(57)【要約】【課題】内燃機関の各部に設置された温度計、圧力計、流量計、振動計などの各検出手段により異常の有無を検知し、異常が見つかった場合にはその異常の種類から総合的に判断して故障箇所と故障内容とを診断する。【解決手段】内燃機関１０の各検出部位にそれぞれ取り付けられた温度、圧力等を検出する各センサ群１〜４と、各センサ１ａ〜４ａより得られる性能データと内燃機関１０が設置された後の正常運転時の運転初期データに基づいて設定された性能データの正常範囲値とを比較することにより、各センサ１ａ〜４ａより得られた性能データが正常範囲値から外れている場合に異常を検知する異常検知部６とを備えており、故障診断部７は、この異常検知部６での検知結果に基づき、異常検知部６による各検知項目と内燃機関１０の各部位の故障名とを対応させた診断マップを用いて内燃機関１０の故障箇所と故障内容とを診断する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の監視診断システムにおいて、
前記内燃機関の各検出部位にそれぞれ取り付けられた温度、圧力等を検出する検出手段と、
前記内燃機関が設置された後の正常運転時の運転初期データに基づいて設定された性能データの正常範囲値を予め格納している正常範囲値データ格納手段と、
前記各検出手段により各検出部位の値を直接的または間接的な手法により検出することによって得られる性能データと前記正常範囲値データ格納手段に格納されている正常範囲値とを比較することにより、前記各検出手段より得られた性能データが正常範囲値から外れている場合に異常を検知する異常検知手段と、
この異常検知手段での検知結果に基づき、前記内燃機関の故障箇所と故障内容とを診断する故障診断手段と、を備えたことを特徴とする監視診断システム。
【請求項２】
前記正常範囲値は、設置される内燃機関の外部環境条件及び機関出力の大きさの関数として前記内燃機関の各検出部位の正常値を数式化し、この数式の係数が前記内燃機関が設置された後の正常運転時の運転初期データから決定されて許容範囲を加味して求めることを特徴とする請求項１に記載の監視診断システム。
【請求項３】
前記各検出手段より得られる性能データの異常検知を行うときに重み付き移動平均処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の監視診断システム。
【請求項４】
前記重み付き移動平均処理は、機関出力の時間変化と前記検出手段より得られる性能データの時間変化を一致させるために、時間遅れの大きい性能データには少ない移動平均数で移動平均処理を行う一方、その正常値計算に用いる出力には大きい移動平均数で移動平均処理を行うことを特徴とする請求項３に記載の監視診断システム。
【請求項５】
前記異常検知手段による各検知項目と前記内燃機関の各部位の故障名とを対応させた診断マップを予め格納している診断マップ格納手段をさらに備えており、
前記故障診断手段は、前記異常検知手段での検知結果に基づき、前記診断マップ格納手段に格納されている診断マップから異常と判断された検知項目を含む故障名を検索し、診断結果として出力することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の監視診断システム。
【請求項６】
前記内燃機関の各部位の故障名とこの故障名に対応する対策情報とを対応させたガイダンスマップを予め格納しているガイダンスマップ格納手段をさらに備えており、
前記故障診断手段は、前記診断マップから検索した故障名に基づき、前記ガイダンスマップから対策情報を抽出し、診断結果としてさらに出力することを特徴とする請求項５に記載の監視診断システム。
【請求項７】
前記故障診断手段は、前記異常検知手段での検知結果に加え、異常と判断された検知項目の性能データの時間変化率の大小を加味することにより、該当する故障名をさらに絞り込むことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の監視診断システム。
【請求項８】
前記検知手段の一つが燃料配管系の圧力を検出する圧力センサであり、前記燃料配管系と前記圧力センサとの間に細孔部を設けることにより、配管内燃料の燃料ポンプの噴射に伴う圧力変動を減衰させて平均的な燃料圧力を検出することを特徴とする請求項１に記載の監視診断システム。
【請求項９】
前記検出手段の一つが前記内燃機関のクランク室に設けられた圧力センサであり、前記クランク室と前記圧力センサとの間に細孔部を設けることにより、前記クランク室内のピストンやクランクの運動に伴う圧力変動を減衰させて平均的なクランク室圧力を検出することを特徴とする請求項１に記載の監視診断システム。
【請求項１０】
前記異常検知手段は、前記圧力センサにより検出されたクランク室圧力と機関外部の大気圧との圧力差に対して、予め求めておいたブローバイガス量と前記圧力差との関係からブローバイガス量を推定して異常を検知することを特徴とする請求項９に記載の監視診断システム。
【請求項１１】
前記検出手段の一つが前記内燃機関のラジエータファンの近傍に設置された温度センサであり、
前記異常検知手段は、前記温度センサによる検出温度と機器外部の空気温度との温度差に基づいて前記ラジエータファンの空気流量を推定して異常を検知することを特徴とする請求項１に記載の監視診断システム。
【請求項１２】
前記異常検知手段と前記故障診断手段とが無線及び／または有線による通信回線を介して接続されており、前記異常検知手段の検知結果が前記通信回線を通じて前記故障診断手段に送信されることを特徴とする監視診断システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の各部に設置された温度計、圧力計、流量計、振動計などの各検出手段により検出される性能データに基づいて内燃機関の各部の異常を検知し故障を診断する監視診断システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の故障を予知する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この故障予知装置は、機関の各部の振動や温度、発生音等を検出するための複数のセンサと、これらの各センサの検出値の変化を予め各種の異常に応じて設定された標準的な変化傾向と比較し、特定の変化傾向の組み合わせと一致する傾向を示している場合にその変化傾向に該当する箇所の異常と判定する判定手段と、この判定手段による判定結果を予知信号として出力する出力手段とを備えている。
【０００４】
このような構成の故障予知装置によれば、例えば振動センサを主軸受メタルに１個、シリンダブロックに２個、ギアケースに１個、排気マニホールドに１個ずつ設け、温度センサを主軸受メタルの裏側と各気筒の排気管に１個ずつ、潤滑油系に１個設け、音センサを機関の近傍に配置する、というように必要な箇所にそれぞれ必要なセンサを取り付けることにより、例えば、主軸受メタルに取り付けられた振動センサと温度センサとによって主軸受メタルの摩耗状態が判定でき、シリンダブロックに取り付けられた振動センサと主軸受メタルに取り付けられた温度センサとによってクランク軸の亀裂の有無を判定でき、ギアケースに取り付けられた振動センサと機関の近傍に配置された音センサとによってねじりダンパの異常の有無が判定できるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３０５３３０４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の故障予知装置では、個々の部位に取り付けられた種々のセンサによって個々の部位の故障の予知は可能であるものの、例えばある部位のセンサによる異常の検知が、他の部位の影響によるものである場合に、他の部位の故障まで予知できる構成とはなっていない。つまり、各部位のセンサが主として各部位の故障を予知するためにだけ使用されており、これら複数のセンサの検知出力を総合的に勘案して、内燃機関の故障箇所や故障内容を総合的に判断することまでは行われていないといった問題があった。
【０００７】
また、各部位の状態をセンサによって直接検出する場合、センサ数が多くなるために必然的にコストアップにつながるといった問題もあった。
【０００８】
さらに、各センサの検出データについても、検出部位やセンサの種類（圧力センサ、温度センサ、振動センサ等の種類）によって個別の問題があり、例えば、燃料供給系に設けられる圧力センサでは、配管内燃料の燃料ポンプの噴射に伴う圧力変動（ディーゼルエンジンでは、燃料フィルタ（ＦＯフィルタ）後の燃料油圧には、スピル（噴射終わりの燃料ポンプからの逆流）により大きな圧力変動がある）を考慮せずに燃料圧力を検出した場合には、誤検知が頻繁に発生することになる。また、機関の排気温度を検出する温度センサでは、機関出力が変化することによる排気温度の変化には時間遅れがあるため、この時間遅れを考慮せずに温度センサによる検出温度（排気温度）を異常検知した場合、機関出力変化と排気温度変化とが対応せず、誤検知が頻繁に発生することになる。そのため、このような誤検知をそのまま放置して故障の判断を行ったのでは、精度の高い異常検知が行えないばかりでなく、誤った故障判断を行ってしまうといった問題が発生する。
【０００９】
本発明は係る問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、内燃機関の各部に設置された温度計、圧力計、流量計、振動計などの各検出手段により検出される性能データに対して、各検出手段の特性等を考慮しつつ予め定められた手法によって異常の有無を検知し、異常が見つかった場合にはその異常の種類から総合的に判断して故障箇所と故障内容とを診断することにより、内燃機関の故障をいち早くかつより精度よく診断することのできる監視診断システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係わる内燃機関の監視診断システムは、内燃機関の各検出部位にそれぞれ取り付けられた温度、圧力等を検出する検出手段と、前記内燃機関が設置された後の正常運転時の運転初期データに基づいて設定された性能データの正常範囲値を予め格納している正常範囲値データ格納手段と、前記各検出手段により各検出部位の値を直接的または間接的な手法により検出することによって得られる性能データと前記正常範囲値データ格納手段に格納されている正常範囲値とを比較することにより、前記各検出手段より得られた性能データが正常範囲値から外れている場合に異常を検知する異常検知手段と、この異常検知手段での検知結果に基づき、前記内燃機関の故障箇所と故障内容とを診断する故障診断手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
このような特徴を有する本発明によれば、正常範囲値データ格納手段に格納される正常範囲値のデータは、実稼働する作業場に内燃機関が設置された後の正常運転時の運転初期データに基づいて設定されている。これにより、各内燃機関の設置状況に応じた適正な正常範囲値が設定されることになり、このように設定された正常範囲値と、圧力センサや温度センサ等の各検出手段より得られた圧力及び温度に関する性能データとを比較することで、その内燃機関の異常検知の精度を上げることが可能となる。
【００１２】
この場合、前記正常範囲値は、設置される内燃機関の外部環境条件（大気温度、気圧、湿度、冷却水温度等）及び機関出力の大きさから前記内燃機関の各検出部位の正常値を数式化し、この数式と前記内燃機関が設置された後の正常時の運転初期データとを用いて計算により求めるように構成される。これにより、内燃機関の設置場所に応じて係数を決めることができるため、正常範囲値をより適正に設定することができる。
【００１３】
また、前記正常値は、重み付き移動平均処理して得られたデータを用いて構成される。この場合、前記重み付き移動平均処理は、機関出力の時間変化と前記検出手段より得られる性能データの時間変化を一致させるように行う。機関出力より時間遅れの大きい（変化の遅い）性能データには少ない移動平均数で移動平均処理を行う一方、その正常値計算に用いる出力には多い移動平均数で移動平均処理を行うように構成する。
【００１４】
すなわち、機関の出力が安定せず、出力の時間変化が大きい場合には、時間遅れのある性能データの正常範囲を、変化の早い出力から単純に上記数式を用いて求めたのでは誤差が大きく、異常検知の精度が落ちることになる。そこで、本発明では、出力変化に比べて時間遅れの大きい（変化の遅い）性能データには少ない移動平均数で移動平均処理を行い、その性能の正常値計算に用いる出力には多い移動平均数で移動平均処理を行うことにより、性能と出力の時間変化を一致させて、出力変化が大きいときの異常検知の精度の向上を図るものである。
【００１５】
この場合、前記異常検知手段による各検知項目と前記内燃機関の各部位の故障名とを対応させた診断マップを予め格納している診断マップ格納手段をさらに備えており、前記故障診断手段は、前記異常検知手段での検知結果に基づき、前記診断マップ格納手段に格納されている診断マップから異常と判断された検知項目を含む故障名を検索し、診断結果として出力することを特徴とする。
【００１６】
このような特徴を有する本発明によれば、予め用意されている診断マップから検知結果に合致する故障名を検索することで、検知結果を総合的に勘案した故障診断が可能となる。
【００１７】
また、前記内燃機関の各部位の故障名とこの故障名に対応する対策情報とを対応させたガイダンスマップを予め格納しているガイダンスマップ格納手段をさらに備えており、前記故障診断手段は、前記診断マップから検索した故障名に基づき、前記ガイダンスマップから対策情報を抽出し、診断結果としてさらに出力することを特徴とする。
【００１８】
このような特徴を有する本発明によれば、予め用意されているガイダンスマップから故障名に対応する対策情報を抽出することで、最終的に修理を完了するまでの作業手順等を現場作業者等に提示することが可能となる。そのため、現場作業者は、特に高度な専門的知識や豊富な経験がなくても、内燃機関を操作できる程度の技量があれば、その故障に対して即座に的確な修理を行うことが可能となる。
【００１９】
さらに、前記故障診断手段は、前記異常検知手段での検知結果に加え、異常と判断された検知項目の性能データの時間変化率の大小を加味することにより、該当する故障名をさらに絞り込む構成としてもよい。
【００２０】
例えば、燃料油圧の低下を検知した場合でも、その変化率が小さい場合（ゆっくりと変化する場合）には、例えば燃料こし器の目詰まりが考えられ、その変化率が大きい場合（急に変化する場合）には、燃料供給管の漏油や破損、燃料フィードポンプの異常や破損等が考えられる。そこで、本発明では、この性能データの時間変化率の大小を加味することで、今まで区別できなかった燃料こし器の目詰なのか、燃料供給管の漏油や破損等なのかを区別することが可能となり、故障診断の精度がさらに向上することになる。
【００２１】
ところで、各検出手段による検出データは、その検出部位やセンサの種類（圧力センサ、温度センサ、振動センサ等の種類）によって個別の問題がある。例えば、燃料供給系に設けられる圧力センサでは、配管内燃料の燃料ポンプの噴射に伴う圧力変動を考慮せずに燃料圧力を検出した場合には、誤検知が頻繁に発生する可能性がある。
【００２２】
そこで、本発明では、前記検知手段の一つが燃料配管系の圧力を検出する圧力センサである場合、前記燃料配管系と前記圧力センサとの間に細孔部を設けることにより、配管内燃料の燃料ポンプの噴射に伴う圧力変動を減衰させて平均的な燃料圧力を検出することを特徴とする。
【００２３】
このような特徴を有する本発明によれば、燃料供給系の燃料油圧の検出の場合、すなわち燃料切れ、燃料フィードポンプ破損、燃料こし器目詰まり、燃料配管破損による燃料漏れなどの燃料系故障を検出する場合に、配管内燃料の燃料ポンプの噴射に伴う圧力変動を減衰させることにより、燃料圧力の検出精度とセンサの耐久性を向上させることができる。
【００２４】
また、本発明では、前記検出手段の一つが前記内燃機関のクランク室に設けられた圧力センサである場合、前記クランク室と前記圧力センサとの間に細孔部を設けることにより、前記クランク室内のピストンやクランクの運動に伴う圧力変動を減衰させて平均的なクランク室圧力を検出することを特徴とする。
【００２５】
このような特徴を有する本発明によれば、クランクケース内圧によるブローバイ検出の場合、すなわちピストンやクランクの焼き付き、リング異常、リングやライナ磨耗大などの故障をクランク室内の圧力により検出する場合に、クランク室内のピストンやクランクの運動に伴う圧力変動を減衰させることにより、クランク室圧力の検出精度とセンサの耐久性を向上させることができる。これにより、異常検知手段は、平均的なクランク室圧力と機器外部の大気圧との圧力差に対して、予め求めておいたブローバイガス量と当該圧力差との関係から、ブローバイガス量を精度良く推定することが可能となり、上記した故障も精度良く診断することが可能となる。
【００２６】
さらに、本発明では、前記検出手段の一つが前記内燃機関のラジエータファンの近傍に設置された温度センサである場合、前記異常検知手段は、前記温度センサによる検出温度と機器外部の空気温度との温度差に基づいて前記ラジエータファンの空気流量を推定して異常を検知することを特徴とする。
【００２７】
このような特徴を有する本発明によれば、ラジエータファンの空気流量の検出の場合、例えば発電機とエンジンとが一体に組み込まれたパッケージ形発電機では、パッケージ外部の空気温度とラジエータの前もしくは後の空気温度との温度差から、ラジエータファンの空気流量を推定して、冷却系の異常を検知する。これは、パッケージ形発電機では、機関やラジエータからの放熱量が空気流量と前記温度差との積に比例することから、この関係を利用して、ラジエータファン損傷、ラジエータ目詰まりなどの故障によって空気流量が低下した場合、空気温度差が増大することを利用するものである。
【００２８】
また、上記構成の監視診断システムは、前記異常検知手段と前記故障診断手段とが無線及び／または有線による通信回線を介して接続されており、前記異常検知手段の検知結果が前記通信回線を通じて前記故障診断手段に送信されるように構成されていてもよい。この場合、前記検出手段、正常範囲値データ格納手段及び異常検知手段を内燃機関側に設け、故障診断手段を遠隔地に設置された情報処理装置に搭載する。これにより、内燃機関の異常情報が遠隔地に設置された情報処理装置で収集及び診断可能となる。ただし、例えば故障診断手段を内燃機関側に設けたり、異常検知手段を情報処理装置側に設けることによって、異常検知手段と故障診断手段を同じ機器内に一体的に組み込むことも可能である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は、本発明の監視診断システムのシステム構成を示す機能ブロック図である。
【００３１】
この監視診断システムは、大別すると、内燃機関及び発電機等の被駆動機（以下、「内燃機関」と称す）１０の検知部位に設けられた各種センサ群１〜４、データ収集部５、異常検知部６、故障診断部７、正常範囲値データ格納部８、診断マップ格納部９ａ、ガイダンスマップ格納部９ｂにより構成されている。
【００３２】
温度センサ群１の各温度センサ１ａは、主軸受メタルの裏側、各気筒の排気管、潤滑油系、冷却水系などの必要箇所に必要個数取り付けられており、圧力センサ群２の各圧力センサ２ａは、主に潤滑油系、冷却水系、吸入空気系、燃料供給系及びシリンダブロックのクランク室などの必要箇所に必要個数取り付けられており、流量センサ群３の各流量センサ３ａは潤滑油系や燃料供給系などの必要箇所に必要個数取り付けられており、振動センサ群４の各振動センサ４ａは、主軸受メタル、シリンダブロック、ギアケース、排気マニホールドなどの必要箇所に必要個数取り付けられている。
【００３３】
このような各センサ群１〜４の取り付け自体は、従来技術でも示しているように、内燃機関の分野においては従来から行われていることであり、特に目新しいことではない。また、これらの各センサ１ａ〜４ａからデータを収集すること自体も従来から行われていることである。ただし、本発明では、後述するように、任意のセンサの検知による性能データの検出方法に工夫を凝らせている。
【００３４】
このような各センサ群１〜４により検出された性能データは、データ収集部５によって収集された後、異常検知部６に送られる。
【００３５】
異常検知部６では、データ収集部５を介して得られる各センサ１ａ〜４ａからの性能データと出力に重み付き移動平均処理して、正常範囲値データ格納部８に格納されている正常範囲値（これについては後述する）とを比較することにより、各センサ１ａ〜４ａより得られた性能データが正常範囲値から外れている場合に異常を検知する。
【００３６】
故障診断部７は、この異常検知部６での検知結果に基づき、診断マップ格納部９ａに格納されている診断マップ（これについては後述する）を参照して、内燃機関１０の故障箇所と故障内容とを診断し、その診断結果を出力する。また、故障診断部７は、診断マップから検索した故障名に基づき、ガイダンスマップ格納部９ｂに格納されているガイダンスマップ（これについても後述する）から対策情報を抽出し、診断結果として出力する。
【００３７】
図２は、本実施形態における内燃機関１０の構造の一例を示している。
【００３８】
本実施形態の内燃機関１０は、エンジン部１１と発電機１２とが筐体２０内に一体に組み込まれたいわゆるパッケージ形発電機である。筐体（パッケージ）２０の右上部には、外部の空気を筐体２０内部に取り入れるための吸入口２１が設けられており、吸入口２１から取り入れられた空気の一部は、エアクリーナ１３を介してエンジン部１１で燃料を燃焼させた後、ターボチャージャ（Ｔ／Ｃ）１４に導かれている。エンジン部１１には、ＦＯポンプ（図示省略）、ＦＯフィルタ、ＬＯ（潤滑油）フィルタ、フィードポンプ（図示省略）、ラジエータなどが収容されているとともに、エンジン部１１のクランクシャフトを介して駆動されるラジエータファン１５が取り付けられており、ラジエータファン１５の下流側の筐体（パッケージ）２０に、内部空気を外部に放出するための導出口２２が設けられている。
【００３９】
−正常範囲値データ格納部８に格納される正常範囲値の説明−
正常範囲値データ格納部８に格納される正常範囲値のデータは、内燃機関１０が設置された後の正常運転時の運転初期データに基づいて設定される。すなわち、内燃機関１０は、設置場所や設置環境等によって正常運転時に得られる運転データが異なる。例えば、冬の厳しい北海道で使用する場合と、夏の暑い沖縄で使用する場合とでは、正常運転時に得られる運転データは当然に異なることになる。そのため、本発明では、正常範囲値データ格納部８に格納する正常範囲値のデータを、内燃機関１０を設置した後の正常運転時に得られる運転初期データに基づいて設定する。これにより、内燃機関１０の設置状況に応じた適正な正常範囲値が設定されることになる。
【００４０】
この正常範囲値の設定方法を、内燃機関１０の排気温度と機関出力との関係に着目して具体的に説明する。
【００４１】
この正常範囲値のデータは、設置される内燃機関１０の外部環境条件（大気温度、気圧、湿度、冷却水温度等）と内燃機関１０の出力の大きさとに基づいて、正常値を、下式（１）〜（４）のように数式化する。
【００４２】
【数１】
2004353618.tif 000003
【００４３】
そして、この数式（１）〜（４）と、内燃機関１０が設置された後の正常運転時の運転初期データとを用いて正常値を計算により求め、適正な許容値を考慮して、正常範囲幅を設定する。これにより、内燃機関１０の設置場所に応じて係数を決めることができるため、正常範囲値（正常範囲幅）をより適正に設定することができる。
【００４４】
なお、この正常範囲値による異常検知の手法については、上記で説明した内燃機関１０の排気温度に限らず、給気圧力、冷却水の温度及び圧力、海水の圧力、潤滑油の温度及び圧力、燃料油の圧力及び流量など検出する大部分のデータに適用する。
【００４５】
−異常検知部６の説明−
図３は、内燃機関１０の正常運転時に得られる運転初期データの一例であり、排気温度（℃）と内燃機関１０の出力（ｋＷ）との関係を示している。従来は、最大出力に対する排気温度を基に上限温度を設定し、この上限温度を超えたときに異常と判断していたが、本実施形態では、この運転初期データを、上記数式（１）〜（４）に当てはめて正常範囲値（正常範囲幅）を計算している。
【００４６】
図４は、計算により求めた正常範囲値（図中、斜線を付して示す幅）を図３に示す運転初期データに重ね合わせて示したグラフである。すなわち、本実施形態の異常検知部６では、内燃機関１０の出力（以下、「機関出力」ともいう。）に対して、排気温度がその機関出力に対する正常範囲値（斜線部分）内にある場合には正常と判断し、この正常範囲値を超えた場合に異常を検知する。
【００４７】
＜重み付き移動平均の説明＞
ここで、機関出力が安定せず、出力の時間変化が大きい場合には、時間遅れのある性能データの正常範囲値を、変化の早い出力から単純に上記数式（１）〜（４）を用いて求めたのでは誤差が大きく、異常検知の精度が落ちることになる。そこで、本実施形態では、次のようにして異常検知の精度向上を図っている。
【００４８】
すなわち、温度センサ１ａより得られる性能データと、それの正常値計算に用いる出力に重み付き移動平均処理して得られたデータを用いている。この場合、重み付き移動平均処理は、温度センサ１ａより得られる性能データと出力の時間変化を一致させるように設定する。出力に対して時間遅れの大きい（変化の遅い）性能データには少ない移動平均数で移動平均処理を行う一方、正常値計算に用いる出力は多い移動平均数で移動平均処理を行うように構成する。このように性能と出力の時間変化を一致させることで、正常範囲の誤差を少なくし、異常検知の精度の向上を図っている。
【００４９】
図５は、機関出力（ｋＷ）と排気温度のタイミングチャートを示している。負荷変動の大きい機関出力に対して性能データである排気温度は時間遅れのあるデータとなっている。時間遅れは、特にエンジンの起動時と停止時に（すなわち、過渡状態において）顕著に現れる。そのため、エンジンの起動時や停止時も含めて、出力変化の大きい過渡状態では、この時間遅れを考慮しなければ、正しい異常検知が行えない。
【００５０】
図６は、図５に示すグラフで負荷変動の大きい時の機関出力と排気温度との関係（図５中、破線で囲んだ部分）を時間軸を拡大して示したものであり、移動平均処理を行う前の状態である。因みに、図中の移動平均（出力：１，排温：１）とは、出力も排気温度も移動平均処理を行っていない（すなわち、出力及び排気温度共に移動平均数＝１）ことを示している。ここで、上記数式（１）〜（４）を用いて計算した機関出力に対する排気温度の正常範囲値（正常範囲幅）は、図６に細い実線の波形幅で示すように、機関出力の変動に応じて不規則に変動している。そして、このグラフに、排気温度を検出する温度センサにより検知された排気温度データ（図中、符号８１により示す）を重ね合わせると、排気温度に異常が無くても、図中の丸囲み部分及び黒丸部分で排気温度データが正常範囲値からはみ出す結果、この部分で異常を検知（誤検知）してしまうことになる。
【００５１】
これに対し、図７は、機関出力及び排気温度の両方を、同数（出力及び排気温度共に同じ移動平均数）で移動平均処理を行った結果を示している。移動平均処理を行った結果、排気温度の実測データ８１と出力の変化が平均化され、図６に示した場合に比べて誤検知の回数が減っている。しかしながら、このような性能と出力の同数の移動平均処理では、両者の時間変化は一致せず、図中の黒丸部分で排気温度データ８１が正常範囲値からはみ出す結果、この部分で異常を検知（誤検知）することになる。
【００５２】
これに対し、図８は、機関出力及び排気温度の両方を、異なる数（出力の移動平均数＝６０、排気温度の移動平均数＝１）で移動平均処理を行った結果を示している。このような重み付き移動平均処理を行った結果、排気温度の実測データと正常範囲値の変化の時間遅れがほぼ一致したものとなっており、図７に示した場合に比べて異常検知の精度が大きく改善され、誤検知の回数が０回となっており、出力変動が大きいときの異常検知の精度が向上している。なお、図８には移動平均処理をしていない機関出力（符号９８により示す）も参考に示している。
【００５３】
因みに、図９は別の事例を示しており、エンジン起動時の機関出力と排気温度との関係を示したものである。
【００５４】
図１０は図９の起動時（破線で囲んだ部分）を時間軸を拡大して示しており、機関出力及び排気温度の両方を、同数（出力及び排気温度共に移動平均数＝１０）で移動平均処理を行った結果を示している。この場合、図中の白丸部分８３で排気温度データ８２が正常範囲値からはみ出す結果、この部分で異常を検知（誤検知）してしまうことになる。
【００５５】
これに対し、図１１は、機関出力及び排気温度を、重み付き移動平均処理（出力の移動平均数＝２０、排気温度の移動平均数＝１）で移動平均処理を行った結果を示している。このように重み付き移動平均処理を行った結果、正常範囲値の変化が排気温度の実測データ８２の時間遅れを考慮したものとなっている。つまり、図１０に示した場合に比べて異常検知の精度が大きく改善されて誤検知の回数が０回となっており、異常検知の精度が向上している。
【００５６】
＜性能データの検出に関する本実施形態の説明＞
（１）燃料供給系の燃料油圧の検出
燃料供給系に設けられる圧力センサ２ａでは、配管内燃料の燃料（ＦＯ）ポンプの噴射に伴う圧力変動を考慮せずに燃料圧力を検出した場合には、誤検知が頻繁に発生することになる。
【００５７】
図１２は、図２に示すエンジン部１１の燃料供給系の概略図である。
【００５８】
燃料供給系は、図示しない燃料タンクと燃料ポンプ（ＦＯポンプ）３１に設けられたフィードポンプ３２の入力側とが第１配管３４によって接続され、フィードポンプ３２の出力側とＦＯフィルタ３３の入力側とが第２配管３５によって接続され、ＦＯフィルタ３３の出力側とＦＯポンプ３１の入力側とが第３配管３６によって接続されている。そして、ＦＯポンプ３１の出力側が第４配管３７を介して図示しない燃料タンクに接続された構成となっている。
【００５９】
このような構成の燃料供給系においては、任意の配管（例えば、第３配管３６）に燃料油圧を測定するための圧力センサ２ａが取り付けられている。しかしながら、ＦＯフィルタ３３後の燃料油圧には、スピルにより大きな圧力変動がある。そのため、この圧力変動が原因で、圧力測定の精度が低下し、圧力センサ２ａの寿命も低下することになる。
【００６０】
そこで、本実施形態では、ＦＯフィルタ３３直後の第３配管３６部分を分岐して、絞りφ０．３の圧力取出管３８を接続し、この圧力取出管３８に圧力センサ２ａを接続している。すなわち、圧力取出管３８に絞りφ０．３の細孔部３８ａを設けることにより、配管内燃料の燃料ポンプ３１の噴射に伴う圧力変動を減衰させて平均的な燃料圧力を測定する構成としている。
【００６１】
図１３は、圧力センサ２ａによって配管内の燃料油圧を測定した結果の一例を示している。圧力取出管３８に細孔部３８ａを設けない場合には、図中符号９１で示すように、０．２〜０．４ＭＰａの範囲で圧力変動が生じているが、絞りφ０．３の細孔部３８ａを設けた場合、図中符号９２で示すように、圧力変動が改善されており、平均的な燃料圧力の測定が可能となっている。この例では、絞りφ０．３の細孔部３８ａを圧力取出管３８に設けることで、圧力変動を０．０２ＭＰａ以下に低減できている。このように、配管内燃料の燃料ポンプ３１の噴射に伴う圧力変動を減衰させることにより、燃料圧力の検出精度と圧力センサ２ａの耐久性を向上させることができる。
【００６２】
（２）クランク室内圧によるブローバイ検出
エンジン１１のクランク室の圧力を測定する圧力センサ２ａでは、クランク室内のピストンやクランクの運動に伴う圧力変動を考慮せずにクランク室圧力を検出した場合には、誤検知が頻繁に発生することになる。
【００６３】
図１４は、クランク室の圧力を測定する系の概略図であり、本発明の一例として、エンジン１１の図示しないクランク室への給油口４１部分を分岐して、絞りφ０．２の圧力取出管４２を接続し、この圧力取出管４２に圧力センサ２ａを接続している。すなわち、圧力取出管４２に絞りφ０．２の細孔部４２ａを設けることにより、クランク室内のピストンやクランクの運動に伴う圧力変動を減衰させて平均的なクランク室圧力を測定する構成としている。
【００６４】
図１５は、圧力センサ２ａによってクランク室の圧力を測定した結果を示している。圧力取出管４２に細孔部４２ａを設けない場合には、図中符号９５で示すように、０．０〜０．９ｋＰａの範囲で圧力変動が生じているが、絞りφ０．２の細孔部４２ａを設けた場合には、図中符号９６で示すように、圧力変動が改善されており、平均的なクランク室圧力の測定が可能となっている。このように圧力変動を減衰させることにより、クランク室圧力の検出精度と圧力センサ２ａの耐久性を向上させることができる。
【００６５】
これにより、異常検知部６は、図１６に示すように、平均的なクランク室圧力と機器外部の大気圧との圧力差に対して、予め求めておいたブローバイガス量と当該圧力差との関係から、ブローバイガス量を精度良く推定することが可能となり、後述する故障診断部７での故障診断も精度良く行うことができる。
【００６６】
（３）ラジエータファンの空気流量の検出
内燃機関１０のラジエータファン１５（図２参照）の空気流量の検出の場合、図２に示すパッケージ形発電機では、パッケージ外部の空気温度とラジエータファン１５の前もしくは後に設置された温度センサ１ａにより検出された空気温度との温度差から、ラジエータファン１５の空気流量を推定して、冷却系の異常を検知する。これは、パッケージ形発電機では、内燃機関１０自体やラジエータからの放熱量が空気流量と前記温度差との積に比例する（空気温度差×空気流量∝（機関＋発電機）放熱量）ことから、この関係を利用して、ラジエータファン損傷、ラジエータ目詰まりなどの故障によって空気流量が低下した場合、空気温度差が増大することを利用するものである。
【００６７】
図１７は、空気温度差から冷却系の異常を検知する様子を示したグラフであり、この例では、空気流量が低下して空気温度差が８℃を超えると（図中、丸で囲んだ部分）、冷却系の異常と判断している。すなわち、ラジエータファン１５の損傷やラジエータ目詰まりなどの故障が発生していると考えられる。
【００６８】
異常検知部６での処理を以上のように構成することにより、より精度の高い異常検知が可能であり、次段の故障診断部７に正確な異常検知データを提供することができ、故障診断部７での診断精度を向上させることができる。
【００６９】
なお、上記で説明した以外の異常検知処理については、内燃機関１０に関して従来から行われている異常検知処理を本発明においても利用することができるので、ここでは上記以外の他のセンサ（温度センサ、圧力センサ、振動センサ、流量センサ）の性能データによる異常検知処理については説明を省略する。
【００７０】
−故障診断部７の説明−
故障診断部７は、異常検知部６による各検知項目と内燃機関１０の各部位の故障名とを対応させた診断マップ格納部９ａに格納されている診断マップを用いて故障診断を行うとともに、内燃機関の各部位の故障名とこの故障名に対応する対策情報とを対応させたガイダンスマップ格納部９ｂに格納されているガイダンスマップを用いて診断結果を出力する。
【００７１】
図１８は、診断マップのデータ構成例を示している。
【００７２】
この診断マップは、縦の項目に故障名を列挙し、横の項目に異常検知名を列挙して、異常検知名から推定される故障名の箇所に丸印を付したデータ構成となっている。
【００７３】
ここで、異常検知名の各項目に記載されている内容の意味については、図１９に一覧形式でまとめている。
【００７４】
故障診断部７は、異常検知部６での検知結果に基づき、診断マップ格納部９ａに格納されている診断マップから、異常と判断された検知項目を含む故障名を検索し、これを診断結果として出力する。
【００７５】
具体的には、図１８に示す診断マップを参照すると、例えば異常検知項目が「排気偏温大」、「燃料油圧低」、「燃料流量大」の３項目である場合には、故障名として「燃料供給管漏油・破損」を特定し、異常検知項目が「排気偏温大」、「燃料油圧低」の２項目である場合には、故障名として「燃料供給管漏油・破損」、「燃料フィードポンプ異常・破損」、「燃料こし器目詰まり」の３つが選択される。
【００７６】
このように、本実施形態の故障診断部７は、予め用意されている診断マップから、異常検知部６の検知結果に合致する故障名を検索することで、検知結果を総合的に勘案した故障診断を行っている。
【００７７】
また、故障診断部７では、異常検知部６での検知結果に加え、異常と判断された検知項目の性能データの時間変化率の大小を加味することにより、該当する故障名をさらに絞り込む構成としている。
【００７８】
例えば、燃料油圧の低下を検知した場合でも、その変化率が小さい場合（ゆっくりと変化する場合）には、例えば燃料こし器の目詰まりが考えられ、その変化率が大きい場合（急に変化する場合）には、燃料供給管の漏油や破損、燃料フィードポンプの異常や破損等が考えられる。なお、図１８では、変化率が大きい故障名を○、小さい故障名を●で示している。
【００７９】
このように、性能データの時間変化率の大小を加味することで、今まで区別できなかった燃料こし器の目詰なのか、燃料フィードポンプの漏油や破損等なのかを区別することが可能となり、故障診断の精度がさらに向上することになる。
【００８０】
図２０（ａ）〜（ｃ）は、ガイダンスマップのデータ構成例を示している。
【００８１】
このガイダンスマップは、個々の故障名ごとにその対策情報を格納したものであり、不良要因、点検、修理・整備の各項目からなっている。
【００８２】
故障診断部７は、診断マップから検索した故障名に基づき、ガイダンスマップから対策情報を抽出し、診断結果として出力する。
【００８３】
具体的には、図２０に示すガイダンスマップを参照すると、診断マップから検索された故障名が例えば「燃料供給管漏油・破損」の場合（同図（ａ）参照）、その不良要因としては、「継手部シール不良」、「振動大による折損」、「スピル圧大による破損」とが対応付けられており、そのときの点検方法として、「管継手ボルトの緩み」、「管継手部パッキンの破損」、「燃料配管の振動大、亀裂」、「スピル圧の過大」、「燃料配管の振動大、亀裂」がそれぞれに対応付けられており、その修理・整備方法として、「増し締め」、「パッキン交換」、「振れ止め増強、配管交換」、「圧力低減装置設置：減衰弁など」、「燃料配管の補強・振止め、交換」がそれぞれに対応付けられている。診断結果として出力するのは、このような一覧表そのものを図示しない表示部に表示し、またはプリンタ等の出力手段から印字出力するようにしてもよいし、不良要因からさらに絞り込んだ内容のみを表示または印字出力するようにしてもよい。この場合、各表の上部に記載されている「異常内容、異常検知、最終状態」といった内容も合わせて表示または印字出力してもよい。ただし、出力形態としては、このような一覧表形式に限るものではなく、必要に応じて種々の形態に加工することが可能である。
【００８４】
なお、上記実施形態では、診断マップとガイダンスマップを別ファイルとして構成し、別々の格納部９ａ，９ｂに格納しているが、診断／ガイダンスマップとして１つのファイルで構成し、１つの格納部に格納することが可能である。
【００８５】
−本発明の監視診断システムの他の実施形態−
図２１は、本発明の監視診断システムの他の実施形態を示している。
【００８６】
この監視診断システムは、図１に示す異常検知部６と故障診断部７とが無線及び／または有線による通信回線（例えば、パケット通信網等）Ｎを介して接続されており、異常検知部６の検知結果が通信回線Ｎを通じて故障診断部７に送信される構成となっている。具体的には、データ収集部５、異常検知部６、正常範囲値データ格納部８が内燃機関１０とともに例えば船舶等１０１に搭載されており、故障診断部７、診断マップ格納部９ａ、ガイダンスマップ格納部９ｂが遠隔地の例えばサービスセンターＳＳに設置されたパソコン等の情報処理装置１０２に搭載されている。これにより、内燃機関１０の異常情報が遠隔地に設置された情報処理装置１０２で収集可能となり、内燃機関１０の診断が遠隔地のサービスセンターＳＳで可能となる。サービスセンターＳＳでは、情報処理装置１０２により内燃機関１０の診断、チェックを行って内燃機関１０を常に監視し、その診断結果に基づいてメンテナンスや修理等の各種のサービスを提供する。
【００８７】
【発明の効果】
本発明の故障診断システムによれば、正常範囲データ格納手段に格納される正常範囲値のデータは、内燃機関が設置された後の正常運転時の運転初期データに基づいて設定されている。これにより、各内燃機関の設置状況に応じた適正な正常範囲値が設定されることになり、このように設定された正常範囲値と、圧力センサや温度センサ等の各検出手段より得られた圧力及び温度に関する性能データとを比較することで、その内燃機関の異常検知精度が向上し、故障箇所や故障内容をより精度よく診断することができる。
【００８８】
この場合、正常範囲値は、設置される内燃機関の外部環境条件（大気温度、気圧、湿度、冷却水温度等）及び機関出力の大きさから内燃機関の各検出部位の正常値の範囲幅を数式化し、この数式と内燃機関が設置された後の正常運転時の運転初期データとを用いて計算により求めるように構成したので、内燃機関の設置場所に応じて係数を決めることができるため、正常範囲値をより適正に設定することができる。
【００８９】
また、異常検知部において、各検出手段より得られる性能データを重み付き移動平均処理して得られたデータを用いるように構成するとともに、検出手段より得られる性能データのうち、出力変化より時間遅れの大きい（変化の遅い）性能データには少ない移動平均数で移動平均処理を行う一方、その性能の正常範囲を求める出力には多い移動平均数で移動平均処理を行う構成としている。これにより、出力変動の大きい場合の異常検知の精度を向上させることができる。
【００９０】
この場合、異常検知手段による各検知項目と内燃機関の各部位の故障名とを対応させた診断マップを予め格納している診断マップ格納手段をさらに備えており、故障診断手段は、異常検知手段での検知結果に基づき、診断マップから異常と判断された検知項目を含む故障名を検索する構成としている。このように、予め用意されている診断マップから検知結果に合致する故障名を検索することで、検知結果を総合的に勘案した精度の高い故障診断を行うことができる。
【００９１】
また、内燃機関の各部位の故障名とこの故障名に対応する対策情報とを対応させたガイダンスマップを予め格納しているガイダンスマップ格納手段をさらに備えており、故障診断手段は、診断マップから検索した故障名に基づき、ガイダンスマップから対策情報を抽出し、診断結果としてさらに出力する構成としている。このように、予め用意されているガイダンスマップから故障名に対応する対策情報を抽出することで、最終的に修理を完了するまでの作業手順等を現場作業者等に提示することが可能となる。そのため、現場作業者は、特に高度な専門的知識や豊富な経験がなくても、内燃機関を操作できる程度の技量があれば、その故障に対して即座に的確な修理を行うことが可能となる。
【００９２】
さらに、故障診断手段は、異常検知手段での検知結果に加え、異常と判断された検知項目の性能データの時間変化率の大小を加味して故障診断を行う構成としている。これにより、該当する故障名をさらに絞り込むことができ、故障診断の精度をより向上させることができる。
【００９３】
また、検知手段の一つが燃料配管系の圧力を検出する圧力センサである場合、燃料配管系と圧力センサとの間に細孔部を設けることにより、配管内燃料の燃料ポンプの噴射に伴う圧力変動を減衰させて平均的な燃料圧力を検出することで、燃料圧力の検出精度とセンサの耐久性を向上させることができる。
【００９４】
また、検出手段の一つが内燃機関のクランク室に設けられた圧力センサである場合、クランク室と圧力センサとの間に細孔部を設けることにより、クランク室内のピストンやクランクの運動に伴う圧力変動を減衰させて平均的なクランク室圧力を検出することで、クランク室圧力の検出精度とセンサの耐久性を向上させることができる。
【００９５】
また、検出手段の一つが内燃機関のラジエータファンの近傍に設置された温度センサである場合、異常検知手段は、温度センサによる検出温度と機器外部の空気温度との温度差に基づいてラジエータファンの空気流量を推定して異常を検知する構成としている。これにより、例えば発電機とエンジンとが一体に組み込まれたパッケージ形発電機では、パッケージ外部の空気温度とラジエータの前もしくは後の空気温度との温度差から、ラジエータファンの空気流量を推定して、冷却系の異常を検知することができる。
【００９６】
また、本発明の監視診断システムは、異常検知手段と故障診断手段とが無線及び／または有線による通信回線を介して接続されており、異常検知手段の検知結果が通信回線を通じて故障診断手段に送信される構成としてもよい。これにより、内燃機関の異常情報が遠隔地に設置された情報処理装置に搭載された故障診断手段によって診断可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の監視診断システムのシステム構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本実施形態における内燃機関の一例を示す概略構成図である。
【図３】内燃機関の正常運転時に得られる運転初期データの一例を示すグラフである。
【図４】計算により求めた正常範囲値を図３に示す運転初期データに重ね合わせて示したグラフである。
【図５】機関出力（ｋＷ）と排気温度との関係を示すタイミングチャートである。
【図６】図５に示すグラフの負荷変動の大きい時の機関出力と排気温度との関係を時間軸を拡大して移動平均処理していない状態で異常検知した場合のグラフである。
【図７】機関出力及び排気温度の両方を、同数の移動平均処理を行った結果を示すグラフである。
【図８】機関出力及び排気温度を異なる移動平均数として重み付き移動平均処理を行った結果を示すグラフである。
【図９】図５に示すグラフとは異なる事例の機関起動時の機関出力と排気温度との関係を示したグラフである。
【図１０】機関出力及び排気温度の両方を、同数で移動平均処理を行った結果を示すグラフである。
【図１１】機関出力及び排気温度の両方を、重み付き移動平均処理を行った結果を示すグラフである。
【図１２】エンジン部の燃料供給系の概略図である。
【図１３】圧力センサによって配管内の燃料油圧を測定した結果を示すグラフである。
【図１４】クランク室の圧力を測定する系の概略図である。
【図１５】圧力センサによってクランク室の圧力を測定した結果を示すグラフである。
【図１６】クランク室圧力とブローバイガス量との関係を示すグラフである。
【図１７】空気温度差から冷却系の異常を検出する様子を示したグラフである。
【図１８】診断マップのデータ構成例を示す説明図である。
【図１９】異常検知名の各項目に記載されている内容の意味を一覧形式でまとめた説明図である。
【図２０】ガイダンスマップのデータ構成例を示す説明図である。
【図２１】本発明の監視診断システムの他の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  温度センサ群
１ａ  温度センサ
２  圧力センサ群
２ａ  圧力センサ
３  流量センサ群
３ａ  流量センサ
４  振動センサ群
４ａ  振動センサ
５  データ収集部
６  異常検知部
７  故障診断部
８  正常範囲値データ格納部
９ａ  診断マップ格納部
９ｂ  ガイダンスマップ格納部
１０  内燃機関
１１  エンジン部
１２  発電機
１３  エアクリーナ
１４  ターボチャージャ（Ｔ／Ｃ）
１５  ラジエータファン
２０  筐体
２１  吸入口
２２  導出口
３１  燃料ポンプ（ＦＯポンプ）
３２  フィードポンプ
３３  ＦＯフィルタ
３４  第１配管
３５  第２配管
３６  第３配管
３７  第４配管
３８  圧力取出管
３８ａ  細孔部（絞りφ０．３）
４１  給油口
４２  圧力取出管
４２ａ  細孔部（絞りφ０．２）
【図１】
2004353618.tif 000004
【図２】
2004353618.tif 000005
【図３】
2004353618.tif 000006
【図４】
2004353618.tif 000007
【図５】
2004353618.tif 000008
【図６】
2004353618.tif 000009
【図７】
2004353618.tif 000010
【図８】
2004353618.tif 000011
【図９】
2004353618.tif 000012
【図１０】
2004353618.tif 000013
【図１１】
2004353618.tif 000014
【図１２】
2004353618.tif 000015
【図１３】
2004353618.tif 000016
【図１４】
2004353618.tif 000017
【図１５】
2004353618.tif 000018
【図１６】
2004353618.tif 000019
【図１７】
2004353618.tif 000020
【図１８】
2004353618.tif 000021
【図１９】
2004353618.tif 000022
【図２０】
2004353618.tif 000023
【図２１】
2004353618.tif 000024