JP2008208751A - エンジン構成部品の劣化度診断システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン構成部品の経時的な劣化度を精度良く検知することにより、劣化度の検知精度を上昇して、エンジンプラントのメインテナンス性及び稼動効率を向上可能としたエンジン構成部品の劣化度診断システムを提供する。
【解決手段】劣化度合いの大きいエンジン構成部品の劣化度を診断し検知するエンジン構成部品の劣化度診断システムであって、エンジンの筒内圧力を検出する筒内圧力検出器と、該筒内圧力検出器からの筒内圧力の検出値に基づき圧縮圧力及び該圧縮圧力の時間変化率を算出し、該圧縮圧力時間変化率の算出値が予め設定された許容圧縮圧力時間変化率以下となったときピストンリングあるいは排気弁及び吸気弁を含むバルブのいずれかまたは双方に異常発生の判定を行う劣化度診断装置をそなえたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピストンリング、排気弁及び吸気弁を含むバルブ等の劣化度合いの大きいエンジン構成部品の劣化度を診断し検知するエンジン構成部品の劣化度診断システムに関する。

発電用エンジンプラント等のエンジンプラントにおいては、長期間に亘る稼動時間毎に実施される定期点検時に、ピストンリング、排気弁、吸気弁等のバルブ類、シール類、燃料噴射装置等の機能の劣化度の大きい部品を中心に、劣化状態の点検及び修理あるいは交換を行っている。そして、かかるエンジンプラントにおいて、定期点検をはさんだプラント稼動中の故障等によるエンジン停止を回避するため、プラント稼動中におけるピストンリング、排気弁及び吸気弁を含むバルブ等の劣化度合いの大きいエンジン構成部品の劣化度を監視して、これらのエンジン構成部品の不具合の発生を早期に発見して対処をすることが要求される。

このような、エンジン構成部品のエンジン運転中における劣化度については、エンジン運転中に直接に監視することができないため、筒内圧力の検出、排気弁、吸気弁等の開閉タイミングの検出等の間接的手段によって監視しており、かかるエンジン構成部品の劣化度の監視技術として、特許文献１（特開２００２−９７９９５号公報）、特許文献２（特開２００６−３０７８５２号公報）、特許文献３（特開平８−６８３０６号公報）等が提供されている。

特許文献１においては、排気ガスの空燃比または酸素濃度の検出値に基づき、吸気弁の開閉タイミングでの空燃比の変化で、吸気弁の異常を検知している。特許文献２においては、燃料の供給、遮断の制御、及び排気ガス状態の検出によって排気弁、吸気弁の機能劣化を判定している。特許文献３においては、排気弁の開閉時期をスイッチ手段で検出して、該スイッチからの開閉時期信号とクランク角信号によって排気弁の異常を検知している。

特開２００２−９７９９５号公報 特開２００６−３０７８５２号公報 特開平８−６８３０６号公報

前述のように、エンジン構成部品のエンジン運転中における劣化度については、筒内圧力の検出、排気弁、吸気弁等の開閉タイミングの検出等の間接的手段によって監視しており、特許文献１においては吸気弁の開閉タイミングでの空燃比の変化で吸気弁の異常を検知し、特許文献２においては燃料の供給、遮断の制御及び排気ガス状態の検出によって排気弁、吸気弁の機能劣化を判定し、特許文献３においては排気弁の開閉時期検出スイッチからの開閉時期信号とクランク角信号によって排気弁の異常を検知している。

かかる間接的手段によるエンジン構成部品の劣化度監視は、いずれもエンジン運転中におけるクランク角毎等の瞬時的な検出信号に基づき、吸気弁の開閉タイミングでの空燃比の変化（特許文献１）、燃料の供給、遮断の制御及び排気ガス状態の検出（特許文献２）、排気弁の開閉時期検出スイッチからの開閉時期信号とクランク角信号（特許文献３）のように、エンジン構成部品の劣化度を瞬時的な検出データに基づき判定している。
しかしながら、このような瞬時的な検出データに基づくエンジン構成部品の劣化度判定では、エンジンの定期点検のピッチ期間という長期的観点では問題のない事項であっても、瞬時的な検出データに基づく判定では、瞬時的に劣化度が許容値を超えて不具合の判定結果が出たことにより、不要な点検あるいはエンジン停止を強いられることがあり、このような事態が発生すると、エンジンプラントのメインテナンス性及び稼動効率が大きく低下する。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、エンジン構成部品の経時的な劣化度を精度良く検知することにより劣化度の検知精度を上昇して、エンジンプラントのメインテナンス性及び稼動効率を向上可能としたエンジン構成部品の劣化度診断システムを提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するもので、具体的には次のように構成する。
（１）劣化度合いの大きいエンジン構成部品の劣化度を診断し検知するエンジン構成部品の劣化度診断システムであって、前記エンジンの筒内圧力を検出する筒内圧力検出器と、該筒内圧力検出器から入力される筒内圧力の検出値に基づき圧縮圧力及び該圧縮圧力の時間変化率を算出し、該圧縮圧力時間変化率の算出値が予め設定された許容圧縮圧力時間変化率以下となったときピストンリングあるいは排気弁及び吸気弁を含むバルブのいずれかまたは双方に異常発生の判定を行う劣化度診断装置をそなえたことを特徴とする。
好ましくは前記構成に加えて次のように構成する。
即ち、前記エンジンの排気温度を検出する排気温度検出器をそなえ、前記劣化度診断装置は、該排気温度検出器から入力される排気温度の検出値に基づき排気温度の時間変化率を算出し、前記圧縮圧力時間変化率の算出値が予め設定された許容圧縮圧力時間変化率以下であるとき、前記排気温度時間変化率の算出値が予め設定された許容排気温度時間変化率以下となったときには前記バルブに異常発生の判定を行い、前記排気温度時間変化率の算出値が前記許容排気温度時間変化率を超えたときには前記ピストンリングに異常発生の判定を行うように構成される。

（２）前記劣化度診断装置は、前記圧縮圧力時間変化率及び排気温度時間変化率をエンジンの全シリンダの平均値で算出するように構成される。

（３）前記エンジンのクランク室圧力を検出するクランク室圧力検出器をそなえ、前記劣化度診断装置は、該クランク室圧力検出器から入力されるクランク室圧力の検出値に基づきクランク室圧力の時間変化率を算出し、前記圧縮圧力時間変化率の算出値が予め設定された許容圧縮圧力時間変化率以下であるとき、前記クランク室圧力時間変化率の算出値が予め設定された許容クランク室圧力時間変化率以下となったときには前記ピストンリングに異常発生の判定を行い、前記クランク室圧力時間変化率の算出値が前記許容クランク室圧力時間時間変化率を超えているときには前記バルブに異常発生の判定を行うように構成される。

（４）前記劣化度診断システムにおいて、前記エンジンの筒内圧力を検出する筒内圧力検出器と、該筒内圧力検出器から入力される筒内圧力の検出値に基づき圧縮圧力及び該圧縮圧力の時間積分値を算出し、該圧縮圧力時間積分値の算出値が予め設定された許容圧縮圧力時間積分値以下となったときピストンリングあるいは排気弁及び吸気弁を含むバルブのいずれかまたは双方に異常発生の判定を行う劣化度診断装置をそなえたことを特徴とする。
好ましくは前記構成に加えて次のように構成する。
即ち、前記エンジンの排気温度を検出する排気温度検出器をそなえ、前記劣化度診断装置は、該排気温度検出器から入力される排気温度の検出値に基づき排気温度の時間積分値を算出し、前記圧縮圧力の時間積分値の算出値が予め設定された許容圧縮圧力時間積分値以下であるとき、前記排気温度時間積分値の算出値が予め設定された許容排気温度時間積分値以下となったときには前記バルブに異常発生の判定を行い、前記排気温度時間積分値の算出値が前記許容排気温度時間積分値を超えたときには前記ピストンリングに異常発生の判定を行うように構成される。

（５）前記劣化度診断システムにおいて、前記エンジンの筒内圧力をシリンダ毎に検出するシリンダ数と同数の筒内圧力検出器と、各筒内圧力検出器から入力される筒内圧力の検出値に基づきシリンダ毎の圧縮圧力及び該圧縮圧力の時間変化率を算出し、各シリンダの圧縮圧力時間変化率算出値とシリンダ間の平均値との圧縮圧力気筒間偏差を算出し、該圧縮圧力気筒間偏差の算出値が予め設定された気筒間偏差のしきい値以下となったときピストンリングあるいは排気弁及び吸気弁を含むバルブのいずれかまたは双方に異常発生の判定（識別）を行う劣化度診断装置をそなえたことを特徴とする。
好ましくは前記構成に加えて次のように構成する。
即ち、前記エンジンの排気温度をシリンダ毎に検出する排気温度検出器をそなえ、前記劣化度診断装置は、各排気温度検出器から入力される排気温度の検出値に基づき各シリンダの排気温度の時間変化率とシリンダ間の平均値との排気温度気筒間偏差を算出し、該排気温度気筒間偏差の算出値が予め設定された気筒間偏差のしきい値以下であるとき、前記バルブに異常発生の判定を行い、前記気筒間偏差の算出値が予め設定された気筒間偏差のしきい値を超えているときには前記ピストンリングに異常発生の判定を行うように構成される。

本発明は、ピストンリングの磨耗、焼き付き等の不具合、及び排気弁及び吸気弁を含むバルブの磨耗や焼き付きによる燃焼室内ガスの漏洩（吹き抜け）等の不具合を、エンジンの燃焼の影響を受けない圧縮圧力、あるいはエンジンの燃焼の影響を受ける排気温度、あるいは燃焼室内からのガス漏れの影響を大きく受けるクランク室内圧力を検出して劣化度診断装置に入力し、該劣化度診断装置において、前記圧縮圧力の検出値、排気温度の検出値、及びクランク室内圧力の検出値と、これらの許容値と対比することによりピストンリングの磨耗、焼き付き等の不具合、及び排気弁及び吸気弁を含むバルブの磨耗や焼き付きを識別検知するようにしたことを特徴とするものである。

即ち、本発明においては、エンジンの燃焼の影響を受けない圧縮圧力の時間変化率の検出値と許容圧縮圧力時間変化率との圧縮圧力偏差がしきい値以下に低下したときには、ピストンリングあるいはバルブのいずれかまたは双方に異常の発生があるものと判定し、さらに、前記圧縮圧力による判定に異常の発生ありの判定となったときに、エンジンの燃焼の影響を受ける排気温度について判定し、排気温度時間変化率の検出値と許容排気温度時間変化率との排気温度偏差がしきい値以下に低下したときには、燃焼ガスのガス漏れの影響を多く受けるバルブに異常の発生ありの判定をし、前記排気温度偏差がしきい値を超えているときにはピストンリングのみに異常の発生ありの判定を行うことによって、圧縮圧力の時間変化率と排気温度の時間変化率とを段階的にそれぞれのしきい値と対比することが可能となって、ピストンリングあるいはバルブの不具合の発生を、個別に容易に識別検知することができる。

また、本発明においては、前記圧縮圧力による判定に異常の発生ありの判定となったときに、クランク室圧力の時間変化率について判定し、クランク室圧力の時間変化率の検出値と許容クランク室圧力時間変化率とのクランク室圧力偏差がしきい値以下に低下したときには、クランク室へのガス漏れの原因となるピストンリングに異常の発生ありの判定を行い、前記クランク室圧力偏差がしきい値を超えたときにはピストンリングに異常の発生が無く、バルブに異常の発生があるものと判定することによって、クランク室圧力の時間変化率を検出するのみで、ピストンリングの不具合を容易に識別検知できる。

また、本発明において、圧縮圧力時間積分値及び排気温度の時間積分値を検出して、数十回、数百回のピッチで圧縮圧力の変化及び排気温度の変化を許容値と対比してピストンリングあるいはバルブの異常の有無を判定するようにすれば、圧縮圧力変化及び排気温度変化の瞬時値を判定する場合よりも簡単な装置で以って、ピストンリングあるいはバルブの異常の有無を判定できる。

また、本発明において、圧縮圧力の時間変化率及び排気温度の時間変化率の気筒間偏差を算出し、該気筒間偏差がしきい値以下に低下したときに、ピストンリングあるいはバルブの異常を判定（識別）することによって、前記時間変化率の気筒間の平均値をとることにより外気温度の変化などの煩雑な補正を行うことが不要となり、ピストンリングあるいはバルブの異常判定作業が簡単となる。

従って、本発明によれば、エンジンを停止し分解することなく、エンジン運転中にピストンリング及び排気弁及び吸気弁を含むバルブの摩耗や破損等の不具合を、簡便に且つ精度良く識別検知することが可能となり、定期的なメインテナンス期間中におけるピストンリング及びバルブの摩耗や破損等の不具合をエンジン停止を余儀なくされるような事故に至る前に検知することができて、エンジンのメインテナンス性及びエンジンプラントの稼動効率を向上できる。

また、本発明によれば、前記圧縮圧力、排気温度、及びクランク室内圧力を、前記特許文献１、特許文献２、特許文献３等の従来技術のようにエンジンサイクル中の瞬時値で判定するのではなく、圧縮圧力、排気温度、及びクランク室内圧力の経時的な変化（時間変化）を検出し、該時間変化の許容値と対比してピストンリング及びバルブの摩耗や破損等の不具合の有無を判定するので、前記従来技術のようにエンジンの稼動上問題のない事項であっても瞬時的な検出データに基づく判定によって瞬時的に前記部品の劣化度が許容値を超えて摩耗や破損等の不具合の判定が出される可能性が皆無となって、ピストンリング及びバルブの経時的な劣化の実態に即した不具合の有無の判定が可能となり、この面からもエンジンのメインテナンス性及びエンジンプラントの稼動効率の向上が可能となる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図６は本発明の実施例に係る４サイクルディーゼルエンジンにおけるエンジン構成部品の劣化度診断システムの全体構成図である。
図６において、１００はエンジン（４サイクルエンジン）、１ａはエンジン１００のシリンダ１内に形成された燃焼室、２はピストン、３はクランク軸である。
４は各シリンダヘッドに形成された吸気ポート、５は各吸気ポート４を開閉する吸気弁、１２は前記各吸気ポート６への吸気が集合する吸気マニホールド、６は各シリンダヘッドに形成された排気ポート、７は前記各排気ポート６を開閉する排気弁、１１は前記各排気ポート６からの排気ガスが集合する排気マニホールドである。

１０は過給機で、前記排気マニホールド１１及び排気管３０を通った排気ガスにより駆動されるタービン１０ａ、及び該タービン１０ａにより直結駆動されて前記吸気マニホールド１２側に吸気を圧送するコンプレッサ１０ｂをそなえている。
前記過給機１０のコンプレッサ１０ｂによって圧送された給気は、吸気管３１に入り、給気冷却器２２で冷却された後、吸気マニホールド１２及び吸気ポート６を経て、吸気弁５の開弁により燃焼室１ａ内に供給され、燃焼に供される。
そして、前記各燃焼室１ａでの着火燃焼後の排気ガスは、排気弁７の開弁により排気ポート６を通って排気マニホールド１１に溜められてから、排気管３０を通って過給機１０に送り込まれ、該過給機１０のタービン１０ａを駆動する。

前記ピストン２に嵌挿されたピストンリング２ａ及び吸気弁５、排気弁７等のバルブの劣化度を診断する劣化度診断装置は符号２５で示され、該劣化度診断装置２５には、前記エンジン１００の負荷を検出する負荷検出器２４からエンジン負荷の検出値、前記エンジン１００のエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器１８からエンジン回転数の検出値、前記エンジン１００の燃焼室１ａ内の圧力即ち筒内圧力を検出する筒内圧力センサ１９から筒内圧力の検出値、エンジン１００の排気マニホールド１１における排気温度を検出する排気温度センサ１７から排気温度の検出値、エンジン１００のクランク室２３内におけるクランク室内圧力を検出するクランク室内圧力センサ２０からクランク室内圧力の検出値が、それぞれ入力される。尚、前記排気温度センサ１７は、各シリンダ出口の排気通路に取り付けても良い。
そして、前記劣化度診断装置２５において、前記各検出値に基づき判定された前記バルブ及びピストンリング２ａの劣化度の診断結果は、該劣化度診断装置２５に接続された表示装置２６及び警報装置２７に出力されるようになっている。

次に図１〜図４に示される劣化度診断装置のフローチャートに基づき、ピストンリング２ａ及びバルブ（吸気弁５、排気弁７）の劣化度診断要領について説明する。

図１は、前記劣化度診断装置５による劣化度診断の第１実施例を示すフローチャートである。図１において、当該エンジン１００の健全状態での筒内圧力を筒内圧力センサ１９で検出し、この健全状態での筒内圧力検出値に基づき筒内圧力の圧縮圧力（圧縮行程終了時の圧力）の経時的変化度合い即ち圧縮圧力の時間変化率を実験結果あるいはシミュレーション計算結果で算出して許容圧縮圧力時間変化率Ｐｃ０として記録（記憶）しておく（ステップ（１））。
また、当該エンジン１００の健全状態での排気温度を排気温度センサ１７で検出し、この健全状態での排気温度検出値に基づき、排気温度の経時的変化度合い即ち排気温度の時間変化率を実験結果あるいはシミュレーション計算結果で算出して、図５に示す許容排気温度時間変化率Ｔ０として記録（記憶）しておく（ステップ（２））。

当該エンジン１００の筒内圧力を運転開始時より若しくはメイテナンス期間中、筒内圧力センサ１９で経時的に検出し、この検出値に基づき、図５に示す圧縮圧力及び該圧縮圧力の時間変化率Ｐｃを算出する（ステップ（３））。
前記圧縮圧力の時間変化率Ｐｃと前記許容圧縮圧力時間変化率Ｐｃ０との圧縮圧力時間変化率偏差ΔＰｃを算出する（ステップ（５））。
次いで、前記圧縮圧力時間変化率偏差ΔＰｃをこれの摩耗や破損等の不具合判定のしきい値ΔＰｃ０と比較し、前記圧縮圧力時間変化率偏差の検出値ΔＰｃが前記しきい値ΔＰｃ０よりも低下している、つまり圧縮圧力時間変化率偏差ΔＰｃが前記しきい値ΔＰｃ０よりも下方に拡大して圧縮圧力時間変化率Ｐｃの低下度合いが許容値よりも大きくなっているときには、ピストンリング２ａあるいは排気弁７及び吸気弁５を含むバルブのいずれかまたは双方に摩耗や破損等の不具合（異常）が発生しているものと判定する。摩耗や破損等の不具合（異常）の発生なし、の判定の場合は筒内圧力計測に戻る（ステップ（６））。

次いで、当該エンジン１００の排気温度を排気温度センサ１７で経時的に検出し、この検出値に基づき、図５に示す排気温度及び該排気温度の時間変化率Ｔを算出する（ステップ（４））。
前記排気温度の時間変化率Ｔと前記許容圧縮圧力時間変化率Ｔ０との排気温度時間変化率偏差ΔＴを算出する（ステップ（７））。
次いで、前記排気温度時間変化率偏差ΔＴをこれの摩耗や破損等の不具合判定のしきい値ΔＴ０と比較し（ステップ（８））、前記排気温度時間変化率偏差の検出値ΔＴが前記しきい値ΔＴ０よりも低下している、つまり排気温度時間変化率偏差ΔＴが前記しきい値ΔＴ０よりも下方に拡大して排気温度時間変化率Ｔの低下度合いが許容値よりも大きくなっているときには、排気弁７及び吸気弁５を含むバルブに摩耗や破損等の不具合（異常）が発生しているものと判定する（ステップ（１０））。
前記排気温度時間変化率偏差の検出値ΔＴが前記しきい値ΔＴ０を超えている、つまり排気温度時間変化率偏差ΔＴが前記しきい値ΔＴ０に達していないときには、前記バルブに摩耗や破損等の不具合（異常）の発生はなく、従ってピストンリング２ａに摩耗や破損等の不具合（異常）が発生しているものと判定する（ステップ（９））。

かかる第１実施例によれば、エンジン１００の燃焼の影響を受けない圧縮圧力の時間変化率の検出値Ｐｃと許容圧縮圧力時間変化率Ｐｃ０との圧縮圧力偏差ΔＰｃがしきい値ΔＰｃ０以下に低下したときには、ピストンリング２ａあるいはバルブ５，７のいずれかまたは双方に異常の発生があるものと判定し、さらに、前記圧縮圧力による判定に異常の発生ありの判定となったときに、エンジン１００の燃焼の影響を受ける排気温度について判定し、排気温度時間変化率の検出値Ｔと許容排気温度時間変化率Ｔ０との排気温度偏差ΔＴがしきい値ΔＴ０以下に低下したときには、燃焼ガスのガス漏れの影響を多く受けるバルブ５，７に異常の発生ありの判定をし、前記排気温度偏差ΔＴがしきい値ΔＴ０を超えているときにはピストンリング２ａのみに異常の発生ありの判定を行うことによって、圧縮圧力の時間変化率Ｐｃと排気温度の時間変化率Ｔとを段階的にそれぞれのしきい値ΔＰｃ０あるいはΔＴ０と対比することが可能となって、ピストンリング２ａあるいはバルブ５，７の摩耗や破損等の不具合の発生を、個別に容易に検知することができる。

図２は、前記劣化度診断装置５による劣化度診断の第２実施例を示すフローチャートである。図２において、前記第１実施例と同様にして、当該エンジン１００の健全状態での許容圧縮圧力を記録（記憶）しておく（ステップ（１））。そしてこの許容圧縮圧力の一定時間毎の時間積分値を算出しておく（ステップ（１ａ））。
また、前記第１実施例と同様にして、当該エンジン１００の健全状態での排気温度を許容排気温度として記録（記憶）しておく（ステップ（２））。そしてこの許容排気温度の一定時間毎の時間積分値を算出しておく（ステップ（２ａ））。
また、前記第１実施例と同様にして、当該エンジン１００の筒内圧力を筒内圧力センサ１９で経時的に検出する（ステップ（３））。そしてこの筒内圧力検出値から圧縮圧力の一定時間毎の時間積分値を算出する（ステップ（３ａ））。

次いで、前記圧縮圧力の時間積分値ＳＰｃと前記許容時間積分値ＳＰｃ０との圧縮圧力時間積分値偏差ΔＳＰｃを算出する（ステップ（５））。
次いで、前記圧縮圧力時間積分値偏差ΔＳＰｃをこれの不具合判定のしきい値ΔＳＰｃ０と比較し、前記圧縮圧力時間積分値偏差の検出値ΔＳＰｃが前記しきい値ΔＳＰｃ０よりも低下しているときには、ピストンリング２ａあるいは排気弁７及び吸気弁５を含むバルブのいずれかに不具合（異常）が発生しているものと判定する。不具合（異常）の発生なし、の判定の場合は筒内圧力計測に戻る（ステップ（６））。

次いで、当該エンジン１００の排気温度を排気温度センサ１７で経時的に検出し（ステップ（４））、この検出値に基づき、排気温度の一定時間毎の時間積分値を算出する（ステップ（４ａ））。
そして、前記排気温度の時間積分値ＳＴと前記許容排気温度時間積分値ＳＴ０との排気温度時間積分値偏差ΔＳＴを算出する（ステップ（７））。
次いで、前記排気温度時間積分値偏差ΔＳＴをこれの不具合判定のしきい値ΔＳＴ０と比較し（ステップ（８））、前記排気温度時間積分値偏差の検出値ΔＳＴが前記しきい値ΔＳＴ０よりも低下している、つまり排気温度時間積分値偏差ΔＳＴが前記しきい値ΔＳＴ０よりも下方に拡大して排気温度時間積分値の低下度合いが許容値よりも大きくなっているときには、排気弁７及び吸気弁５を含むバルブに不具合（異常）が発生しているものと判定する（ステップ（１０））。
前記排気温度時間積分値差の検出値ΔＳＴが前記しきい値ΔＳＴ０を超えている、つまり排気温度時間積分値偏差ΔＳＴが前記しきい値ΔＳＴ０に達していないときには、前記バルブに不具合（異常）の発生はなく、従ってピストンリング２ａに不具合（異常）が発生しているものと判定する（ステップ（９））。

かかる第２実施例によれば、圧縮圧力時間積分値SPｃ及び排気温度の時間積分値ＳＴを検出して、数十回、数百回のピッチで圧縮圧力の変化及び排気温度の変化を許容値と対比してピストンリング２ａあるいはバルブ５，７の異常の有無を判定するので、圧縮圧力変化及び排気温度変化の瞬時値を判定する場合よりも簡単な装置、手順で以って、ピストンリング２ａあるいはバルブ５，７の異常の有無を判定できる。

図３は、前記劣化度診断装置５による劣化度診断の第３実施例を示すフローチャートである。
この第３実施例においては、筒内圧力センサ１９からの筒内圧力の検出値に基づき各シリンダの圧縮圧力時間変化率算出値とシリンダ間の平均値との圧縮圧力気筒間偏差を算出し（ステップ（１ｂ）、ステップ（３ｂ））、また、前記排気温度センサ１７をシリンダ毎に設置して各シリンダの排気温度の時間変化率とシリンダ間の平均値との排気温度気筒間偏差を算出して（ステップ（４ｂ）、これら圧縮圧力気筒間偏差及び排気温度気筒間偏差を用いて、前記第１実施例と同様な劣化度診断を行っている。
図３において、図１と同一の要素は同一の符号で示す。

かかる第３実施例によれば、圧縮圧力Ｐｃの時間変化率及び排気温度Ｔの時間変化率の気筒間偏差を算出し、該気筒間偏差がしきい値以下に低下したときに、ピストンリング２ａあるいはバルブ５，７の異常を判定（識別）することによって、前記時間変化率の気筒間の平均値をとることにより、外気温度の変化などの煩雑な補正を行うことが不要となり、ピストンリング２ａあるいはバルブ５，７の異常判定（識別）作業が簡単となる。

図４は、前記劣化度診断装置５による劣化度診断の第４実施例を示すフローチャートである。
先ず前記第１実施例と同一ステップで、圧縮圧力時間変化率偏差ΔＰｃをこれの不具合判定のしきい値ΔＰｃ０と比較し、前記圧縮圧力時間変化率偏差の検出値ΔＰｃが前記しきい値ΔＰｃ０よりも低下している、つまり圧縮圧力時間変化率偏差ΔＰｃが前記しきい値ΔＰｃ０よりも下方に拡大して圧縮圧力時間変化率Ｐｃの低下度合いが許容値よりも大きくなっているときには、ピストンリング２ａあるいは排気弁７及び吸気弁５を含むバルブのいずれかまたは双方に不具合（異常）が発生しているものと判定する。不具合（異常）の発生なし、の判定の場合は筒内圧力計測に戻る（ステップ（６））。

次いで、当該エンジン１００のクランク室２３内のクランク室圧力をクランク室圧力センサ２０で、健全状態でのクランク室圧力を検出し、この健全状態でのクランク室圧力検出値に基づきクランク室圧力の経時的変化度合い即ちクランク室圧力の時間変化率を実験結果あるいはシミュレーション計算結果で算出して、許容クランク室圧力排気温度時間変化率として記録（記憶）しておく（ステップ（１１））。
次いで、当該エンジン１００のクランク室圧力をクランク室圧力センサ２０で経時的に検出し、この検出値に基づき、クランク室圧力の時間変化率を算出する（ステップ（１２））。
前記クランク室圧力の時間変化率と前記許容クランク室圧力時間変化率とのクランク室圧力時間変化率偏差を算出する（ステップ（７））。

次いで、前記クランク室圧力時間変化率偏差をこれの不具合判定のしきい値と比較し（ステップ（８））、前記クランク室圧力変化率偏差の検出値が前記しきい値よりも低下している、つまりクランク室圧力時間変化率偏差が前記しきい値よりも下方に拡大してクランク室圧力時間変化率の低下度合いが許容値よりも大きくなっているときには、ピストンリング２ａに不具合（異常）が発生しているものと判定する（ステップ（９））。
また、前記クランク室圧力時間変化率偏差の検出値が前記しきい値を超えているときには、前記ピストンリング２ａに不具合（異常）の発生はなく、従ってバルブに不具合（異常）が発生しているものと判定する（ステップ（１０））。

かかる第４実施例によれば、前記圧縮圧力による判定に異常の発生ありの判定となったときに、クランク室圧力の時間変化率について判定し、該クランク室圧力の時間変化率の検出値と許容クランク室圧力時間変化率とのクランク室圧力偏差がしきい値以下に低下したときには、クランク室２３へのガス漏れの原因となるピストンリング２ａに異常の発生ありの判定を行い、前記クランク室圧力偏差がしきい値を超えたときにはピストンリング２ａに異常の発生が無く、バルブ５，７に異常の発生があるものと判定することによって、クランク室圧力の時間変化率を検出するのみで、ピストンリング２ａか、バルブ５，７いずれかの不具合なのかを容易に検知できる。

本発明によれば、エンジン構成部品の経時的な劣化度を精度良く検知することにより劣化度の検知精度を上昇して、エンジンプラントのメインテナンス性及び稼動効率を向上可能としたエンジン構成部品の劣化度診断システムを提供できる。
尚、本発明によればピストンリング２ａか、バルブ５，７いずれかの不具合検知のみならず、連接棒のホワイトメタルの摩耗かの判定も可能である。

本発明の第１実施例に係る劣化度診断例を示すフローチャートである。 本発明の第２実施例を示す図１対応図である。 本発明の第３実施例を示す図１対応図である。 本発明の第３実施例を示す図１対応図である。 前記第１実施例における作用説明用線図である。 本発明の実施例に係る４サイクルディーゼルエンジンにおけるエンジン構成部品の劣化度診断システムの全体構成図である。

符号の説明

１ シリンダ
１ａ 燃焼室
２ ピストン
２ａ ピストンリング
３ クランク軸
４ 吸気ポート
５ 吸気弁
６ 排気ポート
７ 排気弁
１０ 過給機
１７ 排気温度センサ
１８ エンジン回転数検出器
１９ 筒内圧力センサ
２０ クランク室圧力センサ
２３ クランク室
２４ 負荷検出器
２５ 劣化度診断装置
２６ 表示装置
２７ 警報装置
１００ エンジン

Claims (8)

1. 劣化度合いの大きいエンジン構成部品の劣化度を診断し検知するエンジン構成部品の劣化度診断システムであって、前記エンジンの筒内圧力を検出する筒内圧力検出器と、該筒内圧力検出器から入力される筒内圧力の検出値に基づき圧縮圧力及び該圧縮圧力の時間変化率を算出し、該圧縮圧力時間変化率の算出値が予め設定された許容圧縮圧力時間変化率以下となったときピストンリングあるいは排気弁及び吸気弁を含むバルブのいずれかまたは双方に異常発生の判定を行う劣化度診断装置をそなえたことを特徴とするエンジン構成部品の劣化度診断システム。
2. 前記エンジンの排気温度を検出する排気温度検出器をそなえ、前記劣化度診断装置は、該排気温度検出器から入力される排気温度の検出値に基づき排気温度の時間変化率を算出し、前記圧縮圧力時間変化率の算出値が予め設定された許容圧縮圧力時間変化率以下であるとき、前記排気温度時間変化率の算出値が予め設定された許容排気温度時間変化率以下となったときには前記バルブに異常発生の判定を行い、前記排気温度時間変化率の算出値が前記許容排気温度時間変化率を超えたときには前記ピストンリングに異常発生の判定を行うように構成されたことを特徴とする請求項１記載のエンジン構成部品の劣化度診断システム。
3. 前記劣化度診断装置は、前記圧縮圧力時間変化率及び排気温度時間変化率をエンジンの全シリンダの平均値で算出するように構成されたことを特徴とする請求項１または２記載のエンジン構成部品の劣化度診断システム。
4. 前記エンジンのクランク室圧力を検出するクランク室圧力検出器をそなえ、前記劣化度診断装置は、該クランク室圧力検出器から入力されるクランク室圧力の検出値に基づきクランク室圧力の時間変化率を算出し、前記圧縮圧力時間変化率の算出値が予め設定された許容圧縮圧力時間変化率以下であるとき、前記クランク室圧力時間変化率の算出値が予め設定された許容クランク室圧力時間変化率以下となったときには前記ピストンリングに異常発生の判定を行い、前記クランク室圧力時間変化率の算出値が前記許容クランク室圧力時間変化率を超えているときには前記バルブに異常発生の判定を行うように構成されたことを特徴とする請求項１記載のエンジン構成部品の劣化度診断システム。
5. 劣化度合いの大きいエンジン構成部品の劣化度を診断し検知するエンジン構成部品の劣化度診断システムであって、前記エンジンの筒内圧力を検出する筒内圧力検出器と、該筒内圧力検出器から入力される筒内圧力の検出値に基づき圧縮圧力及び該圧縮圧力の時間積分値を算出し、該圧縮圧力時間積分値の算出値が予め設定された許容圧縮圧力時間積分値以下となったときピストンリングあるいは排気弁及び吸気弁を含むバルブのいずれかまたは双方に異常発生の判定を行う劣化度診断装置をそなえたことを特徴とするエンジン構成部品の劣化度診断システム。
6. 前記エンジンの排気温度を検出する排気温度検出器をそなえ、前記劣化度診断装置は、該排気温度検出器から入力される排気温度の検出値に基づき排気温度の時間積分値を算出し、前記圧縮圧力の時間積分値の算出値が予め設定された許容圧縮圧力時間積分値以下であるとき、前記排気温度時間積分値の算出値が予め設定された許容排気温度時間積分値以下となったときには前記バルブに異常発生の判定を行い、前記排気温度時間積分値の算出値が前記許容排気温度時間積分値を超えたときには前記ピストンリングに異常発生の判定を行うように構成されたことを特徴とする請求項５記載のエンジン構成部品の劣化度診断システム。
7. 劣化度合いの大きいエンジン構成部品の劣化度を診断し検知するエンジン構成部品の劣化度診断システムであって、前記エンジンの筒内圧力をシリンダ毎に検出するシリンダ数と同数の筒内圧力検出器と、各筒内圧力検出器から入力される筒内圧力の検出値に基づきシリンダ毎の圧縮圧力及び該圧縮圧力の時間変化率を算出し、各シリンダの圧縮圧力時間変化率算出値とシリンダ間の平均値との圧縮圧力気筒間偏差を算出し、該圧縮圧力気筒間偏差の算出値が予め設定された気筒間偏差のしきい値以下となったときピストンリングあるいは排気弁及び吸気弁を含むバルブのいずれかまたは双方に異常発生の判定を行う劣化度診断装置をそなえたことを特徴とするエンジン構成部品の劣化度診断システム。
8. 前記エンジンの排気温度をシリンダ毎に検出する排気温度検出器をそなえ、前記劣化度診断装置は、各排気温度検出器から入力される排気温度の検出値に基づき各シリンダの排気温度の時間変化率とシリンダ間の平均値との排気温度気筒間偏差を算出し、該排気温度気筒間偏差の算出値が予め設定された気筒間偏差のしきい値以下であるとき、前記バルブに異常発生の判定を行い、前記気筒間偏差の算出値が予め設定された気筒間偏差のしきい値を超えているときには前記ピストンリングに異常発生の判定を行うように構成されたことを特徴とする請求項７記載のエンジン構成部品の劣化度診断システム。

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