1 引言
活塞环作为船舶柴油机上工作环境最恶劣的零部件之一，它的状态好坏直接决定了柴油机能否正常运行。活塞环的主要作用是密封燃烧室，保证活塞到达上止点时，燃烧室内的新鲜空气有足够的温度和压力，满足燃油爆燃的温度，保证气缸内的高压燃气膨胀做功而不外泄。而活塞环的密封作用是靠活塞环本身的弹性，和在气缸内气体压力的作用下紧贴气缸壁和活塞环槽平面来实现的。随着船舶柴油机强载度的不断提高以及劣质燃油的使用，活塞的工作环境更加恶劣，发生故障的可能性也相应增大。因此，对活塞环的状态监测就显得尤为重要了[1]。
2 SIPWA-TP系统
New Sulzer公司研发的SIPWA系统是一种船舶柴油机微机监测系统，该系统能在主机运行状态下，实时监测主机活塞环的工作状态，准确的监测到活塞环的磨损情况。此后，该公司又在该系统的基础上进行了改进和重新设计，研发出了新的监测系统SIPWA-TP(Sulzer Integrated Piston-ring Wear-detecting Arrangement with Trend Processing)。改进后的监测系统可以将监测到的活塞环磨损的实时数据上传到微机，通过微机搭建活塞环的磨损模型，将活塞环的磨损情况和磨损趋势以图表或曲线的形势显示出来[2]。
2.1 SIPWA-TP系统的组成
SIPWA-TP系统的硬件部分主要包括SIPWA-TP活塞环、传感器元件、SEU电子元件、微机等。软件部分为SIPWA-TP系统程序。本文主要介绍一些硬件部分。
（1）SIPWA-TP活塞环。一般而言普通活塞环的是由铸铁制成，具有良好的导磁性和耐磨性，而SIPWA-TP活塞环是在其工作表面嵌入一圈非导磁材料即黄铜。活塞环在工作过程中随着磨损的程度变化，其表面嵌入材料的宽度也会相应的变化，因此只要测量出切入部分的宽度变化就可以确定活塞环的磨损程度。
（2）SIPWA-TP传感器。SIPWA-TP传感器是New Sulzer公司研发的适用于高速场合的电磁感应式传感器，由铁芯和线圈构成。根据电磁感应原理，活塞环经过传感器时，其外表面与铁芯之间的气隙很小，磁阻也就很小，通过铁芯的磁通就很大，线圈感应出电流，发出一道脉冲信号。而活塞本体外圆经过传感器时，由于两者之间的气隙较大，铁芯的磁通就较小，线圈中没有感应电流。同样的，SIPWA-TP活塞环上的非导磁嵌入体经过传感器时，线圈内也不会产生感应电流。所以可以根据线圈感应到的脉冲信号的时间间隔来判断活塞环的磨损程度。
2.2 SIPWA-TP系统工作原理
图1 活塞环磨损测量原理
SIPWA-TP系统主要是监测活塞环的工作状态和磨损量。图1所示为SIPWA-TP系统工作时的数据测量原理图。主机运行时，活塞做上下往复运动，活塞环也随之经过SIPWA-TP传感器的表面。活塞下行时，最下面一道标准活塞环紧贴缸套内壁，当活塞环的下边缘经过传感器时会产生一道正脉冲信号b1，当上边缘经过传感器时会产生一道负脉冲信号b2。随后，当SIPWA-TP活塞环经过传感器时，其下边缘产生一道正脉冲信号a1，嵌入体下边缘产生一道负脉冲信号i1，嵌入体上边缘产生一道正脉冲信号i2，活塞环上边缘经过传感器时产生一道负脉冲信号a2。根据二冲程柴油机的工作原理可以知道，主机每旋转一周，各缸都会监测到六个脉冲信号，从而根据各缸监测到的脉冲信号来判断主机活塞环的磨损情况。
从图1可以看出，标准活塞环经过传感器时产生两道脉冲b1和b2，两者之间的时间间隔为b。SIPWA-TP活塞环上的非导磁嵌入体经过传感器时所产生的脉冲信号为i1和i2，两者间的时间间隔为i。SIPWA-TP活塞环下边缘经过传感器时产生脉冲a1，那么标准活塞环的中心点（b/2）与SIPWA-TP活塞环下边缘之间的时间间隔n也可以得到。由于标准活塞环的中点位置到SIPWA-TP活塞环下边缘之间的几何尺寸是已知的，也就是说n的长度已知。因此，可以通过时间间隔n和i之间的比例关系来计算出i的几何尺寸。从而就可以确定活塞环的磨损量[3]。
2.3 测量方法改进
上文中所述的测量方法，由于活塞环槽的宽度要比活塞环的宽度较大[4]，所以当活塞上下做往复运动时，活塞环在活塞环槽中的位置也会发生上下变化，因此，从标准活塞环的中心点（b/2）到SIPWA-TP活塞环下边缘的长度就有可能会发生改变。这样的话用上文中所述的方法所测量出来的活塞环磨损量就不是那么准确了。所以，需要对测量的方式做出如下改进：
活塞环本体的宽度是已知的，即时间间隔a的几何长度是已知的，这里假设活塞环本体的宽度为A。那么根据a和i之间的时间比例关系就可以确定其几何比例关系，假设非导磁嵌入体的宽度为I，那么A/I=a/i，从而可以根据非导磁嵌入体的宽度I来确定活塞环的磨损情况。
由于活塞环本体的宽度是固定的，它不会因为活塞环在活塞环槽中的上下动作而发生变化，所以，通过活塞环本体的宽度作为测量的已知条件，这样计算出来的活塞环磨损量就会更加准确[5]。
3 结束语
柴油机在使用过程中的性能除了决定于结构设计、制造工艺外，还取决于运行中维修保养的好坏。视情维修管理是在柴油机正常运行的情况下，对其运行参数以及各零部件的磨损和工作状态进行不间断的监测。通过对工作状态的判断以及磨损趋势的分析做出相应的维修管理[6]，这样就增大了维修周期，减少了运营成本。而视情维修管理的前提就是现代化的监测技术。