(57)【要約】【課題】精度良く、シリンダライナとピストンとの間における油膜の膜厚を計測することのできる膜厚計測装置を提供する。【解決手段】ピストンにおけるピストンリング摺動面とシリンダライナの壁面との間の膜厚については静電容量方式により計測された膜厚データを選択し、ピストンにおけるピストンリング摺動面とシリンダライナの壁面との間以外のピストンの壁面とシリンダライナの壁面との間の膜厚についてはレーザ誘起蛍光法により計測された膜厚データを選択する。そして、選択した膜厚データを記録する。【選択図】図１
2009281970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの壁面とシリンダライナの壁面との間の潤滑油膜の膜厚を計測する膜厚計測装置であって、
膜厚計測センサを用いて静電容量方式により前記膜厚を計測する静電容量方式処理部と、
前記膜厚計測センサを用いてレーザ誘起蛍光法により前記膜厚を計測するレーザ誘起蛍光方式処理部と、
前記ピストンにおけるピストンリング摺動面と前記シリンダライナの壁面との間の膜厚については前記静電容量方式により計測された膜厚データを選択し、前記ピストンにおけるピストンリング摺動面と前記シリンダライナの壁面との間以外の前記ピストンの壁面とシリンダライナの壁面との間の膜厚については前記レーザ誘起蛍光法により計測された膜厚データを選択する膜厚データ選択手段と、
を備えることを特徴とする膜厚計測装置。
【請求項２】
前記潤滑油の温度を計測する温度計測手段を備え、
前記レーザ誘起蛍光方式処理部は、
前記潤滑油中に照射した光の前記潤滑油中の蛍光剤の散乱光を、光電変換および電流電圧変換を行なって電圧値を取得し、当該電圧値を前記温度に応じて補正し、当該補正後の電圧値に応じた膜厚を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の膜厚計測装置。
【請求項３】
ピストンの壁面とシリンダライナの壁面との間の潤滑油膜の膜厚を計測する膜厚計測方法であって、
前記ピストンにおけるピストンリング摺動面と前記シリンダライナの壁面との間の膜厚については静電容量方式により計測された膜厚データを選択し、
前記ピストンにおけるピストンリング摺動面と前記シリンダライナの壁面との間以外の前記ピストンの壁面とシリンダライナの壁面との間の膜厚については前記レーザ誘起蛍光法により計測された膜厚データを選択する
ことを特徴とする膜厚計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダライナとピストンとの間における油膜の膜厚を計測する膜厚計測装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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計測する方法として、静電容量法およびレーザ誘起蛍光法が、従来提案されている。ここで、静電容量法は、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隙間の静電容量を計測することによって、その隙間に形成された潤滑油の油膜の膜厚を計測するものである。またレーザ誘起蛍光法（Laser induced fluorescence）は、エンジンシリンダ壁面に挿入された光ファイバからピストンリング摺動面へ光を照射し、この照射を受けた、潤滑油中の蛍光剤の発光する光の強さを計測し、当該光の強さに基づいて、シリンダライナの壁面とピストンリング摺動面との間に形成される油膜の膜厚を計測するものである。そして、静電容量法を用いた膜厚計測に関する技術が特許文献１に、またレーザ誘起蛍光法を用いた膜厚計測に関する技術が特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開２００７−１０７９４７号公報
【特許文献２】特開２００６−３３７１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の静電容量法を用いた膜厚計測の方法では、膜厚が厚くなると十分な静電容量の検出ができないために、膜厚が薄くなるピストンリング摺動面以外の他のピストン壁面（例えば２つのピストンリングの間におけるピストンの壁面など）までの膜厚の計測を行なうことができなかった。またレーザ誘起蛍光法を用いた膜厚計測の方法では、ピストンリングの摺動面やそれ以外のピストンの壁面までの膜厚を計測可能であるが、それらピストンリングの摺動面やそれ以外のピストンの壁面を背面とした反射率の影響が大きく、シリンダライナからピストンリング摺動面やピストンの壁面までの間に潤滑油がない状態が発生した場合には潤滑油内部の蛍光剤の発光する光の強さを計測できず、これにより、ピストンリング以外の部位の膜厚を精度良く計測することができなかった。
【０００４】
そこでこの発明は、精度良く、シリンダライナとピストンとの間における油膜の膜厚を精度良く計測することのできる膜厚計測装置及び方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、ピストンの壁面とシリンダライナの壁面との間の潤滑油膜の膜厚を計測する膜厚計測装置であって、膜厚計測センサを用いて静電容量方式により前記膜厚を計測する静電容量方式処理部と、前記膜厚計測センサを用いてレーザ誘起蛍光法により前記膜厚を計測するレーザ誘起蛍光方式処理部と、前記ピストンにおけるピストンリング摺動面と前記シリンダライナの壁面との間の膜厚については前記静電容量方式により計測された膜厚データを選択し、前記ピストンにおけるピストンリング摺動面と前記シリンダライナの壁面との間以外の前記ピストンの壁面とシリンダライナの壁面との間の膜厚については前記レーザ誘起蛍光法により計測された膜厚データを選択する膜厚データ選択手段と、を備えることを特徴とする膜厚計測装置である。
【０００６】
また本発明は、上述の膜厚計測装置において、前記潤滑油の温度を計測する温度計測手段を備え、前記レーザ誘起蛍光方式処理部は、前記潤滑油中に照射した光の前記潤滑油中の蛍光剤の散乱光を、光電変換および電流電圧変換を行なって電圧値を取得し、当該電圧値を前記温度に応じて補正し、当該補正後の電圧値に応じた膜厚を算出することを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、ピストンの壁面とシリンダライナの壁面との間の潤滑油膜の膜厚を計測する膜厚計測方法であって、前記ピストンにおけるピストンリング摺動面と前記シリンダライナの壁面との間の膜厚については静電容量方式により計測された膜厚データを選択し、前記ピストンにおけるピストンリング摺動面と前記シリンダライナの壁面との間以外の前記ピストンの壁面とシリンダライナの壁面との間の膜厚については前記レーザ誘起蛍光法により計測された膜厚データを選択することを特徴とする膜厚計測方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、静電容量方式処理部と、ＬＩＦ方式処理部のうちの、計測精度の高い値と思われるデータを出力値とすることで、精度良く、シリンダライナとピストンとの間における油膜の膜厚を計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態に係る膜厚計測装置及び方法を図面を参照して説明する。
図１は本実施形態に係る膜厚計測装置の構成を示すブロック図である。
この図で示す膜厚計測装置には、静電容量方式による膜厚計測を行なう静電容量方式処理部１０と、ＬＩＦ（Laser induced fluorescence）方式による膜厚計測を行なうＬＩＦ方式処理部２０とを有している。そして、静電容量方式処理部１０は信号変換器１１を備えている。またＬＩＦ方式処理部２０はＨｅ−Ｃｄ（ヘリウム−カドミウム）レーザ発信部２１、減衰フィルタ２２、ファイバソースカプラ２３、ファイバカプラ２４、ファイバコリメータ２５、ＢＰＦ２６、ＰＭＴ２７、Ｉ／Ｖアンプ２８を備えている。また静電容量方式処理部１０およびＬＩＦ方式処理部２０に共通して信号処理部（膜厚データ選択手段）３１、膜厚計測センサ部３２、温度センサ部３３、エンコーダ３４が備えられている。
【００１０】
図２は、膜厚計測装置とピストンとの関係を示す図である。
この図が示すように膜厚計測装置の膜厚計測センサ部３２は、エンジン等のピストンのシリンダライナ内に挿入されるものである。そして、ピストンとシリンダライナの面の隙間における潤滑油の油膜の膜厚を計測する。
【００１１】
図３は膜厚計測センサ部の構造を示す図である。
膜厚計測センサ部３２は、上述したようにエンジンシリンダのシリンダライナ内に挿入されるものであり、アース３２１、絶縁体３２２、電極３２３、光ファイバ３２４、熱電対３２５から構成されている。なお図１に示す温度センサ部３３は、図２に示す熱電対３２５に相当する。そして電極３２３は信号変換器１１に接続されており、また光ファイバ３２４はファイバカプラ２４に接続されている。
【００１２】
そして、膜厚計測装置においては、信号処理部３１が膜厚計測センサ部３２に定電流を供給することによって、電極３２３とピストンリングの摺動面の隙間の静電容量に対して充電を行う。そして信号変換器１１が静電容量の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信号処理部３１へ出力する。
【００１３】
また膜厚計測装置においては、信号処理部３１の制御に基づいて、Ｈｅ−Ｃｄレーザ発信部２１がＨｅ−Ｃｄレーザ光を発信する。減衰フィルタ２２はレーザ光の光強度を減衰させ、またファイバソースカプラはレーザ光を光ファイバに入射させるためのものである。そして、ファイバカプラ２４から送出されたレーザ光は膜厚計測センサ部３２で射出される。また潤滑油中の蛍光剤による散乱光を膜厚計測部センサ部３２で取得し、その光を、光ファイバ３２４、ファイバカプラ２４を介したファイバコリメータ２５で取得する。ファイバコリメータ２５は受信した光を平行光に補正し、ＢＰＦ（Band-pass filter）２６が受信した光以外の余計な帯域の光を除去し、ＰＭＴ（光電子増倍管）２７が光電変換により電流に変換し、Ｉ／Ｖアンプ２８が電圧に変換して信号処理部３１へ出力する。また温度センサ部３３が電極３２３とピストンリングの摺動面の隙間の温度を計測する。またエンコーダ３４は、９０度位相がずれているＡ相とＢ相の信号を信号処理部３１へ出力する。なお９０度の位相ずれにおいてＡ相が先であれば、ピストンリングによるエンジン回転が正転しており、Ｂ相が先であれば逆転していることが判定できる。またＺ相はピストンの１周期の信号を信号処理部３１へ出力するものである。信号処理部３１はＺ相の信号により回転数等を計測する。
【００１４】
図４は静電容量方式処理部による膜厚の計測結果を示すグラフである。
図５はＬＩＦ方式処理部による膜厚の計測結果を示すグラフである。
信号処理部３１は、静電容量方式処理部１０からは、図４で示す計測結果を得ることができ、またＬＩＦ方式処理部２０からは、図５で示す計測結果を得ることができる。ここで、静電容量方式による膜厚計測の方法では、膜厚が厚くなると十分な静電容量の検出ができないために、膜厚が薄くなるピストンリング摺動面以外の他のピストン壁面（例えばピストンリングの間の壁面など）までの膜厚の計測を行なうことができない。またＬＩＦ方式による膜厚計測の方法では、ピストンリングの摺動面やそれ以外のピストンの壁面までの膜厚を計測可能であるが、それらピストンリングの摺動面やそれ以外のピストンの壁面を背面とした反射率の影響が大きく、シリンダライナからピストンリング摺動面やピストンの壁面までの間に潤滑油がない状態が発生した場合には潤滑油内部の蛍光剤の発光する光の強さを計測できず、これにより、ピストンリング以外の場所の膜厚を精度良く計測することができない。従って、信号処理部３１は、ピストンリング摺動面との間の膜厚については、静電容量方式処理部１０から得られた膜厚の計測結果を選択し、それ以外の膜厚についてはＬＩＦ方式処理部２０から得られた膜厚の計測結果を選択する。
【００１５】
信号処理部３１は、信号変換器１１から入力された信号および、Ｉ／Ｖアンプ２８から入力された信号に基づいて、クランク角度に応じた油膜の膜厚を記憶部に記録していく。そして、図４および図５で示した計測結果のグラフを出力できるだけの膜厚のデータを記録する。そして、信号処理部３１は、ある程度のデータが記憶部に記録できると、静電容量方式処理部１０で得られた計測結果と、ＬＩＦ方式処理部２０で得られた計測結果とに基づいて、計測結果の最適値を出力する。ここで、計測結果の最適値は、ピストンリング摺動面との間の膜厚については、静電容量方式処理部１０から得られた膜厚の計測結果を選択し、それ以外の膜厚についてはＬＩＦ方式処理部２０から得られた膜厚の計測結果を選択する。従って、信号処理部３１は、図４および図５の結果から、ピストンリング摺動面との間の膜厚については、静電容量方式処理部１０から得られた膜厚の計測結果を読み取り、また、それ以外のピストンの位置の膜厚についてはＬＩＦ方式処理部２０から得られた膜厚の計測結果を読み取り、計測結果の最適値として、クランク角度に応じた膜厚を記憶部へ記録していく。
【００１６】
ここで、静電容量方式処理部１０から得られた膜厚の計測結果におけるピストンリング摺動面との間の膜厚のデータは、クランク角度と膜厚とで得られる図４の線の傾きが急激に変化した位置を検出し、その検出位置の前後の対の間の膜厚が、ピストンリングを示す膜厚であるとして、そのクランク角度においては静電容量方式処理部１０から得られた膜厚の計測結果を読み取る。そして、それ以外のクランク角度においてはＬＩＦ方式処理部２０で得られた計測結果を読み取る。または、静電容量方式処理部１０から得られた膜厚の計測結果を選択する処理の他の手法としては、クランク角度に応じて、予めどのクランク角度がピストンリング摺動面に対応するかを記憶しておき、そのクランク角度と一致した場合に、そのクランク角度においては静電容量方式処理部１０から得られた膜厚の計測結果を読み取るようにしてもよい。その他、静電容量方式処理部１０から得られた膜厚の計測結果を選択する処理は色々考えられるが、どのような方法で静電容量方式処理部１０から得られた膜厚の計測結果を選択するようにしてもよい。なお、図４および図５においては、４つのピストンリングが取り付けられた、ピストンとシリンダライナの間の膜厚を示している。
【００１７】
図６は計測結果の最適値の膜厚を示すグラフである。
この図６のグラフにおいては、ピストンリング摺動面との間の膜厚については、静電容量方式処理部１０から得られた膜厚の計測結果が出力され、また、それ以外のピストンの位置の膜厚についてはＬＩＦ方式処理部２０から得られた膜厚の計測結果が出力された例を示している。そして、このような静電容量方式処理部１０と、ＬＩＦ方式処理部２０の計測精度の高い値を出力値とすることで、精度良く、シリンダライナとピストンとの間における油膜の膜厚を計測することができる。
【００１８】
なお、上述の実施形態においては、ＬＩＦ方式処理部２０の制御において照射するレーザ光がＨｅ−Ｃｄレーザであるとしたが、これ以外にも半導体レーザを用いるようにしても良い。その場合、潤滑油中の蛍光剤の吸収波長が異なるので、レーザ光の波長に応じた蛍光剤を潤滑油中に含ませる必要がある。または、散乱光の強度が変化するために、どの強度でどの程度の膜厚であるかを予め測定してデータを記憶させる必要がある。本実施形態において潤滑油にはクマリン６という蛍光剤を用いられている。
【００１９】
図７は潤滑油の温度と蛍光剤によって散乱する光の蛍光強度の関係を示す図である。
この図で示すように、潤滑油の温度が高くなると、蛍光剤によって散乱する光の蛍光強度が低くなるものがある。その場合は、温度センサ部３３で取得した温度に応じて、蛍光剤によって散乱する光の強度から得られた電圧値を補正することが必要となる。つまり、温度センサ部３３におおいて、潤滑油の温度を計測する。そして、ＬＩＦ方式処理部２０では、散乱光の強度に基づいて、光電変換および電流電圧変換を行なって得られた電圧を、温度に応じて補正する。例えば温度が高くなると、蛍光剤がより強く反射する際の光の強度に応じた電圧へと補正する。そしてその補正後の電圧値に基づいて膜厚を算出する。
【００２０】
図８はピストンリングの摺動面やそれ以外のピストンの壁面等の背面の反射率と光の蛍光強度の関係を示す図である。
この図で示すように、ピストンリングの摺動面やそれ以外のピストンの壁面等の背面の反射率が大きいほど蛍光強度は強くなる。従って、反射率に応じて、蛍光剤によって散乱する光の強度を補正することが必要となる。
【００２１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述の処理によれば、静電容量方式処理部１０と、ＬＩＦ方式処理部２０のうちの、計測精度の高い値と思われるデータを出力値とすることで、精度良く、シリンダライナとピストンとの間における油膜の膜厚を計測することができる。
【００２２】
上述の信号処理部は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した信号処理部における処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００２３】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】膜厚計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】膜厚計測装置とピストンとの関係を示す図である。
【図３】膜厚計測センサ部の構造を示す図である。
【図４】静電容量方式処理部による膜厚の計測結果を示すグラフである。
【図５】ＬＩＦ方式処理部による膜厚の計測結果を示すグラフである。
【図６】計測結果の最適値の膜厚を示すグラフである。
【図７】潤滑油の温度と蛍光強度の関係を示す図である。
【図８】背面の反射率と光の蛍光強度の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０・・・静電容量方式処理部
２０・・・ＬＩＦ方式処理部
１１・・・信号変換器
２１・・・Ｈｅ−Ｃｄレーザ発信部
２２・・・減衰フィルタ
２３・・・ファイバソースカプラ
２４・・・ファイバカプラ
２５・・・ファイバコリメータ
２６・・・ＢＰＦ
２７・・・ＰＭＴ
２８・・・Ｉ／Ｖアンプ
３１・・・信号処理部
３２・・・膜厚計測センサ部
３３・・・温度センサ部
３４・・・エンコーダ
【図１】
2009281970.tif 000003
【図２】
2009281970.tif 000004
【図３】
2009281970.tif 000005
【図４】
2009281970.tif 000006
【図５】
2009281970.tif 000007
【図６】
2009281970.tif 000008
【図７】
2009281970.tif 000009
【図８】
2009281970.tif 000010