(57)【要約】      （修正有）【課題】エンジンノイズを位置特定するためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】システムは、往復動装置に連結された複数のノックセンサのうちの少なくとも２つのノックセンサによって取得されたノイズ信号を受信するように構成されたコントローラを含む。各ノイズ信号は、それぞれのノックセンサで検出された往復動装置のノイズシグネチャを表している。また、コントローラは、受信したノイズ信号に少なくとも基づいて、往復動装置内のコインシデンスノイズの位置を決定するように構成されている。【選択図】図１
2016128688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動装置に連結された複数のノックセンサ（２３）のうちの少なくとも２つのノックセンサ（２３）で取得されたノイズ信号を受信し、前記受信したノイズ信号に少なくとも基づいて、前記往復動装置内のコインシデンスノイズの位置を決定するように構成されたコントローラを備えたシステムであって、前記各ノイズ信号が、それぞれのノックセンサ（２３）で検出された前記往復動装置のノイズシグネチャを表している、システム。
【請求項２】
前記コントローラが、前記往復動装置内の前記コインシデンスノイズの前記位置を決定するために音声の三角測量を利用するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数のノックセンサ（２３）のうちの前記少なくとも２つのノックセンサ（２３）が、前記往復動装置を通る同じ平面上に配置され、前記コントローラが、前記往復動装置内の前記コインシデンスノイズの前記位置を決定するために、２次元音声の三角測量を利用するように構成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数のノックセンサ（２３）のうちの前記少なくとも２つのノックセンサ（２３）が、前記往復動装置を通る異なる平面上に配置され、前記コントローラが、前記往復動装置内の前記コインシデンスノイズの前記位置を決定するために、３次元音声の三角測量を利用するように構成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラが、前記複数のノックセンサ（２３）が連結されている前記往復動装置内の媒体に連結された少なくとも１つの温度センサから前記媒体の温度を表す温度信号を受信し、前記温度信号および前記受信したノイズ信号に少なくとも基づいて、前記往復動装置内の前記コインシデンスノイズの前記位置を決定するように構成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記コントローラが、前記媒体の前記温度信号、前記受信したノイズ信号、および音速に少なくとも基づいて、前記往復動装置内の前記コインシデンスノイズの前記位置を決定するように構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記コインシデンスノイズを検出するために、前記コントローラが、前記複数のノックセンサ（２３）によって取得されたノイズ信号を受信し、ノイズシグネチャをマッチングさせるために、前記複数のノックセンサ（２３）から受信したそれぞれのノイズシグネチャを比較するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラが、前記少なくとも２つのノックセンサ（２３）から受信した前記ノイズ信号内のマッチングするノイズシグネチャに基づいて、前記往復動装置内の前記コインシデンスノイズの前記位置を決定するために、前記複数のノックセンサ（２３）から前記少なくとも２つのノックセンサ（２３）を選択するように構成されている、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラが、前記コインシデンスノイズを検出するために、前記複数のノックセンサ（２３）によって取得された前記受信したノイズ信号に、時間周波数統合解析を利用するように構成されている、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記コインシデンスノイズを検出するために、前記複数のノックセンサ（２３）によって取得された前記受信したノイズ信号に、アタック、ディケイ、サスティン、リリース（ＡＤＳＲ）エンベロープを利用するように構成されている、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
往復動装置内のコインシデンスノイズを位置特定する方法であって、
複数のノックセンサ（２３）からノイズ信号を受信するステップであって、各ノイズ信号がそれぞれのノックセンサ（２３）で検出された前記往復動装置のノイズシグネチャを表している、ステップと、
前記往復動装置内の前記コインシデンスノイズを検出するために前記ノイズ信号を解析するステップと、
前記複数のノックセンサ（２３）のうちの少なくとも２つのノックセンサ（２３）からの前記受信したノイズ信号に少なくとも基づいて、前記往復動装置内の前記コインシデンスノイズの位置を決定するステップと、
のために、往復動装置コントローラを利用することを含む方法。
【請求項１２】
前記コインシデンスノイズを識別するために前記ノイズ信号を解析するステップが、前記コインシデンスノイズを検出するため、および前記複数のノックセンサ（２３）のうちのどのノックセンサが前記コインシデンスノイズを検出したのかを識別するために、ノイズシグネチャをマッチングさせるための、異なるノックセンサ（２３）からの前記サンプリングされたノイズ信号を比較するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記コインシデンスノイズの前記位置を決定するための前記コインシデンスノイズを検出した前記ノックセンサ（２３）のうちの前記少なくとも２つのノックセンサ（２３）から前記受信したノイズ信号を選択するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記コインシデンスノイズの前記位置を決定するステップが、前記往復動装置内の前記コインシデンスノイズの前記位置を決定するために音声の三角測量を利用するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数のノックセンサ（２３）のうちの前記少なくとも２つのノックセンサ（２３）が前記往復動装置を通る単一の平面（１１８）に配置され、前記音声の三角測量を利用するステップが、２次元音声の三角測量を利用するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数のノックセンサ（２３）のうちの前記少なくとも２つのノックセンサ（２３）が前記往復動装置を通る異なる平面（１４０、１４４）に配置され、前記音声の三角測量を利用するステップが、３次元音声の三角測量を利用するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記複数のノックセンサ（２３）のうちの前記少なくとも２つのノックセンサ（２３）が連結されている前記往復動装置内の媒体の温度を表す温度信号を受信するステップ、および前記少なくとも２つのノックセンサ（２３）からの前記受信したノイズ信号および前記媒体の前記温度に少なくとも基づいて、前記往復動装置内の前記コインシデンスノイズの前記位置を決定するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも２つのノックセンサ（２３）からの前記受信したノイズ信号、前記媒体の前記温度、および前記媒体中の音速に少なくとも基づいて、前記往復動装置内の前記コインシデンスノイズの前記位置を決定するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
燃焼エンジン（１０）内のコインシデンスノイズを検出する方法であって、
複数のノックセンサ（２３）からノイズ信号を受信するステップであって、各ノイズ信号がそれぞれのノックセンサ（２３）で検出された前記燃焼エンジン（１０）のノイズシグネチャを表している、ステップと、
前記コインシデンスノイズを検出するため、および前記複数のノックセンサ（２３）のうちのどのノックセンサが前記コインシデンスノイズを検出したのかを識別するために、ノイズシグネチャをマッチングさせるための、前記複数のノックセンサ（２３）のうちの異なるノックセンサ（２３）からの前記受信したノイズ信号を比較するステップと、
のために、エンジンコントローラを利用することを含む方法。
【請求項２０】
前記コインシデンスノイズを検出した前記ノックセンサ（２３）のうちの前記少なくとも２つのノックセンサ（２３）からの前記受信したノイズ信号に少なくとも基づいて、音声の三角測量によって前記燃焼エンジン（１０）内の前記コインシデンスノイズの位置を決定するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、ノックセンサに関し、より具体的には、構成要素の状態を検出するために大規模な多気筒の往復動装置に装着されたノックセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼エンジンは、一般に、天然ガス、ガソリン、ディーゼルなどの、炭素質燃料を燃焼し、構成要素を一定距離にわたって移動させるために、高温高圧ガスの対応する膨張を利用して、例えばシリンダに配置されたピストンのような、エンジンの特定の構成要素に力を印加する。各シリンダは、炭素質燃料の燃焼と相関して開閉する１つまたは複数のバルブを含むことができる。例えば、吸気バルブは、シリンダ内に空気などの酸化剤を導入することができ、この酸化剤は、その後、燃料と混合されて燃焼する。その後、例えば高温ガスである燃焼流体を、排気バルブを介してシリンダを出るように導くことができる。このように、炭素質燃料は、負荷を駆動するのに有用な、機械的な運動に変換される。例えば、負荷は、電力を生成する発電機であってもよい。使用中、燃焼エンジンでは、さまざまなノイズ、機械的な故障、または条件の変更が発生する可能性があり、これを検出（例えば位置）および／または予測することは困難であるかもしれない。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の特許請求の範囲に相応の特定の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求される本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、むしろこれらの実施形態は、単に本発明の可能な形態の簡潔な要約を提供することを意図している。実際、本発明は、さまざまな形態を包含することができ、その形態は、以下に述べる実施形態と類似であっても異なっていてもよい。
【０００４】
第１の実施形態によれば、システムは、往復動装置に連結された複数のノックセンサのうちの少なくとも２つのノックセンサによって取得されたノイズ信号を受信するように構成されたコントローラを含む。各ノイズ信号は、それぞれのノックセンサで検出された往復動装置のノイズシグネチャを表している。また、コントローラは、受信したノイズ信号に少なくとも基づいて、往復動装置内のコインシデンスノイズ（ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔ  ｎｏｉｓｅ）の位置を決定するように構成されている。
【０００５】
第２の実施形態によれば、往復動装置内のコインシデンスノイズを位置特定する方法が提供されている。この方法は、複数のノックセンサからのノイズ信号を受信する往復動装置コントローラを利用することを含み、各ノイズ信号は、それぞれのノックセンサで検出された往復動装置のノイズシグネチャ（ｎｏｉｓｅ  ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を表している。また、この方法は、往復動装置内のコインシデンスノイズを検出するために、ノイズ信号を解析する往復動装置コントローラを利用することを含む。この方法は、複数のノックセンサのうちの少なくとも２つのノックセンサから受信したノイズ信号に少なくとも基づいて、往復動装置内のコインシデンスノイズの位置を決定する往復動装置コントローラを利用することをさらに含む。
【０００６】
第３の実施形態によれば、燃焼エンジン内のコインシデンスノイズを検出する方法が提供されている。この方法は、複数のノックセンサからのノイズ信号を受信するエンジンコントローラを利用することを含み、各ノイズ信号は、それぞれのノックセンサで検出された燃焼エンジンのノイズシグネチャを表している。また、この方法は、コインシデンスノイズを検出するため、および複数のノックセンサのうちのどのノックセンサがコインシデンスノイズを検出したのかを識別するために、ノイズシグネチャをマッチングさせるための、複数のノックセンサのうちの異なるノックセンサからの受信したノイズ信号を比較するエンジンコントローラを利用することを含む。
【０００７】
本発明のこれらのならびにその他の特徴、態様、および利点は、複数の図面にわたって同じ符号が同じ部分を表している添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、より良く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の態様に係るエンジン駆動の発電システムの一部の実施形態のブロック図である。
【図２】本開示の態様に係る図１に示す往復動エンジンのシリンダ内のピストン組立体の実施形態の側面の断面図である。
【図３】本開示の態様に係る往復動装置でコインシデンスノイズを検出および位置特定するための信号を解析するための工程の一実施形態を示すフローチャートである。
【図４】本開示の態様に係る往復動装置でコインシデンスノイズを検出および位置特定するための工程の別の実施形態を示すフローチャートである。
【図５】本開示の態様に係る燃焼エンジンの単一の平面に沿って配置されたノックセンサのアレイの一実施形態の概略図である。
【図６】本開示の態様に係る燃焼エンジンの複数の平面に沿って配置されたノックセンサの複数のアレイの一実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の１つまたは複数の具体的な実施形態を以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供するために、実際の実装のすべての特徴が本明細書に記載されていなくてもよい。任意のエンジニアリングまたは設計プロジェクトにおけるような、任意のこのような実際の実装の開発においては、別の実装によって異なる可能性がある、例えば、システム関連およびビジネス関連の制約の遵守のような開発者の特定の目標を達成するために、多くの実装の詳細が決定される必要があることを理解されたい。さらに、このような開発努力は複雑で時間がかかるかもしれないが、それにもかかわらず、設計、製作、および製造の日常的な仕事が当業者に本開示の利益をもたらすことになる。
【００１０】
本発明のさまざまな実施形態の要素を導入するとき、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」は、１つまたは複数の要素が存在することを意味するように意図されている。「備える（「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」）」、および「有する（「ｈａｖｉｎｇ」）」という用語は、包括的であり、列挙された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味している。
【００１１】
使用中、燃焼エンジン（または他の往復動装置もしくは圧縮機などの機械）では、機械的な故障または条件の変更により、さまざまなノイズが発生する可能性があり、これを検出（例えば位置）および／または予測することは困難であるかもしれない。ノックセンサを、燃焼エンジンを監視するために利用することができる。時折、ノックセンサシステムは、異常なまたは望ましくないノイズなどの、ノイズを記録する。識別不能なノイズを無視して放棄するのではなく、ノイズがコインシデントであるか（すなわち、複数のノックセンサにより検出される）否かを判断するのが好適であり得る。また、コインシデンスノイズの位置を決定することが好適であり得る。コインシデンスノイズのノイズ源を位置特定することにより、ノイズの正確な発生源および潜在的原因（例えば、機械的な故障および／または状態の変化）のより良い診断を決定することができる。また、ノイズ源を位置特定することにより、より高度な予測を提供することができる。
【００１２】
以下にさらに詳細に記載されるように、システムおよび方法は、ノックセンサを利用して、往復動装置（例えば、燃焼エンジンや往復動圧縮機などの圧縮機、等）内でコインシデンスノイズを識別および位置特定するために提供されている。また、特定の実施形態では、記載された技術は、タービンエンジンで使用されてもよい。以下により詳細に記載されるように、技術は、コインシデンスノイズを位置特定するために、音声の三角測量（例えば、２次元（２Ｄ）または３次元（３Ｄ）音声の三角測量）を利用することができる。
【００１３】
図面を参照すると、図１は、エンジン駆動の発電システム８の一部の実施形態のブロック図を示している。以下に詳細に記載されるように、システム８は、エンジン１０（例えば、往復動内燃エンジン）を含み、このエンジン１０は、１つまたは複数の燃焼室１２（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、またはそれ以上の数の燃焼室１２）を有する。空気供給源１４は、各燃焼室１２に、例えば、空気、酸素、酸素富化空気、酸素還元空気、またはこれらの任意の組み合わせである、加圧された酸化剤１６を提供するように構成されている。また、燃焼室１２は、燃料供給源１９から燃料１８（例えば、液体および／または気体燃料）を受け取るように構成されており、各燃焼室１２内で燃料空気混合気が点火され、燃焼する。高温の加圧された燃焼ガスにより、各燃焼室１２に隣接したピストン２０がシリンダ２６内で直線的に移動され、ガスによって及ぼされる圧力を回転運動に変換して、軸２２を回転させる。さらに、軸２２を、軸２２の回転によって給電される負荷２４に連結することができる。例えば、負荷２４は、発電機などのシステム８の回転出力によって電力を生成することができる任意の適切な装置であってもよい。また、以下の説明は、酸化剤１６として空気を意味するが、任意の好適な酸化剤を、開示された実施形態で使用することができる。同様に、燃料１８を、例えば、天然ガス、関連する石油ガス、プロパン、バイオガス、消化ガス、埋立地ガス、炭鉱ガスなどの、任意の適切な気体燃料とすることができる。
【００１４】
本明細書に開示されたシステム８を、定置用途（例えば、工業用発電エンジンで）またはモバイル用途（例えば、自動車や航空機で）に使用するために適合させることができる。エンジン１０は、２ストロークエンジン、３ストロークエンジン、４ストロークエンジン、５ストロークエンジン、または６ストロークエンジンであってもよい。また、エンジン１０は、任意の数の燃焼室１２、ピストン２０、および関連するシリンダ（例えば、１〜２４）を含むことができる。例えば、特定の実施形態では、システム８は、シリンダ内で往復する４、６、８、１０、１６、２４またはそれ以上の数のピストン２０を有する大規模な工業用の往復動エンジンを含むことができる。いくつかのこのような例において、シリンダおよび／またはピストン２０は、約１３．５〜３４センチメートル（ｃｍ）の直径を有していてもよい。いくつかの実施形態において、シリンダおよび／またはピストン２０は、約１０〜４０ｃｍ、１５〜２５ｃｍ、または約１５ｃｍの直径を有していてもよい。システム８は、１０ｋＷ〜１０ＭＷの範囲の電力を生成することができる。いくつかの実施形態では、エンジン１０は、１分間当たりの回転数（ＲＰＭ）が約１８００より少ない回転数で動作してもよい。いくつかの実施形態では、エンジン１０は、約２０００ＲＰＭ、１９００ＲＰＭ、１７００ＲＰＭ、１６００ＲＰＭ、１５００ＲＰＭ、１４００ＲＰＭ、１３００ＲＰＭ、１２００ＲＰＭ、１０００ＲＰＭ、９００ＲＰＭ、または７５０ＲＰＭより少ない回転数で動作してもよい。いくつかの実施形態では、エンジン１０は、約７５０〜２０００ＲＰＭ、９００〜１８００ＲＰＭ、または１０００〜１６００ＲＰＭの回転数で動作してもよい。いくつかの実施形態では、エンジン１０は、約１８００ＲＰＭ、１５００ＲＰＭ、１２００ＲＰＭ、１０００ＲＰＭ、または９００ＲＰＭの回転数で動作してもよい。典型的なエンジン１０は、例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社のＪｅｎｂａｃｈｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅ（例えば、Ｊｅｎｂａｃｈｅｒ  Ｔｙｐｅ２，Ｔｙｐｅ３，Ｔｙｐｅ４，Ｔｙｐｅ６，またはＪ９２０  ＦｌｅＸｔｒａ）またはＷａｕｋｅｓｈａ  Ｅｎｇｉｎｅ（例えば、Ｗａｕｋｅｓｈａ  ＶＧＦ，ＶＨＰ，ＡＰＧ，２７５ＧＬ）を含むことができる。
【００１５】
エンジン駆動の発電システム８は、エンジンの「ノック」を検出するのに適した１つまたは複数のノックセンサ２３を含むことができる。  ノックセンサ２３は、爆発、早期着火およびまたはピンギング音による振動などの、エンジンによる振動を感知することができる。また、エンジン駆動の発電システムは、他の動作条件（例えば、１つまたは複数のノックセンサ２３が連結されている媒体（例えば、鋳鉄）の温度（全体的な温度および／または温度勾配））を検出するために、他のセンサ２７（例えば、１つまたは複数の温度トランスデューサ）を含むことができる。ノックセンサ２３は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２５に通信可能に連結されて示されている。動作中に、ノッキング状態（例えば、ピンギング音）が存在するかどうかを決定するために、ノックセンサ２３からの信号がＥＣＵ２５に伝達される。ＥＣＵ２５は、その後、ノッキング状態を改善または解消するために、特定のエンジン１０のパラメータを調整することができる。例えば、ＥＣＵ２５は、ノッキングを解消するために、点火時期を調整し、および／または過給圧を調整することができる。本明細書にさらに記載されるように、ノックセンサ２３は、例えば、望ましくないエンジン状態を検出および位置特定するために、特定の振動（例えば、コインシデンスノイズ）が、さらに解析および分類されるべきであることをさらに導き出すことができる。コインシデンスノイズを検出および位置特定する以下の技術が燃焼エンジンの観点で説明されているが、同じ技術が、圧縮機のような他の往復動装置に適用されてもよい。
【００１６】
図２は、往復動エンジン１０のシリンダ２６（例えば、エンジンのシリンダ）内に配置されたピストン２０を有するピストン組立体２５の一実施形態の側面の断面図である。シリンダ２６は、円筒状のキャビティ３０（例えば、穴）を画定する内側環状壁２８を有する。ピストン２０を、軸線すなわち軸方向３４、放射軸すなわち放射方向３６、および周軸すなわち周方向３８によって画定することができる。ピストン２０は、頂部４０（例えば、トップランド）を含んでいる。頂部４０は、一般に、ピストン２０の往復運動の間、燃料１８および空気１６、または燃料空気混合気３２が燃焼室１２からの逃げるのを妨げる。
【００１７】
図示のように、ピストン２０は、コンロッド５６およびピン５８を介してクランク軸５４に取り付けられている。クランク軸５４は、ピストン２０の往復直線運動を回転運動に変換する。上述のように、ピストン２０が移動するにつれて、クランク軸５４が回転し、負荷２４に電力を供給する（図１に示される）。図示のように、燃焼室１２は、ピストン２０のトップランド４０に隣接して配置されている。燃料噴射器６０は、燃焼室１２に燃料１８を供給し、吸気バルブ６２は、燃焼室１２への空気１６の吐出を制御する。排気バルブ６４は、エンジン１０からの排気の排出を制御する。ただし、燃焼室１２に燃料１８と空気１６を供給するため、および／または排気を排出するために任意の適切な要素および／または技術を利用することができ、いくつかの実施形態では、燃料噴射器が使用されないことを理解されたい。動作時には、燃焼室１２内の空気１６を用いた燃料１８の燃焼が、ピストン２０に、シリンダ２６のキャビティ３０内で軸方向３４の往復移動（例えば、前後）を引き起こす。
【００１８】
動作中、ピストン２０がシリンダ２６内の一番高い位置にあるとき、この位置を上死点（ＴＤＣ）と呼ぶ。ピストン２０がシリンダ２６内の一番低い位置にあるとき、この位置を下死点（ＢＤＣ）と呼ぶ。ピストン２０が上から下へ、または下から上へ移動するにつれて、クランク軸５４は、回転運動の半分を回転する。上から下へ、または下から上へのピストン２０のそれぞれの動きは、ストロークと呼ばれ、エンジン１０の実施形態は、２ストロークエンジン、３ストロークエンジン、４ストロークエンジン、５ストロークエンジン、６ストロークエンジン、またはそれ以上を含むことができる。
【００１９】
エンジン１０の動作中に、吸気工程、圧縮工程、動力工程、および排気工程を含むシーケンスが、一般に起こる。吸気行程では、燃料と空気のような可燃混合気が、シリンダ２６内に引き込まれることが可能であり、これにより、吸気バルブ６２は開かれ、排気バルブ６４は閉じられる。圧縮工程では、より小さな空間に可燃混合気が圧縮され、このため、吸気バルブ６２および排気バルブ６４の両方が閉じられる。動力工程では、圧縮された燃料空気混合気が点火され、この工程は、スパークプラグシステムによる火花点火、および／または圧縮熱による圧縮着火を含むことができる。次に、燃焼の結果として発生する圧力が、ピストン２０をＢＤＣに強制する。排気工程では、一般に、排気バルブ６４を開いたままに維持しながら、ピストン２０がＴＤＣに戻される。このように、排気工程では、排気バルブ６４を介して使用済みの燃料空気混合気が排出される。複数の吸気バルブ６２および排気バルブ６４が、シリンダ２６ごとに使用されてもよいことに留意されたい。
【００２０】
また、図示のエンジン１０は、クランク軸センサ６６、ノックセンサ２３、およびエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２５を含み、このＥＣＵ２５は、プロセッサ７２およびメモリ７４を含んでいる。クランク軸センサ６６は、クランク軸５４の位置および／または回転速度を感知する。このようにして、クランク角度やクランクタイミング情報を導出することができる。すなわち、燃焼エンジンを監視する場合には、タイミングがクランク軸５４の角度の観点から表現されることが多い。例えば、４ストロークエンジン１０の完全なサイクルを、７２０°のサイクルとして測定することができる。ノックセンサ２３は、圧電加速度計、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサ、ホール効果センサ、磁歪センサ、および／または振動、加速度、音声、および／または動きを感知するように設計された任意の他のセンサであってもよい。他の実施形態では、センサ２３は、ノックセンサではなく、振動、圧力、加速度、偏向、または動きを感知することができる任意のセンサであってもよい。
【００２１】
エンジン１０の震動性により、ノックセンサ２３は、シリンダ２６の外側に取り付けられた場合でも、  シグネチャを検出することができる。ただし、ノックセンサ２３は、シリンダ２６内またはシリンダ２６の周囲のさまざまな位置に配置されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、単一のノックセンサ２３を、例えば、１つまたは複数の隣接するシリンダ２６と共有することができる。他の実施形態では、各シリンダ２６は、１つまたは複数のノックセンサ２３を含むことができる（例えば、エンジン１０を通る１つまたは複数の平面に沿って配置されたノックセンサ２３の１つまたは複数のアレイ）。エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２５と電子通信しているクランク軸センサ６６およびノックセンサ２３が示されている。ＥＣＵ２５は、プロセッサ７２とメモリ７４（例えば、機械可読媒体）を含んでいる。メモリ７４は、プロセッサ７２によって実行することができる非一時的なコードまたはコンピュータ命令を格納することができる。ＥＣＵ２５は、例えば、燃焼のタイミング、バルブ６２，６４のタイミングを調整することや、燃料および酸化剤（例えば、空気）などの吐出を調整することによって、エンジン１０の動作を監視および制御する。
【００２２】
好適には、１つまたは複数のクランク軸センサ６６および／または１つまたは複数のノックセンサ２３からデータ（例えば、ノイズ信号）を受信し、取得し、またはサンプリングするために、本明細書に記載の技術は、ＥＣＵ２５を使用することができる。エンジン１０内の任意のコインシデンスノイズを検出および／または位置特定するために、センサ（例えば、ノックセンサおよび／またはクランク軸センサ６６）からのデータは、両方とも同じレートでサンプリングされ、同時に採取されることができる。特定の実施形態では、コインシデンスノイズを検出および／または位置特定するために利用されたノイズ信号を、１つまたは複数のノックセンサ２３から単独で受信することができる。他の実施形態では、コインシデンスノイズを検出および／または位置特定するために利用され得るノイズ信号を、クランク軸センサ６６とノックセンサ２３の両方から受信することができる。各ノイズ信号は、それぞれのノックセンサ２３で検出されたエンジン１０のノイズシグネチャを表している。特定の実施形態では、ＥＣＵ２５は、クランク軸５４の位置に対して、ノックセンサ２３のデータをプロットすることにより、「ノイズ」のシグネチャを作成する。次に、通常のシグネチャ（例えば、既知のノイズや予期されるノイズ）および／または異常なシグネチャ（例えば、未知のノイズや予期しないノイズ）を導出するために、ＥＣＵ２５は、データを解析する工程をとることができる。以下でより詳細に記載されるように、ＥＣＵ２５は、その後、異常なシグネチャを特徴付けることができる（例えば、コインシデンスノイズを検出および／または位置特定する）。シグネチャ解析を提供することによって、本明細書に記載の技術は、エンジン１０のより最適かつ効率的な動作、およびメンテナンスを可能にすることができる。
【００２３】
図３は、往復動装置（例えば、図２のエンジン１０やコンプレッサ等）でコインシデンスノイズを検出および位置特定するための信号を解析するための工程７６の一実施形態を示すフローチャートである。工程７６を、メモリ７４に格納され、ＥＣＵ２５のプロセッサ７２または任意の往復動装置コントローラによって実行可能な、コンピュータ命令または実行可能コードとして実施することができる。工程７６は、往復動装置に連結されているセンサからの信号（例えば、ノイズ信号）またはデータを、受信するステップ、サンプリングするステップ、または取得するステップを含む（ブロック７８）。センサは、ノックセンサ２３および／またはクランク軸センサ６６を含むことができる。センサは、同じレートでサンプリングされ、同時に採取されることができる。ノイズ信号は、それぞれのノックセンサ２３で検出された往復動装置（例えば、エンジン１０）のノイズシグネチャを含むことができる。特定の実施形態では、ノイズ信号を、単一の平面（図５参照）または複数の平面（図６参照）に沿って配列されたノックセンサ２３から取得することができる。特定の実施形態では、センサは、ノックセンサ２３が連結されている往復動装置上の媒体（例えば、鋳鉄や他の材料または材料の組み合わせ）の温度を検出する１つまたは複数の温度センサまたはトランスデューサを含むことができる。したがって、１つまたは複数の温度センサは、各ノックセンサ２３が媒体に連結された位置での全体的な温度や温度勾配のような、媒体の温度を表す温度信号を提供することができる。特定の実施形態において、工程７６は、受信した信号（例えば、ノイズ信号）またはデータを処理するステップを含む（ブロック８０）。処理するステップは、解析する前に信号を事前調整するステップを含んでもよい。例えば、それぞれのノックセンサ２３の生のノックセンサ（例えば、エンジンノイズ）のデータを、クランク軸の位置に対してプロットすることができる。加えて、生データを、（例えば、正の１の最大振幅をもたらす乗数を決定し、生データにこの乗数を適用することによって）スケーリングすることができる。
【００２４】
工程７６は、コインシデンスノイズを検出するために信号（例えば、ノイズ信号）を解析するステップをさらに含む（ブロック８２）。例えば、異なるノックセンサ２３から取得された信号（例えば、ノイズ信号）のノイズシグネチャを、マッチングするノイズシグネチャを探すために比較することができる。多くの技術を、コインシデンスノイズを検出するために利用することができる。例えば、時間周波数統合解析（ｊｏｉｎｔ  ｔｉｍｅ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ａｎａｌｙｓｉｓ）が、コインシデンスノイズを識別する際にノイズ信号に適用されてもよい。例えば、マッチングのためにノイズ信号間で比較することができる未知のノイズの音響モデルや指紋を開発するために、時間周波数統合技術は、ケプストラム技術、ケフレンシ技術、チャープレット（ｃｈｉｒｐｌｅｔ）技術、および／またはウェーブレット技術を含んでもよい。
【００２５】
また、アタック、ディケイ、サスティン、リリース（ＡＤＳＲ）エンベロープを、ノイズ信号に適用することができる（例えば、生のエンジンノイズプロットまたはスケーリングされたエンジンノイズプロット）。ＡＤＳＲエンベロープは、一般に、楽器の音を模倣するために、音楽シンセサイザで使用されている。ノックセンサ２３のデータにＡＤＳＲエンベロープを適用することにより、より迅速かつ効率的なノイズ解析を可能にすることができる。ＡＤＳＲエンベロープの４つの主要なパラメータは、アタック、ディケイ、サスティン、およびリリースである。アタックは、ノイズの開始からスケーリングされた曲線のピーク振幅まで発生する。ディケイは、ピーク振幅からの衰退中から、最大振幅のある特定のパーセントとすることができる指定されたサスティンレベルまで発生する。４つのパラメータの順序は、アタック、ディケイ、サスティン、リリースの順である必要はないことを理解すべきである。例えば、いくつかのノイズに対して、その順序は、アタック、サスティン、ディケイ、リリースの順であってもよい。このような場合には、ＡＤＳＲではなく、ＡＳＤＲエンベロープが適用されることになる。簡略化のために、「ＡＤＳＲエンベロープ」と呼ぶかもしれないが、この用語は、パラメータの順序にかかわらず、ノイズに適用されることが理解されるべきである。サスティンレベルは、ノイズの期間中の主要なレベルである。ＡＤＳＲエンベロープを適用することにより、特定のトーンを、マッチングのためにノイズ信号間で比較することができるノイズ信号から抽出することを可能にすることができる。
【００２６】
工程７６は、コインシデンスノイズがセンサ（例えば、ノックセンサ２３）によって検出されたかどうかを決定するステップを含む（ブロック８４）。コインシデンスノイズが検出されない場合、工程７６は、センサからの信号を受信するステップおよび解析するステップを継続する（ブロック７８、８２）。コインシデンスノイズが検出された場合、工程７６は、コインシデンスノイズの位置を決定するステップに進む（ブロック８６）。特定の実施形態では、コインシデンスノイズの位置を決定するステップは、コインシデンスノイズを位置特定するのに利用するためにコインシデンスノイズを検出したこれらのノックセンサ２３からのノイズ信号の少なくともいくつかを選択するステップを含む。他の実施形態では、コインシデンスノイズを検出したすべてのノックセンサ２３からのノイズ信号が利用されてもよい。音源定位（例えば、音声の三角測量）が、往復動装置でコインシデンスノイズの位置を決定するために利用されてもよい。コインシデンスノイズを検出したノックセンサの既知の位置に基づいて、および、ノックセンサが同じレートでサンプリングされ、同時にデータを取っていることを考えると、検出されたコインシデンス音の発生源を検出することができる。ノックセンサ２３の位置と、ノックセンサ２３のサンプリングレートの他に、他の情報８８もまた、コインシデンス音の発生源を位置特定するのに利用することができる。例えば、ノックセンサ２３が連結されている往復動装置上の媒体の温度（例えば、温度センサから受信した）が利用されてもよい。また、媒体中の既知の音速が利用されてもよい。特定の実施形態では、２Ｄ音声の三角測量が、コインシデンスノイズの発生源を位置特定するために利用されてもよい。２Ｄ音声の三角測量では、往復動装置の（例えば、これを通る）単一の平面に沿って配置されたノックセンサ２３の１つのアレイから受信したノイズ信号が利用されてもよい。特定の実施形態では、３Ｄ音声の三角測量が、コインシデンスノイズの発生源を位置特定するために利用されてもよい。３Ｄ音声の三角測量では、往復動装置の（例えば、これを通る）複数の平面（例えば、２つ以上の平面）に沿って配置されたノックセンサ２３の複数のアレイから受信したノイズ信号が利用されてもよい。
【００２７】
工程７６は、ＥＣＵ２５が、収集したノイズデータ（例えば、生の、処理された、および／または解析された）および／または解析された信号（例えば、コインシデンスノイズの位置および／または時間、ならびに関連するデータ（例えば、温度、サンプリングレート、等））をローカルに（例えば、メモリ７４）格納するステップおよび／またはログするステップ、または格納および解析（さらには、および／またはリアルタイム解析）のためにデータをリモート装置に送信するステップをさらに含む（ブロック９０）。また、工程７６は、往復動装置内のコインシデンスノイズの位置を提供するステップを含む（ブロック９２）。特定の実施形態では、潜在的な理由すなわち原因（例えば、往復動装置の一部、一部の潜在的な状態、等）が、コインシデンスノイズおよび／またはノイズシグネチャの位置を考慮して提供され得る。コインシデンスノイズの位置および／または潜在的な理由すなわち原因を、ＥＣＵ２５と関連したディスプレイ上におよび／またはＥＣＵ２５と通信しているリモート装置上のディスプレイに提供することができる。
【００２８】
図４は、往復動装置（例えば、図２のエンジン１０やコンプレッサ等）でコインシデンスノイズを検出および位置特定するための工程９４の別の実施形態を示すフローチャートである。工程９４を、メモリ７４に格納され、ＥＣＵ２５のプロセッサ７２または任意の往復動装置コントローラによって実行可能な、コンピュータ命令または実行可能コードとして実施することができる。工程９４は、往復動装置に連結されたセンサからの信号（例えば、ノイズ信号）またはデータを、受信するステップ、サンプリングするステップ、または取得するステップを含む（ブロック９６）。センサは、ノックセンサ２３および／またはクランク軸センサ６６を含むことができる。センサは、同じレートでサンプリングされ、同時に採取されることができる。ノイズ信号は、それぞれのノックセンサ２３で検出された往復動装置（例えば、エンジン１０）のノイズシグネチャを含むことができる。特定の実施形態では、ノイズ信号を、単一の平面（図５参照）または複数の平面（図６参照）に沿って配列されたノックセンサ２３から取得することができる。特定の実施形態では、センサは、ノックセンサ２３が連結されている往復動装置上の媒体（例えば、鋳鉄や他の材料または材料の組み合わせ）の温度を検出する１つまたは複数の温度センサまたはトランスデューサを含むことができる。したがって、１つまたは複数の温度センサは、ノックセンサ２３が媒体に連結された位置での全体的な温度や温度勾配のような、媒体の温度を表す温度信号を提供することができる。特定の実施形態では、工程７６のブロック８０に上述されたように、工程９４は、受信した信号（例えば、ノイズ信号）またはデータを処理するステップを含む（ブロック９８）。
【００２９】
工程９４は、コインシデンスノイズに対応するノイズシグネチャをマッチングさせるために、別のノックセンサ２３からの信号（例えば、ノイズ信号）を比較するステップを含む（ブロック１００）。上述のように、時間周波数統合解析および／またはＡＤＳＲエンベロープを適用するような多くの技術が、コインシデンスノイズを検出するために利用されてもよい。工程９４は、比較されたノイズ信号のいずれかのノイズシグネチャがマッチングするかどうかを決定するステップを含む（ブロック１０２）。比較されたノイズのノイズシグネチャがマッチングしない場合、コインシデンスノイズが検出されないと決定され（ブロック１０４）、工程９４は、センサからの信号を受信するステップおよび解析するステップを継続する（ブロック７８、８２）。いくつかの比較されたノイズ信号のノイズシグネチャがマッチングした場合、コインシデンス音が検出されたと決定され（ブロック１０６）、工程９４は、コインシデンスノイズの位置を決定するステップに進む（ブロック１０８）。特定の実施形態では、コインシデンスノイズの位置を決定するステップの前に、工程９４は、コインシデンスノイズを位置特定するのに利用するためにコインシデンスノイズを検出したこれらのノックセンサ２３からのノイズ信号のすべてまたは少なくともいくつかを選択するステップを含む（ブロック１１０）。
【００３０】
工程９４において、音源定位（例えば、音声の三角測量）を、往復動装置でコインシデンスノイズの位置を決定するために利用することができる（ブロック１０８）。コインシデンスノイズを検出したノックセンサ２３の既知の位置に基づいて、および、ノックセンサ２３が同じレートでサンプリングされ、同時にデータを取っていることを考慮して、検出されたコインシデンス音の発生源を検出することができる。ノックセンサ２３の位置と、ノックセンサ２３のサンプリングレートの他に、他の情報１１２もまた、コインシデンス音の発生源を位置特定するのに利用することができる。例えば、ノックセンサ２３が連結されている往復動装置上の媒体の温度（例えば、温度センサから受信した）が利用されてもよい。また、媒体中の既知の音速が利用されてもよい。特定の実施形態では、２Ｄ音声の三角測量が、コインシデンスノイズの発生源を位置特定するために利用されてもよい。２Ｄ音声の三角測量では、往復動装置の（例えば、これを通る）単一の平面に沿って配置されたノックセンサ２３の１つのアレイから受信したノイズ信号が利用されてもよい（図５参照）。特定の実施形態では、３Ｄ音声の三角測量が、コインシデンスノイズの発生源を位置特定するために利用されてもよい。３Ｄ音声の三角測量では、往復動装置の（例えば、これを通る）複数の平面（例えば、２つ以上の平面）に沿って配置されたノックセンサ２３の複数のアレイから受信したノイズ信号が利用されてもよい（図６参照）。
【００３１】
工程９４は、ＥＣＵ２５が、収集したノイズデータ（例えば、生の、処理された、および／または解析された）および／または解析された信号（例えば、コインシデンスノイズの位置および／または時間、ならびに関連するデータ（例えば、温度、サンプリングレート、等））をローカルに（例えば、メモリ７４）格納するステップおよび／またはログするステップ、または格納および解析（さらには、および／またはリアルタイム解析）のためにデータをリモート装置に送信するステップをさらに含む（ブロック１１４）。また、工程９４は、往復動装置内のコインシデンスノイズの位置を提供するステップを含む（ブロック１１６）。特定の実施形態では、潜在的な理由すなわち原因（例えば、往復動装置の一部、一部の潜在的な状態、等）が、コインシデンスノイズおよび／またはノイズシグネチャの位置を考慮して提供され得る。コインシデンスノイズの位置および／または潜在的な理由すなわち原因を、ＥＣＵ２５と関連したディスプレイ上におよび／またはＥＣＵ２５と通信しているリモート装置上のディスプレイに提供することができる。
【００３２】
図５は、燃焼エンジン１０を通る（例えば、エンジン１０の長手方向の軸線１２３に対して方向１２０および１２２でエンジン１０を横切る）単一の平面１１８に沿って配置されたノックセンサ２３のアレイの一実施形態の概略図（例えば、上面図または下面図）である。同概略図を、往復動圧縮機のような他の往復動装置に適用可能とすることができる。図示のエンジン１０は、例示のみを目的としており、エンジン１０の構成要素（例えば、ピストン、等）のすべてを示していない。エンジン１０は、エンジンブロック１２４内に配置された複数のシリンダ２６を含んでいる。図示のように、エンジン１０は、８つのシリンダ２６を含むが、エンジン１０は、任意の数のシリンダ２６を含んでもよい。エンジン１０は、平面１１８に沿って配置されたノックセンサ２３のアレイ１２６を含んでいる。図示のように、アレイ１２６は、４つのノックセンサ２３を含むが、任意の数のノックセンサ２３を含んでもよい。特定の実施形態では、各シリンダ２６を、それぞれのノックセンサ２３に関連付けることができる。単一の平面１１８上のノックセンサ２３のアレイ１２６の配置により、２Ｄ音声の三角測量を、コインシデンスノイズを検出するために利用することができる。左側１２８、右側１３０、前側１３２、および後側１３４のノックセンサ２３の配置により、ステレオ音声技術をコインシデンスノイズの検出に利用することができる。図示のように、交点１３６は、平面１１８に沿って配置されているいくつかのノックセンサ２３（例えば、左側１２８に沿ったノックセンサ２３や、後側１３４近くの右側１３０に配置されたノックセンサ２３）からのノイズ信号を利用した音声の三角測量によって検出したコインシデンスノイズの位置を表している。
【００３３】
図６は、燃焼エンジン１０を通る（例えば、エンジン１０の長手方向の軸線１２３に対して方向１２０および１２２でエンジン１０を横切る）複数の平面１４０，１４４に沿って配置されたノックセンサ２３の複数のアレイの一実施形態の概略図（例えば、側面図）である。同概略図を、往復動圧縮機のような他の往復動装置に適用可能とすることができる。図示のエンジン１０は、例示のみを目的としており、エンジン１０の構成要素（例えば、ピストン、等）のすべてを示していない。エンジン１０は、エンジンブロック１２４内に配置された複数のシリンダ２６を含んでいる。図示のように、エンジン１０は、４つのシリンダ２６を含むが、エンジン１０は、任意の数のシリンダ２６を含んでもよい。エンジン１０は、平面１４０に沿って配置されたノックセンサ２３のアレイ１３８を含んでいる。図示のように、アレイ１３８は、平面１４０に沿った側面１２８に沿って配置された２つのノックセンサ２３を含むが、平面１４０に沿って任意の数のノックセンサ２３を含んでもよい（図５に示したような側面１２８と反対側に配置されたノックセンサ２３を含む）。図示のように、アレイ１４２は、平面１４４に沿った側面１２８に沿って配置された２つのノックセンサ２３を含むが、平面１４４に沿って任意の数のノックセンサ２３を含んでもよい（図５に示したような側面１２８と反対側に配置されたノックセンサ２３を含む）。エンジン１０は、エンジン１０を通る任意の数の平面に沿って配置されたノックセンサ２３の任意の数のアレイを含んでもよい。特定の実施形態では、各シリンダ２６を、それぞれのノックセンサ２３に関連付けることができる。複数の平面１４０，１４４上のノックセンサ２３のアレイ１３８，１４２の配置により、３Ｄ音声の三角測量を、コインシデンスノイズを検出するために利用することができる。左側１２８、右側１３０（不図示）、前側１３２、後側１３４、隣接する上側１４６、および隣接する下側１４８のノックセンサ２３の配置により、ステレオ音声技術をコインシデンスノイズの検出に利用することができる。図示のように、交点１５０は、複数の平面１４０、１４４に沿って配置されているいくつかのノックセンサ２３（例えば、平面１４０に沿って配置された少なくとも１つのノックセンサ２３や、平面１４４に沿って配置された少なくとも１つのノックセンサ２３）からのノイズ信号を利用した音声の三角測量によって検出したコインシデンスノイズの位置を表している。
【００３４】
開示された実施形態の技術的効果は、ノックセンサ２３によって検出されたコインシデンスノイズを位置特定するために、ノックセンサ２３の位置および他の情報と共にノックセンサ２３からの信号（例えば、ノイズ信号）を利用することが挙げられる。例えば、音声の三角測量をコインシデンスノイズの位置を提供するために利用することができる。コインシデンスノイズのノイズ源を位置特定することにより、ノイズの正確な発生源および潜在的原因（例えば、機械的な故障および／または状態の変化）のより良い診断を決定することができる。また、ノイズ源を位置特定することにより、より高度な予測を提供することができる。
【００３５】
本明細書は、最良の形態を含む本発明を開示するために、また、当業者が、あらゆる装置またはシステムを製作かつ使用し、あらゆる組み込み方法を実施することを含む、本発明を実施できるように、例を使用している。本発明の特許性のある範囲が、特許請求の範囲によって画定され、当業者が想到する他の例を含んでもよい。このような他の例が、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、または、特許請求の範囲の文言との非実質的な相違を伴う同等の構造要素を含む場合、このような他の例は特許請求の範囲内であることが意図されている。
【符号の説明】
【００３６】
８  システム
１０  エンジン
１２  燃焼室
１４  空気供給源
１６  酸化剤、空気
１８  燃料
１９  燃料供給源
２０  ピストン
２２  軸
２３  ノックセンサ
２４  負荷
２５  ＥＣＵ、ピストン組立体
２６  シリンダ
２７  センサ
２８  内側環状壁
３０  キャビティ
３２  燃料空気混合気
３４  軸方向
３６  放射方向
３８  周方向
４０  トップランド、頂部
５４  クランク軸
５６  コンロッド
５８  ピン
６０  燃料噴射器
６２  吸気バルブ
６４  排気バルブ
６６  クランク軸センサ
７２  プロセッサ
７４  メモリ
１１８  平面
１２０  方向
１２３  軸線
１２４  エンジンブロック
１２６  アレイ
１２８  左側
１３０  右側
１３２  前側
１３４  後側
１３６  交点
１３８  アレイ
１４０  平面
１４２  アレイ
１４４  平面
１４６  上側
１４８  下側
１５０  交点
【図１】
2016128688.tif 000003
【図２】
2016128688.tif 000004
【図３】
2016128688.tif 000005
【図４】
2016128688.tif 000006
【図５】
2016128688.tif 000007
【図６】
2016128688.tif 000008
【外国語明細書】
2016128688000001.pdf