(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼エンジンの稼働イベントを監視する方法を提供する。【解決手段】燃焼エンジ１０内またはこれに近接して配置されたノックセンサ２３により感知されるノイズ信号を受信するステップと、前記ノイズ信号と、前記稼働イベントを示す第１のＡＤＳＲエンベロープを少なくとも有するフィンガープリントとを相関させるステップと、前記ノイズ信号と前記フィンガープリントとの関連に基づいて、前記稼働イベントが発生したかどうかを検出するステップを含む。【選択図】図１
2016145571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼エンジン（１０）の稼働イベントを監視する方法であって、
前記燃焼エンジン（１０）内または前記燃焼エンジン（１０）に近接して配置されたノックセンサ（２３）により感知されるノイズ信号を受信するステップと、
前記ノイズ信号と、前記燃焼エンジン（１０）の前記稼働イベントを示すＡＤＳＲエンベロープ（８２）を少なくとも有するフィンガープリント（１００）とを相関させるステップと、
前記ノイズ信号と前記フィンガープリント（１００）との前記相関に基づいて、前記稼働イベントが発生したかどうかを検出するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記稼働イベントが、前記内燃エンジン（１０）の吸気バルブ（６２）の開放、前記吸気バルブ（６２）の閉鎖、前記内燃エンジン（１０）の排気バルブ（６４）の開放、前記排気バルブ（６４）の閉鎖、またはピーク燃焼圧を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記燃焼エンジン（１０）を基線付けし、前記稼働イベントを示す前記ＡＤＳＲエンベロープ（８２）を少なくとも有する前記フィンガープリント（１００）を導出するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記燃焼エンジン（１０）を基線付けし、前記ＡＤＳＲエンベロープ（８２）を少なくとも有する前記フィンガープリント（１００）を導出するステップが、
前記稼働イベントを示す基線ノイズ信号から前記ＡＤＳＲエンベロープ（８２）を導出するステップと、
前記ＡＤＳＲエンベロープ（８２）および前記稼働イベントのインジケータデータを時間に対してプロットし、前記稼働イベントが発生する時の前記ＡＤＳＲエンベロープ（８２）の位置を導出するステップと
を含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記稼働イベントが発生する時の前記ＡＤＳＲエンベロープ（８２）の前記位置を、前記ＡＤＳＲエンベロープ（８２）と前記稼働イベントのインジケータデータとの交点を決定することにより導出するステップを含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記稼働イベントのインジケータデータを、前記燃焼エンジン（１０）の前記基線付け中に前記稼働イベントを監視するスイッチからの信号を介して受信するステップを含む、請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記稼働イベントが発生する時の前記ＡＤＳＲエンベロープ（８２）の前記位置が、前記ＡＤＳＲエンベロープ（８２）のディケイベクトルのほぼ中点である、請求項４記載の方法。
【請求項８】
前記稼働イベントが発生する時の前記ＡＤＳＲエンベロープ（８２）の前記位置が、前記ＡＤＳＲエンベロープ（８２）のディケイベクトルの中間領域内である、請求項４記載の方法。
【請求項９】
前記ノイズ信号と、前記稼働イベントを示す前記ＡＤＳＲエンベロープ（８２）を少なくとも有する前記フィンガープリント（１００）とを相関させるステップが、
前記ノイズ信号を事前条件付けするステップと、
前記ＡＤＳＲエンベロープ（８２）を前記事前条件付けされたノイズ信号のプロットの少なくとも一部に重ねるステップと
を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記ノイズ信号と、前記稼働イベントを示す前記ＡＤＳＲエンベロープ（８２）を少なくとも有する前記フィンガープリント（１００）とを相関させるステップが、
前記ノイズ信号または事前条件付けされたバージョンの前記ノイズ信号を、クランクシャフトセンサ（６６）から受信された前記燃焼エンジン（１０）のクランクシャフト（５４）のクランク角信号に対してプロットするステップと、
前記フィンガープリント（１００）の前記ＡＤＳＲエンベロープ（８２）を前記プロットの少なくとも一部に重ねるステップと
を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
燃焼エンジン（１０）の第１の稼働イベントを監視するよう構成されたエンジンコントローラを備えるシステムであって、前記エンジンコントローラが、
前記燃焼エンジン（１０）内または前記燃焼エンジン（１０）に近接して配置されたノックセンサ（２３）により感知されるノイズ信号を受信し、
前記ノイズ信号と、前記第１の稼働イベントを示す第１のＡＤＳＲエンベロープ（８２）を少なくとも有する第１のフィンガープリント（１００）とを相関させ、
前記ノイズ信号と前記第１のフィンガープリント（１００）との前記相関に基づいて、前記第１の稼働イベントが発生したかどうかを検出する
よう構成されたプロセッサ（７２）を含む、システム。
【請求項１２】
前記コントローラが、１つまたは複数のフィンガープリント（１００）を記憶するよう構成されたメモリ（７４）を備え、各フィンガープリント（１００）は対応する稼働イベントを示すそれぞれＡＤＳＲエンベロープ（８２）を有し、
前記プロセッサ（７２）が、前記ノイズ信号と前記第１の稼働イベントを示す前記第１のＡＤＳＲエンベロープ（８２）を少なくとも有する前記第１のフィンガープリント（１００）とを相関させるために前記メモリ（７４）にアクセスするよう構成される、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記ノイズ信号を感知するよう構成されたノックセンサ（２３）と、
前記燃焼エンジン（１０）のクランクシャフト（５４）のクランク角を感知するよう構成されたクランクシャフトセンサ（６６）と
を備える、請求項１１記載のシステム。
【請求項１４】
前記プロセッサ（７２）が、前記ノイズ信号または事前条件付けされたバージョンの前記ノイズ信号を前記クランク角に対してプロットし、前記第１のＡＤＳＲエンベロープ（８２）を前記ノイズ信号または事前条件付けされたノイズバージョンの前記ノイズ信号に重ねるよう構成される、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
前記プロセッサ（７２）が、前記重ねられた第１のＡＤＳＲエンベロープ（８２）において、前記稼働イベントが発生する時の位置を導出するよう構成される、請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
前記プロセッサ（７２）が、前記重ねられた第１のＡＤＳＲエンベロープ（８２）のディケイベクトルの中点を決定するよう構成され、前記重ねられた第１のＡＤＳＲエンベロープ（８２）における前記稼働イベントが発生する時の前記位置が前記中点である、請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
前記稼働イベントが、前記燃焼エンジン（１０）の吸気バルブ（６２）の開放、前記吸気バルブ（６２）の閉鎖、前記燃焼エンジン（１０）の排気バルブ（６４）の開放、前記排気バルブ（６４）の閉鎖、またはピーク燃焼圧を含む、請求項１１記載のシステム。
【請求項１８】
実行可能な命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令が実行されたときプロセッサ（７２）は、
燃焼エンジン（１０）内または前記燃焼エンジン（１０）に近接して配置されたノックセンサ（２３）から、前記燃焼エンジン（１０）が発するノイズを示すノイズデータを受信し、
前記燃焼エンジン（１０）内または前記燃焼エンジン（１０）に近接して配置されたクランクシャフトセンサ（６６）から、前記燃焼エンジン（１０）のクランクシャフトのクランク角を示すクランク角データを受信し、
前記クランク角データに対して前記ノイズデータをプロットし、
前記燃焼エンジン（１０）の稼働イベントを示す基準ＡＤＳＲエンベロープ（８２）を有するフィンガープリント（１００）に対応する前記ノイズデータの一部を決定し、
前記基準ＡＤＳＲエンベロープ（８２）を前記ノイズデータの上に重ねまたはプロットし、
前記ノイズデータにおける前記稼働イベントが発生した時の位置を決定する、非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１９】
前記実行可能な命令を含む前記非一時的コンピュータ可読媒体において、前記命令が実行されたとき前記プロセッサ（７２）は更に、
前記基準ＡＤＳＲエンベロープ（８２）のディケイベクトル上の中点を決定し、前記基準ＡＤＳＲエンベロープ（８２）前記ディケイベクトル上の前記中点は、前記稼働イベントが発生する時の前記位置に対応している、請求項１８記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項２０】
前記実行可能な命令を含む前記非一時的コンピュータ可読媒体において、前記命令が実行されたとき前記プロセッサ（７２）は更に、前記ノイズデータをプロットする前に前記ノイズデータを事前条件付けする、請求項１８記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【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、燃料燃焼エンジンに関し、より詳細には、ノックセンサを用いて往復エンジンの稼働イベントおよび条件を検出するためのシステムならびに方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼エンジンは、一般に、天然ガス、ガソリン、ディーゼル等の炭素質燃料を燃焼させ、対応する高温高圧ガスの膨張を用いて、エンジンの特定の構成部品、例えばシリンダ内に配置されたピストンに対して動力を印加し、ある距離に亘って構成部品を移動させる。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備えることができる。例えば、吸気バルブは、空気等の酸化剤をシリンダに導くことができ、続いて酸化剤は燃料と混合されて燃焼される。次いで、燃焼流体、例えば高温ガスを、排気バルブを介してシリンダから出るように導くことができる。従って、炭素質燃料を、負荷（例えば電力を生成する発電機）の駆動に利用可能な機械的運動に変化させる。従来の構造では、燃焼エンジンの稼働中の吸気バルブおよび排気バルブの開閉のタイミングを、従来の技術を用いて監視および推定できる。従来の技術は、燃焼エンジンの、特定の他の稼働イベントおよび条件（例えばピーク燃焼圧）を検出するために使用することもできる。しかしながら、従来の監視技術は、不正確であり得、従来の監視技術を利用する是正手段は内燃エンジンの効率を低下させ得る。従って、ピーク燃焼圧ならびに／または吸気バルブもしくは排気バルブ閉鎖（もしくは開放）の稼働イベント等の、稼働イベントおよび条件の監視が改善されれば有益であろう。
【発明の概要】
【０００３】
出願時に特許請求された発明の範囲と同等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、特許請求される発明の範囲を限定することを意図したものではなく、むしろこれらの実施形態は、本開示の可能な形態の簡潔な要約を提供することのみを意図したものである。実際、本開示は、以下に述べる実施形態と同様であっても異なっていてもよい様々な形態を包含することができる。
【０００４】
第１の実施形態では、燃焼エンジンの稼働イベントを監視する方法は、燃焼エンジン内または燃焼エンジンに近接して配置されたノックセンサにより感知されるノイズ信号を受信するステップと、ノイズ信号と、稼働イベントを示すＡＤＳＲエンベロープを少なくとも有するフィンガープリントとを相関させるステップと、ノイズ信号とフィンガープリントとの相関に基づいて、稼働イベントが発生したかどうかを検出するステップとを含む。
【０００５】
第２の実施形態では、システムは、燃焼エンジンの第１の稼働イベントを監視するよう構成されたエンジンコントローラを備える。コントローラは、燃焼エンジン内または燃焼エンジンに近接して配置されたノックセンサにより感知されるノイズ信号を受信し、ノイズ信号と、第１の稼働イベントを示す第１のＡＤＳＲエンベロープを少なくとも有する第１のフィンガープリントとを相関させ、ノイズ信号と第１のフィンガープリントとの相関に基づいて、稼働イベントが発生したかどうかを検出するよう構成されたプロセッサを備える。
【０００６】
第３の実施形態では、非一時的コンピュータ可読媒体は、実行可能な命令を含み、命令が実行されたときプロセッサは内燃エンジン内またはこれに近接して配置されたノックセンサから、内燃エンジンが発するノイズを示すノイズデータを受信する。実行可能な命令が実行されたとき、プロセッサは燃焼エンジン内または燃焼エンジンに近接して配置されたクランクシャフトセンサから、内燃エンジンのクランクシャフトのクランク角を示すクランク角データも受信する。更に、実行可能な命令が実行されたとき、プロセッサは、クランク角データに対してノイズデータをプロットし、内燃エンジンの稼働イベントを示す基準ＡＤＳＲエンベロープを有するフィンガープリントに対応するノイズデータの一部を決定し、基準ＡＤＳＲエンベロープをノイズデータの一部に重ね、ノイズデータの稼働イベントが発生した時の位置を決定する。
【０００７】
本発明のこれらのおよび他の特徴、態様、ならびに利点は、添付の図面（図面中、図面を通して類似の符号は類似の部分を表す）を参照して以下の詳細な説明を読むとよりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の態様による、エンジン駆動動力発生システムの一部の一実施形態のブロック図である。
【図２】本開示の態様による、図１に示された往復エンジンのシリンダ内のピストンアセンブリの一実施形態の側部断面図である。
【図３】本開示の態様による、図２に示されたノックセンサにより測定されたデータのエンジンノイズプロットの一実施形態である。
【図４】本開示の態様による、図３に示されたサンプルのエンジンノイズプロットの基準化されたバージョンの一実施形態である。
【図５】本開示の態様による、アタック、ディケイ、サスティン、リリース（ＡＤＳＲ）エンベロープの４つの基本パラメータが重ねられた、図４に示されたサンプルの基準化済みエンジンノイズプロットの一実施形態である。
【図６】本開示の態様による、抽出されたトーンがオーバーレイされた、図５に示された基準化済みエンジンノイズプロットおよびＡＤＳＲエンベロープの一実施形態である。
【図７】本開示の態様による、ノイズを特徴付け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８】図７および本開示の他の態様の工程による、エンジン稼働イベントに対応する基準化済みエンジンノイズプロット、エンジン稼働イベントに対応する稼働イベントインジケータ、およびエンジン稼働イベントに対応するＡＤＳＲエンベロープの一実施形態である。
【図９】本開示の態様による、図７に示されたフィンガープリントを識別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１０】特定のエンジン稼働イベントを導出するためにエンジンノイズを加工するのに適した工程の一実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の１つまたは複数の特定の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、実際の導入例の全ての特徴は本明細書では説明されないことがある。いずれのこのような実際の導入例の開発では、いずれのエンジニアリングまたは設計プロジェクトで行われるように、例えば１つの導入例と別の導入例との間で変化し得るシステム関連のおよびビジネス関連の制約を有するコンプライアンス等の開発者の特定の目標を達成するために、多数の導入例−仕様決定を実施しなければならないことを理解されたい。また、このような開発努力は複雑かつ時間のかかるものであり得るが、それにも関わらず本開示の利益を得る当業者にとっては、設計、製作および製造の慣例的な仕事であろうことを理解されたい。
【００１０】
本発明の様々な実施形態の要素を紹介する際、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」は、要素のうちの１つまたは複数が存在することを意味することを意図している。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える、含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」および「ｈａｖｉｎｇ（有する）」は、含有することと、列挙された要素の他に追加の要素が存在し得ることとを意味することを意図している。
【００１１】
開示される実施形態は、エンジンを監視、診断、および／または制御するために、センサ（例えば、ノックセンサ、音響センサ、または振動センサ）と、基線データ（例えば、音または振動のフィンガープリント）とを採用する。燃焼エンジンを監視するためにノックセンサを用いる場合、ノックセンサシステムは場合によっては、この時点では識別できない異常なまたは望ましくないノイズ等のノイズを記録する。あるいは、ノックセンサは、事前に識別および特徴付けされている正常なまたは望ましいノイズであるノイズを記録することができる。例えば、燃焼エンジンによる様々な動作の間に燃焼エンジンが発するノイズを、工場での基線付け工程中に最初に特徴付けてよい。基線付け工程中の特定の稼働イベントおよび条件（例えば、バルブ閉鎖、バルブ開放、およびピーク燃焼圧）に関するノイズ信号を加工し、１つまたは複数の稼働イベントに関連付けてデータベースに記憶することができる。燃焼エンジンの正常稼働中、データベース内に記憶された、基線付け工程中に特徴付けられた稼働イベントに関連するデータにアクセスし、稼働性ノイズが基線付け工程中に特徴付けられた稼働イベントに対応するかどうかを決定することができる。
【００１２】
有利には、本明細書中で説明される技術は、特定のエンジンの音またはノイズの音の「フィンガープリント（ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ）」を生成することができる。フィンガープリント（例えば、プロファイル、コンパレータおよび／または基準信号）を、上述のように基線付け工程中に発達させてよく、フィンガープリントは、基線付け工程中に試験される特定の稼働イベント（例えば、バルブ閉鎖）に対応することができる。なお、基線付け工程を、燃焼エンジンの完全稼働中、または燃焼エンジンの特定の構成部品（例えば基線付けされる（１つまたは複数の）稼働イベントに関連する構成部品）のみが稼働している間に実施することができることに留意されたい。例えば、いくつかの実施形態では、燃焼エンジンの様々な稼働イベントを、部分稼働または完全稼働中に工場で基線付けしてもよい。
【００１３】
（例えば基線付けの後の）燃焼エンジンの完全稼働中に、ノックセンサによりノイズを検出してよく、かつノイズ信号を加工して、これを燃焼エンジンに関連する様々なフィンガープリント（例えば、プロファイル、サイン、コンパレータ、基準信号、一意な印（ｕｎｉｑｕｅ  ｉｎｄｉｃｉａ）、一意な表現（ｕｎｉｑｕｅ  ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）等）と比較することができる。フィンガープリントと加工済みノイズ信号とが対応するまたは相関する（例えば「適合する」）場合、フィンガープリントに関連する稼働イベントに対応するとして信号を確認することができる。ノイズ信号を加工し、適合したフィンガープリントおよびノイズ信号に対応する稼働イベントに関連する時間に敏感な情報を決定してもよい。例えば、ノイズ信号が排気バルブの閉鎖に対応するフィンガープリントに適合している場合、排気バルブが閉鎖された時を決定するために、ノイズ信号を時間（またはクランク角）に対してプロットすることができる。
【００１４】
以下で更に詳細に説明されるように、アタック−ディケイ−サスティン−リリース（ＡＤＳＲ）エンベロープおよび／または時間−周波数同期技術を介して、ノイズを識別および分類するためのシステムおよび方法が提供され、ＡＤＳＲエンベロープは上述のフィンガープリントのうちの少なくとも一部に対応することができる。時間−周波数同期技術としては、以下でより詳細に説明するように音響モデルまたはノイズのフィンガープリントを発達させるための、ケプストラム技術、ケフレンシ技術、チャープレット技術、および／またはウェーブレット技術を挙げることができる。
【００１５】
図面に戻ると、図１は、エンジン駆動動力発生システム８の一部の一実施形態のブロック図を示す。以下で詳細に説明されるように、システム８は、１つまたは複数の燃焼チャンバ１２（例えば、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、１０個、１２個、１４個、１６個、１８個、２０個、またはそれ以上の燃焼チャンバ１２）を有するエンジン１０（例えば、往復内燃エンジン）を備える。給気１４は、空気、酸素、酸素富化空気、酸素低減空気、またはこれらのいずれの組み合わせ等の加圧された酸化体１６を各燃焼チャンバ１２に提供するよう構成される。燃焼チャンバ１２も、燃料供給１９から燃料１８（例えば、液体および／またはガス状燃料）を受容するように構成され、燃料−空気混合物は各燃焼チャンバ１２内で点火して燃焼する。高温の加圧された燃焼ガスにより、各燃焼チャンバ１２に隣接するピストン２０はシリンダ２６内で直線運動し、かつガスから発せられる圧力を回転運動に変換し、これによりシャフト２２が回転する。更に、シャフト２２を、シャフト２２の回転を介して動力供給される負荷２４に連結することができる。例えば、負荷２４は、システム８の回転出力を介して電力を生成する発電機等のいずれの好適なデバイスであってもよい。加えて、以下の記述は酸化体１６として空気に言及するが、開示された実施形態にいずれの好適な酸化体を用いることができる。同様に、燃料１８は、例えば天然ガス、石油随伴ガス、プロパン、バイオガス、下水ガス、埋立地ガス、炭鉱ガス等のいずれの好適なガス状燃料であってもよい。
【００１６】
本明細書中に開示されるシステム８を、据え付け用途（例えば、産業用発電エンジン）または移動性の用途（例えば、車または航空機）で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。エンジン１０はまた、いずれの数の燃焼チャンバ１２、ピストン２０、および関連するシリンダ（例えば１〜２４個）を備えることができる。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個、６個、８個、１０個、１６個、２４個またはそれ以上のピストン２０を有する大規模な産業用往復エンジンを備えることができる。いくつかのこのような場合では、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）の直径を有することができる。いくつかの実施形態では、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の直径を有することができる。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、約１８００回転／分（ＲＰＭ）未満で稼働することができる。いくつかの実施形態では、エンジン１０は、約２０００ＲＰＭ、１９００ＲＰＭ、１７００ＲＰＭ、１６００ＲＰＭ、１５００ＲＰＭ、１４００ＲＰＭ、１３００ＲＰＭ、１２００ＲＰＭ、１０００ＲＰＭ、９００ＲＰＭ、または７５０ＲＰＭ未満で稼働することができる。いくつかの実施形態では、エンジン１０は、約７５０〜２０００ＲＰＭ、９００〜１８００ＲＰＭ、または１０００〜１６００ＲＰＭで稼働することができる。いくつかの実施形態では、エンジン１０は、約１８００ＲＰＭ、１５００ＲＰＭ、１２００ＲＰＭ、１０００ＲＰＭ、または９００ＲＰＭで稼働することができる。例示的なエンジン１０としては、例えばゼネラルエレクトリック社のＪｅｎｂａｃｈｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅ（例えば、Ｊｅｎｂａｃｈｅｒ２型、３型、４型、６型、またはＪ９２０  ＦｌｅＸｔｒａ）またはＷａｕｋｅｓｈａ  Ｅｎｇｉｎｅ（例えば、ＷａｕｋｅｓｈａＶＧＦ、ＶＨＰ、ＡＰＧ、２７５ＧＬ）を挙げることができる。
【００１７】
駆動動力発生システム８は、エンジン「ノック（ｋｎｏｃｋ）」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を備えることができる。ノックセンサ２３は、デトネーション、プレイグニッション、および／もしくはピンギングに起因する音または振動等のエンジン１０が発生させる音または振動を感知するよう構成されたいずれのセンサであってもよい。ノックセンサ２３は、エンジン制御装置（ＥＣＵ）２５に対して通信可能に連結されて示されている。稼働中、ノックセンサ２３からの信号は、ノッキング条件（例えばピンギング）が存在するかどうかを決定するためにＥＣＵ２５に通信される。ＥＣＵ２５は続いて、特定のエンジン１０のパラメータを調整し、ノッキング条件を改善または排除することができる。例えば、ＥＣＵ２５は、ノッキングを排除するために、点火タイミングおよび／または過給圧を調整することができる。本明細書中で更に説明するように、ノックセンサ２３は、例えば望ましくないエンジン条件を検出するために更に分析されてカテゴリ分けされるべき特定の音または振動を追加で導出してよい。
【００１８】
図２は往復エンジン１０のシリンダ２６（例えばエンジンシリンダ）内に配置されたピストン２０を有するピストンアセンブリ２５の一実施形態の側部断面図である。シリンダ２６は、円筒形キャビティ３０（例えばボア）を画定する内環状壁２８を有する。ピストン２０を、軸方向の軸または方向３４、径方向の軸または方向３６、および円周方向の軸または方向３８により画定することができる。ピストン２０は、上部４０（例えばトップランド）を備える。上部４０は一般には、ピストン２０の往復運動中に燃料１８および空気１６、または燃料−空気混合物３２が燃焼チャンバ１２から逃げるのを遮断する。
【００１９】
図示したように、ピストン２０は、連接棒５６およびピン５８を介してクランクシャフト５４に取り付けられる。クランクシャフト５４は、ピストン２０の往復直線運動を回転運動に変換する。ピストン２０が移動すると、クランクシャフト５４は回転し、上述したように（図１に示す）負荷２４に動力を供給する。図示したように、燃焼チャンバ１２は、ピストン２０のトップランド４０に隣接して位置決めされる。燃料注入器６０は、燃料１８を燃焼チャンバ１２に提供し、吸気バルブ６２は、燃焼チャンバ１２への空気１６の送達を制御する。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。しかしながら、燃料１８および空気１６を燃焼チャンバ１２に提供するためにならびに／または排気を排出するために、いずれの好適な要素および／または技術を利用してよく、いくつかの実施形態では燃料注入器を使用しないことを理解されたい。稼働において、燃焼チャンバ１２内の燃料１８の空気１６との燃焼により、ピストン２０は、シリンダ２６のキャビティ３０内を軸方向３４に往復の様式で（例えば、前後に）移動する。
【００２０】
稼働中、ピストン２０がシリンダ２６内の最も高い位置にある時、これは上死点（ＴＤＣ：ｔｏｐ  ｄｅａｄ  ｃｅｎｔｅｒ）と呼ばれる位置にある。ピストン２０がシリンダ２６内の最も低い位置にある時、これは下死点（ＢＤＣ：ｂｏｔｔｏｍ  ｄｅａｄ  ｃｅｎｔｅｒ）と呼ばれる位置にある。ピストン２０が上から下までまたは下から上まで移動すると、クランクシャフト５４は旋回の２分の１回転する。上から下までまたは下から上までのピストン２０の各移動はストロークと呼ばれ、エンジン１０の実施形態としては、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、またはそれ以上を挙げることができる。
【００２１】
エンジン１０の稼働中、吸気工程、圧縮工程、給電工程、および排気工程を含むシーケンスが発生する。吸気工程は、燃料および空気等の可燃性混合物がシリンダ２６に入り込むことを可能にし、従って吸気バルブ６２が開放され排気バルブ６４が閉鎖される。圧縮工程は、可燃性混合物をより狭い空間に圧縮し、これにより吸気バルブ６２および排気バルブ６４の両方が閉鎖される。給電工程は、圧縮された燃料−空気混合物を点火し、この工程は、スパークプラグシステムを用いた火花点火、および／または圧縮熱を用いた圧縮点火を含んでよい。燃焼から得られる圧力は、続いてピストン２０をＢＤＣに移動させる。排気工程は典型的には、排気バルブ６４を開放したままピストン２０をＴＤＣに戻す。排気工程は従って、排気バルブ６４を通して使用済み燃料−空気混合物を吐出する。なお、２つ以上の吸気バルブ６２および排気バルブ６４をシリンダ２６ごとに使用することができることに留意されたい。
【００２２】
図示したエンジン１０は、クランクシャフトセンサ６６、ノックセンサ２３、ならびにプロセッサ７２およびメモリ７４を備えるエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）２５も備える。クランクシャフトセンサ６６は、クランクシャフト５４の位置および／または回転速度を感知する。従って、クランク角またはクランクタイミング情報を導出してよい。つまり、燃焼エンジンを監視する際、タイミングはクランクシャフト５４の角度に関してしばしば表現される。例えば、４ストロークエンジン１０の完全サイクルは、７２０°サイクルとして測定できる。ノックセンサ２３は、圧電型加速度計、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、ならびに／または振動、加速、音、および／もしくは移動を感知するよう設計されたいずれ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は従来の意味のノックセンサではなく、振動、圧力、加速、歪み、または移動を感知でき、かつエンジン「ノック」を検出するのに使用しなくてよい、いずれのセンサであってもよい。
【００２３】
エンジン１０のパーカッシブな（ｐｅｒｃｕｓｓｉｖｅ）性質故に、ノックセンサ２３はシリンダ２６の外側に設置された場合でさえサインを検出可能であり得る。しかしながら、ノックセンサ２３をシリンダ２６内またはこの周辺の様々な位置に配置することができる。加えて、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を備えることができる。クランクシャフトセンサ６６およびノックセンサ２３は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）２５と電子通信して示されている。ＥＣＵ２５は、プロセッサ７２およびメモリ７４を備える。メモリ７４は、プロセッサ７２が実行できるコンピュータ命令を記憶することができる。ＥＣＵ２５は、例えば燃焼タイミング、バルブ６２および６４のタイミングを調整することにより燃料および酸化体（例えば空気）等の送達を調整し、エンジン１０の稼働を監視および制御する。
【００２４】
有利には、本明細書中で説明される技術は、ＥＣＵ２５を用いて、クランクシャフトセンサ６６およびノックセンサ２３からデータを受信し、続いてクランクシャフト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」サインを生成することができる。ＥＣＵ２５は続いて、通常の（例えば、公知のおよび期待されるノイズの）および異常な（例えば、未知のまたは期待されないノイズの）サインを導出するためにデータを分析する工程を経てよい。ＥＣＵ２５は続いて、以下により詳細に説明されるようにサインを特徴付けてよい。サイン分析を提供することにより、本明細書中で説明される技術は、エンジン１０のより最適なおよびより効率的な稼働ならびに保守を可能にできる。
【００２５】
図３〜６および８は、例えば図７および９でより詳細に説明される１つまたは複数の工程を介したデータ加工中であってもよいデータを示す。図３〜６および８のデータは、ノックセンサ２３およびクランクシャフトセンサ６６を介して送信されたデータを含んでよい。例えば、図３は、ノックセンサ２３が測定したノイズデータから（例えばＥＣＵ２５により）導出された未加工のエンジンノイズプロット７５の一実施形態であり、ここでｘ軸７６はクランクシャフト５４の位置（例えばクランク角）であり、これは時間に相関している。この実施形態によると、ノイズデータは特定のエンジン１０の稼働イベントまたは動作に対応することができる。例えば、ノイズデータはエンジン１０のバルブ、例えば排気バルブ６４の開放または閉鎖に対応することができる。あるいは、ノイズデータはピーク燃焼圧に対応してよく、このピーク燃焼圧は、燃焼中の燃焼チャンバ１２における最高圧を指す。
【００２６】
プロット７５は、ＥＣＵ２５がエンジン１０の稼働中にノックセンサ２３から受信したデータとクランクシャフトセンサ６６から受信したデータとを組み合わせた時に生成される。図示した実施形態では、振幅軸７８でノックセンサ２３の信号の振幅曲線７７が示されている。つまり、振幅曲線７７は、ノックセンサ２３を介して感知された振動データ（例えばノイズ、音データ）の、クランク角に対してプロットされた振幅測定値を含む。これは、（例えば排気バルブ６４の閉鎖に対応する）サンプルのデータ集合の単なるプロットであり、ＥＣＵ２５が生成するプロットを限定することを意図したものではないことを理解されたい。図４に示されるように更に加工するために曲線７７を続いて基準化することができる。
【００２７】
図４は、ＥＣＵ２５が導出し得る基準化済みエンジンノイズプロット７９の一実施形態である。基準化済みプロット７９では、図３に示された振幅プロット７５からの未加工のエンジンノイズを基準化し、基準化済み振幅曲線８０を導出する。この場合、基準化済み振幅曲線８０の最大の正の値が１となるように単一の乗数が各データポイントに適用されている。なお、最大の正の値１を提供するために曲線８０の各ポイントに適用された乗数は、−１未満またはこれより大きい負の値をもたらし得ることに留意されたい。即ち、図４で示される基準化済みエンジンノイズプロット７９に示されるように、例えば最大の負の値は−０．５であり得、または−１．９であり得る。
【００２８】
図５は、プロットの上部を覆うアタック、ディケイ、サスティン、リリース（ＡＤＳＲ）エンベロープ８２の４つの基本パラメータを用いた基準化済みエンジンノイズプロット８１の一実施形態である。ＡＤＳＲエンベロープ８２は典型的には、楽器の音を模倣するための音楽シンセサイザで使用される。有利には、本明細書中で説明される技術は、ＡＤＳＲエンベロープ８２をノックセンサ２３のデータに適用し、以下に更に説明するように、より迅速にかつ効率的に特定のノイズ分析を提供する。例えば、基準化済み曲線８０は、エンジン１０の特定の稼働イベント（例えば、燃焼チャンバ１２内のバルブ６２、６４の開閉またはピーク燃焼圧）の特徴であってもよく（または特徴を含んでよく）、基準化済み曲線８０のために発達させたＡＤＳＲエンベロープ８２を、エンジン１０の稼働中の稼働イベントの後の分析に利用することができる。
【００２９】
ＡＤＳＲエンベロープの４つの基本パラメータは、アタック８３、ディケイ８４、サスティン８５、およびリリース８６である。アタック８３は、ノイズの開始から基準化済み曲線８０のピーク振幅８７まで発生する。ディケイ８４は、ピーク振幅から指定のサスティン８５レベル（これは最大振幅の特定のいくらかのパーセントであってもよい）までの下降において発生する。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、リリースである必要はないことを理解されたい。例えばいくつかのノイズについては、順序はアタック、サスティン、ディケイ、リリースであってもよい。このような場合、ＡＤＳＲの代わりにＡＤＳＲエンベロープを適用すべきである。簡略化の目的で、これを「ＡＤＳＲエンベロープ」と呼ぶことになるが、用語はパラメータの順序に関係なくノイズに適用されることを理解されたい。サスティン８５レベルは、ノイズの持続時間の主要なレベルである。いくつかの実施形態では、サスティン８５レベルは、最大振幅の５５％で発生することができる。他の実施形態では、サスティン８５レベルは、最大振幅の３５％、４０％、４５％、５０％、６０％、または６５％と少なくとも同じか、これ以上であってもよい。ユーザまたはＥＣＵ２５は、サスティン８５レベルがサインの持続時間の少なくとも１５％の間保持されるかどうかを決定することにより、サスティンレベルが所望のようなものであるかどうかを確認する。サスティン８５がサインの持続時間の１５％より長く続く場合、サスティン８５レベルは所望のように設定されている。リリース８６は、サスティン８５レベルからゼロへの下降中に発生する。なお、いくつかの実施形態では、ノイズ信号（例えば基準化済み振幅曲線８０）をハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、またはバンドパスフィルタを介してフィルタリングし、稼働イベントの特徴がない周波数を有する信号の一部を減衰させることができることに留意されたい。ノイズ信号に適用される特定のフィルタは、監視されている稼働イベントに左右され得る。例えば、バルブ６２、６４のイベント（例えば開放および閉鎖）を監視する場合、ハイパスフィルタ（例えば１０キロヘルツ（ｋＨｚ）超）またはバンドパスフィルタ（例えば１０〜２０キロヘルツ（ｋＨｚ））をノイズ信号に適用することができる。燃焼イベント（例えばピーク燃焼圧）を監視する場合、ローパスフィルタ（例えば２キロヘルツ（ｋＨｚ）未満）をノイズ信号に適用することができる。
【００３０】
図６は、図４および５で示されたものと同一の、特定のトーンがオーバーレイされた（例えば重ねられた）基準化済みエンジンノイズプロット７９を示す。ＡＤＳＲエンベロープ８２を適用した後、ＥＣＵ２５はノイズ中の最も強い周波数のうちの３〜５個を抽出し、音楽のトーンに変換することができる。例えば、音楽のトーンに対する周波数範囲をマッピングしたルックアップテーブルを使用することができる。加えてまたはあるいは、調律の平均律システムについてピッチが典型的には周波数の対数として認識されるという観測に基づいて等式を使用してよく、または他の音律システムのための等式を使用することができる。他の実施形態では、いくらかの周波数を抽出することができる。図６に示されるプロット８１では、３つの突出した（例えば抽出された）トーンはＣ＃５、Ｅ４、およびＢ３である。しかしながら、これらの３つのトーンは、あり得るトーンの単なる例であり、どのトーンが記録されたノイズに存在し得るかを限定することを意図したものではないことを理解されたい。
【００３１】
図７は、ノックセンサ２３を介して感知されたノイズ等のノイズを特徴付けるための工程８８の一実施形態を示すフローチャートである。ノイズを特徴付けることにより、後の分析および／またはリアルタイムの分析を含む分析のために、ノイズのログを記録し、これをソートできる。例えば、いくつかの実施形態では、工程８８は、ピーク燃焼圧または吸気バルブ６２もしくは排気バルブ６４の開閉等のエンジン１０の特定の稼働イベントまたは動作に関連するノイズを特徴付けるために用いることができる。更に、エンジン１０が通常稼働またはフルタイム稼働のために実装される前、例えば売却される前、現場に配備される前、現場に実装される前等の基線付け工程（例えば工場での基線付け工程）中にノイズをまず特徴付けてよい。例えば、エンジン１０の通常稼働の前に、（１つまたは複数の）稼働イベント中に発せられる（およびノックセンサ２３が検出する）ノイズを分析することにより、様々な稼働イベント（例えばピーク燃焼圧、吸気／排気の開閉）を試験してよく、ここでノイズ信号またはノイズ信号のＡＤＳＲエンベロープ８２を、試験される稼働イベントに関連するようにフィンガープリント付けでき、よって基線を生成する。なお、ノイズ信号の加工を簡略化するためにエンジン１０が完全に稼働していない時に工程８８（例えば基線付け工程）を利用することができることに留意されたい。例えば、バルブ（例えば排気バルブ６４または吸気バルブ６２）を開放するまたは閉鎖する間のみ工程８８を利用し、バルブ（例えば排気バルブ６４または吸気バルブ６２）の開放または閉鎖に対応するノイズを特徴付けてよい。他の実施形態では、部分的または完全なエンジン１０稼働中に工程８８を利用することができる。
【００３２】
図示した実施形態では、メモリ７４に記憶され、ＥＣＵ２５のプロセッサ７２により実行可能なコンピュータ命令または実行可能なコードとして工程８８を実装してもよい。ブロック９０では、ノックセンサ２３およびクランクシャフトセンサ６６を用いてデータのサンプルが取得される。例えば、センサ６６、２３は、基線付け中に稼働イベント（例えば排気バルブ６４の閉鎖）のデータを収集し、このデータをＥＣＵ２５に伝送する。上述したように、工程８８は基線付け工程であってもよく、エンジン１０の特定の構成部品のみの稼働中に実施することができる。例えば排気バルブ６４（または吸気バルブ６２）の開放および／または閉鎖中に工程８８を実施してよく、これにより、例えば排気バルブ６４の閉鎖中に発せられるノイズを容易に加工できる。続いてＥＣＵ２５は、データ収集の開始時および終了時のクランクシャフト５４の角度と、最大（例えば振幅８７）および最小の振幅の時間および／またはクランクシャフトの角度とをログに記録する。実際、基線付け工程中、連続的にクランクシャフト５４の角度をログに記録してよく、これによりクランクシャフト５４の角度に対するノイズデータの連続的なプロットが可能になる。
【００３３】
ブロック９２では、ＥＣＵ２５はノックセンサ２３のデータを事前条件付けする。このブロック９２は、未加工のノックセンサ２３のデータをクランクシャフト５４の位置または角度に対して（またはいくつかの実施形態では時間に対して）プロットするステップを含む。サンプルの未加工のエンジンノイズプロットを振幅プロット７５として図３に示した。このブロック９２は、未加工のエンジンノイズデータを基準化するステップも含む。データを基準化するために、ＥＣＵ２５は正の１の最大振幅をもたらすような乗数を決定する。なお、最大の負の値は、乗数の選択に影響しないことに留意されたい。続いてＥＣＵ２５は、各データポイント（例えば振幅曲線７７におけるデータポイント）を上記乗数で乗算し、図４に示されるような基準化済み振幅曲線８０を導出する。基準化済み振幅曲線８０を示す図４の基準化済みエンジンノイズプロット７９は、単なる一例であり、本開示の範囲を基準化済みエンジンノイズプロット７９と同じまたは同様の見た目のプロットに限定することを意図したものではないことを理解されたい。
【００３４】
ブロック９４では、ＥＣＵ２５はＡＤＳＲエンベロープ８２をエンジンノイズ信号に適用する。このブロックにおける加工は、図５の説明で記載した。ＡＤＳＲエンベロープ８２は、ノイズデータ集合を４つの異なるパラメータまたはフェーズ（アタック８３、ディケイ８４、サスティン８５、リリース８６）に分割するために使用される。上述したように、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、リリースである必要はないことを理解されたい。例えばいくつかのノイズについては、順序はアタック、サスティン、ディケイ、リリース、またはいずれの他の可能な順序であってもよい。簡略化の目的で、これを「ＡＤＳＲエンベロープ」と呼ぶことになるが、用語はパラメータの順序に関係なくノイズに適用されることを理解されたい。元来、ＡＤＳＲエンベロープ８２は、トランペットの楽音のような楽音を再現する工程で使用される。しかしながら、本明細書中で説明される技術では、ノイズをカテゴリ分けおよび特徴付けするためにＡＤＳＲエンベロープを使用してよく、これにより後の分析、リアルタイム分析のいずれか、またはいくつかの他の目的のためにノイズをカテゴリ分けおよび順序付けできる。ＡＤＳＲエンベロープ８２の４つの基本パラメータは、アタック８３、ディケイ８４、サスティン８５、およびリリース８６である。アタック８３は、ノイズの開始からピーク振幅８７まで発生する。ディケイ８４は、ピーク振幅８７から指定のサスティン８５レベル（これは最大振幅の特定のいくらかのパーセントである）までの下降において発生する。サスティン８５レベルは、ノイズの持続時間の主要なレベルである。いくつかの実施形態では、サスティン８５レベルは、最大振幅の５５％で発生することができる。他の実施形態では、サスティン８５レベルは、最大振幅の３５％、４０％、４５％、５０％、６０％、または６５％と少なくとも同じか、これ以上であってもよい。ユーザまたはＥＣＵ２５は、サスティン８５レベルがサインの持続時間の少なくとも１５％の間保持されるかどうかを決定することにより、サスティンレベルが所望のようなものであるかどうかを確認する。サスティン８５がサインの持続時間の１５％より長く続く場合、サスティン８５レベルは所望のように設定されている。リリース８６は、サスティン８５レベルからゼロへの下降中に発生する。ブロック９４では、ＥＣＵ２５はゼロから最大振幅８７（最大振幅は１の値を有するべきである）までの時間を測定する。ＥＣＵ２５は続いて、最大振幅８７から指定のサスティンレベル８５までの下降時間を測定する。ＥＣＵ２５は続いて、ノイズが持続するレベルおよび時間を測定する。最後に、ＥＣＵ２５は、ノイズがサスティンレベル８５からゼロまで下降するのにかかる時間を測定する。ＥＣＵ２５は続いて、ＡＤＳＲエンベロープ８２を定義するＡＤＳＲベクトルまたはセグメントをログに記録する。
【００３５】
ブロック９６では、ＥＣＵ２５は、データからトーン情報（例えば音楽のトーン）を導出する。このブロックは、図６の説明で述べた。このブロック中、ＥＣＵ２５は、例えばデータ中の３〜５個の最も強いトーンを識別するトーン情報をデータから抽出する。別の実施形態では、いずれの数のトーン、例えば１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、またはこれ以上のトーンを識別することができる。図６は信号から導出された３つのトーン、Ｃ＃５、Ｅ４、およびＢ３を示す。ＥＣＵ２５は、データから５つ以上のトーンを導出してよい。図６はトーンＣ＃５、Ｅ４、およびＢ３を示すが、これらのトーンは例であり、ＥＣＵ２５はデータからいずれのトーンを導出してよいことを理解されたい。ＥＣＵ２５は続いて導出されたトーン情報をログ記録し、このトーン情報は、導出された基本トーンの周波数（即ち最も低い周波数のトーン）、導出された基本トーンの順序、導出された倍音トーンの周波数（即ち、基本周波数の整数倍である周波数のトーン）、導出された倍音トーンの順序、およびいずれの他の関連するトーン情報を含んでよい。
【００３６】
ブロック９８では、ＥＣＵ２５は、ＡＤＳＲエンベロープ８２ならびにブロック９４および９６で導出されたトーン情報に基づいてフィンガープリント１００を生成する。フィンガープリント１００は、ノイズを構成部分（例えば、バルブの開閉イベントおよび／またはピーク燃焼圧を識別する役に立ち得るＡＤＳＲエンベロープ８２の構成要素８３、８４、８５、８６）に分解し、かつこれらの部分を定量化するノイズの特徴を含み、これによりノイズをカタログ化、カテゴリ分け、および順序付けできる。工程のこのポイントでは、フィンガープリント１００はブロック９４のＡＤＳＲエンベロープおよびブロック９６で導出されたトーン情報に主として基づいている。
【００３７】
ブロック１０２では、フィンガープリント１００を識別および確認する。後に説明することになる多数の技術を用いて、フィンガープリント１００を修正または追加し、続いて再び確認することができる。なお、上述したように、フィンガープリント１００をエンジン１０の特定の稼働イベントまたは動作に関してログ記録することができる。例えば、工程８８は、エンジン１０の稼働中に発生し得る特定の稼働イベントに関するノイズ信号を特徴付ける基線付け工程に対応することができる。特に、工程８８中に検出されたノイズ信号は、ピーク燃焼圧、排気バルブ６４の閉鎖または開放、吸気バルブ６２の閉鎖または開放、またはこれらの組み合わせに関連することができる。フィンガープリント１００は、試験されている（例えば基線付けされている）特定の稼働イベントまたは条件に対応させてＥＣＵ２５のメモリ７４に記憶することができる。
【００３８】
いくつかの実施形態では、工程８８（例えば基線付け工程）は、ノイズ信号またはＡＤＳＲエンベロープ８２を更に加工し、エンジン１０の稼働イベント（例えば排気バルブ６４もしくは吸気バルブ６２の開放または閉鎖）または動作に関連する追加の情報を提供する、１つまたは複数の追加のステップを含んでよい。例えば、明確化のために、図８は、図７の工程による、エンジン稼働イベント（例えばバルブの開放または閉鎖）に対応する基準化済み振幅曲線８０、エンジン稼働イベントに対応する稼働イベントインジケータ１０３、およびエンジン稼働イベントに対応するＡＤＳＲエンベロープ８２を用いた基準化済みエンジンノイズプロット８１の一実施形態である。なお、上述したように、エンジン稼働イベントおよび図８の対応するプロット８１を、エンジン１０が部分的に稼働している間に試験して（例えば工程８８を介して基線付けして）よいことに留意されたい。よって、図示した振幅曲線８０の変動は、稼働イベントに対応して予測可能な回数で発生し、より簡潔な加工が可能となる。換言すると、いくつかの実施形態では、エンジン１０の構成部品または稼働イベントはいずれも、試験されている（例えば基線付けされている）構成部品または稼働イベントの他にはノイズを発生させることができない。加えてまたはあるいは、ノイズ信号をハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、またはバンドパスフィルタを介してフィルタリングし、稼働イベントの特徴がない周波数を有する信号の一部を減衰させることができる。ノイズ信号に適用される特定のフィルタは、監視されている稼働イベントに左右され得る。例えば、バルブ６２、６４のイベント（例えば開放および閉鎖）を監視する場合、ハイパスフィルタ（例えば１０キロヘルツ（ｋＨｚ）超）またはバンドパスフィルタ（例えば１０〜２０キロヘルツ（ｋＨｚ））をノイズ信号に適用することができる。燃焼イベント（例えばピーク燃焼圧）を監視する場合、ローパスフィルタ（例えば２キロヘルツ（ｋＨｚ）未満）をノイズ信号に適用することができる。
【００３９】
図７に示す工程８８を参照すると、図８に示す（例えばアタック８３、ディケイ８４、サスティン８５、およびリリース８６を用いる）ＡＤＳＲエンベロープ８２の情報を有するフィンガープリント１００は、フィンガープリント付けされるまたは基線付けされる稼働イベントに関する追加情報を含んでよい。例えば、工程８８（例えば基線付け工程）中、稼働イベントインジケータ１０３も、基準化／正規化済みエンジンノイズプロット８１にかぶせてプロットすることができる。稼働イベントインジケータ１０３は例えば、基線付け工程（例えば工程８８）中に稼働イベントを指標付けするためにハイとローとの間を変調するスイッチ（例えば制限スイッチ）により提供されるプロットであってもよい。例えば、基線付け工程中に稼働イベントが発生するたびにスイッチが起動することができる。しかしながら、一般には、スイッチおよびノックセンサ２３の両方を備えることは、余分かつ高価であり得るのでエンジン１０の通常稼働中はスイッチをエンジン１０に備えなくてよい。よって、スイッチおよび対応する稼働イベントインジケータ１０３を、基線付け工程（例えば工程８８）中に使用し、稼働イベントが具体的に発生する（例えば稼働イベントに応じてクランクシャフト５４の角度が２〜４度以内の）時のＡＤＳＲエンベロープ８２の位置をより正確に決定してよく、これによりＡＤＳＲエンベロープ８２をＥＣＵ２５に記憶して、後にエンジン１０の通常稼働中に稼働イベントがＡＤＳＲエンベロープ８２内でより具体的に発生する時のクランクシャフト５４の角度またはタイミングを決定するために利用できる。
【００４０】
図示した実施形態では、稼働イベントは図２に示された排気バルブ６４の閉鎖である。排気バルブ６４が閉鎖すると、スイッチが起動され、これにより制限スイッチがロー（例えば低圧）からハイ（例えば高圧）に移動する。スイッチは、稼働イベントインジケータ１０３の信号をＥＣＵ２５に伝送し、ＥＣＵ２５は稼働イベントインジケータ１０３を基準化済みエンジンノイズプロット８１上にプロットすることができる。稼働イベントインジケータ１０３とＡＤＳＲエンベロープ８２との交点１０５を、稼働イベント（例えば排気バルブ６４の閉鎖）に対応するフィンガープリント１００と共に記憶することができる。図示した実施形態では、交点１０５は、ディケイ８４ベクトルのほぼ中点（例えば中点からディケイ８４ベクトルの５〜１０パーセントの長さの範囲）に位置する。一般には、排気バルブ６４の閉鎖は、ディケイ８４ベクトルの中点または中間領域で発生し（例えば、ここで中間領域はディケイ８４ベクトルの５〜１０パーセントの長さで画定される、ディケイ８４ベクトルの中点のいずれかの側のエリアである）、ディケイ８４ベクトルの中点の座標は幾何学的中点の関係、例えばＰi＝［（Ｘ1＋Ｘ2）／２，（Ｙ1＋Ｙ2）／２］を用いて計算でき、ここでＰiは中点（かつ、従って交点１０５）であり、Ｘ1およびＸ2はディケイ８４ベクトルのいずれかの端部における軸７６に沿ったＸ座標であり、Ｙ1およびＹ2はディケイ８４ベクトルのいずれかの端部における軸７８に沿ったＹ座標である。なお、図示した実施形態では軸７８は時間を含んでいるが、別の実施形態では、軸７８はクランクシャフトセンサ６６からのクランクシャフト５４の角度（例えばクランク角）情報を含んでよく、この情報は時間と相関していることに留意されたい。
【００４１】
（排気バルブ６４の閉鎖に関連する図示した実施形態では、ＡＤＳＲエンベロープ８２のディケイ８４ベクトルの中点である）交点１０５の決定後、（例えばＡＤＳＲエンベロープ８２情報および交点１０５情報を有する）フィンガープリント１００を後の分析のために記憶することができる。
【００４２】
いくつかの実施形態では、フィンガープリント１００が正確かつ燃焼エンジン１０の通常稼働中の稼働イベントの識別に使用できることを保証するために、フィンガープリント１００を確認するのが有益であり得る。例えば、図９は、図７に図示されたフィンガープリント１００を識別および確認する工程１０２の一実施形態の更なる詳細を示すフローチャートである。メモリ７４に記憶され、ＥＣＵ２５のプロセッサ７２により実行可能なコンピュータ命令または実行可能なコードとして工程１０２を実装することができる。決定１０４では、ＥＣＵ２５は、ノイズ信号が変調している（即ちあるトーンから別のトーンに変更している）かどうかを決定する。信号が変調していない場合（決定１０４）、続いてＥＣＵ２５はブロック１１２に移動し、マッチングウェーブレットを探すよう試みる。ウェーブレット、効果的にはウェーブの一部または構成要素は、ゼロから開始して増加し、減少しまたは増加減少し、ゼロに戻る振幅を有するウェーブ状の振動である。ウェーブレットは、周波数、振幅、および持続時間を調整することにより修正でき、これによりウェーブレットを信号加工において極めて有用にする。例えば、連続的なウェーブレット変換では、様々な修正された周波数要素に亘って統合することにより所定の信号を再構築することができる。例えば「マザー（ｍｏｔｈｅｒ）」ウェーブレットとしては、Ｍｅｙｅｒウェーブレット、Ｍｏｒｌｅｔウェーブレット、およびＭｅｘｉｃａｎ  ｈａｔウェーブレットが挙げられる。しかしながら、マザーウェーブレットが一致しない場合は新規のウェーブレットを生成することができる。
【００４３】
音が変調している場合（決定１０４）、ＥＣＵ２５は、決定１０８に移動して、ノイズ信号がチャープレットに一致するかどうかを決定する。チャープは、時間と共に周波数が増加または減少する信号である。ウェーブレットがウェーブの一部であるのと同様に、チャープレットはチャープの一部である。ウェーブレットと同様、信号に近づけるために、チャープレットの特徴を修正し、続いて複数のチャープレットを組み合わせること（即ちチャープレット変換）ができる。チャープレットは、上方または下方に変調することができる（即ち、周波数を変化させることができる）。決定１０８では、ＥＣＵ２５は、チャープレットをノイズ信号と一致させるためにチャープレットの変調を調整することができる。チャープレットの変調の調整後に、ＥＣＵ２５がチャープレットを調整してノイズ信号を一致させることができた場合、続いてＥＣＵ２５は信号に一致するチャープレットが存在したかどうかをログに記録し、その場合、チャープレットの第１の周波数、チャープレットの第２の周波数、および周波数／（クランク角）または毎秒周波数のチャープレット変調のレートをログに記録する。ＥＣＵ２５は続いて、フィンガープリント１００を確認するためにＥＣＵ２５がノイズ信号を位相シフトするブロック１１０に移動する。ブロック１１０では、ＥＣＵ２５は、ＡＤＳＲエンベロープ８２ベクトルまたは他の構成要素、抽出されたトーン情報、およびチャープレットまたはウェーブレット一致に基づいて、生成されたノイズ信号を作成する。ＥＣＵ２５は続いて、生成された信号を例えば１８０度フェーズから外れるようにシフトする（ブロック１１０）。ノイズ信号の特徴が正しい場合、位相シフトされた生成されたノイズ信号は、ノイズ信号を打ち消すはずである。
【００４４】
ノイズ信号がチャープレットに一致しない場合（決定１０８）、ＥＣＵ２５はブロック１１２に移動して、ウェーブレットをノイズ信号に一致させるよう試みる。ブロック１１２では、ＥＣＵ２５は、ノイズ信号に一致することができる１つまたは複数のウェーブレットを選択する。選択された１つまたは複数のウェーブレットは、Ｍｅｙｅｒウェーブレット、Ｍｏｒｌｅｔウェーブレット、Ｍｅｘｉｃａｎ  ｈａｔウェーブレット、またはいくつかの他の好適なウェーブレットであってもよい。決定１１４では、ＥＣＵ２５は、選択された１つまたは複数のウェーブレットがノイズ信号に一致するかどうかを決定する。選択されたウェーブレットが一致する場合（決定１１４）、ＥＣＵ２５は、ウェーブレット一致が存在したこと、マザーウェーブレットタイプ、ウェーブレットの第１の目盛範囲、およびウェーブレットの第２の目盛範囲をログに記録する。ウェーブレットが一致する場合（決定１１４）、ＥＣＵ２５は、フィンガープリント１００を確認するためにＥＣＵ２５がノイズ信号を位相シフトするブロック１１０に移動する。選択されたウェーブレットのうちの１つがノイズ信号と一致しない場合（決定１１４）、ＥＣＵ２５はブロック１１６に移動してウェーブレットを作成することができる。決定１１８では、ＥＣＵ２５は、新規に作成されたウェーブレットがノイズ信号と一致するかどうかを決定する。作成されたウェーブレットが一致する場合（決定１１８）、ＥＣＵ２５は、ウェーブレット一致が存在したこと、ウェーブレットの第１の目盛範囲、およびウェーブレットの第２の目盛範囲をログに記録する。作成されたウェーブレットがノイズ信号と一致する場合（決定１１８）、ＥＣＵ２５は、フィンガープリント１００を確認するためにＥＣＵがノイズ信号を位相シフトするブロック１１０に移動する。新規のウェーブレットが一致しない場合（決定１１８）、ＥＣＵ２５は、ノイズ信号を広帯域ノイズとして特徴付けるブロック１２０に移動する。
【００４５】
ここでブロック１１０に戻り、ＥＣＵ２５がノイズ信号に一致するチャープレットまたはウェーブレットを発見した場合、ＥＣＵ２５はノイズ打消しを試みることにより一致を確認する。従って、ブロック１１０では、ＥＣＵ２５は、ＡＤＳＲエンベロープ８２ベクトルまたは他の構成要素、抽出されたトーン情報、およびチャープレットまたはウェーブレット一致に基づいて、生成されたノイズ信号を作成する。ＥＣＵ２５は続いて、生成された信号を１８０度シフトする（ブロック１１０）。ＥＣＵ２５は続いて、シフトされた信号が所望の許容誤差内でオリジナルのノイズ信号を打ち消すかどうかを決定する（決定１２２）。シフトされた信号が所望の許容誤差内でオリジナルのノイズ信号を打ち消す場合（決定１２２）、ＥＣＵ２５は、フィンガープリント１００が「良好な（ｇｏｏｄ）」フィンガープリント１２６であると決定して、ＥＣＵ２５が係数および関連するデータ（信号の２乗平均平方根（ＲＭＳ）値またはＲＭＳエラーを含んでよい）をログ記録するブロック１２８に移動する。ＥＣＵ２５は他のデータも同様にログに記録してよく、このデータとしては、信号の開始または終了時のクランクシャフト角、ＡＳＤＲエンベロープ８２ベクトルまたは他のＡＤＳＲ構成要素、基本スペクトルトーン、倍音スペクトルトーン、スペクトルトーンの順序、倍音トーンの順序、チャープレット一致かどうか、第１のチャープレット周波数、第２のチャープレット周波数、チャープレット変調のレート、ウェーブレット一致かどうか、マザーウェーブレットタイプ、ウェーブレットの第１の目盛範囲、ウェーブレットの第２の目盛範囲、最大振幅値および時間、最小振幅値および時間、信号のＲＭＳ値、生成された信号に対する信号のＲＭＳエラー、ならびにノイズが広帯域ノイズに分類されるかどうか、が挙げられるがこれらに限定されない。更に、上述したように、ＥＣＵ２５は図８で示されるような、ＡＤＳＲエンベロープ８２上の交点１０５のログを記録することができる。このログ記録されたデータ、およびＥＣＵ２５によりログ記録された他のデータにより、ＥＣＵ２５は（例えば本開示で説明される特定の稼働イベントに対応する）公知のノイズを特徴付けるおよびカテゴリ分けすることができ、これらのノイズをＥＣＵ２５のメモリ構成要素７４に記憶でき、あるいはいくつかの他のメモリデバイスにこれを伝送し、後の分析のためにデータベースにログ記録および記憶できる。一方、ＥＣＵ２５がシフトされた信号が所望の許容誤差内でオリジナルのノイズ信号を打ち消さなかったと決定した場合（決定１２２）、ＥＣＵ２５は、ノイズ信号が広帯域ノイズとして特徴付けられるブロック１２４に移動する。
【００４６】
なお、実施形態に応じて、基線付け方法（例えば工程８８）の後に図９の工程１０２を採用しなくてもよいことに留意されたい。例えば、いくつかの実施形態では、工程１０２を採用することなくフィンガープリント１００が「良好なフィンガープリント１２６」であると決定することができる。いずれの場合でも、検証済みフィンガープリント１３０（例えばフィンガープリント１００および／または良好なフィンガープリント１２６）を、図１０の工程１３４の実施形態に示されるように、エンジン監視工程１３４中の後のアクセスのためにデータベース１３２に記憶することができる。例えば、図示した工程１３４中に、エンジン１０からのノイズが感知される（例えば検出されるまたは記録される）（ブロック１３６）。上述したように、ノックセンサ２３またはエンジン１０のノイズもしくは振動を検出するよう構成されたいくつかの他のセンサを介してノイズを感知することができる。図３〜５の説明により、加工のためにノイズ信号を事前条件付け（例えば、基準化、正規化、および／またはフィルタリング）することができる。クランクシャフトセンサ６６も、クランクシャフト５４の位置を（例えばクランク角で）感知、検出、または記録することができる。従って、ノイズ信号（例えば事前条件付けされたノイズ信号）をクランクシャフト５４の位置に対してＥＣＵ２５を介してプロットすることができる。上述したように、特定の実施形態では、ノイズ信号をクランクシャフト５４の位置ではなく時間に対してプロットすることができる。
【００４７】
工程１３４は、データベース１３２内のフィンガープリント１３０にアクセスするステップ（ブロック１３８）を更に含む。例えば、ＥＣＵ２５は、工程１３４を介して監視されている特定の稼働イベントに関連するフィンガープリント１３０にアクセスすることができる。この実施形態によると、稼働イベント（または条件）は、ピーク燃焼圧、吸気バルブ６２の開放、吸気バルブ６２の閉鎖、排気バルブ６４の開放、排気バルブ６４の閉鎖、またはエンジン１０のいくつかの他の稼働イベント（または条件）であってもよい。
【００４８】
工程１３４を介してＥＣＵ２５により監視されている稼働イベント（または条件）に対応するフィンガープリント１３０へのアクセス後、ＥＣＵ２５はフィンガープリント１３０とノイズ信号（例えば事前条件付けされたノイズ信号）とを相関させ、ノイズ信号がフィンガープリント１３０と適合する一部を含むかどうかを決定することができる。例えば、上述したように、フィンガープリント１３０は、監視されているおよび基線付け工程（例えば工程８８）中に生成された稼働イベントに関連するＡＤＳＲエンベロープ８２を含んでよい。フィンガープリント１３０のＡＤＳＲエンベロープ８２をノイズ信号（例えば事前条件付けされたノイズ信号）の時間またはクランクシャフト５４の位置の軸に沿ってシフトしまたはずらし、フィンガープリント１３０がノイズ信号のいずれの部分と適合するかどうかを決定することができる。例えば、フィンガープリント１３０のＡＤＳＲエンベロープ８２を、ノイズ信号の一部と直接的に比較または適合させてよく、または（例えば図５および６の記述により）ノイズ信号の一部について１つもしくは複数の稼働ＡＤＳＲエンベロープを生成し、フィンガープリント１３０のＡＤＳＲエンベロープ８２と比較することができる。更に、一般には、時間または（例えばクランク角の）クランクシャフト５４の位置の公知の範囲内で稼働イベントが発生し得る。よって、ノイズ信号の一部がフィンガープリント１３０に適合するかどうかを決定するためにＥＣＵ２５により加工されたノイズ信号の一部を、時間またはクランクシャフト５４の位置の公知の範囲まで低減することができる。なお、フィンガープリント１３０とノイズ信号との適合は、フィンガープリント１３０とノイズ信号との完全適合でなくてよいことに留意されたい。例えば、フィンガープリント１３０はノイズ信号の一部に実質的に適合してよく、かつこれを適合の正確性のパーセンテージにより評価することができる。（例えばＥＣＵ２５のメモリ７４に記憶された）閾値は、フィンガープリント１３０とノイズ信号との適合の正確性のパーセンテージがフィンガープリント１３０とノイズ信号が適合していると考えるのに実質的に十分であるかどうかをＥＣＵ２５が決定することを可能にできる。閾値は、７５％適合、８０％適合、８５％適合、９０％適合、９５％適合、９７％適合、９８％適合、９９％適合、または１００％適合と少なくとも同じかこれ以上であってもよい。
【００４９】
決定１４２では、ＥＣＵ２５は、フィンガープリント１３０がノイズ信号（例えば事前条件付けされたノイズ信号）のいずれの部分と適合するかどうかをブロック１３６から決定する。ブロック１４０での相関が決定１４２の適合である場合、監視されている稼働イベントは検証済みとなる。更に、ブロック１４４で示すように、（例えば時間でまたはクランクシャフト５４のクランク角で）稼働イベントの特定の位置を決定することができる。例えば、上述したように、稼働イベントは図８の（例えばＡＤＳＲエンベロープ８２と稼働イベントインジケータ１０３との）交点１０５において発生してよく、いくつかの実施形態では、この交点１０５はＡＤＳＲエンベロープ８２のディケイ８４ベクトルの中点に相当する。従って、ＥＣＵ２５は、クランクシャフト５４の位置に対してプロットされたノイズ信号の上に、フィンガープリント１３０のＡＤＳＲエンベロープ８２を重ねて、稼働イベントがＡＤＳＲエンベロープ８２の交点１０５のｘ座標（例えば、時間またはクランクシャフト５４の位置の座標）で発生したと決定することができる。
【００５０】
フィンガープリント１３０が決定１４２においてノイズ信号のいずれの部分にも適合しない場合、工程１３４は（例えばエンジンノイズを感知する）ブロック１３６に戻るか、（データベース中の（１つまたは複数の）フィンガープリントにアクセスする）ブロック１３８に戻ってよい。例えば、いくつかの実施形態では、工程１３４を利用して複数の稼働イベントを監視することができる。従って、工程１３４は、ノイズ信号との相関のために複数のフィンガープリント１３０にアクセスするステップを含んでよい。複数のフィンガープリント１３０に１つのステップで全てにアクセスしてよく、または各フィンガープリント１３０に個別にアクセスして続いてノイズ信号に相関させ、稼働イベントを決定および検証することができる。
【００５１】
なお、本開示によると、（１つまたは複数の）稼働イベントおよび条件は、エンジン１０のいずれの稼働イベントまたは条件であってもよいことに留意されたい。例えば、稼働イベントは排気バルブ６４の開放、排気バルブ６４の閉鎖、吸気バルブ６２の開放、吸気バルブ６２の閉鎖、ピーク燃焼圧、またはエンジン１０のいずれの他の稼働イベントであってもよい。なお、更に、稼働イベントが発生する時のクランク角を、上述したものと同じまたは同様の処理ステップにより決定することができることに留意されたい。例えば、いくつかの実施形態では、稼働イベントは、ディケイ８４ベクトルに沿って、またはＡＤＳＲエンベロープ８２の他のベクトルのうちの１つに沿って、異なるポイントで発生することができる。図８に示された稼働イベントインジケータ１０３を、限定スイッチにより、または通常稼働中にはエンジン１０に備えられていなくてよい、基線付け工程（例えば工程８８）中に稼働イベントを検出するよう構成されたいくつかの他の機構により、ＥＣＵ２５に提供することができる。なお、更に、各稼働イベントに関連付けられたフィンガープリント１００、１２６、１３０は、各稼働イベントについて異なっていてよく、エンジン１０の各モデル、製造、またはシリーズについて異なっていてよいことに留意されたい。よって、様々な稼働イベントについてフィンガープリント１００、１２６、１３０を決定する基線付け工程（例えば工程８８）を、各特定のエンジン１０について実行してよく、各エンジン１０は、同じ稼働イベントについて異なるフィンガープリント１００、１２６、１３０を含んでよい。
【００５２】
本発明の技術的効果は、ノイズ信号を特徴付けるステップと、ノイズ信号からサインまたはフィンガープリントを導出するステップとを含み、追加で、ノイズ信号を事前条件付けするステップと、ノイズ信号にＡＤＳＲエンベロープを適用するステップと、ノイズ信号からトーン情報（例えば音楽のトーン）を抽出するステップと、ノイズ信号をチャープレットおよび／またはウェーブレットに一致させるステップとを含んでよい。更に、本発明の技術的効果は、ノイズ信号の特徴ならびにノイズ信号からの（１つまたは複数の）サインおよび／またはフィンガープリントの導出に基づいて、クランク角に対する特定の稼働イベントのタイミングを決定するステップを含んでよい。
【００５３】
この記載された説明は、本発明を開示するために、かついずれのデバイスまたはシステムを作製および使用すること、ならびにいずれの組み込まれた方法を実施することを含む本発明をいずれの当業者が実施できるようにするために、最良のモードを含む例を用いる。本発明の特許性のある範囲は請求項により定義され、当業者に想起される他の例を含んでよい。このような他の例は、請求項の文字上の言葉と異ならない構造的要素を有する場合、または請求項の文字上の言葉と少しの本質的な違いを有する同等の構造的要素を含む場合、請求項の範囲内に入ることを意図したものである。
【符号の説明】
【００５４】
８  エンジン駆動動力発生システム
１０  エンジン
１２  燃焼チャンバ
１４  給気
１６  酸化体
１８  燃料
１９  燃料供給
２０  ピストン
２２  シャフト
２３  ノックセンサ
２４  負荷
２５  エンジン制御装置（ＥＣＵ）
２６  シリンダ
２８  内環状壁
３０  キャビティ
３２  燃料−空気混合物
４０  上部、トップランド
５４  クランクシャフト
６０  燃料注入器
６２  吸気バルブ
６４  排気バルブ
６６  クランクシャフトセンサ
７２  プロセッサ
７４  メモリ
７５  エンジンノイズプロット
７６  ｘ軸
７７  振幅曲線
７８  振幅軸
７９  基準化済みプロット
８０  基準化済み振幅曲線
８２  ＡＤＳＲエンベロープ
８３  アタック
８４  ディケイ
８５  サスティン
８６  リリース
１００  フィンガープリント
１０３  稼働イベントインジケータ
１０５  交点
１２６  良好なフィンガープリント
１３０  稼働イベントに関連するフィンガープリント
１３２  データベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
2016145571000001.pdf