JPS639833A - 内燃機関の弁部の異常診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の排気弁、給気弁、燃料弁等の弁構
造部において異常がないかどうかを検知する内燃機関の
弁部の異常診断方法に関するものである。

［従来技術］ 従来より、内燃機関の弁部等の異常状態を検知する一つ
の方法として、音によって検知する方法が知られている
。

［本発明が解決しようとする問題点］ しかし、内燃機関の弁部等から発する音を作業音が聞い
て異常状態を知るのは、一般的には非常に難しく、極め
て耳と感の良い熟練者を必要としていた。しかも、異常
箇所や異常の度合などを適格に察知するのは、非常に難
しかった。特に、異常発生の初期段階での診断には、相
当の熟練度を要していた。また、大型のディーゼル機関
など、高温、騒音、振動などにより、作業環境は悪く。

作業員が長時間、監視するのは困難である。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、これらの問題点を解決するためのもので、内
燃機関を停止させることなく、かつ、特に耳と感のする
どい者でなくても、内燃機関の弁部の異常を検知しうる
ようにしたものである。しかも、視覚によってはっきり
と異常状態を検知しうるようにしたものである。

そのために、本発明においては、弁頭部の裏面の弁座へ
の着座部分にそれぞ゛れ異なる所定の寸法のスリット状
の溝をあらかじめ設けた数個の弁と、弁頭部の裏面にス
リット状の溝のない正常な弁を用い、内燃機関の運転中
の答弁の弁閉じ時にこれらの溝を通してそれぞれ流体の
吹き抜けを起こさせた場合と、溝のない正常な弁を用い
て流体の吹き抜けを起こさせなかった場合に、それぞれ
、それらの弁部から発する音をマイクロホンにより、音
の周波数と運転時間に関連させて音圧として測定し、そ
れらの音圧を、それぞれ別個に複数個の段差に応じて色
彩表示などの差別表示した周波数一時間−音圧からなる
三次元スペクトル基準図としてあらかじめ数枚の図に表
わしておき。

一方、内燃機関の定常運転時に、各弁部から発生する音
をマイクロホンにより音の周波数と運転時間に関連させ
て音圧として適宜測定し、この音圧を、前記三次元スペ
クトル基準図と同じ複数個の段差に応じて色彩表示など
の差別表示した周波数一時間−音圧からなる三次元スペ
クトル検知図として表わし、この三次元スペクトル検知
図の音圧模様を前記数枚の三次元スペクトル基準図の音
圧模様と比較し、三次元スペクトル検知図の音圧模様と
三次元スペクトル基準図の音圧模様の差の有無及びその
状態により異常正常ないしは異常の度合を診断するよう
にした。

［作用］ 内燃機関の定常運転時に弁から発生する音を適宜測定し
、この測定音に基づいて得られた三次元スペクトル検知
図を、あらかじめ数種用意しておいた三次元スペクトル
基準図と比較し、これらの音圧模様の差の有無及びその
差の状態を見ることにより、弁部の異常、正常、および
、異常があった場合は、その異常の度合を知ることがで
きる。

なお、異常の大小等を検知すれば、補修をするなど、そ
れに対処することができる。

［実施例］ つぎに、図面に示した１実施例によって、本発明を説明
する。

第１図は、主に内燃機関の弁部等の構造を示す図であり
、ｌはシリンダ、２はピストン、３はピストンロッド、
４はクランク軸、５は排気弁、６は給気弁、５　ａ　、
、６　ａはそれぞれ排気弁５と給気弁６の弁頭部、５ｂ
　、６ｂは弁座、７，８はそれぞれ排気弁５と給気弁６
用のロッカアーム、９゜１０はそれぞれ排気弁５と給気
弁６用の押棒、１１．１２はそれぞれクランク軸４に対
して図示していない歯車を介して同期して回転するカム
軸歯車およびカム軸、１３．１４はカム軸１２に取付け
られた排気弁５と給気弁６用のカムであり、カム１３．
１４には、それぞれ、押棒９，１０の下端部が押付けら
れている。１５は排気管、１６は給気管である。

１７はマイクロホンであり、マイクロホン１７は例えば
エンジン壁面より３０ｍｍの位置のように適宜な所定の
位置で排気弁５の弁頭部５ａの弁座に着座する部分に向
けて固定して設けた。給気弁６に対しても別のマイクロ
ホンを設けたが、ここでは図示を省略した。

１８は光センサで、光センサ１８はカム軸歯車１１の歯
面に対面させて設けた。光センサ１８の作用により、カ
ム軸歯車１１に示されているピストン２用の上死点マー
ク１９と角度マーク２０を検知する。角度マーク２０と
しては、ピストン２の１サイクルを２０等分するような
マークを得て、上死点マーク１９とともに、データレコ
ーダ２１に取り込む。

一方、マイクロホン１７で取込んだ音も逐次データレコ
ーダ２１に取＆１込まれる。データレコーダ２１に取込
まれた音は、逐次、アナログデジタル変換器２２でデジ
タル量に変換され、マイクロコンピュータ２３によって
１分析、演算される。ここでは、ピストン２の１サイク
ルを時間的に例えば２０等分し、かつ、音を、周波数と
音圧に分析して、それぞれ、例えば、θ〜ｌ０Ｋ）Ｉｚ
の範囲で、５０Ｈｚごとの音圧を得る。そして、ここで
得られた測定値を、複数個の段差に応じて色彩表示した
周波数一時間−音圧からなる三次元スペクトル図として
表わす。

ただし、第２図および第４図の各掛目の中には、測定さ
れた音圧を、本来色彩表示するのであるが、明細書に添
付する図面には１着色が許されないので、色彩を番号で
代用する。

第２図は、排気弁５に傷がついておらず、排気弁５が全
く正常な場合の三次元スペクトル図を示す、ただし、ｆ
５２図のものは、モータリング運転により、１／２負荷
で、１２００ｒｐｍという運転条件のもとに得られたも
のである。なお、第２図の三次元スペクトル図は、定常
運転のものと比較する場合の基準の一つとなるので、後
記するように弁に溝がない場合の三次元スペクトル基準
図となる。

第２図において、横軸は音の周波数Ｈｚを示し、縦軸に
運転の時間を示す、ただし、この場合は、吸気、圧縮、
爆発、排気からなるｌサイクルを２０等分して表わして
おり、ｌサイクルを０．５秒としたので、１こまが０．
０２秒となっている。なお、右側の縦軸表示部に示して
いる中央部のＴＤＣと図の上下両端位置はピストン２の
上死点、ＥＸは排気弁５の開状態部分、ＩＮは給気弁６
の開き状態部分を示し、排気弁５と給気弁６の開き状態
部分において、ＣＬはそれぞれの弁５．６が閉じる時点
、ＯＰはそれぞれの弁５．６が開く時点を示している。

なお、第２図における上下両端位置の上死点ＴＤＣと図
の上下方向の中央部の上死点との間の寸法中間部分にそ
れぞれ下死点があられれる。

また、第２図において色彩表示した音圧（番号で代用）
は、大きい順につぎのように区分して表わした。

白色表示のもの（番号８で代用）　＞５５ｄｂ５５ｄｂ
≧黄色表示のもの（番号７で代用）　）５０ｄｂ５０ｄ
ｂ≧青色表示のもの（番号６で代用）　＞４５ｄｂ４５
ｄｂ≧緑色表示のもの（番号５で代用）　＞４０ｄｂ４
０ｄｂ≧赤色表示のもの（番号４で代用）　＞３５ｄｂ
３５ｄｂ≧橙色表示のもの（番号３で代用）　＞３０ｄ
ｂ３０ｄｂ≧紫色表示のもの（番号２で代用）〉２５ｄ
ｂ２５ｄｂ≧黒色表示のもの（番号ｌで代用）また、同
一箇所で使用する排気弁５を数個用意しておき、それぞ
れの排気弁５に対して、第３図（ａ）〜（Ｃ）に示すよ
うに、弁頭部５ａの裏面の弁座５ｂへの着座部分に、そ
れぞれ異なる所定の寸法のスリット状の溝２４をあらか
じめ加工しておく、溝２４の寸法は、例えば、深さｔを
すべて０．２ｍｍとし、幅すをそれぞれ０．５ｍｍ。

ｔ、ｏｍｍ、ｔ、ｓｍｍとした。

そして、前記したような、排気弁５が全く正常な場合、
すなわち、スリット状の溝２４の寸法が深さｔ、輻すと
もにＯｍｍの場合に行ったことと全く同様に、所定の寸
法の溝２４を設けた排気弁５を１個ずつ用いてエンジン
を作動させながら、マイクロホン１７で音を逐次集音し
、データレコーダ２１に取り込む、この場合、弁頭部５
ａには溝２４があるので、排気弁５が閉じた状態でも、
溝２４を通して、ガス等の流体の吹き抜けが起こり、そ
の分だけ、集録音の周波数の配合割合や音圧が変わって
おり、当然、音圧は大きくなっている。それと同一に、
光センサ１８からもカム軸歯車１１を介してピストン２
の作動度合を逐次検知し、データレコーダ２１へ取り込
む、そして。

前記したものと同様に、アナログデジタル変換器２２を
介してマイクロコンピュータ２３に、これらのデータを
入力し、マイクロコンピュータ２３で逐次解析、演算し
、複数個の段差に応じて色彩表示した周波数一時間−音
圧からなる三次元スペクトル図を作成する。この場合、
それぞれ異なる寸法の溝２４を設けた排気弁５の１個ず
つに対して、それに対応した三次元スペクトル図をそれ
ぞれ一つずつ得ておく、これらの三次元スペクトル図は
、今度、内燃機関の定常運転する時にそれぞれ得られる
三次元スペクトル図を解析する場合の基準となるもので
あるから、溝２４がない場合のものも含めて、三次元ス
ペクトル基準図と言う。

第４図は、排気弁５の弁頭部５ａの裏面に、深さｔ＝０
．２ｍｍ、幅ｂ＝１．５ｍｍの溝２４を設けたもの、第
２図に示したものと同一の条件のもとに運転し、同一範
囲の音圧で区別して表示した場合の三次元スペクトル基
準図である。

一方、内燃機関の定常運転時に、前記したことと同様に
、排気弁５から発生する音をマイクロホン１７により、
音の周波数と運転時間に関連させて音圧として適宜測定
し、この音圧を前記三次元スペクトル基準図と同じ複冑
個の段差に応じて色彩表示した周波数一時間−音圧から
なる三次元スペクトル検知図として表わし、このスペク
トル検知図の音圧模様を前記複数枚の三次元スペクトル
基準図の音圧模様と比較する。そして、三次元スペクト
ル検知図の音圧模様が前記複数枚の三次元スペクトル基
準図音圧模様のどれと一番似ているかを判断し、そのこ
とにより、排気弁５の弁頭部５ａにどのくらいの寸法の
溝２４に相当する断面の傷や摩耗溝が生じているかを判
断する。

なお、三次元スペクトル基準図を作成するにあたっては
、いくつかの運転条件の違いに応じて三次元スペクトル
基準図を作成しておく０例えば、実験的にモータでピス
トン２を駆動させるモータリング運転とか、実運転であ
る発火運転を行った場合とか、あるいは、負荷状態を１
／４負荷、１／２負荷、３／４負荷、４／４負荷とした
場合とか、回転数を実運転の状況を考慮して数種類選ん
で運転した場合とか、それぞれの運転条件に応じて、複
数個の三次元スペクトル基準図を作成しておく、そして
、これらを、すべてマイクロコンピュータ２３ないしは
、マイクロコンピュータ２３に連結した記憶装置にあら
かじめインプットしておくこともできる。

そうすれば、定常運転のときに得られた三次元スペクト
ル検知図を、マイクロコンピュータ２３中で、複数個の
三次元スペクトル基準図とそれぞれ比較して、ただちに
、一番似ている三次元スペクトル基準図をアウトプット
することもできる。

勿論、三次元スペクトル検知図を三次元スペクトル基準
図とマイクロコンピュータ２３内で比較するときに、三
次元スペクトル検知図の音圧模様の各こまの音圧と、そ
れぞれに対応する三次元スペクトル基準図の音圧模様の
各こまの音圧の差を求めさせ、その差が多く発生した場
合に、異常と判断し、かつ、異常の度合を知ることもで
きる。

さらに、それらの差を三次元スペクトル図として表わし
、アウトプットさせることもできる。ただし、そのとき
は、音圧の差を、例えばＺｄｂごとのように、比較的に
小さい’ＪＡＢにわけて区分して表示する。このように
すれば、音圧模様の異なる部分が、−目でわかりやすい
。

なお、前記実施例においては、三次元スペクトル図の音
圧ないしは音圧の差を色彩表示による差別表示で表わす
ようにしたが、これは１例えば、各色の代わりに、数字
で表示するとか、色の濃さとか、各こまの幅か高さを変
えて表示するなど、他の差別表示で表わすようにしても
良い、勿論、音圧ないしは音圧の差を１周波数軸と時間
軸から・なるグラフ上に三次元的に水出に立体的に図示
するようにすることもできる。

勿論、前記したことは、排気弁５だけでなく、給気弁６
や燃料供給弁などの他の弁部にも適用させることができ
る。

また、弁頭部に設けて実験するスリット状の溝？４の断
面形状は、長方形だけでなく、半楕円形やその他の断面
形状にしておくこともできる。

［発明の効果］ このように、本発明においては、特許請求の範囲に記載
したように、内燃機関の弁部の異常診断を行う際に、弁
部から発する音を、音の局波数−運転時間に関連させて
音圧として測定し、これを三次元スペクトル図に表わし
、一方、弁部にスリット溝を設けない正常の弁と、あら
かじめ適宜寸法のスリット溝を設けておいた弁とを用い
て。

それらに対する三次元スペクトル基準図をあらかじめ作
成しておき、内燃機関の定常運転時に得られた三次元ス
ペクトル検知図の音圧模様を前記三次元スペクトル基準
図の音圧模様と比較し、これらの音圧模様の差の有無お
よびその状態により、弁部の異常正常、ないしは異常の
度合を診断するようにしたので、内燃機関の運転を止め
ることなく、また、特に熟練者を必要とすることなく、
容易に、かつ、素早く異常の診断を行うことができる。

したがって、素早く異常が検知されたら、その対策を早
目に決めることができ、例えば、弁部の取りかえなども
早目に準備することができる。

また、これらの三次元スペクトル図を用いれば、その図
から、上死点直後と弁開時期に音圧が大きくなることな
どの傾向をあらかじめ知っておくこともできる。勿論、
弁に溝のない正常の場合においても、弁閉じ状態下にお
ける上死点直後に音圧が大きいので、この時に、爆発が
正常に起こっていることを知ることもできる。

さらに、このような三次元スペクトル図を用いれば、通
常は人間の聴覚で検知しうる周波数的１−５ＫＨｚより
もはみ出した部分の周波数に対してもそれぞれ音圧を検
知することができ、したがって、熟練した作業者が検知
するよりも、より正確に、かつ、早く、異常状態を検知
することができる。

勿論、これらの異常検出の解析や演算にマイクロコンピ
ュータを用いれば、これらの解析、演算を自動的に素早
く行うことができ、極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための装置の１実施例を示す
概略図、第２図は弁に溝がない場合の三次元スペクトル
基準図（色彩を番号で代用）、第３図（ａ）〜（Ｃ）は
それぞれ弁に溝を設けた場合の弁の正面図、平面図、溝
部の拡大断面図、第４図は弁に所定の溝を設けた場合の
三次元スペクトル基準図（色彩を番号で代用）である。 １・・・シリンダ、　　　　　　２・・・ピストン、５
・・・排気弁、　　　　　　６・・・給気弁、５ａ、６
ａ・・・弁頭部、　　５ｂ、６ｂ・・・弁座。 １１・・・カム軸歯車、　　　　１７・・・マイクロホ
ン、１８・・・光センサ、　　　　２１・・・データレ
コーダ、２３・・・マイクロコンピュータ。 特許出願人　　宇部興産株式会社 ＄１図 り、　　’−２０−一一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 弁頭部の裏面の弁座への着座部分にそれぞれ異なる所定
   の寸法のスリット状の溝をあらかじめ設けた数個の弁と
   、弁頭部の裏面にスリット状の溝のない正常な弁を用い
   、内燃機関の運転中の各弁の弁閉じ時にこれらの溝を通
   してそれぞれ流体の吹き抜けを起こさせた場合と、溝の
   ない正常な弁を用いて流体の吹き抜けを起こさせなかっ
   た場合に、それぞれ、それらの弁部から発する音をマイ
   クロホンにより、音の周波数と運転時間に関連させて音
   圧として測定し、それらの音圧を、それぞれ別個に、複
   数個の段差に応じて差別表示した周波数−時間−音圧か
   らなる三次元スペクトル基準図としてあらかじめ数枚の
   図に表わしておき、一方、内燃機関の定常運転時に、各
   弁部から発生する音をマイクロホンにより音の周波数と
   運転時間に関連させて音圧として適宜測定し、この音圧
   を、前記三次元スペクトル基準図と同じ複数個の段差に
   応じて差別表示した、周波数−時間−音圧からなる三次
   元スペクトル検知図として表わし、この三次元スペクト
   ル検知図の音圧模様を前記数枚の三次元スペクトル基準
   図の音圧模様と比較し、三次元スペクトル検知図の音圧
   模様と三次元スペクトル基準図の音圧模様の差の有無、
   及びその状態により異常正常、ないしは異常の度合を診
   断するようにした内燃機関の弁部の異常診断方法。