速度である。
【００３７】
図２（ａ）に示すように、時期Ｃ以降では、ボトムホールド回路３１の保存電圧Ｖｋが少しずつ大きくなる。そのために、時期Ｅに示すように、次のボトム電圧が上昇する場合でも、それに先立って、センサ電圧Ｖ１と保存電圧Ｖｋとが一致する時期Ｄが到来する。
【００３８】
保存電圧Ｖｋ＝センサ電圧Ｖ１となると、第１オペアンプ３８の出力電圧Ｖｏは、低電圧ＶＬに切り替えられる。低電圧ＶＬは保存電圧Ｖｋよりも低いので、保存電圧Ｖｋ＝センサ電圧Ｖ１となると、第１コンデンサ３２と第２コンデンサ３３はダイオード３９を介して充電及び放電を行う。この結果、第１オペアンプ３８を含む回路はボルテージフォロワとして機能する。保存電圧Ｖｋ＝センサ電圧Ｖ１となると、それ以降は、保存電圧Ｖｋ＝センサ電圧Ｖ１の関係が維持される。保存電圧Ｖｋ＝センサ電圧Ｖ１となった時期Ｄ以降は、センサ電圧Ｖ１が低下するのに追従して保存電圧Ｖｋも低下していく。
【００３９】
図２（ａ）の時期Ｅを過ぎ、センサ電圧Ｖ１がボトム値から再び上昇し始めると、センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋよりも高くなるため、第１コンデンサ３２と第２コンデンサ３３の充放電が禁止され、電圧保存線３７の電圧は保存電圧Ｖｋに維持される。このようにして、ボトムホールド回路３１は、燃焼圧センサ２０の出力電圧Ｖ１にボトム値が出現する毎に、保存電圧Ｖｋを新たなボトム値に更新し、新たな保存電圧Ｖｋとして保持する。
【００４０】
このようにして保存された保存電圧Ｖｋが、第２オペアンプ４０の反転入力端子に入力される。そして、第２オペアンプ４０において、センサ電圧Ｖ１から保存電圧Ｖｋを減算した信号電圧Ｖ３（＝Ｖ１−Ｖｋ）を増幅した電圧が取り出される。これにより、燃焼圧センサ２０のセンサ電圧Ｖ１に含まれる温度依存性の直流電圧Ｖ２の影響が排除された信号電圧Ｖ３を得ることができる。図２（ｂ）は、このようにして取り出された信号電圧Ｖ３を示している。
【００４１】
図２（ｃ）は、燃焼室内の圧力が基準圧力Ｐよりも高いか低いかを示すフラグであり、図２（ｂ）の信号電圧Ｖ３が閾値電圧よりも高いか低いかを判定することにより設定される。なお、時期Ｇ以前では、閾値電圧は図２（ｂ）に示すように電圧Ｖｂである。このフラグは、信号電圧Ｖ３が閾値電圧Ｖｂよりも高い場合には、燃焼圧が基準圧力Ｐよりも高いことを示す「１」が設定され、信号電圧Ｖ３が閾値電圧Ｖｂ１よりも低い場合には、燃焼圧が基準圧力Ｐよりも低いことを示す「０」が設定される。内燃機関では、このフラグに基づいて機関制御を実行するようにしている。
【００４２】
図２（ａ）は、時期Ｇの後に電源の電圧が上昇し、定電流源２２からの供給電流Ｉが上昇し、定電圧源３４の電圧Ｖｐが上昇した場合を例示している。この場合、抵抗３５によってボトムホールド回路３１の保存電圧Ｖｋが低速度で大きくなるように設定されていても、それを上回る速度でボトム電圧が上昇する。したがって、従来の技術のようにボトムホールド回路３１の保存電圧Ｖｋが電源の電圧上昇に追従しない技術によると、電源の電圧上昇後に、センサ電圧Ｖ１が再びボトム値となっても、ボトムホールド回路３１の保存電圧を新たなボトム電圧に更新することができない。
本実施例では、以下に説明するように、電源の電圧が上昇すればそれに追従して保存電圧Ｖｋも上昇する。そのために、電源の電圧の上昇に起因してセンサ電圧Ｖ１のボトム値が上昇する場合でも、センサ電圧Ｖ１がボトムとなったときに、ボトムホールド回路３１の保存電圧を新たなボトム電圧に更新することができる。
【００４３】
たとえば時期Ｇの前後において、電源の電圧がα％増大したとする。この場合、表１に示すように、定電圧源３４の電圧もα％増大し、定電流源２２の電流もα％増大し、センサ電圧Ｖ１もα％増大する。第１コンデンサ３２と第２コンデンサ３３の容量比が上記のように設定されているため、第１コンデンサ３２と第２コンデンサ３３の各々の電圧もほぼα％増大する。第１コンデンサ３２の電圧が保存電圧Ｖｋであることから、保存電圧Ｖｋもほぼα％増大する。すなわち、全てがほぼレシオ動作する。
【表１】
0005634076.tif 000002
【００４４】
以上では、センサ電圧Ｖ１と保存電圧Ｖｋとが一致しており、ダイオード３９を介して放電している状態で電源の電圧が上昇した場合について説明したが、センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋよりも大きく、第１コンデンサ３２と第２コンデンサ３３の充放電が禁止されている状態で電源の電圧が上昇した場合でも、保存電圧Ｖｋは定電圧源３４の電圧上昇にほぼ比例して上昇する。以上のようにして、本実施例では、電源の電圧上昇に起因してセンサ電圧Ｖ１が上昇した場合、電圧保存配線３７に保存されている保存電圧Ｖｋもほぼ同じ比率で上昇する。
なお、電源の電圧が低下した場合には、センサ電圧Ｖ１も低くなる。ボトムホールド回路３１の電圧保存配線３７に保存されている保存電圧Ｖｋも同じ比率で低下する。電源の電圧が上昇しても下降しても、保存電圧Ｖｋはほぼレシオ動作する。
【００４５】
電源の電圧が変動すると、定電流源２２が供給する電流が変動し、センサ電圧Ｖ１が変動する。直流電圧Ｖ２と信号電圧Ｖ３の双方が、センサ電圧Ｖ１の変動比率と同じ比率で変動する。それと同時に、保存電圧Ｖｋが電源の電圧変動に追従して変動する。結果として、保存電圧Ｖｋが、センサ電圧Ｖ１と直流電圧Ｖ２と信号電圧Ｖ３の変動比率とほぼ同じ比率で変動する。電源の電圧に追従して変動する保存電圧Ｖｋは、電源の電圧に追従して変動する直流電圧Ｖ２にほぼ等しくなる。第２オペアンプ４０は、電源の電圧の変動に追従して変動する保存電圧Ｖｋと電源電圧の変動に追従して変動するセンサ電圧Ｖ１との電圧差を増幅して信号電圧Ｖ３として出力する。その結果、電源電圧の変動した場合であっても、取り出される信号電圧Ｖ３は，実際の信号電圧とほぼ同じ値となり、直流成分を含まない信号電圧Ｖ３と適切に取り出すことができる。
【００４６】
たとえば図２の時期Ｇ以降では、信号電圧Ｖ３もα％上昇している。したがって、図２（ｃ）のフラグを設定するための閾値電圧も、時期Ｇ以降ではそれ以前よりもα％だけ上昇させ（１＋α/１００）Ｖｂとする。これにより、時期Ｇ以降においても、図２（ｃ）のフラグが、燃焼圧が所定圧力Ｐよりも高いか低いかを示すこととなる。したがって、電源から定電流源２２への供給電圧が変動したとしても、図２（ｃ）のフラグは、燃焼室内の圧力が基準圧力Ｐよりも高いか否かを適切に示すことができるため、機関制御を適切に行うことができる。閾値電圧がレシオを動作すれば、信号電圧Ｖ３とそれを増幅した電圧もレシオ動作することから、電源の電圧の変動に抗して、基準圧力Ｐを超え変化したタイミングを正しく検出することができる。
【実施例２】
【００４７】
次に、実施例２について図３を参照して説明する。実施例２のセンサ電圧処理回路５０は、車載内燃機関の燃焼圧計測装置１１の電圧処理回路である。
実施例１のセンサ電圧処理回路３０は、ボトムホールド回路３１を有していたが、本実施例のセンサ電圧処理回路５０は、センサ電圧Ｖ１のピーク値を保存するピークホールド回路５１を有しており、この点が上記実施例１と異なっている。また、第２オペアンプ６０は、（ピーク電圧−センサ電圧）を増幅することで、信号電圧を増幅した電圧を得る。得られた増幅電圧は信号電圧の大小関係を反転したものとなるが、信号電圧に１：１に関係している。増幅電圧を処理することで、信号電圧に依存した処理を実施することが可能となっている。
【００４８】
燃焼圧計測装置１１は、燃焼圧センサ２０と、燃焼圧センサ２０が出力するセンサ電圧Ｖ１を処理するセンサ電圧処理回路５０とを備えている。本実施例では、電源と同じ大きさの電圧を供給する電圧源２４に接続されたピエゾ抵抗素子２３が、定電流源２２を介して接地（図示略）されている。
【００４９】
センサ電圧処理回路５０は、ピークホールド回路５１と第２オペアンプ６０とを備えている。ピークホールド回路５１は、センサ電圧Ｖ１のピーク値を保存電圧Ｖｋとして保存するための回路である。燃焼圧センサ２０のセンサ電圧Ｖ１は、温度等に依存する直流電圧Ｖ２に、燃焼圧に依存する信号電圧Ｖ３が重畳したものとなっている。信号電圧Ｖ３が最大となるときには、センサ電圧Ｖ１の値がピーク値となるため、ピーク値とセンサ電圧Ｖ１との差分から、信号電圧Ｖ３の変動分を把握することができる。したがって、本実施例では、センサ電圧Ｖ１から信号電圧Ｖ３を取り出すために、ピーク値とセンサ電圧Ｖ１との差分を求めるようにしている。
【００５０】
ピークホールド回路５１は、第１コンデンサ５２と第２コンデンサ５３と第１オペアンプ５８と逆流防止素子としてのダイオード５９とを備えている。第１コンデンサ５２と第２コンデンサ５３とは、電圧保存配線５７によって接続されている。第１コンデンサ５２は、接地されている。第２コンデンサ５３は、定電圧源５４に接続されている。電圧保存配線５７には、保存電圧Ｖｋが保存される。燃焼圧センサ２０を実際に使用した場合に想定される保存電圧Ｖｋの変動範囲のほぼ中間値を基準保存電圧とすると、第１コンデンサ５２と第２コンデンサ５３との容量比が、基準保存電圧と、電源の定格電圧から基準保存電圧を減算した電圧との比となるように設定されている。定電圧源５４は、電源に接続されており、定電圧源５４の供給電圧は電源の供給電圧と等しい。したがって、電源の供給電圧がα％低下した場合には、定電圧源５４の電圧もα％低下する。第１コンデンサ５２には、抵抗５５が並列に接続されている。
【００５１】
燃焼圧センサ２０の出力線２５は２つに分岐しており、一方が第１オペアンプ５８の非反転入力端子に接続されている。第１オペアンプ５８の反転入力端子は、配線を介して電圧保存配線５７に接続されている。ダイオード５９は、カソード端子が配線を介して電圧保存配線５７に接続されるとともに、アノード端子が配線を介して第１オペアンプ５８の出力端子に接続されている。
電圧保存配線５７は、保存電圧Ｖｋの出力線５６を介して第２オペアンプ６０の非反転入力端子に接続されている。燃焼圧センサ２０の出力線２５から分岐した他方は、第２オペアンプ６０の反転入力端子に接続されている。第２オペアンプ６０は、非反転入力端子に入力された燃焼圧センサ２０のピークホールド回路５１の保存電圧Ｖｋとセンサ電圧Ｖ１との差を所定の増幅度で増幅し、その増幅結果を端子６１に信号電圧Ｖ３に対応する電圧として出力する。端子６１の出力電圧Ｖ３は、燃焼室内温度の影響を受けず、燃焼室内の圧力に応じて増減する。なお、第２オペアンプ６０には、ベース電圧Ｖｂｂの設定用端子６２が設けられている。
【００５２】
次に、ピークホールド回路５１でセンサ電圧Ｖ１のピーク値を保存電圧Ｖｋとして保存する処理動作について説明する。
ピークホールド回路５１では、センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋを下回っている場合（Ｖ１＜Ｖｋ）と、センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋに等しい場合（Ｖ１＝Ｖｋ）とで、第１オペアンプ５８の出力電圧Ｖｏとダイオード３９の通電状態が異なる。
【００５３】
第１オペアンプ５８はコンパレータとして機能し、センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋよりも小さい場合、第１オペアンプ５８の出力電圧Ｖｏが低電圧ＶＬとなる。低電圧ＶＬは保存電圧Ｖｋよりも小さいので、第１コンデンサ５２と第２コンデンサ５３が充電又は放電することがない。また、ダイオード５９が電圧保存線５７から第１オペアンプ５８の出力端子に向けて電流が流れることを禁止する向きに挿入されているので、第１コンデンサ５２と第２コンデンサ５３が充電又は放電されることもない。センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋよりも小さい場合、第１コンデンサ５２と第２コンデンサ５３の充放電が禁止され、電圧保存線５７の電圧は保存電圧Ｖｋに維持される。
【００５４】
センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋよりも大きい場合、実際には第１コンデンサ５２の帯電電荷が抵抗５５を介して低速度で放電される。この結果、電圧保存線５７の保存電圧が緩やかに低下する。この緩やかな低下は、ピーク電圧が低速度で低下する場合にピーク電圧を更新するためのものであり、基本的にはピーク電圧を保存しているといえる程度に低速度である。電源の電圧変動によってピーク電圧が急激に上昇する場合の速度よりも低速度である。
【００５５】
保存電圧Ｖｋ＝センサ電圧Ｖ１となると、第１オペアンプ５８の出力電圧Ｖｏは、高電圧ＶＨに切り替えられる。高電圧ＶＨは保存電圧Ｖｋよりも高いので、保存電圧Ｖｋ＝センサ電圧Ｖ１となると、第１コンデンサ５２と第２コンデンサ５３はダイオード５９を介して放電及び充電を行う。この結果、第１オペアンプ５８を含む回路はボルテージフォロワとして機能する。保存電圧Ｖｋ＝センサ電圧Ｖ１となると、それ以降は、保存電圧Ｖｋ＝センサ電圧Ｖ１の関係が維持される。保存電圧Ｖｋ＝センサ電圧Ｖ１となった時期以降は、センサ電圧Ｖ１が低下するのに追従して保存電圧Ｖｋも上昇していく。
【００５６】
センサ電圧Ｖ１がピーク値から再び低下し始めると、センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋよりも低くなるため、第１コンデンサ５２と第２コンデンサ５３の充放電が禁止され、電圧保存線５７の電圧は保存電圧Ｖｋに維持される。このようにして、ピークホールド回路５１は、燃焼圧センサ２０の出力電圧Ｖ１にピーク値が出現する毎に、保存電圧Ｖｋを新たなピーク値に更新し、新たな保存電圧Ｖｋとして保持する。
【００５７】
このようにして保存された保存電圧Ｖｋが、第２オペアンプ４０の非反転入力端子に入力される。そして、第２オペアンプ４０において、保存電圧Ｖｋからセンサ電圧Ｖ１を減算した電圧（＝Ｖｋ−Ｖ１）を増幅した電圧が取り出される。この電圧は信号電圧Ｖ３の変動に対応しているため、燃焼圧センサ２０のセンサ電圧Ｖ１に含まれる温度依存性の直流電圧Ｖ２の影響が排除された信号電圧Ｖ３を得ることができる。
【００５８】
電源の電圧が低下すると、定電流源２２からの供給電流Ｉが低下し、定電圧源５４の電圧Ｖｐが低下する。この場合、抵抗５５によってピークホールド回路５１の保存電圧Ｖｋが低速度で小さくなるように設定されていても、それを上回る速度でピーク電圧が低下する。
本実施例では、以下に説明するように、電源の電圧が低下すればそれに追従して保存電圧Ｖｋも低下する。そのために、電源の電圧低下に起因してセンサ電圧Ｖ１のピーク値が低下する場合でも、センサ電圧Ｖ１がピークとなったときに、ピークホールド回路５１の保存電圧を新たなピーク電圧に更新することができる。
【００５９】
電源の電圧がα％低下したとする。この場合、定電圧源５４の電圧もα％低下し、定電流源２２の電流もα％低下し、センサ電圧Ｖ１もα％低下する。第１コンデンサ５２と第２コンデンサ５３とは、基準保存電圧と、電源の定格電圧から基準保存電圧を減算した電圧の比となるように設定されているため、第１コンデンサ５２と第２コンデンサ５３の各々の電圧もほぼα％低下する。第１コンデンサ５２の電圧が保存電圧Ｖｋであることから、保存電圧Ｖｋもほぼα％低下する。すなわち、全てがほぼレシオ動作する。
なお、電源の電圧が上昇した場合には、センサ電圧Ｖ１も高くなる。ピークホールド回路５１の電圧保存配線５７に保存されている保存電圧Ｖｋもほぼ同じ比率で上昇する。電源の電圧が上昇しても下降しても、保存電圧Ｖｋはほぼレシオ動作する。
【００６０】
電源の電圧が変動すると、定電流源２２が供給する電流が変動し、センサ電圧Ｖ１が変動する。直流電圧Ｖ２と信号電圧Ｖ３の双方が、センサ電圧Ｖ１の変動比率と同じ比率で変動する。それと同時に、保存電圧Ｖｋが電源の電圧が変動に追従して変動する。結果として、保存電圧Ｖｋが、センサ電圧Ｖ１と直流電圧Ｖ２と信号電圧Ｖ３とほぼ同じ比率で変動する。電源電圧に追従して変動する保存電圧Ｖｋは、電源の電圧変動に追従して変動する直流電圧Ｖ２の影響を受ける。第２オペアンプ６０は、電源の電圧変動に追従して変動する保存電圧Ｖｋと電源の電圧変動に追従して変動するセンサ電圧Ｖ１との電圧差を増幅した電圧を出力するため、この電圧は直流成分を含まない信号電圧Ｖ３にほぼ対応した値となる。
【００６１】
本実施例においても、取り出された電圧が閾値電圧以下であるか否かであるかによって、機関制御に利用する燃焼圧が所定圧力Ｐよりも高いか低いかを示すフラグを設定する。この場合、閾値電圧も、電源の電圧変動に追従して変動させる。なお、その他の構成及び作用効果は実施例１と同じである。
なお、本実施例の変形例として、図示は省略するが、第２オペアンプ６０の反転入力端子と非反転入力端子とを入れ変えてもよい。
【実施例３】
【００６２】
次に、実施例３について図４を参照して説明する。実施例３のセンサ電圧処理回路７０は、車載内燃機関の燃焼圧計測装置１２の電圧処理回路である。
図４に示すように、燃焼圧計測装置１２は、燃焼圧センサ２０と、燃焼圧センサ２０が出力するセンサ電圧Ｖ１を処理するセンサ電圧処理回路７０とを備えている。本実施例のセンサ電圧処理回路７０は、ボトムホールド回路７１と第２オペアンプ９０とを備えている。本実施例のボトムホールド回路７１の構成は、実施例１のボトムホールド回路３１と異なる。燃焼圧センサ２０及び燃焼圧センサ２０に電力を供給するための定電流源２２は実施例１と同じである。
【００６３】
ボトムホールド回路７１は、直流電圧Ｖ２を示すセンサ電圧Ｖ１のボトム値を保存電圧Ｖｋとして保存する。ボトムホールド回路７１は、第１コンデンサ７２と第２コンデンサ７３と第１オペアンプ７８と逆流防止素子としてのＭＯＳトランジスタ７９と第３オペアンプ８０とを備えている。第１コンデンサ７２と第２コンデンサ７３とは電圧保存配線７７によって接続されている。第１コンデンサ７２は接地されている。第２コンデンサ７３は、定電圧源７４に接続されている。電圧保存配線７７には、保存電圧Ｖｋが保存される。燃焼圧センサ２０を実際に使用した場合に想定される保存電圧Ｖｋの変動範囲のほぼ中間値を基準保存電圧とすると、第１コンデンサ７２と第２コンデンサ７３の容量の大きさは、基準保存電圧と、電源の定格電圧から基準保存電圧を減算した電圧の比となるように設定されている。定電圧源７４は、電源に接続されており、電源の電圧変動に対してレシオ動作する。第２コンデンサ７３には、抵抗７５が並列に接続されている。
【００６４】
燃焼圧センサ２０の出力線２５は２つに分岐しており、一方が第１オペアンプ７８の非反転入力端子に接続されている。第１オペアンプ７８の反転入力端子は、配線を介して電圧保存配線７７に接続されている。ＭＯＳトランジスタ７９は、ｎ型のＭＯＳトランジスタであり、ゲート端子とソース端子とが配線を介して電圧保存配線７７に接続されているとともに、ドレイン端子が第１オペアンプ７８の出力端子に接続されている。
【００６５】
電圧保存配線７７は、保存電圧Ｖｋの出力線７６を介して第３オペアンプ８０の非反転入力端子に接続されている。第３オペアンプ８０の出力端子は２つに分岐しており、一方が第３オペアンプの反転入力端子に接続されており、他方が第２オペアンプ９０の反転入力端子に接続されている。また、燃焼圧センサ２０の出力線２５から分岐した他方は、第２オペアンプの非反転入力端子に接続されている。第２オペアンプ９０は、非反転入力端子に入力された燃焼圧センサ２０のセンサ電圧Ｖ１と、ボトムホールド回路７１の保存電圧Ｖｋとの差を所定の増幅度で増幅し、その増幅結果を端子９１に信号電圧Ｖ３として出力する。なお、第２オペアンプ９０には、ベース電圧Ｖｂｂの設定用端子９２が設けられている。本実施例の第２オペアンプ９０は、上記実施例１及び２の第２オペアンプ４０，６０よりもインピーダンスが低いため、電圧保存配線７７と第２オペアンプ９０との間に高インピーダンス素子として機能する第３オペアンプ８０を介在させている。これにより、電圧保存配線７７で保存電圧Ｖｋを保持するようにしている。
【００６６】
ボトムホールド回路７１では、センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋを上回っている場合（Ｖ１＞Ｖｋ）と、センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋに等しい場合（Ｖ１＝Ｖｋ）とで、第１オペアンプ７８と出力電圧とＭＯＳトランジスタ７９の通電状態が異なる。
【００６７】
第１オペアンプ７８はコンパレータとして機能し、センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋよりも大きい場合、第１オペアンプ７８の出力電圧Ｖｏが高電圧ＶＨとなる。高電圧ＶＨは保存電圧Ｖｋよりも高いので、第１コンデンサ７２と第２コンデンサ７３が放電又は充電することがない。また、ＭＯＳトランジスタ７９が第１オペアンプ７８の出力端子から電圧保存線７７に向けて電流が流れることを禁止する向きに挿入されているので、第１コンデンサ７２と第２コンデンサ７３が放電又は充電されることもない。センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋよりも大きい場合、第１コンデンサ７２と第２コンデンサ７３の充放電が禁止され、電圧保存線７７の電圧は保存電圧Ｖｋに維持される。
【００６８】
センサ電圧Ｖ１が保存電圧Ｖｋよりも大きい場合、実際には第２コンデンサ７３の帯電電荷が抵抗７５を介して低速度で放電される。この結果、電圧保存線７７の保存電圧が緩やかに上昇する。この緩やかな上昇は、ボトム電圧が低速度で上昇する場合にボトム電圧を更新するためのものであり、基本的にはボトム電圧を保存しているといえる程度に低速度である。電源の電圧変動によってボトム電圧が急激に上昇する場合の速度よりも低速度である。
【００６９】
保存電圧Ｖｋ＝センサ電圧Ｖ１となると、第１オペアンプ７８の出力電圧Ｖｏは、低電圧ＶＬに切り替えられる。低電圧ＶＬは保存電圧Ｖｋよりも低いので、保存電圧Ｖｋ＝センサ電圧Ｖ１となると、第１コンデンサ７２と第２コンデンサ７３はＭＯＳトランジスタ７９を介して充電及び放電を行う。この結果、第１オペアンプ７８を含む回路はボルテージフォロワとして機能する。保存電圧Ｖｋ＝センサ電圧Ｖ１となると、それ以降は、保存電圧Ｖｋ＝センサ電圧Ｖ１の関係が維持される。保存電圧Ｖｋ＝センサ電圧Ｖ１となった時期Ｄ以降は、センサ電圧Ｖ１が低下するのに追従して保存電圧Ｖｋも低下していく。
【００７０】
これにより、ボトムホールド回路７１は、燃焼圧センサ２０の出力電圧Ｖ１にボトム値が出現する毎に、保存電圧Ｖｋを新たなボトム値に更新し、更新された保存電圧Ｖｋを保持する。また、上記したように、保存電圧Ｖｋは保存している間に緩やかに上昇しているため、ボトム値が前回のボトム値よりも高くなった場合であっても、保存電圧Ｖｋを高く更新することができる。また、次のボトム値が低下すれば保存電圧Ｖｋは低く更新される。
【００７１】
このようにして保存された保存電圧Ｖｋが、第３オペアンプ８０を通じて第２オペアンプ９０の反転入力端子に入力される。そして、第２オペアンプ９０において、センサ電圧Ｖ１から保存電圧Ｖｋを減算した電圧（Ｖ１−Ｖｋ）が信号電圧Ｖ３として取り出される。なお、第２オペアンプ９０では、この信号電圧Ｖ３を増幅して出力する。これにより、燃焼圧センサ２０のセンサ電圧Ｖ１に含まれる温度依存の直流電圧Ｖ２の影響が排除された信号電圧Ｖ３を得ることができる。
【００７２】
電源の電圧が上昇すると、定電流源２２からの供給電流Ｉが上昇し、定電圧源７４の電圧Ｖｐが上昇する。この場合、抵抗７５によってボトムホールド回路７１の保存電圧Ｖｋが低速度で大きくなるように設定されていても、それを上回る速度でボトム電圧が上昇する。
本実施例では、以下に説明するように、電源の電圧が上昇すればそれに追従して保存電圧Ｖｋも上昇する。そのために、電源の電圧の上昇に起因してセンサ電圧Ｖ１のボトム値が上昇する場合でも、センサ電圧Ｖ１がピークとなったときに、ボトムホールド回路７１の保存電圧を新たなボトム電圧に更新することができる。
【００７３】
電源の電圧がα％上昇したとする。この場合、定電圧源７４の電圧もα％上昇し、定電流源２２の電流もα％上昇し、センサ電圧Ｖ１もα％上昇する。第１コンデンサ７２と第２コンデンサ７３の容量比が、基準保存電圧と、電源の定格電圧から基準保存電圧を減算した電圧との比となるように設定されているため、第１コンデンサ７２と第２コンデンサ７３の各々の電圧もほぼα％上昇する。第１コンデンサ７２の電圧が保存電圧Ｖｋであることから、保存電圧Ｖｋもほぼα％上昇する。すなわち、全てがほぼレシオ動作する。
なお、電源の電圧が低下した場合には、センサ電圧Ｖ１も低くなる。ボトムホールド回路７１の電圧保存配線７７に保存されている保存電圧Ｖｋもほぼ同じ比率で低下する。電源の電圧が上昇しても下降しても、保存電圧Ｖｋはほぼレシオ動作する。
【００７４】
電源の電圧が変動すると、定電流源２２が供給する電流が変動し、センサ電圧Ｖ１が変動する。直流電圧Ｖ２と信号電圧Ｖ３との双方が、センサ電圧Ｖ１の変動比率と同じ比率で変動する。それと同時に、保存電圧Ｖｋが電源電圧の変動に追従して変動する。結果として、保存電圧Ｖｋは、センサ電圧Ｖ１と直流電圧Ｖ２と信号電圧Ｖ３とほぼ同じ比率で変動する。電源の電圧に追従して変動する保存電圧Ｖｋは、電源の電圧に追従して変動する直流電圧Ｖ２の影響を受ける。第２オペアンプ９０は、電源の電圧変動に追従して変動するセンサ電圧Ｖ１と電源の電圧変動に追従して変動する保存電圧Ｖｋとの電圧差を増幅した電圧を出力するため、この電圧は直流成分を含まない信号電圧Ｖ３にほぼ等しくなる。
【００７５】
本実施例においても、取り出された信号電圧Ｖ３が閾値電圧以下であるか否かであるかによって、機関制御に利用する燃焼圧が所定圧力Ｐよりも高いか低いかを示すフラグを設定する。この場合、閾値電圧も、電源の電圧変動に追従して変動させる。なお、その他の構成及び作用効果は実施例１と同じである。
【実施例４】
【００７６】
次に、実施例４について図５及び図６を参照して説明する。図５に示すように、本実施例の燃焼圧計測装置１３では、センサ電圧処理回路３０に接続している燃焼圧センサ２６が上記実施例１と異なっている。なお、本実施例のセンサ電圧処理回路３０は、実施例１のセンサ電圧処理回路３０と同じであるため、図５では、図示を省略している。
【００７７】
本実施例の燃焼圧センサ２６は、センサ素子であるピエゾ抵抗素子２３と、逆向きの温度特性を有する逆特性素子であるダイオード２７とが直列に接続されている。ダイオード２７は、アノード端子がピエゾ抵抗素子２３に接続され、カソード端子側が接地されている。
【００７８】
図５は、ピエゾ抵抗素子２３及びダイオード２７の両端間の電圧の温度特性を示している。図５に示すように、ピエゾ抵抗素子２３の両端間の電圧のうち温度依存性の電圧Ｖｘは、ピエゾ抵抗素子２３の温度が高いほど高くなる。実施例１では、この電圧Ｖｘを、センサ電圧Ｖ１のうちの直流電圧Ｖ２としている。また、ダイオード２７の両端間にかかる温度依存性の電圧Ｖｙは、温度が高いほど低くなる。このようにして、ピエゾ抵抗素子２３に、ピエゾ抵抗素子２３とは逆の温度特性を有するダイオード２７を直列に接続している。
本実施例では、図５に示すように、センサ電圧Ｖ１に含まれる直流電圧Ｖ２が、ピエゾ抵抗素子２３の両端間にかかる温度依存性の電圧Ｖｘとダイオード２７の両端間にかかる温度依存性の電圧Ｖｙとを加算した値となる。そのため、直流電圧Ｖ２の温度に対する変動幅が、ピエゾ抵抗素子２３の温度依存性の電圧Ｖｘの温度に対する変動幅よりも小さくなる。したがって、燃焼圧センサ２０がダイオード２７を有していることによって、実施例１と比較して、温度変化に伴う直流電圧Ｖ２の変動を小さくすることができる。そのため、保存電圧Ｖｋの変動が小さくなることから、保存電圧Ｖｋと基準保存電圧とのずれを小さくすることができる。これにより、電源の電圧が変動した場合には、第1コンデンサ３２及び第２コンデンサがより高精度にレシオ動作し、保存電圧Ｖｋもより高精度にレシオ動作させることができる。その結果、センサ電圧処理回路３０では、信号電圧Ｖ３をより適切に取り出すことができる。
【００７９】
なお、直流電圧Ｖ２の変動を小さくしてほぼ一定とすることができれば、ボトム電圧を保存する必要がなく、センサ電圧Ｖ１から一定の直流電圧Ｖ２を減算して信号電圧Ｖ３を取り出すことができるとも考えられる。しかしながら、燃焼圧センサ２６の製造過程で生じるばらつきや、燃焼圧センサ２６の経年劣化等により、直流電圧Ｖ２を一定に維持することは困難である。したがって、実施例１で記載したボトムホールド回路３１によって直流電圧Ｖ２を示すセンサ電圧Ｖ１のボトム値を更新することは必要である。すなわち、ボトムホールド回路３１と本実施例の燃焼圧センサ２６とを用いることによって、信号電圧Ｖ３をより適切に取り出すことができる。
なお、このような燃焼圧センサ２６を実施例２及び実施例３の燃焼圧センサ２０の代わりに用いるようにしてもよい。
（実施例４の変形例）
【００８０】
実施例４では、ダイオード２７のアノード端子側をピエゾ抵抗素子２３に接続し、カソード端子側が接地するようにしている。しかしながら、図７に示すように、燃焼圧計測装置１４の燃焼圧センサ２８では、ダイオード２７のアノード側が定電流源２２に接続されており、カソード側がピエゾ抵抗素子２３に接続されていてもよい。このような場合でも、実施例４と同等の効果を得ることができる。
また、ピエゾ抵抗素子２３と逆の温度特性を有する逆特性素子として、マンガン・コバルト・ニッケルなどの金属酸化物からなる抵抗などを用いるようにしてもよい。
（その他の実施例）
【００８１】
上記実施例３のセンサ電圧処理回路７０は、逆流防止素子としてＭＯＳトランジスタ７９を有するボトムホールド回路７１を備えているが、本明細書に開示される発明を、逆流防止素子としてＭＯＳトランジスタを有するピークホールド回路を備えるセンサ電圧処理回路に適用してもよい。その場合、ＭＯＳトランジスタのゲート端子及びソース端子を第１オペアンプの出力端子に接続するとともに、ドレイン端子を電圧保存配線に接続するようにし、接地される第１コンデンサと並列に抵抗を接続するなど、実施例２のように回路構成を適宜変更する。
また、上記各実施例の構成に加えて保存電圧Ｖｋを取り出す出力端子を設け、直流電圧Ｖ２が反映された保存電圧Ｖｋを取り出すことにようにしてもよい。これにより、ピエゾ抵抗素子の温度を検出することができる。
上記各実施例では、センサ電圧処理回路を内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧センサの処理回路に適用しているが、この他のセンサの出力値を処理する回路に適用してもよい。
【００８２】
以上、本明細書に開示される技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００８３】
１０，１１，１２，１３，１４：燃焼圧計測装置
２０，２６，２８：燃焼圧センサ
２２：定電流源
２３：ピエゾ抵抗素子
２５：出力線
３０，５０，７０：センサ電圧処理回路
３１，７１：ボトムホールド回路
３２，５２，７２：第１コンデンサ
３３，５３，７３：第２コンデンサ
３４，５４，７４：定電圧源
３５，５５，７５：抵抗
３７，５７，７７：電圧保存配線
３８，５８，７８：第１オペアンプ
３９，５９：ダイオード
４０，６０，９０：第２オペアンプ
４１，６１，９１：端子
５１：ピークホールド回路
７９：ＭＯＳトランジスタ
８０：第３オペアンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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