JP2009236562A - エンジンの摩擦力測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンのシリンダスリーブおよびピストン間に作用する摩擦力を測定する摩擦力測定装置において、摩擦力の測定精度に影響を及ぼさずにスリーブの交換を容易に行えるようにする。
【解決手段】 エンジンＥのシリンダブロック１１の内部に設けられたシリンダスリーブ１６を、内周面をピストン１７が摺動するインナースリーブ３２と、インナースリーブ３２の外周面を覆うアウタースリーブ３１とで構成し、インナースリーブ３２をアウタースリーブ３１に固定し、摩擦力を測定するセンサ３９を有する固定部材１９をアウタースリーブ３１を介してシリンダブロック１１に固定したので、インナースリーブ３２を交換する際に、センサ３９を有する固定部材１９とアウタースリーブ３１とを取り外す必要がなくなり、インナースリーブ３２の交換が容易になるだけでなく、インナースリーブ３２を交換する度にセンサ３９の調整を行う必要がなくなって利便性が大幅に向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンのシリンダブロックの内部に設けられたシリンダスリーブと、前記シリンダスリーブに摺動自在に嵌合するピストンとの間に作用する摩擦力を測定するエンジンの摩擦力測定装置に関する。

エンジンの運転中にシリンダスリーブの内部でピストンが摺動すると、シリンダスリーブおよびピストン間に摩擦力が作用する。この摩擦力の大きさや方向を測定すべく、摩擦力測定装置のシリンダブロックおよびシリンダヘッドにテスト用のシリンダスリーブおよびピストンを装着して実際に運転を行い、シリンダブロックおよびシリンダスリーブ間に設けたロードセルで前記摩擦力を測定するものが、下記特許文献１により公知である。
特許第３９２５７７９号公報

ところで上記特許文献１に記載されたものは、シリンダスリーブがシリンダブロックに側方向ストッパにより固定されているため、テスト用のシリンダスリーブを交換する度に、シリンダスリーブおよびシリンダブロック間に設けられたロードセルの調整を行う必要があり、シリンダスリーブの着脱に伴うロードセルの調整に多くの時間および労力を要するだけでなく、検出精度にも悪影響を及ぼす可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、エンジンのシリンダスリーブおよびピストン間に作用する摩擦力を測定する摩擦力測定装置において、摩擦力の測定精度に影響を及ぼさずにシリンダスリーブの交換を容易に行えるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、エンジンのシリンダブロックの内部に設けられたシリンダスリーブと、前記シリンダスリーブに摺動自在に嵌合するピストンとの間に作用する摩擦力を測定するエンジンの摩擦力測定装置において、前記シリンダスリーブは、内周面を前記ピストンが摺動するインナースリーブと、前記インナースリーブの外周面を覆うアウタースリーブとからなり、前記インナースリーブは前記アウタースリーブに固定されるとともに、前記アウタースリーブは前記摩擦力を測定するセンサを有する固定部材を介して前記シリンダブロックに固定されることを特徴とするエンジンの摩擦力測定装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記インナースリーブは、その軸線方向一端部において前記アウタースリーブの軸線方向一端部に固定されることを特徴とするエンジンの摩擦力測定装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記インナースリーブおよび前記アウタースリーブの軸線方向一端部はエンジンのシリンダヘッド側であることを特徴とするエンジンの摩擦力測定装置が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記シリンダスリーブを冷却する冷却水が流れるウオータジャケットは、前記インナースリーブおよび前記アウタースリーブの間に形成されることを特徴とするエンジンの摩擦力測定装置が提案される。

尚、実施の形態のロードセル３９は本発明のセンサに対応する。

請求項１の構成によれば、エンジンのシリンダブロックの内部に設けられたシリンダスリーブを、内周面をピストンが摺動するインナースリーブと、インナースリーブの外周面を覆うアウタースリーブとで構成し、インナースリーブをアウタースリーブに固定し、摩擦力を測定するセンサを有する固定部材を介してアウタースリーブをシリンダブロックに固定したので、ピストンとの摩擦力を測定すべきインナースリーブを交換する際に、アウタースリーブと摩擦力を測定するセンサを有する固定部材とを取り外す必要がなくなり、インナースリーブの交換作業が容易になるだけでなく、インナースリーブを交換する度にセンサの調整を行う必要がなくなって利便性が大幅に向上する。

また請求項２の構成によれば、インナースリーブの軸線方向一端部がアウタースリーブの軸線方向一端部に固定されるので、インナースリーブに歪みを発生させることなくアウタースリーブに固定することができるだけでなく、インナースリーブの着脱の作業性も向上する。

また請求項３の構成によれば、インナースリーブおよびアウタースリーブの軸線方向一端部をエンジンのシリンダヘッド側としたので、シリンダヘッドを取り外すだけでインナースリーブの交換を容易に行うことができる。しかも混合気の燃焼・爆発の荷重を受ける位置の近くでインナースリーブおよびアウタースリーブを固定するので、前記荷重に対するシリンダスリーブの剛性を確保することができる。

また請求項４の構成によれば、シリンダスリーブを冷却する冷却水が流れるウオータジャケットをインナースリーブおよびアウタースリーブの間に形成したので、ウオータジャケットの形成が容易である。またウオータジャケットが肉抜きになってシリンダスリーブが軽量化されるので、慣性力が小さくなって摩擦力の検出精度が向上し、しかもウオータジャケットを流れる冷却水の摩擦力がアウタースリーブおよびシリンダブロック間の固定部材に設けたセンサの検出精度に影響を及ぼすことが防止される。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図５は本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１はエンジンの摩擦力測定装置の縦断面図、図２は図１の２−２線断面図、図３は図１の３−３線断面図、図４は図１の４部拡大図、図５はシリンダスリーブおよび固定部材を装着されたシリンダブロックの斜視図である。

エンジンＥの摩擦力測定装置は、シリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の下面に結合されるクランクケース１２と、シリンダブロック１１の上面に結合されるシリンダヘッド１３と、シリンダヘッド１３の上面に結合されるヘッドカバー１４と、クランクケース１２に回転自在に支持されるクランクシャフト１５と、シリンダブロック１１の内部に配置されるシリンダスリーブ１６と、シリンダスリーブ１６に摺動自在に嵌合するピストン１７と、ピストン１７をクランクシャフト１５に連接するコネクティングロッド１８と、シリンダスリーブ１６をシリンダブロック１１に固定する一対の固定部材１９，１９とを備える。固定部材１９，１９の位置は、コネクティングロッド１８の揺動面内にあり、ピストン１７のスラスト側と反スラスト側とに対応している。

シリンダヘッド１３には、燃焼室２０、吸気ポート２１および排気ポート２２が形成されており、吸気ポート２１を開閉する吸気弁２３および排気ポート２２を開閉する排気弁２４が、カムシャフト２５およびロッカーアーム２６，２７を有する動弁機構２８により駆動される。

シリンダスリーブ１６は、径方向外側に位置するアウタースリーブ３１と、その内周に嵌合するインナースリーブ３２とで構成されており、インナースリーブ３２の内周面にピストン１７が摺動自在に嵌合する。アウタースリーブ３１の下端内周面が段部３１ｃを介して縮径しており、この段部３１ｃにインナースリーブ３２の下端外周面を縮径させる段部３２ａが上方から係合する。またアウタースリーブ３１の上端内周面が段部３１ｂを介して縮径するとともに、インナースリーブ３２の上端外周面が段部３２ｂを介して縮径しており、アウタースリーブ３１の段部３１ｂおよびインナースリーブ３２の段部３２ｂに環状のカラー４１を係合させ、複数本のボルト４２…でアウタースリーブ３１の段部３１ｂに締結することで、インナースリーブ３２はアウタースリーブ３１の段部３１ａおよびカラー４１に上下から挟まれて固定される。

アウタースリーブ３１およびインナースリーブ３２の間には、図示せぬウオータポンプから冷却水供給パイプ３４および冷却水排出パイプ３５を介して冷却水が供給されるウオータジャケット３６が形成される。

アウタースリーブ３１の外側面の直径方向両端には、一対の固定部材１９，１９が各々３本のボルト３８…で固定される。この固定状態において、各固定部材１９の内側面に設けられた３個のロードセル３９…がアウタースリーブ３１の外側面に当接する。

シリンダブロック１１は横断面が四角形の筒状部材であって、その内部にシリンダスリーブ１６が嵌合する。このとき、前記一対の固定部材１９，１９は、シリンダブロック１１に形成した取付孔１１ａ，１１ａに嵌合し、各２本のボルト４０，４０でシリンダブロック１１に固定される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

エンジンＥを運転すると、インナースリーブ３２の内部でピストン１７が往復動し、ピストン１７およびインナースリーブ３２の摺動面に摩擦力が作用する。ここでいう摩擦力とは直交座標系の３分力であり、シリンダ軸線方向の力に加えて、シリンダ軸線に直交する方向の力や、インナースリーブ３２の接線方向の力も含むものである。ピストン１７からインナースリーブ３２に加えられた前記摩擦力は、インナースリーブ３２と一体のアウタースリーブ３１に伝達され、シリンダブロック１１に固定された固定部材１９，１９とアウタースリーブ３１との間に配置されたロードセル３９…によって検出され、エンジンＥの運転中にピストン１７からシリンダスリーブ１６のどのような荷重が加わるかを測定することができる。

またシリンダスリーブ１６を冷却する冷却水のウオータジャケット３６をインナースリーブ３２およびアウタースリーブ３１の間に形成したので、中子を用いずにウオータジャケット３６を容易に成形できるだけでなく、ウオータジャケット３６が肉抜きになってシリンダスリーブ１６が軽量化されるので、シリンダスリーブ１６の慣性力が小さくなって摩擦力の検出精度が向上する。しかもウオータジャケット３６を流れる冷却水の摩擦力はインナースリーブ３２およびアウタースリーブ３１の間に作用し、アウタースリーブ３１およびシリンダブロック１１の間には作用しないため、冷却水の摩擦力がアウタースリーブ３１およびシリンダブロック１１に配置したロードセル３９…の検出精度に影響を及ぼすことが防止される。

摩擦力測定装置は、インナースリーブ３２およびピストン１７の種々の組み合わせについて測定を行うため、インナースリーブ３２の交換作業を行う必要がある。その手順は、先ずシリンダブロック１１からシリンダヘッド１３を取り外した後、アウタースリーブ３１の上端にボルト４２…で締結したカラー４１を取り外し、インナースリーブ３２をアウタースリーブ３１から上方に分離すれば良い。

このように、シリンダスリーブ１６をインナースリーブ３２とアウタースリーブ３１とに分割し、インナースリーブ３２をアウタースリーブ３１に固定し、アウタースリーブ３１をロードセル３９…を有する固定部材１９，１９を介してシリンダブロック１１に固定したので、インナースリーブ３２を交換する際に、アウタースリーブ３１および固定部材１９，１９をシリンダブロック１１から取り外す必要がない。よって、インナースリーブ３２の交換が容易になるだけでなく、インナースリーブ３２を交換する度に固定部材１９，１９に設けられたロードセル３９…の調整を行う必要がなくなって利便性が大幅に向上する。

またインナースリーブ３２は、アウタースリーブ３１の上端にボルト４２…で締結される環状のカラー４１で該アウタースリーブ３１に押し付けられて固定されるので、インナースリーブ３２を歪ませずにアウタースリーブ３１に固定することができるだけでなく、シリンダヘッド１３を分離するだけでインナースリーブ３２の着脱を行うことができるので、その着脱の作業性が向上する。しかも燃焼室２０での混合気の燃焼・爆発の荷重を受ける位置の近くでインナースリーブ３２およびアウタースリーブ３１を固定するので、前記荷重に対するシリンダスリーブ１６の剛性を確保することができる。

図６〜図８は本発明の第２の実施の形態を示すもので、図６はエンジンの摩擦力測定装置の縦断面図、図７はシリンダスリーブおよび固定部材を装着されたシリンダブロックの斜視図、図８はシリンダスリーブおよび固定部材の斜視図である。尚、第２の実施の形態において、第１の実施の形態の構成要素に対応する構成要素に、第１の実施の形態と同じ符号を付すことで重複する説明を省略する。

第２の実施の形態は、アウタースリーブ３１に対するインナースリーブ３２の固定構造が第１の実施の形態と異なっており、その他の構造は第１の実施の形態と実質的に同じである。

即ち、インナースリーブ３２の上端、つまりシリンダヘッド１３側の端部にはフランジ部３２ｃが設けられており、このフランジ部３２ｃを貫通する複数本のボルト３３…でインナースリーブ３２がアウタースリーブ３１の上端に締結される。この第２の実施の形態によっても、インナースリーブ３２を歪ませずにアウタースリーブ３１に固定することができるだけでなく、シリンダヘッド１３を分離するだけでインナースリーブ３２の着脱を行うことができるので、その着脱の作業性が向上する。しかも燃焼室２０での混合気の燃焼・爆発の荷重を受ける位置の近くでインナースリーブ３２およびアウタースリーブ３１を固定するので、前記荷重に対するシリンダスリーブ１６の剛性を確保することができる。

しかして、この第２の実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態ではインナースリーブ３２の両側面に各３個のロードセル３９…を設けているが、ロードセル３９…の位置や数は適宜変更可能である。

第１の実施の形態に係るエンジンの摩擦力測定装置の縦断面図 図１の２−２線断面図 図１の３−３線断面図 図１の４部拡大図 シリンダスリーブおよび固定部材を装着されたシリンダブロックの斜視図 第２の実施の形態に係るエンジンの摩擦力測定装置の縦断面図 シリンダスリーブおよび固定部材を装着されたシリンダブロックの斜視図 シリンダスリーブおよび固定部材の斜視図

符号の説明

Ｅ エンジン
１１ シリンダブロック
１３ シリンダヘッド
１６ シリンダスリーブ
１７ ピストン
１９ 固定部材
３１ アウタースリーブ
３２ インナースリーブ
３６ ウオータジャケット
３９ ロードセル（センサ）

Claims (4)

1. エンジン（Ｅ）のシリンダブロック（１１）の内部に設けられたシリンダスリーブ（１６）と、前記シリンダスリーブ（１６）に摺動自在に嵌合するピストン（１７）との間に作用する摩擦力を測定するエンジンの摩擦力測定装置において、
   前記シリンダスリーブ（１６）は、内周面を前記ピストン（１７）が摺動するインナースリーブ（３２）と、前記インナースリーブ（３２）の外周面を覆うアウタースリーブ（３１）とからなり、
   前記インナースリーブ（３２）は前記アウタースリーブ（３１）に固定されるとともに、前記アウタースリーブ（３１）は前記摩擦力を測定するセンサ（３９）を有する固定部材（１９）を介して前記シリンダブロック（１１）に固定されることを特徴とするエンジンの摩擦力測定装置。
2. 前記インナースリーブ（３２）は、その軸線方向一端部において前記アウタースリーブ（３１）の軸線方向一端部に固定されることを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの摩擦力測定装置。
3. 前記インナースリーブ（３２）および前記アウタースリーブ（３１）の軸線方向一端部はエンジン（Ｅ）のシリンダヘッド（１３）側であることを特徴とする、請求項２に記載のエンジンの摩擦力測定装置。
4. 前記シリンダスリーブ（１６）を冷却する冷却水が流れるウオータジャケット（３６）は、前記インナースリーブ（３２）および前記アウタースリーブ（３１）の間に形成されることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のエンジンの摩擦力測定装置。

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