活塞环滑动状态监控装置及方法 技术领域 本发明涉及一种活塞环滑动状态监控装置及方法。本申请基于 2008 年 6 月 24 日 向日本提出的特愿 2008-165101 号主张优先权， 并在此引用其内容。
背景技术 以往， 为了防止运转时的发动机内的活塞的烧结， 进行了测量润滑油的油膜厚度 的尝试。 作为该测量油膜厚度的方法之一， 有下述方法 ： 在气缸衬垫的活塞环滑动面上设置 检测电极， 借助该检测电极测量活塞环滑动面与活塞环之间的间隙的静电容量， 基于该静 电容量计算润滑油的膜厚。
例如， 作为公开了上述这样的静电容量检测型的膜厚测量技术的现有技术文献， 有下述专利文献 1。
专利文献 1 ： 日本特开 2007-107947 号公报 但是， 在上述的现有技术中， 为了测量静电容量而需要电子回路用于对检测电极供给 充电电流、 检测充电时间、 此外令向检测电极充电后的电荷放电等， 因此装置成本升高。
此外， 需要借助机械加工在气缸以及气缸衬垫上开设通孔， 并将检测电极设置在 该通孔的顶端部位 （活塞环滑动面） ， 因此检测电极的设置很费力且存在燃烧气体通过通孔 发生泄露的可能性。 因此， 期望开发出一种技术， 能够通过更廉价更简便的方法检测活塞的 烧结的迹象。
发明内容 本发明是鉴于上述问题点而提出的， 目的如下。
（1） 利用比以往廉价的装置检测活塞的烧结的迹象。
（2） 利用比以往简便的传感器设置方法来检测活塞的烧结的迹象。
本发明为了实现上述目的而采用下述方式。
本发明的第一活塞环滑动状态监控装置具有 ： 检测活塞衬垫的既定位置的温度的 温度传感器 ； 检测发动机的旋转的旋转传感器 ； 基于上述温度传感器的检测结果以及旋转 传感器的检测结果获取活塞环通过时的既定位置的温度数据的温度数据收集部 ； 基于温度 数据检测活塞环的旋转并基于该旋转的状态判定活塞的烧结的迹象的活塞环旋转状态判 定部。
此外， 本发明的第二活塞环滑动状态监控装置在上述第一活塞环滑动状态监控装 置中， 在与活塞的往复方向垂直的截面内具有多个温度传感器， 上述活塞环旋转状态判定 部基于各温度传感器的温度数据的平均值检测活塞环的旋转。
此外， 本发明的第三活塞环滑动状态监控装置在上述第一或第二活塞环滑动状态 监控装置中， 上述活塞环旋转状态判定部基于温度数据而求出温度的变动周期， 并将该变 动周期作为活塞环的旋转周期而检出。
另一方面， 本发明的第一活塞环滑动状态监控方法具有下述工序 ： 检测活塞衬垫
的既定位置的温度的温度检测工序、 检测发动机的旋转的发动机旋转检测工序、 基于温度 的检测结果以及旋转的检测结果获取活塞环通过既定位置时的既定位置的温度数据的温 度数据收集工序、 基于温度数据检测活塞环的旋转的活塞环旋转检测工序、 基于该活塞环 的旋转的检测结果判定活塞的烧结的迹象的判定工序。
此外， 本发明的第二活塞环滑动状态监控方法在上述第一活塞环滑动状态监控方 法中， 在温度检测工序中， 检测与活塞的往复方向垂直的截面内的多个位置的温度， 在温度 数据收集工序中， 取得多个位置处的温度数据， 在活塞环旋转检测工序中， 基于各温度数据 的平均值检测活塞环的旋转。
此外， 本发明的第三活塞环滑动状态监控方法在上述第一或者第二活塞环滑动状 态监控方法中， 在活塞环旋转检测工序中， 基于由温度数据收集工序得到的温度数据， 求得 温度的变动周期， 将该变动周期作为活塞环的旋转周期而检出。
根据本发明， 基于活塞衬垫的既定位置处的温度而检测活塞环的旋转， 并基于该 旋转的状态判定活塞的烧结的迹象。由此， 与检测静电容量的现有技术相比能够利用更为 廉价的装置检测活塞的烧结的迹象。 附图说明 图 1 是表示本发明的一实施方式的活塞环滑动状态监控装置的构成的框图。
图 2A 是表示本发明的一实施方式中各温度传感器 1a、 1b、 1c、 1d 的配置与活塞环 p1 的接口间隙 A 的位置关系的剖视图。
图 2B 是表示本发明的一实施方式中各温度传感器 1a、 1b、 1c、 1d 的配置与活塞环 p1 的接口间隙 A 的位置关系的剖视图。
图 3 是示意地表示本发明的一实施方式中用温度传感器检测出的温度测量数据 的变化的图。
图 4 是表示本发明的一实施方式中油膜厚度与活塞环旋转的关系的图。
附图标记说明 1a、 1b、 1c、 1d 温度传感器 2 旋转编码器 （旋转传感器） 3 温度数据收集部 4 活塞环旋转状态判定部 S 发动机 P 活塞 p1 活塞环 s1 气缸衬垫。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的一实施方式。
图 1 是表示本发明的一实施方式的活塞环滑动状态监控装置的构成的框图。该活 塞环滑动状态监控装置具有四个温度传感器 1a、 1b、 1c、 1d ； 旋转编码器 2 ； 温度数据收集部 3； 以及活塞环旋转状态判定部 4， 如图所示地将发动机 S 作为监控对象。首先说明作为监控对象的发动机 S。 该发动机 S 具有公知的结构， 在圆筒状的气缸 衬垫 s1 内收纳有往复运动的活塞 P。该活塞 P 为圆筒状部件， 活塞环 p1 嵌合安装在形成在 活塞周面的环状的槽中。该活塞环 p1 是整体形成为环状的金属部件， 由于需要与活塞 P 的 上述槽嵌合而将一处切去。在本说明书中， 将活塞环 p1 的切去部分称为接口间隙。
构成本活塞环滑动状态监控装置的上述各构成要素中， 四个温度传感器 1a、 1b、 1c、 1d 以及旋转编码器 2 是为了控制上述发动机 S 而预先配备在发动机 S 上的。即， 四个温 度传感器 1a、 1b、 1c、 1d 以及旋转编码器 2 并不是另外地设置而用于检测配备于活塞 P 的活 塞环 p1 相对于气缸衬垫 s1（正确地说， 作为气缸衬垫 s1 的表面的活塞环滑动面 s2） 的滑 动状态的。
四个温度传感器 1a、 1b、 1c、 1d 是例如热敏电阻、 热电偶或者测温电阻， 在气缸衬 垫 s1 的圆周方向上等间隔地埋设。即， 各温度传感器 1a、 1b、 1c、 1d 检测气缸衬垫 s1 的圆 周方向的 4 点的温度并将其向温度数据收集部 3 输出。
图 2A、 B 是表示各温度传感器 1a、 1b、 1c、 1d 的配置与活塞环 p1 的接口间隙 A 的位 置关系的剖视图。 图 2A 表示与活塞 P 的往复运动方向平行的方向中的气缸衬垫 s1 的截面， 图 2B 表示与活塞 P 的往复运动方向垂直的方向上的气缸衬垫 s1 的截面。如这些图 2A、 2B 所示， 各温度传感器 1a、 1b、 1c、 1d 分配配置在活塞 P 的往复运动方向中的既定的垂直截面 （配置截面） 内的四个位置 （在活塞衬垫 s1 的周方向上相互隔开 90°的角度的四点） 。配备 在活塞 P 上的活塞环 p1 随着在活塞衬垫 s1 内的活塞 P 的往复运动而往复地通过上述地配 置的各温度传感器 1a、 1b、 1c、 1d 的配置截面。
旋转编码器 2 是检测发动机 S 的旋转的旋转传感器， 在发动机 S 旋转 （动作） 的状 态下， 将与该旋转状态对应的脉冲信号输出至温度数据收集部 3 以及活塞环旋转状态判定 部 4。 此外， 该脉冲信号不仅表示发动机 S 的动作状态， 还表示发动机 S 的曲轴转角、 即往复 运动中的活塞 P 的位置 （活塞环 p1 的位置） 。
温度数据收集部 3 基于从上述旋转编码器 2 输入的脉冲信号而取入从各温度传感 器 1a、 1b、 1c、 1d 输入的温度检测信号并将其存储。即， 温度数据收集部 3 将活塞环 p1 通过 上述配置截面的时刻的从各温度传感器 1a、 1b、 1c、 1d 输入的温度检测信号取入， 从而各温 度传感器 1a、 1b、 1c、 1d 分别获取活塞环 p1 通过上述配置截面的时刻的活塞衬垫 s1 的温 度、 并生成表示这些温度的数据 （温度数据） 并存储 （积存） 。此外， 该温度数据收集部 3 与活 塞环旋转状态判定部 4 的要求对应， 向活塞环旋转状态判定部 4 提供上述温度数据。
活塞环旋转状态判定部 4 基于上述温度数据以及从上述旋转编码器 2 输入的脉冲 信号判定发动机 S 动作的状态下的活塞环 p1 的旋转状态。上述活塞环滑动面 s2 中与接口 间隙 A 对置的部位由于燃烧气体的影响而比接口间隙 A 之外的部位温度高， 所以活塞环旋 转状态判定部 4 基于该接口间隙部位和接口间隙以外的部位的温度差而判定接口间隙 A 的 旋转状态 （例如旋转数及旋转速度） ， 并将该判定结果向外部的发动机控制装置 （省略图示） 输出。
接着， 参照图 3 ～图 6 详细说明上述那样地构成的本活塞环滑动状态监控装置的 动作。
若发动机 S 动作， 则活塞 P 以及活塞环 p1 在活塞衬垫 s1 内往复运动， 活塞环 p1 以活塞 P 为中心旋转并在活塞衬垫 s1 内往复运动。即， 活塞环 p1 在与形成在活塞 P 的周面的环状的槽嵌合的状态下安装在活塞 P 上， 而不是相对于活塞 P 完全地固接。因此， 活塞 环 p1 在往复运动中与活塞衬垫 s1 的摩擦等的影响下向一定方向旋转。
活塞环 p1 这样地以活塞 P 为中心旋转， 从而活塞环 p1 的接口间隙 A 也当然地以 活塞 P 为中心旋转， 因此温度数据收集部 3 经由各温度传感器 1a、 1b、 1c、 1d 收集的温度数 据如图 3 所示。即， 由于活塞环 p1 的接口间隙 A 旋转， 所以各温度传感器 1a、 1b、 1c、 1d 在 接口间隙 A 通过时温度最高。此外， 各温度传感器 1a、 1b、 1c、 1d 在气缸衬垫 s1 的周方向上 相互隔开 90°的角度地配置， 所以在各温度传感器 1a、 1b、 1c、 1d 中， 变为最高的温度的时 刻不同。
此外， 在润滑油的润滑作用良好的状态、 即在与气缸衬垫 s1 之间形成有适合的厚 度的油膜的状态下， 活塞环 p1 与气缸衬垫 s1 的摩擦良好的减低。因此， 活塞环 p1 以大致 一定的旋转周期旋转， 所以上述最高温度的检测周期 （即接口间隙 A 的旋转周期） 与活塞环 p1 的旋转周期为大致相同的旋转周期。
图 4 是表示发动机 S 的速度 （发动机转速） V、 活塞环 p1 与气缸衬垫 s1 之间的润 滑油的油膜厚度 L、 和活塞环旋转指数 （表示活塞环 p1 每一天的旋转圈数的指标） N 的关系 的实验结果， 是从 2007 年 12 月 8 日～ 2008 年 1 月 9 日的大约一个月的期间中测定的结果 （12 月 16 日 ~12 月 20 日期间实验停止） 。另外， 该实验中的油膜厚度 L 是用静电容量方式 的膜厚测量装置测量的， 上下方向的脉冲状的线是反映活塞环 p1 的接口间隙 A 的影响的。 如图 4 所示， 在 12 月 8 日～ 12 月 16 日期间， 即发动机 S 以一定的发动机转速 V 运转且油膜厚度 L 充分地得到确保的状态下， 活塞环旋转指数 N 相对而言表现为大值。与 之相对， 如 12 月 20 日之后那样， 在发动机转速 V 为与 12 月 8 日～ 12 月 16 日期间大致相 同的值但油膜厚度 L 相对变小的状态下， 与 12 月 8 日～ 12 月 16 日期间相比， 活塞环旋转 指数 N 降低。即活塞环 p1 在油膜厚度 L 足够的情况下良好地旋转， 另一方面在油膜厚度 L 变薄的情况下旋转变慢， 最终停止。
由于活塞环 p1 的旋转与润滑油的油膜厚度 L 存在这样的相关关系， 所以通过代替 测量油膜厚度 L 而测量活塞环 p1 的旋转， 能够检测到油膜厚度 L 变薄而发动机 S 的烧结发 生的迹象。 此外， 活塞环 p1 的旋转能够如图 3 所示那样地作为接口间隙 A 的旋转而检测到。
即， 在本发明的活塞环滑动状态监控装置中， 温度数据收集部 3 对于各温度传感 器 1a、 1b、 1c、 1d 取得图 3 所示的温度数据并将其存储。而且， 活塞环旋转状态判定部 4 基 于存储在上述温度数据收集部 3 的各温度传感器 1a、 1b、 1c、 1d 的温度数据而检测最高温度 发生的周期 （即接口间隙 A 的旋转周期） 。
如图 3 所示， 各温度传感器 1a、 1b、 1c、 1d 的检测结果中随着接口间隙 A 的通过而 各温度传感器中周期的表现出最高温度。与之相对， 活塞环旋转状态判定部 4 求得温度传 感器 1a、 1b、 1c、 1d 每次最高温度发生的上述周期， 将其平均值作为最终的接口间隙 A 的旋 转周期。进而， 活塞环旋转状态判定部 4 通过判定该旋转周期是否在既定的阈值以下而检 测发动机 S 的烧结的迹象。此时， 若最高温度的发生周期在阈值以下， 则活塞环旋转状态判 定部 4 判断发动机 S 的烧结的迹象存在， 向外部发出警报。
如以上说明那样， 根据本实施方式， 基于各温度传感器 1a、 1b、 1c、 1d 的温度数据 检测接口间隙 A 的旋转周期， 从而判定发动机 S 的烧结的迹象， 所以与以往相比能够以更为 廉价且简便的方法检测发动机的烧结的迹象。
另外， 本发明不限定于上述实施方式， 能够考虑进行例如下述的变形例。
（1） 上述实施方式中设置了四个温度传感器 1a、 1b、 1c、 1d， 但温度传感器的个数也 可以是四个之外的个数。
（2） 在上述实施方式中在与活塞 P 的往复运动方向垂直的一个截面中设置了四个 温度传感器 1a、 1b、 1c、 1d， 但也可以在与活塞 P 的往复运动方向垂直的多个截面中设置温 度传感器。
（3） 在上述实施方式中通过检测接口间隙 A 的位置而检测活塞环 p1 的旋转， 但本 发明不限定于此。也能够利用其他的方法检测活塞环 p1 的旋转。
根据本发明， 基于气缸衬垫的既定位置的温度而检测活塞环的旋转， 并基于该旋 转状态判定活塞的烧结的迹象。 由此， 与检测静电容量的现有技术相比， 能够利用更为廉价 的装置检测活塞的烧结的迹象。