JP2011133385A - シリンダ内径の計測方法及びその計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダライナの軸心上に配置することなく、シリンダライナーの内径を計測するシリンダ内径の計測方法及びその計測装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１を構成するシリンダライナー２の内部に位置して、シリンダライナー２の内周方向に回転し得る回転台６と、
回転台６の上に配置されて非接触でシリンダライナー２の内壁面２ａまでの距離を測定する水平方向変位計７と、
回転台６により回転した水平方向変位計７の回転角度θと、水平方向変位計７により測定した水平方向の変位データＬとから、回転角度の余弦COSθと変位データＬの積によるＸ成分値、及び／または回転角度の正弦SINθと変位データＬの積によるＹ成分値を求めてシリンダライナー２の内径を算出する制御部９とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のシリンダライナーの内径を計測するシリンダ内径の計測方法及びその計測装置に関するものである。

一般に、船舶等の内燃機関に用いるシリンダライナーは、高出力の状態で使用されるため、一定時間ごとに定期点検が必要であり、定期点検の際には、シリンダライナーの内径を計測し、シリンダライナーの摩耗が所定以上である場合には、新しいシリンダライナーに交換している。

シリンダライナーの内径を計測する方法の一例としては、シリンダライナー上部のシリンダカバーを取り外し、内部に人が入り込んで接触式の計測器を設置し、接触式の計測器でシリンダライナーの内径を計測するものがある。

またシリンダライナーの内径を計測する方法の他例としては、シリンダカバーに配置した燃料噴射装置を取り外し、燃料噴射装置の燃料噴射孔に接触式の測定器を挿入してシリダライナーの内径を計測するものや、シリンダカバーに挿入穴を設け、挿入穴に接触式の測定器を挿入してシリダライナーの内径を計測するものがある（例えば、特許文献１参照）。

更にシリンダライナーの内径を計測する方法の別例としては、シリンダライナーの掃気ポートから接触式の測定器をシリンダライナー内に配置してシリダライナーの内径を計測するものがある。

ここで接触式の測定器の一例としては、シリンダライナーの内部で軸心位置から複数のアームを展開して接触部をシリンダライナーの内壁面に接触させ、電子マイクロメータ等の測定子を介してシリンダライナーの内径を測定するものがある。

特許第２９３６７６４号明細書

しかしながら、内部に人が入り込んで接触式の計測器を設置する場合には、シリンダカバーを取り外す必要があるため、多くの手間と時間が必要になるという問題があった。またシリンダライナーの内径の高さ位置は、測定のたびに他の測定具で計測しなければならないため、測定者による誤差を生じ、シリンダライナーの内径や測定位置における記録の精度が低下し、更に再現性が低下するという問題があった。

シリンダカバーの燃料噴射孔に接触式の測定器を挿入する場合には、シリンダカバーから燃料噴射装置を取り外す必要があるため、多くの手間と時間が必要になるという問題があった。またシリンダカバーに予め挿入穴を設け、挿入穴に接触式の測定器を挿入する場合には、シリンダカバーに挿入穴を設ける必要があるため、多くの手間と時間が必要になるという問題があった。更にシリンダライナー内の軸心上に挿入穴を設ける場合には排気弁等の部材が障害となるため、現在のユニフロー掃気式エンジンでは適用が非常に困難であった。

シリンダライナーの掃気ポートから接触式の測定器をシリンダライナー内に配置する場合には、接触式の測定器をシリンダライナー内の軸心上に設置することが非常に困難であるという問題があった。

また接触式の検出器を用いる場合には、シリンダライナーが高温の状態では、接触部の温度膨張が避けられず計測値が安定しないという問題があった。また接触式の検出器は、シリンダライナー内でアーム等を展開するため、複雑な構成で部品点数が多くなり、組立に時間を要するという問題があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、シリンダライナの軸心上に配置することなく、シリンダライナーの内径を適切且つ容易に計測するシリンダ内径の計測方法及びその計測装置を提供しようとするものである。

本発明のシリンダ内径の計測方法は、内燃機関を構成するシリンダライナーの内部に、シリンダライナーの内周方向に回転し得る回転台と、該回転台に配置された水平方向変位計とをシリンダライナーの掃気ポートから挿入して設置し、
前記回転台を回転させて水平方向変位計の回転角度θを取得し、且つ水平方向変位計により非接触でシリンダライナーの内壁面までの距離を測定して水平方向の変位データＬを取得し、
前記回転角度θと変位データＬから、回転角度の余弦COSθと変位データＬの積によるＸ成分値、及び／または回転角度の正弦SINθと変位データＬの積によるＹ成分値を求めてシリンダライナーの内径を算出するものである。

また本発明のシリンダ内径の計測方法においては、内燃機関を構成するシリンダライナーの内部に、回転台に配置された垂直方向変位計を設置し、前記垂直方向変位計により非接触でシリンダカバーの天井面までの距離を測定して垂直方向の変位データを取得し、シリンダライナーの内径の高さ位置を決定することが好ましい。

また本発明のシリンダ内径の計測方法においては、Ｘ成分値における最大値の絶対値と、最小値の絶対値を加算してシリンダライナーの内径を算出することが好ましい。

また本発明のシリンダ内径の計測方法においては、Ｙ成分値における最大値の絶対値と、最小値の絶対値を加算してシリンダライナーの内径を算出することが好ましい。

本発明のシリンダ内径の計測装置は、内燃機関を構成するシリンダライナーの内部に位置して、シリンダライナーの内周方向に回転し得る回転台と、
該回転台の上に配置されて非接触でシリンダライナーの内壁面までの距離を測定する水平方向変位計と、
前記回転台により回転した水平方向変位計の回転角度θと、前記水平方向変位計により測定した水平方向の変位データＬとから、回転角度の余弦COSθと変位データＬの積によるＸ成分値、及び／または回転角度の正弦SINθと変位データＬの積によるＹ成分値を求めてシリンダライナーの内径を算出する制御部とを備えるものである。

また本発明のシリンダ内径の計測装置においては、回転台に配置されて非接触でシリンダカバーの天井面までの距離を測定する垂直方向変位計を備えることが好ましい。

また本発明のシリンダ内径の計測装置においては、掃気ポートよりシリンダライナー内へ挿入してピストン上面に設置する構成を備えることが好ましい。

本発明のシリンダ内径の計測方法及びその計測装置によれば、回転台を回転させて水平方向変位計の回転角度θを取得し、且つ水平方向変位計により非接触でシリンダライナーの内壁面までの距離を測定して水平方向の変位データＬを取得し、回転角度θと変位データＬから、回転角度の余弦COSθと変位データＬの積によるＸ成分値、及び／または回転角度の正弦SINθと変位データＬの積によるＹ成分値を求めてシリンダライナーの内径を算出するので、回転台の回転軸や水平方向変位計をシリンダライナー内の軸心上に設置しない場合であっても、シリンダライナーの内径を計測することができる。又、回転台及び水平方向変位計を掃気ポートからシリンダライナー内へ挿入して設置するので、従来の計測器を設置する場合のようなシリンダカバーの取外、燃料噴射装置の取外、挿入穴の形成を不要にし、よって多くの手間と時間を低減し、シリンダライナーの内径を容易に計測することができるという優れた効果を奏し得る。

本発明のシリンダ内径の計測装置の概念を示す正面図である。 本発明のシリンダ内径の計測装置の概念を示す平面図である。 シリンダ内径の計測装置をシリンダライナー内へ掃気ポートから挿入する状態を示す概念図である。 回転角度と変位データを示す表である。 本発明のシリンダ内径の計測方法を示すフローである。 回転角度と変位データからＸ成分値とＹ成分値を求める状態を示す概念図である。

以下、本発明の実施の形態例を図１〜図６を参照して説明する。

実施の形態例のシリンダ内径の計測方法及びその計測装置は、船舶等の内燃機関１に適用するものであり、内燃機関１は、円筒状のシリンダライナー２と、シリンダライナー２の上部に位置するシリンダカバー３と、シリンダライナー２の内部で往復動するピストンヘッド４とを備えており、シリンダライナー２の下方周囲面には掃気ポート５が複数形成されている（図３参照）。

またシリンダ内径の計測方法及びその計測装置は、ピストンヘッド４の上面４ａに配置される回転台６と、回転台６の上面に設置されるレーザ式の水平方向変位計７及びレーザ式の垂直方向変位計８と、回転台６からの回転角度θや水平方向変位計７及び垂直方向変位計８からの変位データを処理する制御部９とを備えている。

回転台６は、下部に、複数の支持脚１０を有する支持台１１を備えてピストンヘッド４の上面４ａで安定に配置し得るようになっており、支持台１１には、回転台６をシリンダライナー２の周方向に回転させるモータ１２を配置している。

水平方向変位計７は、シリンダライナー２の内壁面２ａに対してレーザ光ｒ１を発振する機構を備え、シリンダライナー２の内壁面２ａから反射されたレーザ光ｒ１の角度の違いによって変位データを取得するようになっている。ここで水平方向変位計７のレーザ発振位置７ａは、回転台６の回転中心と合致している。また支持台１１と回転台６の間には、回転台６の角度を調整し得る調整機構部１３を備え、水平方向変位計７のレーザ光ｒ１がシリンダライナー２の内壁面２ａに対して垂直となるようにしている。

垂直方向変位計８は、シリンダカバー３の天井面３ａに対してレーザ光ｒ２を発振する機構を備え、シリンダカバー３の天井面３ａから反射されたレーザ光ｒ２の角度の違いによって変位データ（図示せず）を取得するようになっている。また、支持台１１と回転台６の間に位置する調整機構部１３は、垂直方向変位計８のレーザ光ｒ２がシリンダカバー３の天井面３ａに対して垂直となるようにしている。

制御部９は、回転台６、水平方向変位計７、垂直方向変位計８に対して接続ケーブル１４を介して送受信可能に接続されていると共に、ピストンヘッド４の上面４ａに配置し得るようになっている。また制御部９には、電源供給部９ａを備えて回転台６、水平方向変位計７、垂直方向変位計８等へ電源を供給し得るようにしている。更に制御部９には、図５のフロー処理を為し得る処理プログラム等が内蔵されている。

以下本発明の実施の形態例の作用を説明する。

シリンダライナー２の内径や表面粗さを測定する際には、内燃機関１の駆動を停止し、掃気ポート５からピストンヘッド４の上面４ａが露出するようにピストンヘッド４を最下点に配置すると共に、シリンダライナー２の温度を下げた状態にする。次に図３に示す如くシリンダ内径の計測装置を掃気ポート５からシリンダライナー２内に挿入し、回転台６及び制御部９をピストンヘッド４の上面に設置し、水平方向変位計７及び垂直方向変位計８を、調整機構部１３等により位置調整して計測可能な状態にする。ここで制御部９の設置場所は、シリンダライナー２の外部やシリンダライナー２の壁面に設置しても良く、水平方向変位計７及び垂直方向変位計８を計測可能な状態にするならば、特に制限されるものではない。

続いてモータ１２等により回転台６をシリンダライナー２の内周方向へ少なくとも１回転させ、水平方向変位計７の回転角度θを取得すると同時に、水平方向変位計７からレーザ光ｒ１を発振し、水平方向変位計７のレーザ発振位置７ａからシリンダライナー２の内壁面２ａまでの距離を水平方向の変位データＬとして取得し、各回転角度θに対応する水平方向の変位データＬを制御部９に記録する。ここで制御部９では、図４の一例に示すように回転角度θ（図４では左側の列１５を示す）で１°ごとに連続的に得られた水平方向の変位データＬ（図４では右側の列１６を示す）を記録している。また計測の条件によっては、水平方向の変位データを記録する回転角度θの角度を、１°より小さい角度ごとに記録しても良いし、１°より大きい角度ごとに記録しても良い。なお水平方向変位計７のレーザ発振位置７ａからシリンダライナー２の内壁面２ａまでの距離は、回転台６の回転中心からシリンダライナー２の内壁面２ａまでの距離に等しいものとなっている。

また水平方向変位計７の測定と同時に、垂直方向変位計８からレーザ光ｒ２をシリンダカバー３の天井面３ａに向けて発振し、垂直方向変位計８のレーザ発振位置８ａからシリンダカバー３の天井面３ａまでの距離を垂直方向の変位データとして取得し、垂直方向の変位データを制御部９に記録する。

制御部９では、図５のステップＳ１のように回転角度θと水平方向の変位データＬから、回転角度の余弦COSθと変位データＬの積（COSθ・Ｌ）を算出して図６に示すようにＸ成分値を求める。次に図５のステップＳ２のようにＸ成分値の最大値と最小値を抽出し、ステップＳ３のように最大値の絶対値と最小値の絶対値を加算し、シリンダライナー２の内径を算出する。ここでＸ成分値の最大値（すなわちプラス（＋）方向に最長）と最小値（すなわちマイナス（−）方向に最長）は、シリンダライナー２の計測開始位置と平行な線となり且つシリンダライナー２の内径と同一線上であるため、最大値の絶対値と最小値の絶対値を加算することにより、開始位置から０°及び１８０°方向の内径となる。またステップＳ１からＳ３までの処理では、最大値と最小値とが同一直線上であるか否かの確認処理を行っても良いし、最大値と最小値とが同一直線上であることを確認した上で最大値の絶対値と最小値の絶対値を加算しても良い。更に最大値と最小値とが同一直線上にならない場合には、再度計測を行うようにしても良い。

続いて制御部９では、図５のステップＳ４のように回転角度θと水平方向の変位データＬから、回転角度の正弦SINθと変位データＬの積（SINθ・Ｌ）を算出して図６に示すようにＹ成分値を求める。次に図５のステップＳ５のようにＹ成分値の最大値と最小値を抽出し、ステップＳ６のように最大値の絶対値と最小値の絶対値を加算し、シリンダライナー２の内径を算出する。ここでＹ成分値の最大値（すなわちプラス（＋）方向に最長）と最小値（すなわちマイナス（−）方向に最長）は、水平面でシリンダライナー２の計測開始位置と垂直な線となり且つ垂直な線上の内径と同一線上であるため、最大値の絶対値と最小値の絶対値を加算することにより、開始位置から９０°及び２７０°方向の内径となる。またステップＳ４からＳ６までの処理では、最大値と最小値とが同一直線上であるか否かの確認処理を行っても良いし、最大値と最小値とが同一直線上であることを確認した上で最大値の絶対値と最小値の絶対値を加算しても良い。更に最大値と最小値とが同一直線上にならない場合には、再度計測を行うようにしても良い。

また制御部９では、図５のフローとは異なり、回転角度の余弦COSθと変位データＬの積（COSθ・Ｌ）によるＸ成分値、及び回転角度の正弦SINθと変位データＬの積（SINθ・Ｌ）によるＹ成分値を同時に求めてシリンダライナー２の内径を算出しても良いし、簡易測定として、回転角度の余弦COSθと変位データＬの積（COSθ・Ｌ）によるＸ成分値、または回転角度の正弦SINθと変位データＬの積（SINθ・Ｌ）によるＹ成分値のいずれか一方のみを求めてシリンダライナー２の内径を算出しても良い。

更に制御部９では、シリンダライナー２の内径を算出すると同時に、垂直方向の変位データを用いてシリンダライナー２の内径の高さ位置を決定する。ここでシリンダライナー２の内径の計測前に、予めシリンダライナー２の内径の高さ位置を計測しても良いし、シリンダライナー２の内径の計測とは別の処理でシリンダライナー２の内径の高さ位置を決定しても良い。

而して、このような実施の形態例によれば、回転台６を回転させて水平方向変位計７の回転角度θを取得し、且つレーザ式の水平方向変位計７により非接触でシリンダライナー２の内壁面２ａまでの距離を測定して水平方向の変位データ（計測距離）Ｌを取得し、回転角度θと水平方向の変位データＬとから、回転角度の余弦COSθと変位データＬの積によるＸ成分値、及び／または回転角度の正弦SINθと変位データＬの積によるＹ成分値を求めてシリンダライナー２の内径を算出するので、回転台６の回転軸や水平方向変位計７をシリンダライナー２内の軸心上に設置しない場合であっても、シリンダライナー２の内径を計測することができる。また回転角度の余弦COSθと変位データＬの積によるＸ成分値と、回転角度θの正弦SINθと変位データＬの積によるＹ成分値との両方の値を求めてシリンダライナー２の内径を計測すると、シリンダライナー２の内径の計測値についての正確性を高め、一層好適に測定することができる。

更に回転台６及び水平方向変位計７を掃気ポート５からシリンダライナー２内へ挿入して設置するので、従来の計測器を設置する場合のようなシリンダカバー３の取外、燃料噴射装置の取外、挿入穴の形成を不要にし、よって多くの手間と時間を低減し、シリンダライナー２の内径を容易に計測することができる。

また従来の計測器を設置する場合のようなシリンダライナー２の軸心上に位置する挿入穴の形成を不要にするので、軸心上の排気弁等の部材が干渉することなく、現在のユニフロー掃気式エンジンを容易に適用することができる。

また従来の接触式の検出器を用いる場合と異なり、シリンダライナー２が高温の状態であっても、レーザ式の水平方向変位計７及びレーザ式の垂直方向変位計８を用いるので、検出器の接触部の温度膨張を考慮する必要がなく、シリンダライナー２の内径を容易且つ適切に計測することができる。更に従来の接触式の検出器を用いる場合と異なり、シリンダライナー２内で展開するアーム等を不要にするので、簡易な構成で部品点数を低減し、シリンダライナー２の内径を容易に計測することができる。

実施の形態例において、内燃機関１を構成するシリンダライナー２の内部に、回転台６に配置された垂直方向変位計８を設置し、垂直方向変位計８により非接触でシリンダカバー３の天井面３ａまでの距離を測定して垂直方向の変位データを取得し、シリンダライナー２の内径の高さ位置を決定すると、シリンダライナー２の内径の高さ位置を一定にして従来のデータとの比較を容易にし、シリンダライナー２の内径を好適に測定することができる。またシリンダライナー２の内径の高さ位置においては、従来例の如く測定のたびに他の測定具で計測することを不要にするので、シリンダライナー２の内径や測定位置における記録の精度を高め、再現性を高めることができる。

実施の形態例において、Ｘ成分値における最大値の絶対値と、最小値の絶対値を加算してシリンダライナー２の内径を算出する場合や、Ｙ成分値における最大値の絶対値と、最小値の絶対値を加算してシリンダライナー２の内径を算出する場合には、シリンダライナー２の内径を一層容易且つ適切に算出することができる。

尚、本発明のシリンダ内径の計測方法及びその計測装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 内燃機関
２ シリンダライナー
２ａ 内壁面
３ シリンダカバー
３ａ 天井面
４ ピストンヘッド
４ａ 上面
５ 掃気ポート
６ 回転台
７ 水平方向変位計
８ 垂直方向変位計
９ 制御部
Ｌ 水平方向の変位データ
ｒ１ レーザ光
ｒ２ レーザ光
θ 回転角度

Claims (7)

1. 内燃機関を構成するシリンダライナーの内部に、シリンダライナーの内周方向に回転し得る回転台と、該回転台に配置された水平方向変位計とをシリンダライナーの掃気ポートから挿入して設置し、
   前記回転台を回転させて水平方向変位計の回転角度θを取得し、且つ水平方向変位計により非接触でシリンダライナーの内壁面までの距離を測定して水平方向の変位データＬを取得し、
   前記回転角度θと変位データＬから、回転角度の余弦COSθと変位データＬの積によるＸ成分値、及び／または回転角度の正弦SINθと変位データＬの積によるＹ成分値を求めてシリンダライナーの内径を算出することを特徴とするシリンダ内径の計測方法。
2. 内燃機関を構成するシリンダライナーの内部に、回転台に配置された垂直方向変位計を設置し、
   前記垂直方向変位計により非接触でシリンダカバーの天井面までの距離を測定して垂直方向の変位データを取得し、シリンダライナーの内径の高さ位置を決定することを特徴とする請求項１に記載のシリンダ内径の計測方法。
3. Ｘ成分値における最大値の絶対値と、最小値の絶対値を加算してシリンダライナーの内径を算出することを特徴とする請求項１に記載のシリンダ内径の計測方法。
4. Ｙ成分値における最大値の絶対値と、最小値の絶対値を加算してシリンダライナーの内径を算出することを特徴とする請求項１に記載のシリンダ内径の計測方法。
5. 内燃機関を構成するシリンダライナーの内部に位置して、シリンダライナーの内周方向に回転し得る回転台と、
   該回転台の上に配置されて非接触でシリンダライナーの内壁面までの距離を測定する水平方向変位計と、
   前記回転台により回転した水平方向変位計の回転角度θと、前記水平方向変位計により測定した水平方向の変位データＬとから、回転角度の余弦COSθと変位データＬの積によるＸ成分値、及び／または回転角度の正弦SINθと変位データＬの積によるＹ成分値を求めてシリンダライナーの内径を算出する制御部とを備えたことを特徴とするシリンダ内径の計測装置。
6. 回転台に配置されて非接触でシリンダカバーの天井面までの距離を測定する垂直方向変位計を備えたことを特徴とする請求項５に記載のシリンダ内径の計測装置。
7. 掃気ポートよりシリンダライナー内へ挿入してピストンヘッドの上面に設置する構成を備えたことを特徴とする請求項５又は６に記載のシリンダ内径の計測装置。

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