JPH0631406Y2 - ピストンリングの異常摩耗診断装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はシリンダライナの異常摩耗診断装置に関する。

〔従来の技術〕

第８図は従来形ディーゼル機関の燃焼室の断面図であ
る。０１はピストン、０２はシリンダライナ（以下ライ
ナと略記する）、０３はシリンダカバー、０４は燃焼
室、０５は排気弁、０６は燃料噴射弁、０７はピストン
リング（以下リングと略称する）、０８は高圧空気始動
弁である。ディーゼル機関においては、燃料が上死点付
近で燃料噴射弁０６から燃焼室０４へ噴射されると、燃
料は自己着火して燃焼し、その燃焼ガスの圧力が上昇し
てピストン０１は下方へ押圧され、図示しないクランク
軸を回転させ、フライホイール等の慣性力でピストンは
さらに上方へ戻される。このピストン０１の往復運動に
よりディーゼル機関は作動し、ピストン０１に装着され
たリング０７はライナ０２の内面を摺動し、両者の摺動
面は摩耗を生じる。

〔考案が解決すべき課題〕

ところがリングとライナの間の潤滑が不完全で金属接触
を起したり、各材質の選択が不適当であったり、腐食又
は塵等が存在すると、異常摩耗を引き起すことがある。
これらによる異常摩耗は通常急激に発生するので予測で
きず、常に検知していなければ、出力低下、リングの折
損、ライナとピストンの焼付などの機関事故を発生する
おそれがある。上記故障が発生した場合、舶用機関にお
いては、リングやライナの取替はドック入りしなければ
不可能であるので、これによる経済損失は大きい。なお
従来の摩耗検知方法としてはドック等の整備場所に機関
を置いてピストン０１を引き抜き、リングの厚さを計測
するか、掃気孔からリングの合口隙間を目視によりチェ
ックしていたが、この方法では手間がかかり且チェック
の間隔が長過ぎて異常摩耗に対処することができないと
いう欠点があった。

本考案の目的は前記従来装置の問題点を解消し、エンジ
ンの運転中に一定間隔をおいてリングの摩耗量を検知
し、その摩耗具合及び減少速度からライナの寿命や余命
を予測し、機関故障の発生を防止するリングの異常摩耗
診断装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本考案に係るリングの異常摩耗診断装置は、ライナの内
側へ向けて周方向に一列又は千鳥状にリングと対面する
ように配設された複数個の渦電流式ギャップセンサより
なるリング合口計測センサと、機関のクランク角を検知
する回転角センサと、上記両センサよりの出力信号が入
力され、同出力信号に相当するリングを判定するととも
に、前記センサ出力の検出面積を演算して該検出面積が
摩耗限度の面積よりも大きいときに当該リングの摩耗状
態が異常と判定するコンピュータとを有してなることを
特徴としている。

〔作用〕

リングが通過するとき得られる各ギャップセンサの出力
と、その位置関係を図形化し、その図形の形によって合
口の大きさを判定しようとするものである。なおリング
が回転せずリング合口の大きさを測定できないときに
は、リングがスティックしていると推定され、故障診断
の対象となる。

なおリング合口隙間とセンサが一致する機会は概ね舶用
低速機関で１分間に１回程度と推定される。

〔実施例〕

以下第１〜７図を参照し本考案の一実施例について説明
する。

第１図は本考案に係る実施例の断面図であり、０２はラ
イナ、０１０は掃気孔、１００はリング合口計測セン
サ、１０１は該センサ１００のリード線である。

第２図はリング合口計測センサ１００の詳細図で０２は
ライナ、０７はリング、０１１はリング０７の合口、上
記合口計測センサ１００は金物１０２の取付孔１０３に
渦電流式ギャップセンサ１０４をライナ０２の内側へ向
けて円周方向に一列又は千鳥状に嵌め込まれている。１
０１はギャップセンサ１０４のリード線である。

３００はリング溝底、３０１はピストン外周面、３０２
はライナ内周面である。

なお本考案の要部である渦電流式ギャップセンサ１０４
の内部構造は図示されていないが、鉄芯を欠いた１次コ
イルと２次コイルよりなる変圧器に似た構造を備えたも
ので、１次コイルに一定電圧をかけ２次コイル側の出力
電圧を測定するように構成されており、１次コイルと２
次コイルの開口部がリング部０７と対峙したときには２
次側の出力が大きい値となり、リング０７の合口０１１
に対峙した時には出力が減少する事実を利用し、リング
合口０１１の存在を確認できるようにしたものである。
本考案に係るリング異常摩耗装置は、上記渦電流式ギャ
ップセンサ１０４を、ライナ０２の内側へ向けてライナ
の周方向に一列又は千鳥状に配置するとともに、リング
合口計測センサ１００の本体である金属１０２の孔内に
リング０７と対面して設け、リング合口０１１の長さを
測定できるようにしている。

第３図は本考案に係るリング異常摩耗診断装置の構成図
であり、図において、１００はディーゼル機関、０２は
シリンダライナ、１００はリング合口計測センサ、１０
１は同センサ１００のリード線、１０５はセンサ１００
のアンプ、１０６はＡ／Ｄ変換器、１０７は回転角セン
サ、１０８はセンサ１０７のアンプ、１０９はＡ／Ｄ変
換器、１１０はコンピュータ、１１１は表示装置であ
る。

第４図は各（渦電流式）ギャップセンサ１０４の出力変
化をクランク角をベースとして図示した線図であり、リ
ング０７の合口０１１が該センサ１０４と相対峙してい
ない場合である。

第５図は合口０１１がギャップセンサ１０４と正面対峙
しており計測可能な場合を示している。なお第４〜５図
は第６図を求める際、理解を容易にするため１個のリン
グ０７について示した線図である。

即ち、第４図には、各ギャップセンサ１０４が１本のリ
ング０７の外周面に対峙し、各センサ１０４からＡ_０，
Ｂ_０，…，Ｅ_０の出力信号が出された場合が示されてい
る。

また、第５図には、リングの合口０１１が、５個並設さ
れたギャップセンサの真正面に来て、これがギャップセ
ンサ１０４のうち中央寄りのものｂ，ｃ，ｄの幅と同程
度に開口したリング０７の場合における、該リング０７
に対峙したセンサ１０４の出力が示されている。

第６図は第４図の各ギャップセンサ１０４の最大出力
（又は平均値）Ａ_０〜Ｅ_０から第５図の各ギャップセン
サ１０４の最大出力（又は平均値）をそれぞれ差引いた
値（以下指示値と命名する）をギャップセンサ１０４の
位置に応じてプロットし、各点を結んで得られた図形で
あり、Ａはリング０７が新しいときの図形、Ｂはリング
０７が摩耗しているときの図形を示したものである。

第７図はコンピュータ１１０内に組み込まれた測定方法
のフローチャートで、リングの合口が合口計測センサ１
００と対向する位置に来るまで待って、自動的にリング
の現在摩耗量を測定できるようにしたものである。ギャ
ップセンサ１０４の数は多い程測定精度が良くなるが、
センサ１００の製作コストが上昇する。従ってこの実施
例ではａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの５個のセンサ１０４を用
い、このうち両端のセンサａとｅはリング合口０１１の
位置を検出するのに用いる。即ちａからｅまでの長さは
合口０１１の最大幅より大きくしておく必要がある。な
おギャップセンサ１０４の前部をリング０７が通過する
ときは、出力が増大して第４図のようになる。なおその
ときのセンサ１０４の出力をそれぞれＡ_０，Ｂ_０，
Ｃ_０，Ｄ_０，Ｅ_０とする。

リング０７は摺動して回転するため、リング合口０１１
は必ずギャップセンサ１０４の正面と対峙する場合があ
る。リング合口０１１がギャップセンサ１０４の正面に
対向しているときには、第５図に示すように両端のａと
ｅの出力はそれぞれＡ_１＝Ａ_０，Ｅ_１＝Ｅ_０であり、ａ
とｅとの間にあるｂ，ｃ，ｄの出力Ｂ_１，Ｃ_１，Ｄ_１は
Ｂ_０，Ｃ_０，Ｄ_０より小さい値となっている。このよう
な状態になった時に各ギャップセンサ１０４の指示値Ａ
_０−Ａ_１，Ｂ_０−Ｂ_１，Ｃ_０−Ｃ_１，Ｄ_０−Ｄ_１，Ｅ_０
−Ｅ_１をそれぞれプロットして各点を結ぶと第６図の実
線Ａが得られるが、リング０７の外周面が摩耗していな
いときには、リング合口０１１の隙間が小さいので、各
指示値が小さくなり、第６図実線Ａのように閉面積が小
さい。しかしリング０７が摩耗ずと合口０１１隙間が大
きくなる。つまり、リング０７はリング溝１１０内に挿
入される際、リングが開く方向即ちリングの外周面がラ
イナ０２の内周面に密着する方向に張力が加えられてい
ることから、リング０７の外周面が摩耗すると、リング
が拡がり、リング合口０１１は大きくなる。これによ
り、各指示値が大きくなり、第６図の点線Ｂのように閉
面積が大きくなる。従ってあらかじめリング０７の寿命
がつきたと判定された時の合口０１１の隙間による面積
をキャリブレーションしておけば、リング寿命の検知が
可能となる。なお第３図の装置を作動して検知を行なう
にはコンピュータ内に設置されたプログラムのフローチ
ャートに従って行なう。回転角センサ１０７は、基準ク
ランク角度を設定することにより、何段のリングである
かを判定できるようにしたものである。例えば回転角セ
ンサ１０７をＴＤＣ（上死点）に設定し、信号のピッチ
をＴとし、ＴＤＣからセンサ１０４を出力信号の立上り
までの時間をＴ_１とすれば、そのときのクランク角度θ
_１は次式で示される。

このようにしてギャップセンサ１０４が各リングを通過
するときの角度をあらかじめ検定しておけば、運転中ど
のリング０７よりの信号であるかを知ることができる。

コンピュータ１１０ではギャップセンサ１０４の出力を
用いてプログラムのフローチャートに従い判定を行な
い、センサ１０４がリング合口の正面にない場合はパス
し、正面にあるときは何段目のリングであるかを判断
し、指示値の面積を求め、これを摩耗限界の面積と比較
を行ない算出面積が小さいときは正常と判定し、該面積
が大きければ異常と判定する。

表示装置１１１は以上の判定結果を表示する。従って指
示値の面積の増加率を計算し、あらかじめ限界値を限定
しておけば、リング寿命及び余命の予測が可能となる。

また指示値の図形が変化しないときは、リング０７がス
ティックしていて回転しないと判断され、リングスティ
ックの検出が可能となる。

〔考案の効果〕

本考案は前記のとおり構成したので、舶用機関において
は、航海中に機関のリング摩耗量が時々刻々検知でき、
リング寿命の予測が可能となり、リング寿命がつきるま
での余命が推定でき、機関のオーバホールまでに部品の
手配や修理交渉等に対し、時間的余裕を生じ、入港時に
速やかな修理を行なうことができる。又リングの状況を
常時診断でき適切な処置を講ずることが可能となり、重
大事故の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜７図は本考案に係わるもので第１図はライナの断
面図、第２図はリング合口計測センサの詳細断面図、第
３図は本装置の構成を示すブロック図、第４図は合口計
測センサがリング部を通過しているときの出力図、第５
図はリング合口が合口計測センサと相対峙しているとき
得られる該センサ出力の出力図、第６図は新しいリング
により得られた指示値の図形Ａと、摩耗したリングより
得られた指示値の図形Ｂの比較図、第７図はコンピュー
タ内に組み込まれた測定プログラムのフローチャート、
第８図は従来のディーゼル機関の燃焼室まわりの断面図
である。 ０２……（シリンダ）ライナ、０７……（ピストン）リ
ング、１００……リング合口計測センサ、１０４……
（渦電流式）ギャップセンサ、１０７……回転角セン
サ、１１０……コンピュータ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダライナの内側へ向けて周方向に１
   列又は千鳥状にピストンリングと対面するように配設さ
   れた複数個の渦電流式ギャップセンサを有するリング合
   口計測センサと、機関のクランク角を検出する回転角セ
   ンサと、前記両センサからの出力信号が入力され、前記
   ギャップセンサの出力信号に相当するリングを判定する
   とともに、前記センサ出力の検出面積を演算して該検出
   面積と摩耗限度の面積とを比較し、前記検出面積が前記
   摩耗限度の面積よりも大きいときに当該リングの摩耗状
   態が異常と判定するコンピュータとを有してなるピスト
   ンリングの異常摩耗診断装置。