JP6761511B1 - 船舶用ディーゼルエンジン状態監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】船舶に搭載されるディーゼルエンジンについて、エンジンの異常を迅速且つ正確に検知し警告するための状態監視システムを提供する。【解決手段】ディーゼルエンジンの状態監視システムは、船舶に搭載されるディーゼルエンジン及び／又はその接続装置の所定箇所の温度を測定するための温度測定手段と、前記温度測定手段による測定値を正常な温度範囲の上限値及び／又は下限値と比較することによりエンジンの状態を評価する瞬時評価手段と、前記温度測定手段による測定値と正常な温度の基準値との乖離差をデータ集積し、時間による乖離差の変化からエンジンの状態を評価する傾向評価手段と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、船舶に搭載されるディーゼルエンジン等の所定箇所の温度等を測定し、解析することによりエンジンの状態を監視するディーゼルエンジンの状態監視システムに関する。

船舶に搭載する２サイクルディーゼルエンジンにおいては、運航による性能低下を抑え、半永久的に安全に稼働させるための技術として、特殊なフィルター装置を備えた、シリンダ油の循環供給方法(特許文献１)や、システム油供給システム(特許文献２)が知られているが、洋上において、船舶が安全に航行するためには、ディーゼルエンジンが正常に稼働していることを確認するため、エンジンの状態を正確に監視するシステムが必要となる。

従来、船舶に搭載されるディーゼルエンジンは、エンジンの故障を未然に防止するため、所定の箇所の温度を継続的に測定し、測定した温度の値に異常がある場合には、作業員がこれまでの経験をもとにエンジンの所定の箇所を確認し補修するとともに、周辺機器の調整や必要な場合にはエンジンの部品交換を行っていた。

そして、このような温度測定による異常の検出方法においては、エンジンの異常を早期に発見するため、僅かな異常を検出すべく適正な温度範囲を狭く設定する必要があった。

しかしながら、適正な温度範囲を狭くすると、気候の変化やエンジンの出力によってもエンジンの温度は変化するため、エンジンが正常に稼働しているにもかかわらず、エンジンに異常があるかのごとく信号が発せられることとなる。また、このような誤った信号は、点検する作業員の負担となるとともに、確認作業に時間を要し、航行の妨げとなりやすい。

このため、ディーゼルエンジンの監視においては、単にエンジンの温度等が適正な範囲内にあるか判断するだけでなく、適正な範囲から外れた場合にも、それが一時的あるいは偶発的なものであるかの判断を踏まえ、エンジンの異常を正確に警告することができる監視システムの開発が望まれるところである。

特許第６２２３８６８号公報 特許第６１５７４３２号公報 特開平０８−２９１７０４号公報

本発明は、船舶に搭載されるディーゼルエンジンについて、エンジンの異常を迅速且つ正確に検知し警告するための状態監視システムを提供するものである。

前記課題を解決するために本発明者らが検討を行った結果、ディーゼルエンジンの所定箇所の温度等の測定値が、正常な範囲にあるかを判断する瞬時評価手段だけでなく、基準の温度との乖離差をデータ集積することにより判断する傾向評価手段を備えることにより、ディーゼルエンジンの稼働状態を的確に判断することが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、船舶に搭載されるディーゼルエンジン及び／又はその接続装置の所定箇所の温度を測定するための温度測定手段と、
前記温度測定手段による測定値を正常な温度範囲の上限値及び／又は下限値と比較することによりエンジンの状態を評価する瞬時評価手段と、
前記温度測定手段による測定値と正常な温度の基準値との乖離差をデータ集積し、時間による乖離差の変化からエンジンの状態を評価する傾向評価手段と、
を備え、瞬時評価手段による評価の結果と傾向評価手段による評価の結果を組み合わせることによりエンジンの異常を検出することを特徴とするディーゼルエンジンの状態監視システムである。

また本発明は、船舶に搭載されるディーゼルエンジン及び／又はその接続装置の所定箇所の圧力を測定するための圧力測定手段と、
前記圧力測定手段による測定値を正常な圧力範囲の上限値及び／又は下限値と比較することによりエンジンの状態を評価する瞬時評価手段と、
前記圧力測定手段による測定値と正常な圧力の基準値との乖離差をデータ集積し、時間による乖離差の変化からエンジンの状態を評価する傾向評価手段と、
を備え、瞬時評価手段による評価の結果と傾向評価手段による評価の結果を組み合わせることによりエンジンの異常を検出することを特徴とするディーゼルエンジンの状態監視システムである。

さらに本発明は、瞬時評価手段及び傾向評価手段からの異常を知らせる信号の受信により、ディーゼルエンジン又はその接続装置の異常箇所及び／又は異常の要因を画面上に表示する表示手段を備えたことを特徴とするのディーゼルエンジンの状態監視システムである。

本発明のディーゼルエンジンの状態監視システムによれば、船舶に搭載されるディーゼルエンジンの稼働状態を的確に判断し、エンジンの異常を迅速且つ正確に警告することができ、船舶を長期に亘り安全に航行することが可能となる。また、異常が生じても軽微な作業で修復することができ、エンジンの分解など、大がかりな補修作業を無くすことができる。

さらにエンジンに異常が生じた場合には、異常箇所や異常の要因が画面上に表示されるため、確認すべきエンジンあるいは接続装置の点検箇所が特定できるため、エンジンの修復に向け迅速かつ的確な対処が可能となる。

ディーゼルエンジンの状態監視システムにおける瞬時評価手段を示すグラフ ディーゼルエンジンの状態監視システムの瞬時評価手段によるエンジン等各部位の温度評価グラフ ディーゼルエンジンの状態監視システムにおける傾向評価手段を示すグラフ ディーゼルエンジンの状態監視システムの傾向評価手段によるエンジン等各部位の温度評価グラフ ディーゼルエンジンの状態監視システムの瞬時評価手段によるエンジン等各部位の温度差評価グラフ ディーゼルエンジンの状態監視システムの傾向評価手段によるエンジン等各部位の温度差評価グラフ ディーゼルエンジンの状態監視システムの瞬時評価手段によるエンジン等各部位の平均温度等評価グラフ ディーゼルエンジンの状態監視システムの傾向評価手段によるエンジン等各部位の平均温度等評価グラフ ディーゼルエンジンの状態監視システムの瞬時評価手段によるエンジン等各部位の圧力評価グラフ ディーゼルエンジンの状態監視システムにおける傾向評価手段によるエンジン等各部位の圧力評価グラフ ディーゼルエンジンの状態監視システムの瞬時評価手段によるエンジン等各部位の回転速度等評価グラフ ディーゼルエンジンの状態監視システムにおける傾向評価手段によるエンジン等各部位の回転速度等評価グラフ

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態を具体例を挙げながら説明するが、本発明は具体例に限定されるものではない。

本発明のディーゼルエンジンの状態監視システムは、船舶に搭載されるディーゼルエンジンの所定箇所の温度を測定するための温度測定手段と、前記温度測定手段による測定値を正常な温度範囲として定めた臨界値(上限値、下限値)と比較することによりエンジンの状態を評価する瞬時評価手段と、前記温度測定手段による測定値と正常な温度の基準値との乖離差をデータ集積し、時間による乖離差の変化からエンジンの状態を評価する傾向評価手段と、を備えることを特徴とする。

ディーゼルエンジンの接続装置とは、ディーゼルエンジン本体に接続される装置全般を示すものであり、例えば、ターボチャージャー等の過給機や船舶内の電力を発電するための発電機などの装置を挙げることができる。

温度測定手段は、ディーゼルエンジンの所定の箇所の温度を測定し、測定した値を電気的な信号として発信できるものであれば、特に限定されるものではなく、温度センサーなど広く用いることができる。温度の測定箇所としては、例えば、シリンダ出口、過給機入口、吸気口等が挙げられるが、ディーゼルエンジンの構造により、適宜、測定箇所を選定することが好ましい。また、エンジンの稼働により発熱する部位ごとに温度測定手段を設置しておけば、あらゆる温度の異常を検出することができるため、エンジンの異常をもれなく探知することが可能となる。

ディーゼルエンジンの状態監視システムは、瞬時評価手段と傾向評価手段を備えており、それぞれの評価手段によりエンジンの異常を検知することができるが、瞬時評価手段と傾向評価手段を組み合わせることで、精度の高いエンジンの監視が可能となる。例えば、瞬時評価手段で異常値が検出されても、傾向評価手段で正常値が示されている場合は、瞬時評価手段で示された異常値は、一時的あるいは偶発的なものである可能性があると判断することができ、エンジンの状態を総合的に判断することが可能となる。

瞬時評価手段は、測定した温度の値を正常な温度範囲として定めた臨界値(上限値、下限値)と比較することにより、測定した温度が正常であるか、異常であるか判断する。正常な温度範囲として定める臨界値には、通常、上限値と下限値を設け、測定した温度の値が、上限値を上回る場合あるいは下限値を下回る場合に警告信号が発せられる(図１)。

警告信号を発する判断の基準となる臨界値(上限値、下限値)とは別に、注意を促すための閾値を定めることができる。このような閾値を設けておけば、警告信号を発する前に注意信号を発して監視員にエンジンの状態確認を促すことが可能となる。

警告信号を発する基準となる臨界値は、通常、正常な温度の基準値を中心として、上限値と下限値を設定する。正常な温度の基準値は、通常、船舶(エンジン)を購入後、比較的新しい状態で海上での試運転を行うことにより計測する。エンジンの出力(負荷率(Load(%))に応じて正常な温度の基準を設定すれば、エンジンの出力に応じて瞬時評価手段と傾向評価手段を機能させることができるため、より精度の高い監視が可能となる。尚、必ずしも上限値と下限値を設定する必要はなく、測定箇所の温度特性により、上限値のみ、あるいは下限値のみを設定してもよい。

警告信号を発する判断の基準となる臨界値(上限値、下限値)や注意を促すための閾値は、エンジン又はその接続装置の温度を測定する箇所に応じて、適宜、設定すべきであるが(図２)、例えば、シリンダ出口であれば、臨界値の上限を正常な温度の基準値に対し＋４８℃に設定し、臨界値の下限を基準値に対し−４８℃に設定することができる(図１)。また、注意を促すための閾値を正常な温度の基準値に対し＋４０℃と−４０℃に設定することができる(表１)。

傾向評価手段は、温度測定手段により測定した温度値と正常な温度の基準値との乖離差をデータ集積し、時間による乖離差の変化からエンジンの状態を評価するものである。例えば、図３に示すように、温度の測定値と正常な温度の基準値との乖離差を約１ヶ月の期間グラフ上にプロットし、これらのプロットしたデータから得られる近似直線の傾きが、設定した所定の傾きの上限あるいは下限を超えた場合、エンジンの異常を知らせる警告信号が発せられる。

警告信号を発する判断の基準となる直線の傾きや注意を促すための直線の傾きは、エンジン又は接続装置の温度を測定する箇所に応じて、適宜、設定すべきであるが(図４)、例えば、シリンダ出口であれば、図３に示すように、警報の対象となる直線の傾きは、横軸の約１ヶ月間に対し、縦軸の温度の変化が＋３２℃と−３２℃に相当する直線の傾きに設定することができる。また、注意を促すための直線の傾きは、横軸の約１ヶ月間に対し、縦軸の温度の変化が＋２６℃と−２６℃に相当する直線の傾きに設定することができる。

また傾向評価手段は、プロットしたデータの近似直線の傾きに限らず、データから得られる近似曲線等を用い、適宜、関数計算を利用するなどして評価することもできる。

ディーゼルエンジンの状態監視システムは、測定した温度の値を直接利用することができるが、例えば、過給機の排気出入口など温度差の管理が重要になると考えられる箇所においては、温度差の値について瞬時評価手段(図５)と傾向評価手段(図６)を利用しエンジンの状態を監視することも可能である。

また、測定した温度等の値から算出される平均値や偏差値について瞬時評価手段(図７)と傾向評価手段(図８)を利用してエンジンの状態を監視することもできる。

ディーゼルエンジンの状態監視システムには、瞬時評価手段や傾向評価手段から警告信号等のエンジンの異常を知らせる信号を受信すると、ディーゼルエンジン等の異常箇所や異常の要因を画面上に表示する表示手段を備えることができる。

測定している箇所に温度の異常が生じたことを検知すると、エンジンあるいは過給機等の接続装置の点検すべき箇所が画面上に表示されるため、監視員は、エンジンの修復に向け迅速に対処することができ、エンジンの故障を未然に防止することが可能となる。

温度異常が生じた測定箇所から想定される点検すべき箇所は、エンジンの形式や接続装置の種類、また、これまでの実績に基づき適宜設定すべきであるが、例えば、表１に示すように、シリンダ出口において、測定温度が上限値を上回る場合には、燃料噴射弁の不良、燃料噴射ポンプの不良、排気弁の不良、調整リンクの不良が考えられ、燃料噴射弁の不良の要因としては、燃料噴射弁のスティック、燃料噴射弁のシート部の異常、燃料噴射弁の噴口の拡大、燃料噴射弁の開弁圧の低下、燃料噴射弁とノズルの当たり面の不良が具体的に挙げられるとともに、噴射テストの実施が推奨され、これらの内容が画面上に表示されることとなる。一方、シリンダ出口における測定温度が下限値を下回る場合には、燃料噴射弁の不良、燃料噴射ポンプの不良、排気弁の不良、調整リンクの不良が考えられ、燃料噴射弁の不良の要因としては、燃料噴射弁の詰まり、燃料噴射弁のスティック、燃料噴射弁とノズルの当たり面の不良が挙げられるとともに、噴射テストの実施が推奨される。

ディーゼルエンジンの状態監視システムは、船舶に搭載されるディーゼルエンジン等の所定箇所の圧力についても監視することができる。圧力を測定する部位としては、例えば、ディールエンジンの吸気口における吸気圧力や冷却ジャケット内の冷却水の圧力を挙げることができる。

圧力によるエンジンの状態監視システムにおいては、測定する対象が圧力であるため、温度測定手段に代えて圧力測定手段を使用する必要があるものの、瞬時評価手段と傾向評価手段については、温度による状態監視システムと同様の手法を用いることができる。圧力による状態監視システムの瞬時評価手段の具体例を図９に示し、傾向評価手段の具体例を図１０に示す。

さらに、ディーゼルエンジンの状態監視システムは、船舶に搭載されるディーゼルエンジン等の機関回転速度、過給機回転速度、シリンダオイルミスト濃度等についても監視することができる。回転速度やミスト濃度を測定するための測定手段は適宜選択する必要があるものの、瞬時評価手段と傾向評価手段については、温度による状態監視システムと同様の手法を用いることができる。機関回転速度等によるエンジンの状態監視システムにおける瞬時評価手段の具体例を図１１に示し、傾向評価手段の具体例を図１２に示す。また、図には示さないが、潤滑油の動粘度についても同様の手法を用いて監視することができる。

Claims (3)

1. 船舶に搭載されるディーゼルエンジン及び／又はその接続装置の所定箇所の温度を測定するための温度測定手段と、
   前記温度測定手段による測定値を正常な温度範囲の上限値及び／又は下限値と比較することによりエンジンの状態を評価する瞬時評価手段と、
   前記温度測定手段による測定値と正常な温度の基準値との乖離差をデータ集積し、時間による乖離差の変化からエンジンの状態を評価する傾向評価手段と、
   を備え、瞬時評価手段による評価の結果と傾向評価手段による評価の結果を組み合わせることによりエンジンの異常を検出することを特徴とするディーゼルエンジンの状態監視システム。
2. 船舶に搭載されるディーゼルエンジン及び／又はその接続装置の所定箇所の圧力を測定するための圧力測定手段と、
   前記圧力測定手段による測定値を正常な圧力範囲の上限値及び／又は下限値と比較することによりエンジンの状態を評価する瞬時評価手段と、
   前記圧力測定手段による測定値と正常な圧力の基準値との乖離差をデータ集積し、時間による乖離差の変化からエンジンの状態を評価する傾向評価手段と、
   を備え、瞬時評価手段による評価の結果と傾向評価手段による評価の結果を組み合わせることによりエンジンの異常を検出することを特徴とするディーゼルエンジンの状態監視システム。
3. 瞬時評価手段及び傾向評価手段からの異常を知らせる信号の受信により、ディーゼルエンジン又はその接続装置の異常箇所及び／又は異常の要因を画面上に表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のディーゼルエンジンの状態監視システム。