JPH0357937A - 容積型機械の作動状態測定方法および測定装置 - Google Patents
容積型機械の作動状態測定方法および測定装置Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
関するもので、特に、自動車用エンジンにおける図示平
均有効圧力を簡易的に測定するノj法および装置に関す
る。
ルごとに積極的に作業流体を流入させて、その空間の体
積を境界面の移動によって動力や圧力を作り出すもので
ある。すなわち、容積型機械には熱機関に限らず、流体
機械(圧縮機、ポンプ、水カモータ、油圧モータ等)、
熱機関の逆サイクルによる冷凍機等も含まれる。
コンピュータ制御が広く行われるようになっている。こ
のようなコンピュータ制御の一つの目的は燃費を改善す
ることにあり、そのためにはエンジンを稀薄限界になる
べく近い状態で運転することが必要である。
制御目標である稀薄限界そのものが回転速度、負荷、大
気状態などによって悪化するため、制御が困難であると
いう問題がある。また、稀薄限界を超えると、燃焼変動
や失火の増加によってドライバビリティや排気特性が急
激に変化することも大きな問題である。したがって、従
来のような空燃比のみに着目したエンジン制御では制御
目標を稀薄限界よりも過濃側に設定しており、高精度の
制御は行われていないことが多い。
ちながら、稀薄域での制御精度を上げるためには、エン
ジンの燃焼状態を直接示す、図示平均有効圧Piをエン
ジン制御情報として用いることが有益であり、かつ望ま
れる。
の容積、■ を行程容積として以下のようS に定義される。
)式によってP1が算出されている。
Mのデータのうち上死点から数えてj番めの圧カデータ
、またV.はその時の燃焼室内容積を意味すJ る。すなわち、指圧線図から読み取った圧力値とエンジ
ン諸元から定まる燃焼室内容積変化との債を、1サイク
ルにわたって数値積分すればよい。
ができ、このような方式による装置はP.1 メータとして市販されている。
圧力データをサンプリングするA/D変換器や、角度に
対する容積のデータをメモリ内に持っていなければなら
ない。例えば4サイクルエンジンの場合で1″ごとにサ
ンプリングを行うものとすれば圧力と容積で合計720
個のデータを扱わなければならない。その結果、必然的
にメモリ容量と演算時間の増大を招く。
ても現実の自動車用エンジンのP,制御1 用には適用が困難である。
つ簡便に求めることのできる容積型機械の作動状態測定
方法およびそのための装置を提供することを目的とする
。
、運転状態にある容積型機関における行程サイクルに関
連した波動の基本波成分およびその高調波成分を求め、
これらを合成して作動状態を表わす信号を求めることを
特徴としている。
であると良い。
分を求める過程は、指圧波形を含む信号をフィルタを通
すことにより得られることが好ましい。また各成分は振
幅あるいは位相単独でもよい。
圧波形に関連した機械的信号、例えば音信号から特定周
波数成分を求める機械的フィルタであっても良い。
成分との関係を利用して基本波戊分を演算して求めるこ
ともできる。
あっても良い。
置によれば、運転状態にある容積型熱機関の指圧波形か
ら基本波成分およびその高調波成分をそれぞれ取出す複
数のフィルタ手段と、このフィルタ手段の出力値のうち
行程サイクルに関連した値を保持する複数の保持手段と
、この複数の保持手段の出力を合成して作動状態を表わ
す信号を求める合或手段とを備えたことを特徴としてい
る。
波数が機関のサイクル速度に応じて変化するものである
と好ましい。
が含まれており、この中には熱機関状態に関連する情報
も含まれている。このため、特定成分を取り出すことに
より熱機関状態を表わす情報を取出すことができること
が判明した。例えば、後述するように、指圧波形からエ
ンジンの回転速度の1.2.4倍の周波数成分を抽出し
て合成することにより、図示平均有効圧Piを簡便に精
度良く取り出すことができる。
往復動エンジンの場合をとりあげる。
−2π/T)の整数倍の角速度を持つ調和振動の合成と
して、フーリエ級数の形で表現することができる。
度ωとエンジンの角速度ω との間にはωe 一hω (4サイクル機関:h−1/2、2サイe クル機関:h−1)関係があることを考慮してP(ωt
)をフーリエ級数の形で表わすとP(ωt)mP(hω
t) C である。
幅と位相であり、aOはP(ωt)の平均値を示す。
わせば、燃焼室容積Vは高次の要素を省C 略して ただしr:クランク半径、g λ一ft / r であり、したがって容積変化d して以下のように表わせる。
e e を用いて式(1)の積分(ただし積分区間はO≦θ ≦
2π/h)を行うと、 e が以下のように求められる。
関与する周波数成分を取出すと、4サイクル機関ではh
−1/2より C sin (ωt+φ ). C sin (2ωt
+φ4),2 e24 eCB
sin (4ω8t+φ8)(7)一方、2サイクル
機関ではh−1より、C S111 (ωt十φ
),C2sin (2ω8t十φ2),t
el C sin (4ωt+φ4)(8) 4e となる。
いても、P5は圧力波形に含まれるエン1 ジン角速度の1、2、4倍の周波数成分によってのみ定
まることが明らかである。4サイクル・2サイクル両機
関での記号の統一を図るため、ここで回転速度の1、2
、4次戊分の振幅を単にC1、c c また位相差
をψ1、φ2、φ4と置2 ゝ 4 ゝ くと、図示平均有効圧P1は式(6)より粘局次のよう
に表わすことができる。
4倍の周波数成分を抽出し、これらの波形に基づいて式
(9〉の演算を行えば、P,の険出か可1 能となることを示唆している。
明らかである。
関(ボア*ストローク: 7 8mm* 6 2mm、
行程容積=296cId1圧縮比:7.4、点火肪期:
BTDC 23deg)を用い、これから得られた指
圧線図によって、計算上で式(9)の妥当性を確認した
ものである。なお、運転条件は回転速度2430〜25
1Orpm,スロットル開度4/4、また空燃比A/F
は8.7〜17.2である。
ンプリングされた720個の圧力データを用い、式(1
)をシンプソンの1/3則により数値積分して求めた図
示平均有効圧{P1}。てあり、同圧力データを調和分
析して求めた各成分の振幅、位相から、P.は式(9)
、またfP,l,。
式({0)、iP,l 1は式(9)右辺第一項以外の
項を全て省略した式(l1)からそれぞれ計算した平均
有効圧である。また誤差e(%)は{P.} 一計算値
l *100/ {P,l。と10 して算出している。
基準値{P,}。と式(9)によるP,との差は0.0
5%以内、{P1}。と {Pl’l2との差は0. 2%以内である。このこ
とから、先の測定原理の妥当性が確認され、P および
(P,l,。の値は十分実用になる値で■ ある。また、fP11 1でも9%以内であり、測定用
途によっては実用になる値である。
を示すブロック図である。ここでは簡略化のために2次
までの周波数成分を使用する形式のちのを示している。
対応する2つの帯域フィルタ2および3にそれぞれ人力
される。これらの帯域フィルタの中心周波数(例えば第
1次戊分用としては100Hz程度)は、ロータリエン
コーダ等のエンジン回転数検知器4により検知されたエ
ンジン四転数に基づきFVコンバータ5で制御電圧V1
およびV2の値によって自動的に変化させられる。これ
は、発明者の実験により中心周波数の設定精度がPiの
計測精度に非常に大きな影響を及ぼすことが判明してい
る為である。
0 は上死点後のクランク角90゜を検出するATDC90
deg検出回路7の出力信号で動作を行うサンプルホー
ルド回路6により第1次成分がサンプルホールドされ、
c cos(pJが出カさl れる。同様に、帯域フィルタ3の出力 C2s4n(2ω8t+φ2)は上死点後のクランク角
45°あるいは225゜を検出する ATDC45deg検出回路9の出力信号で動作を行う
サンプルホールド回路6に第2次戊分がサンプルホール
ドされ、C2cosφ2が出力される。
用いる乗算器10によって1/2λを掛けあわされる。
ψ1は加算器12で加算され、さらに係数πまたはπ/
2が乗算器13で掛け合わされる。この結果乗算器l3
の出力は式(10)に表わされたPiとなり、出力端子
14から出力される。
第2次周波数成分、さらにこれらを合成して得られる指
圧線図の各理論値をコンピュータでシミュレートし、得
られた結果を第2図に示す。
ついての理論値と第1図の装置により得られた両戊分と
の誤差を図示したものである。同図からわかるようにこ
れらの誤差は5%以下で小さく、本発明の方法の精度は
十分に高い。また、前述した表を参照すると、第2次成
分までを用いれば実用上十分な精度を得ることができる
ことが立証された。
の一部を示すブロック図である。同図は第1図における
サンプルホールド回路の変形例を示すもので、帯域フィ
ルタの出力 Clsin (ωt+ψ1)またはC2sine (2ω t十φ2)からサンプノレホールド部21e でClsinψ1またはC sinψ2を求めると共
2 にピークホールド部22でC1またはc2を求め、これ
らから演算器24で として算出可能である。
の一部を示すブロック図である。この構成では指圧波形
を帯域フィルタに人力する前に微分器15で微分してい
る点、加算器12の出力にVs情報を掛け合わせて図示
出力Liを求める乗算器17、加算器12の出力からF
Vコンバータ50州力を用いて周波数成分を取り除くた
めの乗算器18を有している点を除けば第1図に示した
実施例とほぼ同じである。
数ω ,2ω のBPF2および3に通e
e すと、その出力は、 d fP (hωt) l−ωC eos (ω。t+ψ{
) とdt e Q 1 2ω8c2COS(2ω8t+ψ2) とナル。
ける各威分,の読みは、ω t一θ 一〇C
C より ω。c1coS(ω。t+ψI)−(IJ, Clco
sψ12ω。c2cOS(2ω8t+ψ2〉−2ω8C
2COSψ2となる。
Qまま残しておけば、図示出力L1の算出が可能であ
る。1サイクルの周期はTであり、T−Tc/hとなる
ことを考慮すれば、図示出力Liは以ドのように表わせ
る。
した場合、扱うデータが少ないため、大きなメモリ容量
は不要でかつ演算時間も短くてすむため、実際の自動車
に搭載して失火判定やエンジン制御のための情報を得る
ことができる。
例では例えば1°毎の回転を検出できるロークリエンコ
ーダを用いているか、計測精度をそれ程要しない場合に
は何等かの形で回転を検出できるもの、例えば電子燃料
噴射(EFI)用の回転ピックアップなどを使用するこ
とかできる。
用することができる。
ンク角90’,45’または25″を用いたが、エンジ
ンの特性により他のクランク角を選択することもできる
。
域フィルタなどの電気的な部品を用いて電気的に装置を
構成したが、本発明はこのようなものに限られない。
関連する波動から周波数成分を抽出して合成することに
より機械の作動状態に関連する情報が得られることを特
徴としているのであり、この観点からは波動として機械
的信号、例えば機関音を音響ピックアップ、またはノッ
クセンサやプラグワッシャ型インジケータなどを用いて
取り帛し、その出力信号を特定の周波数特性を有する機
械的フィルタを通すことにより周波数成分を得ることが
できる。この場合には前述した1次の周波数成分が中心
となって必ずしも精度は良くはないが、この構成の場合
には何等の漬算を行うことなく情報が得られる利点があ
る。しかも、このような構成の場合、機械的フィルタの
形状を適当に設計すれば音響ビックアップと一体化でき
、非常に小形軽量化が可能となる。このような簡中な測
定器はモニタ用としてならば十分使用可能である。
ダブロックの変形信号なども利用することができる。
次成分とはPiの増加にともなって1曽加する傾向が見
られる。発明者の実験によればPiと第1次戊分との比
は常に1.2前後の値を示している。したがって、上述
の実施例における帯域フィルタは1つだけでもPiを求
めることがi1f能である。
を組合わせた状態で取出しているか、振幅または位相だ
けでも機械の状態に関連した情報を取出すことが可能で
ある。この場合は振幅は実施例に示した構成で、また位
相は例えばゼロクロス回路とコンパレー夕を追加するだ
けで容易に求めることができる。
法によれば、行程サイクルに関連した基本波成分および
その高調波成分を求め、これらを合成するだけで、平均
有効圧などの機関の状態を表わす情報を高精度で簡便に
得ることができる。
の状態を表わす情報を簡弔な構成により高精度で簡便に
得ることができる。したがって扱うデータが少ないため
、メモリ容量は少なくて済む他、演算時間も短くて済む
ため、従来自動車には使用されることのなかった平均a
効圧等の情報を制御情報として使用することが可能とな
る。
実施例としての図示平均有効圧測定機構成を示すブロッ
ク図、第2図は本発明の方法の理論値を示すグラフ、第
3図は本発明の何用性を検証した示すグラフ、第4図は
本発明にかかる容積型機械の状!T37I′II1定装
置の他の実施例の構成を示すブロック図、第5図は本発
明にかかる容積型機械の状態測定装置の他の実施例の構
成を示すブロック図である。 1・・・入力端子、2.3・・・帯域フィルタ、4・・
・エンコーダ、5・・・FVコンバータ、6、8,21
・・・サンプルホールド回路、7.7−.9.23・・
・角度検出回路、10,ICI,12,13.13−1
7.18.24・・・演算器、11・・λ設定器、14
・・・出力端子、15・・・微分器、22・・・ピーク
ホールド回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、運転状態にある容積型機械における行程サイクルに
関連した波動の基本波成分およびその高調波成分を求め
、これらを合成して作動状態を表わす信号を求めること
を特徴とする容積型機械の作動状態測定方法。 2、容積型機械の作動状態を表わす信号が図示平均有効
圧力である請求項1記載の容積型機械の作動状態測定方
法。 3、行程サイクルに関連した波動の基本波成分およびそ
の高調波成分を求める過程が、指圧波形を含む信号をフ
ィルタ手段を通すことにより得られることを特徴とする
請求項1記載の容積型機械の作動状態測定方法。 4、フィルタ手段が電気的帯域フィルタであることを特
徴とする請求項3記載の容積型機械の作動状態測定方法
。 5、フィルタ手段が指圧波形に関連した機械的信号から
特定周波数成分を求める機械的フィルタである請求項3
記載の容積型機械の作動状態測定方法。 6、機械的信号が音信号である請求項5記載の容積型機
械の作動状態測定方法。 7、高調波成分を求める過程が基本波成分およびその高
調波成分との関係を利用して基本波成分を演算して求め
ることを特徴とする請求項1記載の容積型機械の作動状
態測定方法。 8、容積型機械が往復動エンジンである請求項1記載の
容積型機械の作動状態測定方法。 9、容積型熱機関が回転エンジンである請求項1記載の
容積型機械の作動状態測定方法。 10、基本波成分および高周波成分が振幅と位相の少な
くとも一方である請求項1記載の容積型熱機関の状態測
定方法。 11、運転状態にある容積型熱機関の行程サイクルに関
連した波動から基本波成分およびその高調波成分をそれ
ぞれ取出す複数のフィルタ手段と、このフィルタ手段の
出力値のうち行程サイクルに関連した波動値を保持する
複数の保持手段と、この複数の保持手段の出力を合成し
て機関状態を表わす信号を求める合成手段とを備えた容
積型機械の作動状態測定装置。 12、行程サイクルに関連した波動が指圧波形である請
求項11記載の容積型機械の作動状態測定装置。 13、フィルタ手段が帯域フィルタであることを特徴と
する請求項11記載の容積型機械の作動状態測定装置。 14、帯域フィルタが、その中心周波数が機関のサイク
ル速度に応じて変化するものである請求項13記載の容
積型機械の作動状態測定装置。 15、フィルタ手段が指圧波形に関連した機械的信号か
ら特定周波数成分を求める機械的フィルタである請求項
11記載の容積型機械の作動状態測定装置。 16、機械的信号が音信号である請求項15記載の容積
型機械の状態測定装置。 17、容積型機械が往復動エンジンである請求項11記
載の容積型機械の作動状態測定方法。 18、容積型機械が回転エンジンである請求項11記載
の容積型機械の作動状態測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP1194811A JPH0820339B2 (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 容積型機械の作動状態測定方法および測定装置 |
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JPH0820339B2 JPH0820339B2 (ja) | 1996-03-04 |
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