JP2008070302A - Vibration transmission characteristics analyzer for engine block, and vibration transmission characteristics analysis method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、振動伝達特性解析装置および振動伝達特性解析方法に関し、特に、エンジンにおけるエンジンブロックの振動伝達特性解析装置およびその振動伝達特性解析装置を用いた振動伝達特性解析方法に関する。 The present invention relates to a vibration transfer characteristic analyzing apparatus and a vibration transfer characteristic analyzing method, and more particularly to a vibration transfer characteristic analyzing apparatus for an engine block in an engine and a vibration transfer characteristic analyzing method using the vibration transfer characteristic analyzing apparatus.
内燃機関であるエンジンを搭載した車両の走行時において、快適な乗り心地を得るためのエンジン制御の1つに、エンジンでのノッキングの発生を検知し、ノッキングを解消するようにエンジンを制御する方法がある。この制御を実現するためには、エンジンにノッキングセンサを配設し、ノッキングの発生時に生じる振動をノッキングセンサにより検知して、この検知情報に基づきエンジンの燃焼条件の設定を行なっている。 One of the engine controls for obtaining a comfortable ride when a vehicle equipped with an engine that is an internal combustion engine is running is a method for detecting the occurrence of knocking in the engine and controlling the engine so as to eliminate knocking. There is. In order to realize this control, a knocking sensor is provided in the engine, vibration generated when knocking occurs is detected by the knocking sensor, and combustion conditions of the engine are set based on this detection information.
ノッキングの発生時には、エンジンブロックに生じるノッキング振動を正確にノッキングセンサにより検出する必要がある。具体的には、予めノッキングの発生時にエンジンブロックに生じるノッキング振動の伝達特性(以下、ノッキング振動伝達特性と称する。)を把握しておくことが重要である。そこで、試験的にエンジンブロックに振動を与えてエンジンブロックにノッキング振動を擬似的に発生させて、ノッキング振動伝達特性を事前に把握しておくことが考えられる。 When knocking occurs, it is necessary to accurately detect knocking vibration generated in the engine block by a knocking sensor. Specifically, it is important to know in advance the transmission characteristics of knocking vibration generated in the engine block when knocking occurs (hereinafter referred to as knocking vibration transmission characteristics). Therefore, it is conceivable to experimentally give a vibration to the engine block to generate a knocking vibration in a pseudo manner in the engine block and to grasp the knocking vibration transmission characteristic in advance.
特開2005−300524号公報(特許文献1)は、ノッキング振動を予め測定し解析するためのエンジンブロックの振動伝達特性解析装置を開示する。特許文献1に記載の振動伝達特性解析装置は、シリンダヘッドとシリンダボアを有するシリンダブロックとを備えるエンジンブロックを加振して、エンジンブロックの振動伝達を解析するために用いられる、エンジンブロックの振動伝達特性解析装置である。この振動伝達特性解析装置は、シリンダボアの内面の、燃焼室に相当する領域に配置されるシリンダブロック振動測定器と、燃焼室に面しシリンダヘッドの内面に配置されるシリンダヘッド振動測定器と、エンジンブロックの所定位置に連結し、エンジンブロックに所定の振動を与えるための加振装置とを含む。 Japanese Patent Laying-Open No. 2005-3000524 (Patent Document 1) discloses a vibration transfer characteristic analysis device for an engine block for measuring and analyzing knocking vibration in advance. The vibration transmission characteristic analysis device described in Patent Document 1 is used to analyze vibration transmission of an engine block by exciting an engine block including a cylinder head and a cylinder block having a cylinder bore. It is a characteristic analysis device. The vibration transfer characteristic analyzer includes a cylinder block vibration measuring device disposed in a region corresponding to the combustion chamber on the inner surface of the cylinder bore, a cylinder head vibration measuring device disposed on the inner surface of the cylinder head facing the combustion chamber, And a vibration exciter connected to a predetermined position of the engine block for applying a predetermined vibration to the engine block.
この公報に記載のエンジンブロックの振動伝達特性解析装置によれば、加振装置によりエンジンブロックに所定の振動を与え、この振動の伝達をシリンダブロック振動測定器とシリンダヘッド振動測定器とにより測定可能としている。エンジンにおけるノッキングの発生時のピストン位置は、圧縮上死点後(ATDC: After Top Dead of Center)約10°〜60°の範囲にあるため、燃焼室内のシリンダブロックに伝達する振動は、ピストンによって抑制され、シリンダヘッドからの振動伝達(ヘッド横振動)が支配的となる。一方、ピストン位置が低下すると、ピストンによるシリンダブロックの抑制が開放されて、シリンダブロックが共振を始める。このシリンダブロックの共振は、ノッキングの発生点火時期におけるエンジンノイズに影響を与え、ノッキングセンサにおけるSN(ノッキング信号/ノイズ信号)比に影響を与えることになる。そこで、シリンダブロック振動測定器とシリンダヘッド振動測定器との2種類の振動測定器を配設することにより、加振装置によりエンジンブロックに所定の振動を与えた場合の応答信号をシリンダブロック振動測定器およびシリンダヘッド振動測定器によりピックアップすることで、シリンダブロックの振動特性とシリンダヘッドの振動特性を把握することができる。その結果、エンジンブロックの振動伝達特性として、ノッキング信号(S:シリンダヘッドの振動特性)とノイズ信号(N:エンジンブロックの振動特性)とによるSN比を得ることを可能としている。
しかしながら、特開2005−300524号公報においては、エンジンブロックに与えるべき好ましい振動に関する記載は何等ない。そのため、実際の運転状態に即した解析を行なうには、さらなる改善の余地があった。 However, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-3000524, there is no description regarding preferable vibration to be given to the engine block. Therefore, there is room for further improvement in order to perform analysis in accordance with actual driving conditions.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は振動伝達特性の解析精度を向上することができる、エンジンブロックの振動伝達特性解析装置および振動伝達特性解析方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an engine block vibration transfer characteristic analysis apparatus and vibration transfer characteristic analysis method capable of improving the analysis accuracy of vibration transfer characteristics. Is to provide.
第1の発明に係るエンジンブロックの振動伝達特性解析装置は、シリンダヘッドと、シリンダボアを有するシリンダブロックとを備えるエンジンブロックを加振して、エンジンブロックの振動伝達を解析するために用いられる、エンジンブロックの振動伝達特性解析装置である。この振動伝達解析装置は、エンジンブロックに連結され、ノッキングによる振動が発生する時間として予め定められた時間だけエンジンブロックに振動を与える加振装置と、シリンダボアの内面に配置され、振動を測定するシリンダブロック振動測定器と、シリンダヘッドの内面に配置され、振動を測定するシリンダヘッド振動測定器とを含む。 An engine block vibration transmission characteristic analyzer according to a first aspect of the present invention is an engine used to analyze vibration transmission of an engine block by exciting an engine block including a cylinder head and a cylinder block having a cylinder bore. This is an apparatus for analyzing vibration transmission characteristics of a block. This vibration transmission analyzing device is connected to the engine block and is provided on the inner surface of the cylinder bore for measuring vibrations. The vibration device is configured to vibrate the engine block for a predetermined time as the time when vibration due to knocking occurs. A block vibration measuring device and a cylinder head vibration measuring device arranged on the inner surface of the cylinder head and measuring vibration are included.
第1の発明によると、ノッキングによる振動が発生する時間として予め定められた時間だけ、加振装置によりエンジンブロックに振動が与えられる。この振動の伝達がシリンダブロック振動測定器とシリンダヘッド振動測定器とにより測定される。これにより、エンジンにノッキングが発生した状態を模擬した振動を得ることができる。そのため、実際の運転状態に即した振動伝達特性の解析を行なうことができる。その結果、振動伝達特性の解析精度を向上することができる、エンジンブロックの振動伝達特性解析装置を提供することができる。 According to the first invention, the vibration is applied to the engine block by the vibration exciter for a time that is predetermined as the time during which the vibration due to knocking occurs. The transmission of this vibration is measured by a cylinder block vibration measuring device and a cylinder head vibration measuring device. Thereby, it is possible to obtain a vibration simulating a state in which knocking has occurred in the engine. Therefore, it is possible to analyze the vibration transfer characteristics in accordance with the actual driving state. As a result, it is possible to provide an engine block vibration transfer characteristic analyzing apparatus capable of improving the vibration transfer characteristic analysis accuracy.
第2の発明に係るエンジンブロックの振動伝達特性解析装置においては、第1の発明の構成に加え、加振装置は、ノッキングによる振動の減衰率として予め定められた減衰率で、予め定められた時間だけエンジンブロックに振動を与える。 In the vibration transmission characteristic analyzing apparatus for an engine block according to the second invention, in addition to the configuration of the first invention, the vibration exciter is predetermined with a predetermined attenuation rate as an attenuation rate of vibration due to knocking. Gives vibration to the engine block for time.
第2の発明によると、ノッキングによる振動の減衰率として予め定められた減衰率で、予め定められた時間だけエンジンブロックに振動が与えられる。この振動の伝達がシリンダブロック振動測定器とシリンダヘッド振動測定器とにより測定される。これにより、エンジンにノッキングが発生した状態により近い状態の振動を得ることができる。そのため、実際の運転状態に即した振動伝達特性の解析を行なうことができる。その結果、振動伝達特性の解析精度を向上することができる。 According to the second aspect of the invention, vibration is applied to the engine block for a predetermined time with a predetermined attenuation rate as the attenuation rate of vibration due to knocking. The transmission of this vibration is measured by a cylinder block vibration measuring device and a cylinder head vibration measuring device. Thereby, it is possible to obtain vibration in a state closer to a state where knocking has occurred in the engine. Therefore, it is possible to analyze the vibration transfer characteristics in accordance with the actual driving state. As a result, the analysis accuracy of vibration transfer characteristics can be improved.
第3の発明に係るエンジンブロックの振動伝達特性解析装置においては、第1または2の発明の構成に加え、シリンダブロック振動測定器は、シリンダボア内に配置されるピストンによりシリンダブロックに振動が発生する際のピストンの位置に対応した位置に配置される。 In the vibration transmission characteristic analyzing apparatus for an engine block according to the third invention, in addition to the configuration of the first or second invention, the cylinder block vibration measuring device generates vibration in the cylinder block by a piston arranged in the cylinder bore. It is arranged at a position corresponding to the position of the piston at the time.
第3の発明によると、シリンダブロック振動測定器は、シリンダボア内に配置されるピストンによりシリンダブロックに振動が発生する際のピストンの位置に対応した位置に配置される。このシリンダブロック振動測定器により振動が測定される。これにより、たとえばピストンスラップによる振動など、エンジンを実際に運転した場合にピストンにより発生する振動の影響を加味した振動伝達特性を解析することができる。そのため、より実際の運転状態に即した振動伝達特性の解析を行なうことができる。その結果、振動伝達特性の解析精度を向上することができる。 According to the third invention, the cylinder block vibration measuring instrument is disposed at a position corresponding to the position of the piston when vibration is generated in the cylinder block by the piston disposed in the cylinder bore. Vibration is measured by this cylinder block vibration measuring instrument. As a result, it is possible to analyze a vibration transmission characteristic that takes into account the influence of vibration generated by the piston when the engine is actually operated, such as vibration due to piston slap. Therefore, it is possible to analyze the vibration transfer characteristics more in line with actual driving conditions. As a result, the analysis accuracy of vibration transfer characteristics can be improved.
第4の発明に係るエンジンブロックの振動伝達特性解析方法は、シリンダヘッドと、シリンダボアを有するシリンダブロックとを備えるエンジンブロックの振動伝達特性解析方法である。この振動伝達特性解析方法は、ノッキングによる振動が発生する時間として予め定められた時間だけエンジンブロックに振動を与えるステップと、シリンダボアの内面の振動を測定するステップと、シリンダヘッドの振動を測定するステップと、シリンダボアの内面の振動およびシリンダヘッドの振動に基づき、シリンダブロックの振動伝達を解析するステップとを含む。 An engine block vibration transmission characteristic analysis method according to a fourth aspect of the present invention is an engine block vibration transmission characteristic analysis method including a cylinder head and a cylinder block having a cylinder bore. The vibration transfer characteristic analysis method includes a step of applying vibration to the engine block for a predetermined time as a time when vibration due to knocking occurs, a step of measuring vibration of the inner surface of the cylinder bore, and a step of measuring vibration of the cylinder head And analyzing vibration transmission of the cylinder block based on vibration of the inner surface of the cylinder bore and vibration of the cylinder head.
第4の発明によると、ノッキングによる振動が発生する時間として予め定められた時間だけエンジンブロックに振動が与えられる。シリンダボアの内面の振動およびシリンダヘッドの振動が測定される。これにより、エンジンにノッキングが発生した状態を模擬した振動を得ることができる。これらの振動に基づき、シリンダブロックの振動伝達が解析される。そのため、実際の運転状態に即した振動伝達特性の解析を行なうことができる。その結果、振動伝達特性の解析精度を向上することができる、エンジンブロックの振動伝達特性解析装置を提供することができる。 According to the fourth aspect of the invention, the engine block is vibrated for a predetermined time as the time when the vibration due to knocking occurs. Vibrations of the cylinder bore inner surface and cylinder head vibration are measured. Thereby, it is possible to obtain a vibration simulating a state in which knocking has occurred in the engine. Based on these vibrations, vibration transmission of the cylinder block is analyzed. Therefore, it is possible to analyze the vibration transfer characteristics in accordance with the actual driving state. As a result, it is possible to provide an engine block vibration transfer characteristic analyzing apparatus capable of improving the vibration transfer characteristic analysis accuracy.
第5の発明に係るエンジンブロックの振動伝達特性解析方法においては、第4の発明の構成に加え、エンジンブロックに振動を与えるステップは、ノッキングによる振動の減衰率として予め定められた減衰率で、予め定められた時間だけエンジンブロックに振動を与えるステップを含む。 In the vibration transmission characteristic analysis method for an engine block according to the fifth invention, in addition to the configuration of the fourth invention, the step of applying vibration to the engine block has a predetermined damping rate as a damping rate of vibration due to knocking, Applying vibration to the engine block for a predetermined time.
第5の発明によると、ノッキングによる振動の減衰率として予め定められた減衰率で、予め定められた時間だけエンジンブロックに振動が与えられる。この振動の伝達が測定される。これにより、エンジンにノッキングが発生した状態により近い状態の振動を得ることができる。そのため、実際の運転状態に即した振動伝達特性の解析を行なうことができる。その結果、振動伝達特性の解析精度を向上することができる。 According to the fifth aspect, vibration is applied to the engine block for a predetermined time at a predetermined attenuation rate as the attenuation rate of vibration due to knocking. The transmission of this vibration is measured. Thereby, it is possible to obtain vibration in a state closer to a state where knocking has occurred in the engine. Therefore, it is possible to analyze the vibration transfer characteristics in accordance with the actual driving state. As a result, the analysis accuracy of vibration transfer characteristics can be improved.
第6の発明に係るエンジンブロックの振動伝達特性解析方法においては、第4または5の発明の構成に加え、シリンダボアの内面の振動を測定するステップは、シリンダボア内に配置されるピストンによりシリンダブロックに振動が発生する際のピストンの位置に対応した位置で、シリンダボアの内面に配置されるシリンダブロック振動測定器により振動を測定するステップを含む。 In the vibration transmission characteristic analysis method for an engine block according to the sixth invention, in addition to the configuration of the fourth or fifth invention, the step of measuring the vibration of the inner surface of the cylinder bore is performed by the piston arranged in the cylinder bore. And a step of measuring vibration by a cylinder block vibration measuring device disposed on the inner surface of the cylinder bore at a position corresponding to the position of the piston when vibration is generated.
第6の発明によると、シリンダボア内に配置されるピストンによりシリンダブロックに振動が発生する際のピストンの位置に対応した位置に配置されるシリンダブロック振動測定器により振動が測定される。これにより、たとえばピストンスラップによる振動など、エンジンを実際に運転した場合にピストンにより発生する振動の影響を加味した振動伝達特性を解析することができる。そのため、より実際の運転状態に即した振動伝達特性の解析を行なうことができる。その結果、振動伝達特性の解析精度を向上することができる。 According to the sixth invention, the vibration is measured by the cylinder block vibration measuring device disposed at a position corresponding to the position of the piston when vibration is generated in the cylinder block by the piston disposed in the cylinder bore. As a result, it is possible to analyze a vibration transmission characteristic that takes into account the influence of vibration generated by the piston when the engine is actually operated, such as vibration due to piston slap. Therefore, it is possible to analyze the vibration transfer characteristics more in line with actual driving conditions. As a result, the analysis accuracy of vibration transfer characteristics can be improved.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
図1は、本実施の形態におけるエンジンブロックの振動伝達特性解析装置100の構成およびコンピュータ200を示す全体斜視図であり、図2は、エンジンブロックの振動伝達特性解析装置100の構成を示す側面図であり、図3は、高精度高さ調節機構120の構造を示す模式図であり、図4は、エンジンブロックの内部構成を示す模式断面図である。また、図5は、シリンダヘッド162の拡大断面図であり、図6は、図5中VI線矢視図である。
FIG. 1 is an overall perspective view showing a configuration of an engine block vibration transfer
本実施の形態における振動伝達特性解析装置100の構造は、図1および図2に示すように、定盤110の上に、振動伝達特性を解析すべきエンジンブロック160と、このエンジンブロック160に所定の振動を与えるための加振装置130とが配設されている。加振装置130によりエンジンに与える振動については後述する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the structure of the vibration transfer
本実施の形態におけるエンジンブロック160は、複数の気筒を有する多気筒エンジンのエンジンブロックである。エンジンブロック160は、外方からの振動を遮断するために定盤110との間に防振ゴム150が介在されている。また、加振装置130は、エンジンブロック160に対して正確に振動を加える観点から定盤110との間に高精度高さ調節機構120が介在されている。加振装置130としては、電磁式の加振装置等が用いられる。なお、本実施の形態における振動伝達特性解析装置100の外形寸法は、幅450mm、奥行き450mm、高さ400mm程度である。
加振装置130は、図2に示すように、高精度高さ調節機構120のベース121に取付けられた保持治具122に設けられたU字溝123に、加振装置130の支持ボルト131が保持され、粗い高さ調節を行なうことを可能としている。また、高精度高さ調節機構120としては、図3に示すように、ベース121のケース121a内に配設された楔部材121bと楔部材121cとを有し、ハンドル121dを回転させることで、楔部材121cがX方向及びY方向に移動して、数十μm単位での高さ位置調節を可能としている。
As shown in FIG. 2, the
エンジンブロック160は、図2に示すように、シリンダボアを有するシリンダブロック161とシリンダヘッド162とを備え、加振装置130の加振軸140は、シリンダブロック161に設けられたノックセンサ取付ボス163に連結されている。このノックセンサ取付ボス163は、実機エンジンにおいて、ノッキングの発生を検出するノッキングセンサを取付けるための円筒状の突起部である。
As shown in FIG. 2, the
図4を参照して、シリンダボア161Aの内面には、シリンダブロック振動測定器としてのシリンダブロック振動検出センサ310が配置されている。シリンダブロック振動検出センサ310は、各シリンダに対して設けられる。
Referring to FIG. 4, a cylinder block
実機のエンジンにおいては、シリンダボア161A内には、上下に摺動するピストン164が配設される。シリンダブロック振動検出センサ310は、実機のエンジンを運転した状態において、ピストンスラップによりシリンダブロック161に振動が発生する際のピストン164の位置に対応した位置に設けられる。
In an actual engine, a
たとえば、クランク角で40°ATDC〜70°ATDCの範囲内でピストンスラップが発生する場合、40°ATDC〜70°ATDCにおけるピストンの位置に対応した位置に、シリンダブロック振動検出センサ310が設けられる。すなわちシリンダブロック振動検出センサ310は、ピストンスラップによる振動の発生点に対応した位置に設けられる。
For example, when a piston slap is generated within a crank angle range of 40 ° ATDC to 70 ° ATDC, the cylinder block
このような位置に設けられたシリンダブロック振動検出センサ310により得られた振動を用いて、後述するようにエンジンブロック160のノッキング発生時における振動伝達特性を解析することで、ノッキングによる振動以外のノイズによる影響を加味して解析を行なうことができる。そのため、実際の運転状態に即した振動伝達特性の解析を行なうことができる。その結果、振動伝達特性の解析精度を向上することができる。
By using the vibration obtained by the cylinder block
図5を参照して、シリンダヘッド162に設けられたプラグ孔162pには、シリンダヘッド振動測定器としてのシリンダヘッド振動検出センサ320が配置され、このシリンダヘッド振動検出センサ320は、特殊ボルト301、金属キューブ302、および、センサ303から構成されている。より具体的な構成については、後述する。このプラグ孔162pは、図6に示すように、シリンダヘッド162に設けられる吸気バルブ孔162iと排気バルブ孔162eとに囲まれたシリンダヘッド162の中央領域に設けられている。また、このプラグ孔162pは、機械加工により、精度良く形成されていることから、シリンダヘッド162に対して、シリンダヘッド振動検出センサ320を精度良く取付けることを可能としている。シリンダヘッド振動検出センサ320は、各シリンダに対して設けられる。
Referring to FIG. 5, a cylinder head
上記構成からなる振動伝達特性解析装置100を用いた、ノッキング発生時におけるエンジンブロック160の振動解析方法、具体的には、エンジンブロック160の振動伝達特性として、ノッキング信号(S:シリンダヘッドの振動特性)とノイズ信号(N:エンジンブロックの振動特性)とによるSN比を得る方法について説明する。まず、加振装置130を用いて、エンジンブロック160のノックセンサ取付ボス163に連結された加振軸140から、エンジンブロック160に所定の振動を加える。
A vibration analysis method of the
次に、シリンダブロック振動検出センサ310およびシリンダヘッド振動検出センサ320を用いて、シリンダブロック161に生じる振動信号1およびシリンダヘッド162に生じる振動信号2をピックアップする。振動信号1および振動信号2は、コンピュータ200に入力され、エンジンブロック160のノッキング発生時における振動伝達特性(S/N比)が解析される。振動伝達特性は、各シリンダについて解析される。
Next, the vibration signal 1 generated in the
ここで、シリンダブロック振動検出センサ310およびシリンダヘッド振動検出センサ320を用いた振動伝達特性の具体的な解析方法について、図7および図8を参照して説明する。なお、図7は、シリンダブロック161に生じる振動およびシリンダヘッド162に生じる振動を図示した模式図であり、図8は、ノッキング発生点火時期における信号強度とノッキング発生頻度との関係を示す図である。
Here, a specific analysis method of vibration transfer characteristics using the cylinder block
実機エンジンにおけるノッキング発生時のピストン164の位置は、図7に示すように、圧縮上死点後(ATDC)約10°〜60°の範囲にあるため、燃焼室A内のシリンダブロック161へ伝達する振動は、ピストン164によって抑制され、シリンダヘッド162からの振動伝達(S:ヘッド部振動応答)が支配的となる。一方、ピストン164の位置が低下すると、ピストン164によるシリンダブロック161の抑制が開放されて、シリンダブロック161が共振(N:ライナー部振動応答)を始める。
As shown in FIG. 7, the position of the
このシリンダブロック161の共振は、ノッキングの発生点火時期におけるエンジンノイズに影響を与え、ノイズ信号を大きくする結果、ノッキングセンサにおけるSN(ノッキング信号/ノイズ信号:ヘッド部振動応答S/ライナー部振動応答N)比に悪影響を与えることになる。つまり、図8に示すように、ノイズ信号Nが、ノイズ信号N’に移行する(強度が強くなる)ことで、ノッキング判定レベル(S)にノイズ信号が近づく結果、SN比を悪化させることになる。このように、ノッキングの発生点火時期におけるエンジンブロック160の横振動(初期振動)は、シリンダヘッド162からの振動伝達が支配的であり、シリンダブロック161からの信号がノイズ信号となる。
The resonance of the
そこで、本実施の形態における振動伝達特性解析装置100においては、シリンダブロック振動検出センサ310とシリンダヘッド振動検出センサ320との2種類の振動検出センサを燃焼室A内に配設することにより、加振装置130によりエンジンブロック160に所定の振動を与えた場合の応答信号をシリンダブロック振動検出センサ310およびシリンダヘッド振動検出センサ320によりピックアップすることで、シリンダブロック161の振動特性とシリンダヘッド162の振動特性、つまり、ノッキング信号(S:シリンダヘッドの振動特性)とノイズ信号(N:エンジンブロックの振動特性)とによるSN比を予め把握することができる。
In view of this, in the vibration transfer
ここで、本振動伝達特性解析装置100によって得られたSN比と実機エンジンのSN比との相関関係について、図9および図10を参照して説明する。なお、図9は、本振動伝達特性解析装置100によって得られた各種エンジンと擬似SN比との関係を示す図であり、図10は、実際にエンジンを駆動させた状態での、各種エンジンにおける実機SN比合否を示す図である。
Here, the correlation between the SN ratio obtained by the vibration transfer
本振動伝達特性解析装置100によって得られたエンジンのノッキング発生時におけるSN比を擬似SN比と定義し、実際のエンジン駆動から得られたSN振動比を実機SN比と定義する。エンジン(A)、エンジン(B)、および、エンジン(C)より、擬似SN比と実機SN比とを比較した。
The SN ratio at the time of occurrence of engine knocking obtained by the vibration transfer
本振動伝達特性解析装置100を用いて、エンジン(A)、エンジン(B)、および、エンジン(C)の各エンジンブロックを用いて、各エンジンの擬似SN比を測定した結果、図9に示すように、エンジン(A)が最も制御性が良好な擬似SN比が得られ、次いで、エンジン(C)、エンジン(B)の順で、擬似SN比が得られた。
As a result of measuring the pseudo S / N ratio of each engine using the engine blocks of the engine (A), the engine (B), and the engine (C) using the vibration transfer
次に、エンジン(A)、エンジン(B)、および、エンジン(C)の各エンジンを実際に駆動させて、ノックセンサにより信号をピックアップして、実機SN比を測定した結果を、図10に示す。エンジン(A)およびエンジン(C)においては、合格のSN比が得られ、エンジン(B)においては、不合格のSN比が得られた。このように、擬似SN比が最も悪いエンジン(B)において、実機SN比も不合格の判定となり、本振動伝達特性解析装置100によって得られたSN比と実機エンジンのSN比との間に相関関係があることが証明された。
Next, the engine (A), engine (B), and engine (C) are actually driven, signals are picked up by knock sensors, and the actual SN ratio is measured. Show. In the engine (A) and the engine (C), an acceptable SN ratio was obtained, and in the engine (B), an unacceptable SN ratio was obtained. As described above, in the engine (B) having the worst pseudo S / N ratio, the actual S / N ratio is also determined to be unacceptable, and the correlation between the S / N ratio obtained by the vibration transfer
シリンダヘッド振動検出センサ320の具体的構成について、図11を参照して説明する。ここで、上述したようにシリンダヘッド振動検出センサ320においては、シリンダヘッド162に生じる横振動成分を正確に測定する必要があることから、その取付け位置、角度にも十分注意する必要がある。たとえば、シリンダヘッド162に対する取付け角度が不正確であれば、振動ベクトル方向の違いにより、測定誤差が生じることになる。そこで、本実施の形態においては、シリンダヘッド162に設けられたプラグ孔162pを用いて、シリンダヘッド振動検出センサ320を取付けている。
A specific configuration of the cylinder head
シリンダヘッド振動検出センサ320は、上述したように特殊ボルト301、金属キューブ302、および、センサ303から構成されている。ここで、特殊ボルト301へのセンサ303の取付けに際しても、取付け角度の正確性が要求されるため、機械加工により寸法精度が高精度に仕上げられた金属キューブ302(立方体形状)を、特殊ボルト301とセンサ303との間に介在させている。特殊ボルト301および金属キューブ302の材質は、測定誤差を生じさせない観点から、シリンダヘッド162と同素材で形成されていることが好ましい。
As described above, the cylinder head
特殊ボルト301への金属キューブ302の固定には、様々な固定構造が考えられる。図11(A)に示す接着剤を用いる固定構造、図11(B)に示す、特殊ボルト301側に雄ネジ305A、金属キューブ302側に雄ネジ305Aを受入れる雌ネジ305Bを設ける固定構造、図11(C)に示す、金属キューブ302側に雄ネジ305A、特殊ボルト301側に雄ネジ305Aを受入れる雌ネジ305Bを設ける固定構造、図11(D)に示す、独立した雄ネジ(スタッドボルト)305Aを準備し、特殊ボルト301および金属キューブ302のそれぞれに、雄ネジ305Aを受入れる雌ネジ305Bを設ける固定構造等が挙げられる。
Various fixing structures are conceivable for fixing the
なお、センサ303の取付け角度の正確性が要求されるため、平坦面を形成した金属キューブ302を設ける場合について説明したが、この取付け構造は、あくまでも一例であり、たとえば、シリンダヘッド162に対して、取付け角度の正確性を満足させることが可能な場合には、センサ303を直接シリンダヘッド162に取付ける固定構造の採用も可能である。
In addition, since the accuracy of the mounting angle of the
以下、加振装置130によりエンジンブロック160に与える振動について説明する。図12に示すように、予め定められた周波数および予め定められた振幅のサイン波の振動を、連続的にエンジンブロック160に与えた場合を想定する。
Hereinafter, vibration applied to the
この振動が加えられる加振点から近いシリンダボア161Aに設けられたシリンダブロック振動検出センサ310により測定される振動は、図13に示すように、振動が減衰せずに連続的に現れるサイン波になる。
The vibration measured by the cylinder block
同様に、加振点から遠いシリンダボア161Aに設けられたシリンダブロック振動検出センサ310により測定される振動は、図14に示すように、振動が減衰せずに連続的に現れるサイン波になる。加振点から遠いシリンダボア161Aにおける振動は、加振点から近いシリンダボア161Aにおける振動に比べて振幅が小さい。
Similarly, the vibration measured by the cylinder block
ところが、実際にノッキングが発生した場合は振動が減衰する。また、振動の減衰率は、振動が伝達する距離が長いほどより大きくなる。このような振動の特性に対し、エンジンブロック160に連続的に振動を与えた場合にシリンダブロック振動検出センサ310により測定される振動の特性が合致していない。
However, when knocking actually occurs, the vibration is attenuated. Further, the vibration attenuation rate becomes larger as the distance transmitted by the vibration is longer. The vibration characteristics measured by the cylinder block
そこで、本実施の形態においては、図15に示すように、実際にノッキングが発生したときにノッキングによる振動が継続する時間として定められた時間tだけエンジンブロック160に加振する。さらに、与えられた振動がノッキングによる振動の減衰率として定められた減衰率で減衰するように、エンジンブロック160に加振する。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 15, when knocking actually occurs, the
ここで、エンジンブロック160に加振する時間t、すなわち、実際にノッキングが発生したときに振動が継続する時間tは、実験などによりノッキングが発生するようにエンジンを運転して得られた測定データから定められる。
Here, the time t when the
ノッキングが発生したときに振動が継続する時間tは、エンジン回転数をr、ノッキングが発生するクランク角をα°CA(Crank Angle)とおくと、たとえば下記の式(1)により定められる。 The time t during which vibration continues when knocking occurs is determined by the following equation (1), for example, where r is the engine speed and α ° CA (Crank Angle) is the crank angle at which knocking occurs.
t=(250×α)/(3×r)・・・(1)
同様に、エンジンブロック160に与える振動の減衰率は、実験などによりノッキングが発生するようにエンジンを運転して得られた測定データから定められる。エンジンブロック160に与える振動の減衰率は、クランク角をθ、係数をβ(たとえばβ=0.1)とおくと、たとえば下記の式(2)により定められる。
t = (250 × α) / (3 × r) (1)
Similarly, the damping rate of vibration applied to
減衰率=exp(−β×θ)・・・(2)
式(2)から求められる減衰率で減衰する振動を、式(1)から求められる時間だけエンジンブロック160に与えた場合に、加振点から近いシリンダボア161Aに設けられたシリンダブロック振動検出センサ310により測定される振動は、図16に示すように、時間が経過するにつれて減衰する。
Decay rate = exp (−β × θ) (2)
A cylinder block
同様に、加振点から遠いシリンダボア161Aに設けられたシリンダブロック振動検出センサ310により測定される振動は、図17に示すように、時間が経過するにつれて減衰する。加振点から遠いシリンダボア161Aにおける振動は、加振点から近いシリンダボア161Aにおける振動に比べて振幅が小さく、減衰率が大きい。
Similarly, the vibration measured by the cylinder block
これにより、エンジンにノッキングが発生した状態を模擬した振動を得ることができる。このような振動に基づいて擬似SN比を得て、エンジンブロック160のノッキング発生時における振動伝達特性を解析することにより、実際の運転状態に即した振動伝達特性の解析を行なうことができる。その結果、振動伝達特性の解析精度を向上することができる。
Thereby, it is possible to obtain a vibration simulating a state in which knocking has occurred in the engine. By obtaining the pseudo S / N ratio based on such vibration and analyzing the vibration transfer characteristic when the
また、エンジンブロック160に加振する時間tは、エンジン回転数rに応じて定められるため、エンジン回転数rごとに、振動伝達特性の解析を行なうことができる。
In addition, since the time t for applying vibration to the
以上のように、本実施の形態に係るエンジンブロックの振動伝達特性解析装置によれば、実際にノッキングが発生したときに振動が継続する時間として定められた時間tだけエンジンブロックに加振される。シリンダブロック振動検出センサおよびシリンダヘッド振動検出センサを用いて、シリンダブロックに生じる振動信号およびシリンダヘッドに生じる振動信号がピックアップされる。振動信号および振動信号は、コンピュータに入力され、エンジンブロックのノッキング発生時における振動伝達特性が解析される。これにより、エンジンにノッキングが発生した状態を模擬した振動を得ることができる。そのため、実際の運転状態に即した振動伝達特性の解析を行なうことができる。その結果、振動伝達特性の解析精度を向上することができる。 As described above, according to the vibration transmission characteristic analysis device for an engine block according to the present embodiment, the engine block is vibrated for a time t determined as a time during which vibration continues when knocking actually occurs. . Using the cylinder block vibration detection sensor and the cylinder head vibration detection sensor, a vibration signal generated in the cylinder block and a vibration signal generated in the cylinder head are picked up. The vibration signal and the vibration signal are input to a computer, and the vibration transfer characteristic when the engine block knocks is analyzed. Thereby, it is possible to obtain a vibration simulating a state in which knocking has occurred in the engine. Therefore, it is possible to analyze the vibration transfer characteristics in accordance with the actual driving state. As a result, the analysis accuracy of vibration transfer characteristics can be improved.
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 振動伝達特性解析装置、130 加振装置、160 エンジンブロック、161 シリンダブロック、161A シリンダボア、162 シリンダヘッド、163 ノックセンサ取付ボス、164 ピストン、310 シリンダブロック振動検出センサ、320 シリンダヘッド振動検出センサ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記エンジンブロックに連結され、ノッキングによる振動が発生する時間として予め定められた時間だけ前記エンジンブロックに振動を与える加振装置と、
前記シリンダボアの内面に配置され、振動を測定するシリンダブロック振動測定器と、
前記シリンダヘッドの内面に配置され、振動を測定するシリンダヘッド振動測定器とを含む、エンジンブロックの振動伝達特性解析装置。 A vibration transmission characteristic analysis device for an engine block, which is used to vibrate an engine block including a cylinder head and a cylinder block having a cylinder bore and analyze vibration transmission of the engine block,
A vibration exciter connected to the engine block and configured to vibrate the engine block for a predetermined time as a vibration generation time caused by knocking;
A cylinder block vibration measuring instrument disposed on the inner surface of the cylinder bore for measuring vibration;
A vibration transmission characteristic analysis device for an engine block including a cylinder head vibration measuring device that is disposed on an inner surface of the cylinder head and measures vibration.
ノッキングによる振動が発生する時間として予め定められた時間だけ前記エンジンブロックに振動を与えるステップと、
前記シリンダボアの内面の振動を測定するステップと、
前記シリンダヘッドの振動を測定するステップと、
前記シリンダボアの内面の振動および前記シリンダヘッドの振動に基づき、前記シリンダブロックの振動伝達を解析するステップとを含む、エンジンブロックの振動伝達特性解析方法。 A method for analyzing vibration transmission characteristics of an engine block comprising a cylinder head and a cylinder block having a cylinder bore,
Applying vibration to the engine block for a predetermined time as a time when vibration due to knocking occurs;
Measuring the vibration of the inner surface of the cylinder bore;
Measuring the vibration of the cylinder head;
Analyzing vibration transmission of the cylinder block based on vibration of the inner surface of the cylinder bore and vibration of the cylinder head.
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US20130098156A1 (en) * | 2011-06-23 | 2013-04-25 | Nhk Spring Co., Ltd. | Method for analyzing vibration property of member including piezoelectric element |
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