JPH0252969B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は内容積の測定装置に関する。本発明に
よる装置は例えばエンジン組み付け状態での燃焼
室内容積の測定に用いられる。

従来技術 ヘルムホルツ共鳴器は、管部（パイプ）と容積
より成り、スロート部となる管部内の空気が質
量、容積がばねに相当して共振現象を生じさせ
る。

従来の方法においては、マイクロホン１個を用
いて音圧レベルの測定を行い、音圧レベルが最低
となる周波数_bを求めて、その_bより容積を測つ
ている。しかし、この方法においては、共振周波
数_b近くの周波数のとき、スピーカ出力が変動す
る事があり、その場合マイクロホン１本だけで音
圧レベルを測定していると不連続点があらわれ
る。場合によつては共振周波数_bの値を誤つて求
めることになる。また特性にスピーカの経年変
化、温度特性が特性に影響を与える。

また、音圧レベルを測定する方法においては、
共振周波数_b近傍では周波数変化に対する音圧レ
ベル変化の割合が小さく、読みとり精度が低い。

例えば0.1dB精度のレベル計で最低値を示す周
波数の巾が１Hzである。そこで、読みとり精度の
向上が望まれている。さらに装置がＴ字型をして
おり、プラグ穴等に装着する際エンジンの他の部
位、例えばデイストリビユータ等に当つてしまい
取り扱い上の困難性がある。このように従来の方
法においては種種の問題点がある。

発明の目的 本発明の目的は、マイクロホンを２個用いて、
ヘルムホルツ共鳴器前後にマイクロホンをそれぞ
れ取り付けて、その両者の位置における伝達関数
により共振周波数を求めるという着想にもとづ
き、マイクロホンの経年変化の影響を少なくし、
読み取り精度を向上し、内容積の測定をより適切
に行うことにある。

発明の構成 本発明においては、第１、第２および第３の端
部を有する管部、該管部の第１の端部に設置され
る電気・音響変換器、該管部の第２の端部に設置
される吸音材、該管部の第１および第２の端部の
近くの該管部内に設置され複数個の音響・電気変
換、および該管部の第３の端部に設置される被測
定内容積部、を有し、該音響・電気変換器の出力
信号を用いて該管部と該被測定内容積部における
共振周波数が検出されることにもとづき被測定内
容積部の測定が行われる、内容積測定装置が提供
される。

実施例 本発明の一実施例としての内容積測定装置が第
１図に示される。第１図において、Ｅは通常の往
複動式エンジンで、１２はそのシリンダヘツド、
１４はシリンダブロツクである。シリンダブロツ
ク１４内にはピストン１６が収容され、ピストン
１６の頂部１７とシリンダヘツド凹部１３間には
燃焼室１８が形成される。第１図装置において
は、この燃焼室１８の内容積を精度高く、しか
も、シリンダヘツド１２をシリンダブロツク１４
から外すことなく内容積測定を行うことが意図さ
れる。

第１図において、２は内容積測定装置の構成要
素であるスロート部を有するＴ字状の管であつ
て、それぞれ開放された３個の端部２１，２２，
２３を有している。

上記第１の端部２１に向つてスピーカ等の電
気・音響変換器３３が設けられ、これはコード３
２を介しての周波数可変の発振器３１に接続され
る。第１の端部２１および第２の端部２２の近く
の管２内には、この管２中音響信号を検知するマ
イクロホン等の音響・電気変換器４１，４２がそ
れぞれ配置される。

第２の端部２２内にはグラスウール等の吸音材
２５が充てんされ、これによつてマイクロホン４
２への反射波の影響を除く。

マイクロホン４１，４２はそれぞれコード４
３，４４を介して増幅器４５，４６に接続され、
さらにコード４３，４４を介して２つの信号の比
を測定できる装置もしくは２つの信号の位相差を
測定できる装置、例えば利得位相差計４７に接続
される。

管２の第３の端部２３は、例えば点火プラグ取
り付け孔等の燃焼室壁に形成される既存の孔１９
を介して燃焼室１８に連通される。Ｔ字管２の管
部２７で第３の端部２３付近には、熱電対、サー
ミスタ等の温度検出用感温素子５１が取り付けら
れておりこの感温素子５１はコード５２を介して
温度計５３に接続される。

以上の構成においてＴ字状管２および燃焼室１
８は一種の音響振動体を構成すると考えられ、共
振周波数_bと燃焼室１８の容積V_Oとの間には基
本的に _b＝Ｃ／√_O ……(1) の関係があることが知られている。

この関係は第２図の特性図に示される。ここで
Ｃは定数である。それ故、第３図に示すごとく発
振器３１からの各周波数の電気信号に基づく各周
波数音波をスピーカ３３から発生させて、この際
のマイクロホン４１，４２の位置の音圧比ｐを利
得位相差計３５で測定し、共鳴時、すなわち音圧
比ｐが最小となる周波数_bを測定すれば(1)式また
は、第２図の特性図から容積V_Oが得られる。

また、マイクロホン４１および４２の位置の音
波の位相差φを利得位相差計４７で測定し、共振
周波数_bを測定する。第３図に示すように、マイ
クロホン４１，４２の位置での音波の音圧比ｐが
最小となる共振周波数_bの時にマイクロホン４
１，４２の位置の音波はある一定の位相差φ₁を
もつ。この位相差φ₁は容積V_Oがかわつても一定
である。従つてマイクロホン４１，４２の位置の
音波の音圧比から共振周波数_bを求めるかわり
に、マイクロホン４１，４２の位置を音波の位相
差φより共振周波数_bを求めることができる。

この位相差を測定する方法は第３図に示すよう
に周波数に対する位相差φの変化割合は最大で
あるところを測定するので読みとり精度は、音圧
比ｐを測定する方法に比べて数倍良くなる。

なおこの式中の定数Ｃは容積の知れた容器に本
発明の装置を結合して上記と同様の測定作業を行
えば、その際の共振周波数から逆算できる。

次に、共振周波数の温度補正について述べる。
(1)式をより詳細に解析すると、共鳴現象は容器の
容積V_Oの他、管部２７の長さＬと断面積Ｓと音
速V_Sによつても影響を受け、共振周波数_bは次
式のような関係式で示される。

しかし音速V_Sは温度によつて変化するため共
振周波数_bも温度の影響を受け、第４図に示すよ
うに温度Ｔに依存して変化する。従つて共振周波
数を測定後、基準温度例えば20℃に換算した値で
周波数を表わす必要がある。

実験によれば一様な温度中で20℃に換算するに
は下記の式を用いる。

F_b＝_b−（T_b−20）×Ｋ ここでT_bは_bを測定したときの温度、F_bは20
℃に換算補正後の共振周波数である。Ｋは例えば
0.48（Hz／℃）である。

第１図に装置においては、音響の共鳴現象を利
用して複雑な形状の容積を外部温度が変化した場
合にも極めて良い精度で測定できる。

本発明者の行つた実験の結果によれば、50c.c.程
度の容積を温度の影響も含め±0.1c.c.の精度で測
定することができた。

本発明の実施にあたつては前述の実施例のほか
種々の変形形態をとることができる。例えば、前
述の実施例では測定装置本体がＴ字型をしている
ために、点火プラグ取り付け孔等の燃焼室壁に形
成された既存の孔に端部２３を装着する際、他の
端部２１，２２を有する管部がエンジンの他の部
分、例えばデイストリビユタなどに当る等、取り
扱いが必ずしも充分に容易であるとはいえないと
いう事情にかんがみ、第５図に示すような型にす
ることにより、取り扱い易いものとすることがで
きる。

第５図装置においては、第１図に示されるよう
なＴ字型をした装置の第１の端部すなわち電気・
音響変換素子を取り付ける端部、を有する管部と
第２の端部すなわちグラスウール等の吸音材を充
てんする端部、を有する管部を平行に対置し、さ
らに第３の端部すなわち点火プラグ穴等に装着さ
せ燃焼室と連通させる端部、を有する管部と前記
した第１の端部と第２の端部を有する管を平行に
対置させたものとを一直線上に平行に対置させた
形状にした。

第５図の形状にしても、第１図に示されるよう
なＴ字型の形状の場合と、特性は同じである。第
５図の形状によれば、装置を小型化し取り扱いや
すいものとすることができる。

発明の効果 本発明によれば、マイクロホンの経年変化の影
響を少なくし、読み取り精度を向上し、内容積の
測定をより適切に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての内容積測定
装置を示す、第２図は容積と共振周波数の関係を
示す特性図、第３図は周波数と音圧比、位相差を
関係を示す特性図、第４図は温度と共振周波数の
関係を示す特性図、第５図は本発明の他の実施例
としての内容積測定装置を示す図である。 符号の説明、Ｅ………エンジン、１２……シリ
ンダヘツド、１３……シリンダヘツド凹部、１４
……シリンダブロツク、１６……ピストン、１７
……ピストン頂部、１８……燃焼室、１９……
孔、２……管、２１，２２，２３……管の端部、
２５……吸音材、２７……管部分、３１……発振
器、３２……コード、３３……スピーカ、４１，
４２……マイクロホン、４３，４４……コード、
４５，４６……増幅器、４７……利得位相差計、
５１……温度検出用感温素子、５２……コード、
５３……温度計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１、第２および第３の端部を有する管部、
   該管部の第１の端部に設置される電気・音響変換
   器、 該管部の第２の端部に設置される吸音材、 該管部の第１および第２の端部の近くの該管部
   内に設置され複数個の音響・電気変換器、および 該管部の第３の端部に設置される被測定内容積
   部、を有し、 該音響・電気変換器の出力信号を用いて該管部
   と該被測定内容積部における共振周波数が検出さ
   れることにもとづき被測定内容積部の測定が行わ
   れる、内容積測定装置。 ２ 該複数個の音響・電気変換器における検出音
   波の音圧比が最小となる周波数を検知することに
   より共振周波数の検出が行われる、特許請求の範
   囲第１項記載の装置。 ３ 該複数個の音響・電気変換器における検出音
   波の位相差を検知することにより共振周波数の検
   出が行われる特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４ 該管部に温度検出用感温素子が取り付けら
   れ、該温度検出用感温素子により検出された温度
   にもとづき基準温度時の共振周波数値への補正が
   行われる、特許請求の範囲第１項記載の装置。