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JPH07167728A - ピストン往復動型エンジンのシリンダ内の圧力測定装置、及びその装置を有するディーゼル・エンジン - Google Patents

ピストン往復動型エンジンのシリンダ内の圧力測定装置、及びその装置を有するディーゼル・エンジン

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JPH07167728A
JPH07167728A JP6207656A JP20765694A JPH07167728A JP H07167728 A JPH07167728 A JP H07167728A JP 6207656 A JP6207656 A JP 6207656A JP 20765694 A JP20765694 A JP 20765694A JP H07167728 A JPH07167728 A JP H07167728A
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Japan
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piston
pressure
engine
cylinder
measuring
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JP6207656A
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Karl Svimbersky
スビンバースキー カール
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Winterthur Gas and Diesel AG
Original Assignee
Winterthur Gas and Diesel AG
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ピストン往復動型エンジンのシリンダ圧力の継
続的監視を許容する圧力測定装置により、出力限界マー
ジンを減少させて高い出力の提供が可能な高性能ディー
ゼル・エンジンを提供するとともに、ピストンの焼き付
き等を早期に発見してシリンダへの致命的な損傷を防止
し、寿命のより長いエンジンを提供する。 【構成】本発明の装置はピストン(12)によって駆動さ
れ、ピストンの移動方向に沿って移動可能なエンジン
(1) の構成部品(14)上における圧縮力及び吸引力の少な
くともいづれか一方を測定する圧力センサ(31)及び加速
度センサ(32)を、構成部品14上に有する。更に装置は、
構成部品14上で測定された圧力及び加速度を基に、燃焼
室内の圧力、上死点及び下死点を確定するとともに、こ
れに基づいて適切な燃料噴射制御を実施するための信号
評価手段(33c,33b,33a,34 〜38) を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はピストン往復動型エンジ
ンの燃焼室内の圧力を測定するための装置及びその装置
を有するディーゼル・エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】ピストン往復動型エンジン、特に多気筒
大容量ディーゼル・エンジンでは、各シリンダの出力を
可能な限り均一に維持するか、または少なくとも狭い範
囲内に限定することが望ましい。さらに、可能な限りの
高出力を得るために、出力限界のマージンを狭くする必
要がある。
【０００３】大容量ディーゼル・エンジンの場合、イン
ジケータ・コックを介して燃焼室との直接連結が可能な
インジケータ・ボアをシリンダ・ヘッド内に配置するこ
とが知られている。インジケータ・ボア内に圧力センサ
を配置して燃焼室内の圧力推移を直接測定することがで
きる。
【０００４】しかし、燃焼室内の環境条件は、圧力及び
シリンダ出力の継続的にして正確な測定を常に許容する
ものとは限らない。センサは損傷を伴うことなく高温、
高圧及び変化する負荷に長時間耐える必要がある。さら
に、燃焼ガスは化学的に非常に破壊的であり、インジケ
ータ・ボア及びセンサをコークス化する大きな危険性を
有する。従って、前記の解決策は短時間での使用には適
するが、長時間の使用に適するものではない。この結
果、測定は周期的計測のためにインジケータ・ボアのコ
ックを開ける僅かな時間に、センサを使用して行う一時
的な計測に限定される。
【０００５】エンジンの各シリンダの過負荷を回避する
ためには、最大許容出力に対し、比較的大きな出力マー
ジンを維持することが必要とされる。比較的大きな出力
マージンを設定することにより、各シリンダは最大許容
出力を上回ることがなくなる。
【０００６】エンジンのシリンダ・ヘッドに配置された
荷重計を使用して間接的に、シリンダ・ヘッドの変形量
を計測し、これに基づいて燃焼室内の圧縮力を確定する
ことが知られている。これらの計測用アレンジメントは
対比測定値を用いて比較的頻繁に再検定する必要があ
る。そして測定された圧力推移は常に外乱に基づく誤差
が障害になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ピス
トン往復動型エンジンのシリンダ圧力の継続的監視を許
容する圧力測定装置により、出力限界マージンを減少さ
せて更に高い出力の提供が可能な高性能ディーゼル・エ
ンジンを提供するとともに、ピストンの焼き付き等を早
期に発見してシリンダへの致命的な損傷を防止し、エン
ジン寿命のより長いディーゼル・エンジンを提供するこ
とにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の装置はピストンによって駆動されるとと
もに、ピストンの移動方向に沿って移動可能なエンジン
の構成部品上における圧縮力及び吸引力の少なくともい
づれか一方を測定する圧力センサ及び加速度センサを、
前記エンジンの構成部品上に有する。更に本発明に基づ
く装置は、エンジンの構成部品上で測定された圧力及び
加速度に基づき、燃焼室内の圧力、上死点及び下死点を
確定するとともに、これに従って適切な燃料噴射制御を
実施するための信号評価手段を有する。
【０００９】
【作用】上記の構成によれば、高温及び高圧による測定
機器の損傷、並びに燃焼ガスによる測定機器のコークス
化等を含む燃焼室内の環境条件がもたらす影響を受ける
ことなく、シリンダ圧力の継続的監視が可能であるとと
もに、加速度の測定から各シリンダの上死点及び下死点
を正確に確定することができる。
【００１０】
【実施例】センサを設置する場所として、各種環境条件
を鑑みるに、クランク室内またはピストンの下側に位置
する掃気用スペースは燃焼室内より好ましいものであ
る。これにより、比較的簡単な手段で燃焼室内の圧力の
継続的監視が可能になる。大容量ディーゼル・エンジン
内では、ピストンはピストン連接ロッドを介してクラン
クシャフトを駆動する。ピストンは実質的にシリンダの
軸方向に沿って移動し、クロスヘッドを駆動する。そし
て、クロスヘッドは同クロスヘッド及びクランクシャフ
トの間に配置されたスラスト・ロッドを介してクランク
シャフトを駆動する。
【００１１】圧力センサはピストン及びピストン連接ロ
ッドの間、またはピストン連接ロッドのクロスヘッド側
端部に有利に取り付けられている。多気筒エンジンのシ
リンダ間に発生する圧縮差を補正するために、大容量デ
ィーゼル・エンジンのスペーサ・ディスクをピストン連
接ロッドのクロスヘッドの端部に組み付けることができ
る。センサとして形成された距離エレメントはスペーサ
・ディスクの部分に配置することが可能である。
【００１２】ディーゼル・エンジンの別の問題は上死点
及び下死点、即ちピストンの上端及び下端の折り返し点
の測定に関する。クランクシャフト上に取り付けられた
フライホイールでの測定値は、その後の評価段階にとっ
て不適切な角度誤差による障害を受ける。この角度誤差
は数度、一般的には３度に達する。
【００１３】ピストン連接ロッドに圧電加速度センサ
（ｐｉｅｚｏｅｌｅｋｔｒｉｓｃｈｅｒ Ｂｅｓｃｈｌ
ｅｕｎｉｇｕｎｇｓｓｅｎｓｏｒ）等の加速度センサを
取り付けた場合、上死点及び下死点の非常に正確な測定
が可能となる。加速度センサは圧力センサに極めて近い
位置に有利に配置されるか、または１つの構成ユニット
内に圧力センサと共に配置される。圧力センサ上に加わ
る体積力及びエンジン部品の慣性力は実際の圧縮力から
独立して測定することが可能なため、これは燃焼室内の
圧力の計算をリアルタイムで行うことを許容する。各シ
リンダ内の着火点での図示平均有効圧力（Ｍｅａｎ Ｉ
ｎｄｉｃａｔｅｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を更に正確に測
定し、そして最大許容圧力に更に近い値で各シリンダ圧
力を調整するため等に使用される調整手段および調整能
力を備えることが可能である。これにより、各シリンダ
の効率を最適化し、それによってエンジン全体の運転効
率を最適化することが可能となる。
【００１４】部分負荷領域におけるベアリングの潤滑化
は重要な意味を有する。特定の潤滑度における過負荷が
原因となり、ベアリングの損傷が生じ得るため、エンジ
ンは常にセーフティ・マージンを伴って運転される必要
がある。ベアリングの損傷に対する安全性を高めるとと
もに、シリンダ圧力の継続的な監視により、出力限界マ
ージンを、更に狭い範囲で特定することが可能である。
出力限界マージンの減少により更に高い出力の提供が可
能となり、より高性能なディーゼル・エンジンが提供で
きる。
【００１５】ピストンの力をリアルタイムで監視するこ
とにより、圧縮曲線にその徴候を示す一般的な脈動か
ら、ピストンの焼き付きを示す初期徴候を早期に確認す
ることが可能である。これによりシリンダに致命的な損
傷が発生する前に、シリンダの出力を抑えるか、または
潤滑剤の供給量を増加するなどの必要な対策を実施する
ことが可能となり、寿命のより長いディーゼル・エンジ
ンを提供することができる。
【００１６】ピストン往復動型エンジンの燃焼室内の圧
力を測定する装置は、エンジンのピストンにより駆動さ
れる構成部品に取り付けられた圧縮力及び／または膨張
力を測定するセンサを有する。
【００１７】ピストンによって駆動されるエンジンの構
成部品上にピストンの移動方向に沿って作用する圧縮力
を測定することにより、燃焼室内の圧縮力を推測するこ
とができる。測定値の電気信号は燃焼室内における圧力
を計算するために使用される。圧力または圧縮力の測定
が行われるエンジンの構成部品の加速を有利に計測する
ことができる。この結果、シリンダ圧力の決定に慣性力
及び体積力を用いることが可能である。これはクランク
シャフトの全ての回転角度領域における簡単で、しかも
信頼性の高いシリンダ圧力の測定を許容する。各シリン
ダの上死点（ＴＤＣ）及び下死点（ＢＤＣ）を、加速信
号に基づいて非常に正確に測定することが可能である。
これは、その後の信号評価に重大な意味を有する。
【００１８】本発明に基づく装置は５０〜２００回転／
分の回転速度で運転される大容量低速ディーゼル・エン
ジンに使用することが最適である。センサを用いて各シ
リンダを監視することは多気筒エンジンにとって有利で
ある。センサからの信号は共通のデータ処理ユニットへ
送信される。各シリンダに対し、データ処理ユニットに
連なるそれぞれ独立した送信線を配線することが望まし
いが、数個のシリンダからの測定信号を部分的に共通の
伝送路を介して送信することも可能である。
【００１９】本発明に基づく装置の概略を示す図ととも
に本発明を以下に詳述する。図１，２，３は、ピストン
１２が案内されるシリンダ１１を有する大容量ディーゼ
ル・エンジン１を示す。燃料は噴射ノズル１３により燃
焼室１０内に噴射される。ピストン１２はピストン連接
ロッド１４、クロスヘッド１５及びスラスト・ロッド１
６を介してエンジン１のクランクシャフト１７を駆動す
る。スラスト・ロッド１６は連接棒とも呼ばれる。
【００２０】ピストン連接ロッド１４に作用する圧力及
び加速度は圧力センサ３１，加速度センサ３２によって
それぞれ計測される。これらのセンサ３１，３２は、図
1 に示すディーゼル・エンジンのピストン連接ロッド１
４のクロスヘッド側端部に取り付けられている。図１に
示すように、信号は信号線３３ａを介してデータ処理ユ
ニット３４へ送られる前に、増幅器３００内において予
備増幅することが可能である。図１に示す例では、信号
線３３ａはベアリング潤滑装置の連接レバー１８に沿っ
て配線される。
【００２１】燃料噴射装置１３，３７、監視及び警告装
置３６、並びに診断装置３５のための制御信号はデータ
処理ユニット３４の助けを得てセンサ３１，３２によっ
て測定された測定値に基づいて処理される。図に示す例
では、データ処理はコンピュータ３８によってサポート
される。圧力曲線、グラフィック及びプロトコールの数
々の数値はコンピュータ３８の画面上にテーブル及び／
またはグラフとして表示したり、プリンタ（図示略）に
よって印刷することが可能である。
【００２２】例えば、シリンダ圧力が最大許容シリンダ
圧力などの絶対限界値を越えた際、または圧力変化を示
す圧力曲線が限界ピーク値を越えた際に、警告を発する
ことが可能である。シリンダ圧力曲線の推移からピスト
ンの焼き付けが予測された際にも、警告を発することが
できる。
【００２３】多気筒エンジンの均一な運転、燃焼室内で
の最適な燃料の燃焼、または燃料噴射量は本発明の装置
によって監視することが可能である。図に示す例のよう
に、燃料噴射量、噴射の開始、噴射の終了、及び／また
は噴射圧力は燃料噴射制御によって影響される。
【００２４】図２に示す本発明に基づく装置では、予備
増幅された測定値の信号は、アンテナ３０ｂを有する送
信器３０ａによってアンテナ３３ｃを有する受信器３３
ｂに向かって送信される。次いで信号は、信号線３３ａ
を介してデータ処理ユニット３４へ送信される。その後
における測定値の信号の評価及び処理は図１の方法と同
様に行われる。
【００２５】図３には本発明に基づく装置をピストン連
接ロッド１４のピストン側端部に備えたディーゼル・エ
ンジンの一部縦断面図が示されている。装置のセンサは
ピストン及びピストン連接ロッドの間、ピストン及びピ
ストン支持体の間、及び／またはピストン連接ロッドに
取り付けることが可能である。
【００２６】予備増幅された測定値の信号はアンテナ３
０ｂを備えた送信器３０ａからアンテナ３３ｃを有する
受信器３３ｂへ送信され、そこから信号線３３ａを介し
てデータ処理ユニット３４へ送信される。その後の測定
値の信号の評価及び処理は図１に基づいて説明したもの
と同一の方法によって行われる。図２，３に示す送信器
３０ａ及び受信器３３ｂはバッテリーによって駆動する
ことが可能である。
【００２７】データ処理、燃料噴射、監視及び警告装
置、並びに診断モジュールはコンピュータにより評価及
び制御ユニットにおいて統合することが可能である。燃
焼室内における圧力等の所望のデータの計算のためのア
ルゴリズム及び方法は当業者にとって自明なことである
ため、ここでの特別な説明は省略する。また、本発明に
基づくディーゼル・エンジンは本発明に基づく圧力測定
装置を備える。
【００２８】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
ピストン往復動型エンジンのシリンダ圧力の継続的監視
が許容されることにより、出力限界マージンを減少さ
せ、更に高い出力を提供してディーゼルエンジンの高性
能化を可能とするとともに、ピストンの焼き付き等を早
期に発見してシリンダへの致命的な損傷を防止し、これ
によりエンジン寿命を長くするという優れた効果を発揮
する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は複数のセンサがピストン連接ロッドのク
ロスヘッドの端部に取り付けられるとともに、センサの
信号をケーブルを介してデータ処理ユニットへ送信する
本発明に基づく装置を備えたディーゼル・エンジンの一
部縦断面図である。
【図２】図２は複数のセンサがピストン連接ロッドのク
ロスヘッドの端部に取り付けられるとともに、センサの
信号を無線によりクランク室内の受信器へ、そしてそこ
からデータ処理ユニットへ送信する本発明に基づく装置
を備えたディーゼル・エンジンの一部縦断面図である。
【図３】図３は複数のセンサがピストン連接ロッドのピ
ストン側端部に取り付けられるとともに、センサの信号
を無線によりクランク室内の受信器へ、そしてそこから
データ処理ユニットへ送信する本発明に基づく装置を備
えたディーゼル・エンジンの一部縦断面図である。
【符号の説明】
１…ピストン往復動型エンジン、１０…燃焼室、１２…
ピストン、１４…ピストン連接ロッド、１８…連接レバ
ー、３０ａ…送信器本体、３０ｂ…送信器のアンテナ、
３１…圧力センサ、３２…加速度センサ、３３ａ…送信
線、３３ｂ…受信器、３３ｃ…受信器のアンテナ、３４
…データ処理ユニット、３５…診断装置、３６…監視及
び警告装置、１３，３７…燃料噴射装置、３８…コンピ
ュータ、３００…増幅器。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ピストン往復動型エンジン（１）の燃焼
    室内の圧力を測定するための装置であって、 ピストン（１２）によって駆動されるエンジン（１）の
    構成部品上において圧縮力及び吸引力の少なくともいづ
    れか一方を測定し、ピストン（１２）の移動方向に沿っ
    て移動可能なエンジンの構成部品（１４）上で測定され
    た圧力に基づき燃焼室（１０）内における圧力の値を決
    定する手段を備え、圧縮力に対応する電気信号を出力す
    ることによって特徴づけられる装置。
  2. 【請求項２】 ピストンによって駆動されるエンジン
    （１）の構成部品がピストン連接ロッド（１４）または
    ピストン（１２）であることを特徴とする請求項１に記
    載の装置。
  3. 【請求項３】 圧縮力及び膨張力の少なくともいづれか
    一方を測定する手段（３１，３００）からの出力信号が
    燃焼室（１０）内の圧力に標準化されることを特徴とす
    る請求項１または２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 圧縮力の測定が実行される移動可能なエ
    ンジンの構成部品（１４）の加速度の測定手段（３２）
    を備え、加速度に対応する電気信号を形成することによ
    って特徴づけられる請求項１または２に記載の装置。
  5. 【請求項５】 加速度の測定手段（３２）及び圧力の測
    定手段（３１）が、エンジン（１）の同一構成部品（１
    ４）上に、好ましくは互いに隣接して配置されるか、ま
    たは単一センサ構成部品（３１，３２）内に統合されて
    いることを特徴とする請求項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 測定された圧縮力及び加速度のうちの少
    なくともいづれか一方の数値を示す信号をエンジン・ハ
    ウジングの基部または外部に配置された信号評価手段
    （３３ｃ，３３ｂ，３３ａ，３４〜３８）へ送信する手
    段（３０ａ，３０ｂ）を有することを特徴とする請求項
    １乃至５のいづれか１項に記載の装置。
  7. 【請求項７】 測定値の信号をセンサ（３１，３２）か
    らデータ処理部材（３４〜３８）に伝達するための導体
    （３３ａ）を有することを特徴とする請求項６に記載の
    装置。
  8. 【請求項８】 導体（３３ａ）が連接レバー（１８）に
    沿って案内されることを特徴とする請求項７に記載の装
    置。
  9. 【請求項９】 測定値の信号を無線送信するための送信
    器（３０ａ，３０ｂ）及び受信器（３３ｃ，３３ａ）を
    有することを特徴とする請求項６に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 圧縮力の測定及び加速度の測定手段が
    圧電センサ（３１，３２）であることを特徴とする請求
    項１乃至９のいづれか１項に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 着火点におけるシリンダの図示平均有
    効圧力及びピストンの力の推移のうちの少なくともいづ
    れか一方を決定するための手段（３４，３５，３６，３
    ８）を有する請求項１乃至１０のいづれか１項に記載の
    装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１乃至１１のいづれか１項に記
    載の装置を有するディーゼル・エンジン、特に低速２ス
    トローク・ディーゼル・エンジン（１）。
JP20765694A 1993-09-09 1994-08-31 ピストン往復動型エンジンのシリンダ内の圧力測定装置、及びその装置を有するディーゼル・エンジン Expired - Fee Related JP3540020B2 (ja)

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JP (1) JP3540020B2 (ja)
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CN (1) CN1087425C (ja)
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