WO2002090884A1

WO2002090884A1 - Procede et dispositif pour detecter la position d'installation d'un vilebrequin et programme pour detecter cette position d'installation

Info

Publication number: WO2002090884A1
Application number: PCT/JP2002/004003
Authority: WO
Inventors: Iwao Sugimoto
Original assignee: Hitachi Zosen Corporation
Priority date: 2001-05-01
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2002-11-14
Also published as: EP1384974A1; EP1310763A1; CN1462360A; EP1310763B1; CN1247959C; WO2002090885A1; TW517153B; JP2003019997A; KR20030014735A; KR20030040229A; CN1209601C; EP1384974B1; CN1462359A; DK1384974T3; EP1384974A4; EP1310763A4; DK1310763T3; TW517152B; KR100862206B1; JP3868270B2

Description

明細書クランク軸の据付位置検出方法および検出装置並びにその位置検出用プログラム技術分野

本発明は、船舶におけるエンジンのクランク軸の据付位置を検出する方法および装置並びに据付位置検出用プログラムに関する。背景技術

一般に、船体にエンジンを据え付ける場合、そのクランク軸の中心位置を正確に出す必要がある。

従来、クランク軸の中心位置を調整する装置としては、特開平 8 - 9 1 2 8 3号公報に開示された、主機関の心出し自動計測装置がある。

この心出し自動計測装置は、主機関（ディーゼル機関）とプロべラを回転させる推進軸とを連結する前後一対の力ップリングの対向面間および主機関のクランクアーム間にそれぞれ歪センサを取り付けておき、そしてクランク軸を 1 回転させて、基準位置に対する所定角度位置でのずれ量（軸方向での変位量）を検出するとともに、コンピュータ装置に取り込み、次にこれら検出されたずれ量を画面上にて視覚化させるようにするとともに、この視覚化されたグラフを見て、クランク軸の蚰受の高さを、作業者の経験に基づき調整するようにしたものである。

この心出し自動計測装置の構成によると、どのクランクアーム間の距離がずれているかを検出して、高さ調整を行うべきクランク軸の軸受を特定することができるが、どの程度、高さを調整すればよいのかが分からないため、すなわちクランク軸の位置を精度良く検出することがでないため、実際の高さの'調整作業は、作業者の経験に頼っており、したがってその調整作業を迅速に且つ精度良く行うことができないという問題があった。

そこで、本発明は、クランク軸の位置を迅速に且つ精度良く検出し得るクランク軸の据付位置検出方法および据付位置検出装置並びに据付位置検出用プログラムを提供することを目的とする。発明の開示

本発明の第 1 のクランク軸の据付位置検出方法は、複数個のビストンが直列に配置されたエンジンにおけるクランク軸の据付位置を検出する方法であって、

各ピストンに対応するクランクスローでの実際に測定されたクランクアーム間の変位量であるクランクデフの実測値を入力する工程と、クランク軸の基準軸受における基準据付位置に対する残りの各軸受の据付位置をデータとして仮に設定する工程と、この設定工程にて設定された仮据付位置に基づき、伝達マトリックス法を用いて各クランクスローにおけるクランクデフを演算する工程と、この演算工程にて求められた演算デフ値と上記測定された測定デフ値との差に基づく評価値を演算した後、この評価値が許容範囲内であるか否かを判断する工程と、この判断工程にて評価値が許容範囲外であると判断された場合に、上記仮据付位置を遺伝的アルゴリズムにより新しく作成する工程とから構成し、且つこの新しく作成された仮据付位置に基づき、上記クランクデフを演算するェ-程を実行して、各クランクスローにおける演算デフ値と上記測定デフ値との差に基づく評価値が許容範囲内に入るまで、仮据付位置を遺伝的ァルゴリズムにより作成し直す手順を繰り返し行い、評価値が許容範囲内に入った時点での仮据付位置をクランク軸の据付位置として検出する方法である。

また、本発明の第 2 のクランク軸の据付位置検出方法は、第 1 のクランク軸の据付位置検出方法において、

据付位置を、高さ位置および/または水平位置とする方法である本発明の第 1 のクランク軸の据付位置検出装置は、複数個のビストンが直列に配置されたエンジンにおけるクランク軸の据付位置を検出する装置であって、

各クランク軸での据付位置をデータとして仮に設定する仮据付位置設定手段と、この仮据付位置設定手段にて設定された仮据付位置に基づき、伝達マトリックス法を用いて、各クランクスローにおけるクランクアーム間の変位量であるクランクデフを演算するクランクデフ演算手段と、このクランクデフ演算手段により求められた演算デフ値とクランクデフ測定手段により測定された測定デフ値との差に基づく評価値を演算する評価値演算手段と、この評価値演算手段にて求められた評価値が許容範囲内であるか否かを判断するとともに、評価値が許容範囲内にある場合、当該仮据付位置がクランク軸の据付位置であると判断する判断手段と、この判断手段にて評価値が許容範囲外であると判断された場合に、当該仮据付位置に遗伝的アルゴリズムを施して新たな仮据付位置を作成する据付位置変更手段とから構成し、

且つ上記据付位置変更手段にて新たな仮据付位置が作成された場合、この新たな仮据付位置を用いて演算デフ値を求めるとともに、この演算デフ値と上記測定デフ値との差に基づく評価値が許容範囲内に入るまで、仮据付位置を遺伝的ァルゴリズムにより作成し直す手順を繰り返し行わせるようにしたも.のである。

また、本発明の第 2 のクランク軸の据付位置検出装置は、第 1 のクランク軸の据付位置検出装置において、

据付位置を、高さ位置および Zまたは水平位置としたものであるさらに、本発明の第 1 のクランク軸の据付位置検出用プログラムは、複数個のピストンが直列に配置されたエンジンにおけるクランク軸の据付位置を、クランクアーム間の変位量（以下、クランクデフという）に基づき、コンピュータ装置に演算させて検出するためのプログラムであって、

各ピストンに対応するクランクスローでの実際に測定されたクランクデフの実測値の入力ステップと、クランク軸の基準軸受における基準据付位置に対する残りの各軸受の据付位置をデータとして仮に設定する設定ステップと、この設定ステップにて設定された仮据付位置に基づき伝達マトリックス法を用いて各クランクスローにおけるクランクデフを演算する演算ステツプと、この演算ステツプにて求められた演算デフ値と上記入力された測定デフ値との差に基づく評価値を演算した後、この評価値が許容範囲内であるか否かを判断する判断ステツプと、この判断ステツプにて評価値が許容範囲外であると判断された場合に、当該仮据付位置を遗伝的アルゴリズムにより新しく作成する据付位置変更ステップと、この新しく作成された仮据付位置に基づき、上記演算ステップにおいてクランクデフの演算を実行させて、各クランクスローにおける演算デフ値と上記測定デフ値との差に基づく評価値が許容範囲内に入るまで、上記据付位置変更ステツプにおいて仮据付位置を遺伝的ァルゴリズムにより作成し直す手順を繰り返し行う命令ステップとを具備したものである。

また、本発明の第 2 のクランク軸の据付位置検出用プログラムは、上記第 1 のクランク軸の据付位置検出用プログラムにおいて、据付位置を、高さおよびノまたは水平位置としたものである。上記の各発明の構成によると、クランク軸の据付位置、すなわち据付高さまたは/および据付水平位置を検出する際に、予め、各軸受部分での据付位置を仮に設定しておき、この仮据付位置に基づき、伝達マトリックス法を用いて、各クランクスローでのクランクデフを演算により求めるとともに、この演算デフ値と実際に測定された測定デフ値との差に基づく評価値を求め、そしてこの評価値と許容値とを比較し、評価値が許容範囲内にある場合には、当該仮据付位置が適正な値であると判断し、一方、評価値が許容範西外にある場合には、仮据付位置のデータ列に遺伝的アルゴリズムを施して、新たな仮据付位置のデータ列を設定し、再度、演算デフ値を求めてその評価値と許容範囲とを比較する手順を繰り返し、しかも評価値が許容範囲内に入るまで繰り返すようにしたので、従来のように、作業者の経験に基づく場合に比べて、迅速に且つ精度良くクランク軸の据付位置を検出することができる。図面の簡単な説明

第 1 図は、本発明の好ましぃ据付高さ検出方法の検出対象を示すクランク軸の概略構成図、

第 2図は、本発明の好ましい据付高さ検出装置の概略構成を示すブロック図、

第 3図は、据付高さ検出装置におけるクランクデフ測定装置の概略構成を示すブロック図、 · 第 4図は、クランクデフ測定装置における測定部のクランク軸への取付状態を示す側面図、

第 5図は、クランクデフ測定装置の測定部によるクランク軸での測定位置を示す図、

第 6図は、クランク軸におけるグロ一バル座標系を示す全体模式図、

第 7図は、クランク軸の 1 クランクスローでの模式正面図、第 8図は、クランク軸の口一カル座標系を示す模式側面図、第 9図は、クランク軸におけるクランクデフの演算手順を説明する模式図、

第 1 0図は、クランク軸の据付高さ検出方法の概略手順を示すフ口一図、

第 1 1 図は、クランク軸の据付高さ検出方法の詳細手順を示すフ口一図、

第 1 2図は、クランク軸の据付高さ検出方法の詳細手順を示すフロー図、

第 1 3図は、クランク軸の据付高さ検出方法におけるクランクデフおよび設定掘付高さを示すグラフ、第 1 4図は、クランク軸の据付高さ検出方法における測定デフ値を示すダラフ、

第 1 5図は、クランク軸の据付高さ検出方法における演算デフ値を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態

本発明を、より詳細に説明するために、添付の図面に従って説明する。

本発明は、舶用エンジンにおけるクランク軸の据付位置、より具体的には、据付高さおよび据付水平位置の検出に関する。

ところで、据付高さの検'出と据付水平位置の検出とは、基本的には、同一の手順にて行われるため、本実施の形態では、図 1〜図 1 5に基づき、クランク軸の据付高さ検出装置および据付高さ検出方法について説明し、クランク軸の据付水平位置検出装置および据付水平位置検出方法については、簡単に説明する。

本実施の形態に係るクランク軸は、例えば舶用の大型エンジンに設けられるものであり、またその据付高さ検出装置および据付高さ検出方法は、エンジンを船体に据え付ける際またはエンジンのメンテナンス時に、クランク軸における各軸受の中心高さ位置を据付高さとして検出するものである。

本実施の形態に係るエンジンとしては、図 1 に示すように、例えば 7個のピストン 1 によりクランク軸 2を回転させる場合について説明する。すなわち、 ililll受 3 は少なくとも 8個設けられることになるが、クランク軸 2の船尾侧の後端部はさらに隔壁に設けられた軸受 3 に支持されている。したがって、クランク軸の据付高さは 8箇所（ # 1 〜 # 8位置）の軸受 3の中心高さとして検出される。なお、 # 1 は船首側（ F o r e ) の軸受 3 の位置を示し、 # 8 は船尾側 ( A f t ) の軸受 3 の位置を示し、 # 9 は隔壁に設けられた軸受 3 の位置を示す。勿論、クランク軸 2 の各ピストン 1 に対応する位置には、クランクアーム 1 1 を介してクランクピン 1 2が設けられるとともに、このクランクピン 1 2 とピストン 1 とがそれぞれコネクティングロッド 4 を介して連結されている。

以下、据付高さ検出装置について説明する。

この据付高さ検出装置は、大きく分けて、図 2 に示すように、クランクアーム 1 1 間の変位量（クランクシャフトデフレクシヨンともいい、以下、クランクデフという）を計測するクランクデフ測定装置 2 1 と、データとして仮に設定された仮据付高さに基づきクランクデフを演算するとともにクランクデフ測定装置 2 1 から入力された測定デフ値と比較することにより仮据付高さを評価して最も確かな据付高さを検出するための据付高さ演算装置 2 2 とから構成されている。

上記クランクデフ測定装置 2 1 は、図 3およ'び図 4に示すように、クランクアーム 1 1 間に挿入される Y字形状の取付体 3 1 と、この取付体 3 1 の二股部分に配置されるとともにこの二股部分からばね体を介して出退自在にされた測定棒 3 2 と、同じく取付体 3 1 に設けられて上記測定棒 3 2 の出退量を電気信号として検出する変位計 3 3 と、クランク軸 2 の回転角度を検出するクランク角検出器（例えば、回転パルス計が用いられる） 3 4 と、これら変位計 3 3およびクランク角検出器 3 4からの検出信号をそれぞれ増幅器 3 5 , 3 6および A .Z D変換器 3 7 を介して入力して、所定のクランク角でのクランクデフを求める演算器 3 8 とから構成されている。なお、取付体 3 1 の二股部分の両先端部についても、測定棒 3 2 と同様に、ばね体により出退自在に設けられているが、これはクランクァ —ム 1 1 間にて取付体 3 1 自身を保持するためのものであり、したがって測定棒 3 2に設けられているばね体の押付力の方が、取付体 3 1の二股部分の両先端部側に設けられているばね体のそれよりも強くされている。

上記クランクデフ測定装置 2 1 により、クランクデフを測定する場合、図 4および図 5に示すように、取付体 3 1 をクランクアーム 1 1間に且つクランクピン 1 2 とは反対側位置にセットした後、ほぼ 1回転させて、クランクピン 1 2が頂部（ 0度の T o p位置）に位置するときおよび底部（ 1 8 0度の B o t t o m位置）に位置するときのクランクデフが測定される。なお、頂部と底部に位置する場合について測定するようにしたのは、本実施の形態においては、鉛直方向での据付高さを検出するためである。したがって、水平方向においてもクランク軸 2の据付位置のずれを検出する場合には、クランク軸 2が 9 0度の右舷（ S t a r b o a r d ) '位置および 2 7 0度の左舷（ P o r t ) 位置にて測定すればよい。

ところで、実際に底部を測定する場合、コネクティングロッドが邪魔になって測定できないため、底部から左右に少しずれた位置である B S ( S t a r b o a r d o f B o t t o m) および B P ( P o r t o f B o t t o m ) の 2点で測定が行われるとともに、この 2点での測定値の平均値が、底部での測定値とされる。次に、据付高さ演算装置 2 2について説明する。

この据付高さ演算装置 2 2は、コンピュータ装置、キーボードなどのデータ入力手段、画像表示装置などの出力手段、各種演算用プログラムおよびデータを格納する記憶手段などから構成されているこの据付高さ演算装置 2 2 は、各軸受 3 における据付高さを、予め、初期データとして仮に設定するとともに、この設定された仮据付高さに基づきクランクデフを演算式を用いて求め、この演算デフ値と上記クランクデフ測定装置 2 1 にて得られた測定デフ値との差を評価して、上記設定された仮据付高さの適否を判断するものである。

すなわち、この据付高さ演算装置 2 2 は、図 2 に示すように、クランク軸に関する諸元デ一夕、例えばシリンダ（ピストン）の個数、ストローク、クランクスロー ( 1個のピストンに対応する両クランクアームおよびクランクピンの部分である）の質量（重さ）、断面二次モーメント、断面二次極モーメントなどの種々のデータ、およびジャーナル、クランクピン、クランクアームなどの各種寸法を入力する軸系諸元データ入力手段 4 1 と、各軸受 3での据付高さを所定範囲内でデータとして仮に設定する仮据付高さ設定手段 4 2 と、この仮据付高さ設定芋段 4 2 にて設定された仮据付高さを用いて、各クランクスローに対応するクランクデフを演算するクランクデフ演算手段 4 3 と、このクランクデフ演算手段 4 3 により演算された演算デフ値および上記クランク'デフ測定装置 2 1 により測定された測定デフ値を入力するとともに両デフ値の差に基づく評価値を演算する評価値演算手段 4 4 と、この評価値演算手段 4 4 により求められた評価値および予め設定された許容値（許容範 fflの一例で、下限値となるか、上限値となるかは、評価式に依存するものであるが、ここでは、下限値として設定される。）を入力するとともに比較し、評価値が許容値を超えている場合（許容範囲内である場合）に、設定された据付高さが適正であると判断してその旨を出力し、一方、評価値が許容値以下である場合（許容範囲外である場合）には

、設定された据付高さが不適正であると判断する判断手段 4 5 と、この判断手段 4 5 にて設定された据付高さが不適正であると判断された場合に、上記設定された仮据付高さに遺伝的アルゴリズム（遺伝的操作）を施して新たな仮据付高さを作成（推測）する据付高さ変更手段 4 6 とから構成されている。

次に、上記各手段における構成をその作用とともに詳しく説明する。

軸系諸元デー夕入力手段 4 1 では、演算に必要とするシリンダに関係するシリンダの個数、ストローク、クランクスローの質量（重さ）、断面二次モーメント、断面二次極モーメント、およびジャーナル、クランクピン、クランクアームなどの各種寸法が入力されるまた、仮据付高さ設定手段 4 2では、船首側の第 1番目の軸受（基準軸受） 3 ( # 1 ) での据付高さを基準値（基準据付高さ）としてゼロに設定するとともに、この軸受 3 に隣接する第 2番目〜 8番目の 7個の軸受 3 ( # 2 〜 # 8 ) での据付高さを、例えば一 0 . 4 0 0 m m〜十 0 . 3 7 5 m mの範西にて且つ 0 . 0 2 5 m m間隔で、例えばランダム関数を用いて仮に設定する。

このような設定高さ範囲および高さ間隔としたのは、後述する据付高さ変更手段 (こて、遗伝的アルゴリズムにより、より最適な仮の据付高さを求める際に、据付高さを「 0」と「 1」の 2進コードで表すためである。上述した一 0 . 4 0 0 m m〜+ 0 . 3 7 5 m mの範囲を 0 . 0 2 5 m m間隔で数値化すると 3 2段階となり、これを「 0」と「 1」の 2進コードで表すのに、 5 ビット（ 3 2段階）必要となる。すなわち、基準軸受 3 ( # 1 ) に対する他の軸受 3 ( # 2〜 # 8 ) の据付高さを 5 ビットのデータにて表すことができ、したがって 7個の軸受 3の高さは、 3 5 ビット（ 5 ビット X 7個）のデータにて、まとまったデータ列（ 7個の軸受の高さのデータを一連に並べたもの）として表すことができる。なお、据付高さが 2進コード化されるのは、遺伝子アルゴリズムを使用するときだけで、それ以外の処理においては、 1 0進数で表される。勿論、 1 0進数で表された複数個の軸受 3の高さをまとめて表す場合にも、データ列と称する。

そして、最初に設定する各軸受の仮据付高さのデータ列は 1組以上、例えば 4 6組設けられ（勿論、 4 6組に限定されるものではなく、適宜、増減し得る）、

そして、クランクデフ演算手段 4 3では、仮据付高さのデータ（データ列でもある）に基づき、伝達マトリックス法を用いて、各クランクス口一におけるクランクデフが演算により求められる。

この伝達マトリックス法では、クランク軸 2全体に亘つて各部の変位（以下、状態量ともいう）を演算する際に、梁のような直線部において変位を伝える格間伝達方程式（その係数を格間伝達マトリックスという）が使用されるとともに、梁の連続性を断ち切るような支点部において変位を伝える格点伝達方程式（その係数を格点伝達マトリックスという）が使用される。

以下の説明においては、クランク籼 2 に沿つて伝達マトリックス法が適用されるが、クランク軸心 (ジャーナルの軸心でもある）に沿う方向をグローバル座標系（ X , y , z で表し、絶対座標系ともいう）とするとともに、クランクアーム 1 1およびクランクピン 1 2 に沿う方向をローカル座標系（ x， t , rで表し、相対座標系ともいう）とする。

なお、図 6 にクランク軸 2 をモデル化した全体図を示し、図 7 に 1 クランクスローでのグロ一バル座標軸の取り方を示し、図 8 に 1 クランクスローでのローカル座標軸の取り方を示す。

以下の説明において、特に、言及されていない記号は下記の通りである。

a ：クランクアーム間の初期長さ

A ：断面積

D ：クランクアーム間距離

D e f ：クランクデフ

E ：縦弾性係数

F ：せん断力

G ：せん断係数

I ：断面二次モーメント

J ：断面二次極モーメント

k ：軸受部でのばね定数

L ：長さ

M ：曲げモーメント

T : 捩りモーメント

Θ ：クランク角

まず、下記の式に示すように、船首側の軸受における状態量（変位および作用力） Bを未知数とする方程式を作成する。なお、下記式中、 Sは格間伝達マトリックス、 Pは格点伝達マトリックス、 R は船首側での境界条件を表す境界マトリックス、 R ' は船尾側での境界マトリックスで、それぞれ既知である。

R S _{n s} P _{n s} _ J S _{n s} _ J - · . . P S R lD O

なお、上記式中の沿え字 n s は、船首端（ F o r e ) と船尾端（ A f t ) の間における軸が、軸受によって区切られる区間の個数を表している。

そして、上記の式を解くことにより、船首側での状態量 Bが求められる。

この状態量 Bが、以下の説明にて示す変位べクトル qおよび力べクトル Qであり、以下、この状態量を初期値として、格間伝達方程式および格点伝達方程式を繰り返し用い、クランク軸全体に亘つて状態量が求められる。

すなわち、グローバル座標系における状態量である変位べクトル qおよび力ベクトル Qは、下記（ 1 ) 式および（ 2 ) 式にて表される。なお、式中におけるベクトルは、太字にて表すものとする。

q = [d_x i ¹ _yΥ d_zZ Φ_χ Φ T_}y, Φ_ζ] (1)

Q = [T_X Μ y_Ν Μ_ΖZ FF_XX FF_YY F₂] (2)

但し、（ 1 ) 式中、 d _x、 d _y、 cl _zは変位または撓みを示し、また φ _χ、 φ _y、 φ _zは捩れ角または橈み角を示し、（ 2 ) 式中、 T _x 、 M _y、 M _zは捩りモーメントまたは曲げモーメントを示し、また F _x、 F _y、 F _zは軸力またはせん断力を示す。 .

また、ローカル標系における状態量である変位べクトル Q ' および力ベクトル Q ' は、下記（ 3 ) 式および（ 4 ) 式にて表される q' = [d_x d_t d_r Φ ] ^τ (3)

Q' = [T_X M_t M_r F_x F_t F_r]^T (4)

同様に、（ 3 ) 式中、 d _x、 d _t , d は変位または撓みを示し、また Φ _χ、 Φいは捩れ角または橈み角を示し、（ 4 ) 式中、 T _X、 M _T、 M は捩りモーメントまたは曲げモーメントを示し、また F _X、 F L、 F は軸力またはせん断力を示す。

次に、伝達マトリックス法にて用いられる格間伝達方程式および格点伝達方程式について説明する。

船首側（ f o r e側で、 Fの沿え字にて表す）から船尾側（ a f t側で、 Aの沿え字にて表す）の状態量を求める格間伝達方程式は、下記（ 5 ) 式にて表される。但し、（ 5 ) 式中、 i は軸受番号（軸受で区切られる軸の番号）を示す。

(以下、余白）

らローカル座標系に変換す

6 ) 式にて表される'。

で

1 0 0 0 0 0

0 co o - sin θ 0 0 0

0 sin θ cosQ 0 0 0

Si 0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 cos Θ r sin Θ

0 0 0 0 sin Θ cos Θ 一方、状態量を、口一カル座標系からグローバル座標系に変換する座標変換式（伝達方程式）は、下記（ 7 ) 式にて表される。

例えば、ジャーナルからクランクァムへの座標変換式（伝達方程式）は、下記（ 8 ) 式にて表される

(8)

journal

で

o o -i o o o

0 1 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0

§3 o o o o o -i

0 0 0 0 1 0

0 0 0 1 0 0 また、クランクアームからジャーナルへの座標変換も、上記（ 8

) 式が使用される。

また、クランクピンからクランクアームへの座標変換式（伝達方程式）は、下記（ 9 ) 式にて表され、クランクアームからクランクピンへの座標変換も、同じ下記（ 9 ) 式にて表される。 q g₄ o o q

Q' o g₄ o Q' (9)

—1 _ pin — 0 0 1一 —1 .

で

0 0 1 0 0 0

0 1 0 0 0 0

-1 0 0 0 0 0

§4 0 0 0 0 0 1

0 0 0 0 1 0

0 o o -i o 0 ところで、各軸受 3 における格点伝達方程式は、下記（ 1 0 ) 式て表される。

F

q 1 0 0 A

q

Q hi 1 h₂ Q (10)

.1. i +1 .0 0 1 一 1 .1_ i

二で

h₂ = [0 0 0 k_yd_y0 zO Γ なお、上記 h ₂における d _z。に初期の仮据付高さのデータが代入され（但し、 d _y。は一定とする）、またこの d _{z Q} に、遺伝的アルゴリズムにより生成され変更された新たな仮据付高さのデータが入力される（但し、 dの添え字の 0 (ゼ 0 ) は初期値を意味する）。次に、クランクデフの演算手順について説明する。

ここで、 d _{x l} , d _{y l} d _z iをクランクスローにおける船首側部分での変位量とし、 d X 2 d d をクランクスローにおける船尾側部分での変位量とし、また aをクランクスローでの初期長さとすると、互いに隣接するクランクスロー間の距離 Dは下記（ 1 1 ) 式にて表される（但し、 dの添え字の 1 は、後述する図 9の（ b )·位置を示し、同じく、添え字の 2は、図 9の（ ]ι ) 位置を示す）

D = (a ⁺ d_x2一 d_xl)² +(d_y2― d_yl)²+(d_z2一 d_2])² (11)

また、ピストンの上死点（ T D C , 0度）での距離を D。、ピストンの下死点（ B D C , 1 8 0度）での距離を D s。とすると、クランクデフ（D e f ) は、下記（ 1 2 ) 式にて表される。 Def = D₀-D₁₈₀ (12) ところで、 aのオーダは 1 0 ² m mであり、また d _x ， d _y , cl _z は 1 0 — ³ m mであるため、上記（ 1 1 ) 式は下記（ 1 3 ) 式のように変形することができる。

^ . 2a(d_x2— d_xl)— ,— (d_x2 -d_xI)² +(d_y2— d_y】)² +(d_z2— d_zl)²

D ά 卞

D + a D + a

^{= d}x2 ~^Qxi (¹³) ここで

D + a = 2a

したがって、クランクデフは、下記（ 1 4 ) 式にて求めることができる。

Def = (d_x2-d_xl)₀-ld_x2-d_xl)_lg0 (14J

( 1 4 ) 式から分かるように、クランクデフは、殆ど、クランク軸心方向での変形量に依存している。

ここで、上記演算式に基づくクランクデフの具体的な演算^順を

、図 9 に基づき説明する。ここでは、 1 クランクスローに着目して各部材ごとの演算工程として、順番に説明する。

第 1 工程. （ a ) の軸受部分では、（ 5 ) 式の格間伝達方程式が用レ 6れる。 . 第 2工程. （ b ) の折曲部では、第 1 工程における（ 5 ) 式の左辺を（ 6 ) 式の座標変換式の右辺に代入し、その時の（ 6 ) 式の左辺を（ 8 ) 式の座標変換式の右辺（ジャーナル）に代入する。第 3 工程. （ c ) のクランクアームでは、第 2工程における（ 8

) 式の左辺を（ 5 ) 式の右辺に代入する。第 4工程. （ d ) の折曲部では、第 3工程における ( 5 ) 式の左辺を（ 9 ) 式の座標変換式の右辺に代入する。

第 5工程. （ e ) のクランクピンでは、第 4工程における ( 9 ) 式の左辺を（ 5 ) 式の右辺に代入する。

第 6工程. （ f ) の折曲部では、第 5工程における（ 5 ) 式の左辺を（ 9 ) 式の左辺とする。

第 7工程. ( g ) のクランクアームでは、第 6工程における（ 9 ) 式の右辺 [ Q ' Q ' 1 ] ^T _{a i}._mを（' 5 ) 式に代入する。

第 8 工程. （ h ) の折曲部では、第 7.工程における（ 5 ) 式の左辺を（ 8 ) 式の左辺とし、そのときの（ 8 ) 式の右辺の [ q ' Q '

1 ] ^T j 。 _{u l}. ,_{i a l} を（？）式の座標変換式の右辺に代入する。

第 9工程. （ i ) の軸受部分では、第 8工程における（ 7 ) 式の左辺を（ 5 ) 式の右辺に代入する。 ' また、あるクランクスロー 1 から隣接するクランクスロー 2への [ ( j 部）に示す支点を境界とする）伝達は、（ 1 0 ) 式の格点伝達方程式が使用され、第 9工程における（ 5 ) 式の左辺を ( 1 0 ) 式の右辺に代入することにより行われる。

このように、状態量である qおよび Q (Q = 0 ) が、伝達方程式の係数である各伝達マトリックスにより、船首側から船尾側に伝えられて各変位が求められていく。勿論、伝達の過程において、（ 5 ) 式と（ 1 0 ) 式の： f い f , , h p h ₂により、 Qも変化していくことになる。

次に、評価値演算手段 4 4について説明する。

この評価値演算手段 4 4は、下記（ 1 5 ) 式に示すように、測定デフ値に基づき演算デフ値が適正な値になっているか否かを判断するための評価値 Hを求めるためのものである。 H =∑ ~ (15)

i=l|^Dermesured J- Def | なお、（ 1 5 ) 式中、 nはピストンの総個数である。

また、上記判断手段 4 5では、評価値と予め設定されている許容値とが比較されて、 4 6組の据付高さのデ一夕列のいずれかにおいて、評価値が許容値を超えている場合には、その組の仮据付高さのデータ列に係る演算デフ値と測定デフ値とがほぼ一致しており、したがつて仮に設定された仮据付高さデ一夕の値がほぼ正しいと判断されて、その旨が表示装置に出力される。なお、出力されるものは、評価値が許容値を超えている全ての仮据付高さのデータ列でもよいし、または最も評価値が優れているものだけであってもよい。一方、 4 6組全ての仮据付高さのデータ列において、評価値が許容値以下である場合には、全ての演算デフ値が測定デフ値とは離れた値になっており、このことは、初めに設定された仮据付高さのデータ列の値が適正でないことを示しており、その旨が据付高さ変更手段 4 6に入力される。

この据付高さ変更手段 4 6では、初めに設定された全ての据付高さのデータ列に対して、遺伝的操作すなわち遗伝的アルゴリズムが施されて、新たな仮据付高さのデータ列が作成される。具体的には、（ 1 0 ) 式における h ₂の d _z。に変更が加えられる。勿論 ' ここでは、上述したように、据付高さは 2進コード化される。

ここで用いられる遗伝的アルゴリズムとしては、例えば 4 6組のデータ列の内、評価値が低いデータ列を消滅させるとともに評価値が高いデータ列を増殖させる淘汰、データ列の一部同士を組み換える交叉、またはデ一夕列の任意位置のビットを反転させる突然変異が用いられる。

次に、上述したクランクデフの演算手順を使用して、クランク軸の据付高さを検出する手順を、図 1 0に示す概略フローに基づき説明する。なお、この手順は、本発明の据付高さを検出するためのコンピュータプログラム（後述する）と同一の内容でもある。

まず、ステップ 1 に示すように、クランクデフ測定装置 2 1 により、各クランクスローでの所定クランク角度位置におけるクランクデフを測定するとともに、この測定デフ値を入力する。

次に、ステップ 2に示すように、軸系諸元データ入力手段 4 1 にて、演算に必要とするシリンダに関係するシリンダの個数、スト口ーク、クランクスローの質量、慣性モーメント、およびジャーナル、クランクピン、クランクアームなどの各種寸法を入力する。

次に、ステップ 3 に示すように、仮据付高さ設定手段 4 2 にて、各軸受 3での初期値としての仮据付高さのデータ列を例えば 4 6組設定する。

次に、ステップ 4に示すように、クランクデフ演算手段 4 3 にて、伝達マトリックス法を用いて各クランクスローごとに、船首側の変位（ d _{x l} , d _yい d _{z l} ) (図 9の（ b ) 位置）および船尾側の変位（ d _{x 2}， d _{y 2}, d _{z 2}) (図 9の（h ) 位置）を求めた後、 ( 1 1 ) 式および（ 1 2 ) 式を用いてクランクデフを演算により求める。

次に、ステップ 5 に示すように、評価値演算手段 4 4にて、演算デフ値と測定デフ値との差に基づく評価値を演算した後、ステップ 6 (こて、この評価値が予め設定された許容値と比較されて、演算デフ値が適正であるか否かが判断される。すなわち、評価値が許容値を超えている場合、仮据付高さとして設定された各クランクスローにおける軸受 3での据付高さが適正であると判断され、現在の据付高さであるとして出力される。

以上の各ステップを、 4 6組全ての据付高さのデータ列について行い、一つでも評価値が許容値を超えているものがあれば（許容範囲内である場合）、上記出力をもって処理は終了する。

一方、全ての組の据付高さのデータ列において、評価値が許容値以下である場合には、ステップ 7 に示すように、据付高さ変更手段 4 6 にて、初期値としての仮据付高さのデータ列に対して遺伝的ァルゴリズムによる処理が施されて新たな仮据付高さのデータ列が 4 6組作成される。

その後、再び、ステップ 4に進み、クランクデフの演算が行われた後、評価式による評価が行われ、上記 4 6組のデータ列の内、一つでも、評価値が許容値を超えた場合には、その仮据付高さのデー夕列が、現在の据付高さであると判断されて出力される。

また、上記 4 6組全てのデータ列の評価値が許容値以下である場合には、やはり、ステップ 7に進み、据付高さ変更手段 4 6 にて、再度、遺伝的アルゴリズムにより、現在の仮据付高さのデータ列に対して変更が加えられて新たな仮据付高さのデータ列が 4 6組作成された後、上記と同じ手順が繰り返され、評価値が許容値を超えるまで（許容範西内に入るまで）続けられる。

なお、図 1 1および図 1 2に詳細な計算手順を参考として掲げておく。 '

図 1 1 と図 1 2 とは、 1および※ 2 の部分で互いに連結されたフローであり、図 1 1 に示す前半部分の手順は船首側の状態量の演算を行うものであり、また図 1 2に示す後半部分の手順は前半部分で得られた状態量に基づき各クランクスローでの変位を演算するものである。そして、所定のクランク角度（+ α ) ごとに、全体の演算手順が繰り返して行われる。 ·

ここで、図 1 3 に、測定デフ値と据付高さを推定した場合の演算デフ値との比較データを示す。図 1 3 ( a ) はデフ値の比較を示すが、両者ともほぼ一致し、したがってグラフ上では 1本の線として描かれている。また、図 1 3 ( b ) は設定（推測）した据付高さを示している。

なお、この据付高さ検出装置では、クランク軸が 1回転する間でのクランクデフの演算が行われるため、鉛直方向での据付高さの計算以外にも、水平方向での据付状態も計算される。図 1 4に各クランクスローにおける 1回転中のクランクデフの測定結果を示し、図 1 5にその場合の演算デフ値を示す。

上述したように、クランク軸の据付高さを検出する際に、各軸受での据付高さを、予め、初期データとして仮に設定しておき、この仮据付高さに基づき、伝達マトリックス法を用いて、各クランクスローでのクランクデフを演算により求めるとともに、この演算デフ値と実際 ίこ測定された測定デフ値との差に基づく評価値を求め、この評価値が許容範囲内であれば仮据付高さが適正であると判断するようになし、一方、評価値が許容範囲外である場合には、仮据付高さに遺伝的アルゴリズムを施して、新たな仮据付高さを作成し、再度、演算デフ値を求める手順を、繰り返すようにしたので、従来のように、作業者の経験に基づく場合に比べて、迅速に且つ精度良くクランク軸の据付位置を検出することができる。

ところで、上記実施の形態においては、クランク軸の据付高さの検出について説明したが、上記と同様の装置および方法により、クランク軸の据付水平位置についても検出することができる。

すなわち、据付高さの検出装置および検出方法において、「据付高さ」という語句を「据付水平位置」に読み替えて、その手順を行うことにより、クランク軸の据付水平位置を、迅速に且つ精度良く検出することができる。

但し、クランクデフについては、下記 ( 1 6 ) 式を用いて求めることになり、また遺伝的アルゴリズムにより生成されるデータ列においては、（ 1 0 ) 式における h ₂の d _y。に変更が加えられる（但し、 d _z。は一定にされている）。

Def = (d_x2 - d_xl)₉₀― (d_x2― d_{xl 270} (16) なお、説明を分かり易くするために、据付高さと据付水平位置との検出装置および検出方法を別個に説明したが、勿論、演算に必要な、状態量、格間伝達マトリックス、格点伝達マトリックスには、据付高さおよび据付水平位置を演算し得る 3次元座標軸での変位が含まれているため、同一の検出装置および検出方法にて、据付高さと据付水平位置とを一緒に検出することができる。この据付高さと据付水平位置とを含んだ語句として、据付位置を用いている。

また、上記実施の形態においては、各クランクスローでのクランクデフを実際に測定するクランクデフ測定装置を具備させたものとして説明したが、このクランクデフ測定装置は必ずしも必要とはしない。要するに、クランクデフの実測値を据付高さ演算装置または据付水平位置演算装置に入力すればよい。さらに、上記実施の形態における据付高さ演算装置または据付水平位置演算装置には、上述したクランク軸の正確な据付高さおよびクランク軸の据付水平位置を、コンピュータ装置を用いて演算（検出）するためのプログラムが具備されている。

例えば、クランク軸の据付高さ演算（検出）プログラムは、クランク軸 2の諸元データを演算装置に入力するための諸元データ入力ステップと、各ビストンに対応するクランクスローでの実際に測定されクランクアーム間の変位量であるクランクデフの実測値を入力する実測値入カステツプと、クランク軸の基準軸受における基準据付高さに対する残りの各軸受の据付高さのデータ列（各軸受の据付高さデータを一連に並べたもの）を 1 組以上仮に設定する仮据付髙さ設定ステップと、この仮据付高さのデー夕列に基づき伝達マトリックス法を用いて各クランクスローにおけるクランクデフを演算するデフ演算ステップと、このデフ演算ステップにより求められた演算デフ値と上記実測値入カステツプにて入力された測定デフ値との差に基づく評価値を演算する評価値演算ステツプと、この評価値演算ステップにて演算された評価値が許容範囲内であるか否かを判断する判断ステップと、この判断ステップにおいて、上記各組における仮据付高さのデータ列の評価値が全て許容範囲外であると判断された場合に、上記全ての組の仮据付髙さのデータ列に対して遗伝的ァルゴリズムによる処理を施して新しい仮据付高さのデータ列を作成する据付高さ変更ステツプと、且つこの新しく作成されたデ一夕列に基づき、上記デフ演算ステツプにおいてクランクデフの演算を実行させて、各クランクス口一における演算デフ値と上記測定デフ値との差に基づく評価値が 1組でも許容範囲内に入るまで、上記据付高さ変更ステップにおいて仮据付高さのデータ列を遺伝的アルゴリズムにより作成し直す手順を繰り返し行う命令ステップとを具備したものである。なお、このプログラムには、図示しないが、遺伝子ァルゴリズムの適用に際して、据付高さのデータ列を 2進コ一ド化するコードステップおよび 2進コード化された据付高さのデー夕列を 1 0進数に戻す ( 1 0進コード化）デコーダステップが具備されている。

また、クランク軸の据付水平位置演算（検出）プログラムには、クランク軸 2の諸元データを演算装置に入力するための諸元データ入力ステップと、各ピストンに対応するクランクスローでの実際に測定されたクランクアーム間の変位量であるクランクデフの実測値を入力する実測値入力ステップと、クランク軸の基準軸受における基準据付水平位置に対する残りの各軸受の据付水平位置のデータ列

(各軸受の据付水平位置データを一連に並べたもの）を 1組以上仮に設定する仮据付水平位置設定ステップと、この仮据付水平位置設定ステツプにて設定された仮据付水平位置のデータ列に基づき伝達マトリックス法を用いて各クランクスローにおけるクランクデフを演算するデフ演算ステップと、このデフ演算ステップにより求められた演算デフ値と上記入カステツプにて入力された測定デフ値との差に基づく評価値を演算する評価値演算ステップと、この評価値演算ステップにて求められた評価値が許容範囲内であるか否かを判断する判断ステップと、この判断ステップにおいて上記全ての仮据付水平位置のデータ列の組における評価値が許容範 1 外であると判断された場合に、上記全ての仮据付水平位置のデータ列の組に対して遗伝的アルゴリズムによる処理を施して新しい仮据付水平位置のデ一夕列の組を作成する据付水平位置変更ステツプと、この新しく作成された据付水平位置のデータ列に基づき、上記デフ演算ステツプにおいてクランクデフの演算を実行させて、その仮据付水平位置のデ一夕列が 1組でも、各クランクスローにおける演算デフ値と上記測定デフ値との差に基づく評価値が許容範囲内に入るまで、上記据付水平位置変更ステップにおいて仮据付水平位置のデータ列を遺伝的アルゴリズムにより作成し直す手順を繰り返し行う命令ステップとを具備している。勿論、このプログラムにも、図示しない力、遺伝子アルゴリズムの適用に際して、据付水平位置のデータ列を 2進コード化するコードステツプぉよび 2進コード化された据付水平位置のデータ列を 1 0進数に戻す（ 1 0進コード化）デコーダステツプが具備されている。

なお、上記据付高さ演算装置 2 2 の各手段（入力手段を除いた、例えば仮据付高さ設定手段、クランクデフ演算手段、評価値演算手段、判断手段、据付高さ変更手段など）は、例えば汎用の演算回路とこれら各手段で行われる手順を実行させるためのプログラムとにより構成されるか、または各手段における手順（機能）を実行するようにされた回路により構成されている。勿論、据付水平位置演算装置についても、同様である。

上述したクランク軸の据付位置検出方法およぴ検出装置並びにその位置検出用プログラムの構成によると、クランク軸の据付位置（据付高さまたは Zおよび据付水平位置）を検出する際に、各軸受部分での据付位置を、予め、初期データとして仮に設定しておき、この仮据付位置に基づき、伝達マトリックス法を用いて、各クランクスローでのクランクデフを演算により求めるとともに、この演算デフ値と実際に測定された測定デフ値との差に基づく評価値を求め、この評価値と許容値とを比較し、評価値が許容範囲内にある場合には、当該仮据付位置が適正な値であると判断し、一方、評価値が許容範囲外にある場合には、仮据付位置に遺伝的アルゴリズムを施して、新たな据付位置を設定し、再度、演算デフ値を求めてその評価値と許容範囲とを比較する手順を繰り返し、しかも評価値が許容範囲内に入るまで繰り返すようにしたので、従来のように、作業者の経験に基づく場合に比べて、迅速に且つ精度良くクランク軸の据付位置を検出することができる。

ところで、上記実施の形態において説明したクランク軸の据付位置検出および据付位置検出装置を用いて、例えば船舶における空荷時および載荷時でのクランク軸の各軸受部分での据付高さを測定する.ことにより、その船体に関する変形量を検出することができ、したがって次回に新しい船舶を造る場合には、この変形量を考慮して、すなわち荷物を積んでいる状態で、クランク軸がほぼ真っ直ぐとなるように予め逆方向での変形量を付与しておくことができる。産業上の利用可能性

以上のように、本発明のクランク軸の据付位置検出方法等は、クランク軸の据付位置を迅速且つ精度良く検出し得るため、エンジンを船体に据え付ける際の作業に適している。

Claims

g冃

1 . 複数個のピストンが直列に配置されたエンジンにおけるクランク軸の据付位置を検出する方法であって、

各ピストンに対応するクランクスローでの実際に測定されたクランクアーム間の変位量であるクランクデフの実測値を入力する工程と、求

クランク軸の基準軸受における基準据付位置に対する残りの各軸の

受の据付位置をデータとして仮に設定する工程と、

この設定工程にて設定された仮据付位置に基づき、伝達マトリツ囲

クス法を用いて各クランクスローにおけるクランクデフを演算する工程と、

この演算工程にて求められた演算デフ値と上記測定された測定デフ値との差に基づく評価値を演算した後、この評価値が許容範囲内であるか否かを判断する工程と、

この判断工程にて評価値が許容範 H外であると判断された場合に、上記仮据付位置を遺伝的ァルゴリズムにより新しく作成する工程とから構成し、

且つこの新しく作成された仮据付位置に基づき、上記クランクデフを演算する工程を実行して、各クランクスローにおける演算デフ値と上記測定デフ値との差に基づく評価値が許容範囲内に入るまで、仮据付位置を遺伝的ァルゴリズムにより作成し直す手順を繰り返し行い、評価値が許容範囲内に入つた時点での仮掂付位置をクランク軸の据付位置として検出することを特徴とするクランク軸の据付位置検出方法。

2 . 据付位置が、高さ位置およびノまたは水平位置であることを特徵とする請求項 1 に記載のクランク軸の据付位置検出方法。

3 . 複数個のピストンが直列に配置されたエンジンにおけるクランク軸の据付位置を検出する装置であって、

各クランク軸での据付位置をデータとして仮に設定する仮据付位置設定手段と、

この仮据付位置設定手段にて設定された仮据付位置に基づき、伝達マトリックス法を用いて、各クランクスローにおけるクランクァーム間の変位量であるクランクデフを演算するクランクデフ演算手段と、

このクランクデフ演算手段により求められた演算デフ値とクランクデフ測定手段により測定された測定デフ値との差に基づく評価値を演算する評価値演算手段と、

この評価値演算手段にて求められた評価値が許容範囲内であるか否かを判断するとともに、評価値が許容範.囲内にある場合、当該仮据付位置がクランク軸の据付位置であると判断する判断手段と、この判断手段にて評価値が許容範囲外であると判断された場合に、当該仮据付位置に遺伝的アルゴリズムを施して新たな仮据付位置を作成する据付位置変更手段とから構成し、

且つ上記据付位置変更手段にて新たな仮据付位置が作成された場合、この新たな仮据付位置を用いて演算デフ値を求めるとともに、この演算デフ値と上記測定デフ値との差に基づく評価値が許容範囲内に入るまで、仮据付位置を遺伝的ァルゴリズムにより作成し直す手順を繰り返し行わせるようにしたことを特徴とするクランク軸の据付位置検出装置。

. 据付位置が、高さ位置および/または水平位置であることを特徵とする請求項 3 に記載のクランク軸の据付位置検出装置。

5 . 複数個のビストンが直列に配置されたエンジンにおけるクランク軸の据付位置を、クランクアーム間の変位量（以下、クランクデフという）に基づき、コンピュータ装置に演算させて検出するためのプログラムであって、，

各ピス 1、ンに対応するクランクスローでの実際に測定されたクランクデフの実測値の入力ステップと、

クランク軸の基準軸受における基準据付位置に対する残りの各軸受の据付位置をデータとして仮に設定する設定ステップと、

この設定ステップにて設定された仮据付位置に基づき伝達マトリックス法を用いて各クランクスローにおけるクランクデフを演算する演算ステップと、

この演算ステツプにて求められた演算デフ値と上記入力された測定デフ値との差に基づく評価値を演算した後、この評価値が許容範囲内であるか否かを判断する判断ステップと、

この判断ステツプにて評価値が許容範囲外であると判断された場合に、当該仮据付位置を遺伝的アルゴリズムにより新しく作成する据付位置変更ステップと、

且つこの新しく作成された仮据付位置に基づき、上記演算ステツプにおいてクランクデフの演算を実行させて、各クランクスローにおける演算デフ値と上記測定デフ値との差に基づく評価値が許容範函内に入るまで、上記据付位置変更ステツプにおいて仮据付位置を遺伝的アルゴリズムにより作成し直す手順を繰り返し行う命令ステップとを具備したことを特徴とするクランク軸の据付位置検出用プログラム。

6 . 据付位置が、高さ位置および/または水平位置であることを特徵とする請求項 5 に記載のクランク軸の据付位置検出用プログラム