JPH09144592A - ディーゼル機関の燃料消費率検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料配管中に特別な燃料流量計を設置するこ
となく、走行中のディーゼル車両の機関の燃料消費率を
検出しうる装置を提供する。 【解決手段】 走行中のディーゼル機関出力ＰE と、走
行中のディーゼル機関回転速度Ｎと、走行中の燃料コン
トロールラック８のラック位置Ｒと、ＮとＲとの関数ｆ
（Ｒ，Ｎ）として特性曲線の形であらかじめ得られた単
位時間当りの燃料噴射量と、係数Ｂと、燃料比重量γと
から、走行中におけるディーゼル機関の燃料消費率ｇを ｇ＝Ｂ×ｆ（Ｒ，Ｎ）×γ／ＰE により検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼル車両に
用いるディーゼル機関の走行中の燃料消費率を検出しう
る装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄道用ディーゼル車両に用いられ
るディーゼル機関（以下、「機関」という）の検査・修
繕を行うに際し、その検査・修繕の前に機関の状態値を
計測し、その結果に基づいて検査・修繕の程度を決める
方法が採られる場合があった。例えば、機関の軸出力あ
るいは軸トルク（以下、「機関出力」という）、機関の
燃料消費率（以下、「燃料消費率」という）、排気温度
など機関各部の温度、あるいは潤滑油圧力など機関各部
の圧力等を計測し、これらが一定の基準値の範囲外とな
る場合には、検修作業者が機関を分解しピストンや軸受
等の摩耗部分を交換し再度組み立てる、という方法であ
る。この方法では、上記の機関出力、燃料消費率、機関
各部の温度、及び機関各部の圧力等が一定の基準値範囲
内であれば機関を分解することまではせず、フィルタ等
の消耗品の交換等を行うのみとする。しかしながら、上
記した機関の各状態値を計測するためには、検修施設等
において検修作業者が機関を車両から取り外し、定置さ
れた機関性能試験装置等により性能試験を行い、その後
に再び機関を車体に装架する必要があった。これらの一
連の作業には、多大な経費と時間を要していた。

【０００３】この問題を解決するためには、機関を車体
から取り外さず、車体に装架したままで、かつ走行中に
機関の状態の計測ができればよい。上記計測項目のう
ち、機関各部の温度及び圧力の検出方法については、車
体に温度計及び圧力計を設置することにより、走行中の
値を容易に検出可能である。また、走行中の機関出力の
検出方法としては、いくつかの公知の方法がある。例え
ば、推進軸にひずみゲージを貼付し、そのひずみを測定
することにより動力伝達トルクを検出し、その動力伝達
トルクと、機関出力端からトルク検出器までの動力伝達
効率と、歯車比と、機関回転速度（単位時間当り回転
数）などから機関出力を算出することにより機関出力を
検出する方法などである。

【０００４】燃料消費量とは単位時間当りに消費される
燃料の容積又は質量であり、燃料消費率とは単位時間単
位機関出力当たりに消費される燃料の容積又は質量であ
る。したがって、機関出力が所定の値であっても、燃料
消費率がその所要値より大きければ、機関の性能は低下
していることになる。このことから、機関性能を評価す
るためには、機関出力に加え燃料消費率を検出すること
が必要不可欠である。燃料消費率の検出方法にも、いく
つかの公知の方法がある。その一つは、定置された機関
性能試験装置において、一定の条件で機関を回転させ、
機関の燃料配管中に設置したビューレット式燃料計内の
ビューレット管に充填された燃料の液面変化を検出する
ことにより、決められた容積の燃料を消費する時間から
燃料消費量を求め、その結果と機関出力検出結果とから
燃料消費率を検出する方法（以下、「第１検出方法」と
いう）である。また、２つ目の方法は、機関の燃料配管
中に歯車式の燃料流量計を設置し、その時々刻々の燃料
の流量から燃料消費量を求め、その結果と機関出力検出
結果とから燃料消費率を検出する方法（以下、「第２検
出方法」という）である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の燃
料消費率検出方法のうち、第１検出方法に用いるビュー
レット式燃料計は、検修施設等に定置された機関性能試
験装置により性能試験を行うことを前提に製作されたも
のであり、その取扱は非常に煩雑であった。さらに、鉄
道用ディーゼル車両の走行中においては、走行する線路
の勾配や区間速度制限等が時々刻々と変化するため、一
定の条件下で機関を連続回転させることは事実上できな
い。このため、上記した第１検出方法では、燃料消費量
の測定誤差が大きくなるという問題点があった。また、
上記した第２検出方法に用いる歯車式の燃料流量計にお
いては、機関の燃料配管中に装着するに際し燃料配管へ
の空気混入、あるいは異物混入等の発生が懸念される、
という問題があった。さらに、第２検出方法に用いる歯
車式燃料流量計は、鉄道用ディーゼル車両の走行中の振
動に対する耐振性に問題があった。以上の理由から、走
行中の鉄道用ディーゼル車両の機関の燃料消費率の検出
は、新形式車両の性能試験の場合等、ごく限られた場合
に行われるにとどまり、通常の検査・修繕においては実
施されてはいなかった。

【０００６】本発明は、前記した問題を解決するために
なされたものであって、本発明の解決しようとする課題
は、燃料配管中に特別な燃料流量計を設置することな
く、走行中のディーゼル車両の機関の燃料消費率を検出
しうる装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
め、本発明に係るディーゼル機関の燃料消費率検出装置
は、燃料噴射量を制御する燃料コントロールラックを有
しディーゼル車両に搭載されたディーゼル機関の燃料消
費率検出装置であって、前記ディーゼル車両の走行中に
検出された軸出力あるいは軸トルクである機関出力ＰE
と、前記ディーゼル車両の走行中に検出された前記ディ
ーゼル機関の機関回転速度Ｎと、前記ディーゼル車両の
走行中に検出された前記ディーゼル機関の前記燃料コン
トロールラックのラック位置Ｒと、前記Ｒと前記Ｎとの
関数ｆ（Ｒ，Ｎ）として特性曲線の形であらかじめ得ら
れた燃料噴射量とから、前記ＰE と前記ｆ（Ｒ，Ｎ）の
関数として前記ディーゼル車両の走行中における前記デ
ィーゼル機関の燃料消費率を検出することを特徴とす
る。前記ディーゼル機関の燃料消費率検出装置は、好ま
しくは、検出された前記ディーゼル機関の燃料消費率
を、前記ディーゼル機関の性能を表わすパラメータとの
関連において表示する手段を備えてもよい。また、前記
ディーゼル機関の燃料消費率検出装置は、好ましくは、
係数をＢとし、燃料の比重量をγとしたとき、前記ディ
ーゼル機関の燃料消費率ｇを、下式 ｇ＝Ｂ×ｆ（Ｒ，Ｎ）×γ／ＰE によって算出するようにしてもよい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面等を参照しながら、実
施の形態をあげて、本発明を詳細に説明する。図１は、
本発明の一実施形態である鉄道用ディーゼル車両の構成
を示したものである。図に示すように、この鉄道用ディ
ーゼル車両１００は、ディーゼル機関１０と、主幹制御
器１と、燃料制御装置２と、アクチュエータ７と、燃料
噴射ポンプ９と、燃料コントロールラック８と、機関回
転速度検出器１４と、ラック位置センサ１５と、燃料消
費率記録装置１６と、液体変速機１１と、動力伝達トル
ク検出器２０と、推進軸１２と、動輪１３を備えて構成
されている。推進軸１２と動輪１３の間には、逆転機構
（図示せず）や減速機（図示せず）が設けられている。

【０００９】また、燃料消費率記録装置１６は、例えば
マイクロコンピュータ等によって構成され、機関出力検
出記録部１７と、燃料消費率算出記録部１８と、機関性
能表示部１９を有している。機関出力検出記録部１７
と、燃料消費率算出記録部１８は、それぞれＲＡＭ等の
データ記録手段（図示せず）を有している。機関性能表
示部１９は、液晶表示器（図示せず）等の表示手段を有
している。

【００１０】主幹制御器１は、鉄道用ディーゼル車両１
００の運転台（図示せず）に設けられ、運転士が操作す
る制御ノッチ（図示せず）を有している。この制御ノッ
チ（図示せず）は、自動車のアクセルに相当している。
主幹制御器１の出力側は燃料制御装置２及び燃料消費率
記録装置１６の燃料消費率算出記録部１８に接続されて
おり、運転士が操作した制御ノッチの位置に応じたノッ
チ指令信号ＳN が、燃料制御装置２と、燃料消費率記録
装置１６の燃料消費率算出記録部１８及び機関出力検出
記録部１７に送られる。

【００１１】燃料制御装置２は、アクチュエータ７に接
続されている。燃料噴射ポンプ９には、燃料を吸排する
プランジャー（図示せず）を回動するピニオン歯車（図
示せず）と噛み合いこれを動かして燃料噴射量を調節す
る燃料コントロールラック８が設けられており、アクチ
ュエータ７は、この燃料コントロールラック８を駆動す
る。燃料は、燃料タンク（図示せず）からプランジャー
（図示せず）を経てディーゼル機関１０の燃焼室（図示
せず）内のノズル（図示せず）に送られ、高圧縮化かつ
高温化された空気に噴射され自然発火する。

【００１２】燃料コントロールラック８には、そのラッ
ク位置を検知してラック位置データ信号ＤR を出力する
ラック位置センサ１５が装着されている。このラック位
置データ信号ＤR は、燃料制御装置２に送られ、さらに
燃料制御装置２から燃料消費率記録装置１６内の燃料消
費率算出記録部１８へ送られる。

【００１３】ディーゼル機関１０の出力軸（図示せず）
には液体変速機１１が取り付けられ、液体変速機１１で
変速された回転駆動力は、推進軸１２により動輪１３に
伝達され、この鉄道用ディーゼル車両１００を走行させ
る。ディーゼル機関１０には機関回転速度検出器１４が
装着されており、ディーゼル機関１０の機関回転速度を
示す単位時間当りのディーゼル機関１０の回転数である
機関回転数Ｎを検出し、速度データ信号ＤV として燃料
消費率記録装置１６内の機関出力検出記録部１７及び燃
料消費率算出記録部１８と、燃料制御装置２に送る。

【００１４】推進軸１２又は液体変速機１１内の軸に
は、動力伝達トルク検出器２０が装着されている。この
動力伝達トルク検出器２０は、推進軸１２等に貼付され
たひずみゲージを有しており、推進軸１２等のひずみを
測定することにより動力伝達トルク（回転駆動力）ＴP
を検出し、トルクデータ信号ＤT として燃料消費率記録
装置１６内の機関出力検出記録部１７に送る。

【００１５】運転士が操作した制御ノッチの位置に応じ
て主幹制御器１から燃料制御装置２に送られたノッチ指
令信号ＳN と、機関回転速度検出器１４から送られた機
関回転数Ｎの値を示す速度データ信号ＤV と、ラック位
置センサ１５から送られた燃料コントロールラック８の
ラック位置Ｒを示すラック位置データ信号ＤR により、
燃料制御装置２は、燃料コントロールラック８を駆動し
ラック位置Ｒを調節するためのラック位置指令信号ＳR
を生成し、アクチュエータ７に送る。

【００１６】機関出力検出記録部１７は、ノッチ指令信
号ＳN と速度データ信号ＤV とトルクデータ信号ＤT を
受け取り、この鉄道用ディーゼル車両１００の走行中に
おける制御ノッチ位置と機関回転数Ｎと動力伝達トルク
ＴP とを記録する。

【００１７】また、機関出力検出記録部１７は、動力伝
達トルクＴP と、機関回転数Ｎと、機関出力端から動力
伝達トルク検出器２０までの動力伝達効率ηと、図示し
ない逆転機構や減速機等の歯車比Ｋとから、機関出力Ｐ
E を、例えば次の計算式 ＰE ＝（Ａ×Ｎ×ＴP ）／（η×Ｋ） ………（１） にしたがって算出し、かつ記録する。

【００１８】上式（１）において、Ａは所定の係数であ
る。また、動力伝達効率ηと歯車比Ｋは、あらかじめ機
関性能試験等により求められたり、設計値から算出され
る既知の値である。これらの値Ａ，η，Ｋは、あらかじ
め機関出力検出記録部１７にデータとして入力されてい
る。この機関出力ＰE は、機関出力データ信号ＤP とし
て、機関出力検出記録部１７から燃料消費率算出記録部
１８に送られる。

【００１９】なお、機関出力ＰE の算出方法は、上式
（１）等の方法に限定されるものではなく、いかなる方
法であってもよい。

【００２０】燃料消費率算出記録部１８は、ノッチ指令
信号ＳN と速度データ信号ＤV と機関出力データ信号Ｄ
P を受け取り、この鉄道用ディーゼル車両１００の走行
中における制御ノッチ位置と機関回転数Ｎと機関出力Ｐ
E とを記録する。

【００２１】また、燃料消費率算出記録部１８は、燃料
噴射量ｆ（Ｒ，Ｎ）と、燃料比重量γと、機関出力ＰE
とから、燃料消費率ｇを、上記の各値の関数として、例
えば次の計算式 ｇ＝Ｂ×ｆ（Ｒ，Ｎ）×γ／ＰE ………（２） にしたがって算出し、かつ記録する。

【００２２】上式（２）において、Ｂは所定の係数であ
る。また、燃料比重量γは、燃料の物性から求められる
既知の値である。これらの値Ｂ，γは、あらかじめ燃料
消費率算出記録部１８にデータとして入力されている。
燃料噴射量ｆ（Ｒ，Ｎ）は、単位時間当りに噴射される
燃料の容積であり、燃料噴射ポンプ９の特性性能試験の
結果から、ラック位置Ｒと機関回転数Ｎの関数として、
例えば図２のような特性曲線の形で得られ、燃料消費率
算出記録部１８に、あらかじめ記憶されている。したが
って、上式（２）によって算出される燃料消費率ｇは、
単位時間単位機関出力当りに消費される燃料の質量（重
量）となる。燃料消費率ｇの算出と記録は、この鉄道用
ディーゼル車両１００の走行中に行ってもよいし、走行
後に行ってもよい。この燃料消費率ｇと、機関回転数Ｎ
と、制御ノッチ位置と、機関出力ＰE は、さらに燃料消
費率算出記録部１８から機関性能表示部１９に送られ
る。

【００２３】機関性能表示部１９は、燃料消費率算出記
録部１８に記録されている機関出力ＰE と、機関回転数
Ｎと、ノッチ指令信号ＳN と、燃料消費率ｇとをそれぞ
れ読み出し、ノッチ指令信号（制御ノッチの位置）ごと
の機関回転数Ｎと燃料消費率ｇとの関係を、機関性能曲
線としてグラフ形式で表示する。図３は、その機関性能
曲線の一表示例を示している。この図３においては、機
関回転数Ｎとノッチ指令信号（制御ノッチの位置）が、
ディーゼル機関の性能を表わすパラメータとなってい
る。

【００２４】機関性能表示部１９の表示手段は、液晶表
示器以外に、ＣＲＴ、プリンタ、あるいはプロッタな
ど、いかなる装置であってもよい。また、データプロッ
トした点どうしを結ぶ近似曲線を描画させるようにして
もよい。この機関性能表示の時期は、鉄道用ディーゼル
車両１００の走行中であっても走行後であってもよい。
また、走行中の表示の場合には、取得したデータをその
都度プロット（点）として表示することとしてもよい。

【００２５】なお、本発明は、燃料消費率記録装置がデ
ィーゼル車両の制御に関する装置、例えば電子ガバナ、
変速機制御装置、空転制御装置、速度検出装置、あるい
はモニタ装置に付属していても、又は燃料消費率記録装
置が前記装置を付属していても適用可能である。

【００２６】また、本発明は、鉄道用ディーゼル車両だ
けでなく、ディーゼル機関を用いる車両に応用可能であ
る。

【００２７】上記実施形態においては、単位時間単位機
関出力当たりに消費される燃料の質量を燃料消費率とし
た例について説明したが、本発明はこれには限定され
ず、単位時間単位機関出力当たりに消費される燃料の容
積を燃料消費率としてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料消費
率検出装置によれば、走行中のディーゼル車両のディー
ゼル機関の燃料消費率を検出することができる。他の機
関性能値、例えば機関出力等についても走行中の値は公
知の他の方法により検出できるから、これにより、検修
作業者がディーゼル機関の検査・修繕の前に機関を車両
から取り外すことなく、機関性能を評価し、その結果に
基づいて検査・修繕の程度を決めることができる。ま
た、燃料配管中に特別な燃料流量計を設置することな
く、走行中のディーゼル車両のディーゼル機関の燃料消
費率を検出することができるから、機関の燃料配管への
空気混入、あるいは異物混入等の発生のおそれはまった
くなく、信頼性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である鉄道用ディーゼル車
両の構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示す鉄道用ディーゼル車両における燃料
噴射ポンプの特性図の一例を示す図である。

【図３】図１に示す鉄道用ディーゼル車両における燃料
消費率記録装置により得られる機関回転数と燃料消費率
の関係特性図の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 主幹制御器 ２ 燃料制御装置 ７ アクチュエータ ８ 燃料コントロールラック ９ 燃料噴射ポンプ １０ ディーゼル機関 １１ 液体変速機 １２ 推進軸 １３ 動輪 １４ 機関回転速度検出器 １５ ラック位置センサ １６ 燃料消費率記録装置 １７ 機関出力検出記録部 １８ 燃料消費率算出記録部 １９ 機関性能表示部 ２０ 動力伝達トルク検出器 １００ 鉄道用ディーゼル車両 ＤP 機関出力データ信号 ＤR ラック位置データ信号 ＤT トルクデータ信号 ＤV 速度データ信号 ＳN ノッチ指令信号 ＳR ラック位置指令信号

フロントページの続き (72)発明者 村上 浩一 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料噴射量を制御する燃料コントロール
   ラックを有しディーゼル車両に搭載されたディーゼル機
   関の燃料消費率検出装置であって、前記ディーゼル車両
   の走行中に検出された軸出力あるいは軸トルクである機
   関出力ＰE と、前記ディーゼル車両の走行中に検出され
   た前記ディーゼル機関の機関回転速度Ｎと、前記ディー
   ゼル車両の走行中に検出された前記ディーゼル機関の前
   記燃料コントロールラックのラック位置Ｒと、前記Ｒと
   前記Ｎとの関数ｆ（Ｒ，Ｎ）として特性曲線の形であら
   かじめ得られた単位時間当りの燃料噴射量とから、前記
   ＰE と前記ｆ（Ｒ，Ｎ）の関数として前記ディーゼル車
   両の走行中における前記ディーゼル機関の燃料消費率を
   検出することを特徴とするディーゼル機関の燃料消費率
   検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のディーゼル機関の燃料消
   費率検出装置において、検出された前記ディーゼル機関
   の燃料消費率を、前記ディーゼル機関の性能を表わすパ
   ラメータとの関連において表示する手段を備えたことを
   特徴とするディーゼル機関の燃料消費率検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の記載のディ
   ーゼル機関の燃料消費率検出装置において、係数をＢと
   し、燃料の比重量をγとしたとき、前記ディーゼル機関
   の燃料消費率ｇは、下式 ｇ＝Ｂ×ｆ（Ｒ，Ｎ）×γ／ＰE により算出されることを特徴とするディーゼル機関の燃
   料消費率検出装置。