包含用于监视滑动构件的损伤的自检材料的内燃机的滑动构件的制作方法

1.本发明涉及一种包含用于监视滑动构件的损伤的自检材料的内燃机的滑动构件。


背景技术：

2.在专利文献1及专利文献2中公开了一种由用于旋转轴承程序的轴承诊断装置及ae传感器实现的检测方法。此外，在专利文献3及专利文献4中公开了一种由用于滑动轴承的轴承磨损监视系统及rfid传感器实现的检测方法。此外，在专利文献5中公开了一种滑动轴承的损伤检测方法，其利用设置在润滑油油路中的检测器来监视特殊粒子产生的电信号。
3.以往的传感器技术需要复杂的生产工序、额外的观测用软件、庞大的数据存储、以及在生产和数据观测时训练有素的技术人员。因此，以往的传感器技术的应用受到限制。
4.而且，信号检测可能会受到干扰因素(例如构成物的噪声、润滑油中的异物、污物等)的显著影响。因此，准确且可靠的监视变得非常困难。
5.专利文献1及专利文献2使用了ae传感器，但其观测数据可能会受到实际发动机环境(振动、温度变化、与复杂的多层结构的滑动构件的集成等)的显著影响。
6.专利文献3及专利文献4使用了rfid传感器，其被集成到滑动构件的滑动表面处理(覆盖层)。但是，由于rfid传感器的特性，生产被迫在低温下进行。而且，该传感器的尺寸通常为数十μm，因此很难或者不可能集成到薄的滑动表面处理。
7.在专利文献5中，通过排油通道中设置的静电电容传感器来检测轴承材料所含的介电粒子。具体来说，当轴承金属损伤时，排油中会包含介电常数不同于轴承金属损伤片的微粒，引起排油通道中设置的静电电容传感器的电极间的电场发生变化，从而检测微粒的存在。但是，由于以下理由，该方法难以进行准确且高可靠性的测量。
8.静电电容传感器的测量对于油通道内的碎屑量非常敏感，油量、油温、密度、油劣化、及滤油器性都可能会变成影响测量数据的变化的原因。因此，无法进行准确且创新的监视。
9.此外，由于润滑油与介电粒子的介电常数相似，使用静电电容传感器的检测方法无法识别润滑油与介电粒子。此外，当金属异物中包含介电粒子时，无法判断金属异物内是否有介电粒子，因此无法充分检测介电粒子。而且，水滴混入油时可能会与金属异物同样阻碍介电粒子的检测的静电脉冲。因此，无法进行准确且可靠的监视。
10.而且，该静电电容传感器的方法由于在排油通道的管道内组装传感器，因此需要定期维护。否则，预计会出现传感器劣化及信号检测精度的大幅下降的情况。此外，由于传感器组装在复杂的发动机油润滑装置中，因此其维护可能需要大量的费用。[现有技术文献][专利文献]
[0011]
专利文献1：欧洲专利申请公开第3054292a1号
专利文献2：美国专利第4884449号专利文献3：美国申请公开第2016/0208849a1号专利文献4：国际公开第2017/174167a1号专利文献5：jp特开昭59-205022号


技术实现要素：

发明所要解决的技术问题
[0012]
本发明的目的是提供一种包含用于高可靠性且容易地监视滑动构件的损伤的自检材料的内燃机的滑动构件。用于解决问题的技术方案
[0013]
为了解决上述问题，本发明是一种包含用于监视滑动构件的损伤的自检材料的内燃机的滑动构件，其特征在于，滑动构件具有由金属、合金、及/或树脂材料制作的单层或多层的结构体，自检材料埋入到构成滑动构件的层中的至少一层中，自检材料由对外部能量作出反应并表现出信号特性的至少一种材料构成。
[0014]
此外，在本发明的另一实施方式中，自检材料是尺寸为0.1μm～100μm的粒子。
[0015]
此外，在本发明的另一实施方式中，自检材料是尺寸为0.2μm～10μm的粒子。
[0016]
此外，在本发明的另一实施方式中，自检材料以50vol％以下的含量包含在自检材料被埋入的滑动构件的至少一层中。
[0017]
此外，在本发明的另一实施方式中，滑动构件在滑动构件的不同深度的层中分别包含表现出互不相同的信号特性的自检材料。
[0018]
此外，在本发明的另一实施方式中，自检材料对外部能量作出反应并表现出具有显著的视觉特征的信号特性。
[0019]
此外，本发明的另一实施方式是具有多个上述滑动构件的滑动装置，其特征在于，多个所述滑动构件分别包含表现出互不相同的信号特性的所述自检材料。
[0020]
此外，本发明的另一实施方式是内燃机，其特征在于，具备上述滑动构件或上述滑动装置。
[0021]
此外，本发明的另一实施方式是一种用于监视滑动构件的损伤的方法，其特征在于，包括：提供上述滑动构件、上述滑动装置、或上述内燃机的步骤；从内燃机的润滑油系统抽取样品的步骤；对样品施加外部能量的步骤；以及检测样品中的自检材料的步骤。
附图说明
[0022]
图1是具有本发明的实施方式的滑动构件的组装品的示意图。图2是表示本发明的实施方式的滑动构件的磨损量监视系统的具体例的概略图。
具体实施方式
[0023]
图1表示具有本发明的实施方式的滑动构件的组装品100的示意图。作为一例，组装品100是具有内燃机的曲柄轴的滑动装置。在图1中，表示了四个不同的滑动构件3a～3d。各滑动构件包含用于监视滑动构件的损伤的自检材料1a～1d。各滑动构件具有由金属、合金、及/或树脂材料制作的单层或多层的结构体。在本实施方式中，自检材料1a～1d以粒子状态埋入到构成滑动构件的层中的至少一层(本例为下层1)中。自检材料由对外部能量作出反应并表现出信号特性的至少一种材料构成。在本例中，各滑动构件分别包含发出互不相同的信号的自检材料1a～1d。即，自检材料1a～1d在信号检测时分别表现出不同颜色。当上层2磨损并且下层1开始磨损时，会在润滑油内检测到自检材料1a～1d。根据自检材料1a～1d的信号的不同颜色，可以特定出损伤的滑动构件。
[0024]
以下表示测量方法的一个例子。1.样品收集用于信号检测的样品是在发动机运行或维修过程中以液体或油泥状态回收的。例如，就液体状态而言，样品是从润滑油供给系统中的供油阀回收的。就油泥状态而言，样品是从滤油器回收的。根据目的，定期或在特定的运行时间回收该油样品或油泥样品。
[0025]
2.样品准备对于油样品，将油样品注入透明瓶，以3,000rpm～5,000rpm的速度进行离心分离。离心分离优选以5,000rpm的速度进行10分钟。由此，油样品中的内含物(包括自检材料)完全沉淀在瓶底。对于油泥样品，将样品物理粉碎成粉末状。然后，在黑色背景纸上分散粉末状的油泥样品。分散厚度宜为1mm～2mm。
[0026]
3.信号检测使用手持式照明源进行信号检测。照明装置的功率需要为50w以上的输出，优选100w以上的输出。照射样品5分钟至10分钟(优选10分钟)。通过保持高激发能量,油样品、油泥样品内的自检材料发出各种颜色的光。在此，发出的光对特定波长照明源的激发能量作出反应并发出特定波长(颜色)。
[0027]
根据本测量方法，能够在与发动机系统完全分离的环境下进行测量，因此不会受到各种干扰(发动机噪声、振动、温度变化等)的影响，从而能够实现准确且高可靠性的测量。
[0028]
根据本发明，能够连续监视滑动构件的状态。在此，所谓的“连续”是指，例如当每隔5,000小时回收样品进行分析时，能够对滑动构件进行连续磨损量跟踪调查。此外，根据本发明，能够检测发动机系统内的几个不同的滑动构件的磨损。
[0029]
自检材料例如是对特定的外部刺激作出反应并表现出特定的信号特性的粒子。在此，特定的外部刺激包括但不限于电场、磁场、电磁波、超声波、特别是紫外线。特定的信号特性例如是表现出一个或多个发光颜色的特性，发光具有显著的视觉特征。显著的视觉特征是指视觉上清晰可辨。以下表示通过紫外线激发而发光的市售自检材料的代表例。粒子类型1(1a)；al2sro4：re(黄绿)粒子类型2(1b)；bamg2al 16o
27
：re(蓝)粒子类型3(1c)；y2o3：re(红)
粒子类型4(1d)；gd2o2s：re(绿)粒子类型5(1e)；y3al5o
12
：re(黄)在此，re表示稀土类元素。
[0030]
自检材料优选是尺寸为0.1μm～100μm的粒子。理由是小于0.1μm的粒子难以检测，大于100μm的粒子有可能导致滑动构件的机械特性变差。
[0031]
但是，考虑到检测精度，粒子尺寸的下限值优选为0.2μm。此外，考虑到滑动构件的机械特性，粒子尺寸的上限值优选为10μm。特别是，在将超过10μm的自检材料应用于通常具有数μm～数十μm的厚度的覆盖层的而情况下，有时存在因内部应力导致材料性能下降的担忧。
[0032]
在此，粒子尺寸是对任意的粒子形状在粒子的长度方向上测量的值。粒子尺寸能通过如下所述的本技术领域内常用的装置来测量。
·
岛津制作所激光衍射式粒径分布测量装置(sald-2300)
·
malvern panalytical公司装置lineup
[0033]
此外，自检材料优选以50vol％以下的含量包含在自检材料被埋入的滑动构件的层中。在此，滑动构件的层例如是轴承的轴承合金层、中间层、或覆盖层等。
[0034]
关于上限值，当自检材料的含量大于50vol％时，通常难以发挥轴承原本的性能。另一方面，关于下限值，只要样品内的一个粒子(尽量接近0vol％)发光，就能进行视觉判断(例如油泥样品中可见发光粒子)。从容易捕捉发光的观点出发，含量优选为0.5vol％以上。
[0035]
另外，术语“自检材料”之类的用语包括“自身”仅通过非常简单的过程(本例以紫外灯为照明源)就能获取信号特性的意思。这与例如“自修复材料”(受外部影响(温度变化等)而进行修复的材料)之类的术语不仅用于纯粹在自身内完成的现象，还用于包括简单的外部影响的现象是相同的。为了与像以往的检测材料那样看不到外观变化、必须要传感器等复杂机构的情况形成对比，使用了“自身”这一表达。
[0036]
此外，滑动构件是单层结构或多层结构，能在各种基层上堆积覆盖层等而成。基层包括但不限于青铜、黄铜、白色金属(巴氏合金)、铝合金、钢铁、及其他基层。根据滑动构件的使用用途等，自检材料能任意地包含覆盖层及其他层。
[0037]
滑动构件能通过以下材料生产方法来生产，包括但不限于：烧结、铸造、压焊、真空溅射、热态以及冷态喷雾、烧结、模铸及电镀、或它们的组合。
[0038]
图2是表示本发明的实施方式的滑动构件的磨损量监视的具体例的概略图。在本例中，滑动构件在初始阶段0(s0)由三个层2a～2c形成，三个层的厚度例如设置为相同。在不同深度的三个层2a～2c中分别包含表现出互不相同的信号特性的自检材料1a～1c。在阶段1(s1)中，埋入有自检材料1a的层2a开始磨损。在阶段2(s2)中，层2a完全磨损，接着包含自检材料1b的层2b露出。磨损监视系统从油样品或油泥样品中检测到自检材料1b，发出“局部区域中滑动构件已磨损三分之一的厚度”的警告以作为初始警告。同样地，在阶段3(s3)中，当检测到下层的层2c所含的自检材料1c时，发出“局部区域中滑动构件已磨损三分之二的厚度”的警告以作为最终警告。能适当地设定滑动构件的层数、及滑动构件的各层的厚度(比率)。根据本发明，能预测滑动构件的寿命。
[0039]
根据本发明，相对于现有技术能获得以下优点。无需额外软件或者用于持续记录保管的庞大的数据存储，能够进行现场测量。此
外，测量人员无需进行高度的训练。无需新的设备及程序，能直接组入当前正在进行的生产工序，并与当前的生产工序轻松兼容。这种检测监视方法准确可靠，不受发动机噪声、金属类异物、润滑油油污、振动、温度变化等的影响。自检材料无需改变轴承设计或追加传感器便能组入到滑动构件中。此外，无需随之额外的维护，成本效益高。
[0040]
本发明所述的含自检材料的内燃机的滑动构件包括但不限于曲柄轴、凸轮轴、轴承、衬套、止推垫圈、及活塞构成物(活塞环、气缸套的滑动表面)。(符号说明)
[0041]
1下层1a～1d自检材料2上层2a～2c滑动层3a～3d滑动构件100组装品。