JPH0820339B2 - 容積型機械の作動状態測定方法および測定装置 - Google Patents
容積型機械の作動状態測定方法および測定装置Info
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- JPH0820339B2 JPH0820339B2 JP1194811A JP19481189A JPH0820339B2 JP H0820339 B2 JPH0820339 B2 JP H0820339B2 JP 1194811 A JP1194811 A JP 1194811A JP 19481189 A JP19481189 A JP 19481189A JP H0820339 B2 JPH0820339 B2 JP H0820339B2
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- displacement machine
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は容積型機械の状態測定方法および測定装置に
関するもので、特に、自動車用エンジンにおける図示平
均有効圧力を簡易的に測定する方法および装置に関す
る。
関するもので、特に、自動車用エンジンにおける図示平
均有効圧力を簡易的に測定する方法および装置に関す
る。
ここで容積型機械とは、機械の中にある空間に１サイ
クルごとに積極的に作業流体を流入させて、その空間の
体積を境界面の移動によって動力や圧力を作り出すもの
である。すなわち、容積型機械には熱機関に限らず、流
体機械（圧縮機、ポンプ、水力モータ、油圧モータ
等）、熱機関の逆サイクルによる冷凍機等も含まれる。
クルごとに積極的に作業流体を流入させて、その空間の
体積を境界面の移動によって動力や圧力を作り出すもの
である。すなわち、容積型機械には熱機関に限らず、流
体機械（圧縮機、ポンプ、水力モータ、油圧モータ
等）、熱機関の逆サイクルによる冷凍機等も含まれる。
半導体技術の飛躍的な発展に伴い、自動車用エンジン
のコンピュータ制御が広く行われるようになっている。
このようなコンピュータ制御の一つの目的は燃費を改善
することにあり、そのためにはエンジンを稀薄限界にな
るべく近い状態で運転することが必要である。
のコンピュータ制御が広く行われるようになっている。
このようなコンピュータ制御の一つの目的は燃費を改善
することにあり、そのためにはエンジンを稀薄限界にな
るべく近い状態で運転することが必要である。
しかし、そのようなエンジン制御を行おうとすると
き、制御目標である稀薄限界そのものが回転速度、負
荷、大気状態などによって悪化するため、制御が困難で
あるという問題がある。また、稀薄限界を超えると、燃
焼変動や失火の増加によってドライバビリティや排気特
性が急激に変化することも大きな問題である。したがっ
て、従来のような空燃比のみに着目したエンジン制御で
は制御目標を稀薄限界よりも過濃側に設定しており、高
精度の制御は行われていないことが多い。
き、制御目標である稀薄限界そのものが回転速度、負
荷、大気状態などによって悪化するため、制御が困難で
あるという問題がある。また、稀薄限界を超えると、燃
焼変動や失火の増加によってドライバビリティや排気特
性が急激に変化することも大きな問題である。したがっ
て、従来のような空燃比のみに着目したエンジン制御で
は制御目標を稀薄限界よりも過濃側に設定しており、高
精度の制御は行われていないことが多い。
このため、ドライバビリティや排気特性をある水準に
保ちながら、稀薄域での制御精度を上げるためには、エ
ンジンの燃焼状態を直接示す、図示平均有効圧Piをエン
ジン制御情報として用いることが有益であり、かつ望ま
れる。
保ちながら、稀薄域での制御精度を上げるためには、エ
ンジンの燃焼状態を直接示す、図示平均有効圧Piをエン
ジン制御情報として用いることが有益であり、かつ望ま
れる。
この図示平均有効圧Piは、Ｐを燃焼室内圧力、Ｖをそ
の容積、Vsを行程容積として以下のように定義される。
の容積、Vsを行程容積として以下のように定義される。
これを実際に求めるには式（１）を離散化した次の
（２）式によってPiが算出されている。
（２）式によってPiが算出されている。
ここで、Pjは例えばA/D変化器により等クランク 角（例えば１°）ごとにサンプリングされたｎ個のデー
タのうち上死点から数えてｊ番めの圧力データ、またVj
はその時の燃焼室内容積を意味する。すなわち、指圧線
図から読み取った圧力値とエンジン諸元から定まる燃焼
室内容積変化との積を、１サイクルにわたって数値積分
すればよい。
タのうち上死点から数えてｊ番めの圧力データ、またVj
はその時の燃焼室内容積を意味する。すなわち、指圧線
図から読み取った圧力値とエンジン諸元から定まる燃焼
室内容積変化との積を、１サイクルにわたって数値積分
すればよい。
（２）式はマイクロプロセッサ等を用いて実行するこ
とができ、このような方式による装置はPiメータとして
市販されている。
とができ、このような方式による装置はPiメータとして
市販されている。
しかしながら、この方法では、クランク角に同期させ
て圧力データをサンプリングするA/D変換器や、角度に
対する容積のデータをメモリ内に持っていなければなら
ない。例えば４サイクルエンジンの場合で１°ごとにサ
ンプリングを行うものとすれば圧力と容積で合計720個
のデータを扱わなければならない。その結果、必然的に
メモリ容量と演算時間の増大を招く。
て圧力データをサンプリングするA/D変換器や、角度に
対する容積のデータをメモリ内に持っていなければなら
ない。例えば４サイクルエンジンの場合で１°ごとにサ
ンプリングを行うものとすれば圧力と容積で合計720個
のデータを扱わなければならない。その結果、必然的に
メモリ容量と演算時間の増大を招く。
したがって、この方法は実験室用途としては十分であ
っても現実の自動車用エンジンのPi制御用には適用が困
難である。
っても現実の自動車用エンジンのPi制御用には適用が困
難である。
したがって、本発明は作動状態を表わす情報を、高速
かつ簡便に求めることのできる容積型機械の作動状態測
定方法およびそのための装置を提供することを目的とす
る。
かつ簡便に求めることのできる容積型機械の作動状態測
定方法およびそのための装置を提供することを目的とす
る。
本発明にかかる容積型機械の作動状態測定方法によれ
ば、作動状態にある容積型機械の行程サイクルに関連
し、燃焼室内の圧力変化を表す指圧波形信号を、基本波
成分を取り出す第１の帯域フィルタおよび前期基本波成
分の整数倍の高調波成分を取り出す第２の帯域フィルタ
によるフィルタリングし、これらをそれぞれ行程サイク
ルに関連した角度でサンプリングした瞬時値を次式、 ただし は振幅、1、2、4は位相差 にしたがって合成して前記容積型機械の作動状態を表わ
す図示平均有効圧力値を求めることを特徴とする。
ば、作動状態にある容積型機械の行程サイクルに関連
し、燃焼室内の圧力変化を表す指圧波形信号を、基本波
成分を取り出す第１の帯域フィルタおよび前期基本波成
分の整数倍の高調波成分を取り出す第２の帯域フィルタ
によるフィルタリングし、これらをそれぞれ行程サイク
ルに関連した角度でサンプリングした瞬時値を次式、 ただし は振幅、1、2、4は位相差 にしたがって合成して前記容積型機械の作動状態を表わ
す図示平均有効圧力値を求めることを特徴とする。
前記フィルタリングが、基本波成分を取り出す第１の
フィルタと２倍の周波数成分を取り出す第２のフィルタ
を通す過程であり、前記基本波成分と前記２倍の周波数
成分により、次式 にしたがって合成して図示平均有効圧力値の近似値を求
めることにより、より簡略な測定が可能となる。
フィルタと２倍の周波数成分を取り出す第２のフィルタ
を通す過程であり、前記基本波成分と前記２倍の周波数
成分により、次式 にしたがって合成して図示平均有効圧力値の近似値を求
めることにより、より簡略な測定が可能となる。
本発明にかかる容積型機械の作動状態測定方法によれ
ば、作動状態にある容積型機械の行程サイクルに関連
し、燃焼室内の圧力変化を表す指圧波形信号を、基本波
成分を取り出す帯域フィルタによりフィルタリングし、
これを行程サイクルに関連した角度でサンプリングした
瞬時値を次式、 ただし、 は振幅、1は位相差 にしたがって粗い近似の図示平均有効圧力値を得ること
により、さらに簡略な測定が可能となる。
ば、作動状態にある容積型機械の行程サイクルに関連
し、燃焼室内の圧力変化を表す指圧波形信号を、基本波
成分を取り出す帯域フィルタによりフィルタリングし、
これを行程サイクルに関連した角度でサンプリングした
瞬時値を次式、 ただし、 は振幅、1は位相差 にしたがって粗い近似の図示平均有効圧力値を得ること
により、さらに簡略な測定が可能となる。
前記容積型機械が往復動エンジンであり、前記行程サ
イクルに関連した角度は上死点を基準として求められる
と良い。
イクルに関連した角度は上死点を基準として求められる
と良い。
また、本発明にかかる容積型機械の作動状態測定装置
によれば、作動状態にある容積型機械の行程サイクルに
関連し、燃焼室内の圧力変化を表す指圧波形信号につい
て、基本波成分を取り出す第１の帯域フィルタおよび前
記基本波成分の整数倍の高調波成分を取り出す第２の帯
域フィルタと、これらのフィルタによりフィルタリング
した値をそれぞれ行程サイクルに関連した角度でサンプ
リングして瞬時値を得るサンプリング手段と、 このサンプリング手段でのサンプリング結果を次式、 ただし は振幅、1、2、4は位相差 にしたがって合成して前記容積型機械の作動状態を表わ
す図示平均有効圧力値を求める演算手段を備えたことを
特徴とする。
によれば、作動状態にある容積型機械の行程サイクルに
関連し、燃焼室内の圧力変化を表す指圧波形信号につい
て、基本波成分を取り出す第１の帯域フィルタおよび前
記基本波成分の整数倍の高調波成分を取り出す第２の帯
域フィルタと、これらのフィルタによりフィルタリング
した値をそれぞれ行程サイクルに関連した角度でサンプ
リングして瞬時値を得るサンプリング手段と、 このサンプリング手段でのサンプリング結果を次式、 ただし は振幅、1、2、4は位相差 にしたがって合成して前記容積型機械の作動状態を表わ
す図示平均有効圧力値を求める演算手段を備えたことを
特徴とする。
前記フィルタリング手段が、基本波成分を取り出す第
１のフィルタと２倍の周波数成分を取り出す第２のフィ
ルタであり、前記演算手段は前記基本波成分と前記２倍
の周波数成分により、次式 にしたがって合成することにより図示平均有効圧力値の
近似値を求めるものであると良い。
１のフィルタと２倍の周波数成分を取り出す第２のフィ
ルタであり、前記演算手段は前記基本波成分と前記２倍
の周波数成分により、次式 にしたがって合成することにより図示平均有効圧力値の
近似値を求めるものであると良い。
本発明にかかる容積型機械の作動状態測定装置によれ
ば、作動状態にある容積型機械の行程サイクルに関連
し、燃焼室内の圧力変化を表す指圧波形信号について、
基本波成分を取り出す帯域フィルタによりフィルタリン
グした値をそれぞれ行程サイクルに関連した角度でサン
プリングして瞬時値を得るサンプリング手段と、 このサンプリング手段でのサンプリング結果を次式、 ただし、 は振幅、1は位相差 にしたがって粗い近似の図示平均有効圧力値を得る演算
手段を備えたことを特徴とする。
ば、作動状態にある容積型機械の行程サイクルに関連
し、燃焼室内の圧力変化を表す指圧波形信号について、
基本波成分を取り出す帯域フィルタによりフィルタリン
グした値をそれぞれ行程サイクルに関連した角度でサン
プリングして瞬時値を得るサンプリング手段と、 このサンプリング手段でのサンプリング結果を次式、 ただし、 は振幅、1は位相差 にしたがって粗い近似の図示平均有効圧力値を得る演算
手段を備えたことを特徴とする。
前記容積型機械が往復動エンジンであり、前記行程サ
イクルに関連した角度は上死点を基準として求められる
ことが好ましい。
イクルに関連した角度は上死点を基準として求められる
ことが好ましい。
前記容積型機械の行程サイクルに比例した電圧を発生
する回転検出手段をさらに備え、前記帯域フィルタはそ
の中心周波数が前記回転検出手段の出力に応じて上昇す
る形式のものであると良い。
する回転検出手段をさらに備え、前記帯域フィルタはそ
の中心周波数が前記回転検出手段の出力に応じて上昇す
る形式のものであると良い。
発明者の研究によれば、指圧線図には種々の周波数成
分が含まれており、この中には熱機関状態に関連する情
報も含まれている。このため、特定成分を取り出すこと
により熱機関状態を表わす情報を取出すことができるこ
とが判明した。例えば、後述するように、指圧波形から
エンジンの回転速度の1,2,4倍の周波数成分を抽出して
合成することにより、図示平均有効圧Piを簡便に精度良
く取り出すことができる。
分が含まれており、この中には熱機関状態に関連する情
報も含まれている。このため、特定成分を取り出すこと
により熱機関状態を表わす情報を取出すことができるこ
とが判明した。例えば、後述するように、指圧波形から
エンジンの回転速度の1,2,4倍の周波数成分を抽出して
合成することにより、図示平均有効圧Piを簡便に精度良
く取り出すことができる。
まず、最初に本発明の原理を詳細に説明する。
ここでは動力伝達がピストン・クランク機構で行われ
る往復動エンジンの場合をとりあげる。
る往復動エンジンの場合をとりあげる。
一般にある周期Ｔで繰返されている現象は、角速度ω
（＝２π/T）の整数倍の角速度を持つ調和振動の合成と
して、フーリエ級数の形で表現することができる。
（＝２π/T）の整数倍の角速度を持つ調和振動の合成と
して、フーリエ級数の形で表現することができる。
いま、燃焼室内圧力変化（指圧波形）Ｐ（ωｔ）の角
速度ωとエンジンの角速度ωｅとの間にはω＝ｈω
ｅ（４サイクル機関:h＝1/2、２サイクル機関:h＝１）
関係があることを考慮してＰ（ωｔ）をフーリエ級数の
形で表わすと である。
速度ωとエンジンの角速度ωｅとの間にはω＝ｈω
ｅ（４サイクル機関:h＝1/2、２サイクル機関:h＝１）
関係があることを考慮してＰ（ωｔ）をフーリエ級数の
形で表わすと である。
ここで、ｔは時間を、またCk、φkは各調和成分の振
幅と位相であり、a0はＰ（ωｔ）の平均値を示す。
幅と位相であり、a0はＰ（ωｔ）の平均値を示す。
一方、上死点を基準としたクランク角をθｅ、シリン
ダ断面積並びに隙間容積をそれぞれＡ、Vcで表わせば、
燃焼室容積Ｖは高次の要素を省略して ただしr:クランク半径、l:コンロッド長さ、λ＝l/r であり、したがって容積変化dVは（４）式を微分して以
下のように表わせる。
ダ断面積並びに隙間容積をそれぞれＡ、Vcで表わせば、
燃焼室容積Ｖは高次の要素を省略して ただしr:クランク半径、l:コンロッド長さ、λ＝l/r であり、したがって容積変化dVは（４）式を微分して以
下のように表わせる。
ここでθｅ＝ωｅｔの関係、並びに式（３）、（５）
を用いて式（１）の積分（ただし積分区間は０≦θｅ≦
２π/h）を行うと、図示平均有効圧Piが以下のように求
められる。
を用いて式（１）の積分（ただし積分区間は０≦θｅ≦
２π/h）を行うと、図示平均有効圧Piが以下のように求
められる。
ここで、式（６）に注目しながら、式（３）からPiに
関与する周波数成分を取出すと、４サイクル機関ではｈ
＝1/2より C2sin（ωｅｔ＋φ２），C4sin（２ωｅｔ＋φ４），C8
sin（４ωｅｔ＋φ８） （７） 一方、２サイクル機関ではｈ＝１より、 C1sin（ωｅｔ＋φ１），C2sin（２ωｅｔ＋φ２），C4
sin（４ωｅｔ＋φ４） （８） となる。
関与する周波数成分を取出すと、４サイクル機関ではｈ
＝1/2より C2sin（ωｅｔ＋φ２），C4sin（２ωｅｔ＋φ４），C8
sin（４ωｅｔ＋φ８） （７） 一方、２サイクル機関ではｈ＝１より、 C1sin（ωｅｔ＋φ１），C2sin（２ωｅｔ＋φ２），C4
sin（４ωｅｔ＋φ４） （８） となる。
すなわち、４サイクル・２サイクルのいずれの機関に
おいても、Piは圧力波形に含まれるエンジン角速度の
１、２、４倍の周波数成分によってのみ定まることが明
らかである。４サイクル・２サイクル両機関での記号の
統一を図るため、ここで回転速度の１、２、４次成分の
振幅を単に また位相差を1、2、4と置くと、図示平均有効圧P
1は式（６）より結局次のように表わすことができる。
おいても、Piは圧力波形に含まれるエンジン角速度の
１、２、４倍の周波数成分によってのみ定まることが明
らかである。４サイクル・２サイクル両機関での記号の
統一を図るため、ここで回転速度の１、２、４次成分の
振幅を単に また位相差を1、2、4と置くと、図示平均有効圧P
1は式（６）より結局次のように表わすことができる。
（９）式は、指圧波形からエンジン回転速度の１、
２、４倍の周波数成分を抽出し、これらの波形に基づい
て式（９）の演算を行えば、Piの検出が可能となること
を示唆している。
２、４倍の周波数成分を抽出し、これらの波形に基づい
て式（９）の演算を行えば、Piの検出が可能となること
を示唆している。
このような測定原理が妥当であることは表１の結果よ
り明らかである。
り明らかである。
表は熱機関としてシバウラ・４サイクル空冷ガソリン
機関（ボア＊ストローク:78mm＊62mm、行程容積:296c
m2、圧縮比:7.4、点火時期:BTDC 23deg）を用い、これ
から得られた指圧線図によって、計算上で式（９）の妥
当性を確認したものである。なお、運転条件は回転速度
2430〜2510rpm、スロットル開度4/4、また空燃比A/Fは
8.7〜17.2である。
機関（ボア＊ストローク:78mm＊62mm、行程容積:296c
m2、圧縮比:7.4、点火時期:BTDC 23deg）を用い、これ
から得られた指圧線図によって、計算上で式（９）の妥
当性を確認したものである。なお、運転条件は回転速度
2430〜2510rpm、スロットル開度4/4、また空燃比A/Fは
8.7〜17.2である。
表１における比較の基準値は、クランク角１度ごとに
サンプリングされた720個の圧力データを用い、式
（１）をシンプソンの1/3則により数値積分して求めた
図示平均有効圧{Pi}0であり、同圧力データを調和分析
して求めた各成分の振幅、位相から、Piは式（９）、ま
た{Pi}12は式（９）右辺第二項の1/4λ２と第三項を省
略した式（10）、{Pi}1は式（９）右辺第一項以外の項
を全て省略した式（11）からそれぞれ計算した平均有効
圧である。また誤差ｅ（％）は ｜{Pi}0−計算値｜＊100/{Pi}0として算出している。
サンプリングされた720個の圧力データを用い、式
（１）をシンプソンの1/3則により数値積分して求めた
図示平均有効圧{Pi}0であり、同圧力データを調和分析
して求めた各成分の振幅、位相から、Piは式（９）、ま
た{Pi}12は式（９）右辺第二項の1/4λ２と第三項を省
略した式（10）、{Pi}1は式（９）右辺第一項以外の項
を全て省略した式（11）からそれぞれ計算した平均有効
圧である。また誤差ｅ（％）は ｜{Pi}0−計算値｜＊100/{Pi}0として算出している。
表から明らかなように、式（１）の数値積分結果であ
る基準値{Pi}0と式（９）によるPiとの差は0.05％以
内、{Pi}0と {Pi}12との差は0.2％以内である。このことから、先の
測定原理の妥当性が確認され、Piおよび{Pi}12の値は十
分実用になる値である。また、{Pi}1でも９％以内であ
り、測定用途によっては実用になる値である。
る基準値{Pi}0と式（９）によるPiとの差は0.05％以
内、{Pi}0と {Pi}12との差は0.2％以内である。このことから、先の
測定原理の妥当性が確認され、Piおよび{Pi}12の値は十
分実用になる値である。また、{Pi}1でも９％以内であ
り、測定用途によっては実用になる値である。
第１図は、本発明の一実施例にかかるPiメータの概要
を示すブロック図である。ここでは簡略化のために２次
までの周波数成分を使用する形式のものを示している。
を示すブロック図である。ここでは簡略化のために２次
までの周波数成分を使用する形式のものを示している。
入力指圧波形Ｐ（ｈωｅｔ）は入力端子１に与えら
れ、この指圧波形は第１次成分および第２次成分に対応
する２つの帯域フィルタ２および３にそれぞれ入力され
る。これらの帯域フィルタの中心周波数（例えば第１次
成分用としては100Hz程度）は、ロータリエンコーダ等
のエンジン回転数検知器４により検知されたエンジン回
転数に基づきFVコンバータ５で制御電圧V1およびV2の値
によって自動的に変化させられる。すなわち、エンジン
回転数が増加するとFVコンバータから発生される電圧は
上昇し、この電圧に比例してフィルタの中心周波数は上
昇することになる。は、発明者の実験により中心周波数
の設定精度がPiの計測精度に非常に大きな影響を及ぼす
ことが判明している為である。
れ、この指圧波形は第１次成分および第２次成分に対応
する２つの帯域フィルタ２および３にそれぞれ入力され
る。これらの帯域フィルタの中心周波数（例えば第１次
成分用としては100Hz程度）は、ロータリエンコーダ等
のエンジン回転数検知器４により検知されたエンジン回
転数に基づきFVコンバータ５で制御電圧V1およびV2の値
によって自動的に変化させられる。すなわち、エンジン
回転数が増加するとFVコンバータから発生される電圧は
上昇し、この電圧に比例してフィルタの中心周波数は上
昇することになる。は、発明者の実験により中心周波数
の設定精度がPiの計測精度に非常に大きな影響を及ぼす
ことが判明している為である。
このように、フィルタにより指圧波形をフィルタリン
グするのみで必要な情報を簡便に得ることができる。
グするのみで必要な情報を簡便に得ることができる。
帯域フィルタ２の出力 は上死点後のクランク角90°を検出するATDC90deg検出
回路７の出力信号で動作を行うサンプルホールド回路６
により第１次成分がサンプルホールドされ、 が出力される。同様に、帯域フィルタ３の出力 は上死点後のクランク角45°あるいは225°を検出するA
TDC45deg検出回路９の出力信号で動作を行うサンプルホ
ールド回路６に第２次成分がサンプルホールドされ、 が出力される。この はλ設定器11から与えられたλを用いる乗算器10によっ
て1/2λを掛けあわされる。この値とサンプルホールド
回路６の出力信号 は加算器12で加算され、さらに係数πまたはπ/2が乗算
器13で掛け合わされる。この結果乗算器13の出力は式
（10）に表わされたPiとなり、出力端子14から出力され
る。
回路７の出力信号で動作を行うサンプルホールド回路６
により第１次成分がサンプルホールドされ、 が出力される。同様に、帯域フィルタ３の出力 は上死点後のクランク角45°あるいは225°を検出するA
TDC45deg検出回路９の出力信号で動作を行うサンプルホ
ールド回路６に第２次成分がサンプルホールドされ、 が出力される。この はλ設定器11から与えられたλを用いる乗算器10によっ
て1/2λを掛けあわされる。この値とサンプルホールド
回路６の出力信号 は加算器12で加算され、さらに係数πまたはπ/2が乗算
器13で掛け合わされる。この結果乗算器13の出力は式
（10）に表わされたPiとなり、出力端子14から出力され
る。
このような装置を用いた場合の第１次周波数成分およ
び第２次周波数成分、さらにこれらを合成して得られる
指圧線図の各理論値をコンピュータでシミュレートし、
得られた結果を第２図に示す。
び第２次周波数成分、さらにこれらを合成して得られる
指圧線図の各理論値をコンピュータでシミュレートし、
得られた結果を第２図に示す。
第３図は第２図に示した第１次成分および第２次成分
についての理論値と第１図の装置により得られた両成分
との誤差を図示したものである。同図からわかるように
これらの誤差は５％以下で小さく、本発明の方法の精度
は十分に高い。また、前述した表を参照すると、第２次
成分までを用いれば実用上十分な精度を得ることができ
ることが立証された。
についての理論値と第１図の装置により得られた両成分
との誤差を図示したものである。同図からわかるように
これらの誤差は５％以下で小さく、本発明の方法の精度
は十分に高い。また、前述した表を参照すると、第２次
成分までを用いれば実用上十分な精度を得ることができ
ることが立証された。
第４図は本発明の他の実施例にかかるPiメータの構成
の一部を示すブロック図である。同図は第１図における
サンプルホールド回路の変形例を示すもので、帯域フィ
ルタの出力 からサンプルホールド部21で を求めると共にピークホールド部22で を求め、これらから演算器24で として算出可能である。
の一部を示すブロック図である。同図は第１図における
サンプルホールド回路の変形例を示すもので、帯域フィ
ルタの出力 からサンプルホールド部21で を求めると共にピークホールド部22で を求め、これらから演算器24で として算出可能である。
第５図は本発明の他の実施例にかかるPiメータの構成
の一部を示すブロック図である。この構成では指圧波形
を帯域フィルタに入力する前に微分器15で微分している
点、加算器12の出力にVs情報を掛け合わせて図示出力Li
を求める乗算器17、加算器12の出力からFVコンバータ５
の出力を用いて周波数成分を取り除くための乗算器18を
有している点を除けば第１図に示した実施例とほぼ同じ
である。
の一部を示すブロック図である。この構成では指圧波形
を帯域フィルタに入力する前に微分器15で微分している
点、加算器12の出力にVs情報を掛け合わせて図示出力Li
を求める乗算器17、加算器12の出力からFVコンバータ５
の出力を用いて周波数成分を取り除くための乗算器18を
有している点を除けば第１図に示した実施例とほぼ同じ
である。
次にこの回路の動作を説明する。指圧波形をしゃ断周
波数ωｅ,2ωｅのBPF2および３に通すと、その出力は、 と となる。
波数ωｅ,2ωｅのBPF2および３に通すと、その出力は、 と となる。
こからTDC検出回路７′により与えられる上死点におけ
る各成分の読みは、ωｅｔ＝θｃ＝０より となる。
る各成分の読みは、ωｅｔ＝θｃ＝０より となる。
上式にはωｅが含まれているため、乗算器18で1/ωｅ
の演算が行われる。しかし、ωｅをそのまま残しておけ
ば、図示出力Liの算出が可能である。１サイクルの周期
はＴであり、Ｔ＝Te/hとなることを考慮すれば、図示出
力Liは以下のように表わせる。
の演算が行われる。しかし、ωｅをそのまま残しておけ
ば、図示出力Liの算出が可能である。１サイクルの周期
はＴであり、Ｔ＝Te/hとなることを考慮すれば、図示出
力Liは以下のように表わせる。
したがって、 であり、４サイクル、２サイクルで同一式となる。以上
の各実施例に示されたような簡便な測定装置を使用した
場合、扱うデータが少ないため、大きなメモリ容量は不
要でかつ演算時間も短くてすむため、実際の自動車に搭
載して失火判定やエンジン制御のための情報を得ること
ができる。
の各実施例に示されたような簡便な測定装置を使用した
場合、扱うデータが少ないため、大きなメモリ容量は不
要でかつ演算時間も短くてすむため、実際の自動車に搭
載して失火判定やエンジン制御のための情報を得ること
ができる。
以上の実施例においては種々の変形が可能である。
まず、帯域フィルタの中心周波数を変更するために実
施例では例えば１°毎の回転を検出できるロータリエン
コーダを用いているが、計測精度をそれ程要しない場合
には何等かの形で回転を検出できるもの、例えば電子燃
料噴射（EFI）用の回転ピックアップなどを使用するこ
とができる。さらに、間接的には点火（イグニッショ
ン）信号を使用することができる。
施例では例えば１°毎の回転を検出できるロータリエン
コーダを用いているが、計測精度をそれ程要しない場合
には何等かの形で回転を検出できるもの、例えば電子燃
料噴射（EFI）用の回転ピックアップなどを使用するこ
とができる。さらに、間接的には点火（イグニッショ
ン）信号を使用することができる。
また、上述の実施例では高周波成分の検出にあたりク
ランク角90°,45°または25°を用いたが、エンジンの
特性により他のクランク角を選択することもできる。
ランク角90°,45°または25°を用いたが、エンジンの
特性により他のクランク角を選択することもできる。
また、実施例では、入力波形として指圧波形を用い、
帯域フィルタなどの電気的な部品を用いて電気的に装置
を構成したが、本発明はこのようなものに限られない。
帯域フィルタなどの電気的な部品を用いて電気的に装置
を構成したが、本発明はこのようなものに限られない。
すなわち、本発明は容積型機械において行程サイクル
に関連する波動から周波数成分を抽出して合成すること
により機械の作動状態に関連する情報が得られることを
特徴としているのであり、この観点からは波動として機
械的信号、例えば機関音を例えば機械の任意の場所に取
り付けられた音響ピックアップ、またはノックセンサや
プラグワッシャ型インジケータなどを用いて取り出し、
その出力信号を特定の周波数特性を有する機械的フィル
タを通すことにより周波数成分を得ることができる。こ
の場合には前述した１次の周波数成分が中心となって必
ずしも精度は良くはないが、この構成の場合には何等の
演算を行うことなく情報が得られる利点がある。しか
も、このような構成の場合、機械的フィルタの形状を適
当に設計すれば音響ピックアップと一体化でき、非常に
小形軽量化が可能となる。このような簡単な測定器はモ
ニタ用としてならば十分使用可能である。
に関連する波動から周波数成分を抽出して合成すること
により機械の作動状態に関連する情報が得られることを
特徴としているのであり、この観点からは波動として機
械的信号、例えば機関音を例えば機械の任意の場所に取
り付けられた音響ピックアップ、またはノックセンサや
プラグワッシャ型インジケータなどを用いて取り出し、
その出力信号を特定の周波数特性を有する機械的フィル
タを通すことにより周波数成分を得ることができる。こ
の場合には前述した１次の周波数成分が中心となって必
ずしも精度は良くはないが、この構成の場合には何等の
演算を行うことなく情報が得られる利点がある。しか
も、このような構成の場合、機械的フィルタの形状を適
当に設計すれば音響ピックアップと一体化でき、非常に
小形軽量化が可能となる。このような簡単な測定器はモ
ニタ用としてならば十分使用可能である。
この機械的信号としては指圧波形に関連して生じるシ
リンダブロックの変形信号なども利用することができ
る。
リンダブロックの変形信号なども利用することができ
る。
なお、図示平均有効圧Piに含まれる第１次成分と第２
次成分とはPiの増加にともなって増加する傾向が見られ
る。発明者の実験によればPiと第１次成分との比は常に
1.2前後の値を示している。したがって、上述の実施例
における帯域フィルタは１つだけでもPiを求めることが
可能である。
次成分とはPiの増加にともなって増加する傾向が見られ
る。発明者の実験によればPiと第１次成分との比は常に
1.2前後の値を示している。したがって、上述の実施例
における帯域フィルタは１つだけでもPiを求めることが
可能である。
さらに、上述の実施例では基本波成分および高周波成
分を組合わせた状態で取出しているが、振幅または位相
だけでも機械の状態に関連した情報を取出すことが可能
である。この場合は振幅は実施例に示した構成で、また
位相は例えばゼロクロス回路とコンパレータを追加する
だけで容易に求めることができる。
分を組合わせた状態で取出しているが、振幅または位相
だけでも機械の状態に関連した情報を取出すことが可能
である。この場合は振幅は実施例に示した構成で、また
位相は例えばゼロクロス回路とコンパレータを追加する
だけで容易に求めることができる。
〔発明の効果〕 以上のように、本発明にかかる容積型機械の作動状態
測定方法によれば、作動状態にある容積型機械の行程サ
イクルに関連し、燃焼室内の圧力変化を表す指圧波形信
号を、基本波成分を取り出す第１の帯域フィルタおよび
前記基本波成分の整数倍の高周波成分を取り出す第２の
帯域フィルタによりフィルタリングし、これらをそれぞ
れ行程サイクルに関連した角度でサンプリングした瞬時
値を次式にしたがって合成して前記容積型機械の作動状
態を表わす図示平均有効圧力値を求めるようにしたの
で、容積型機械の作動状態を簡便かつ高精度で知ること
ができる。
測定方法によれば、作動状態にある容積型機械の行程サ
イクルに関連し、燃焼室内の圧力変化を表す指圧波形信
号を、基本波成分を取り出す第１の帯域フィルタおよび
前記基本波成分の整数倍の高周波成分を取り出す第２の
帯域フィルタによりフィルタリングし、これらをそれぞ
れ行程サイクルに関連した角度でサンプリングした瞬時
値を次式にしたがって合成して前記容積型機械の作動状
態を表わす図示平均有効圧力値を求めるようにしたの
で、容積型機械の作動状態を簡便かつ高精度で知ること
ができる。
また、本発明にかかる容積型機械の作動状態測定装置
によれば、作動状態にある容積型機械の行程サイクルに
関連し、燃焼室内の圧力変化を表す指圧波形信号につい
て、基本波成分を取り出す第１の帯域フィルタおよび前
記基本波成分の整数倍の高周波成分を取り出す第２の帯
域フィルタと、これらのフィルタによりフィルタリング
した瞬時値をそれぞれ行程サイクルに関連した角度でサ
ンプリングするサンプリング手段と、このサンプリング
手段でのサンプリング結果を所定の式にしたがって合成
して前記容積型機械の作動状態を表わす図示平均有効圧
力値を求める演算手段を備えたので、簡便な構成で高速
に結果を得ることができる。
によれば、作動状態にある容積型機械の行程サイクルに
関連し、燃焼室内の圧力変化を表す指圧波形信号につい
て、基本波成分を取り出す第１の帯域フィルタおよび前
記基本波成分の整数倍の高周波成分を取り出す第２の帯
域フィルタと、これらのフィルタによりフィルタリング
した瞬時値をそれぞれ行程サイクルに関連した角度でサ
ンプリングするサンプリング手段と、このサンプリング
手段でのサンプリング結果を所定の式にしたがって合成
して前記容積型機械の作動状態を表わす図示平均有効圧
力値を求める演算手段を備えたので、簡便な構成で高速
に結果を得ることができる。
第１図は本発明にかかる容積型機械の状態測定装置の一
実施例としての図示平均有効圧測定機構成を示すブロッ
ク図、第２図は本発明の方法の理論値を示すグラフ、第
３図は本発明の有用性を検証した示すグラフ、第４図は
本発明にかかる容積型機械の状態測定装置の他の実施例
の構成を示すブロック図、第５図は本発明にかかる容積
型機械の状態測定装置の他の実施例の構成を示すブロッ
ク図である。 １……入力端子、2,3……帯域フィルタ、４……エンコ
ーダ、５……FVコンバータ、６、8,21……サンプルホー
ルド回路、7,7′,9,23……角度検出回路、10,10′,12,1
3,13′,17,18,24……演算器、11……λ設定器、14……
出力端子、15……微分器、22……ピークホールド回路。
実施例としての図示平均有効圧測定機構成を示すブロッ
ク図、第２図は本発明の方法の理論値を示すグラフ、第
３図は本発明の有用性を検証した示すグラフ、第４図は
本発明にかかる容積型機械の状態測定装置の他の実施例
の構成を示すブロック図、第５図は本発明にかかる容積
型機械の状態測定装置の他の実施例の構成を示すブロッ
ク図である。 １……入力端子、2,3……帯域フィルタ、４……エンコ
ーダ、５……FVコンバータ、６、8,21……サンプルホー
ルド回路、7,7′,9,23……角度検出回路、10,10′,12,1
3,13′,17,18,24……演算器、11……λ設定器、14……
出力端子、15……微分器、22……ピークホールド回路。
Claims (9)
- 【請求項１】作動状態にある容積型機械の行程サイクル
に関連し、燃焼室内の圧力変化を表す指圧波形信号を、
基本波成分を取り出す第１の帯域フィルタおよび前記基
本波成分の整数倍の高調波成分を取り出す第２の帯域フ
ィルタによりフィルタリングし、これらをそれぞれ行程
サイクルに関連した角度でサンプリングした瞬時値を次
式、 ただし は振幅、1、2、4は位相差 にしたがって合成して前記容積型機械の作動状態を表わ
す図示平均有効圧力値を求めることを特徴とする容積型
機械の作動状態測定方法。 - 【請求項２】前記フィルタリングが、基本波成分を取り
出す第１のフィルタと２倍の周波数成分を取り出す第２
のフィルタを通す過程であり、前記基本波成分と前記２
倍の周波数成分により、次式 にしたがって合成することにより図示平均有効圧力値の
近似値を求めることを特徴とする請求項１記載の容積型
機械の作動状態測定方法。 - 【請求項３】作動状態にある容積型機械の行程サイクル
に関連し、燃焼室内の圧力変化を表す指圧波形信号を、
基本波成分を取り出す帯域フィルタによりフィルタリン
グし、これを行程サイクルに関連した角度でサンプリン
グした瞬時値を次式、 ただし、 は、振幅、1は位相差 にしたがって粗い近似の図示平均有効圧力値を得ること
を特徴とする容積型機械の作動状態測定方法。 - 【請求項４】前記容積型機械が往復動エンジンであり、
前記行程サイクルに関連した角度は上死点を基準として
求められることを特徴とする請求項１または３記載の容
積型機械の作動状態測定方法。 - 【請求項５】作動状態にある容積型機械の行程サイクル
に関連し、燃焼室内の圧力変化を表す指圧波形信号につ
いて、基本波成分を取り出す第１の帯域フィルタおよび
前記基本波成分の整数倍の高調波成分を取り出す第２の
帯域フィルタと、これらのフィルタによりフィルタリン
グした値をそれぞれ行程サイクルに関連した角度でサン
プリングして瞬時値を得るサンプリング手段と、 このサンプリング手段でのサンプリング結果を次式、 ただし は振幅、1、2、4は位相差 にしたがって合成して前記容積型機械の作動状態を表わ
す図示平均有効圧力値を求める演算手段を備えたことを
特徴とする容積型機械の作動状態測定装置。 - 【請求項６】前記フィルタリング手段が、基本波成分を
取り出す第１のフィルタと２倍の周波数成分を取り出す
第２のフィルタであり、前記演算手段は前記基本波成分
と前記２倍の周波数成分により、次式 にしたがって合成することにより図示平均有効圧力値の
近似値を求めるものであることを特徴とする請求項５記
載の容積型機械の作動状態測定装置。 - 【請求項７】作動状態にある容積型機械の行程サイクル
に関連し、燃焼室内の圧力変化を表す指圧波形信号につ
いて、基本波成分を取り出す帯域フィルタと、この帯域
フィルタによりフィルタリングした値をそれぞれ行程サ
イクルに関連した角度でサンプリングして瞬時値を得る
サンプリング手段と、 このサンプリング手段でのサンプリング結果を次式、 ただし、 は、振幅、1は位相差 にしたがって粗い近似の図示平均有効圧力値を得る演算
手段を備えたことを特徴とする容積型機械の作動状態測
定装置。 - 【請求項８】前記容積型機械が往復動エンジンであり、
前記行程サイクルに関連した角度は上死点を基準として
求められることを特徴とする請求項５または７記載の容
積型機械の作動状態測定方法。 - 【請求項９】前記容積型機械の行程サイクルに比例した
電圧を発生する回転検出手段をさらに備え、前記帯域フ
ィルタはその中心周波数が前記回転検出手段の出力に応
じて上昇する形式のものである請求項５または７記載の
作動状態測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1194811A JPH0820339B2 (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 容積型機械の作動状態測定方法および測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1194811A JPH0820339B2 (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 容積型機械の作動状態測定方法および測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0357937A JPH0357937A (ja) | 1991-03-13 |
| JPH0820339B2 true JPH0820339B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=16330654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1194811A Expired - Lifetime JPH0820339B2 (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 容積型機械の作動状態測定方法および測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0820339B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006035842A1 (ja) | 2004-09-30 | 2006-04-06 | Honda Motor Co., Ltd. | エンジンの仕事量を算出する装置および方法 |
| JP2007291924A (ja) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関の仕事量算出装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4220454B2 (ja) * | 2004-10-14 | 2009-02-04 | 本田技研工業株式会社 | エンジンの仕事量を算出する装置 |
| JP4870793B2 (ja) * | 2009-05-07 | 2012-02-08 | 本田技研工業株式会社 | 内燃機関の図示平均有効圧を計測する装置 |
| JP5476599B2 (ja) * | 2010-03-09 | 2014-04-23 | 学校法人明治大学 | 容積型機械の作動状態測定方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5965727A (ja) * | 1982-10-07 | 1984-04-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ノツキング検出装置 |
| JPS6295443A (ja) * | 1985-10-22 | 1987-05-01 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関の燃焼監視装置 |
-
1989
- 1989-07-27 JP JP1194811A patent/JPH0820339B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006035842A1 (ja) | 2004-09-30 | 2006-04-06 | Honda Motor Co., Ltd. | エンジンの仕事量を算出する装置および方法 |
| JP2007291924A (ja) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関の仕事量算出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0357937A (ja) | 1991-03-13 |
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