JP2009139343A

JP2009139343A - エンジンの振動解析装置

Info

Publication number: JP2009139343A
Application number: JP2007319004A
Authority: JP
Inventors: Yuki Ishii; 佑樹石井; Kazuhiro Yoshizumi; 和洋吉住; Satoshi Tazaki; 智田崎; Kazuhiro Maki; 和宏牧
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2009-06-25

Abstract

【課題】エンジンへの検出器の取付け作業を省略したうえで、エンジンの振動解析を実施可能として、汎用小型エンジンのような量産エンジンの振動解析に適合したエンジンの振動解析装置を提供する。
【解決手段】エンジンの振動を検知、解析するエンジンの振動解析装置において、エンジンを着脱自在に載置するエンジンベッドと該エンジンベッドの下部を支持する複数の防振ゴムと該防振ゴムが固定される架台とをそなえ、エンジンベッドの振動加速度を検出する振動検出器と振動解析装置とを設けるとともに、振動検出器をふくむ振動検出手段は前記エンジンとは非接触で設置され、振動解析装置は、振動検出器による振動加速度の検出値が入力され、該振動加速度が予め設定された許容振動加速度と比較して該振動加速度が許容振動加速度よりも大きいときエンジンの異常振動を判定するように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として汎用小型エンジンの振動を測定し、かかる振動によるエンジンの耐久性を検知、解析するエンジンの振動解析装置に関する。

汎用小型エンジンの振動について、装置が簡単なため、通常は、作業員が直接にエンジンの騒音を聞いて良否を判定するケースが多いが、たとえば特許文献１（特公平６−２１８４４号公報）に示されているように、自動的にエンジンの振動を検出してエンジンの耐久性を検知、解析するエンジンの振動解析装置も多く提供されている。

前記特許文献１においては、エンジンの作動音を検出して得られた信号を、所定の周波数帯域の信号に分離し、各分離した信号に基づき異音の有無を判別する装置において、エンジンの回転数を検出する回転速度検出手段と、分離後に整流された所定周波数帯域の信号を所定時間毎に平均化して瞬時的な信号電圧を得る平均値算出手段等を備えて、異音発生の有無を波形レベルの変動率によって判別するようにしたことにより、検出器の取付け状態や、検出系の経時変化等の影響を受けることが少なくなり、判別精度を向上させることができるように構成されている。

特公平６−２１８４４号公報

前記のように、汎用小型エンジンの振動について、装置が簡単なため、通常は、作業員が直接にエンジンの騒音を聞いて良否を判定するケースがあるが、この場合は官能評価であるため、個人差によって振動の評価にバラツキが生ずる。
また、特許文献１に記載されたエンジンの振動解析装置は、汎用小型エンジンに直接検出器を取り付けて、エンジン本体の振動を検出し、該エンジンの異音発生の有無を波形レベルの変動率によって判別するようにしたことにより、検出器の取付け状態や、検出系の経時変化等の影響を受けることが少なくなり、判別精度を向上させるようになっている。

従って、特許文献１に記載された従来技術にあっては、エンジンの振動解析装置は高精度で行うことができるが、エンジンに直接検出器を取り付けて、エンジン本体の振動を検出しているため、エンジンが変わるごとに検出器を取り付け直さねばならず、汎用小型エンジンのように量産エンジンの振動解析装置には不向きである。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、エンジンへの検出器の取付け作業を省略したうえで、エンジンの振動解析を実施可能として、汎用小型エンジンのような量産エンジンの振動解析に適合したエンジンの振動解析装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、エンジンの振動を検知、解析するエンジンの振動解析装置において、前記エンジンを着脱自在に載置するエンジンベッドと該エンジンベッドの下部を支持する複数の防振ゴムと該防振ゴムが固定される架台とをそなえ、前記エンジンベッドの振動加速度を検出する振動検出器と振動解析装置とを設けるとともに、前記振動検出器をふくむ振動検出手段は前記エンジンとは非接触で設置され、前記振動解析装置は、前記振動検出器による振動加速度の検出値が入力され、該振動加速度が予め設定された許容振動加速度と比較して該振動加速度が許容振動加速度よりも大きいときエンジンの異常振動を判定するように構成されたことを特徴とする（請求項１）。

前記エンジンの振動あるいは騒音の検出手段は次のように配置するのがよい。
（１）前記エンジンの直上部または直下部のいずれか一方または双方に集音マイクをエンジンとは非接触で取り付け、該集音マイクで検出した音を前記振動解析装置に入力するように構成される（請求項２）。
（２）前記エンジンベッドの前記エンジンのクランクケースに近接した部位にエンジンとは非接触でレーザ変位計を取付け、該レーザ変位計で検出した振動加速度を前記振動解析装置に入力するように構成される（請求項３）。

また、前記振動解析装置は、好ましくは次の処理を行う。
（１）前記振動解析装置は、前記振動加速度が一定の周波数帯域で予め設定された許容振動加速度と比較して、該振動加速度が前記許容振動加速度よりも大きいときに当該エンジンの異常振動を判定するように構成される（請求項４）。
（２）前記振動解析装置は、前記振動加速度が予め設定された許容振動加速度と比較して該振動加速度が前記許容振動加速度よりも大きいとき当該エンジンの異常振動を判定し、さらに前記振動加速度が前記エンジンの回転パルスに同期した振動ピークと一致するときエンジンの異常振動を判定するように構成される（請求項５）。

本発明によれば、エンジンを着脱自在に載置するエンジンベッドと該エンジンベッドの下部を支持する複数の防振ゴムと該防振ゴムが固定される架台とをそなえ、前記エンジンベッドの振動加速度を検出する振動検出器と振動解析装置とを設けるとともに、前記振動検出器をふくむ振動検出手段は前記エンジンとは非接触で設置され、前記振動解析装置は、前記振動検出器による振動加速度の検出値が入力され、該振動加速度が予め設定された許容振動加速度と比較して該振動加速度が許容振動加速度よりも大きいときエンジンの異常振動を判定するように構成したので（請求項１）、
エンジンをエンジンベッド上に着脱自在に載置して、振動検出器をふくむ振動検出手段をエンジンとは非接触にして、エンジンベッドでの振動加速度を検出し振動解析装置に入力することとなり、エンジンが変わっても振動検出器を取り付け直しあるいは再調整をする必要はなく、エンジンを逐次搬送しながら振動加速度の検出ができ、汎用小型エンジンのような量産エンジンの振動解析装置に好適である。すなわち、エンジン生産ラインを流れるエンジンに対して検査対象エンジンを振動解析装置のエンジンベッド上に載せ変えることで検査を行なうことができるため、生産ラインにおける検査工程に用いて好適である。
さらには、エンジンベッドの下部を支持する複数の防振ゴムで支持しているので、外乱ノイズが混入し難く、高精度の振動加速度の検出データが得られる。

また、エンジンの直上部または直下部のいずれか一方または双方に集音マイクをエンジンとは非接触で取り付け（請求項２）、あるいはエンジンベッドのエンジンのクランクケースに近接した部位にエンジンとは非接触でレーザ変位計を取付け（請求項３）、等によりエンジンとは非接触で振動加速度の計測ができ、エンジンが変わっても振動検出器を取り付け直しあるいは再調整をする必要はない。
また、エンジンの直上部または直下部で集音マイクにより騒音計測を行うので、外乱ノイズが混入し難く、高精度の騒音計測検出データが得られる。
また、エンジンベッドのエンジンのクランクケースに近接した部位にレーザ変位計を取付けたので、エンジンベッドでの計測位置を固定でき、エンジン毎に計測位置を変える必要がなく、安定した振動加速度の検出データが得られる。

また、前記振動解析装置は、振動加速度が一定の周波数帯域で予め設定された許容振動加速度と比較して、該振動加速度が前記許容振動加速度よりも大きいときに当該エンジンの異常振動を判定し（請求項４）、あるいは振動解析装置は、振動加速度が予め設定された許容振動加速度と比較して該振動加速度が許容振動加速度よりも大きいとき当該エンジンの異常振動を判定し、さらに前記振動加速度がエンジンの回転パルスに同期した振動ピークと一致するときエンジンの異常振動を判定するので（請求項５）、
振動加速度の検出値が、許容振動加速度よりも大きいとき、およびエンジンの回転パルスに同期した振動ピークと一致するときの、２回に分けてエンジンの異常振動を判定するので、エンジンのバックラッシュによる振動を異常振動として精緻に計測できる。

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１は本発明の実施例を示す汎用小型エンジンの振動計測、解析装置の要部側面図である。
図１において、１はエンジン（汎用小型エンジン）で、エンジンベッド６上に着脱自在に載置されている。該エンジン１は前記エンジンベッド６上に簡単な止め具等によって支持され、組立てラインを流れるエンジン１を簡単にエンジンベッド６上に装着でき、またエンジンベッド６から取り外して、元の組立てラインに戻すことができるようになっている。
前記エンジンベッド６は、アルミニウム板、鋼板、硬質プラスチック板等からなり、その固有振動数等の振動要素が与えられている。
前記エンジンベッド６は、該エンジンベッド６の下部を支持する複数の防振ゴム７と、該防振ゴム７が固定される金属製の架台８とをそなえ、地面９に固定されている。前記複数の防振ゴム７は少なくとも、前記エンジンベッド６の下部４箇所を支持し、固有振動数等の振動要素が設定されている。

２はエンジンの回転数を計測する回転数パルス計、５はエンジンベッド６の振動加速度を検出する振動検出器、３はエンジン１の直上部に設置されたマイクロフォン、４はエンジン１の直下部に設置されたマイクロフォン、１１は前記エンジンベッド６の前記エンジン１のクランクケースに近接した部位にレーザ変位計である。
前記回転数パルス計２、振動検出器５、マイクロフォン３、マイクロフォン４、及びレーザ変位計１１は、いずれも前記エンジン１とは非接触で設置されている。
そして、前記振動検出器５からのエンジンベッド６の振動加速度の検出値、前記レーザ変位計１１からのエンジンベッド６の振動加速度の検出値は振動解析装置１０に入力される。また、前記マイクロフォン３及びマイクロフォン４からの音声入力も前記振動解析装置に入力される。

前記のように、汎用小型エンジンの振動計測、解析装置は、１つのエンジン１の振動計測、解析が終えると、エンジン１を簡単な止め具等を取り外すのみで、振動検出器５を取り付け直しあるいは再調整をする必要がなく、エンジン１の組み換えが可能である。
従って、エンジン１を逐次搬送しながら振動加速度の検出ができ、汎用小型エンジンのような量産エンジンの振動解析装置に好適となる。すなわち、エンジン生産ラインを流れるエンジンに対して検査対象エンジンを振動解析装置のエンジンベッド上に載せ変えることで検査を行なうことができるため、生産ラインにおける検査工程に用いて好適である。

前記エンジンベッド６の下部を複数の防振ゴム７で支持しているので、外乱ノイズが混入し難く、高精度の振動加速度の検出データが得られる。
図２は、汎用小型エンジン１における振動周波数と振幅の実測線図である。図２のように、エンジン１の振動周波数は１ＫＨｚ以上（例えば１〜８ＫＨｚ）の高周波数帯域になると、暗騒音によらず図のＸ印に示すように、振動異常機は振動正常機に比べて１０ｄｂ程度の振動加速度が大きくなる。

図３は、汎用小型エンジンにおける振動解析装置の解析フローチャートである。
図３において、振動解析装置１０は、まずエンジンベッド６の振動（エンジン無負荷で１７００ｒｐｍ近傍の定常運転を一定時間行う）を受けると（ステップ（１））、４〜７ＫＨｚのバンドパスフィルタを通し（ステップ（２））、ステップ１の検出加速度が３ｍ／ｓ^２超えない振動の場合は正常機とし、３ｍ／ｓ^２以上の場合は次に進む（ステップ（３））。
そして、ステップ２において、回転パルスと同期しない場合は正常機とし、回転パルスと同期する場合は異常機として抽出する（ステップ（４）、（５））。

このように、エンジンベッド６をエンジンの一定回転（１７００ｒｐｍ近傍）で振動させて、４〜７ＫＨｚの周波数帯域での加速度を検出、その検出加速度を許容振動加速度：３ｍ／ｓ^２と比較して、該検出した振動加速度が前記許容振動加速度よりも大きいときに当該エンジン１の異常振動を判定する（ステップ１の判定）。
あるいは振動加速度が予め設定された許容振動加速度と：３ｍ／ｓ^２比較して該振動加速度が許容振動加速度よりも大きいとき当該エンジン１の異常振動を判定し、さらに前記振動加速度がエンジンの回転パルスに同期した振動ピークと一致するとき（ステップ２の判定）エンジン１の異常振動を判定する。

このように、振動加速度の検出値が、許容振動加速度：３ｍ／ｓ^２よりも大きいとき、およびエンジンの回転パルスに同期した振動ピーク（４〜７ＫＨｚの帯域）と一致するときの、２回に分けてエンジンの異常振動を判定するので、エンジン１のバックラッシュによる振動を異常振動として精緻に計測できる。

すなわち、異常機は４〜７ＫＨｚの帯域で２回転に１回振動ピーク（３ｍ／ｓ^２よりも大）を発生するように同期していれば、バックラッシュ音の発生タイミングと一致していると判定する。４〜７ＫＨｚの高周波帯域フィルタを通した振動時刻歴波形からバックラッシュ音を検知可能になる。なお、この高周波帯域の設定については予め台上での単体試験に基づいて設定される。

また、エンジン１の直上部または直下部に設けた（いずれか一方または双方に設ける）マイクロフォン３、あるいはマイクロフォン４をエンジン１とは非接触で取り付け、
さらに、エンジンベッド６のエンジン１のクランクケースに近接した部位にエンジンとは非接触でレーザ変位計１１を取付けることにより、エンジン６とは非接触で、騒音の計測あるいは振動加速度の計測ができ、エンジン１が変わっても振動検出器類を取り付け直しあるいは再調整をする必要はない。

さらに、エンジン１の直上部または直下部でマイクロフォン３、あるいはマイクロフォン４により騒音計測を行うので、外乱ノイズが混入し難く、高精度の騒音計測検出データが得られる。
マイクロフォン３、４からの騒音信号についても、前記した振動加速度の処理と同様の解析を行って異常騒音を判定して異常機を判定することで判定精度を高めることができる。

また、エンジンベッド６のエンジン１のクランクケースに近接した部位にレーザ変位計１１を取付けたので、エンジンベッド６での計測位置を固定でき、エンジン１毎に計測位置を変える必要がなく、安定した振動加速度の検出データが得られる。

本発明によれば、エンジンへの検出器の取付け作業を省略したうえで、エンジンの振動解析を実施可能として、汎用小型エンジンのような量産エンジンの振動解析に適合したエンジンの振動解析装置を提供できる。

本発明の実施例の実施例を示す汎用小型エンジンの振動計測、解析装置の要部側面図である。前記実施例における汎用小型エンジン１における振動周波数と振幅の実測線図である。前記実施例における汎用小型エンジンにおける振動解析装置の解析フローチャートである。

符号の説明

１エンジン
２回転パルス計
３、４マイクロフォン
５振動検出器
６エンジンベッド
７防振ゴム
８架台
１０振動解析装置
１１レーザ変位計

Claims

エンジンの振動を検知、解析するエンジンの振動解析装置において、前記エンジンを着脱自在に載置するエンジンベッドと該エンジンベッドの下部を支持する複数の防振ゴムと該防振ゴムが固定される架台とをそなえ、前記エンジンベッドの振動加速度を検出する振動検出器と振動解析装置とを設けるとともに、前記振動検出器をふくむ振動検出手段は前記エンジンとは非接触で設置され、前記振動解析装置は、前記振動検出器による振動加速度の検出値が入力され、該振動加速度が予め設定された許容振動加速度と比較して該振動加速度が許容振動加速度よりも大きいときエンジンの異常振動を判定するように構成されたことを特徴とするエンジンの振動解析装置。
前記エンジンの直上部または直下部のいずれか一方または双方に集音マイクをエンジンとは非接触で取り付け、該集音マイクで検出した音を前記振動解析装置に入力するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの振動解析装置。
前記エンジンベッドの前記エンジンのクランクケースに近接した部位にエンジンとは非接触でレーザ変位計を取付け、該レーザ変位計で検出した振動加速度を前記振動解析装置に入力するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの振動解析装置。
前記振動解析装置は、前記振動加速度が一定の周波数帯域で予め設定された許容振動加速度と比較して、該振動加速度が前記許容振動加速度よりも大きいときに当該エンジンの異常振動を判定するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの振動解析装置。
前記振動解析装置は、前記振動加速度が予め設定された許容振動加速度と比較して該振動加速度が前記許容振動加速度よりも大きいとき当該エンジンの異常振動を判定し、さらに前記振動加速度が前記エンジンの回転パルスに同期した振動ピークと一致するときエンジンの異常振動を判定するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの振動解析装置。