(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶等の内燃機関の出力軸とプロペラシャフトが緩衝継ぎ手を介して直結させて内燃機関の駆動力をプロペラに伝達するタイプにおける内燃機関の継ぎ手構造の診断方法において、
前記内燃機関の回転数とともに、各シリンダから筒内圧力を検出し、
前記各シリンダ毎の筒内圧力値が前記検出した回転数に対応する正常下限レベル以下であるか否かを判別し、正常下限レベル以下の場合に非正常シリンダとして判別した後、
前記非正常シリンダの筒内圧力を前記検出した回転数に対応するトルク変動値に換算し、該換算したトルク変動値と、予め設定された前記検出した回転数に対応する継ぎ手の許容トルクレベルとを比較し、前記トルク変動値が許容トルクレベルを越えているか否かを判別するとともに、
前記トルク変動値が、前記検出した回転数に対応する予め設定された正常なシリンダの筒内圧力値と非正常シリンダの筒内圧力の差分とシリンダ断面積の積により算出される力にさらにクランクアーム長を乗ずることにより換算された値であることを特徴とする内燃機関の継ぎ手構造の診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の非正常シリンダと継ぎ手構造の診断方法に係り、特に船舶等の内燃機関の出力軸とプロペラシャフトが緩衝継ぎ手を介して直結させて内燃機関の駆動力をプロペラに伝達するタイプにおける内燃機関の継ぎ手構造の診断方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、船舶等ではディーゼル機関の出力軸（主軸）にゴム継ぎ手を介してプロペラシャフト（被駆動軸）が連結され、この継ぎ手により出力軸からプロペラシャフトに駆動トルクを伝達してプロペラを駆動するように構成され、前記継ぎ手としてゴム継ぎ手を採用することにより、機関のトルク変動を吸収してプロペラシャフトの円滑な回転を行わせるように構成している。即ちこのゴム継ぎ手により、エンジンの断続的な爆発、例えばシリンダ毎のミス着火、または、シリンダの筒内圧の異常な変動等に起因して発生するトルク変動等を吸収しているが、かかる構成でゴム継ぎ手に許容トルク以上の過大なトルク変動が繰返し作用すると、ゴム継ぎ手に割れなどが発生し損傷し、また同様に過大なトルク変動によるゴム内発熱により、ゴム継ぎ手が噴破してしまうという場合がある。
【０００３】
この為、従来のディーゼル機関ゴム継ぎ手のトルク変動計測方法として、ゴム継ぎ手の入力側（主軸）と出力側（フロペラシャフト）の回転軸から回転に対応したパルスを検出し、該主軸とフロペラシャフトとの回転差、即ち回転の“ずれ”を求め、この”ずれ”に基づいてトルク変動量を算出する技術が存在する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前記回転の“ずれ”を求める方法では、主な変動原因である筒内圧力若しくはそのバラツキとの関連付けは出来ず、信頼性が低い為に常設されておらず、また装置として複雑化を余儀なくされるので、高価となってしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明者等は、正常なシリンダの筒内圧力のカーブをプロトタイプカーブとした場合に、ゴム継ぎ手を有するディーゼル機関では、未着火シリンダ若しくは、プロトタイプカーブよりずれた異常な筒内圧力波形のシリンダによるトルク変動あるいはゴム継ぎ手へのパワーロスがゴム継ぎ手の損耗に大きく影響を与えることに着目し、この未着火あるいは異常な筒内圧力波形を検出することができれば、発生する過大なトルク変動の大きさと頻度により、ゴム継ぎ手の劣化程度を判断する劣化判断情報を得ることができ、この劣化判断情報に基づいてゴム継ぎ手の正常／非正常を表示すれば、ゴム継ぎ手の劣化若しくは損耗状態の診断が可能となることを見出した。
しかし、現状では、各シリンダにおける未着火あるいは異常な筒内圧力波形を検出する装置が提供されていないため、ゴム継ぎ手の劣化に対する有効な情報を取り出すことができない。
【０００６】
そこで本発明はかかる課題に鑑み、各シリンダにおける未着火あるいは異常な筒内圧力波形を容易に検出し得る診断方法を知見することが出来、かかる知見に基づいて特に船舶等の内燃機関の出力軸とプロペラシャフトが緩衝継ぎ手を介して直結させて内燃機関の駆動力をプロペラに伝達するタイプにおける内燃機関の継ぎ手構造の診断方法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】
本発明は、船舶等の内燃機関の出力軸とプロペラシャフトが緩衝継ぎ手を介して直結させて内燃機関の駆動力をプロペラに伝達するタイプにおける内燃機関の継ぎ手構造の診断方法において、
前記内燃機関の回転数とともに、各シリンダから筒内圧力を検出し、
前記各シリンダ毎の筒内圧力値が前記検出した回転数に対応する正常下限レベル以下であるか否かを判別し、正常下限レベル以下の場合に非正常シリンダとして判別した後、
前記非正常シリンダの筒内圧力を前記検出した回転数に対応するトルク変動値に換算し、該換算したトルク変動値と、予め設定された前記検出した回転数に対応する継ぎ手の許容トルクレベルとを比較し、前記トルク変動値が許容トルクレベルを越えているか否かを判別するとともに、
トルク変動値が、前記検出した回転数に対応する予め設定された正常なシリンダの筒内圧力値と非正常シリンダの筒内圧力の差分とシリンダ断面積の積により算出される力にさらにクランクアーム長を乗ずることにより換算された値であることを特徴とする。
【０００８】
そして前記発明によれば、内燃機関の非正常シリンダを判別した後、トルク変動値が許容トルクレベルを越えていると判別した場合は、管理者は、例えば、対応するシリンダの燃料噴射装置の保守点検、燃料噴射時期の進角、遅角、吸気弁、排気弁の開閉時期、開閉量等を調節し、全てのシリンダの燃焼条件を整えることにより、緩衝継ぎ手の損耗を防止出来る。
【０００９】
なお、上記検出した回転数に対応する正常下限レベルとは、機関の各気筒に供給する燃料噴射装置の燃料噴射時期が適正で且つ各気筒の吸気弁、排気弁の開閉タイミングが適正で、正常に着火したときのシリンダの正常下限レベルをいう。
【００１０】
前記の船舶等のディーゼル機関では筒内での燃料の爆発によるピストンの直線運動をクランク軸を介して回転運動による力として出力しているため、筒内標準圧力が大きい方が回転数が大きくなり、また、回転数が高いと、単位時間当たりに出力される力（トルク）が大きくなり、負荷も大きくなる。
従って前記筒内圧力の基準レベルは回転数に対応して設定される。
【００１１】
又、前記検出した回転数に対応する継ぎ手の許容トルクレベルはトルク変動を縦軸、機関回転数を横軸として表されるトルク変動波形の、通常波形よりの偏差評価及び、予め実験にて測定しておくゴム継ぎ手の負荷トルクと発熱の関係より、継ぎ手部の発熱度合いなどを評価して回転数に対応して設定される。
又トルク変動値は、正常なシリンダの筒内圧力と未着火（非正常）シリンダの筒内圧力の差分とシリンダ断面積の積により算出される力に更にクランクアーム長を乗ずることによりトルクとして得られたものがトルク変動値となる。
【００１２】
又、前記緩衝継ぎ手には、ゴム弾性によりトルク変動を吸収するゴム継ぎ手の他、円周方向にばねを装着し、ばねとその両端に設けられた半円形の受座によって駆動軸と被動軸のトルク伝達を行うようにした緩衝継ぎ手等も含む。
【００１３】
次に本発明を詳細に説明する。
本発明は各シリンダの筒内圧変動を検知してミス着火若くは、着火不揃い発生時に起きる非正常シリンダのトルク変動を把握し、これに基づいて緩衝継ぎ手の損耗状態を診断することを要旨とする。
【００１４】
従来はゴム継ぎ手前後の回転軸のずれを計測するが、本発明ではゴム継ぎ手損耗の原因となるトルク変動は機関内のシリンダの未着火或いは筒内圧力不揃いの影響が大であるために、稼動中の機関の未着火あるいは、筒内圧のバラツキを検知し、ゴム継ぎ手に加わる、トルク変動を縦軸、機関回転数を横軸として表わせられるトルク変動波形の通常波形よりの偏差を常時把握、評価している。
そして前記トルク変動値が正常か、設定範囲を超えるかの判定を行ない、変動値の表示を行なう。判定基準は予め軸系ねじり振動計算等により評価しておくことも可能である。
【００１５】
又、機関の未着火あるいは筒内圧力不揃いシリンダの表示も同時に行ない、非正常の判別とすることも可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図２はディーゼル機関に緩衝継ぎ手を介してプロペラシャフトを取り付けた本発明の実施形態たるシステム構成図で、図中、１はディーゼル機関本体、１Ａは機関１から出力を取り出す出力軸、２はゴム継ぎ手である。３はプロペラシャフトで、機関出力軸１Ａの回転出力をゴム継ぎ手２を介してプロペラシャフト３を駆動し、このプロペラシャフト３の回転によりプロペラ４を回転し推進力を得る。
【００１７】
そして９はコンピュータ等からなる信号処理警報表示部で、機関操作盤に既設された回転数計５より検出された機関の実回転数（機関負荷に相当）信号をバイパスさせて取込むと共に、ディーゼル機関１の各シリンダ７1〜７Nに取付られた圧力センサ６を用いて計測された各シリンダ７毎の筒内圧力を取込んで後記する処理を行なう。
【００１８】
図１は前記信号処理警報表示部９の要部構成を示すシステムブロツク図である。
図中１１は機関の全シリンダの筒内圧力検出部で、図２に示す各シリンダ７1〜７Nに取り付けた圧力センサ６1〜６Nを用いて直接筒内圧を計測する。１２は機関に既設の回転計５から信号をバイパスして機関の実回転数（機関負荷に相当）を検出する回転数検出部である。
１３は最終的に継ぎ手トルクの評価とするため予め求めておいた各回転数（負荷）に対応する許容トルクレベル（許容範囲も含む）が記憶された記憶部若しくは許容トルクレベル演算部で、機関ゴム継ぎ手２にかかる回転数毎の継ぎ手許容トルク値若しくは標準トルク値を記憶し、信号処理警報表示部９側よりの指示に基づいて対応するトルク計算データを出力する。
尚、継ぎ手の許容トルクレベル値は予め実験にて測定しておいた回転数に対応するゴム継ぎ手２の負荷トルクと継ぎ手部の発熱度合いなどからマップデータ若しくは演算式として予め記憶しておく。
【００１９】
１４は筒内圧力検出部１１で検出した各シリンダ７1〜７Nの筒内圧力値を処理する筒内圧力データ処理部で、符号２１に示すように各シリンダ７1〜７Nの筒内圧力パルス（脈動波）を直流整流器により変換処理し圧力値レベルに対応した直流レベル信号に変換する。
直流レベル信号はＡ／Ｄコンバータを介してデジタル変換した後、筒内圧力データ処理部１４内の演算回路に取り込み、該演算回路内で機関全シリンダの筒内圧力平均値を求めると共に、各シリンダ７1〜７N毎の筒内圧力データを求める等のデータ処理を行う。
即ち、筒内圧力データ処理部１４では、前記デジタル変換された筒内圧力値を機関全シリンダ分加算したものを機関全シリンダ数で除した機関全シリンダの筒内平均圧力６０AVを式（６０AV＝（６０1＋…＋６０N）／Ｎ、Ｎ：機関シリンダ数）に基づいて演算すると共に、各シリンダ７1〜７Nごとのデジタル変換された筒内圧力値６０1…６０Nを比較演算部１５に出力する。
【００２０】
比較演算部１５では筒内圧力データ処理部１４で得た筒内圧力データ６０AV、６０1、６０Nと回転数検出部１２よりの機関回転信号（機関負荷に相当）が入力され、まず予め記憶されているマップデータ２０より前記検出された回転数（負荷）に対応する標準筒内圧力データＮとシリンダ内の未着火による筒内圧力値の変化データ（正常下限レベルＬ）を読み出し、前記筒内圧力データ処理部１４より入力された実際の筒内圧力値と比較評価を行う。
この結果各シリンダ７1〜７Nの実際筒内圧力値６０1、６０Nが正常下限レベル以下であるか否かを判別し、以下の場合に非正常シリンダとして検知することが出来る。
【００２１】
そして前記非正常シリンダが検出された場合は非正常シリンダ番号を表示させる筒内圧力異常表示部１７に、対応する非正常シリンダ番号を白抜き変換して異常表示を行なうとともに、トルク変動算出／評価部１６に未着火（非正常）シリンダの筒内圧力データを出力する。
尚、図において、異常表示部１７の枠内は全てのシリンダが正常の場合、その枠外の下段はＮｏ．１シリンダが異常の場合を示す。
【００２２】
１６のトルク変動算出／評価部では、前記比較演算部１５で検出した未着火（非正常）シリンダの筒内圧力に基づいてトルク変動値を算出する。ここでトルク変動値は、検出回転数に対応する予め設定された正常なシリンダの筒内圧力値と未着火（非正常）シリンダの筒内圧力の差分とシリンダ断面積の積により算出される力にさらにクランクアーム長を乗ずることによりトルク変動値として換算することが出来る。
そしてトルク変動算出／評価部１６では、トルクレベル演算部１３より継ぎ手トルクの評価とするための各回転数（負荷）に対応する継ぎ手トルク許容レベル値を読み出すと共に、前記未着火（非正常）シリンダの筒内圧力データをトルク変動分に換算した値とを比較し評価する。
即ちトルク変動算出／評価部１６では、実際の機関稼動中のゴム継ぎ手２にかかるトルク変動値が算出されるため、継ぎ手トルク許容レベル値との比較を行い前記トルク変動値が許容レベルを超えた場合は異常と判別し、ゴム継ぎ手異常表示部１８に表示する。
【００２３】
表示部１８では、前記トルク変動値が正常範囲か又は許容範囲を外れる場合は警報出力が出来るシステムとしている。
そして異常警告後、例えば、燃料噴射装置の保守点検、燃料噴射時期の進角、遅角、吸気弁・排気弁の開閉時期、開閉量等を調節し、対応するシリンダについて燃焼条件を整える。
【００２４】
次に本実施形態の作用を説明する。
前記したように筒内圧力データ処理部１４では、圧力検出部１１より、各シリンダ７1〜７Nからの筒内圧力信号（脈動パルス波形）を取り込み、この筒内圧力脈動波を直流レベル信号及びデジタル変換した後、機関全シリンダの筒内平均圧力と各シリンダ７1〜７Nごとの筒内圧力データに演算した後、比較演算部１５に出力する。
【００２５】
比較演算部１５では、機関負荷を把握するための回転数検出部１２より機関回転数信号の取り込みを行った後、マップデータ２０よりプロトタイプカーブとして与えられている前記回転数に対応する標準筒内圧力データＮと正常下限レベルＬを読み出し、前記筒内圧力データ処理部１４より入力された実際の筒内圧力値と比較評価を行う。
尚、本実施形態においては、標準圧力に対する実際の筒内圧力値との偏差を算出して、コンピュータのプログラムを用いて、各シリンダ７1〜７N毎に”低”の判定が出来るプログラムに設定してある。
【００２６】
次に各シリンダ７1〜７Nの筒内圧力が”低”のシリンダがある場合、プロトタイプカーブとして与えてある全シリンダが正常（標準）の時の筒内圧力値と比較判定し、そのシリンダが未着火状態若しくは非正常状態と見做し、未着火（非正常）シリンダを筒内圧力異常表示部１７に表示を行なう。
【００２７】
次に、最終的に継ぎ手トルクの評価とするため各回転数（負荷）に対応する継ぎ手トルク許容レベル値をトルクレベル演算部１３で予め求めておき、これをトルク変動算出／評価部１６に取込み、前述の未着火（非正常）シリンダのトルク変動値と評価する。
即ち、トルク変動算出／評価部１６では、実際の機関稼動中のゴム継ぎ手２にかかるトルク変動値が算出されるため、継ぎ手トルク許容レベル値との比較を行い前記トルク変動値が許容レベルを超えた場合は異常と判別し、ゴム継ぎ手異常表示部１８に表示する。
【００２８】
従って本実施形態では、各シリンダ７1〜７Nからの筒内圧力値の大きさ（差）から未着火（非正常）シリンダが判別可能であるとともに、この未着火シリンダの筒内圧力データから機関のトルク変動値を算出し、回転数（負荷）に対応する、継ぎ手トルク許容レベル値からトルク変動分のレベルを評価することが出来る。
【００２９】
【発明の効果】
上記記載した如く、本発明によれば、ゴム継ぎ手を有する機関運転中の各シリンダ内筒内圧力を常時検出・評価することにより、未着火のシリンダの判別を可能とするこの未着火シリンダの検知により機関のトルク変動値を推定算出するとともに機関ゴム継ぎ手にかかるトルク変動値を表示・監視する。ここでゴム継ぎ手の継ぎ手トルク許容レベル値を予め設定し、該継ぎ手トルク許容レベル値を外れた場合、警報表示を行なうことによりゴム継ぎ手の保護を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図２の信号処理警報表示部の要部構成を示すシステムブロツク図である。
【図２】  ディーゼル機関に緩衝継ぎ手を介してプロペラシャフトを取り付けた本発明の一実施形態に係るシステム構成図である。
【符号の説明】
１    ディーゼル機関（内燃機関）
１Ａ  出力軸
２    ゴム継ぎ手
３    プロペラシャフト
６    圧力センサ
５    回転数計
７    シリンダ
９  信号処理警報表示部
１１  筒内圧力検出部
１２  回転数検出部
１３  継ぎ手トルク演算部
１４  筒内圧力データ処理部
１５  比較演算部
１６  トルク変動算出／評価部
１７  筒内圧力異常表示部
１８  ゴム継ぎ手異常表示部（表示手段）
【図１】
0003806235.tif 000002
【図２】
0003806235.tif 000003