(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電センサ（１０）によって供給される信号を処理する方法であって、前記信号が、熱機関などのピストンエンジンのシリンダ室内に行き渡っている、シリンダ圧力と呼ばれる圧力値を示し、前記信号が、少なくとも実質的に一定である前記シリンダ圧力値に対応する、平坦域と呼ばれる、より長い長さの構成要素によって分離されているパルスの形態の値を有し、前記方法では、
前記圧電センサ（１０）によって供給される前記信号の前記平坦域に対応する値の望ましくない変化が、閉回路サーボ制御を備える補償回路（１７）によって補償され、前記閉回路サーボ制御は、機能する場合には、前記圧電センサによって供給される前記信号の前記平坦域に対応する値の任意の望ましくない変化から独立して、基準値Ｓｒと呼ばれる、所定の一定の値Ｓｒに設定されている値で出力信号を供給することができ、
前記圧電センサ（１０）によって供給される前記信号は、演算増幅器によって処理され、前記演算増幅器は入力として前記信号を受信し、出力として前記出力信号を供給し、
前記閉回路サーボ制御が、前記圧電センサ（１０）によって供給される前記信号と並行して、前記演算増幅器の入力として補償電流Ｉｃｏｒｒを供給し、
前記出力信号の値が、連続的サンプリング瞬間の期間、前記パルスの最大周波数よりも大きいサンプリング周波数で測定され、記憶され、
前記各サンプリング瞬間で、過ぎたばかりのサンプリング瞬間に対して前記出力信号の変化ΔＳを示す値が計算され、
前記各サンプリング瞬間で、前記変化ΔＳの絶対値が所定の比較値Ｖ未満である場合、前記サーボ制御は、機能し続けて、前記出力信号を前記基準値Ｓｒに設定し、前記出力信号の値が前記平坦域に対応する値である、方法。
【請求項２】
前記変化ΔＳが、前記変化の前記絶対値が前記所定の比較値Ｖ未満のままである、過ぎたばかりのサンプリング瞬間の数の増加関数である時間帯αＴによって分離される、２つのサンプリング瞬間の間で計算される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記時間帯αＴが、ゼロに等しくない所定の最小値αＴｍｉｎと、ゼロに等しくない所定の最大値αＴｍａｘとの間に範囲を定められている、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記圧電センサ（１０）によって供給される前記信号が、入力として前記信号を受信し、出力として前記出力信号を供給する電荷増幅器によって処理され、前記閉回路サーボ制御が、前記圧電センサ（１０）によって供給される前記信号と並行して、前記電荷増幅器の入力として補償電流Ｉｃｏｒｒを供給する、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記変化ΔＳの前記絶対値が、前記所定の比較値Ｖ以上である場合、前記閉回路サーボ制御は機能せず、前記補償電流の一定の値が、前記演算増幅器の入力として、前記出力信号の値から独立して加えられる、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記一定値が、前記閉回路サーボ制御が機能している間、複数のサンプリング瞬間に対して計算される平均値に対応する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
圧電センサ（１０）によって供給される信号を処理するための回路であって、前記信号が、熱機関などのピストンエンジンのシリンダ室内に行き渡っている、シリンダ圧力と呼ばれる圧力値を示し、前記信号が、少なくとも実質的に一定である前記シリンダ圧力の値に対応する、平坦域と呼ばれる、より長い長さの構成要素によって分離されているパルスの形態の値を有し、前記回路が、
機能している場合、前記圧電センサ（１０）によって供給される前記信号の前記平坦域に対応する値の任意の望ましくない変化から独立して、基準値Ｓｒと呼ばれる、所定の一定の値に設定されている値で出力信号を供給することができる閉回路サーボ制御を備える補償回路（１７）と、
前記圧電センサ（１０）によって供給される前記信号を入力として受信し、出力として前記出力信号を供給する演算増幅器とを備え、前記閉回路サーボ制御が、前記圧電センサ（１０）によって供給される前記信号と並行して、前記演算増幅器の入力として補償電流Ｉｃｏｒｒを供給し、
前記補償回路（１７）が、
前記パルスの最大周波数よりも大きいサンプリング周波数で、連続的サンプリング瞬間ｔの期間、前記出力信号の値Ｓ（ｔ）を測定、および記憶する検出回路（２０、２７）と、
各サンプリング瞬間で、過ぎたばかりのサンプリング瞬間に対して前記出力信号の変化ΔＳを示す値を計算する、データを処理するための手段（２４）と
を備え、
前記補償回路（１７）が、各サンプリング瞬間で、前記変化ΔＳの絶対値が所定の比較値Ｖ未満である場合、前記閉回路サーボ制御は機能して、前記出力信号を前記基準値Ｓｒに設定し、前記出力信号の値が平坦域に対応する値である、回路。
【請求項８】
前記検出回路（２０、２７）が、前記変化の前記絶対値が前記所定の比較値未満のままである、過ぎたばかりのサンプリング瞬間の数の増加関数である時間帯αＴによって分離されている、２つのサンプリング瞬間の間の前記変化を計算することができる、請求項７に記載の回路。
【請求項９】
前記時間帯αＴが、ゼロに等しくない所定の最小値αＴｍｉｎと、ゼロに等しくない所定の最大値αＴｍａｘとの間に範囲を定められている、請求項８に記載の回路。
【請求項１０】
前記回路が、前記圧電センサ（１０）によって供給される前記信号を入力として受信し、出力として前記出力信号を供給する電荷増幅器を備え、前記閉回路サーボ制御が機能している場合、前記補償回路（１７）が、前記圧電センサ（１０）によって供給される前記信号と並行して、入力として補償電流Ｉｃｏｒｒを前記電荷増幅器に供給し、前記検出回路（２０、２７）が、前記電荷増幅器によって供給される前記出力信号を受信する、請求項７〜請求項９のいずれか一項に記載の回路。
【請求項１１】
前記補償回路（１７）が、前記変化の前記絶対値が前記所定の比較値以上である場合、前記閉回路サーボ制御を機能させず、前記出力信号の値から独立して、前記補償電流の一定の値を加える、請求項７〜請求項１０のいずれか一項に記載の回路。
【請求項１２】
前記一定値が、前記閉回路サーボ制御が機能している間、少なくとも１つのサンプリング瞬間に対して計算される平均値に対応する、請求項１１に記載の回路。
【請求項１３】
前記検出回路（２０、２７）が、前記出力信号を受信し、デジタル方式で前記出力信号の前記値を測定、記憶および処理するアナログ／デジタル変換器（２０）を備える、請求項７〜請求項１２のいずれか一項に記載の回路。
【請求項１４】
前記補償回路（１７）が、デジタル方式のデータを処理し、およびデジタル方式の補償電圧値Ｃｏｒｒを計算する、前記補償回路（１７）がデジタル／アナログ変換器（２２）を備え、前記デジタル／アナログ変換器（２２）が、前記デジタル方式の補償電圧値Ｃｏｒｒを受信し、前記圧電センサ（１０）の出力と並列に接続されている直列抵抗（１９）に、対応するアナログ方式の値Ｕｃｏｒｒを供給する、請求項１０〜請求項１３のいずれか一項に記載の回路。
【請求項１５】
熱機関などのピストンエンジンのシリンダ室内に行き渡っている、シリンダ圧力と呼ばれる圧力値を測定するための装置であって、圧電センサ（１０）と、前記圧電センサによって供給される信号を処理するための回路とを備え、前記処理回路が請求項７〜請求項１４のいずれか一項に記載の回路である、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電センサによって供給される信号であって、熱機関などのピストンエンジンのシリンダ室に行き渡っている、シリンダ圧力と呼ばれる圧力を示す信号を処理するための方法および回路に関し、この信号は、少なくとも実質的に一定であるシリンダ圧力値に対応する平坦域と呼ばれる、より長い長さの構成要素によって分離される、パルス（ピストンの変位、および／または熱力学的サイクル、特に燃焼サイクルの結果による、シリンダ圧力の通常の急速に変化する段階に対応する）の形態である。
【背景技術】
【０００２】
ポンプ、またはより具体的には内燃機関エンジンなど、ピストンエンジンの様々な種類の中で、エンジンの設計および製造を最適化するために、ならびに、中でも制御電子ユニットをリアルタイムで使用して、その動作を最適化するために、各シリンダの各室内に行き渡るシリンダ圧力をその場で（すなわち、エンジンが動作中に）測定できることが有益である。したがって、特に、グロープラグに一体化された圧電センサによって、ディーゼルエンジンのシリンダの燃焼室内に行き渡っているシリンダ圧力を測定することが知られている。エンジンサイクル中の時間の関数として圧力を測定するための信号は、通常、シリンダ圧力が少なくとも実質的に大気圧に相当する間の段階（吸気段階および排気段階）に対応して、連続する構成要素によって形成され、吸気段階および排気段階に圧力ピーク（圧縮段階および燃焼段階）がエンジン速度に依存する周波数で重ね合わされる。
【０００３】
この状況で圧電センサを使用することは特に有利であるが、この種のセンサは、一方で、増幅および変換が必要であり（圧電センサは、結晶によって生成されるわずかの量の電荷しか供給せず、その量は測定信号として直接利用することができない）、他方で、そのうえ圧電性結晶が温度に対しても感度があるので、特に焦電気の現象によって、センサによって供給される信号の絶対値に大きい、好ましくない変化が起こりやすいために、この種のセンサによって供給される信号を処理することについて問題が発生する。
【０００４】
圧電センサによって供給される信号の増幅および変換は、一般に、通常、演算増幅器および並列キャパシタを備える電荷増幅回路によって実行される。
【０００５】
圧電センサによって供給される信号の絶対値の望ましくない変化は、連続的な構成要素の値のシフトを備え、これらのシフトは、連続的な矩形波形態の方式の、最小値内のドリフトである場合があり、あるいは、例えば、アフィン機能によって、または少なくとも１つの低周波構成要素によって、時系列に継続的に変化する場合もある。これらの望ましくない変化を補償するために、特に温度変化も非常に顕著なピストンエンジンのシリンダ圧力を測定するために、様々な解決策が提案されてきた。
【０００６】
信号の絶対値のこれらの望ましくない低周波変化を補償するための既知の解決策は、ハイパスフィルタを電荷増幅器に付随させることにある。一般に、電荷増幅器は並列キャパシタを備えるので、この種のハイパスフィルタを配列するためにすべき必要なことは、並列抵抗を加えることのみである。しかし、この解決策は、低周波の変化を抑制するが、出力信号の一定の参照値を保証することはできない。したがって、この解決策によって、例えば、焦電気効果によって引き起こされる温度の関数として、信号の絶対値内の単純なドリフトによって形成されるシフトが正確に考慮されることは不可能である。フィルタの性能を改良するためのいくつかの提案がなされてきたが、これらは上記の問題を解決するには至っていない。
【０００７】
国際公開第２０１０／０５７５７１号パンフレットは、カルマンフィルタ（Ｋａｌｍａｎ  ｆｉｌｔｅｒ）を使用することによって、圧力センサからの信号の望ましくないドリフト（焦電気現象による）を補正する方法を提案している。しかし、一方で、この解決策は信号のピークを確実に検出することが可能であることを必要とするが、それはエンジンが低速で動作している場合、必ずしも簡単なことではなく、他方では、電荷増幅器の下流に、特定の別個の回路を電荷増幅器に加える必要があり、信号がそのピークで測定されている間、外挿曲線を生成するための処理工程を実施する必要がある。これによって、相当な費用がかかり、性能が低下する。具体的には、この補償を用いると、閉回路サーボ制御の代わりにはならず、増幅器の動力学、およびアナログ／デジタル変換器の分解能は、信号の最大ドリフトに適合しなければならない。
【０００８】
別の既知の解決策によると、電荷増幅器の出力から供給される電圧値が、出力に要求される基準値に対応する所定の値と比較され、測定値と基準値との差異が、次のサイクル中に電荷増幅器の出力で補償電流を導くために使用される。この解決策には、補償が１つのサイクルから次のサイクルに遅延されるという主な不都合な点があり、そのため、内燃機関エンジンなどのピストンエンジンの場合のように、１つのサイクルから次のサイクルへの増幅器内および周波数内の変化が急激であり、顕著である可能性がある場合、適切ではない。
【０００９】
米国特許第４９６２３２８号明細書は、内燃機関エンジン内の圧電圧力センサ向け電荷増幅器回路を記載し、この電荷増幅器回路は、測定された信号の期間に従って、トリガ装置に接続されているサンプル回路／ホールド回路によって形成されるドリフト補償装置を備える。トリガ装置は、クロック発生器およびカウンタを備えることができ、所定の値に到達すると、カウンタの出力がサンプルパルスの生成をトリガする。カウンタは、測定された信号の上昇エッジおよび下降エッジが管理されることを可能にし、比較器およびクロック発生器と協働して、測定された信号が所定の閾値信号水準以下である時間間隔を決定することを可能にする。次いで、この時間間隔の半分に相当する期間が経過するとすぐに、サンプルパルスがサンプル回路／ホールド回路に伝送されることが可能である。サンプル回路／ホールド回路は、直列抵抗を通るとすぐに、電荷増幅器回路の入力で、この回路の出力電圧から形成される電流を再導入することによってシフトを補償する。さらに、監視ユニットは、サンプルパルス入力が、トリガパルスの間隔が所定の長さを超える場合、「高い」値に設定されることを可能にし、それによって、回路を連続的補償の動作モードに切り替えることができ、連続的補償では電荷増幅器の出力が連続的に補償される。その結果、エンジンが低速で動作し、または停止する場合、シフトは継続的に補償され、供給される信号は、エンジン速度が再び上昇するとすぐに、適切なものになる。
【００１０】
このドリフト補償の性能は、一方では、増幅器の適切な選択、およびサンプル回路／ホールド回路を有する直列抵抗の値に関連し、他方では、信号ピーク間の平坦域の中央を検出する正確さに関連する。
【００１１】
この文献が説明するように、２つの直列抵抗値および感度を調整する手段が提供されるが、補償は変動操作で実施される。直列抵抗の値が高すぎる場合、補償電流は、効果的な補償を達成するのに十分強くはないであろうが、一方、直列抵抗の値が弱すぎる場合、補償は強すぎて、継続的変動がもたらされる可能性がある。この点で、この文献によって提案されるサーボ制御は、いわばその設計によって限定されるので、性能が低いことに留意すべきである。事実、測定用のサンプリング周波数は、必然的にエンジン周波数で実施される。しかし、閉回路サーボ制御は、制御されるべき現象の周波数よりもはるかに高い周波数で測定するためのサンプリングが必要である。したがって、この文献で提案されるサーボ制御は、非常に遅い変化（典型的には、誤電流が原因の変化など、１００秒を超える変化）を補償するためにのみ使用可能である。
【００１２】
ピーク間の平坦域の中央を検出することは、エンジンクランクシャフトに付随する外部検出器を使用して実施される場合、信頼性があるが、しかし、この解決策は、エンジンが適切に装備されていることが必要であり、それが主な不都合な点であり、上記に述べた基本的な問題を軽減することはできない。
【００１３】
検出が、信号電圧値と所定の閾値との間の比較によって実施されることになっている実施形態は、ピークが同じエンジンに対して広範囲に亘る振幅および周波数において変動し、１つのエンジンと別のエンジン（例えば、ディーゼルエンジンとガソリンエンジン）によって異なる範囲で変動するので、ピークの検出を可能にするための絶対閾値が存在しないという点で、機能的ではない。閾値が低すぎる場合、２つのピーク間の平坦域中のドリフトによって引き起こされる好ましくない変化が、誤ってピークと考慮される可能性があり、また、閾値が高すぎる場合、この閾値よりも低い振幅を有するピークは検出されないであろう。さらに、次に、この文献に記載される解決策もまた、信号の連続的構成要素のより速く、ことによると相対的な高振幅の変化など、例えば、焦電気現象に起因する変化など、絶対値のシフトを考慮することができない。したがって、この文献では、焦電気による急激で、著しい変化（例えば、エンジンが始動される時の温度の急激な上昇）が、通常のパルスとみなされることになり、したがってこのパルスは補正されない。
【００１４】
その結果、今までのところ、圧電圧力センサによって供給される信号の絶対基準値からの様々なドリフトを確実に補償することを実行する満足できる解決策は提案されておらず、この圧電圧力センサは、同時に、低周波数信号の変化を抑制し、矩形波または基準値の漸進的ドリフトを補正し、電荷増幅器を補完するための追加の回路を必要とせず、特に、焦電気による変化など、１つのサイクルから次のサイクルへ、振幅および周波数の突然で著しい変化が存在する場合、内燃機関エンジンなどのピストンエンジンの動作に適合し、実施するのが簡単で、あまり費用がかからない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０５７５７１号パンフレット
【特許文献２】米国特許第４９６２３２８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、この問題を解決することである。
【００１７】
したがって、本発明の目的は、上記に述べた特性を有する補償が実施されることを可能にする圧電センサによって供給される信号を処理するための方法および回路を提案することである。
【００１８】
より具体的には、本発明の目的は、動作中に発生する変化（圧力パルスを示すピークの形状、周波数、構成要素の直線性など）に対処する能力を有すると同時に、圧電センサが取り付けられるエンジンに応じて複雑な調整を構成する必要のない、処理するための方法および回路を提案することである。
【００１９】
別の目的は、圧電センサを備える単一の機械組立体内、例えば、ディーゼルエンジン用グロープラグ内などの、信号を処理するための電子機器の完全な一体化に適合する解決策を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この目的のために、本発明は、圧電センサによって供給される信号を処理する方法に関し、信号が、熱機関などのピストンエンジンのシリンダ室内に行き渡っている、シリンダ圧力と呼ばれる圧力値を示し、信号が、少なくとも実質的に一定であるシリンダ圧力値に対応する、平坦域と呼ばれる、より長い長さの構成要素によって分離されているパルスの形態の値を有し、その方法においては、
圧電センサによって供給される信号の平坦域に対応する値の望ましくない値の変化が、閉回路サーボ制御を備える補償回路によって補償され、この閉回路サーボ制御は、機能する場合には、圧電センサによって供給される信号の平坦域に対応する値の任意の望ましくない変化から独立して、基準値Ｓｒと呼ばれる、所定の一定の値Ｓｒに設定されている値で出力信号を供給することができ、
圧電センサによって供給される信号は、演算増幅器によって処理され、この演算増幅器は入力として信号を受信し、出力として出力信号を供給し、
閉回路サーボ制御が、圧電センサによって供給される信号と並行して、演算増幅器の入力として補償電流Ｉｃｏｒｒを供給し、
出力信号の値が、連続的サンプリング瞬間の期間、パルスの最大周波数よりも大きいサンプリング周波数で測定され、記憶され、
各サンプリング瞬間で、過ぎたばかりのサンプリング瞬間に対して出力信号の変化ΔＳを示す値が計算され、
各サンプリング瞬間で、変化ΔＳの絶対値が所定の比較値Ｖ未満である場合、サーボ制御は、機能し続けて、出力信号を基準値Ｓｒに設定し、出力信号の値が平坦域に対応する値である。
【００２１】
したがって、信号のピークが閾値電圧値と比較することによって検出される従来技術と対照的に、本発明による処理の方法では、信号の平坦域が出力信号の変化の計算および比較分析によって検出され、それは、時間に関する導関数に基づく数学的な見地によるものである。その結果、圧電センサによって供給される信号の絶対値の中に見出すことができるすべての種類の望ましくないシフトの検出が、はるかに信頼性のあるものとなり、サーボ制御がこれらの望ましくないシフトを補正できる、信号のすべての段階の期間中に機能し続けるので、サーボ制御による補償もまた、信頼性のあるものとなる。さらに、次いで、平坦域の検出は、ピークの周波数および振幅から独立している。特に、比較値がそれらの現象による変化のスロープの最大絶対値よりも大きくなるように、比較値が選択されるとすぐに、焦電気現象による望ましくない変化が補償されるが、一方、もちろん依然として、通常の信号パルスによる変化のスロープの絶対値の最小値未満の状態である。
【００２２】
さらに、本発明による方法では、サンプリング周波数は、パルスの周波数（エンジンの動作の周波数、すなわちエンジンの動作速度に対応する）よりもはるかに大きい場合がある。有利なことに、本発明により、サンプリング周波数は、エンジンの最大速度に対応する最大周波数の１０倍よりも大きく、例えば、この最大周波数の１００倍程度、またはさらにそれ以上である。その結果、サーボ制御は、最大速度でも、２つのパルス間で十分に効果的である。
【００２３】
本発明は、さらに本発明による処理方法を実施するための処理回路に関する。したがって、本発明はまた、圧電センサによって供給される信号を処理するための回路にも関し、信号が、熱機関などのピストンエンジンのシリンダ室内に行き渡っている、シリンダ圧力と呼ばれる圧力値を示し、信号が、少なくとも実質的に一定であるシリンダ圧力の値に対応する、平坦域と呼ばれる、より長い長さの構成要素によって分離されているパルスの形態の値を有し、この回路が、
機能している場合、圧電センサによって供給される信号の平坦域に対応する値の任意の望ましくない変化から独立して、基準値Ｓｒと呼ばれる、所定の一定の値に設定されている値で出力信号を供給することができる閉回路サーボ制御を備える補償回路と、
圧電センサによって供給される信号を入力として受信し、出力として出力信号を供給する演算増幅器とを備え、
閉回路サーボ制御が、圧電センサによって供給される信号と並行して、演算増幅器の入力として補償電流Ｉｃｏｒｒを供給し、
補償回路が、
パルスの最大周波数よりも大きいサンプリング周波数で、連続的サンプリング瞬間ｔの期間、出力信号の値Ｓ（ｔ）を測定、および記憶するために適した検出回路と、
各サンプリング瞬間で、過ぎたばかりのサンプリング瞬間に対して出力信号の変化ΔＳを示す値を計算するように適合されている、データを処理するための手段と
を備え、
補償回路が、各サンプリング瞬間で、変化ΔＳの絶対値が所定の比較値Ｖ未満である場合、閉回路サーボ制御は機能して、出力信号を基準値Ｓｒに設定し、出力信号の値が平坦域に対応する値であるように適合されている。
【００２４】
さらに、本発明による方法で、信号処理の有効性を著しく改良することができる。これを行うために、有利なことに、本発明によって、変化ΔＳが、変化の絶対値が依然として所定の比較値Ｖ未満である、過ぎたばかりのサンプリング瞬間の数の増加関数である時間帯αＴによって分離される、２つのサンプリング瞬間の間で計算される。同様に、本発明による処理するための回路では、検出回路は、有利なことに、変化の絶対値が依然として所定の比較値未満である、過ぎたばかりのサンプリング瞬間の数の増加関数である時間帯αＴによって分離されている、２つのサンプリング瞬間の間の変化を計算することができるように適合される。
【００２５】
実際には、この種の増加関数を加えることにより、特に出力信号の変化が計算される期間の、相似関数を加えることにより、得られた補償の感度を著しく向上させ、力学的性能に何ら悪影響を有することがなく、特に、エンジンの動作速度に関わらず（すなわち、非常に低速および非常に高速での両方）、望ましくない振動またはいくつかのピークの欠如などの所望されない二次的影響をもたらすことがない。
【００２６】
特に、有利なことに、本発明により、期間全体で変化が計算される期間は、例えば、この平坦域が存在すると検出された第１のサンプリング瞬間から、平坦域の全長の分数の倍数である。この倍数は、反復の数、すなわち、この平坦域が存在すると検出された第１のサンプリング瞬間から実行され、採取されたサンプルに等しい場合がある。
【００２７】
さらに、有利なことに、本発明により、その期間は、ゼロに等しくない所定の最小値αＴｍｉｎと、ゼロに等しくない所定の最大値αＴｍａｘとの間に範囲を定められており、最小値αＴｍｉｎは、特にエンジンの最大速度（レッドゾーン）での平坦域の全長の分数に対応し、最大値αＴｍａｘは、特にエンジンの最小速度（アイドリング速度）での平坦域の全長の分数に対応する。
【００２８】
本発明は、圧電センサによって供給される信号を処理するための電荷増幅器ばかりでなく、他の型のこの信号処理、例えば、低インピーダンス電圧モード（ＬＩＶＭ：ｌｏｗ  ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｍｏｄｅ）での信号の処理にも応用することができる。しかし、好ましい実施形態では、本発明による方法はまた、圧電センサによって供給される信号が、入力としてこの信号を受信し、出力として出力信号を供給する電荷増幅器によって処理されること、および、閉回路サーボ制御が、圧電センサによって供給される信号と並行して、電荷増幅器の入力として補償電流Ｉｃｏｒｒを供給することを特徴とする。同様に、有利なことに、本発明により、処理回路が、圧電センサによって供給される信号を入力として受信し、出力として出力信号を供給する電荷増幅器を備え、閉回路サーボ制御が機能している場合、補償回路が、圧電センサによって供給される信号と並行して、入力として補償電流を電荷増幅器に供給し、検出回路が、電荷増幅器によって供給される出力信号を受信する。
【００２９】
有利なことに、この補償電流は、補償回路によって供給される電圧値を圧電センサから信号を受信する電荷増幅器の入力と並列に接続されている分岐の直列抵抗に印加することによって供給される。しかし、たとえ電荷増幅器が演算増幅器および並列キャパシタの形態をとる場合でも、このキャパシタおよびこの抵抗は、従来技術のように、簡単なハイパスフィルタとして作用しないが、その理由は、特定の処理ステップを実行する補償回路が存在するからである。したがって、特に、キャパシタの値Ｃ、および抵抗の値Ｒが、カットオフ周波数の関数として適合される必要がなく、一方で電荷増幅器（利得を決定する並列キャパシタを備える）の動作のために、および他方でサーボ制御の動力学的関数として最小化され得る。したがって、従来技術では、ＲＣの値は典型的には１秒程度であるが、本発明では、典型的には５０ｍｓ未満であるＲＣに対する値の使用が可能になる。費用が低減されることは別として、これにより、特にグロープラグ内の圧電センサと一体化するのが容易である、はるかに小さい構成部品素子をもたらす。
【００３０】
さらに、有利なことに、本発明により、変化ΔＳの絶対値が所定の比較値Ｖよりも大きい場合、サーボ制御は機能せず、補償電流の一定の値が、演算増幅器の入力として、出力信号の値から独立して加えられる。同様に、有利なことに、本発明による処理のための回路では、補償回路が、変化の絶対値が所定の比較値よりも大きい場合、サーボ制御を機能させず、出力信号の値から独立して、補償電流の一定の値を加えるように適合されている。
【００３１】
実際、比較値よりも大きい変化の値が、出力信号が測定された圧力を示す期間の圧力のピークに対応し、したがって、通常は相当量変化する。一般に非常に短い、この種のエンジンの動作の段階では、補償を一定に保つことだけが必要であり、一方、この段階の間に起こり得る、圧電センサによって供給される信号の絶対値の任意のシフトは無視することである。
【００３２】
この一定値は、使用された最後の値（前の平坦域の間）に等しいことがあり、またはこの最後の値から計算することができる。好ましくは、一定値が、サーボ制御が活性化されている間、複数のサンプリング瞬間に対して計算される平均値に対応する。この平均値は、平坦域の開始、および／または、中でもバッファ記憶内の値の開始以来、計算されているいくつかの、またはすべての値から計算される移動的な平均であってよい。この平均値は、算術平均値、指数平均値、または中でも重み付き平均値であってよい。一定値が、この種の平均値に対応するが、必ずしもこの平均値に等しいわけではない。
【００３３】
さらに、有利なことに、本発明による処理するための回路および方法では、補償回路の機能が、完全にデジタル方式で実行され、補償回路が、例えば、デジタル構成要素を有する集積回路（例えば、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡまたはマイクロプロセッサ）の形態をとることができるようになっている。したがって、有利なことに、本発明により、検出回路が、出力信号を受信し、デジタル方式の出力信号の値を測定、記憶および処理するように適合されているアナログ／デジタル変換器を備える。さらに、有利なことに、本発明による処理回路はまた、補償回路が、デジタル方式のデータを処理し、およびデジタル方式の補償電圧値Ｃｏｒｒを計算するように適合されていること、および補償回路がアナログ／デジタル変換器を備え、アナログ／デジタル変換器が、デジタル方式の補償電圧値Ｃｏｒｒを受信し、圧電センサの出力と並列に接続されている直列抵抗に、対応するアナログ方式の値Ｕｃｏｒｒを供給することを特徴とする。
【００３４】
本発明は、さらに、本発明による処理回路で実施される処理方法にも関連する。
【００３５】
本発明はまた、より具体的には、熱機関などのピストンエンジンのシリンダ室内に行き渡っている、シリンダ圧力と呼ばれる圧力値を測定するための装置に関し、この装置は、圧電センサ、および圧電センサによって供給される信号を処理する回路を備え、この処理回路が本発明による回路である。
【００３６】
本発明による圧力測定装置では、処理回路および圧電センサが、エンジンに取り付けられた単一の機械的組立体、特に単一のグロープラグ内に一体化されることができる。
【００３７】
本発明は、さらに、上記または下記に述べるいくつかの、またはすべての特徴による組合せを特徴とする、処理する方法、処理するための回路、および圧力測定装置に関する。
【００３８】
本発明の他の目的、特徴、および利点が、添付の図面に言及する以下の説明から明らかになるであろうが、添付の図面は、非制限的な例として、その好ましい実施形態の１つを示している。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態による、処理回路を備える、本発明による圧力を測定する装置の全体図である。
【図２】本発明による、処理する方法の実施形態の流れ図である。
【図３】焦電気による信号の連続的構成要素の変化の例を示す時系列のグラフであり、圧力の変化（曲線Ｃ１）として示すグラフである。
【図４】図３に対応する時系列のグラフであり、圧電センサによって供給される信号（曲線Ｃ２）の例、およびコンピュータシミュレーションによって得られた、本発明による、処理のための方法および回路によって補償された対応する出力信号（曲線Ｃ３）を示すグラフである。
【図５】図３、および図４に対応する時系列のグラフであり、本発明による、処理のための方法および回路による補償後の信号の残余誤差（曲線Ｃ４）を示すグラフである。
【図６】より大きな縮尺の時系列のグラフであり、それぞれ（上から下に）、本発明による処理によって補正された出力信号の例（曲線Ｃ５）、本発明によって計算されたこの信号の変化ΔＳ（曲線Ｃ６）、および出力信号の変化ΔＳが測定され、比較値と比較される期間αＴ（曲線Ｃ７）を示すグラフである。
【図７】それぞれ（上から下に）、エンジン速度の上昇中、本発明による処理によって補償された出力信号の別の例（曲線Ｃ８）、この信号の時間に関する導関数（曲線Ｃ９）、および本発明による方法で計算された信号の変化（曲線Ｃ１０）を示す、時系列のグラフである。
【図８】本発明の第２の実施形態による、処理回路を備える、本発明による圧力を測定する装置の全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１に示す、本発明による圧力を測定するための装置が、本発明による処理回路によって処理される信号（電荷の形態）を端子１１で供給する圧電センサ１０を備え、処理回路は、図１に示す第１の実施形態の中で、高利得反転演算増幅器１２、および静電容量Ｃの容量性フィードバック要素１６を備える電荷増幅器を備える。圧電センサ１０の端子１１は、演算増幅器１２の反転入力１３に接続されており、非反転入力１４は接地され、出力１５は、圧電センサ１０によって生成される電荷に比例する電圧を供給する。容量性分岐１６は、圧電センサ１０から信号を受信する演算増幅器１２の出力１５と反転入力１３との間で並列に接続されている。
【００４１】
圧電センサ１０は、熱機関などのピストンエンジンのシリンダ室内に行き渡っている圧力が測定されることを可能にする。圧電センサ１０は、例えば、ディーゼルエンジンのグロープラグ内に一体化される。圧電センサ１０は、このシリンダ圧力を示す信号を供給し、この信号はパルスの形態であり、このパルスは相対的に短時間であり、ピストンの変位、および／または燃焼の結果として、シリンダ圧力の通常の、急速に変化する段階に対応するパルスの形態であり、これらのパルスは、少なくとも実質的に一定であるシリンダ圧力値に対応する、より長い長さの平坦域によって分離される。
【００４２】
応用例、および制限によって、演算増幅器１２は様々な形態をとることができ、特に、事実上複雑な構造で構成される場合がある。
【００４３】
本発明による処理回路はまた、閉回路サーボ制御を形成する補償回路１７を備える。この補償回路１７は、電荷増幅器の出力１５から（電圧）出力信号を受信する。補償回路１７は、補償電圧信号Ｕｃｏｒｒを出力１８に供給し、この出力１８は直列抵抗１９の一方の端子に接続されており、他方の端子は、圧電センサ１０によって供給される信号を受信する電荷増幅器の入力１３に接続されている。値Ｒの抵抗１９は、補正電圧信号Ｕｃｏｒｒを補正強度信号Ｉｃｏｒｒに変換し、Ｉｃｏｒｒは、圧電センサ１０によって供給される信号に加えられ、絶対値の望ましくない変化が補正されることを可能にする。
【００４４】
したがって、出力１５で電荷増幅器によって供給される電圧信号は、補償され、処理回路の出力２８に伝送され、それが、例えば、エンジンの動作を管理する電子機器などの外部システムに接続して利用されることが可能になる。
【００４５】
補償回路１７は、電荷増幅器の出力１５からのアナログ電圧に対応するデジタル信号Ｓを供給するアナログ／デジタル変換器２０を備える。
【００４６】
このデジタル信号Ｓは、集積回路２７（ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、または中でもマイクロプロセッサの形態であることができる）に入力として供給され、集積回路２７は循環的バッファメモリ２１を備えることができ、このバッファメモリ２１は、集積回路２７のクロック発生器２３によって供給されるサンプリングクロック周波数に依存する信号Ｓのサンプリングされた測定値Ｓ（ｔ）を連続的に記憶する。集積回路２７はまた、少なくとも１つのマイクロプロセッサ２４、ならびにこのマイクロプロセッサに付随する少なくとも１つの読み出し専用メモリ２５、および少なくとも１つのランダムアクセスメモリ２６を備える。マイクロプロセッサ２４は、図２に示すように、各サンプリングされた信号Ｓの値に、本発明による処理方法を実行する。マイクロプロセッサ２４は、集積回路２７の出力で、アナログ／デジタル変換器２２に供給される補正デジタル信号Ｃｏｒｒを供給し、このアナログ／デジタル変換器２２は、アナログ補正電圧信号Ｕｃｏｒｒを補償回路１７の出力１８に供給する。
【００４７】
各反復、すなわち出力信号がサンプリングされる度毎に補償回路１７によって実行される、信号Ｓを処理する方法の例が、図２に示される。
【００４８】
第１のステップ３１の中で、信号Ｓの電流値Ｓ（ｔ）が、サンプルクロックのエッジで、このクロックエッジによって機能される循環的バッファメモリ２１の位置で記憶される。
【００４９】
第２のステップ３２の中で、出力信号Ｓの変化ΔＳは、クロックエッジの瞬間ｔの現在値Ｓ（ｔ）と、Ｓ（ｔ−αＴ）と呼ばれる、信号Ｓの以前の値とから計算され、このＳ（ｔ−αＴ）は、値ｔ−αＴに最も近いクロックエッジとして循環的バッファメモリ２１内に記憶され、ここでＴは自然整数であり、αは０と１との間の有理数である。例えば、αは０．０５と０．５との間であるように選択され、特に０．２程度である。αＴは、変化ΔＳが計算される期間を示し、したがって、Ｔによって示される完全な期間の分数であり、その値はゼロに等しくない最小値Ｔｍｉｎと最大値Ｔｍａｘとの間である。これらの値は、エンジンのそれぞれの最大速度および最小速度の関数として選択される。したがって、Ｔｍｉｎは最大エンジン速度に対する平坦域の長さ未満であり、Ｔｍａｘは最大エンジン速度に対する平坦域の長さよりも長い。
【００５０】
第３のステップ３３の中で、この変化の絶対値｜ΔＳ｜は、メモリ２５に記憶されている所定の比較値Ｖと比較される。実際には、この比較値は、内部雑音の導関数の最大値よりも大きい値に設定することによって、平坦域間の信号内の内部雑音から調整可能である。
【００５１】
出力信号内の変化の絶対値｜ΔＳ｜が比較値Ｖ未満である場合、これは、圧電センサ１０によって供給される信号がシリンダ圧力の平坦域に対応し、サーボ制御３４が機能していることを意味する。
【００５２】
第１のステップ３５の中で、このサーボ制御３４は、出力信号Ｓが圧電センサ１０によって供給される信号の絶対値の任意の望ましくない変化から独立して、所定の基準値Ｓｒに設定されることを可能にする補正信号Ｃｏｒｒに対する値を計算することにある。この基準値Ｓｒは、サーボ制御３４の設定値を形成し、本発明による処理回路の下流に位置し出力信号を受信する電子回路の制約に応じて、選択され、メモリ２５に記憶されることが可能である。
【００５３】
補正信号Ｃｏｒｒの値を計算するこのステップは、様々な形態をとることができる。好ましくは、有利なことに、本発明により、この計算は、電流値Ｓ（ｔ）を入力として受信し、基準値Ｓｒに関する誤差を計算し、この誤差のＰＩＤ調整をする比例積分微分（ＰＩＤ：ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御装置によって実施される。補正信号Ｃｏｒｒは、デジタル電圧信号であるということに留意すべきである。
【００５４】
サーボ制御３４の次のステップ３６の中で、補正信号Ｃｏｒｒの現在値は、記憶され、この補正信号Ｃｏｒｒの平均値Ｍが、現在値およびこの補正信号Ｃｏｒｒの以前に記憶された異なる値を使用して計算される。
【００５５】
この平均値は、好ましくは、複数の以前のサンプルから計算された代数的平均値である。例えば、各反復で、この平均値は以前のサンプルβＴから計算され、ここでβは、０と１との間の有理数、例えば０．５程度であり、平坦域全体の信号の中のわずかな変化をフィルタにより取り除くために選択される。
【００５６】
サーボ制御３４の次のステップ３７の中で、現在長が最大所定の長さαＴｍａｘに等しくない限り、Ｔは１ユニット単位で増加し、変数ΔＳを計算するために使用される長さαＴは、αで増加する。Ｔｍａｘは、例えば、平坦域の可能な最も長い長さに対応し、すなわち、特にエンジンがモータである場合、エンジンがアイドリング中である場合の平坦域の長さに対応する。これを達成するために、この値Ｔｍａｘに到達しない場合、Ｔの値は、サーボ制御が機能した間の各反復、すなわち、補正信号Ｃｏｒｒの値をそれぞれ計算した後、１ユニット単位で増加する。したがって、長さは、変化の絶対値｜ΔＳ｜が所定の比較値未満の状態であった過ぎたばかりのサンプリング瞬間の数、すなわち、圧電センサに対して供給される信号が単一の平坦域に対応する過ぎたばかりのサンプリング瞬間の数の増加関数である。言い換えれば、圧電センサ１０によって供給される信号が依然として同じ圧力平坦域にある場合、出力信号の変化の計算上の長さが増加する。その結果、平坦域を検出する感度は、図７に示すように、エンジンの速度から独立している。
【００５７】
この図では、曲線Ｃ８は、エンジン速度が増加している段階に対応する出力信号を示す。曲線Ｃ９は、曲線Ｃ８の時間に関する導関数を示す。陰影のついた部分は、導関数の絶対値が所定の比較値未満であるこの導関数の値を示し、仮にこの導関数がサーボ制御の出力信号の変化として使用される場合、平坦域の段階に対応することになるこの導関数の値を示す。理解されるように、検出の感度が不十分であるので、低いエンジン速度に対して、パルスが検出されることがない。対照的に、曲線Ｃ１０は、増加する長さを計算するために、本発明により計算される値ΔＳを示す。理解されるように、計算の範囲の漸進的増加は、低速度でも、平坦域がパルスから識別されることを可能にする。
【００５８】
平均値Ｍを計算するために使用される過ぎたばかりのサンプリングの数βＴも、圧電センサ１０によって供給される信号が同じ圧力平坦域に依然としてある限り、Ｔの増加によって、各反復につれて増加することに留意すべきである。
【００５９】
比較ステップ３３が、出力信号の変化の絶対値｜ΔＳ｜が比較値Ｖ以上であると決定する場合、これは、圧電センサ１０によって供給される信号がシリンダ圧力のピークに対応し、サーボ制御３４が機能されていないということを意味する。この場合、ステップ３８の中で、補正信号Ｃｏｒｒは、サーボ制御３４のステップ３６が実施された最後の時に計算された、最後に記録された平均値Ｍに設定される。
【００６０】
次のステップ３９の中で、Ｔの値は、ゼロに等しくない最初の最小値Ｔｍｉｎに設定される。Ｔｍｉｎは、例えば、可能な最も短い長さの平坦域に対応し、すなわち、特に、エンジンがモータである場合、エンジンの動作の最大速度での平坦域の長さに対応する。したがって、圧力のピーク中に、およびこの種の圧力のピークのすぐ後に、Ｔの値は、Ｔｍｉｎに設定され、その結果、平坦域の段階の開始時に変化ΔＳを計算する際に、斟酌される最小の長さがαＴｍｉｎに等しい。次いで、この長さは、各反復で値αによって漸進的に増加される。
【００６１】
いずれにせよ、最後のステップ４０中で、各サンプリング瞬間ｔ、すなわち各クロックエッジの後に対して、本発明による処理の方法が、補正信号用の値Ｃｏｒｒを供給する。
【００６２】
図３、図４、および図５は、本発明による処理のための方法および回路によって得ることができる結果の例を示し、特に望ましくない状態、すなわち、エンジンにブレーキがかかっている状態で（２０ｂａｒ（２０．１０５Ｐａ）程度の最大圧力に対応するパルス）最初にアイドリングしている（毎分５００回転）ディーゼルエンジンに対する方法および回路である。これらの状態では、パルスを識別することは実際に特に困難である。
【００６３】
図３、図４、および図５では、ｙ軸の値が圧力ｂａｒに関係する。図３の曲線Ｃ１は、圧電センサ１０の出力で供給される信号の連続的構成要素の変化の例を示し、これらの変化は、エンジン速度の増加に起因する、特に焦電気効果内で認めることができる。図４の曲線Ｃ２は、圧電センサ１０によって供給される信号を示す。曲線Ｃ３は、出力２８で供給される完全に補償された出力信号を示す。図５の曲線Ｃ４からわかるように、残余誤差は非常に小さく、有意ではない。
【００６４】
図６では、曲線Ｃ５が、本発明により補償された出力信号のグラフの別の例を異なる目盛りで示し、曲線Ｃ６は、本発明によって計算された、この信号の変化ΔＳを示す。曲線Ｃ７は、各連続的平坦域で、変化ΔＳの計算のために考慮される計算の長さαＴの変化を示す。各平坦域の開始時に、αＴ＝αＴｍｉｎである。長さは、各反復で、およびピーク（パルス）が検出されない限り、各サンプリングで増加する。エンジン速度が増加すると（図面の左から右に）、各平坦域で考慮される時間の全長は減少する。
【００６５】
図８は、本発明による処理回路の別の実施形態を示し、電荷増幅器が低インピーダンス電圧モード（ＬＩＶＭ）増幅器回路に交換されている点で、第１の実施形態とは異なる。したがって、回路は、フォロアとして取り付けられている演算増幅器４２を備え、演算増幅器の出力４５は、その反転入力４３に接続され、圧電センサ１０の出力１１は、直列キャパシタ４６および並列抵抗４７を介して、演算増幅器４２の非反転入力４４に接続されている。理解されるように、補償回路１７は依然として絶対的に不変の状態であり、補償回路１７の出力で供給される電圧を補正するためのアナログ信号Ｕｃｏｒｒは、抵抗１９の一方の端子で受信され、その他方の端子は、並列キャパシタ４６の上流で、圧電センサの出力１１と並行して供給されるアナログ補正信号Ｉｃｏｒｒを供給する。
【００６６】
本発明による処理回路は、圧電センサのように、単一の機械的組立体内で、特にディーゼルエンジン用グロープラグ内で一体化され得る。
【００６７】
本発明は、図面に示し、上記に説明した実施形態の多くの改変の対象になることができる。
【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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【図８】
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