(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダライナのピストンリング摺動面と面一に設けられた１もしくは複数の電極とピストンリングとの間隙の静電容量を検出することによって前記間隙に形成された潤滑油の油膜の膜厚を計測する膜厚計測装置であって、
前記電極に定電流を供給することによって前記静電容量に対して充電を行い、当該充電に伴う充電電圧の変化に基づいて静電容量を検出し、当該静電容量を示す検出信号を出力する静電容量検出部と、
前記ピストンリング摺動面に対する前記ピストンリングの位置を示すクランク回転角を検出するクランク回転角検出部と、
前記静電容量検出部から入力された検出信号が示す静電容量と、前記クランク回転角検出部によって検出されたクランク回転角に基づいて油膜の膜厚を算出する膜厚演算部と
を具備し、
前記膜厚演算部は、前記電極とピストンリングとが対向しているクランク回転角の時に検出された静電容量と、前記電極とピストンリングとが対向していないクランク回転角の時に検出された静電容量との差に基づいて油膜の膜厚を算出することを特徴とする膜厚計測装置。
【請求項２】
前記電極は、シリンダライナの外壁側からピストンリング摺動面に向けて貫通する貫通孔にピストンリング摺動面と面一になるように圧入され、当該貫通孔と接触する面に対して外層は導電体、内層は絶縁体で覆われており、当該外層は静電容量検出部の接地部と共通接地されていることを特徴とする請求項１記載の膜厚計測装置。
【請求項３】
静電容量検出部は、前記検出信号を電流信号として膜厚演算部に出力することを特徴とする請求項１または２記載の膜厚計測装置。
【請求項４】
シリンダライナのピストンリング摺動面と面一に設けられた電極とピストンリングとの間隙の静電容量を検出することによって前記間隙に形成された潤滑油の油膜の膜厚を計測する膜厚計測方法であって、
前記電極に定電流を供給することによって前記静電容量に対し充電を行う第１工程と、
前記充電に伴う充電電圧の変化に基づいて静電容量を検出する第２工程と、
前記ピストンリング摺動面に対する前記ピストンリングの位置を示すクランク回転角を検出する第３工程と、
前記静電容量及び前記クランク回転角に基づいて油膜の膜厚を算出する第４工程と
を有し、
前記第４工程では、前記電極とピストンリングとが対向しているクランク回転角で検出された静電容量と、前記電極とピストンリングとが対向していないクランク回転角で検出された静電容量との差に基づいて油膜の膜厚を算出することを特徴とする膜厚計測方法。
【請求項５】
前記電極は、シリンダライナの外壁側からピストンリング摺動面に向けて貫通する貫通孔にピストンリング摺動面と面一になるように圧入され、当該貫通孔と接触する面に対して外層は導電体、内層は絶縁体で覆われており、当該外層は第１工程及び第２工程を行う検出回路と共通接地されていることを特徴とする請求項４記載の膜厚計測方法。
【請求項６】
第２工程で得られた静電容量を示す検出信号を電流信号として第４工程に供給することを特徴とする請求項４または５記載の膜厚計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜厚計測装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、運転時におけるエンジンシリンダ内部の油膜の膜厚を計測する方法の１つとして、油膜が形成されているピストンリングとシリンダ（具体的にはシリンダライナのピストンリング摺動面に設けられたセンサ電極）との間隙の静電容量をブリッジ回路にて計測し、当該静電容量に基づいて膜厚を算出する方法がある（例えば、下記特許文献１参照）。このブリッジ回路を用いた静電容量計測方法では、ピストンリングとセンサ電極との間隙を１つのコンデンサ（計測コンデンサ）として、他の３つの参照用コンデンサとブリッジ回路を構成し、上記計測コンデンサの静電容量変化に応じてブリッジ平衡条件を満たすように参照用コンデンサを調整することで計測コンデンサの静電容量を求める。
【０００３】
また、ブリッジ回路を用いた他の静電容量計測方法として、共振ブリッジ回路方式がある。この共振ブリッジ回路方式では、抵抗を用いたブリッジ回路の一辺に計測コンデンサを配置し、ブリッジ回路の対角電位差を検出しつつ電源周波数を変化させることで当該対角電位差が最大となる周波数、すなわち共振周波数を探索し、この共振周波数に基づいて計測コンデンサの静電容量を求める。
【特許文献１】特開２００３−２１４８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術のようにブリッジ回路を用いる場合、計測コンデンサの静電容量の変化は微小であるので、耐ノイズ性を考慮して、ブリッジ回路を計測点、すなわちシリンダ近傍に配置する必要があった。この場合、参照用コンデンサは高温に晒されるため、温度依存性により参照用コンデンサが有する静電容量が変化し、計測コンデンサの静電容量の計測結果に誤差が生じることになり、その結果、油膜の膜厚にも計測誤差が生じてしまうという問題がある。
【０００５】
また、共振ブリッジ回路方式を用いる場合、比較的温度依存性の低い抵抗を回路素子として用いることで、温度による計測誤差を軽減することができるが、電源周波数を変化させて共振周波数を探索する必要があるため高速計測（リアルタイム計測）が難しく、計測装置の構成が複雑化してコストが増大すると同時に、判定に時間がかかるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、エンジンシリンダ内部のピストンリング摺動面における油膜の膜厚を、精度良く且つ低コストでリアルタイム計測することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明では、膜厚計測装置に係る第１の解決手段として、シリンダライナのピストンリング摺動面と面一に設けられた電極とピストンリングとの間隙の静電容量を検出することによって前記間隙に形成された潤滑油の油膜の膜厚を計測する膜厚計測装置であって、前記電極に定電流を供給することによって前記静電容量に対して充電を行い、当該充電に伴う充電電圧の変化に基づいて静電容量を検出し、当該静電容量を示す検出信号を出力する静電容量検出部と、前記静電容量検出部から入力された検出信号が示す静電容量に基づいて油膜の膜厚を算出する膜厚演算部とを具備する、という手段を採用する。
【０００８】
また、本発明では、膜厚計測装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、膜厚演算部は、前記電極とピストンリングとが対向している状態で検出された静電容量と、前記電極とピストンリングとが対向していない状態で検出された静電容量との差に基づいて油膜の膜厚を算出する、という手段を採用する。
【０００９】
また、本発明では、膜厚計測装置に係る第３の解決手段として、上記第１または２の解決手段において、前記電極は、シリンダライナの外壁側からピストンリング摺動面に向けて貫通する貫通孔にピストンリング摺動面と面一になるように圧入され、当該貫通孔と接触する面に対して外層は導電体、内層は絶縁体で覆われており、当該外層は静電容量検出部の接地部と共通接地されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明では、膜厚計測装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜３いずれかの解決手段において、ピストンリング摺動面に対するピストンリングの位置を示すクランク回転角を検出するクランク回転角検出部を備え、前記膜厚演算部は、前記クランク回転角検出部によって検出されたクランク回転角に同期して油膜の膜厚を算出することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明では、膜厚計測装置に係る第５の解決手段として、上記第１〜４いずれかの解決手段において、静電容量検出部は、前記検出信号を電流信号として膜厚演算部に出力する、という手段を採用する。
【００１２】
一方、本発明では、膜厚計測方法に係る第１の解決手段として、シリンダライナのピストンリング摺動面と面一に設けられた電極とピストンリングとの間隙の静電容量を検出することによって前記間隙に形成された潤滑油の油膜の膜厚を計測する膜厚計測方法であって、前記電極に定電流を供給することによって前記静電容量に対し充電を行う第１工程と、前記充電に伴う充電電圧の変化に基づいて静電容量を検出する第２工程と、前記静電容量に基づいて油膜の膜厚を算出する第３工程とを有する、という手段を採用する。
【００１３】
また、本発明では、膜厚計測方法に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、第３工程では、前記電極とピストンリングとが対向している状態で検出された静電容量と、前記電極とピストンリングとが対向していない状態で検出された静電容量との差に基づいて油膜の膜厚を算出する、という手段を採用する。
【００１４】
また、本発明では、膜厚計測方法に係る第３の解決手段として、上記第１または２の解決手段において、前記電極は、シリンダライナの外壁側からピストンリング摺動面に向けて貫通する貫通孔にピストンリング摺動面と面一になるように圧入され、当該貫通孔と接触する面に対して外層は導電体、内層は絶縁体で覆われており、当該外層は第１工程及び第２工程を行う検出回路と共通接地されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明では、膜厚計測方法に係る第４の解決手段として、上記第１〜３いずれかの解決手段において、第３工程では、ピストンリングの位置を示すクランク回転角に同期して油膜の膜厚を算出することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明では、膜厚計測方法に係る第５の解決手段として、上記第１〜４いずれかの解決手段において、第２工程で得られた静電容量を示す検出信号を電流信号として第３工程に供給するという手段を採用する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、シリンダライナのピストンリング摺動面と面一に設けられた電極とピストンリングとの間隙の静電容量を検出するために、前記電極に定電流を供給することによって前記静電容量に対して充電を行い、当該充電に伴う充電電圧の変化に基づいて静電容量を検出するという手段を採用するため、従来のブリッジ回路のように参照用コンデンサを必要とせず、周辺温度の影響を受けることなく精度良く静電容量を、すなわち油膜の膜厚を計測することが可能である。
【００１８】
また、従来の共振ブリッジ回路方式を用いる場合のように、複雑な構成の計測装置が必要ないため低コスト化が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る膜厚計測装置の機能構成図である。この図に示すように、本膜厚計測装置は、センサヘッド１、同軸ケーブル２、静電容量検出部３、シリンダ内圧力検出部４、クランク角度検出部５及び信号処理部６から構成されている。このような膜厚計測装置は、エンジンシリンダＳにおけるシリンダライナｓ１の内壁面（ピストン摺動面ｓ３）とピストンリングｐ１との間隙に形成されている潤滑油の油膜の厚さを計測するものである。
【００２０】
このエンジンシリンダＳは、例えば４サイクルエンジンのシリンダであり、図示するように、シリンダライナｓ１、センサヘッド取付孔ｓ２、ピストン摺動面ｓ３、ピストンＰ、ピストンリングｐ１、ピストンロッドｐ２及びクランクシャフトＫから構成されている。これらの構成要素は、センサヘッド取付孔ｓ２を除いて周知であるので詳細な説明は省略する。なお、一般的にエンジンシリンダＳは、その外壁側を水冷されてはいるが、内壁側の温度は２００°Ｃ以上に達する。つまり、エンジンシリンダＳの周囲温度は高温となる。
【００２１】
センサヘッド取付孔ｓ２は、膜厚計測装置のセンサヘッド１を取り付けるための孔であり、シリンダライナｓ１の外壁側からピストン摺動面ｓ３に向かって貫通している。このセンサヘッド取付孔ｓ２は、シリンダライナｓ１の外周方向に所定の間隔で複数個設けられ、さらに、シリンダライナｓ１のピストン摺動方向に所定の間隔で複数段設けられている。
【００２２】
センサヘッド１は、図２に示すように、円筒形状のセンサ電極１ａを絶縁材１ｂで同心円状に被覆し、さらに上記絶縁材１ｂの外周を導電体のセンサケース１ｃによって同心円状に被覆した構造となっている。このようなセンサヘッド１は、ピストン摺動面ｓ３に対して面一となるようにセンサ取付孔ｓ２に圧入されている。上記センサ電極１ａは、ピストンリングｐ１と対向した場合に、当該ピストンリングｐ１を対向電極とし、油膜を誘電体とするコンデンサ（計測コンデンサ）を形成するものである。
【００２３】
このセンサ電極１ａは、同軸ケーブル２を介して静電容量検出部３（具体的には静電容量検出アンプ３ａ）に接続されている。また、図２に示すように、同軸ケーブル２のシールド層を形成する編組線の一端はセンサヘッド１のセンサケース１ｃに接続され、他端は静電容量検出部３の接地部（ＧＮＤ：グランド）と接続されている。これにより、センサケース１ｃと静電容量検出部３とは共通接地されている。
【００２４】
静電容量検出部３は、静電容量検出アンプ３ａ、電圧／電流変換器３ｂ、ＡＣ／ＤＣ電源３ｃ及びシールドケース３ｄから構成されている。
【００２５】
静電容量検出アンプ３ａは、同軸ケーブル２を介してセンサヘッド１のセンサ電極１ａに定電流を供給し、当該定電流によって充電される計測コンデンサの充電電圧の変化に基づいて上記計測コンデンサの静電容量Ｃｘを検出し、当該静電容量Ｃｘを示す電圧信号ｄ１（アナログ信号）を電圧／電流変換器３ｂに出力する。電圧／電流変換器３ｂは、上記静電容量検出アンプ３ａから入力される電圧信号ｄ１を電流信号ｄ２に変換して信号処理部６（具体的には電流／電圧変換器６ａ）に出力する。
【００２６】
ＡＣ／ＤＣ電源３ｃは、外部より供給されるＡＣ電源を直流変換して上記静電容量検出アンプ３ａ及び電圧／電流変換器３ｂに供給する。なお、このＡＣ／ＤＣ電源３ｃのコモン端子はシールドケース３ｄと接続されている。シールドケース３ｄは、上記静電容量検出アンプ３ａ、電圧／電流変換器３ｂ及びＡＣ／ＤＣ電源３ｃを収納する電磁遮蔽用筐体であり、外部接地されている。
【００２７】
静電容量検出部３は、上記のような静電容量検出アンプ３ａ及び電圧／電流変換器３ｂを所定の個数備えており、各センサヘッド１の取付位置における静電容量Ｃｘを検出して、当該静電容量Ｃｘを示す電圧信号ｄ１を各電圧／電流変換器３ｂに出力する。また、図示は省略するが、本膜厚計測装置は、センサヘッド１の個数に応じて静電容量検出部３を複数備えている。
【００２８】
シリンダ内圧力検出部４は、エンジンシリンダＳの燃焼室内の圧力を検出し、当該圧力を示す圧力信号を信号処理部６（具体的には膜厚演算部６ｃ）に出力する。クランク角度検出部５は、例えばエンコーダであり、クランクシャフトＫ、すなわちクランク軸の回転角度を検出し、当該回転角度を示す回転角信号を信号処理部６（具体的には膜厚演算部６ｃ）に出力する。なお、このクランク軸の回転角度は、ピストンリングｐ１のピストン摺動方向に対する位置を示すものである。
【００２９】
信号処理部６は、電流／電圧変換器６ａ、Ａ／Ｄ変換器６ｂ、膜厚演算部６ｃ及び表示部６ｄから構成されている。
【００３０】
上記信号処理部６において、電流／電圧変換器６ａは、静電容量検出部３の電圧／電流変換器３ｂから入力される電流信号ｄ２を電圧信号ｄ３に変換してＡ／Ｄ変換器６ｂに出力する。Ａ／Ｄ変換器６ｂは、アナログ信号である上記電圧信号ｄ３をデジタル信号ｄ４に変換して膜厚演算部６ｃに出力する。
【００３１】
膜厚演算部６ｃは、Ａ／Ｄ変換器６ｂから入力されるデジタル信号ｄ４（つまり静電容量Ｃｘ）と、シリンダ内圧力検出部４から入力される圧力信号及びクランク角度検出部５から入力される回転角信号に所定の信号処理を施すことにより、ピストンリングｐ１とセンサ電極１ａとの間隙に形成された油膜の膜厚を算出し、当該膜厚を示す膜厚信号を表示部６ｄに出力する。表示部６ｄは、例えば液晶表示装置であり、上記膜厚信号に基づいて膜厚情報を表示する。
【００３２】
次に、上記のように構成された膜厚計測装置の膜厚計測動作について説明する。
【００３３】
周知のようにエンジンシリンダＳは、所定の周期で爆発行程、排気行程、吸気行程、圧縮行程を繰り返しており、ピストンＰはシリンダライナｓ１内を往復運動している。そして、図２のようにピストンリングｐ１とセンサヘッド１のセンサ電極１ａとが対向した時、センサ電極１ａとピストンリングｐ１との間隙に形成された油膜を誘電体とした計測コンデンサが構成されることになる。従って、このセンサ電極１ａとピストンリングｐ１間の静電容量Ｃｘを検出することで油膜の膜厚Ｌを求めることができる。
【００３４】
静電容量検出アンプ３ａにおける静電容量検出原理について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、静電容量検出アンプ３ａ及び計測コンデンサの等価回路の概略図である。この図に示すように、定電流源１０から同軸ケーブル２を介して定電流をセンサ電極１ａに供給することにより計測コンデンサを充電する。この時の充電電圧Ｖoの時間変化を図３（ｂ）に示す。この充電電圧Ｖoが０Ｖから所定の電圧値（Ｖref）に上昇するまでの充電時間Ｔｗから計測コンデンサの静電容量Ｃｘを求めることができる。なお、連続して静電容量Ｃｘを計測するためには、充電した電荷を放電する必要がある。そこで、所定の周期でリセットスイッチ１１をＯＮにし、計測コンデンサにリセット用電源１２から負電圧（−Ｖｒ）を印加することで電荷の放電を行っている。
【００３５】
なお、一般的に静電容量Ｃｘは５０〜１００ｐＦ程度になるため、上記のような静電容量Ｃｘの計測において、計測精度を上げるために同軸ケーブル２を可能な限り短くすることが望ましく、そのため静電容量検出部３はエンジンシリンダＳの近傍に設置されている。このように周囲温度が高い場所に静電容量検出部３が設置されている場合、従来技術のようにブリッジ回路を用いて静電容量Ｃｘの検出を行うと、参照用コンデンサの温度依存性により正確な検出が行えなかった。しかしながら、本実施形態では、ブリッジ回路を用いない検出方法を採用しているので周囲温度に無関係に精度の良い検出を行うことができる。
【００３６】
さらに、センサヘッド１の外部導体であるセンサケース１ｃと静電容量検出部３とは共通接地されているのでノイズの影響を低減でき、また、近接するセンサヘッド１同士の漏れ電界による干渉を抑えることができるので、本実施形態のように複数箇所で静電容量Ｃｘを検出する場合には特に検出精度の向上を達成することができる。
【００３７】
さて、静電容量検出アンプ３ａは、上記のような静電容量検出原理に基づいて計測コンデンサの静電容量Ｃｘを検出し、当該静電容量Ｃｘを示す電圧信号ｄ１を電圧／電流変換器３ｂに出力する。図４は、静電容量検出アンプ３ａの出力電圧特性を示した図である。この図において横軸は油膜の膜厚Ｌ、縦軸は電圧信号ｄ１の電圧値（出力電圧値Ｖｃ）である。この図に示すように、静電容量検出アンプ３ａの出力電圧値Ｖｃは、膜厚Ｌが小さい（つまり静電容量Ｃｘが大きい）場合は大きくなり、膜厚Ｌが大きい（つまり静電容量Ｃｘが小さい）場合は小さくなる。
【００３８】
上記のような出力電圧値Ｖｃとクランク軸の回転角（クランク角度θ）との関係を図５に示す。図５（ａ）は、図１における計測点Ｘ１において検出された静電容量Ｃｘを示す出力電圧値Ｖｃを示し、図５（ｂ）は計測点Ｘ２、図５（ｃ）は計測点Ｘ３、図５（ｄ）は計測点Ｘ４において検出された静電容量Ｃｘを示す出力電圧値Ｖｃを示している。なお、図５において、クランク軸の回転角が０°の時にピストンＰは上死点に位置し、クランク軸の回転角が１８０°の時にピストンＰは下死点に位置している。
【００３９】
図５に示すように、各計測点において、所定のクランク角度θの時に出力電圧値Ｖｃが最も高くなっていることがわかる。このように出力電圧値Ｖｃが最も高くなるのは、静電容量Ｃｘが最も大きい場合、すなわち、各計測点に設けられたセンサヘッド１とピストンリングｐ１が対向した場合である。このように、出力電圧値Ｖｃとクランク角度θとの関係は各計測点の位置毎に一義的に決まっている。従って、センサヘッド１とピストンリングｐ１が対向する時のクランク角度（対向回転角θｃ）を各計測点毎に予め求めておき、
クランク角度θをモニタして対向回転角θｃと等しくなった時の出力電圧値Ｖｃを抽出し、静電容量Ｃｘに変換することで、当該静電容量Ｃｘからセンサヘッド１と各ピストンリングとの間隙に形成された油膜の厚さＬを算出することができる。
【００４０】
電圧／電流変換器３ｂは、静電容量検出アンプ３ａから入力された電圧信号ｄ１を電流信号ｄ２に変換して信号処理部６の電流／電圧変換器６ａに出力する。信号処理部６は、エンジンシリンダＳより離れた位置に設置されるので、静電容量検出部３と信号処理部６とを接続する配線は長くなってしまう。このように長い配線を電圧信号によって情報伝送する場合、電圧信号はノイズの影響を受けやすいため、正確に情報を伝送することが困難となる。そこで、本実施形態では上記のように、電圧信号ｄ１を電流信号ｄ２に一旦変換して送信することでノイズの影響を低減している。
【００４１】
電流／電圧変換器６ａは、上記電流信号ｄ２を再び電圧信号ｄ３に変換してＡ／Ｄ変換器６ｂに出力する。ここで、電圧信号ｄ３の電圧値は、電圧信号ｄ１の出力電圧値Ｖｃと同じ値である。Ａ／Ｄ変換器６ｂは、アナログ信号である当該電圧信号ｄ３をデジタル信号ｄ４に変換して膜厚演算部６ｃに出力する。
【００４２】
続いて、膜厚演算部６ｃにおける膜厚演算処理について図６の動作フローチャートを用いて説明する。なお、以下では説明の簡略化のために、計測点Ｘ１における膜厚演算処理について説明する。まず、膜厚演算部６ｃは、上述したように計測点Ｘ１について検出された静電容量Ｃｘを示すデジタル信号（出力電圧値Ｖｃ）を取得すると共に、シリンダ内圧力検出部４からシリンダ内の圧力（シリンダ圧力）、クランク角度検出部４からクランク角度θを取得する（ステップＳ１）。
【００４３】
そして、膜厚演算部６ｃは、予め記憶している計測点Ｘ１における対向回転角θｃとクランク角度θとを比較し、両者が等しくなった時の出力電圧値Ｖｃを抽出すると共に、シリンダ圧力から出力電圧値Ｖｃを抽出したタイミングが、爆発行程か、排気行程か、吸気行程か、または圧縮行程かを判定する（ステップＳ２）。図７は、このように抽出した出力電圧値Ｖｃとクランク角度θ及び各行程の関係を示す図である。この図に示すように、
各行程で１回ずつ出力電圧値Ｖｃが抽出されることになる。
【００４４】
ところで、実際に静電容量検出アンプ３ａによって検出される静電容量Ｃｘは、油膜による静電容量と同軸ケーブル２が持つ静電容量の和で表される。油膜による静電容量（およそ数十ｐＦ〜数百ｐＦ）に対し、同軸ケーブル２の静電容量はほぼ同程度であるので無視できない。また、この同軸ケーブル２の静電容量には温度依存性があるため、周辺温度の変化により静電容量の値が変化してしまう。これらのような理由により、ステップＳ２で求めた出力電圧値Ｖｃを単純に静電容量Ｃｘに変換すると、非常に大きな計測誤差が生じてしまう。従って、同軸ケーブル２の静電容量分を考慮して出力電圧値Ｖｃを補正する必要がある。
【００４５】
そこで、膜厚演算部６ｃは、クランク角度θ＝１８０°の時の出力電圧値Ｖｃを抽出してオフセット電圧Ｖoffset＝Ｖｃとし（ステップＳ３）、ステップＳ２で抽出した出力電圧値Ｖｃと上記オフセット電圧Ｖoffsetとの差により容量換算用電圧値Ｖ１（＝Ｖｃ−Ｖoffset）を算出する（ステップＳ４）。
【００４６】
このようにクランク角度θ＝１８０°の場合、ピストンＰは下死点に存在するので、計測点Ｘ１に取り付けられたセンサヘッド１とピストンリングｐ１とは対向していない。この時、油膜による静電容量分はほぼ零とみなすことができるので、計測点Ｘ１で計測される静電容量Ｃｘは、同軸ケーブル２の静電容量分のみとなる。よって、上記オフセット電圧Ｖoffsetは、同軸ケーブル２の静電容量分を示す出力電圧値となる。従って、上記容量換算用電圧値Ｖ１は、静電容量検出アンプ３ａによって検出される静電容量Ｃｘから同軸ケーブル２の静電容量分を除去した値となる。これにより同軸ケーブル２の静電容量の影響を低減することができ、静電容量Ｃｘの検出精度を向上させることができる。
【００４７】
続いて、膜厚演算部６ｃは、上記容量換算用電圧値Ｖ１に容量換算係数ｋを乗算することにより静電容量Ｃｘ（＝ｋ・Ｖ１）を算出し（ステップＳ５）、当該静電容量Ｃｘ、真空中の誘電率ε０、潤滑油の比誘電率εｒ及びセンサヘッド１のセンサ電極１ａの面積Ｓ（ピストンリングｐ１と対向する面積）に関する下記演算式（１）に基づいて油膜の膜厚Ｌを算出する（ステップＳ６）。
Ｌ＝ε０・εｒ・Ｓ／Ｃｘ                              （１）
【００４８】
そして、膜厚演算部６ｃは、計測点の位置、行程及び膜厚Ｌを１セットの膜厚情報とし、当該膜厚情報を示す膜厚信号を表示部６ｄに出力する（ステップＳ７）。表示部６ｄは、上記膜厚信号に基づいて膜厚情報を表示する。膜厚演算部６ｃは、上記ステップＳ１〜Ｓ７の動作を各センサヘッド１が取り付けられた計測点について繰り返すことで、各計測点における油膜の膜厚Ｌを算出する。
【００４９】
なお、上記実施形態において、膜厚演算部６ｃは、クランク角度θ＝１８０°の時の出力電圧値Ｖｃを抽出してオフセット電圧Ｖoffset＝Ｖｃとしたが、この時のクランク角度θは１８０°に限定されず、油膜による静電容量分がほぼ零とみなされるようなピストンリングｐ１の位置を示すクランク角度θであれば良い。また、算出した膜厚Ｌの値から油膜が形成されているか否か、またはピストンリングｐ１とシリンダライナｓ１とが接触しているか否かを判定し、油膜が形成されていない、またはピストンリングｐ１とシリンダライナｓ１とが接触していると判定された場合には警報を出力するようにしても良い。
【００５０】
以上のように、本実施形態によれば、周辺温度、同軸ケーブル２の静電容量及び複数のセンサヘッド１同士の相互干渉による影響を低減するので精度良く静電容量Ｃｘを検出することが可能であり、その結果として精度良く油膜の膜厚Ｌを計測することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係る膜厚計測装置の装置構成図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるセンサヘッド１の取付位置の拡大図である。
【図３】本発明の一実施形態における静電容量検出原理の説明図である。
【図４】本発明の一実施形態における静電容量検出アンプ３ａの出力電圧特性図である。
【図５】本発明の一実施形態における出力電圧値Ｖｃとクランク軸の回転角（クランク角度θ）との関係を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態における膜厚演算部６ｃの動作フローチャート図である。
【図７】本発明の一実施形態における計測点Ｘ１についての出力電圧値Ｖｃとクランク角度θ及び各行程の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…センサヘッド、２…同軸ケーブル、３…静電容量検出部、４…シリンダ内圧力検出部、５…クランク角度検出部、６…信号処理部、Ｓ…エンジンシリンダ
【図１】
0004736693.tif 000002
【図２】
0004736693.tif 000003
【図３】
0004736693.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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