(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼル機関の軸出力あるいは軸トルクを検出する手段と、該ディーゼル機関の回転速度を検出する手段と、前記ディーゼル機関によって駆動される、冷却ファン、空気圧縮機、充電発電機、及び冷暖房装置の各補機の駆動に要する動力を検出する手段と、を備えるディーゼル車両に用いられる機関出力記録装置であって、
前記ディーゼル車両の走行中の前記各検出手段の検出結果を記録する手段と、前記ディーゼル車両が走行中に、前記記録手段の記録をもとに冷却ファン、空気圧縮機、充電発電機、及び冷暖房装置の各補機の駆動に要する動力を合算して補機駆動力あるいは補機駆動トルクを算出し、前記ディーゼル機関の軸出力あるいは軸トルクに前記補機駆動力あるいは補機駆動トルクを加算することにより、前記補機を装着していない状態の前記ディーゼル機関の軸出力あるいは軸トルクを算出し、かつ記録する手段と、を備えることを特徴とするディーゼル車両の機関出力記録装置。
【請求項２】
ディーゼル機関の軸出力あるいは軸トルクを検出する手段と、該ディーゼル機関の冷却水温度あるいは潤滑油温度を検出する手段と、を備えるディーゼル車両に用いられる機関出力記録装置であって、
前記ディーゼル車両の走行中の前記各検出手段の検出結果を記録する手段と、前記ディーゼル車両が走行中に、前記記録手段の記録をもとにあらかじめ冷却水温度あるいは潤滑油温度の関数として求めておいた修正係数を前記ディーゼル機関の軸出力あるいは軸トルクに乗じることにより、冷却水温度あるいは潤滑油温度が標準状態の場合の前記ディーゼル機関の軸出力あるいは軸トルクを算出し、かつ記録する手段と、を備えることを特徴とするディーゼル車両の機関出力記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はディーゼル車両の機関出力記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道用ディーゼル車両における走行中のディーゼル機関（以下単に「機関」という）の軸出力あるいは軸トルク（以下単に「機関出力」という）の検出方法には、いくつかの公知の方法がある。例えば、推進軸などの動力伝達装置に設置されたトルク検出器により動力伝達トルクを検出し、その動力伝達トルクと、機関出力端からトルク検出器までの動力伝達効率と、歯車比と、機関回転速度などから機関出力を算出することにより機関出力を検出する方法がある。トルク検出器により動力伝達トルクを検出する方法には、例えばひずみゲージにより推進軸のひずみを測定することによりトルクを検出する方法などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記の方法で検出した機関出力は、ディーゼル車両が走行中に得られるものであるため、補機駆動に要する動力が差し引かれた機関出力である。補機には大別して二つの種類がある。一つは、機関に組付けられており、機関の運転に必要なもので、常に機関出力の一部で駆動されている補機である。例えば、潤滑油ポンプ、冷却水ポンプ、及び燃料噴射ポンプなどである。もう一つは、それ以外の補機であり、ブレーキやドアの開閉等に使用される圧縮空気を得るための空気圧縮機、機関冷却水を冷却するための冷却装置、および制御装置や電灯への給電や蓄電池への充電をするための電力を発生させる充電発電機などである。
【０００４】
定置の機関性能試験装置における鉄道車両用ディーゼル機関の性能試験方法は、ＪＩＳ  Ｅ  ５３０３−１９８９「鉄道車両用ディーゼル機関試験方法」に規定されている。この中で、機関の補機について、以下のように規定されている。性能試験を行う場合は、原則として前者の補機を供試機関に装備する。前者の補機が、他の動力源によって駆動される場合は、供試機関の実測出力から、それらの駆動に要した動力を差し引いたものを機関の出力とする。また、後者の補機を供試機関が駆動する場合は、供試機関にこれらの補機の駆動に要した動力を加えたものを機関の出力とする。以上の規定をディーゼル車両の走行中の機関出力の計測に適用しようとすれば、後者の補機（以下単に「補機」という）駆動に要した動力を機関出力と同時に計測し、機関出力の実測値、すなわち補機を全て装着した状態の機関出力であるネット軸出力にこの補機駆動に要した動力を加えることにより、補機を装着していない状態の機関出力であるグロス軸出力を算出しなければならない。ところが従来は、このようにして機関のグロス軸出力を計測する機関出力記録装置がなく、ディーゼル車両の走行中に計測された機関出力は、全ての補機駆動に最大要する動力分だけ誤差を見込まなければならなかった。したがって、ディーゼル車両の走行中における機関出力の計測精度は良くなかった。
【０００５】
冷却水温度や潤滑油温度が変化すると、他の条件が一定であっても機関出力が変化する。一般に、機関性能試験装置は、これら温度を調節する手段を備えており、同試験装置での機関出力の測定の際には、ある基準温度に対して一定の範囲内すなわち標準状態となるように、これら温度を調節しながら測定を行う。ディーゼル車両の走行中においては、これら温度を常に標準状態に保つことは困難である。したがって、ディーゼル車両の走行中における機関出力の計測精度は良くなかった。機関の検査・修繕作業者が、機関出力の低下状況により機関の分解修繕を行うか否かの判定をしようとする場合、機関出力の計測精度が良くないため的確な判定ができないといった問題点があった。
【０００６】
本発明は前記問題点を解決するためになされたものであって、ディーゼル車両の走行中に得られる補機を装着した状態のディーゼル機関の出力から、補機を装着していない状態の同出力を算出し、また、冷却水温度あるいは潤滑油温度が標準状態となった場合の同出力を算出することにより、精度良く同出力を計測するディーゼル車両の機関出力記録装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係わる発明は、ディーゼル機関の軸出力あるいは軸トルクを検出する手段と、該ディーゼル機関の回転速度を検出する手段と、前記ディーゼル機関によって駆動される、冷却ファン、空気圧縮機、充電発電機、及び冷暖房装置の各補機の駆動に要する動力を検出する手段と、を備えるディーゼル車両に用いられる機関出力記録装置であって、
前記ディーゼル車両の走行中の前記各検出手段の検出結果を記録する手段と、前記ディーゼル車両が走行中に、前記記録手段の記録をもとに冷却ファン、空気圧縮機、充電発電機、及び冷暖房装置の各補機の駆動に要する動力を合算して補機駆動力あるいは補機駆動トルクを算出し、前記ディーゼル機関の軸出力あるいは軸トルクに前記補機駆動力あるいは補機駆動トルクを加算することにより、前記補機を装着していない状態の前記ディーゼル機関の軸出力あるいは軸トルクを算出し、かつ記録する手段と、を備えることを特徴とするディーゼル車両の機関出力記録装置により、前記問題を解決しようとするものである。
【０００８】
請求項２に係わる発明は、ディーゼル機関の軸出力あるいは軸トルクを検出する手段と、該ディーゼル機関の冷却水温度あるいは潤滑油温度を検出する手段と、を備えるディーゼル車両に用いられる機関出力記録装置であって、
前記ディーゼル車両の走行中の前記各検出手段の検出結果を記録する手段と、前記ディーゼル車両が走行中に、前記記録手段の記録をもとにあらかじめ冷却水温度あるいは潤滑油温度の関数として求めておいた修正係数を前記ディーゼル機関の軸出力あるいは軸トルクに乗じることにより、冷却水温度あるいは潤滑油温度が標準状態の場合の前記ディーゼル機関の軸出力あるいは軸トルクを算出し、かつ記録する手段と、を備えることを特徴とするディーゼル車両の機関出力記録装置により、前記問題を解決しようとするものである。
【０００９】
【作用】
動力伝達装置に設置されたトルク検出器により検出した動力伝達トルクから算出したディーゼル車両の走行中の機関出力は、冷却装置、空気圧縮機、及び充電発電機等の補機駆動に要する動力が差し引かれたいわゆるネット軸出力である。これらの補機は、補機駆動軸を介して機関により直接駆動される。冷却装置と空気圧縮機の駆動に要する動力は機関回転速度から算出することが可能であるから、本機関出力記録装置は、それら補機の入切（オン・オフ）の情報と機関回転速度からそれら補機の駆動に要する動力を算出する。また、充電発電機の駆動に要する動力は機関回転速度及び発電電流から算出することが可能であるから、本機関出力記録装置は、機関回転速度と発電電流から充電発電機の駆動に要する動力を算出する。さらに、本機関出力記録装置は、個々の補機の駆動に要する動力を加算することにより、全体の補機駆動に要する動力を算出する。あるいは、補機駆動軸の動力伝達トルクを直接検出することによって補機駆動に要する動力を算出してもよい。本機関出力記録装置は、このようにして算出した補機駆動に要する動力と機関のネット軸出力を加算することにより機関のグロス軸出力を算出し、記録する。
【００１０】
ディーゼル車両では、走行中に機関の冷却水温度と潤滑油温度を常に標準状態に保つことは困難であるので、走行中に検出されるこれら温度をもとに、機関のグロス軸出力を標準状態の機関軸出力に修正する必要がある。例えば、機関のグロス軸出力に修正係数を乗じた値を標準状態の機関軸出力として算出し、記録する。ただし、この修正係数は、あらかじめその機関について性能試験を実施し、冷却水温度と潤滑油温度の関数として求めておく。
【００１１】
【実施例】
図１は鉄道用ディーゼル車両に本発明を実施した場合の機器構成の一実施例を示す。機関１の出力は、動力伝達装置である変速機２と推進軸３を介して動輪４に伝達され、ディーゼル車両の駆動力となる。推進軸３に設置された動力伝達トルク検出器５により動力伝達トルク６を検出する。動力伝達トルク検出器５には、例えばひずみゲージなどがある。機関１に設置された機関回転速度検出器７により機関回転速度８を検出する。さらに、機関１に設置された冷却水温度検出器９により冷却水温度１０を検出し、潤滑油温度検出器１１により潤滑油温度１２を検出する。鉄道用ディーゼル車両の補機には、機関冷却水を冷却するための冷却装置１３、ブレーキやドアの開閉等に使用される圧縮空気を得るための空気圧縮機１４、及び制御装置や電灯に給電するための電力を発生させる充電発電機１５などがある。これらの補機は補機駆動軸１６を介して機関１により直接駆動される。冷却装置１３は、冷却ファン１７、放熱器１８、及び充排油式流体継手１９からなる。冷却水温度が高いと、充排油式流体継手１９が充油されることにより補機駆動軸１６からの動力は充排油式流体継手１９を介して冷却ファン１７に伝達され、冷却ファン１７の回転が入（オン）となる。冷却ファン１７の回転によって生じた冷却風が放熱器１８を通過することにより、機関冷却水が冷却される。冷却水温度が低いと、充排油式流体継手１９が排油されることにより補機駆動軸１６からの動力が断たれ、冷却ファン１７の回転が切（オフ）となる。したがって、冷却ファン入切（オン・オフ）情報２０は充排油式流体継手１９の充排油の情報から検出する。空気圧縮機１４により得られた圧縮空気は、空気管２１を経て空気ダメ２２に送られる。空気ダメ２２の圧力が低くなると調圧器２３が入（オン）となり、空気圧縮機１４は空気圧縮動作を行う。空気ダメ２２の圧力が高くなると調圧器２３が切（オフ）となり、空気圧縮機１４は空回転となって空気圧縮動作は行わない。空気圧縮機入切（オン・オフ）情報２４は、調圧器２３の入切（オン・オフ）の情報から検知する。充電発電機１５は常に機関１により駆動される。発電した電力は蓄電池２５の充電などに使用される。発電電流２６は電流計２７により検知する。
【００１２】
動力伝達トルク６、機関回転速度８、冷却水温度１０、潤滑油温度１２、冷却ファン入切（オン・オフ）情報２０、空気圧縮機入切（オン・オフ）情報２４、及び発電電流２６が機関出力記録装置２８に入力される。機関出力記録装置２８には、グロス軸出力算出手段２９と標準状態機関軸出力算出手段３０とからなっている。
【００１３】
図２はグロス軸出力算出手段２９の一実施例を示す系統図である。グロス軸出力算出手段２９は、ネット軸出力算出手段３１と補機駆動力算出手段３２とからなっている。ネット軸出力算出手段３１は、検出した動力伝達トルク６と機関回転速度８を記録する。また、動力伝達トルク６、機関回転速度８、機関出力端から動力伝達トルク検出器５までの動力伝達効率３３、及び変速機の歯車比３４から、機関のネット軸出力３５を、例えば次の計算式に従って算出する。
ＰE ＝（Ｎ×Ｔ）／（η×Ｒ）
ＰE ：機関のネット軸出力３５
Ｎ  ：機関回転速度８
Ｔ  ：動力伝達トルク６
η  ：動力伝達効率３３
Ｒ  ：歯車比３４
補機駆動力算出手段３２は、冷却ファン駆動力算出手段３６と空気圧縮機駆動力算出手段３７と充電発電機駆動力算出手段３８とを備えている。冷却ファン駆動力算出手段３６は、冷却ファン入切情報（オン・オフ）２０と、冷却ファン特性３９と、機関回転速度８から冷却ファン駆動力４０を算出し、記録する。空気圧縮機駆動力算出手段３７は、空気圧縮機入切（オン・オフ）情報２４と、空気圧縮機特性４１と、機関回転速度８から空気圧縮機駆動力４２を算出し、記録する。充電発電機駆動力算出手段３８は、発電電流２６と充電発電機特性４３と、機関回転速度８から充電発電機駆動力４４を算出し、記録する。
【００１４】
以下、図１と図２でそれぞれの補機駆動力算出手段３２について説明する。冷却ファン入切（オン・オフ）情報２０が切（オフ）で、冷却ファン１７が回転していなければ、冷却ファン１７の駆動のための動力は必要ない。冷却ファン入切（オン・オフ）情報２０が入（オン）で、冷却ファン１７が回転していれば、機関回転速度８に対する冷却ファン１７の駆動に要する動力は、その冷却装置の諸元から冷却ファン特性３９として既知であるため、機関回転速度８から算出できる。したがって、冷却ファン入切（オン・オフ）情報２０と冷却ファン特性３９と機関回転速度８から、冷却ファン駆動力４０を算出することができる。冷却ファン１７の回転の入切（オン・オフ）の方法は、この例のように充排油式流体継手１９の充排油による動力伝達の入切（オン・オフ）によらず、他の方法、例えば摩擦クラッチによる動力伝達の入切（オン・オフ）による方法などでもよい。空気圧縮機入切（オン・オフ）情報２４が切（オフ）を示し、空気圧縮機１４が空気圧縮動作を行っていなければ、空気圧縮機１４の駆動のための動力は必要ない。空気圧縮機入切（オン・オフ）情報２４が入（オン）を示し、空気圧縮機１４が空気圧縮動作を行っていれば、機関回転速度８に対する空気圧縮機１４の駆動に要する動力は、その空気圧縮機１４の諸元から空気圧縮機特性４１として既知であるため、機関回転速度８から算出できる。したがって、空気圧縮機入切（オン・オフ）情報２４と空気圧縮機特性４１と機関回転速度８から、空気圧縮機駆動力４２を算出することができる。機関回転速度８と発電電流２６に対する充電発電機１５の駆動に要する動力は、充電発電機１５の諸元から充電発電機特性４３として既知である。したがって、発電電流２６と充電発電機特性４３と機関回転速度８から、充電発電機１５の駆動に要する動力を算出することができる。
【００１５】
補機駆動力算出手段３２は、上記により算出した冷却ファン駆動力４０と、空気圧縮機駆動力４２と、充電発電機駆動力４４を加算することにより補機駆動力４５を算出し、記録する。なお、上記の３種類の補機以外に冷暖房装置など他の補機があれば、その補機駆動に要する動力を加算する。また、上記以外の方法、例えば推進軸３の動力伝達トルク６を検出する方法と同様に、補機駆動軸１６の動力伝達トルクをひずみゲージなどにより検出することにより、補機駆動力４５を算出してもよい。グロス軸出力算出手段２９は、上記のようにして算出した機関のネット軸出力３５と補機駆動力４５を加算することにより機関のグロス軸出力４６を算出し、記録する。
【００１６】
以上のように、本実施例によれば、ディーゼル車両の走行中に、機関に補機が装着している状態での機関の軸出力、いわゆるネット軸出力と、機関回転速度と、機関によって駆動される補機の駆動に要する動力の各検出結果を記録し、その記録をもとに、同車両が走行中あるいは走行後に、補機を装着していない状態での機関の軸出力いわゆるグロス軸出力を算出し、かつ記録することが可能である。
【００１７】
標準状態機関軸出力算出手段３０について、以下に説明する。図３は、標準状態機関軸出力算出手段３０の一実施例を示す系統図である。標準状態機関軸出力算出手段３０は、グロス軸出力算出手段２９により算出した機関のグロス軸出力４６と機関回転速度８と冷却水温度１０と潤滑油温度１２を記録する。前記のように、ディーゼル車両の走行中においては、両温度１０、１２を常に標準状態に保つことは困難であるので、走行中に検出される両温度１０、１２をもとに、機関のグロス軸出力４６を標準状態機関軸出力４７に修正する。例えば、
Ｔ0 ＝ｋ（ｔ1,ｔ2 ）×Ｔ
Ｔ0           ：標準状態機関軸出力４７
Ｔ            ：機関のグロス軸出力４６
ｋ（ｔ1,ｔ2 ）：修正係数４８
ｔ1           ：冷却水温度１０
ｔ2           ：潤滑油温度１２
のように計算し、検出された冷却水温度１０と潤滑油温度１２の関数として、標準状態機関軸出力４７を算出し、記録する。ただし、修正係数４８は、あらかじめその機関あるいは同型の機関で機関性能試験装置により冷却水温度と潤滑油温度を様々に変化させて性能試験を実施し求めておく。
【００１８】
以上のように、本実施例に拠れば、ディーゼル車両の走行中に、機関のグロス軸出力と、機関回転速度と、機関の冷却水温度あるいは同潤滑油温度の各検出結果を記録し、その記録をもとに、同車両が走行中に、同冷却水温度あるいは同潤滑油温度が標準状態となった場合の機関の軸出力を算出し、かつ記録することが可能である。
【００１９】
なお、本発明は機関出力記録装置がディーゼル車両の制御に関する装置、例えば電子ガバナ、変速機制御装置、空転制御装置、速度検出装置、あるいはモニタ装置に付属し、又はこれらの装置を付属していても適用可能である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明により、ディーゼル車両の走行中に得られる補機を装着した状態のディーゼル機関の軸出力あるいは軸トルクから、補機を装着していない状態の軸出力あるいは軸トルクを算出し、また、冷却水温度あるいは潤滑油温度が標準状態となった場合の軸出力あるいは軸トルクを算出することにより、走行中のディーゼル車両のディーゼル機関の軸出力あるいは軸トルクを精度良く測定することができ、このように精度良く検出された軸出力又は軸トルクと所定の軸出力又は軸トルクとを比較することにより、機関の検査・修繕を行う作業者が機関の分解検査を行うか否かの判定を的確に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉄道用ディーゼル車両に本発明を実施した場合の機器構成の１実施例を示す図である。
【図２】グロス軸出力算出手段の一実施例を示す系統図である。
【図３】標準状態機関軸出力算出手段の一実施例を示す系統図である。
【符号の説明】
１  機関
２  変速機
３  推進軸
４  動輪
５  動力伝達トルク検出器
６  動力伝達トルク
７  機関回転速度検出器
８  機関回転速度
９  冷却水温度検出器
１０  冷却水温度
１１  潤滑油温度検出器
１２  潤滑油温度
１３  冷却装置
１４  空気圧縮機
１５  充電発電機
１６  補機駆動軸
１７  冷却ファン
１８  放熱器
１９  充排油式流体継手
２０  冷却ファン入切情報
２１  空気管
２２  空気ダメ
２３  調圧器
２４  空気圧縮機入切情報
２５  蓄電池
２６  発電電流
２７  電流計
２８  機関出力記録装置
２９  グロス軸出力算出手段
３０  標準状態機関軸出力算出手段
３１  ネット軸出力算出手段
３２  補機駆動力算出手段
３３  動力伝達効率
３４  歯車比
３５  ネット軸出力
３６  冷却ファン駆動力算出手段
３７  空気圧縮機駆動力算出手段
３８  充電発電機駆動力算出手段
３９  冷却ファン特性
４０  冷却ファン駆動力
４１  空気圧縮機特性
４２  空気圧縮機駆動力
４３  充電発電機特性
４４  充電発電機駆動力
４５  補機駆動力
４６  グロス軸出力
４７  標準状態機関軸出力
４８  修正係数
【図１】
0003717082.tif 000002
【図２】
0003717082.tif 000003
【図３】
0003717082.tif 000004