JP5620712B2 - エンジン故障事前感知システム - Google Patents

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Description

本発明は、エンジン故障事前感知システムに関するものである。
一般的に、エンジンに起こる故障の大多数は、共振による異常荷重と応力が要因となってエンジンの各所に摩耗や破損を招くことで生じたものと考えられるが、そもそも自動車の出荷時におけるエンジンは、共振が起こらないよう適切な設計を基に強固に組み付けられている。
即ち、出荷時における新品のエンジンでは、共振が起こらないように適切な設計と組み付けが成されているが、経時的な劣化によりボルトが緩むなどして組み付け部分の締結が甘くなると、設計段階では想定されていなかった共振が起こることがあり、この共振によりエンジンに故障が生じていた。
尚、本発明に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献1等がある。
特開2004−263648号公報
しかしながら、エンジンに共振が生じていても、運転者は実際にエンジンに故障が生じるまでエンジンの異常に気づくことがないため、未だエンジンに故障が生じていない段階で運転者がエンジンの異常に気づけるようにするシステムの構築が望まれているが、現在のところ、そのようなシステムの実用化が果たされていないのが実情である。
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、未だエンジンに故障が生じていない段階で将来的な故障発生を予測し得るようにしたエンジン故障事前感知システムを提供することを目的とする。
本発明は、エンジンの適宜位置に配置された加速度センサと、該加速度センサにより新品のエンジンについて運転状態に応じて検出されるはずの加速度の周波数分析データをベースデータとして記憶した演算装置とを備え、該演算装置が前記加速度センサによる実測の加速度を周波数分析して測定時の運転状態に対応するベースデータと比較し且つ該ベースデータに対し実測の加速度の周波数分析結果のうちの何れかの周波数成分が許容値を超えて相違していた場合に将来的な故障発生を予測するように構成されたエンジン故障事前感知システムであって、
エンジンにおける互いに距離を隔てたA点とB点に加速度センサを夫々配置し、A点及びB点の夫々における実測の加速度を周波数分析して測定時の運転状態に対応する夫々のベースデータと比較すると共に、A点における実測の加速度の周波数分析結果からB点における実測の加速度の周波数分析結果を引いて測定時の運転状態に対応するA点のベースデータからB点のベースデータを引いたベースデータと比較し、A点における実測の加速度の周波数分析結果のうちの何れかの周波数成分がベースデータに対し許容値を超えて相違するか、B点における実測の加速度の周波数分析結果のうちの何れかの周波数成分がベースデータに対し許容値を超えて相違するか、A点における実測の加速度の周波数分析結果からB点における実測の加速度の周波数分析結果を引いた算出結果のうちの何れかの周波数成分がA点のベースデータからB点のベースデータを引いたベースデータに対し許容値を超えて相違するかしていた場合に将来的な故障発生を予測するように演算装置が構成されていることを特徴とするものである。
而して、このようにすれば、エンジンに共振が生じている場合と、共振が生じていない場合とで、加速度センサによる実測の加速度そのものに顕著な相違が生じなくても、その実測の加速度を周波数分析した時に比較的大きなレベルで現れる特定の周波数成分について比較すれば、そのレベルがエンジンの共振の有無により顕著な相違として現れるので、A点とB点における加速度を加速度センサにより実測して周波数分析し、その測定時の運転状態に対応するベースデータ(共振が起こらない新品のエンジンに基づくベースデータ)との比較で何れかの周波数成分が許容値を超えて相違していたならば、エンジンに経年劣化を要因とする共振が生じているものと判断され、この共振による将来的な故障発生が予測されることになる。
また、A点とB点における共振の判定だけでなく、A点とB点に挟まれた場所における共振の有無についても判断することが可能となり、より具体的には、A点とB点に挟まれた場所にて共振が発生している場合に、測定時の運転状態に対応するA点のベースデータからB点のベースデータを引いたベースデータと比較して、A点における実測の加速度の周波数分析結果からB点における実測の加速度の周波数分析結果を引いた算出結果のうちの何れかの周波数成分が許容値を超えて相違することになる。
上記した本発明のエンジン故障事前感知システムによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
(I)加速度センサにより実測した加速度を周波数分析して測定時の運転状態に対応するベースデータと比較することによって、エンジンに経年劣化を要因とする共振が生じているか否かを判断することができるので、未だエンジンに故障が生じていない段階で将来的な故障発生を予測することができる。
(II)エンジンにおける互いに距離を隔てたA点とB点に加速度センサを夫々配置したことによって、A点とB点における共振の判定だけでなく、A点とB点に挟まれた場所における共振の有無についても判断することができるので、加速度センサを直接配置し難い箇所について当該箇所を間に挟むようなA点とB点とを設定すれば、前記加速度センサを直接配置し難い箇所についての共振の有無を判定して当該箇所の将来的な故障発生を予測することができる。
本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 加速度の周波数分析データの一例を示すグラフである。
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図1は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図1中における1はターボチャージャ2を装備したディーゼルエンジン(エンジン)を示しており、エアクリーナ3から導かれた吸気4が吸気管5を通し前記ターボチャージャ2のコンプレッサ2aへと送られ、該コンプレッサ2aで加圧された吸気4がインタークーラ6へと送られて冷却され、該インタークーラ6から更に図示しない吸気マニホールドへと導かれてディーゼルエンジン1の各気筒に分配されるようになっており、該各気筒から排出された排気ガス7は、排気マニホールド8を介しターボチャージャ2のタービン2bへと送られ、該タービン2bを駆動した排気ガス7が排気管9を介し車外へ排出されるようにしてある。
斯かるディーゼルエンジン1に関し、本形態例においては、ディーゼルエンジン1のシリンダヘッド上部の前方位置における高剛性部位をA点として加速度センサ10を設置すると共に、シリンダブロック下部の後方位置における搭載補機(クラッチ、ミッション、セル、噴射ポンプ等)が周囲に多く組み付けられている部位をB点として別の加速度センサ11を設置し、これら各加速度センサ10,11による実測の加速度を検出信号12,13として入力する演算装置14を所要場所に設けている。
前記演算装置14には、前記各加速度センサ10,11により新品のディーゼルエンジン1について運転状態に応じて検出されるはずの加速度の周波数分析データがベースデータとして記憶されており、更には、A点のベースデータからB点のベースデータを引いた算出結果もベースデータとして記憶されている。
ここで、加速度の周波数分析データとは、図2にグラフで示す如く、加速度の成分を周波数別に分析して、どの周波数の成分が何%含まれているかという分布に換算したものであり、このような周波数分析データを、共振が起こらないことが検証された出荷前の複数台の自動車に搭載された新品のディーゼルエンジン1について計測して平均化したものがベースデータとして演算装置14に記憶されている。
即ち、ディーゼルエンジン1に共振が生じている場合と、共振が生じていない場合とで、加速度センサ10,11による実測の加速度そのものに顕著な相違が生じなくても、その実測の加速度を周波数分析した時に比較的大きなレベルで現れる特定の周波数成分について比較すれば、そのレベルがディーゼルエンジン1の共振の有無により約10dB以上バラついて顕著な相違として現れるため、この顕著な相違を利用して共振の発生の有無を判断し得るようにしている。
尚、前記演算装置14には、図示しないディーゼルエンジン1の制御装置から導いたディーゼルエンジン1の回転数を示す検出信号15と、ディーゼルエンジン1の燃料噴射量(指示値)を示す検出信号16とが入力されるようになっており、各加速度センサ10,11により加速度が検出された時の運転状態が常に把握されるようになっている。
そして、前記演算装置14においては、A点及びB点の夫々における実測の加速度を周波数分析して測定時の運転状態に対応する夫々のベースデータと比較すると共に、A点における実測の加速度の周波数分析結果からB点における実測の加速度の周波数分析結果を引いて測定時の運転状態に対応するA点のベースデータからB点のベースデータを引いたベースデータと比較するようになっている。
即ち、演算装置14内には、ディーゼルエンジン1の回転数と燃料噴射量(指示値)との二次元制御マップが作成されており、現在のディーゼルエンジン1の回転数と燃料噴射量(指示値)とが判れば、前記二次元制御マップから当該運転状態におけるベースデータが読み出され、この読み出されたベースデータと実測の加速度の周波数分析結果とにおける比較的大きなレベルで現れた周波数成分について演算装置14内で照らし合わされ、相互の相違が検出されることになる。
更に、前記演算装置14では、A点における実測の加速度の周波数分析結果のうちの何れかの周波数成分がベースデータに対し許容値を超えて相違するか、B点における実測の加速度の周波数分析結果のうちの何れかの周波数成分がベースデータに対し許容値を超えて相違するか、A点における実測の加速度の周波数分析結果からB点における実測の加速度の周波数分析結果を引いた算出結果のうちの何れかの周波数成分がA点のベースデータからB点のベースデータを引いたベースデータに対し許容値を超えて相違するかしていた場合に将来的な故障発生を予測するようになっている。
ここで、演算装置14内でベースデータを読み出すにあたり、駆動系の影響が大きい場合には、ディーゼルエンジン1の回転数と燃料噴射量(指示値)の2軸に、ミッションのギヤ段の1軸を加えた三次元制御マップとしてベースデータを読み出すようにしても良く、このようにすれば、より精度の高い将来的な故障発生の予測を行うことが可能となる。尚、斯かる三次元制御マップからベースデータを読み出す場合には、ミッションのギヤ段を示す検出信号17が前記演算装置14に入力されるようにしておけば良い。
而して、このようにすれば、ディーゼルエンジン1に共振が生じている場合と、共振が生じていない場合とで、加速度センサ10,11による実測の加速度そのものに顕著な相違が生じなくても、その実測の加速度を周波数分析した時に比較的大きなレベルで現れる特定の周波数成分について比較すれば、そのレベルがディーゼルエンジン1の共振の有無により顕著な相違として現れるので、A点とB点における加速度を加速度センサ10,11により実測して周波数分析し、その測定時の運転状態に対応するベースデータとの比較で何れかの周波数成分が許容値を超えて相違していたならば、ディーゼルエンジン1に経年劣化を要因とする共振が生じているものと判断され、この共振による将来的な故障発生が予測されることになる。
また、A点とB点における共振の判定だけでなく、A点とB点に挟まれた場所における共振の有無についても判断することが可能となり、より具体的には、A点とB点に挟まれた場所にて共振が発生している場合に、測定時の運転状態に対応するA点のベースデータからB点のベースデータを引いたベースデータと比較して、A点における実測の加速度の周波数分析結果からB点における実測の加速度の周波数分析結果を引いた算出結果のうちの何れかの周波数成分が許容値を超えて相違することになる。
従って、上記形態例によれば、各加速度センサ10,11により実測した加速度を周波数分析して測定時の運転状態に対応するベースデータと比較することによって、ディーゼルエンジン1に経年劣化を要因とする共振が生じているか否かを判断することができるので、未だディーゼルエンジン1に故障が生じていない段階で将来的な故障発生を予測することができる。
しかも、ディーゼルエンジン1における互いに距離を隔てたA点とB点に加速度センサ10,11を夫々配置したことによって、A点とB点における共振の判定だけでなく、A点とB点に挟まれた場所における共振の有無についても判断することができるので、加速度センサ10,11を直接配置し難い箇所について当該箇所を間に挟むようなA点とB点とを設定すれば、前記加速度センサ10,11を直接配置し難い箇所についての共振の有無を判定して当該箇所の将来的な故障発生を予測することができる。
尚、本発明のエンジン故障事前感知システムは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、各加速度センサには、ノッキングセンサやGセンサを流用して用いても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
1 ディーゼルエンジン(エンジン)
10 加速度センサ
11 加速度センサ
14 演算装置

Claims (1)

  1. エンジンの適宜位置に配置された加速度センサと、該加速度センサにより新品のエンジンについて運転状態に応じて検出されるはずの加速度の周波数分析データをベースデータとして記憶した演算装置とを備え、該演算装置が前記加速度センサによる実測の加速度を周波数分析して測定時の運転状態に対応するベースデータと比較し且つ該ベースデータに対し実測の加速度の周波数分析結果のうちの何れかの周波数成分が許容値を超えて相違していた場合に将来的な故障発生を予測するように構成されたエンジン故障事前感知システムであって、
    エンジンにおける互いに距離を隔てたA点とB点に加速度センサを夫々配置し、A点及びB点の夫々における実測の加速度を周波数分析して測定時の運転状態に対応する夫々のベースデータと比較すると共に、A点における実測の加速度の周波数分析結果からB点における実測の加速度の周波数分析結果を引いて測定時の運転状態に対応するA点のベースデータからB点のベースデータを引いたベースデータと比較し、A点における実測の加速度の周波数分析結果のうちの何れかの周波数成分がベースデータに対し許容値を超えて相違するか、B点における実測の加速度の周波数分析結果のうちの何れかの周波数成分がベースデータに対し許容値を超えて相違するか、A点における実測の加速度の周波数分析結果からB点における実測の加速度の周波数分析結果を引いた算出結果のうちの何れかの周波数成分がA点のベースデータからB点のベースデータを引いたベースデータに対し許容値を超えて相違するかしていた場合に将来的な故障発生を予測するように演算装置が構成されていることを特徴とするエンジン故障事前感知システム。
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