JPH0219301B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、デイーゼルエンジンの燃料噴射ポン
プの故障診断装置に関する。 デイーゼルエンジンの燃料噴射ポンプ（以下噴
射ポンプと略す）は、燃料油を高圧化し、設定さ
れた時に必要量送り出す機能をもつている。この
機能を果すため、噴射ポンプは、主に、回転運動
するカムシヤフト、往復運動するタペツト、回
転・往復運動するプランジヤ、吐出油量を制御す
る歯車とコントロールラツク、そのほか、プラン
ジヤシート、スプリング、スプリングシート、ベ
アリング、デリベリバルブなどの部品から構成さ
れている。これらの構成部品は、摩耗、折損など
機械的劣化が経時過程で起きる。部品が劣化した
場合、エンジンの燃料系不調となり、エンジンの
始動性悪化、ノツキング、出力不足、出力不安
定、最大回転速度が得られないかまたは高過ぎ、
アイドリング回転速度が不安定、排気色の異常な
どの現象が現われる。 複数の気筒を持つエンジンの場合、その気筒数
分のタペツト、プランジヤ、スプリングなどの部
品があり、ある気筒のみ機械的な劣化が起きても
エンジン全体として、ほぼ正常な作動（運動）を
することがある。 エンジン全体の機能低下（定格出力が得られな
い状態）の場合、どこの系統に起因しているか、
また、その系統の中のどの部分に起因しているの
か、そしてその部分のどの部品がどの程度機能低
下の要因として影響しているのかを調べる必要が
あつた。 従来、この噴射ポンプの機能検査は、サービス
員の経験により、デイーゼルエンジンの始動性、
出力程度、アイドリングの調子、デイーゼルノツ
ク音、などから判定することにより行つている。
しかし、この経験による判定によれば、各判断要
素に噴射ポンプ以外からの不調現象が含まれるた
め、噴射ポンプ正味の判定が困難であり、また、
サービス員の経験により、主観が含まれてしまい
誤差を生じ、さらに、複数の気筒数（４気筒、６
気筒など）の場合、噴射ポンプのポンプ部分が複
数あり、そのうち、どのポンプが機能低下してい
るか見極わめるのに困難であるなど、噴射ポンプ
の何番目に相当するポンプがどの程度機能低下し
ているかが定量的に判断できないという欠点があ
る。また、機能低下程度を正確に知るには、エン
ジン本体より一時噴射ポンプを取りはずし、ベン
チテスト装置で調査しなければならないため、検
査に長い時間を要するという欠点もあつた。 本発明は、上記の点に鑑み、噴射ポンプの機能
低下程度を定量的に簡便に判断できる装置を提供
することを目的とする。 この目的を達成するため、本発明の装置は、噴
射ポンプのケースに加速度計を接着固定して振動
を電気信号として検出し、該電気信号から各構成
部品により発生する振動に対応した個別電気信号
と、噴射ポンプの経時変化による影響を受けない
基準電気信号とをそれぞれ波器により抽出し、
これらの電気信号からそれぞれ代表電圧値を決定
して前記各個別電気信号の代表電圧値と前記基準
電気信号の代表電気値との比を演算装置により求
め、その比を表示装置に表示するようにしたもの
である。 以下本発明の詳細を図面に示す実施例により説
明する。第１図において、１は噴射ポンプ、２は
故障診断装置であり、該装置２は、噴射ポンプ構
成部品の機械的劣化程度を定量評価することによ
り、故障を診断するものである。すなわち、噴射
ポンプ作動中は、カムシヤフトが回転し、タペツ
トおよびプランジヤが往復運動しており、それら
の部品はたたきあつたり、摺動してその時の作動
に伴う波動（音、振動など）が発生し、噴射ポン
プ内部部品の機械的劣化が起こるとその波動は変
化する。そこで本発明はその波動の変化の度合を
検出することによつて劣化の度合を表示し、ま
た、波動の周波数は各部品によつて異なつている
ため、各部品対応の周波数の波動を波器によつ
て検出し、各部品毎の劣化の度合が評価できるよ
うにしたものである。 該故障診断装置２は、噴射ポンプ１のケースに
瞬間接着剤等により接着固定される加速度計３
と、該加速度計３と信号線４を介して接続される
本体部５とからなる。加速度計３は噴射ポンプ１
の作動中の振動を電気信号に変換するものであ
り、せん断形式の加速度計で、周波数範囲が数Hz
から20KHzで、感度が20〜40ｍＶ／Ｇ（2.0〜4.0ｍ
Ｖ／ｍS²）で直線性を有するものを使用した。 本体部５において、６は加速度計３の検出電圧
信号が微小電圧であるために、後述の信号処理部
で処理するに好適なレベルにまで増幅する増幅器
であり、利得が約20〜40dBのものを用いた。 ７ａ〜７ｄは増幅器６の出力信号から部品対応
の特定範囲の周波数の信号を抽出する波器であ
り、７ｈは全信号の中から噴射ポンプ内部部品が
機械的劣化を起こしても、正常時と変わらない周
波数帯域の信号（この信号は、噴射ポンプの固有
振動成分の影響を受けず、噴射ポンプ作動の経時
過程で信号の電位変化量がほとんど変化しない特
性を示す信号であり、この信号を以下基準電気信
号Ａと称す）を抽出する帯域通過波器である。 前記各波器７ａ〜７ｄによつて抽出される信
号は下記の表に示すような部品から発生する振動
に対応した信号である。

【表】 上記の表に記載された各信号Ｂ〜Ｅについて以
下に説明する。 信号Ｂは、カムシヤフトのカム部とタペツトの
ローラ部との間隙によるたたきあう現象等により
発生するもので、ガタシキ、圧こん、摩耗、焼付
により振動が大となり、その信号の抽出にある設
定周波数以上の信号を通過させる高域通過波器
を使用する。』 信号Ｃは、カムシヤフトのベアリング部の公
転、自転に伴なう信号により発生し、機械的劣
化、摩耗、電食、焼付、フレーキング、割れ、圧
こんなどの劣化現象により振動が増大し、その信
号抽出には、外輪、転動体、内輪ともにある設定
周波数以下の信号を通過させる低域通過波器を
使用する。 また、信号Ｄについて述べると、タペツトとプ
ランジヤシートとプランジヤは、押しスプリング
によつて一方向に押されており、プランジヤシー
トに機械的劣化、圧こん、割れ、タペツトに同じ
く圧こん、割れ、プランジヤに摩耗、圧こん、割
れなどの現象が発生し、押しスプリングの自由長
が変化する。また、押しスプリング自体も、へた
り、折れなど瞼性変化を起こす。タペツトとプラ
ンジヤシートとプランジヤは、押しスプリングに
よつて押されており、噴射ポンプが作動すること
により、各部品がたたきあい、スプリングの自由
長の変化、圧こん、割れなどの劣化現象によつて
その振動が増大し、その信号抽出には、ある設定
周波数帯域を通過させる帯域波器７ｃを使用す
る。 デリベリバルブにより発生する信号Ｅは、ピス
トン部の損傷、焼付き、押しスプリングの自由長
変化などの劣化現象により増大し、この信号抽出
には帯域通過波器３ｄを使用する。 デリベリバルブとタペツト、プランジヤシー
ト、プランジヤの振動検出に用いる波器は、帯
域波器であつて同形式であるが、お互いの質
量、寸法（大きさ）が異なるため、固有振動数が
異なるので、両者の判別は周波数帯域を変えるこ
とにより可能である。 ８は第２図ないし第５図に示すような波器７
ａ〜７ｈの出力信号からそれぞれ第６図ないし第
８図に示すようななだらかな整流信号包絡信号を
得る信号整形器であり、どの波器の出力を整形
するかは、制御装置１１によつて選択される。ま
たこの入力回路には、前記増幅器６の出力信号を
直接入力させる回路１５を有する。この回路１５
は、後述のような表示器等によつて波形観測を行
う場合に原信号を通すためのものである。 ９は信号整形器８の出力信号である電圧のピー
ク電圧をデイジタル値に変換する信号変換器であ
る。 １０は該デイジタル化されたピーク電圧のサン
プリングにより代表値を決定し、前記基準電気信
号の代表値と、前記個別電気信号の代表値との比
を求める演算装置である。１２は演算装置１０に
よる演算結果を記録させる磁気煤体や紙テープな
どの再生可能な記録装置である。１３は演算結果
を数値で表示したり記録紙に表記したりする機能
を有し、必要な場合は機能限度をランプで表示し
たり警報音を発生させたりする機能を有するもの
である。１４は該故障診断装置の電源として設け
られる電池である。 次にこの装置の動作を、信号名称Ｂで示したカ
ムシヤフト、タペツトの振動を検出する場合につ
いて説明する。カムシヤフトとタペツトのたたき
合う衝撃振動は、正常作動の場合、加速度計３お
よび増幅器６から得られる電気信号は第２図のよ
うになり、カムシヤフトとタペツトがたたきあう
衝撃振動が一次減衰の形で現われる。一方、ガタ
ツキ、圧こん、摩耗などの劣化現象が起きると、
第３図のようなランダム波形となる。 噴射ポンプの経時変化の影響を受けない基準電
気信号Ａは第４図のような波形となる。 前記信号Ｂ，Ａはそれぞれ波器７ａ，７ｈで
抽出され信号整形器８に入力される。信号整形器
８は、各波器７ａ，７ｂ…7hの順で各波器
の出力信号をなだらかにすると共に、整流して第
５図ないし第７図に示すような信号を得る。 信号変換器９は、第５図に示したピーク電圧
B₁，B₂…B_o（または第６図に示したピーク電圧
B₁′，B₂′…B_o′）と、第７図に示したピーク電圧
A₁，A₂…A_oとをデイジタル値に変換して演算装
置１０に入力する。制御装置１１は、信号整形器
８、信号変換器９および演算装置１０の動作や信
号授受が同期して各信号ごとに行えるように制御
する。 演算装置は、次のようなピーク電圧値の処理を
行う。 １ 信号変換器９でｎ個のピーク電圧のサンプル
を一時格納する。 ２ 格納されたピーク電圧から電圧−サンプル数
の頻度分布を求める。第８図ないし第１０図に
それぞれ第５図ないし第７図のピーク電圧の頻
度分布の例を示す。 ３ 頻度分布の中からＡ、Ｂ信号の代表電圧を求
める。 代表電圧は、頻度分布の最大サンプル数の電
圧を代表電圧Ag、Bgとする。また、頻度分布
の最大電圧を100％とした場合、95％に相当す
る電圧を代表電圧Ah、Bhとする。Bgは電圧
の実効値成分、Bhは電圧のピーク値成分であ
り、例えば＋1.414から−1.414の間で正弦波状
に変化する電圧の場合は、Bgは1.0V、Bhは
1.414×0.95Vとなる。 ４ 代表電圧から次の演算をおこなう。 電圧比率 Rg＝Bg／Ag・Ｃ 電圧比率 Rh＝Bh／Ah・Ｃ ただし、Ｃは、電圧信号の中から無効信号
（ノイズ）の影響を少なくするための比例係数
を示す。 ５ あらかじめ求めておいた、Rg、Rhと機械的
劣化との相関線図（第１１図）より診断を実施
したＢ信号の劣化程度を求める。 そして、機械的劣化内容により、電圧比率の
RgまたはRhを区別する。 ガタツキ、圧こん、摩耗、へたり、折れの場
合は、電圧比率Rgにより判断を行い、焼付、
損傷の場合は、電圧比率Rhにより判断を行う。 このように、Bg、Bhを求めてRg、Rhの判
断を行うのは次の理由による。 噴射ポンプが作動中に発生する振動電圧で、
故障の徴候が現われはじめると故障の内容によ
つてBgが変化（増加）したり、Bhのみが変化
したり両者共に変化したりする。 通常の経時過程における性能低下（すなわ
ち、前記ガタツキ、圧こん等による噴射ポンプ
劣化）は、Bgが先に増加する。 また、噴射ポンプ内部々品の一部に異常（前
記焼付等の突発性の徴候）が発生した場合は、
Bhが急増加する。 したがつて、Bg、Bhの両者を求めて限界電
圧比率RgS、RhSに至つているかいないかを調
べるのである。 ６ 診断を実施したＢ信号の定量的な劣化程度の
結果を信号として表示装置１２に出力する。ま
た、機械的劣化がすすみ、機能を失う手前の限
度電圧比率RgS、RhSに診断を実施した結果が
該当した場合も表示装置に信号を出力する。 同様な方法で、前記表のＣ、Ｄ、Ｅ信号につ
いても行い、定量的な劣化と、機能限度の評価
をおこない、故障診断を行う。 演算装置１０の出力を表示装置１２が受け
て、診断結果を数値で表示したり記録紙に表記
し、機能限度の場合、ランプ点灯、警報音発生
などの表示を行う。 また、演算装置１０による演算結果は、磁気
媒体、紙テープなど再現可能な記憶機能を持つ
ている記録装置１３に格納される。 次に、多気筒数のエンジンの場合、その数だ
け噴射ポンプのポンプ部があるが、どのポンプ
部かを見極めるのは、加速度計を取付ける位置
によつて判断できる。すなわち、診断するポン
プ部に最も近位置に加速度計を取付けることに
より、振動の伝達関数、機械インピーダンスが
異なるため判断できる。 以上述べたように、本発明によれば、噴射ポン
プの各部の劣化程度を前記電圧比として定量的に
知ることができ、経験のないものであつても、故
障を容易にかつ短時間に判断することができる。
また、噴射ポンプのポンプ部分が複数ある場合、
加速度計を複数設けることにより、どのポンプが
故障しているかを容易に判断することができる。
また、本発明の故障診断装置を常時使用する（車
両系であれば車載する）ようにすれば、故障の予
防保全に役立ち、かつ損失を極少にすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による故障診断装置の一実施例
を示すブロツク図、第２図ないし第７図は該実施
例の信号処理過程における波形の一例を示す波形
図、第８図ないし第１１図は該実施例の演算装置
の信号処理内容を説明する図である。 １……噴射ポンプ、３……加速度計、７ａ〜７
ｈ……波器、１０……演算装置、１２……表示
装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ デイーゼルエンジンの燃料噴射ポンプの機能
   を検査することにより故障を診断する装置におい
   て、燃料噴射ポンプのケースに接着固定されて振
   動を検出する加速度計と、該加速度計から得られ
   る電気信号から燃料噴射ポンプの各部構成部品に
   より発生する振動に対応した個別電気信号をそれ
   ぞれ抽出する複数個の波器と、前記電気信号か
   ら燃料噴射ポンプの経時変化による影響を受けな
   い基準電気信号を抽出する波器と、これらの各
   波器の出力信号をサンプリングしてそれぞれ代
   表電圧値を決定すると共に、前記個別電気信号の
   代表電圧値と前記基準電気信号の代表電圧値との
   比を求める演算装置と、その演算結果を表示する
   表示装置とからなることを特徴とする燃料噴射ポ
   ンプの故障診断装置。