(57)【要約】【課題】チャージアンプ内蔵型の燃焼圧検出センサにおいて、信号線の過熱や燃焼圧の検出精度の劣化を抑制する技術を提供する。【解決手段】チャージアンプ内蔵型燃焼圧センサ（１）は、センサ本体（２）とチャージアンプ（３）とを備える。センサ本体は、一端がハウジングを介してシャシグランドに接続される圧電素子（２１）を有し、エンジンの燃焼室の圧力を検出する。チャージアンプは、センサ本体の出力を電圧信号に変換する電圧変換部（３２）、および該電圧変換部に供給する基準電圧を生成する基準電圧生成部（３１）を少なくとも有し、外部に設けられた信号処理部（５）からの給電を受けて動作する。基準電圧生成部は、定電流回路（３１１）および抵抗（３１２）を直列接続した電圧発生回路を備え、該電圧発生回路の一端が信号処理部からの給電線、他端が圧電素子のグランド側端に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端がハウジングを介してシャシグランドに接続される圧電素子（２１）を有し、エンジンの燃焼室の圧力を検出するセンサ本体（２）と、
前記センサ本体の出力を電圧信号に変換する電圧変換部（３２）、および該電圧変換部に供給する基準電圧を生成する基準電圧生成部（３１）を少なくとも有し、外部に設けられた信号処理部（５）からの給電を受けて動作するチャージアンプ（３）と、
を備え、
前記基準電圧生成部は、定電流回路（３１１）および抵抗（３１２）を直列接続した電圧発生回路を備え、該電圧発生回路の一端が信号処理部からの給電線、他端が前記圧電素子のグランド側端に接続されていることを特徴とするチャージアンプ内蔵型燃焼圧センサ。
【請求項２】
前記圧電素子のグランド側端と、前記信号処理部からの給電に使用されるグランドラインとは、グランド分離用コンデンサ（３４）を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載のチャージアンプ内蔵型燃焼圧センサ。
【請求項３】
前記電圧変換部のグランドが、前記圧電素子のグランド側端に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のチャージアンプ内蔵型燃焼圧センサ。
【請求項４】
前記チャージアンプは、
前記電圧変換が出力する電圧信号と、前記基準電圧生成部が生成する基準電圧とを差動増幅する増幅部（３５，３５ａ）を備えることを特徴とする請求項３に記載のチャージアンプ内蔵型燃焼圧センサ。
【請求項５】
前記基準電圧生成部は、前記電圧発生回路が生成する基準電圧を、ボルテージフォロア回路（３１３）を介して供給することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のチャージアンプ内蔵型燃焼圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャージアンプをハウジングに内蔵する燃焼圧センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの燃焼室の圧力（燃焼圧）を検出する燃焼圧センサの一つとして、圧電素子によって構成されたものがある。この種の燃焼圧センサでは、その検出出力である圧電素子の発生電荷をチャージアンプで検出することが行われている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１５４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、チャージアンプは、通常、燃焼圧検出信号を用いた処理を行う車載コンピュータと一体に設けられている。この場合、燃焼圧センサと車載コンピュータとの間の配線には、耐熱性の同軸線等を用いる必要がある。しかし、耐熱性の同軸線は高価であるため、これを省略するために、チャージアンプを燃焼圧センサのハウジングに内蔵することが考えられている。
【０００５】
また、圧電素子として水晶を用いた場合、その構造上、圧電素子の一端（グランド側端）を燃焼圧センサのハウジングに接続する必要がある。燃焼圧センサのハウジングはエンジンのハウジングに接触することによってシャシグランドに接続される。つまり、チャージアンプの信号用のグランドラインは、圧電素子のグランド側端と接続する必要があるため、必然的に、シャシグランドに接続されてしまうことになる。
【０００６】
その結果、チャージアンプを内蔵した燃焼圧センサでは、車載コンピュータとの間の配線される電線（特にグランドライン）が断線した場合に、これを検出することができないという問題があった。即ち、電線が断線したとしても、シャシグランド経由で相互に接続されてしまっているからである。
【０００７】
また、エンジン側には、スタータ等の大電力を必要とする機器が接続されており、これらの機器が作動すると、エンジン側のシャシグランドの電位が上昇する。これにより、車載コンピュータのグランド（ＥＣＵグランド）と燃焼圧センサのグランド（シャシグランド）とに電位差が生じ、上記電線のグランドラインに大電流が流れ、過熱するおそれがあるという問題もあった。
【０００８】
なお、このような不都合を解消するために、燃焼圧センサの内部において、チャージアンプのグランド（ＥＣＵグランド）と圧電素子のグランド側端（シャシグランド）との間にコンデンサを設けることも考えられる。しかしこの場合、燃焼圧センサの検出信号に低周波成分が十分に反映されなくなるという問題や、シャシグランドの電位が変化した時に検出精度が劣化するという問題があった。これに対して、コンデンサの容量を大きくして低周波成分を通過させることも考えられるが、この場合、信号成分と同じ周波数帯（ｋＨｚオーダ）のノイズ成分がシャシグランドを介してＥＣＵグランドに重畳されてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、チャージアンプ内蔵型の燃焼圧検出センサにおいて、信号線の過熱や燃焼圧の検出精度の劣化を抑制する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のチャージアンプ内蔵型燃焼圧センサは、センサ本体とチャージアンプとを備える。センサ本体は、一端がハウジングを介してシャシグランドに接続される圧電素子を有し、エンジンの燃焼室の圧力を検出する。チャージアンプは、電圧変換部および基準電圧生成部を少なくとも有する。電圧変換部は、センサ本体の出力を電圧信号に変換して出力する。基準電圧生成部は、電圧変換部に供給する基準電圧を生成する。そして、基準電圧生成部は、定電流回路および抵抗を直列接続した電圧発生回路を備え、この電圧発生回路の一端が信号処理部からの給電線、他端が圧電素子のグランド側端に接続されている。
【００１１】
このような構成によれば、エンジン側にて大電流を消費する装置が作動すること等により、シャシグランドの電位が変化したとしても、電圧発生回路は、シャシグランドを基準とした基準電圧を生成するため、電圧変換部では、シャシグランドの電位を基準として生成されるセンサ本体の出力を、精度よく電圧信号に変換することができる。
【００１２】
なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１３】
また、本発明は、前述したチャージアンプ内蔵型燃焼圧センサの他、当該チャージアンプ内蔵型燃焼圧センサを構成要素とするシステムなど、種々の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態のチャージアンプ内蔵型燃焼圧センサの構成を示す回路図である。
【図２】定電流回路の具体的な構成を例示する説明図である。
【図３】ノイズ抑制効果を示すシミュレーションの結果を示すグラフであり、（ａ）が本件、（ｂ）が比較例である。
【図４】第２実施形態のチャージアンプ内蔵型燃焼圧センサの構成を示す回路図である。
【図５】第２実施形態における増幅部の他の構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［第１実施形態］
＜全体構成＞
図１に示すチャージアンプ内蔵型燃焼圧センサ（以下単に「燃焼圧センサ」という）１は、エンジンの燃焼室に取り付けて使用され、エンジンを制御するＥＣＵ５からワイヤハーネス４を介して給電を受けると共に、燃焼室内の圧力（燃焼圧）を電圧で表した検出信号をＥＣＵ５に出力する。
【００１６】
ワイヤハーネス４は、電源ラインＬＶ、グランドラインＬＧ、信号ラインＬＳの３線を撚りあわせることで構成されている。グランドラインＬＧは、ＥＣＵグランドとも呼び、ＥＣＵ５のハウジング経由でシャシグランドに接続されている。
【００１７】
燃焼圧センサ１は、センサ本体２およびチャージアンプ３を備える。
センサ本体２は、圧力を電気信号に変換する圧電素子（例えば水晶）２１からなり、圧電素子２１の一端（以下「グランド側端」という）は、燃焼圧センサ１のハウジングおよびエンジンのハウジング経由でシャシグランドに接続されている。圧電素子２１の他端は、燃焼圧センサ１のハウジング内に一体に設けられたチャージアンプ３に接続されている。
【００１８】
チャージアンプ３は、基準電圧生成部３１、電圧変換部３２，増幅部３３，グランド分離用コンデンサ３４を備える。
グランド分離用コンデンサ３４は、グランドラインＬＧ（ＥＣＵグランド）と圧電素子２１のグランド側端（燃焼圧センサ１のハウジング）との間に接続されている。つまり、燃焼圧センサ１において、ＥＣＵグランドはグランド分離用コンデンサ３４を介してエンジン付近のシャシグランドに接続される。
【００１９】
基準電圧生成部３１は、所定の一定電流を流す定電流回路３１１，定電流回路が流す一定電流を電圧に変換する抵抗３１２、反転入力端子と出力端子とが接続されボルテージフォロア回路を構成する演算増幅器３１３を備える。定電流回路３１１と抵抗３１２は直列に接続されており電圧発生回路を構成する。定電流回路３１１と抵抗３１２の共通接続端が演算増幅器３１３の非反転入力端子に接続されている。電圧発生回路の定電流回路３１１側端は電源ラインＬＶに接続され、電圧発生回路の抵抗３１２側端は、圧電素子２１のグランド側端（燃焼圧センサ１のハウジング）、即ち、グランド分離用コンデンサ３４のシャシグランド側端に接続されている。これにより、基準電圧生成部３１は、シャシグランドの電位変動にかかわらず、シャシグランドを基準とした一定の基準電圧ＶＦ１を生成することができる。その基準電圧ＶＦ１は、ボルテージフォロア回路を介して電圧変換部３２および増幅部３３に供給される。
【００２０】
なお、定電流回路３１１として、具体的には、図２（ａ）に示すように定電流ダイオード（ＣＲＤ）を用いてもよいし、図２（ｂ）に示すように、ジャンクションＦＥＴ（ＪＦＥＴ）を用いてもよい。また、定電流回路３１１から抵抗３１２へは一定電流を直接供給するように構成してもよいし、図２（ｃ）に示すように、カレントミラー回路を介して供給するように構成してもよい。
【００２１】
電圧変換部３２は、演算増幅器３２１、コンデンサ３２２，３２３、抵抗３２４を備える。演算増幅器３２１は、非反転入力端子に基準電圧生成部３１の出力（基準電圧ＶＦ１）が印加され、反転入力端子にコンデンサ３２２を介してセンサ本体２の出力が印加され、反転入力端子と出力端子との間にコンデンサ３２３、抵抗３２４が並列接続されており、圧電素子２１にて発生した電荷を電圧（変換電圧Ｖｘ）に変換して出力する周知の積分回路を構成する。
【００２２】
増幅部３３は、演算増幅器３３１、抵抗３３２、可変抵抗３３３を備える。演算増幅器３３１は、電圧変換部３２から出力される変換電圧Ｖｘが非反転入力端子に印加され、基準電圧生成部３１から出力される基準電圧ＶＦ１が抵抗３３２を介して反転入力端子に印加され、反転入力端子と出力端子との間に可変抵抗３３３が接続されており、電圧変換部３２の出力を適切な増幅率で増幅し、規定の感度（電圧／圧力）を有した検出信号Ｖｏとして出力する周知の非反転増幅回路を構成する。なお、増幅部３３は、可変抵抗３３３によって感度を調整可能に構成されている。
【００２３】
そして、演算増幅器３１３，３２１，３３１は、いずれも正極側電源入力端が電源ラインＬＶに接続され、負極側電源入力端がグランドラインＬＧに接続されており、ＥＣＵグランドを基準として動作するように構成されている。
【００２４】
＜効果＞
このように構成された燃焼圧センサ１では、ＥＣＵグランドとシャシグランドがグランド分離用コンデンサ３４によって分離されているため、ＥＣＵ５では、信号ラインＬＳおよびグランドラインＬＧの電位差、即ち検出信号Ｖｏの信号レベルから、グランドラインＬＧの断線検出をすることができる。
【００２５】
燃焼圧センサ１では、電圧変換部３２を構成する演算増幅器３２１の反転入力端子および非反転入力端子に入力される信号は、同じグランド（シャシグランド）を基準として生成されているため、エンジン周辺のシャシグランドの電位変動があったとしても、電圧変換部３２から出力される変換電圧Ｖｘにその影響が現れることを抑制すること、即ち、シャシグランドから進入するコモンモードノイズを抑制することができる。
【００２６】
ここで図３は、ＥＣＵグランドにノイズを印加した時に燃焼圧センサ１から出力される検出信号Ｖｏをシミュレーションによって求めた結果であり、（ａ）が本実施形態の燃焼圧センサ１の場合、（ｂ）がグランド分離用コンデンサ３４の代わりに、図１中の点線で囲った部分にコンデンサを設けた場合、即ち、基準電圧生成部３１が、シャシグランドではなくＥＣＵグランドを基準とした基準電圧を生成するように構成した場合を示す。本実施形態では、ノイズが十分に抑圧されていることがわかる。
【００２７】
［第２実施形態］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。
【００２８】
＜構成＞
前述した第１実施形態では、演算増幅器３２１の負極側電源端子がＥＣＵグランドに接続されているのに対し、本実施形態の燃焼圧センサ１ａでは、シャシグランドに接続されている点、第１実施形態では非反転増幅回路からなる増幅部３３が設けられているのに対し、本実施形態では増幅部３３の代わりに差動増幅回路からなる増幅部３５が設けられている点、ＥＣＵグランドを基準とした基準電圧ＶＦ２を生成して増幅部３５に供給する第２基準電圧生成部３６が追加されている点で第１実施形態とは相違する。
【００２９】
以下では、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略し、上述した相違点を中心に説明する。
図４に示すように、第２基準電圧生成部３６は、基準電圧生成部３１と同様に、電圧発生回路を構成する定電流回路３６１，抵抗３６２、およびボルテージフォロア回路を構成する演算増幅器３６３を備えている。但し、電圧発生回路の抵抗３６２側端は、シャシグランドではなく、ＥＣＵグランドに接続されている。なお、基準電圧ＶＦ２は、基準電圧ＶＦ１と同じ大きさであるが、基準電圧ＶＦ２は、ＥＣＵグランドを基準として生成されたものであり、基準電圧ＶＦ１は、シャシグランドを基準として生成されたものである点で両者は異なっている。
【００３０】
増幅部３５は、演算増幅器３５１、抵抗３５２〜３５５を備える。演算増幅器３５１の非反転入力端子には、電圧変換部３２から出力される変換電圧Ｖｘが抵抗３５２を介して印加されると共に、抵抗３５３を介して第２基準電圧生成部３６から出力される第２基準電圧ＶＦ２が抵抗３５３を介して印加されている。また、演算増幅器３５１の反転入力端子には、基準電圧生成部３１から出力される基準電圧ＶＦ１が抵抗３３２を介して印加されている。更に、演算増幅器３５１の反転入力端子と出力端子との間には抵抗３５５が接続されている。つまり、増幅部３５は、変換電圧Ｖｘと基準電圧ＶＦ１の差分を増幅する周知の差動増幅回路を構成する。
【００３１】
なお、演算増幅器３２１の負極側電源端子がシャシグランドに接続されていることにより、電圧変換部３２から出力される変換電圧Ｖｘは、ＥＣＵグランドから見ると、ＥＣＵグランドに対するシャシグランドの電位変動分がノイズ成分として重畳されたものとなる。しかし、増幅部３５は、ＥＣＵグランドから見ると、同様のノイズ成分が重畳されている基準電圧ＶＦ１との差分を増幅しているため、その出力である検出信号Ｖｏは、変換電圧Ｖｘおよび基準電圧ＶＦ１の双方に含まれるノイズ成分が抑制（相殺）されたものとなる。
【００３２】
＜効果＞
以上詳述した第２実施形態の燃焼圧センサ１ａによれば、前述した第１実施形態の効果に加え、以下の効果が得られる。
【００３３】
燃焼圧センサ１ａでは、演算増幅器３２１の負極側電源端子がＥＣＵグランドではなくシャシグランドに接続され、圧電素子２１で発生する信号がシャシグランドに戻る経路が確保されている。これにより、グランド分離用コンデンサ３４の容量を小さくすること、場合によっては省略することができる。
【００３４】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００３５】
（１）上記第２実施形態では、増幅部３５として、演算増幅器３５１を中心に構成した差動増幅回路を用いているが、代わりに、図５に示すように接続された周知の計装アンプ(Instrumentation Amp.)を増幅部３５ａとして用いてもよい。計装アンプは、同相信号除去比が高いため、シャシグランドから進入するノイズをより効果的に抑制することができる。
【００３６】
（２）本発明の各構成要素は概念的なものであり、上記実施形態に限定されない。例えば、一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１，１ａ…燃焼圧センサ  ２…センサ本体  ３…チャージアンプ  ４…ワイヤハーネス  ２１…圧電素子  ３１…基準電圧生成部  ３２…電圧変換部  ３３，３５，３５ａ…増幅部  ３４…グランド分離用コンデンサ  ３４…コンデンサ  ３６…第２基準電圧生成部  ３１１…定電流回路  ３１２，３２４，３３２，３５２，２５３，３５５，３６２…抵抗  ３１３，３２１，３３１，３５１，３６３…演算増幅器  ３２２，３２３…コンデンサ  ３３３…可変抵抗  ３６１…定電流回路  ＬＧ…グランドライン  ＬＳ…信号ライン  ＬＶ…電源ライン
【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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