JP3925779B2 - ピストン摩擦力測定用ライナー装着構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストン摩擦力測定用ライナー装着構造に関し、より詳しくは、ライナーに作用する燃焼圧の影響を排除し、ライナーの浮動（ｆｌｏａｔ）を容易にするピストン摩擦力測定用ライナー装着構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、エンジンでは燃焼室で形成される燃焼ガスの爆発力から摩擦力を除いた残りのエネルギーだけを活用することができるので、摩擦力を減らすことはエンジンの出力及び車両の燃費を向上させるのに重要な要素となる。
【０００３】
従って、摩擦力を減らすための様々な研究が進められており、特にピストン（ｐｉｓｔｏｎ）とシリンダーライナー（ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｌｉｎｅｒ）との間の摩擦は、エンジン作動中に発生する摩擦全体からみても大きな比重を占めるだけでなく、実際にこの摩擦の殆どは減らすことができると判断されているので、ピストンとライナーとの間の摩擦を効果的に減らすことが重要な問題になっている。
【０００４】
従って、ピストンとライナーとの間で実際に発生する摩擦力を精密に測定するための測定システムもまた摩擦低減のための研究では重要な要因であると判断されている。
【０００５】
ところが、ピストンとライナーとの間の摩擦力を直接測定するためには、通常ストレーンゲージ（ｓｔｒａｉｎ ｇａｕｇｅ）又はロードセル（ｌｏａｄ ｃｅｌｌ）を用いてピストンとの摩擦によって発生するライナーの垂直方向の変位による力を測定する。
【０００６】
図１は、従来のピストンとライナーとの間の摩擦力を直接測定するための一実施例を示した図である。
【０００７】
図１に示したように、シリンダーブロック１１０内にはライナー１２０が装着され、ライナー１２０内にはピストン１３０が結合されている。
【０００８】
ライナー１２０は、ピストン１３０の上下動作によって発生する摩擦力により上下方向に力を受けるため微小な距離を動くように設けられており、このような理由で浮動ライナー（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｌｉｎｅｒ）と称する。
【０００９】
ライナー１２０の下部には、ライナー１２０の上下動作による圧力を測定する圧力測定手段が設けられている。図１では、前記圧力測定手段の一例としてロードセルボディー１７０内にロードセル１７５を有する構成が示されている。
【００１０】
ライナー１２０の上面にはライナー１２０の動作によってシリンダーヘッド１４０との間に微細な隙間が発生する。この隙間では、燃焼室で燃焼ガスが爆発する時にその爆発力がライナー１２０を下降させる力として作用（通常ライナーの上面に作用する燃焼ガスの爆発力は摩擦力の数百倍に至る）し実験誤差が発生する。このような実験誤差を防ぐために、ライナー１２０とシリンダーヘッド１４０との間には、燃焼ガスの爆発力がライナー１２０の上面に作用するのを防ぐようにシーリングフォルダー１５０（ｓｅａｌｉｎｇ ｆｏｌｄｅｒ）が設けられている。従って、ライナー１２０の上面は、シーリングフォルダー１５０内で上下に動くことにより、ライナー１２０の上面には燃焼ガスの爆発力が作用しなくなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シーリングフォルダー１５０をライナー１２０の上面とシリンダーヘッドとの間に設けるためには、シーリングフォルダー１５０とピストン１３０とが接触するのを防ぐようにピストン１３０を加工しなければならない。
【００１２】
つまり、ピストン１３０の外周角部を前記シーリングフォルダー１５０の高さだけ切削しなければならない。この場合、ピストン１３０の慣性モーメントが変更されてピストン１３０の動作が変化してしまい、結果的にライナー１２０との接触抗力に伴う摩擦力が変更されるため、正確な摩擦力を測定することができなくなる。
【００１３】
また、正確な摩擦力を測定するためには、ライナー１２０の側方向に作用する側力を除去しなければならない。このために従来は、図１に示したように、側方向ストッパー１６０を採用することによってライナー１２０の側方向の動きを制限している。
【００１４】
つまり、側方向ストッパー１６０によってライナー１２０に側方向抗力を提供することにより、ライナー１２０の側方向の動きを制限する。このような側方向抗力はライナー１２０との間にまた別の摩擦力を形成するため、この摩擦力がピストン１３０とライナー１２０との間の摩擦力測定に誤差として作用するという問題点があった。
【００１５】
従って、本発明はこのような問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、ライナーに作用する燃焼圧力が自動的に相殺されると同時に、前記ライナーに作用する垂直抗力を最少化することによって、ライナーとピストンとの間に発生する摩擦力を正確に測定することができるライナー装着構造を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を実現するための本発明のピストン摩擦力測定用ライナー装着構造は、内燃機関エンジンのシリンダーブロック内にライナーを装着してライナーとピストンとの間の摩擦力を測定するためのライナー装着構造において、前記ライナーは、ピストンが往復運動するようにその内面が円柱形状に形成され、上部には外周側に円周面に沿って突出した突出部が形成され、最上面には前記突出部の下面に連結される燃焼圧通路が形成され、前記シリンダーブロックは、上部には前記ライナーの突出部に対応して円周面に沿って内側に湾入した湾入部が形成され、前記湾入部の上部、下部及び湾入部には上側Ｏ−リング溝、下側Ｏ−リング溝及び中央Ｏ−リング溝からなる複数個のＯ−リング溝が形成され、前記複数個のＯ−リング溝には各々上側Ｏ−リング、下側Ｏ−リング及び中央Ｏ−リングが装着され、前記シリンダーブロックは、前記上側Ｏ−リング溝及び中央Ｏ−リング溝の間で、前記ライナーとの間に形成される隙間に大気圧を提供するように大気圧通路が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、前記燃焼圧通路は、前記ライナーの円柱に沿って対称的に複数個所形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、前記ライナーの突出部の下面の面積は、ライナーの最上面の面積と同一に形成されていることを特徴とする。
【００１９】
また、前記ライナーの突出部の上面の面積は、ライナーの最下面の面積と同一に形成されることを特徴とする。
【００２０】
また、前記中央Ｏ−リングの直径は、前記上側及び下側Ｏ−リングの直径の合計と同一に形成されていることを特徴とする。
【００２２】
また、前記シリンダーブロックと前記ライナーとの間には、ライナーの側方向変位を抑制する側方向支持手段をさらに備えていることを特徴とする。
【００２３】
また、前記側方向支持手段は、前記ライナーの上部及び下部に複数個所装着されていることを特徴とする。
【００２４】
また、前記側方向支持手段は、ライナーの外周側に円柱方向に形成されて固定され、その外側には円柱方向に複数個の支持溝が形成されたライナー支持部材と、シリンダーブロックの内周側に円柱方向に形成されて固定され、その内側には円柱方向に複数個の支持溝が形成されたシリンダーブロック支持部材と、前記ライナー支持部材の支持溝及びシリンダーブロック支持部材の支持溝に嵌合するように設定された厚さに並列配置された複数個の支持板とを有することを特徴とする。
【００２５】
さらに、前記複数個の支持板は、同一な厚さに形成されていることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による好ましい一実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。
図２は、本発明の一実施の形態によるピストン摩擦力測定用ライナー装着構造を示した一部縦断面図である。
【００２７】
図２に示されたように、本発明の一実施の形態によるピストン摩擦力測定用ライナー装着構造は、内燃機関エンジンのシリンダーブロック２１０内にライナー２２０を装着して前記ライナー２２０とピストン２９０との間の摩擦力を測定することにおいて、ライナー２２０は、ピストン２９０が往復運動するようにその内面が円柱形状に形成され、上部には外周側に円周面に沿って突出した突出部２２５が形成され、最上面２３０には突出部２２５の下面２３５に連結される燃焼圧通路２４０が形成されている。
シリンダーブロック２１０は、上部にはライナー２２０の突出部２２５に対応して円周面に沿って内側に湾入した湾入部２５０が形成され、湾入部２５０の上部、下部及び湾入部２５０には上側Ｏ−リング溝２５５、下側Ｏ−リング溝２６５及び中央Ｏ−リング溝２６０からなる複数個のＯ−リング溝が形成されている。
前記複数個のＯ−リング溝には、各々上側Ｏ−リング２５６、下側Ｏ−リング２６６及び中央Ｏ−リング２６１が装着されている。
【００２８】
従って、燃焼室で発生する爆発力がライナー２２０の最上面に作用する時には、前記爆発力は、燃焼圧通路２４０を通じて突出部２２５の下に形成されたシリンダーブロック２１０との隙間に作用する。
【００２９】
燃焼圧を前記隙間に正確に供給するために、燃焼圧通路２４０は、ライナー２２０の円柱に沿って対称的に複数箇所形成されるのが好ましい。
【００３０】
シリンダーブロック２１０は、上側Ｏ−リング溝２５５及び中央Ｏ−リング溝２６０の間で、ライナー２２０との間に形成される隙間に大気圧を提供するように大気圧通路２７０が形成されている。大気圧通路２７０もまた前記隙間の円柱に沿って複数個所形成されるのが好ましい。
【００３１】
前記のように形成されたライナー装着構造において、大気圧及び燃焼圧の作用によりライナー２２０に作用する力の合計が消滅するように、ライナー２２０の突出部２２５の下面２３５の面積はライナー２２０の最上面２３０の面積と同一に形成されている。ライナー２２０の突出部２２５の上面２４５の面積は、大気圧が作用する前記ライナーの最下面の面積と同一に形成されている。
【００３２】
また、中央Ｏ−リング２６１の断面直径は、上側及び下側Ｏ−リング２５６及び２６６の断面直径の合計と同一に形成されている。
【００３３】
図３は、前記のように構成されたライナー装着構造においてライナー２２０に作用する力の作用関係を示した図である。
【００３４】
図３に示されたように、ライナーの最上面２３０に燃焼圧が作用する時には、前記燃焼圧は、燃焼圧通路２４０を通じて突出部２２５の下面２３５に供給される。しかし、最上面２３０の面積と突出部２２５の下面２３５の面積とは同一であるので、最上面２３０に作用する燃焼圧に対する下降力（ｃ）及び突出部２２５の下面２３５に作用する上昇力（ｄ）は相殺される。
【００３５】
また、突出部２２５の上面２４５には、大気圧通路（図２の２７０）によって供給される大気圧が下降力として作用するが、この下降力（ａ）は突出部２２５の上面２４５と同一な面積に形成されたライナー２２０の最下面に作用する大気圧の上昇力（ｂ）と相殺される。
【００３６】
それだけでなく、Ｏ−リングに作用する大気圧及び燃焼圧の作用関係についても、次に説明するように、その力の合計は相殺されることが分かる。
【００３７】
つまり、図３に示されたように、上側Ｏ−リング２５６において、上側ではライナー２２０の最上面を経てきた燃焼圧がｅ２の大きさで作用し、下側では大気圧がｅ１の大きさで作用する。
【００３８】
そして、下側Ｏ−リング２６６において、上側では燃焼圧通路２４０を通じて供給された燃焼圧がｇ２の大きさで作用し、下側では大気圧がｇ１の大きさで作用する。
【００３９】
また、中央Ｏ−リング２６１において、上側では大気圧がｆ１の大きさで作用し、下側では燃焼圧通路２４０を通じて供給された燃焼圧がｆ２の大きさで作用する。
【００４０】
しかし、上側、下側及び中央Ｏ−リング２５６、２６６及び２６１に作用する大気圧の作用力（ｅ１、ｆ１及びｇ１）を全て足してみると、力はその作用面積に比例し、中央Ｏ−リング２６１の直径が上側Ｏ−リング２５６及び下側Ｏ−リング２６６の直径の合計と同一であるので、中央Ｏ−リング２６１の大気圧作用面積が上側及び下側Ｏ−リング２５６、２６６の大気圧作用面積の合計と同一になっており、中央Ｏ−リング２６１に下側へ作用する大気圧の力（ｆ１）は上側Ｏ−リング２５６及び下側Ｏ−リング２６６の上側へ作用する大気圧の力の合計（ｅ１＋ｇ１）と同一になる。従って、大気圧によって前記Ｏ−リングに対して作用する力は、全て相殺される。
【００４１】
また、燃焼圧がＯ−リング２５６、２６１、２６６に作用する力（ｅ２、ｆ２及びｇ２）を全て足してみると、前記大気圧による力の合計を求める時と同様に相殺されることが分かる。
【００４２】
従って、前記のように形成されたライナー装着構造は、ライナーに作用する燃焼圧を自動的に相殺させることによって誤差の要因を除去する。
【００４３】
それでは、再び図２を参照し、本発明の一実施の形態によるピストン摩擦力測定用ライナー装着構造について説明する。
【００４４】
本発明の一実施の形態によるピストン摩擦力測定用ライナー装着構造は、前述したものに加えて、シリンダーブロック２１０とライナー２２０との間にライナー２２０の側方向変位を抑制する側方向支持手段２８０をさらに有する。側方向支持手段２８０は、ライナー２２０の上部及び下部に複数個所装着されるのが好ましい。
【００４５】
図４は、本発明の一実施の形態によるピストン摩擦力測定用ライナー装着構造に適用される側方向支持手段２８０の部分断面図である。
【００４６】
図４に示されたように、側方向支持手段２８０は、その外側に円柱方向に複数個の支持溝４２５が形成されたライナー支持部材４２０が、ライナー２２０の外周側に円柱方向に形成されて固定され、その内側に円柱方向に複数個の支持溝４１５が形成されたシリンダーブロック支持部材４１０が、シリンダーブロック２１０の内周側に円柱方向に形成されて固定されている。ライナー支持部材４２０の支持溝４２５及びシリンダーブロック支持部材４１０の支持溝４１５には、設定された厚さに並列配置された複数個の支持板４３０が嵌合されている。
【００４７】
複数個の支持板４３０は、次に述べるように、同一な厚さに形成されるのが好ましい。
【００４８】
前記のように側方向支持手段２８０を複数個の支持板４３０を有するように構成することによって、複数個の支持板４３０の厚さ全体と同一な厚さに形成された一つの支持板によってライナーを支持する場合に比べて横方向剛性は維持される反面、上下方向剛性を弱くすることができる。その理由は、次の通りである。
【００４９】
一般に、支持板４３０の上下方向弾性力は支持板の厚さの三乗に比例し、横方向弾性力は支持板４３０の厚さに算術的に比例する。従って、支持板４３０の厚さ全体を維持したまま複数個に支持板を分割すれば、横方向弾性力は同一である反面、上下方向弾性力は分割された個数の二乗に比例して減少する。
【００５０】
従って、本発明の一実施の形態による側方向支持手段２８０は、摩擦力によってライナー２２０が浮動（ｆｌｏａｔ）する時に上下方向により容易に動作することができるようになる。これによって、摩擦力測定の誤差を減らすことができる。
【００５１】
以上で、本発明のピストン摩擦力測定用ライナー装着構造に関する好ましい一実施の形態について説明したが、本発明は前記一実施の形態に限られるわけではなく、本発明の一実施の形態から当該発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって容易に変更され、同等であると認められる範囲の全ての変更を包含する。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の実施の形態によれば、ライナーに作用する燃焼圧を自動的に相殺させることによって摩擦力測定の誤差の要因を除去することができる。
また、摩擦力によってライナーが浮動する時に上下方向により容易に動作することができることにより、摩擦力測定の誤差を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術によるピストンとライナーとの間の摩擦力を直接測定するピストン摩擦力測定用ライナー装着構造の一実施例を示した図である。
【図２】本発明の一実施の形態によるピストン摩擦力測定用ライナー装着構造を示した一部縦断面図である。
【図３】図２のように構成されたライナー装着構造でライナーに作用する力の作用関係を示した図である。
【図４】本発明の一実施の形態によるピストン摩擦力測定用ライナー装着構造に適用される側方向支持手段の部分断面図である。
【符号の説明】
１１０、２１０ シリンダーブロック
１２０、２２０ ライナー
１３０、２９０ ピストン
１４０ シリンダーヘッド
１５０ シーリングフォルダー
１６０ 側方向ストッパー
１７０ ロードセルボディー
１７５ ロードセル
２２５ 突出部
２３０ ライナーの最上面
２３５ 突出部の下面
２４０ 燃焼圧通路
２４５ 突出部の上面
２５０ 湾入部
２５５ 上側Ｏ−リング溝
２５６ 上側Ｏ−リング
２６０ 中央Ｏ−リング溝
２６１ 中央Ｏ−リング
２６５ 下側Ｏ−リング溝
２６６ 下側Ｏ−リング
２７０ 大気圧通路
２８０ 側方向支持手段
４１０ シリンダーブロック支持部材
４２０ ライナー支持部材
４１５、４２５ 支持溝
４３０ 支持板
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストン摩擦力測定用ライナー装着構造に関し、より詳しくは、ライナーに作用する燃焼圧の影響を排除し、ライナーの浮動（ｆｌｏａｔ）を容易にするピストン摩擦力測定用ライナー装着構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、エンジンでは燃焼室で形成される燃焼ガスの爆発力から摩擦力を除いた残りのエネルギーだけを活用することができるので、摩擦力を減らすことはエンジンの出力及び車両の燃費を向上させるのに重要な要素となる。
【０００３】
従って、摩擦力を減らすための様々な研究が進められており、特にピストン（ｐｉｓｔｏｎ）とシリンダーライナー（ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｌｉｎｅｒ）との間の摩擦は、エンジン作動中に発生する摩擦全体からみても大きな比重を占めるだけでなく、実際にこの摩擦の殆どは減らすことができると判断されているので、ピストンとライナーとの間の摩擦を効果的に減らすことが重要な問題になっている。
【０００４】
従って、ピストンとライナーとの間で実際に発生する摩擦力を精密に測定するための測定システムもまた摩擦低減のための研究では重要な要因であると判断されている。
【０００５】
ところが、ピストンとライナーとの間の摩擦力を直接測定するためには、通常ストレーンゲージ（ｓｔｒａｉｎ ｇａｕｇｅ）又はロードセル（ｌｏａｄ ｃｅｌｌ）を用いてピストンとの摩擦によって発生するライナーの垂直方向の変位による力を測定する。
【０００６】
図１は、従来のピストンとライナーとの間の摩擦力を直接測定するための一実施例を示した図である。
【０００７】
図１に示したように、シリンダーブロック１１０内にはライナー１２０が装着され、ライナー１２０内にはピストン１３０が結合されている。
【０００８】
ライナー１２０は、ピストン１３０の上下動作によって発生する摩擦力により上下方向に力を受けるため微小な距離を動くように設けられており、このような理由で浮動ライナー（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｌｉｎｅｒ）と称する。
【０００９】
ライナー１２０の下部には、ライナー１２０の上下動作による圧力を測定する圧力測定手段が設けられている。図１では、前記圧力測定手段の一例としてロードセルボディー１７０内にロードセル１７５を有する構成が示されている。
【００１０】
ライナー１２０の上面にはライナー１２０の動作によってシリンダーヘッド１４０との間に微細な隙間が発生する。この隙間では、燃焼室で燃焼ガスが爆発する時にその爆発力がライナー１２０を下降させる力として作用（通常ライナーの上面に作用する燃焼ガスの爆発力は摩擦力の数百倍に至る）し実験誤差が発生する。このような実験誤差を防ぐために、ライナー１２０とシリンダーヘッド１４０との間には、燃焼ガスの爆発力がライナー１２０の上面に作用するのを防ぐようにシーリングフォルダー１５０（ｓｅａｌｉｎｇ ｆｏｌｄｅｒ）が設けられている。従って、ライナー１２０の上面は、シーリングフォルダー１５０内で上下に動くことにより、ライナー１２０の上面には燃焼ガスの爆発力が作用しなくなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シーリングフォルダー１５０をライナー１２０の上面とシリンダーヘッドとの間に設けるためには、シーリングフォルダー１５０とピストン１３０とが接触するのを防ぐようにピストン１３０を加工しなければならない。
【００１２】
つまり、ピストン１３０の外周角部を前記シーリングフォルダー１５０の高さだけ切削しなければならない。この場合、ピストン１３０の慣性モーメントが変更されてピストン１３０の動作が変化してしまい、結果的にライナー１２０との接触抗力に伴う摩擦力が変更されるため、正確な摩擦力を測定することができなくなる。
【００１３】
また、正確な摩擦力を測定するためには、ライナー１２０の側方向に作用する側力を除去しなければならない。このために従来は、図１に示したように、側方向ストッパー１６０を採用することによってライナー１２０の側方向の動きを制限している。
【００１４】
つまり、側方向ストッパー１６０によってライナー１２０に側方向抗力を提供することにより、ライナー１２０の側方向の動きを制限する。このような側方向抗力はライナー１２０との間にまた別の摩擦力を形成するため、この摩擦力がピストン１３０とライナー１２０との間の摩擦力測定に誤差として作用するという問題点があった。
【００１５】
従って、本発明はこのような問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、ライナーに作用する燃焼圧力が自動的に相殺されると同時に、前記ライナーに作用する垂直抗力を最少化することによって、ライナーとピストンとの間に発生する摩擦力を正確に測定することができるライナー装着構造を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を実現するための本発明のピストン摩擦力測定用ライナー装着構造は、内燃機関エンジンのシリンダーブロック内にライナーを装着してライナーとピストンとの間の摩擦力を測定するためのライナー装着構造において、前記ライナーは、ピストンが往復運動するようにその内面が円柱形状に形成され、上部には外周側に円周面に沿って突出した突出部が形成され、最上面には前記突出部の下面に連結される燃焼圧通路が形成され、前記シリンダーブロックは、上部には前記ライナーの突出部に対応して円周面に沿って内側に湾入した湾入部が形成され、前記湾入部の上部、下部及び湾入部には上側Ｏ−リング溝、下側Ｏ−リング溝及び中央Ｏ−リング溝からなる複数個のＯ−リング溝が形成され、前記複数個のＯ−リング溝には各々上側Ｏ−リング、下側Ｏ−リング及び中央Ｏ−リングが装着され、前記シリンダーブロックは、前記上側Ｏ−リング溝及び中央Ｏ−リング溝の間で、前記ライナーとの間に形成される隙間に大気圧を提供するように大気圧通路が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、前記燃焼圧通路は、前記ライナーの円柱に沿って対称的に複数個所形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、前記ライナーの突出部の下面の面積は、ライナーの最上面の面積と同一に形成されていることを特徴とする。
【００１９】
また、前記ライナーの突出部の上面の面積は、ライナーの最下面の面積と同一に形成されることを特徴とする。
【００２０】
また、前記中央Ｏ−リングの直径は、前記上側及び下側Ｏ−リングの直径の合計と同一に形成されていることを特徴とする。
【００２２】
また、前記シリンダーブロックと前記ライナーとの間には、ライナーの側方向変位を抑制する側方向支持手段をさらに備えていることを特徴とする。
【００２３】
また、前記側方向支持手段は、前記ライナーの上部及び下部に複数個所装着されていることを特徴とする。
【００２４】
また、前記側方向支持手段は、ライナーの外周側に円柱方向に形成されて固定され、その外側には円柱方向に複数個の支持溝が形成されたライナー支持部材と、シリンダーブロックの内周側に円柱方向に形成されて固定され、その内側には円柱方向に複数個の支持溝が形成されたシリンダーブロック支持部材と、前記ライナー支持部材の支持溝及びシリンダーブロック支持部材の支持溝に嵌合するように設定された厚さに並列配置された複数個の支持板とを有することを特徴とする。
【００２５】
さらに、前記複数個の支持板は、同一な厚さに形成されていることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による好ましい一実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。
図２は、本発明の一実施の形態によるピストン摩擦力測定用ライナー装着構造を示した一部縦断面図である。
【００２７】
図２に示されたように、本発明の一実施の形態によるピストン摩擦力測定用ライナー装着構造は、内燃機関エンジンのシリンダーブロック２１０内にライナー２２０を装着して前記ライナー２２０とピストン２９０との間の摩擦力を測定することにおいて、ライナー２２０は、ピストン２９０が往復運動するようにその内面が円柱形状に形成され、上部には外周側に円周面に沿って突出した突出部２２５が形成され、最上面２３０には突出部２２５の下面２３５に連結される燃焼圧通路２４０が形成されている。
シリンダーブロック２１０は、上部にはライナー２２０の突出部２２５に対応して円周面に沿って内側に湾入した湾入部２５０が形成され、湾入部２５０の上部、下部及び湾入部２５０には上側Ｏ−リング溝２５５、下側Ｏ−リング溝２６５及び中央Ｏ−リング溝２６０からなる複数個のＯ−リング溝が形成されている。
前記複数個のＯ−リング溝には、各々上側Ｏ−リング２５６、下側Ｏ−リング２６６及び中央Ｏ−リング２６１が装着されている。
【００２８】
従って、燃焼室で発生する爆発力がライナー２２０の最上面に作用する時には、前記爆発力は、燃焼圧通路２４０を通じて突出部２２５の下に形成されたシリンダーブロック２１０との隙間に作用する。
【００２９】
燃焼圧を前記隙間に正確に供給するために、燃焼圧通路２４０は、ライナー２２０の円柱に沿って対称的に複数箇所形成されるのが好ましい。
【００３０】
シリンダーブロック２１０は、上側Ｏ−リング溝２５５及び中央Ｏ−リング溝２６０の間で、ライナー２２０との間に形成される隙間に大気圧を提供するように大気圧通路２７０が形成されている。大気圧通路２７０もまた前記隙間の円柱に沿って複数個所形成されるのが好ましい。
【００３１】
前記のように形成されたライナー装着構造において、大気圧及び燃焼圧の作用によりライナー２２０に作用する力の合計が消滅するように、ライナー２２０の突出部２２５の下面２３５の面積はライナー２２０の最上面２３０の面積と同一に形成されている。ライナー２２０の突出部２２５の上面２４５の面積は、大気圧が作用する前記ライナーの最下面の面積と同一に形成されている。
【００３２】
また、中央Ｏ−リング２６１の断面直径は、上側及び下側Ｏ−リング２５６及び２６６の断面直径の合計と同一に形成されている。
【００３３】
図３は、前記のように構成されたライナー装着構造においてライナー２２０に作用する力の作用関係を示した図である。
【００３４】
図３に示されたように、ライナーの最上面２３０に燃焼圧が作用する時には、前記燃焼圧は、燃焼圧通路２４０を通じて突出部２２５の下面２３５に供給される。しかし、最上面２３０の面積と突出部２２５の下面２３５の面積とは同一であるので、最上面２３０に作用する燃焼圧に対する下降力（ｃ）及び突出部２２５の下面２３５に作用する上昇力（ｄ）は相殺される。
【００３５】
また、突出部２２５の上面２４５には、大気圧通路（図２の２７０）によって供給される大気圧が下降力として作用するが、この下降力（ａ）は突出部２２５の上面２４５と同一な面積に形成されたライナー２２０の最下面に作用する大気圧の上昇力（ｂ）と相殺される。
【００３６】
それだけでなく、Ｏ−リングに作用する大気圧及び燃焼圧の作用関係についても、次に説明するように、その力の合計は相殺されることが分かる。
【００３７】
つまり、図３に示されたように、上側Ｏ−リング２５６において、上側ではライナー２２０の最上面を経てきた燃焼圧がｅ２の大きさで作用し、下側では大気圧がｅ１の大きさで作用する。
【００３８】
そして、下側Ｏ−リング２６６において、上側では燃焼圧通路２４０を通じて供給された燃焼圧がｇ２の大きさで作用し、下側では大気圧がｇ１の大きさで作用する。
【００３９】
また、中央Ｏ−リング２６１において、上側では大気圧がｆ１の大きさで作用し、下側では燃焼圧通路２４０を通じて供給された燃焼圧がｆ２の大きさで作用する。
【００４０】
しかし、上側、下側及び中央Ｏ−リング２５６、２６６及び２６１に作用する大気圧の作用力（ｅ１、ｆ１及びｇ１）を全て足してみると、力はその作用面積に比例し、中央Ｏ−リング２６１の直径が上側Ｏ−リング２５６及び下側Ｏ−リング２６６の直径の合計と同一であるので、中央Ｏ−リング２６１の大気圧作用面積が上側及び下側Ｏ−リング２５６、２６６の大気圧作用面積の合計と同一になっており、中央Ｏ−リング２６１に下側へ作用する大気圧の力（ｆ１）は上側Ｏ−リング２５６及び下側Ｏ−リング２６６の上側へ作用する大気圧の力の合計（ｅ１＋ｇ１）と同一になる。従って、大気圧によって前記Ｏ−リングに対して作用する力は、全て相殺される。
【００４１】
また、燃焼圧がＯ−リング２５６、２６１、２６６に作用する力（ｅ２、ｆ２及びｇ２）を全て足してみると、前記大気圧による力の合計を求める時と同様に相殺されることが分かる。
【００４２】
従って、前記のように形成されたライナー装着構造は、ライナーに作用する燃焼圧を自動的に相殺させることによって誤差の要因を除去する。
【００４３】
それでは、再び図２を参照し、本発明の一実施の形態によるピストン摩擦力測定用ライナー装着構造について説明する。
【００４４】
本発明の一実施の形態によるピストン摩擦力測定用ライナー装着構造は、前述したものに加えて、シリンダーブロック２１０とライナー２２０との間にライナー２２０の側方向変位を抑制する側方向支持手段２８０をさらに有する。側方向支持手段２８０は、ライナー２２０の上部及び下部に複数個所装着されるのが好ましい。
【００４５】
図４は、本発明の一実施の形態によるピストン摩擦力測定用ライナー装着構造に適用される側方向支持手段２８０の部分断面図である。
【００４６】
図４に示されたように、側方向支持手段２８０は、その外側に円柱方向に複数個の支持溝４２５が形成されたライナー支持部材４２０が、ライナー２２０の外周側に円柱方向に形成されて固定され、その内側に円柱方向に複数個の支持溝４１５が形成されたシリンダーブロック支持部材４１０が、シリンダーブロック２１０の内周側に円柱方向に形成されて固定されている。ライナー支持部材４２０の支持溝４２５及びシリンダーブロック支持部材４１０の支持溝４１５には、設定された厚さに並列配置された複数個の支持板４３０が嵌合されている。
【００４７】
複数個の支持板４３０は、次に述べるように、同一な厚さに形成されるのが好ましい。
【００４８】
前記のように側方向支持手段２８０を複数個の支持板４３０を有するように構成することによって、複数個の支持板４３０の厚さ全体と同一な厚さに形成された一つの支持板によってライナーを支持する場合に比べて横方向剛性は維持される反面、上下方向剛性を弱くすることができる。その理由は、次の通りである。
【００４９】
一般に、支持板４３０の上下方向弾性力は支持板の厚さの三乗に比例し、横方向弾性力は支持板４３０の厚さに算術的に比例する。従って、支持板４３０の厚さ全体を維持したまま複数個に支持板を分割すれば、横方向弾性力は同一である反面、上下方向弾性力は分割された個数の二乗に比例して減少する。
【００５０】
従って、本発明の一実施の形態による側方向支持手段２８０は、摩擦力によってライナー２２０が浮動（ｆｌｏａｔ）する時に上下方向により容易に動作することができるようになる。これによって、摩擦力測定の誤差を減らすことができる。
【００５１】
以上で、本発明のピストン摩擦力測定用ライナー装着構造に関する好ましい一実施の形態について説明したが、本発明は前記一実施の形態に限られるわけではなく、本発明の一実施の形態から当該発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって容易に変更され、同等であると認められる範囲の全ての変更を包含する。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の実施の形態によれば、ライナーに作用する燃焼圧を自動的に相殺させることによって摩擦力測定の誤差の要因を除去することができる。
また、摩擦力によってライナーが浮動する時に上下方向により容易に動作することができることにより、摩擦力測定の誤差を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術によるピストンとライナーとの間の摩擦力を直接測定するピストン摩擦力測定用ライナー装着構造の一実施例を示した図である。
【図２】本発明の一実施の形態によるピストン摩擦力測定用ライナー装着構造を示した一部縦断面図である。
【図３】図２のように構成されたライナー装着構造でライナーに作用する力の作用関係を示した図である。
【図４】本発明の一実施の形態によるピストン摩擦力測定用ライナー装着構造に適用される側方向支持手段の部分断面図である。
【符号の説明】
１１０、２１０ シリンダーブロック
１２０、２２０ ライナー
１３０、２９０ ピストン
１４０ シリンダーヘッド
１５０ シーリングフォルダー
１６０ 側方向ストッパー
１７０ ロードセルボディー
１７５ ロードセル
２２５ 突出部
２３０ ライナーの最上面
２３５ 突出部の下面
２４０ 燃焼圧通路
２４５ 突出部の上面
２５０ 湾入部
２５５ 上側Ｏ−リング溝
２５６ 上側Ｏ−リング
２６０ 中央Ｏ−リング溝
２６１ 中央Ｏ−リング
２６５ 下側Ｏ−リング溝
２６６ 下側Ｏ−リング
２７０ 大気圧通路
２８０ 側方向支持手段
４１０ シリンダーブロック支持部材
４２０ ライナー支持部材
４１５、４２５ 支持溝
４３０ 支持板
Claims (9)
- 内燃機関エンジンのシリンダーブロック内にライナーを装着してライナーとピストンとの間の摩擦力を測定するためのライナー装着構造において、
前記ライナーは、ピストンが往復運動するようにその内面が円柱形状に形成され、上部には外周側に円周面に沿って突出した突出部が形成され、最上面には前記突出部の下面に連結される燃焼圧通路が形成され、
前記シリンダーブロックは、上部には前記ライナーの突出部に対応して円周面に沿って内側に湾入した湾入部が形成され、前記湾入部の上部、下部及び湾入部には上側Ｏ−リング溝、下側Ｏ−リング溝及び中央Ｏ−リング溝からなる複数個のＯ−リング溝が形成され、
前記複数個のＯ−リング溝には各々上側Ｏ−リング、下側Ｏ−リング及び中央Ｏ−リングが装着され、
前記シリンダーブロックは、前記上側Ｏ−リング溝及び中央Ｏ−リング溝の間で、前記ライナーとの間に形成される隙間に大気圧を提供するように大気圧通路が形成されていることを特徴とするピストン摩擦力測定用ライナー装着構造。 - 前記燃焼圧通路は、前記ライナーの円柱に沿って対称的に複数個所形成されていることを特徴とする請求項１に記載のピストン摩擦力測定用ライナー装着構造。
- 前記ライナーの突出部の下面の面積は、ライナーの最上面の面積と同一に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のピストン摩擦力測定用ライナー装着構造。
- 前記ライナーの突出部の上面の面積は、ライナーの最下面の面積と同一に形成されることを特徴とする請求項３に記載のピストン摩擦力測定用ライナー装着構造。
- 前記中央Ｏ−リングの直径は、前記上側及び下側Ｏ−リングの直径の合計と同一に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のピストン摩擦力測定用ライナー装着構造。
- 前記シリンダーブロックと前記ライナーとの間には、ライナーの側方向変位を抑制する側方向支持手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のピストン摩擦力測定用ライナー装着構造。
- 前記側方向支持手段は、前記ライナーの上部及び下部に複数個所装着されていることを特徴とする請求項６に記載のピストン摩擦力測定用ライナー装着構造。
- 前記側方向支持手段は、
ライナーの外周側に円柱方向に形成されて固定され、その外側には円柱方向に複数個の支持溝が形成されたライナー支持部材と、シリンダーブロックの内周側に円柱方向に形成されて固定され、その内側には円柱方向に複数個の支持溝が形成されたシリンダーブロック支持部材と、前記ライナー支持部材の支持溝及びシリンダーブロック支持部材の支持溝に嵌合するように設定された厚さに並列配置された複数個の支持板とを有することを特徴とする請求項６に記載のピストン摩擦力測定用ライナー装着構造。 - 前記複数個の支持板は、同一な厚さに形成されていることを特徴とする請求項８に記載のピストン摩擦力測定用ライナー装着構造。
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