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JP6373012B2 - Engine diagnostic device - Google Patents

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JP6373012B2
JP6373012B2 JP2014027500A JP2014027500A JP6373012B2 JP 6373012 B2 JP6373012 B2 JP 6373012B2 JP 2014027500 A JP2014027500 A JP 2014027500A JP 2014027500 A JP2014027500 A JP 2014027500A JP 6373012 B2 JP6373012 B2 JP 6373012B2
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大介 北井
大介 北井
照美 宮原
照美 宮原
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守彦 前田
輝夫 日置
輝夫 日置
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Chiyoda Corp
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Description

本発明は、エンジンを構成するエンジン構成部材の劣化を、アコースティクエミッションを用いて診断するエンジン診断装置に関する。   The present invention relates to an engine diagnostic apparatus that diagnoses deterioration of engine components constituting an engine using acoustic emission.

特許文献1には、エンジンの排気通路と吸気通路とを連通するEGR通路を還流する排気ガスを冷却するためのEGRクーラの破損を診断するEGRクーラの破損診断装置が記載されている。この破損診断装置には、EGRクーラに配設されるとともに検知したアコースティックエミッション信号を出力するアコースティックエミッションセンサと、このアコースティックエミッションセンサからの信号に基づいてEGRクーラの破損を診断する制御手段とが備えられている。制御手段は、EGRクーラにクラックが発生した状態で発生するクラック状態で発生するアコースティックエミッション信号パターンを予め記憶しておくメモリを有し、アコースティックエミッションセンサから出力されたアコースティックエミッション信号の波形パターンがクラック状態のアコースティックエミッション信号波形パターンと一致したときにEGRクーラにクラックが発生したと判定する。   Patent Document 1 describes an EGR cooler breakage diagnosis device that diagnoses breakage of an EGR cooler for cooling exhaust gas recirculating through an EGR passage communicating with an exhaust passage and an intake passage of an engine. The breakage diagnosis apparatus includes an acoustic emission sensor that is disposed in the EGR cooler and outputs a detected acoustic emission signal, and a control unit that diagnoses breakage of the EGR cooler based on a signal from the acoustic emission sensor. It has been. The control means has a memory for storing in advance an acoustic emission signal pattern generated in a crack state generated when the EGR cooler is cracked, and the waveform pattern of the acoustic emission signal output from the acoustic emission sensor is cracked. It is determined that a crack has occurred in the EGR cooler when it matches the acoustic emission signal waveform pattern in the state.

特開2004−360546公報(図1、図5)JP 2004-360546 A (FIGS. 1 and 5)

特許文献1による破損診断装置では、アコースティックエミッションセンサから出力されたアコースティックエミッション信号の波形パターンが参照パターンとして記憶されているクラック発生時の信号パターンと一致したとき、EGRクーラの構成部材にクラックが発生したと判定するので、クラックが発生した時点でこれを検知することができる利点がある。しかしながら、アコースティックエミッション信号には様々な振動源(音源)からの振動が含まれていることからその波形形状は複雑であり、さらにはクラックの状態によっても変化するので、診断精度を上げるには、精度の高い波形パターンマッチングが要求される。しかしながら、波形パターンマッチングの高精度化は、制御手段のコストを押し上げる。このため、より簡単でかつ精度の良いエンジン診断装置が要望されている。   In the damage diagnosis apparatus according to Patent Document 1, when the waveform pattern of the acoustic emission signal output from the acoustic emission sensor matches the signal pattern at the time of occurrence of the crack stored as the reference pattern, a crack is generated in the constituent member of the EGR cooler. Therefore, there is an advantage that this can be detected when a crack occurs. However, since the acoustic emission signal includes vibrations from various vibration sources (sound sources), the waveform shape is complicated, and also changes depending on the state of cracks. A highly accurate waveform pattern matching is required. However, increasing the accuracy of waveform pattern matching increases the cost of the control means. For this reason, a simpler and more accurate engine diagnostic device is desired.

本発明によるエンジン診断装置は、エンジン稼働中にエンジン構成部材から発せられるアコースティックエミッション波を感知して音波信号を出力する受信素子と、測定周期毎に前記音波信号の所定時間領域に含まれている最大振幅値を算定する最大振幅値算定部と、複数の測定周期にわたって得られた複数の前記最大振幅値に基づいて評価値を算定する評価値算定部と、前記評価値と予め設定されたしきい値とを比較して前記エンジン構成部材の異常判定を行う評価部と、からなり、前記エンジン構成部材はクランクシャフトの軸受メタルであり、前記軸受メタルからの固体伝播音が到達するエンジンハウジングの外面に前記受信素子が気筒に対応して装着されており、気筒単位の評価結果が出力される。 An engine diagnostic apparatus according to the present invention includes a receiving element that detects an acoustic emission wave emitted from an engine component during engine operation and outputs a sound wave signal, and a predetermined time region of the sound wave signal for each measurement period. A maximum amplitude value calculating unit for calculating a maximum amplitude value, an evaluation value calculating unit for calculating an evaluation value based on a plurality of the maximum amplitude values obtained over a plurality of measurement cycles, and the evaluation value being preset. And an evaluation unit that compares the threshold value with each other to determine abnormality of the engine component. The engine component is a bearing metal of a crankshaft, and a solid propagation sound from the bearing metal reaches the engine housing. The receiving element is mounted on the outer surface corresponding to the cylinder, and an evaluation result for each cylinder is output.

この構成によれば、受信素子から送られてくる音波信号の所定時間領域における最大振幅値を測定周期毎に算定することによって得られた複数の最大振幅値がエンジン構成部材の異常判定を行うための基礎値となる。さらに、この複数の最大振幅値に基づいて算定される評価値を、予め設定されたしきい値と比較して、その評価値がしきい値を上回った(または下回った)場合、エンジン構成部材が異常であると判定される。ここでは、異常判定の基礎値として、信号処理的には簡単に得られる音波信号の最大振幅値を採用し、そのような測定を繰り返すことで得られる複数の最大振幅値に基づいて算定される評価値が判定基準としてのしきい値と比較評価されるだけで、エンジン構成部材の異常判定が行えることが、本発明の優れた着眼点である。しかも簡単に算定することができる音波信号の最大振幅値を基礎値としていることは、測定構成の簡素化かつ低コスト化を導く。   According to this configuration, the plurality of maximum amplitude values obtained by calculating the maximum amplitude value in the predetermined time region of the sound wave signal transmitted from the receiving element for each measurement period perform abnormality determination of the engine constituent member. The basic value of Further, when the evaluation value calculated based on the plurality of maximum amplitude values is compared with a preset threshold value and the evaluation value exceeds (or falls below) the threshold value, the engine component member Is determined to be abnormal. Here, the maximum amplitude value of a sound wave signal that can be easily obtained in terms of signal processing is adopted as a basic value for abnormality determination, and is calculated based on a plurality of maximum amplitude values obtained by repeating such measurement. An excellent point of view of the present invention is that the abnormality determination of the engine component can be performed only by comparing the evaluation value with the threshold value as the determination criterion. In addition, using the maximum amplitude value of the sound wave signal that can be easily calculated as a basic value leads to simplification and cost reduction of the measurement configuration.

判定基準となるしきい値は、実験結果の統計的な処理等によって求めることができ、実際の診断作業を通じて得られる経験値によって修正することで、さらに異常評価の精度を高めることができる。このため、本発明の好適な実施形態では、前記評価部は、前もって行われた実験結果の統計値から求められたしきい値を評価条件として前記評価値から前記エンジン構成部材の異常判定を行う。さらに好適な実施形態の1つでは、そのしきい値は、測定時期、測定箇所などの測定条件によって変更可能に構成されている。
また、複数の最大振幅値のなかでの最大のものを評価値とする評価方法が、特にエンジンのクランクシャフトの軸受メタル及びその周辺領域で発生した損傷に対して有効であることが発明者による実験結果から確かめられている。このことから、本発明によるエンジン診断装置では、診断対象となる前記エンジン構成部材をクランクシャフトの軸受メタルとしている。そのような、アコースティックエミッションを用いた本発明によるエンジン診断装置によって、自家発電装置などに用いられるエンジンにおける重要な保守点検項目の1つであるクランクシャフトの軸受領域の良否判定が、高い信頼性をもって行えるようになる。その際、多気筒エンジンに対する迅速な診断のためには、各気筒に対応して配置されている軸受メタルからの固体伝播音が到達するエンジンハウジングの外面に、受信素子が気筒に対応して装着され、マルチチャンネルで診断される。
The threshold value serving as a determination criterion can be obtained by statistical processing of experimental results, and the accuracy of abnormality evaluation can be further improved by correcting it with an empirical value obtained through actual diagnosis work. For this reason, in a preferred embodiment of the present invention, the evaluation unit determines abnormality of the engine component from the evaluation value using a threshold value obtained from a statistical value of a result of an experiment performed in advance as an evaluation condition. . In one more preferred embodiment, the threshold value is configured to be changeable depending on measurement conditions such as measurement timing and measurement location.
Further, the inventor has found that an evaluation method in which the maximum value among a plurality of maximum amplitude values is an evaluation value is particularly effective for damage occurring in the bearing metal of the engine crankshaft and its surrounding area. It is confirmed from the experimental results. For this reason, in the engine diagnostic apparatus according to the present invention, the engine constituent member to be diagnosed is a bearing metal of a crankshaft. With such an engine diagnostic device according to the present invention that uses acoustic emission, the quality determination of the bearing area of the crankshaft, which is one of the important maintenance and inspection items for engines used in private power generators, etc. is highly reliable. You can do it. At that time, for quick diagnosis of a multi-cylinder engine, a receiving element is mounted on the outer surface of the engine housing where solid sound propagates from the bearing metal arranged corresponding to each cylinder. And diagnosed with multi-channel.

なお、診断対象となるエンジン構成部材と受信素子との距離、つまりアコースティックエミッション波の伝播距離に応じて、アコースティックエミッション波は減衰する。この減衰は直接振幅値に影響を与えるので、伝播距離の異なるアコースティックエミッション波の振幅値を同じようにそのまま採用すると、正確な異常評価ができなくなる。また、エンジンには種々の振動源(音源)を有するため、受信素子から出力される音波信号にはそのような振動源から伝播される、いわゆるノイズ振動成分が含まれるので、その音波信号をそのまま採用すると、正確な異常評価ができなくなる。このため、本発明の好適な実施形態では、前記受信素子から出力された前記音波信号に対して、前記エンジン構成部材の音波減衰に基づいて、診断対象となる前記エンジン構成部材と前記受信素子との距離に応じた減衰補正を含む処理を行うプレアンプと、前記プレアンプで処理された後の前記音波信号に対してハイパスフィルタ処理を行う信号前処理部とが備えられている。ここでハイパスフィルタ処理を行っているのは、ノイズ振動成分が、本発明が対象とするエンジン構成部材の異常に基づいて発生するアコースティックエミッション波の周波数成分より低い周波数を有しているという発明者の知見に基づく。 The acoustic emission wave is attenuated according to the distance between the engine constituent member to be diagnosed and the receiving element, that is, the propagation distance of the acoustic emission wave. Since this attenuation directly affects the amplitude value, if the amplitude values of acoustic emission waves having different propagation distances are adopted as they are, accurate abnormality evaluation cannot be performed. In addition, since the engine has various vibration sources (sound sources), the sound wave signal output from the receiving element includes a so-called noise vibration component that is propagated from such a vibration source. If it is adopted, accurate abnormal evaluation cannot be performed. For this reason, in a preferred embodiment of the present invention, the engine component and the receiving element to be diagnosed based on the sound wave attenuation of the engine component with respect to the sound wave signal output from the receiving element, And a signal pre-processing unit that performs high-pass filter processing on the sound wave signal that has been processed by the pre-amplifier . The reason why the high-pass filter processing is performed is that the noise vibration component has a lower frequency than the frequency component of the acoustic emission wave generated based on the abnormality of the engine component that is the subject of the present invention. Based on the findings of

特に、ノイズ振動として除去すべきものが、エンジン回転数に起因する振動周波数及びエンジン燃焼に起因する燃焼音周波数であるということも判明したので、本発明の好適な実施形態の1つでは、前記ハイパスフィルタ処理において、エンジン回転数に起因する振動周波数及びエンジン燃焼に起因する燃焼音周波数を上回る周波数のハイパスフィルタが用いられる。   In particular, since it has also been found that what should be removed as noise vibration is vibration frequency due to engine speed and combustion sound frequency due to engine combustion, in one of the preferred embodiments of the present invention, the high-pass In the filter processing, a high-pass filter having a frequency exceeding the vibration frequency due to the engine speed and the combustion sound frequency due to engine combustion is used.

複数の最大振幅値から算定される評価値として、実験による知見から、複数の最大振幅値のうちの最大値、及び複数の最大振幅値の平均値ないしは中間値が、本発明が対象とするエンジン構成部材の異常判断時に評価されるべき値としての評価値として適正であることが判明した。特に、複数の最大振幅値のうちの最大値が異常発生との相関関係が良好である。このため、本発明の好適な実施形態の1つでは、評価値算定部は複数の最大振幅値のなかでの最大のものを前記評価値として算定する。   As an evaluation value calculated from a plurality of maximum amplitude values, from an experimental finding, a maximum value among a plurality of maximum amplitude values and an average value or an intermediate value of the plurality of maximum amplitude values are the engines targeted by the present invention. It has been found that the evaluation value is appropriate as the value to be evaluated when the abnormality of the structural member is judged. In particular, the correlation between the maximum value of the plurality of maximum amplitude values and the occurrence of abnormality is good. For this reason, in one of the preferred embodiments of the present invention, the evaluation value calculation unit calculates the maximum value among a plurality of maximum amplitude values as the evaluation value.

本発明の基本原理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the basic principle of this invention. 本発明によるエンジン診断装置の実施形態の1つを示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows one of the embodiments of the engine diagnostic apparatus by this invention. エンジンハウジングに対する受信素子の配置例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of arrangement | positioning of the receiving element with respect to an engine housing. 前処理後の音波信号の一例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the sound wave signal after pre-processing. 種々の状態の軸受メタルに対して行われた診断時における、音波波形の処理結果を一覧的に示すグラフである。It is a graph which shows the processing result of the sound wave waveform as a list at the time of the diagnosis performed with respect to the bearing metal of various states.

本発明によるエンジン診断装置の具体的な実施形態を説明する前に、図1を用いて本発明の基本原理を説明する。このエンジン診断装置はアコースティックエミッション(acoustic emission:以後単にAEと略称する)を用いた検査装置であり、材料組織の亀裂の発生や進展などの破壊に伴って発生する弾性波(振動、音波)を検出し、その検出信号を処理することにより、正常または異常を判定する。
エンジン1における診断対象となるエンジン構成部材から発せられるAE波を受け取ることができる箇所にAEセンサである受信素子2を取り付ける。受信素子2は弾性波を音波信号に変換する超音波トランスジューサであり、一般に圧電素子が用いられている。
Before describing a specific embodiment of the engine diagnosis apparatus according to the present invention, the basic principle of the present invention will be described with reference to FIG. This engine diagnostic device is an inspection device that uses acoustic emission (hereinafter abbreviated as AE), and generates elastic waves (vibration, sound waves) that are generated when the material structure cracks or develops. By detecting and processing the detection signal, normality or abnormality is determined.
A receiving element 2 that is an AE sensor is attached to a location where an AE wave emitted from an engine component to be diagnosed in the engine 1 can be received. The receiving element 2 is an ultrasonic transducer that converts an elastic wave into a sound wave signal, and a piezoelectric element is generally used.

受信素子2から出力された音波信号は、必要に応じた減衰補正や増幅を施され、信号処理される。特定のエンジン構成部材に対する診断は、順次(測定周期毎に)取得された複数の音波信号に対する信号処理によって行われる。図1では、異なる時間領域S1・・・Sn(サンプリング繰り返し周波数に依存する)で取得されたn個の音波信号が取り扱われている。この信号処理では、まず、各時間領域における音波信号における最大振幅値が算定される。各時間領域における最大振幅値は、ここでは、MA1・・・MAnで示されている。   The sound wave signal output from the receiving element 2 is subjected to signal processing after being subjected to attenuation correction and amplification as necessary. Diagnosis of a specific engine component is performed by signal processing on a plurality of sound wave signals acquired sequentially (every measurement period). In FIG. 1, n sound wave signals acquired in different time regions S1... Sn (depending on the sampling repetition frequency) are handled. In this signal processing, first, the maximum amplitude value in the sound wave signal in each time domain is calculated. Here, the maximum amplitude value in each time domain is indicated by MA1... MAn.

次に、算定されたn個の最大振幅値から、診断に適切な評価値を導出する。この評価値を導出する演算方法は、予め実験などを通じて決定されるが、ここでは、この評価値を導出する関数をGで表している。つまり、評価値をVとすれば、この評価値:Vは、
V=G(MA1,・・・,MAn)
で算定される。
好適な評価値導出関数の1つは、指定された数値群(引数)の最大値を求める関数であり、その関数をGmaxと記述すれば、
V=Gmax(MA1,・・・,MAn)
と表される。つまり、n個の最大振幅値の最大を評価値とするのである。
評価値導出関数の別の1つは、算術平均であり、その関数をGaveと記述すれば、
V=Gave(MA1,・・・,MAn)=(MA1+・・・+MAn)/n
と表される。つまり、n個の最大振幅値の平均値を評価値とするのである。もちろんそれ以外の、統計演算などで用いられている複数数値群から代表値を導出する関数を用いることも本発明に含まれている。
Next, an evaluation value suitable for diagnosis is derived from the calculated n maximum amplitude values. The calculation method for deriving the evaluation value is determined in advance through experiments or the like. Here, G represents a function for deriving the evaluation value. That is, if the evaluation value is V, this evaluation value: V is
V = G (MA1,..., MAn)
Calculated by
One of the suitable evaluation value derivation functions is a function for obtaining the maximum value of a specified numerical group (argument), and if the function is described as Gmax,
V = Gmax (MA1,..., MAn)
It is expressed. That is, the maximum of the n maximum amplitude values is used as the evaluation value.
Another one of the evaluation value derivation functions is arithmetic average, and if the function is described as Gave,
V = Gave (MA1,..., MAn) = (MA1 +... + MAn) / n
It is expressed. That is, an average value of n maximum amplitude values is used as the evaluation value. Of course, it is also included in the present invention to use other functions that derive representative values from a plurality of numerical value groups used in statistical calculations.

採用された評価値導出関数を用いて導出された評価値は、前もって実施された正常サンプルと異常サンプルとの実験において当該評価値導出関数を用いて算定された評価値群に基づいて作り出された、正常/異常判断のしきい値と比較される。評価値がこのしきい値を上回ると(採用されている評価値導出関数のタイプによっては下回ると)、診断対象箇所に異常が発生していると判定される。   The evaluation value derived using the adopted evaluation value derivation function was created based on the evaluation value group calculated using the evaluation value derivation function in the experiment of the normal sample and the abnormal sample performed in advance. Compared with the normal / abnormal threshold value. When the evaluation value exceeds this threshold value (below depending on the type of evaluation value derivation function employed), it is determined that an abnormality has occurred in the diagnosis target location.

次に、本発明によるエンジン診断装置の具体的な実施形態の1つを説明する。図2は、このエンジン診断装置の機能ブロック図である。このエンジン診断装置の診断対象となるエンジン1の構成部材は、クランクシャフト11の軸受メタル12である。軸受メタル12の摩耗や割れなどの異常に基づいて発生するAE波を検出するべく、エンジンハウジング13の外周面で軸受メタル12との距離が近くかつアクセスのし易い箇所に受信素子2が装着されている。図3で模式的に示されているように、このエンジン1は6気筒のガスエンジンであり、各気筒を外した位置に7つの受信素子2が装着されており、このエンジン診断装置は7チャンネルの信号入力で稼働する。   Next, one specific embodiment of the engine diagnostic apparatus according to the present invention will be described. FIG. 2 is a functional block diagram of the engine diagnostic apparatus. A constituent member of the engine 1 to be diagnosed by the engine diagnostic device is a bearing metal 12 of the crankshaft 11. In order to detect an AE wave generated based on an abnormality such as wear or crack of the bearing metal 12, the receiving element 2 is mounted on the outer peripheral surface of the engine housing 13 at a location close to the bearing metal 12 and easily accessible. ing. As schematically shown in FIG. 3, the engine 1 is a 6-cylinder gas engine, and seven receiving elements 2 are mounted at positions where each cylinder is removed. Operates with no signal input.

各受信素子2にはプレアンプ3が設けられており、受信素子2から出力されたAE信号である音波信号が適切なレベルの増幅を受ける。プレアンプ3を経て、処理ユニット5に送られた音波信号は、信号前処理部51でフィルタ処理を含む前処理を施される。また、信号前処理部51は、入力した音波信号を後段の信号処理に適した信号形態に処理する。フィルタ処理では、100kHzのハイパスフィルタが用いられており、このフィルタ処理後の音波信号の一例が図4に示されている。   Each receiving element 2 is provided with a preamplifier 3, and a sound wave signal, which is an AE signal output from the receiving element 2, is amplified at an appropriate level. The sound wave signal sent to the processing unit 5 through the preamplifier 3 is subjected to preprocessing including filter processing in the signal preprocessing unit 51. Further, the signal preprocessing unit 51 processes the input sound wave signal into a signal form suitable for the subsequent signal processing. In the filter processing, a 100 kHz high-pass filter is used, and an example of a sound wave signal after the filter processing is shown in FIG.

処理ユニット5には、信号前処理部51以外に、本発明に特に関係する機能部として、最大振幅値算定部52、評価値算定部53、評価部54、しきい値設定部55、及びこれらの機能部の動作を管理する処理管理部50が構築されている。さらには、この処理管理部50による評価結果や評価に用いられた処理データ、入力された音波信号などを外部に出力するためのデータ出力部56も備えられている。   In addition to the signal preprocessing unit 51, the processing unit 5 includes a maximum amplitude value calculation unit 52, an evaluation value calculation unit 53, an evaluation unit 54, a threshold value setting unit 55, and these as functional units particularly related to the present invention. A processing management unit 50 that manages the operation of the functional units is constructed. Furthermore, a data output unit 56 for outputting the evaluation result by the processing management unit 50, the processing data used for the evaluation, the input sound wave signal, and the like to the outside is also provided.

最大振幅値算定部52は、信号前処理部51によって前処理された、所定時間領域(この実施形態では約200m秒)の音波信号における最大振幅値を算定する。このような音波信号は、1つの測定箇所の診断において数十個取り込まれるので、数十個の最大振幅値が算定される。なお音波信号の生成に音波信号の処理時間が間に合わない場合には、音波信号は一時的にバッファメモリに記録される。   The maximum amplitude value calculation unit 52 calculates the maximum amplitude value in the sound wave signal in the predetermined time region (about 200 msec in this embodiment) preprocessed by the signal preprocessing unit 51. Since several tens of such sound wave signals are captured in the diagnosis of one measurement location, several tens of maximum amplitude values are calculated. If the processing time of the sound wave signal is not in time for generation of the sound wave signal, the sound wave signal is temporarily recorded in the buffer memory.

評価値算定部53は、この実施形態では、最大振幅値算定部52で算定されたn個の最大振幅値の最大を評価値として算定するように構成されている。したがって、しきい値設定部55には、最大振幅値の最大を評価値として採用した実験を通じて、エンジン1の軸受メタル12の正常/異常判定条件として求められがしきい値が設定されている。評価部4は、このしきい値と評価値算定部53で算定された評価値(複数回取り込んだ音波信号毎の最大振幅値の最大)とを比較する。評価値がしきい値を上回った場合、対応する測定チャンネルの受信素子2の装着位置から特定される軸受メタル12に異常があると判定される。   In this embodiment, the evaluation value calculation unit 53 is configured to calculate the maximum of the n maximum amplitude values calculated by the maximum amplitude value calculation unit 52 as an evaluation value. Therefore, the threshold value setting unit 55 is set with a threshold value that is obtained as a normal / abnormal judgment condition for the bearing metal 12 of the engine 1 through an experiment that employs the maximum of the maximum amplitude value as the evaluation value. The evaluation unit 4 compares this threshold value with the evaluation value calculated by the evaluation value calculation unit 53 (maximum maximum amplitude value for each sound wave signal captured a plurality of times). When the evaluation value exceeds the threshold value, it is determined that there is an abnormality in the bearing metal 12 specified from the mounting position of the receiving element 2 of the corresponding measurement channel.

データ出力部56は、評価部54での評価結果や、この処理ユニット5に入力された生の音波信号(波形データ)、この処理ユニット5で処理された音波信号(波形信号)などを、接続されている外部機器のデータフォーマットに適応する形態で出力する。外部機器として、メディアレコーダ61、モニタ62、プリンタ63、警報機器64、通信機器65などが、処理ユニット5に接続されているか、または接続可能である。メディアレコーダ61は、波形データや診断結果などを診断対象となったエンジン構成部材の識別コードや履歴管理のための日時データとともに記録する。モニタ62やプリンタ63は各種データを視覚的に出力するものである。警報機器64は、異常が発生していると見なされた時に作業者に注意を促すものであり、ブザーやランプなどが用いられる。経時的な解析を行うために診断に関する各種データは、管理センタのデータベースに蓄積されるが、そのようなデータ伝送のために通信機器65が用いられる。また、この通信機器65を利用することで、外部からオンラインでこの診断を監視することも可能である。   The data output unit 56 connects the evaluation result of the evaluation unit 54, the raw sound wave signal (waveform data) input to the processing unit 5, the sound wave signal (waveform signal) processed by the processing unit 5, and the like. Output in a format suitable for the data format of the external device. As external devices, a media recorder 61, a monitor 62, a printer 63, an alarm device 64, a communication device 65, and the like are connected to the processing unit 5 or can be connected. The media recorder 61 records waveform data, diagnosis results, and the like together with identification codes of engine components that have been diagnosed and date / time data for history management. The monitor 62 and printer 63 visually output various data. The alarm device 64 alerts an operator when it is considered that an abnormality has occurred, and a buzzer, a lamp, or the like is used. Various data relating to diagnosis for performing analysis over time is stored in the database of the management center, and the communication device 65 is used for such data transmission. Further, by using this communication device 65, it is possible to monitor this diagnosis online from the outside.

図5に、種々の状態での軸受メタルに対して行われた診断時における処理結果がグラフで示されている。このグラフの横軸は、6気筒エンジン1の各気筒に対応する軸受メタル12の領域からのAE波を受けるエンジンハウジング13の外周面に装着されている受信素子の信号チャンネル(図3参照)を表している。縦軸は、音波波形の振幅(V)を表している。各信号チャンネル(つまり各受信素子2によって検出された音波波形)における最大値の最大の値が繋がれて折れ線グラフで示されている。診断対象となったガスエンジン1の異なる状態が、3本の折れ線グラフで示されている。一点鎖線で示されている折れ線グラフは、新品状態のガスエンジン1における診断結果を表している。点線で示されている折れ線グラフは、模擬的にわずかに損傷させた状態のガスエンジン1における診断結果を表している。実線で示されている折れ線グラフは、過酷に使用されたガスエンジン1における診断結果を表している。このことから、わずかな摩耗や損傷では、有意な区別が可能となるような診断結果は得られないが、過酷な使用を行い、オーバーホールを考慮しなければならないような摩耗や損傷が考えられるような状況下では、正常/異常の判定、つまりオーバーホールを実施する必要があるかどうかの判定が十分に可能であることが理解できる。特に、エンジンのクランクシャフトの軸受メタル及びその周辺領域で発生した損傷に起因して放出されるAE波である音波信号が良好なSN比をもつ評価値は、複数の音波信号から得られる複数の最大振幅値のなかでの最大のものを評価値とすることが最適であるとわかっている。つまり、オーバーホールが必要となるクランクシャフト11の軸受メタル12は、その箇所から複数回検出された音波信号の各最大振幅値のなかの最大値を評価することで、推定することができる。   FIG. 5 is a graph showing the processing results at the time of diagnosis performed on the bearing metal in various states. The horizontal axis of this graph represents the signal channel (see FIG. 3) of the receiving element mounted on the outer peripheral surface of the engine housing 13 that receives the AE wave from the region of the bearing metal 12 corresponding to each cylinder of the 6-cylinder engine 1. Represents. The vertical axis represents the amplitude (V) of the sound wave waveform. The maximum value of the maximum value in each signal channel (that is, the sound wave waveform detected by each receiving element 2) is connected and indicated by a line graph. Different states of the gas engine 1 to be diagnosed are shown by three line graphs. A line graph indicated by a one-dot chain line represents a diagnosis result of the gas engine 1 in a new state. A line graph indicated by a dotted line represents a diagnosis result in the gas engine 1 in a slightly damaged state in a simulated manner. A line graph indicated by a solid line represents a diagnosis result in the gas engine 1 used severely. For this reason, a slight wear or damage does not give a diagnostic result that makes it possible to make a significant distinction. However, it seems that wear and damage must be considered under severe use and overhaul. Under such circumstances, it can be understood that the normal / abnormal determination, that is, the determination of whether or not the overhaul needs to be performed, is sufficiently possible. In particular, an evaluation value that a sound signal that is an AE wave that is emitted due to damage generated in the bearing metal of the engine crankshaft and its surrounding region has a good S / N ratio is obtained from a plurality of sound wave signals. It has been found that it is optimal to use the largest of the maximum amplitude values as the evaluation value. That is, the bearing metal 12 of the crankshaft 11 that requires overhaul can be estimated by evaluating the maximum value among the maximum amplitude values of the sound wave signal detected a plurality of times from the location.

なお、図5には、正常/異常の判定のしきい値として、コンマ数Vの値が示されている。このしきい値の値は現場でのサンプル実験から求められたものであるが、実地での診断作業を重ねることで得られていく診断データを考慮して修正を行うことで、かなり正確にオーバーホールの実施時期を決定することが可能になる。   In FIG. 5, the value of the comma number V is shown as a threshold value for normal / abnormal determination. This threshold value is obtained from on-site sample experiments, but it can be overhauled fairly accurately by making corrections in consideration of diagnostic data obtained through repeated on-site diagnostic work. It becomes possible to determine the implementation period.

〔別実施の形態〕
(1)上述した実施形態では、診断対象はガスエンジン1の軸受メタル12であったが、その他のエンジン構成部材、例えば排気管、吸気管、シリンダハウジング、シリンダヘッドなどを診断対象とすることができる。
(2)上述した実施形態では、評価値として複数の最大振幅値の最大が採用されたが、図1を用いた基本原理の説明において述べたように複数の最大振幅値の平均や中間値などの統計学で用いられている代表値を算定する種々の手法を採用することができる。
(3)上述した実施形態では、マルチチャンネル方式で多点検査が同時に行われる構成を採用したが、より簡単な装置においては、単一チャンネル方式で、一箇所毎診断を行う構成を採用してもよい。
[Another embodiment]
(1) In the above-described embodiment, the diagnosis target is the bearing metal 12 of the gas engine 1, but other engine components such as an exhaust pipe, an intake pipe, a cylinder housing, a cylinder head, and the like may be the diagnosis target. it can.
(2) In the above-described embodiment, the maximum of a plurality of maximum amplitude values is adopted as the evaluation value. However, as described in the explanation of the basic principle using FIG. Various methods for calculating the representative values used in the statistics of can be adopted.
(3) In the above-described embodiment, a configuration in which multipoint inspection is performed at the same time by the multichannel method is adopted. However, in a simpler apparatus, a configuration in which diagnosis is performed for each place by a single channel method is adopted. Also good.

本発明は、エンジン構成部材のAEによる診断、特に修理時期の判定などに適用可能である。   The present invention can be applied to diagnosis of engine components by AE, in particular, determination of repair timing.

1:エンジン
12:軸受メタル(診断対象領域)
2:受信素子
50:処理管理部
51:信号前処理部
52:最大振幅値算定部
53:評価値算定部
54:評価部
55:しきい値設定部
1: Engine 12: Bearing metal (diagnosis target area)
2: receiving element 50: processing management unit 51: signal preprocessing unit 52: maximum amplitude value calculation unit 53: evaluation value calculation unit 54: evaluation unit 55: threshold setting unit

Claims (5)

エンジン稼働中にエンジン構成部材から発せられるアコースティックエミッション波を感知して音波信号を出力する受信素子と、A receiving element that senses an acoustic emission wave emitted from an engine component during engine operation and outputs a sound wave signal;
測定周期毎に前記音波信号の所定時間領域に含まれている最大振幅値を算定する最大振幅値算定部と、A maximum amplitude value calculation unit for calculating a maximum amplitude value included in a predetermined time region of the sound wave signal for each measurement period;
複数の測定周期にわたって得られた複数の前記最大振幅値に基づいて評価値を算定する評価値算定部と、An evaluation value calculation unit that calculates an evaluation value based on a plurality of the maximum amplitude values obtained over a plurality of measurement periods;
前記評価値と予め設定されたしきい値とを比較して前記エンジン構成部材の異常判定を行う評価部と、からなり、An evaluation unit that compares the evaluation value with a preset threshold value to determine abnormality of the engine component,
前記エンジン構成部材はクランクシャフトの軸受メタルであり、前記軸受メタルからの固体伝播音が到達するエンジンハウジングの外面に前記受信素子が気筒に対応して装着されており、気筒単位の評価結果が出力されるエンジン診断装置。The engine component is a bearing metal of a crankshaft, and the receiving element is attached to the outer surface of the engine housing where the solid propagation sound from the bearing metal reaches, corresponding to the cylinder, and an evaluation result for each cylinder is output. Engine diagnostic device.
前記受信素子から出力された前記音波信号に対して、前記エンジン構成部材の音波減衰に基づいて、診断対象となる前記エンジン構成部材と前記受信素子との距離に応じた減衰補正を含む処理を行うプレアンプと、A process including attenuation correction corresponding to the distance between the engine constituent member to be diagnosed and the receiving element is performed on the sound wave signal output from the receiving element based on the sound wave attenuation of the engine constituent member. A preamplifier,
前記プレアンプで処理された後の前記音波信号に対してハイパスフィルタ処理を行う信号前処理部とが備えられている請求項1に記載のエンジン診断装置。The engine diagnostic apparatus according to claim 1, further comprising: a signal preprocessing unit that performs high-pass filter processing on the sound wave signal that has been processed by the preamplifier.
前記ハイパスフィルタ処理において、エンジン回転数に起因する振動周波数及びエンジン燃焼に起因する燃焼音周波数を上回る周波数のハイパスフィルタが用いられる請求項2に記載のエンジン診断装置。The engine diagnostic apparatus according to claim 2, wherein in the high-pass filter process, a high-pass filter having a frequency that exceeds a vibration frequency caused by engine speed and a combustion sound frequency caused by engine combustion is used. 前記評価値算定部は複数の前記最大振幅値のなかでの最大のものを前記評価値として算定する請求項1から3のいずれか一項に記載のエンジン診断装置。The engine diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the evaluation value calculation unit calculates a maximum value among the plurality of maximum amplitude values as the evaluation value. 前記評価部は、前もって行われた実験結果の統計値から求められたしきい値を評価条件として前記評価値から前記エンジン構成部材の異常判定を行う請求項1から4のいずれか一項に記載のエンジン診断装置。The said evaluation part performs abnormality determination of the said engine structural member from the said evaluation value by making into an evaluation condition the threshold value calculated | required from the statistical value of the experimental result performed beforehand. Engine diagnostic device.
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