(57)【要約】【課題】  センサ出力のヒステリシスを良好に低減することができる磁歪式圧力センサおよびそのような磁歪式圧力センサを用いて筒内圧力を精度よく検出可能とする。【解決手段】  内燃機関１に筒内圧センサとして備えられる磁歪式圧力センサ１０は、それぞれ磁気異方性を有し、筒内圧力を受けるように配置される一対の磁歪膜１２ａ，１２ｂと、一対の磁歪膜１２ａ，１２ｂに近接して配置される検出コイル１４と、検出コイル１４を通る磁束を形成する励磁コイル１５と、一対の磁歪膜１２ａ，１２ｂ、検出コイル１４および励磁コイル１５を収容するハウジング１１とを備え、一対の磁歪膜１２ａ，１２ｂは、隙間Ｇを隔てて、それぞれの磁化方向が互いに逆になるように並設されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の圧力を検出するための磁歪式圧力センサにおいて、
それぞれ磁気異方性を有し、前記圧力を受けるように配置される一対の磁歪膜と、
前記一対の磁歪膜に近接して配置される検出コイルと、
前記検出コイルを通る磁束を形成する励磁コイルと、
前記一対の磁歪膜、前記検出コイルおよび前記励磁コイルを収容するハウジングとを備え、
前記一対の磁歪膜は、それぞれの磁化方向が互いに逆になるように並設されることを特徴とする磁歪式圧力センサ。
【請求項２】
前記一対の磁歪膜は、互いに対称な外形を有していることを特徴とする請求項１に記載の磁歪式圧力センサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の磁歪式圧力センサを筒内圧センサとして備えた内燃機関の制御装置であって、
前記磁歪式圧力センサの前記励磁コイルに電圧を印加するための電圧印加手段と、
前記内燃機関の吸気行程と、それ以外の他の行程とで、前記電圧印加手段から前記励磁コイルに印加される電圧を変化させる制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記制御手段は、前記内燃機関の吸気行程中に、それ以外の他の行程と比較して、前記電圧印加手段から前記励磁コイルに印加される電圧を増加させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記制御手段は、前記吸気行程中に前記磁歪式圧力センサによって検出される筒内圧力に基づいて前記内燃機関の吸入空気量を算出する手段を更に備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪式圧力センサおよび当該磁歪式圧力センサを筒内圧センサとして備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧力を受ける受圧板および当該受圧板に取り付けられたアモルファス磁性体からなる磁路構成板を含むダイヤフラムと、このダイヤフラムに近接して配置された検出コイルとを備えた磁歪式圧力センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この圧力センサでは、圧力により受圧板が変形すると、磁路構成板も受圧板と同様に変形する。このため、磁路構成板の変形に応じてその透磁率が大きく変化し、磁路構成板の透磁率の変化は、検出コイルのインダクタンスの変化として現れる。従って、この圧力センサによれば、検出コイルのインダクタンスに基づいて、受圧板に作用した圧力の大きさを求めることができる。また、従来から、磁歪素子を用いた筒内圧センサを備えた内燃機関も知られている（例えば、特許文献２参照。）。この内燃機関では、筒内圧センサによって検出される圧縮行程中の２点における筒内圧力に基づいて、吸入空気量が検出される。
【０００３】
【特許文献１】実開昭６３−１１５７３４号公報
【特許文献２】特開平９−５３５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような磁歪式圧力センサは、比較的コンパクトに構成可能であり、内燃機関のシリンダヘッド等に対する搭載性に優れている。しかしながら、上述のような従来の磁歪式圧力センサを用いて内燃機関の筒内圧力を検出しても、センサ出力（検出コイルのインダクタンス）のヒステリシスが顕著となることがあり、結果的に筒内圧力を高精度に検出することが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、センサ出力のヒステリシスを良好に低減することができる磁歪式圧力センサおよびそのような磁歪式圧力センサを用いて筒内圧力を精度よく検出可能とする内燃機関の制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による磁歪式圧力センサは、所定の圧力を検出するための磁歪式圧力センサにおいて、それぞれ磁気異方性を有し、圧力を受けるように配置される一対の磁歪膜と、一対の磁歪膜に近接して配置される検出コイルと、検出コイルを通る磁束を形成する励磁コイルと、一対の磁歪膜、検出コイルおよび励磁コイルを収容するハウジングとを備え、一対の磁歪膜は、それぞれの磁化方向が互いに逆になるように並設されることを特徴とする。
【０００７】
この磁歪式圧力センサでは、一対の磁歪膜が圧力により変形すると、各磁歪膜の変形に応じてその透磁率が大きく変化し、各磁歪膜の透磁率の変化が検出コイルのインダクタンスの変化として現れる。この際、一対の磁歪膜は、それぞれの磁化方向が互いに逆になるように並設されていることから、一方の磁歪膜の変形による検出コイルのインダクタンス変化におけるヒステリシスと、他方の磁歪膜の変形による検出コイルのインダクタンス変化におけるヒステリシスとが相殺し合うことになる。従って、この磁歪式圧力センサによれば、センサ出力のヒステリシスを良好に低減して、一対の磁歪膜に作用した圧力の大きさを精度よく求めることが可能となる。
【０００８】
この場合、上記一対の磁歪膜は、互いに対称な外形を有していると好ましく、例えば、各磁歪膜は、半円形状に形成されるとよい。
【０００９】
また、本発明による内燃機関の制御装置は、上述の磁歪式圧力センサを筒内圧センサとして備えた内燃機関の制御装置であって、磁歪式圧力センサの励磁コイルに電圧を印加するための電圧印加手段と、内燃機関の吸気行程と、それ以外の他の行程とで、電圧印加手段から励磁コイルに印加される電圧を変化させる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この制御装置が適用される内燃機関では、磁歪式圧力センサを用いて筒内圧力を検出する際に、吸気行程とそれ以外の他の行程とで、電圧印加手段から励磁コイルに印加される電圧が変化させられる。これにより、必要に応じて磁歪式圧力センサの感度を上げることが可能となる。この結果、かかる内燃機関の制御装置によれば、磁歪式圧力センサによる筒内圧力の検出精度を必要に応じて向上させて、磁歪式圧力センサの励磁コイルに付与する電気エネルギの無駄を抑制することが可能となる。
【００１１】
この場合、制御手段は、内燃機関の吸気行程中に、それ以外の他の行程と比較して、電圧印加手段から励磁コイルに印加される電圧を増加させると好ましい。更に、制御手段は、吸気行程中に磁歪式圧力センサによって検出される筒内圧力に基づいて内燃機関の吸入空気量を算出する手段を更に備えると好ましい。
【００１２】
このように、吸気行程中に磁歪式圧力センサの感度を上げることにより、磁歪式圧力センサによって筒内圧力を精度よく検出することが可能となる。そして、吸気行程中に磁歪式圧力センサによって検出される筒内圧力の精度を向上させることにより、内燃機関の吸入空気量を精度よく求めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、センサ出力のヒステリシスを良好に低減することができる磁歪式圧力センサおよびそのような磁歪式圧力センサを用いて筒内圧力を精度よく検出可能とする内燃機関の制御装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明による磁歪式圧力センサを示す断面図であり、図２は、図１に示される磁歪式圧力センサの分解図である。これらの図面に示される磁歪式圧力センサ１０は、コンパクトに構成され得るものであり、ハウジング１１、一対の磁歪膜１２ａ，１２ｂ、検出コイル１４および励磁コイル１５を備える。ハウジング１１は、薄い有底円筒状に形成されている。ハウジング１１は、例えばステンレス等の被磁性体からなり、その底部は、ダイヤフラムとして機能し得る。すなわち、磁歪式圧力センサ１０では、ハウジング１１の底面１１ａが測定対象となる圧力をうける受圧面となる。
【００１６】
また、磁性膜１２ａおよび１２ｂは、磁気異方性を有する例えばアモルファス磁性体等の同一の素材からなる薄膜であり、互いに対称な外形を有している。すなわち、本実施形態において、磁性膜１２ａおよび１２ｂは、それぞれ、ハウジング１１の内部半径よりも多少小さい程度の半径を有する半円形状に形成されている（図３または図４参照）。図１および図２に示されるように、磁性膜１２ａおよび１２ｂは、ハウジング１１の底部上に配置される。
【００１７】
検出コイル１４および励磁コイル１５としては、薄型円筒状の渦巻きコイルが採用される。検出コイル１４は、ハウジング１１の底部上に配置された磁性膜１２ａおよび１２ｂに接するようにして配置され、励磁コイル１５は、検出コイル１４上に配置される。励磁コイル１５には、所定の電圧印加手段から電圧が印加され、これにより、励磁コイル１５によって検出コイル１４を通る磁束が形成される。一対の磁歪膜１２ａ，１２ｂ、検出コイル１４および励磁コイル１５は、この順番でハウジング１１の内部に完全に収容され、ハウジング１１に対して適宜接着剤等を用いて固定される。
【００１８】
このように構成される磁歪式圧力センサ１０では、ハウジング１１の底面１１ａが測定対象の圧力により変形すると、ハウジング１１の底部上に配置されている一対の磁歪膜１２ａ，１２ｂも圧力により変形する。これにより、各磁歪膜１２ａ，１２ｂの変形に応じてその透磁率が大きく変化し、各磁歪膜１２ａ，１２ｂの透磁率の変化が検出コイル１４のインダクタンスの変化として現れる。従って、励磁コイル１５に電圧を印加すると共に、検出コイル１４の端子間電圧を測定することにより、当該端子間電圧からハウジング１１の底面１１ａに作用した圧力を求めることができる。
【００１９】
ここで、本実施形態の磁歪式圧力センサ１０は、互いに対称な外形を有する一対の磁歪膜１２ａ，１２ｂを有しており、通常１枚である磁歪膜が２つに（境界線Ｂに関して対称に）分割されている。そして、これらの一対の磁歪膜１２ａ，１２ｂは、微小な隙間Ｇを隔てて、それぞれの磁化方向が互いに逆になるようにハウジング１１内に並設されている。すなわち、本実施形態では、図３あるいは図４に示されるように、磁歪膜１２ａと磁歪膜１２ｂとの境界線Ｂ（隙間Ｇ）に関して、一方の磁歪膜１２ａの磁化方向と、他方の磁歪膜１２ｂの磁化方向とが逆向きとなり、かつ、当該境界線と磁歪膜１２ａおよび磁歪膜１２ｂの磁化方向とのなす角度が概ね４５°となっている。言い換えると、磁歪膜１２ａの磁化方向および磁歪膜１２ｂの磁化方向の境界線Ｂと平行な方向における成分は同じ向きとなる一方、磁歪膜１２ａの磁化方向および磁歪膜１２ｂの磁化方向の境界線Ｂと直交する方向における成分は互いに逆向きとなる。
【００２０】
これにより、一方の磁歪膜１２ａの変形による検出コイル１４のインダクタンス変化におけるヒステリシスと、他方の磁歪膜１２ｂの変形による検出コイル１４のインダクタンス変化におけるヒステリシスとが相殺し合うことになる。従って、磁歪式圧力センサ１０によれば、センサ出力のヒステリシスを良好に低減してセンサ出力をリニアなものとすることができるので、ハウジング１１の底面１１ａ（一対の磁歪膜１２ａおよび１２ｂ）に作用した圧力の大きさを精度よく求めることが可能となる。
【００２１】
図５は、上述の磁歪式圧力センサ１０を筒内圧センサとして備えた内燃機関を示す概略構成図である。
【００２２】
図５に示される内燃機関１は、例えば車両の走行用駆動源として用いられると好適なものであり、燃焼室２の内部で燃料と空気との混合気を燃焼させ、燃焼室２内でピストン３を往復動作させることにより動力を発生するものである。なお、図１には、１気筒のみが示されるが、本実施形態の内燃機関１は、多気筒エンジン（例えば４気筒エンジン）として構成される。そして、内燃機関１のシリンダヘッドＣＨには、各燃焼室２における筒内圧力を検出するために、上述の磁歪式圧力センサ１０が燃焼室２ごとに配設されている。本実施形態では、内燃機関１（シリンダヘッドＣＨ）の所定箇所に各燃焼室２に臨む凹部（図示省略）が形成されており、各磁歪式圧力センサ１０は、燃焼室２の内部とハウジング１１の底面（受圧面）１１ａとが対向するように対応する凹部に圧入されている。
【００２３】
また、内燃機関１は、磁歪式圧力センサ１０ごとに、検出コイル１４の端子間電圧の増幅等を行う信号処理回路４と、励磁コイル１５に電圧を印加するための電圧可変発振回路（電圧印加手段）５とを有している。各信号処理回路４は、内燃機関１の制御手段として機能するＥＣＵ６に電気的に接続されており、対応する磁歪式圧力センサ１０の出力（センサ出力）を処理して燃焼室２における筒内圧力を示す信号をＥＣＵ６に与える。各電圧可変発振回路５も、ＥＣＵ６に電気的に接続されており、各電圧可変発振回路５から対応する励磁コイル１５に印加される電圧の値は、ＥＣＵ６からの制御信号に従って設定される。また、ＥＣＵ６には、クランク角センサ７や気筒判別センサ（クランク角基準センサ）８といった各種センサが接続されている。
【００２４】
このように構成される内燃機関１では、各磁歪式圧力センサ１０により検出される筒内圧力を用いた各種処理を実行するために、燃焼室２ごとに、図６に示されるルーチンが所定時間おきに繰り返し実行される。すなわち、内燃機関１の作動中、制御手段としてのＥＣＵ６は、クランク角センサ７から内燃機関１の回転数を示す信号（回転数信号）を取得すると共に、気筒判別センサ８から信号（気筒判別信号）を取得し（Ｓ１０）、これらの信号に基づいて、燃焼室２ごとに、吸気行程中であるか否か判定する（Ｓ１２）。
【００２５】
Ｓ１２にて対象となる燃焼室２が吸気行程にあると判断した場合、ＥＣＵ６は、当該燃焼室２に対して設けられている磁歪式圧力センサ１０について、電圧可変発振回路５から励磁コイル１５に印加される電圧が、予め定められた吸気行程時の電圧値に設定されるように所定の制御信号を電圧可変発振回路５に与える（Ｓ１４）。そして、ＥＣＵ６は、当該磁歪式圧力センサ１０の信号処理回路４からの信号に示される当該燃焼室２の筒内圧力を用いて所定の演算処理を実行し、内燃機関１の吸入空気量を算出する（Ｓ１６）。
【００２６】
一方、Ｓ１２にて対象となる燃焼室２が吸気行程にはないと判断した場合、ＥＣＵ６は、当該燃焼室２に対して設けられている磁歪式圧力センサ１０について、電圧可変発振回路５から励磁コイル１５に印加される電圧が、予め定められた通常時の電圧値に設定されるように所定の制御信号を電圧可変発振回路５に与える（Ｓ１８）。そして、ＥＣＵ６は、当該磁歪式圧力センサ１０の信号処理回路４からの信号に示される当該燃焼室２の筒内圧力に基づいて、点火時期、燃料噴射量およびスロットル開度のうちの少なくとも何れかの補正量を算出する（Ｓ２０）。
【００２７】
このように、内燃機関１では、磁歪式圧力センサ１０を用いて各燃焼室２の筒内圧力を検出する際に、吸気行程とそれ以外の他の行程とで、電圧可変発振回路５から励磁コイル１５に印加される電圧が変化させられる。本実施形態では、吸気行程中に電圧可変発振回路５から励磁コイル１５に印加される電圧（吸気行程時の電圧値）が、吸気行程以外の通常時の電圧値よりも大きく定められている。
【００２８】
すなわち、内燃機関１では、各燃焼室２について、吸気行程中に磁歪式圧力センサ１０の感度が上げられることから、磁歪式圧力センサ１０によって吸気行程中の筒内圧力を精度よく検出することが可能となる。そして、吸気行程中に磁歪式圧力センサ１０によって検出される筒内圧力の精度を向上させることにより、吸気行程中の筒内圧力に基づいて内燃機関１の吸入空気量を精度よく求めることができる。この結果、吸入空気量を検出するためのエアフローメータや吸気圧力センサ等を省略することも可能となる。また、吸気行程とそれ以外の他の行程とで、電圧可変発振回路５から励磁コイル１５に印加される電圧を変化させることにより、磁歪式圧力センサ１０による筒内圧力の検出精度を必要に応じて向上させて、励磁コイル１５に付与する電気エネルギの無駄を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による磁歪式圧力センサを示す断面図である。
【図２】図１に示される磁歪式圧力センサの分解図である。
【図３】図１に示される磁歪式圧力センサの部分断面図である。
【図４】図１に示される磁歪式圧力センサの部分断面図である。
【図５】図１の磁歪式圧力センサを筒内圧センサとして備えた内燃機関を示す概略構成図である。
【図６】図５の内燃機関において磁歪式圧力センサにより検出される筒内圧力を用いた各種処理を実行する手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３０】
１    内燃機関
２    燃焼室
３    ピストン
４    信号処理回路
５    電圧可変発振回路
６    ＥＣＵ
７    クランク角センサ
８    気筒判別センサ
１０    磁歪式圧力センサ
１１    ハウジング
１１ａ    底面
１２ａ，１２ｂ    磁歪膜
１４    検出コイル
１５    励磁コイル
ＣＨ    シリンダヘッド
Ｇ    隙間
【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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