(57)【要約】【課題】エンジン内部の状態を適切に測定する。【解決手段】測定装置５では、排気弁機構６における弁棒６１に対して、測定部５１および送信機５２が取り付けられる。測定部５１では、所定の測定が行われ、送信機５２では、測定値を示す信号が無線通信により送信される。そして、弁棒６１から離れた位置に設けられる受信機により、当該信号が受信される。これにより、排気弁機構６の弁棒６１の状態、または、弁棒６１の周囲の状態を示す測定値を、容易にかつ即時に取得することができ、エンジンの内部の状態を適切に測定することが実現される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン内部の状態を測定する測定装置であって、
エンジンのシリンダに設けられる弁機構の可動部に取り付けられる測定部と、
前記可動部に取り付けられるとともに前記測定部に電気的に接続され、前記測定部により取得される測定値を示す信号を無線通信により送信する送信機と、
前記可動部から離れた位置に設けられ、前記信号を受信する受信機と、
を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測定装置であって、
前記可動部の運動エネルギを電気エネルギに変換し、前記電気エネルギを前記測定部および前記送信機の少なくとも一方に供給する発電部をさらに備えることを特徴とする測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の測定装置であって、
前記可動部が、
所定の移動方向に延びるとともに、前記移動方向に移動可能に支持される弁棒と、
前記弁棒に取り付けられ、前記弁機構の動作に伴って前記弁棒を回転する弁棒回転部と、
を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の測定装置であって、
前記弁機構が、前記シリンダの排気ポートに設けられ、
前記弁棒回転部が、前記弁棒の外周面に設けられるとともに、前記シリンダから排出される排気により回転する回転羽根であることを特徴とする測定装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の測定装置であって、
前記測定部が、複数のセンサを含むことを特徴とする測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン内部の状態を測定する測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジン（内燃機関）の駆動に並行して、エンジンの状態を測定することが行われている。また、特許文献１では、エンジンの計測データを無線通信により収集する装置が提案されている。当該装置では、酸素濃度センサを設けた無線センサユニットが排気管に配置され、温度センサを設けた無線センサユニットが吸気口、排気口およびクランクベアリングに配置される。また、振動センサと圧力センサを設けた無線センサユニットがエンジンの側部に配置され、振動センサを設けた無線センサユニットおよび油温センサを設けた無線センサユニットが主軸受に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−７０８０３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、特許文献１の装置では、排気管等に対して無線センサユニットが取り付けられるが、エンジン内部の状態を測定するには、これらの無線センサユニットでは必ずしも十分ではない。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、エンジン内部の状態を適切に測定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、エンジン内部の状態を測定する測定装置であって、エンジンのシリンダに設けられる弁機構の可動部に取り付けられる測定部と、前記可動部に取り付けられるとともに前記測定部に電気的に接続され、前記測定部により取得される測定値を示す信号を無線通信により送信する送信機と、前記可動部から離れた位置に設けられ、前記信号を受信する受信機とを備える。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の測定装置であって、前記可動部の運動エネルギを電気エネルギに変換し、前記電気エネルギを前記測定部および前記送信機の少なくとも一方に供給する発電部をさらに備える。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の測定装置であって、前記可動部が、所定の移動方向に延びるとともに、前記移動方向に移動可能に支持される弁棒と、前記弁棒に取り付けられ、前記弁機構の動作に伴って前記弁棒を回転する弁棒回転部とを備える。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の測定装置であって、前記弁機構が、前記シリンダの排気ポートに設けられ、前記弁棒回転部が、前記弁棒の外周面に設けられるとともに、前記シリンダから排出される排気により回転する回転羽根である。
【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つに記載の測定装置であって、前記測定部が、複数のセンサを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、弁機構の可動部の状態、または、可動部の周囲の状態を示す測定値を、容易にかつ即時に取得することができ、エンジン内部の状態を適切に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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】測定装置の構成を示すブロック図である。
【図４】エンジンの内部の状態を測定する動作の流れを示す図である。
【図５】測定部のセンサの他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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内に燃料を噴射する燃料噴射弁である。当該燃料は、液体燃料または気体燃料である。
【００１８】
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。
【００１９】
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の上端に到達した直後から、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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を上下方向に移動可能に支持する。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。弁棒６１は、排気弁機構６における可動部の主要部である。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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の外周面には、回転羽根６８が設けられており、回転羽根６８は排気路２４１に配置される。シリンダ２から排出されて排気路２４１を流れる排気により、回転羽根６８が、弁棒６１を中心として弁棒６１と共に僅かに回転する。排気ポート２４を閉塞した状態では、弁棒６１は回転しない。このように、回転羽根６８は、排気弁機構６の動作に伴って弁棒６１を回転する弁棒回転部である。なお、回転羽根６８も、弁棒６１と共に移動方向に移動するため、排気弁機構６における可動部の一部となる。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、弁棒６１を中心とする周方向に順次ずれる。したがって、弁体６１１において排熱による負荷が継続して同じ部位にかかることが防止され、熱負荷に起因する破損が抑制される。同様に、生成されたすす等の固着物が同じ位置に蓄積することが抑制される。これにより、閉塞位置に配置された弁棒６１の弁体６１１と排気ポート２４の周縁部との間における接触状態を周方向に均等にすることが可能となる。その結果、弁棒６１が閉塞位置に配置されている際にも燃焼室２０内のガスが排気ポート２４から排出される、いわゆる、吹き抜けの発生が抑制される。
【００２９】
図３は、エンジン１に設けられる測定装置５の構成を示すブロック図である。測定装置５は、エンジン１の内部の状態を測定する。測定装置５は、測定部５１と、送信機５２と、発電部５３と、受信機５６とを備える。測定部５１は、複数のセンサ５１１ａ〜５１１ｄを備える。各センサ５１１ａ〜５１１ｄは、所定の測定を行うことにより測定値を取得する。送信機５２は、送信制御部５２１と、アンテナ５２２とを備える。送信機５２は、測定部５１により取得される測定値を示す信号（以下、「測定値信号」という。）を、無線通信により受信機５６に送信する。無線通信では、周知の無線通信規格（例えば、Bluetooth（登録商標）等）が利用可能である。
【００３０】
発電部５３は、コイル部５３１と、蓄電部５３２と、２つの磁石５３３（図３では、１つの磁石５３３のみを示す。）とを備える。発電部５３は、発電により得られた電気エネルギを測定部５１および送信機５２に供給する。後述するように、測定部５１、送信機５２、並びに、発電部５３のコイル部５３１および蓄電部５３２は、弁棒６１に取り付けられるため、図３では、これらの構成を、符号６１を付す破線の矩形で囲んでいる。受信機５６は、受信制御部５６１と、アンテナ５６２とを備える。受信機５６は、弁棒６１から離れた位置に設けられ、送信機５２からの測定値信号を受信する。以下、図２を参照して、測定部５１、送信機５２および発電部５３の具体的な配置等について説明する。
【００３１】
測定部５１のセンサ５１１ａは、温度センサであり、弁体６１１の内部に埋め込まれる。詳細には、センサ５１１ａは、弁体６１１において焼損が発生しやすい下面の周縁部近傍に配置される。センサ５１１ｂも、温度センサであり、弁棒６１の外周面において回転羽根６８と弁体６１１との間に取り付けられる。センサ５１１ｂは、排気路２４１において排気ポート２４の近傍に配置される。センサ５１１ｃは、圧力センサであり、弁棒６１の外周面において空気ピストン６６の下側近傍に取り付けられる。センサ５１１ｃは、空気シリンダ６５内において空気が圧縮される空間に面する。センサ５１１ｄは、圧力センサであり、油圧ピストン６４の上面に取り付けられる。センサ５１１ｄは、油圧シリンダ６３の流路６３１内の作動油と接する。
【００３２】
送信機５２の送信制御部５２１は、ＩＣチップとして形成され、アンテナ５２２に直接的に接続される。例えば、弁棒６１の外周面において、空気ピストン６６と油圧ピストン６４との間の領域に、送信制御部５２１およびアンテナ５２２が取り付けられる。本実施の形態では、送信制御部５２１、アンテナ５２２、および、発電部５３の蓄電部５３２が、一体的に形成されており、図２では、これらの構成を破線の矩形で示している。送信制御部５２１は、測定部５１の複数のセンサ５１１ａ〜５１１ｄに導線を介して電気的に接続される。各センサ５１１ａ〜５１１ｄと送信制御部５２１との間の導線は、弁棒６１の外周面上、または、弁棒６１の内部に配線される。送信制御部５２１は、複数のセンサ５１１ａ〜５１１ｄにより取得される測定値を示す測定値信号を、予め設定された周期でアンテナ５２２を介して電波として発信する。送信制御部５２１は、弁棒６１の内部に設けられてもよい。後述の蓄電部５３２において同様である。
【００３３】
発電部５３のコイル部５３１は、弁棒６１の外周面に巻回される導線の集合である。例えば、弁棒６１の外周面において摺動支持部６２と重なる領域に、コイル部５３１が配置される。好ましくは、弁棒６１の外周面に環状の溝部が設けられ、当該溝部内にコイル部５３１の導線が配置される。これにより、コイル部５３１の導線が、摺動支持部６２の内周面と接触（摺動）することが防止される。各磁石５３３は、円筒状であり、径方向に磁化されている。例えば、一方の磁石５３３は、摺動支持部６２の上部の周囲に配置され、他方の磁石５３３は、摺動支持部６２の下部の周囲に配置される。
【００３４】
既述のように、蓄電部５３２は、送信機５２と同様に、弁棒６１の外周面において、空気ピストン６６と油圧ピストン６４との間の領域に取り付けられる。蓄電部５３２には、コイル部５３１の導線が接続される。排気弁機構６における開動作および閉動作において、コイル部５３１が２つの磁石５３３の近傍を移動することにより、コイル部５３１において電磁誘導により電流が発生する。すなわち、弁棒６１の運動エネルギが電気エネルギに変換される。発生した電気エネルギは、蓄電部５３２において蓄電（充電）される。蓄電部５３２は、送信機５２の送信制御部５２１、および、測定部５１のセンサ５１１ａ〜５１１ｄに電気的に接続され、送信制御部５２１およびセンサ５１１ａ〜５１１ｄに電気エネルギを供給する。
【００３５】
図３に示す受信機５６の受信制御部５６１およびアンテナ５６２は、図２の弁箱６０、油圧シリンダ６３および空気シリンダ６５の外側、かつ、送信機５２からの測定値信号が受信可能な位置に配置される。換言すると、受信機５６と弁棒６１との間には、弁箱６０、油圧シリンダ６３または空気シリンダ６５が位置する。弁箱６０、油圧シリンダ６３および空気シリンダ６５は主として金属により形成されるが、これらの構成では、樹脂により形成されるシール部（例えば、Ｏリング等）も設けられる。送信機５２からの電波は、当該シール部等を介して、排気弁機構６の外部へと導かれ、受信機５６のアンテナ５６２において受けられる。受信制御部５６１では、アンテナ５６２から入力される信号に基づいて、測定値信号が示す測定値が取得され、図示省略の記憶部において記憶される。
【００３６】
図４は、測定装置５がエンジン１の内部の状態を測定する動作の流れを示す図である。測定装置５による下記動作は、エンジン１の駆動に並行して行われる。測定装置５による測定では、測定部５１の各センサ５１１ａ〜５１１ｄにより測定が行われ、測定値が得られる（ステップＳ１１）。送信制御部５２１では、各センサ５１１ａ〜５１１ｄにおける測定値が常時入力されており、予め設定された周期で当該測定値を示す測定値信号が生成され、無線通信により送信される（ステップＳ１２）。測定値信号が示す測定値は、当該周期毎に得られる測定値そのもの以外に、当該周期内に取得される測定値の最大値、最小値、平均値等の統計値であってもよく、センサ５１１ａ〜５１１ｄ毎に当該統計値の種類が選択可能であってもよい。受信機５６では、測定値信号が受信され、測定値信号が示す測定値が取得される（ステップＳ１３）。
【００３７】
測定装置５では、エンジン１が駆動している間、測定部５１による測定（ステップＳ１１）、送信機５２による測定値信号の送信（ステップＳ１２）、および、受信機５６による測定値信号の受信（ステップＳ１３）が、常時繰り返される。また、発電部５３では、弁棒６１の移動方向への往復移動に伴って発電が行われ、発電により生じた電気エネルギが、測定部５１および送信機５２の上記動作に利用される。なお、図４では、発電部５３における動作の図示を省略している。
【００３８】
受信機５６により得られる、各センサ５１１ａ〜５１１ｄの測定値は、船員によるエンジン１の内部状態の把握に利用される。例えば、図２のセンサ５１１ａでは、弁体６１１において焼損が発生しやすい、下面の周縁部近傍の温度が測定される。したがって、センサ５１１ａの温度の測定値に基づいて、弁体６１１における焼損等の有無を推測することが可能である。また、センサ５１１ｂでは、燃焼室２０の外側かつ排気ポート２４近傍における温度が測定される。仮に、弁体６１１の表面や、排気ポート２４の周縁部（弁座とも呼ばれる。）に固着物が付着している場合、弁棒６１が閉塞位置に配置されている際にも燃焼室２０内のガスが排気ポート２４から排出される（すなわち、吹き抜けが発生する。）。この場合、センサ５１１ｂの温度の測定値に基づいて、吹き抜けの発生の有無および程度が推測可能であり、これにより、弁体６１１の表面や排気ポート２４の周縁部における固着物の付着等を間接的に把握することが可能となる。なお、回転羽根６８に温度センサが取り付けられてもよい。
【００３９】
センサ５１１ｃでは、空気シリンダ６５内の空気圧が測定されるため、当該空気圧の測定値に基づいて、空気シリンダ６５内の空気の漏れの有無等が推測可能である。また、センサ５１１ｄでは、油圧シリンダ６３内の油圧が測定されるため、当該油圧の測定値に基づいて、油圧シリンダ６３内の作動油の漏れの有無等を推測することができる。
【００４０】
上記異常の発生が推測される場合には、適切な時期に、エンジン１の内部が点検され、必要に応じて補修や部品交換が行われる。これにより、上記異常の程度が大きくなり、エンジン１の動作に異常が生じることを未然に防止することができる。測定装置５では、図示省略の比較部において、各測定値が閾値等と比較され、測定値が異常値であるか否かが自動的に判定されてもよい。この場合、測定値が異常値であると判定されたときには、例えば、表示部への表示、ランプの点灯、ブザー音等により船員に報知される。
【００４１】
以上に説明したように、測定装置５では、排気弁機構６における弁棒６１に対して、測定部５１および送信機５２が取り付けられる。測定部５１では、所定の測定が行われ、送信機５２では、測定値を示す測定値信号が無線通信により送信される。そして、弁棒６１から離れた位置に設けられる受信機５６により、測定値信号が受信される。これにより、排気弁機構６の弁棒６１の状態、または、弁棒６１の周囲の状態を示す測定値を、容易にかつ即時に取得することができ、エンジン１の内部の状態を適切に測定することが実現される。
【００４２】
また、測定装置５では、弁棒６１に対して発電部５３が取り付けられる。発電部５３では、弁棒６１の運動エネルギが電気エネルギに変換され、当該電気エネルギが測定部５１および送信機５２に供給される。これにより、測定装置５において、長期間に亘って測定値を取得することができる。
【００４３】
さらに、弁棒６１の外周面には回転羽根６８が設けられ、シリンダから排出される排気により回転羽根６８が弁棒６１と共に回転する。このように、弁棒６１が回転することにより、各センサ５１１ａ〜５１１ｄの位置も周方向に移動するため、当該センサ５１１ａ〜５１１ｄによる測定値を全周に亘って順次取得することが可能となる。換言すると、周方向に複数のセンサを配列する必要がないため、測定装置５の製造に要するコストを削減することができる。
【００４４】
ところで、弁棒６１に設けた各センサ５１１ａ〜５１１ｄを、排気弁機構６の外部とケーブルを介して接続することにより、測定値を取得することも考えられる。この場合、弁棒６１を回転させるとケーブルが切断してしまうため、回転羽根６８を省略する必要があり、回転羽根６８を設けた本来の状態において測定を行うことができない。また、回転羽根６８を省略して長期間の運転を継続すると、熱負荷の集中による弁体６１１の破損や、一部における固着物の蓄積による吹き抜けの発生等の不具合が生じる。
【００４５】
これに対し、無線通信を利用する測定装置５では、回転する弁棒６１において測定を行うことが可能である。また、長期間の運転を継続する場合でも、上記不具合の発生を防止しつつ、エンジン１の内部の状態を適切に測定することが実現される。なお、空気シリンダ６５内の空気圧、および、油圧シリンダ６３内の油圧は、空気シリンダ６５および油圧シリンダ６３にセンサを設けることにより測定可能であるが、センサ５１１ｃ、５１１ｄを弁棒６１に取り付けることにより、センサ５１１ａ，５１１ｂにより取得される温度の測定値と、空気圧および油圧の測定値とを纏めて送信することが可能となる。
【００４６】
図５は、測定部５１のセンサの他の例を示す図である。図５のセンサ５１１ｅは、近接センサである。近接センサは、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、センサ５１１ｅから出力される電気信号の大きさ等の測定値が変化する。センサ５１１ｅ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。
【００４７】
センサ５１１ｅは、弁棒６１において油圧シリンダ６３に対向する部位に埋め込まれる。センサ５１１ｅの検出面５１２は、上下方向に垂直な方向を向き、油圧シリンダ６３に対向する。また、油圧シリンダ６３の内周面６３２は、上方に向かうに従って直径（油圧シリンダ６３の内径）が漸次増大する傾斜面である。図５では、開放位置に配置された弁棒６１を示しており、弁棒６１が上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と内周面６３２（正確には、検出面５１２に対向する内周面６３２の部位）との間の距離Ｄが大きくなる。弁棒６１が開放位置に配置された状態では、距離Ｄが最小となり、弁棒６１が閉塞位置に配置された状態では、距離Ｄが最大となる。
【００４８】
センサ５１１ｅでは、検出面５１２と内周面６３２との間の距離Ｄに応じて測定値が変化する。センサ５１１ｅの測定値は、送信機５２に出力され、当該測定値を示す測定値信号が無線通信により送信される。そして、受信機５６により、測定値信号が受信され、センサ５１１ｅの測定値が取得される。センサ５１１ｅの測定値と、上下方向における弁棒６１の位置との関係が予め準備されており、当該測定値に基づいて、上下方向における弁棒６１の位置が取得される。これにより、弁棒６１のストローク量等を求めることができる。なお、内周面６３２との間の距離が測定可能である他のセンサが、近接センサに代えて用いられてもよい。
【００４９】
上記測定装置５では様々な変形が可能である。
【００５０】
上記実施の形態における測定部５１のセンサ５１１ａ〜５１１ｅは、一例に過ぎず、排気弁機構６の可動部（弁棒６１）におけるセンサの位置は適宜変更されてよい。例えば、弁棒６１の外周面において、摺動支持部６２と接触する位置に温度センサが設けられてもよい。この場合、弁棒６１と摺動支持部６２との間における摺動抵抗の増大や、排気の吹き抜けの有無を推測することが可能となる。また、測定部５１のセンサは、温度センサ、圧力センサおよび近接センサ以外に、流量センサ、振動センサ、加速度センサ等の他の種類のセンサであってもよい。例えば、図２のセンサ５１１ｂを流量センサとする場合には、排気路２４１を流れる排気の流量を測定することができ、吹き抜けの有無を推測することが可能となる。また、弁体６１１の下面に圧力センサを設ける場合には、燃焼室２０内の圧力を測定することが可能である。
【００５１】
測定装置５では、弁棒６１に取り付けられる送信機５２と、弁棒６１から離れた位置に設けられる受信機５６との間で、双方向の無線通信が行われてもよい。例えば、弁棒６１に取り付けられる、信号の送受信が可能な送信機５２が、信号の送受信が可能な受信機５６からの信号を受信し、当該信号に基づいて、測定部５１のセンサ５１１ａ〜５１１ｅの各種設定等が変更されてもよい。
【００５２】
上記実施の形態では、発電部５３から測定部５１および送信機５２に電気エネルギが供給されるが、測定部５１および送信機５２の消費電力が少ない場合等には、測定部５１および送信機５２に対して専用の電池が設けられてもよい。また、発電部５３を用いる場合において、測定部５１のみ、または、送信機５２のみに、発電部５３から電気エネルギが供給されてもよい。発電部５３は、測定部５１および送信機５２の少なくとも一方に電気エネルギを供給すればよい。
【００５３】
例えば、弁棒６１において上下方向に延びる内部空間が形成され、発電部５３の磁石が当該内部空間に配置されてもよい。この場合、排気弁機構６における閉動作および開動作の際に磁石が内部空間において上下方向に移動することにより、コイル部５３１において電流が発生する。また、電磁誘導以外に、例えば、圧電素子等を用いた発電が行われてもよい。
【００５４】
弁棒６１に取り付けられるとともに弁棒６１を回転する弁棒回転部は、回転羽根６８以外であってもよい。例えば、ボールおよびコイルばね等を含むバルブローテータを、弁棒回転部として用いることも可能である。
【００５５】
測定装置５により、４ストロークエンジンの内部の状態が測定されてもよい。また、測定部５１および送信機５２が取り付けられる弁機構は、吸気ポートに設けられるものであってもよい。無線計測を行う測定装置５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。
【００５６】
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】
【００５７】
１    エンジン
２    シリンダ
５    測定装置
６    排気弁機構
２４    排気ポート
５１    測定部
５２    送信機
５３    発電部
５６    受信機
６１    弁棒
６８    回転羽根
５１１ａ〜５１１ｅ    センサ
【図１】
2020026759.tif 000003
【図２】
2020026759.tif 000004
【図３】
2020026759.tif 000005
【図４】
2020026759.tif 000006
【図５】
2020026759.tif 000007