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A. All frequency FFT B. Limited frequency FFT Fig.5.8 Schematic of FFT
具体的には，式(5.2)を用いて実部Reと虚部Imを算出する．実部ReはRe(1)とRe(2)，
虚部ImはIm(3)とIm(4)が残る．これらの実部と虚部の値を用い式(5.3)により検出周波数
5kHzのパワースペクトルを算出することが可能である．
4 sin 3 2
Im
0
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次に，逐次演算方式の概要を図5.9に示す．まず式(5.3)に示した実部Reと虚部Imの演 算部を用意する．信号データのサンプリングステップが1の時，各演算部にはSA~SDが入 力され，式(5.3)を用いてパワースペクトルが算出される．サンプリングステップが 2 に進 むと，SA~SDは一つスライドし，新たに取得したデータSEが Im(4)演算部に入る．これに より各演算部には SB~SEが入力され式(5.3)を用いてパワースペクトルが算出される．この ようにサンプリングステップ毎に演算部に入力されるデータをスライドすることで，逐次 パワースペクトルが演算可能となる．この逐次演算パワースペクトルを 1 燃焼に渡って積 分することで振動エネルギVIがリアルタイムに算出できる．
Fig.5.9 Schematic of sequential calculation
図5.10に振動強度検出のロジックを示す．本ロジックはMatlab/Simulinkにより記述した リアルタイム用プログラムである．処理フローについて以下説明する．
本プログラムは20kHz周期で起動，演算，終了を繰り返し行う．PS演算部はクランク角 信号に基く振動強度演算トリガが入力されることで起動する．PS演算部はPS積分値である VIを出力する．PS演算部の内部は，信号ドリフト補正部と複素変換部，PS積分演算部で構 成した．信号ドリフト補正部はノックセンサの特性に合わせた補正値を予め設定する．複 素変換部は式(5.2)を繰り返し実行する．PS積分演算部はPSを積分し1燃焼毎にVIを出力す る．
Im(4) calculator
Re(1) calculator Im(2)
calculator Re(3)
calculator
1
Sampling step
2
3
4
none SA
SD SC SB none none
none none
none Data sampling flow
Finished post processing data
SA SD SC SB
SA
SD SC SB
SA SD SC SB
SG SF SE SF SE
SE
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Fig.5.10 Vibration intensity detection logic
5.4 実験装置および実験条件
図5.11に実験装置の外観を，表5.2に評価エンジンの諸元を示す．評価エンジンはDIシス テムと連続可変動弁システムを吸排気に搭載しており，HCCI燃焼が可能である．
Engine A Engine B Fig.5.11 Test engine
Processing flow 20kHz clock program
Knock sensor signal reading Output
Sensor drifting correction Coordinate conversion PS integer Calculator trigger
PS calculator
VI
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Table 5.2 Specifications of test engine
表5.3にリアルタイム回転変動検出ロジックの検出性能検証のための実験条件を示す．試 験はHCCI燃焼を安定運転条件で保持した後，データ取得を開始後1.3秒時点でステップ的 に不安定化条件へ移行する流れで実施した．具体的にはNVOの短縮により内部EGRを減じ，
燃焼が不安定化する条件を模擬した．
Table 5.3 Experimental condition for combustion fluctuation detection performance
表5.4にリアルタイム振動強度検出ロジックの検出性能検証のための実験条件を示す．試 験はHCCI燃焼を安定運転条件で保持した後，データ取得を開始後2.6秒時点でステップ的 に燃焼騒音条件へ移行する流れで実施した．具体的にはNVO噴射の噴射パルス幅を増加す ることにより，燃焼騒音が増加する条件を模擬した．
Table 5.4 Experimental condition for combustion noise detection performance
Test engine A B
Number of cylinder 4 6
Bore×Stroke [mm] 89.0×80.3 93.0×73.3
Displacement [cm3] 1,998 2,987
Compression ratio 12.0 ←
Valve control (Intake Exhaust) VTC & lift control ←
Fuel supply Direct injection ←
Combustion mode HCCI
NVO [deg.CA] 160 to 150
Sampling number 30
Combustion mode HCCI
NVO injection pulse width [μs] 920 to 1000
NVO [deg.CA] 133 to 152
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5.5 燃焼安定化性能検証
図5.12にNVOステップ変更時のIMEPとσmdωの推移を示す．NVOがステップ変更さ れた後，IMEPの変動が増加している．クランク角センサ信号を用いた回転変動σmdωも また増加している．したがって燃焼変動の発生を回転変動によりリアルタイムで検出可能 であることが確認された．
Fig.5.12 Detection result of HCCI combustion fluctuation
図5.13にNVO，およびNVO噴射ステップ変更時のdp/dθmaxとVIの推移を示す．NVO，
およびNVO噴射がステップ変更された後，dp/dθmaxは増加し燃焼騒音が発生した．ノック センサ信号を用いた振動強度VIもまた増加している．したがって燃焼騒音の発生を振動強 度によりリアルタイムで検出可能であることが確認された．
以上のことから，本開発ロジックはリアルタイムでのHCCI燃焼状態検出を実施可能で あることを検証したと考える．
5 10 15 20 25 30 35
3.5 4 4.5 5 5.5 6
Standard Deviation of Rotational Fluctuation [rpm]
経過時間[sec]
0 100 200 300 400 500 600
3.5 4 4.5 5 5.5 6
IMEP [bar]
経過時間[sec]
146 148 150 152 154 156 158 160 162
1.5 2 2.5 3 3.5 4
Target NVO period [deg.CA]
経過時間[sec]
0.5 1.0 1.5 2.0
0.0 2.5
NVO control
NVO [deg.CA]IMEP [kPa]σmdω [rpm/com.] (Moving average)
0 600
200 400 150 160
5 35 25 30 15 10 20
Time [sec]
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Fig.5.13 Detection result of HCCI combustion noise
さらに本リアルタイムロジックを適用したNVOとNVO噴射へのフィードバック制御を 実行した結果を図5.14と図5.15に示す．図5.14では，作為的に燃焼変動を発生させた状 態から安定化フィードバック制御を開始し，σmdωが減少する方向へNVOを減少し，IMEP が安定化することを検証した．また図5.15では，作為的に燃焼騒音を発生させた状態から 安定化フィードバック制御を開始し， NVOを短縮しつつ，NVO噴射期間を減少する制御 によって振動強度VIを許容VI範囲内へ収束できることを検証した．
130 135 140 145 150 155
2 3 4 5 6 7 8
Target NVO period [deg.CA]
経過時間[sec]
200 400 600 800 1000 1200 1400
2 3 4 5 6 7 8
dp/dθmax [kPa/deg.CA]
経過時間[sec]
6 8 10 12 14
2 3 4 5 6 7 8
Standard Deviation of Rotational Fluctuation [rpm]
経過時間[sec]
900 920 940 960 980 1000 1020
2 3 4 5 6 7 8
Injection period [μsec]
経過時間[sec]
Time [sec]
0 1 2 6
NVO and injection control
3 4 5
NVO [deg.CA]injection pulse width [μs]
dp/dθmax [kPa/deg.CA]VI [W/comb.] (Moving average)