JP4303072B2 - エンジン評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばエンジンの生産過程でエンジンを評価するエンジン評価装置に関する。

従来、エンジンの生産過程では、出荷品質を確保するために、生産したエンジンの評価試験が行なわれている。このような評価試験を行う装置として、例えばエンジンを回転させてその発生音または振動を検出し、その検出信号をウェーブレット変換して変換データの特徴を演算し、その演算値と予め設定された基準値とを比較して、演算値が基準値に対して所定の関係を超えたときに警報を発するようにした診断装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２１９９５５号公報

ところが、上記特許文献１に開示の診断装置にあっては、エンジンの発生音または振動の検出信号をウェーブレット変換するための高価なウェーブレット変換演算器が必要となるため、診断装置のコストアップを招くことが懸念される。

また、変換データの特徴の演算値として、検出すべき異常の内容に応じて、所定周波数成分域におけるエネルギー成分の分布の、平均値、分散値、歪度、尖度、最大値、等を演算する必要があるため、複数の異常を検出しようとすると、それぞれ異なる特徴演算器を要することになって、回路構成が複雑になることが懸念される。

従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、簡単な構成でエンジンを確実に評価できるエンジン評価装置を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に記載のエンジン評価装置の発明は、回転中のエンジンの振動を検出する振動検出手段と、上記振動検出手段で検出される振動信号を２乗する２乗処理手段と、上記２乗処理手段の出力波形をエンベロープ処理するエンベロープ処理手段と、上記エンジンのクランク角度を算出するクランク角度算出手段と、上記クランク角度算出手段で算出されるクランク角度の所定範囲に亘って、上記エンジンが基準正常状態にあるときの上記エンベロープ処理手段の出力信号を基準データとして予め格納すると共に、上記エンジンの許容正常範囲を表わす上記基準データとの振幅差の許容累積値範囲を予め格納するデータベースと、上記クランク角度算出手段で算出されるクランク角度の所定範囲に亘って、上記エンベロープ処理手段の出力信号と上記データベースに格納されている上記基準データとの振幅差の累積値を算出し、該算出した累積値と上記データベースに格納されている上記許容累積値範囲との比較に基づいて上記エンジンを評価する評価手段とを有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項３のエンジン評価装置において、上記エンジンの全ての吸気バルブ及び排気バルブがバルブクリアランスの公差中央値にあるときを上記基準正常状態として、そのときに上記エンベロープ処理手段から得られる出力信号を上記基準データとして上記データベースに格納することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２のエンジン評価装置において、正常状態にある複数台のエンジンについて、上記エンベロープ処理手段の出力信号と上記データベースに格納されている上記基準データとの振幅差の累積値をそれぞれ算出して、エンジンの量産バラツキによる上記累計値のバラツキ範囲を求め、この累積値のバラツキ範囲を上記許容累積値範囲として上記データベースに格納することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項のエンジン評価装置において、上記データベースには、上記エンジンの複数の評価項目について、それぞれ異常時における上記エンベロープ処理手段の出力信号を異常データとして予め格納し、上記評価手段では、上記エンベロープ処理手段の出力信号と上記データベースに格納されている上記基準データとの振幅差の累積値が、上記データベースに格納されている上記許容累積値範囲から外れたときは、上記エンベロープ処理手段の出力信号と上記データベースに格納されている複数の異常データとの振幅差の累積値をそれぞれ算出して、これら算出した累積値のうち最小の累積値に対応する評価項目を異常の原因として特定することを特徴とする。

請求項１の発明によると、振動検出手段、２乗処理手段、エンベロープ処理手段、クランク角度算出手段、データベース、及び評価手段を有する簡単かつ安価な構成でエンジンを確実に評価することが可能になると共に、振動検出手段を除く他の構成要素は、例えばパーソナルコンピュータを有して構成できるので、構成のより簡略化が可能となる。また、エンジンの振動を検出するので、エンジンの発生音を検出する場合に比べて、インジェクタ音、ベルト擦れ音、ダイナモ回転音、排気音、通風口音等の外乱に影響されることなく、所望の振動信号をより正確に検出することが可能となり、高精度の評価が期待できる。

請求項２の発明によると、エンジンの全ての吸気バルブ及び排気バルブがバルブクリアランスの公差中央値にあるときのエンベロープ処理手段の出力信号を基準データとしてデータベースに格納するので、基準データを簡単に設定できると共に、評価対象のエンジンのバルブクリアランスが公差中央値から所定の範囲にあるか否かを評価することが可能となる。

請求項３の発明によると、正常状態にある複数台のエンジンの振動を検出して、エンジンの量産バラツキによる基準データとの振幅差の累積値を求め、その累積値のバラツキ範囲を許容累積値範囲としてデータベースに格納するので、許容累積値範囲を簡単に設定することが可能となる。

請求項４の発明によると、エンジンの複数の評価項目についてのそれぞれの異常データを予めデータベースに格納し、評価手段においてエンベロープ処理手段の出力信号と基準データとの振幅差の累積値が許容累積値範囲から外れたときは、上記出力信号とデータベースに格納されている複数の異常データとの振幅差の累積値をそれぞれ算出して、これら算出した累積値のうち最小の累積値に対応する評価項目を異常原因として特定するので、調整等の対処が容易になる。

以下、本発明によるエンジン評価装置の実施の形態について図１乃至図７を参照して説明する。

図１は本実施の形態によるエンジン評価装置の概略構成を示す機能ブロック図、図２はその動作を説明するためのフローチャート、図３は振動センサで検出される振動信号の一例を示す波形図、図４は図３に示した振動信号の２乗処理信号を示す波形図、図５は図４に示した２乗処理信号をエンベロープ処理したサンプル信号を示す波形図、図６はサンプル信号と基準データとの発生タイミングのずれの一態様を示す部分拡大図、図７はサンプル信号と基準データとの振幅差の算出方法を説明するための図である。

本実施の形態では、図１に示すように、サンプルである評価対象のエンジン１に検出手段である振動センサ２を取り付け、エンジン１に燃料を供給してエンジン１を実際に回転させるか、或いはエンジン１を図示しないモータにより回転させてエンジン振動を検出する。

振動センサ２で検出される振動信号は、増幅器３で増幅した後、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）４及び低域通過フィルタ（ＬＰＦ）５により不要なノイズ成分を除去してパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を含んでなる演算装置１１に取り込む。また、演算装置１１には、エンジン１から出力される気筒判別信号及びクランク角検出信号を取り込む。

演算装置１１には、クランク角度算出手段であるクランク角度算出部１２、２乗処理手段である２乗処理部１３、エンベロープ処理手段であるエンベロープ処理部１４、データベースであるデータベース部１５、評価手段である評価部１６、及び結果表示部１７を設け、エンジン１からのクランク角検出信号及び気筒判別信号は、クランク角度算出部１２に供給してクランク角度を算出し、その算出したクランク角度を評価部１６に供給する。

また、ＬＰＦ５から出力される振動信号は、２乗処理部１３に供給し、ここで２乗処理した後、エンベロープ処理部１４でエンベロープ処理して評価部１６に供給する。

一方、データベース部１５には、クランク角度算出部１２で算出されるクランク角度の所定範囲に亘って、エンジン１が基準正常状態にあるときのエンベロープ処理部１４の出力信号（サンプル信号）を基準データとして予め格納しておくと共に、エンジン１の許容正常範囲を表わす基準データとの振幅差の許容累積値範囲を予め格納しておく。

本実施の形態においては、エンジン１の全ての吸気バルブ及び排気バルブ（図示せず）がバルブクリアランスの公差中央値にあるときをエンジン１の基準正常状態とし、そのときにエンベロープ処理部１４から出力されるサンプル信号を基準データとして予めデータベース部１５に格納しておく。

また、正常状態にある複数台のエンジン１について、エンベロープ処理部１４からのサンプル信号とデータベース部１５に格納されている基準データとの振幅差の累積値をそれぞれ算出して、エンジン１の量産バラツキによる累積値のバラツキ範囲を求め、この累積値のバラツキ範囲を許容累積値範囲として予めデータベース部１５に格納しておく。

更に、本実施の形態では、エンジン１の複数の評価項目について、それぞれ異常時にエンベロープ処理部１４から出力されるサンプル信号を異常（ＮＧ）データとして予めデータベース部１５に格納しておくと共に、振動センサ２の故障等、評価装置自身の異常時にエンベロープ処理部１４から出力されるサンプル信号もＮＧデータとして予めデータベース部１５に格納しておく。

評価部１６では、クランク角度算出部１２で算出されるクランク角度の所定範囲に亘って、エンベロープ処理部１４からのサンプル信号と、データベース部１５に格納されている基準データ、許容累積値範囲および複数のＮＧデータに基づいてエンジン１を評価し、その評価結果を結果表示部１７に表示する。

以下、図１に示すエンジン評価装置の動作を、図２に示すフローチャートに従って図３乃至図７に示す信号波形図を参照しながら説明する。

先ず、サンプルである評価対象のエンジン１を回転させて、振動センサ２によりサンプル振動信号を検出する（ステップＳ１）。ここで、振動センサ２で検出されるサンプル振動信号と、クランク角度算出部１２で算出されるクランク角度（°ＣＡ）との関係は、例えば図３に示すようになる。

次に、検出したサンプル振動信号は、ＨＰＦ４及びＬＰＦ５で不要なノイズ成分を除去した後、評価部１６で比較し易いように、２乗処理部１３で図４に示すように２乗処理し、更にエンベロープ処理部１４で図５に示すようにエンベロープ処理してサンプル信号を得る（ステップＳ２）。

その後、評価部１６において、クランク角度算出部１２で算出されるクランク角度の所定範囲、例えば、０°ＣＡ〜７２０°ＣＡに亘って、エンベロープ処理部１４から出力されるサンプル信号とデータベース部１５に格納されている基準データとの振幅差の累積値を算出する（ステップＳ３）。

即ち、サンプルの例えばバルブクリアランスが公差中央値からずれていると、図６に示すように、エンベロープ処理部１４から出力されるサンプル信号における振動ピーク発生タイミングと基準データにおける振動ピーク発生タイミングとがずれると共に、振動ピーク値そのものも異なるので、図７に示すように、サンプル信号および基準データを所定のクランク角度毎にサンプリングして、各サンプリングポイントにおける両者の振幅差を求め、その全てのサンプリングポイントにおける振幅差の合計、即ち累積値を算出する。

次に、算出した累積値がデータベース部１５に格納されている許容累積値範囲外にあるか否かを判断し（ステップＳ４）、許容累積値範囲内にある場合（ＮＯの場合）にはサンプルエンジン１はＯＫと判定し（ステップＳ５）、その評価結果を結果表示部１７に表示して、サンプルエンジン１に対する処理を終了する。

これに対し、ステップＳ４において、累積値が許容累積値範囲外にある場合（ＹＥＳの場合）には、サンプルエンジン１はＮＧと判定し（ステップＳ６）、更に、サンプル信号とデータベース部１５に格納されている複数のＮＧデータとの振幅差の累積値をそれぞれ算出して（ステップＳ７）、これら算出した累積値のうち最小の累積値に対応する評価項目をＮＧの原因として特定し（ステップＳ８）、その評価結果を結果表示部１７に表示してサンプルに対する処理を終了する。

このように、本実施の形態では、サンプルである評価対象のエンジン１の回転中における振動を振動センサ２で検出して、その検出したサンプル振動信号を２乗処理部１３で２乗処理し、更に、エンベロープ処理部１４でエンベロープ処理した後、クランク角度算出部１２で算出されるクランク角度の所定範囲に亘って、評価部１６において、エンベロープ処理したサンプル信号と予めデータベース部１５に格納した基準正常状態時の基準データとの振幅差の累積値を算出して、その算出した累積値とデータベース部１５に予め格納した許容累積値範囲との比較に基づいてエンジン１がＮＧか否かを判定すると共に、ＮＧの場合には、更にエンベロープ処理したサンプル信号とデータベース部１５に予め格納した複数のＮＧデータとの振幅差の累積値をそれぞれ算出し、これら算出した累積値のうち最小の累積値に対応する評価項目をＮＧの原因として特定して、その評価結果を結果表示部１７に表示するようにしたので、インジェクタ音、ベルト擦れ音、ダイナモ回転音、排気音、通風口音等の外乱に影響されることなく、簡単な構成でサンプルを高精度で評価できると共に、振動センサ２の故障等の評価装置自身の異常を含むＮＧの原因を自動的に特定することができる。

しかも、クランク角度算出部１２、２乗処理部１３、エンベロープ処理部１４、データベース部１５、評価部１６、及び結果表示部１７を有する演算装置１１は、ＰＣを有して構成できるので、装置全体を簡単かつ安価にできる。

また、エンジン１の全ての吸気バルブ及び排気バルブがバルブクリアランスの公差中央値にあるときをエンジン１の基準正常状態として、そのときにエンベロープ処理部１４から出力されるサンプル信号を基準データとしてデータベース部１５に格納するようにしたので、基準データを簡単に設定できると共に、エンジン１のバルブクリアランスが公差中央値から所定の範囲にあるか否かを評価することができる。

更に、正常状態にある複数台のエンジン１について、エンベロープ処理部１４からのサンプル信号とデータベース部１５に格納されている基準データとの振幅差の累積値をそれぞれ算出し、その量産バラツキによる累積値のバラツキ範囲を許容累積値範囲としてデータベース部１５に格納するようにしたので、許容累積値範囲を簡単に設定することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では、振動センサ２でエンジン１の振動を検出し、その振動信号からエンジン１を評価するようにしたが、マイクロフォンでエンジン１の発生音を検出し、その検出信号からエンジン１を評価するようにすることもできる。また、エンベロープ処理したサンプル信号と基準データとの振幅差の累積値は、評価項目に応じて任意のクランク角度範囲で行うようにすることもできる。

本発明の実施の形態におけるエンジン評価装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 図１の動作を説明するためのフローチャートである。 図１に示した振動センサで検出される振動信号の一例を示す波形図である。 図３に示した振動信号の２乗処理信号を示す波形図である。 図４に示した２乗処理信号をエンベロープ処理したサンプル信号を示す波形図である。 サンプル信号と基準データとの発生タイミングのずれの一態様を示す部分拡大図である。 サンプル信号と基準データとの振幅差の算出方法を説明するための図である。

符号の説明

１ エンジン（サンプル）
２ 振動センサ（振動検出手段）
３ 増幅器
４ 高域通過フィルタ（ＨＰＦ）
５ 低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
１１ 演算装置
１２ クランク角度算出部（クランク角度算出手段）
１３ ２乗処理部（２乗処理手段）
１４ エンベロープ処理部（エンベロープ処理手段）
１５ データベース部（データベース）
１６ 評価部（評価手段）
１７ 結果表示部

Claims (4)

1. 回転中のエンジンの振動を検出する振動検出手段と、
   上記振動検出手段で検出される振動信号を２乗する２乗処理手段と、
   上記２乗処理手段の出力波形をエンベロープ処理するエンベロープ処理手段と、
   上記エンジンのクランク角度を算出するクランク角度算出手段と、
   上記クランク角度算出手段で算出されるクランク角度の所定範囲に亘って、上記エンジンが基準正常状態にあるときの上記エンベロープ処理手段の出力信号を基準データとして予め格納すると共に、上記エンジンの許容正常範囲を表わす上記基準データとの振幅差の許容累積値範囲を予め格納するデータベースと、
   上記クランク角度算出手段で算出されるクランク角度の所定範囲に亘って、上記エンベロープ処理手段の出力信号と上記データベースに格納されている上記基準データとの振幅差の累積値を算出し、該算出した累積値と上記データベースに格納されている上記許容累積値範囲との比較に基づいて上記エンジンを評価する評価手段とを有することを特徴とするエンジン評価装置。
2. 上記エンジンの全ての吸気バルブ及び排気バルブがバルブクリアランスの公差中央値にあるときを上記基準正常状態として、そのときに上記エンベロープ処理手段から得られる出力信号を上記基準データとして上記データベースに格納することを特徴とする請求項１に記載のエンジン評価装置。
3. 正常状態にある複数台のエンジンについて、上記エンベロープ処理手段の出力信号と上記データベースに格納されている上記基準データとの振幅差の累積値をそれぞれ算出して、エンジンの量産をバラツキによる上記累積値のバラツキ範囲を求め、この累積値のバラツキ範囲を上記許容累積値範囲として上記データベースに格納することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン評価装置。
4. 上記データベースには、上記エンジンの複数の評価項目について、それぞれ異常時における上記エンベロープ処理手段の出力信号を異常データとして予め格納し、
   上記評価手段では、上記エンベロープ処理手段の出力信号と上記データベースに格納されている上記基準データとの振幅差の累積値が、上記データベースに格納されている上記許容累積値範囲から外れたときは、上記エンベロープ処理手段の出力信号と上記データベースに格納されている複数の異常データとの振幅差の累積値をそれぞれ算出して、これら算出した累積値のうち最小の累積値に対応する評価項目を異常の原因として特定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン評価装置。

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