JPH0317090B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、オイルミスト濃度測定用の装置に関
する。 近年、コンプレツサー及びスターリングエンジ
ン等の密封往復機関においては、ピストンが嵌装
されるシリンダーを、ピストンの往復運動をシリ
ンダー外に伝達するガイドロツドに対して密封す
るようシール部が設けられ、そのシール部にオイ
ルを用いているものがある。このため、シール部
から漏れたオイルが霧状に呈してシリンダー内を
汚染し、ピストンの往復運動に支障をきたすとい
う問題があつた。よつて、シリンダー内のオイル
ミスト濃度をピストンの往復運動中に測定する必
要性が生じている。 ところが、従来の測定装置は、例えばピエゾバ
ランス粉じん計のように、オイルミスト測定用の
センサーとして圧電素子を用いていた。このた
め、圧力が変動するシリンダー内に配置して、直
接、オイルミスト濃度を測定することができな
い。つまり、シリンダー内のガスをサンプリング
して圧力一定とした後にシリンダーとは別室にお
いて間接的に測定するものである。よつて、測定
精度が得られなく、しかも、サンプリング用の配
管を要するから測定装置の大型化も避けられない
という欠点があつた。 そこで本発明は、オイルミスト濃度測定におい
て、電磁波を用いることにより、シリンダー内の
オイルミスト濃度を直接測定可能として、上記欠
点の解消することを目的とする。 従つて、本発明によれば、シリンダー内オイル
ミスト中での電磁波の変化に応じてオイルミスト
濃度を測定する。 よつて、シリンダー内の圧力変動に影響される
ことはなく、直接、シリンダー内のオイルミスト
濃度を測定できる。 しかも、電磁波はアンテナからシリンダー内の
広い空間にわたつて放射されるため、シリンダー
内全域に関する平均値としてオイルミスト濃度を
測定できる。 よつて、シリンダー内のガスをサンプリングし
てオイルミスト濃度を測定する場合に対して、シ
リンダー内のオイルミスト状態を正確に把握でき
るという効果がある。 以上、本発明による一実施例を図面に基いて説
明する。 第１図は高温高圧のガスのエネルギーを回転力
に変換するスターリングエンジン１０を示す。 シリンダー１１は図示しないものも含めて対称
に４ケ所設けられている。各シリンダー１１内に
は夫々ピストン１２が配置され、その両端に膨張
室１３と圧縮室１４とが形成されている。各膨張
室１３と圧縮室１４は夫々作動ガスの供給源たる
熱交換器１５ａ，１５ｂに連通されている。 各ピストン１２には夫々、ガイドロツド１６が
配設されており、ロツドシール１７を介してシリ
ンダー１１外にピストン１２の往復運動を伝達す
る。ガイドロツド１６にはガイドピストン１８が
接続されており、ガイドシリンダー１９内で摺動
可能に配置されている。各ガイドピストン１８は
回転斜板２０に係合され、この回転斜板２０は回
転軸２１を有している。 以上のように構成されたスターリングエンジン
１０は、熱交換器１５ａ，１５ｂより順次高温高
圧のガスを供給され、各ピストン１２がシリンダ
ー１１内を互いに一定の位相差をもつて周期的に
往復運動する。 この往復運動はガイドロツド１６を介して伝達
され、各ガイドピストン１８も互いに一定の位相
差をもつて往復運動する。よつて、各ガイドピス
トン１８に係合している回転斜板２０は、回転す
ることとなり、回転軸２１を介してこの回転は外
部に伝達される。 ここで、ガイドロツド１６に対して、シリンダ
ー１１を気密に保つロツドシール１７の構成につ
いて第１図に基いて説明する。 ガイドロツド１６のまわりであつて圧縮室１４
側から、順次、ガスシール２６、圧縮室１４と通
じる中間室２５、オイルスクレーバー２２、液体
封入室２３およびオイルシール２４を配し、液体
封入室２３とオイルスクレーバー２２の上部をオ
イルタンク２７を介して連通させていることから
構成されている。 よつて、シールするに当りオイルを用いている
から、液体封入室２３に配されたオイルは、オイ
ルスクレーバー２２、中間室２５、ガスシール２
６を介して圧縮室１４に漏れる恐れがある。この
ため、スターリングエンジン１０では圧縮室１４
内にオイルが霧状を呈して分布することとなる。 次に本発明の要部たるオイルミスト測定装置３
０について第２図および第３図に基いて説明す
る。 オイルミスト測定装置３０は、シリンダ内に気
密的に配置し、電磁波を放射するためのアンテナ
部４０、該アンテナ部を付勢するための発振器部
５０、シリンダ内のオイルミスト量による誘電率
変化を前記アンテナ部４０から放射される電磁波
の変化として検出するための検出手段６０、該検
出手段の出力をオイルミストの濃度として表示す
るための表示手段７０とから成る。 アンテナ部４０は第３図に示す如く、アンテナ
４１が耐熱、耐圧に優れるセラミツクや樹脂など
の絶縁体４２内に埋設されている。該絶縁体４２
は、装着用の金属製ケース４４によつてシリンダ
１１に固定されている。更に前記アンテナ４１の
端子部は、ケース４４に装置されるコネクタ４５
によつて、該アンテナ４１の信号線の一方が、＋
極に、他方がアース側にそれぞれ接続されて成
り、外部測定装置３０とは同軸ケーブル４６によ
つて電気的に接続されている。 以上の構成によるアンテナ部４０において、外
部測定装置内３０の発振器５０から高周波信号が
付勢されると、該アンテナ４１からシリンダ１１
内に電磁波が放射され、該アンテナ４１とアース
極となるシリンダ１１の内壁との間に電磁界が形
成される。該電磁界は前記アンテナ４１から放射
される電磁波の強度すなわち放射電力に比例す
る。 該放射電力は前記電磁波の周波数が、シリンダ
１１の形状によつて決定される共振周波数に一致
している場合には、シリンダ１１内に定在波が形
成され、前記放射電力のほとんどがシリンダ１１
内に吸収される。 しかし、シリンダ１１の共振周波数以外の電磁
波においては、シリンダ１１内での吸収が小さく
なり、前記アンテナ４１から同軸ケーブル４６側
への反射波が大きくなる。 すなわち、前記アンテナ４１からシリンダ１１
内に放射される電磁波の放射電力は、シリンダ１
１内の媒質の特性インピーダンスZ₀
（

【式】で表わされる。）に比例することか ら、媒質すなわちシリンダ１１内のガス成分の誘
電率の大きさによつて変化する。 シリンダ１１内のガス成分はスターリングエン
ジンにおいてはHeガスであり、約1.000065であ
るが、本発明の目的とするオイルミストがシリン
ダ１１内に混入するとオイルミストによる誘電率
の増加によつて、シリンダ１１内の誘電率が変化
し、前記アンテナ４１からの放射電力が変化する
ことになる。 従つて、前記アンテナ４１から放射される電磁
波の周波数が、シリンダ１１の共振周波数もしく
は、任意の周波数に固定された単一の周波数であ
る場合には、アンテナ１１からの放射電力の大き
さを電圧もしくは電流信号の振幅値として検出す
れば、シリンダ１１内のオイルミスト量が測定さ
れる。 更に前記アンテナ４１から放射される電磁波の
周波数が任意に変化しうる同調型の周波数である
場合には、シリンダ１１内にオイルミストが存在
しない場合と、オイルミストが存在する場合とで
は、シリンダ１１内の誘電率が異るため、前記ア
ンテナ１１と、シリンダ１１内の特性インピーダ
ンスによる同調周波数が変化する。 従つて、該同調周波数の変化からシリンダ１１
内のオイルミストの量を測定できる。 以上の構成、機能、作用効果をもたらすアンテ
ナ部４０のアンテナ４１は、第３図に図示したル
ープアンテナ形状のみならず、シリンダ１１の形
状によつて決定される共振周波数もしくは、任意
の周波数の値によつては、ダイポールアンテナや
ヘリカルアンテナが適用できることは云うまでも
ない。 すなわちダイポールアンテナではアンテナ４１
におけるインダクタンス成分を小さくし、前記電
磁波の周波数を高い値に設定する場合、ヘリカル
アンテナではアンテナ４１におけるインダクタン
ス成分を大きくし、前記電磁波の周波数を低い値
に設定する場合に好適となる。 次に発振器５０は、前記アンテナ部４０を付勢
するための高周波信号を発生する発振回路５１か
ら成る。該発振回路５１は、前記シリンダ１１の
形状によつて決定される共振周波数を前記アンテ
ナ４１から放射する場合には、前記共振周波数と
一致した周波数もしくは同等の周波数を発生する
単一周波数発振回路であり、前記アンテナ４１か
ら任意の周波数を放射する場合には、同調型発振
回路の機能を有する。 次に検出手段６０は、前記シリンダ１１内のオ
イルミスト量に応じて、アンテナ４１から放射さ
れる電磁波の変化の度合を検出する変換器６１
と、該変換器６１の出力信号をオイルミスト量に
比例した電気信号にデータ処理するための処理回
路６２とから成る。 前記変換器６１は、アンテナ４１から放射さ
れ、シリンダ１１内のオイルミスト量に応じて変
化する電磁波の強度を検出する場合には、前記発
振器部５０と前記アンテナ部４０とを電気的に接
続している同軸ケーブル４６に流れる電流の大き
さを電磁誘導作用によつて検出するクランプ型の
電流プローブの機能を有する。 もしくは、前記同軸ケーブル４６と発振器部５
０の中間に方向性結合器を挿入し、前記シリンダ
１１内のオイルミスト量に応じて変化する電磁波
のアンテナ４１から反射波の強度を電圧信号とし
て検出する機能を有する。 また処理回路６２は、前記変換器６１の出力信
号から、シリンダ１１内のオイルミスト量を電磁
波の強度変化に対応した電気信号として処理する
場合には、高周波信号を検波し直流信号に変換す
る機能を有する。 更にシリンダ１１内のオイルミスト量を電磁波
の周波数変化として処理する場合には周波数計数
回路の機能を有する。 次に表示手段７０は、前記ガイドピストン１８
のガイドシリンダ１９内上死点を検出する位置セ
ンサ７１と該位置センサ７１の出力を任意時間幅
のパルス信号に変換するためのパルス発生回路７
２とから成るタイミング手段、該パルス発生回路
７２から発生されるパルス信号期間中において、
前記検出手段６０から出力されるオイルミスト量
に比例した電気信号を保持するためのサンプルホ
ールド回路７３、該サンピルホールド回路７３の
出力値を受けて、オイルミスト量が規定値以上に
達したことを判別し、警報信号を発生する警報手
段７４とから成る。 前記タイミング手段における位置センサ７１
は、ガイドシリンダ１９の外周に配置されて、ガ
イドピストン１８が上死点に位置した時、信号を
発生する機能を有し、電磁ピツクアツプや充電ピ
ツクアツプから形成されて成る。 前記パルス発生回路７２は、位置センサ７１の
出力信号を任意の時間幅を有するパルス信号に変
換する機能を有し、オイルミスト量を測定する最
適なタイミングを指標する。 かかる構成・機能を有するタイミング手段にお
いて、オイルミスト量の測定時期を指標するパル
ス信号は、ガイドピストン１８の周期ごとに前記
パルス信号が発生されてもよいし、ガイドピスト
ン１８の複数周期ごとに前記ガイドピストン１８
の上死点近停に同期してパルス信号が発生されて
もよい。更に前記タイミング手段におけるパルス
発生回路１２の機能は、前記ガイドピストン１８
の上死点近停に一致して、一定の時間幅を有する
パルス幅を有するパルス信号としてもよいし、ガ
イドピストン１８の動作速度に比例して、パルス
信号の時間幅を変化させてもよい。 次にサンプルホールド回路７３は、前記タイミ
ング手段から出力されるパルス信号が付勢されて
いる期間内において前記検出手段６０から出力さ
れるオイルミスト量に比例した電気信号の最大値
を保持する機能を有する。該サンプルホールド回
路７３における保持値は、前記タイミング手段か
ら出力されるパルス信号が付勢されるごとに、そ
の内容が更新され、常に測定時におけるオイルミ
スト量の最大値信号が保持される作用を行う。 前記警報手段７４は、前記サンプルホールド回
路７３の出力を受けて、該出力値すなわちオイル
ミスト量が規定値以上に達すると、該規定値を指
標する基準電圧と比較されて警報信号が発生さ
れ、ランプの点灯もしくはブザー等を鳴らす機能
を有する。 以上の構成からなる本発明のオイルミスト濃度
測定装置は、 Γオイルミストを検知するためのアンテナ部４０
は、その構造は極めて簡単であり、小型軽量で
かつ、その劣化はく無いため耐久性に優れてお
り、本実施例の如き、エンジンに通用する場合
に優れた特性をもち、多大な効果を奏する。 Γ更に本発明におけるオイルミスト検知手段は、
電磁波の放射特性を利用していることから、シ
リンダ１１内の圧力変化や温度変化に左右され
ることなく、シリンダ１１内のオイルミストに
よる誘電率変化のみを正確に測定できるという
優れた特徴を有する。 Γ更に本発明の第２図における実施例において
は、表示部７０におけるタイミング手段の作用
によつて、シリンダ１１内のオイルミストの測
定時期を、ガイドピストン１８の上死点近停に
設定することにより、シリンダ１１内圧縮室１
４が最大容積を有した状態で、常時測定してい
る。従つて、シリンダ１１の容積が一定の状態
で測定できることから、該シリンダ１１の最大
容積におけるシリンダ１１の共振周波数に前記
アンテナ４１から放射する電磁波の周波数を一
致させることにより、極めて高い選択度のもと
に、微少なオイルミストを正確に測定できると
云う利点を有する。 以上第２図、第３図にもとづいて説明したオイ
ルミスト濃度測定装置において、 Γ発振器部５０は、常時作動させることはなく、
オイルミスト測定時期の時間内、間欠的に高周
波信号を発生させるようにしてもよい。 Γ更に、該発振器部５０によつて発生させる高周
波信号の周波数は、前記シリンダ１１の上死点
時における共振周波数と同一もしくは同等の周
波数とする場合には、シリンダ１１の容積変化
に伴い、共振周波数が変化するため、前記実施
例の如きタイミング手段が必要となる。しかし
電磁波の周波数をシリンダ１１の容積変化幅に
よつて決定される共振周波数の帯域から、遠く
離れた周波数（例えば１桁以上低い周波数）に
設定すれば、共振条件は存在しなくなるため、
オイルミストの測定時期を限定する必要はな
く、前記タイミング手段は不要となる。この場
合には、アンテナ４１のインダクタンス成分を
任意に設定することにより、該インダクタンス
成分とシリンダ１１内のオイルミストの誘電率
によつて形成されるコンデンサ成分とによつて
決定される同調周波数に設定すればよい。すな
わち、オイルミストの量によつて変化するコン
デンサ成分の変化から、同調周波数の変化もし
くは選択度の変化として検出すれば、微少なオ
イルミストの量を正確に測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はスターリングエンジンを示す断面図、
第２図は本考案によるオイルミスト濃度測定装置
のシステム図、第３図はオイルミスト濃度測定装
置に用いられるアンテナを示す要切拡大断面図を
夫々示す。 １１……シリンダー、３０……ミスト濃度測定
装置、４０……アンテナ、５０……発信器、６０
……検出手段、７０……表示手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気的導体から成る容器内に、該容器とは絶
   縁的に配置され、電磁波を放射するためのアンテ
   ナと、該アンテナを付勢し、前記容器の形状によ
   つて決定される共振周波数に一致した単一周波数
   もしくは同等の単一周波数を発生する発振器と、
   前記容器内のオイルミスト量による誘電率変化を
   前記アンテナから放射される電磁波の強度変化と
   して検出するための検出手段と、該検出手段の出
   力をオイルミスト濃度として表示するための表示
   手段とから成ることを特徴とするオイルミスト濃
   度測定装置。 ２ 電気的導体から成る容器内に、該容器とは絶
   縁的に配置され、電磁波を放射するためのアンテ
   ナと、該アンテナを付勢し、任意の周波数を発生
   する発振器と、前記容器内のオイルミスト量によ
   る誘電率変化を、前記アンテナから放射される電
   磁波の周波数変化として検出するための検出手段
   と、該検出手段の出力をオイルミスト濃度として
   表示するための表示手段とから成ることを特徴と
   するオイルミスト濃度測定装置。 ３ 前記表示手段は、前記容器内の状態によつて
   測定時期を決定するために設けられ、測定タイミ
   ング信号を発生するためのタイミング手段と、前
   記検出手段からの出力信号を前記タイミング信号
   の発生期間内保持するためのサンプルホールド回
   路と、該サンプルホールド回路からの出力信号を
   判別し、前記容器内のオイルミスト量が規定値以
   上になると警報信号を発生する警報手段とから成
   ることを特徴とする前記特許請求範囲第１項又は
   第２項を包含するオイルミスト濃度測定装置。