(57)【要約】【課題】弁機構の動作の異常を予防する。【解決手段】エンジンのシリンダに設けられる排気弁機構は、所定の移動方向に延びる弁棒と、当該弁棒を移動方向に摺動可能に支持する摺動支持部とを備える。摺動抵抗評価装置５は、評価値取得部５１と、異常判定部５２とを備える。評価値取得部５１は、移動方向における弁棒の移動速度を示す値、または、弁棒の端部に形成された弁体の着座時における振動の大きさを示す値を評価値として取得する。異常判定部５２は、評価値に基づいて、弁棒と摺動支持部との間の摺動抵抗の異常の有無を判定する。これにより、摺動抵抗の異常を容易に検出することができ、その結果、排気弁機構の動作の異常を予防することができる。【選択図】図３
2020012430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダに設けられる弁機構において所定の移動方向に延びる弁棒と、前記弁棒を前記移動方向に摺動可能に支持する摺動支持部との間の摺動抵抗を評価する摺動抵抗評価装置であって、
前記移動方向における前記弁棒の移動速度を示す値、または、前記弁棒の端部に形成された弁体の着座時における振動の大きさを示す値を評価値として取得する評価値取得部と、
前記評価値に基づいて、前記摺動抵抗の異常の有無を判定する異常判定部と、
を備えることを特徴とする摺動抵抗評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の摺動抵抗評価装置であって、
前記評価値取得部が、前記弁機構の開動作、および、閉動作の双方における前記弁棒の移動速度を示す値を前記評価値として取得することを特徴とする摺動抵抗評価装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の摺動抵抗評価装置であって、
前記異常判定部が、前記評価値と、前記エンジンの負荷率または／および前記シリンダから排出される排気の温度とに基づいて、前記摺動抵抗の異常の有無を判定することを特徴とする摺動抵抗評価装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の摺動抵抗評価装置であって、
前記弁機構において空気ばねの付勢により前記弁体が着座し、
前記評価値取得部が、前記弁体の着座時における振動の大きさを示す値を前記評価値として取得し、
前記異常判定部が、前記評価値と、前記空気ばねにおける空気圧とに基づいて、前記摺動抵抗の異常の有無を判定することを特徴とする摺動抵抗評価装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の摺動抵抗評価装置であって、
前記エンジンが、他のシリンダを備え、
前記摺動抵抗評価装置が、前記評価値取得部と同様の構成であり、かつ、前記他のシリンダに設けられる他の弁機構における摺動抵抗に対して評価値を取得する他の評価値取得部をさらに備え、
前記異常判定部が、前記シリンダに設けられる前記弁機構に対する前記評価値と、前記他のシリンダに設けられる前記他の弁機構に対する前記評価値とを比較することにより、前記弁機構における前記摺動抵抗の異常の有無を判定することを特徴とする摺動抵抗評価装置。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の摺動抵抗評価装置であって、
前記異常判定部が、教師データを用いた学習により構築されることを特徴とする摺動抵抗評価装置。
【請求項７】
エンジンのシリンダに設けられる弁機構において所定の移動方向に延びる弁棒と、前記弁棒を前記移動方向に摺動可能に支持する摺動支持部との間の摺動抵抗を評価する摺動抵抗評価方法であって、
ａ）前記移動方向における前記弁棒の移動速度を示す値、または、前記弁棒の端部に形成された弁体の着座時における振動の大きさを示す値を評価値として取得する工程と、
ｂ）前記評価値に基づいて、前記摺動抵抗の異常の有無を判定する、または、前記弁機構のメンテナンスの時期を決定する工程と、
を備えることを特徴とする摺動抵抗評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動抵抗評価装置および摺動抵抗評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶用のエンジン（内燃機関）では、シリンダに設けられた排気ポートを開閉するために、排気弁機構が用いられる。排気弁機構では、排気ポートを閉塞する弁体が端部に形成された弁棒と、当該弁棒を摺動可能に支持する摺動支持部とが設けられる。例えば、特許文献１の排気弁機構では、油圧により弁棒が押し下げられることにより排気ポートが開放され、空気ばねにより弁棒が押し上げられることにより排気ポートが閉塞される。また、特許文献１では、排気弁異常検知装置も設けられる。当該装置は、弁棒に連結されるとともに複数の環状溝を持つ検出ピースと、検出ピースの近くに配置される変位センサとを備える。変位センサでは、弁棒と共に移動する検出ピースの環状溝に対応したパルスが出力され、当該パルスの数が正常時のパルス数と相違する場合に、排気弁機構の動作異常が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１１２２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、弁機構において、弁棒と摺動支持部との間にすす（カーボン）等が混入すると、両者間の摺動抵抗が大きくなる。上記のように油圧や空気圧等の流体圧により弁棒が作動する弁機構では、摺動抵抗の増大により、動作に異常が発生する場合がある。また、カムとばねにより弁棒が作動する弁機構においても、ばねの復元力等によっては、摺動抵抗の増大により、動作に異常が発生する可能性がある。エンジンを安定して稼働させるには、弁機構の動作の異常を予防することが重要となる。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、弁機構の動作の異常を予防することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、エンジンのシリンダに設けられる弁機構において所定の移動方向に延びる弁棒と、前記弁棒を前記移動方向に摺動可能に支持する摺動支持部との間の摺動抵抗を評価する摺動抵抗評価装置であって、前記移動方向における前記弁棒の移動速度を示す値、または、前記弁棒の端部に形成された弁体の着座時における振動の大きさを示す値を評価値として取得する評価値取得部と、前記評価値に基づいて、前記摺動抵抗の異常の有無を判定する異常判定部とを備える。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の摺動抵抗評価装置であって、前記評価値取得部が、前記弁機構の開動作、および、閉動作の双方における前記弁棒の移動速度を示す値を前記評価値として取得する。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の摺動抵抗評価装置であって、前記異常判定部が、前記評価値と、前記エンジンの負荷率または／および前記シリンダから排出される排気の温度とに基づいて、前記摺動抵抗の異常の有無を判定する。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の摺動抵抗評価装置であって、前記弁機構において空気ばねの付勢により前記弁体が着座し、前記評価値取得部が、前記弁体の着座時における振動の大きさを示す値を前記評価値として取得し、前記異常判定部が、前記評価値と、前記空気ばねにおける空気圧とに基づいて、前記摺動抵抗の異常の有無を判定する。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の摺動抵抗評価装置であって、前記エンジンが、他のシリンダを備え、前記摺動抵抗評価装置が、前記評価値取得部と同様の構成であり、かつ、前記他のシリンダに設けられる他の弁機構における摺動抵抗に対して評価値を取得する他の評価値取得部をさらに備え、前記異常判定部が、前記シリンダに設けられる前記弁機構に対する前記評価値と、前記他のシリンダに設けられる前記他の弁機構に対する前記評価値とを比較することにより、前記弁機構における前記摺動抵抗の異常の有無を判定する。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の摺動抵抗評価装置であって、前記異常判定部が、教師データを用いた学習により構築される。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、エンジンのシリンダに設けられる弁機構において所定の移動方向に延びる弁棒と、前記弁棒を前記移動方向に摺動可能に支持する摺動支持部との間の摺動抵抗を評価する摺動抵抗評価方法であって、ａ）前記移動方向における前記弁棒の移動速度を示す値、または、前記弁棒の端部に形成された弁体の着座時における振動の大きさを示す値を評価値として取得する工程と、ｂ）前記評価値に基づいて、前記摺動抵抗の異常の有無を判定する、または、前記弁機構のメンテナンスの時期を決定する工程とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、弁機構の動作の異常を予防することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】エンジンの構成を示す図である。
【図２】排気弁機構の断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る摺動抵抗評価装置の構成を示すブロック図である。
【図４】近接センサの近傍を拡大して示す図である。
【図５】開閉動作における弁棒の位置の変化を示す図である。
【図６】摺動抵抗を評価する処理の流れを示す図である。
【図７】摺動抵抗評価装置の他の例を示すブロック図である。
【図８】第２の実施の形態に係る摺動抵抗評価装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るエンジン１の構成を示す図である。図１では、エンジン１の一部の構成を断面にて示している。エンジン１は、船舶用の内燃機関であり、２ストロークディーゼルエンジンである。エンジン１は、シリンダ２と、シリンダ２内に設けられるピストン３とを備え、ピストン３は、図１中の上下方向に移動可能である。なお、図１の上下方向を単に「上下方向」と呼ぶが、当該上下方向は重力方向であるとは限らない。
【００１６】
シリンダ２は、円筒状のシリンダライナ２１と、シリンダライナ２１の上部に取り付けられるシリンダカバー２２とを備える。ピストン３は、シリンダライナ２１に挿入された厚い円板状のピストンクラウン３１と、一端がピストンクラウン３１の下面に接続されるピストンロッド３２とを備える。ピストンロッド３２の他端は、図示省略のクランク機構に接続される。
【００１７】
エンジン１では、シリンダライナ２１、シリンダカバー２２、後述する排気弁機構６の弁体６１１、および、ピストンクラウン３１の上面（すなわち、ピストン３の上面）にて囲まれる空間が、液体燃料および空気を燃焼するための燃焼室２０である。シリンダライナ２１の下端部近傍には、多数の貫通孔が周状に配列して形成され、これらの貫通孔の集合が、燃焼室２０内に後述の掃気を供給する掃気ポート２３である。掃気ポート２３の周囲には、掃気室２３１が設けられており、掃気ポート２３は掃気室２３１を介して掃気管４１に連通する。
【００１８】
シリンダカバー２２には、燃焼室２０内のガスを燃焼室２０外に排出する排気ポート２４が形成され、排気ポート２４には、排気弁機構６の弁体６１１が設けられる。排気ポート２４を介して燃焼室２０から排出されたガス（以下、「排気」という。）は、排気路２４１を介して排気管４２へと導かれる。実際のエンジン１では、複数のシリンダ２が併設されており、複数のシリンダ２が１つの掃気管４１および１つの排気管４２に接続される。以下の説明では、１つのシリンダ２に注目するが、他のシリンダ２も同様の構造である。
【００１９】
好ましいエンジン１では、図示省略の過給機において、外部から取り込んだ吸気（空気）が排気を利用して加圧され、掃気として掃気管４１内に供給される。シリンダカバー２２には、燃料噴射部２５がさらに設けられる。燃料噴射部２５は、燃焼室２０内に液体燃料を噴射する燃料噴射弁である。
【００２０】
エンジン１では、図１中において二点鎖線にて示すピストン３の位置が上死点であり、実線にて示すピストン３の位置が下死点である。ピストン３が上死点近傍に位置する際には、図１中において二点鎖線にて示すように弁体６１１により排気ポート２４が閉じられており、燃焼室２０内の掃気が圧縮される。続いて、燃料噴射部２５により、燃焼室２０内に液体燃料が噴射され、燃焼室２０内で爆発が生じる。これにより、ピストン３が押し下げられ、下死点に向かって移動する。燃焼室２０内での爆発後、ピストン３が下死点に到達する前に、弁体６１１が下降して排気ポート２４が開かれる。これにより、燃焼室２０内の燃焼済みガスの排出が開始される。燃焼室２０から排出されたガス（すなわち、排気）は、既述のように、排気路２４１を介して排気管４２へと導かれる。
【００２１】
ピストン３が下死点近傍まで移動し、ピストンクラウン３１の上面が掃気ポート２３の下方に位置すると、燃焼室２０と掃気室２３１とが連通し（すなわち、掃気ポート２３が開かれ）、掃気室２３１内の掃気の燃焼室２０内への供給が開始される。ピストン３は下死点を通過した後、上昇に転じる。ピストンクラウン３１の上面が掃気ポート２３の上方に到達することにより、掃気ポート２３が閉じられ、燃焼室２０内への掃気の供給が停止される。続いて、排気ポート２４が弁体６１１により閉じられ、燃焼室２０が密閉される。ピストン３はさらに上昇して、燃焼室２０内の掃気が圧縮される。ピストン３が上死点近傍に到達すると、燃料噴射部２５から燃焼室２０内に液体燃料が噴射され、燃焼室２０内にて爆発が生じる。エンジン１では、上記動作が繰り返される。
【００２２】
図２は、排気弁機構６の断面図である。排気弁機構６は、エンジン１のシリンダ２に設けられる。詳細には、排気弁機構６は、上下方向において排気ポート２４と重なる位置に配置され、排気ポート２４を開閉する。排気弁機構６は、弁箱６０と、弁棒６１と、摺動支持部（スピンドルガイドとも呼ばれる。）６２と、油圧シリンダ６３と、油圧ピストン６４と、空気シリンダ６５と、空気ピストン６６とを備える。なお、図２では、後述の第２の実施の形態において言及する振動センサ５１３および空気圧取得部５５も図示している。
【００２３】
弁棒６１は、図２の上下方向に延びる長尺の部材である。長手方向に垂直な弁棒６１の断面は、略円形である。弁箱６０は、シリンダカバー２２（図１参照）に取り付けられ、排気ポート２４の上側に配置される。弁箱６０には、排気ポート２４から連続する排気路２４１の一部が形成される。弁箱６０の上部には、上下方向に延びる貫通孔が設けられる。当該貫通孔は、排気路２４１に連通する。当該貫通孔には略円筒状の摺動支持部６２が挿入され、弁箱６０に固定される。摺動支持部６２には、弁棒６１が挿入される。摺動支持部６２は、弁棒６１を上下方向に摺動可能に支持する。ここで、摺動とは、弁棒６１が、摺動支持部６２の内周面と擦れ合いながら移動することを意味する。後述するように、弁棒６１は上下方向に往復移動するため、以下の説明では、上下方向を「移動方向」という。
【００２４】
弁棒６１の下端部には、弁体６１１が形成される。弁体６１１は、略円錐状の部位であり、排気ポート２４に配置される。上下方向に沿って見た場合に、弁体６１１の直径（最大径）は、排気ポート２４の直径よりも大きい。弁棒６１の上端部には、油圧ピストン６４が設けられる。油圧ピストン６４は、有蓋略円筒状の部材であり、弁棒６１の上端部が油圧ピストン６４に挿入されて固定される。油圧ピストン６４の外径（直径）は、弁棒６１の上端部の直径よりも大きい。油圧シリンダ６３は、有蓋略円筒状の部材であり、油圧ピストン６４は、油圧シリンダ６３に挿入される。油圧ピストン６４は、移動方向に移動可能に油圧シリンダ６３により支持される。
【００２５】
また、弁棒６１において、油圧ピストン６４と、摺動支持部６２との間には、空気ピストン６６が設けられる。空気ピストン６６は、略円環状の部材であり、弁棒６１に嵌め込まれて固定される。空気ピストン６６の外径（直径）は、弁体６１１を除く、弁棒６１のいずれの部位の直径よりも大きい。空気シリンダ６５は、略円筒状の部材であり、空気ピストン６６は、空気シリンダ６５に挿入される。空気ピストン６６は、移動方向に移動可能に空気シリンダ６５により支持される。図２の例では、空気シリンダ６５および油圧シリンダ６３は、一繋がりの部材であり、空気シリンダ６５の上部が、油圧シリンダ６３の下部に連続する。空気シリンダ６５の下部は、弁箱６０の上面に固定される。
【００２６】
油圧シリンダ６３には、作動油の流路６３１が設けられており、流路６３１内の作動油は、油圧ピストン６４の上面と接する。流路６３１は、図示省略の油圧供給部に接続される。油圧供給部は、ポンプおよび制御弁等を有し、流路６３１内の作動油の圧力を制御する。油圧供給部が、流路６３１内の作動油の圧力を高くすることにより、図２中に実線で示す位置から油圧ピストン６４および弁棒６１が下方に押し下げられる。これにより、図２中に二点鎖線で示すように、弁体６１１が排気ポート２４から下方に離間し、排気ポート２４が開放される。このとき、空気ピストン６６も、二点鎖線で示すように下方に移動する。空気シリンダ６５の内部において、空気ピストン６６の下側の空間は密閉されており、空気ピストン６６の下方への移動により当該空間内の空気が圧縮され、当該空間内の空気の圧力が高くなる。換言すると、空気シリンダ６５および空気ピストン６６により構成される空気ばね６７において、空気ピストン６６を上方へと付勢する大きな復元力が発生する。
【００２７】
排気ポート２４を開放した状態では、燃焼室２０内のガスが、排気として排気路２４１内に流れ込み、排気管４２へと導かれる。弁棒６１には、排気路２４１に配置される回転羽根６８が設けられており、排気路２４１を流れる排気により、弁棒６１がその中心軸を中心として僅かに回転する。
【００２８】
油圧供給部が、流路６３１内の作動油の圧力を低くすると、空気シリンダ６５内の空気の圧力、すなわち、空気ばね６７の付勢により、空気ピストン６６および弁棒６１が上方に押し上げられる。これにより、図２中に実線で示すように、弁体６１１が排気ポート２４の周縁部に接触し（すなわち、着座し）、排気ポート２４が閉塞される。排気ポート２４を閉塞した状態では、燃焼室２０内のガスは排気ポート２４から排出されない。
【００２９】
以下の説明では、図２中に二点鎖線で示す弁棒６１の位置を「開放位置」といい、実線で示す弁棒６１の位置を「閉塞位置」という。弁棒６１は、開放位置と、開放位置よりも上側の閉塞位置との間で、上下方向に移動可能である。排気弁機構６では、排気ポート２４を開放する開動作において、弁棒６１が閉塞位置から開放位置へと向かい、排気ポート２４を閉塞する閉動作において、弁棒６１が開放位置から閉塞位置へと向かう。エンジン１では、ピストン３の移動に同期して、排気弁機構６における開動作と閉動作とが繰り返される。既述のように、回転羽根６８により弁棒６１が回転することにより、排気ポート２４の周縁部に接触する弁体６１１の環状領域において、各位置が接触する当該周縁部の部位が、周方向に順次ずれる。
【００３０】
図３は、エンジン１に設けられる摺動抵抗評価装置５の構成を示すブロック図である。摺動抵抗評価装置５は、弁棒６１と摺動支持部６２との間の摺動抵抗を評価する。摺動抵抗の評価とは、弁棒６１と摺動支持部６２との間の滑り摩擦の評価である。摺動抵抗評価装置５は、評価値取得部５１と、異常判定部５２と、報知部５３と、排気温度取得部５４とを備える。評価値取得部５１は、近接センサ５１１と、評価値算出部５１６とを備え、後述の評価値を取得する。異常判定部５２は、評価値に基づいて摺動抵抗の異常の有無を判定する。報知部５３は、異常判定部５２により摺動抵抗の異常が検出された場合に、船員に対して摺動抵抗の異常を報知する。評価値算出部５１６および異常判定部５２は、コンピュータが所定のプログラムを実行することにより実現される。評価値算出部５１６および異常判定部５２は、専用の電気回路により構築されてもよく、部分的に専用の電気回路が利用されてもよい。排気温度取得部５４は、後述の他の処理例において用いられる。図３では、エンジン１の制御を担うエンジン制御部１０も破線のブロックで示している。
【００３１】
図４は、近接センサ５１１の近傍を拡大して示す図である。近接センサ５１１は、検出面５１２の近傍における対象物の存在を非接触で検出することが可能なセンサであり、ここでは、検出面５１２と対象物との間の距離に応じて、近接センサ５１１から出力される電気信号の大きさ等が変化する。近接センサ５１１としては、誘導型、静電容量型、磁気型等、任意の種類のものを利用可能である。図２に示すように、近接センサ５１１は、空気シリンダ６５において、空気ピストン６６よりも上側に取り付けられる。また、弁棒６１は、上方に向かうに従って外径が漸次減少する傾斜部６１２を有する。傾斜部６１２は、油圧ピストン６４と空気ピストン６６との間に設けられる。
【００３２】
図４に示すように、近接センサ５１１の検出面５１２は、上下方向に垂直な方向を向き、傾斜部６１２に対向する。図４では、閉塞位置に配置された弁棒６１を示しており、弁棒６１が下方に移動するに従って、上下方向に垂直な方向における、検出面５１２と傾斜部６１２（正確には、検出面５１２に対向する傾斜部６１２の部位）との間の距離Ｄが大きくなる。弁棒６１が閉塞位置に配置された状態では、距離Ｄが最小となり、弁棒６１が開放位置に配置された状態では、距離Ｄが最大となる。既述のように、近接センサ５１１では、検出面５１２と傾斜部６１２との間の距離Ｄに応じて電気信号の大きさ等が変化する。近接センサ５１１の電気信号は、評価値算出部５１６に常時出力されており、評価値算出部５１６では、当該電気信号に基づいて、上下方向における弁棒６１の位置を取得することが可能である。なお、傾斜部６１２との間の距離が測定可能である他のセンサが、近接センサ５１１に代えて用いられてもよい。
【００３３】
図５は、評価値算出部５１６により取得される弁棒６１の位置の変化を示す図であり、開動作の開始から閉動作の終了まで、すなわち、１回の開閉動作における弁棒６１の位置の変化を実線Ｌ１で示している。図５の縦軸は、弁棒６１が閉塞位置Ｐ０から開放位置Ｐ１１に向かう方向（図１の下側に向かう方向）を正とした場合における、弁棒６１の位置（リフト量とも呼ばれる。）を示し、横軸は、時間を示す。
【００３４】
実線Ｌ１で示す弁棒６１の位置の変化は、排気弁機構６における通常時の動作、すなわち、摺動抵抗に異常が無い時の動作において取得されるものである。既述のように、排気ポート２４を開放する開動作では、弁棒６１が閉塞位置Ｐ０から開放位置Ｐ１１へと向かう。開放位置Ｐ１１は、弁棒６１と摺動支持部６２との間の摺動抵抗等に応じて、開閉動作毎に僅かに変動してもよい。弁棒６１が開放位置Ｐ１１に到達した直後では、弁棒６１が開放位置Ｐ１１から閉塞位置Ｐ０側へと僅かに移動する（戻る）。排気ポート２４を閉塞する閉動作の直前では、弁棒６１は、開放位置Ｐ１１よりも僅かに閉塞位置Ｐ０側である位置Ｐ１２（以下、同様に「開放位置Ｐ１２」という。）に位置する。閉動作では、弁棒６１が開放位置Ｐ１２から閉塞位置Ｐ０へと向かう。弁棒６１が閉塞位置Ｐ０に到達することにより、排気ポート２４が閉塞される。
【００３５】
ここで、排気弁機構６における動作の異常について説明する。排気弁機構６において、弁棒６１と摺動支持部６２との間にすす（カーボン）等が混入すると、両者間の摺動抵抗が大きくなる。流体圧（油圧および空気圧）により弁棒６１が作動する排気弁機構６では、摺動抵抗の過度な増大により、動作に異常が発生する。一例では、空気ばね６７の復元力を利用する閉動作において、空気ピストン６６がある程度上昇して空気圧が小さくなると、図５中に破線Ｌ２で示すように、弁棒６１が閉塞位置Ｐ０に到達する前に、弁棒６１の移動が停止してしまう。その後、ピストン３による燃焼室２０の圧縮動作により、弁体６１１が上方に押され、弁棒６１が閉塞位置Ｐ０に到達する。このとき、弁体６１１が勢いよく着座するため、大きな異音が発生する。破線Ｌ２で示す弁棒６１の異常な閉動作は、ステップクロージングとも呼ばれる。エンジン１を安定して稼働させるには、排気弁機構６における、摺動抵抗の増大に起因する動作の異常を予防することが重要である。
【００３６】
一方で、本実施の形態における排気弁機構６では、評価値算出部５１６により取得される弁棒６１の位置の変化を用いて、弁棒６１が閉塞位置Ｐ０に到達する、すなわち、弁体６１１が排気ポート２４を閉じ終わるタイミング（以下、「閉塞完了タイミング」という。）が、エンジン制御部１０により監視されている。閉塞完了タイミングが、目標のタイミングに対してずれている場合には、油圧供給部が、油圧シリンダ６３の流路６３１内の油圧を低くするタイミングをシフトさせることにより、閉塞完了タイミングが、目標のタイミングに近づけられる。油圧供給部によるタイミングのシフト量が所定時間を超えると、船員に対してその旨が警告される。エンジン制御部１０では、弁棒６１の開放位置Ｐ１１も監視されている。
【００３７】
弁棒６１と摺動支持部６２との間の摺動抵抗が増大することにより、閉塞完了タイミングに遅れが生じるが、油圧供給部が油圧を低くするタイミングをシフトさせるため、閉塞完了タイミングが、目標のタイミングから大きくずれることはない。図５中の破線Ｌ２のような動作の異常が発生する直前においても、図５中に細い二点鎖線Ｌ３で示すように、閉塞完了タイミングは、通常時の動作を示す実線Ｌ１と大きな差が生じない。したがって、排気弁機構６における上記動作の異常は、閉塞完了タイミングの監視のみでは、未然に検出することができない。
【００３８】
次に、排気弁機構６の動作の異常を予防するための処理について説明する。既述のように、図５中の実線Ｌ１および破線Ｌ２は、それぞれ通常時の開閉動作および異常時の開閉動作における弁棒６１の位置の変化を示している。実線Ｌ１および破線Ｌ２から明らかなように、異常時の開動作における破線Ｌ２の傾きは、通常時の開動作における実線Ｌ１の傾きよりも緩やかとなり、異常時の閉動作における破線Ｌ２の傾きは、通常時の閉動作における実線Ｌ１の傾きよりも緩やかとなる。実際には、弁棒６１と摺動支持部６２との間の摺動抵抗が大きくなるに従って、弁棒６１の移動速度（の大きさ）が小さくなる。したがって、弁棒６１の移動速度に基づいて、弁棒６１と摺動支持部６２との間の摺動抵抗を評価することにより、排気弁機構６の動作の異常を予防することが可能となる。
【００３９】
図６は、摺動抵抗評価装置５が、弁棒６１と摺動支持部６２との間の摺動抵抗を評価する処理の流れを示す図である。摺動抵抗評価装置５による摺動抵抗の評価では、排気弁機構６において開閉動作が行われる毎に、評価値取得部５１により、当該排気弁機構６における摺動抵抗に対する評価値が取得される（ステップＳ１１）。
【００４０】
具体的には、評価値算出部５１６では、各回の開閉動作において、図５中の実線Ｌ１のように、弁棒６１の位置の変化が取得され、当該位置の変化から評価値が算出される。評価値算出の第１の例では、開動作の開始時から終了時までの時間Ｔ１１、および、閉動作の開始時から終了時までの時間Ｔ１２が求められる。開動作の開始時は、実線Ｌ１が閉塞位置Ｐ０から立ち上がる時であり、弁棒６１が閉塞位置Ｐ０から開放位置Ｐ１１に向かって連続的に移動し始める時を示す。開動作の終了時は、実線Ｌ１が最大となる時であり、弁棒６１が閉塞位置Ｐ０から最も離れた時、すなわち、弁棒６１が開放位置Ｐ１１に到達した時を示す。
【００４１】
閉動作の開始時は、実線Ｌ１が所定の減少率以上で閉塞位置Ｐ０まで連続的に減少し始める時であり、弁棒６１が開放位置Ｐ１２から閉塞位置Ｐ０に向かって連続的に移動し始める時を示す。閉動作の終了時は、実線Ｌ１が閉塞位置Ｐ０となる時であり、弁棒６１が閉塞位置Ｐ０に到達した時を示す。そして、開放位置Ｐ１１と閉塞位置Ｐ０との差、および、時間Ｔ１１から、弁棒６１の平均移動速度（の大きさ）が、開動作における評価値として算出される。同様に、開放位置Ｐ１２と閉塞位置Ｐ０との差、および、時間Ｔ１２から、弁棒６１の平均移動速度が、閉動作における評価値として算出される。なお、時間Ｔ１１，Ｔ１２は、およそ一定の距離の移動に要する時間であるため、時間Ｔ１１，Ｔ１２が、弁棒６１の移動速度を示す評価値として扱われてもよい。
【００４２】
評価値算出の第２の例では、開動作および閉動作のそれぞれにおいて、閉塞位置Ｐ０と開放位置Ｐ１１との間の所定の中間位置Ｐ２（例えば、中央の位置）における実線Ｌ１の傾きが、評価値として算出される。図５では、開動作における中間位置Ｐ２での実線Ｌ１の傾きを矢印Ａ１１で示し、閉動作における中間位置Ｐ２での実線Ｌ１の傾きを矢印Ａ１２で示す。中間位置Ｐ２における実線Ｌ１の傾きＡ１１，Ａ１２は、弁棒６１が中間位置Ｐ２を通過する際における、弁棒６１の移動速度を示す。
【００４３】
評価値算出の第３の例では、閉塞位置Ｐ０と開放位置Ｐ１１との間に、２つの中間位置Ｐ２，Ｐ３が任意に設定される。中間位置Ｐ３は、中間位置Ｐ２よりも閉塞位置Ｐ０側に位置する。そして、開動作では、実線Ｌ１上の中間位置Ｐ３となる位置から中間位置Ｐ２となる位置までの時間Ｔ２１が評価値として算出され、閉動作では、実線Ｌ１上の中間位置Ｐ２となる位置から中間位置Ｐ３となる位置までの時間Ｔ２２が、評価値として算出される。時間Ｔ２１は、開動作において弁棒６１が中間位置Ｐ３から中間位置Ｐ２まで移動するのに要する時間であり、時間Ｔ２２は、閉動作において弁棒６１が中間位置Ｐ２から中間位置Ｐ３まで移動するのに要する時間である。評価値である時間Ｔ２１，Ｔ２２は、一定の距離の移動に要する時間であるため、弁棒６１の中間位置Ｐ２，Ｐ３間の移動速度に対応する。評価値算出部５１６では、移動方向における弁棒６１の移動速度を示す他の種類の評価値が取得されてもよい。評価値は、異常判定部５２に入力される。
【００４４】
異常判定部５２では、評価値に基づいて、摺動抵抗の異常の有無が判定される（ステップＳ１２）。摺動抵抗の異常は、排気弁機構６において、動作の異常の発生までに至っていないが、近いうちに動作の異常が発生すると予想される状態である。既述の第１の例に係る評価値、すなわち、開動作における弁棒６１の平均移動速度、および、閉動作における弁棒６１の平均移動速度を用いる場合には、開動作の平均移動速度が所定の閾値よりも小さく、かつ、閉動作の平均移動速度が所定の閾値よりも小さいときに、摺動抵抗の異常が検出される。一方の平均移動速度が所定の閾値よりも小さいとき、または、２つの平均移動速度の平均値が所定の閾値よりも小さいときに、摺動抵抗の異常が検出されてもよい。開動作および閉動作における弁棒６１の中間位置Ｐ２での移動速度（既述の第２の例に係る評価値）を用いる場合、並びに、開動作および閉動作における弁棒６１の中間位置Ｐ２，Ｐ３間の移動速度（既述の第３の例に係る評価値）を用いる場合も同様である。
【００４５】
好ましい異常判定部５２では、評価値のみならず、他の値も用いて、摺動抵抗の異常の有無が判定される。例えば、評価値算出部５１６では、上記評価値に加えて、開放位置Ｐ１１を示す値が、異常判定部５２に出力される。異常判定部５２では、評価値および開放位置Ｐ１１を示す値のそれぞれを評価パラメータとして、摺動抵抗の異常の有無を示す判定テーブルが、実験等により準備される。当該判定テーブルでは、各評価パラメータが取り得る値の範囲を複数の範囲に分割し、一方の評価パラメータにおける一の範囲と、他方の評価パラメータにおける一の範囲との全ての組合せに対して、摺動抵抗の異常が有るか否かが示されている。
【００４６】
異常判定部５２では、評価値算出部５１６から実際に入力される、これらの評価パラメータの値を用いて、当該判定テーブルを参照することにより、摺動抵抗の異常の有無が判定される。開放位置Ｐ１１を示す値は、油圧シリンダ６３内の油圧、および、空気シリンダ６５内の空気圧等の経時的な変動の影響を受けるため、開放位置Ｐ１１を示す値を用いることにより、摺動抵抗の異常の有無が精度よく判定される。なお、複数の評価パラメータの値と、摺動抵抗の異常の有無との関係が、関数等を用いて表されてもよい。
【００４７】
異常判定部５２により、摺動抵抗の異常が有ると判定されると、異常判定部５２から報知部５３に異常検出信号が出力される。報知部５３では、表示部への表示、ランプの点灯、ブザー音、音声等により、船員に対して摺動抵抗の異常が報知される。摺動抵抗の異常が検出された場合、適切な時期に、排気弁機構６がシリンダ２から取り外され、摺動支持部６２の清掃や、部品交換等が行われる。これにより、排気弁機構６の動作の異常が未然に防がれる。
【００４８】
一方、摺動抵抗の異常が無いと判定される場合には、異常判定部５２から異常検出信号は出力されない。摺動抵抗評価装置５では、エンジン１が駆動している間、評価値取得部５１による評価値の取得（ステップＳ１１）と、異常判定部５２による摺動抵抗の異常の有無の判定（ステップＳ１２）とが、常時繰り返される。
【００４９】
以上に説明したように、摺動抵抗評価装置５では、評価値取得部５１により、弁棒６１の移動速度を示す値が評価値として取得される。そして、異常判定部５２により、当該評価値に基づいて、弁棒６１と摺動支持部６２との間の摺動抵抗の異常の有無が判定される。これにより、摺動抵抗の異常を容易に検出することができ、その結果、排気弁機構６の動作の異常を予防することができる。
【００５０】
また、評価値取得部５１では、排気弁機構６の開動作および閉動作の双方における弁棒６１の移動速度を示す値が、評価値として取得される。これにより、開動作および閉動作の一方のみにおいて評価値を取得する場合に比べて、摺動抵抗の異常を精度よく検出することが可能となる。異常判定部５２において、評価値を含む複数の評価パラメータを用いる（すなわち、複合的に評価する）場合も、摺動抵抗の異常を精度よく検出することができる。
【００５１】
異常判定部５２は、教師データを用いた学習により構築されてもよい。例えば、評価値を含む複数の評価パラメータの値と、摺動抵抗の異常の有無とを対応付けたデータを教師データとして、多数の教師データが準備される。そして、ニューラルネットワーク等を利用する分類器（人工知能（ＡＩ）を含む。）を、多数の教師データを用いて学習させることにより、異常判定部５２が構築される。異常判定部５２では、複数の評価パラメータの実際の値を入力することにより、摺動抵抗の異常の有無が精度よく判定される。他の処理例において、このような異常判定部５２が利用されてもよい。
【００５２】
排気弁機構６では、既述のように、弁棒６１と摺動支持部６２との間にすす等が混入することにより、両者間の摺動抵抗が大きくなるが、弁棒６１が熱膨張する場合も、摺動抵抗の増大に影響する。そこで、弁棒６１の熱膨張の影響も考慮して、弁棒６１と摺動支持部６２との間の摺動抵抗を評価する処理例について説明する。
【００５３】
本処理例では、図３に示す排気温度取得部５４が用いられる。排気温度取得部５４は、例えば、図１の排気路２４１に設けられ、シリンダ２から排出される排気の温度を取得する。排気温度取得部５４は、他の位置に設けられてもよい。排気温度取得部５４により取得された排気の温度は、異常判定部５２に入力される。異常判定部５２では、評価値および排気の温度を、評価パラメータとして含む判定テーブルが準備される。そして、これらの評価パラメータの実際の値を用いて、当該判定テーブルを参照することにより、摺動抵抗の異常の有無が判定される。
【００５４】
また、排気の温度に代えて、または、排気の温度と共に、エンジン１の負荷率を用いて摺動抵抗の異常の有無が判定されてもよい。この場合、図３のエンジン制御部１０から、エンジン１の現在の負荷率が異常判定部５２に入力される。エンジン１では、例えば、燃焼室２０内での１回の爆発における、燃料噴射部２５による液体燃料の噴射量が負荷率に応じて変更される。異常判定部５２では、評価値およびエンジン１の負荷率を、評価パラメータとして含む判定テーブルが準備される。そして、これらの評価パラメータの実際の値を用いて、当該判定テーブルを参照することにより、摺動抵抗の異常の有無が判定される。
【００５５】
以上のように、異常判定部５２では、評価値と、エンジン１の負荷率または／および排気の温度とに基づいて、摺動抵抗の異常の有無が判定される。これにより、エンジン１の負荷率の増大、または／および、燃焼室２０内の温度（排気の温度）の上昇による弁棒６１の熱膨張の影響も考慮して、排気弁機構６の動作の異常をより確実に予防することができる。
【００５６】
図７は、摺動抵抗評価装置５の他の例を示すブロック図である。既述のように、エンジン１では、複数のシリンダ２が併設されており、各シリンダ２に対して、評価値取得部５１の近接センサ５１１および評価値算出部５１６が設けられる（図３参照）。図７の例では、説明を簡素化するため、エンジン１において２つのシリンダ２が設けられるものとする。一方のシリンダ２に対して設けられる評価値取得部５１と、他方のシリンダ２に対して設けられる評価値取得部５１とは同様の構成を有する。
【００５７】
一方のシリンダ２の評価値取得部５１では、当該シリンダ２に設けられる排気弁機構６における摺動抵抗に対して評価値が取得され、当該評価値は、異常判定部５２に出力される。同様に、他方のシリンダ２の評価値取得部５１では、当該シリンダ２に設けられる排気弁機構６における摺動抵抗に対して評価値が取得され、当該評価値は、異常判定部５２に出力される。異常判定部５２では、各シリンダ２の排気弁機構６（における摺動抵抗）に対する評価値と、他のシリンダ２の排気弁機構６に対する評価値とが比較される。例えば、各シリンダ２の排気弁機構６に対する評価値（弁棒６１の移動速度を示す評価値）が、他のシリンダ２の排気弁機構６に対する評価値よりも小さく、かつ、両者の差の絶対値が、所定の閾値よりも大きい場合に、当該各シリンダ２の排気弁機構６における摺動抵抗の異常が検出される。なお、エンジン１において３個以上のシリンダ２が設けられる場合には、各シリンダ２の排気弁機構６に対する評価値が、他のシリンダ２の排気弁機構６に対する評価値の平均値等と比較されてもよい。
【００５８】
以上のように、図７の摺動抵抗評価装置５の異常判定部５２では、各シリンダ２に設けられる排気弁機構６に対する評価値と、他のシリンダ２に設けられる排気弁機構６に対する評価値とが比較される。このように、同じ条件で動作を行う複数のシリンダ２の排気弁機構６の間で評価値を比較することにより、各排気弁機構６における弁棒６１と摺動支持部６２との間の摺動抵抗の異常の有無を、精度よく判定することが可能となる。
【００５９】
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る摺動抵抗評価装置５ａを示すブロック図である。図８の摺動抵抗評価装置５ａでは、図３の摺動抵抗評価装置５の近接センサ５１１および排気温度取得部５４に代えて、振動センサ５１３および空気圧取得部５５がそれぞれ設けられる。他の構成は、図３の摺動抵抗評価装置５と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。
【００６０】
図２に示すように、振動センサ５１３は、弁箱６０における空気シリンダ６５との接続部に設けられる。振動センサ５１３は、例えば圧電素子を含み、振動を電気信号に変換する。振動センサ５１３の電気信号は、評価値算出部５１６に出力される。もちろん、他の種類の振動センサ５１３が用いられてもよい。空気圧取得部５５も、弁箱６０における空気シリンダ６５との接続部に設けられ、空気ばね６７における空気シリンダ６５内の空気圧（すなわち、空気ピストン６６を上方に付勢する力を生じさせる空気圧）を取得する。空気ばね６７における空気圧は、異常判定部５２に出力される。
【００６１】
ここで、既述のように、弁棒６１と摺動支持部６２との間の摺動抵抗が大きくなるに従って、弁棒６１の移動速度が小さくなるため、弁棒６１の弁体６１１が排気ポート２４の周縁部に接触する、すなわち、着座する際における振動も、摺動抵抗が大きくなるに従って小さくなる。したがって、弁体６１１の着座時における振動の大きさに基づいて、弁棒６１と摺動支持部６２との間の摺動抵抗を評価することにより、排気弁機構６の動作の異常を予防することが可能となる。
【００６２】
摺動抵抗評価装置５ａによる摺動抵抗の評価では、排気弁機構６において開閉動作が行われる毎に、評価値取得部５１により、当該排気弁機構６における摺動抵抗に対する評価値が取得される（図６：ステップＳ１１）。具体的には、評価値算出部５１６では、各回の開閉動作において、振動センサ５１３からの電気信号に基づいて、弁体６１１の着座時における振動の大きさを示す評価値が算出される。評価値算出の一例では、弁体６１１の着座時における振幅の最大値が評価値として取得される。弁体６１１の着座時における振幅の所定期間における平均値等が評価値として取得されてもよい。また、評価値は、弁体６１１の着座時における振動の大きさを示す値であればよく、速度または加速度に基づいて求められてもよい。
【００６３】
異常判定部５２では、評価値に基づいて、摺動抵抗の異常の有無が判定される（ステップＳ１２）。上記の例では、弁体６１１の着座時における振幅の最大値を示す評価値が、所定の閾値よりも小さいときに、摺動抵抗の異常が検出される。
【００６４】
また、好ましい異常判定部５２では、評価値に加えて、空気圧取得部５５から入力される空気ばね６７の空気圧を用いて、摺動抵抗の異常の有無が判定される。例えば、空気圧取得部５５では、排気弁機構６における各回の開閉動作において、空気ばね６７の空気圧の最大値が求められる。異常判定部５２では、評価値および空気圧の最大値を、評価パラメータとして含む判定テーブルが予め準備されており、これらの評価パラメータの実際の値を用いて、当該判定テーブルを参照することにより、摺動抵抗の異常の有無が判定される。異常判定部５２が、教師データを用いた学習により予め構築され、判定テーブルを用いることなく、摺動抵抗の異常の有無が判定されてもよい。
【００６５】
異常判定部５２により、摺動抵抗の異常が有ると判定されると、報知部５３により、船員に対して摺動抵抗の異常が報知される。これにより、適切な時期に、摺動支持部６２の清掃や、部品交換等が行われ、排気弁機構６の動作の異常が予防される。摺動抵抗の異常が無いと判定される場合には、報知部５３による報知は行われない。摺動抵抗評価装置５ａでは、エンジン１が駆動している間、評価値取得部５１による評価値の取得（ステップＳ１１）と、異常判定部５２による摺動抵抗の異常の有無の判定（ステップＳ１２）とが、常時繰り返される。
【００６６】
以上に説明したように、図８の摺動抵抗評価装置５ａの評価値取得部５１では、弁体６１１の着座時における振動の大きさを示す値が、評価値として取得される。そして、異常判定部５２により、当該評価値に基づいて、弁棒６１と摺動支持部６２との間の摺動抵抗の異常の有無が判定される。これにより、摺動抵抗の異常を容易に検出することができ、その結果、排気弁機構６の動作の異常を予防することができる。
【００６７】
また、異常判定部５２では、評価値と、空気ばね６７における空気圧とに基づいて、摺動抵抗の異常の有無が判定される。これにより、空気ばね６７における空気圧の経時的な変動の影響（例えば、空気の漏れによる影響）も考慮して、摺動抵抗の異常の有無を適切に判定することができ、排気弁機構６の動作の異常をより確実に予防することができる。
【００６８】
摺動抵抗評価装置５ａの設計によっては、弁体６１１の着座時における振動の大きさを示す評価値、および、弁棒６１の移動速度を示す評価値の双方が取得され、これらの評価値に基づいて、摺動抵抗の異常の有無が精度よく判定されてもよい。また、エンジン１の負荷率または／および排気の温度を用いて、摺動抵抗の異常の有無が判定されてもよい。さらに、図７の摺動抵抗評価装置５と同様に、摺動抵抗評価装置５ａにおいて、各シリンダ２の排気弁機構６に対する評価値と、他のシリンダ２の排気弁機構６に対する評価値とを比較することにより、摺動抵抗の異常の有無が判定されてもよい。
【００６９】
上記摺動抵抗評価装置５，５ａ、および、摺動抵抗評価方法では様々な変形が可能である。
【００７０】
図６のステップＳ１２において、例えば、船員が、評価値の経時変化を監視することにより、弁棒６１と摺動支持部６２との間に入り込んだすすの影響を時間的に評価して、排気弁機構６のメンテナンスの時期を決定することも可能である。この場合も、排気弁機構６の動作の異常を予防することが可能となる。もちろん、上記評価値は、弁棒６１の移動速度を示す値、または、弁体６１１の着座時における振動の大きさを示す値のいずれであってもよい。また、評価値の複数の範囲と、排気弁機構６のメンテナンスの時期とを対応付けたテーブルを準備し、実際に取得された評価値を用いて、当該テーブルを参照することにより、船員または異常判定部５２により、排気弁機構６のメンテナンスの時期が決定されてもよい。
【００７１】
カムとばねにより弁棒が作動する弁機構においても、ばねの復元力等によっては、摺動抵抗の増大により、動作に異常が発生する可能性があるため、摺動抵抗評価装置５，５ａにより、このような弁機構における摺動抵抗が評価されてもよい。また、摺動抵抗評価装置５，５ａにより、４ストロークエンジンに設けられる弁機構における摺動抵抗が評価されてもよい。さらに、当該弁機構は、吸気ポートに設けられるものであってもよい。摺動抵抗評価装置５，５ａは、船舶以外に、自動車や発電用の原動機等、様々な用途のエンジンに設けられてよい。
【００７２】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【符号の説明】
【００７３】
１    エンジン
２    シリンダ
５，５ａ    摺動抵抗評価装置
６    排気弁機構
５１    評価値取得部
５２    異常判定部
６１    弁棒
６２    摺動支持部
６７    空気ばね
６１１    弁体
Ｓ１１，Ｓ１２    ステップ
【図１】
2020012430.tif 000003
【図２】
2020012430.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2020012430.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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