JPH0968542A

JPH0968542A - 分析的タコメータ

Info

Publication number: JPH0968542A
Application number: JP8043958A
Authority: JP
Inventors: Bernard Gee; ジーバーナード; Christiaan Hoede; ホエデクリスティアーン; Alastair J Hotchkiss; ジェイ．ホッチキスアラステアー; Barbara L Jones; エル．ジヨーンズバーバラ; Paul Smith; スミスポール
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-01-24
Filing date: 1996-01-24
Publication date: 1997-03-11
Also published as: ATE203829T1; EP1050863A3; EP1050863B1; DE69614159D1; DE69632087T2; DE69632087T8; DE69632087D1; EP0724159B1; EP0724159A1; ATE263407T1; DE69614159T2; CA2167900A1; EP1050863A2; US5646340A; GB9501380D0

Abstract

(57)【要約】【課題】タコメータの連続的な作動特性を得ることの
できる、エンジンおよびロータリ機械分析のための方法
および機器を提供する。【解決手段】検出された振動に関する信号は、無線周
波数送信機／受信機システムにより、アナログ変調波と
してデータキャプチャへ、さらにソフトウェア補助装置
を使用する分析機能へと、送信される。ソフトウェア補
助装置では、テストされるエンジンまたはその他の機械
の特有のシグネチャーを含むパワースペクトル密度図表
が作成される。このシグネチャーはシグネチャー検波計
算法で識別され、それは関係のないデータを濾過したり
その他を除去する必要がない連続的タコメータ機能を提
供するため、機器によってカバーされる周波数スペクト
ル全体を横切ってシグネチャーを認識し追跡することが
できる。シグネチャー内の追加調波ピークの存在が検波
されると、診断機能が起動する。更に静電結合により、
スパーク点火エンジンへ燃料噴射装置リードの低圧信号
に基づいた簡略化されたタコメータ機能を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車エンジンお
よび類似の応用品のメインテナンス作業に使用するに適
したタコメータに関連するものである。以下で記述する
タコメータには、不点火（失火）による故障およびその
他の診断など、エンジンに関連する分析の実行を可能に
する機能が含まれる。

【０００２】

【従来の技術】本発明が説明するタコメータは、基本的
にエンジンのメインテナンスおよび診断などの分析作業
のために意図されるもので、そのようなタコメータがエ
ンジンスピードを示すためにすべての所定自動車毎に半
永久的な方法で搭載されることは、現在では期待されな
い。

【０００３】自動車関連の応用品に関わるエンジンスピ
ードの測定に関する限り、電池、排気圧、排気フロー、
交流機（発電機）、点火装置などから、ＲＰＭ測定のた
めの信号を光学手段によって獲得する技術などの多数の
技術がこれまでに開発されてきた。そのような装置には
すべて、それぞれの分野で適用性があり、そこでの適用
は効果的であるが、同様に、それらの有効な特定分野以
外の領域では、それらの受け入れを減少させるある種の
欠陥がある。スパーク点火などの特定タイプのエンジン
に限らず、自動車エンジンのメインテナンスおよびサー
ビス機能に有効なタコメータ機能に関しては特に、上述
のシステムの内の幾つかよりも、または多数よりもより
広範囲に有効な方法および機器の必要性は我々が認める
ところです。

【０００４】従来の技術のタコメータ装置の例を以下に
挙げる。ＵＳ５，２５０，８９６（Ｍｉｅｃｚｋｏｗｓｋｉ
他）ＵＳ４，５７７，４９６（Ｇｒｏｖｅｒ他）ＵＳ５，１５１，６５４（Ｋｒｚｙｗｉｃｋｉ他）ＵＳ４，１２６，０４５（Ｃｈｏｕ）ＵＳ４，１７３，８９６（Ｔａｋａｍａ）ＵＳ４，４５２，０７９（Ｔｉｌｌｅｒ）ＵＳ５，２１６，８８１（Ａｎｌａｕｆ他）ＵＳ３，２８９，０７７（Ｍｉｌｌｅｒ）ＵＳ４，３２８，７０６（Ａｋｉｔａ他）

【０００５】分析的使用およびもちろんその他の使用に
とって、タコメータは、少なくともエンジンスピードの
連続的範囲、例えば最小限で毎分１０００から３０００
ＲＰＭまでの範囲など、を超える実際のエンジン回転ス
ピードを測定し示すことができる必要があり、その上、
出来ることなら、３０ＲＰＭ周辺の分解能に対し７００
から５０００ＲＰＭなどのように、これよりもずっと幅
広いスピード範囲をカバーすることが好ましい。カバー
するスピードの範囲に関して、明らかに極めて重要なこ
とは連続的な範囲をカバーすることであって、所定のス
ピード範囲内での特定箇所でエンジンスピードを確定す
る能力ではない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、タコメータ機器およびそれに対応する方法を提供す
ることであり、特に自動車エンジン分析の用途に適用で
き且つ伝統的なタコメータ機器によってカバーされる少
なくとも最小エンジンスピード帯域を連続的にカバー
し、エンジンへの接続を電気的接続または類似の特種接
続を必要としない簡単な接続技術手段により行い、広範
囲にわたるエンジンに関連機能を提供し、それにより広
範囲にわたる多様なエンジンタイプに使用できるタコメ
ータ機器及び対応する方法を提供することである。以下
で記述する実施例は、安い価格で、取り付けが容易なこ
と、および電力消費量が小さいためバッテリー作動が可
能であること、および持ち運びが自由などの利点も提供
される。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明によれば、自動車エ
ンジンのメインテナンス、サービス、その他などに適用
可能なタコメータ機器およびそれに対応する方法が提供
される。機器は、分析されるエンジンまたはそれに類似
のものに直接接続される振動検出手段を有する。振動検
出手段は、作動中のエンジンの振動特性を表わす信号を
発生させるために適用される。使用中は振動検出手段
が、テスト中の所定エンジンの振動信号のシグネチャー
またはパターンから成る特徴を持つ振動信号を発生す
る。適用された機器が、振動信号のシグネチャーをそれ
に対応する公知のシグネチャーを参照することで分析す
る。

【０００８】参照文献として、振動検出装置を採用する
分析機器を開示する従来の特許を以下に挙げる。ＵＳ５，１０９，７００（Ｈｉｃｈｏ）ＵＳ４，９８０，８４４（Ｄｅｍｊａｎｅｎｋｏ他）ＵＳ４，６８３，５４２（Ｔａｎｉｇｕｔｉ）ＵＳ４，９８８，９７９（Ｓａｓａｋｉ他）ＵＳ４，７５８，９６４（Ｂｉｔｔｎｅｒ他）ＵＳ４，３５２，２９３（Ｋｕｒｉｈａｒａ他）

【０００９】上記引用グループの参照文献を代表するも
のと見なされる上記のＨｉｃｈｏ参考文献は、本願の請
求項１の部分を特徴づけるものである。Ｈｉｃｈｏ仕様
は、回転する機械に搭載されてその振動を検出する振動
変換器を開示する。変換器から出力される電気信号を分
析することで、回転スピードのスピードディスプレイ表
示、およびベアリングの状態を示すベアリング状態ディ
スプレイ表示と併せて、単位時間当たりの振動的変位の
ディスプレイを生成する。この機器は、たとえ最も狭い
比率でさえも、回転スピードがエンジンスピードの連続
的範囲を超えることを指摘できるタコメータ機器ではな
い。Ｈｉｃｈｏ機器は、回転している機械の欠陥をモニ
ターしうるようにされた振動分析器であり、ちなみにそ
れはそのような振動分析が実行される従来の標準回転ス
ピード設定の回転スピードを示すことができる。そのよ
うなスピード分析はスピード分析手段によって達成さ
れ、スピード分析手段によって機械の走行スピードを正
確に予測するために、不規則なまたは散発的なノイズが
除去され、且つ機械の回転スピードに関係のない周波構
成要素が除去される。エンジンスピードの振動パターン
に見られる複合ピークの多数はエンジンスピードとは関
係がないため、またスピードに依存する構成要素を多数
のその他の要素から分離することにはかなりの困難が伴
うため、そのような方法はエンジンの場合には効果的で
ない。

【００１０】発明によれば、同一または類似のエンジン
構成についての以前の類似した分析に基づく高調波シグ
ネチャーまたはパターンの識別手段を使用することで、
過剰な追加振動ピークの中からシグネチャー独特の高調
波要素を識別することが可能になり、且つエンジン回転
スピードの連続的範囲全体に影響するような識別も可能
になり、従ってタコメータの連続的作動特性が得られ
る。

【００１１】Ｋｅｎｔ−ＭｏｏｒｅＪ−３８７２電子
振動分析機においても、自動車振動の修理に役立てるた
めに設計された低価格の診断用ツールが開示されてい
る。この装置は、ダッシュボード、サスペンション、後
部アクセル、または振動が感知できるすべての箇所での
取り付けが可能で、３つの最も顕著な振動周波数を表示
する。それらの毎分サイクル数または毎秒サイクル数の
いずれかが選択されて表示される。これらのデータは、
問題の機械の実際の回転率の計算を可能にするが、自動
車エンジンから直接獲得された複合振動パターンから
は、エンジンスピードを識別する助けになるものは何も
提供されない。

【００１２】本発明の実施例は、回転スピードの複合振
動パターンからそのようなスピードの範囲を横切る抽出
を可能にするばかりでなく、不点火およびその他の燃焼
関係の異常に起因するパターンの識別を含めて、貴重な
診断機能や分析機能および回転スピードに関連する機能
を提供する振動パターンで自動車識別を可能にする。そ
のような情報が通常ソースから入手できない場合は、エ
ンジンスピード範囲を超えるエンジン振動の高調波シグ
ネチャーの識別を基盤とする本発明のタコメータの作動
モードに直接付随する結果、可能なシグネチャー範囲の
中から知られているエンジンシグネチャーが認識され、
それによりエンジンタイプが識別ができる。

【００１３】上述の最新技術について、技術的に重要で
ある本技術の機器の技術的さらなる特徴は、振動シグネ
チャー認識技術に固有の特徴に関連するものである。こ
の特徴とは、振動シグネチャーの識別によって、上記の
Ｈｉｃｈｏ参照文献で採用されている、回転スピードを
検波するために必要とされる大部分の振動出力の除去
や、積算機器の使用が回避されるという事実である。主
に自動車エンジン用に設計されたタコメータ機器では、
検出に使用できる振動信号の振幅が小さいため、積算器
の使用を回避することが重要である。自動車エンジンの
振動に基づく分析で積算器を使用すると、タコメータの
目的の信号が不足することが多々ある。分光計の振動高
調波シグネチャーの識別技術を使用すると、それにより
高調波シグネチャーがスピード範囲を横切って追跡され
るのだが、本発明ではこの難題を回避して、自動車分野
における最もバランスのとれたエンジン向けにも、充分
な感度を持った機器を提供することができる。

【００１４】元来、検出されるエンジン振動は、エンジ
ンのピストンの往復運動に起因する慣性力によって生じ
ると信じられた。しかし、６気筒エンジンはその慣性力
において秒単位で完全なバランスを保ち、しかも振動が
見られることから、振動の主な源因は、燃焼プロセスお
よびエンジン生来の往復運動の結果としてのクランク軸
のねじれ変動から生じることは明らかである。

【００１５】概して、タコメータは、検出器または加速
度計の出力信号を分光器により分析し、スペクトルの
“シグネチャー”に関してスピードに関連する要素を識
別し、さらにシグネチャーの関連部分の瞬間的位置を使
用してエンジンスピードを決定する。シグネチャーは、
エンジンのクランク軸の複合回転周波数に見られる主ピ
ークを含み、それらはエンジンスピードの広い範囲を横
切るパワースペクトル密度内で容易に識別することがで
きる。

【００１６】一般に、ｎ気筒の車のエンジンスピードは
パワースペクトル密度（ｆヘルツ）の主周波数：−ｒｐ
ｍ＝６０×２／ｎ×ｆに関連することが分かっている。

【００１７】後続の主ピークは、基本波の高調波を示す
２ｆヘルツおよび３ｆヘルツでも見られる。そのような
シグネチャーは“１−２−３シグネチャー”として言わ
れる。４気筒エンジン用のパワースペクトル密度の典型
的な例は、以下で説明図解される。異なるエンジン構成
は、それぞれに対応したシグネチャーの形態を持つこと
が分かっている。例えば、“Ｖ”型構成のエンジンは、
エンジンスピードの半分のスピードで主ピークが発生
し、それに後続する主ピークはエンジンスピードで、お
よびエンジンスピードの２倍のスピードで発生する可能
性があり、“１−２−４”シグネチャーが得られる。こ
のような例が以下で説明図解される。

【００１８】本発明の実施例において、振動検出器につ
いての設計哲学は、第一に物理的サイズを制限するため
に検出器ヘッドのエレクトロニクス部品を最小限化する
こと、第二にソフトウェアによる信号処理を出来るだけ
大量に実行することでシステム性能の制御を最大限に維
持することである。

【００１９】本発明の他の一面は、問題のエンジン構成
の周知の高調波の特性を考慮に入れて、エンジン振動シ
グネチャーを分析する分析機能形成するソフトウェアシ
ステムの能力を用いた診断機能である。従って、ソフト
ウェアシステムは、エンジンによって作りだされるパタ
ーンまたはシグネチャーで追加ピークの存在（いくらか
でも存在する場合）、または予期されたピークの不在を
識別するために、容易に適用することができる。なお、
そのような追加ピークはほとんどが燃焼関係である可能
性のある各種原因から起きる故障に対応する。

【００２０】本発明のこの一面に従って、振動検出手段
からの信号が分析されて、問題の機械から期待されるパ
ターンまたはシグネチャーの追加ピークの存在（いくら
かでも存在する場合）または不在を識別するための機械
分析の方法と機器が提供され、それによってそのような
追加ピークが識別可能な機械の故障を示すこととなる。

【００２１】本発明のさらに別の一面は、振動検出器か
ら対応する信号分析機器までの信号送信のための配列、
および自動車エンジンの配置された狭い場所での機器の
使用を便利で処理し易くする信号処理のための一般的配
列に関する。

【００２２】ＥＰ−Ｂ−０４５８０５３（Ｂｏｓｃｈ）
で開示されている自動車テストユニットは、テスト機器
の主体が実質的な可動ベースユニットに配置され、さら
にこのベースユニットは可動性のブーム（ｂｏｏｍ）腕
によって、テスト機能の制御及び測定値の表示を可能に
する制御表示手段を含むサブユニットに接続される。サ
ブユニットは、局部的に配置されたサブユニットからの
短い導体リードによって、テストされる自動車エンジン
またはその他の装置へ接続され、それにより操作は便利
となる。

【００２３】上記のＥＰ出願明細書に開示された配列
は、サブユニットを被テスト装置に近い便利な位置に配
置でき、また比較的遠い場所に配置されているがブーム
腕によってサブユニットへ接続される。ベースユニット
の主処理装置も便利な位置にできると言う長所を持つ。
同様に、サブユニットから被テストエンジンまで短い接
続リードを用いることで、導体の長さを短くでき、また
もつれる恐れを最小限とした接続機能を可能にする。し
かし、この配列には短所がある。

【００２４】注目すべきことは、これらの短所には、ベ
ースユニットおよびそのブーム腕の存在がこの装置の他
の操作にとって物理的妨害となるという事実が含まれ
る。その上、振動検出装置をそのように配列する場合、
検出器ヘッドの機械的分離に関連して機械的な面でいろ
いろな困難が生じる。

【００２５】本発明のこの一面の目的は、従来または周
知のケーブル接続システムおよびベースユニット／ブー
ム／サブユニットシステムの生来の短所を持たない、自
動車またはその他の動力で駆動される装置の機械の、ま
たは電気の、またはその他の作動パラメータを検出する
ための便利な方法および機器を提供することである。

【００２６】本発明のこの一面によれば、該検出手段か
らのアナログ形態の該信号を無線周波のデータ変調搬送
波に乗せて送信するために適用される、無線送信手段か
ら成る、請求項で定義されるような、方法および機器が
提供される。このアナログ信号は、便利な遠隔地でベー
スユニットによって受信され、信号が分析処理される前
にディジタル形態に変換される。

【００２７】そのようなデータ送信の従来技術は、従業
員コストおよび電力の点で短所を持つディジタル信号を
使用している。警報制御装置で使用される周知の小型非
ディジタルＲＦ送信／受信機器は、最少限の制御データ
（つまり警報のオン／オフ信号）を送信し、従って単に
遠隔制御機能を提供するだけである。

【００２８】（例えば）振幅変調を使用して、無線周波
の搬送波上でアナログ形態の振動データ信号を送信する
ことにより、ディジタル変換の必要がなく、従ってそれ
から生じる電力の消費が無く、比較的簡単な無線周波送
信機器を採用することができる。このようにして検出器
ヘッドを比較的小さくし、且つ電力消費量を押さえるこ
とができ、操作の便宜が確保され、検出器ヘッドとその
他の構造との間の妨害を最少化または回避することがで
きる。

【００２９】

【発明の実施の形態】発明の実施例を、添付図面を参照
して説明する。

【００３０】図１で示される様に、ロタリー機械、特
に、エンジン分析に適用され、その分析機能によってタ
コメータ的データを提供できる機器１０は、ディスプレ
イ機能１８を有するソフトウェア補助装置１６、検出器
ヘッド１２及びデータ捕獲（ｃａｐｔｕｒｅ）装置１４
という基本機能で構成される。

【００３１】データ捕獲装置１４およびソフトウェア補
助装置１６が機器１０全体の単一ユニットを構成する、
即ち単一処理及びディスプレイユニット２０であり、そ
れが無線周波送信機２２（検出器ヘッド１２の形成部
品）の検出器ヘッド１２からの信号を受信する。対応す
る無線周波受信機２４は、対応する無線周波（ＲＦ）を
受信するために、データ捕獲装置１４の一部として提供
される。このＲＦ単方向電送データリンクは、受信機／
送信機の対２２と２４で構成され、英国およびその他の
ヨーロッパ諸国において非音声アナログ信号の伝送用と
して使用許諾されている。受信機／送信機の対の帯域幅
が、多重チャンネルで、最高４個までの検出器ヘッド１
２を単一処理及びディスプレイユニット２０への接続を
可能にする。

【００３２】ここで、上述した装置の主要素子をさらに
詳細に説明するにあたり、先ず、検出器ヘッド１２につ
いて考慮する。

【００３３】２６で示されるように、検出器ヘッド１２
とエンジンブロック２８間は直接結合される。結合モー
ドは以下に詳しく説明する。検出器ヘッド１２は、加速
計３０、増幅器３２、および上述のＲＦ（無線周波）送
信機２２で構成される。

【００３４】データ捕獲装置１４は、第一に上述のＲＦ
伝送受信機器２４、低域フィルター３４、サンプルホー
ルド３６、およびアナログ−ディジタル変換器またはＡ
ＤＣ装置３８で構成される。

【００３５】ソフトウェア補助装置１６は、上記のディ
スプレイ機能１８の他に、パワースペクトル密度機能４
０、およびシグネチャー検波機能４２で構成される。

【００３６】一般的に概要すると、本発明の方法は、エ
ンジンブロック２８に装着する検出器ヘッド１２で振動
を検出し、検出器ヘッドを使用してそれに関する信号を
発生することから成る。検出器ヘッド１２により発生さ
れる信号が分析され、エンジン２８の回転率を決定す
る。これは、検出器ヘッド１２からの信号について、振
動発生された信号に基づくタコメータ的分析方法を行う
ことによって実行される。分析技術は、分析されるエン
ジン構成独特の調波内容を持つパターンまたはシグネチ
ャーを識別することで、検出器ヘッドが発生する複合波
形を処理する。データ捕獲装置１４から得られた信号
は、機能４０によりパワースペクトル密度処理され、そ
の結果図表で得られるエンジンシグネチャーの特性がシ
グネチャー検波機能４２によって認識され、それによっ
て、エンジンスピードに対応する特定ピークが関連する
高調波を参照することで識別され、従ってエンジンスピ
ードがＲＰＭディスプレイ機能１８によって表示され
る。

【００３７】ここで、機器１０の要素を詳細に考慮す
る。

【００３８】エンジンブロック２８については、例えば
４気筒直列、６気筒Ｖ型（Ｖ６）、またはＶ８などの周
知の構成のエンジンブロック２８に関連する分析機能に
ついてタコメータ機器は典型的に実施される。

【００３９】機器１０の幾つかの使用例では、エンジン
構成が知られていない可能性があるが、それにもかかわ
らず、そのような状況で獲得された振動データは、構成
そのもの（エンジンのシグネチャーの識別によって）ば
かりでなくその後のステップでエンジンスピードも確定
することができる。

【００４０】検出器ヘッド１２の構成の詳細は図２に示
され、加速計４４、加速計用の断熱据付台４６、磁石４
８、絶縁筒５０、および加速計４４の上に配置された増
幅器／無線周波送信機／アンテナの組み合わせユニット
である。組み合わせユニット５２は、図１で示される機
能３２と２２に相当する。

【００４１】加速計４４自体について、これは２つの主
要素子から成り、その一つは加速に従って力を作り出す
質量、およびＫｙｎａｒ（カイナー）圧電フィルムトラ
ンスデューサーから成り、力を電荷に変換する。トラン
スデューサーはセラミック基板（図示せず）の上に取り
付けられる。このトランスデューサーは、リニアな応答
特性を持ち（１％前後）５ヘルツから１０キロヘルツま
での広範囲の周波数帯域の故に選択された。加速計の構
造自体も、低コスト生産を可能とする。

【００４２】加速計４４は、牽引力１５キログラムのサ
マリウム（ｓａｍａｒｉｕｍ）コバルト磁石に強固に結
合された断熱据付台４６の短手上に固定され、これによ
って合金エンジン上でも通常のスチールボルトヘッドが
使用できるので、ほとんどあらゆる種類のエンジンブロ
ックに検出器ヘッドの取り付けが可能になる。この磁石
４８は筒状の“ポット（ｐｏｔ）型”構成である。

【００４３】同様に、磁石４８に結合された絶縁筒も、
加速計４４をエンジン仕切内のその他の装置との電気的
接触（または極めて接近して）から隔離する。

【００４４】従って、加速計４４は、圧電フィルムセン
サを有し、緩衝出力を持つことができる。加速計とし
て、例えば機械的ダイアフラムなどのその他の形態も許
容できる。分析に必要な信号の振幅または範囲を作り出
すために、適切な感度レベルを持つ検出器を選択するこ
とが重要である。この点で、もしも周知の振動分析装置
（従来技術に関連して上述したように）が用いられる
と、幾つかのバランスの良い自動車エンジンから入手で
きる振動信号は振幅が低いために、かなりの困難が生じ
る。

【００４５】増幅器／送信機／アンテナユニット５２に
関して、この構成は、例えば警報作動目的の非変調無線
周波信号の伝送に使用される場合など、周知の受信機／
送信機−対に基づくため、回線データはここでは提供さ
れない。

【００４６】従って、増幅器／送信機／アンテナユニッ
ト５２は、常時在庫のある無線リンクデバイスを適用し
た警報信号送信器であり、それには信号増幅器が組み込
まれ、さらに追加変調手段が組み込まれて、振動信号デ
ータを搬送するために振幅または周波数変調形態（好ま
しくは振幅変調されたもの）で無線周波信号は送信され
る。

【００４７】このようにして、極めて簡単で且つ低コス
トの無線送信を行うための必要条件が、エンジンブロッ
ク２８に直接装着するために小型で軽い形態であること
が求められる付随必要条件と併せて満たされる。さら
に、警報信号送信機器はその電力消費量が極めて低いこ
とを必要条件として開発されてきたが、それと同じ方法
で、この目的にそのような装置を適用すれば、それに伴
う利点を提供することも可能である。従って、検出器ヘ
ッド１２は、潜在的に比較的長い自己動力耐用年数を持
つ磁石手段４８によって、エンジンブロック２８に直接
据え付ける自己充足の比較的小型の電池を電源とする電
池作動ユニットとして、作動することができる。これに
より、信号処理及びディスプレイユニット２０を、検出
器ヘッド１２の近辺で、その間に電導体のない位置なら
どこにでも配置することが可能になる。

【００４８】データ捕獲装置１４について、先ず注目す
べきは、無線周波受信器ユニット２４は上記の送信機装
置２２と相互に補足する点であり、それは、送信機２２
から変調された信号を受信して低域フィルター３４へ、
そこからさらに先のサンプルホールド３６へ、さらにこ
のようにしてその後ＡＤＣ（アナログ−ディジタル変換
器）ユニット３８へと信号を通すようにされる。

【００４９】このように、データ捕獲装置１４は、検出
器ヘッド１２によって作られた生の信号を取り入れて、
それをディジタル形態に変換し、ディジタル信号の処理
をする前にメモリにそれを保存する。

【００５０】低域フィルター３４は、機器１０が必要と
する唯一のフィルター機能を代表する点で重要である。
フィルター３４は、折り返し（ａｌｉａｓｉｎｇ）防止
フィルターである。折り返し防止フィルターは、フィル
ターがなければＡＤＣユニットのサンプリング率によっ
て変化されるような周波数を取り除く。しかし、それ以
外は、装置１０はフィルター機能に依存せず、信号分析
およびタコメータデータの識別の目的にはフィルターは
全く使用されないことに注目すべきである。

【００５１】ディジタル信号処理に先立って、サンプル
ホールド機能３６が信号データをメモリーで保存する。
ＡＤＣ機能は、アナログデータを４０９６ボルトに量子
化するステップを可能にする１２ビットアナログ−ディ
ジタルプロセッサーを有する。言い換えると、この実施
例での機器１０のＲＰＭ追跡（トラッキング）能力は、
毎分のエンジンスピード値を最高１２０までの異なる値
として表示することができるため、エンジンスピード依
存の近代的量的テスト（排気分析など）に必要とされる
エンジンスピードの変化に対して比較的迅速な反応がえ
られる。

【００５２】ディスプレイ機能１８を組み込んだソフト
ウェア補助装置は、ＡＤＣユニット３８からのディジタ
ルデータを受信する。パワースペクトル密度機能４０
は、分析を目的とするパワースペクトル密度データを生
成するために、量子化されたディジタル信号に対して高
速フーリエ変換ルーチンを行う。ソフトウェア補助装置
１６で実行されるパワースペクトル密度分析機能は、周
知の計算方法を使用できる（ケンブリッジ大学出版の
“ＮｕｍｅｒｉｃａｌＲｅｃｉｐｅｓｉｎＣ”な
どを参照）。ソフトウェア補助装置１６へ入力されたデ
ータ内に存在する複数の重畳波形が、図１のミクロ図表
５６で示される。これは増幅器ユニット３２の出力とし
て示されているが、同様にソフトウェア補助装置１６へ
のデータ入力を表わす。

【００５３】図３は、（この場合は）４気筒エンジンに
ついて得られた合成パワースペクトル密度“ＰＳＤ”デ
ータである。

【００５４】一般的な規則として、ｎ気筒の車のエンジ
ンスピードはＰＳＤ図表の主周波ピーク、即ちｆヘル
ツ、と関連があることが分かっている。ここで：

【数１】ｒｐｍ＝６０×２／ｎ×ｆである。

【００５５】後続の主ピークも、２ｆヘルツおよび３ｆ
ヘルツで見られ、これらは基本波の高調波を表わす。Ｐ
ＡＤ図表のこれらの高調波要素間のそのような関係は、
“１−２−３”シグネチャーと呼ばれる。図３は、ｆ
（エンジンスピード）、２ｆ、および３ｆに対応するピ
ーク５８、６０、および６２を含む４気筒エンジンのそ
のようなシグネチャーを示す。

【００５６】その他のエンジン構成のシグネチャーがか
なり異なる形態を取ることは、すでに知られている。従
って、Ｖ６エンジンでは、主ピークが０．５ｆヘルツで
発生し、後続の主ピークがｆおよび２ｆで発生して、
“１−２−４”シグネチャーを表わす。図４は、１５０
０ｒｐｍで走行するＶ６エンジンの、６４、６６、およ
び６８で識別される理想化されたシグネチャーを示す。

【００５７】上述のピークデータから数字データを得る
方法について、ここではシグネチャー検波機能４２につ
いて論じるが、それはエンジンタイプに従って選択され
た計算法を使用してピーク検索ルーチンを実行する。
尚、エンジンタイプはエンジンブロック２８に関連する
データから分かる。

【００５８】概して、シグネチャー検波機能４２は、図
３で示されるようなパワースペクトル密度データについ
て問題のエンジン構成に対応する分析ルーチン、および
問題のエンジンのエンジンｒｐｍ周波数“ｆ”に対応す
る関連ピーク（または関係のあるピーク）の識別を可能
にする分析ルーチンを行う。図３の場合、４気筒エンジ
ンの１−２−３シグネチャーの問題のピークは、ピーク
５８であることが知られており、それは複合エンジンス
ピードでのピークである。図４のＶ６エンジンの場合、
ピーク６４、６６、および６８は、０．５ｆ、ｆ、およ
び２ｆでのピークであることから、実際のエンジンスピ
ードはピーク６６によって与えられる。その他のエンジ
ン構成にはその他の関係が存在する。

【００５９】図１のミクロ図表７０は、ＰＳＤ機能４０
により作られるパワースペクトル密度図表の関連ピーク
から得ることができる“シグネチャー”を示し、そのシ
グネチャーはシグネチャー検波機能１２で実行されるこ
こで説明した分析ルーチンにより処理される。シグネチャー検波計算法（アルゴリズム）次に、シグネチャー検波機能の基本的な計算法（アルゴ
リズム）の省略化された疑似コードの命令文を示す。以
下の疑似コードの命令文の機能は、完全な機能命令文に
展開することが簡単にでき、また当業者によって容易に
マシンコードへ変換できる。基本計算法信号サンプルデータを獲得する以下の測定が要求されるＰＳＤを計算する３大ピークを求めるピーク検索を実行するスペクトルシグネチャーを識別するエンジンスピード値に換算するさらにデータを獲得する終了 −−−−−−−−−−−

【００６０】このようにシグネチャー検波機能４２は、
ディスプレイユニット１８にエンジンＲＰＭを提供する
関連する主要エンジンシグネチャーピークの識別を可能
にし、従ってディスプレイユニット１８によりエンジン
ＲＰＭの表示が可能になる。

【００６１】７００ＲＰＭでのアイドリングから最高５
０００ＲＰＭまでの範囲のスピードで、ガソリンおよび
ジーゼル両方での広範囲にわたる４気筒のエンジン上
で、機器１０が巧く作動することはすでに知られてい
る。テスト作業の説明に役立つ結果が以下の表で示され
る。表には、機器１０によって獲得された、ディスプレ
イ機能１８によって表示された各実例のエンジンＲＰＭ
が、下欄で示される。上欄には、既存のタコメータ装置
によって設定されたエンジンスピード（“従来の装置”
とする）が示される。従来の装置の数値は、エンジンが
プラスマイナス５０ＲＰＭの正確度を基準として行なわ
れた視覚検査での値である。

【００６２】表１は４気筒ジーゼルエンジン、表２は４
気筒ガソリンエンジン、および表３は６気筒ジーゼルエ
ンジンの結果を示す。これらの表の内容は、上述した磁
石据付け装置を使用して、エンジンに据付けられた検出
器ヘッド１２により得られた。検出器ヘッドは、はずみ
車／ギアボックスなどの振動減衰およびトルクスムージ
ング効果を最小限にするために、それらから最も離れた
エンジンの端に設置することが最善である。

【００６３】検出器ヘッド１２の位置は、テストされる
エンジンブロック上に直接据え付ける他は、エンジン室
のスラムパネル（通常は放熱器のある所、エンジン室を
閉じるためにボンネット／フードを下方に強く閉めるこ
とからこう呼ばれる）である。表４は、ガソリンエンジ
ンのスラムパネルテストの結果を示す。

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【００６４】基本的にタコメータ機器１０の診断機能
も、識別され、テストされた。従って、例えば、図４の
ＰＳＤ図表で、ピーク６４とピーク６６の中間に追加ピ
ーク７２が破線で追加されている。そのような追加ピー
クは、シリンダーの不点火によって生じ、燃焼関係の欠
陥の特徴であると見られてきた。機能４２でのシグネチ
ャー検出分析の適切な計算方を選択することにより、ど
のピークパターンがどのエンジンか分かり、追加ピーク
の位置および識別により、エンジン機能に関係するかな
り特定の欠陥を識別することを可能にする比較的単純な
機能が表わされる。類似の方法で識別可能であることが
分かっている関連する状況としては、エンジンの磨耗
（これも異常な周波ピークの検波により）、アイドリン
グの安定性（アイドリングスピードの傾向を識別するこ
とにより）、車輪のバランス（低周波ピークの検出によ
り）、エンジンノックの検出（高周波事象の分析によ
り）が含まれる。

【００６５】図５の実施例は上述した実施例の振動検出
器に替わる代替検出装置を提供する。

【００６６】この実施例では、分析機器１１０は、デー
タ捕獲および分析機能（表示なし）に導体１１４によっ
て接続された検出器ヘッド１１２を有する。

【００６７】データ捕獲および分析機能は、上述の実施
例の機器であってもよいが、同様にそれに関してはかな
り簡略化される可能性がある。

【００６８】従って、検出器ヘッド１１２は、スパーク
点火エンジンの燃料噴射装置へのリード１１６に接続さ
れるか、またはクランク軸検出器かまたはスパーク点火
第一コイルへのリードなどの関連の低圧リードに接続さ
れるようにされる。これらのリードにより、エンジンス
ピードに関連する低圧信号が提供され、エンジンスピー
ドを確定するための簡単で直接解釈できる信号を提供す
る。

【００６９】本発明のこの一面によれば、燃料噴射装置
に静電結合を形成するために、それに関連して配置され
るコンデンサー素子１１８と１２０を備えた検出器ヘッ
ド１１２が提供される。

【００７０】コンデンサー素子１１８と１２０は平板形
で、それはクランプ１２２のあご状の偏向バネであり、
それの中心にある導体１２４に対して図示される関係で
燃料噴射装置のリード１１６にクランプされる。

【００７１】コンデンサー素子１１８，１２０はシール
ドケーブル１２６によってデータ捕獲と分析機能に接続
されている。ケーブル１２６はテストの際に位置１２８
においてエンジンに接地される。

【００７２】使用時には、コンデンサーが燃料噴射装置
リード１１６に結合される。コンデンサー素子１１８お
よび１２０は、導体１２４から燃料噴射装置リード１１
６の絶縁１３０の厚さ分の間隔を置いて配置される。シ
ールドケーブル１２６の他方はエンジン自体に接続され
る。得られる信号は明確であり、ディスプレイ機能に信
号を入力するために簡単な増幅器だけが必要である。こ
れは周知の種類で間に合い、上記実施例の分析的機能は
要求されない。

【００７３】本発明の範囲内において、上記実施例でな
された変形は、多種多様な種類の検出装置、振動検出器
からのデータを分析機能へ伝送する変換装置、ソフトウ
ェア内容調整に関してこの後続の機能への変形、または
ソフトウェアの要素を減少したい場合における追加ハー
ドウェアの使用などである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のブロック図を示す。

【図２】図１の機器の一部を形成する検出器ヘッド組立
の構造的関係を示す図である。

【図３】ソフトウェア補助装置の図１のシステムによっ
て発生される周波数に対するパワースペクトルの密度図
を示し、それがソフトウェア補助装置で提供されるシグ
ネチャー検波機能による関連のシグネチャー（この場合
は４気筒エンジン）の検波に要求される。

【図４】これは６気筒エンジンの場合で、図３で示され
る種類のパワースペクトル密度図表から抽出されたエン
ジン“シグネチャー”を示し、特性周波数と関連する３
つのピークの対応する振幅を示し、更に不点火ピークも
示す。

【図５】本発明の別の実施例であり、分析用のスパーク
点火エンジンの燃料噴射装置リード容量的に協働する容
量性クランプの立面図を示す。

【符号の説明】

１２検出器ヘッド１４データ捕獲装置１６ソフトウェア補助装置１８ＲＰＭディスプレイ２２無線周波送信機２４無線周波受信機２８エンジンブロック３０加速器３２増幅器３６サンプルホールド３８アナログディジタル変換器４０パワースペクトル密度４２シグネチャー検波

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者アラステアージェイ．ホッチキスイギリス国ピーイー34 ４エヌピーノーフオーク，キングスリン，テリントンセントクレメント，ウォントンレーン，44 (72)発明者バーバラエル．ジヨーンズイギリス国ピーイー32 １アールワイノーフオーク，キングスリン，ミドルトン，ホールオーチャーズ，37 (72)発明者ポールスミスイギリス国ノーフォーク，セットフォードメスウォルド，ブルックビル，メインロード，サニィサイド（番地なし)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機械分析の方法であって、ａ）検出された振動に関する信号を発生するようにさ
れた振動反応検出手段を提供し、ｂ）分析される機械に関し、該振動反応検出手段をイ
ンストールし、ｃ）該振動反応検出手段を検出した振動に応答させて
対応する信号を発生させ、ｄ）該信号を分析して該機械の回転率を決定し、ｅ）前記機械分析の方法は、振動の検出に基づくタコ
メータによる分析方法であり、且つ自動車の内燃機関が
スパーク点火または圧縮点火のいずれであっても、その
振動を検出することでタコメータのエンジンスピードの
範囲を超えるエンジン回転率を測定し表示するために適
用され、ｆ）前記方法は、エンジンの作動によって生じる振動
を検出し、それに応答して分析されるエンジン構成独特
の高調波を持つ識別可能なパターンまたはシグネチャー
による複合波形で構成される信号を発振するために、分
析されるエンジンに関する該振動反応検出手段のインス
トールを含み、ｇ）該信号の該分析は、エンジンスピードに対応する
特定ピークを識別するために適用される計算法か、また
は関連ピークを識別するために、該タコメータのスピー
ド範囲を超える該シグネチャーで関連する高調波に参照
することによる、パターンまたは該シグネチャーの該調
波内容のディジタル分析を含む前記分析方法。
【請求項２】請求項１の方法において、前記信号のデ
ィジタル分析は、該信号からのおよび該ピークとその高
調波を含むパワースペクトル密度を作り出すようにされ
た高速フーリエ変換ルーチンを有し、前記分析は、エン
ジンスピードに対応または関係のある一つ以上のピーク
を識別または検波を可能にするための振動検出手段によ
って作りだされたパターンまたはシグネチャーの高調波
内容の該分析での関連ピーク識別を有することを特徴と
する請求項１の方法。
【請求項３】請求項１または請求２の方法は、該振動
反応検出手段を該エンジンまたは構造物に磁気手段によ
り直接取り付けることを特徴とする請求項１または請求
２の方法。
【請求項４】請求項１から３までのいずれかの方法
は、該振動パターンまたはシグネチャーを見分け、およ
びそれに対応するエンジンのタイプを識別することから
成る該信号の該分析を特徴とする。
【請求項５】請求項１から４までのいずれかの方法
は、該振動反応検出手段から該ディジタル分析を実行す
る該機器へアナログ形態の該信号を無線送信し、送信機
と受信機器間は変調無線周波信号の形態で送信されるス
テップを特徴とする。
【請求項６】前述のいずれかの請求項の方法は、エン
ジンの該パターンまたはシグネチャーで予期された追加
ピークの存在（いくらかでもある場合）またはその不在
を識別し該追加ピークまたは不在ピークは、該エンジン
の燃焼関係の欠陥に対応することから成る該信号の該分
析ステップを特徴とする。
【請求項７】機械分析用機器であって、ａ）検出した振動に関連する信号を発振するようにさ
れた振動反応検出手段と、ｂ）分析される機械に該振動反応検出手段をインスト
ールすることができる該振動反応検出手段の取り付け手
段と、ｃ）検出した振動に反応して、それに対応する信号を
発振するようにされた該振動反応検出手段と、ｄ）該振動反応検出手段によって発振される該信号か
ら機械の回転率を確定するようにされた信号分析手段
と、を備え、ｅ）該分析手段は、振動の検出を基盤とするタコメー
タ分析手段から成り、スパーク点火または圧縮点火いづ
れでも内燃機関の振動を検出することにより、タコメー
タのエンジンスピード範囲を超えるエンジン回転率の測
定と表示をするようにされ、ｆ）該取り付け手段は、エンジン作動によって生じる
振動を検出しそれに応答して、分析されるエンジン構成
独特の高調波を持つ認識可能なパターンまたはシグネチ
ャーから成る信号を発生させるために、分析されるエン
ジンに関連して該振動反動検出手段のインストールを可
能にし、ｇ）該分析手段は、エンジンスピードに対応する特定
ピークを識別するための計算式で該パターンまたはシグ
ネチャーの該調波内容のディジタル分析を実行するため
に、または該タコメータスピードの範囲を超える該シグ
ネチャーの関連高調波へ参照して関連ピークを識別する
前記機器。
【請求項８】請求項７の機器は、該信号からの、およ
び該ピークまたはその高調波を含むパワースペクトル密
度を発振させるために適用される高速フーリエ変換ルー
チンを実行するようにされ、該パワースペクトル密度の
該関連ピークを識別するようにもされた該分析手段を特
徴とする。
【請求項９】請求項７または８の機器は、磁気手段に
より直接に該振動反応検出手段を該エンジンに取り付け
るようにされた該取り付け手段を特徴とする。
【請求項１０】請求項６から８までのいずれかの機器
は、該振動パターンまたはシグネチャーを見分けるた
め、およびそれから分析される対応するエンジンのタイ
プまたは構成を識別するようにされたことを特徴とす
る。
【請求項１１】前述のいずれかの請求項の機器は、該
パターンまたはシグネチャーでの予期されたピークの追
加ピークの存在（いくらかでも存在する場合）または不
在ピークを識別するようにされ、該追加ピークまたは不
在ピークとは、該エンジンの燃焼関係欠陥に対応する該
分析手段を特徴とする。
【請求項１２】請求項７から１０までのいずれかの機
器は、該振動反応検出手段からの該信号をアナログ形態
で、該ディジタル分析実行用の該機器へ送信するように
され、送信器と受信手段の間では、変調無線周波信号の
形態で送伝される無線送信手段を特徴とする。
【請求項１３】タコメータの分析方法であって、振動
検出に基づき且つエンジンスピード範囲を超えるエンジ
ン回転率の測定と表示に適用され、エンジンスピードに
対応または関連する一つ以上のピークの識別または検波
を可能にするために、分析されるエンジン構築の振動発
振パターンまたはシグネチャーの独特の調波内容を分析
するステップを特徴とするタコメータ分析方法。
【請求項１４】タコメータ分析用機器であって、振動
検出に基づいて、タコメータのエンジンスピードの範囲
を超えるエンジン回転率の測定と表示に適用され、エン
ジンスピードに対応または関連する一つ以上のピークの
識別または検波を可能にするために、振動検出手段によ
って発振されるパターンまたはシグネチャーの調波内容
を分析するようにされた振動検出手段と信号分析手段か
ら成るタコメータ分析用機器。
【請求項１５】機械分析方法であって、ａ）検出された機械パラメータに対応する信号を発振
するために適用される検出手段を提供し、ｂ）分析される機械に関連する該検出手段をインスト
ールし、ｃ）該検出手段が該検出されたパラメータに反応し、
それに対応する信号を発振し、ｄ）該パラメータの特性を確定するために該信号を分
析し、ｅ）該機械分析方法は、自動車分析方法であり、そこ
では該検出手段が自動車の装置から検出された信号を、
分析用に適用された比較的遠隔の信号処理装置へ分析の
ために局部的に送信し、ｆ）該送信ステップは、局部的に検出された信号を受
信用該検出手段からの変調無線周波数の搬送波信号をア
ナログ形態の無線送信で送信し、さらに先の該信号処理
装置へ送信し、ｇ）該受信およびさらに先へ送信するための該ステッ
プは、アナログからディジタル形態へ該信号を変換する
ことから成る該受信およびさらに先へ送信する、前記方
法。
【請求項１６】機械分析用機器であって、ａ）検出した機械パラメータに反応して信号を発振す
るために適用される検出手段と、ｂ）分析される機械に関連して該検出手段を設置する
ための手段と、ｃ）該パラメータの検出された値に反応し、それに対
応する信号を発振するために適用される該検出手段と、ｄ）該検出手段により発振された該信号から検出され
た該パラメータ値を確定するために適用される信号分析
手段と、を備え、ｅ）該機器は、自動車分析機器であり、そこでは該検
出手段が分析される自動車機器から検出された信号を、
その分析を実行するために適用される比較的遠距離の信
号処理装置へ局部的に送信し、ｆ）該機器は、変調無線周波の搬送波としてアナログ
形態で該検出手段から該信号を受信して、さらに先の該
信号処理装置へと送信するために適用される無線送信手
段を有し、ｇ）該機器は、受信した該信号をアナログからディジ
タル形態に変換するアナログ−ディジタル信号変換手段
を有する、前記機器。
【請求項１７】機械分析方法であって、ａ）検出された機械パラメータに関する信号を発振す
るために適用される検出手段を提供し、ｂ）分析される機械に関連する該検出手段をインスト
ールし、ｃ）該検出手段が、検出された該機械パラメータ値に
反応し、それに対応する信号を発振し、ｄ）検出された該パラメータの特性を確定するために
該信号を分析し、ｅ）該機械分析方法は、自動車分析の一方法であり、ｆ）該検出手段は、スパーク点火エンジンの燃料噴射
装置へのリードなどの自動車の電気制御、または供給導
体の電気パラメータを検出するために適用される電気検
出手段から成り、ｇ）該検出手段は、コンデンサー素子、およびコンデ
ンサーへの静電結合を形成するために該導体に関連して
素子設置ステップから成る該方法で構成される、前記方
法。
【請求項１８】機械分析用機器であって、ａ）検出された機械パラメータ関連する信号を発振す
るために適用される検出手段と、ｂ）分析される機械に該検出手段を設置することを可
能にする検出手段の設置手段と、ｃ）検出された該パラメータに反応して、それに対応
する信号を発振するために適用される該検出手段と、ｄ）検出された該機械パラメータの特性を、該検出手
段によって発振される該信号から確定するために適用さ
れる信号分析手段と、を備え、ｅ）該機器は、自動車分析機器の形態をとり、ｆ）該検出手段は、スパーク点火エンジンの燃料噴射
装置へのリードなどの自動車電気制御で、または供給導
体の電気パラメータを検出するために適用される電気検
出手段で構成され、ｇ）該検出手段は、導体への静電結合を形成するため
の、該導体に関連する設置に適用されるコンデンサー素
子から成る、前記機器。
【請求項１９】請求項１７の機器は、該導体上で閉じ
られるあご形の該コンデンサー素子を特徴とする。