JP2009250181A - エンジン計測におけるタイミング同期方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロータリーエンコーダの故障をバックアップできるようにする。
【解決手段】 クランク軸３にロータリーエンコーダ７を設け、固定周波数の補助タイミング信号１０用の補助タイミング信号発生器９を設ける。制御装置１２のＡ／Ｄ変換器１４にセンサ出力１７を取り込むためのタイミング信号１５を、エンコーダパルス８と補助タイミング信号１０で切り替える切替器１１を設ける。クランク軸３の１回転に１つの基準信号１９を出す基準信号センサ１８を設ける。ロータリーエンコーダ７故障時は、Ａ／Ｄ変換器１４にて補助タイミング信号１０をタイミング信号１５としてセンサ出力１７を取り込み、基準信号１９を基に補助タイミング信号１０の１パルス当りのクランク軸３の回転角度を求めた後、クランク軸３が所定の角度となるようカウントした補助タイミング信号１５のパルスに同期したタイミングでセンサ出力値を保存させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、舶用エンジン等のエンジンの運転中の状況を計測するために該エンジンに取り付けた各種センサよりクランク軸の角度と同期してセンサ信号を取り込むために用いるエンジン計測におけるタイミング同期方法及び装置に関するものである。

船舶用のエンジンの開発時には、エンジンに温度センサ、圧力センサ、潤滑用の油膜の厚さを測るセンサ等の各種センサを取り付けて、センサ設置個所をピストンが通過するタイミングや、点火のタイミング等、各センサごとに個別に設定されたエンジン運転中における所定位置にピストンが配置されるタイミングに同期させて、上記各種センサからのセンサ出力値を計測することで、上記エンジンの運転中の状況を計測する試験が行われている。

上記のように、エンジン運転中の所定のタイミングでエンジンに取り付けた各種センサからセンサ信号を取り込む場合、通常は、クランク軸の角度（回転角度）を基準として、エンジン運転中のピストンの位置を検出して、上記各種センサからセンサ信号を取り込むタイミングを計るようにしてある。

ところで、エンジンのクランク軸の角度に同期してエンジン内圧や温度等の事象を計測する場合、クランク軸に取り付けた回転角度センサとしてのロータリーエンコーダから出力されるパルス信号をタイミング信号として、Ａ／Ｄ変換器で上記各種センサからのセンサ信号を取り込む方式が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

すなわち、ロータリーエンコーダは、回転速度に関係なく一回転当り一定数のパルスを発するものであるため、エンジンのクランク軸にロータリーエンコーダを取り付けて、クランク軸の１回転ごとにロータリーエンコーダより１回発せられる原点信号からのエンコーダパルスの数をカウントすることで、エンジンの回転数（回転速度）に影響を受けることなくクランク軸の角度を検出できるという利点を有している。

特に、船舶用エンジンではピストンストロークが数メートルになることもあるため、このような大ストロークのピストンのセンサ設置個所通過時を正確に知るためには、クランク軸の角度を精密に知る必要があり、そのため、本発明者等は、一回転当りに発生するエンコーダパルスのパルス数の多いロータリーエンコーダを、上記船舶用エンジンのクランク軸に取り付けて、上記ロータリーエンコーダの発生するエンコーダパルスを、エンジン運転状態を計測するための各種センサから出力されるセンサ出力をＡ／Ｄ変換器へ取り込むためのタイミングパルスとして用いることを考えている。

特開２００５−２３３０３５号公報

ところが、回転角度センサとしてのロータリーエンコーダは精密機器であるため、該ロータリーエンコーダを舶用エンジンのような大きな振動が発生するエンジンのクランク軸に取り付けて使用する場合は、長期の運用中に故障が発生する虞が懸念される。

したがって、たとえば、船舶用エンジンの試験では、エンジンを数週間から数ヶ月に亘り連続運転しながら、上述したように、ロータリーエンコーダの信号から検出されるクランク軸の角度に基づいて、エンジン運転中の所定のタイミングに同期させて各種センサのセンサ信号を計測値として継続的に取り込むことで、試験期間中のエンジンの運転状態を計測したり、評価したりすることがあるが、このような長期に亘る試験期間中、無人で計測を続ける場合等に、万一、上記ロータリーエンコーダに故障が生じると、該ロータリーエンコーダに故障が生じた時点以降は上記各種センサよりセンサ信号をＡ／Ｄ変換器で取り込むためのタイミング信号が得られなくあるため、各種センサのセンサ信号の集積が、エンジン運転状態の計測や評価を正しく行うには不十分になる可能性がある。

そのために、ロータリーエンコーダに万一故障が生じた場合にも、エンジン運転中の所定のタイミングに同期して、各種センサからのセンサ信号を継続して取り出せるようにするためのバックアップ手段を設けることが望まれるが、このようなロータリーエンコーダの故障をバックアップできる手段は従来特に提案されていないというのが実状である。

そこで、本発明は、エンジンのクランク軸に取り付けたロータリーエンコーダ等の回転角度センサが万一故障しても、上記クランク軸の角度に基づいたエンジン運転中の所定のタイミングに同期させて上記エンジンに取り付けてある各種センサからのセンサ信号を継続して収集でき、エンジン運転状態の計測を継続して実施できるようにするためのエンジン計測におけるタイミング同期方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、エンジンのクランク軸に取り付けた回転角度センサから上記クランク軸の回転角度に応じて出力されるパルス信号をタイミング信号として使用することでＡ／Ｄ変換器にエンジン運転状況計測用のセンサのセンサ出力を取り込んで、上記回転角度センサのパルス信号を基に検出されるクランク軸の所定の角度に同期したセンサ出力値を得るようにし、上記回転角度センサに故障が生じた場合は、補助タイミング信号発生器より出力される固定周波数の補助タイミング信号をタイミング信号として使用することでＡ／Ｄ変換器にエンジン運転状況計測用のセンサのセンサ出力を取り込み、次いで、上記補助タイミング信号と、エンジンのクランク軸に付設した基準信号センサよりクランク軸の１回転ごとに１つ出力される基準信号を基に、クランク軸の所定の角度に同期したセンサ出力値を得るようにするエンジン計測におけるタイミング同期方法とする。

更に、上記構成において、補助タイミング信号発生器より出力される補助タイミング信号と、基準信号センサより出力される基準信号を基に、クランク軸の所定の角度に同期したセンサ出力値を得るときに、上記基準信号の波形の立ち上がり又は立下りの一周期が上記補助タイミング信号の何パルス分に当たるかをカウントした後、該カウント値で３６０度を割ることで、上記補助タイミング信号の１パルス当りのクランク軸の回転角度を求め、更に、クランク軸の所定の角度が、上記補助タイミング信号のパルスの何カウント目に相当するかを算出して、上記補助タイミング信号のパルスが上記算出されたカウント数に達したタイミングと同期したセンサ出力値を得るようにする。

又、請求項３に対応して、エンジンのクランク軸に、回転角度センサを取り付けると共に、固定の周波数で矩形波を出力できるようにしてある補助タイミング信号発生器を備え、且つＡ／Ｄ変換器へ、エンジン運転状況計測用のセンサのセンサ出力を取り込むためのタイミング信号として、上記回転角度センサから上記クランク軸の回転角度に応じて出力されるパルス信号と、上記補助タイミング信号発生器からの補助タイミング信号を切り替えて出力する切替器と、上記クランク軸の所要個所に付設して、該クランク軸の１回転ごとに１つの信号を基準信号として出力する基準信号センサと、上記切替器からのタイミング信号を使用した上記Ａ／Ｄ変換器での上記センサからのセンサ出力の取り込みの有無に応じて上記切替器へ切替指令を与える機能、及び、上記Ａ／Ｄ変換器で取り込まれるセンサ出力値より、クランク軸の所定の角度に同期したタイミングでセンサ出力値を得る機能を備えた制御装置とを備えてなる構成を有するエンジン計測におけるタイミング同期装置とする。

更に、上記構成において、制御装置を、回転角度センサから上記クランク軸の回転角度に応じて出力されるパルス信号を基に検出されるクランク軸の所定の角度に同期したセンサ出力値を得る機能と、切替器に対し、上記回転角度センサの故障時に、Ａ／Ｄ変換器にてエンジン運転状況計測用のセンサのセンサ出力を取り込むためのタイミング信号を上記回転角度センサのパルス信号から補助タイミング信号へ切り替えさせるための切替指令を発する機能と、補助タイミング信号発生器より出力される補助タイミング信号と基準信号センサより出力される基準信号を基に、クランク軸の所定の角度に同期したセンサ出力値を得る機能とを有してなるものとした構成とする。

本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）エンジンのクランク軸に取り付けた回転角度センサから上記クランク軸の回転角度に応じて出力されるパルス信号をタイミング信号として使用することでＡ／Ｄ変換器にエンジン運転状況計測用のセンサのセンサ出力を取り込んで、上記回転角度センサのパルス信号を基に検出されるクランク軸の所定の角度に同期したセンサ出力値を得るようにし、上記回転角度センサに故障が生じた場合は、補助タイミング信号発生器より出力される固定周波数の補助タイミング信号をタイミング信号として使用することでＡ／Ｄ変換器にエンジン運転状況計測用のセンサのセンサ出力を取り込み、次いで、上記補助タイミング信号と、エンジンのクランク軸に付設した基準信号センサよりクランク軸の１回転ごとに１つ出力される基準信号を基に、クランク軸の所定の角度に同期したセンサ出力値を得るようにするエンジン計測におけるタイミング同期方法及び装置としてあるので、回転角度センサに故障が生じても、クランク軸の所定の角度に同期したタイミングで、エンジン運転状況計測用のセンサの計測値を継続して得ることができる。
（２）更に、補助タイミング信号を出力する補助タイミング信号発生器は、単に固定周波数の矩形波を出力できればよいため、シンプルな構成とすることができ、又、エンジンの振動の影響を受けない個所に設置できるため、故障する虞を低減することが可能になる。更に、基準信号センサは、分解能が低くてよいため、シンプルな構造とすることができて、故障する虞が少ない信頼性の高いセンサを用いることができる。これにより、上記回転角度センサの故障時のバックアップの確実性を高いものとすることができる。
（３）補助タイミング信号発生器より出力される補助タイミング信号と、基準信号センサより出力される基準信号を基に、クランク軸の所定の角度に同期したセンサ出力値を得るときに、上記基準信号の波形の立ち上がり又は立下りの一周期が上記補助タイミング信号の何パルス分に当たるかをカウントした後、該カウント値で３６０度を割ることで、上記補助タイミング信号の１パルス当りのクランク軸の回転角度を求め、更に、クランク軸の所定の角度が、上記補助タイミング信号のパルスの何カウント目に相当するかを算出して、上記補助タイミング信号のパルスが、上記算出されたカウント数に達したタイミングと同期してセンサ出力値を得るようにした構成とすることにより、上記補助タイミング信号発生器による固定周波数の補助タイミング信号と、基準信号センサより出力されるクランク軸一回転当り一発の基準信号を基に、クランク軸の所定の角度に同期するタイミングを容易に求めることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１乃至図４（イ）（ロ）は本発明のエンジン計測におけるタイミング同期方法及び装置の実施の一形態を示すもので、以下のようにしてある。

すなわち、図１は本発明のエンジン計測におけるタイミング同期装置を示すもので、クランクケース２内に配したクランク軸３に、シリンダ４内に収納したピストン５を、コンロッド６を介し接続した構成を有するエンジン１における上記クランク軸３に、回転角度センサとしてのロータリーエンコーダ７を取り付けて、該ロータリーエンコーダ７より上記クランク軸３一回転当り一定数のパルス信号であるエンコーダパルス８を出力できるようにする。

又、補助タイミング信号１０として固定の周波数で矩形波を出力できるようにしてある補助タイミング信号発生器９を、上記エンジン１とは別に設ける。

更に、上記ロータリーエンコーダ７からのエンコーダパルス８と、上記補助タイミング信号発生器９からの補助タイミング信号１０を入力する切替器１１を設け、該切替器１１にて、制御装置１２からの切替指令１３に応じて、該制御装置１２に付設してあるＡ／Ｄ変換器１４に対し、該Ａ／Ｄ変換器１４でセンサ出力（センサ信号）を取り込むために使用するタイミング信号１５として、上記エンコーダパルス８と補助タイミング信号１０とを切り替えていずれかを出力できるようにする。

上記Ａ／Ｄ変換器１４には、エンジン１の運転状況を計測するためのセンサとして、たとえば、上記エンジン１のシリンダ４に設けた温度センサ等のセンサ１６のセンサ出力１７を入力させて、該Ａ／Ｄ変換器１４にて、上記センサ１６のセンサ出力１７を、上記切替器１１より入力されるタイミング信号１５を使用して取り込むことで、上記制御装置１２で、上記センサ出力１７をＡ／Ｄ変換処理してなるセンサ出力値が得られるようにする。

上記クランク軸３の所要個所には、該クランク軸３に同期して１回転ごとに１発の信号（パルス）を基準信号１９として出力できるようにしてある基準信号センサ１８を付設して、該基準信号センサ１８からの基準信号１９も、上記Ａ／Ｄ変換器１４に入力できるようにする。

上記制御装置１２は、上記切替器１１からのタイミング信号１５を使用して上記Ａ／Ｄ変換器１４で上記センサ１６からのセンサ出力１７を取り込むときの取込状況に応じて上記切替器１１へ切替指令１３を与える機能と、上記Ａ／Ｄ変換器１４でセンサ出力１７を取り込むことで得られるセンサ出力値のうち、クランク軸３の角度に基づくエンジン運転中の所定のタイミングに同期するものを計測値として保存する機能を備えるものとする。

なお、上記制御装置１２にて、上記補助タイミング信号発生器９で発生させる補助タイミング信号１０を基に後述する手順でクランク軸３の角度を検出する場合の検出精度を、少なくとも、ロータリーエンコーダ７のエンコーダパルス８を基準としてクランク軸３の角度を検出する場合の検出精度と同程度まで高めるという観点からすると、上記補助タイミング信号発生器９で発生させる補助タイミング信号１０の周波数は、上記エンジン１が最大回転数のときに上記ロータリーエンコーダ７より出力されるエンコーダパルス８の周波数以上に設定することが望ましい。

又、上記基準信号センサ１８は、上記クランク軸３の１回転ごとに１発の基準信号１９を出力できる機能さえ備えていれば、分解能は低くてもよいので、たとえば、上記クランク軸３の所要個所の外周に取り付けた金属板の回転を、近接センサで検出する形式や、上記クランク軸３の所要個所の外周に取り付けた光を遮る板の回転を、光学センサによって検出する形式や、その他、構造がシンプルで振動等によっても故障が少なくて、信頼性の高いセンサを採用するようにすればよい。

次に、上記制御装置１２による処理内容に即して本発明のエンジン計測におけるタイミング同期方法について詳述する。図２は上記制御装置１２による処理手順のフローを示すもので、制御装置１２は、先ず、切替器１１に、クランク軸３に取り付けたロータリーエンコーダ７より入力されるエンコーダパルス８をタイミング信号１５としてＡ／Ｄ変換器１４へ出力させるように切替指令１３を与える（ステップ１：Ｓ１）。

次に、Ａ／Ｄ変換器１４で上記切替器１１より入力されるタイミング信号１５を使用してエンジン運転状況計測用のセンサ１６からのセンサ出力１７が取り込まれるか否かの判断を行い（ステップ２：Ｓ２）、Ａ／Ｄ変換器１４にセンサ出力１７が取り込まれている場合は、該制御装置１２にて、Ａ／Ｄ変換器１４に上記タイミング信号１５として入力されているエンコーダパルス８を基に、クランク軸３の角度を検出して（ステップ３：Ｓ３）、上記Ａ／Ｄ変換器１４でセンサ出力１７を取り込んで得られているセンサ出力値のうち、所定のクランク軸角度に同期したタイミングでのセンサ出力値を、計測値として保存する（ステップ４：Ｓ４）。

具体的には、制御装置１２で図３に線Ａで示す如きセンサ出力値が得られている場合、上記タイミング信号１５としてＡ／Ｄ変換器１４に入力されているエンコーダパルス８では、ロータリーエンコーダ７の１回転ごとに１回発せられる原点信号（パルス）Ｂからのパルス数をカウントすることで、クランク軸３の角度が検出できるため、上記センサ出力値（線Ａ）において、上記原点信号Ｂから或る一定のＣカウント目のパルスと同期したタイミング、たとえば、図３に二点鎖線で示すタイミングでの値を、エンジン運転中の所定のタイミングに同期した計測値Ｓ１として制御装置１２で保存するようにしてある。これにより、エンジン回転数が異なる場合であっても、エンコーダパルス８における原点信号ＢからＣカウント目のパルスと同期させることで、エンジン運転中に、クランク軸３が所定のクランク軸角度に達するタイミングに正確に一致したタイミングで計測値ａを保存できるようになる。

その後は、上記ステップ２（Ｓ２）へ戻り、上記Ａ／Ｄ変換器１４にエンコーダパルス８をタイミング信号１５として上記センサ１６からのセンサ出力１７が取り込まれている間は、上記ステップ２（Ｓ２）〜ステップ４（Ｓ４）の処理を順次繰り返すことで、クランク軸３が所定のクランク軸角度に達するタイミングに同期したタイミングでセンサ出力値を順次保存するようにする。

一方、上記ステップ２（Ｓ２）で、Ａ／Ｄ変換器１４にて、上記切替器１１より入力されるエンコーダパルス８をタイミング信号１５として使用した上記センサ１６からのセンサ出力１７の取り込みが行われていないと判断された場合は、ステップ５（Ｓ５）に進んで、上記センサ出力１７がＡ／Ｄ変換器１４に取り込まれない状態が、ある一定時間が経過したか否かを判断し、一定時間経過以前は、上記ステップ２（Ｓ２）へ戻って、上記一定時間が経過するまでは、ステップ２（Ｓ２）とステップ５（Ｓ５）の処理を繰り返すようにする。これにより、上記センサ出力１７のＡ／Ｄ変換器１４への取り込みが行われていない状態であっても上記一定時間が経過するまでは待機できるようにしてある。

その後、上記ステップ５（Ｓ５）にて、Ａ／Ｄ変換器１４における上記エンコーダパルス８をタイミング信号１５として使用した上記センサ出力１７の取り込みが、一定時間経過しても行われていない場合、すなわち、上記一定時間経過しても、クランク軸一回転分のセンサ出力が取り込まれない場合は、タイムアウトと判断して、ステップ６（Ｓ６）に進み、エンジン１が運転を停止しているか否かの判断を行う。

この際、エンジン１が停止している場合は、クランク軸３に取り付けてある上記ロータリーエンコーダ７からエンコーダパルス８が出力されないため、上記切替器１１よりＡ／Ｄ変換器１４にタイミング信号１５が入力されない。よって、該Ａ／Ｄ変換器１４でセンサ出力１７が取り込まれないとしても異常ではない。したがって、この場合は、上記ステップ２（Ｓ２）へ戻って処理を続行するようにしてある。

一方、上記ステップ６（Ｓ６）でエンジン１が停止していないと判断された場合、すなわち、エンジン１が運転状態であるにもかかわらず、Ａ／Ｄ変換器１４にてエンコーダパルス８をタイミング信号１５として使用したセンサ出力１７の取り込みが行われていない場合は、ステップ７（Ｓ７）へ進み、ロータリーエンコーダ７が故障して、このため上記Ａ／Ｄ変換器１４にタイミング信号１５が入力されないものと判断して、制御装置１２は、切替器１１に、補助タイミング信号発生器９より入力される補助タイミング信号１０をタイミング信号１５としてＡ／Ｄ変換器１４へ出力させるように切替指令１３を与える。

その後は、上記ステップ２（Ｓ２）と同様にして、Ａ／Ｄ変換器１４で上記切替器１１より入力されるタイミング信号１５を使用してエンジン運転状況計測用のセンサ１６からのセンサ出力１７が取り込まれるか否かの判断を行う（ステップ８：Ｓ８）。

上記ステップ８（Ｓ８）で、Ａ／Ｄ変換器１４にセンサ出力１７が取り込まれていると判断された場合は、制御装置１２にて、Ａ／Ｄ変換器１４に上記タイミング信号１５として入力されている補助タイミング信号１０と、基準信号センサ１８より入力されている基準信号１９とから、クランク軸３の角度を検出して（ステップ９：Ｓ９）、上記Ａ／Ｄ変換器１４でセンサ出力１７を取り込んで得られているセンサ出力値のうち、所定のクランク軸角度に同期したタイミングでのセンサ出力値を、計測値として保存する（ステップ１０：Ｓ１０）。

具体的には、制御装置１２で図４（イ）（ロ）に線Ａで示す如きセンサ出力値が得られている場合、上記タイミング信号１５としてＡ／Ｄ変換器１４に入力されている補助タイミング信号１０は、図４（イ）に示すようにエンジン回転数が速い場合であっても、図４（ロ）に示す如きエンジン回転数が遅い場合であっても常に一定である。したがって、このままでは上記センサ出力値（線Ａ）について、エンジン１のクランク軸３の角度と同期した所定のタイミングでの計測値を得ることはできない。

このため、上記制御装置１２では、上記基準信号センサ１８よりＡ／Ｄ変換器１４を介して取得した図４（イ）（ロ）に示す如き基準信号１９を参照し、この基準信号１９がクランク軸３の回転に同期して該クランク軸３の１回転ごとに１つ発生している信号であることに基づいて、該基準信号１９の１波形目の立ち上がりから次の波形の立ち上がりまで、又は、１波形目の立下りから次の波形の立下りまでの１周期、すなわち、クランク軸３の１回転が、補助タイミング信号１０の何パルス分に当たるかをカウントし、３６０度をそのカウント値で割ることによって、上記補助タイミング信号１０の１パルス当りのクランク軸３の回転角度を求めるようにしてある。

たとえば、図４（イ）に示すように、基準信号１９の波形の立ち上がる間隔が、補助タイミング信号１０のＤカウント分に当たる場合は、上記補助タイミング信号１０の１パルス当りのクランク軸３の回転角度は（３６０÷Ｄ）度となる。又、図４（ロ）に示すように、エンジン回転数がより小さくて（クランク軸３の回転速度がより遅くて）、基準信号１９の波形の立ち上がる間隔が、補助タイミング信号１０のＥカウント分（Ｅ＞Ｄ）に当たる場合は、上記補助タイミング信号１０の１パルス当りのクランク軸３の回転角度は（３６０÷Ｅ）度とより小さくなる。したがって、補助タイミング信号１０の１パルス当りのクランク軸３の回転角度は、エンジン回転数に応じて変化する。

よって、制御装置１２は、エンジン運転中の所定のタイミングに同期したタイミングでのセンサ出力値（線Ａ）を計測値として保存するに当り、上記クランク軸３の回転と同期している基準信号１９の立ち上がりや立下りを基に定めた原点から、上記計測値を保存すべきタイミングまでのクランク軸３の回転角度を求めると共に、該クランク軸３の回転角度を、上記計算式で求められる補助タイミング信号１０の１パルス当りのクランク軸３の回転角度で割ることで、上記計測値を保存すべきタイミングが、上記原点から補助タイミング信号１０のパルスの何カウント目に相当するかを算出して、上記原点からカウントされる補助タイミング信号１０のパルスが、上記算出されたカウント数に達したタイミングと同期して上記センサ出力値（線Ａ）の値を、上記エンジン運転中の所定のタイミングと同期した計測値として保存するようにしてある。

その後は、上記ステップ８（Ｓ８）へ戻り、上記Ａ／Ｄ変換器１４に補助タイミング信号１０をタイミング信号１５として使用した上記センサ１６からのセンサ出力１７の取り込みが行われている間は、上記ステップ８（Ｓ８）〜ステップ１０（Ｓ１０）の処理を順次繰り返すことで、クランク軸３が所定のクランク軸３の角度に達するタイミングに同期したタイミングでセンサ出力値を順次保存するようにする。

一方、上記ステップ８（Ｓ８）で、Ａ／Ｄ変換器１４にて、上記補助タイミング信号１０をタイミング信号１５として使用した上記センサ１６からのセンサ出力１７の取り込みが行われていないと判断された場合は、ステップ１１（Ｓ１１）へ進んで、上記センサ出力１７がＡ／Ｄ変換器１４に取り込まれない状態がある一定時間が経過したか否かを判断し、一定時間経過以前は、上記ステップ８（Ｓ８）へ戻って、上記一定時間が経過するまでステップ８（Ｓ８）とステップ１１（Ｓ１１）の処理を繰り返すようにする。これにより、上記センサ出力１７のＡ／Ｄ変換器１４への取り込みが行われていない状態であっても、上記一定時間が経過するまでの間は待機できるようにしてある。

一方、上記ステップ１１（Ｓ１１）にて、Ａ／Ｄ変換器１４における上記補助タイミング信号１０をタイミング信号１５として使用した上記センサ出力１７の取り込みが、一定時間経過しても行われない場合、すなわち、上記一定時間が経過しても、クランク軸一回転分のセンサ出力１７が取り込まれない場合は、制御装置１２はタイムアウトと判断すると共に、この場合、上記Ａ／Ｄ変換器１４にセンサ出力１７が取り込まれないのは、ロータリーエンコーダ７の故障に起因するものではないと判断できることから、上記制御装置１２は処理を終了するようにしてある。

以上のように本発明のエンジン計測におけるタイミング同期方法及び装置を使用すると、クランク軸３に設けたロータリーエンコーダ７が正常に機能している間は、該ロータリーエンコーダ７が出力するエンコーダパルス８が、切替器１１よりＡ／Ｄ変換器１４へセンサ出力１７を取り込むためのタイミング信号１５として出力されるため、制御装置１２にて、該Ａ／Ｄ変換器１４で上記エンコーダパルス８をタイミング信号１５として取り込まれたセンサ出力値を得ることができ、更に、上記エンコーダパルス８を基に検出されるクランク軸３の所定の角度に対応するエンジン運転中の所定のタイミングに同期したタイミングで、センサ出力値が計測値として制御装置１２に順次保存されるようになる。

上記ロータリーエンコーダ７に故障が生じた場合は、切替器１１で、Ａ／Ｄ変換器１４にてエンジン運転状況計測用のセンサ１６より出力されるセンサ出力１７を取り込むためのタイミング信号１５を、上記ロータリーエンコーダ７より出力されるエンコーダパルス８から、補助タイミング信号発生器９より出力させる固定周波数の補助タイミング信号１０に切り替えることで、上記Ａ／Ｄ変換器１４にて、上記補助タイミング信号１０をタイミング信号１５として使用してセンサ出力１７の取り込みが継続して行われるようになる。

更に、エンジン１のクランク軸３の回転に同期して、クランク軸３の１回転ごとに基準信号センサ１８より一発出力される基準信号１９と、上記補助タイミング信号１０から、制御装置１２で、該補助タイミング信号１０の１パルス当りのクランク軸３の回転角度を算出することで、クランク軸３の所定の角度に対応するエンジン運転中の所定のタイミングが、上記固定周波数としてある補助タイミング信号１０の何カウント目に当るかを求めることで、上記クランク軸３の所定の角度に対応するエンジン運転中の所定のタイミングと同期したタイミングでのセンサ出力値を、計測値として制御装置１２に順次保存する操作が継続して行われるようになる。

このように、本発明のエンジン計測におけるタイミング同期方法及び装置によれば、クランク軸３に取り付けて、Ａ／Ｄ変換器１４にてエンジン運転状況計測用のセンサより出力されるセンサ出力１７を取り込むためのタイミング信号１５を発生させるようにしてあるロータリーエンコーダ７に故障が生じても、クランク軸３の所定の角度に対応するエンジン運転中の所定のタイミングと同期したタイミングでの上記センサ１６の計測値を、継続して得ることができる。

しかも、補助タイミング信号１０を出力する補助タイミング信号発生器９は、単に固定周波数の矩形波を出力できればよいものであるため、シンプルな構成とすることができて、故障する虞を低減でき、しかも、上記補助タイミング信号発生器９は、エンジン１とは別に、すなわち、エンジン１の振動の影響を受けない個所に設置できるため、このことによっても故障する虞を低減できる。又、前述したように、基準信号センサ１８は、構造がシンプルで振動等によっても故障が少なくて、信頼性の高いセンサを用いるようにすることで、上記ロータリーエンコーダ７の故障時のバックアップの確実性を高いものとすることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、回転角度センサとしては、エンジンのクランク軸の回転角度に応じてパルス信号を出力することができるようにしてあれば、たとえば、レゾルバと該レゾルバの出力する正弦波をパルス波に変換するユニットとからなる回転角度センサ等、ロータリーエンコーダ７以外の回転角度センサを用いるようにしてもよい。

エンジン運転状況計測用のセンサ１６としては、クランク軸３の所定の角度に対応するエンジン運転中の所定のタイミングで計測値を得ることが必要とされるセンサであれば、エンジンにおけるシリンダ以外の個所、更には、図示してない機器に設けたセンサであってもよい。又、温度センサ以外のいかなるセンサを用いるようにしてもよい。

本発明のエンジン計測におけるタイミング同期方法及び装置は、エンジン運転状況を計測するセンサの信号を、該エンジンのクランク軸の所定角度となるタイミングに同期して取り込むことが所望される場合であれば、試験以外にも適用できる。又、船舶用エンジン以外のいかなるエンジンに適用してもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明のエンジン計測におけるタイミング同期方法及び装置の実施の一形態を示す概要図である。 図１の装置の制御装置における処理手順を示すフロー図である。 図１の装置の制御装置にて、エンコーダパルスを基準に所定のエンジン運転状態のタイミングに同期してセンサ出力値を計測値として保存する場合の処理を具体的に示す図である。 図１の装置の制御装置にて、補助タイミング信号と基準信号とを基に所定のエンジン運転状態のタイミングに同期してセンサ出力値を計測値として保存する場合の処理を具体的に示す図で、（イ）はエンジン回転数が速い場合を、（ロ）はエンジン回転数が遅い場合をそれぞれ示すものである。

符号の説明

１ エンジン
３ クランク軸
７ ロータリーエンコーダ（回転角度センサ）
８ エンコーダパルス（パルス信号）
９ 補助タイミング信号発生器
１０ 補助タイミング信号
１４ Ａ／Ｄ変換器
１５ タイミング信号
１６ センサ
１７ センサ出力
１８ 基準信号センサ
１９ 基準信号

Claims (4)

1. エンジンのクランク軸に取り付けた回転角度センサから上記クランク軸の回転角度に応じて出力されるパルス信号をタイミング信号として使用することでＡ／Ｄ変換器にエンジン運転状況計測用のセンサのセンサ出力を取り込んで、上記回転角度センサのパルス信号を基に検出されるクランク軸の所定の角度に同期したセンサ出力値を得るようにし、上記回転角度センサに故障が生じた場合は、補助タイミング信号発生器より出力される固定周波数の補助タイミング信号をタイミング信号として使用することでＡ／Ｄ変換器にエンジン運転状況計測用のセンサのセンサ出力を取り込み、次いで、上記補助タイミング信号と、エンジンのクランク軸に付設した基準信号センサよりクランク軸の１回転ごとに１つ出力される基準信号を基に、クランク軸の所定の角度に同期したセンサ出力値を得るようにすることを特徴とするエンジン計測におけるタイミング同期方法。
2. 補助タイミング信号発生器より出力される補助タイミング信号と、基準信号センサより出力される基準信号を基に、クランク軸の所定の角度に同期したセンサ出力値を得るときに、上記基準信号の波形の立ち上がり又は立下りの一周期が上記補助タイミング信号の何パルス分に当たるかをカウントした後、該カウント値で３６０度を割ることで、上記補助タイミング信号の１パルス当りのクランク軸の回転角度を求め、更に、クランク軸の所定の角度が、上記補助タイミング信号のパルスの何カウント目に相当するかを算出して、上記補助タイミング信号のパルスが上記算出されたカウント数に達したタイミングと同期したセンサ出力値を得るようにする請求項１記載のエンジン計測におけるタイミング同期方法。
3. エンジンのクランク軸に、回転角度センサを取り付けると共に、固定の周波数で矩形波を出力できるようにしてある補助タイミング信号発生器を備え、且つＡ／Ｄ変換器へ、エンジン運転状況計測用のセンサのセンサ出力を取り込むためのタイミング信号として、上記回転角度センサから上記クランク軸の回転角度に応じて出力されるパルス信号と、上記補助タイミング信号発生器からの補助タイミング信号を切り替えて出力する切替器と、上記クランク軸の所要個所に付設して、該クランク軸の１回転ごとに１つの信号を基準信号として出力する基準信号センサと、上記切替器からのタイミング信号を使用した上記Ａ／Ｄ変換器での上記センサからのセンサ出力の取り込みの有無に応じて上記切替器へ切替指令を与える機能、及び、上記Ａ／Ｄ変換器で取り込まれるセンサ出力値より、クランク軸の所定の角度に同期したタイミングでセンサ出力値を得る機能を備えた制御装置とを備えてなる構成を有することを特徴とするエンジン計測におけるタイミング同期装置。
4. 制御装置を、回転角度センサから上記クランク軸の回転角度に応じて出力されるパルス信号を基に検出されるクランク軸の所定の角度に同期したセンサ出力値を得る機能と、切替器に対し、上記回転角度センサの故障時に、Ａ／Ｄ変換器にてエンジン運転状況計測用のセンサのセンサ出力を取り込むためのタイミング信号を上記回転角度センサのパルス信号から補助タイミング信号へ切り替えさせるための切替指令を発する機能と、補助タイミング信号発生器より出力される補助タイミング信号と基準信号センサより出力される基準信号を基に、クランク軸の所定の角度に同期したセンサ出力値を得る機能とを有してなるものとした請求項３記載のエンジン計測におけるタイミング同期装置。

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