JP2019178987A - Thermal loss evaluation device and thermal loss evaluation method, and material evaluation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レシプロ式の内燃機関における熱損失の評価をするための熱損失評価装置、熱損失評価方法、この熱損失評価方法を用いた材料評価方法に関する。 The present invention relates to a heat loss evaluation apparatus, a heat loss evaluation method, and a material evaluation method using the heat loss evaluation method for evaluating heat loss in a reciprocating internal combustion engine.
熱損失を低減することは、高効率の内燃機関（エンジン）を得る上で重要であり、熱損失を低減するために、各種の機構（可変バルブタイミング機構、高圧燃料噴射機構等）が各種の内燃機関に採用されている。一方、こうした機構を用いた場合でも、燃焼室付近の壁面からの熱損失の影響は大きいことが知られている。 Reducing heat loss is important in obtaining a high-efficiency internal combustion engine (engine). In order to reduce heat loss, various mechanisms (variable valve timing mechanism, high-pressure fuel injection mechanism, etc.) Used in internal combustion engines. On the other hand, even when such a mechanism is used, it is known that the influence of heat loss from the wall surface near the combustion chamber is large.
このような壁面からの熱損失は、ピストンやシリンダの材料およびその組み合わせに大きく依存する。このため、これらの材料に対する評価を行うことが必要となるが、この評価は、例えば材料のある一つの物性値（例えば熱伝導率等）のみから行うことは困難である。このため、この評価方法としては、実際に評価対象となる材料で構成されたピストンやシリンダを組み込んだエンジンを実際に製造し、これを動作させてその特性を調べることによって行われる場合が多い。 Such heat loss from the wall surface greatly depends on the material of the piston and cylinder and the combination thereof. For this reason, it is necessary to evaluate these materials, but it is difficult to perform this evaluation from only one physical property value (for example, thermal conductivity) of the material. For this reason, this evaluation method is often performed by actually manufacturing an engine incorporating a piston or cylinder made of a material to be actually evaluated, and operating it to examine its characteristics.
例えば、非特許文献１には、実際に評価対象となる材料でピストンやシリンダを構成したエンジンを製造し、このエンジンに対して、エンジンの実際の動作を可能とする範囲で改造を施し、各種のセンサ（熱電対等）を装着することが記載されている。この状態でエンジンを実際に動作させ、センサの出力をモニターすることによって、熱損失を評価することができる。 For example, in Non-Patent Document 1, an engine having a piston or cylinder made of a material that is actually evaluated is manufactured, and the engine is modified within a range that allows actual operation of the engine. It is described that a sensor (such as a thermocouple) is attached. The heat loss can be evaluated by actually operating the engine in this state and monitoring the output of the sensor.
非特許文献２には、こうした評価を行うために、上記のように評価対象となる材料を用いてピストンやシリンダを用いてエンジンにおける燃焼室周囲のみの構造を実際に製造し、壁面からの熱損失を評価する技術が記載されている。ここでは、本来のエンジン全体としての構造は形成されないために、燃焼室内における爆発を用いた回転動作の生成は行われない。代わりに、ピストンは、急速圧縮膨張装置によってシリンダ内で高速の往復運動をする。急速圧縮膨張装置においては、油圧の制御によって、ピストンを高速で駆動することができる。非特許文献１に記載のように実際のエンジンを駆動させる場合には、常に動作は連続的に行われるために、例えばピストンの１往復に際しての評価を行うことは困難であるのに対し、このようにピストンを外部から駆動することにより、こうした評価が可能となる。また、ここではエンジン全体を形成せずに燃焼室周りのみの構造を形成すればよいため、各種のセンサ等を組み込むことが容易であり、所望の特性評価を容易に行うことができる。 In order to perform such evaluation, Non-Patent Document 2 actually manufactures a structure only around the combustion chamber in an engine using a piston or cylinder using the material to be evaluated as described above, and heat from the wall surface. Techniques for assessing losses are described. Here, since the structure of the original engine as a whole is not formed, the rotation operation using the explosion in the combustion chamber is not generated. Instead, the piston is reciprocated at high speed in the cylinder by a rapid compression and expansion device. In the rapid compression / expansion device, the piston can be driven at a high speed by controlling the hydraulic pressure. When an actual engine is driven as described in Non-Patent Document 1, since the operation is always performed continuously, it is difficult to evaluate, for example, when the piston reciprocates once. Thus, such an evaluation is possible by driving the piston from the outside. Here, since it is sufficient to form the structure only around the combustion chamber without forming the entire engine, it is easy to incorporate various sensors and the like, and desired characteristic evaluation can be easily performed.
非特許文献１に記載の技術においては、実際に動作するエンジンを評価のために製造することが必要となる。このため、例えば多数種類の材料に対する評価を行うためには、多数のエンジンを実際に製造することが必要であるため、実際にはこうした評価を行うことは困難であった。また、エンジンを実際に動作させることが必須となるために、使用するセンサの種類やセンサを装着する箇所は強く制限された。このため、この技術によって評価されるのは、主に燃焼室内での燃焼に際しての現象の定性的評価であり、使用されたピストンやシリンダの材料についての詳細な評価、比較を行うことは困難であった。 In the technique described in Non-Patent Document 1, it is necessary to manufacture an engine that actually operates for evaluation. For this reason, for example, in order to evaluate many types of materials, it is necessary to actually manufacture a large number of engines, and thus it is difficult to actually perform such evaluation. In addition, since it is essential to actually operate the engine, the type of sensor to be used and the location where the sensor is mounted are strongly limited. For this reason, this technique is mainly evaluated for the qualitative evaluation of the phenomenon during combustion in the combustion chamber, and it is difficult to perform detailed evaluation and comparison of the materials of the used pistons and cylinders. there were.
非特許文献２に記載の技術においては、実際にエンジンを動作させないために、非特許文献１に記載の技術と比較すると、より詳細な評価を行うことが可能である。しかしながら、エンジン全体を構成することは不要となるものの、この場合においても、燃焼室回りについては実際のエンジンと変わらない構造を材料を変えて複数種類製造することが必要となった。このため、やはり燃焼室周囲で各種の材料を使用した際の評価は容易ではなかった。 In the technique described in Non-Patent Document 2, since the engine is not actually operated, a more detailed evaluation can be performed as compared with the technique described in Non-Patent Document 1. However, although it is not necessary to configure the entire engine, even in this case, it is necessary to manufacture a plurality of types of structures around the combustion chamber that are the same as the actual engine by changing materials. For this reason, it is still not easy to evaluate when various materials are used around the combustion chamber.
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、レシプロ式の内燃機関において、燃焼室周囲で各種の材料を使用した際の熱損失の評価を容易に行わせることを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to make it easy to evaluate heat loss when various materials are used around a combustion chamber in a reciprocating internal combustion engine.
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の請求項１に係る熱損失評価装置は、急速圧縮膨張装置を用いてレシプロ式エンジンの動作サイクルを模擬的に実現することによって、前記レシプロ式エンジンにおける熱損失を評価する熱損失評価装置であって、前記急速圧縮膨張装置と、一方向に沿った一方の側に位置する前記急速圧縮膨張装置により、前記一方の側と他方の側との間で往復運動をするように駆動されるピストン本体と、前記ピストン本体の前記往復運動によって体積が変動する模擬燃焼室が前記他方の側において内部に形成されるように、前記ピストン本体を内部に収容する模擬シリンダと、前記模擬シリンダを外部から加熱する加熱手段と、前記模擬燃焼室の圧力を検知する圧力検知手段と、前記往復運動に際しての前記圧力の変化に基づき前記熱損失を評価する評価手段と、を具備し、前記模擬シリンダと別体で形成され、前記ピストン本体を内部で摺動させるシリンダライナが、前記模擬シリンダに脱着可能とされて装着される構成とされたことを特徴とする。
この発明においては、ピストン本体が急速圧縮膨張装置を用いて駆動されることにより、模擬シリンダの内部の模擬燃焼室の体積、圧力が変動するという動作が、実際のレシプロエンジンと同様に行われるため、この圧力を用いて熱損失が評価される。ここで、模擬シリンダに脱着可能に装着されるシリンダライナが、実際のレシプロエンジンにおけるシリンダと同様に機能する。
本発明の請求項２に係る熱損失評価装置において、前記シリンダライナは前記一方向に沿って前記他方の側から前記模擬シリンダに嵌入される構成とされ、前記シリンダライナが前記模擬シリンダに嵌入した状態で、前記シリンダライナを前記他方の側から押圧して固定する固定手段を具備することを特徴とする。
この発明においては、シリンダライナは、模擬シリンダに嵌入されて装着される。この際にシリンダライナを固定するために固定手段が設けられる。
本発明の請求項３に係る熱損失評価装置において、前記シリンダライナは、前記模擬シリンダの内部における前記一方向と交差する面であるシリンダライナ受け面との間にガスケットを介した状態で係止され、前記シリンダライナにおける前記ガスケットと当接する側の端面において、前記ピストン本体の前記一方向に沿った中心軸から遠い側の角部に前記ガスケットとの接触面での面圧を上げるための方策が講じられたことを特徴とする。
この発明においては、シリンダライナは、ガスケットを介してシリンダライナ受け面で支持されて固定される。この際、ガスケットと当接するシリンダライナの端面における外側の角部が面取り加工や段付き加工等の加工が施されている。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
A heat loss evaluation apparatus according to claim 1 of the present invention is a heat loss evaluation apparatus that evaluates heat loss in a reciprocating engine by simulating an operation cycle of the reciprocating engine using a rapid compression / expansion device. And driven by the rapid compression / expansion device and the rapid compression / expansion device located on one side along one direction so as to reciprocate between the one side and the other side. A piston main body, a simulated cylinder for accommodating the piston main body therein so that a simulated combustion chamber whose volume is changed by the reciprocating motion of the piston main body is formed on the other side; The heating loss is evaluated based on the change in the pressure during the reciprocating motion, the heating means for heating from the pressure, the pressure detecting means for detecting the pressure in the simulated combustion chamber, And a cylinder liner that is formed separately from the simulated cylinder and that slides the piston body inside is configured to be detachably attached to the simulated cylinder. Features.
In the present invention, since the piston body is driven using the rapid compression / expansion device, the operation of changing the volume and pressure of the simulated combustion chamber inside the simulated cylinder is performed in the same manner as in an actual reciprocating engine. The heat loss is evaluated using this pressure. Here, the cylinder liner detachably attached to the simulated cylinder functions in the same manner as a cylinder in an actual reciprocating engine.
In the heat loss evaluation apparatus according to claim 2 of the present invention, the cylinder liner is configured to be fitted into the simulated cylinder from the other side along the one direction, and the cylinder liner is fitted into the simulated cylinder. In the state, it comprises a fixing means for pressing and fixing the cylinder liner from the other side.
In this invention, the cylinder liner is fitted into the simulated cylinder. At this time, a fixing means is provided to fix the cylinder liner.
In the heat loss evaluation apparatus according to claim 3 of the present invention, the cylinder liner is locked in a state where a gasket is interposed between the cylinder liner and a cylinder liner receiving surface which is a surface intersecting the one direction inside the simulated cylinder. In the end face of the cylinder liner on the side in contact with the gasket, a measure for increasing the surface pressure at the contact surface with the gasket at the corner of the piston body far from the central axis along the one direction. It is characterized by having been taken.
In the present invention, the cylinder liner is supported and fixed on the cylinder liner receiving surface via the gasket. At this time, the outer corner of the end surface of the cylinder liner that comes into contact with the gasket is subjected to processing such as chamfering or stepping.
本発明の請求項４に係る熱損失評価装置において、前記模擬シリンダは、前記シリンダライナが装着されていない状態で、前記加熱手段によって加熱される構成とされたことを特徴とする。
この発明においては、模擬シリンダは、シリンダライナが装着されている状態だけでなく、シリンダライナが装着されていない状態においても、加熱可能とされる。
本発明の請求項５に係る熱損失評価装置は、前記ピストン本体と別体で形成されたピストンヘッドが、前記ピストン本体における前記他方の側において、脱着可能とされて装着される構成とされたことを特徴とする。
この発明においては、ピストンヘッドが、模擬燃焼室側においてピストン本体に脱着可能とされて装着される。
本発明の請求項６に係る熱損失評価装置は、前記模擬シリンダの温度を検出する温度検知手段を具備することを特徴とする。
この発明においては、温度検知手段により模擬シリンダの温度が検出される。
本発明の請求項７に係る熱損失評価装置において、前記評価手段は、前記温度検知手段の測定結果をフィードバックして前記加熱手段を制御することを特徴とする。
この発明においては、温度検知手段と加熱手段を用いて模擬シリンダの温度が制御される。
The heat loss evaluation apparatus according to claim 4 of the present invention is characterized in that the simulated cylinder is configured to be heated by the heating means in a state where the cylinder liner is not mounted.
In the present invention, the simulated cylinder can be heated not only in a state where the cylinder liner is mounted but also in a state where the cylinder liner is not mounted.
The heat loss evaluation apparatus according to claim 5 of the present invention is configured such that a piston head formed separately from the piston main body is detachably mounted on the other side of the piston main body. It is characterized by that.
In the present invention, the piston head is attached to the piston body so as to be detachable on the simulated combustion chamber side.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a heat loss evaluation apparatus comprising temperature detection means for detecting the temperature of the simulated cylinder.
In the present invention, the temperature of the simulated cylinder is detected by the temperature detecting means.
In the heat loss evaluation apparatus according to claim 7 of the present invention, the evaluation means feeds back a measurement result of the temperature detection means to control the heating means.
In the present invention, the temperature of the simulated cylinder is controlled using the temperature detecting means and the heating means.
本発明の請求項８に係る熱損失評価方法は、前記熱損失評価装置を用いた熱損失評価方法であって、異なる材料で構成された複数の前記シリンダライナを準備し、複数の前記シリンダライナの各々を前記模擬シリンダに装着して、前記シリンダライナ毎に前記熱損失を評価することを特徴とする。
この発明においては、熱損失評価装置が、各シリンダライナ毎に熱損失を評価するために用いられる。
本発明の請求項９に係る熱損失評価方法は、前記熱損失評価装置を用いた熱損失評価方法であって、異なる材料で構成された複数の前記ピストンヘッドを準備し、複数の前記ピストンヘッドの各々を前記ピストン本体に装着して、前記ピストンヘッド毎に前記熱損失を評価することを特徴とする。
この発明においては、熱損失評価装置が、各ピストンヘッド毎に熱損失を評価するために用いられる。
本発明の請求項１０に係る熱損失評価方法は、前記熱損失評価装置を用いた熱損失評価方法であって、前記温度検知手段を用いて前記模擬シリンダ周囲の熱流束を算出し、前記熱損失を評価することを特徴とする。
この発明においては、温度検知手段は、模擬シリンダ周囲の熱流束を算出するために用いられる。
本発明の請求項１１に係る熱損失評価方法は、前記往復運動に際し、膨張行程における前記模擬燃焼室の前記圧力と前記模擬燃焼室の体積の変化に基づき前記熱損失を評価することを特徴とする。
この発明においては、膨張行程における模擬燃焼室の圧力と体積に基づき熱損失が評価される。
本発明の請求項１２に係る熱損失評価方法は、前記熱損失を評価する前に、前記模擬シリンダの温度を予め定められた温度に設定することを特徴とする。
この発明においては、熱損失を評価する前に模擬シリンダの温度が一定に制御される。
本発明の請求項１３に係る熱損失評価方法は、前記シリンダライナを前記模擬シリンダに装着する前に、前記模擬シリンダを加熱することを特徴とする。
この発明においては、シリンダライナを模擬シリンダに装着する前に、模擬シリンダが高温とされる。
本発明の請求項１４に係る材料評価方法は、前記熱損失評価方法を用いて前記材料を評価することを特徴とする。
この発明においては、シリンダライナやピストンヘッドを構成する材料についての評価が、前記の熱損失評価方法によって行われる。
A heat loss evaluation method according to claim 8 of the present invention is a heat loss evaluation method using the heat loss evaluation apparatus, wherein a plurality of cylinder liners made of different materials are prepared, and the plurality of cylinder liners are prepared. Are mounted on the simulated cylinder, and the heat loss is evaluated for each cylinder liner.
In the present invention, the heat loss evaluation device is used for evaluating the heat loss for each cylinder liner.
A heat loss evaluation method according to claim 9 of the present invention is a heat loss evaluation method using the heat loss evaluation apparatus, wherein a plurality of piston heads made of different materials are prepared, and the plurality of piston heads are prepared. Are mounted on the piston body, and the heat loss is evaluated for each piston head.
In the present invention, the heat loss evaluation device is used for evaluating the heat loss for each piston head.
A heat loss evaluation method according to claim 10 of the present invention is a heat loss evaluation method using the heat loss evaluation apparatus, wherein the heat flux around the simulated cylinder is calculated using the temperature detection means, and the heat loss is calculated. It is characterized by evaluating loss.
In the present invention, the temperature detection means is used to calculate the heat flux around the simulated cylinder.
The heat loss evaluation method according to claim 11 of the present invention is characterized in that, during the reciprocating motion, the heat loss is evaluated based on a change in the pressure of the simulated combustion chamber and a volume of the simulated combustion chamber in an expansion stroke. To do.
In the present invention, heat loss is evaluated based on the pressure and volume of the simulated combustion chamber in the expansion stroke.
The heat loss evaluation method according to claim 12 of the present invention is characterized in that the temperature of the simulated cylinder is set to a predetermined temperature before the heat loss is evaluated.
In the present invention, the temperature of the simulated cylinder is controlled to be constant before the heat loss is evaluated.
The heat loss evaluation method according to claim 13 of the present invention is characterized in that the simulated cylinder is heated before the cylinder liner is mounted on the simulated cylinder.
In the present invention, the simulated cylinder is heated before the cylinder liner is mounted on the simulated cylinder.
A material evaluation method according to claim 14 of the present invention is characterized in that the material is evaluated using the heat loss evaluation method.
In the present invention, the material constituting the cylinder liner and the piston head is evaluated by the heat loss evaluation method.
本発明の熱損失評価装置、熱損失評価方法は以上のように構成されているので、エンジン（レシプロ式エンジン）におけるシリンダを構成する材料でシリンダライナを、ピストンを構成する材料でピストンヘッドを、それぞれ構成して用いることにより、実際に動作するエンジンを製造せずに、これらの材料を用いた場合の熱損失を評価することができる。
この際、固定手段を用いてシリンダライナを模擬シリンダに固定する構成や、シリンダライナの装着前の模擬シリンダが加熱可能な構成とすることによって、シリンダライナの装着を容易とすることができる。
また、ガスケットを用いた上で、シリンダライナの端面の中心軸から遠い側の角部を面取り加工または段付き加工等の面圧を高める方策を施すことにより、模擬シリンダ内部の体積を一定としつつ、機密性を高めることができる。
また、模擬ヘッドの温度が高温で制御されることにより、より実際のエンジンの動作と近い状況が再現されるため、実際のエンジンにおける熱損失をより高精度に算出することができる。
この際、温度検知手段を用いて算出した熱流束を用いてこの熱損失をより高精度に算出することができる
また、シリンダライナやピストンヘッドの装着、交換作業は容易であるために、上記のように熱損失の評価を材料毎に行う作業を特に容易に行うことができる。
Since the heat loss evaluation apparatus and heat loss evaluation method of the present invention are configured as described above, the cylinder liner is made of the material constituting the cylinder in the engine (reciprocating engine), the piston head is made of the material constituting the piston, By configuring and using each, it is possible to evaluate heat loss when these materials are used without manufacturing an engine that actually operates.
At this time, mounting of the cylinder liner can be facilitated by fixing the cylinder liner to the simulated cylinder using a fixing means or by heating the simulated cylinder before mounting the cylinder liner.
In addition, by using a gasket and taking measures to increase the surface pressure, such as chamfering or stepping, at the corner far from the center axis of the end surface of the cylinder liner, the volume inside the simulated cylinder is kept constant. , Can increase confidentiality.
Further, by controlling the temperature of the simulated head at a high temperature, a situation closer to the actual engine operation is reproduced, so that the heat loss in the actual engine can be calculated with higher accuracy.
At this time, this heat loss can be calculated with higher accuracy using the heat flux calculated using the temperature detection means. Also, since the cylinder liner and the piston head can be easily attached and replaced, As described above, the work of evaluating the heat loss for each material can be performed particularly easily.
以下、本発明を実施するための形態となる熱損失評価装置、熱損失評価方法について説明する。図１は、この熱損失評価装置１の構造を簡略化して示す断面図である。この熱損失評価装置１は、ディーゼルエンジンにおけるピストンとシリンダの材料と熱損失の関係を評価するために用いられる。 Hereinafter, a heat loss evaluation apparatus and a heat loss evaluation method according to embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a simplified structure of the heat loss evaluation apparatus 1. This heat loss evaluation apparatus 1 is used for evaluating the relationship between the heat loss and the material of pistons and cylinders in a diesel engine.
この熱損失評価装置１においては、略円筒形状の内面を具備する模擬シリンダ１０の内部でピストン本体２０が図中左右方向（一方向）で往復運動をする。模擬シリンダ１０、ピストン本体２０に関わる構造の詳細は後述し、ここではこれらに関わる構造は簡略化されて記載されている。また、図１においては、ピストン本体２０の往復運動の方向に沿った中心軸に沿った断面が記載されている。ピストン本体２０の往復運動は、ピストン本体２０に固定されたロッド３０を介して、特許文献２に記載の技術と同様に、右側（一方の側）に位置する急速圧縮膨張装置１００によって行われる。急速圧縮膨張装置１００としては、例えば油圧で駆動される新応技術株式会社製のものを用いることができる。 In this heat loss evaluation apparatus 1, the piston main body 20 reciprocates in the left-right direction (one direction) in the figure inside the simulated cylinder 10 having a substantially cylindrical inner surface. The details of the structure related to the simulated cylinder 10 and the piston main body 20 will be described later, and here, the structure related to these is simplified and described. Further, FIG. 1 shows a cross section along the central axis along the direction of reciprocating motion of the piston body 20. The reciprocating motion of the piston main body 20 is performed by the rapid compression / expansion device 100 located on the right side (one side) through the rod 30 fixed to the piston main body 20 as in the technique described in Patent Document 2. As the rapid compression / expansion device 100, for example, a device manufactured by Shino Technology Co., Ltd. driven by hydraulic pressure can be used.
模擬シリンダ１０の先端（図における左端）は模擬シリンダヘッド１１で封止される。このため、図中におけるピストン本体２０の左側（他方の側）には模擬燃焼室Ｒが形成され、この模擬燃焼室Ｒには燃料噴射ノズル１２を介して燃料(混合気）が供給される。また、燃焼後のガスを排出するための排気バルブ（図示せず）も模擬シリンダ１０に設けられている。このため、ピストン本体２０の模擬シリンダ１０の内部における動作は、実際のディーゼルエンジンと同様となり、ピストン本体２０の動作が模擬燃焼室Ｒ中の爆発によるものではなく、急速圧縮膨張装置１００によるものである点が、実際のディーゼルエンジンとは異なる。急速圧縮膨張装置１００においては、ロッド３０の動きは、例えば実際のエンジンにおけるピストンの移動速度（例えば１０ｍ／ｓ程度）と同等の速度で油圧によって制御される。この際、実際のエンジンとは異なり、ロッド３０の動作を例えば１往復に限定して行わせることができ、この際の各時点におけるロッド３０の位置も、認識することができる。 The front end (left end in the figure) of the simulated cylinder 10 is sealed with the simulated cylinder head 11. For this reason, a simulated combustion chamber R is formed on the left side (the other side) of the piston main body 20 in the figure, and fuel (air mixture) is supplied to the simulated combustion chamber R via the fuel injection nozzle 12. The simulated cylinder 10 is also provided with an exhaust valve (not shown) for discharging the gas after combustion. Therefore, the operation of the piston main body 20 inside the simulated cylinder 10 is the same as that of an actual diesel engine, and the operation of the piston main body 20 is not due to the explosion in the simulated combustion chamber R, but due to the rapid compression / expansion device 100. There are some differences from actual diesel engines. In the rapid compression / expansion device 100, the movement of the rod 30 is controlled by hydraulic pressure at a speed equivalent to, for example, a piston moving speed (for example, about 10 m / s) in an actual engine. At this time, unlike the actual engine, the operation of the rod 30 can be limited to, for example, one reciprocation, and the position of the rod 30 at each time point can also be recognized.
また、実際のエンジンの動作温度を再現するために、電熱式のヒーター（加熱手段）１３が、模擬シリンダ１０において、ピストン本体２０の周囲となる部分、模擬燃焼室Ｒの周囲となる部分に装着されている。また、ピストン本体２０の温度を計測するための熱電対である温度センサ（温度検知手段）１４Ａがピストン本体２０における模擬燃焼室Ｒ側に、温度センサ（温度検知手段）１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄが模擬シリンダにおけるピストン本体２０の周囲の箇所に装着されており、これらにおいては、その先端の温度が計測される。また、温度センサ１４Ｂの先端は後述するシリンダライナ４１と接するあるいは近接するように設けられ、温度センサ１４Ｃ、１４Ｄの先端はヒーター１３に近く設定される。温度センサ１４Ａは、後述するピストンヘッド４２と接するあるいは近接するように設けられる。温度センサ１４Ａからの出力を取り出すための配線は、ピストン本体２０の内部から模擬シリンダ１０の内部を介して、外部に取り出される。こうした構成は、ピストンが連続的に動作する実際のエンジンでは不可能であるが、１サイクル単位での動作を可能とする急速圧縮膨張装置１００を用いてピストン本体２０を駆動する場合には、可能となる。また、模擬シリンダ１０における模擬燃焼室Ｒの部分には、模擬燃焼室Ｒ内の圧力を測定するための圧力センサ（圧力検知手段）１５が装着されている。特に圧力センサ１５の検知の時定数は短く、ピストン本体２０の１往復の間の模擬燃焼室Ｒにおける圧力の遷移を測定することができる。 Further, in order to reproduce the actual operating temperature of the engine, an electrothermal heater (heating means) 13 is mounted on the portion around the piston body 20 and the portion around the simulated combustion chamber R in the simulated cylinder 10. Has been. Further, a temperature sensor (temperature detection means) 14A, which is a thermocouple for measuring the temperature of the piston main body 20, is on the simulated combustion chamber R side of the piston main body 20, and temperature sensors (temperature detection means) 14B, 14C, 14D are simulated. The cylinders are mounted at locations around the piston body 20 in the cylinder, and in these, the temperature at the tip is measured. The tip of the temperature sensor 14B is provided so as to be in contact with or close to a cylinder liner 41 described later, and the tips of the temperature sensors 14C and 14D are set close to the heater 13. The temperature sensor 14A is provided so as to be in contact with or close to a piston head 42 described later. The wiring for taking out the output from the temperature sensor 14A is taken out from the inside of the piston main body 20 through the inside of the simulated cylinder 10. Such a configuration is not possible with an actual engine in which the piston continuously operates, but is possible when the piston main body 20 is driven using the rapid compression / expansion device 100 that enables operation in units of one cycle. It becomes. Further, a pressure sensor (pressure detection means) 15 for measuring the pressure in the simulated combustion chamber R is attached to the simulated combustion chamber R in the simulated cylinder 10. In particular, the detection time constant of the pressure sensor 15 is short, and the pressure transition in the simulated combustion chamber R during one reciprocation of the piston body 20 can be measured.
ここで、この熱損失評価装置１においては、模擬シリンダ１０の内面にシリンダライナ４１が、ピストン本体２０にはピストンヘッド４２が、それぞれ脱着可能な形態で装着される。ピストンヘッド４２が装着された状態のピストン本体２０は、シリンダライナ４１が装着された状態のシリンダ１０の内面を摺動するように、急速圧縮膨張装置１００によって往復運動をする。ここで、シリンダライナ４１、ピストンヘッド４２は、それぞれエンジン（ディーゼルエンジン）におけるシリンダ、ピストンを構成する材料で構成され、この材料が評価の対象となる。すなわち、上記の熱損失評価装置１によって、これらの材料でシリンダ、ピストンを構成した場合が模擬的に実現される Here, in this heat loss evaluation apparatus 1, a cylinder liner 41 is mounted on the inner surface of the simulated cylinder 10, and a piston head 42 is mounted on the piston body 20 in a detachable form. The piston main body 20 with the piston head 42 mounted is reciprocated by the rapid compression / expansion device 100 so as to slide on the inner surface of the cylinder 10 with the cylinder liner 41 mounted. Here, the cylinder liner 41 and the piston head 42 are each made of a material constituting a cylinder and a piston in an engine (diesel engine), and these materials are objects of evaluation. That is, the case where a cylinder and a piston are formed of these materials is simulated by the heat loss evaluation apparatus 1 described above.
急速圧縮膨張装置１００を制御し、熱損失を算出するために、パーソナルコンピュータ（ＰＣ：評価手段）２００が用いられる。熱損失の算出のために、圧力センサ１５の出力がＰＣ２００に入力する。また、ヒーター１３の入力電流もＰＣ２００で制御され、温度センサ１４Ａ〜１４Ｄの出力がＰＣ２００に入力する。このため、ＰＣ２００は、温度センサ１４Ａ〜１４Ｄの出力をフィードバックすることによって、模擬シリンダ１０やピストン本体２０等の温度を制御することができ、特に、これらの温度を実際のエンジンが動作する場合に近づけることができる。また、特にシリンダライナ４１やピストンヘッド４２に接近してこれらの温度を計測することができる温度センサ１４Ａ、１４Ｂを用いることによって、後述するように、これらに対する熱流束を算出することもできる。また、熱損失の測定に際しては、後述するように、模擬燃焼室Ｒの体積のデータが必要であり、これは往復運動の際のピストン本体２０（ロッド３０）の位置に依存するため、このデータは、急速圧縮膨張装置１００より得られる。あるいは、このためにロッド３０等の位置を検知する変位センサを設けてもよい。 In order to control the rapid compression / expansion apparatus 100 and calculate the heat loss, a personal computer (PC: evaluation means) 200 is used. The output of the pressure sensor 15 is input to the PC 200 for calculation of heat loss. Further, the input current of the heater 13 is also controlled by the PC 200, and the outputs of the temperature sensors 14A to 14D are input to the PC 200. For this reason, the PC 200 can control the temperatures of the simulated cylinder 10 and the piston main body 20 by feeding back the outputs of the temperature sensors 14A to 14D, especially when the actual engine operates. You can get closer. In particular, by using the temperature sensors 14A and 14B that can measure these temperatures by approaching the cylinder liner 41 and the piston head 42, the heat fluxes for these can be calculated as will be described later. Further, when measuring the heat loss, as will be described later, data on the volume of the simulated combustion chamber R is necessary, and this data depends on the position of the piston body 20 (rod 30) during the reciprocating motion. Is obtained from the rapid compression / expansion device 100. Alternatively, a displacement sensor that detects the position of the rod 30 or the like may be provided for this purpose.
図２は、模擬シリンダ１０、シリンダライナ４１の組み合わせに関わる構造の分解組立図（ａ）、組み立て後の構造（ｂ）であり、ここでは、図１において記載が省略された部品も記載されている。シリンダライナ４１は略円筒形状の外面及び内面を具備する。模擬シリンダ１０の内面は、シリンダライナ４１の外面が同軸で図中左側（模擬燃焼室Ｒ側）から嵌装されるように中心軸Ｘ側から掘下げられた形状とされている。図示の範囲外で、模擬シリンダ１０、シリンダライナ４１に互いに係合する凹部、凸部が形成されているため、シリンダライナ４１が模擬シリンダ１０に装着された際にこれらの間の位置関係は固定される。この際、模擬燃焼室Ｒの機密性を保つために、シリンダライナ４１の図中右側（模擬燃焼室Ｒの反対側）においては、薄い円環形状の銅製のガスケット４３が挿入され、シリンダライナ４１の右側の端面４１Ａと、模擬シリンダ１０において上記の内面の掘下げ加工に伴って形成された段差部分の面であるシリンダライナ受け面１０Ａでガスケット４３が挟持されることによって、模擬シリンダ１０とシリンダライナ４１との間の機密性が保たれる。 FIG. 2 is an exploded view (a) of the structure related to the combination of the simulated cylinder 10 and the cylinder liner 41, and a structure (b) after the assembly. Here, parts omitted in FIG. 1 are also described. Yes. The cylinder liner 41 has a substantially cylindrical outer surface and inner surface. The inner surface of the simulated cylinder 10 is shaped to be dug down from the central axis X side so that the outer surface of the cylinder liner 41 is coaxial and fitted from the left side (simulated combustion chamber R side) in the figure. Outside the range shown in the figure, the concave portion and the convex portion that are engaged with the simulated cylinder 10 and the cylinder liner 41 are formed, so that the positional relationship between them is fixed when the cylinder liner 41 is mounted on the simulated cylinder 10. Is done. At this time, in order to maintain the confidentiality of the simulated combustion chamber R, a thin annular copper gasket 43 is inserted on the right side of the cylinder liner 41 in the drawing (opposite the simulated combustion chamber R). The gasket 43 is sandwiched between the end face 41A on the right side of the cylinder and the cylinder liner receiving surface 10A which is the surface of the step portion formed in the simulated cylinder 10 along with the digging process of the inner surface, whereby the simulated cylinder 10 and the cylinder liner 41 is kept confidential.
また、模擬シリンダ１０における左側の面には、左側から略円環形状のフランジ（固定手段）４４が嵌装可能な凹部であるフランジ装着部１０Ｂが設けられている。フランジ装着部１０Ｂには、内面にネジ加工が施されたネジ穴１０Ｃが左側から掘下げられて形成され、模擬シリンダ１０に対してガスケット４３、シリンダライナ４１を装着した状態で、フランジ４４をフランジ装着部１０Ｂに左側から嵌装し、フランジ４４に設けられた固定用穴４４Ａを左側から固定用のネジを貫通させ、このネジをネジ穴１０Ｂに螺合することによって、図２（ｂ）に示されるように、フランジ４４、シリンダライナ４２、ガスケット４３を、模擬シリンダ１０に固定することができる。この状態は、シリンダライナ４２を構成する材料で内面が構成されたシリンダを模している。 Further, a flange mounting portion 10 </ b> B that is a concave portion into which a substantially annular flange (fixing means) 44 can be fitted from the left side is provided on the left surface of the simulated cylinder 10. In the flange mounting portion 10B, a screw hole 10C having a threaded inner surface is formed by being dug from the left side, and the flange 44 is mounted on the simulated cylinder 10 with the gasket 43 and the cylinder liner 41 mounted. FIG. 2 (b) shows an example of fitting the part 10B from the left side, passing a fixing screw through the fixing hole 44A provided in the flange 44 from the left side, and screwing the screw into the screw hole 10B. As described above, the flange 44, the cylinder liner 42, and the gasket 43 can be fixed to the simulated cylinder 10. This state imitates a cylinder having an inner surface made of the material constituting the cylinder liner 42.
図２において、評価対象となる様々な材料で製造する必要があるのは、シリンダライナ４１のみであり、このような様々な材料で構成された複数のシリンダライナ４１を製造し、その中から一つを適宜選択して上記のように模擬シリンダ１０に装着することによって、各材料をシリンダに用いた場合を模した状況を実現することができる。 In FIG. 2, only the cylinder liner 41 needs to be manufactured using various materials to be evaluated. A plurality of cylinder liners 41 made of such various materials are manufactured, and one of them is manufactured. By appropriately selecting one and attaching it to the simulated cylinder 10 as described above, it is possible to realize a situation simulating the case where each material is used in the cylinder.
なお、図３は、図２（ａ）におけるシリンダライナ４１におけるＡの部分がガスケット４３と当接した際の形態を拡大して示す図である。ここで、シリンダライナ４１は、フランジ４４を模擬シリンダ１０に装着する際に左側から押圧されることによってガスケット４３と密着し、機密性が保たれる。この際にシリンダライナ４１等に大きな圧力が加わった場合においてもこの機密性が保たれるために、シリンダライナ４１がガスケット４３に印加する圧力が高くなることが必要であるため、シリンダライナ４１の端面４１Ａは、図３に示されるようにテーパー加工（角部の面取り加工）されていることが好ましい。この際、面取り加工は、図３に示されるように、シリンダライナ４１の外側（図中下側）の角部のみに施すことが好ましい。これによって面取り加工により模擬シリンダ１０内部側の容積が変わることが抑制され、例えば内部側に施したシリンダライナ４１の面取り加工によりこの容積が変化して測定の条件が変化することが抑制される。図３においては、この端面４１Ａにテーパー加工が施されたが、代わりに、段付き加工等、面圧を高めるための他の方策が外側に施されていてもよい。 FIG. 3 is an enlarged view showing a form when the portion A in the cylinder liner 41 in FIG. Here, the cylinder liner 41 is in close contact with the gasket 43 by being pressed from the left side when the flange 44 is attached to the simulated cylinder 10, and confidentiality is maintained. Even when a large pressure is applied to the cylinder liner 41 or the like at this time, in order to maintain this confidentiality, the pressure applied to the gasket 43 by the cylinder liner 41 needs to be increased. The end surface 41A is preferably tapered (corner chamfering) as shown in FIG. At this time, the chamfering process is preferably performed only on the outer corner (lower side in the drawing) of the cylinder liner 41 as shown in FIG. As a result, the change of the volume inside the simulated cylinder 10 due to the chamfering process is suppressed. For example, the change of the measurement condition due to the chamfering process of the cylinder liner 41 applied to the inner side is suppressed. In FIG. 3, the end surface 41A is tapered, but instead, other measures for increasing the surface pressure, such as stepped processing, may be applied to the outside.
また、図２に示されたように組み立てを行う際に、シリンダライナ４１と模擬シリンダ１０の間の遊びは小さいことが好ましいが、この場合には、これらを嵌合する作業が容易ではなくなる。この場合には、図１に示されたヒーター１３を予め模擬シリンダ１０に装着した状態でヒーター１３に通電して模擬シリンダ１０の温度を高め、模擬シリンダ１０の内面の径を熱膨張によって広げた状態で、室温のシリンダライナ４１を嵌装することによって、この作業を容易に行うことができる。この際、模擬シリンダ１０に温度センサ１４Ｂも模擬シリンダ１０に装着し、この際の模擬シリンダ１０の温度を制御しながらこの作業を行ってもよい。すなわち、ヒーター１３等は、この熱損失測定装置１における測定を行う際に用いるだけでなく、シリンダライナ４１を組み込む際にも用いることができる。 In addition, when assembling as shown in FIG. 2, it is preferable that the play between the cylinder liner 41 and the simulated cylinder 10 is small, but in this case, the operation of fitting them is not easy. In this case, the heater 13 shown in FIG. 1 is preliminarily attached to the simulation cylinder 10 and the heater 13 is energized to increase the temperature of the simulation cylinder 10 and expand the inner diameter of the simulation cylinder 10 by thermal expansion. In this state, this operation can be easily performed by fitting the cylinder liner 41 at room temperature. At this time, the temperature sensor 14B may also be attached to the simulated cylinder 10 in the simulated cylinder 10, and this operation may be performed while controlling the temperature of the simulated cylinder 10 at this time. That is, the heater 13 and the like can be used not only when performing measurement in the heat loss measuring apparatus 1 but also when incorporating the cylinder liner 41.
一方、図４は、ピストンヘッド４２単体（ａ）と、ピストンヘッド４２がピストン本体２０に装着された場合の形態を示す斜視図である。ここで、図中上側が模擬燃焼室Ｒがある側とされる。前記のフランジ４４と模擬シリンダ１０における場合と同様に、ピストンヘッド４２には固定用穴４２Ａが形成され、ピストン本体２０側にはネジ穴（図示せず）が形成されている。このため、固定用穴４２を貫通するネジを用いて、ピストンヘッド４２をピストン本体２０に固定することができる。この状態で、ピストンヘッド４２が固定されたピストン本体２０は実質的にディーゼルエンジンにおけるピストンと同様に機能する。 On the other hand, FIG. 4 is a perspective view showing a form when the piston head 42 alone (a) and the piston head 42 are attached to the piston main body 20. Here, the upper side in the figure is the side where the simulated combustion chamber R is located. As in the case of the flange 44 and the simulated cylinder 10, the piston head 42 is formed with a fixing hole 42A, and the piston body 20 is formed with a screw hole (not shown). For this reason, the piston head 42 can be fixed to the piston main body 20 using a screw that penetrates the fixing hole 42. In this state, the piston main body 20 to which the piston head 42 is fixed functions substantially like a piston in a diesel engine.
この状態において、図１において最も熱損失の状況に寄与する模擬燃焼室Ｒ側はピストンヘッド４２で構成されている。このため、図４（ｂ）の構造は、ピストンヘッド４２を構成する材料で構成されたピストンを模している。このため、前記のシリンダライナ４１と同様に、このような複数のピストンヘッド４２を製造し、その中から一つを適宜選択して上記のようにピストン本体２０に装着することによって、各材料をピストンに用いた場合を模した状況を実現することができる。 In this state, the simulated combustion chamber R side that contributes most to the heat loss situation in FIG. For this reason, the structure of FIG. 4B imitates a piston made of a material constituting the piston head 42. Therefore, like the cylinder liner 41, a plurality of such piston heads 42 are manufactured, and one of them is appropriately selected and mounted on the piston main body 20 as described above, whereby each material is obtained. The situation imitating the case where it is used for a piston can be realized.
図２（ｂ）、図４（ｂ）の構造を実際に図１の構成に組み込み、急速圧縮膨張装置１００を駆動してピストン本体２０を往復運動させた際の、熱損失を測定する方法について説明する。この方法は、非特許文献１、２に記載されたものと同様である。この際に実際に測定対象となる物理量は、模擬燃焼室Ｒの体積Ｖと。模擬燃焼室Ｒの圧力Ｐである。体積Ｖは、急速圧縮膨張装置１００によるロッド３０の変位量（位置）により一義的に定まる。圧力Ｐは、圧力センサ１５によって測定できる。 2 (b) and 4 (b) are actually incorporated in the configuration of FIG. 1 and a method of measuring heat loss when the piston main body 20 is reciprocated by driving the rapid compression / expansion device 100. explain. This method is the same as that described in Non-Patent Documents 1 and 2. At this time, the physical quantity to be actually measured is the volume V of the simulated combustion chamber R. This is the pressure P of the simulated combustion chamber R. The volume V is uniquely determined by the amount of displacement (position) of the rod 30 by the rapid compression / expansion device 100. The pressure P can be measured by the pressure sensor 15.
図５は、エンジンにおける吸気、圧縮、燃焼、膨張のサイクルにおける燃焼室における圧力Ｐと体積Ｖの一般的な関係（Ｐ−Ｖ）線図（出典元：中島泰夫、村中重夫編著、新・自動車用ガソリンエンジン 研究開発技術者の基礎と実際，山海堂）を示す。ここで、吸気行程は（１）から（２）に至る間で行われ、その後の圧縮行程は（２）から（３）に至る間で行われ、燃焼行程は（３）から（４）に至る間で行われ、膨張行程は（４）から（５）に至る間で行われる。ここで測定すべき熱損失とは、膨張行程における熱損失（冷却損失）である。図５においては、膨張行程については、理想的な場合（熱損失が全くない場合）における特性Ａと、実際に測定された特性Ａ’が記載されている。この冷却損失は、理想的な特性である（４）から（５）に至る特性Ａと、実際に得られた特性である（４）’から（５）’に至る特性Ａ’との差分の積分値に対応する。すなわち、この積分値の大小が、熱損失の大小に対応する。上記の特性Ａは、模擬燃焼室Ｒの設計によって予め算出が可能であるため、ＰＣ２００は、上記の積分値を上記の熱損失評価装置１を用いて算出することができる。なお、ＰＣ２００は、また、特にピストンヘッド４２やシリンダライナ４１の温度を温度センサ１４Ａ、１４Ｂで測定し、これらの温度とその外側の温度（ヒーター１３がある側の温度との差から、これらから放出される熱量を測定することができ、これを熱損失の算出に用いることもできる。特に、ピストン（ピストンヘッド４２）やシリンダ（シリンダライナ４１）に表面処理を施した場合の評価を行う場合には、こうした情報は有効である。図１に記載されたように、複数の温度センサを様々な箇所に設けることによって、こうした計測が可能である。 FIG. 5 shows a general relationship (PV) diagram of pressure P and volume V in a combustion chamber in an intake, compression, combustion, and expansion cycle in an engine (Source: Yasuo Nakajima, edited by Shigeo Muranaka, New ・This shows the basics and actuality of R & D engineers for automobile gasoline engines. Here, the intake stroke is performed from (1) to (2), the subsequent compression stroke is performed from (2) to (3), and the combustion stroke is performed from (3) to (4). The expansion stroke is performed from (4) to (5). The heat loss to be measured here is a heat loss (cooling loss) in the expansion stroke. FIG. 5 shows the characteristic A in the ideal case (when there is no heat loss) and the actually measured characteristic A ′ for the expansion stroke. This cooling loss is the difference between the characteristic A from (4) to (5), which is an ideal characteristic, and the characteristic A ′ from (4) ′ to (5) ′, which is an actually obtained characteristic. Corresponds to the integral value. That is, the magnitude of this integrated value corresponds to the magnitude of heat loss. Since the characteristic A can be calculated in advance by designing the simulated combustion chamber R, the PC 200 can calculate the integrated value using the heat loss evaluation apparatus 1 described above. The PC 200 also measures the temperature of the piston head 42 and the cylinder liner 41 with the temperature sensors 14A and 14B, and determines the temperature of these and the temperature outside thereof (from the difference between the temperature on the side where the heater 13 is present). The amount of heat released can be measured, and this can be used to calculate heat loss, especially when evaluating the surface treatment of the piston (piston head 42) or cylinder (cylinder liner 41). Such information is useful, as shown in Fig. 1, by providing a plurality of temperature sensors at various locations, such measurement is possible.
ただし、実際にシリンダライナ４１、ピストンヘッド４２を構成する材料毎に上記の熱損失を測定するにあたり、特に重要なのは、各材料毎の熱損失の比較である。このため、実際には上記の特性Ａとの間の差分の積分値を算出する必要はなく、各材料毎に得られた上記の特性Ａ’の差分あるいはこの差分の積分値を認識すれば、十分である。 However, in measuring the heat loss for each material that actually constitutes the cylinder liner 41 and the piston head 42, it is particularly important to compare the heat loss for each material. Therefore, in practice, it is not necessary to calculate the integrated value of the difference from the above characteristic A. If the difference of the above characteristic A ′ obtained for each material or the integrated value of this difference is recognized, It is enough.
この際に、この熱損失は、模擬シリンダ１０やピストン本体２０等の温度にも依存し、この評価は、実際にディーゼルエンジンが動作した場合と同等の温度環境下で行う必要がある。このため、図１におけるヒーター１３、温度センサ１４Ａ、１４Ｂを、このように温度の条件を統一するために用いることができる。すなわち、実際に動作するエンジンを製造することなしに、上記の熱損失評価装置１を用いて、シリンダやピストンに用いる材料の熱損失に関する評価を、精密に行うことができる。 At this time, this heat loss also depends on the temperature of the simulated cylinder 10 and the piston main body 20 and the like, and this evaluation needs to be performed under a temperature environment equivalent to that when the diesel engine actually operates. Therefore, the heater 13 and the temperature sensors 14A and 14B in FIG. 1 can be used to unify the temperature conditions in this way. That is, it is possible to accurately evaluate the heat loss of the material used for the cylinder and the piston by using the heat loss evaluation apparatus 1 described above without manufacturing an engine that actually operates.
この際、前記のように、シリンダライナ４１、ピストンヘッド４２の交換作業は容易である。このため、共に異なる材料で構成された複数のシリンダライナ４１、ピストンヘッド４２を準備し、これらに対応した熱損失の評価を効率的に行うことができる。 At this time, as described above, the replacement work of the cylinder liner 41 and the piston head 42 is easy. Therefore, it is possible to prepare a plurality of cylinder liners 41 and piston heads 42 made of different materials, and to efficiently evaluate the heat loss corresponding to them.
なお、上記の熱損失評価装置においては、評価対象となる材料が拡散燃焼式のディーゼルエンジン用のものであり、模擬燃焼室Ｒもディーゼルエンジンに対応するものとした。しかしながら、同様にピストンの往復運動が行われるレシプロ式のエンジン（内燃機関）である予混合式のエンジンについても、模擬燃焼室をこれに対応した構成とすることによって、同様の評価が可能である。 In the heat loss evaluation apparatus, the material to be evaluated is for a diffusion combustion type diesel engine, and the simulated combustion chamber R is also compatible with the diesel engine. However, the same evaluation is possible for a premixed engine, which is a reciprocating engine (internal combustion engine) in which the piston reciprocates in the same manner, by configuring the simulated combustion chamber to correspond to this. .
上記の熱損失評価装置、熱損失評価方法は、レシプロ式のエンジンの設計、開発において有効である。このようなエンジンは、船舶、自動車、航空機を初めとする広い技術範囲の機器に使用可能である。 The above heat loss evaluation apparatus and heat loss evaluation method are effective in the design and development of a reciprocating engine. Such an engine can be used for equipment in a wide technical range including ships, automobiles, and aircraft.
１ 熱損失評価装置
１０ 模擬シリンダ
１０Ａ シリンダライナ受け面
１０Ｂ フランジ装着部
１０Ｃ ネジ穴
１１ 模擬シリンダヘッド
１２ 燃料噴射ノズル
１３ ヒーター（加熱手段）
１４Ａ〜１４Ｄ 温度センサ（温度検知手段）
１５ 圧力センサ（圧力検知手段）
２０ ピストン本体
３０ ロッド
４１ シリンダライナ
４１Ａ 端面
４２ ピストンヘッド
４２Ａ、４４Ａ 固定用穴
４３ ガスケット
４４ フランジ(固定手段）
１００ 船舶
２００ パーソナルコンピュータ（ＰＣ：評価手段）
Ｒ 模擬燃焼室
Ｘ 中心軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat loss evaluation apparatus 10 Simulated cylinder 10A Cylinder liner receiving surface 10B Flange mounting part 10C Screw hole 11 Simulated cylinder head 12 Fuel injection nozzle 13 Heater (heating means)
14A-14D Temperature sensor (temperature detection means)
15 Pressure sensor (pressure detection means)
20 Piston body 30 Rod 41 Cylinder liner 41A End face 42 Piston heads 42A, 44A Fixing hole 43 Gasket 44 Flange (fixing means)
100 ship 200 personal computer (PC: evaluation means)
R Simulated combustion chamber X Center axis
Claims (14)
前記急速圧縮膨張装置と、
一方向に沿った一方の側に位置する前記急速圧縮膨張装置により、前記一方の側と他方の側との間で往復運動をするように駆動されるピストン本体と、
前記ピストン本体の前記往復運動によって体積が変動する模擬燃焼室が前記他方の側において内部に形成されるように、前記ピストン本体を内部に収容する模擬シリンダと、
前記模擬シリンダを外部から加熱する加熱手段と、
前記模擬燃焼室の圧力を検知する圧力検知手段と、
前記往復運動に際しての前記圧力の変化に基づき前記熱損失を評価する評価手段と、
を具備し、
前記模擬シリンダと別体で形成され、前記ピストン本体を内部で摺動させるシリンダライナが、前記模擬シリンダに脱着可能とされて装着される構成とされたことを特徴とする熱損失評価装置。 A heat loss evaluation device that evaluates heat loss in the reciprocating engine by simulating the operation cycle of the reciprocating engine using a rapid compression / expansion device,
The rapid compression and expansion device;
A piston body driven to reciprocate between the one side and the other side by the rapid compression and expansion device located on one side along one direction;
A simulated cylinder that houses the piston body therein so that a simulated combustion chamber whose volume is changed by the reciprocating motion of the piston body is formed inside the other side;
Heating means for heating the simulated cylinder from outside;
Pressure detecting means for detecting the pressure of the simulated combustion chamber;
An evaluation means for evaluating the heat loss based on a change in the pressure during the reciprocating motion;
Comprising
A heat loss evaluation apparatus, characterized in that a cylinder liner that is formed separately from the simulated cylinder and that slides the piston main body is detachably attached to the simulated cylinder.
前記シリンダライナが前記模擬シリンダに嵌入した状態で、前記シリンダライナを前記他方の側から押圧して固定する固定手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の熱損失評価装置。 The cylinder liner is configured to be fitted into the simulated cylinder from the other side along the one direction.
The heat loss evaluation apparatus according to claim 1, further comprising a fixing unit that presses and fixes the cylinder liner from the other side in a state where the cylinder liner is fitted into the simulated cylinder.
前記シリンダライナにおける前記ガスケットと当接する側の端面において、前記ピストン本体の前記一方向に沿った中心軸から遠い側の角部に前記ガスケットとの接触面での面圧を上げるための方策が講じられたことを特徴とする請求項２に記載の熱損失評価装置。 The cylinder liner is locked with a gasket interposed between a cylinder liner receiving surface which is a surface intersecting the one direction inside the simulated cylinder,
At the end surface of the cylinder liner that is in contact with the gasket, a measure is taken to increase the surface pressure at the contact surface with the gasket at the corner of the piston body that is far from the central axis along the one direction. The heat loss evaluation apparatus according to claim 2, wherein:
前記温度検知手段の測定結果をフィードバックして前記加熱手段を制御することを特徴とする請求項６に記載の熱損失評価装置。 The evaluation means includes
The heat loss evaluation apparatus according to claim 6, wherein the heating unit is controlled by feeding back a measurement result of the temperature detection unit.
異なる材料で構成された複数の前記シリンダライナを準備し、
複数の前記シリンダライナの各々を前記模擬シリンダに装着して、前記シリンダライナ毎に前記熱損失を評価することを特徴とする熱損失評価方法。 A heat loss evaluation method using the heat loss evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 7,
Preparing a plurality of said cylinder liners made of different materials;
A heat loss evaluation method, wherein each of the plurality of cylinder liners is mounted on the simulated cylinder, and the heat loss is evaluated for each cylinder liner.
異なる材料で構成された複数の前記ピストンヘッドを準備し、
複数の前記ピストンヘッドの各々を前記ピストン本体に装着して、前記ピストンヘッド毎に前記熱損失を評価することを特徴とする熱損失評価方法。 A heat loss evaluation method using the heat loss evaluation apparatus according to claim 5,
Preparing a plurality of said piston heads composed of different materials;
A heat loss evaluation method, wherein each of the plurality of piston heads is attached to the piston body, and the heat loss is evaluated for each piston head.
前記温度検知手段を用いて前記模擬シリンダ周囲の熱流束を算出し、前記熱損失を評価することを特徴とする熱損失評価方法。 A heat loss evaluation method using the heat loss evaluation apparatus according to claim 6,
A heat loss evaluation method characterized by calculating a heat flux around the simulated cylinder using the temperature detection means and evaluating the heat loss.
膨張行程における前記模擬燃焼室の前記圧力と前記模擬燃焼室の体積の変化に基づき前記熱損失を評価することを特徴とする請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載の熱損失評価方法。 During the reciprocating motion,
The heat loss according to any one of claims 8 to 10, wherein the heat loss is evaluated based on a change in the pressure of the simulated combustion chamber and a volume of the simulated combustion chamber in an expansion stroke. Evaluation methods.
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