燃焼圧力計測システム

Author(s):
太陽計測株式会社 技術本部 RDグループ - 後藤 卓寿氏

Industry:
Automotive

Products:
Data Acquisition, Real-Time Module, LabVIEW, PXI/CompactPCI, FPGA Module

The Challenge:
①各種クランク角度センサに対応 ②演算式、表示方法のカスタマイズ ③リアルタイム演算

The Solution:
PXI、RIO（FPGA）モジュールを採用し、多種のクランク角度信号より、角度信号を生成し同期集録および、リアルタイム処理を実現する。

背景
異なるクランク角度センサを使用する場合でも対応でき、演算式、結果表示など自分たちでカスタマイズすることができるエンジン燃焼圧力計測システムが要求がされていた。

機器構成
● PXIシャーシ：NI PXI-1042
● コントローラ：NI PXI-8186
● 汎用DAQ：NI PXI-6254
● RIO（FPGA）：NI PXI-7831R
● LabVIEW/LabVIEW FPGA

図1.システムブロック図

結果
上死点位置の設定
エンコーダをクランク軸に取り付ける場合エンコーダの原点信号位置とエンジンの上死点位置を機械的に合わせる必要があり、非常に手間のかかる作業でした。RIO（FPGA）モジュール*1でオフセットを行うことで機械的に上死点位置を合わせる必要が無くなった。オフセット値は、キー入力、自動取得を行う機能を付加した。
*1 RIOモジュールは、基板にFPGAを搭載したカスタムロジックをLabVIEWFPGAを使用することで何度でも再構築できる製品である。

クランク角度同期集録
各種のクランク角度センサよりクランク角度の同期信号生成を行う。

「リングギアの例」
リングギア（歯車）はクランク軸に取り付けられる。
センサは、コイルと磁石から構成されており、歯車の歯が磁界を遮ることで歯車の歯数に比例したSIN波形が出力される。実際には、リングギアの偏心、バランスなどにより大きなうねりを持った波形に歯数に比例したSIN波形が出力される（図3.参照）。このような場合でもRIOモジュール内でうねり部を除去し正確に回転角度パルスを生成する。

図2.リングギア概略図

図3.リングギアセンサの出力波形

そのほか、1回/1回転などしか信号が出力されない場合は、1サイクル前のサイクル時間から同期信号を生成する。

図4.1回/1回転の出力波形

演算処理内容
・P－V線図
・圧力－角度
・熱発生率－角度
・温度－角度
・重ね書き

導入効果
上死点のオフセットを行えるようになったため、実験準備にかかる時間を削減できた。
現在使用している複数の角度センサでもクランク角度同期のデータ集録を行えるため、リアルタイム処理が可能となった（今までは、バッチ処理による後処理での表示）。また、演算方法を自分たちの設計思想に合わせることができたため、設計に対する評価がダイレクトに行えるようになった。

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後藤 卓寿氏

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