JPH0726971B2 - エンジン回転数計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は自動車等の車両に搭載されるエンジンの回転数
を計測するエンジン回転数計測装置に関し、一層詳細に
は、エキゾストパイプの振動を振動センサを用いて検出
し、この検出データを高速フーリエ変換パワースペクト
ラム解析することでエンジン回転数を算出するエンジン
回転数計測装置に関する。

［発明の背景］ 自動車の車両の生産ラインでは、搭載された内燃機関、
すなわち、エンジンの回転数が規定範囲内にあるか否か
を検査し、この検査結果に基づいて完成車両の品質管理
を行う必要がある。

従来、エンジンの回転数を計測する手段としては、 クランクシャフト等の回転軸より直接回転数を計測
する方法、 光の反射を利用し、エンジンの回転部分からの反射
光をパルスとして検出することで回転数を得る方法、 回転軸に歯車等を設け、電磁ピックアップ等により
磁場の変化を検出して計測する方法、 点火装置を有するエンジンにおいて、点火パルス数
を計測する方法（実開昭第61−125771号参照）、 燃料噴射装置を有するエンジンにおいて、燃料噴射
圧力パルスを検出し計測する方法、 等がある。

この場合、前記乃至の方法は完成車両に搭載された
エンジンの回転数計測には不適当である。また、の方
法は車両を構成するボンネットを開成して測定しなけれ
ばならず、の方法は燃料噴射管を交換する作業が増し
簡便さに欠ける不都合がある。従って、これらの方法で
は自動車等の車両の生産ラインに対応させることは困難
である。

一方、車両生産ラインにおける他のエンジン回転数計測
方法として、エンジンの吸排気管内の脈動圧力を検出
し、これを電気信号に変換しその周波数に基づいてエン
ジン回転数を算出する方法（実開昭第51−163983号）、
あるいはエンジンの爆発圧力に伴う振動を検出し、振動
振幅の中、最も大きい基本周波数を検出し、エンジンの
回転数を算出する方法（特公昭第54−42636号）等があ
る。

これらの方法は前記乃至の方法に比べ生産ラインに
おける仕様に適するものであるが、吸排気管に接続する
圧力導出管と脈動圧力検出のための空気圧／電気信号変
換器とが必要である。従って、前記圧力導出管等の取付
作業が面倒であるばかりでなく、計測誤差を低減するた
め高周波成分を信号処理において除去する回路が必要と
なる不都合が存在している。また、上記の方法では排気
ガスにより空気圧／電気信号変換器が劣化し易いという
欠点も指摘されている。

［発明の目的］ 本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、車両のエキゾストパイプの振動を振動センサに
よって検出し、この検出データをパワースペクトラム解
析することでエンジンの回転数を容易且つ正確に計測す
ることの出来るエンジン回転数計測装置を提供すること
を目的とする。

［目的を達成するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明は、振動センサに
より振動体の振動を検出し、検出された振動情報を解析
手段によってフーリエ変換した後パワースペクトラム解
析して振動体の最大ピーク周波数を得る計測装置におい
て、 前記振動体が被検査車両のエキゾストパイプであり、 前記最大ピーク周波数と前記被検査車両に搭載されてい
るエンジンの種別に基づいてエンジン回転数を算出する
演算手段を備えることを特徴とする。

［実施態様］ 次に、本発明に係るエンジン回転数計測装置について好
適な実施態様を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳
細に説明する。

第１図は本実施態様に係るエンジン回転数計測装置が適
用される車両品質管理システムの構成図である。参照符
号10は振動センサであり、後述する検査装置に取着され
自動的にエキゾストパイプ内に挿入される。振動センサ
10はエンジンのアイドリング状態におけるエキゾストパ
イプの振動を検出する。この検出出力は増幅器20により
増幅され、本実施態様に係るエンジン回転数計測装置12
に送られ、高速A/D変換器22を介してデジタル信号に変
換された上でバッファメモリ24に蓄積される。バッファ
メモリ24に蓄積された振動センサ10による検出信号は高
速フーリエ変換パワースペクトラム解析部26により高速
フーリエ変換され、パワースペクトラム解析が行われ
る。

参照符号28はピーク周波数抽出部を示し、高速フーリエ
変換パワースペクトラム解析部26の解析結果に基づいて
最大ピーク周波数を抽出するものである。参照符号30は
エンジン回転数演算部であり、ピーク周波数抽出部28に
より抽出された最大ピーク周波数にレジスタメモリ32中
に格納された定数を乗じることでエンジン回転数を算出
する。この場合、レジスタメモリ32に格納されるエンジ
ン回転数演算用定数は検査すべきエンジンの搭載された
車両の車種に応じて予め設定されており、当該エンジン
回転数計測装置12の組み込まれる生産ラインのホストCP
U18、ラインサイドCPU16またはキーボードディスプレイ
装置40から通信手段によりインタフェース38を介して格
納することができる。

エンジン回転数演算部30により算出されたエンジンの回
転数データはインタフェース38およびラインサイドCPU1
6を介してプリンタ装置42あるいはキーボードディスプ
レイ装置40出力される。また、エンジン回転数演算部30
により算出された回転数データは比較部34に入力され、
レジスタメモリ36に格納された車種によって定まる許容
回転数、例えば、排気ガステストを行う場合のアイドリ
ング状態におけるエンジン許容回転数と比較することに
より当該エンジンの搭載された車両のエンジン回転の合
否が判定される。この判定結果はエンジン回転数データ
と同様にインタフェース38およびラインサイドCPU16を
介してプリンタ装置42あるいはキーボードディスプレイ
装置40に出力される。この場合、レジスタメモリ36に格
納される許容回転数は当該エンジン回転数計測装置12の
組み込まれる生産ラインのホストCPU18、ラインサイドC
PU16またはキーボードディスプレイ装置40からインタフ
ェース38を介して格納することが出来る。

参照符号14は読取装置を示し、後述するように、車体に
設けられたバーコードあるいはこの生産ラインに投入さ
れる車両に係る完成車検査成績表に併記されたバーコー
ド等の識別記号を読み取り、その情報に基づきホストCP
U18の車両情報により検査すべきエンジンの搭載された
車両に係る前記定数、許容回転数等のデータをレジスタ
メモリ32およびレジスタメモリ36に供給する。

第２図は振動センサ10の取着される検査装置の構成図で
ある。同図において、参照符号50は生産ラインにおける
作業用床面を示し、前記床面50にはその平面部位よりも
低い位置にピット52が形成されている。前記ピット52内
には段部54が設けられ、この段部54を構成し水平方向に
延在する底面56に振動センサ10を取着した検査装置44が
装着される。

すなわち、前記検査装置44は底面56に取付台58を介して
装着されており、前記取付台58には検査対象である自動
車46の車幅方向に延在するレール部材60が固着される。
前記レール部材60には自動車46の前記車幅方向に延在す
る一対の平行なレール62a、62bと、前記レール62a、62b
に平行して延在するラック64とが固着される。

そこで、レール部材60に装置本体部66が変位可能に装着
される。図に示すように、装置本体部66にはレール部材
60のレール62a、62bに係合するガイド部材68を設けると
共に、このガイド部材68にはモータ70が固着される。モ
ータ70から延在する回転駆動軸にはピニオン72が軸着さ
れており、前記ピニオン72はラック64に噛合している。
また、ガイド部材68にはモータ76により鉛直方向（Ｚ方
向）に変位自在となる装置本体部66が装着される。

一方、装置本体部66の上面部にはレール部材60と同様に
自動車46の車幅方向に延在する一対のレール78a、78bを
固着し、前記レール78a、78bにはスライドテーブル80が
車幅方向に変位自在に載置される。スライドテーブル80
の上部一端側にはアングル状の取付部材82と、自動車46
に指向する方向（Ｘ方向）に延在するレール84とを固着
している。そして、取付部材82にはシリンダ86が固着さ
れ、前記シリンダ86から延在する連結部材88の一端部に
はプローブ用ガイド90が固着されており、前記プローブ
用ガイド90は自動車46に指向してレール84上に変位自在
に載設される。この場合、プローブ用ガイド90の先端部
には図示しない排気ガス分析装置に接続される測定用プ
ローブ92が装着され、また、この測定用プローブ92の取
付部には前述したエンジン回転数計測装置12に接続され
る振動センサ10が装着される。なお、スライドテーブル
80の他端側にはエキゾストパイプ98を把持するハンド94
が設けられる。

本実施態様に係るエンジン回転数計測装置が適用される
車両品質管理システムは基本的には以上のように構成さ
れるものであり、次にその作用並びに効果について説明
する。

先ず、検査用の自動車46がライン上を搬送され、アイド
リング状態で所定の検査位置に位置決めされる。この
時、車体に設けられた車種識別のための図示しないバー
コード等の識別記号が読取装置14により読み取られ、こ
の車種情報がラインサイドCPU16を介してホストCPU18に
送られる。

ホストCPU18には車種に対応しエンジン回転数算出に際
して用いられる定数データ（後述する）、エンジン回転
数許容値等の仕様データが蓄積されており、読取装置14
から送られた車種情報に対応した前記仕様データがエン
ジン回転数計測装置に送られ、レジスタメモリ32および
36に格納される。

なお、読取装置14は自動車46に対応した完成車検査成績
表に併記されるバーコード等から車種データを読み取っ
てホストCPU18に転送する構成であってもよい。また、
読取装置14により読み取られた車種情報はラインサイド
CPU16を介してホストCPU18に送られる構成としたが、ラ
インサイドCPU16とエンジン回転数計測装置12とを一体
構成とし、車種情報はエンジン回転数計測装置12を介し
てホストCPU18に送られる構成であってもよい。

さらに、ホストCPU18あるいはラインサイドCPU16が接続
されずスタンドアロンタイプとして稼動させる場合に
は、エンジン回転数計測装置12に装備された図示しない
記憶手段（RAM等）に車種に対応したデータを格納して
おき、読取装置14からの車種情報に基づいて対応するデ
ータを読み出し、レジスタメモリ32、36に格納する構成
とすることも可能である。

次いで、振動センサ10を備えた検査装置44の測定用プロ
ーブ92が検査用自動車46のエキゾストパイプ98に以下の
ように自動的に挿入される。

すなわち、前記車種情報に基づきモータ70および76が駆
動される。この場合、モータ70の駆動作用下にピニオン
72が回転し、ラック64を介してガイド部材68が夫々のレ
ール62a、62bに案内され第２図に直交する方向に移動す
る。一方、モータ76の駆動作用下に図示しない駆動機構
が動作し、装置本体部66が自動車46の高さ方向（Ｚ方
向）に変位する。結局、本体部66は検査される自動車46
の車種に対応して所定の位置まで移動することになる。
次いで、ハンド94を駆動し、エキゾストパイプ98を把持
する。この場合、スライドテーブル80はレール78a、78b
を介し装置本体部66に対して図面と直交する方向に変位
自在となっている。従って、ハンド94がエキゾストパイ
プ98を把持した際、測定用プローブ92が前記エキゾスト
パイプ98に対して正確に位置決めされることになる。

次に、シリンダ86を駆動すると、プローブ用ガイド90が
レール84に案内されて矢印Ｘ方向に変位し、これによっ
て前記プローブ用ガイド90に装着された測定用プローブ
92の先端部がエキゾストパイプ98内に挿入される。そし
て、図示しないリミットスイッチ等を介して前記測定用
プローブ92がエキゾストパイプ98内に十分且つ確実に挿
入されたことが検出されるまでシリンダ86を駆動する。

このようにして、測定用プローブ92をアイドリング状態
に維持される検査用の自動車46のエキゾストパイプ98内
に挿入した後、振動センサ10によりエキゾストパイプ98
の振動を検出する。振動センサ10により検出されたエキ
ゾストパイプ98の振動を示す信号は増幅器20を介してエ
ンジン回転数計測装置12に入力され、高速A/D変換器22
によりデジタル信号に変換された後、バッファメモリ24
に蓄積され、後述するような処理によりエンジン回転数
の計測が行われる。なお、振動センサ10の出力が高速A/
D変換器22を駆動するのに必要とされる電圧レベルを満
たす場合には増幅器20を省略することが可能である。

なお、振動センサ10が設けられた測定用プローブ92は自
動車46のエンジンがアイドリング状態にある時の排気ガ
スを測定するためのものであり、本出願人により出願さ
れ、特開昭第62−277537号として既に開示されている。
従って、この検査装置44では生産ラインにおいて排気ガ
スの測定検査と共にエンジン回転数の計測を行うことが
可能となる。

次に、エンジン回転数の計測について詳述する。

バッファメモリ24に蓄積されたエキゾストパイプ98の振
動データ（すなわち、振動センサ10による検出信号）は
高速フーリエ変換パワースペクトラム解析部26により高
速フーリエ変換パワースペクトラム解析される。

ここで、エキゾストパイプ98の振動は排気の脈動圧力の
変動波形よりもずっと複雑なものとなる。すなわち、エ
キゾストパイプ98は主として前記脈動圧力により振動す
るが、この振動にはエンジン回りの機械的振動やマフラ
ー、排気管系の共振作用等が含まれる。

一方、計測すべきエンジン排気の１秒あたりの振動数Ｐ
はエンジン回転数をＮ（rpm）、気筒数をｎとすると、 Ｐ＝N/60×n/i …(1) で表される。ここで、ｉはサイクル係数であり、例え
ば、４気筒４サイクルエンジンの場合は２回転につき４
回の爆発排気がなされる。つまり、１回転に２度の爆発
により振動が発生するのでｉ＝２となる。(1)式により
１分あたりのエンジンの回転数Ｎは、 Ｎ＝60P/（n/i） …(2) であるから、前述の４気筒４サイクルエンジンでは、 となる。

ところで、エキゾストパイプ98の振動は上記の振動数Ｐ
の周波数を基本波としているが、前述したように、極め
て複雑な波形となる。第３図は４気筒４サイクルエンジ
ンの場合のエキゾストパイプ98の振動波形を示す図であ
り、横軸に時間（ms）、縦軸に振幅（dB）をとって示し
たもので、エンジンのアイドル状態における回転数Ｎ＝
915rpmの場合の波形である。

この振動波形はエンジンの種別、マフラー、排気系の寸
法や構造、すなわち、車種によって異なってくる。従っ
て、第３図のような複雑な波形から基本波の振動数Ｐを
求めることは一般的には不可能に近い。例えば、高調波
分を除去して周波数−電圧変換を行って回転数Ｎを求め
ようとしても、高調波分を完全に除去することは極めて
難しく、大きな誤差を含むことになる。

ここで、本出願人は前述の４気筒４サイクルエンジンの
場合、振動センサ10により検出したエキゾストパイプ98
の振動をデジタル信号に変換し高速フーリエ変換してパ
ワースペクトラム解析を行ったところ、その最大ピーク
値に対応する周波数は前述の排気管系の振動の基本周波
数と一致することを見い出した。

第４図は４気筒４サイクルエンジンにおけるエキゾスト
パイプ98の振動を高速フーリエ変換しパワースペクトラ
ム解析を行った結果を示す図であり、横軸は周波数（H
z）、縦軸は振幅（dB）であり、回転数Ｎ＝915（rpm）
の場合である。第４図から諒解されるように、エキゾス
トパイプ98の振動波形には多くの周波数成分が含まれて
いるが、最大ピーク値に対応する周波数は30.5Hzであ
る。この場合、前記(1)、(2)式の関係が成立し、排気ガ
スの振動数Ｐと一致する。

同様に、Ｖ型６気筒４サイクルエンジンについてエキゾ
ストパイプ98の振動の高速フーリエ変換パワースペクト
ラム解析を行ったところ、第５図の如き結果を得た。な
お、同図は回転数Ｎ＝760（rpm）の場合のパワースペク
トラム解析波形を示す。この場合、前記(1)、(2)式から
算出される排気ガスの振動数Ｐは回転数Ｎ＝760（rpm）
からＰ＝38（Hz）となる。すなわち、(1)式よりn/i＝３
であるから、Ｐ＝N/20、Ｎ＝20Pの関係となり、Ｐ＝38
（Hz）が求められる。

ところが、Ｖ型６気筒４サイクルエンジンの場合、この
振動数Ｐ＝38（Hz）における振幅は最大ピークになら
ず、最大ピーク時の周波数は、第５図から諒解されるよ
うに、1/2調波（19Hz）となっている。この最大ピーク
時の振動数をＰ′とすると、Ｎ＝40P′とすることによ
り正しいエンジン回転数Ｎ＝760（rpm）が得られること
になる。なお、前述の４気筒サイクルエンジンにおいて
は、Ｐ′＝Ｐであり、Ｎ＝30Pとしてエンジン回転数が
求められる。従って、パワースペクトラム解析を行って
得られる最大ピーク値に対応する周波数に車種に応じた
一定の定数を乗じることによってエンジンの回転数を算
出することが出来ることとなる。

そこで、上記の原理に基づいたエンジン回転数計測装置
12における処理手順を第６図のフローチャートに従って
以下に説明する。

第１図において、高速A/D変換器22によりデジタル信号
に変換されバッファメモリ24に蓄積されたエキゾストパ
イプ98の振動データが読み出され（STP1）、高速フーリ
エ変換パワースペクトラム解析部26において高速フーリ
エ変換パワースペクトラム解析が行われる（STP2）。な
お、この解析結果は、必要に応じてキーボードディスプ
レイ装置40を構成するディスプレイに表示される（STP
3）。ここで、高速A/D変換器22としては生産ラインの使
用目的に応じ出来るだけ処理時間の短いものを選ぶこと
で計測時間を高速化することが出来る。

次に、ピーク周波数抽出部28において高速フーリエ変換
パワースペクトラム解析部26によりパワースペクトラム
解析された結果から最大ピーク値に対応する周波数が抽
出される（STP4）。

次いで、ステップ５において読取装置14により読み取ら
れた車種情報に基づき対応する定数、エンジン回転数許
容値等のデータを選択し（STP6）、このデータをホスト
CPU18からレジスタメモリ32および36に格納する。ここ
で、前記定数は車種（エンジン種別）によって異なり、
例えば、４気筒４サイクルエンジンにおいては30であ
り、Ｖ型６気筒４サイクルエンジンにおいては40であ
る。そこで、エンジン回転数演算部30において前記定数
をピーク周波数抽出部28によって抽出された周波数に乗
ずることによりエンジン回転数を算出する（STP7）。

次に、比較部34において、車種に対応したエンジン回転
数許容値と前記エンジン回転数演算部30において算出さ
れたエンジン回転数とを比較し、許容範囲内にあるか否
か、すなわち、エンジンの合否の判定を行う（STP8）。
この結果はインターフェース38を介してプリンタ装置42
あるいはキーボードディスプレイ装置40に出力される
（STP9）。

なお、上記のステップ２乃至ステップ８はマイクロプロ
セッサ等を用いてソフトウエアにより処理することも可
能であり、この場合、エンジン回転数計測装置12を構成
する要部（第２図、点線で囲んだ各部）はマイクロプロ
セッサ中の演算処理部を共通に使用する構成とすること
が可能である。

また、計測されたエンジン回転数とこの回転数が許容範
囲内にあるか否かの合否判定結果とはプリンタ装置42に
おいて完成車検査成績表にプリントアウトすることが出
来る。ここで、このプリンタ装置42はホストCPU18、読
取装置14、エンジン回転数計測装置12のいずれに接続さ
れる構成としてもよい。

［発明の効果］ 以上にように、本発明によれば、エキゾストパイプの振
動を振動センサを用いて検出し、前記振動をフーリエ変
換パワースペクトラム解析して得られた計測値から最大
ピーク周波数を得、この最大ピーク周波数と被検査車両
のエンジンの種別とに基づいてエンジン回転数を求める
ように構成している。この場合、被検査車両のボンネッ
トを開成したり、あるいは特別仕様のセンサを車体に取
着する必要がなく、容易且つ迅速にエンジン回転数を計
測することが出来る。また、振動をパワースペクトラム
解析することでエンジン回転数を極めて正確に求めるこ
とも出来る。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並び
に設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置が適用される車両品質管理システム
の概略構成ブロック図、 第２図は本発明装置が適用される車両品質管理システム
を構成する検査装置の構成説明図、 第３図は４気筒４サイクルエンジンにおけるエキゾスト
パイプの振動波形の説明図、 第４図は４気筒４サイクルエンジンにおけるエキゾスト
パイプの振動をフーリエ変換パワースペクトラム解析し
た結果の説明図、 第５図はＶ型６気筒４サイクルエンジンにおけるエキゾ
ストパイプの振動をフーリエ変換パワースペクトラム解
析した結果の説明図、 第６図は本発明装置が適用される車両品質管理システム
の処理手順を示すフローチャートである。 10……振動センサ 12……エンジン回転数計測装置 14……読取装置、16……ラインサイドCPU 18……ホストCPU 26……高速フーリエ変換パワースペクトラム解析部 28……ピーク周波数抽出部 30……エンジン回転数演算部 32……レジスタメモリ 34……比較部、36……レジスタメモリ 40……キーボードディスプレイ装置 42……プリンタ装置、44……検査装置 46……自動車、92……測定用プローブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−134670（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−118788（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−222775（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−149975（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−93620（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−663（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−664（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】振動センサにより振動体の振動を検出し、
   検出された振動情報を解析手段によってフーリエ変換し
   た後パワースペクトラム解析して振動体の最大ピーク周
   波数を得る計測装置において、 前記振動体が被検査車両のエキゾストパイプであり、 前記最大ピーク周波数と前記被検査車両に搭載されてい
   るエンジンの種別に基づいてエンジン回転数を算出する
   演算手段を備えることを特徴とするエンジン回転数計測
   装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の装置において、演算手段は
   最大ピーク周波数に被検査車両のエンジンの種別に基づ
   く定数データを乗じることでエンジン回転数を算出する
   よう構成することを特徴とするエンジン回転数計測装
   置。