JPH10142104A

JPH10142104A - 回転系の軸受部異常診断方法

Info

Publication number: JPH10142104A
Application number: JP8330150A
Authority: JP
Inventors: Ryota Nakamura; 良太中村
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1996-11-06
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 1998-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジンのクランク軸等の回転体を支持する
軸受の異常の有無を、高精度で的確に検知することがで
きる診断方法を提供する。【解決手段】超音波センサを回転体の軸受部に圧接し
て、緩速度で回転している回転体の軸受部で発生してい
る超音波出力を検知し、正常な軸受部を表わす臨界的な
基準出力と比較して、異常の有無を判定する。回転体が
複数の軸受部で支持されている場合、単一の超音波セン
サを複数の軸受部は順次移動させて上記判定を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のクラン
ク軸等回転系の軸受部異常診断方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】トラック等車両用多気筒エンジンの生産
工程において、クランクケースにクランク軸を組付ける
場合、同クランクケースの複数の隔壁部に夫々設けられ
た軸受部に、クランク軸の対応するジャーナル部を軸受
メタルを介し装架したのち、各ジャーナル部にメーンベ
アリングキャップをキャップボルトにより緊締して、ク
ランク軸をクランクケースに対し回転自在に取付ける作
業が行なわれている。

【０００３】上記クランク軸組付けに際し、クランク軸
の加工誤差や曲り、キャップボルトの締付け力の過不
足、軸受メタルとクランク軸ジャーナル部との摺動面間
への微細な切削粉の侵入、加工不良その他種々の事由か
ら、クランク軸のクランクケースに対する組付けが適切
に行なわれない場合があり、これを放置したまま製品と
して出荷すると、軸受部の焼着きや軸受メタルの早期摩
耗等大きな故障を起す可能性があるので、通常、クラン
クケースにクランク軸を組付けたのち、手動で又は自動
的にクランク軸を緩速度で回転させて、トルクの大小を
感覚的に確かめると共に、異音の発生の有無を調べて、
クランク軸軸受部の健全性を確認している。

【０００４】しかしながら、クランク軸を緩速で回転さ
せて起動トルク及び回転中のトルクを手動感覚によって
検知することは、作業者毎の個人差が大きく、また同一
の作業者でも体調により感覚が異るので、信頼性が劣る
不具合がある。そこで、電動モータによって、クランク
ケースに組付けられたクランク軸を回転させ、トルクセ
ンサによってトルク値を検知し、良品と不良品とを選別
する方法が試みられているが、良品のトルク値が本質的
に小さく、一方、トルクセンサのトルク検出精度が相対
的に粗いため、良品と不良品とを精度良く選別すること
が難しいという不具合がある。

【０００５】また、クランク軸を手動で回転させなが
ら、異音の発生の有無を検知することは、作業者の聴覚
に個人差が大きいこと、及び種々の騒音、雑音が発生し
ている喧噪なエンジン組立作業現場で、人の可聴音の範
囲内でクランク軸軸受部の健全性を判定することは、本
質的に無理がある、等の理由から、信頼性に欠ける不具
合がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑み創案されたもので、車両用エンジンのクランク軸等
回転系における軸受部の異常の有無を確実かつ容易に、
高い信頼性をもって検知することができる診断方法を提
供することを、主たる目的とするものである。さらに、
本発明は、上記回転系における軸受部の異常の有無を、
安価な設備により低コストで判定することができる診断
方法を提供することを、他の目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、軸受により回転自在に支持された回転体
の軸受部に超音波センサを接触させて上記回転体の回転
状態における超音波センサ出力を検知する第１工程と、
上記超音波センサ出力を予め設定された正常状態を示す
基準出力と比較することによって軸受部の異常の有無を
検知する第２工程とを含むことを特徴とする回転系の軸
受部異常診断方法を提案するものである。上記本発明方
法により、回転系の軸受部に回転体の回転状態において
発生する可聴域を超える高周波の音波を超音波センサに
よって検知し、軸受部の正常時に生起される超音波基準
出力と比較することによって、確実かつ迅速に、軸受部
の異常の有無を診断することができる。

【０００８】本発明方法の実施に際しては、回転体を支
持する複数の軸受に対し、単一の超音波センサを移動さ
せて各軸受毎に上記第１工程及び第２工程を順次実施す
ることが好ましい。この実施方法により、比較的高価な
超音波センサ、及び同センサの出力と上記基準出力とを
比較して軸受部の異常の有無を判別する判別装置の個数
が夫々１個で足り、本発明方法の実施のための設備費及
び運転コストを安くすることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本発明方法の好ましい実施形
態を添付図面について具体的に説明する。図１及び図２
は、回転系の一例として、車両用の４気筒ディーゼルエ
ンジンにおけるクランク軸の軸受部の異常診断に本発明
方法を適用した事例を示したものである。先づ、図１の
側断面図において、符号１０は４個のシリンダボア１２
を列設したクランクケース、１４は上記シリンダボア１
２内に摺動自在に嵌装されたピストン、１６はクランク
ケース１０に回転自在に支持されたクランク軸である。

【００１０】クランク軸１６は、コネクティングロッド
１８を介して上記ピストン１４に連結される４個のクラ
ンクピン部２０と、クランクケース１０の前後端壁及び
中間の隔壁２２に形成された軸受部によって、夫々の略
半円筒外周面を半円筒状の軸受メタル２４を介して支持
される５個のジャーナル部２６とを具えている。各ジャ
ーナル部２６は、夫々他の半円筒外周面を半円筒状の軸
受メタル２８を介してメーンベアリングキャップ３０に
よって支持され、各メーンベアリングキャップ３０は、
図示を省略されているキャップボルトによって上記前後
端壁及び隔壁２２の軸受部に緊締される。

【００１１】エンジン製造ラインにおいて、図１に示さ
れているように、クランクケース１０に対しクランク軸
１６を組付けた組立体がパレット３２（又は台車）に装
架され、図示を省略されているコンベア装置その他適宜
の搬送装置によって、図１及び図２に示されている軸受
部異常診断ステーションＡに搬送される。同診断ステー
ションＡには、着脱自在のカップリング３４を介してク
ランク軸１６を適宜の緩速度、例えば１００〜２００ｒ
ｐｍで回転させる減速装置付電動モータ３６、及び総括
的に符号３８で示されている超音波センサ駆動装置が設
けられている。

【００１２】超音波センサ駆動装置３８は、ステッピン
グモータ４０等の駆動モータによって回転されるねじ軸
４２と、同ねじ軸４２に螺合されたナット部材４４と、
同ナット部材４４に固着されたエアシリンダ装置４６
と、同エアシリンダ装置４６のピストン軸４８に装着さ
れ、同ピストン軸４８の延伸及び収縮によって上下方向
に自在に変位される超音波センサ５０とを具えている。

【００１３】上記ねじ軸４２と平行にガイドバー５２が
配設され、同ガイドバー５２には、上記ナット部材４４
に固着され、又は一体的に形成されたガイド５４が軸線
方向に摺動自在に嵌装されており、同ガイド５４は、ね
じ軸４２の回転時に、ナット部材４４の回転を禁止しな
がら、同ナット部材４４を軸線方向に変位させるために
設けられたものである。上記電動モータ３６、ステッピ
ングモータ４０及びガイドバー５２の支持ブラケット５
６、上記ねじ軸４２の自由端を軸支するブラケット５８
は、夫々診断ステーションＡの床面に配列された一対の
支持台６０上に装架されている。

【００１４】図３の概略構成図に良く示されているよう
に、上記エアシリンダ装置４６は電磁弁６２を介して圧
縮空気源６４に接続され、同電磁弁６２及び上記ステッ
ピングモータ４０はコントロールユニット６６によって
制御される。コントロールユニット６６からステッピン
グモータ４０を一方向に、かつ予め設定された回転角度
だけ回転させる駆動出力が供給されることによって、ね
じ軸４２に螺合されたナット部材４４が、図１及び図２
におい、軸線方向右方に駆動され、同ナット部材４４に
固定されたエアシリンダ装置４６が、順次、５個のメー
ンベアリングキャップ３０の直上位置Ｃ_１，Ｃ_２，
Ｃ_３，Ｃ_４及びＣ_５に変位し、また、上記ステッピング
モータ４０を逆方向に予め設定された回転角度回転させ
ることによって、上記ナット部材４４を逆方向に変位さ
せてエアシリンダ装置４６を、上記最終装置Ｃ_５から初
期位置Ｃ_１に復帰させることができる。

【００１５】また、上記コントロールユニット６６によ
って電磁弁６２のソレノイド６２′が付勢されると、エ
アシリンダ装置４６のピストン上側室に圧縮空気源６４
から圧縮空気が供給されると共に、ピストン下側室が大
気に連通され、図３に示されているように、ピストン軸
４８が下降して超音波センサ５０が上記Ｃ_１〜Ｃ_５位置
の何れかのメーンベアリングキャップ３０に圧接され
る。また、コントロールユニット６６により電磁弁６２
のソレノイド６２′が消勢されると、エアシリンダ装置
４６のピストン下側室に圧縮空気が供給されると共に、
ピストン上側室が大気に連通され、ピストン軸４８が上
昇して超音波センサ５０がメーンベアリングキャップ３
０上方の休止位置に変位する。

【００１６】上記超音波センサ５０には、可聴音の周波
数領域より十分高い周波数領域、例えば２００ｋＨｚの
超音波を感度良く検知することができる公知の超音波セ
ンサを有利に採用することができる。また、超音波セン
サ５０は、回転系の軸受部、従って上記クランク軸１６
の軸受部の場合、各ジャーナル部２６を軸支するメーン
ベアリングキャップ３０は中央部分外周面（通常、平滑
面を形成するように機械加工されている）に軽く密着し
て、軸受メタル２４及び２８とジャーナル部２６とから
なる軸受摺動面で発生する超音波をピックアップできれ
ば良いので、上記エアシリンダ装置４６による圧接力
は、小さくて足り、このため、圧縮空気源６４内の圧縮
空気を、図示しない減圧弁を介し減圧して、上記エアシ
リンダ装置４６に供給することが好ましい。

【００１７】本発明方法の第１工程として、上記電動モ
ータ３６により緩速度、例えば１７０ｒｐｍで回転され
ているクランク軸１６の各軸受部におけるメーンベアリ
ングキャップ３０に、上記超音波センサ駆動装置３８の
作動によって超音波センサ５０を圧接して、上記測定位
置Ｃ_１〜Ｃ_５のセンサ出力を調べた一例が、図４ないし
図６に示されている。図４及び図５は、何れも健全な軸
受部のセンサ出力を示し、横軸に時間Ｔ（Ｓｅｃ）をと
り、縦軸に出力ｓ（Ｖｏｌｔ）をとって示した図示の鋸
歯状波形に示されているように、ピーク値は±０．１Ｖ
ｏｌｔを超えず、平均値は略±０．０２〜０．０３Ｖｏ
ｌｔ程度である。また、図６は、何等かの不具合、例え
ば微細な切削粉が軸受部に侵入している場合のセンサ出
力Ｓの鋸歯状波形であって、ピーク値は±０．２を超え
ており、かつ平均値は略±０．０５Ｖｏｌｔ程度であ
り、健全な軸受部に較べて遥かに大きい。

【００１８】上記測定位置Ｃ_１〜Ｃ_５における超音波セ
ンサ５０のセンサ出力Ｓは、本発明方法の第２工程とし
て、図３の概略構成図に符号６８で示された波形整形装
置又は手段に供給され、必要に応じ増幅されたのち、矩
形波Ｓ_１に整形されて、判定装置７０に供給される。上
記判定装置７０には、比較手段が内蔵されていて、上記
波形整形装置６８から供給された上記矩形波Ｓ_１と、比
較手段に予め用意されている基準出力波Ｓ_２と比較され
る。

【００１９】上記基準出力波Ｓ_２は、軸受部に将来焼着
きや軸受メタル２４及び２８の早期摩耗等の問題を引起
す恐れがある切削粉等異物の侵入、クランク軸１６の曲
りやジャーナル部２６の加工不良、ベアリングキャップ
ボルトの締付け不良、等に基づく異常状態の軸受部から
発生する超音波出力を、診断対象となる特定のエンジン
及びクランク軸について、予め十分な実験を行なうこと
によって調べたうえ、正常と判断される軸受部から発生
する超音波出力を考慮して、臨界的な正常軸受部の超音
波出力を表わすものとして設定される。

【００２０】図３の判定装置７０において、実線の矩形
波形Ｓ_１で示されているように、診断される軸受部の超
音波センサ５０の出力が、上記基準出力波Ｓ_２より小さ
いときは、軸受部は正常であると判定されてＯＫ表示装
置７２例えば青色のＯＫランプが付勢される。しかし、
何れかの軸受部に異常があって、その軸受部に圧接され
た超音波センサ５０の出力の整形矩形波が、図中に点線
Ｓ_１′が示されているように、基準出力波Ｓ_２と等しい
か、それより大きいときは、当該軸受部は異常と判定さ
れてＮＧ表示装置７４、例えば赤色のランプ又は警告ブ
ザーが付勢される。ＮＧ表示装置７４の作動により、作
業者は、異常がある軸受部を特定して確実に認識し、必
要な処置を施すことができる。

【００２１】クランク軸１６等回転体の軸受部の異常の
有無を、超音波センサ５０を用いて検知する上述した診
断方法によれば、回転体のトルクを検知することによっ
て軸受部の異常を検知する従前の診断方法、及び作業者
が可聴音を直接聞きとることにより異常を検知していた
従来の診断方法と較べ、異常診断にばらつきがなく、か
つ高い精度で的確に異常を検出し得る利点があり、さら
に、複数の軸受部のうち異常がある軸受部を確実に検知
し得る利点がある。

【００２２】また、上述したように、単一の超音波セン
サ５０を移動させて複数の軸受部を順次診断する方法を
採用することにより、比較的高価な超音波センサ５０、
及び協働する波形整形装置６８、判定装置７０を夫々１
個設ければ良いので、設備費コスト及び運転コストを著
しく安くすることができる利点がある。しかしながら、
設備費より寧ろ診断の迅速性が要求される場合は、複数
の軸受部に夫々圧接される複数の超音波センサ５０を設
け、各超音波センサ５０の出力を個別に処理する波形整
形装置６８、及び判定装置７０を複数組設けることもで
きるし、また複数の超音波センサ５０及び一組の波形整
形装置６８及び判定装置７０を設け、各超音波センサ５
０の出力を、時間差を存して順次、１組の波形整形装置
６８及び判定装置７０で処理するように変更することも
できる。

【００２３】なお、上述した超音波センサ駆動装置３８
においては、超音波センサ５０を移動させるアクチュエ
ータとして、ねじ・ナット式アクチュエータが例示され
ているが、ストローク制御が可能なエアシリンダ装置、
チェーンと鎖車とを含む巻掛伝動式アクチュエータ等、
任意のアクチュエータを適宜採用することができる。同
様に、超音波センサ５０の出力を処理して異常の有無を
判定する方法は、上述した波形整形装置６８及び比較手
段を有する判定装置７０の組み合わせに限定されない。
さらに、本発明方法は、エンジンのクランク軸軸受部の
異常診断に限定されるものではなく、他の回転体の軸受
部の異常診断に広く適用し得ることは、明らかである。

【００２４】

【発明の効果】叙上のように、本発明に係る回転系の軸
受部異常診断方法は、軸受により回転自在に支持された
回転体の軸受部に超音波センサを接触させて上記回転体
の回転状態における超音波センサ出力を検知する第１工
程と、上記超音波センサ出力を予め設定された正常状態
を示す基準出力と比較することによって軸受部の異常の
有無を検知する第２工程とを含むことを特徴とし、従前
の回転体を回転させる際のトルクを検知する方法、及び
作業者が聴覚によって軸受部の異音発生を検知する方法
に較べて、軸受部における異常を、より高い精度で的確
に検知し、かつ複数の軸受部のうち異常がある軸受部を
特定することができるので、軸受部の焼着きや軸受メタ
ルの早期摩耗等を効果的に防止し得る利点がある。ま
た、上記回転体を支持する複数の軸受に対し、単一の超
音波センサを移動させて各軸受毎に上記第１工程及び第
２工程を順次実施することにより、上記診断方法の実施
に要する設備コスト及び運転コストを安くすることがで
きる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法をエンジンのクランク軸軸受部の診
断に適用した好ましい実施形態を示す側断面図である。

【図２】図１における超音波センサ駆動装置３８の平面
図である。

【図３】図２に示した超音波センサ駆動装置を含む異常
診断装置全体の概略構成図である。

【図４】図１に示したクランク軸軸受部が正常な場合の
超音波センサ出力の一例を示した線図である。

【図５】図４と同様にクランク軸軸受部が正常な場合の
超音波センサ出力の他の例を示した線図である。

【図６】図１に示したクランク軸軸受部に切削粉が侵入
した異常時の超音波センサの出力の一例を示した線図で
ある。

【符号の説明】

１０…クランクケース、１２…シリンダボア、１４…ピ
ストン、１６…クランク軸、２０…クランクピン部、２
４及び２８…軸受メタル、２６…ジャーナル部、３０…
メーンベアリングキャップ、３６…減速装置付電動モー
タ、３８…超音波センサ駆動装置、４０…ステッピング
モータ、４４…ナット部材、４６…エアシリンダ装置、
４８…ピストン軸、５０…超音波センサ、６２…電磁
弁、６４…圧縮空気源、６６…コントロールユニット、
６８…波形整形装置、７０…判定装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸受により回転自在に支持された回転体
の軸受部に超音波センサを接触させて上記回転体の回転
状態における超音波センサ出力を検知する第１工程と、
上記超音波センサ出力を予め設定された正常状態を示す
基準出力と比較することによって軸受部の異常の有無を
検知する第２工程とを含むことを特徴とする回転系の軸
受部異常診断方法。
【請求項２】回転体を支持する複数の軸受に対し、単
一の超音波センサを移動させて各軸受毎に上記第１工程
及び第２工程を順次実施することを特徴とする請求項１
記載の回転系の軸受部異常診断方法。