(57)【要約】【課題】筒内圧センサのオフセットドリフトを補正できる出力補正装置、及びこれを用いて内燃機関の筒内圧を精度良く検出できる筒内圧検出装置を提供する。【解決手段】筒内圧検出装置１２は、ピエゾ抵抗素子１３８の抵抗変化を電気信号として検出する検知部２０３と、これを補正して外部へ出力する補正回路部２０４と、ピエゾ抵抗素子１３８の温度を検知する温度検知素子２０１とを備える。補正回路部２０４は、当該補正回路部２０４の温度を検知する温度検知素子２１０と、検知部２０３から出力される電気信号の出力値を基準値にリセットするリセット回路部２１５と、温度検知素子２０１，２１０の出力値に応じて、リセット回路部２１５から出力される電気信号の増幅率を調整するスパン補正部２１７とを備えている。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の筒内圧又は内燃機関の筒内圧の変化率に応じて電気信号を出力する筒内圧センサの出力補正装置であって、
前記筒内圧センサの出力信号を基にしてリセットタイミングを算出し、当該リセットタイミングにおいて前記筒内圧センサの出力値を基準値にリセットするリセット手段と、
温度センサから検出した温度情報を基に、前記筒内圧センサの出力信号の増幅率を調整するスパン補正手段とを備え、
前記リセット手段によるリセット処理後の信号に対して、前記スパン補正手段によるスパン補正を実行することを特徴とする出力補正装置。
【請求項２】
前記リセット手段が、前記スパン補正後の信号を基に前記リセットタイミングを算出することを特徴とする請求項１に記載の出力補正装置。
【請求項３】
前記リセット手段によるリセット処理よりも前段階において、前記筒内圧センサの出力信号を増幅する信号増幅手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の出力補正装置。
【請求項４】
前記信号増幅手段による信号増幅処理よりも前段階において、前記筒内圧センサの出力信号のオフセット電圧を調整するオフセット電圧調整手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載の出力補正装置。
【請求項５】
前記信号増幅手段による信号増幅処理の後段階でかつ前記リセット手段によるリセット処理の前段階において、
前記筒内圧センサから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換手段と、
前記デジタル信号から所定周波数以上の周波数成分を減衰させるＦＩＲ型フィルタからなるフィルタ手段とを備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載の出力補正装置。
【請求項６】
少なくとも前記フィルタ手段によるフィルタ処理後のデジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載の出力補正装置。
【請求項７】
前記各センサの出力値が予め設定された設定範囲内にあるか否かを判定することにより故障を検出する故障検出手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の出力補正装置。
【請求項８】
所定の外部機器に対し電気的に接続される出力端子と、
前記出力端子から出力される信号の出力値を、予め設定された設定出力範囲内で調整可能な出力調整手段とを備え、
前記出力調整手段は、
前記故障検出手段が故障なしと判断している場合には、上限を前記設定出力範囲の最大値よりも小さくかつ下限を前記設定出力範囲の最小値よりも大きく制限した出力制限範囲内で信号出力し、
前記故障検出手段が故障ありと判断している場合には、前記出力制限範囲の上限値よりも大きな値又は前記出力制限範囲の下限値よりも小さな値の故障検出信号を出力することを特徴とする請求項７に記載の出力補正装置。
【請求項９】
内燃機関の筒内圧又は内燃機関の筒内圧の変化率に応じて電気信号を出力する筒内圧センサと、
温度センサと、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の出力補正装置とを備えたことを特徴とする筒内圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の筒内圧を検出する筒内圧センサの出力補正装置及びこれを備えた筒内圧検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼルエンジンなどの内燃機関においては、燃費向上、排気ガス中のエミッションの低減等の要求に対応するため、電子制御により燃料噴射量を制御するなど燃焼状態に応じた緻密な運転制御を行うことが一般的となっている。
【０００３】
内燃機関の燃焼状態を把握するための１つの方法としてシリンダ内における圧力（以下、筒内圧という）を検出することが行われる。そのため、内燃機関には筒内圧センサが設けられ、筒内圧に応じた電気信号が出力される。
【０００４】
しかしながら、内燃機関のような急激な温度変化が起きる環境下では、温度等の因子による筒内圧センサの出力電圧のドリフト、いわゆるオフセットドリフトが回避できず、筒内圧を精度良く求めるためには当該ドリフトの補正が必須である。
【０００５】
このようなドリフトを補正する技術としては、例えば筒内圧センサの温度特性を基に、別途設置した温度センサの値から補正を行う技術（例えば特許文献１参照）や、内燃機関が備えるクランク角センサの検出信号を外部から入力し、所定のクランク角度に対応するタイミングで筒内圧センサの出力電圧を基準値にリセットして補正を行う技術（例えば特許文献２参照）が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２５７８８８号公報
【特許文献２】特開平７−２８０６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
温度センサを用いて補正を行う場合にはドリフト発生因子の温度を正確に検出する必要があるが、現実にはドリフト発生因子の近傍に温度センサを設置できないなど様々な要因で、正確な温度を測定できない場合が多い。そのため、その測定誤差がドリフトの補正に反映され、補正誤差として現われるおそれがある。
【０００７】
一方、クランク角センサを用いて補正を行う場合、クランク角センサからの信号を入力するための端子を出力補正装置側に別途設けなければならず、装置の大型化が懸念される。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、筒内圧センサのオフセットドリフトを補正できる出力補正装置、及びこれを用いて内燃機関の筒内圧を精度良く検出できる筒内圧検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記課題等を解決するのに適した各構成を項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果等を付記する。
【００１０】
構成１．本構成の出力補正装置は、
内燃機関の筒内圧又は内燃機関の筒内圧の変化率に応じて電気信号を出力する筒内圧センサの出力補正装置であって、
前記筒内圧センサの出力信号を基にしてリセットタイミングを算出し、当該リセットタイミングにおいて前記筒内圧センサの出力値を基準値にリセットするリセット手段と、
温度センサから検出した温度情報を基に、前記筒内圧センサの出力信号の増幅率を調整するスパン補正手段とを備え、
前記リセット手段によるリセット処理後の信号に対して、前記スパン補正手段によるスパン補正を実行することを特徴とする。
【００１１】
上記構成１によれば、筒内圧センサの出力値を基準値にリセットするリセット手段を備えることにより、温度情報に頼ることなく、センサ出力のオフセットドリフトを解消することができる。また、筒内圧センサの出力信号の増幅率を調整するスパン補正手段を備えることにより、温度環境によって変化する筒内圧センサの感度を補正することができる。結果として、内燃機関の筒内圧をより良い精度で検出することができる。
【００１２】
また、リセット手段は、内燃機関の燃焼サイクルに対応して変化する筒内圧センサの出力信号を基にしてリセット処理を行うタイミングを求めている。このため、クランク角センサの情報を用いることなく、燃焼サイクルの所定のタイミングにおいてリセット処理を行うことができる。ひいては、クランク角センサからの信号入力用の端子などを別途備える必要もなく、出力補正装置の大型化や製造コストの増大を抑制できる。特に筒内圧センサと出力補正装置とを一体化した筒内圧検出装置を内燃機関に設置する場合、振動耐久性等を考慮して当該装置の小型化を図らねばならないため、その効果は大きい。
【００１３】
しかしながら、上記のようにリセット機能とスパン補正機能の両機能を備える構成では、適切な処理手順を踏むように回路構成しなければ、補正精度の低下を招くおそれがある。例えば、図５（ａ）に示すような筒内圧センサの出力信号（筒内圧波形）に対し、リセット処理によるドリフト解消前にスパン補正を行った場合には、図５（ｂ）に示すように筒内圧波形の一部が回路電源電圧Ｖｔで頭打ちとなり、飽和状態となる。そのため、その後に基準値Ｖｏにリセット処理を行ったとしてしても、図５（ｃ）に示すように筒内圧波形が劣化することが懸念される。
【００１４】
この点、本構成１のように、リセット処理後の信号に対してスパン補正を実行する構成とすれば、スパン補正による筒内圧波形の劣化を抑制でき、内燃機関の筒内圧の検出精度を向上することができる。
【００１５】
構成２．本構成の出力補正装置は、上記構成１において、
前記リセット手段が、前記スパン補正後の信号を基に前記リセットタイミングを算出することを特徴とする。
【００１６】
筒内圧センサの出力信号（筒内圧波形）を基にしてリセットタイミングを算出する場合には、どのような算出方法をとるにせよ、例えば図５（ｃ）に示すように、まず予め設定した所定の圧力閾値Ｖｃをセンサ出力値が上回った否かを判断する等して、現在が内燃機関の燃焼サイクルのどのタイミングに相当するのかを把握する。
【００１７】
しかしながら、上記の通り、筒内圧センサは温度環境によって出力値が変化する。このため、リセット処理やスパン補正などの微調整が行われる前の信号からリセットタイミングを算出しようとすると、図５（ｂ）に示すように、所定の圧力閾値Ｖｃをセンサ出力値が上回るタイミングが所望のタイミングとずれてしまうおそれがある。結果として、リセットタイミングの算出精度が低下し、補正誤差が生じるおそれがある。この点、本構成２によれば、このような不具合の発生を抑制することができる。
【００１８】
構成３．本構成の出力補正装置は、上記構成１又は２において、
前記リセット手段によるリセット処理よりも前段階において、前記筒内圧センサの出力信号を増幅する信号増幅手段を備えたことを特徴とする。
【００１９】
筒内圧センサの出力信号は数ｍＶ〜数十ｍＶと微小であり、出力補正装置は増幅率を大きくする必要がある。しかし、この増幅をすべてリセット処理後のスパン補正等にて行う構成とすると、リセット処理にて発生し得る基準値誤差まで大きく増幅してしまうおそれがある。基準値誤差が検出精度に与える影響は、リセット処理後の増幅率に比例して大きくなるため、結果として検出精度が著しく低下するおそれがある。
【００２０】
これに対し、本構成３のように、リセット処理よりも前段階において予め適度な増幅を行っておくことにより、リセット処理後のスパン補正等における増幅率を必要以上に大きくする必要がない。つまり、本構成３では、信号増幅手段による粗調整と、スパン補正手段による微調整との段階的な処理によって、必要な増幅率を確保するとともに、基準値誤差が検出精度に与える影響を低減し、検出精度の向上を図ることができる。
【００２１】
また、リセット処理よりも前段階において、筒内圧センサの出力信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換して各種信号処理を行う構成では、当該アナログ／デジタル変換処理よりも前段階に、上記信号増幅手段による信号増幅処理を行う構成とすれば、アナログ／デジタル変換の際に必要なビット数（分解能）を抑えることができ、処理負担の軽減や低コスト化を図ることができる。
【００２２】
構成４．本構成の出力補正装置は、上記構成３において、
前記信号増幅手段による信号増幅処理よりも前段階において、前記筒内圧センサの出力信号のオフセット電圧を調整するオフセット電圧調整手段を設けたことを特徴とする。
【００２３】
オフセット電圧（圧力の無印加時における出力電圧）を調整することなく、筒内圧センサの出力信号（筒内圧波形）をそのまま信号増幅手段により増幅してしまうと、当該オフセット電圧まで増幅されてしまうため、上記構成１の作用効果で述べた場合と同様に、飽和により筒内圧波形が劣化するおそれがある。
【００２４】
この点、本構成４のように、信号増幅手段による信号増幅処理よりも前段階に、オフセット調整を行う構成とすれば、信号増幅処理における筒内圧波形の劣化を抑制でき、検出精度の低下を抑制することができる。ひいては、信号増幅手段による増幅率をさらに高め、スパン補正手段による増幅率を抑えることができるため、結果として基準値誤差が検出精度に与える影響を低減し、検出精度のさらなる向上を図ることができる。
【００２５】
オフセット電圧は、筒内圧センサの製造バラツキ等によって、その大きさにもバラツキがある。このため、センサ感度（スパン）の何十倍、何百倍といった極めて大きなオフセット電圧が発生することも想定される。この場合、極めて大きな回路電源を用いなければ対応できないおそれがある。
【００２６】
しかし、本構成４のように、信号増幅手段による信号増幅処理よりも前段階に、予め適度なオフセット調整を行っておくことにより、必要以上に大きな回路電源を設ける必要もなく、さらにリセット処理におけるオフセット調整量（リセット量）を必要以上に大きくする必要もない。つまり、本構成４では、オフセット調整手段による粗調整と、リセット手段による微調整との段階的な処理によって、より広範囲でより細やかなオフセット調整を行うことができ、検出精度のさらなる向上を図ることができる。
【００２７】
構成５．本構成の出力補正装置は、上記構成３又は４において、
前記信号増幅手段による信号増幅処理の後段階でかつ前記リセット手段によるリセット処理の前段階において、
前記筒内圧センサから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換手段と、
前記デジタル信号から所定周波数以上の周波数成分を減衰させるＦＩＲ型フィルタからなるフィルタ手段とを備えたことを特徴とする。
【００２８】
筒内圧センサを具備した筒内圧検出装置を内燃機関に設置した場合、振動等の影響により筒内圧センサの出力信号にノイズ成分が重畳するおそれがある。これに対処する方法としてフィルタ回路を設けることが考えられるが、フィルタの種類によっては、非線形位相特性を有するものもある。この非線形位相特性は筒内圧波形に歪みをもたらし、この波形歪みは例えば筒内圧検出装置の使用用途の一つである内燃機関の平均有効圧力の算出に係る算出精度に大きな影響を与える。
【００２９】
この点、上記構成５のフィルタ手段として採用したＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）型フィルタは、通過させる全周波数帯域で位相が一定の線形位相特性を有している。従って、信号遅延は発生するが当該遅延が一定であり、波形歪みが発生しにくいため、検出精度の低下を抑制することができる。
【００３０】
さらに、ＦＩＲ型フィルタは、例えば抵抗とキャパシタからなる一般的なローパスフィルタなどのアナログフィルタに比べ、急峻なカットオフ特性を有する。このため、筒内圧の検出信号として通過させたい周波数成分に近い周波数成分のノイズまでも効率よく減衰させることができ、検出精度をさらに向上させることができる。
【００３１】
構成６．本構成の出力補正装置は、上記構成５において、
少なくとも前記フィルタ手段によるフィルタ処理後のデジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換手段を備えたことを特徴とする。
【００３２】
筒内圧の検出信号をデジタル信号により外部出力する構成では所望の出力速度を確保できないおそれがあるが、上記構成６のように、ノイズ除去後に再度アナログ信号に変換する構成とすれば、このような不具合を抑制することができる。
【００３３】
構成７．本構成の出力補正装置は、上記構成１乃至６のいずれか一つにおいて、
前記各センサの出力値が予め設定された設定範囲内にあるか否かを判定することにより故障を検出する故障検出手段を備えたことを特徴とする。
【００３４】
上記構成７によれば、回路構成を複雑化することなく、各センサの故障を検出することが可能となり、利便性や汎用性を向上させることができる。
【００３５】
構成８．本構成の出力補正装置は、上記構成７において、
所定の外部機器に対し電気的に接続される出力端子と、
前記出力端子から出力される信号の出力値を、予め設定された設定出力範囲内で調整可能な出力調整手段とを備え、
前記出力調整手段は、
前記故障検出手段が故障なしと判断している場合には、上限を前記設定出力範囲の最大値よりも小さくかつ下限を前記設定出力範囲の最小値よりも大きく制限した出力制限範囲内で信号出力し、
前記故障検出手段が故障ありと判断している場合には、前記出力制限範囲の上限値よりも大きな値又は前記出力制限範囲の下限値よりも小さな値の故障検出信号を出力することを特徴とする。
【００３６】
上記構成８によれば、例えば所定の回路電源電圧によって設定出力範囲が±０（Ｖ）〜＋５（Ｖ）となっているのに対し、出力調整手段は、正常時、これを制限して、出力値が＋０．５（Ｖ）〜＋４．５（Ｖ）の出力制限範囲内に収まるように調整する。つまり、出力調整手段は、最大・最小圧力印加時においても筒内圧の検出信号が出力制限範囲内で飽和しないように適切な増幅率で調整を行う。そして、故障検出時には、制限範囲外となる＋０．５（Ｖ）よりも小さな値、又は＋４．５（Ｖ）よりも大きな値の故障検出信号を出力する。
【００３７】
通常、筒内圧センサの出力補正装置は、内燃機関制御用の電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）などの外部機器に対し筒内圧センサの検出信号を出力するための出力端子を備えている。
【００３８】
一方、故障検出手段からＥＣＵなど外部へ出力信号を出力しようとした場合、信号出力用の端子を出力補正装置に新たに設けることが考えられるが、このようにした場合、装置の大型化や複雑化、ひいては製造コストの増大が懸念される。
【００３９】
これに対し、上記構成８によれば、既存の出力端子を介して故障検出信号を外部出力できるため、信号出力用の端子などを別途備える必要もなく、出力補正装置の大型化や製造コストの増大等を抑制できる。
【００４０】
構成９．本構成の筒内圧検出装置は、
内燃機関の筒内圧又は内燃機関の筒内圧の変化率に応じて電気信号を出力する筒内圧センサと、
温度センサと、
上記構成１乃至８のいずれか１つに記載の出力補正装置とを備えたことを特徴とする。
【００４１】
上記構成９によれば、筒内圧センサ及び温度センサと、出力補正装置とを一体化することにより、内燃機関の限られた設置スペースの有効利用を図るとともに、利便性が向上する。また、この筒内圧検出装置をグロープラグ等に一体化した場合には、その作用効果をさらに高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。先ずは本発明に係る筒内圧検出装置が取付けられる内燃機関の概略構成を４サイクルのディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）を例にして図２を参照しつつ説明する。図２は、エンジン制御システムの構成を示す概略図である。
【００４３】
エンジン１のシリンダ２には、吸気管３及び排気管４が連結されている。吸気管３と繋がるシリンダ２の吸気ポート３ａには吸気弁５が配設され、排気管４と繋がるシリンダ２の排気ポート４ａには排気弁６が配設されている。
【００４４】
シリンダ２内にはピストン７が収容され、ピストン７はコンロッド８を介してクランク軸９に連結されている。ピストン７の上部とシリンダ２の壁面に囲まれた空間、すなわち燃焼室２ａ内には、吸気弁５や排気弁６のほか、グロープラグ１０や燃料噴射ノズル１１の先端が臨んでいる。
【００４５】
グロープラグ１０には、後述するようにシリンダ２の燃焼室２ａ内の圧力（以下、筒内圧という）を検出するための筒内圧検出装置１２が内蔵されている。また、クランク軸９にはその回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサ１５が配設されている。筒内圧検出装置１２やクランク角センサ１５をはじめとする各種センサの検出信号は、エンジン制御用の電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）１８に入力される。そして、ＥＣＵ１８は、これらの検出信号とともに、スロットルセンサ１９から入力されるアクセルペダルの動きに比例した検出信号に基づき、燃料噴射ノズル１１からの燃料噴射量等を制御する。
【００４６】
そして、グロープラグ１０を通電して発熱させた状態で、燃料噴射ノズル１１から燃料を噴射すると、当該燃料に着火してエンジン１が始動する。
【００４７】
次に、本発明に係る筒内圧検出装置１２を内蔵したグロープラグ１０の構成及びその取付態様について図１を参照して説明する。図１は、グロープラグ１０が取付けられたシリンダヘッド２ｂの部分断面図である。
【００４８】
グロープラグ１０は、シリンダヘッド２ｂに形成されたプラグ取付孔２ｃに取付けられており、その先端側が燃焼室２ａ内に突き出すように位置決めされている。
【００４９】
グロープラグ１０は、軸線Ｃ方向に沿って延びる筒状の主体金具１００と、当該主体金具１００内に保持された導電性を有する棒状の中軸１０１と、当該中軸１０１の先端側に配置され、主体金具１００の先端部から外方へ突出した棒状のヒータ部材１０２とを有する。
【００５０】
主体金具１００の基端側外周面には、グロープラグ１０をシリンダヘッド２ｂのプラグ取付孔２ｃに固定するための雄ねじ部１１１と、そのネジ止めの際にレンチなどの工具を係合させる六角形状の工具係合部１１２とが形成されている。
【００５１】
主体金具１００の先端側には、ヒータ部材１０２が圧入保持された筒状のヒータ保持部材１１４と、当該ヒータ保持部材１１４と主体金具１００の先端部との隙間を塞ぐシール部材１１５とが設けられている。
【００５２】
ヒータ部材１０２の基端部は、導電性を有する筒状の電極部材１１６により中軸１０１の先端部と接続されている。
【００５３】
ヒータ部材１０２は、絶縁セラミックからなる基体１２０と、当該基体１２０に埋設された発熱素子１２１とから構成されている。発熱素子１２１は、一端部が電極部材１１６を介して中軸１０１と電気的に接続され、他端部がヒータ保持部材１１４を介して主体金具１００と電気的に接続されている。これにより、ヒータ部材１０２を昇温させる際、中軸１０１を通じて発熱素子１２１に供給された電流は、主体金具１００を通じてシリンダヘッド２ｂへ流れることとなる。
【００５４】
ヒータ保持部１１４は、自己潤滑性を有するグラファイトからなる保持部材１１９により、軸線Ｃ方向に変位可能な状態で保持されている。これにより、ヒータ保持部材１１４及びこれに圧入されたヒータ部材１０２は、燃焼室２ａ内の筒内圧の変化に応じて軸線Ｃ方向に変位する。
【００５５】
また、主体金具１００の軸孔１２５には円筒状のスライドパイプ１２６が摺動自在に配設されている。スライドパイプ１２６の先端は、ヒータ保持部材１１４の基端部に接続され、後端にはプッシュパイプ１２７が接続されている。従って、ヒータ保持部材１１４が変位した場合には、スライドパイプ１２６及びプッシュパイプ１２７も軸線Ｃ方向に変位することとなる。
【００５６】
プッシュパイプ１２７は、主体金具１００の基端部より突出しており、その周囲には主体金具１００の基端部との隙間を塞ぐＯリング１２９が嵌め込まれている。
【００５７】
主体金具１００の基端側には上述した筒内圧検出装置１２が設けられている。筒内圧検出装置１２の外郭は、その周囲を囲む筒状のハウジング１３１と、当該ハウジング１３１の基端側を塞ぐグロメット１３２とから構成されている。このグロメット１３２を介して、複数の接続線１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃが筒内圧検出装置１２の内部に引き込まれている。
【００５８】
筒内圧検出装置１２は、プッシュパイプ１２７の周囲を囲むように主体金具１００の基端部に取付けられた環状の基台１３５と、プッシュパイプ１２７の基端部に当接した状態で基台１３５に載置されたダイヤフラム部材１３６とを有している。
【００５９】
ダイヤフラム部材１３６は、薄肉のダイヤフラム部１３６ａを有しており、プッシュパイプ１２７に押されることにより変形する。さらに、ダイヤフラム部１３６ａにはピエゾ抵抗素子１３８が貼付けられており、ダイヤフラム部材１３６の変形によりピエゾ抵抗素子１３８の抵抗値が変化する。
【００６０】
また、ダイヤフラム部材１３６の基端側にはプリント基板１４０が配設されている。プリント基板１４０上には、ＩＣやメモリなどの電子部品が実装され、各種電子回路が形成されている。そして、燃焼室２ａ内の筒内圧の変化によって、ヒータ部材１０２が受けた圧力がピエゾ抵抗素子１３８に伝達されると、ボンディングワイヤ１４３を介してピエゾ抵抗素子１３８と接続されたプリント基板１４０上の検知部が、このピエゾ抵抗素子１３８の抵抗の変化を電気信号として検出する。この検出された電気信号は増幅され、筒内圧に比例した検出信号として外部に出力される。但し、この検出信号には温度等の因子によるドリフトが生じるため、プリント基板１４０上には、このドリフトを解消するための補正回路部も設けられている。このドリフトを解消する処理は、後述するように検知部の出力値を基準値にリセットすることにより行われるため、以降、この処理のことを「リセット（リセット処理）」という。
【００６１】
なお、上述した複数の接続線１３３ａ〜１３３ｃのうち接続線１３３ａは、ヒータ部材１０２への電源供給用として中軸１０１の基端部と電気的に接続されている。他の接続線１３３ｂ，１３３ｃは、それぞれプリント基板１４０と電気的に接続されており、検出信号の出力用（接続線１３３ｂ）、プリント基板１４０への電源供給用（接続線１３３ｃ）として用いられる。
【００６２】
ここで、筒内圧検出装置１２の回路構成について図３を参照して説明する。図３は回路構成を示す機能ブロック図である。
【００６３】
筒内圧検出装置１２は、圧力検知素子としての上記ピエゾ抵抗素子１３８と、当該ピエゾ抵抗素子１３８の温度を検知する温度検知素子２０１と、これら両素子１３８，２０１を制御する素子制御部２０２と、ピエゾ抵抗素子１３８の抵抗変化を電気信号として検出する検知部２０３と、当該検知部２０３により検出された電気信号を補正し、外部へ出力する補正回路部２０４とを備えている。このうち、ピエゾ抵抗素子１３８及び検知部２０３により本実施形態における筒内圧センサが構成され、補正回路部２０４によりこの出力補正装置が構成される。
【００６４】
補正回路部２０４は、当該補正回路部２０４の温度を検知する温度検知素子２１０と、前記検知部２０３から出力される電気信号のオフセット電圧を調整するオフセット電圧調整手段としてのオフセット電圧調整部２１１と、当該オフセット電圧調整部２１１から出力される電気信号を増幅する信号増幅手段としての信号増幅部２１２と、当該信号増幅部２１２から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換手段としてのＡ／Ｄ変換部２１３と、当該Ａ／Ｄ変換部２１３から出力されるデジタル信号からノイズを除去するフィルタ手段としてのノイズフィルタ２１４と、当該ノイズフィルタ２１４を介して出力される電気信号の出力値を適宜、基準値にリセットするリセット回路部２１５と、当該リセット回路部２１５に対しリセットのタイミングを与えるリセットタイミング算出部２１６と、温度検知素子２０１，２１０の出力値に応じて、リセット回路部２１５から出力される電気信号の増幅率を調整するスパン補正手段としてのスパン補正部２１７と、当該スパン補正部２１７から出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換手段としてのＤ／Ａ変換部２１８と、当該Ｄ／Ａ変換部２１８から出力される電気信号を増幅等して調整し、外部へ出力する出力調整手段としての出力回路部２１９と、ピエゾ抵抗素子１３８及び温度検知素子２０１，２１０の故障を検出する故障検出手段としての故障検出部２２０とを備えている。なお、温度検知素子２１０に関しても、温度検知素子２０１と同様、素子制御部２０２により制御される。これら温度検知素子２０１，２１０により本実施形態における温度センサが構成される。
【００６５】
次に、補正回路部２０４にて行われる補正処理の流れについて説明する。燃焼室２ａ内の筒内圧の変化によって、ヒータ部材１０２が受けた圧力がピエゾ抵抗素子１３８に伝達されると、ピエゾ抵抗素子１３８が変形して抵抗値が変化する。この抵抗変化は、ピエゾ抵抗素子１３８を素子制御部２０２により電気的に制御することで電圧変化に変換される。そして、この電圧変化を検知部２０３が検出し、電気信号としてオフセット電圧調整部２１１へ出力する。
【００６６】
一方、各温度検知素子２０１，２１０は、それぞれピエゾ抵抗素子１３８や補正回路部２０４の温度変化に起因して電気的特性が変化する。この変化は素子制御部２０２の制御により電圧変化に変換され、電気信号としてスパン補正部２１７へ出力される。
【００６７】
オフセット電圧調整部２１１は、検知部２０３から出力される電気信号のオフセット電圧を調整する。これにより、製造バラツキ等により発生する比較的大きなオフセット電圧の粗調整が行われる。
【００６８】
続く信号増幅部２１２では、最大・最小圧力印加時においても回路電源電圧により飽和しないような適切な増幅率（例えば筒内圧検出装置１２全体の増幅率の５分の１程度）で、オフセット電圧調整部２１１から出力される電気信号を増幅する。
【００６９】
信号増幅部２１２により増幅されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換部２１３にてデジタル信号に変換され、ノイズフィルタ２１４にてノイズが除去される。
【００７０】
本実施形態では、ノイズフィルタ２１４としてＦＩＲ型フィルタを採用している。ＦＩＲ型フィルタは、急峻なカットオフ特性を有するため、筒内圧の検出信号として通過させたい周波数成分に近い周波数成分のノイズまでも効率よく減衰させることができる。結果として、筒内圧検出装置１２の振動に起因した共振ノイズ等を効果的に除去することができる。また、ＦＩＲ型フィルタは、通過させる全周波数帯域で位相が一定の線形位相特性を有しているため、出力される筒内圧波形に歪みが生じにくく、筒内圧をより良い精度で検出できる。
【００７１】
リセット回路部２１５は、リセットタイミング算出部２１６からリセット信号を受けた場合にリセット処理によるオフセット電圧の微調整を行う。リセット回路部２１５は、リセット信号を受けると、例えばスイッチ素子をオン状態にして自身の増幅器に並列接続されたコンデンサの電荷を放電し、増幅器の入出力間の電位差をなくすことにより、上記リセット処理を行う。当該リセット処理により、センサ出力値が基準値となり、ドリフトが解消される。但し、リセット信号のない場合には、リセット処理を行うことなく、そのまま信号を通過させる。
【００７２】
続くスパン補正部２１７は、温度検知素子２０１，２１０の出力値に応じて、リセット回路部２１５から出力される電気信号の増幅率を微調整する。
【００７３】
リセットタイミング算出部２１６は、スパン補正部２１７から出力される電気信号を基にリセットタイミングを算出する。例えば、スパン補正部２１７から出力される出力波形（筒内圧波形）を基に、その出力値が所定閾値を上回った時点から、次に前記閾値を上回った時点までの時間間隔を筒内圧の波形周期として測定し、当該波形周期を所定の演算式に代入してリセットタイミングを算出する。
【００７４】
そして、リセットタイミング算出部２１６は、このように算出したリセットタイミングを一旦メモリ等に記憶しておき、タイマ管理により当該リセットタイミングにおいてリセット回路部２１５に対しリセット信号を出力する。従って、リセット回路部２１５及びリセットタイミング算出部２１６により本実施形態におけるリセット手段が構成される。
【００７５】
スパン補正部２１７から出力される電気信号は、Ｄ／Ａ変換部２１８により再度アナログ信号に変換され、出力回路部２１９を介して筒内圧の検出信号として筒内圧検出装置１２から外部出力される。補正回路部２０４（出力回路部２１９）の出力端子２１９ａは、上記検出信号出力用の接続線１３３ｂ等からなる出力ラインを介してＥＣＵ１８と電気的に接続されており、筒内圧の検出信号はＥＣＵ１８へ入力される。
【００７６】
本実施形態では、例えば所定の回路電源電圧によって±０（Ｖ）〜＋５（Ｖ）の範囲で外部出力が可能となっているのに対し、出力回路部２１９は、通常時、出力値が＋０．５（Ｖ）〜＋４．５（Ｖ）の出力制限範囲内に収まるように制限して信号出力する。つまり、最大・最小圧力印加時においても出力制限範囲内で飽和しないような適切な増幅率で出力調整する。
【００７７】
また、故障検出部２２０は、ピエゾ抵抗素子１３８及び温度検知素子２０１，２１０の故障を検出して、出力回路部２１９に対し知らせる機能を有する。
【００７８】
故障検出部２２０は、例えば図４に示すように、ピエゾ抵抗素子１３８と電気的に接続された２つの比較部２２０ａ，２２０ｂと、温度検知素子２０１，２１０にそれぞれ電気的に接続された比較部２２０ｃ，２２０ｄと、これら比較部２２０ａ〜２２０ｄに電気的に接続された論理和回路からなる出力部２２０ｅとを備えている。
【００７９】
そして、各比較部２２０ａ〜２２０ｄは、ピエゾ抵抗素子１３８等の各センサ素子の出力値Ｄが、予め設定された設定範囲内（−Ｖｚ〜＋Ｖｚ）にあるか否かを随時判定し（−Ｖｚ＜Ｄ＜＋Ｖｚ）、出力値Ｄが設定範囲内にある場合にはローレベル信号を出力し、設定範囲外となった場合にはハイレベル信号を出力する。そして、出力部２２０ｅは、各比較部２２０ａ〜２２０ｄのいずれか１つからハイレベル信号が入力されると、出力回路部２１９に対し故障検出信号を出力する。
【００８０】
これを受けた出力回路部２１９は、上記出力制限範囲外となる＋４．５（Ｖ）よりも大きな値、例えば設定出力範囲の最大値＋５．０（Ｖ）にまで増幅した故障検出信号を外部出力する。又は、＋０．５（Ｖ）よりも小さな値で故障検出信号を出力する構成としてもよい。これにより、ＥＣＵ１８が故障の発生を把握することができる。
【００８１】
以上詳述したように、本実施形態では、温度を把握することなく、ピエゾ抵抗素子１３８（検知部２０３）からの出力値を基準値にリセットすることで、オフセットドリフトを解消している。さらに、出力信号の増幅率を調整するスパン補正を行うことにより、温度環境によって変化する感度の補正を行っている。結果として、エンジン１の筒内圧を精度良く検出することができる。
【００８２】
また、上記リセット処理を行う際、本実施形態では、エンジン１の燃焼サイクルに相当する検知部２０３の出力波形の周期から、そのタイミングを求めている。このため、クランク角センサ１５の情報を用いることなく、燃焼サイクルの所望のタイミングにおいてリセット処理を実行することができる。結果的に、クランク角センサ１５からの信号入力用の端子などを別途備える必要もなく、筒内圧検出装置１２（補正回路部２０４）の大型化や製造コストの増大等を抑制できる。加えて、本実施形態では、リセット処理やスパン補正などの補正が行われた後の信号からリセットタイミングを算出しているため、リセットタイミングの算出精度を高め、ひいては補正誤差の発生を抑制することができる。
【００８３】
さらに、上記スパン補正をリセット処理後に行うことにより、筒内圧波形の一部が回路電源電圧で頭打ちとなり、飽和状態となるのを防ぎ、筒内圧波形の劣化を抑制しているため、検出精度のさらなる向上を図ることができる。
【００８４】
また、本実施形態では、リセット回路部２１５によるリセット処理や、スパン補正部２１７によるスパン補正よりも前段階において、オフセット電圧調整部２１１によるオフセット電圧調整や、信号増幅部２１２による信号増幅処理を予め粗調整として行っておくことにより、より広範囲でより細やかな補正を行うことが可能となり、検出精度のさらなる向上を図ることができる。
【００８５】
さらに、本実施形態では、ピエゾ抵抗素子１３８等の各センサ素子の故障を検出する故障検出部２２０を備えているため、利便性や汎用性が高い。また、故障検出部２２０は各センサ素子の出力値が予め設定された設定範囲内にあるか否かを判定するといった比較的簡単な構成であるため、補正回路部２０４の大型化や製造コストの増大等を抑制できる。
【００８６】
そして、出力回路部２１９は、通常時、出力値を＋０．５（Ｖ）〜＋４．５（Ｖ）の出力制限範囲内に制限しているのに対し、故障検出部２２０の故障検出時には、上記出力制限範囲外となる＋４．５（Ｖ）よりも大きな値の故障検出信号を外部出力する。
【００８７】
これにより、補正回路部２０４の出力端子２１９ａを介して故障検出信号を外部出力できるため、信号出力用の端子などを別途備える必要もなく、筒内圧検出装置１２（補正回路部２０４）の大型化や製造コストの増大等を抑制できる。
【００８８】
なお、上述した実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。
【００８９】
（ａ）上記実施形態では、ピエゾ抵抗素子１３８等よりなる筒内圧センサと、補正回路部２０４等よりなる出力補正装置とが一体となった筒内圧検出装置１２を例示している。これに限らず、出力補正装置が筒内圧センサや温度センサと別体に設けられた構成としてもよい。例えば、筒内圧センサの出力補正装置を電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８に設けた構成としてもよい。また、筒内圧検出装置１２をグロープラグ１０とは別体で備えた構成としてもよい。
【００９０】
（ｂ）上記実施形態では、エンジン１の筒内圧を検出する感圧手段としてピエゾ抵抗素子１３８を採用しているが、これに限らず、圧電素子や金属抵抗式ひずみゲージなどオフセットドリフトが発生する他の感圧手段を採用した構成においても本発明は上記実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００９１】
例えば、内燃機関の筒内圧の変化率に応じて電気信号を出力する圧電素子を採用した場合には、当該圧電素子の焦電特性によって発生し所定のキャパシタ等に蓄えられる電荷を電圧に変換する機能や、当該電荷を放電する機能を備えた構成となる。この放電機能がリセット手段の役割を果たす。
【００９２】
（ｃ）上記実施形態におけるリセットタイミング算出部２１６は、スパン補正部２１７の出力信号の波形周期を基にリセットタイミングを算出している。リセットタイミング算出方法は、これに限定されるものではなく、他の方法であってもよい。また、スパン補正部２１７の出力信号ではなく、例えば検出部２０３の出力信号などからリセットタイミングを算出する構成としてもよい。
【００９３】
（ｄ）上記実施形態では、検出信号が一旦Ａ／Ｄ変換部２１３にてデジタル信号に変換された後、ノイズフィルタ２１４にてノイズが除去される。そして、リセット処理やスパン補正を経て、出力前段階にはＤ／Ａ変換部２１８にて再度アナログ信号に変換される。これに限らず、例えばノイズフィルタ２１４がＦＩＲ型フィルタのようなデジタルフィルタでない場合やノイズ除去を行わない場合には、Ａ／Ｄ変換部２１３を省略し、アナログ信号のまま信号処理を行う構成としてもよい。また、Ｄ／Ａ変換部２１８を省略し、デジタル信号のまま外部出力する構成としてもよい。
【００９４】
（ｅ）上記実施形態では、ピエゾ抵抗素子１３８等の各センサ素子の故障を検出する故障検出部２２０を備えているが、これを省略した構成としてもよい。
【００９５】
また、上記実施形態では、故障検出部２２０による故障検出時において、出力回路部２１９が通常時の出力制限範囲外となる値の故障検出信号を、出力端子２１９ａを介して外部出力する構成となっている。これに限らず、故障検出信号用の出力端子を別途備えた構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】グロープラグが取付けられたシリンダヘッドの部分断面図である。
【図２】エンジン制御システムの構成を示す概略図である。
【図３】筒内圧検出装置の回路構成を示す機能ブロック図である。
【図４】故障検出部の回路構成を示す機能ブロック図である。
【図５】（ａ）は、筒内圧波形を示す図であり、（ｂ）は、増幅された筒内圧波形が飽和した状態を示す図であり、（ｃ）は、それを基準値にリセットした状態を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１…エンジン、１０…グロープラグ、１２…筒内圧検出装置、１３８…ピエゾ抵抗素子、２０１，２１０…温度検知素子、２０３…検知部、２０４…補正回路部、２１１…オフセット電圧調整部、２１２…信号増幅部、２１３…Ａ／Ｄ変換部、２１４…ノイズフィルタ、２１５…リセット回路部、２１６…リセットタイミング算出部、２１７…スパン補正、２１８…Ｄ／Ａ変換部、２１９…出力回路部、２２０…故障検出部。
【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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