容積型機械の作動状態測定方法
【課題】 演算器に導入される信号からノイズを除去して、データ数を減少させた場合にも誤差のない容積型機械の作動状態を測定する方法及び装置を提供すること。
【解決手段】 運転状態にある容積型機械における行程サイクルに関連した信号の成分を求め、それらを演算器１７で合成して作動状態を表わす信号を求める容積型機械の作動状態測定方法であって、前記行程サイクルに関連した信号はＬＰＦ（ロ−パスフィルタ）１４によるフィルタリング処理と燃焼のＴＤＣを基準とするゲート幅の中でサンプリングするサンプリング処理との２つの処理を受けた信号であること。
【解決手段】 運転状態にある容積型機械における行程サイクルに関連した信号の成分を求め、それらを演算器１７で合成して作動状態を表わす信号を求める容積型機械の作動状態測定方法であって、前記行程サイクルに関連した信号はＬＰＦ（ロ−パスフィルタ）１４によるフィルタリング処理と燃焼のＴＤＣを基準とするゲート幅の中でサンプリングするサンプリング処理との２つの処理を受けた信号であること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は容積型機械の作動状態測定方法に関するもので、特に筒内圧を簡易的に計測する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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効率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。
【０００３】
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大きく左右されるため、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、理想的制御は行われていないことが多い。
【０００４】
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ＩＭＥＰをエンジン制御情報として用いることができるようになれば有益であり、かつ望まれる。
【０００５】
この図示平均有効圧ＩＭＥＰは、Ｐをシリンダの筒内圧、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。
ＩＭＥＰ＝（１／Ｖｓ）∫Ｐｄｖ （１）
従来この筒内圧Ｐを計測するためにはシリンダ内に圧力センサを取り付けて計測を行うのが一般的であり、精度が得られない。この圧力センサはシリンダ構造物（シリンダブロックとシリンダヘッドの集合体をいう。この明細書において同じ）のシリンダヘッドに取り付けられ、シリンダ内に差し込まれて、燃焼ガスと接触状態に置かれる。
【０００６】
また、ＩＭＥＰは式（１）を離散化した式（２）により算出されている。
【０００７】
【数１】
ここに、Ｐ（ｊ）、Ｖ（ｊ）は１サイクル間で等間隔にｎ個サンプリングされた、基準としたクランク角から数えてｊ番目の圧力と容積をそれぞれ表わす。
【０００８】
前述の通り、従来一般の筒内圧は圧力センサにより検知されるが、圧力センサを取り付けるシリンダヘッドはシリンダ毎に吸気弁、排気弁、プラグなどが多数取り付けられていて、複雑な構造になっているので、空間取合の点から圧力センサをシリンダヘッドに取り付けるのは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公平８−２０３３９号公報
【特許文献２】特開２００５−１３３６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、シリンダ構造物の外側にシリンダ構造物の挙動を検出する力センサや歪みゲージなどのセンサを取り付け、前記センサからの挙動信号を用いて筒内圧の指圧波形瞬時値を得る技術が開発されている（特許文献１及び２参照）。
【００１１】
この技術によって、シリンダ内の燃焼ガスに接触する圧力センサを使用せず、燃焼ガスと非接触の力センサ、ギャップセンサ、加速度センサをシリンダ構造物に外付けして、筒内圧と相関関係にあるシリンダ構造物の挙動に関する挙動信号を元にしてシリンダ内圧力を求めるので、圧力センサをシリンダヘッドに取り付ける必要をなくし、筒内圧の導出ひいては図示平均有効圧の導出を容易としている。
【００１２】
しかるに、この外付けセンサによって検出するシリンダ構造物の挙動の信号は、筒内圧に基づく信号の他に、多くのノイズも重畳されたものになる。
【００１３】
図示平均有高圧の導出を速くするためにデータ数を減少させる試みがなされているが、データ数を減少させる場合には、特にノイズの影響が大きく、これが誤差の原因となるので、信号を演算器に入れる前にノイズをできるだけ除去することが望ましいが、現在まで有効な技術が開発されていない。
【００１４】
この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであって、演算器に導入される信号からノイズを除去して、データ数を減少させた場合にも誤差の少ない容積型機械の作動状態測定方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明の容積型機械の作動状態測定方法は、運転状態にある容積型機械における行程サイクルに関連した信号の成分を求め、それら成分を合成処理してシリンダの作動状態を表わす信号を求める容積型機械の作動状態測定方法であって、前記行程サイクルに関連した信号はＬＰＦ（ロ−パスフィルタ）によるゲート幅を含む範囲のフィルタリング処理と燃焼のＴＤＣ（上死点）を基準とする前記ゲート幅の中でサンプリングするサンプリング処理との２つの処理を受けた信号であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
上記本発明によれば、運転状態にある容積型機械の行程サイクルに関連した信号が、ローパスフィルタによるフィルタリング処理によってノイズを低減され、かつ、燃焼のＴＤＣを基準とする前記ゲート幅の中の、ノイズの影響の少ない信号が切り出されるサンプリング処理がなされた後に演算装置に入力されるので、機械のＩＭＥＰなどの作動状態を表わす信号を導出する場合に、信号数を少なくしても誤差の少ない演算を可能にする。
【００１７】
また、ローパスフィルタでノイズを低減した信号に対してさらにサンプリング処理すれば、装置の構成を簡単にしても、ノイズが除去され、誤差の少ない演算が可能になる。すなわちローパスフィルタで信号処理することによって高周波領域をカットされて単純化された信号を、さらにゲートによって信号の一部を取り出して処理するので、演算処理の演算量を減らすことができる。
【００１８】
また、サンプリング処理でノイズの影響の小さい信号を切り出した後に、さらにその信号をフィルタリング処理すれば、ローパスフィルタリングによって信号の振幅の低下や位相のずれを生ずる場合でも、演算装置の演算に補正を加えることができるので、誤差の少ない作動状態を表わす信号の導出が可能である。すなわちゲートによってカットして取り出された波形のみをローパスフィルタに通すことによる処理量の低減が可能となり、さらにローパスフィルタによって単純化された波形だけを処理することで演算装置の演算量を減らすことができ、さらに、ＩＭＥＰ演算結果にＬＰＦ周波数補正をすることができるので実際の作動状態に対して一層高い相関を持つ信号が得られる。
【００１９】
また、行程サイクルに関連した信号の成分として、基本波形及びその高調波成分とすれば、誤差の少ない作動状態の演算、導出が可能である。
【００２０】
また、作動状態を表わす信号として、ＩＭＥＰを表わす信号とすれば、誤差の少ないＩＭＥＰが直接に演算されるので容積型機械の理想的な制御のための望ましい作動状態を表わす信号を得ることができる。
【００２１】
また、サンプリング処理とフィルタリング処理の２つの処理を受けた信号をＡ／Ｄ変換した後に合成演算すれば、演算装置の負担を軽減させることができる。
【００２２】
さらにまた、フィルタリング処理の補正を、合成処理において行なえば、サンプリング装置でサンプリング処理したノイズの影響の小さい信号を切り出した後に、さらにその信号をフィルタリング処理してノイズを除去することに加えて、ローパルフィルタのフィルタリングによって信号の振幅の低下や位相のずれを生ずる場合でも、演算装置の演算に必ず補正を加えることとなり、誤差の少ない作動状態を表わす信号の導出が可能である。すなわちゲートによってカットして取り出された波形のみをローパスフィルタに通すことによるローパスフィルタによる処理量の低減が可能となり、さらにローパスフィルタによって単純化された波形だけを処理することで演算装置の演算量を減らすることができ、さらに、ＩＭＥＰ演算結果にＬＰＦ周波数補正をすることができるので一層高い相関が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】構造物上のセンサ装置を示す縦断面説明図。
【図２】シリンダ構造物上のセンサ装置を示す平面説明図。
【図３】Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ（ＩＭＥＰ）ｆｏｒｃｅと（ＩＭＥＰ）0の関係を示すグラフ。
【図４】信号処理演算装置を示すブロック図。
【図５】信号処理演算装置で処理された信号を示すグラフ。
【図６】信号処理演算装置を示すブロック図。
【図７】信号処理演算装置で処理された信号を示すグラフ。
【図８】（ＩＭＥＰ）forceと（ＩＭＥＰ）0の関係を示すグラフ。
【図９】（ＩＭＥＰ）forceと（ＩＭＥＰ）0の関係を示すグラフ。
【図１０】（ＩＭＥＰ）forceと（ＩＭＥＰ）0の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、この発明の一実施の態様を図面をもって詳細に説明する。
【００２５】
まずこの発明を単シリンダエンジンに適用する場合について説明する。シリンダ構造物上のセンサの位置を示す図１及び図２において、センサ装置１はこの発明のエンジンの作動状態測定方法を実施する場合に使用し、シリンダ構造物２に外付けによって取り付けた挙動センサ３を備えている。シリンダ構造物２はシリンダブロック４とシリンダヘッド５とを組み合わせたものでシリンダブロック４とシリンダヘッド５は、ガスケット６を挾んでボルト７で定着されている。
【００２６】
挙動センサ３は、シリンダ構造物２の挙動を検出するセンサである。検出の対象であるシリンダ構造物２に生ずる挙動の種類としては、例えば力の変化、シリンダブロック４とシリンダヘッド５との間の隙間（ギャップ）の変化、シリンダブロック４とシリンダヘッド５との間のガスケット隙間８の変化、シリンダ構造物２に作用する加速度の変化及びシリンダ構造物の変形があり、それぞれの検出対象に対応して力を検出するための力センサ３ａがシリンダブロック４又はガスケット隙間８、特に好ましくはシリンダブロックとシリンダヘッドとを締着するボルトに取り付けられ、シリンダブロック４とシリンダヘッド５との隙間を検出するギャップセンサが取り付けられ、ガスケット隙間８を検出するためのギャップセンサ３ｂがガスケット隙間８に取り付けられ、又は加速度を検出するための加速度センサ３ｃがシリンダブロック４に取り付けられ、シリンダブロックの変形を検出するためにギャップセンサ３ｂがシリンダブロックに取り付けられ、シリンダヘッドに作用する加速度を検出するために加速度センサ３ｃがシリンダヘッドに取り付けられるようにしている。それぞれのセンサ３ａ、３ｂ、３ｃは、単独で使用され、又は他のセンサと組み合わせて使用され、また必要に応じて選択して使用される。なお挙動センサ３の取り付け位置は、図１、図２に示すものに限られない。
【００２７】
シリンダ構造物２の挙動、すなわちシリンダ構造物２に作用する力、ギャップ、加速度又はシリンダ構造物の変形を検出する。エンジンの１サイクルの吸入、圧縮、爆発、排気の４行程において、シリンダ構造体における力、ギャップ、加速度及び変形は、筒内圧と相関を持つので、各センサの信号を元信号として信号処理装置１１、１１ｂで処理して行程サイクルに関連した信号を得、さらにそれを演算装置１７で演算してシリンダの作動状態を表わす信号である筒内圧瞬時値又は図示平均有効圧を導出する。
信号処理演算装置１１としては例えば図４に示すものを使用することができる。
【第１の実施例】
【００２８】
第１の実施例に係る信号処理演算装置１１は入力部１２と出力部１３との間に、ローパスフィルタ１４、アナログスイッチ１５、Ａ／Ｄ変換器１６を順に備え、さらに信号処理装置１１の下流に演算装置１７を備える。
【００２９】
ローパスフィルタ１４にはローパスフィルタ１４のカットオフを制御するカットオフコントローラ１８が接続し、カットオフコントローラ１８にはＦ／Ｖコンバータ２１が接続する。
【００３０】
Ｆ／Ｖコンバータ２１はクロック（ＥＣＵ）信号によりローパスフィルタ１４のカットオフを決定してローパスフィルタ１４に入力する。このローパスフィルタ１４のカットオフはエンジンの回転速度に応じて決定することも可能である。
【００３１】
アナログスイッチ１５にはゲートセット（Ｇａｔｅ Ｓｅｔ）コントローラ２２が接続している。ゲートセット（Ｇａｔｅ Ｓｅｔ）コントローラ２２はＴＤＣ信号とクロック（ＥＣＵ）信号を受けてアナログスイッチ１５におけるゲート幅を決定してアナログスイッチ１５に入力する。ゲート幅は例えばＴＤＣを基準とした前後の所定の角度（ゲート角）で定められる。Ａ／Ｄ変換器１６はアナログスイッチ１５の出力信号をＴＤＣ信号又はクロック（ＥＣＵ）信号に基づいてＡ／Ｄ変換して出力する。演算装置１７はＡ／Ｄ変換器１６の出力を演算して筒内圧瞬時値及びエンジンシリンダのＩＭＥＰを導出し出力する。その図示平均有効圧については、本発明では行程サイクルに関連した角度でサンプリングした行程サイクルに関連した信号の上述の筒内圧瞬時値内の基本波（振幅Ｃ1、位相φ1）、第２高調波（（振幅Ｃ2、 位相φ2）を取り出して、式（３）又は式（４）により演算装置１７で演算して求めている。
【００３２】
【数２】
ここに、Ｋ、ｈはエンジン諸元より定まる定数、ｎを１サイクル間のサンプルデータ数としてｍ＝ｎ／２である。またＰ（３６０ｊ／ｎｈ）、Ｐ（−３６０ｊ／ｎｈ）は、燃焼のＴＤＣを基準として前後３６０ｊ／ｎｈ度における上述の筒内圧瞬時値を表わす。
【００３３】
図３は現在行われている筒内圧センサからの信号により式（２）により求めた図示平均有効圧（ＩＭＥＰ）0と上述の筒内圧瞬時値（力センサ）より式（３）から計算したＥｑｕｉｖａｌｅｎｔ（ＩＭＥＰ）force（添字forceは力センサを表わす）との関係を示している。両者は比例関係にあることが分かる。
【００３４】
このように構成された信号処理演算装置１１によるＩＭＥＰ導出操作は次の通りである。外付けの挙動センサ３（３ａ、３ｂ、３ｃ等）で検出された元信号は、入力部１２から信号処理装置１１に入り、まずローパスフィルタ１４でノイズを除去され、次に前記ノイズを除去された信号は、アナログスイッチ１５で所定のゲート角だけでサンプリングされて取り入れられ、この信号をＡ／Ｄ変換器１６でＡ／Ｄ変換されて行程サイクルに関連した信号を得、これに演算装置１７で演算されてシリンダの作動状態を示す信号、例えばＩＭＥＰが導出される。
【００３５】
信号処理演算装置１１で処理される信号の変化は図５に示されている。
図５は圧力センサによって検出された筒内圧の信号（ＰＣ０００１５．ＤＡＴ）と力センサで検出したシリンダ構造の挙動の力センサ元信号を示している。両信号は相関性を持っているが、力センサで検出した信号にはノイズが重畳していることがわかる。力センサ元信号から、筒内圧瞬時値及びＩＭＥＰを導出するためにまず元信号を信号処理演算装置１１に入力してローパスフィルタ１４を通す。これによってノイズが低減したフィルタリングされた信号（力センサ（ＬＰＦ２−３））を得る。
【００３６】
次にフィルタリングされた信号（力センサ（ＬＰＦ２−３））をアナログスイッチ１５に入力してＴＤＣを基準とするゲート幅の信号（力センサ（ＬＰＦ２−３）Ｇａｔｅ±１２０ｄｅｇ）だけを切り出してサンプリングする。この切り出された信号（力センサ（ＬＰＦ２−３）Ｇａｔｅ±１２０ｄｅｇ）（行程サイクルに関連した信号）はＴＤＣ前後の信号部分だけであるのでノイズの影響がきわめて小さい部分である。
このゲート幅はこの図示の実施例の場合はＴＤＣの前後±１２０ｄｅｇである。この信号（（力センサ（ＬＰＦ２−３）Ｇａｔｅ±１２０ｄｅｇ））をＡ／Ｄ変換器１６に入力してＡ／Ｄ変換し、演算装置１７で演算してシリンダの作動状態を示す信号、例えば筒内圧瞬時値及びＩＭＥＰを演算し導出する。
【００３７】
この第１の実施例の場合は
１）相関係数は、Ｎ＝７２０でＧａｔｅ Ｓｅｔした（ＬＰＦなし）場合に比べ若干低下する。ただし、Ｎ＝７２０〜１２で相関係数はほぼ同一（ρ＝０．９７２１〜０．９７６１）である。
２）傾き（切辺あり）は、Ｎ＝７２０で０．５０９５、Ｎ＝１２で０．５９４４、Ｎが減少すると増加する傾向がある。
【００３８】
この第１の実施例の場合はローパスフィルタで信号処理することによって高周波領域をカットされて単純化された信号を、さらにゲートに信号の一部を取り出して処理するので、演算処理の演算量を減らすことができる。
【第２の実施例】
【００３９】
図６にはこの発明の第２の実施例に係る信号処理演算装置１１ｂが示されている。信号処理演算装置１１ｂは入力部１２と出力部１３との間にアナログスイッチ１５、ローパスフィルタ１４、Ａ／Ｄ変換器１６を備え、さらに信号処理演算装置１１ｂの下流に演算装置１７を備える点は第１の実施例の信号処理演算装置１１と同一であるが、信号のフィルタリングを行うローパスフィルタ１４の上流に、元信号を所定のゲート幅の中でサンプリング処理するアナログスイッチ１５が設けられる点が第１の実施例の信号処理演算装置１１と異なっている。またこのことに関連して演算装置１７の演算がローパスフィルタ（ＬＰＦ）補正を含めることがあり、そのためのＬＰＦ補正値を算出するＬＰＦ補正値の算出手段１９を設けることができる。
【００４０】
アナログスイッチ１５にはゲートセット（Ｇａｔｅ Ｓｅｔ）コントローラ２２が接続している。ゲートセット（Ｇａｔｅ Ｓｅｔ）コントローラ２２はＴＤＣ信号とクロック（ＥＣＵ）信号を受けてアナログスイッチ１５におけるゲート幅を決定してアナログスイッチ１５に入力する。ゲート幅は例えばＴＤＣを基準とした前後の所定の角度（ゲート角）で定められる。
【００４１】
ローパスフィルタ１４にはローパスフィルタ１４のカットオフを制御するカットオフコントローラ１８が接続し、カットオフコントローラ１８にはＦ／Ｖコンバータ２１が接続する。
【００４２】
Ｆ／Ｖコンバータ２１はクロック（ＥＣＵ）信号によりローパスフィルタ１４のカットオフを決定してローパスフィルタ１４に入力する。このローパスフィルタ１４のカットオフはエンジンの回転速度に応じて決定することも可能である。
【００４３】
Ａ／Ｄ変換器１６はアナログスイッチ１５の出力信号をＴＤＣ信号又はクロック（ＥＣＵ）信号に基づいてＡ／Ｄ変換して出力する。演算装置１７はＡ／Ｄ変換器１６の出力を演算して筒内圧瞬時値及びエンジンシリンダのＩＭＥＰを導出し出力する。
【００４４】
このように構成された信号処理演算装置１１ｂにおけるＩＭＥＰ導出操作は次の通りである。外付けの挙動センサ（３ａ、３ｂ、３ｃ等）で検出された元信号は入力部１２から信号処理演算装置１１ｂに入り、アナログスイッチ１５で所定のゲート角だけで信号をサンプリングして取り入れ、ついでローパスフィルタ１４を通してノイズを低減させ、この信号をＡ／Ｄ変換器１６でＡ／Ｄ変換して行程サイクルに関連した信号を得、次にこれを演算装置１７で演算してシリンダの作動状態を表わす信号、例えばＩＭＥＰを導出する。
【００４５】
信号処理演算装置１１ｂで処理される信号の変化は図７に示されている。図７は圧力センサによって検出された筒内圧の信号（ＰＣ０００１５．ＤＡＴ）と力センサで検出したシリンダ構造の挙動の信号（力センサ）を示している。両信号は相関性を持っているが、力センサで検出した信号にはノイズが重畳していることがわかる。信号（力センサ）（元信号）から、筒内圧瞬時値及びＩＭＥＰを導出するためにまず元データを信号処理演算装置１１ｂに入力してアナログスイッチ１５に入力してＴＤＣを基準とするゲート幅の信号（力センサ（Ｇａｔｅ±１２０ｄｅｇ））だけを切り出してサンプリングする。この切り出された信号（力センサ（Ｇａｔｅ±１２０ｄｅｇ））はＴＤＣ前後の信号部分だけであるのでノイズの影響がきわめて小さい部分である。このゲート幅はこの図示の実施例の場合はＴＤＣの前後±１２０ｄｅｇである。
【００４６】
次にサンプリングされた信号（力センサ（Ｇａｔｅ±１２０ｄｅｇ））をローパスフィルタ１４を通す。これによってさらにノイズが低減した信号（力センサ（Ｇａｔｅ±１２０ｄｅｇＬＰＦ２−３））を得る。この信号（（力センサ（Ｇａｔｅ±１２０ｄｅｇＬＰＦ２−３）））をＡ／Ｄ変換器１６に入力してＡ／Ｄ変換して行程サイクルに関連した信号を得、次にこれを演算装置１７でシリンダの作動状態を表わす信号、例えば筒内圧瞬時値及びＩＭＥＰを演算し導出する。
【００４７】
この第２の実施例の場合は、ゲートによってカットして取り出された波形のみをローパスフィルタに通すことによる処理量の低減が可能となり、さらにローパスフィルタによって単純化された波形だけを処理することで演算装置の演算量を減らすことができ、さらに、ＩＭＥＰ演算結果にＬＰＦ周波数補正をすることができるので一層高い相関が得られる。
１）ＬＰＦ補正により、Ｎが減少しても、Ｎ＝７２０、Ｇａｔｅ Ｓｅｔ、ＬＰＦなしでの相関係数と同レベルになる。
２）相関係数は、Ｎ＝７２０、Ｇａｔｅ±１２０ｄｅｇ、ＬＰＦなしρ＝０．９９７１に対し、Ｎ＝７２０〜１２で、ρ＝０．９９１７〜０．９９１９（Ｎ＝１８）、０．９７３２（Ｎ＝１２）で、Ｎが減少してもＮ＝７２０と同レベルになる。
３）傾き（切辺あり）は、Ｎ＝７２０で０．４１４４、Ｎ＝１８で０．４０６８、Ｎ＝１２で０．４００４でほぼ同一になる。
【００４８】
（ＩＭＥＰの演算結果に対するサンプル数Ｎの影響）
ＩＭＥＰの演算結果に対するサンプル数Ｎの影響を信号処理演算装置１１、１１ｂを使用する方式（本演算方式）とそれらを使用しない方式（従来方式）と対比して図８から図１０に示す。
【００４９】
図８にサンプル数Ｎの影響（従来方式：Ｎ＝７２０〜１８、連続３００サイクル）が示されている。図８のデータを従来方式で処理した場合、Ｎ＝７２０で演算ゲートの効果が認められるが、Ｎを減らすとバラツキが大きくなり相関の程度が極度に悪化する。したがって、オンボードのエンジン制御システムなど、サンプル数に制限が生ずる場合には、従来方式では対応は困難である。
【００５０】
図９に本願発明の第１の実施例に係るシリンダ構造物に外付けした力センサで検出した信号を使用して信号処理演算装置１１で導出したＩＭＥＰ（本演算方式）と圧力センサで検出信号を使用して導出したＩＭＰＦ０（従来方式）の関係を示している。データ数Ｎが少なくなっても両者が良好な比例関係になっていることが分かる。
【００５１】
図１０にサンプル数Ｎの影響（従来方式Ｎ：７２０〜１８、連続３００サイクル）が示されている。本演算方式の場合ＩＭＥＰに関与する周波数成分が明らかなので、ゲート演算、平滑化回路によるノイズ除去、同回路の周波数特性補正の併用により対策可能である。その結果、Ｎ＝１８（４０ｄｅｇごとのサンプリング）まで減じても相関の程度はＮ＝７２０と同レベルに維持できる。このような信号処理は、従来方式では困難であり、本演算方式の特色と言える。なお図１０は１条件３００個のデータをプロットしているため、シンボルが区別しにくくなっている。
【００５２】
なお上記実施例１及び実施例２ではＡ／Ｄ変換機１６を使用してフィルタリング処理とサンプリング処理との両方の処理を受けた信号２３をＡ／Ｄ変換した後にＩＭＥＰ演算装置に入力しているが、他の実施例として、両方の処理を受けた信号をアナログ信号のまま演算することも可能であり、その場合にはＡ／Ｄ変換機１６を使用しない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
この発明によればサンプル数を減じても誤差の少ない容積型機械の作動状態測定方法及び装置を得ることができるのでオンボードのエンジン制御システムなどに利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ センサ装置
２ シリンダ構造物
３ 挙動センサ
４ シリンダブロック
５ シリンダヘッド
６ ガスケット
７ ボルト
１１、１１ｂ 信号処理演算装置
１２ 入力部
１３ 出力部
１４ ローパスフィルタ
１５ アナログスイッチ
１６ Ａ／Ｄ変換器
１７ 演算装置
１８ カットオフコントローラ
１９ ＬＰＦ補正値算出手段
２１ Ｆ／Ｖコンバータ
２２ ゲートセットコントローラ
【技術分野】
【０００１】
この発明は容積型機械の作動状態測定方法に関するもので、特に筒内圧を簡易的に計測する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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効率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。
【０００３】
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大きく左右されるため、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、理想的制御は行われていないことが多い。
【０００４】
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ＩＭＥＰをエンジン制御情報として用いることができるようになれば有益であり、かつ望まれる。
【０００５】
この図示平均有効圧ＩＭＥＰは、Ｐをシリンダの筒内圧、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。
ＩＭＥＰ＝（１／Ｖｓ）∫Ｐｄｖ （１）
従来この筒内圧Ｐを計測するためにはシリンダ内に圧力センサを取り付けて計測を行うのが一般的であり、精度が得られない。この圧力センサはシリンダ構造物（シリンダブロックとシリンダヘッドの集合体をいう。この明細書において同じ）のシリンダヘッドに取り付けられ、シリンダ内に差し込まれて、燃焼ガスと接触状態に置かれる。
【０００６】
また、ＩＭＥＰは式（１）を離散化した式（２）により算出されている。
【０００７】
【数１】
ここに、Ｐ（ｊ）、Ｖ（ｊ）は１サイクル間で等間隔にｎ個サンプリングされた、基準としたクランク角から数えてｊ番目の圧力と容積をそれぞれ表わす。
【０００８】
前述の通り、従来一般の筒内圧は圧力センサにより検知されるが、圧力センサを取り付けるシリンダヘッドはシリンダ毎に吸気弁、排気弁、プラグなどが多数取り付けられていて、複雑な構造になっているので、空間取合の点から圧力センサをシリンダヘッドに取り付けるのは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公平８−２０３３９号公報
【特許文献２】特開２００５−１３３６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、シリンダ構造物の外側にシリンダ構造物の挙動を検出する力センサや歪みゲージなどのセンサを取り付け、前記センサからの挙動信号を用いて筒内圧の指圧波形瞬時値を得る技術が開発されている（特許文献１及び２参照）。
【００１１】
この技術によって、シリンダ内の燃焼ガスに接触する圧力センサを使用せず、燃焼ガスと非接触の力センサ、ギャップセンサ、加速度センサをシリンダ構造物に外付けして、筒内圧と相関関係にあるシリンダ構造物の挙動に関する挙動信号を元にしてシリンダ内圧力を求めるので、圧力センサをシリンダヘッドに取り付ける必要をなくし、筒内圧の導出ひいては図示平均有効圧の導出を容易としている。
【００１２】
しかるに、この外付けセンサによって検出するシリンダ構造物の挙動の信号は、筒内圧に基づく信号の他に、多くのノイズも重畳されたものになる。
【００１３】
図示平均有高圧の導出を速くするためにデータ数を減少させる試みがなされているが、データ数を減少させる場合には、特にノイズの影響が大きく、これが誤差の原因となるので、信号を演算器に入れる前にノイズをできるだけ除去することが望ましいが、現在まで有効な技術が開発されていない。
【００１４】
この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであって、演算器に導入される信号からノイズを除去して、データ数を減少させた場合にも誤差の少ない容積型機械の作動状態測定方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明の容積型機械の作動状態測定方法は、運転状態にある容積型機械における行程サイクルに関連した信号の成分を求め、それら成分を合成処理してシリンダの作動状態を表わす信号を求める容積型機械の作動状態測定方法であって、前記行程サイクルに関連した信号はＬＰＦ（ロ−パスフィルタ）によるゲート幅を含む範囲のフィルタリング処理と燃焼のＴＤＣ（上死点）を基準とする前記ゲート幅の中でサンプリングするサンプリング処理との２つの処理を受けた信号であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
上記本発明によれば、運転状態にある容積型機械の行程サイクルに関連した信号が、ローパスフィルタによるフィルタリング処理によってノイズを低減され、かつ、燃焼のＴＤＣを基準とする前記ゲート幅の中の、ノイズの影響の少ない信号が切り出されるサンプリング処理がなされた後に演算装置に入力されるので、機械のＩＭＥＰなどの作動状態を表わす信号を導出する場合に、信号数を少なくしても誤差の少ない演算を可能にする。
【００１７】
また、ローパスフィルタでノイズを低減した信号に対してさらにサンプリング処理すれば、装置の構成を簡単にしても、ノイズが除去され、誤差の少ない演算が可能になる。すなわちローパスフィルタで信号処理することによって高周波領域をカットされて単純化された信号を、さらにゲートによって信号の一部を取り出して処理するので、演算処理の演算量を減らすことができる。
【００１８】
また、サンプリング処理でノイズの影響の小さい信号を切り出した後に、さらにその信号をフィルタリング処理すれば、ローパスフィルタリングによって信号の振幅の低下や位相のずれを生ずる場合でも、演算装置の演算に補正を加えることができるので、誤差の少ない作動状態を表わす信号の導出が可能である。すなわちゲートによってカットして取り出された波形のみをローパスフィルタに通すことによる処理量の低減が可能となり、さらにローパスフィルタによって単純化された波形だけを処理することで演算装置の演算量を減らすことができ、さらに、ＩＭＥＰ演算結果にＬＰＦ周波数補正をすることができるので実際の作動状態に対して一層高い相関を持つ信号が得られる。
【００１９】
また、行程サイクルに関連した信号の成分として、基本波形及びその高調波成分とすれば、誤差の少ない作動状態の演算、導出が可能である。
【００２０】
また、作動状態を表わす信号として、ＩＭＥＰを表わす信号とすれば、誤差の少ないＩＭＥＰが直接に演算されるので容積型機械の理想的な制御のための望ましい作動状態を表わす信号を得ることができる。
【００２１】
また、サンプリング処理とフィルタリング処理の２つの処理を受けた信号をＡ／Ｄ変換した後に合成演算すれば、演算装置の負担を軽減させることができる。
【００２２】
さらにまた、フィルタリング処理の補正を、合成処理において行なえば、サンプリング装置でサンプリング処理したノイズの影響の小さい信号を切り出した後に、さらにその信号をフィルタリング処理してノイズを除去することに加えて、ローパルフィルタのフィルタリングによって信号の振幅の低下や位相のずれを生ずる場合でも、演算装置の演算に必ず補正を加えることとなり、誤差の少ない作動状態を表わす信号の導出が可能である。すなわちゲートによってカットして取り出された波形のみをローパスフィルタに通すことによるローパスフィルタによる処理量の低減が可能となり、さらにローパスフィルタによって単純化された波形だけを処理することで演算装置の演算量を減らすることができ、さらに、ＩＭＥＰ演算結果にＬＰＦ周波数補正をすることができるので一層高い相関が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】構造物上のセンサ装置を示す縦断面説明図。
【図２】シリンダ構造物上のセンサ装置を示す平面説明図。
【図３】Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ（ＩＭＥＰ）ｆｏｒｃｅと（ＩＭＥＰ）0の関係を示すグラフ。
【図４】信号処理演算装置を示すブロック図。
【図５】信号処理演算装置で処理された信号を示すグラフ。
【図６】信号処理演算装置を示すブロック図。
【図７】信号処理演算装置で処理された信号を示すグラフ。
【図８】（ＩＭＥＰ）forceと（ＩＭＥＰ）0の関係を示すグラフ。
【図９】（ＩＭＥＰ）forceと（ＩＭＥＰ）0の関係を示すグラフ。
【図１０】（ＩＭＥＰ）forceと（ＩＭＥＰ）0の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、この発明の一実施の態様を図面をもって詳細に説明する。
【００２５】
まずこの発明を単シリンダエンジンに適用する場合について説明する。シリンダ構造物上のセンサの位置を示す図１及び図２において、センサ装置１はこの発明のエンジンの作動状態測定方法を実施する場合に使用し、シリンダ構造物２に外付けによって取り付けた挙動センサ３を備えている。シリンダ構造物２はシリンダブロック４とシリンダヘッド５とを組み合わせたものでシリンダブロック４とシリンダヘッド５は、ガスケット６を挾んでボルト７で定着されている。
【００２６】
挙動センサ３は、シリンダ構造物２の挙動を検出するセンサである。検出の対象であるシリンダ構造物２に生ずる挙動の種類としては、例えば力の変化、シリンダブロック４とシリンダヘッド５との間の隙間（ギャップ）の変化、シリンダブロック４とシリンダヘッド５との間のガスケット隙間８の変化、シリンダ構造物２に作用する加速度の変化及びシリンダ構造物の変形があり、それぞれの検出対象に対応して力を検出するための力センサ３ａがシリンダブロック４又はガスケット隙間８、特に好ましくはシリンダブロックとシリンダヘッドとを締着するボルトに取り付けられ、シリンダブロック４とシリンダヘッド５との隙間を検出するギャップセンサが取り付けられ、ガスケット隙間８を検出するためのギャップセンサ３ｂがガスケット隙間８に取り付けられ、又は加速度を検出するための加速度センサ３ｃがシリンダブロック４に取り付けられ、シリンダブロックの変形を検出するためにギャップセンサ３ｂがシリンダブロックに取り付けられ、シリンダヘッドに作用する加速度を検出するために加速度センサ３ｃがシリンダヘッドに取り付けられるようにしている。それぞれのセンサ３ａ、３ｂ、３ｃは、単独で使用され、又は他のセンサと組み合わせて使用され、また必要に応じて選択して使用される。なお挙動センサ３の取り付け位置は、図１、図２に示すものに限られない。
【００２７】
シリンダ構造物２の挙動、すなわちシリンダ構造物２に作用する力、ギャップ、加速度又はシリンダ構造物の変形を検出する。エンジンの１サイクルの吸入、圧縮、爆発、排気の４行程において、シリンダ構造体における力、ギャップ、加速度及び変形は、筒内圧と相関を持つので、各センサの信号を元信号として信号処理装置１１、１１ｂで処理して行程サイクルに関連した信号を得、さらにそれを演算装置１７で演算してシリンダの作動状態を表わす信号である筒内圧瞬時値又は図示平均有効圧を導出する。
信号処理演算装置１１としては例えば図４に示すものを使用することができる。
【第１の実施例】
【００２８】
第１の実施例に係る信号処理演算装置１１は入力部１２と出力部１３との間に、ローパスフィルタ１４、アナログスイッチ１５、Ａ／Ｄ変換器１６を順に備え、さらに信号処理装置１１の下流に演算装置１７を備える。
【００２９】
ローパスフィルタ１４にはローパスフィルタ１４のカットオフを制御するカットオフコントローラ１８が接続し、カットオフコントローラ１８にはＦ／Ｖコンバータ２１が接続する。
【００３０】
Ｆ／Ｖコンバータ２１はクロック（ＥＣＵ）信号によりローパスフィルタ１４のカットオフを決定してローパスフィルタ１４に入力する。このローパスフィルタ１４のカットオフはエンジンの回転速度に応じて決定することも可能である。
【００３１】
アナログスイッチ１５にはゲートセット（Ｇａｔｅ Ｓｅｔ）コントローラ２２が接続している。ゲートセット（Ｇａｔｅ Ｓｅｔ）コントローラ２２はＴＤＣ信号とクロック（ＥＣＵ）信号を受けてアナログスイッチ１５におけるゲート幅を決定してアナログスイッチ１５に入力する。ゲート幅は例えばＴＤＣを基準とした前後の所定の角度（ゲート角）で定められる。Ａ／Ｄ変換器１６はアナログスイッチ１５の出力信号をＴＤＣ信号又はクロック（ＥＣＵ）信号に基づいてＡ／Ｄ変換して出力する。演算装置１７はＡ／Ｄ変換器１６の出力を演算して筒内圧瞬時値及びエンジンシリンダのＩＭＥＰを導出し出力する。その図示平均有効圧については、本発明では行程サイクルに関連した角度でサンプリングした行程サイクルに関連した信号の上述の筒内圧瞬時値内の基本波（振幅Ｃ1、位相φ1）、第２高調波（（振幅Ｃ2、 位相φ2）を取り出して、式（３）又は式（４）により演算装置１７で演算して求めている。
【００３２】
【数２】
ここに、Ｋ、ｈはエンジン諸元より定まる定数、ｎを１サイクル間のサンプルデータ数としてｍ＝ｎ／２である。またＰ（３６０ｊ／ｎｈ）、Ｐ（−３６０ｊ／ｎｈ）は、燃焼のＴＤＣを基準として前後３６０ｊ／ｎｈ度における上述の筒内圧瞬時値を表わす。
【００３３】
図３は現在行われている筒内圧センサからの信号により式（２）により求めた図示平均有効圧（ＩＭＥＰ）0と上述の筒内圧瞬時値（力センサ）より式（３）から計算したＥｑｕｉｖａｌｅｎｔ（ＩＭＥＰ）force（添字forceは力センサを表わす）との関係を示している。両者は比例関係にあることが分かる。
【００３４】
このように構成された信号処理演算装置１１によるＩＭＥＰ導出操作は次の通りである。外付けの挙動センサ３（３ａ、３ｂ、３ｃ等）で検出された元信号は、入力部１２から信号処理装置１１に入り、まずローパスフィルタ１４でノイズを除去され、次に前記ノイズを除去された信号は、アナログスイッチ１５で所定のゲート角だけでサンプリングされて取り入れられ、この信号をＡ／Ｄ変換器１６でＡ／Ｄ変換されて行程サイクルに関連した信号を得、これに演算装置１７で演算されてシリンダの作動状態を示す信号、例えばＩＭＥＰが導出される。
【００３５】
信号処理演算装置１１で処理される信号の変化は図５に示されている。
図５は圧力センサによって検出された筒内圧の信号（ＰＣ０００１５．ＤＡＴ）と力センサで検出したシリンダ構造の挙動の力センサ元信号を示している。両信号は相関性を持っているが、力センサで検出した信号にはノイズが重畳していることがわかる。力センサ元信号から、筒内圧瞬時値及びＩＭＥＰを導出するためにまず元信号を信号処理演算装置１１に入力してローパスフィルタ１４を通す。これによってノイズが低減したフィルタリングされた信号（力センサ（ＬＰＦ２−３））を得る。
【００３６】
次にフィルタリングされた信号（力センサ（ＬＰＦ２−３））をアナログスイッチ１５に入力してＴＤＣを基準とするゲート幅の信号（力センサ（ＬＰＦ２−３）Ｇａｔｅ±１２０ｄｅｇ）だけを切り出してサンプリングする。この切り出された信号（力センサ（ＬＰＦ２−３）Ｇａｔｅ±１２０ｄｅｇ）（行程サイクルに関連した信号）はＴＤＣ前後の信号部分だけであるのでノイズの影響がきわめて小さい部分である。
このゲート幅はこの図示の実施例の場合はＴＤＣの前後±１２０ｄｅｇである。この信号（（力センサ（ＬＰＦ２−３）Ｇａｔｅ±１２０ｄｅｇ））をＡ／Ｄ変換器１６に入力してＡ／Ｄ変換し、演算装置１７で演算してシリンダの作動状態を示す信号、例えば筒内圧瞬時値及びＩＭＥＰを演算し導出する。
【００３７】
この第１の実施例の場合は
１）相関係数は、Ｎ＝７２０でＧａｔｅ Ｓｅｔした（ＬＰＦなし）場合に比べ若干低下する。ただし、Ｎ＝７２０〜１２で相関係数はほぼ同一（ρ＝０．９７２１〜０．９７６１）である。
２）傾き（切辺あり）は、Ｎ＝７２０で０．５０９５、Ｎ＝１２で０．５９４４、Ｎが減少すると増加する傾向がある。
【００３８】
この第１の実施例の場合はローパスフィルタで信号処理することによって高周波領域をカットされて単純化された信号を、さらにゲートに信号の一部を取り出して処理するので、演算処理の演算量を減らすことができる。
【第２の実施例】
【００３９】
図６にはこの発明の第２の実施例に係る信号処理演算装置１１ｂが示されている。信号処理演算装置１１ｂは入力部１２と出力部１３との間にアナログスイッチ１５、ローパスフィルタ１４、Ａ／Ｄ変換器１６を備え、さらに信号処理演算装置１１ｂの下流に演算装置１７を備える点は第１の実施例の信号処理演算装置１１と同一であるが、信号のフィルタリングを行うローパスフィルタ１４の上流に、元信号を所定のゲート幅の中でサンプリング処理するアナログスイッチ１５が設けられる点が第１の実施例の信号処理演算装置１１と異なっている。またこのことに関連して演算装置１７の演算がローパスフィルタ（ＬＰＦ）補正を含めることがあり、そのためのＬＰＦ補正値を算出するＬＰＦ補正値の算出手段１９を設けることができる。
【００４０】
アナログスイッチ１５にはゲートセット（Ｇａｔｅ Ｓｅｔ）コントローラ２２が接続している。ゲートセット（Ｇａｔｅ Ｓｅｔ）コントローラ２２はＴＤＣ信号とクロック（ＥＣＵ）信号を受けてアナログスイッチ１５におけるゲート幅を決定してアナログスイッチ１５に入力する。ゲート幅は例えばＴＤＣを基準とした前後の所定の角度（ゲート角）で定められる。
【００４１】
ローパスフィルタ１４にはローパスフィルタ１４のカットオフを制御するカットオフコントローラ１８が接続し、カットオフコントローラ１８にはＦ／Ｖコンバータ２１が接続する。
【００４２】
Ｆ／Ｖコンバータ２１はクロック（ＥＣＵ）信号によりローパスフィルタ１４のカットオフを決定してローパスフィルタ１４に入力する。このローパスフィルタ１４のカットオフはエンジンの回転速度に応じて決定することも可能である。
【００４３】
Ａ／Ｄ変換器１６はアナログスイッチ１５の出力信号をＴＤＣ信号又はクロック（ＥＣＵ）信号に基づいてＡ／Ｄ変換して出力する。演算装置１７はＡ／Ｄ変換器１６の出力を演算して筒内圧瞬時値及びエンジンシリンダのＩＭＥＰを導出し出力する。
【００４４】
このように構成された信号処理演算装置１１ｂにおけるＩＭＥＰ導出操作は次の通りである。外付けの挙動センサ（３ａ、３ｂ、３ｃ等）で検出された元信号は入力部１２から信号処理演算装置１１ｂに入り、アナログスイッチ１５で所定のゲート角だけで信号をサンプリングして取り入れ、ついでローパスフィルタ１４を通してノイズを低減させ、この信号をＡ／Ｄ変換器１６でＡ／Ｄ変換して行程サイクルに関連した信号を得、次にこれを演算装置１７で演算してシリンダの作動状態を表わす信号、例えばＩＭＥＰを導出する。
【００４５】
信号処理演算装置１１ｂで処理される信号の変化は図７に示されている。図７は圧力センサによって検出された筒内圧の信号（ＰＣ０００１５．ＤＡＴ）と力センサで検出したシリンダ構造の挙動の信号（力センサ）を示している。両信号は相関性を持っているが、力センサで検出した信号にはノイズが重畳していることがわかる。信号（力センサ）（元信号）から、筒内圧瞬時値及びＩＭＥＰを導出するためにまず元データを信号処理演算装置１１ｂに入力してアナログスイッチ１５に入力してＴＤＣを基準とするゲート幅の信号（力センサ（Ｇａｔｅ±１２０ｄｅｇ））だけを切り出してサンプリングする。この切り出された信号（力センサ（Ｇａｔｅ±１２０ｄｅｇ））はＴＤＣ前後の信号部分だけであるのでノイズの影響がきわめて小さい部分である。このゲート幅はこの図示の実施例の場合はＴＤＣの前後±１２０ｄｅｇである。
【００４６】
次にサンプリングされた信号（力センサ（Ｇａｔｅ±１２０ｄｅｇ））をローパスフィルタ１４を通す。これによってさらにノイズが低減した信号（力センサ（Ｇａｔｅ±１２０ｄｅｇＬＰＦ２−３））を得る。この信号（（力センサ（Ｇａｔｅ±１２０ｄｅｇＬＰＦ２−３）））をＡ／Ｄ変換器１６に入力してＡ／Ｄ変換して行程サイクルに関連した信号を得、次にこれを演算装置１７でシリンダの作動状態を表わす信号、例えば筒内圧瞬時値及びＩＭＥＰを演算し導出する。
【００４７】
この第２の実施例の場合は、ゲートによってカットして取り出された波形のみをローパスフィルタに通すことによる処理量の低減が可能となり、さらにローパスフィルタによって単純化された波形だけを処理することで演算装置の演算量を減らすことができ、さらに、ＩＭＥＰ演算結果にＬＰＦ周波数補正をすることができるので一層高い相関が得られる。
１）ＬＰＦ補正により、Ｎが減少しても、Ｎ＝７２０、Ｇａｔｅ Ｓｅｔ、ＬＰＦなしでの相関係数と同レベルになる。
２）相関係数は、Ｎ＝７２０、Ｇａｔｅ±１２０ｄｅｇ、ＬＰＦなしρ＝０．９９７１に対し、Ｎ＝７２０〜１２で、ρ＝０．９９１７〜０．９９１９（Ｎ＝１８）、０．９７３２（Ｎ＝１２）で、Ｎが減少してもＮ＝７２０と同レベルになる。
３）傾き（切辺あり）は、Ｎ＝７２０で０．４１４４、Ｎ＝１８で０．４０６８、Ｎ＝１２で０．４００４でほぼ同一になる。
【００４８】
（ＩＭＥＰの演算結果に対するサンプル数Ｎの影響）
ＩＭＥＰの演算結果に対するサンプル数Ｎの影響を信号処理演算装置１１、１１ｂを使用する方式（本演算方式）とそれらを使用しない方式（従来方式）と対比して図８から図１０に示す。
【００４９】
図８にサンプル数Ｎの影響（従来方式：Ｎ＝７２０〜１８、連続３００サイクル）が示されている。図８のデータを従来方式で処理した場合、Ｎ＝７２０で演算ゲートの効果が認められるが、Ｎを減らすとバラツキが大きくなり相関の程度が極度に悪化する。したがって、オンボードのエンジン制御システムなど、サンプル数に制限が生ずる場合には、従来方式では対応は困難である。
【００５０】
図９に本願発明の第１の実施例に係るシリンダ構造物に外付けした力センサで検出した信号を使用して信号処理演算装置１１で導出したＩＭＥＰ（本演算方式）と圧力センサで検出信号を使用して導出したＩＭＰＦ０（従来方式）の関係を示している。データ数Ｎが少なくなっても両者が良好な比例関係になっていることが分かる。
【００５１】
図１０にサンプル数Ｎの影響（従来方式Ｎ：７２０〜１８、連続３００サイクル）が示されている。本演算方式の場合ＩＭＥＰに関与する周波数成分が明らかなので、ゲート演算、平滑化回路によるノイズ除去、同回路の周波数特性補正の併用により対策可能である。その結果、Ｎ＝１８（４０ｄｅｇごとのサンプリング）まで減じても相関の程度はＮ＝７２０と同レベルに維持できる。このような信号処理は、従来方式では困難であり、本演算方式の特色と言える。なお図１０は１条件３００個のデータをプロットしているため、シンボルが区別しにくくなっている。
【００５２】
なお上記実施例１及び実施例２ではＡ／Ｄ変換機１６を使用してフィルタリング処理とサンプリング処理との両方の処理を受けた信号２３をＡ／Ｄ変換した後にＩＭＥＰ演算装置に入力しているが、他の実施例として、両方の処理を受けた信号をアナログ信号のまま演算することも可能であり、その場合にはＡ／Ｄ変換機１６を使用しない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
この発明によればサンプル数を減じても誤差の少ない容積型機械の作動状態測定方法及び装置を得ることができるのでオンボードのエンジン制御システムなどに利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ センサ装置
２ シリンダ構造物
３ 挙動センサ
４ シリンダブロック
５ シリンダヘッド
６ ガスケット
７ ボルト
１１、１１ｂ 信号処理演算装置
１２ 入力部
１３ 出力部
１４ ローパスフィルタ
１５ アナログスイッチ
１６ Ａ／Ｄ変換器
１７ 演算装置
１８ カットオフコントローラ
１９ ＬＰＦ補正値算出手段
２１ Ｆ／Ｖコンバータ
２２ ゲートセットコントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転状態にある容積型機械における行程サイクルに関連した信号の成分を求め、それら成分を合成処理してシリンダの作動状態を表わす信号を求める容積型機械の作動状態測定方法であって、前記行程サイクルに関連した信号はＬＰＦ（ロ−パスフィルタ）によるゲート幅を含む範囲のフィルタリング処理と燃焼のＴＤＣを基準とする前記ゲート幅の中でサンプリングするサンプリング処理との２つの処理を受けた信号であ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】
前記行程サイクルに関連した信号にフィルタリング処理がされ、次に前記サンプリング処理がされ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】
前記行程サイクルに関連した信号に前記サンプリング処理がされ、次に前記ローパスフィルタによるフィルタリング処理がされ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４】
前記行程サイクルに関連した信号の成分は、前記行程サイクルに関連した信号の基本波成分及びその高調波成分であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の容積型機械の作動状態測定方法。
【請求項５】
前記作動状態を表わす信号は、ＩＭＥＰ（図示平均有効圧）を表わす信号であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の容積型機械の作動状態測定方法。
【請求項６】
前記２つの処理を受けた信号をＡ／Ｄ変換して前記合成処理を行うことを特徴とする請求項１〜５記載の容積型機械の作動状態測定方法。
【請求項７】
前記フィルタリング処理の補正を前記合成処理において行う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１】
運転状態にある容積型機械における行程サイクルに関連した信号の成分を求め、それら成分を合成処理してシリンダの作動状態を表わす信号を求める容積型機械の作動状態測定方法であって、前記行程サイクルに関連した信号はＬＰＦ（ロ−パスフィルタ）によるゲート幅を含む範囲のフィルタリング処理と燃焼のＴＤＣを基準とする前記ゲート幅の中でサンプリングするサンプリング処理との２つの処理を受けた信号であ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】
前記行程サイクルに関連した信号にフィルタリング処理がされ、次に前記サンプリング処理がされ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】
前記行程サイクルに関連した信号に前記サンプリング処理がされ、次に前記ローパスフィルタによるフィルタリング処理がされ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４】
前記行程サイクルに関連した信号の成分は、前記行程サイクルに関連した信号の基本波成分及びその高調波成分であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の容積型機械の作動状態測定方法。
【請求項５】
前記作動状態を表わす信号は、ＩＭＥＰ（図示平均有効圧）を表わす信号であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の容積型機械の作動状態測定方法。
【請求項６】
前記２つの処理を受けた信号をＡ／Ｄ変換して前記合成処理を行うことを特徴とする請求項１〜５記載の容積型機械の作動状態測定方法。
【請求項７】
前記フィルタリング処理の補正を前記合成処理において行う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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１８５７７９（Ｐ２０１１−１８５７７９Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１９４２（Ｐ２０１０−５１９４２）
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（８０１００００２７）学校法人明治大学 (161)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（８０１００００２７）学校法人明治大学 (161)
【Ｆターム（参考）】
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