JP5930190B2 - エンジン回転計 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの回転速度を計測するエンジン回転計に関するものである。

予め回転計が組み込まれていないエンジンに後付容易な回転計としては、エンジンによって回転駆動されるオルタネータの出力電圧にエンジンの回転に同期した変動が現れることを利用して、オルタネータの出力電圧の変動の周波数に基づいてエンジンの回転数を計測する回転計や（たとえば、特許文献１）、ディーゼルエンジンの燃料管がディーゼルエンジンの回転に同期して行われる燃料噴射によって振動することを利用して、ディーゼルエンジンの燃料管の振動数に基づいてエンジンの回転数を計測する回転計が知られている（たとえば、特許文献２）。

特開平１０-３０６７４３号公報 特開平０６-０２６３９６号公報

上述したオルタネータの出力電圧の変動の周波数に基づいてエンジンの回転数を計測する技術によれば、オルタネータの出力電圧には自動車内の各種電装品の電力消費の変化やノイズによる変動が発生することがあるために、回転数の誤計測を生じ易い。
また、燃料管の振動数に基づいてエンジンの回転数を計測する技術によれば、ディーゼルエンジンの制御が走行中にアクセルがオフされたときに燃料噴射を停止するものである場合は、当該燃料噴射が停止されるため、その期間中エンジンの回転数を計測することができなくなる。

また、エンジン自体がエンジンの回転に同期して振動することを利用して、エンジンの振動数に基づいてエンジンの回転数を計測することも考えられるが、走行中には当該走行による振動も併せ生じるために回転数の誤計測を生じ易い。
そこで、本発明は、後付容易、かつ、より誤計測の少ない安定的なエンジンの回転数の測定を行うことができるエンジン回転計を提供することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、補機としてオルタネータを備えたエンジンの回転数を計測するエンジン回転計に、前記オルタネータから外部に漏洩する磁束による磁界の変化を表す磁気検出信号を出力する磁気センサと、前記磁気検出信号の周波数に、予め設定された、前記磁気検出信号の周波数に対する前記エンジンの回転周波数の比を表す換算係数を乗じて前記エンジンの回転数を算出する回転数算出手段とを備えたものである。

ここで、このようなエンジン回転計は、前記回転数算出手段において、前記磁気検出信号の周波数として、前記磁気検出信号のパワースペクトルにおいてピークが現れる周波数を算定するように構成してもよい。
このようなエンジン回転計によれば、エンジンの回転に同期して回転するオルタネータの、オルタネータの回転周波数の逓倍の周波数で変動する当該オルタネータの漏洩磁束による磁界に基づいてエンジンの回転数を測定することができる。そして、オルタネータは、エンジンの回転中、必ずエンジンの回転に同期して回転する。また、オルタネータの漏洩磁束に対する外乱の影響は比較的小さい。

したがって、本発明に係るエンジン回転計によれば、より誤計測少なく安定的にエンジンの回転数の測定を行うことができる。また、磁気センサは、厳密な位置決を行わずとも、オルタネータから外部に漏洩する磁束による磁界の変化の検出を行うことができ、また、通常、交換や補修のためにエンジンルーム内のアクセス容易な位置に搭載されているオルタネータのケース周囲に取り付ければ足りるので、本発明に係るエンジン回転計は後付容易である。

ここで、このようなエンジン回転計に、さらに、前記エンジン回転計の校正を行う校正部を設け、前記校正部において、前記エンジンの回転に同期して変動する所定の事象を検知する、前記磁気検出センサと異なるセンサを用いて前記エンジンの回転周波数を算出し、前記磁気検出信号の周波数に対する、前記センサを用いて算出した前記エンジンの回転周波数の比を、前記換算係数として設定するように構成してもよい。

また、この場合には、前記磁気検出センサと異なるセンサを、エンジンの振動を表す検出信号を出力する振動センサ、または、前記エンジンの発生音を表す検出信号を出力するマイクロホンとし、前記校正部において、前記磁気検出信号のパワースペクトルにおいてピークが現れる周波数に対する、前記検出信号のパワースペクトルにおいてピークが現れる周波数の比に基づいて、前記換算係数を決定して設定するようにしてもよい。

これらのようにすることにより、磁気検出信号をエンジンの回転数に換算するために用いる換算係数を精度良く求めて自動設定することができるようになる。

以上のように、本発明によれば、後付容易、かつ、より誤計測の少ない安定的なエンジンの回転数の測定を行うことができるエンジン回転計を提供することができる。

本発明の実施形態に係るエンジン回転計の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る本発明の実施形態に係るエンジン回転計のセンサの取り付け例を示す図である。 本発明の実施形態に係る換算係数設定処理とエンジン回転数算出処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る換算係数設定処理の処理例を示す図である。

以下、本発明に係るエンジン回転計の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係るエンジン回転計の構成を示す。
ここで、本実施形態に係るエンジン回転計が適用される自動車にはエンジンの回転計が予め備えられておらず、本実施形態に係るエンジン回転計は、後付で自動車に装備されるものである。また、エンジンは、補機としてエンジンによってエンジンの回転に同期して回転駆動されるオルタネータを備えたエンジンである。

さて、図示するように、エンジン回転計１００は、自動車に搭載されたエンジン２００の振動を検出する振動センサ１と、オルタネータ３００の漏洩磁束を検出する磁気センサ２と、計測装置３とを備えている。
ここで、図２に示すように、振動センサ１は、エンジン２００のフレーム上部などに磁石、吸盤などを用いて固定され、エンジン２００の振動（変位、速度、加速度）を表す振動検出信号を出力する。また、磁気センサ２はオルタネータ３００の側面にオルタネータ３００の換気孔などを利用して固定され、オルタネータ３００から外部に漏洩する磁束による磁界の強さの変化を表す磁気検出信号を出力する。ここで、磁気センサ２は、オルタネータ３００の周方向の磁界の強さの変化を検出するように配置することが好ましい。

なお、振動センサ１としては、動電型振動検出器などを用いることができ、磁気センサ２としてはコイルなどを用いることができる。
さて、図１に戻り、計測装置３は、振動センサ１の出力する振動検出信号を受け入れ増幅する第１インタフェース部３１、磁気センサ２が出力する磁気検出信号を受け入れ増幅する第２インタフェース部３２、信号処理部３３、制御部３４、操作部３５、表示部３６、外部出力部３７とを備えている。

また、信号処理部３３は、第１インタフェース部３１が増幅した振動検出信号にFFTを施し、振動検出信号のパワースペクトルを算出する第１FFT部３３１、第２インタフェース部３２が増幅した磁気検出信号にFFTを施し、磁気検出信号のパワースペクトルを算出する第２FFT部３３２、換算係数算出部３３３、回転数算出部３３４とを備えている。

ただし、このような計測装置３は、CPUや、メモリや、その他の周辺デバイスを有する一般的な構成を備えたコンピュータを用いて構成するようにしてもよく、この場合、以上に示した信号処理部３３、制御部３４などの各部は、CPUが予め用意されたプログラムを実行することにより実現されるものであって良い。

以下、このようなエンジン回転計の動作について説明する。
さて、エンジン回転計のオペレータはエンジン回転計１００の運用の開始に先立ち、安定した環境下に停車させた自動車のエンジン２００をアイドリング状態とした上で、エンジン回転計１００のキャリブレーションの実行を操作部３５を介してエンジン回転計１００に指示する。

エンジン回転計１００の制御部３４は、キャリブレーションの実行を指示されると、換算係数設定処理を行う。図３ａに、この換算係数設定処理の手順を示す。
図示するように、換算係数設定処理において制御部３４は、まず、信号処理部３３の第１FFT部３３１に振動検出信号のパワースペクトルを算出させるとともに、これと並行して第２FFT部３３２に磁気検出信号のパワースペクトルを算出させる（ステップ３０２）。

そして、次に、換算係数算出部３３３に、振動検出信号のパワースペクトルのピーク周波数と磁気検出信号のパワースペクトルのピーク周波数とに基づいた換算係数の算出を行わせる（ステップ３０４）。
ここで、たとえば、振動センサ１によって図４ａに示す振動検出信号が出力され、磁気センサ２によって図４ｂに示す磁気検出信号が出力された場合、第１FFT部３３１によって算出される振動検出信号のパワースペクトルは図４ｃに示すものとなり、第２FFT部３３２によって算出される磁気検出信号のパワースペクトルは図４ｄに示すものとなる。

そして、図４ｃに示す振動検出信号のパワースペクトルには、エンジン２００の回転周波数に一致したピーク周波数Feが現れ、図４ｄに示す磁気検出信号のパワースペクトルには、オルタネータ３００の回転周波数の逓倍のピーク周波数Faが現れる。そして、オルタネータ３００はエンジン２００によってエンジン２００の回転と同期して回転されるものであるため、磁気検出信号のパワースペクトルのピーク周波数Faは、振動検出信号のパワースペクトルピーク周波数Feを定数倍したものとなる。

そこで、換算係数算出部３３３では、この振動検出信号のパワースペクトルピーク周波数Feを、磁気検出信号のパワースペクトルのピーク周波数Faで除算した値Fe/Faを換算係数Kとして算出する。
さて、図３ａに戻り、このようにして換算係数Kが算出されたならば（ステップ３０４）、換算係数Kを回転数算出部３３４に設定し（ステップ３０６）、換算係数設定処理を終了する。
以上、エンジン回転計１００の制御部３４が行う換算係数設定処理について説明した。
次に、オペレータは、このようにして換算係数Kを回転数算出部３３４に設定したならば、計測開始を制御部３４に操作部３５を介して指示して、エンジン回転計１００の運用を開始する。なお、エンジン回転計１００の運用時には、振動センサ１は不要となるので、運用の開始に先だって、振動センサ１をエンジン２００や計測装置３から取り外してしまうようにしてよい。すなわち、運用時のエンジン回転計１００の構成は、図１のエンジン回転計１００の構成から振動センサ１を除いたものとしてよい。

さて、計測開始を指示されたエンジン回転計１００の制御部３４は、第２FFT部３３２と回転数算出部３３４に回転数の算出のための動作を行わせる。
すなわち、第２FFT部３３２に磁気検出信号のパワースペクトルを算出させながら、回転数算出部３３４に、図３ｂに示すように、磁気検出信号のパワースペクトルのピーク周波数Faの算出と（ステップ３５２）、算出した磁気検出信号のパワースペクトルのピーク周波数Faに設定されている換算係数Kを乗じた値K×Faをエンジン２００の回転数として算出する（ステップ３５４）処理を繰り返し行わせる。

さて、制御部３４は、このようにして回転数算出部３３４で算出されたエンジン２００の回転数を表示部３６に表示したり、エンジン２００の回転数を表す回転数信号を外部出力部３７から外部に出力する処理も行う。
以上、本発明の実施形態について説明した。
なお、本実施形態は、回転計を予め備えていないディーゼルエンジンの回転計の測定に特に好適であるが、ガソリンエンジン、水素エンジンなどのディーゼルエンジン以外のエンジン２００にも同様に適用することができる。
また、以上の実施形態は、エンジン２００の振動を検出する振動センサ１に代えて、エンジン回転計１００のキャリブレーション時の安定的な環境下においてエンジンの回転に同期して変動する所定の事象を検知する任意のセンサ、すなわち、安定的な環境下においてエンジン２００の回転数の算出に用いることのできる任意のセンサを用いるようにすることもできる。すなわち、たとえば、燃料管の振動/脈動を検出するセンサ、エンジン２００の発生音を検出するマイクロホンなどを、振動センサ１に代えて用いるようにすることもできる。

以上のように、本実施形態によれば、このようなエンジン回転計によれば、エンジン２００の回転に同期して回転するオルタネータ３００の漏洩磁束による磁界の変動に基づいてエンジン２００の回転数を測定することができる。そして、オルタネータ３００は、エンジン２００の回転中、必ずエンジン２００の回転に同期して回転する。また、オルタネータ２００の漏洩磁束に対する外乱の影響は比較的小さい。

したがって、本実施形態に係るエンジン回転計１００によれば、より誤計測少なく安定的にエンジン２００の回転数の測定を行うことができる。また、磁気センサ２は、厳密な位置決めを行わずとも、オルタネータ３００から外部に漏洩する磁束による磁界の変化の検出を行うことができ、また、通常、交換や補修のためにエンジンルーム内のアクセス容易な位置に搭載されているオルタネータ３００のケース周囲に取り付ければ足りるので、本実施形態に係るエンジン回転計１００は、予め回転計が備えられていないエンジン２００に容易に後付装備することができる。

１…振動センサ、２…磁気センサ、３…計測装置、３１…第１インタフェース部、３２…第２インタフェース部、３３…信号処理部、３４…制御部、３５…操作部、３６…表示部、３７…外部出力部、１００…エンジン回転計、２００…エンジン、３００…オルタネータ、３３１…第１FFT部、３３２…第２FFT部、３３３…換算係数算出部、３３４…回転数算出部。

Claims (3)

1. 補機としてオルタネータを備えたエンジンの回転数を計測するエンジン回転計であって、
   前記オルタネータから外部に漏洩する磁束による磁界の変化を表す磁気検出信号を出力する磁気センサと、
   前記磁気検出信号の周波数に、予め設定された、前記磁気検出信号の周波数に対する前記エンジンの回転周波数の比を表す換算係数を乗じて前記エンジンの回転数を算出する回転数算出手段と、
   前記エンジン回転計の校正を行う校正部とを有し、
   前記校正部は、前記エンジンの回転に同期して変動する所定の事象を検知する、前記磁気検出センサと異なるセンサを用いて前記エンジンの回転周波数を算出し、前記磁気検出信号の周波数に対する、前記センサを用いて算出した前記エンジンの回転周波数の比を、前記換算係数として設定することを特徴とするエンジン回転計。
   
2. 請求項１記載のエンジン回転計であって、
   前記磁気検出センサと異なるセンサは、エンジンの振動を表す検出信号を出力する振動センサ、または、前記エンジンの発生音を表す検出信号を出力するマイクロホンであって、
   前記校正部は、前記磁気検出信号のパワースペクトルにおいてピークが現れる周波数に対する、前記検出信号のパワースペクトルにおいてピークが現れる周波数の比に基づいて、前記換算係数を決定して設定することを特徴とするエンジン回転計。
   
3. 請求項１または２記載のエンジン回転計であって、
   前記回転数算出手段は、前記磁気検出信号の周波数として、前記磁気検出信号のパワースペクトルにおいてピークが現れる周波数を算定することを特徴とするエンジン回転計。