JP2011185779A - Operation state measuring method of positive displacement machine - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a method for measuring the operating state of a positive displacement machine, and more particularly to a technique for simply measuring an in-cylinder pressure.
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。 With the rapid development of semiconductor technology, computer control of automobile engines has been widely performed. One purpose of such computer control is to improve fuel efficiency, and in order to do so, it is necessary to operate the engine as close as possible to the lean limit.
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。 However, when performing such engine control, there is a problem that the control is difficult because the lean limit itself, which is the control target, is greatly affected by the rotational speed, load, atmospheric conditions, and the like. In addition, when the dilution limit is exceeded, it is also a big problem that drivability and exhaust characteristics change suddenly due to increased combustion fluctuations and misfires. Therefore, in conventional engine control that focuses only on the air-fuel ratio, the control target is set to a richer side than the lean limit, and ideal control is often not performed.
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。 For this reason, in order to improve the control accuracy in the lean region while maintaining drivability and exhaust characteristics at a certain level, the indicated mean effective pressure IMEP that directly indicates the combustion state of the engine can be used as the engine control information. It would be beneficial and desirable.
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。
The indicated mean effective pressure IMEP is defined as follows, where P is the in-cylinder pressure of the cylinder, V is the volume thereof, and Vs is the stroke volume.
IMEP = (1 / Vs) ∫Pdv (1)
Conventionally, in order to measure the in-cylinder pressure P, it is common to perform measurement by attaching a pressure sensor in the cylinder, and accuracy cannot be obtained. This pressure sensor is attached to a cylinder head of a cylinder structure (an assembly of a cylinder block and a cylinder head; the same applies in this specification), is inserted into the cylinder, and is placed in contact with the combustion gas.
また、IMEPは式(1)を離散化した式(2)により算出されている。 Further, IMEP is calculated by Expression (2) obtained by discretizing Expression (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。
Here, P (j) and V (j) represent the jth pressure and volume, respectively, counted from the reference crank angle, sampled n at equal intervals during one cycle.
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。 As described above, the conventional in-cylinder pressure is detected by a pressure sensor, but the cylinder head to which the pressure sensor is attached has a complicated structure with a number of intake valves, exhaust valves, plugs, etc. attached to each cylinder. Therefore, it is difficult to attach the pressure sensor to the cylinder head from the viewpoint of space coupling.
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)。
Therefore, a technology has been developed in which a sensor such as a force sensor or a strain gauge for detecting the behavior of the cylinder structure is attached to the outside of the cylinder structure, and an instantaneous pressure value of the in-cylinder pressure is obtained using a behavior signal from the sensor. (See
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。 With this technology, a pressure sensor that contacts the combustion gas in the cylinder is not used, and a force sensor, gap sensor, and acceleration sensor that are not in contact with the combustion gas are externally attached to the cylinder structure, and are correlated with the in-cylinder pressure. Since the in-cylinder pressure is obtained on the basis of the behavior signal relating to the behavior of the cylinder structure, it is not necessary to attach a pressure sensor to the cylinder head, and the in-cylinder pressure and thus the indicated mean effective pressure are easily derived.
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。 However, the signal of the behavior of the cylinder structure detected by the external sensor is a signal in which many noises are superimposed in addition to the signal based on the in-cylinder pressure.
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。 Attempts have been made to reduce the number of data in order to speed up the derivation of the indicated average pressure, but when reducing the number of data, the influence of noise is particularly large, which causes errors, so the signal is calculated. It is desirable to remove as much noise as possible before putting it into the vessel, but no effective technology has been developed to date.
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is capable of measuring the operating state of a positive displacement machine with less error even when noise is removed from the signal introduced into the arithmetic unit and the number of data is reduced. It is intended to provide a method.
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。 The method of measuring the operating state of a positive displacement machine according to the present invention is a positive displacement type in which components of a signal related to a stroke cycle in a positive displacement machine in an operating state are obtained and a signal representing the operational state of a cylinder is obtained by synthesizing these components A method for measuring an operating state of a machine, wherein the signal related to the stroke cycle is a filtering process in a range including a gate width by an LPF (low pass filter) and a TDC (top dead center) of combustion. The signal is characterized by being a signal that has undergone two processes of sampling processing and sampling processing.
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。 According to the present invention, the signal related to the stroke cycle of the positive displacement machine in the operating state is reduced in noise by the filtering process by the low-pass filter, and in the gate width based on the TDC of combustion, Since a signal that is less affected by noise is sampled and input to the arithmetic unit after the sampling process is performed, an operation with less error can be achieved even if the number of signals is reduced when deriving a signal representing the operating state of the machine, such as IMEP. Enable.
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。 Further, if the sampling process is further performed on the signal whose noise has been reduced by the low-pass filter, the noise can be removed and the operation with less error can be performed even if the configuration of the apparatus is simplified. That is, since the signal processed by the low-pass filter is simplified by cutting the high frequency region, and part of the signal is further extracted by the gate and processed, the amount of calculation processing can be reduced.
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。 In addition, if a signal that is less influenced by noise is cut out by sampling processing and then further filtered, even if the signal amplitude decreases or the phase shifts due to low-pass filtering, the calculation of the arithmetic unit is corrected. Therefore, it is possible to derive a signal representing an operating state with less error. In other words, it is possible to reduce the processing amount by passing only the waveform cut and extracted by the gate through the low-pass filter, and further reduce the calculation amount of the arithmetic unit by processing only the waveform simplified by the low-pass filter. In addition, since the LPF frequency correction can be performed on the IMEP calculation result, a signal having a higher correlation with the actual operation state can be obtained.
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。 Further, if the basic waveform and its harmonic components are used as signal components related to the stroke cycle, it is possible to calculate and derive an operating state with less error.
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。 Further, if the signal representing IMEP is used as the signal representing the operating state, IMEP with a small error is directly calculated, so that a signal representing a desired operating state for ideal control of the positive displacement machine can be obtained. .
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。 Further, if the signal subjected to the two processes of the sampling process and the filtering process is A / D converted and then subjected to a synthesis operation, the burden on the arithmetic device can be reduced.
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。 Furthermore, if the correction of the filtering process is performed in the synthesis process, after extracting a signal with a small influence of the noise sampled by the sampling device, the signal is further filtered to remove the noise. Even when the amplitude of the signal is reduced or the phase is shifted due to the filtering of the pal filter, the calculation of the calculation device is always corrected, and the signal representing the operation state with less error can be derived. That is, it is possible to reduce the amount of processing by the low-pass filter by passing only the waveform cut and extracted by the gate through the low-pass filter, and further processing only the waveform simplified by the low-pass filter, thereby reducing the amount of computation of the arithmetic unit. Further, since the LPF frequency correction can be performed on the IMEP calculation result, a higher correlation can be obtained.
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。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
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。
First, the case where the present invention is applied to a single cylinder engine will be described. 1 and 2 showing the position of the sensor on the cylinder structure, the
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。
The
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。
The behavior of the
For example, the signal processing
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。
The signal processing
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。
A
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。
The F /
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。
A gate set (Gate Set)
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。
Here, K and h are constants determined from engine specifications, and m = n / 2 where n is the number of sample data in one cycle. P (360j / nh) and P (-360j / nh) represent the above-described instantaneous values of the in-cylinder pressure at 360 j / nh degrees before and after the combustion TDC.
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。 FIG. 3 shows an equivalent calculated from the equation (3) from the indicated mean effective pressure (IMEP) 0 obtained by the equation (2) based on the signal from the in-cylinder pressure sensor currently performed and the above-mentioned instantaneous value of the in-cylinder pressure (force sensor). (IMEP) The relationship with force (subscript force represents a force sensor) is shown. It can be seen that the two are in a proportional relationship.
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。
The IMEP derivation operation by the signal
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。
The change of the signal processed by the signal
FIG. 5 shows an in-cylinder pressure signal (PC00015.DAT) detected by the pressure sensor and a force sensor source signal of the behavior of the cylinder structure detected by the force sensor. Although both signals have a correlation, it can be seen that noise is superimposed on the signal detected by the force sensor. In order to derive the instantaneous value and IMEP of the in-cylinder pressure from the force sensor original signal, the original signal is first input to the signal
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。
Next, the filtered signal (force sensor (LPF2-3)) is input to the
This gate width is ± 120 deg before and after the TDC in the illustrated embodiment. This signal ((force sensor (LPF2-3) Gate ± 120 deg)) is input to the A /
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。
In the case of the first embodiment, 1) the correlation coefficient is slightly lower than that in the case of Gate Set (no LPF) at N = 720. However, N = 720 to 12 and the correlation coefficients are almost the same (ρ = 0.972 to 0.9761).
2) The slope (with cutting edge) tends to increase as N decreases to 0.5095 at N = 720, 0.5944 at N = 12, and N decreases.
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。 In the case of the first embodiment, since the signal processed by the low-pass filter is simplified by cutting the high-frequency region and a part of the signal is further extracted to the gate, the amount of calculation processing is reduced. Can be reduced.
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。
FIG. 6 shows a signal processing arithmetic device 11b according to the second embodiment of the present invention. The signal processing arithmetic unit 11b includes an
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 gate set (Gate Set)
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。
A
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。
The F /
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。
The A /
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。
The IMEP derivation operation in the signal processing arithmetic device 11b configured as described above is as follows. The original signal detected by the external behavior sensor (3a, 3b, 3c, etc.) enters the signal processing arithmetic unit 11b from the
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。
The change of the signal processed by the signal processing arithmetic unit 11b is shown in FIG. FIG. 7 shows an in-cylinder pressure signal (PC00015.DAT) detected by the pressure sensor and a cylinder structure behavior signal (force sensor) detected by the force sensor. Although both signals have a correlation, it can be seen that noise is superimposed on the signal detected by the force sensor. In order to derive the in-cylinder pressure instantaneous value and IMEP from the signal (force sensor) (original signal), first, the original data is input to the signal processing arithmetic unit 11b and input to the
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。
Next, the sampled signal (force sensor (Gate ± 120 deg)) is passed through the low-
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。
In the case of the second embodiment, it is possible to reduce the processing amount by passing only the waveform cut and extracted by the gate through the low-pass filter, and further processing only the waveform simplified by the low-pass filter. The calculation amount of the arithmetic unit can be reduced, and furthermore, since the LPF frequency correction can be performed on the IMEP calculation result, a higher correlation can be obtained.
1) Even if N decreases due to LPF correction, N = 720, the same level as the correlation coefficient without Gate Set and LPF.
2) Correlation coefficients are N = 720, Gate ± 120 deg, no LPF ρ = 0.9971, N = 720-12, ρ = 0.9917-0.9919 (N = 18), 0.9732 (N = 12), even if N decreases, the level is the same as N = 720.
3) The slope (with a cutting edge) is approximately the same at 0.4144 when N = 720, 0.4068 when N = 18, and 0.4004 when N = 12.
(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。
(Influence of the number of samples N on the IMEP calculation result)
The influence of the number of samples N on the IMEP calculation result is shown in FIGS. 8 to 10 in comparison with the method using the signal
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。 FIG. 8 shows the influence of the number of samples N (conventional method: N = 720 to 18, continuous 300 cycles). When the data of FIG. 8 is processed by the conventional method, the effect of the arithmetic gate is recognized at N = 720, but when N is reduced, the variation becomes large and the degree of correlation is extremely deteriorated. Therefore, when the number of samples is limited, such as an on-board engine control system, it is difficult to cope with the conventional method.
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。
FIG. 9 shows IMEP (this calculation method) derived by the signal
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。 FIG. 10 shows the influence of the number of samples N (conventional method N: 720 to 18, continuous 300 cycles). In the case of this calculation method, since the frequency component related to IMEP is clear, it is possible to take countermeasures by combining gate calculation, noise removal by a smoothing circuit, and correction of frequency characteristics of the circuit. As a result, the degree of correlation can be maintained at the same level as N = 720 even if it is reduced to N = 18 (sampling every 40 deg). Such signal processing is difficult with the conventional method, and can be said to be a feature of this calculation method. In FIG. 10, since 300 data per condition are plotted, symbols are difficult to distinguish.
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。
In the first and second embodiments, the A /
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。 According to the present invention, it is possible to obtain a method and apparatus for measuring the operating state of a positive displacement machine with less error even if the number of samples is reduced, and therefore it can be used for an on-board engine control system and the like.
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
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