JPH08319879A - 内燃機関の動作状態判定方法および装置 - Google Patents
内燃機関の動作状態判定方法および装置Info
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- JPH08319879A JPH08319879A JP7150976A JP15097695A JPH08319879A JP H08319879 A JPH08319879 A JP H08319879A JP 7150976 A JP7150976 A JP 7150976A JP 15097695 A JP15097695 A JP 15097695A JP H08319879 A JPH08319879 A JP H08319879A
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】内燃機関の運転状態を判別し、発生した各種の
異常を分別して検出する方法および装置の提供。 【構成】燃焼期間の振動を検出して振動波形信号を出力
する振動センサと、前記振動波形信号の包絡線を求める
手段と、内燃機関の少なくとも１つの既知動作状態にお
いて得られた振動波形信号の包絡線を、基準波形包絡線
として記憶するメモリと、内燃機関の未知状態において
得られた被検振動波形の包絡線を、前記基準波形包絡線
と比較し、被検振動波形の包絡線に最も近似した基準包
絡線に対応する内燃機関動作状態を出力する比較出力部
とよりなる。燃焼期間の振動波形から求めた包絡線を、
既知動作状態に対応して予め記憶された基準波形包絡線
と比較し、被検包絡線に最も近似した基準波形包絡線に
対応する内燃機関動作状態をその動作状態と判定する。
包絡線のｎ次モーメント、Ｍ次元ベクトルの射影、マハ
ラノビス距離等を演算し用いればさらに正確かつ迅速な
判定が可能になる。
異常を分別して検出する方法および装置の提供。 【構成】燃焼期間の振動を検出して振動波形信号を出力
する振動センサと、前記振動波形信号の包絡線を求める
手段と、内燃機関の少なくとも１つの既知動作状態にお
いて得られた振動波形信号の包絡線を、基準波形包絡線
として記憶するメモリと、内燃機関の未知状態において
得られた被検振動波形の包絡線を、前記基準波形包絡線
と比較し、被検振動波形の包絡線に最も近似した基準包
絡線に対応する内燃機関動作状態を出力する比較出力部
とよりなる。燃焼期間の振動波形から求めた包絡線を、
既知動作状態に対応して予め記憶された基準波形包絡線
と比較し、被検包絡線に最も近似した基準波形包絡線に
対応する内燃機関動作状態をその動作状態と判定する。
包絡線のｎ次モーメント、Ｍ次元ベクトルの射影、マハ
ラノビス距離等を演算し用いればさらに正確かつ迅速な
判定が可能になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の動作状態判定
方法および装置に関する。
方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】種々の内燃機関が、離島用や非常用の発
電設備として、また船舶の動力用などとして、他からの
動力供給が困難な状況下では広く実用されている。この
ような設備において突発的な故障が発生すると、動力供
給源としての出力低下や停止などの不具合を招き、復旧
に長時間を要するときは更に二次災害を引き起こす恐れ
もある。したがって、このような内燃機関の異常検出・
診断手法の構築と確立が望まれている。
電設備として、また船舶の動力用などとして、他からの
動力供給が困難な状況下では広く実用されている。この
ような設備において突発的な故障が発生すると、動力供
給源としての出力低下や停止などの不具合を招き、復旧
に長時間を要するときは更に二次災害を引き起こす恐れ
もある。したがって、このような内燃機関の異常検出・
診断手法の構築と確立が望まれている。
【０００３】内燃機関に発生する種々の異常の中でも、
排気弁吹き抜け異常は発生頻度が高く、その早期検出が
強く望まれている。排気弁吹き抜け異常は、燃料の燃焼
時に発生するカーボンの排気弁への付着や排気弁自体の
破損、欠損によって弁が閉じても弁座部との間に隙間が
残るために、燃焼によるシリンダ内圧の上昇が小さくな
り、充填効率が低下してエンジン効率が低下するという
問題がある。
排気弁吹き抜け異常は発生頻度が高く、その早期検出が
強く望まれている。排気弁吹き抜け異常は、燃料の燃焼
時に発生するカーボンの排気弁への付着や排気弁自体の
破損、欠損によって弁が閉じても弁座部との間に隙間が
残るために、燃焼によるシリンダ内圧の上昇が小さくな
り、充填効率が低下してエンジン効率が低下するという
問題がある。
【０００４】従来は、排気温度の上昇を監視して内燃機
関の異常を検知する方法が採られていた。
関の異常を検知する方法が採られていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】内燃機関の排気温度の
異常上昇は、上述のような排気弁吹き抜けによって起こ
るのみならず、燃料への着火遅れを惹起する燃料噴射時
期異常でも起こるので、排気弁吹き抜け異常を他から分
別して検出することは容易ではなかった。
異常上昇は、上述のような排気弁吹き抜けによって起こ
るのみならず、燃料への着火遅れを惹起する燃料噴射時
期異常でも起こるので、排気弁吹き抜け異常を他から分
別して検出することは容易ではなかった。
【０００６】本発明の目的は、内燃機関の運転状態を判
別し、発生した各種の異常を分別して確実に検出する方
法および装置を提供することにある。
別し、発生した各種の異常を分別して確実に検出する方
法および装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】内燃機関の燃焼期間の振
動を検出して振動波形信号を出力する振動センサと、前
記振動波形信号の包絡線を求める手段と、内燃機関の少
なくとも１つの既知動作状態において得られた振動波形
信号の包絡線を、基準波形包絡線として記憶するメモリ
と、内燃機関の未知状態において得られた被検振動波形
の包絡線を、前記基準波形包絡線と比較対照し、被検振
動波形の包絡線に最も近似した基準包絡線に対応する内
燃機関動作状態を出力する比較出力部とを具備する。さ
らに状態判定を正確かつ迅速に行ない、オンラインかも
可能にするために、包絡線のｎ次モーメント演算部、フ
ィッシャー評価関数を最大にある射影ベクトル演算部、
マハラノビス距離演算部などを付加することができる。
動を検出して振動波形信号を出力する振動センサと、前
記振動波形信号の包絡線を求める手段と、内燃機関の少
なくとも１つの既知動作状態において得られた振動波形
信号の包絡線を、基準波形包絡線として記憶するメモリ
と、内燃機関の未知状態において得られた被検振動波形
の包絡線を、前記基準波形包絡線と比較対照し、被検振
動波形の包絡線に最も近似した基準包絡線に対応する内
燃機関動作状態を出力する比較出力部とを具備する。さ
らに状態判定を正確かつ迅速に行ない、オンラインかも
可能にするために、包絡線のｎ次モーメント演算部、フ
ィッシャー評価関数を最大にある射影ベクトル演算部、
マハラノビス距離演算部などを付加することができる。
【０００８】内燃機関の燃焼期間の振動波形から求めた
包絡線を、内燃機関の既知動作状態に対応して予め記憶
された基準波形包絡線と比較対照し、被検包絡線に最も
近似した基準波形包絡線に対応する内燃機関動作状態を
その動作状態と判定する。前記包絡線のｎ次モーメン
ト、フィッシャーの評価関数を最大にする射影ベクト
ル、Ｍ次元ベクトルの射影、射影の分布などを既知の基
準デ−タとして内燃機機関の種々の運転状態の対応して
記憶しておき、対応するデ−タを運転中の内燃機関から
採取して比較照合すれば、正確かつ迅速な判定が可能に
なる。さらに射影の分布を正規分布と仮定し、被検振動
波形の包絡線から得られた射影と基準射影との間の前記
マハラノビス距離等を用いればさらに正確かつ迅速な判
定が可能になる。
包絡線を、内燃機関の既知動作状態に対応して予め記憶
された基準波形包絡線と比較対照し、被検包絡線に最も
近似した基準波形包絡線に対応する内燃機関動作状態を
その動作状態と判定する。前記包絡線のｎ次モーメン
ト、フィッシャーの評価関数を最大にする射影ベクト
ル、Ｍ次元ベクトルの射影、射影の分布などを既知の基
準デ−タとして内燃機機関の種々の運転状態の対応して
記憶しておき、対応するデ−タを運転中の内燃機関から
採取して比較照合すれば、正確かつ迅速な判定が可能に
なる。さらに射影の分布を正規分布と仮定し、被検振動
波形の包絡線から得られた射影と基準射影との間の前記
マハラノビス距離等を用いればさらに正確かつ迅速な判
定が可能になる。
【０００９】
【作用】基準波形包絡線と被検振動波形の包絡線とを、
例えば同一画面上に表示して対比する事もできる。包絡
線のｎ次モーメント、Ｍ次元ベクトルの射影、マハラノ
ビス距離等を用いれば、デジタル処理が可能になり、複
数の基準状態のどれに最も近似しているかの判定をより
一層正確かつ迅速に行なうことができる。
例えば同一画面上に表示して対比する事もできる。包絡
線のｎ次モーメント、Ｍ次元ベクトルの射影、マハラノ
ビス距離等を用いれば、デジタル処理が可能になり、複
数の基準状態のどれに最も近似しているかの判定をより
一層正確かつ迅速に行なうことができる。
【００１０】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の１実施例を詳
細に説明する。図１において振動センサ１０（例えば、
圧電型や半導体センサ）は内燃機関の適当箇所、例えば
シリンダヘッド（図示せず）に取付けられ、シリンダ内
での燃料の燃焼爆発に伴って発生するシリンダの振動
（加速度）を代表する電気信号を発生する。振動センサ
１０の出力は増幅器１１で増幅され、ＨＰＦ（ハイパス
フィルタ）１３に供給される。ＨＰＦ１３の出力は（全
波）整流器１４で整流された後、さらにＬＰＦ（ローパ
スフィルタ）１５を通される。これにより、センサ出力
すなわちシリンダの振動波形の包絡線が得られる。ＨＰ
Ｆ１３は、内燃エンジンの負荷変動や負荷率の変化によ
って振動波形の振幅（直流成分）が変動し、引いてはこ
れから得られる包絡線の形状が変化するのを防止するの
に有効であるが、場合によっては省略することができ
る。
細に説明する。図１において振動センサ１０（例えば、
圧電型や半導体センサ）は内燃機関の適当箇所、例えば
シリンダヘッド（図示せず）に取付けられ、シリンダ内
での燃料の燃焼爆発に伴って発生するシリンダの振動
（加速度）を代表する電気信号を発生する。振動センサ
１０の出力は増幅器１１で増幅され、ＨＰＦ（ハイパス
フィルタ）１３に供給される。ＨＰＦ１３の出力は（全
波）整流器１４で整流された後、さらにＬＰＦ（ローパ
スフィルタ）１５を通される。これにより、センサ出力
すなわちシリンダの振動波形の包絡線が得られる。ＨＰ
Ｆ１３は、内燃エンジンの負荷変動や負荷率の変化によ
って振動波形の振幅（直流成分）が変動し、引いてはこ
れから得られる包絡線の形状が変化するのを防止するの
に有効であるが、場合によっては省略することができ
る。
【００１１】図２は、７５％負荷時における信号センサ
１０の出力波形すなわちＨＰＦ１３の入力波形の１例を
示す図であり、Ａは正常時、Ｂは排気弁吹抜け異常時、
Ｃは燃料噴射時期遅れ異常時、またＤは燃料噴射時期進
み異常時に相当し、いずれも先の上死点から爆発燃焼の
終了までの振動波形を表わしている。図において、横軸
は時間、縦軸は振幅である。
１０の出力波形すなわちＨＰＦ１３の入力波形の１例を
示す図であり、Ａは正常時、Ｂは排気弁吹抜け異常時、
Ｃは燃料噴射時期遅れ異常時、またＤは燃料噴射時期進
み異常時に相当し、いずれも先の上死点から爆発燃焼の
終了までの振動波形を表わしている。図において、横軸
は時間、縦軸は振幅である。
【００１２】図３の各波形Ａ〜Ｄは、それぞれ図２のＡ
〜Ｄから得られた包絡線を示す。これら波形はそれぞれ
特有の形状を示しており、これを監視することにより内
燃機関の正常、異常、さらには異常の内容、種別を判定
できることが分かる。得られた包絡線は、必要に応じて
正規化される。正規化することにより、センサの取付け
位置や取付け状態、センサの感度などの違いによるセン
サ出力波形のばらつきを補償できる。なお、ＨＰＦ１３
およびＬＰＦ１５のカットオフ周波数はセンサ出力の周
波数分布によって決められるが、この例では事前の周波
数解析結果に基づいて１０ＫＨおよび１ＫＨｚとした。
〜Ｄから得られた包絡線を示す。これら波形はそれぞれ
特有の形状を示しており、これを監視することにより内
燃機関の正常、異常、さらには異常の内容、種別を判定
できることが分かる。得られた包絡線は、必要に応じて
正規化される。正規化することにより、センサの取付け
位置や取付け状態、センサの感度などの違いによるセン
サ出力波形のばらつきを補償できる。なお、ＨＰＦ１３
およびＬＰＦ１５のカットオフ周波数はセンサ出力の周
波数分布によって決められるが、この例では事前の周波
数解析結果に基づいて１０ＫＨおよび１ＫＨｚとした。
【００１３】上死点検出手段１２は、燃焼期間を含む膨
脹行程開始前におけるピストンの上死点を検出し、この
検出信号をトリガとしてＡ／Ｄ変換器１７を起動する。
したがってＡ／Ｄ変換器１７は、機関の膨脹行程開始前
におけるピストンの上死点検出以後の燃焼期間中の包絡
線波形をデジタル化してメモリ１８または１９に取込
む。すなわち、問題の包絡線が基準波形に関するものか
被検波形に関するものかにしたがって、基準波形メモリ
１８または被検波形メモリ１９に記憶される。基準波形
は、内燃機関の種々の既知状態（種々の負荷率における
正常、排気弁吹抜け異常、燃料噴射時期遅れ異常、燃料
噴射時期進み異常など）で得られた包絡線情報であり、
被検波形は監視状態すなわち未知状態において得られた
包絡線情報である。
脹行程開始前におけるピストンの上死点を検出し、この
検出信号をトリガとしてＡ／Ｄ変換器１７を起動する。
したがってＡ／Ｄ変換器１７は、機関の膨脹行程開始前
におけるピストンの上死点検出以後の燃焼期間中の包絡
線波形をデジタル化してメモリ１８または１９に取込
む。すなわち、問題の包絡線が基準波形に関するものか
被検波形に関するものかにしたがって、基準波形メモリ
１８または被検波形メモリ１９に記憶される。基準波形
は、内燃機関の種々の既知状態（種々の負荷率における
正常、排気弁吹抜け異常、燃料噴射時期遅れ異常、燃料
噴射時期進み異常など）で得られた包絡線情報であり、
被検波形は監視状態すなわち未知状態において得られた
包絡線情報である。
【００１４】センサ１０の出力波形の周波数帯域は約２
０ＫＨｚであるが、以上のように包絡線化することによ
り、その周波数帯域は約１ＫＨｚに減少する。このた
め、デジタル化する際のサンプリング周波数および１波
形のデ−タ量すなわち必要な記憶容量が、包絡線を使用
しない場合に比べて２０分の１に減少する。ここでは、
サンプリング周波数を８ＫＨｚに、１波形のデ−タ数
（サンプリング点数）を５０に選定して良好な検出結果
が得られた。
０ＫＨｚであるが、以上のように包絡線化することによ
り、その周波数帯域は約１ＫＨｚに減少する。このた
め、デジタル化する際のサンプリング周波数および１波
形のデ−タ量すなわち必要な記憶容量が、包絡線を使用
しない場合に比べて２０分の１に減少する。ここでは、
サンプリング周波数を８ＫＨｚに、１波形のデ−タ数
（サンプリング点数）を５０に選定して良好な検出結果
が得られた。
【００１５】上記被検包絡線は比較出力部２０において
基準波形メモリ１８に記憶された種々の基準波形包絡線
と対比照合され、被検包絡線と最も近似した基準状態
が、現在の内燃エンジンの作動状態として出力される。
具体的には、基準波形包絡線の記録、表示と並べて、ま
たはこれに重畳して被検包絡線を記録または表示するこ
とによって、対比照合が容易になる。また、正規化した
それぞれの包絡線のサンプリングデ−タをそのままで直
接比較することもできる。このようにして、内燃エンジ
ンの異常が正確に、かつ事実上の時間遅れ無しに検出で
き、遠隔監視も容易である。なお、被検波形メモリ１９
は比較出力部２０内の適当なレジスタで代用する事もで
きる。
基準波形メモリ１８に記憶された種々の基準波形包絡線
と対比照合され、被検包絡線と最も近似した基準状態
が、現在の内燃エンジンの作動状態として出力される。
具体的には、基準波形包絡線の記録、表示と並べて、ま
たはこれに重畳して被検包絡線を記録または表示するこ
とによって、対比照合が容易になる。また、正規化した
それぞれの包絡線のサンプリングデ−タをそのままで直
接比較することもできる。このようにして、内燃エンジ
ンの異常が正確に、かつ事実上の時間遅れ無しに検出で
き、遠隔監視も容易である。なお、被検波形メモリ１９
は比較出力部２０内の適当なレジスタで代用する事もで
きる。
【００１６】以上では、基準波形包絡線と対照して被検
包絡線を直接比較する例について述べたが、以下に詳述
するように、各包絡線をｎ次のモーメント（ｎは正整
数）で表わし、その特徴を抽出して数値化するようにし
ておけば、動作状態判定を高速、かつ自動化することが
でき、オンライン化も可能である。
包絡線を直接比較する例について述べたが、以下に詳述
するように、各包絡線をｎ次のモーメント（ｎは正整
数）で表わし、その特徴を抽出して数値化するようにし
ておけば、動作状態判定を高速、かつ自動化することが
でき、オンライン化も可能である。
【００１７】このためには、まず内燃機関の種々の特定
既知状態（例えば、上述のような正常、排気弁吹抜け異
常、燃料噴射時期遅れ異常、燃料噴射時期進み異常な
ど）で得られた包絡線のｎ次のモーメントを予め演算す
る。このためには、図１のブロック図の比較出力部２０
の前にモーメント演算部（図示せず）を追加する。セン
サ１０の出力の高周波時間変動分の包絡線波形をｈ
（ｔ）とすると、そのフーリエ変換Ｈ（ｊｗ）は図４の
式１で表わされ、式１の指数関数部分をマクローリン級
数展開すると同図の式２が得られる。なお、マクローリ
ン級数展開については、例えば、宮下他著、共立出版
（株）昭和５４年３月２０日発行、「微分積分」第４４
頁などに詳説されている。式２においてｍn はｈ（ｔ）
のｎ次のモーメントであり、これは同図の式３で表わさ
れる。なお周知のように、１次モーメントは平均を、２
次モーメントは分散を、３次モーメントは左右対称性
を、また４次モーメントは尖鋭性をそれぞれ表わしてい
る。このようにして得られたｎ次モーメントの少なくと
も１つを基準モーメントメモリ（図示せず）に記憶して
おく。
既知状態（例えば、上述のような正常、排気弁吹抜け異
常、燃料噴射時期遅れ異常、燃料噴射時期進み異常な
ど）で得られた包絡線のｎ次のモーメントを予め演算す
る。このためには、図１のブロック図の比較出力部２０
の前にモーメント演算部（図示せず）を追加する。セン
サ１０の出力の高周波時間変動分の包絡線波形をｈ
（ｔ）とすると、そのフーリエ変換Ｈ（ｊｗ）は図４の
式１で表わされ、式１の指数関数部分をマクローリン級
数展開すると同図の式２が得られる。なお、マクローリ
ン級数展開については、例えば、宮下他著、共立出版
（株）昭和５４年３月２０日発行、「微分積分」第４４
頁などに詳説されている。式２においてｍn はｈ（ｔ）
のｎ次のモーメントであり、これは同図の式３で表わさ
れる。なお周知のように、１次モーメントは平均を、２
次モーメントは分散を、３次モーメントは左右対称性
を、また４次モーメントは尖鋭性をそれぞれ表わしてい
る。このようにして得られたｎ次モーメントの少なくと
も１つを基準モーメントメモリ（図示せず）に記憶して
おく。
【００１８】次に内燃機関の動作状態判定のためには、
上述のようにして得られた被検包絡線について同様の演
算を行ない、そのｎ次モーメントを求めて基準モーメン
トメモリに記憶された特定既知状態のｎ次モーメントと
対比する。被検包絡線のｎ次モーメントと最も良く類似
するｎ次モーメントを有する特定既知状態を現在の動作
状態と判定する事ができる。このように２つのｎ次モー
メントの類似性を監視することによっても状態判定が可
能である。
上述のようにして得られた被検包絡線について同様の演
算を行ない、そのｎ次モーメントを求めて基準モーメン
トメモリに記憶された特定既知状態のｎ次モーメントと
対比する。被検包絡線のｎ次モーメントと最も良く類似
するｎ次モーメントを有する特定既知状態を現在の動作
状態と判定する事ができる。このように２つのｎ次モー
メントの類似性を監視することによっても状態判定が可
能である。
【００１９】さらに、各包絡線波形ｈ（ｔ）の低次側か
らＭ個のモーメントｍ1 、ｍ2 、…ｍM で張られるＭ次
元パターン空間におけるＭ次元ベクトルを用いて、その
特徴を抽出し、クラス分けすることができる。ここで
は、正常、排気弁吹抜け異常および燃料噴射時期異常の
３個のクラスＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 を考える。この判別には
周知のフィッシャーの評価関数Ｊ（ｄ）を使用できる。
なお、フィッシャーの評価関数については、例えば長尾
他著、（株）岩波書店１９８５年１１月５日発行、「パ
ターン認識と図形処理」第３４頁などに説明されてい
る。フィッシャーの評価関数Ｊ（ｄ）は図４に示した式
４で表わされる。式４において、ｄはパターンを射影す
るＭ次元列ベクトルであり、ＢおよびＷはそれぞれ式
５、６で定義される行列である。そして、評価関数Ｊ
（ｄ）の値を最大にするようなｄ、換言すれば、式４の
分子はなるべく大きくし、分母はなるべく小さくするよ
うな射影ベクトルｄを既知の方法で求める。なお周知の
ように、式４の分子はクラス間分散和であり、分母はク
ラス内分散和であるから、前記評価関数Ｊ（ｄ）を最大
にするベクトルｄは、各クラスに出現する標本の識別が
最も容易になる射影ベクトルを表わすことになる。
らＭ個のモーメントｍ1 、ｍ2 、…ｍM で張られるＭ次
元パターン空間におけるＭ次元ベクトルを用いて、その
特徴を抽出し、クラス分けすることができる。ここで
は、正常、排気弁吹抜け異常および燃料噴射時期異常の
３個のクラスＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 を考える。この判別には
周知のフィッシャーの評価関数Ｊ（ｄ）を使用できる。
なお、フィッシャーの評価関数については、例えば長尾
他著、（株）岩波書店１９８５年１１月５日発行、「パ
ターン認識と図形処理」第３４頁などに説明されてい
る。フィッシャーの評価関数Ｊ（ｄ）は図４に示した式
４で表わされる。式４において、ｄはパターンを射影す
るＭ次元列ベクトルであり、ＢおよびＷはそれぞれ式
５、６で定義される行列である。そして、評価関数Ｊ
（ｄ）の値を最大にするようなｄ、換言すれば、式４の
分子はなるべく大きくし、分母はなるべく小さくするよ
うな射影ベクトルｄを既知の方法で求める。なお周知の
ように、式４の分子はクラス間分散和であり、分母はク
ラス内分散和であるから、前記評価関数Ｊ（ｄ）を最大
にするベクトルｄは、各クラスに出現する標本の識別が
最も容易になる射影ベクトルを表わすことになる。
【００２０】このような特徴を抽出する射影ベクトルｄ
が分ったら、前記の各クラス内の種々の既知状態から得
られた、なるべく多数のモーメントデ−タを射影し、図
６に示すような各クラス毎の分布を求めて記憶してお
く。次に内燃機関の動作状態判定のためには、上述のよ
うにして得られた被検包絡線のモーメントｍ1 、ｍ2 、
…ｍM を求め、その射影が予め求めておいたクラスのど
れに最も近いかにしたがって現在の内燃機関の状態を判
別する。このためには、前述のモーメント演算部のほか
に、フィッシャー評価関数を最大にする射影ベクトルを
求めて射影行列を作成し、射影の分布を求める手段、射
影演算手段などを、図１のブロック図に付加すれば良
い。内燃エンジン運転状態判別のモードでは、図６のよ
うに、基準となる既知モーメントの射影を表示してお
き、被検包絡線のモーメントの射影がどの位置に現われ
るかを監視するようにしてもよい。
が分ったら、前記の各クラス内の種々の既知状態から得
られた、なるべく多数のモーメントデ−タを射影し、図
６に示すような各クラス毎の分布を求めて記憶してお
く。次に内燃機関の動作状態判定のためには、上述のよ
うにして得られた被検包絡線のモーメントｍ1 、ｍ2 、
…ｍM を求め、その射影が予め求めておいたクラスのど
れに最も近いかにしたがって現在の内燃機関の状態を判
別する。このためには、前述のモーメント演算部のほか
に、フィッシャー評価関数を最大にする射影ベクトルを
求めて射影行列を作成し、射影の分布を求める手段、射
影演算手段などを、図１のブロック図に付加すれば良
い。内燃エンジン運転状態判別のモードでは、図６のよ
うに、基準となる既知モーメントの射影を表示してお
き、被検包絡線のモーメントの射影がどの位置に現われ
るかを監視するようにしてもよい。
【００２１】ここでさらに、各分布が正規分布であると
仮定すると（この仮定は多くの場合に該当する）、前記
クラスＣi （ｉ＝１〜３）に属する多数のモーメントデ
−タの射影の分布は図５の式８〜１１で表わされ、その
状態は図７のように表示できる。次に被検包絡線のモー
メントｍ1 、ｍ2 、…ｍM の射影が、予め得られたクラ
ス前記クラスＣi のどれに最も類似しているかを決定す
るために、前記Ｍ個の被検包絡線のモーメントについて
同様のモーメントデ−タの射影を演算する。そうする
と、被検包絡線のモーメントデ−タの射影が基準となる
前記クラスＣi のどれに最も近いかを判定するのに、式
１２で表わされるマハラノビス距離を利用できる事にな
り、上述した例における一般の距離（ユークリッド距
離）に基づく場合に比べて精度の高い判別が可能にな
る。マハラノビス距離およびその演算については、例え
ば奥野他著、（株）日科技連出版社１９８９年４月１０
日発行、「多変量解析法」第７９頁などに記載されてい
る。
仮定すると（この仮定は多くの場合に該当する）、前記
クラスＣi （ｉ＝１〜３）に属する多数のモーメントデ
−タの射影の分布は図５の式８〜１１で表わされ、その
状態は図７のように表示できる。次に被検包絡線のモー
メントｍ1 、ｍ2 、…ｍM の射影が、予め得られたクラ
ス前記クラスＣi のどれに最も類似しているかを決定す
るために、前記Ｍ個の被検包絡線のモーメントについて
同様のモーメントデ−タの射影を演算する。そうする
と、被検包絡線のモーメントデ−タの射影が基準となる
前記クラスＣi のどれに最も近いかを判定するのに、式
１２で表わされるマハラノビス距離を利用できる事にな
り、上述した例における一般の距離（ユークリッド距
離）に基づく場合に比べて精度の高い判別が可能にな
る。マハラノビス距離およびその演算については、例え
ば奥野他著、（株）日科技連出版社１９８９年４月１０
日発行、「多変量解析法」第７９頁などに記載されてい
る。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、内燃機関の燃焼期間中
に検出される振動波形に基づき、その包絡線の形状を基
準動作状態におけるそれらと対比して、最も類似してい
る基準状態を現在の内燃機関の動作状態と判定するの
で、正常異常の判別はもちろん、異常状態の種別を明確
に分別して判定する事ができる。包絡線の作成に、前記
振動波形の高周波成分のみを利用すれば、内燃機関の負
荷率の相違や負荷変動の影響を含まない包絡線が得られ
る。また、各包絡線をｎ次のモーメントで表わし、その
特徴を抽出して数値化するようにしておけば、動作状態
判定を高速、かつ自動化することができ、オンライン化
も可能である。さらに、それぞれの分布が正規分布であ
ると仮定して、前記クラスＣi （ｉ＝１〜３）に属する
多数のモーメントデ−タの射影の分布を予め演算して置
き、被検包絡線のモーメントデ−タの射影を基準の射影
と比較するのに、マハラノビス距離を利用すればさらに
高精度の判別が期待できる。
に検出される振動波形に基づき、その包絡線の形状を基
準動作状態におけるそれらと対比して、最も類似してい
る基準状態を現在の内燃機関の動作状態と判定するの
で、正常異常の判別はもちろん、異常状態の種別を明確
に分別して判定する事ができる。包絡線の作成に、前記
振動波形の高周波成分のみを利用すれば、内燃機関の負
荷率の相違や負荷変動の影響を含まない包絡線が得られ
る。また、各包絡線をｎ次のモーメントで表わし、その
特徴を抽出して数値化するようにしておけば、動作状態
判定を高速、かつ自動化することができ、オンライン化
も可能である。さらに、それぞれの分布が正規分布であ
ると仮定して、前記クラスＣi （ｉ＝１〜３）に属する
多数のモーメントデ−タの射影の分布を予め演算して置
き、被検包絡線のモーメントデ−タの射影を基準の射影
と比較するのに、マハラノビス距離を利用すればさらに
高精度の判別が期待できる。
【図１】本発明の１実施例を示すブロック図である。
【図２】種々の動作状態での内燃機関の燃焼期間中に検
出される振動波形の例を示す図である。
出される振動波形の例を示す図である。
【図３】図２の波形から得られる包絡線を示す図であ
る。
る。
【図４】本発明の１実施例において用いられる演算式を
示す図である。
示す図である。
【図５】本発明の１実施例において用いられる演算式を
示す図である。
示す図である。
【図６】各クラスごとの包絡線から得られた射影の分布
状態例を示す図である。
状態例を示す図である。
【図７】図６の射影の分布が正規分布であると仮定した
ときのモーメントデ−タの射影の分布状態例を示す図で
ある。
ときのモーメントデ−タの射影の分布状態例を示す図で
ある。
１０…振動センサ １３…ＨＰＦ １４…整流器 １５
…ＬＰＦ １６…正規化回路 １７…Ａ／Ｄ変換器 １
８…基準波形メモリ １９…被検波形メモリ２０…比較
出力部
…ＬＰＦ １６…正規化回路 １７…Ａ／Ｄ変換器 １
８…基準波形メモリ １９…被検波形メモリ２０…比較
出力部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 41/22 ３８５ Ｆ０２Ｄ 41/22 ３８５Ａ (72)発明者 田中 正吾 山口県宇部市東小羽山町４−８−12
Claims (17)
- 【請求項１】内燃機関の燃焼期間の振動を検出して被検
振動波形信号を得る段階と、 前記被検振動波形信号の被検包絡線を求める段階と、 求められた被検包絡線を、内燃機関の既知動作状態に対
応して予め記憶された少なくとも１つの基準波形包絡線
と比較対照し、被検包絡線に最も近似した基準波形包絡
線に対応する内燃機関動作状態をその動作状態と判定す
る段階とよりなる内燃機関の動作状態判定方法。 - 【請求項２】内燃機関の燃焼期間の振動を検出して被検
振動波形信号を得る段階と、 前記被検振動波形信号の被検包絡線を求める段階と、 求められた被検包絡線の、少なくとも１つのｎ次モーメ
ントを求める段階と、 求められた前記少なくとも１つのｎ次モーメントを、内
燃機関の既知動作状態に対応して予め記憶された少なく
とも１つの基準波形包絡線の、少なくとも１つのｎ次モ
ーメントと比較対照し、被検包絡線の前記少なくとも１
つのｎ次モーメントに最も近いｎ次モーメントを示す基
準波形包絡線に対応する内燃機関動作状態をその動作状
態と判定する段階とよりなる内燃機関の動作状態判定方
法。 - 【請求項３】内燃機関の燃焼期間の振動を検出して被検
振動波形信号を得る段階と、 前記被検振動波形信号の被検包絡線を求める段階と、 求められた被検包絡線の低次側からＭ個のモーメントを
求める段階と、 前記Ｍ個のモーメントで張られるＭ次元パターン空間に
おけるＭ次元ベクトルを用いて、フィッシャーの評価関
数を最大にするベクトルを求める段階と、 前記ベクトルの射影を、内燃機関の種々の既知動作状態
に対して予め求める段階と、 被検包絡線の前記Ｍ個のモーメントから求められたＭ次
元ベクトルの射影を求める段階と、 被検包絡線の前記射影を、内燃機関の既知動作状態に対
応して予め記憶された少なくとも１つの射影と比較対照
し、被検包絡線のモーメントから得られた射影に最も近
い射影を示す基準波形包絡線に対応する内燃機関動作状
態をその動作状態と判定する内燃機関の動作状態判定方
法。 - 【請求項４】内燃機関の燃焼期間の振動を検出して被検
振動波形信号を得る段階と、 前記被検振動波形信号の被検包絡線を求める段階と、 求められた被検包絡線の低次側からＭ個のモーメントを
求める段階と、 前記Ｍ個のモーメントで張られるＭ次元パターン空間に
おけるＭ次元ベクトルを用いて、フィッシャーの評価関
数を最大にするベクトルを求める段階と、 前記ベクトルの射影を、内燃機関の種々の既知動作状態
に対して予め求める段階と、 前記ベクトルの射影の分布を正規分布で近似して予め記
憶する段階と、 被検包絡線の前記Ｍ個のモーメントから求められたＭ次
元ベクトルの射影を求める段階と、 前記被検包絡線に関する前記ベクトルの射影および、前
記既知動作状態に関する前記ベクトルの射影間の距離
を、予め記憶した既知動作状態の射影の分布を用いてマ
ハラノビス距離として演算し、前記マハラノビス距離が
最小になる前記既知動作状態をその動作状態と判定する
内燃機関の動作状態判定方法。 - 【請求項５】包絡線は、振動波形のうちの高周波成分に
基づいて求められる請求項１ないし４のいずれかに記載
の内燃機関の動作状態判定方法。 - 【請求項６】基準波形包絡線は正規化されたものであ
り、求められた被検包絡線を正規化する段階をさらに含
む請求項１ないし５のいずれかに記載の内燃機関の動作
状態判定方法。 - 【請求項７】内燃機関の燃焼期間の振動は、そのシリン
ダの振動で代表される請求項１ないし６のいずれかに記
載の内燃機関の動作状態判定方法。 - 【請求項８】内燃機関の既知動作状態は、正常、排気弁
吹抜け異常、燃料噴射時期遅れ異常、燃料噴射時期進み
異常状態の少なくとも１つである請求項１ないし７のい
ずれかに記載の内燃機関の動作状態判定方法。 - 【請求項９】内燃機関の燃焼期間の振動を検出して振動
波形信号を出力する振動センサと、 前記振動波形信号の包絡線を求める手段と、 内燃機関の少なくとも１つの既知動作状態において得ら
れた振動波形信号の包絡線を、基準波形包絡線として記
憶するメモリと、 内燃機関の未知状態において得られた被検振動波形の包
絡線を、前記基準波形包絡線と比較対照し、被検振動波
形の包絡線に最も近似した基準包絡線に対応する内燃機
関動作状態を出力する比較出力部とよりなる内燃機関の
動作状態判定装置。 - 【請求項１０】内燃機関の燃焼期間の振動を検出して振
動波形信号を出力する振動センサと、 前記振動波形信号の包絡線を求める手段と、 前記包絡線のｎ次モーメントを求める手段と、 内燃機関の少なくとも１つの既知動作状態において得ら
れた振動波形信号の各包絡線から得られた各ｎ次モーメ
ントを、基準ｎ次モーメントとして記憶するメモリと、 内燃機関の未知状態において得られた被検振動波形の包
絡線から得られたｎ次モーメントを、前記基準ｎ次モー
メントと比較対照し、被検振動波形のｎ次モーメントに
最も近似した基準ｎ次モーメントに対応する内燃機関動
作状態を出力する比較出力部とよりなる内燃機関の動作
状態判定装置。 - 【請求項１１】内燃機関の燃焼期間の振動を検出して振
動波形信号を出力する振動センサと、 前記振動波形信号の包絡線を求める手段と、 前記包絡線の低次側からＭ個のモーメントを求める手段
と、 前記Ｍ個のモーメントで張られるＭ次元パターン空間に
おけるＭ次元ベクトルを用いて、フィッシャーの評価関
数を最大にするベクトルを求める手段と、 前記ベクトルの射影を、内燃機関の種々の既知動作状態
に対して予め求めて記憶する手段と、 内燃エンジンの未知状態で得られた被検包絡線の前記Ｍ
個のモーメントから求められたＭ次元ベクトルの射影を
求める手段と、 被検包絡線の前記射影を、内燃機関の既知動作状態に対
応して予め記憶された少なくとも１つの射影と比較対照
し、被検包絡線のモーメントから得られた射影に最も近
い射影を示す基準波形包絡線に対応する内燃機関動作状
態をその動作状態として出力する手段とを具備した内燃
機関の動作状態判定装置。 - 【請求項１２】内燃機関の燃焼期間の振動を検出して振
動波形信号を出力する振動センサと、 前記振動波形信号の包絡線を求める手段と、 前記包絡線の低次側からＭ個のモーメントを求める手段
と、 前記Ｍ個のモーメントから求められたＭ次元ベクトルの
射影を求める手段と、 前記ベクトルの射影の分布を、内燃機関の種々の既知動
作状態に対して予め求めて記憶する手段と、 前記ベクトルの射影の分布を正規分布で近似する手段
と、 内燃機関の未知動作状態に関して求められた被検包絡線
に関する前記ベクトルの射影および、前記既知動作状態
に関する前記ベクトルの射影間の距離をマハラノビス距
離として演算し、前記マハラノビス距離が最小になる前
記既知動作状態をその動作状態として出力する手段とを
具備した内燃機関の動作状態判定装置。 - 【請求項１３】振動波形信号は、内燃機関の燃焼期間を
含む膨脹行程開始前におけるピストンの上死点検知信号
を基準にして取込まれる請求項９ないし１２のいずれか
に記載の内燃機関の動作状態判定装置。 - 【請求項１４】各包絡線は、記憶される前に正規化され
る請求項９ないし１３のいずれかに記載の内燃機関の動
作状態判定装置。 - 【請求項１５】振動センサが内燃機関のシリンダに設置
された請求項９ないし１４のいずれかに記載の内燃機関
の動作状態判定装置。 - 【請求項１６】各包絡線の低次からＭ次のモーメントを
射影した値を比較対照の基準包絡線として記憶する請求
項１１に記載の内燃機関の動作状態判定装置。 - 【請求項１７】各包絡線の低次からＭ次のモーメントを
射影した値の分布を正規分布で近似したものを比較対照
の基準包絡線として記憶する請求項１２に記載の内燃機
関の動作状態判定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15097695A JP3790932B2 (ja) | 1995-05-25 | 1995-05-25 | 内燃機関の動作状態判定装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15097695A JP3790932B2 (ja) | 1995-05-25 | 1995-05-25 | 内燃機関の動作状態判定装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08319879A true JPH08319879A (ja) | 1996-12-03 |
| JP3790932B2 JP3790932B2 (ja) | 2006-06-28 |
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ID=15508570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15097695A Expired - Fee Related JP3790932B2 (ja) | 1995-05-25 | 1995-05-25 | 内燃機関の動作状態判定装置 |
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Cited By (15)
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-
1995
- 1995-05-25 JP JP15097695A patent/JP3790932B2/ja not_active Expired - Fee Related
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