(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査期間中に流体中の汚染物質レベルを検査する装置において、
検査対象である加圧流体源と、
流体溜まりと、
前記検査期間の当初は閉塞汚染物質が事実上存在せず、前記加圧流体源から流体流が供給されるようになされ、かつ、前記流体流中の汚染物質によって次第に閉塞されるような構成、配置になっている検査通路と、
その容積が最小値と最大値との間で可変であるチャンバを形成する装置とを有し、さらに、
前記チャンバの容積を膨張させるために、前記検査通路を通過した流体を前記チャンバに向かわせるように配置された第一の状態と、前記チャンバの容積を縮小させるために、前記検査通路を通過した流体を前記流体溜まりに向かわせるとともに、前記チャンバ内流体の前記流体溜まりへの流れを許容するように配置された第二の状態とを有する弁と、
前記チャンバを選択的に付勢して縮小させる戻し機構と、
前記チャンバの容積を測定する位置検出装置と、
前記弁および前記戻し機構を作動させて、前記検査期間中、前記チャンバを周期的に反復して膨張、縮小させる制御器と、
前記検査通路を通過する流体流が前記チャンバを第１容積から第２容積に増加させるために必要な時間を測定するタイマーとを有し、
それにより、前記チャンバの各連続周期の間に前記検査通路を通る流量を計算できるようになされている、流体中の汚染物質レベルを検査する装置。
【請求項２】
前記流体中の汚染物質レベルを、最初の前記周期の間に前記検査通路を通過する最初の流量の計算値と、この流量を所定の最小値に減少させるために必要な周期数との関数として決定できるようになっている請求項１に記載された流体中の汚染物質レベルを検査する装置。
【請求項３】
前記流体中の汚染物質レベルを、所定数の周期の最後の周期の間に前記検査通路を通過する最後の流量の計算値に対する、最初の周期の間に前記検査通路を通過する最初の流量の計算値の比の関数として決定できるようになっている請求項１に記載された流体中の汚染物質レベルを検査する装置。
【請求項４】
前記最初の流量が、前記最後の流量を求めた直後に試験シーケンスを再開することによって求められる請求項３に記載された流体中の汚染物質レベルを検査する装置。
【請求項５】
前記検査通路が環状横断面を有する請求項１に記載された流体中の汚染物質レベルを検査する装置。
【請求項６】
前記チャンバを形成する装置が、シリンダに対してシール状態で摺動するように配設されたピストンを有する請求項１に記載された流体中の汚染物質レベルを検査する装置。
【請求項７】
前記弁がリリーフ弁である請求項１に記載された流体中の汚染物質レベルを検査する装置。
【請求項８】
前記戻し機構が流体動力式である請求項１に記載された流体中の汚染物質レベルを検査する装置。
【請求項９】
前記制御器が、前記検査通路を通過する流れの作用により周期的に前記チャンバを膨張、縮小させる請求項１に記載された流体中の汚染物質レベルを検査する装置。
【請求項１０】
前記検査期間の開始前に、前記検査通路から汚染物質が洗浄除去される請求項１に記載された流体中の汚染物質レベルを検査する装置。
【請求項１１】
最初の流量および最後の流量を求めるため前記検査通路を通過した流体を前記チャンバに向かわせるように作動させられ、前記最初の流量と前記最後の流量の比の関数として前記流体中の汚染物質レベルが決定できるようになっている請求項４に記載された流体中の汚染物質レベルを検査する装置。
【請求項１２】
最初の流量を求めるため前記流体を前記チャンバに向かわせ、前記流体を前記流体溜まりに所定期間向かわせ、最後の流量を求めるためその後再び前記流体を前記チャンバに向かわせるように順次に作動させられ、前記最初の流量と前記最後の流量の比の関数として前記流体中の汚染物質レベルが決定されるようになっている請求項１に記載された流体中の汚染物質レベルを検査する装置。
【請求項１３】
検査期間中に流体中の汚染物質レベルを検査する方法において、
検査対象である加圧流体源と、
流体溜まりと、
前記検査期間の当初は閉塞汚染物質が事実上存在せず、前記加圧流体源から流体流が供給されるようになされ、かつ、前記流体流中の汚染物質によって次第に閉塞されるような構成、配置になっている検査通路と、
その容積が最小値と最大値との間で可変であるチャンバを形成する装置とを有
する装置を使用するとともに、
（ａ）前記検査期間中に、汚染された流体を連続して前記検査通路を通過させる段階と、
（ｂ）前記検査通路を通過する前記流体流を前記チャンバーに向かわせ、前記チャンバーの容積を膨張させる段階と、
（ｃ）第一の流量の測定のために前記チャンバーが膨張する間の、前記チャンバーの容積変化の時間速度を測定する段階と、
（ｄ）前記検査通路を通過する前記流体流を、前記流体溜まりへ再び向かわせる段階と、
（ｅ）前記チャンバーの容積を縮小させる段階と、
（ｆ）前記検査期間中に、前記段階（ｂ）から段階（ｄ）までの段階を少なくとも一回繰返すことにより、前記検査期間中に前記検査通路が次第に閉塞される間の少なくとも一連の流量の測定値を提供する各段階とを含み、
それによって、前記流量の測定値の関数として、前記流体中の汚染物質レベルを決定するための、流体中の汚染物質レベルを検査する方法。
【請求項１４】
前記流体中の汚染物質レベルを、前記検査期間中の二つの流量の測定値の比の関数として決定する請求項１３に記載された流体中の汚染物質レベルを検査する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広義の概念で言えば、流体動力装置に係わり、具体的には、装置の流体中に含まれる微粒子状汚染物質の量を測定する改良されたセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
汚染された流体は、油圧制御システムで使用されるポンプ、弁およびアクチュエータの誤作動あるいは壊滅的損傷を発生させることがある。多くの航空機用燃料システムは、サーボを基本とした技術を使用し、汚染が危険な故障につながることがある。これらが、典型的には、「全損」システム（total loss system）であるという事実によって事態を悪くしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
流体の清浄度は、監視が難かしい。ガスタービンおよび蒸気タービンのような高価値プラントおよび機械類用潤滑油システムは、大きな損害および生産損失を防止すべき場合には、極めて高い基準に維持する必要がある。油の清浄度を監視する在来の方法は、不便かつコスト高であり、その結果は、かなり遅れて判明することが多い。
【０００４】
流体動力システムの各種要素の汚染感度は、かなり良く確立されている。ポンプおよびモータの場合、ほとんどの損傷を発生させる臨界範囲の微粒子サイズがある。しかし、サーボ弁は、弁スプールのランド部にぶつかって、その周りに蓄積する数ミクロンという小さな微粒子のために、誤作動および加速的摩耗を受けることがある。これらの潜在的な故障形態は、サーボ弁に組込まれた特定の構造上の特徴によって、取組まれかつ警戒されている。システム内の他の構成部品についても同様である。しかし、経験によれば、流体の清浄度と流体が使用されるシステムの信頼性との間には依然として強い相関関係がある。
【０００５】
流体、濾過および部品設計の進歩が改善につながっている。その結果、安定した油圧システムは概ね信頼性があるが、パラメータが変わると問題が発生する。例えば、ポンプが故障して、無数の破片をシステム内に送りこむことがある。流体は過熱し、多数の硬質微粒子を形成することがある。タンクに加えられる新しい潤滑油は、考えていたほどには清浄でないことがある。燃料油（例えば、航空機燃料）は、システム内を再循環せず、したがって、種々のフィルタを順次通過する機会がない。このような事態は、十分に設計されたシステムにおいても大損害をもたらすことがあり、性質上、予見不能かつランダムであるために、予測できない態様でプラントおよび安全の両者を危険にさらすことになるだろう。
【０００６】
従来から、清浄度は、流体のサンプルを取り、サンプル中の汚染物質微粒子の数とサイズを評価することによって監視されている。これは、手動で（例えば、顕微鏡を用いて）、あるいは、自動的に（例えば、通常の場合、ある種の遮光技術を用いて）行うことができる。両技術は、本質的に、実験室的手法である。これらの器具の大半は携帯型で、検査対象である流体システム（装置）に直接接続できる場合もあるが、恒久設置するほど十分に小さくまたは頑丈なものは考えられていない。
【０００７】
したがって、高価値および／または安全性の重要な装置に恒久的に設置するための小さく、頑丈で適切である汚染物質センサに対する需要があると考える。これらの特徴を潜在的に有するシステムは、過去に複数の人によって開発されているが、必要な流れ測定ピストンの必要サイズのために、依然として不適切なほど大きい。本願明細書に示した新規な装置は、ピストンサイズを大幅に減少することのできる新規な技術を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、検査期間中に流体中の汚染物質質量を検査する装置の改良を行なうものであり、この装置は、検査対象である加圧流体源と、流体溜まりと、検査期間の当初は閉塞汚染物質が事実上存在せず、加圧流体源から流体流が供給されるようになされ、かつ、流体流中の汚染物質によって次第に閉塞されるような構成、配置になっている検査通路と、その容積が最小値と最大値との間で可変であるチャンバを形成する装置とを有する。この改良点を広義の概念で言えば、前記チャンバの容積を膨張させるために、検査通路を通過した流体を前記チャンバに向かわせるように配置された第一の状態と、前記チャンバの容積を縮小させるために、検査通路を通過した流体を流体溜まりに向かわせるとともに、前記チャンバ内流体の流体溜まりへの流れを許容するように配置された第二の状態とを有する弁と、前記チャンバを選択的に付勢して縮小させる戻し機構と、前記チャンバの容積を測定する較正センサと、前記弁および戻し機構を作動させて、検査期間中、前記チャンバを周期的に反復して膨張、縮小させる制御器と、検査通路を通過する流体流が前記チャンバを第１容積から第２容積に増加させるために必要な時間を測定するタイマーとを、流体中の汚染物質量を調べる装置に配設し、もって、前記チャンバの各連続周期の間に前記検査通路を通る流れの量を計算できるようにすることである。
【０００９】
流体中の汚染レベルは、最初の周期（サイクル）の間に検査通路を通過する流れの量と、この流量を所定の最小値に減少させるために必要な周期数との関数として定めることができる。検査通路は、弁スプールの対向面と弁装置胴部材（ボデイ）に装着された円筒形ブッシュとの間で形成されるような環状横断面を有することができる。前記チャンバを形成する装置は、シリンダに対してシール状態で摺動するように配設されたピストンを有することができる。前記弁は、リリーフ弁であってよい。戻し機構は、流体動力式であってよく、制御器は、検査通路を通過する流れの量の関数として周期的に前記チャンバを膨張または縮小させることができる。
【００１０】
したがって、本発明は、流体が収容される装置（システム）に配設または恒久的に組み付けることができ、付帯する流体装置（システム）で遭遇する可能性のある検査通路をそっくりにシミュレートし、装置（システム）を通過する流れに対する汚染物質の影響をシミュレートし予測することのできる改良された流体汚染物質検出装置を提供する。
【００１１】
前記利点およびその他の利点は、本明細書の説明、図面および特許請求の範囲の記載から明らかであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
初めに、本明細書中、左、右、上あるいは下のように方向を表す表現が使われている場合には、単に図面を見た時の方向を意味し、また、「内側」、「外側」は、軸線またはその延長線、あるいはまた、回転軸線に対する面の向きを指す。
【００１３】
図１を見ると、改良された流体汚染物質センサの全体が符号２０で示されている。センサ２０は、広く、ソレノイド作動洗浄弁（フラッシュ弁）２１と、汚染物質検出スプール弁２２と、流れ測定ピストン２３と、リサイクル弁２４とを含む。適当な発出源からの不知の汚染物質を含む加圧流体が、供給圧Pｓとして装置（システム）に供給される。供給圧は、ライン２５を経て洗浄弁に加わり、ライン２６を経てリサイクル弁に加わる。ライン２６には、絞りオリフィス２８が配設されている。洗浄弁２１およびリサイクル弁２４は、電気作動２位置ソレノイド型弁であり、図１では非励磁状態で示されている。
【００１４】
汚染物質検出弁２２は、弁装置胴部材内をシール状態で摺動するように配設された弁スプールを有する。この弁は、右側のシールされたランド部２９と、左側のシールされたランド部３０と、内側に向いた弁装置胴部材またはブッシュ表面に対して近接状態で配設された非シール状態の中間シルティング（silting）ランド部３１とを有する。ばね３２が、弁スプールの左端チャンバ内に配設されて、弁装置胴部材と弁スプールとの間で働く。このばねは、弁スプールの右端面から右側へ突出する小隆起３３が右端チャンバの左側に向いた端壁に当接するまで、弁スプールを絶えず付勢して弁装置胴部材に対して右側に動かすように働く。
【００１５】
ライン２６の供給圧Pｓは、ライン３４を経て中間シルティングランド部３１と右ランド部２９との間の環状スペースにも作用する。発出源からくる汚染された流体は、中間シルティングランド部３１と対向した弁装置部材面との間に形成された環状オリフィス４８を通って、中間シルティングランド部３１と左ランド部３０との間の環状チャンバ内に流れることができる。このチャンバは、リリーフ弁３６を含む管路３５を介して戻り圧力の流体溜まりRと連通する。ライン３５の流体は、ライン３８を経て、流れ測定ピストンシリンダ組立体２３の右端チャンバ４７に供給される。流れ測定ピストンシリンダ組立体は、シリンダ４０内をシール状態で摺動するように装着されたピストン３９を含む。この流れ測定シリンダ組立体の左端チャンバは、ライン４１を介して、リサイクル弁に連通し、リサイクル弁は、ライン４２を介して洗浄弁２１に連通する。ライン４３は、洗浄弁２１を検出弁２２のスプール右端チャンバに連通する。ライン４２は、ライン４５を介して流体帰還溜まりRに連通する。ライン４６は、スプール左端チャンバをライン４５に連通する。
【００１６】
シリンダ４０に対するピストン３９の位置は、線形可変差動変成器（LVDT）４４のような位置検出装置で連続的に監視される。
【００１７】
次に、改良された装置の作用について説明する。
【００１８】
まず、リサイクル弁２４および洗浄弁２１の両者は、図示のとおり非励磁状態にあり、したがって、これらの弁を通ったPsからの流れは、阻止されると仮定する。この状態で、源Psからの汚染された加圧流体は、ライン２６および３４を介して中間シルティングランド部３１の右側の環状チャンバに、ここから環状検査通路４８を通って、リリーフ弁３６を介して帰還溜まりに流れる。しかし、リリーフ弁３６は、ボールを閉位置に付勢するばねを有し、弁を通過する流れは、僅かに上昇した背圧を形成する。したがって、リサイクル弁２４が非励磁状態にされて、流れ測定弁２３の左端チャンバが連通ライン４１、４５を介して帰還溜まりに連通するときに、差圧により、ライン３５の流体は、帰還溜まりに流れることなく、流れ測定シリンダ組立体の右端チャンバ４７内に流れる。ピストン３９を横切る差圧は、流れ測定ピストン３９を左側に駆動する。このピストンの位置は、ライン４９を介して制御器５０に電気信号を提供するLVDT４４によって連続的に監視される。制御器は、出力信号を、ライン５１、５２のそれぞれを介してリサイクル弁および洗浄弁に与える。
【００１９】
流れ測定ピストンが、そのストローク端に向かって左側に動いたときに、制御器５０は、リサイクル弁のソレノイドをその他の位置に励磁する。この状態で、発出源からの供給圧は、ライン２６を介して、いま接続されたライン２６および４１を介して流れ測定ピストンの左端チャンバに流れる。この圧力により、流れ測定ピストンは、右側に動き、左端チャンバ４７の流体を、ライン３８およびリリーフ弁３６を通って帰還溜まりに排出する。これにより、ライン３５の圧力は、上述の僅かに上昇した背圧まで増加する。この背圧は、検査通路４８を横切る圧力低下と比して非常に小さいために、中間シルティングランド部３１を横切る圧力低下は大きな減少ではない。したがって、汚染流体の流れまたは閉塞速度に大きな変化はない。流れ測定ピストンが右側に十分に移動すると、制御器５０は、リサイクル弁２４のソレノイドを非励磁状態にし、リサイクル弁が図示した位置に戻るのを可能とする。この構成において、オリフィス４８を通過する流体は、管路３５，３８を介して再び流れて、チャンバ４７に流入しかつ流れ測定ピストンを左側に駆動し、左端チャンバの流体をいま接続された管路４１、４５を経て帰還溜まりに排出する。したがって、制御器５０が、作動して、流れ測定ピストンを前後に揺動させ、これにより、チャンバ４７の容積を周期的に膨張収縮することができる。タイマー５８が、これらの揺動の時間を連続的に検出するために配置される。したがって、オリフィス４８が流体中の汚染物質の存在によって漸次閉塞されるようになるときに、チャンバ４７の容積を第１容積から第２容積に増すために必要な時間は、漸次増加する。これは、漸次閉塞されるオリフィス４８を通る流れの減少を反映する。
【００２０】
この装置は、オリフィス４８を通る流れが、検査を停止することができる所定の最小値ならびに当初の流れおよび最後の流れの値および検査中の周期数（サイクル数）から計算された汚染レベルに達したことをサイクル時間が示すまでこの態様で周期的に作動する。
【００２１】
検査は、閉塞された通路をきれいにし、検査周期を繰返すことによって、再開することができる。これを達成するために、制御器は、洗浄弁２１のソレノイドに適切な信号を送る。これにより、洗浄弁は、他の位置に移動し、これは、いま連通しているライン２５，４３を介して供給圧を検出スプール右端チャンバに提供する。これは、検出スプールをその弁装置部材内で左側に駆動し、ばね３２の対抗する付勢力を克服する。中間シルティングランド部３１を弁装置部材の大径部５３に移動することによって、前の周期からの蓄積された汚染物質により生じた閉塞物が除去され、戻り圧力に向かって洗浄（フラッシュ）されるのが許容される。したがって、洗浄弁は、作動して、オリフィス４８からほぼ全ての汚染物質を除去し、かつ、装置を次の一連の周期的流れ測定可能状態とする。
【００２２】
環状間隙の検査オリフィスを通る流れは、流体温度に依存するが、この効果は、流れの絶対値ではなく、測定流の当初の値と最後の値との比を計算の基礎とし、更に、温度が一定するように測定時間を比較的短く保つことによって、汚染レベルの計算から実質上排除される。この時間を最小に減少するために、代りの検査手順を設定して最後の流れの時間を定め、その後、検査オリフィスをフラッシュし、検査を再開して当初の流れの時間を求めることができる。
【００２３】
本発明は、多くの変形が可能である。例えば、装置は、２位置ソレノイド作動弁を含むものが概略的に図示されているが、この弁構成は、所望のように容易に変更もしくは修正可能である。改良されたセンサの種々の部材の構造および作用は、所望のように変更もしくは修正可能である。添付図面は、複数の請求項によって規定された必要な機能を達成することができる構造を制限することを予定せずに、改良されたセンサの作用原理を示すために用いられていることは明瞭に理解されなければならない。
【００２４】
したがって、改良された汚染物質センサの現在の好ましい形態を図示しかつ説明し、幾つかのその修正について説明したが、特許請求の範囲で定義されかつ把握される本発明の精神から逸脱することなく、各種の変更および修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による流体汚染物質検出装置の好適例の概略ブロックダイアグラム。
【符号の説明】
２０  センサ
２１  洗浄弁
２２  スプール弁
２３  流れ測定ピストン
２４  リサイクル弁
２５，２６，３４，３５，３８，４１，４５，４６，４９，５１，５２  ライン
２９，３０  ランド部
３１  中間シルティングランド部
３２  ばね
３３  ナブ
３５  管路
３６  リリーフ弁
３９  ピストン
４０  シリンダ
４４  線形可変差動変成器
４７  右端チャンバ
４８  環状オリフィス
５０  制御器
５３  タイマー
５８  大径部
【図１】
0003827975.tif 000002