JP7208099B2

JP7208099B2 - 監視システム

Info

Publication number: JP7208099B2
Application number: JP2019084627A
Authority: JP
Inventors: 勇人森; 洋平猿渡; 恒平穴井; 隼平柴田; 祐亮赤荻
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2023-01-18
Anticipated expiration: 2039-04-25
Also published as: CN111852654B; KR20200125516A; TW202039993A; CN111852654A; TWI842876B; JP2020180586A

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの油圧駆動ラインを監視する監視システムに関する。

従来、舶用のディーゼルエンジンでは、燃焼室内にて燃焼したガスを排出するための排気ポート、および、排気ポートを開閉するための排気弁が設けられており、油圧駆動される当該排気弁の動作監視がストロークセンサを利用して行われている。しかしながら、排気弁を駆動する油圧駆動ラインの監視は一般的に行われていない。

一方、特許文献１では、車両用のガソリンエンジンにおいて、油圧駆動部品に供給されるオイルの圧力を検出し、オイルの圧力脈動の変動幅が閾値未満である場合、オイルポンプがエア吸い状態となってオイルの気泡率が増大したと推定する技術が提案されている。また、特許文献２では、車両用のブレーキ制御装置において、車輪への制動力付与用のホイールシリンダに供給される作動流体の圧力を検出し、作動流体の圧力変動に基づいて、作動流体へのエア混入の有無およびエア混入量を求める技術が提案されている。

特許第５８３５００４号公報特許第４７３０１００号公報

ところで、特許文献１および特許文献２の監視装置では、油圧駆動ラインにおいて、ポンプから送出されて駆動対象（例えば、ホイールシリンダ）に供給される駆動油の圧力変動を測定して、当該測定結果に基づいて駆動油へのエア混入を検出している。しかしながら、駆動対象に供給される駆動油の流量は比較的多く、圧力も比較的高いため、駆動油へのエア混入の影響が現れにくく、上記監視装置では、エア混入を精度良く検出することは難しい。また、上記監視装置によりエア混入が検出可能な状態までエアの混入量が増大すると、駆動対象の動作に既に異常が生じている可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、油圧駆動ラインにおけるガス含有率異常の早期検出を実現することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、ディーゼルエンジンの油圧駆動ラインを監視する監視システムであって、油圧駆動ラインからの駆動油の入口および出口を有し、駆動油の昇圧時に駆動油の圧力を受けて前記出口を閉塞し、駆動油の非昇圧時に前記出口を開放して前記油圧駆動ラインのガス抜きを行うスロットルバルブと、前記スロットルバルブの前記出口から流出する駆動油を導く導出流路と、前記導出流路において前記出口から流出する駆動油の圧力を測定する圧力センサと、前記圧力センサの測定値に基づいて前記油圧駆動ラインにおけるガス含有率異常を検出する検出部とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の監視システムであって、前記検出部は、前記スロットルバルブの前記出口の閉塞直前における駆動油のピーク圧力について、前記圧力センサの測定値と、正常状態における基準値とを比較することにより、前記油圧駆動ラインにおけるガス含有率異常を検出する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の監視システムであって、前記検出部は、前記ピーク圧力が複数周期に亘って連続的に減少する場合に、前記油圧駆動ラインにおけるガス含有率異常を検出する。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の監視システムであって、前記圧力センサによる測定は、前記油圧駆動ラインの駆動対象に対する駆動制御信号に基づいて行われる。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の監視システムであって、前記導出流路は、前記油圧駆動ラインの前記スロットルバルブ以外の部位から排出された駆動油が流れるドレンラインから独立して設けられる。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の監視システムであって、前記検出部は、前記圧力センサの測定値に基づいて、前記油圧駆動ラインにおけるガス含有率を取得する。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の監視システムであって、前記検出部により取得された前記油圧駆動ラインにおけるガス含有率が所定の閾値よりも大きい場合に警報を発する警報部をさらに備える。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の監視システムであって、前記油圧駆動ラインの駆動対象は、ディーゼルエンジンの排気弁を含む。

本発明では、油圧駆動ラインにおけるガス含有率異常の早期検出を実現することができる。

一の実施の形態に係るディーゼルエンジンの構成を示す図である。排気弁油圧シリンダ近傍を示す断面図である。スロットルバルブを示す断面図である。スロットルバルブを示す断面図である。駆動油の圧力の基準変動を示す図である。監視部の構成を示す図である。異常状態における駆動油の圧力変動を示す図である。異常状態における駆動油の圧力変動を示す図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係るディーゼルエンジン１の構成を示す図である。図１に例示するディーゼルエンジン１は、船舶の主機として利用される２ストロークエンジンである。図１では、ディーゼルエンジン１の一部の構成を断面にて示している。

ディーゼルエンジン１は、シリンダ２と、ピストン３と、排気弁２５と、排気路２４１と、排気管４２と、過給機５と、空気冷却器４３と、掃気管４１と、掃気室２３１と、燃料供給機構６と、油圧駆動機構７とを備える。

シリンダ２は、シリンダライナ２１と、シリンダカバー２２とを備える。シリンダライナ２１は、略円筒状の部材である。シリンダカバー２２は、シリンダライナ２１の上部に取り付けられる略有蓋円筒状の部材である。シリンダカバー２２は、シリンダライナ２１の上部開口を覆う。シリンダライナ２１の下端部近傍には、複数の貫通孔が周状に設けられる。当該複数の貫通孔は、シリンダ２内に後述の掃気を供給する掃気ポート２３である。掃気ポート２３の周囲には、掃気室２３１が配置されている。掃気ポート２３は、掃気室２３１を介して掃気管４１に接続される。

シリンダカバー２２の上端部には、シリンダ２内のガスをシリンダ２外に排出する排気ポート２４が設けられる。排気ポート２４の平面視における形状（すなわち、図１中の上下方向から見た形状）は略円形である。なお、図１中の上下方向は、必ずしも重力方向と一致する必要はない。

排気弁２５は、上下方向において排気ポート２４と重なる位置に配置され、排気ポート２４を開閉する。排気弁２５は、弁体２５１と、弁棒２５２とを備える。弁体２５１は、排気ポート２４の下方に位置する略円錐状の部位である。平面視における弁体２５１の直径は、平面視における排気ポート２４の直径よりも大きい。弁棒２５２は、弁体２５１の上端部から上方に延びる略円柱状の部位である。弁棒２５２の上端部は、シリンダ２の上方に設けられた排気弁油圧シリンダ２５３の内部に収容され、上下方向に移動可能に支持される。

排気弁２５は、油圧駆動機構７により上下方向に移動される。図１中において実線にて示すように、排気弁２５の弁体２５１が排気ポート２４から下方に離間している状態では、排気ポート２４が開放されており、シリンダ２内のガスが排気ポート２４を介してシリンダ２外に排出される。一方、弁体２５１が図１中において二点鎖線にて示す位置に位置する状態では、弁体２５１が排気ポート２４の周縁部に接触し、排気ポート２４を閉塞するため、シリンダ２内のガスは排気ポート２４から排出されない。以下の説明では、図１中において実線にて示す排気弁２５の位置を「開放位置」と呼び、二点鎖線にて示す排気弁２５の位置を「閉塞位置」と呼ぶ。排気弁２５は、開放位置と、開放位置よりも上側の閉塞位置との間で、上下方向に移動可能である。

排気弁２５が開放位置に位置する状態で、排気ポート２４からシリンダ２の外部に排出されるガス（以下、「排気」という。）は、排気路２４１を介して排気管４２へと導かれる。実際のディーゼルエンジン１では、複数のシリンダ２が併設されており、複数のシリンダ２が１つの掃気管４１および１つの排気管４２に接続される。

排気管４２内の排気は、ターボチャージャである過給機５へと送出され、過給機５のタービン５１に供給される。タービン５１の回転に利用された排気は、窒素酸化物（ＮＯＸ）を還元するための還元触媒等（図示省略）を介してディーゼルエンジン１の外部へと排出される。過給機５のコンプレッサ５２では、タービン５１にて発生する回転力を利用して、ディーゼルエンジン１の外部から取り込んだ吸気（空気）が加圧される。加圧された空気（以下、「掃気」という。）は、空気冷却器４３において海水等の冷媒を利用して冷却された後、掃気管４１内に供給される。このように、過給機５では、排気を利用して吸気を加圧し、掃気が生成される。

ピストン３は、シリンダ２内において図１中の上下方向に移動可能である。図１中にて二点鎖線にて示すピストン３の位置が上死点であり、実線にて示すピストン３の位置が下死点である。ピストン３は、ピストンクラウン３１と、ピストンロッド３２とを備える。ピストンクラウン３１は、シリンダライナ２１に挿入された厚い略円板状の部位である。ピストンロッド３２は、上端がピストンクラウン３１の下面に接続された略円柱状の部位である。ピストンロッド３２の下端は、図示省略のクランク機構に接続される。図１に例示するディーゼルエンジン１では、シリンダライナ２１、シリンダカバー２２、排気弁２５、および、ピストンクラウン３１の上面にて囲まれる空間が、ガスを燃焼するための燃焼室２０である。

燃料供給機構６は、燃料噴射部６１と、燃料供給ポンプ６２とを備える。燃料噴射部６１は、先端部を燃焼室２０に向けてシリンダカバー２２に取り付けられるノズルである。燃料供給ポンプ６２は、燃料配管を介して燃料タンク（図示省略）に接続され、燃料タンク内の燃料を燃料噴射部６１へと送出する。燃料噴射部６１は、燃料供給ポンプ６２から供給された燃料を、燃焼室２０に向けて噴射する。燃料供給ポンプ６２も、上述の油圧駆動機構７により駆動される。

次に、ディーゼルエンジン１の動作について説明する。ディーゼルエンジン１において、ピストン３が下死点から上昇して上死点近傍に位置する際には、排気弁２５は閉塞位置に位置しており、排気ポート２４は閉塞されている。このため、燃焼室２０内のガス（後述するように、掃気）が圧縮される。そして、燃料噴射部６１から燃焼室２０内に燃料が噴射され、気化した燃料が自着火して、燃焼室２０内のガスの燃焼（すなわち、爆発）が生じる。これにより、ピストン３が押し下げられ、下死点に向かって移動する。なお、燃焼室２０内のガスは、必ずしも自着火する必要はなく、点火プラグ等を用いて燃焼室２０内のガスの着火が行われてもよい。

燃焼室２０内のガスの燃焼後、ピストン３が下死点に到達する前に、排気弁２５が閉塞位置から開放位置へと下降して排気ポート２４が開放される。これにより、燃焼室２０内の燃焼済みガスの排出が開始される。燃焼室２０から排出されたガス（すなわち、排気）は、既述のように、排気路２４１および排気管４２を介して過給機５のタービン５１に供給され、還元触媒等を通過してディーゼルエンジン１の外部に排出される。

ピストン３が下死点近傍まで下降し、ピストンクラウン３１の上面が掃気ポート２３よりも下側まで移動すると、掃気ポート２３が開放され、燃焼室２０と掃気室２３１とが掃気ポート２３を介して連通する。これにより、掃気室２３１内の掃気が燃焼室２０内に供給される。

ピストン３は下死点に到達した後、上昇に転じる。ピストンクラウン３１の上面が掃気ポート２３よりも上側まで上昇することにより、掃気ポート２３が閉塞され、燃焼室２０内への掃気の供給が停止される。続いて、排気ポート２４が排気弁２５により閉塞され、燃焼室２０が密閉される。ピストン３がさらに上昇することにより、燃焼室２０内の掃気が圧縮される。そして、ピストン３が上死点近傍に到達すると、燃料噴射部６１から燃焼室２０内に燃料が噴射され、燃焼室２０内にて上述の燃焼が生じる。ディーゼルエンジン１では、上記動作が繰り返される。

次に、上述の油圧駆動機構７の詳細について説明する。油圧駆動機構７は、油圧駆動ライン７１，７２と、駆動油タンク７３と、駆動油ポンプ７４と、駆動油補給部７７とを備える。駆動油タンク７３は、駆動油を貯溜する。駆動油ポンプ７４は、駆動油タンク７３内の駆動油を油圧駆動ライン７１，７２へと送出する。油圧駆動ライン７１は、排気弁油圧シリンダ２５３に接続され、排気弁２５を駆動する。油圧駆動ライン７２は、燃料供給機構６に接続され、燃料供給ポンプ６２を駆動する。以下の説明では、排気弁２５を駆動対象とする油圧駆動ライン７１を「第１油圧駆動ライン７１」と呼ぶ。また、燃料供給ポンプ６２を駆動対象とする油圧駆動ライン７２を「第２油圧駆動ライン７２」と呼ぶ。駆動油補給部７７は、駆動油タンク７３に駆動油を補給する。駆動油補給部７７は、例えば、駆動油タンク７３内に貯溜されている駆動油の量を継続的に測定し、当該駆動油の量が所定量よりも少なくなると、駆動油タンク７３に駆動油を補給する。

図２は、排気弁油圧シリンダ２５３近傍を拡大して示す断面図である。図２では、第１油圧駆動ライン７１の構成を併せて示す。第１油圧駆動ライン７１は、配管７１１と、バルブ７１２と、流路７１３と、油圧ピストン７１４と、バネ７１５と、スロットルバルブ７５とを備える。流路７１３は、排気弁油圧シリンダ２５３内に形成されている。油圧ピストン７１４、バネ７１５、スロットルバルブ７５は、排気弁油圧シリンダ２５３の内部に収容されている。スロットルバルブ７５近傍には、第１油圧駆動ライン７１を監視する監視システム７６が設けられる。

配管７１１は、駆動油ポンプ７４（図１参照）から送出された駆動油を流路７１３へと導く。図２では、流路７１３等を流れる駆動油にも平行斜線を付す。バルブ７１２は、配管７１１上に設けられ、流路７１３への駆動油の供給を制御する。バルブ７１２が開閉されることにより、第１油圧駆動ライン７１の駆動油の状態が、昇圧状態と非昇圧状態との間で切り替えられる。図２では、非昇圧時の第１油圧駆動ライン７１を示している。

流路７１３は、油圧ピストン７１４の上端部およびスロットルバルブ７５の下端部に接続される。油圧ピストン７１４は、略有蓋円筒状の部材である。油圧ピストン７１４の内部には、バネ７１５が収容される。バネ７１５の下端部は、排気弁２５の弁棒２５２の上端面に接触している。弁棒２５２は、排気弁油圧シリンダ２５３内に設けられている空気ピストン２５４により、バネ７１５に向けて（すなわち、上方へと）押圧されている。バネ７１５は、例えば弦巻バネである。バネ７１５は、弦巻バネ以外の様々な弾性部材であってもよい。

非昇圧時における第１油圧駆動ライン７１では、空気ピストン２５４の圧力を受けて、弁棒２５２、油圧ピストン７１４およびバネ７１５が上方へと押圧される。油圧ピストン７１４の上端部は、排気弁油圧シリンダ２５３の天蓋部に接触または近接し、排気弁２５は閉塞状態である。一方、昇圧時における第１油圧駆動ライン７１では、昇圧された駆動油の圧力を受けてバネ７１５が下方へと押圧される。これにより、バネ７１５および弁棒２５２は、空気ピストン２５４の圧力に抗して下方へと移動し、排気弁２５が開放状態となる。第１油圧駆動ライン７１では、駆動油の昇圧が終了して非昇圧状態に戻ると、空気ピストン２５４の圧力により弁棒２５２およびバネ７１５が押し上げられ、排気弁２５が閉塞状態となる。

排気弁油圧シリンダ２５３内の駆動油は、排気弁油圧シリンダ２５３の側壁に設けられた複数のオリフィスから流出し、空気ピストン２５４の下側に設けられた駆動油溜め２５５にて受けられて、一時的に貯溜される。駆動油溜め２５５に貯溜された駆動油は、駆動油溜め２５５と弁棒２５２との間の間隙から、弁棒２５２の外側面を伝わって下方へと流れ落ちる。これにより、排気弁２５の摺動部（例えば、弁棒２５２を支持する支持部と弁棒２５２との間の部位２５７）において摩擦抵抗が低減され、排気弁２５の上下方向の移動が円滑に行われる。また、当該摺動部が気密にシールされる。

駆動油溜め２５５から流れ落ちた駆動油は、シリンダ２の下側に位置するクランクケース（図示省略）にドレン油として一時的に貯溜される。ドレン油は、循環ポンプにて吸い上げられ、フィルタ等を通過して清浄化された後、駆動油タンク７３に戻されて再利用される。以下の説明では、排気弁油圧シリンダ２５３からクランクケースに至る駆動油の流路を、「ドレンライン」と呼ぶ。

スロットルバルブ７５は、第１油圧駆動ライン７１の駆動油のガス抜きを行う機械式のバルブである。スロットルバルブ７５は、第１油圧駆動ライン７１において、例えば油圧ピストン７１４の上方に配置される。スロットルバルブ７５の上端部は、排気弁油圧シリンダ２５３に形成されたバッファ部７１６の内部に配置される。バッファ部７１６は、スロットルバルブ７５を介して流路７１３から流出する駆動油を一時的に貯溜する比較的小さい空間である。

図３および図４は、スロットルバルブ７５を拡大して示す断面図である。図３は、第１油圧駆動ライン７１の非昇圧時における開放状態のスロットルバルブ７５を示す。図４は、第１油圧駆動ライン７１の昇圧時における閉塞状態のスロットルバルブ７５を示す。スロットルバルブ７５は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状の部材である。図３に示す例では、中心軸Ｊ１は略上下方向を向く。スロットルバルブ７５の上下方向の長さは、例えば、４．３ｃｍ～５．５ｃｍである。

スロットルバルブ７５は、外筒部７５１と、内筒部７５２と、弾性部材７５３とを備える。外筒部７５１および内筒部７５２はそれぞれ、中心軸Ｊ１を中心として略上下方向に延びる略円筒状の部材である。外筒部７５１は、下端および上端に下部開口７５４および上部開口７５５をそれぞれ有する。内筒部７５２は、下部開口７５４と上部開口７５５との間において、外筒部７５１の内部に配置される。内筒部７５２は、図３に示す位置と図４に示す位置との間で、上下方向に移動可能である。弾性部材７５３は、内筒部７５２の外側面と外筒部７５１の内側面との間において、上下方向に圧縮された状態で配置される。弾性部材７５３は、内筒部７５２を下方へと押圧する。図３よび図４に示す例では、弾性部材７５３は弦巻バネである。

内筒部７５２の上部側面には、内筒部７５２をそれぞれ貫通する複数のオリフィス７５６が設けられる。スロットルバルブ７５では、複数のオリフィス７５６を介して、内筒部７５２の内部空間と外筒部７５１の内部空間とが連通している。図３および図４に示す例では、４つのオリフィス７５６が、中心軸Ｊ１を中心とする周方向において略等角度間隔に配置される。オリフィス７５６の数および配置は、適宜変更されてよい。

図３に示す非昇圧時の第１油圧駆動ライン７１では、流路７１３（図２参照）内の駆動油が、下部開口７５４を介してスロットルバルブ７５内に流入し、内筒部７５２の内部空間を上方へと流れる。当該駆動油は、内筒部７５２の内部空間から、複数のオリフィス７５６を介して、内筒部７５２の上部外側面と外筒部７５１の内側面との間の空間へと流出し、上部開口７５５を介してスロットルバルブ７５の外部へと流出する。第１油圧駆動ライン７１の駆動油中のガスは、スロットルバルブ７５から外部へと流出する駆動油と共に、第１油圧駆動ライン７１の外部へと排出される。スロットルバルブ７５では、下部開口７５４が駆動油の入口であり、上部開口７５５が駆動油の出口である。以下の説明では、スロットルバルブ７５の下部開口７５４および上部開口７５５をそれぞれ、「入口７５４」および「出口７５５」と呼ぶ。

一方、図４に示す昇圧時の第１油圧駆動ライン７１では、昇圧された駆動油の圧力を受けて内筒部７５２が上方へと押圧される。これにより、内筒部７５２は、弾性部材７５３を圧縮しつつ上方へと移動し、内筒部７５２の上端部外面と外筒部７５１の内面とが接触する。その結果、出口７５５が内筒部７５２により閉塞され、スロットルバルブ７５からの駆動油の流出が停止する。スロットルバルブ７５では、駆動油の昇圧が終了して非昇圧状態に戻ると、弾性部材７５３の復元力により内筒部７５２が押し下げられ、出口７５５が開放される。

図２に示すように、監視システム７６は、上述のスロットルバルブ７５と、センサ部７６１と、監視部７６２と、流出管路７６９とを備える。センサ部７６１は、取付部７６４と、圧力センサ７６５とを備える。取付部７６４は、バッファ部７１６の側方において排気弁油圧シリンダ２５３の外側壁に取り付けられる。取付部７６４の内部には、バッファ部７１６から排気弁油圧シリンダ２５３の外部へと流出する駆動油が流れる流路が形成されている。圧力センサ７６５は、取付部７６４の当該流路の下側に配置され、当該流路を流れる駆動油の圧力（すなわち、スロットルバルブ７５の出口７５５から流出する駆動油の圧力）を、流路下部にて測定する。圧力センサ７６５は、スロットルバルブ７５の出口７５５よりも下側に配置されることが好ましい。

取付部７６４の内部の流路は、流出管路７６９の一方の端部に接続される。流出管路７６９は、排気弁油圧シリンダ２５３の外部において、スロットルバルブ７５の出口７５５よりも上側まで上方に延び、その後、下方へと延びる配管である。流出管路７６９の他方の端部は、排気弁油圧シリンダ２５３に接続され、駆動油溜め２５５よりも上側において排気弁油圧シリンダ２５３の内部空間と連通する。なお、流出管路７６９は、排気弁油圧シリンダ２５３の内部に設けられてもよい。

流出管路７６９は、バッファ部７１６から排気弁油圧シリンダ２５３の外部へと流出した駆動油を、排気弁油圧シリンダ２５３の内部へと戻す。流出管路７６９により排気弁油圧シリンダ２５３内へと導かれた駆動油は、上述の駆動油溜め２５５にて受けられて、一時的に貯溜される。駆動油溜め２５５に貯溜された駆動油は、上述のように、駆動油溜め２５５と弁棒２５２との間の間隙から、弁棒２５２の外側面を伝わって下方へと流れ落ちる。これにより、排気弁２５の摺動部において摩擦抵抗が低減され、排気弁２５の上下方向の移動が円滑に行われる。また、当該摺動部が気密にシールされる。

上述のバッファ部７１６、取付部７６４の内部の流路、および、流出管路７６９をまとめて「導出流路７６０」と呼ぶと、導出流路７６０は、スロットルバルブ７５の出口７５５から流出する駆動油を排気弁２５の摺動部へと導く流路である。当該摺動部に導かれた駆動油は、上述のように、摩擦を低減する潤滑油として利用される。なお、導出流路７６０は、必ずしも、スロットルバルブ７５から流出する駆動油の全量を排気弁２５の摺動部へと導く必要はない。導出流路７６０は、スロットルバルブ７５から流出する駆動油の少なくとも一部を排気弁２５の摺動部へと導くことが好ましい。導出流路７６０は、第１油圧駆動ライン７１のスロットルバルブ７５以外の部位から排出された駆動油が流れる上述のドレンラインから独立して設けられる。

上述のように、図２に例示する圧力センサ７６５は、取付部７６４の内部の流路に取り付けられるが、圧力センサ７６５は、導出流路７６０のいずれの部位に取り付けられてもよい。例えば、圧力センサ７６５は、バッファ部７１６に取り付けられ、バッファ部７１６における駆動油の圧力を測定してもよい。あるいは、圧力センサ７６５は、流出管路７６９に取り付けられ、流出管路７６９における駆動油の圧力を測定してもよい。すなわち、圧力センサ７６５は、導出流路７６０においてスロットルバルブ７５の出口７５５から流出する駆動油の圧力を測定する。圧力センサ７６５からの出力（すなわち、駆動油の圧力の測定値）は、監視部７６２へと送られる。

図５は、スロットルバルブ７５から導出流路７６０に流出する駆動油の圧力の一例を示す図である。図５では、第１油圧駆動ライン７１により排気弁２５に供給される駆動油のガス含有率が正常範囲内である場合（以下、「正常状態」とも呼ぶ。）の圧力センサ７６５からの出力を示す。以下の説明では、正常状態においてスロットルバルブ７５の出口７５５から流出する駆動油の圧力の周期的変動を「基準変動」と呼ぶ。

上述の正常状態とは、排気弁２５に供給される駆動油に含まれるガスの駆動油に対する割合が、所定の閾値以下である状態である。換言すれば、当該正常状態とは、第１油圧駆動ライン７１の内部空間においてガスが占める空間の割合（すなわち、ガス占有率）が、所定の閾値以下の状態である。なお、当該正常状態においては、排気弁２５の動作も正常である。

また、以下の説明では、上述のガス含有率が正常範囲よりも大きい状態を「異常状態」とも呼ぶ。当該異常状態は、例えば、排気弁２５に供給される駆動油に対する多量の空気の混入、または、駆動油タンク７３内の駆動油不足等に起因する第１油圧駆動ライン７１内の油量不足により生じる。なお、当該異常状態であっても、必ずしも排気弁２５の動作に異常が生じるとは限らない。例えば、排気弁２５に供給される駆動油のガス含有率が正常範囲よりも多少大きい場合であっても、当該正常範囲に近い状態で維持される場合、排気弁２５の動作に異常は生じない。一方、排気弁２５に供給される駆動油のガス含有率が正常範囲を超えて増大し続ける場合、排気弁２５は正常動作から異常動作に移行するおそれがある。

上述のように、スロットルバルブ７５は、第１油圧駆動ライン７１の駆動油のガス抜きを行うバルブであるため、スロットルバルブ７５の出口７５５から流出する駆動油のガス含有率は、排気弁２５に供給される駆動油のガス含有率よりも大きい。また、排気弁２５に供給される駆動油のガス含有率が増大すると、スロットルバルブ７５の出口７５５から流出する駆動油のガス含有率も増大する。なお、スロットルバルブ７５の出口７５５から流出する駆動油の圧力は、排気弁２５に供給される駆動油の圧力よりも非常に小さい。例えば、スロットルバルブ７５から流出する駆動油の圧力は、排気弁２５に供給される駆動油の圧力の約１０分の１である。

図５中の横軸は、ピストン３に接続される上述のクランク機構におけるクランク角度（°）を示す。図５中の縦軸は、スロットルバルブ７５の出口７５５から流出する駆動油の圧力（ｂａｒ）を示す。図５中の符号９０を付すグラフは、駆動油の圧力の１周期分（すなわち、クランク角度が０°から３６０°まで変化する間）の基準変動である。クランク角度が０°から約１２０°の範囲では、第１油圧駆動ライン７１は非昇圧状態であり、開放状態のスロットルバルブ７５の出口７５５から駆動油が流出する。したがって、圧力センサ７６５により測定される駆動油の圧力は、非昇圧時の駆動油の圧力と略同じであり、比較的低い。

クランク角度が約１２０°になると、第１油圧駆動ライン７１が昇圧状態とされ、スロットルバルブ７５は、開放状態から閉塞状態へと移行する。このとき、スロットルバルブ７５が閉塞状態となるまでの短時間の間に、昇圧された駆動油がスロットルバルブ７５の出口７５５から流出する。このため、クランク角度が約１２０°のときに、圧力センサ７６５により測定される駆動油の圧力が瞬間的に増大し、基準変動における圧力のピークが生じる。

クランク角度が約１２０°から約２４０°の範囲では、第１油圧駆動ライン７１は昇圧状態であるが、スロットルバルブ７５が閉塞状態であるため、圧力センサ７６５により測定される駆動油の圧力は、比較的低い。また、クランク角度が約２４０°から３６０°の範囲では、第１油圧駆動ライン７１が非昇圧状態であり、スロットルバルブ７５は開放状態であるため、圧力センサ７６５により測定される駆動油の圧力は、比較的低い。クランク角度が約３００°から３６０°の範囲における駆動油の圧力変動は、駆動油補給部７７による駆動油の補給等によるものであり、スロットルバルブ７５の開閉によるものではない。

図５に示す基準変動は、例えば、排気弁２５に供給される駆動油のガス含有率が正常範囲内であることが確認された状態で、圧力センサ７６５により駆動油の圧力を測定することにより取得される。あるいは、基準変動は、シミュレーション等により求められてもよい。

図２に示す監視部７６２は、例えば、通常のコンピュータである。当該コンピュータは、図６に示すように、プロセッサ８１と、メモリ８２と、入出力部８３と、バス８４とを備える。バス８４は、プロセッサ８１、メモリ８２および入出力部８３を接続する信号回路である。メモリ８２は、プログラムおよび各種情報を記憶する。プロセッサ８１は、メモリ８２に記憶されるプログラム等に従って、メモリ８２等を利用しつつ様々な処理（例えば、数値計算や画像処理）を実行する。入出力部８３は、操作者からの入力を受け付けるキーボード８５およびマウス８６、並びに、プロセッサ８１からの出力等を表示するディスプレイ８７を備える。

図２に示すように、監視部７６２は、記憶部７６６と、検出部７６７と、警報部７６８とを備える。記憶部７６６は、主にメモリ８２により実現され、各種情報を記憶する。検出部７６７は、主にプロセッサ８１により実現され、記憶部７６６に格納されている情報、および、圧力センサ７６５からの出力（すなわち、圧力センサ７６５の測定値）に基づいて、第１油圧駆動ライン７１におけるガス含有率異常を検出する。警報部７６８は、ガス含有率異常が検出された場合に、船員等に対して警報を発する。警報部７６８による警報は、例えば、ディスプレイ８７への警告の表示、または、警報ブザー音等である。

具体的には、記憶部７６６は、スロットルバルブ７５の出口７５５から流出する駆動油の圧力の基準変動を記憶する。記憶部７６６は、当該基準変動の全体を記憶していてもよく、当該基準変動の一部の値を記憶していてもよい。本実施の形態では、基準変動のうち、クランク角度が約１２０°のときのピーク圧力（すなわち、基準変動の最大値）が、上述の正常状態における基準値として予め記憶される。

第１油圧駆動ライン７１では、排気弁２５に供給される駆動油のガス含有率が正常範囲よりも大きくなると、スロットルバルブ７５の出口から導出流路７６０に流出する駆動油のガス含有率も大きくなる。このため、導出流路７６０を流れる駆動油の見かけ上の体積弾性係数が小さくなり、図７および図８に示すように、スロットルバルブ７５から導出流路７６０に流出する駆動油の圧力の脈動も小さくなる。図７および図８中の符号９１，９２を付すグラフは、異常状態においてスロットルバルブ７５から導出流路７６０に流出する駆動油の圧力の周期的変動を示す。図７および図８では、図５に示す基準変動を破線にて併せて示す。図８に示す状態は、図７に示す状態よりも駆動油のガス含有率が高い。また、図７の状態では、排気弁２５の動作には異常は生じていないが、図８の状態では、排気弁２５の動作に異常が生じている。

検出部７６７は、クランク角度が約１２０°のときのピーク圧力（すなわち、スロットルバルブ７５の出口７５５の閉塞直前における駆動油のピーク圧力）について、圧力センサ７６５の測定値と、記憶部７６６に記憶されている正常状態における基準値とを比較する。そして、基準値と圧力センサ７６５の測定値との差が、所定の閾値よりも大きい場合、第１油圧駆動ライン７１におけるガス含有率異常（すなわち、ガス含有率が正常範囲よりも大きくなる異常）が発生していると判断する。検出部７６７によりガス含有率異常が検出されると、警報部７６８によりガス含有率異常が船員等に通知される。

圧力センサ７６５は、導出流路７６０における駆動油の圧力を連続的に測定していてもよく、所定のタイミングで断続的に測定してもよい。例えば、上述のように、クランク角度が約１２０°のときのピーク圧力に基づいてガス含有率異常が検出される場合、圧力センサ７６５は、クランク角度が約１２０°のときの駆動油の圧力のみを測定してもよい。この場合、圧力センサ７６５による圧力の測定は、クランク角度と同期して発される排気弁２５に対する駆動制御信号に基づいて行われることが好ましい。

検出部７６７では、圧力センサ７６５の測定値に基づいて、第１油圧駆動ライン７１における駆動油のガス含有率の値が取得されてもよい。例えば、スロットルバルブ７５の出口７５５から流出する駆動油の上記ピーク圧力と、第１油圧駆動ライン７１における駆動油のガス含有率との関係を示すテーブルまたは数式等が記憶部７６６に予め記憶されており、圧力センサ７６５の測定値と当該テーブルまたは数式等とに基づいて、第１油圧駆動ライン７１における駆動油のガス含有率が求められる。なお、検出部７６７では、第１油圧駆動ライン７１における駆動油のガス含有率は、圧力センサ７６５の測定値と、記憶部７６６に記憶されている正常状態における基準値との差に基づいて求められてもよい。

このように、ガス含有率が取得される場合、警報部７６８は、検出部７６７により取得された第１油圧駆動ライン７１における駆動油のガス含有率が、所定の閾値よりも大きい場合に警報を発してもよい。例えば、警報部７６８は、検出部７６７によりガス含有率異常が検出された段階で第１の警報を発し、検出部７６７により取得されたガス含有率が、排気弁２５の動作異常を引き起こすレベル近傍まで増大した段階（すなわち、上記閾値よりも大きくなった段階）で、第２の警報を発する。

検出部７６７では、上述のピーク圧力について、正常状態の基準値と圧力センサ７６５の測定値との差が所定の閾値よりも大きい場合に必ずガス含有率異常として検出するのではなく、正常状態の基準値と圧力センサ７６５の測定値との差が所定の閾値よりも大きく、かつ、圧力センサ７６５の測定値が複数周期に亘って連続的に減少する場合に、第１油圧駆動ライン７１におけるガス含有率異常を検出してもよい。これにより、突発的ですぐに正常に復するようなガス混入をガス含有率異常として検出することを防止し、第１油圧駆動ライン７１におけるガス含有率が漸次増大するような重大な異常を精度良く検出することができる。なお、検出部７６７によるガス含有率異常の検出は、上述のピーク圧力の測定値が複数周期に亘って連続的に減少する場合に限らず、ピーク圧力が基準値よりもある程度以上小さい場合は全てガス含有率異常として検出されてもよい。

以上に説明したように、監視システム７６は、ディーゼルエンジン１の油圧駆動ライン（すなわち、第１油圧駆動ライン７１）を監視する。監視システム７６は、スロットルバルブ７５と、導出流路７６０と、圧力センサ７６５と、検出部７６７とを備える。スロットルバルブ７５は、第１油圧駆動ライン７１からの駆動油の入口７５４および出口７５５を有する。スロットルバルブ７５は、駆動油の昇圧時に駆動油の圧力を受けて出口７５５を閉塞し、駆動油の非昇圧時に出口７５５を開放して第１油圧駆動ライン７１のガス抜きを行う。導出流路７６０は、スロットルバルブ７５の出口７５５から流出する駆動油を導く。圧力センサ７６５は、導出流路７６０において、出口７５５から流出する駆動油の圧力を測定する。検出部７６７は、圧力センサ７６５の測定値に基づいて第１油圧駆動ライン７１におけるガス含有率異常を検出する。

上述のように、スロットルバルブ７５は、第１油圧駆動ライン７１の駆動油のガス抜きを行うバルブであるため、スロットルバルブ７５の出口７５５から流出する駆動油のガス含有率は、第１油圧駆動ライン７１の駆動対象（すなわち、排気弁２５）に供給される駆動油のガス含有率よりも大きい。また、スロットルバルブ７５から流出する駆動油の圧力は、当該駆動対象に供給される駆動油の圧力に比べて小さい。したがって、当該駆動対象に供給される駆動油におけるガス含有率が正常状態から異常状態に移行した場合、駆動対象に供給される駆動油よりも、スロットルバルブ７５から流出する駆動油の方が、見かけ上の体積弾性係数の低下の度合いが大きく、圧力変動の振幅の低下の度合いも大きい。換言すれば、駆動油に含まれるガスの影響は、駆動対象に供給される駆動油に対するものよりも、スロットルバルブ７５から流出する駆動油に対するものの方が大きい。

このため、上述のように、スロットルバルブ７５の出口７５５から流出する駆動油の圧力を測定することにより、第１油圧駆動ライン７１におけるガス含有率異常の早期検出を実現することができる。ディーゼルエンジン１では、第１油圧駆動ライン７１の駆動対象の動作異常が発生するよりも前に、第１油圧駆動ライン７１におけるガス含有率異常を検出することができれば、当該駆動対象の動作異常を未然に防止することができる。その結果、ディーゼルエンジン１の故障を防止することができる。

上述のように、第１油圧駆動ライン７１の駆動対象は、ディーゼルエンジン１の排気弁２５を含むことが好ましい。これにより、ディーゼルエンジン１の駆動に重要な役割を果たす排気弁２５の動作異常を防止または抑制することができる。

上述のように、検出部７６７は、好ましくは、スロットルバルブ７５の出口７５５の閉塞直前における駆動油のピーク圧力について、圧力センサ７６５の測定値と、正常状態における基準値とを比較することにより、第１油圧駆動ライン７１におけるガス含有率異常を検出する。これにより、正常状態における駆動油の圧力測定値と、異常状態における駆動油の圧力測定値との差が大きくなるため、第１油圧駆動ライン７１におけるガス含有率異常を精度良く検出することができる。

また、検出部７６７は、上記ピーク圧力が複数周期に亘って連続的に減少する場合に、油圧駆動ラインにおけるガス含有率異常を検出することが好ましい。これにより、突発的なガス混入による単発的なピーク圧力の減少（すなわち、ノイズ）をガス含有率異常として検出することなく、第１油圧駆動ライン７１におけるガス含有率が漸次増大するような重大なガス含有率異常を精度良く検出することができる。

上述のように、圧力センサ７６５による測定は、第１油圧駆動ライン７１の駆動対象に対する駆動制御信号に基づいて行われることが好ましい。これにより、導出流路７６０における駆動油の圧力の周期的変動において、所定のタイミングの圧力（例えば、スロットルバルブ７５の出口７５５の閉塞直前における駆動油のピーク圧力）を容易に取得することができる。

上述のように、導出流路７６０は、第１油圧駆動ライン７１のスロットルバルブ７５以外の部位から排出された駆動油が流れるドレンラインから、独立して設けられることが好ましい。これにより、スロットルバルブ７５から流出する駆動油の圧力測定を、スロットルバルブ７５以外から流出する駆動油の圧力変動による影響を防止または低減して、精度良く行うことができる。その結果、第１油圧駆動ライン７１におけるガス含有率異常を精度良く検出することができる。

上述のように、検出部７６７は、圧力センサ７６５の測定値に基づいて、第１油圧駆動ライン７１におけるガス含有率を取得することが好ましい。これにより、第１油圧駆動ライン７１におけるガス含有率異常の程度（すなわち、軽微な異常であるか、重大な異常であるか）を把握することができる。その結果、ガス含有率異常の程度に合わせて、メンテナンス等の適切な対応を選択することができる。

さらに好ましくは、監視システム７６は、検出部７６７により取得された第１油圧駆動ライン７１におけるガス含有率が所定の閾値よりも大きい場合に警報を発する警報部７６８をさらに備える。これにより、第１油圧駆動ライン７１の駆動対象の動作異常に繋がる可能性が高い重大なガス含有率異常を、船員等が早期に認識することができる。

上述の監視システム７６では、様々な変更が可能である。

例えば、検出部７６７では、スロットルバルブ７５の出口７５５の閉塞直前における駆動油のピーク圧力について測定値と基準値とを比較されるが、圧力変動における他の部分の圧力（例えば、クランク角度が約３４０°のときのピーク圧力）について測定値と基準値とが比較されることにより、第１油圧駆動ライン７１におけるガス含有率異常が検出されてもよい。

圧力センサ７６５による駆動油の圧力測定は、必ずしも、第１油圧駆動ライン７１の駆動対象（すなわち、排気弁２５）に対する駆動制御信号に基づいて行われる必要はなく、例えば、連続的に常時行われてもよい。

監視システム７６では、ドレンラインから独立する流出管路７６９が省略され、スロットルバルブ７５の出口７５５から流出する駆動油が、当該ドレンラインに直接的に導かれてもよい。また、第１油圧駆動ライン７１のスロットルバルブ７５から流出する駆動油は、必ずしも排気弁２５の摺動部へと導かれて潤滑油として利用される必要はない。

検出部７６７では、第１油圧駆動ライン７１におけるガス含有率は、必ずしも求められる必要はない。また、警報部７６８は、ガス含有率に基づくことなく、ガス含有率異常を検出した際に常に警報を発するものであってよい。なお、警報部７６８は、必ずしも設けられる必要はない。

スロットルバルブ７５は、上述の構造を有するものには限定されず、他の様々な構造を有するものであってよい。例えば、いわゆる逆止弁が、スロットルバルブ７５として利用されてもよい。

監視システム７６により監視される油圧駆動ラインは、必ずしも排気弁２５の駆動用の第１油圧駆動ライン７１である必要はなく、他の駆動対象を駆動する油圧駆動ラインであってもよい。例えば、燃料供給ポンプ６２を駆動する第２油圧駆動ライン７２が、監視システム７６により監視されてもよい。

監視システム７６が設けられるディーゼルエンジン１は、２ストロークエンジンには限定されず、４ストロークエンジンであってもよい。また、監視システム７６は、船舶の主機として利用されるディーゼルエンジン以外にも、発電用ディーゼルエンジンまたは自動車用ディーゼルエンジン等、様々なディーゼルエンジンに設けられてよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１ディーゼルエンジン
２５排気弁
７１第１油圧駆動ライン
７５スロットルバルブ
７６監視システム
７５４（スロットルバルブの）入口
７５５（スロットルバルブの）出口
７６０導出流路
７６５圧力センサ
７６７検出部
７６８警報部

Claims

ディーゼルエンジンの油圧駆動ラインを監視する監視システムであって、
油圧駆動ラインからの駆動油の入口および出口を有し、駆動油の昇圧時に駆動油の圧力を受けて前記出口を閉塞し、駆動油の非昇圧時に前記出口を開放して前記油圧駆動ラインのガス抜きを行うスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの前記出口から流出する駆動油を導く導出流路と、
前記導出流路において前記出口から流出する駆動油の圧力を測定する圧力センサと、
前記圧力センサの測定値に基づいて前記油圧駆動ラインにおけるガス含有率異常を検出する検出部と、
を備えることを特徴とする監視システム。
請求項１に記載の監視システムであって、
前記検出部は、前記スロットルバルブの前記出口の閉塞直前における駆動油のピーク圧力について、前記圧力センサの測定値と、正常状態における基準値とを比較することにより、前記油圧駆動ラインにおけるガス含有率異常を検出することを特徴とする監視システム。
請求項２に記載の監視システムであって、
前記検出部は、前記ピーク圧力が複数周期に亘って連続的に減少する場合に、前記油圧駆動ラインにおけるガス含有率異常を検出することを特徴とする監視システム。
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の監視システムであって、
前記圧力センサによる測定は、前記油圧駆動ラインの駆動対象に対する駆動制御信号に基づいて行われることを特徴とする監視システム。
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の監視システムであって、
前記導出流路は、前記油圧駆動ラインの前記スロットルバルブ以外の部位から排出された駆動油が流れるドレンラインから独立して設けられることを特徴とする監視システム。
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の監視システムであって、
前記検出部は、前記圧力センサの測定値に基づいて、前記油圧駆動ラインにおけるガス含有率を取得することを特徴とする監視システム。
請求項６に記載の監視システムであって、
前記検出部により取得された前記油圧駆動ラインにおけるガス含有率が所定の閾値よりも大きい場合に警報を発する警報部をさらに備えることを特徴とする監視システム。
請求項１ないし７のいずれか１つに記載の監視システムであって、
前記油圧駆動ラインの駆動対象は、ディーゼルエンジンの排気弁を含むことを特徴とする監視システム。