JP3330490B2 - 内燃機関のピストンとシリンダの間に作用する力の計測装置 - Google Patents
内燃機関のピストンとシリンダの間に作用する力の計測装置Info
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- JP3330490B2 JP3330490B2 JP08792196A JP8792196A JP3330490B2 JP 3330490 B2 JP3330490 B2 JP 3330490B2 JP 08792196 A JP08792196 A JP 08792196A JP 8792196 A JP8792196 A JP 8792196A JP 3330490 B2 JP3330490 B2 JP 3330490B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のピスト
ンとシリンダの間に作用する力、即ち、摩擦力やスラス
ト力等を計測する装置に関する。
ンとシリンダの間に作用する力、即ち、摩擦力やスラス
ト力等を計測する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関において、ピストンとシリンダ
の間に作用する摩擦力の大きさを計測するために、シリ
ンダライナをシリンダブロックに固定しないで上下方向
に摺動することができるように支持し、シリンダライナ
内でピストンが上下方向に移動することに伴って生じる
可動のライナの上下方向の変位量を、ピエゾ式のピック
アップのような手段によって検出する「可動ライナ法」
と呼ぶべきものが知られている（自動車技術会の研究論
文Ｎｏ．２９，１９８４参照）。このように、シリンダ
ブロック内で上下方向に可動に支持されたシリンダライ
ナによってピストンの摩擦力の反力を計測する手法は古
くから研究されている。
の間に作用する摩擦力の大きさを計測するために、シリ
ンダライナをシリンダブロックに固定しないで上下方向
に摺動することができるように支持し、シリンダライナ
内でピストンが上下方向に移動することに伴って生じる
可動のライナの上下方向の変位量を、ピエゾ式のピック
アップのような手段によって検出する「可動ライナ法」
と呼ぶべきものが知られている（自動車技術会の研究論
文Ｎｏ．２９，１９８４参照）。このように、シリンダ
ブロック内で上下方向に可動に支持されたシリンダライ
ナによってピストンの摩擦力の反力を計測する手法は古
くから研究されている。
【０００３】しかしながら、従来の可動ライナ法では、
一般に内燃機関においてピストンをシリンダライナの円
筒壁内面に対して垂直方向に押し付けるように作用する
所謂「スラスト力」に対する配慮が十分になされている
とは考えられない。つまり、従来の可動ライナ法におい
ては、シリンダライナを上下方向（シリンダライナの中
心軸線方向）に可動に支持してはいても、上下方向に対
して垂直な全ての方向（横方向）においてシリンダライ
ナが移動することができないように、シリンダブロック
内に設けられた横方向力支持手段によってシリンダライ
ナを案内、支持している。従って、前述のスラスト力に
よって、シリンダライナの横方向力支持手段の中でも特
にスラスト力を支持している部分に、シリンダライナが
上下方向に摺動する際に大きな摩擦力が発生することに
よって、計測結果に無視することができない大きな誤差
が生じるという問題がある。
一般に内燃機関においてピストンをシリンダライナの円
筒壁内面に対して垂直方向に押し付けるように作用する
所謂「スラスト力」に対する配慮が十分になされている
とは考えられない。つまり、従来の可動ライナ法におい
ては、シリンダライナを上下方向（シリンダライナの中
心軸線方向）に可動に支持してはいても、上下方向に対
して垂直な全ての方向（横方向）においてシリンダライ
ナが移動することができないように、シリンダブロック
内に設けられた横方向力支持手段によってシリンダライ
ナを案内、支持している。従って、前述のスラスト力に
よって、シリンダライナの横方向力支持手段の中でも特
にスラスト力を支持している部分に、シリンダライナが
上下方向に摺動する際に大きな摩擦力が発生することに
よって、計測結果に無視することができない大きな誤差
が生じるという問題がある。
【０００４】そこで、シリンダブロック内の横方向力支
持手段とシリンダライナとの間の摩擦力によって、ピス
トンとシリンダライナとの間に作用する摩擦力の計測値
に大きな誤差が入るのを避けるために、また、ピストン
とシリンダライナとの間に作用する摩擦力だけではな
く、前述のスラスト力の大きさをも計測することもでき
るように、シリンダライナを、それとシリンダブロック
との間に設けた剛性の高い３分力センサによって浮動的
に支持するという「３分力センサ法」が提案されている
（自動車技術会の研究論文Ｎｏ．３７，１９８８参
照）。
持手段とシリンダライナとの間の摩擦力によって、ピス
トンとシリンダライナとの間に作用する摩擦力の計測値
に大きな誤差が入るのを避けるために、また、ピストン
とシリンダライナとの間に作用する摩擦力だけではな
く、前述のスラスト力の大きさをも計測することもでき
るように、シリンダライナを、それとシリンダブロック
との間に設けた剛性の高い３分力センサによって浮動的
に支持するという「３分力センサ法」が提案されている
（自動車技術会の研究論文Ｎｏ．３７，１９８８参
照）。
【０００５】３分力センサ法においては、摩擦力やスラ
スト力等のシリンダライナに作用する外力は全て３分力
センサのみによって支持、伝達されるために、また、シ
リンダライナとシリンダブロックとの間に複数個の３分
力センサを挿入設置する空間を確保する必要があるため
に、可動のシリンダライナを冷却するための冷却水が流
れる通路（ウオータージャケット）をシリンダライナと
一体に形成することになるので、３分力センサは、シリ
ンダライナそのものだけでなく、それと一体に形成され
たウオータージャケットの部分と、その中に充満して流
れている冷却水を同時に浮動的に支持することになる。
従って、３分力センサが支持する慣性質量がシリンダラ
イナのみに比べて相当に大きくなるので、システムの振
動が大きくなる高回転時には、この大きな質量に作用す
る慣性力による誤差が無視できない程度に大きくなると
いう問題がある。
スト力等のシリンダライナに作用する外力は全て３分力
センサのみによって支持、伝達されるために、また、シ
リンダライナとシリンダブロックとの間に複数個の３分
力センサを挿入設置する空間を確保する必要があるため
に、可動のシリンダライナを冷却するための冷却水が流
れる通路（ウオータージャケット）をシリンダライナと
一体に形成することになるので、３分力センサは、シリ
ンダライナそのものだけでなく、それと一体に形成され
たウオータージャケットの部分と、その中に充満して流
れている冷却水を同時に浮動的に支持することになる。
従って、３分力センサが支持する慣性質量がシリンダラ
イナのみに比べて相当に大きくなるので、システムの振
動が大きくなる高回転時には、この大きな質量に作用す
る慣性力による誤差が無視できない程度に大きくなると
いう問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これら従来
の可動ライナ法や３分力センサ法における前述のような
問題に対処して、横方向力支持手段とシリンダライナと
の間に発生する摩擦力が小さく、振動が大きい高回転時
においてもピストンとシリンダの間に作用する摩擦力を
正確に計測することができるような、しかも、ピストン
とシリンダライナとの間に作用する摩擦力だけでなく、
スラスト力のような横方向力をも計測することができる
改良された内燃機関のピストンとシリンダの間に作用す
る力の計測装置を提供することを目的としている。
の可動ライナ法や３分力センサ法における前述のような
問題に対処して、横方向力支持手段とシリンダライナと
の間に発生する摩擦力が小さく、振動が大きい高回転時
においてもピストンとシリンダの間に作用する摩擦力を
正確に計測することができるような、しかも、ピストン
とシリンダライナとの間に作用する摩擦力だけでなく、
スラスト力のような横方向力をも計測することができる
改良された内燃機関のピストンとシリンダの間に作用す
る力の計測装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項
に記載された計測装置を提供する。
解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項
に記載された計測装置を提供する。
【０００８】請求項１記載の計測装置においては、シリ
ンダライナが弾性変形可能な板状の部材を介してシリン
ダブロックによって支持されているので、ピストンがシ
リンダライナの内面に沿って摺動して往復運動をすると
きにピストンとシリンダライナの間に作用する摩擦力と
か、或いはスラスト力のような横方向力の大きさに応じ
てシリンダライナが上下方向又は横方向に移動するか或
いは傾斜し、それによって板状の部材が弾性変形をす
る。板状の部材の表面には歪ゲージが貼り付けられてい
るので、板状の部材が部分的に弾性変形すことによっ
て、各歪ゲージが伸縮し、その伸縮の大きさが抵抗値の
ような電気的信号として取り出され、ブリッジ回路によ
ってピストンとシリンダの間に作用する力の大きさを示
す計測値に変換される。
ンダライナが弾性変形可能な板状の部材を介してシリン
ダブロックによって支持されているので、ピストンがシ
リンダライナの内面に沿って摺動して往復運動をすると
きにピストンとシリンダライナの間に作用する摩擦力と
か、或いはスラスト力のような横方向力の大きさに応じ
てシリンダライナが上下方向又は横方向に移動するか或
いは傾斜し、それによって板状の部材が弾性変形をす
る。板状の部材の表面には歪ゲージが貼り付けられてい
るので、板状の部材が部分的に弾性変形すことによっ
て、各歪ゲージが伸縮し、その伸縮の大きさが抵抗値の
ような電気的信号として取り出され、ブリッジ回路によ
ってピストンとシリンダの間に作用する力の大きさを示
す計測値に変換される。
【０００９】請求項２の計測装置によれば、シリンダラ
イナが板状の部材によって専ら上下方向に移動可能に支
持されているので、その板状の部材に貼り付けられた歪
ゲージによって、ピストンとシリンダの間に作用する摩
擦力の大きさを正確に計測することができる。
イナが板状の部材によって専ら上下方向に移動可能に支
持されているので、その板状の部材に貼り付けられた歪
ゲージによって、ピストンとシリンダの間に作用する摩
擦力の大きさを正確に計測することができる。
【００１０】請求項３の計測装置によれば、シリンダラ
イナが板状の部材によって実質的に横方向に移動可能に
支持されているので、その板状の部材に貼り付けられた
歪ゲージによって、ピストンとシリンダの間に作用する
横方向力、即ちスラスト力の大きさを正確に計測するこ
とができる。
イナが板状の部材によって実質的に横方向に移動可能に
支持されているので、その板状の部材に貼り付けられた
歪ゲージによって、ピストンとシリンダの間に作用する
横方向力、即ちスラスト力の大きさを正確に計測するこ
とができる。
【００１１】請求項４の計測装置によれば、シリンダラ
イナが板状の部材によって傾斜可能に支持されているの
で、板状の部材に貼り付けられた歪ゲージによって、ピ
ストンとシリンダの間に作用するスラスト力によってシ
リンダライナを回転させようとするモーメントの大きさ
を正確に計測することができる。
イナが板状の部材によって傾斜可能に支持されているの
で、板状の部材に貼り付けられた歪ゲージによって、ピ
ストンとシリンダの間に作用するスラスト力によってシ
リンダライナを回転させようとするモーメントの大きさ
を正確に計測することができる。
【００１２】請求項５の計測装置によれば、板状の部材
の弾性変形に伴ってシリンダライナが上下方向又は横方
向に移動するか、或いは傾斜したときでも、シリンダラ
イナとシリンダブロックのような固定の部材との間に形
成されたウオータージャケットをシールすることができ
る手段が設けられているので、ウオータージャケットか
ら冷却水が洩れる恐れがない。従って、シリンダライナ
とウオータージャケットが一体のものとして移動或いは
傾斜することができるように構成する必要がないので、
シリンダライナに付随する慣性質量が小さくなり、装置
が激しく振動する高回転時においても、慣性質量の影響
を受けないで正確な力の計測値を得ることができる。
の弾性変形に伴ってシリンダライナが上下方向又は横方
向に移動するか、或いは傾斜したときでも、シリンダラ
イナとシリンダブロックのような固定の部材との間に形
成されたウオータージャケットをシールすることができ
る手段が設けられているので、ウオータージャケットか
ら冷却水が洩れる恐れがない。従って、シリンダライナ
とウオータージャケットが一体のものとして移動或いは
傾斜することができるように構成する必要がないので、
シリンダライナに付随する慣性質量が小さくなり、装置
が激しく振動する高回転時においても、慣性質量の影響
を受けないで正確な力の計測値を得ることができる。
【００１３】請求項６の計測装置においては、歪ゲージ
が、ピストンのピストンピンと直角に交差する直線上に
おいて板状の部材の表面に貼り付けられているので、ピ
ストンとシリンダライナがスラスト力を受けることによ
って横方向へ移動するか、或いは傾斜するときに、その
横方向移動或いは傾斜の程度を板状の部材に貼り付けら
れた歪ゲージによって検出し、横方向力、或いはそれに
基づくモーメントの大きさを正確に計測することができ
る。
が、ピストンのピストンピンと直角に交差する直線上に
おいて板状の部材の表面に貼り付けられているので、ピ
ストンとシリンダライナがスラスト力を受けることによ
って横方向へ移動するか、或いは傾斜するときに、その
横方向移動或いは傾斜の程度を板状の部材に貼り付けら
れた歪ゲージによって検出し、横方向力、或いはそれに
基づくモーメントの大きさを正確に計測することができ
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は本発明計測装置の第１の実
施形態の要部構成を示す断面図であって、図２はその一
部の分解斜視図である。図示例の機関部分の構成は実用
の内燃機関と概ね同じであって、１はシリンダブロッ
ク、２はシリンダブロック１の上部に取り付けられたシ
リンダヘッド、３はシリンダブロック１の内部に支持さ
れる鋼製のシリンダライナ、４はシール用のガスケット
である。５は段部５１を有する円環状のカラーであっ
て、シリンダブロック１の上部の段部１１に嵌合してお
り、シリンダライナ３の上部において一体に円環状に外
部へ張り出すように形成されているフランジ３１の周縁
部分を段部５１に受け入れると共に、そのフランジ３１
の周縁部分をシリンダヘッド２側のガスケット４との間
に挟み込むことによって、シリンダライナ３を支持する
ものである。
施形態の要部構成を示す断面図であって、図２はその一
部の分解斜視図である。図示例の機関部分の構成は実用
の内燃機関と概ね同じであって、１はシリンダブロッ
ク、２はシリンダブロック１の上部に取り付けられたシ
リンダヘッド、３はシリンダブロック１の内部に支持さ
れる鋼製のシリンダライナ、４はシール用のガスケット
である。５は段部５１を有する円環状のカラーであっ
て、シリンダブロック１の上部の段部１１に嵌合してお
り、シリンダライナ３の上部において一体に円環状に外
部へ張り出すように形成されているフランジ３１の周縁
部分を段部５１に受け入れると共に、そのフランジ３１
の周縁部分をシリンダヘッド２側のガスケット４との間
に挟み込むことによって、シリンダライナ３を支持する
ものである。
【００１５】シリンダブロック１の比較的下部寄りには
内方へ張り出すシールランド１２が形成されている。シ
ールランド１２にはシリンダライナ３の外径よりも少し
大きい内径を有する円形の穴１３が形成されていて、円
形の穴１３にシリンダライナ３の下部が緩く挿入されて
いる。円形の穴１３には溝１４が形成され、その中には
Ｏリング６が装着されてシリンダライナ３の下部と接触
している。従って、シリンダライナ３が横方向（左右方
向）に僅かに移動するか、或いは僅かな角度だけ傾斜す
ると、フランジ３１が弾性変形すると共に、Ｏリング６
も弾性変形してシリンダライナ３の横方向移動や傾斜を
許すことができるし、シリンダライナ３の上下方向の移
動は勿論、横方向の僅かな移動や傾斜の際にもＯリング
６のシール作用が損なわれないので、シリンダライナ３
の外側にシリンダブロック１の内面の凹所として形成さ
れるウオータージャケット１５の空間に冷却水が流れて
いても、冷却水が外部へ洩れ出る恐れがない。
内方へ張り出すシールランド１２が形成されている。シ
ールランド１２にはシリンダライナ３の外径よりも少し
大きい内径を有する円形の穴１３が形成されていて、円
形の穴１３にシリンダライナ３の下部が緩く挿入されて
いる。円形の穴１３には溝１４が形成され、その中には
Ｏリング６が装着されてシリンダライナ３の下部と接触
している。従って、シリンダライナ３が横方向（左右方
向）に僅かに移動するか、或いは僅かな角度だけ傾斜す
ると、フランジ３１が弾性変形すると共に、Ｏリング６
も弾性変形してシリンダライナ３の横方向移動や傾斜を
許すことができるし、シリンダライナ３の上下方向の移
動は勿論、横方向の僅かな移動や傾斜の際にもＯリング
６のシール作用が損なわれないので、シリンダライナ３
の外側にシリンダブロック１の内面の凹所として形成さ
れるウオータージャケット１５の空間に冷却水が流れて
いても、冷却水が外部へ洩れ出る恐れがない。
【００１６】なお、図１において２１及び２２はシリン
ダヘッド２に形成された吸気ポート及び排気ポートであ
って、２３及び２４はそれらのポートを開閉する吸気弁
及び排気弁を示している。また８はシリンダライナ３に
挿入されたピストン、９はシリンダライナ３の上端とシ
リンダヘッド２の間に設けられたシール用のＯリングで
ある。このＯリング９も下部のＯリング６と同様に、シ
リンダライナ３の上下方向或いは横方向の移動や傾斜を
許すと共に、シリンダライナ３が移動或いは傾斜した時
にシリンダヘッド２との間で気密性を保持する作用をす
る。
ダヘッド２に形成された吸気ポート及び排気ポートであ
って、２３及び２４はそれらのポートを開閉する吸気弁
及び排気弁を示している。また８はシリンダライナ３に
挿入されたピストン、９はシリンダライナ３の上端とシ
リンダヘッド２の間に設けられたシール用のＯリングで
ある。このＯリング９も下部のＯリング６と同様に、シ
リンダライナ３の上下方向或いは横方向の移動や傾斜を
許すと共に、シリンダライナ３が移動或いは傾斜した時
にシリンダヘッド２との間で気密性を保持する作用をす
る。
【００１７】図１及び図２から明らかなように、シリン
ダライナ３の上部に一体に形成されたフランジ３１の特
定の位置においてその周縁部分を避けた上下の面に歪ゲ
ージ７が貼り付けられる。即ち、フランジ３１の特定の
位置の上面に歪ゲージ７ａが貼り付けられると共に、同
じ位置のフランジ３１の下面に歪ゲージ７ｂが貼り付け
られる。また、それらと対称の位置の上面に歪ゲージ７
ｃが貼り付けられると共に、その下面に歪ゲージ７ｄが
貼り付けられる。ここで、特定の位置と言うのは、歪ゲ
ージ７ａと歪ゲージ７ｃ、或いは歪ゲージ７ｂと歪ゲー
ジ７ｄをそれぞれ結ぶ直線の方向が、シリンダヘッド２
の側からピストン８を平面的に見たときに、ピストンピ
ン８１の方向に対して直角に交差するようになっている
ことを意味する。
ダライナ３の上部に一体に形成されたフランジ３１の特
定の位置においてその周縁部分を避けた上下の面に歪ゲ
ージ７が貼り付けられる。即ち、フランジ３１の特定の
位置の上面に歪ゲージ７ａが貼り付けられると共に、同
じ位置のフランジ３１の下面に歪ゲージ７ｂが貼り付け
られる。また、それらと対称の位置の上面に歪ゲージ７
ｃが貼り付けられると共に、その下面に歪ゲージ７ｄが
貼り付けられる。ここで、特定の位置と言うのは、歪ゲ
ージ７ａと歪ゲージ７ｃ、或いは歪ゲージ７ｂと歪ゲー
ジ７ｄをそれぞれ結ぶ直線の方向が、シリンダヘッド２
の側からピストン８を平面的に見たときに、ピストンピ
ン８１の方向に対して直角に交差するようになっている
ことを意味する。
【００１８】シリンダライナ３のフランジ３１の特定の
位置に貼り付けられた４枚の歪ゲージ７ａ，７ｂ，７ｃ
及び７ｄは、図３に示すようなブリッジ回路１０を形成
するように電気的に接続される。図３において、１０ａ
は定圧電源を、１０ｂ及び１０ｃはブリッジ回路１０の
出力端子を、１０ｄはブリッジ回路１０の出力信号を増
幅する増幅回路を示している。
位置に貼り付けられた４枚の歪ゲージ７ａ，７ｂ，７ｃ
及び７ｄは、図３に示すようなブリッジ回路１０を形成
するように電気的に接続される。図３において、１０ａ
は定圧電源を、１０ｂ及び１０ｃはブリッジ回路１０の
出力端子を、１０ｄはブリッジ回路１０の出力信号を増
幅する増幅回路を示している。
【００１９】次に、図１〜図３に示した本発明の第１実
施形態の作動を説明する。シリンダライナ３の内部でピ
ストン８が上下方向に摺動すると、それらの間に作用す
る摩擦力によって、シリンダライナ３もピストン８と共
に上下方向に移動しようとするが、シリンダライナ３は
そのフランジ３１の周縁部分が、シリンダブロック１の
上部に取り付けられたカラー５とシリンダヘッド２の側
に取り付けられたガスケット４の間に挟まれて固定され
ているので、シリンダライナ３の僅かな上下方向の移動
によって、フランジ３１は弾性変形して撓むことにな
る。フランジ３１の部分的な撓み（歪み）は４個の歪ゲ
ージ７のそれぞれに伸縮をもたらすので、それらの抵抗
値が歪みの大きさに応じて変化して、ブリッジ回路１０
の出力端子１０ｂ，１０ｃの間の電位差（電圧）が変化
する。この電圧は増幅回路１０ｄによって増幅されて、
ピストン８とシリンダライナ３の間に作用している力の
大きさを示すことになる。
施形態の作動を説明する。シリンダライナ３の内部でピ
ストン８が上下方向に摺動すると、それらの間に作用す
る摩擦力によって、シリンダライナ３もピストン８と共
に上下方向に移動しようとするが、シリンダライナ３は
そのフランジ３１の周縁部分が、シリンダブロック１の
上部に取り付けられたカラー５とシリンダヘッド２の側
に取り付けられたガスケット４の間に挟まれて固定され
ているので、シリンダライナ３の僅かな上下方向の移動
によって、フランジ３１は弾性変形して撓むことにな
る。フランジ３１の部分的な撓み（歪み）は４個の歪ゲ
ージ７のそれぞれに伸縮をもたらすので、それらの抵抗
値が歪みの大きさに応じて変化して、ブリッジ回路１０
の出力端子１０ｂ，１０ｃの間の電位差（電圧）が変化
する。この電圧は増幅回路１０ｄによって増幅されて、
ピストン８とシリンダライナ３の間に作用している力の
大きさを示すことになる。
【００２０】シリンダライナ３にピストン８による横方
向力としてのスラスト力が作用していない場合には、フ
ランジ３１は皿形に弾性変形し、図１においてフランジ
３１の左右の位置における歪みは垂直軸線に関して対称
的な形になるので、歪ゲージ７ａと歪ゲージ７ｃが検出
するフランジ３１の歪み（撓み量）が同じ大きさになる
と共に、歪ゲージ７ｂと歪ゲージ７ｄがそれぞれ検出す
る歪み（撓み量）が同じ大きさになる。つまり、歪ゲー
ジ７ａが伸びる時には歪ゲージ７ｃも同じ量だけ伸び、
その時に歪ゲージ７ｂが縮むと、歪ゲージ７ｄも同じ量
だけ縮むことになる。それによって、図３に示すブリッ
ジ回路１０上において対向している歪ゲージ７ａと歪ゲ
ージ７ｃの抵抗値が同じように変化すると共に、歪ゲー
ジ７ｂと歪ゲージ７ｄの抵抗値が同じように変化するの
で、出力端子１０ｂ，１０ｃの間にはピストン８とシリ
ンダライナ３の間に作用する摩擦力の大きさに応じた電
圧が出力されることになる。
向力としてのスラスト力が作用していない場合には、フ
ランジ３１は皿形に弾性変形し、図１においてフランジ
３１の左右の位置における歪みは垂直軸線に関して対称
的な形になるので、歪ゲージ７ａと歪ゲージ７ｃが検出
するフランジ３１の歪み（撓み量）が同じ大きさになる
と共に、歪ゲージ７ｂと歪ゲージ７ｄがそれぞれ検出す
る歪み（撓み量）が同じ大きさになる。つまり、歪ゲー
ジ７ａが伸びる時には歪ゲージ７ｃも同じ量だけ伸び、
その時に歪ゲージ７ｂが縮むと、歪ゲージ７ｄも同じ量
だけ縮むことになる。それによって、図３に示すブリッ
ジ回路１０上において対向している歪ゲージ７ａと歪ゲ
ージ７ｃの抵抗値が同じように変化すると共に、歪ゲー
ジ７ｂと歪ゲージ７ｄの抵抗値が同じように変化するの
で、出力端子１０ｂ，１０ｃの間にはピストン８とシリ
ンダライナ３の間に作用する摩擦力の大きさに応じた電
圧が出力されることになる。
【００２１】ピストン８がシリンダライナ３を横方向に
押す所謂スラスト力が作用している場合には、シリンダ
ライナ３が僅かに横方向に移動するので、フランジ３１
は部分的に横方向に伸縮する。それによって歪ゲージ７
ａと歪ゲージ７ｂが縮む時には、歪ゲージ７ｃと歪ゲー
ジ７ｄが伸びることになる。このように、図３のブリッ
ジ回路１０上において対向する歪ゲージの抵抗値が反対
方向に増減するから、図１〜図３に示す第１の実施形態
において、スラスト力の作用によっては出力端子１０
ｂ，１０ｃの間には何らの電位差も生じない。これは、
第１の実施形態によれば、スラスト力の影響を受けない
で上下方向に作用する摩擦力のみを正確に計測すること
ができることを意味する。
押す所謂スラスト力が作用している場合には、シリンダ
ライナ３が僅かに横方向に移動するので、フランジ３１
は部分的に横方向に伸縮する。それによって歪ゲージ７
ａと歪ゲージ７ｂが縮む時には、歪ゲージ７ｃと歪ゲー
ジ７ｄが伸びることになる。このように、図３のブリッ
ジ回路１０上において対向する歪ゲージの抵抗値が反対
方向に増減するから、図１〜図３に示す第１の実施形態
において、スラスト力の作用によっては出力端子１０
ｂ，１０ｃの間には何らの電位差も生じない。これは、
第１の実施形態によれば、スラスト力の影響を受けない
で上下方向に作用する摩擦力のみを正確に計測すること
ができることを意味する。
【００２２】また、第１の実施形態のみならず本発明の
装置はいずれも、高回転時等において装置全体が激しく
振動するような場合でも、フランジ３１によって支持さ
れるものはシリンダライナ３のみであって、従来の３分
力センサ法のようにシリンダライナ３にウオータージャ
ケットや、それに収容される冷却水のような大きな慣性
質量が付随していないから、シリンダライナ３に作用す
る慣性力は比較的小さく、それが出力端子１０ｂ，１０
ｃ間の出力電圧、従って作用する力の計測値に及ぼす影
響は無視することができる。また、Ｏリング６とシリン
ダライナ３の間の摩擦力や、Ｏリング６の弾性変形によ
る反力も、フランジ３１の弾性変形による反力に比べて
十分に小さいため、その影響も無視することができる。
装置はいずれも、高回転時等において装置全体が激しく
振動するような場合でも、フランジ３１によって支持さ
れるものはシリンダライナ３のみであって、従来の３分
力センサ法のようにシリンダライナ３にウオータージャ
ケットや、それに収容される冷却水のような大きな慣性
質量が付随していないから、シリンダライナ３に作用す
る慣性力は比較的小さく、それが出力端子１０ｂ，１０
ｃ間の出力電圧、従って作用する力の計測値に及ぼす影
響は無視することができる。また、Ｏリング６とシリン
ダライナ３の間の摩擦力や、Ｏリング６の弾性変形によ
る反力も、フランジ３１の弾性変形による反力に比べて
十分に小さいため、その影響も無視することができる。
【００２３】図４に本発明の第２の実施形態としての計
測装置の要部構成を示す。第１の実施形態と実質的に同
じ構造部分には同じ参照符号を付すことによって重複す
る説明を省略する。シリンダライナ３の下端は、シリン
ダブロック１から一体のものとして内方に向かって張り
出す穴のある板状のステー１６の上に載置されて支持さ
れる。シリンダライナ３の上部に形成されたフランジ３
２の周縁部分は、シリンダブロック１の側から内方に張
り出す穴のあるプレート１７によって押圧されるように
して支持される。プレート１７はシリンダブロック１の
上端面とシリンダヘッド２の下端面の間に挟まれて支持
される。なお、シリンダブロック１とステー１６は別体
のものとして形成されていてもよい。
測装置の要部構成を示す。第１の実施形態と実質的に同
じ構造部分には同じ参照符号を付すことによって重複す
る説明を省略する。シリンダライナ３の下端は、シリン
ダブロック１から一体のものとして内方に向かって張り
出す穴のある板状のステー１６の上に載置されて支持さ
れる。シリンダライナ３の上部に形成されたフランジ３
２の周縁部分は、シリンダブロック１の側から内方に張
り出す穴のあるプレート１７によって押圧されるように
して支持される。プレート１７はシリンダブロック１の
上端面とシリンダヘッド２の下端面の間に挟まれて支持
される。なお、シリンダブロック１とステー１６は別体
のものとして形成されていてもよい。
【００２４】第１実施形態の場合と同様に、プレート１
７の上面の、ピストンピン８１の方向によって決まる特
定の位置には歪ゲージ７ｅが貼り付けられ、その位置の
下面には歪ゲージ７ｆが貼り付けられる。また、それら
と対称の位置の上面には歪ゲージ７ｇが貼り付けられ、
下面には歪ゲージ７ｈが貼り付けられる。それらと対応
してシリンダライナ３の下端を支持するステー１６の上
下の面にも、歪ゲージ７ｉと歪ゲージ７ｊの組、及び歪
ゲージ７ｋと歪ゲージ７ｌの組がそれぞれ貼り付けられ
る。
７の上面の、ピストンピン８１の方向によって決まる特
定の位置には歪ゲージ７ｅが貼り付けられ、その位置の
下面には歪ゲージ７ｆが貼り付けられる。また、それら
と対称の位置の上面には歪ゲージ７ｇが貼り付けられ、
下面には歪ゲージ７ｈが貼り付けられる。それらと対応
してシリンダライナ３の下端を支持するステー１６の上
下の面にも、歪ゲージ７ｉと歪ゲージ７ｊの組、及び歪
ゲージ７ｋと歪ゲージ７ｌの組がそれぞれ貼り付けられ
る。
【００２５】図示していないが図３から明らかなよう
に、第２の実施形態においては、プレート１７の上下面
に貼り付けられた４枚の歪ゲージ７ｅ〜７ｈが１つのブ
リッジ回路を構成すると共に、ステー１６の上下面に貼
り付けられた４枚の歪ゲージ７ｉ〜７ｌがもう１つのブ
リッジ回路を構成するように電気的に接続する。シリン
ダライナ３がピストン８との間に作用する摩擦力によっ
て上下方向に僅かに移動する時に、ステー１６及びプレ
ート１７が弾性変形をすることによって、歪ゲージ７ｅ
〜７ｌの抵抗値が変化し、それらに関連する２つのブリ
ッジ回路の出力する電圧の和が、ピストン８とシリンダ
ライナ３の間に作用した摩擦力の大きさを示すことは、
第１実施形態の作動の説明から明らかである。
に、第２の実施形態においては、プレート１７の上下面
に貼り付けられた４枚の歪ゲージ７ｅ〜７ｈが１つのブ
リッジ回路を構成すると共に、ステー１６の上下面に貼
り付けられた４枚の歪ゲージ７ｉ〜７ｌがもう１つのブ
リッジ回路を構成するように電気的に接続する。シリン
ダライナ３がピストン８との間に作用する摩擦力によっ
て上下方向に僅かに移動する時に、ステー１６及びプレ
ート１７が弾性変形をすることによって、歪ゲージ７ｅ
〜７ｌの抵抗値が変化し、それらに関連する２つのブリ
ッジ回路の出力する電圧の和が、ピストン８とシリンダ
ライナ３の間に作用した摩擦力の大きさを示すことは、
第１実施形態の作動の説明から明らかである。
【００２６】このように、歪ゲージ７を上下に貼り付け
るべき板状の部材、即ち、ピストン８とシリンダライナ
３の間に作用する摩擦力によって弾性変形するものは、
シリンダライナ３と一体に形成されたフランジ３１のよ
うな部分であってもよいし、また、シリンダブロック１
と一体に形成されたステー１６のような部分であっても
よい。更にシリンダブロック１とシリンダライナ３のい
ずれとも一体ではない別のプレート１７のようなもので
あってもよい。また、それらの板状の部材を設ける位置
はシリンダライナ３の上下方向における任意の高さの位
置でよい。
るべき板状の部材、即ち、ピストン８とシリンダライナ
３の間に作用する摩擦力によって弾性変形するものは、
シリンダライナ３と一体に形成されたフランジ３１のよ
うな部分であってもよいし、また、シリンダブロック１
と一体に形成されたステー１６のような部分であっても
よい。更にシリンダブロック１とシリンダライナ３のい
ずれとも一体ではない別のプレート１７のようなもので
あってもよい。また、それらの板状の部材を設ける位置
はシリンダライナ３の上下方向における任意の高さの位
置でよい。
【００２７】以上の例では、ピストン８とシリンダライ
ナ３の間に作用する摩擦力のみを計測する場合を説明し
たが、他の実施形態として、図１及び図２に示す第１の
実施形態と同様な全体構成であっても、４枚の歪ゲージ
７ａ〜７ｄのブリッジ回路における位置を図３に示すも
のとは異なるように変えることによって、横方向の力で
あるスラスト力の大きさだけを計測することができる。
ナ３の間に作用する摩擦力のみを計測する場合を説明し
たが、他の実施形態として、図１及び図２に示す第１の
実施形態と同様な全体構成であっても、４枚の歪ゲージ
７ａ〜７ｄのブリッジ回路における位置を図３に示すも
のとは異なるように変えることによって、横方向の力で
あるスラスト力の大きさだけを計測することができる。
【００２８】この目的のために図３に示すブリッジ回路
１０に替えて使用するブリッジ回路１０’を図５に示
す。この場合は、スラスト力によってピストン８が例え
ば図１において右方向へ移動すると、フランジ３１の弾
性変形によって歪ゲージ７ａと歪ゲージ７ｂが共に縮む
と同時に、歪ゲージ７ｃと歪ゲージ７ｄが共に伸びるか
ら、ブリッジ回路１０’において対向する歪ゲージの抵
抗値が同じように増減変化することになる。その結果、
出力端子１０ｂ，１０ｃの間にはスラスト力の大きさだ
けに対応する電圧が出力される。
１０に替えて使用するブリッジ回路１０’を図５に示
す。この場合は、スラスト力によってピストン８が例え
ば図１において右方向へ移動すると、フランジ３１の弾
性変形によって歪ゲージ７ａと歪ゲージ７ｂが共に縮む
と同時に、歪ゲージ７ｃと歪ゲージ７ｄが共に伸びるか
ら、ブリッジ回路１０’において対向する歪ゲージの抵
抗値が同じように増減変化することになる。その結果、
出力端子１０ｂ，１０ｃの間にはスラスト力の大きさだ
けに対応する電圧が出力される。
【００２９】更に他の実施形態として、図１に示す４枚
の歪ゲージ７ａ〜７ｄを図６に示すブリッジ回路１０”
のように接続すれば、スラスト力によって図１の紙面に
対して垂直な方向の直線を軸としてシリンダライナ３を
回転させようとするモーメントの大きさを計測すること
もできる。スラスト力によってシリンダライナ３が傾斜
すると、平面状のフランジ３１が捩じられるように弾性
変形するが、その時には歪ゲージ７ａと歪ゲージ７ｄの
抵抗値の変化が同様なものになると共に、歪ゲージ７ｂ
と歪ゲージ７ｃの抵抗値の変化が同様なものになる。従
って、出力端子１０ｂ，１０ｃの間にはシリンダライナ
３を回転（傾斜）させようとするモーメントの大きさに
対応する電圧が出力される。この時には、シリンダライ
ナ３に上下方向に作用する摩擦力によって各歪ゲージ７
に現れる抵抗値の変化は、相互に相殺されてブリッジ回
路１０”の出力端子からは出力されない。
の歪ゲージ７ａ〜７ｄを図６に示すブリッジ回路１０”
のように接続すれば、スラスト力によって図１の紙面に
対して垂直な方向の直線を軸としてシリンダライナ３を
回転させようとするモーメントの大きさを計測すること
もできる。スラスト力によってシリンダライナ３が傾斜
すると、平面状のフランジ３１が捩じられるように弾性
変形するが、その時には歪ゲージ７ａと歪ゲージ７ｄの
抵抗値の変化が同様なものになると共に、歪ゲージ７ｂ
と歪ゲージ７ｃの抵抗値の変化が同様なものになる。従
って、出力端子１０ｂ，１０ｃの間にはシリンダライナ
３を回転（傾斜）させようとするモーメントの大きさに
対応する電圧が出力される。この時には、シリンダライ
ナ３に上下方向に作用する摩擦力によって各歪ゲージ７
に現れる抵抗値の変化は、相互に相殺されてブリッジ回
路１０”の出力端子からは出力されない。
【００３０】以上の説明から明らかなように、上述の実
施形態を組み合わせて、多くの歪ゲージ７によるブリッ
ジ回路を複数組構成すれば、内燃機関のピストンとシリ
ンダの間の色々な相互作用力を同時に計測することが可
能になる。また、図示の実施形態ではいずれも、弾性変
形する板状の部材１枚について４枚の歪ゲージ７を貼り
付けた場合を説明しているが、４枚のうちの例えば２枚
をダミーである抵抗や温度補正ゲージに置き換えること
もできる。
施形態を組み合わせて、多くの歪ゲージ７によるブリッ
ジ回路を複数組構成すれば、内燃機関のピストンとシリ
ンダの間の色々な相互作用力を同時に計測することが可
能になる。また、図示の実施形態ではいずれも、弾性変
形する板状の部材１枚について４枚の歪ゲージ７を貼り
付けた場合を説明しているが、４枚のうちの例えば２枚
をダミーである抵抗や温度補正ゲージに置き換えること
もできる。
【図１】本発明の第１実施形態の要部を示す縦断面図で
ある。
ある。
【図２】第１実施形態の一部を分解して示す斜視図であ
る。
る。
【図３】第１実施形態の電気的回路を示す配線図であ
る。
る。
【図４】本発明の第２実施形態の要部を示す縦断面図で
ある。
ある。
【図５】他の実施形態の電気的回路を示す配線図であ
る。
る。
【図６】更に他の実施形態の電気的回路を示す配線図で
ある。
ある。
１…シリンダブロック ３…シリンダライナ ５…カラー ６…Ｏリング ７…歪ゲージ ８…ピストン １０…ブリッジ回路 １０ｂ，１０ｃ…出力端子 １０ｄ…増幅回路 １５…ウオータージャケット １６…ステー １７…プレート ３１，３２…フランジ ８１…ピストンピン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 石井 哲 (56)参考文献 特開 昭59−206740（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−22921（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−161738（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 5/00 G01L 1/22 G01M 15/00
Claims (6)
- 【請求項１】 シリンダブロックと、前記シリンダブロ
ックの内部に支持されるシリンダライナと、前記シリン
ダライナの内面に摺動して往復運動をするピストンと、
前記シリンダライナを前記シリンダブロックによって支
持するために設けられた弾性変形可能な板状の部材と、
前記板状の部材の表面に貼り付けられた少なくとも２枚
の歪ゲージと、前記歪ゲージを含む電気的なブリッジ回
路とを備えていることを特徴とする内燃機関のピストン
とシリンダの間に作用する力の計測装置。 - 【請求項２】 前記シリンダライナが前記板状の部材に
よって実質的に上下方向に移動可能に支持されているこ
とを特徴とする請求項１記載の計測装置。 - 【請求項３】 前記シリンダライナが前記板状の部材に
よって実質的に横方向に移動可能に支持されていること
を特徴とする請求項１記載の計測装置。 - 【請求項４】 前記シリンダライナが前記板状の部材に
よって傾斜可能に支持されていることを特徴とする請求
項１記載の計測装置。 - 【請求項５】 前記シリンダライナと固定の部材との間
に、前記シリンダライナが移動或いは傾斜したときでも
ウオータージャケットをシールすることができる手段が
設けられていることを特徴とする請求項１記載の計測装
置。 - 【請求項６】 前記歪ゲージが、前記ピストンのピスト
ンピンと直角に交差する直線上において、前記板状の部
材の表面に貼り付けられていることを特徴とする請求項
１又は３ないし５のいずれかに記載の計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08792196A JP3330490B2 (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 内燃機関のピストンとシリンダの間に作用する力の計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08792196A JP3330490B2 (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 内燃機関のピストンとシリンダの間に作用する力の計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09280976A JPH09280976A (ja) | 1997-10-31 |
| JP3330490B2 true JP3330490B2 (ja) | 2002-09-30 |
Family
ID=13928394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08792196A Expired - Fee Related JP3330490B2 (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 内燃機関のピストンとシリンダの間に作用する力の計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3330490B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103884508A (zh) * | 2014-01-27 | 2014-06-25 | 中国北方发动机研究所(天津) | 一种实现对置二冲程缸套气流测试的装置 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100394635B1 (ko) * | 2000-12-28 | 2003-08-14 | 현대자동차주식회사 | 피스톤 마찰력 측정용 라이너 장착 구조 |
| CN102979640A (zh) * | 2011-11-16 | 2013-03-20 | 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 | 体盖高爆压发动机 |
| AT514582B1 (de) * | 2013-10-04 | 2015-02-15 | Avl List Gmbh | Einrichtung zur Reibungsmessung an einer Zylinder-Kolben-Anordnung |
| CN103557978B (zh) * | 2013-11-15 | 2015-08-19 | 广西交通科学研究院 | 吊杆拱桥短吊杆索力精确测试方法 |
| CN110411688B (zh) * | 2019-07-31 | 2020-11-24 | 广州市城市规划勘测设计研究院 | 一种支座安全监测装置 |
-
1996
- 1996-04-10 JP JP08792196A patent/JP3330490B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103884508A (zh) * | 2014-01-27 | 2014-06-25 | 中国北方发动机研究所(天津) | 一种实现对置二冲程缸套气流测试的装置 |
| CN103884508B (zh) * | 2014-01-27 | 2016-04-06 | 中国北方发动机研究所(天津) | 一种实现对置二冲程缸套气流测试的装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09280976A (ja) | 1997-10-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20020611 |
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