JP2001208651A - シリンダヘッド単体の熱疲労試験方法および装置 - Google Patents

シリンダヘッド単体の熱疲労試験方法および装置

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temperature
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Yoshihisa Suzuki
良尚 鈴木
Shiro Maeda
四朗 前田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 実機の環境をシリンダヘッド単体に再現し、
熱疲労試験による評価の信頼性を高める。 【解決手段】 シリンダヘッド単体1の吸気ポート6
A,6Bおよび排気ポート7A,7Bに通じる排気管2
6A,26B、27A,27Bに流量制御弁29、30
を設け、これら流量制御弁29、30を制御して、シリ
ンダヘッド単体1に交互に供給した加熱用ガスと冷却用
ガスとの排出量を調整することにより、燃焼室面2の複
数の測温ポイントP1 、P2 に温度差を与え、該燃焼室
面2に実機に似た温度分布をつくり出して熱疲労試験を
行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用エンジン
のシリンダヘッドの熱疲労試験方法に係り、特にシリン
ダヘッド単体で熱疲労試験を行う方法および装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車用エンジンの出力は増大
し、それに伴ってシリンダヘッドの燃焼室面の弁間部に
生じる熱応力は劇的に増加している。このため、シリン
ダヘッドの熱疲労試験の重要性が益々高まっているが、
実機、実車による試験ではコストや時間がかかりすぎる
上、びずみ計測等の解析に制約がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のシリンダヘッド
単体での熱疲労試験によれば、燃焼室面の、亀裂が発生
しやすい部位の測温のみを行って、燃焼室面にポイント
的な冷熱サイクルを与えるだけとなっており、このよう
な方法であると、周囲の拘束の影響を受ける実機の環境
との整合性が低いという問題がある。
【0004】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、実機の環境をシリン
ダヘッド単体に再現でき、もって信頼性の高い評価を確
立できる熱疲労試験方法および装置を提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る熱疲労試験方法は、シリンダヘッド単
体内に加熱用ガスと冷却用ガスとを交互に供給し、燃焼
室面に冷熱サイクルを与える熱疲労試験方法において、
シリンダヘッドの吸気および排気ポートからの前記ガス
類の排出量を調整することにより、前記燃焼室面の温度
分布を制御することを特徴とする。また、本発明に係る
熱疲労試験装置は、シリンダヘッド単体内に加熱用ガス
と冷却用ガスとを交互に供給するガス供給手段と、シリ
ンダヘッド単体の吸気および排気ポートから排出される
ガスの排出量を調整する流量調整手段と、シリンダヘッ
ド単体の燃焼室面の複数箇所の温度を測定する測温手段
とを備えたことを特徴とする。
【0006】このような熱疲労試験方法および装置にお
いては、シリンダヘッド単体の吸気および排気ポートか
ら排出されるガスの排出量を調整することで、燃焼室面
に実機と近似した温度分布をつくり出すことができる。
なお、シリンダヘッド単体の冷却水通路に冷却水を供給
する冷却水供給手段をさらに設けた場合は、燃焼室面に
所望の温度分布をより正確につくり出すことができる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基いて説明する。図1乃至図5は、本発明に係る
熱疲労試験装置の一つの実施の形態を示したものであ
る。これらの図において、1はシリンダヘッド単体であ
り、ここでは、その燃焼室面2に二つの吸気ポート3
(3A,3B)と二つの排気ポート4(4A,4B)と
が設けられている(図3)。また、シリンダヘッド単体
1内には、前記吸気および排気ポート3、4を側面に連
通する各独立の吸気通路6(6A,6B)および排気通
路7(7A,7B)が設けられる他、何れも図示を省略
するが、バルブを装着するためのバルブ挿通孔、点火プ
ラグを装着するためのプラグ孔、冷却水を循環させるた
めの冷却水通路などが設けられている。熱疲労試験に際
しては、予め前記バルブ挿通孔やプラグ孔を適宜の手段
により閉塞し、このシリンダヘッド単体1を、その燃焼
室面2が上向きとなるようにベース8上にセットする
(図2)。
【0008】本熱疲労試験装置は、上記のようにベース
8上にセットしたシリンダヘッド単体1の上面に被蓋さ
れ、前記燃焼室面2を含むシリンダヘッド単体1の部分
を外部から閉塞してガス室10(図2)を形成する治具
11と、この治具11を通じて前記ガス室10内に加熱
用ガスと冷却用ガスとを交互に供給するガス供給手段1
2と、シリンダヘッド単体1内の前記冷却水通路に冷却
水を供給する冷却水供給手段13と、前記燃焼室面2の
温度を測定する測温手段14と、前記ガス室10内から
吸気および排気ポート3、4並びに吸気および排気通路
6、7を経て排出されるガスを外部へ誘導する排ガス系
15とから概略構成されている。
【0009】ここで、上記ガス供給手段12は、一例と
して、燃焼バーナー16と、この燃焼バーナー16に軽
油や液化天然ガス等の燃料を送る燃料源17と、燃焼バ
ーナー16に圧縮空気を送る空気源18と、前記燃焼バ
ーナー16の点火装置16aおよび燃料源17の作動を
制御するコントローラ19とを備えている。燃焼バーナ
ー16と前記治具11とはダクト20により接続されて
おり、コントローラ19からの指令で燃料源17から燃
焼バーナー16への燃料供給を断続しかつこれと同期し
て点火装置16aをオンオフすることで、加熱用ガスと
しての燃焼ガスと冷却用ガスとしての空気とがダクト2
0および前記治具11を経てシリンダヘッド単体1内の
ガス室10へ交互に供給されるようになる。
【0010】また、上記冷却水供給手段13は、一例と
して、40℃程度の冷却水をつくる温調槽21と、この
温調槽21でつくられた冷却水を前記シリンダヘッド単
体1内の冷却通路に送るポンプ22と、温調槽21およ
びポンプ22の作動を制御するコントローラ23とを備
えており、コントローラ23からの指令で、所定温度の
冷却水がシリンダヘッド単体1を経て循環するようにな
っている。
【0011】また、上記測温手段14は、前記シリンダ
ヘッド単体1の燃焼室面2の二箇所の測温ポイントP
1 ,P2 (図3)に設けた熱電対(図示略)からの信号
に基いて温度を測定する温度計24と、この温度計24
からの信号に基いて測温チャートを記録表示する表示器
25とを備えている。なお、前記測温ポイントはP1
2 は、ここでは一つの吸気ポート3と排気ポート4と
の間(P1 )、二つの排気ポート4,4の間にそれぞれ
設定されている。
【0012】一方、排気系15は、図3によく示される
ように、シリンダヘッド単体1の吸気通路6(6A,6
B)に連通する排気管26(26A,26B)と、同じ
シリンダヘッド単体1の排気通路7(7A,7B)に連
通する排気管27(27A,27B)と、前記各排気管
26、27を集合して外部へ導く集合管28とを備える
と共に、各排気管26、27に流量調整弁29、30を
設け、さらにこれら流量調整弁29、30の作動を制御
するコントローラ31を備えている。流量調整弁29、
30は、ここでは図4および5に示すように、バタフラ
イバルブ32からなっており、このバタフライバルブ3
2は各排気管26、27のフランジ33の合せ部に回動
可能に設けられている。また、コントローラ31には前
記温度計25から測温信号が入力されるようになってお
り、コントローラ31は、温度計25からの測温信号に
基いて流量調整弁29、30(バタフライバルブ32)
の開度を制御する。
【0013】このように構成した熱疲労試験装置により
シリンダヘッド単体1の熱疲労試験を行うには、予めガ
ス供給手段12のコントローラ19と、冷却水供給手段
13のコントローラ23と、排気系15のコントローラ
31とに制御値を設定する。そして、ガス供給手段12
内の燃料源17および空気源18と、冷却水供給手段1
3内の温調槽21およびポンプ22と、測温手段14内
の温度計25および表示器26とを起動させる。する
と、ガス供給手段12からシリンダヘッド単体1内のガ
ス室10に加熱用ガス(燃焼ガス)と冷却用ガス(空
気)とが所定のサイクルで交互で供給され、一方、前記
ガス室10内に供給されたガスは、シリンダヘッド単体
1内の各吸気ポート3および排気ポート4から、それら
に対応する吸気および排気通路6、7および排気管2
6、27を経て、集合管28から外部へ排出され、この
間、シリンダヘッド単体1の燃焼室面2が加熱、冷却の
冷熱サイクルを受ける。
【0014】しかして、上記冷熱サイクルの間、シリン
ダヘッド単体1の燃焼室面2の測温ポイントP1 ,P2
の温度が測温手段14の温度計24により監視されてお
り、その測温結果が表示器26に温度チャートとして表
示される。一方、温度計24による測温結果は、排ガス
系15内のコントローラ31にも送出されており、該コ
ントローラ31は、前記温度計24からの信号に基い
て、各測温ポイントP1,P2 で、予め設定した温度サ
イクルが得られているか否かを判断し、設定した温度サ
イクルが得られていない場合は、設定した温度サイクル
が得られるように各流量調整弁29、30を制御する。
これにより、シリンダヘッド単体1の燃焼室面2には実
機に近似する温度分布が再現し、本熱疲労試験による評
価は、著しく信頼性の高いものとなる。
【0015】
【実施例】上記実施の形態の熱疲労試験装置を用い、図
3に示した吸気および排気ポート3A,3B、4A,4
Bから排出されるガスの排出量比を、各排気管26A,
26B、27A,27B内の流量調整弁29、30を制
御することで、下記のように二通りに変化させ、それぞ
れを条件および条件として、他の条件を表1に示す
ように設定し、シリンダヘッド単体1の熱疲労試験を行
った。 条件…3A:3B:4A:4B=1:1:1:1 条件…3A:3B:4A:4B=0.5:0.75:1:1
【0016】
【表1】
【0017】図6および表2は、このようにして行った
熱疲労試験によって得られた、各測温ポイントP1 ,P
2 (図3)での測温チャートと最高加熱温度とを示した
ものである。図6および表2に示す結果より、ガスの排
出量比に特に差をつけない条件の場合は、測温ポイン
トP1 での最高加熱温度は狙い(評価用条件)どおりの
温度範囲(200 〜240 ℃)に収まっているものの、測温
ポイントP2 での最高加熱温度は狙いの温度範囲(160
〜200 ℃)よりも大幅に高くなっている。これに対し、
ガスの排出量比に差をつけた条件の場合は、測温ポイ
ントP2 および測温ポイントP2 の最高加熱温度は、狙
い(評価用条件)どおりの温度範囲に収まっている。す
なわち、本熱疲労試験装置によれば、流量調整弁29、
30を制御して吸気および排気ポート3A,3B、4
A,4Bからの排出ガス量を調整することで、シリンダ
ヘッド単体1の燃焼室面2の温度分布を任意に制御する
ことができ、実機におけると同様の条件でシリンダヘッ
ド単体1の熱疲労試験を行うことができようになる。
【0018】
【表2】
【0019】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係るシ
リンダヘッド単体の熱疲労試験方法および装置によれ
ば、実機の環境をシリンダヘッド単体に再現できるの
で、評価試験としての信頼性が著しく高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一つの実施の形態である熱疲労試験装
置の全体的構成を示すシステム図である。
【図2】本装置による熱疲労試験におけるシリンダヘッ
ド単体のセット状態を示す側面図である。
【図3】シリンダヘッド単体に対する排ガス系の設置態
様を模式的に示す平面図である。
【図4】排ガス系における流量制御弁の取付構造を示す
側面図である。
【図5】排ガス系における流量制御弁の取付構造を示す
平面図である。
【図6】本装置による熱疲労試験で得られた測温チャー
トを示すグラフである。
【符号の説明】
1 シリンダヘッド単体、 2 燃焼室面 3(3A,3B) 吸気ポート 4(4A,4B) 排気ポート 12 ガス供給手段 13 冷却水供給手段 14 測温手段 15 排ガス系 26、27 流量調整弁

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリンダヘッド単体内に加熱用ガスと冷
    却用ガスとを交互に供給し、燃焼室面に冷熱サイクルを
    与える熱疲労試験方法において、シリンダヘッドの吸気
    および排気ポートからの前記ガス類の排出量を調整する
    ことにより、前記燃焼室面の温度分布を制御することを
    特徴とするシリンダヘッド単体の熱疲労試験方法。
  2. 【請求項2】 シリンダヘッド単体内に加熱用ガスと冷
    却用ガスとを交互に供給するガス供給手段と、シリンダ
    ヘッド単体の吸気および排気ポートから排出されるガス
    の排出量を調整する流量調整手段と、シリンダヘッド単
    体の燃焼室面の複数箇所の温度を測定する測温手段とを
    備えたことを特徴とするシリンダヘッド単体の熱疲労試
    験装置。
  3. 【請求項3】 シリンダヘッド単体の冷却水通路に冷却
    水を供給する冷却水供給手段を設けたことを特徴とする
    請求項2に記載のシリンダヘッド単体の熱疲労試験装
    置。
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