JP4680780B2 - エンジン評価方法及びエンジン評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばエンジンの生産過程でエンジンを評価するエンジン評価方法及びエンジン評価装置に関する。

従来、エンジンの生産過程では、出荷品質を確保するために、生産したエンジンの評価試験が行なわれている。このような評価試験を行う装置として、例えばエンジンを回転させてその発生音または振動を検出し、その検出信号をウェーブレット変換して変換データの特徴を演算し、その演算値と予め設定された基準値とを比較して、演算値が基準値に対して所定の関係を超えたときに警報を発するようにした診断装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところが、上記特許文献１に開示の診断装置にあっては、エンジンの発生音または振動の検出信号をウェーブレット変換するための高価なウェーブレット変換演算器が必要となるため、診断装置のコストアップを招くことが懸念される。

また、変換データの特徴の演算値として、検出すべき異常の内容に応じて、所定周波数成分域におけるエネルギー成分の分布の、平均値、分散値、歪度、尖度、最大値、等を演算する必要があるため、複数の異常を検出しようとすると、それぞれ異なる特徴演算器を要することになって回路構成が複雑になる。

更に、特に吸気バルブ及び排気バルブの動弁振動を評価する場合のように、エネルギー成分の分布の平均値や最大値等のエネルギーの強度に関連する演算値を評価値として求める場合には、エンジンの発生音を検出するマイクロフォンや振動を検出する振動センサ等の検出器の設置位置によって評価精度が左右されることになる。

このような点を改良し、簡単かつ安価な構成でエンジンを効率よくかつ正確に評価できるエンジン評価装置として、本発明者は、例えば、サンプルである評価対象エンジンを回転させてその発生音または振動を検出し、その検出信号波形と予め設定した正常なエンジンにおける基準波形との振幅差の絶対値と、基準波形の振幅との比の所定クランク角度範囲における累積値またはその平均値を評価値として算出し、その評価値が予め設定した許容値範囲内にあるときは、サンプルはＯＫと判定し、許容値範囲を外れているときは、サンプルはＮＧと判定するようにしたものを既に開発している（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−２１９９５５号公報 特開２００５−１４７９３２号公報

ところが、本発明者による更なる実験検討によると、上記特許文献２に開示のエンジン評価装置には、以下に説明するような改良すべき点があることが判明した。

即ち、このエンジン評価装置では、検出信号波形と予め設定した正常なエンジンにおける基準波形との振幅差の絶対値と、基準波形の振幅との比の所定クランク角度範囲における累積値またはその平均値を評価値として算出するので、検出信号波形の振幅が正常値範囲にあれば、エンジンを正確に評価することができる。

しかし、マイクロフォンや振動センサ等から得られる検出信号波形の振幅は、エンジンが正常な場合であっても、例外的に正常値範囲に達しなかったりする場合がある。この現象は、エンジンが運転に馴染むまでの初期特有の現象で、特に吸気バルブ及び排気バルブの動弁に関する検出信号波形に顕著に現れ、数分間の領収運転後の再運転では、検出信号振幅が正常値範囲に収まる場合もある。

このため、単に検出信号波形と基準波形との振幅差の絶対値を用いて評価値を算出すると、評価対象エンジンが正常な場合であっても、検出信号波形の振幅が全体的に低レベルにある場合には、ＮＧと誤判定される場合がある。

従って、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、誤判定を回避でき、エンジンを常に正確に評価できるエンジン評価方法及びエンジン評価装置を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に記載のエンジン評価方法の発明は、回転中のエンジンの発生音または振動を検出する第１行程と、上記第１行程で検出される検出信号波形と予め設定した上記エンジンが基準正常状態にあるときの正規基準波形との所定クランク角度範囲に亘る振幅差の絶対値に基づいて第１評価値を算出する第２行程と、上記第１評価値が予め設定した第１許容値範囲内にあるか否かを判定する第３行程と、上記第１評価値が上記第１許容値範囲内にないと判定されたときに、上記検出信号波形と予め設定した上記エンジンが基準正常状態にあるときの例外的基準波形との所定クランク角度範囲に亘る振幅差に基づいて第２評価値を算出する第４行程と、上記第２評価値が予め設定した第２許容値範囲内にあるか否かを判定する第５行程と、を含むことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１のエンジン評価方法において、上記第２行程では、上記第１評価値を、上記検出信号波形と上記正規基準波形との振幅差の絶対値と、上記正規基準波形の振幅との比の累積値またはその平均値として算出し、上記第４行程では、上記第２評価値を、上記検出信号波形と上記例外的基準波形との振幅差と、上記例外的基準波形の振幅との比の累積値またはその平均値として算出することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２のエンジン評価方法において、上記第５行程で上記第２評価値が上記第２許容値範囲内にないと判定されたときは、上記検出信号波形と複数の評価項目の各々について予め設定した異常波形との所定クランク角度範囲に亘る振幅差に基づいて異常原因特定用評価値をそれぞれ算出し、これら算出した異常原因特定用評価値のうち最小の異常原因特定用評価値に対応する評価項目を異常の原因として特定することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３のエンジン評価方法において、上記各異常原因特定用評価値は、上記検出信号波形と上記対応する評価項目の異常波形との振幅差の絶対値と、上記対応する評価項目の異常波形の振幅との比の累積値または平均値として算出することを特徴とする。

更に、上記目的を達成する請求項５に記載のエンジン評価装置の発明は、回転中のエンジンの振動を検出する一つの振動検出手段と、上記振動検出手段で検出される振動信号を２乗する２乗処理手段と、上記２乗処理手段の出力波形をエンベロープ処理するエンベロープ処理手段と、上記エンジンのクランク角度を算出するクランク角度算出手段と、上記クランク角度算出手段で算出される所定クランク角度範囲に亘って、上記エンジンが基準正常状態にあるときの上記エンベロープ処理手段の正規出力信号を正規基準データとして、上記エンジンが基準正常状態にあるときの上記エンベロープ処理手段の例外的出力信号を例外的基準データとしてそれぞれ予め格納するとともに、上記正規基準データに対する上記エンジンの許容正常範囲を表わす第１許容値範囲及び上記例外的基準データに対する上記エンジンの許容正常範囲を表わす第２許容値範囲を予め格納するデータベースと、上記クランク角度算出手段で算出される所定クランク角度範囲に亘って、上記エンベロープ処理手段の出力信号と上記データベースに格納されている上記正規基準データとの振幅差の絶対値に基づいて第１評価値を算出して、その算出した第１評価値が上記データベースに格納されている上記第１許容値範囲内にあるか否かを判定し、第１許容値範囲内にないときは、上記エンベロープ処理手段の出力信号と上記データベースに格納されている上記例外的基準データとの振幅差に基づいて第２評価値を算出して、その算出した第２評価値が上記データベースに格納されている上記第２許容値範囲内にあるか否かを判定する評価手段と、を有することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５のエンジン評価装置において、上記評価手段は、上記第１評価値を、上記出力信号と上記正規基準データとの振幅差の絶対値と、上記正規基準データとの比の累積値またはその平均値として算出し、上記第２評価値を、上記出力信号と上記例外的基準データとの振幅差と、上記例外的基準データとの比の累積値またはその平均値として算出することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項５または６のエンジン評価装置において、上記エンジンの全ての吸気バルブ及び排気バルブがバルブクリアランスの公差中央値にあるときを上記基準正常状態として、そのときに上記エンベロープ処理手段から得られる正規出力信号を上記正規基準データとして上記データベースに格納するとともに、そのときに上記エンベロープ処理手段から得られる例外的出力信号を上記例外的基準データとして上記データベースに格納することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項５〜７のいずれか１項のエンジン評価装置において、正常状態にある複数台のエンジンについて、上記エンベロープ処理手段から正規に出力される正規出力信号と上記データベースに格納されている上記正規基準データとの振幅差の絶対値に基づいて上記第１評価値をそれぞれ算出して、エンジンの量産バラツキによる上記第１評価値のバラツキ範囲を求め、この第１評価値のバラツキ範囲を上記第１許容値範囲として上記データベースに格納するとともに、上記エンベロープ処理手段から例外的に出力される例外的出力信号と上記データベースに格納されている上記例外的基準データとの振幅差に基づいて上記第２評価値をそれぞれ算出して、エンジンの量産バラツキによる上記第２評価値のバラツキ範囲を求め、この第２評価値のバラツキ範囲を上記第２許容値範囲として上記データベースに格納することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項５〜８のいずれか１項のエンジン評価装置において、上記データベースには、上記クランク角度算出手段で算出される所定クランク角度範囲に亘って、上記エンジンの複数の評価項目について、それぞれ異常時に上記エンベロープ処理手段から出力される異常出力信号を異常データとして予め格納し、上記評価手段では、上記第２評価値が上記第２許容値範囲内にないときは、上記クランク角度算出手段で算出される所定クランク角度範囲に亘って、上記エンベロープ処理手段の出力信号と上記データベースに格納されている複数の異常データとの振幅差の絶対値に基づいて異常原因特定用評価値をそれぞれ算出し、これら算出した異常原因特定用評価値のうち最小の異常原因特定用評価値に対応する評価項目を異常の原因として特定することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項９のエンジン評価装置において、上記評価手段は、上記各異常原因特定用評価値を、上記出力信号と上記対応する評価項目の異常データとの振幅差の絶対値と、上記対応する評価項目の異常データとの比の累積値またはその平均値として算出することを特徴とする。

請求項１の発明によると、検出信号波形と正規基準波形との所定クランク角度範囲に亘る振幅差の絶対値に基づく第１評価値が予め設定した第１許容値範囲内にない場合には、検出信号波形と例外的基準波形との所定クランク角度範囲に亘る振幅差（相対値）に基づく第２評価値が予め設定した第２許容値範囲内にあるか否かを判定し、第２許容値範囲内にある場合にはエンジンを正常と判定することで、誤判定を回避できるので、エンジンを常に正確に評価することができる。

請求項２の発明によると、エンジンの発生音または振動の検出位置から各音源または振動源までの距離に関係なく、第１評価値及び第２評価値をより正確に求めることができるので、エンジンをより正確に評価することが可能となる。

請求項３の発明によると、第２評価値が第２許容値範囲内にないときは、検出信号波形と複数の評価項目の各々について予め設定した異常波形とのクランク角度の所定範囲に亘る振幅差に基づいて算出した異常原因特定用評価値のうち、最小の異常原因特定用評価値に対応する評価項目を異常の原因として特定するのでエンジン調整等の対処が容易になる。

請求項４の発明によると、エンジンの発生音または振動の検出位置から各音源または振動源までの距離に関係なく、異常原因特定用評価値をより正確に求めることができるので、異常の原因をより正確に特定することができ調整等の対処がより容易になる。

請求項５の発明によると、評価対象エンジンの任意の所定位置に一つの振動検出手段を設置すればよいので、簡単かつ安価な構成でエンジンを効率よくかつ正確に評価することが可能になると共に、振動検出手段を除く他の構成要素は、例えばパーソナルコンピュータを有して構成できるので、構成のより簡略化が可能となる。また、エンジンの振動を検出するので、エンジンの発生音を検出する場合に比べて、インジェクタ音、ベルト擦れ音、ダイナモ回転音、排気音、通風口音等の外乱に影響されることなく、所望の振動信号をより正確に検出することが可能となり、高精度の評価が期待できる。

請求項６の発明によると、振動検出手段からエンジンの振動源までの距離に関係なく、第１評価値及び第２評価値をより正確に求めることができるので、エンジンをより正確に評価することが可能となる。

請求項７の発明によると、エンジンの全ての吸気バルブ及び排気バルブがバルブクリアランスの公差中央値にあるときのエンベロープ処理手段の正規出力信号及び例外的出力信号を、それぞれ正規基準データ及び例外的基準データとしてデータベースに格納するので、正規基準データ及び例外的基準データを簡単に設定できると共に、評価対象のエンジンのバルブクリアランスが公差中央値から所定の範囲にあるか否かを評価することが可能となる。

請求項８の発明によると、正常状態にある複数台のエンジンの振動を検出して、エンジンの量産バラツキによる第１評価値のバラツキ範囲及び第２評価値のバラツキ範囲をそれぞれ第１許容値範囲及び第２許容値範囲としてデータベースに格納するので、第１許容値範囲及び第２許容値範囲を簡単に設定することが可能となる。

請求項９の発明によると、評価手段において第２評価値が第２許容値範囲内にないときは、複数の異常データに対する異常原因特定用評価値を算出して、その最小の異常原因特定用評価値に対応する評価項目を異常原因として特定するので、調整等の対処が容易になる。

請求項１０の発明によると、振動検出手段からエンジンの振動源までの距離に関係なく、異常原因特定用評価値をより正確に求めることができるので、異常の原因をより正確に特定することができ、調整等の対処がより容易になる。

以下、本発明によるエンジン評価方法及びエンジン評価装置の実施の形態について図１乃至図９を参照して説明する。

図１は本実施の形態によるエンジン評価装置の概略構成を示す機能ブロック図でり、図２はエンジン評価装置の動作を説明するためのフローチャート、図３は振動センサで検出される振動信号の一例を示す波形図、図４は図３に示した振動信号の２乗処理信号を示す波形図、図５は図４に示した２乗処理信号をエンベロープ処理したサンプル信号を示す波形図、図６はサンプル信号と正規基準データとの発生タイミングのずれの一態様を示す部分拡大図、図７はサンプル信号と正規基準データとの差の算出方法を説明するための図、図８は誤判定の発生を説明するための図、図９はサンプル信号と例外的基準データとの差の算出方法を説明するための図である。

本実施の形態では、図１に示すように、サンプルである評価対象エンジン１の所定の位置に振動検出手段である１個の振動センサ２を取り付け、そのエンジン１に燃料を供給してエンジン１を実際に運転、即ち回転させるか、或いはエンジン１を図示しないモータにより回転させてエンジン振動を検出する。なお、振動センサ２の設置位置は、例えばエンジン１のロッカーカバー上など任意位置に設定する。

振動センサ２で検出される振動信号は、増幅器３で増幅した後、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）４及び低域通過フィルタ（ＬＰＦ）５により不要なノイズ成分を除去してパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を含んでなる演算装置１１に取り込む。また、演算装置１１には、エンジン１から出力される気筒判別信号及びクランク角検出信号を取り込む。

演算装置１１には、クランク角度算出手段であるクランク角度算出部１２、２乗処理手段である２乗処理部１３、エンベロープ処理手段であるエンベロープ処理部１４、データベースであるデータベース部１５、評価手段である評価部１６、及び結果表示部１７を設け、エンジン１からのクランク角検出信号及び気筒判別信号は、クランク角度算出部１２に供給してクランク角度を算出し、その算出したクランク角度を評価部１６に供給する。

また、ＬＰＦ５から出力される振動信号は、２乗処理部１３に供給し、ここで２乗処理した後、エンベロープ処理部１４でエンベロープ処理して評価部１６に供給する。

一方、データベース部１５には、クランク角度算出部１２で算出されるクランク角度（°ＣＡ）の所定範囲、好ましくはクランク角度の１周期（４サイクルエンジンの場合には、０°ＣＡ〜７２０°ＣＡ）に亘って、エンジン１が基準正常状態にあるときに、エンベロープ処理部１４から正規に得られる正規出力信号の振幅値及び例外的に得られる例外的出力信号の振幅値を、それぞれ正規基準データ及び例外的基準データとして予め格納しておくとともに、その正規基準データに対するエンジン１の許容正常範囲を表わす第１許容値範囲及び例外的基準データに対するエンジン１の許容正常範囲を表わす第２許容値範囲を予め格納しておく。

本実施の形態では、エンジン１の全ての吸気バルブ及び排気バルブ（図示せず）がバルブクリアランスの公差中央値にあるときをエンジン１の基準正常状態とし、そのときにエンベロープ処理部１４から正規に出力される正規出力信号の振幅値を正規基準データとして、また、そのときにエンベロープ処理部１４から例外的に出力される例外的出力信号の振幅値を例外的基準データとして、それぞれデータベース部１５に予め格納しておく。

また、本実施の形態では、正常状態にある複数台のエンジン１の各々について、所定のクランク角度範囲における正規基準データとエンベロープ処理部１４から正規に出力される正規出力信号との振幅差の絶対値と、正規基準データとの比の平均値をそれぞれ第１評価値として算出して、エンジン１の量産バラツキによる第１評価値のバラツキ範囲を求め、この第１評価値のバラツキ範囲を第１許容値範囲としてデータベース部１５に予め格納しておく。

即ち、データベース部１５に格納されている正規基準データをＸｒ（ｉ）、エンベロープ処理部１４からの正規出力信号の振幅値をＸrs（ｉ）、所定のクランク角度範囲におけるデータ数をｎとするとき、正常状態にある各エンジン１についての第１評価値（平均値）Ｙｒを下記の（１）式により算出し、その第１評価値Ｙｒの量産バラツキによる範囲を第１許容値範囲としてデータベース部１５に格納しておく。

また、正常状態にある複数台のエンジン１の各々について、所定のクランク角度範囲における例外的基準データとエンベロープ処理部１４から例外的に出力される例外的出力信号との振幅差と、例外的基準データとの比の平均値をそれぞれ第２評価値として算出して、エンジン１の量産バラツキによる第２評価値のバラツキ範囲を求め、この第２評価値のバラツキ範囲を第２許容値範囲としてデータベース部１５に予め格納しておく。

即ち、データベース部１５に格納されている例外的基準データをＸｅ（ｉ）エンベロープ処理部１４からの例外的出力信号の振幅値をＸes（ｉ）、所定のクランク角度範囲におけるデータ数をｎとするとき、正常状態にある各エンジン１についての第２評価値（平均値）Ｙｅを下記の（２）式により算出し、その第２評価値Ｙｅの量産バラツキによる範囲を第２許容値範囲としてデータベース部１５に格納しておく。

更に、本実施の形態では、エンジン１の複数の評価項目について、それぞれ異常時にエンベロープ処理部１４から出力される異常出力信号の振幅値を異常（ＮＧ）データとして予めデータベース部１５に格納しておく。また、振動センサ２の故障等、評価装置自身の異常時にエンベロープ処理部１４から出力される異常出力信号の振幅値もＮＧデータとして予めデータベース部１５に格納しておく。

評価部１６では、クランク角度算出部１２で算出される所定クランク角度範囲に亘って、エンベロープ処理部１４からのサンプル信号の振幅値と、データベース部１５に格納されている正規基準データ、例外的基準データ、第１許容値範囲、第２許容値範囲及び複数のＮＧデータとに基づいてエンジン１を評価し、その評価結果を結果表示部１７に表示する。

以下、図１に示すエンジン評価装置の動作を、図２に示すフローチャートに従って図３乃至図９に示す信号波形図を参照しながら説明する。

先ず、サンプルである評価対象のエンジン１を回転させて、振動センサ２によりサンプル振動信号を検出する（第１行程；ステップＳ１）。ここで、振動センサ２で検出されるサンプル振動信号と、クランク角度算出部１２で算出されるクランク角度（°ＣＡ）との関係は、例えば図３に示すようになる。

次に、検出したサンプル振動信号は、ＨＰＦ４及びＬＰＦ５で不要なノイズ成分を除去した後、評価部１６で比較し易いように、２乗処理部１３で図４に示すように２乗処理し、更にエンベロープ処理部１４で図５に示すようにエンベロープ処理してサンプル信号Ｘｓ（ｉ）を得る（ステップＳ２）。

その後、評価部１６において、クランク角度算出部１２で算出される所定クランク角度範囲、例えば、０°ＣＡ〜７２０°ＣＡに亘って、エンベロープ処理部１４から出力されるサンプル信号Ｘｓ（ｉ）とデータベース部１５に格納されている正規基準データＸｒ（ｉ）とに基づいて、上記（１）式に従って、即ち（１）式のＸrs（ｉ）をＸｓ（ｉ）に置き換えて、第１評価値Ｙｒを算出する（第２行程；ステップＳ３）。

ここで、例えば、サンプルのバルブクリアランスが公差中央値からずれていると、図６に示すように、エンベロープ処理部１４から出力されるサンプル信号における振動ピーク発生タイミングと正規基準データにおける振動ピーク発生タイミングとがずれ、かつ振動ピーク値そのものも異なることになる。

そこで、本実施の形態では、図７に示すように、所定のクランク角度範囲に亘って、サンプル信号を所定のクランク角度毎にサンプリングし、上記（１）式に従って、そのサンプリングポイント毎に、サンプル信号の振幅値Ｘｓ（ｉ）と、当該サンプリングポイントにおける正規基準データＸｒ（ｉ）との差の絶対値を算出して、その差の絶対値と正規基準データＸｒ（ｉ）との比を求め、そのサンプリングポイント毎の比を累積（加算）してサンプリング数（データ数）ｎで除算することにより、比の平均値である第１評価値Ｙｒを算出する。

次に、算出した第１評価値Ｙｒがデータベース部１５に格納されている第１許容値範囲内にあるか否かを判断し（第３行程；ステップＳ４）、第１許容値範囲内にある場合（ＹＥＳの場合）にはサンプルはＯＫと判定し（ステップＳ５）、その評価結果を結果表示部１７に表示して、サンプルに対する処理を終了する。

これに対し、ステップＳ４において、第１評価値Ｙｒが第１許容値範囲内にない場合（ＮＯの場合）には、次に、所定のクランク角度範囲に亘ってサンプル信号をサンプリングし、上記（２）式に従って、即ち（２）式のＸes（ｉ）をＸｓ（ｉ）に置き換えて、サンプリングポイント毎に、サンプル信号の振幅値Ｘｓ（ｉ）と、当該サンプリングポイントにおける例外的基準データＸｅ（ｉ）との差（相対値）を算出して、その差と例外的基準データＸｅ（ｉ）との比を求め、そのサンプリングポイント毎の比を累積（加算）してサンプリング数（データ数）ｎで除算することにより、比の平均値である第２評価値Ｙｅを算出する（第４行程；ステップＳ６）。

即ち、ステップＳ３において、図８に示すように、サンプルが正常なタイミングの信号波形を出力する場合であっても、エンベロープ処理部１４から出力されるサンプル信号のレベルが例外的に正常値範囲から外れた低レベルにある場合には、上記（１）式に従って第１評価値Ｙｒを算出すると、サンプル信号の振幅値Ｘｓ（ｉ）と正規基準データＸｒ（ｉ）との差の絶対値を用いるために、第１評価値Ｙｒが大きくなって第１許容値範囲から外れ、ＮＧと誤判定されることになる。

そこで、本実施の形態では、ステップＳ４において、第１評価値Ｙｒが第１許容値範囲内にない場合には、ステップＳ６において、図９に示すような正規基準データＸｒ（ｉ）よりもレベルの低い例外的基準データＸｅ（ｉ）を用いて、上記（２）式に従ってサンプル信号の振幅値Ｘｓ（ｉ）と例外的基準データＸｅ（ｉ）との差（相対値）を用いて第２評価値Ｙｅを算出し、その算出した第２評価値Ｙｅがデータベース部１５に格納されている第２許容値範囲内にあるか否かを判断する（第５行程；ステップＳ７）。

このように、正規基準データＸｒ（ｉ）よりもレベルの低い例外的基準データＸｅ（ｉ）を用いて、上記（２）式に従ってサンプル信号の振幅値Ｘｓ（ｉ）との差（相対値）に基づく第２評価値Ｙｅを算出すると、サンプルが正常なタイミングの信号波形を出力する場合で、エンベロープ処理部１４から出力されるサンプル信号のレベルが例外的に正常値範囲から外れた低レベルにある場合には、第２評価値Ｙｅは第１評価値Ｙｒよりも小さくなる。

したがって、ステップＳ７において、第２評価値Ｙｅが第２許容値範囲内にある場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ５でサンプルはＯＫと判定して、その評価結果を結果表示部１７に表示して、サンプルに対する処理を終了する。

なお、この場合は、サンプルは正常で、ステップＳ４において第１評価値Ｙｒが第１許容値範囲から例外的に外れたものなので、その旨を結果表示部１７に表示することもできる。

一方、ステップＳ７において、第２評価値Ｙｅが第２許容値範囲内にない場合（ＮＯの場合）には、サンプルはＮＧと判定し（ステップＳ８）、更に、サンプル信号とデータベース部１５に格納されている各種ＮＧデータとに基づいて、上記（１）式と同様にして、異常原因特定用評価値を算出する。即ち、サンプル信号と各種ＮＧデータとの差の絶対値と、対応するＮＧデータとの比の平均値を表わす異常原因特定用評価値をそれぞれ算出する（ステップＳ９）。

その後、算出した複数の異常原因特定用評価値のうち、最小の異常原因特定用評価値に対応する評価項目をＮＧの原因として特定して（ステップＳ１０）、その評価結果を結果表示部１７に表示してサンプルに対する処理を終了する。

以上のように、本実施の形態では、サンプルである評価対象のエンジン１の回転中における振動を１個の振動センサ２で検出し、その検出したサンプル振動信号を２乗処理部１３及びエンベロープ処理部１４で順次処理した後、評価部１６においてエンベロープ処理部１４から出力されるサンプル信号とデータベース部１５に格納した正規基準データとに基づいて上記（１）式に従って両者の振幅差の絶対値に基づく第１評価値Ｙｒを算出し、その算出した第１評価値Ｙｒがデータベース部１５に格納した第１許容値範囲内にある場合には、サンプルをＯＫと判定し、第１許容値範囲内にない場合には、更に、サンプル信号とデータベース部１５に格納した正規基準データよりも低レベルの例外的基準データとに基づいて上記（２）式に従って両者の振幅差（相対値）に基づく第２評価値Ｙｅを算出し、その算出した第２評価値Ｙｅがデータベース部１５に格納した第２許容値範囲内にある場合には、サンプルをＯＫと判定し、第２許容値範囲内にない場合には、サンプルをＮＧと判定するようにしたので、サンプルが正常な場合で、例外的に低レベルの異常なサンプル信号が検出される場合であっても、サンプルを正常と判定することができ、誤判定を回避できる。

しかも、第１評価値は、所定クランク角度範囲に亘るサンプル信号と正規基準データとの振幅差の絶対値と正規基準データとの比に基づいて算出し、第２評価値についても、所定クランク角度範囲に亘るサンプル信号と例外的基準データとの振幅差（相対値）と例外的基準データとの比に基づいて算出するので、振動センサ２の設置位置から各振動源までの距離に関係なく、各振動源のレベルを平等に評価することができるとともに、サンプルの振動を検出するので、インジェクタ音、ベルト擦れ音、ダイナモ回転音、排気音、通風口音等の外乱に影響されることもない。従って、１つの振動センサ２をエンジン１の任意の所定位置に設置する簡単な構成で、エンジン１を効率よくかつ高精度で評価することができる。

また、サンプルがＮＧの場合には、更にサンプリングしたサンプル信号とデータベース部１５に格納した各ＮＧデータとに基づいてそれぞれ異常原因特定用評価値を算出し、その最小の異常原因特定用評価値に対応する評価項目をＮＧの原因として特定して、その評価結果を結果表示部１７に表示するようにしたので、振動センサ２の故障等による評価装置自身の異常を含むＮＧの原因を自動的に特定することができる。

しかも、クランク角度算出部１２、２乗処理部１３、エンベロープ処理部１４、データベース部１５、評価部１６、及び結果表示部１７を有する演算装置１１は、ＰＣを有して構成できるので、装置全体を簡単かつ安価にできる。

また、エンジン１の全ての吸気バルブ及び排気バルブがバルブクリアランスの公差中央値にあるときをエンジン１の基準正常状態として、そのときにエンベロープ処理部１４から正規に出力される正規出力信号及び例外的に出力される例外的出力信号をそれぞれ正規基準データ及び例外的基準データとしてデータベース部１５に格納するようにしたので、正規基準データ及び例外的基準データを簡単に設定できるとともに、エンジン１のバルブクリアランスが公差中央値から所定の範囲にあるか否かを評価することができる。

更に、正常状態にある複数台のエンジン１について、上記（１）式による第１評価値及び上記（２）式による第２評価値を算出して、それぞれのバラツキ範囲を第１許容値範囲及び第２許容値範囲としてデータベース１５に格納するので、エンジン１の量産バラツキを考慮した第１許容値範囲及び第２許容値範囲を簡単に設定することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、第１評価値は、サンプル信号と正規基準データとの振幅差（絶対値）と正規基準データとの比の平均値に限らず、上記比の累積値（積分値）、或いは単にサンプル信号と正規基準データとの振幅差の絶対値の累積値（積分値）とすることもできる。この場合、第１許容値範囲は、上記累積値の量産バラツキに応じて設定すればよい。これは、異常原因特定用評価値についても同様である。また、上記実施の形態では、振動センサ２でエンジン１の振動を検出し、その振動信号からエンジン１を評価するようにしたが、マイクロフォンでエンジン１の発生音を検出し、その検出信号からエンジン１を評価するようにすることもできる。更に、エンジン１を評価するクランク角度範囲は、評価項目に応じて任意に設定することもできるし、エンジン１の評価についても、単にＯＫ、ＮＧのみを評価し、異常項目の特定を省略することもできる。

本発明の実施の形態におけるエンジン評価装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 エンジン評価装置の動作を説明するためのフローチャートである。 振動センサで検出される振動信号の一例を示す波形図である。 図３に示した振動信号の２乗処理信号を示す波形図である。 図４に示した２乗処理信号をエンベロープ処理したサンプル信号を示す波形図である。 サンプル信号と正規基準データとの発生タイミングのずれの一態様を示す部分拡大図である。 サンプル信号と正規基準データとの差の算出方法を説明するための図である。 誤判定の発生を説明するための図である。 サンプル信号と例外的基準データとの差の算出方法を説明するための図である。

符号の説明

１ 評価対象エンジン（サンプル）
２ 振動センサ（振動検出手段）
１１ 演算装置
１２ クランク角度算出部（クランク角度算出手段）
１３ ２乗処理部（２乗処理手段）
１４ エンベロープ処理部（エンベロープ処理手段）
１５ データベース部（データベース）
１６ 評価部（評価手段）
１７ 結果表示部

Claims (10)

1. 回転中のエンジンの発生音または振動を検出する第１行程と、
   上記第１行程で検出される検出信号波形と予め設定した上記エンジンが基準正常状態にあるときの正規基準波形との所定クランク角度範囲に亘る振幅差の絶対値に基づいて第１評価値を算出する第２行程と、
   上記第１評価値が予め設定した第１許容値範囲内にあるか否かを判定する第３行程と、
   上記第１評価値が上記第１許容値範囲内にないと判定されたときに、上記検出信号波形と予め設定した上記エンジンが基準正常状態にあるときの例外的基準波形との所定クランク角度範囲に亘る振幅差に基づいて第２評価値を算出する第４行程と、
   上記第２評価値が予め設定した第２許容値範囲内にあるか否かを判定する第５行程と、
   を含むことを特徴とするエンジン評価方法。
2. 上記第２行程では、上記第１評価値を、上記検出信号波形と上記正規基準波形との振幅差の絶対値と、上記正規基準波形の振幅との比の累積値またはその平均値として算出し、
   上記第４行程では、上記第２評価値を、上記検出信号波形と上記例外的基準波形との振幅差と、上記例外的基準波形の振幅との比の累積値またはその平均値として算出することを特徴とする請求項１に記載のエンジン評価方法。
3. 上記第５行程で上記第２評価値が上記第２許容値範囲内にないと判定されたときは、上記検出信号波形と複数の評価項目の各々について予め設定した異常波形との所定クランク角度範囲に亘る振幅差に基づいて異常原因特定用評価値をそれぞれ算出し、これら算出した異常原因特定用評価値のうち最小の異常原因特定用評価値に対応する評価項目を異常の原因として特定することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン評価方法。
4. 上記各異常原因特定用評価値は、上記検出信号波形と上記対応する評価項目の異常波形との振幅差の絶対値と、上記対応する評価項目の異常波形の振幅との比の累積値または平均値として算出することを特徴とする請求項３に記載のエンジン評価方法。
5. 回転中のエンジンの振動を検出する一つの振動検出手段と、
   上記振動検出手段で検出される振動信号を２乗する２乗処理手段と、
   上記２乗処理手段の出力波形をエンベロープ処理するエンベロープ処理手段と、
   上記エンジンのクランク角度を算出するクランク角度算出手段と、
   上記クランク角度算出手段で算出される所定クランク角度範囲に亘って、上記エンジンが基準正常状態にあるときの上記エンベロープ処理手段の正規出力信号を正規基準データとして、上記エンジンが基準正常状態にあるときの上記エンベロープ処理手段の例外的出力信号を例外的基準データとしてそれぞれ予め格納するとともに、上記正規基準データに対する上記エンジンの許容正常範囲を表わす第１許容値範囲及び上記例外的基準データに対する上記エンジンの許容正常範囲を表わす第２許容値範囲を予め格納するデータベースと、
   上記クランク角度算出手段で算出される所定クランク角度範囲に亘って、上記エンベロープ処理手段の出力信号と上記データベースに格納されている上記正規基準データとの振幅差の絶対値に基づいて第１評価値を算出して、その算出した第１評価値が上記データベースに格納されている上記第１許容値範囲内にあるか否かを判定し、第１許容値範囲内にないときは、上記エンベロープ処理手段の出力信号と上記データベースに格納されている上記例外的基準データとの振幅差に基づいて第２評価値を算出して、その算出した第２評価値が上記データベースに格納されている上記第２許容値範囲内にあるか否かを判定する評価手段と、
   を有することを特徴とするエンジン評価装置。
6. 上記評価手段は、
   上記第１評価値を、上記出力信号と上記正規基準データとの振幅差の絶対値と、上記正規基準データとの比の累積値またはその平均値として算出し、
   上記第２評価値を、上記出力信号と上記例外的基準データとの振幅差と、上記例外的基準データとの比の累積値またはその平均値として算出することを特徴とする請求項５に記載のエンジン評価装置。
7. 上記エンジンの全ての吸気バルブ及び排気バルブがバルブクリアランスの公差中央値にあるときを上記基準正常状態として、そのときに上記エンベロープ処理手段から得られる正規出力信号を上記正規基準データとして上記データベースに格納するとともに、そのときに上記エンベロープ処理手段から得られる例外的出力信号を上記例外的基準データとして上記データベースに格納することを特徴とする請求項５または６に記載のエンジン評価装置。
8. 正常状態にある複数台のエンジンについて、上記エンベロープ処理手段から正規に出力される正規出力信号と上記データベースに格納されている上記正規基準データとの振幅差の絶対値に基づいて上記第１評価値をそれぞれ算出して、エンジンの量産バラツキによる上記第１評価値のバラツキ範囲を求め、この第１評価値のバラツキ範囲を上記第１許容値範囲として上記データベースに格納するとともに、上記エンベロープ処理手段から例外的に出力される例外的出力信号と上記データベースに格納されている上記例外的基準データとの振幅差に基づいて上記第２評価値をそれぞれ算出して、エンジンの量産バラツキによる上記第２評価値のバラツキ範囲を求め、この第２評価値のバラツキ範囲を上記第２許容値範囲として上記データベースに格納することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のエンジン評価装置。
9. 上記データベースには、上記クランク角度算出手段で算出される所定クランク角度範囲に亘って、上記エンジンの複数の評価項目について、それぞれ異常時に上記エンベロープ処理手段から出力される異常出力信号を異常データとして予め格納し、
   上記評価手段では、上記第２評価値が上記第２許容値範囲内にないときは、上記クランク角度算出手段で算出される所定クランク角度範囲に亘って、上記エンベロープ処理手段の出力信号と上記データベースに格納されている複数の異常データとの振幅差の絶対値に基づいて異常原因特定用評価値をそれぞれ算出し、これら算出した異常原因特定用評価値のうち最小の異常原因特定用評価値に対応する評価項目を異常の原因として特定することを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載のエンジン評価装置。
10. 上記評価手段は、上記各異常原因特定用評価値を、上記出力信号と上記対応する評価項目の異常データとの振幅差の絶対値と、上記対応する評価項目の異常データとの比の累積値またはその平均値として算出することを特徴とする請求項９に記載のエンジン評価装置。
    

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