JPH0750017B2 - 内燃機関のシリンダ性能分析方法 - Google Patents
内燃機関のシリンダ性能分析方法Info
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- JPH0750017B2 JPH0750017B2 JP3190105A JP19010591A JPH0750017B2 JP H0750017 B2 JPH0750017 B2 JP H0750017B2 JP 3190105 A JP3190105 A JP 3190105A JP 19010591 A JP19010591 A JP 19010591A JP H0750017 B2 JPH0750017 B2 JP H0750017B2
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Description
分析方法に関する。
業者が搭載されたセンサ及びマイクロコンピュータの動
作に関係した問題を迅速に診断することを可能にする。
しかしながら、個々のシリンダ性能を診断するための能
力、即ち不点火又はそうでなければ動作不良のシリンダ
を識別することの能力に対する要求がある。各シリンダ
に対する圧縮圧力及び動力出力値の形のそのような情報
は各シリンダの圧縮及び動力行程によって生じた機関速
度変化から得られることができる。
定する方法」と題した米国特許第4,539,841 号は、与え
られた機関について所定の機関速度及び負荷において、
ピーク圧縮圧力及びシリンダ動力出力が適当に選択され
た角度における瞬間的な機関速度からどのように厳密に
評価されることができるかを教示している。しかしなが
ら、この特許で教示された方法は許容し得る瞬間的速度
データを発生するためにかなり高い分解能のエンコーダ
を必要とする(例えば、速度は約4゜よりも小さいクラ
ンク角度にわたって測定されるべきである)。実際に、
別個の速度センサが速度データを輪歯車から収集するた
めに使用されねばならない。
得ることは強く望ましい。低分解能のセンサは一般に点
火タイミングのために機関で使用されており、例えば6
0゜又は30゜毎に速度標本を送出することができる。
を分析する改良された方法を提供することを求める。
特許請求の範囲の請求項1に規定された内燃機関のシリ
ンダ性能分析方法を提供する。
縮及び動力出力情報を引出すこと、特にタイミング目的
のために使用される標準的な速度センサからそのような
情報を得ることが本発明によって可能である。また、診
断的データを有用な様態で提供すること及び該データを
容易に記憶することが可能である。
例示のために以下で説明される。
リンダの燃料噴射器を有し且つクランク軸回転当り6パ
ルスを送出するセンサ(6倍のエンコーダ)を有する4
シリンダガソリン機関のために特に開発された。しかし
ながら、該方法は、シリンダの数及びエンコーダの種類
に適するように適当に調節することによって、例えば6
倍、12倍、18倍又は24倍のエンコーダを用いる6
又は8シリンダを有する機関へ同じ程度にうまく適用さ
れることは理解されよう。
ク軸14に取付けられ且つそれによって回転されるエン
コーダ12を含み、該エンコーダはその周囲に60゜の
間隔で同等に離間された歯16を有する。歯16の経路
に隣接して位置決めされた電磁式速度センサ18はクラ
ンク軸14が回転された時に歯の通過を感知し且つゼロ
クロス応答方形波増幅器20へ交番出力を提供し、該増
幅器の出力は速度センサ18からの交番入力の周波数に
おける方形波信号である。この方形波信号はエンコーダ
12の各歯の通過によってパルス出力を提供するパルス
発生器22へ提供される。それ故、パルス間の時間間隔
は機関速度と反比例し、パルスの周波数は機関速度に正
比例する。
生器22によって生じたパルスを受ける。コンピュータ
24は、マイクロプロセッサ、クロック、読出し専用記
憶装置、ランダムアクセス記憶装置、電力供給ユニッ
ト、入力カウンタインタフェース及び出力インタフェー
スを含む。コンピュータ24は、手動入力指令の際又は
若干の機関状態を感知する際に、その読出し専用記憶装
置に記憶された動作プログラムを実行する。このプログ
ラムは、入力データ及びタイミング間隔を入力カウンタ
インタフェースを通して読出すステップ、入力データを
処理するステップ及び出力を出力インタフェースを通し
て表示装置26のような装置へ提供するステップを含
む。表示装置26は診断手順に関係する種々の情報を表
示するためのプリンタ又はビデオ監視装置の形をとるこ
とができる。
について平均速度を計算することによって、機関速度の
低分解能のトレースが図2でトレース30によって示さ
れるように得られ、該トレースは機関回転角度の目盛付
けで記録され、そこで0゜は1つのシリンダの上死点と
一致し、各180゜の増分は別のシリンダの上死点に対
応する。トレース30は60゜標本の連続で形成され、
各標本は角度期間と一致し且つその60゜期間にわたる
平均速度を表わす。速度標本は、S(−L)及びS(+
L)でそれぞれ示した上死点直前直後の間隔(それらが
正常に動作する機関については比較的低い値であるの
で)と、連続するシリンダの上死点間の中間の間隔で起
こる比較的高い標本S(H)とをカバーする。
ら得た高分解能の速度トレース32は実際の機関速度に
対する低分解能のトレース30の関係を現わすように図
2のグラフで重畳される。正常動作に対して、トレース
によって示された最低速度は各シリンダのおよそ上死点
において起こり、最高速度は上死点間のおよそ中間にあ
り、又は上死点の前後90゜にある。より正確には、実
際の速度は90゜位置の直前でピークに達し、90゜位
置における速度は中間点において測定された平均速度S
(H)におよそ等しい。
における機関の瞬間的速度を低分解能のトレース30か
ら評価することを含む。上述したように、中間位置にお
ける評価された速度V(H)はその期間の平均速度に等
しく設定されることができ、即ちV(H)=S(H)で
ある。
クランク軸回転の速度トレースの拡大図である図3によ
り良く示されている。単一のシリンダについて述べる
と、2つの中間速度V(H)は上死点前の点についてV
(−H)として表わされ且つ上死点後の点についてV
(+H)として表わされることが便利である。勿論、1
つのシリンダの速度V(+H)は次のシリンダの速度V
(−H)と同じである。同様に、S(H)についての表
示はS(−H)又はS(+H)として表わされることが
できる。図3で、−60゜における速度曲線は中間の平
均速度S(−H)にかなり接近していること及び−60
゜及び0゜の間のトレース32はほぼ直線であることが
注目されるべきである。−60゜及び0゜の間の期間の
平均速度は測定された値S(−L)であるので、曲線3
2上の低い値は次の関係から評価されることができる。
ある。該等式は次のように書換えられることができる。
(+H)と期間0゜から60゜までの平均速度S(+
L)とを用いて得られ、次の等式に達する。
している機関で非常に良好な評価を提供し、そこでは評
価された値と実際の値との間の差は1パーセントの分数
の誤差である1又は2RPMにすぎないことが判明して
いる。
ば、そのシリンダの値V(L)は約1%だけ過大評価さ
れる。残りの適正に作用しているシリンダのV(L)の
値は、その結果として、点火順序で動作不良なシリンダ
後の次にあるシリンダを除いて、約1%だけ過小評価さ
れる。このシリンダについて、値V(L)は実際の値よ
り3.5%まで低いことがあることが判明している。こ
れらの評価誤差は、特に誤差が障害に関係した情報を強
調する傾向があるので、診断目的のために全く許容する
ことができる。
うに、実際の速度トレース32はV字形状の評価された
トレース34によって置換えられることができる。上死
点前の中間の速度V(−H)、上死点における速度V
(L)及び上死点後の中間の速度V(+H)はトレース
を画定し、且つシリンダ性能を分析するために充分な情
報を含む。シリンダの圧縮は上死点前のトレースの勾配
を決定し、従ってV(−H)及びV(L)の差は圧縮に
ついての情報を現わす。多様な等式が情報を1つの形で
又は別の形で抽出するために作られる。例えば、相対的
圧縮RCPは次の式で決定されることができる。
(L)〕/V(L) 同様に、V(+H)とV(L)との間の差はシリンダの
動力出力の関数である。相対的動力出力RPOは次のよ
うに表わされることができる。
(L)〕/V(L) 特別のシリンダのRCP及び/又はRPOの負の値又は
明確に低い値は、他のシリンダの値と比較して、そのシ
リンダでの圧縮問題又は燃焼問題を指示する。良く運転
している機関では、RCP及びRPOの値は非常に接近
しており、機関較正及び動作状態に依存して2%から8
%までの範囲にある。
ことは特に総体的に動作不良なシリンダのシリンダ性能
についての有効な情報を現わす。しかしながら、視覚検
査のために利用し得る速度トレースは明確な障害をより
少なく現わす。診断的な速度トレースは評価された速度
V(H)及びV(L)から形成されることができる。
トレース34は図5で実際の速度トレース32の上に重
ねられて図示されている。診断的な速度トレースはこの
ため一連のV字形状の形であり、以下では機関速度特徴
と称せられる。高及び低速度点V(H)及びV(L)か
らなる9個だけのデータ点が、高分解能の速度トレース
を画定するために必要とされる180個の点と対照的に
全機関サイクルの特徴を画定するために必要とされる。
それ故、多様な既知の機関問題に関連付けられたそのよ
うな特徴のライブラリを作ることは比較的容易である。
各特徴で少ない数のデータ点は自動パターン探索を非常
に迅速且つ簡単にする。機関が新しい時にとられた始め
の速度特徴は将来の使用の基準として機関コンピュータ
に記憶されることができた。
た点火プラグを有する機関について図6に示されてい
る。各シリンダのRCP及びRPOパラメータは圧縮及
び動力として図示されている。上死点後の速度は増加す
る代わりに低下しており、動力パラメータRPOは先の
シリンダの正常値5から−4まで低下している。また、
速度の低下は次のシリンダ、第1番に影響し、それは機
関速度のゲインのためにEPOの10を示している。同
じ状態は25の連続した特徴のオーバレイの表示である
図7に示されている。同じ特徴形状は一致した機関動作
を現わす各特徴で示されている。狭い帯域はサイクルか
らサイクルにわたって比較的小さい速度変化を示す。
する機関の25の特徴のオーバレイである。各点火不良
は動力行程中(上死点後)に速度低下を生じ、それはそ
の後のサイクルに対してより低い速度を導く。シリンダ
2の複合RPO値は他のシリンダの値4及び7と比較し
て−2である。数個の特徴のオーバレイは噴射器又は点
火のいずれかの断続的な故障を明瞭に現わす。
た上死点速度、V(L)に対して各シリンダのデータを
正規化することによって提供され、数個の正規化された
速度特徴のトレースを表示する。これは特に断続的な点
火不良の場合に運転者に機関動作の非常に明瞭な指示を
与える。図9は図8の特徴を発生するために使用された
同じデータの正規化された特徴のオーバレイである。正
規化されたトレースは各個々のシリンダについてV(−
H)、V(L)及びV(+H)をV(L)で除算するこ
とによって準備される。この時、各上死点における表示
値は常に1であり、各シリンダの表示は表示された期間
にわたって速度分散を現わす各翼パターンの広がりをも
つ「蝶形」パターンをもつので、非常に円滑な運転をし
ている機関は非常に小さな翼「はばたき」をもつ緊密な
パターンをもつ。点火不良は図9でシリンダ2について
示したようにV(L)レベルより下のパターンとして即
座に現われる。
されたプログラムによってコンピュータ24で実行され
る。機関速度はクランク軸エンコーダ12によって開始
されたパルスを受けることによって感知され(ブロック
40)、平均速度はパルス間の各期間について計算され
(ブロック42)、中間の点における高い速度V(H)
は平均速度S(H)から決定され(ブロック44)、上
死点における低い速度V(L)が計算され(ブロック4
6)、各シリンダの圧縮及び動力出力パラメータはそれ
ぞれ圧縮及び燃焼段階についてV(H)及びV(L)の
間の差に基づいて計算され(ブロック48)、機関速度
特徴は1サイクルについて表示され(ブロック50)又
は数個の特徴のオーバレイが表示される(ブロック5
2)。代替的に、評価されたデータは正規化され(ブロ
ック54)、正規化された速度特徴が表示される(ブロ
ック56)。
タを決定する診断ツール及び表示装置の実施例の概略的
な線図。
度トレース及び低分解能の速度トレースのグラフ。
トレース及び低分解能の速度トレースのグラフ。
ース並びに本発明の実施例に従って低分解能の速度トレ
ースから引出された速度トレースの評価された近似値の
グラフ。
レース及び機関速度特徴のグラフ。
関特徴の表示。
族の機関特徴の表示。
いての数個の機関特徴のオーバレイの表示。
づいて数個の正規化された機関特徴のオーバレイの表
示。
実施例の流れ図。
Claims (12)
- 【請求項1】 内燃機関のシリンダ性能分析方法であっ
て、各シリンダについて該シリンダと点火順序で続く隣
接したシリンダとの上死点間の期間における機関速度を
表わす第1の値(S(H))と、該シリンダの上死点近
傍の期間における機関速度を表わす第2の値(S
(L))とを得るステップと、第1の値(S(H))に
基づいて中間の機関速度(V(H))を評価し且つ第1
の値(S(H))及び第2の値(S(L))に基づいて
上死点の機関速度(V(L))を評価するステップと、
中間及び上死点の機関速度に基づいてシリンダ性能を分
析するステップとからなる内燃機関のシリンダ性能分析
方法。 - 【請求項2】 上死点の速度(V(L))は等式V
(L)=2*S(L)−S(H)に基づいて得られる請
求項1に記載された方法。 - 【請求項3】 第2の値(S(L))が上死点前の期間
における平均機関速度(S(−L))を表わし、上死点
の機関速度(V(L))は等式V(L)=2*S(−
L)−S(H)に基づいて得られる請求項1又は2に記
載された方法。 - 【請求項4】 第1の値(S(H))はシリンダの圧縮
段階の開始を含む期間又は圧縮段階の終了を含む期間に
おける平均機関速度(S(+H)、S(−H))を表わ
す請求項1、2又は3に記載された方法。 - 【請求項5】 上死点前の機関速度を表わす値(V(−
H))を各シリンダについて求め、且つ求められた値
(V(−H))及び上死点の機関速度(V(L))に基
づいて該シリンダの相対的圧縮パラメータ(RCP)を
得るステップを含む請求項1から4までのいずれか1項
に記載された方法。 - 【請求項6】 相対的圧縮パラメータ(RCP)は等式
RCP=〔V(−H)−V(L)〕/V(L)に基づい
て得られる請求項5に記載された方法。 - 【請求項7】 上死点後の機関速度を表わす値(V(+
H))を各シリンダについて求め、且つ求められた値
(V(+H))及び上死点の機関速度(V(L))に基
づいて該シリンダの相対的動力出力(RPO)を得るこ
とのステップを含む請求項1から6までのいずれか1項
に記載された方法。 - 【請求項8】 相対的動力出力(RPO)は等式RPO
=〔V(+H)−V(L)〕/V(L)に基づいて得ら
れる請求項7に記載された方法。 - 【請求項9】 得られた機関速度から機関速度特徴を形
成するステップを含む請求項1から8までのいずれか1
項に記載された方法。 - 【請求項10】 シリンダ性能を分析するステップは各
シリンダの得られた機関速度に基づいた波形をその比較
観察のために表示するステップを含む請求項1から9ま
でのいずれか1項に記載された方法。 - 【請求項11】 複数の機関回転から複数の波形をオー
バレイ関係で表示するステップを含む請求項10に記載
された方法。 - 【請求項12】 各シリンダについて、複数の機関サイ
クルの得られた機関速度を上死点の機関速度(V
(L))に対して正規化するステップと、おのおのが1
つの機関サイクルで正規化された速度に基づいた複数の
像をオーバレイ関係で表示するステップとを含む請求項
1から11までのいずれか1項に記載された方法。
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