JP3681777B2 - ディーゼル車両の機関状態記録装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はディーゼル車両の機関状態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のディーゼル機関（以下単に「機関」という）の検査・修繕を行うに際し、その検査・修繕の前に機関の状態を計測し、その結果にもとづいて検査・修繕の程度を決める方法が採られる場合がある。例えば、機関の軸出力あるいは軸トルク（以下単に「機関出力」という）、排気温度など機関各部の温度、あるいは潤滑油圧力など機関各部の圧力等が一定の範囲外であれば、検修作業者が機関を分解しピストンや軸受等の摩耗部分を交換し再度組み立てる。機関出力、機関各部の温度、及び同圧力等が一定の範囲内であれば機関を分解することなくフィルタ等の消耗品の交換等を行うのみとする。ところが、この機関の状態を計測するためには、検修作業者が機関を車両から取り外し、定置の性能試験装置にて性能試験を行った後に再び機関を車体に装架する必要があった。これら一連の作業を行うに際し、多大な経費と時間を要していた。この問題を解決するためには、機関を車体に装架したままで、しかも走行中の機関の状態の計測ができればよい。
【０００３】
この目的で、鉄道用ディーゼル車両の機関状態記録装置の開発が国鉄時代に開始され、現在一部のＪＲで使用されている。例えば、”車両と機械”平成２年１０月，Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．１０「気動車用エンジンモニター装置の開発」にその内容が開示されている。この装置は、機関各部の温度、同圧力、及び機関回転速度等を記録し、走行後にその記録結果を表示するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
機関性能を評価するためには、機関出力の検出が必要不可欠である。にもかかわらず、前述した装置を含むディーゼル車両の機関状態記録装置は、走行中の機関出力を検出する手段を備えていない。また、機関出力が所定であっても、単位出力当たりの燃料消費量である燃料消費率が所定より大きければ、機関性能が低下していることになる。したがって、機関性能を評価するためには、機関出力と併せ燃料消費率の検出も必要不可欠である。ところが、従来の装置は機関出力の検出ができないため、燃料消費率を検出する手段を備えていない。機関出力と燃料消費率の検出結果は、燃料制御装置に対するノッチ指令別の機関回転速度と機関出力あるいは燃料消費率との関係、すなわち機関性能曲線の形式で表示すれば最も良く機関性能の評価ができる。さらに、最近における前記検出結果と共に機関の性能規格あるいは過去の前記検出結果を前記機関性能曲線の形式で表示すれば、機関性能の推移を容易に把握できる。ところが、従来の装置は、最近における前記検出結果と共に機関の性能規格あるいは過去の前記検出結果を前記機関性能曲線の形式で表示する手段を備えていない。以上のことから、従来の装置では、検修作業者が機関の検査・修繕を行うに際し、その検査・修繕の前に機関の状態を計測することにより機関性能を評価し、その結果にもとづいて検査・修繕の程度を決めるまでの判断を行うには不十分であった。
【０００５】
ところで、鉄道用ディーゼル車両の走行中の機関出力の検出方法には、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。このように、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含まれる。しかしながら、いずれの方法もトルク検出器の設置には多くの時間と労力を要する。したがって、走行中の機関出力の計測は、新形式車両の走行性能試験等ごく限られた場合に行われているに留まる。日常のディーゼル車両の検査・修繕作業では、限られた時間と労力の範囲内で実施しなければならないため、走行中の機関出力の検出を行うことは困難であった。
【０００６】
本発明は、前記のような問題を解決するためになされたものであって、特別なトルク検出器を設置することなくディーゼル車両の走行中の機関出力を検出し、検出した機関出力と機関回転速度とノッチ指令と燃料消費率を記録し、ディーゼル車両が走行中あるいは走行後に、最近における記録結果と共に機関の性能規格あるいは過去の記録結果を機関性能曲線の形式で表示する手段を機関状態記録装置が備えることにより、検修作業者が機関の検査・修繕の前に機関性能を評価し、その結果にもとづいて検査・修繕の程度を決めることを可能と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の検出と、前記ディーゼル機関の回転速度の検出と、前記ディーゼル機関の燃料制御装置に対するノッチ指令の検出とが可能なディーゼル車両において、
前記車両の走行中の前記検出の結果を所定の情報として記録する記録手段と、前記記録手段に記録された情報に基づいて前記ノッチ指令別の前記ディーゼル機関の回転速度と前記ディーゼル機関の軸出力あるいは軸トルクとの関係を表示する手段と、前記ディーゼル機関の性能規格あるいは予め記録された過去の記録に基づいて前記関係を表示する手段と、を備えることを特徴とする機関状態記録装置により、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の検出と、前記ディーゼル機関の回転速度の検出と、前記ディーゼル機関の燃料制御装置に対するノッチ指令の検出と、前記ディーゼル機関の燃料消費量の検出とが可能なディーゼル車両において、
前記車両の走行中の前記検出の結果を所定の情報として記録する記録手段と、前記記録手段に記録された情報に基づいて前記ディーゼル機関の燃料消費率を算出しかつ記録する手段と、前記記録手段に記録された情報に基づいて前記ノッチ指令別の前記ディーゼル機関の回転速度と前記ディーゼル機関の燃料消費率との関係を表示する手段と、前記ディーゼル機関の性能規格あるいは予め記録された過去の記録に基づいて前記関係を表示する手段と、を備えることを特徴とするディーゼル車両の機関状態記録装置により、前記問題を解決しようとするものである。
【０００９】
請求項３に係わる発明は、流体トルクコンバータを動力伝達装置の一部として備え、流体トルクコンバータの入力回転速度の検出と、同出力回転速度の検出と、が可能なディーゼル車両において、
前記車両の走行中の前記検出の結果を所定の情報として記録する記録手段と、
前記流体トルクコンバータの入力回転速度と同出力回転速度が安定状態であることを条件に、前記入力回転速度と同出力回転速度と前記流体トルクコンバータの入力特性から前記流体トルクコンバータの入力トルクあるいは馬力を算出し、
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状態記録装置により、前記問題を解決しようとするものである。
【００１０】
【作用】
機関状態記録装置は、ディーゼル車両が走行中に機関出力と機関回転速度とノッチ指令を検出し、記録する。本装置は、機関出力をトルク検出器あるいは以下に説明する流体トルクコンバータの入力特性を利用して動力伝達トルクを算出することにより検出する。流体トルクコンバータの入力特性として、流体トルクコンバータの入力回転速度と同出力回転速度と同入力トルクとの間には次の関係がある。
Ｔ_i ＝ｆ（ｅ）×Ｎ_i ²
Ｔ_i ：入力トルク
Ｎ_i ：入力回転速度
Ｎ_o ：出力回転速度
ｅ ：速度比（Ｎ_o ／Ｎ_i ）
ｆ（ｅ）：入力トルク係数
流体トルクコンバータの入力トルク係数は、その流体トルクコンバータに特有のもので近似的に速度比の関数である。したがって、流体トルクコンバータの入力回転速度と同出力回転速度から同入力トルクが算出できる。ただし、両回転速度の時間的変化が急な場合、例えばノッチ指令が変化した直後等の過渡的状態の場合は、機関あるいは動力伝達装置の回転慣性の影響が大きくなり、同入力トルクの算出誤差が大きい。したがって、両回転速度が安定状態であることを条件に同入力トルクの算出を行うこととする。このようにして求めた同入力トルクと機関出力端から流体トルクコンバータ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ディーゼル車両の走行中の機関出力を検出する。検出した機関出力と燃料消費量から燃料消費率を算出する。燃料消費率は、単位時間単位機関出力当たりの燃料の容積又は質量である。一方、燃料消費量は、単位時間当たりの燃料の容積又は質量として検出される。したがって、燃料消費率は燃料消費量を機関出力で除すことによって算出する。算出した燃料消費率を記録し、ディーゼル車両が走行中あるいは走行後に、最近における記録結果と共に機関の性能規格あるいは過去の記録結果を機関性能曲線の形式で表示する。これにより、検修作業者が機関の検査・修繕の前に機関性能を評価し、その結果にもとづいて検査・修繕の程度を決めることを可能とすることができる。
【００１１】
【発明の実施例】
図１は鉄道用ディーゼル車両に本発明の請求項１と請求項２を例示的に具体化した場合の機器構成の一実施例を示す。先ず、鉄道用ディーゼル車両の駆動系について説明する。運転士が操作する運転台の主幹制御器１のノッチに応じて燃料制御装置２に対するノッチ指令３が変化する。ノッチ指令３により燃料噴射ポンプ４のラック位置（図示しない）が決定され、そのラック位置にしたがって燃料が機関５に送り込まれ、機関出力が生み出される。機関出力は、流体トルクコンバータ６を備えた動力伝達装置である液体変速機７と推進軸８を介して動輪９に伝達され、ディーゼル車両の駆動力となる。
【００１２】
機関状態記録装置１０は、機関出力検出記録手段１１、燃料消費率算出記録手段１２、及び機関性能表示手段１３を備えている。
【００１３】
機関出力検出記録手段１１は、ディーゼル車両が走行中に、液体変速機７や推進軸８などの動力伝達装置に設置された動力伝達トルク検出器１４により検出された動力伝達トルク１５と、機関５に設置された機関回転速度検出器１６により検出された機関回転速度１７と、ノッチ指令３とを記録する。また、機関出力検出記録手段１１は、動力伝達トルク１５、機関回転速度１７、機関出力端からトルク検出器までの動力伝達効率、及び歯車比から、機関出力１８を例えば次の計算式に従って算出し、かつ記録する。
Ｐ_E ＝（Ｎ×Ｔ_P ）／（η×Ｒ）
Ｐ_E ：機関出力
Ｔ_P ：動力伝達トルク
Ｎ ：機関回転速度
η ：動力伝達効率
Ｒ ：歯車比
なお、機関出力１８の検出方法は特定の方法に限定されるものではなく、いかなる方法であってもよい。また、機関出力１８の単位は、ＰＳ、ｋＷ、Ｎ・ｍ、あるいはｋｇｆ・ｍなど、機関軸出力あるいは軸トルクを表すものであればいかなる単位であってもよい。
【００１４】
燃料消費率算出記録手段１２は、ディーゼル車両が走行中に、機関出力１８と、機関回転速度１７と、ノッチ指令３と、機関５の燃料配管中に設置された燃料流量計１９により検出された燃料消費量２０とを記録する。また、燃料消費量２０を機関出力１８で除すことによって燃料消費率２１を算出し、かつこれを記録する。燃料消費率２１の算出と記録は、ディーゼル車両が走行中に行ってもよいし、走行後に行ってもよい。
【００１５】
機関性能表示手段１３は、機関出力検出記録手段１１および燃料消費率算出記録手段１２に記録されている機関出力１８と、機関回転速度１７と、ノッチ指令３と、燃料消費率２４とをそれぞれ読み出し、ノッチ指令３ごとの機関回転速度１７と機関出力１８あるいは燃料消費率２１との関係を、機関性能曲線としてグラフ形式で表示する。さらに、最近における記録結果と共にその機関の性能規格あるいは前回走行時あるいはそれ以前の記録結果を同一画面上に表示し、あるいは紙面上に出力する。ここに、図３に記録結果の一表示例を示す。図３の表示装置は、ＣＲＴ画面、液晶画面、プリンタ、あるいはプロッタなど、いかなる装置であってもよい。また、データプロットの近似曲線を描かせてもよい。この表示は、ディーゼル車両が走行中であっても走行後であってもよい。走行中であれば、取得したデータをその都度プロット表示することとしてもよい。
【００１６】
以上説明したように、ディーゼル車両の走行中の機関出力と機関回転速度とノッチ指令と燃料消費量を記録し、同車両が走行中あるいは走行後に、機関出力と燃料消費量から燃料消費率を算出かつ記録し、前記記録をもとにノッチ指令別の機関回転速度と機関出力あるいは燃料消費率との関係を表示し、併せて機関の性能規格あるいは過去の前記記録をもとに前記関係を表示する手段を備えたディーゼル車両の機関状態記録装置が、本発明の特徴である。
【００１７】
図２は鉄道用ディーゼル車両に本発明の請求項３を例示的に具体化した場合の機器構成の一実施例を示す。機関出力検出記録手段１１と燃料消費率算出記録手段１２と機関性能表示手段１３は図１の実施例と同じである。動力伝達トルク検出器１４の代わりに、流体トルクコンバータ入力トルク算出記録手段２２を備えている点が、図１の実施例と異なっている。流体トルクコンバータ入力トルク算出記録手段２２は、ディーゼル車両が走行中に、流体トルクコンバータ６の入力軸に設置された流体トルクコンバータ入力回転速度検出器２３により検出された流体トルクコンバータ入力回転速度２４と、流体トルクコンバータ６の出力軸に設置された流体トルクコンバータ出力回転速度検出器２５により検出された流体トルクコンバータ出力回転速度２６とを記録する。また、流体トルクコンバータ入力トルク算出記録手段２２は、図１の実施例のように特別な動力伝達トルク検出器１４を設置することなく、「作用」で述べた原理を用いて両回転速度２４、２６と流体トルクコンバータの入力特性に基づいて流体トルクコンバータ入力トルク、すなわち動力伝達トルク１５を算出する。ただし、両回転速度２４、２６の時間的変化が急な場合は、機関あるいは動力伝達装置の回転慣性の影響が大きくなり、流体トルクコンバータ入力トルクの算出誤差が大きい。したがって、両回転速度２４、２６が安定状態、例えば両回転加減速度が一定範囲内であることを条件に流体トルクコンバータ入力トルクの算出を行うのが好ましい。算出した流体トルクコンバータ入力トルクと流体トルクコンバータ入力回転速度の積が流体トルクコンバータ入力馬力となる。流体トルクコンバータ入力トルク算出記録手段２２は、このようにして算出した流体トルクコンバータ入力トルクあるいは馬力を記録する。流体トルクコンバータ入力トルクあるいは馬力の算出と記録は、ディーゼル車両が走行中であっても走行後であってもよい。流体トルクコンバータ入力トルク算出記録手段２２以外の手段は、図１の実施例と同様である。
【００１８】
以上説明したように、特別なトルク検出器を設置することなく、ディーゼル車両が走行中あるいは走行後に、流体トルクコンバータの入力回転速度と同出力回転速度が安定状態であることを条件に、両回転速度と流体トルクコンバータの入力特性から流体トルクコンバータの入力トルクあるいは馬力を算出し、かつ記録する手段を備えたディーゼル車両の機関状態記録装置が、本発明の特徴である。
【００１９】
なお、本発明は機関状態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ていても、又は機関状態記録装置が前記装置を付属していても適用可能である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の機関状態記録装置によれば、特別なトルク検出器を設置することなくディーゼル車両の走行中の機関出力を検出し、検出した機関出力と機関回転速度とノッチ指令と燃料消費率を記録することにより、走行中に定置の機関性能試験と同等の情報を得ることができ、また、ディーゼル車両が走行中あるいは走行後に、最近における記録結果と共に機関の性能規格あるいは過去の記録結果を機関性能曲線の形式で表示する手段を機関状態記録装置が備えることにより、機関性能の推移を容易に把握できる。これにより、検修作業者が機関の検査・修繕の前に機関性能を評価し、その結果に基づいて検査・修繕の程度を決めることを可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉄道用ディーゼル車両に本発明の請求項１と請求項２を実施した場合の機器構成の一実施例を示す図である。
【図２】鉄道用ディーゼル車両に本発明の請求項３を実施した場合の機器構成の一実施例を示す図である。
【図３】本発明により得られる記録結果の１表示例を示す図である。
【符号の説明】
１ 主幹制御器
２ 燃料制御装置
３ ノッチ指令
４ 燃料噴射ポンプ
５ 機関
６ 流体トルクコンバータ
７ 液体変速機
８ 推進軸
９ 動輪
１０ 機関状態記録装置
１１ 機関出力検出記録手段
１２ 燃料消費率算出記録手段
１３ 機関性能表示手段
１４ 動力伝達トルク検出器
１５ 動力伝達トルク
１６ 機関回転速度検出器
１７ 機関回転速度
１８ 機関出力
１９ 燃料流量計
２０ 燃料消費量
２１ 燃料消費率
２２ 流体トルクコンバータ入力トルク算出記録手段
２３ 流体トルクコンバータ入力回転速度検出器
２４ 流体トルクコンバータ入力回転速度
２５ 流体トルクコンバータ出力回転速度検出器
２６ 流体トルクコンバータ出力回転速度

Claims (1)

1. ディーゼル機関の軸出力の検出と、前記ディーゼル機関の回転速度の検出と、前記ディーゼル機関の燃料制御装置に対するノッチ指令の検出と、が可能なディーゼル車両であって、
   前記車両の走行中の前記検出の結果を所定の情報として記録する記録手段と、
   前記記録手段に記録された情報に基づいて前記ノッチ指令別の前記ディーゼル機関の回転速度と前記ディーゼル機関の軸出力との関係を表示する表示手段と、
   前記ディーゼル機関の性能規格あるいは予め記録された過去の記録に基づいて前記関係を表示する表示手段とを備え、
   更に流体トルクコンバータを動力伝達装置の一部として備え、流体トルクコンバータの入力回転速度の検出と、同出力回転速度の検出と、が可能であって
   前記車両の走行中の前記流体トルクコンバータの入力回転速度の検出と、同出力回転速度の検出の結果を所定の情報として記録する記録手段と、
   前記流体トルクコンバータの入力回転速度と同出力回転速度が安定状態であることを条件に、前記入力回転速度と同出力回転速度と前記流体トルクコンバータの入力特性から前記流体トルクコンバータの入力トルクを算出し、
   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状態記録装置。

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