JP4442412B2 - 変形量計測装置および変形量計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの出力軸を支持する支持部の変形量計測技術に関し、特に、実働時を模擬した状態における支持部の変形量計測技術に関する。

エンジンの出力軸、たとえば、レシプロエンジンのクランクシャフトは、ピストンの往復運動を連接棒を介して回転運動に変換して、軸端からの回転力を出力として伝達するものである。クランクシャフトは、シリンダブロックに支持されて回転するクランクジャーナル部と、クランクジャーナル部に平行なクランクピン部、そしてクランクピン部とクランクジャーナル部を連結するクランクアーム部とから構成される。クランクジャーナル部は、クランクシャフトの中心に配置された軸である。クランクシャフトの回転において、摩擦による損失等を低減するためにクランクジャーナル部において高い精度が要求される。摩擦による損失等を低減するためには、クランクジャーナル部における挙動について詳細に調査する必要がある。

そこで、このような問題に鑑み、たとえば、クランク軸の撓み量の計測について、特許文献１（特開２０００−２８３４８号公報）に開示されている。特許文献１は、クランク軸の撓み量を、計測誤差要因を排除して高精度で以って計測するとともに、撓み量の計測用の要具や機器と他の構成部材との干渉を回避して計測作業時間を短縮するとともに、計測の自動化を可能とするクランク軸の撓み量計測方法及び計測装置を開示する。このクランク軸の撓み量計測方法は、クランク軸をターニング手段によって回転させる。そして、同クランク軸の撓み量を計測するにあたり、上記クランク軸を構成する各クランクアームの、鉛直線等の基準線に対する傾斜角をクランク回転角毎に測定する。次いで隣り合う上記クランクアームの上記傾斜角の差から上記クランクアームの開き角を算出する。この開き角に基づき、各クランクジャーナルおよび各クランクピンの曲げ半径を算出して上記開き角および曲げ半径からクランク軸の撓み量を得る。

特許文献１によると、各クランクアームの傾斜角を測定し、この測定結果に基づき、各クランクアーム間の開き角と各クランクジャーナルおよび各クランクピンの曲げ半径とを算出する。そのため、従来の手段のような誤差要因を含むことなくクランク軸の撓み量を正確に求めることができる。したがって、高精度の撓み量計測結果を得ることができる。
特開２０００−２８３４８号公報

しかしながら、エンジンのシリンダブロックに複数箇所設けられ、クランクジャーナル部を支持する支持部においても同様に摩擦による損失等を低減するため、高い精度が要求される。エンジンのシリンダブロックにおいては、エンジンの組み立て時に、各部をボルト等で締結することにより、歪等が発生する。すなわち、支持部においても変形する可能性がある。したがって、摩擦による損失等を低減するために、支持部の形状について詳細に調査する必要がある。しかしながら、特許文献１に開示されたクランク軸の撓み量計測方法および計測装置によると、クランクジャーナル部の支持部における計測については考慮されていない。

また、クランクジャーナル部あるいはその支持部の計測は、一般的に３次元測定機等を用いて行なわれる。３次元測定機は、その構成上、恒温室等で常温等の温度の低い環境に設置される。そして、３次元測定機による計測は、被測定物の温度も同様な温度に保持された状態で行なわれている。すなわち、エンジンの実働状態のような高温時において発生する熱負荷による変化量を計測することはできない。特許文献１に開示されたクランク軸の撓み量計測方法および計測装置においては、エンジンの実働時について想定していない。

エンジンの摩擦損失（フリクション）を低減させるための設計をする際には、エンジンが冷えている状態における変形を把握するだけでは不十分である。つまり、エンジンの実働時相当の熱分布を模擬してエンジンにおける各部の変形量を計測しないことには、実働時に起こっている挙動を把握することができないという問題がある。エンジン実働時にクランクジャーナル部の支持部が熱によって変形することにより、同軸度・真円度等が悪化する。その結果フリクションが増加し燃費を悪化させている。変形を抑えるための対策は、エンジンの実働時にどのような変形をしているかを把握する必要がある。

本発明の目的は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、エンジンの実働時相当の出力軸の支持部の変形量を計測する変形量計測装置および変形量計測方法を提供することである。本発明の目的は、さらに、エンジンの実働時相当の出力軸以外の軸の支持部の変形量を計測する変形量計測装置および変形量計測方法を提供することである。

第１の発明に係る変形量計測装置は、エンジンブロックにおける、水平方向に設けられた円筒形状の開口部によって軸を支持する支持部の変形量を、計測する変形量計測装置である。エンジンブロックは、シリンダブロックとシリンダヘッドとを有する。変形量計測装置は、エンジンブロックを予め定められた加熱状態にするための加熱手段と、支持部の内径側の面に先端部が対向するように設けられ、先端部から内径側の面までの距離を測定するための測定手段と、測定手段を、軸と平行な方向の軸を中心に内径側の面に沿って回転させるための回転手段と、回転手段により回転されながら測定手段により測定された距離を、回転手段により回転された角度に対応づけて記憶するための記憶手段と、記憶された距離に基づいて、加熱状態における支持部の変形量を算出するための算出手段とを含む。算出手段は、角度と距離とに基づいて支持部の偏心量を算出するための手段と、算出された偏心量に基づいて、変形量を算出するための変形量算出手段とを含む。

第１の発明によると、変形量計測装置は、エンジンブロックを予め定められた加熱状態（たとえば、エンジンの実働時を模擬した状態）にするための加熱手段と、円筒形状の開口部により形成される支持部の内径側の面に先端部が対向するように設けられ、先端部から内径側の面までの距離を測定するための測定手段と、測定手段を軸（たとえば、出力軸）と平行な方向の軸を中心に内径側の面に沿って回転させるための回転手段と、回転手段により回転されながら測定手段により測定された距離を、回転手段により回転された角度に対応づけて記憶するための記憶手段と、記憶された距離に基づいて、エンジンの実働時を模擬した状態における支持部の変形量を算出するための算出手段とを含む。算出手段は、角度と距離とに基づいて支持部の偏心量を算出する。算出手段は、算出された偏心量に基づいて、変形量を算出する。測定手段を回転手段により支持部の内径側の面に沿って回転させながら、回転角に対応した距離を測定する。そして、測定手段の回転半径を考慮することにより、支持部の内径側の形状を算出することができる。このとき、記憶手段に記憶された角度と角度に対応した距離の測定データを、たとえば、フーリエ級数展開して１次成分のみを抽出すると、偏心量が得られる。このように偏心量を求めることにより、常温である初期状態における偏心量と、エンジンの実働時を模擬した状態における偏心量とを比較して中心位置の変化量を算出することができる。そして、偏心量に基づいて、初期状態およびエンジンの実働時を模擬した状態におけるそれぞれの支持部の形状を比較することにより、熱の影響による変形量を正確に把握することができる。したがって、エンジンの実働時を模擬した状態における出力軸の支持部の変形量を測定する変形量計測装置を提供することができる。そして、偏心量に基づいて、変形量として、たとえば、エンジンの実働時を模擬した状態におけるエンジンのエンジンブロックに複数個設けられる支持部の同軸度、各支持部における中心位置の変化量、真円度を算出することができる。エンジンの実働時において、出力軸の支持部が熱によってどのように変形するかを計測することができる。そのため、変形の抑制を考慮するに際に計測結果を指標として用いることができる。

第２の発明に係る変形量計測装置は、第１の発明の構成に加えて、先端部における温度を検知するための温度検知手段をさらに含む。算出手段は、温度検知手段により検知される温度に基づいて、測定手段により測定された距離を算出するための手段をさらに含む。

第２の発明によると、変形量計測装置は、先端部における温度を検知するための温度検知手段をさらに含む。算出手段は、温度検知手段により検知される温度に基づいて、測定手段により測定された距離を算出するための手段を含む。測定手段として、たとえば距離に応じて電圧を出力するギャップセンサを用いる場合、ギャップセンサは、測定する環境の温度によって出力される電圧が異なる。そのため、温度検知手段により、ギャップセンサの先端部における温度を検知し、検知された温度に基づいて、算出手段が測定された距離を算出することにより、より正確な支持部の変形量の計測が可能となる。

第３の発明に係る変形量計測装置は、第１の発明の構成に加えて、変形量算出手段は、常温である初期状態における支持部の偏心量と、加熱状態における支持部の偏心量との比較により、支持部の中心位置の変化量を算出するための手段を含む。

第３の発明によると、変形量算出手段は、常温である初期状態における支持部の偏心量と、加熱状態（たとえば、エンジンの実働時を模擬した状態）における偏心量との比較により、支持部の中心位置の変化量を算出する。具体的には、初期状態における偏心量の水平成分、鉛直成分とエンジンの実働時を模擬した状態における偏心量の水平成分、鉛直成分の差をとることにより、支持部の中心位置の水平成分、鉛直成分の変化量を算出することができる。これにより、エンジンの実働時を模擬した状態において、支持部の中心位置がどれだけ変化するかを把握することが可能になる。

第４の発明に係る変形量計測装置においては、第３の発明の構成に加えて、エンジンブロックは、複数の支持部を有する。変形量算出手段は、複数の支持部において算出された中心位置の変化量に基づいて、複数の支持部の同軸度を算出するための手段を含む。

第４の発明によると、変形量算出手段は、エンジンブロックに複数設けられる支持部おいて、算出された中心位置の変化量に基づいて、複数の支持部の同軸度を算出する。これにより、常温である初期状態と加熱状態（たとえば、エンジンの実働時を模擬した状態）とにおける各支持部における中心位置の鉛直方向および水平方向の変化量を算出し、複数の支持部の中から基準となる支持部における中心位置の鉛直成分および水平成分と、その他の支持部における中心位置の鉛直成分および水平成分との差により同軸度を算出することができる。そのため、エンジンの実働時を模擬した状態における支持部の同軸度を把握することができる。

第５の発明に係る変形量計測装置は、第１の発明の構成に加えて、変形量計測装置は、偏心量に基づいて、距離を補正するための手段をさらに含む。変形量算出手段は、角度と補正された距離とに基づいて、初期状態における支持部の形状と、加熱状態における支持部の形状とを比較して、支持部の真円度を算出するための手段を含む。

第５の発明によると、偏心量に基づいて、距離を補正し、変形量算出手段は、角度と補正された距離に基づいて、常温である初期状態における支持部の形状と、加熱状態（たとえば、エンジンの実働時を模擬した状態）における支持部の形状とを比較して、支持部の真円度を算出する。具体的には、偏心量に基づいて距離を補正することにより、初期状態における支持部の形状と、エンジンの実働時を模擬した状態における支持部の形状とを中心位置を一致させて比較することができる。そのため、真円度を算出することができる。

第６の発明に係る変形量計測装置においては、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、回転手段は、その両端部がそれぞれエンジンブロックにより支持される。

第６の発明によると、回転手段の両端部がそれぞれエンジンブロックにより支持されることにより、エンジンブロックがエンジンの実働時を模擬した状態になるように加熱されたときに、エンジンブロックが変形しても、回転手段とエンジンブロックとの位置関係が相対的に大きく変化することを抑制することができるため、回転手段とエンジンブロックとの干渉を抑制することができる。

第７の発明に係る変形量計測装置においては、第６の発明の構成に加えて、両端部は、それぞれ自在継手を介してエンジンブロックにより支持される。

第７の発明によると、両端部がそれぞれ自在継手（たとえば、ユニバーサルジョイント）を介してエンジンブロックにより支持されることにより、エンジンブロックが変形して、回転手段を支持する部分が変形しても、回転手段の自在継手間の軸の変形を抑制することができる。すなわち、回転手段の回転軸を真直ぐに保つことができるため、エンジンブロックに複数設けられる支持部の同軸度の計測の精度の悪化を抑制することができる。

第８の発明に係る変形量計測装置においては、第１〜７のいずれかの発明の構成に加えて、加熱状態は、エンジンの実働時を模擬した状態である。

第８の発明によると、加熱状態をエンジンの実働時を模擬した状態とすることにより、エンジンの実働時を模擬した状態における支持部の変形量を計測することが可能になる。

第９の発明に係る変形量計測装置においては、第１〜８のいずれかの発明の構成に加えて、軸は、シリンダブロックにおいて支持されるエンジンの出力軸である。

第９の発明によると、エンジンの実働時を模擬した状態において、シリンダブロックに複数設けられる出力軸の支持部の変形量を測定することにより、エンジンの実働時において、出力軸の支持部が熱によってどのように変形するかを計測することができる。そのため、変形の抑制を考慮するに際に計測結果を指標として用いることができる。

第１０の発明に係る変形量計測装置においては、第１〜８のいずれかの発明の構成に加えて、軸は、シリンダヘッドにおいて支持されるエンジンのカムシャフトである。

第１０の発明によると、エンジンの実働時を模擬した状態において、シリンダヘッドに複数設けられるカムシャフトの支持部の変形量を測定することにより、エンジンの実働時において、カムシャフトの支持部が熱によってどのように変形するかを計測することができる。そのため、変形の抑制を考慮するに際に計測結果を指標として用いることができる。したがって、出力軸以外の軸の変形量の計測をする変形量計測装置を提供することができる。

第１１の発明に係る変形量計測方法は、エンジンブロックにおける、水平方向に設けられた円筒形状の開口部によって軸を支持する支持部の変形量を、計測する変形量計測方法である。エンジンブロックは、シリンダブロックとシリンダヘッドとを有する。変形量計測方法は、エンジンブロックを予め定められた加熱状態とする加熱ステップと、支持部の内径側の面に対向するように設けられる距離測定装置の先端部を、軸と平行な方向の軸を中心に内径側の面に沿って回転させて、先端部の角度に対応した、先端部から内径側の面までの距離を測定するステップと、回転された角度と測定された距離とを対応づけて記憶するステップと、記憶された角度と距離とに基づいて支持部の偏心量を算出するステップと、算出された偏心量に基づいて、変形量を算出する算出ステップとを含む。

第１１の発明によると、加熱ステップにて、エンジンブロックを予め定められた加熱状態（たとえば、エンジンの実働時を模擬した状態）とする。そして、距離を測定するステップにて、円筒形状の開口部により形成される支持部の内径側の面に対向するように設けられる距離測定装置の先端部を軸（たとえば、出力軸）と平行な方向の軸を中心に内径側の面に沿って回転させて、先端部の角度に対応した、先端部から内径側の面までの距離を測定する。記憶するステップにて、回転された角度と測定された距離とを対応づけてメモリに記憶する。偏心量を算出するステップにて、記憶された角度と距離とに基づいて支持部の内径側の面の形状の偏心量を算出する。算出ステップにて、算出された偏心量に基づいて、変形量を算出する。距離測定装置を支持部の内径側の面に沿って回転させながら、回転角に対応した距離を測定する。そして、距離測定装置の回転半径を考慮することにより、支持部の内径側の形状を算出することができる。このとき、記憶された角度と角度に対応した距離の測定データを、たとえば、フーリエ級数展開して１次成分のみを抽出すると、偏心量が得られる。このように偏心量を求めることにより、常温である初期状態における偏心量と、エンジンの実働時を模擬した状態における偏心量とを比較して中心位置の変化量を算出することができる。そして、偏心量に基づいて、初期状態およびエンジンの実働時を模擬した状態におけるそれぞれの支持部の形状を比較することにより、熱の影響による変形量を正確に把握することができる。したがって、エンジンの実働時を模擬した状態における出力軸の支持部の変形量を測定する変形量計測方法を提供することができる。そして、偏心量に基づいて、変形量として、たとえば、エンジンの実働時を模擬した状態におけるエンジンのエンジンブロックに複数個設けられる支持部の同軸度、各支持部における中心位置の変化量、真円度を算出することができる。エンジンの実働時において、出力軸の支持部が熱によってどのように変形するかを計測することができる。そのため、変形の抑制を考慮するに際に計測結果を指標として用いることができる。

第１２の発明に係る変形量計測方法は、第１１の発明の構成に加えて、変形量計測方法は、先端部における温度を検知するステップと、検知される温度に基づいて、距離を算出するステップとをさらに含む。

第１２の発明によると、温度を検知するステップにて、距離測定装置の先端部における温度を検知する。距離を算出するステップにて、検知される温度に基づいて、距離を算出する。距離測定装置として、たとえば、距離に応じて電圧を出力するギャップセンサを用いる場合、ギャップセンサは、測定する環境の温度によって出力される電圧が異なる。そのため、ギャップセンサの先端部における温度を検知し、検知された温度に基づいて、測定された距離を算出することにより、より正確な支持部の変形量の計測が可能となる。

第１３の発明に係る変形量計測方法においては、第１１の発明の構成に加えて、算出ステップは、常温である初期状態における支持部の偏心量と、加熱状態における支持部の偏心量との比較により、支持部の中心位置の変化量を算出するステップを含む。

第１３の発明によると、算出ステップにて、常温である初期状態における支持部の偏心量と、加熱状態（たとえば、エンジンの実働時を模擬した状態）における支持部の偏心量との比較により、支持部の中心位置の変化量を算出する。具体的には、初期状態における偏心量の水平成分、鉛直成分とエンジンの実働時を模擬した状態における偏心量の水平成分、鉛直成分の差をとることにより、支持部の中心位置の水平成分、鉛直成分の変化量を算出することができる。これにより、エンジンの実働時を模擬した状態において、支持部の中心位置がどれだけ変化するかを把握することが可能になる。

第１４の発明に係る変形量計測方法においては、第１３の発明の構成に加えて、エンジンブロックは、複数の支持部を有する。算出ステップは、複数の支持部において算出された中心位置の変化量に基づいて、複数の支持部の同軸度を算出するステップを含む。

第１４の発明によると、算出ステップにて、エンジンブロックに設けられる複数の支持部において算出された中心位置の変化量に基づいて、複数の支持部の同軸度を算出する。これにより、常温である初期状態と加熱状態（たとえば、エンジンの実働時を模擬した状態）とにおける各支持部における中心位置の鉛直方向および水平方向の変化量を算出し、複数の支持部の中から基準となる支持部における中心位置の鉛直成分および水平成分と、その他の支持部における中心位置の鉛直成分および水平成分との差により同軸度を算出することができる。そのため、エンジンの実働時を模擬した状態における支持部の同軸度を把握することができる。

第１５の発明に係る変形量計測方法は、第１１の発明の構成に加えて、偏心量に基づいて、距離を補正するステップをさらに含む。算出ステップは、角度と補正された距離とに基づいて、常温である初期状態における支持部の形状と、加熱状態における支持部の形状とを比較して、支持部の真円度を算出するステップを含む。

第１５の発明によると、距離を補正するステップにて、算出された偏心量に基づいて、距離を補正する。算出ステップにて、角度と補正された距離とに基づいて、常温である初期状態における支持部の形状と、加熱状態（たとえば、エンジンの実働時を模擬した状態）における支持部の形状とを比較して、支持部の真円度を算出する。具体的には、偏心量に基づいて距離を補正することにより、初期状態における支持部の形状と、エンジンの実働時を模擬した状態における支持部の形状とを中心位置を一致させて比較することができる。そのため、真円度を算出することができる。

第１６の発明に係る変形量計測方法においては、第１１〜１５のいずれかの発明の構成に加えて、加熱状態は、エンジンの実働時を模擬した状態である。

第１６の発明によると、加熱状態をエンジンの実働時を模擬した状態とすることにより、エンジンの実働時を模擬した状態における支持部の変形量を計測することが可能になる。

第１７の発明に係る変形量計測方法においては、第１１〜１６のいずれかの発明の構成に加えて、軸は、シリンダブロックにおいて支持されるエンジンの出力軸である。

第１７の発明によると、エンジンの実働時を模擬した状態において、シリンダブロックに複数設けられる出力軸の支持部の変形量を測定することにより、エンジンの実働時において、出力軸の支持部が熱によってどのように変形するかを計測することができる。そのため、変形の抑制を考慮するに際に計測結果を指標として用いることができる。

第１８の発明に係る変形量計測方法においては、第１１〜１６のいずれかの発明の構成に加えて、軸は、シリンダヘッドにおいて支持されるエンジンのカムシャフトである。

第１８の発明によると、エンジンの実働時を模擬した状態において、シリンダヘッドに複数設けられるカムシャフトの支持部の変形量を測定することにより、エンジンの実働時において、カムシャフトの支持部が熱によってどのように変形するかを計測することができる。そのため、変形の抑制を考慮するに際に計測結果を指標として用いることができる。したがって、出力軸以外の軸の変形量の計測をする変形量計測方法を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る変形量計測装置および変形量計測装置を用いた計測方法について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

＜第１の実施の形態＞
本実施の形態において、支持部は、エンジンの出力軸であるクランクシャフトを支持する。また、以下の説明において、支持部により支持されるクランクシャフトの非支持部をクランクジャーナル部という。

図１に示すように、本実施の形態に係る変形量計測装置１００は、エンジン熱負荷模擬装置２００と、計測装置３００と、演算装置４００とから構成される。

熱負荷模擬装置２００は、スチーム加熱機１１２と、スチーム加熱機制御回路１１０と、熱風配管１１４と、シリンダヘッド１０２と、シリンダブロック１１６と、ピストン１１８と、冷却水配管１０６と、冷却水ポンプ１０８と、冷却水制御回路１０４とから構成される。

シリンダヘッド１０２およびシリンダブロック１１６とは、ボルト等で締結される。シリンダヘッド１０２およびシリンダブロック１１６によりエンジンブロックが構成される。シリンダヘッド１０２は、固定冶具１５６、１５８により水平に吊り下げられて固定される。なお、シリンダヘッド１０２は、車両の搭載状態を想定して、たとえば、エンジンマウントを介して固定されるようにしてもよい。シリンダブロックの気筒数は、特に限定されないが、本実施の形態においては、たとえば４気筒である。気筒内には、ピストン１１８がそれぞれ予め定められた高さで保持される。

また、シリンダブロック１１６は、クランクジャーナル部を支持し、水平方向に円筒形状の開口部を形成する。そして、鉛直方向下側からクランクキャップ（図示せず）をボルト等で締結することにより円形断面の支持部が形成される。シリンダブロック１１６は、上述のような支持部を気筒数に対応して複数個有する。たとえば、本実施の形態において、シリンダブロック１１６は４気筒であるため、シリンダブロック１１６にクランクジャーナル部の支持部（１）１６０〜支持部（５）１６８が設けられる。

シリンダヘッド１０２の排気ポートには、熱風配管１１４に接続される。熱風配管１１４は、スチーム加熱機１１２に接続される。そして、スチーム供給源から供給されたスチームは、スチーム加熱機１１２によって加熱される。加熱された熱風は、熱風配管１１４を介して、シリンダヘッド１０２の排気ポートからシリンダブロック１１６の気筒内に熱風が送り込まれる。そして、熱風によってシリンダポート壁面およびピストン１１８を加熱させた後、排出される。あるいは、シリンダヘッド１０２の吸気ポートから熱風配管（図示せず）を介して熱風をスチーム加熱機１１２に戻し、熱風の循環系を形成してもよい。

スチーム加熱機１１２におけるスチームを加熱するヒータとして、数ｋＷ相当で３００〜４００℃程度まで加熱できる市販の工業用ヒータ等が用いられる。燃料の燃焼温度はもっと高いが、そのような温度になるのはわずかな時間であり、平均的には３００℃程度あれば十分実働の温度分布に近似となる。そして、このときのスチームの加熱温度は、スチーム加熱機制御回路１１０により予め定められた温度になるように制御される。

一方、シリンダヘッド１０２およびシリンダブロック１１６のウォータジャケットの流入口（図示せず）および流出口（図示せず）は、冷却水配管１０６に接続される。冷却水配管１０６の途中には冷却水ポンプ１０８が設けられる。そして、冷却水ポンプ１０８により、冷却水を循環させる。このときの冷却水の温度は、冷却水制御回路１０４により予め定められた温度になるように制御される。

このように構成されるエンジン熱負荷模擬装置２００において、気筒内に送り込むスチームの温度、流量および冷却水の温度、ピストン１１８の位置を調整することにより、シリンダヘッド１０２およびシリンダブロック１１６の状態をエンジンを実働させることなく、エンジンの実働時を模擬した状態にすることができる。

次に、支持部（１）１６０〜支持部（５）１６８の計測装置３００は、計測冶具１２６と、ギャップセンサ１４８と、手動ハンドル１２２と、エンコーダ１２０と、スタンド１２４とから構成される。

本実施の形態に係るシリンダブロック１１６は、４気筒のエンジンであるため、５つの支持部を有する。そのため、各支持部に対応するように５個のギャップセンサ１４８が計測冶具１２６に設けられている。

計測冶具１２６に固定されるギャップセンサ１４８は、特に限定されないが、たとえば、ギャップセンサ１４８の先端部から対象物までの距離に応じた電圧を出力する。また、支持部（１）１６０〜支持部（５）１６８と計測冶具１２６とのそれぞれの間には、熱膨張しても接触しない程度、たとえば、０．４ｍｍ程度の隙間を持たせている。そして、計測冶具１２６は、スタンド１２４によりギャップセンサ１４８をクランクシャフトと平行な方向の回転軸を中心に各支持部の内径側の面に沿って回転自在に支持される。そして、手動ハンドル１２２により計測冶具１２６を回転させることができる。また、計測冶具１２６には、エンコーダ１２０が直結されている。そのため、計測冶具１２６が手動ハンドル１２２により回転させられたとき、ギャップセンサ１４８がどの回転角にあるかを検出できるようになっている。そのため、エンコーダ１２０により検知された回転角と、ギャップセンサ１４８により測定された距離とを対応づけることができるため、より正確な支持部の変形量の計測が可能となる。

計測冶具１２６は、図２に示すように円筒形状を有する。ギャップセンサ１４８が設けられる円筒形状の径は、支持部よりも小さい径である。計測冶具１２６は、クランクジャーナルの各支持部に対応する位置にギャップセンサ１４８と熱電対１５０とが設けられる。ギャップセンサ１４８は、クランクシャフトに直交し、支持部（１）１６０〜支持部（５）１６８のそれぞれの内径側の面にギャップセンサ１４８の先端部が対向するように設けられる。なお、ギャップセンサ１４８が固定される計測冶具１２６の材質には、熱による影響の少ない材質が用いられる。これにより、熱が加わった時の膨張量を最小限に抑えることができる。たとえば、計測冶具１２６の材質として低熱膨張材を用いる。低熱膨張材の線膨張係数は、たとえば、１×１０−６／Ｋであり（鉄の約１／１０）である。そのため、常温から８０℃まで上昇したときの膨張量は、２５ｍｍ×１×１０−６×（８０−２５）Ｋ＝１．４μｍとなる。

シリンダブロック１１６は、熱膨張するため、各支持部は、鉛直方向下側に下がってくる。また、各支持部における内径側の面の形状自体も変化する。ギャップセンサ１４８の固定している計測冶具１２６は、材質に低熱膨張材を使用しているため、エンジンの実働時を模擬した状態であっても熱膨張することがほとんどない。そのため、計測冶具１２６を回転基準として用いることができる。計測冶具１２６を１回転させることにより１周分のギャップセンサ１４８の先端部と各支持部の内径側の面までの距離を測定することができる。

また、熱電対１５０は、温度に応じた電圧を検知する。シリンダブロック１１６は、エンジンの実働時を模擬した状態となるように加熱されるため、ギャップセンサ１４８における温度は８０℃程度まで上昇する。ギャップセンサ１４８は、温度に応じて出力電圧が変化する。そのため、予め温度校正曲線を求めておき、熱電対１５０で温度を計測しながら、パーソナルコンピュータ１３０内で温度に応じてギャップセンサ１４８により計測される距離を算出する。具体的には、予め２０℃ごとの距離と電圧の関係を求めたテーブルをパーソナルコンピュータ１３０内のメモリに記憶している。そして、検知される温度によりテーブルに基づいて距離を算出する。

また、各支持部においては、図３に示すように、ギャップセンサ１４８は、ギャップセンサ１４８の先端部から内径側の面までの距離を測定する。このとき、ギャップセンサ１４８は、距離に対応した電圧信号を出力する。出力された電圧信号は、演算装置４００のアンプ（１）１３９〜アンプ（５）１４６に送信される。

手動ハンドル１２２により計測冶具１２６が回転させられると、エンコーダ１２０は、回転角に対応した回転角検知信号を出力する。出力された回転角検知信号は、後述するパーソナルコンピュータ１３０のカウンタ部１３６に送信される。

また、熱電対１５０は、ギャップセンサ１４８と接するようにして設けられ、ギャップセンサ１４８の先端部における温度を検知する。そして、熱電対１５０は、温度に対応した電圧信号を出力する。出力された電圧信号は、パーソナルコンピュータ１３０の熱電対アンプ１３４に送信される。

次に、本実施の形態に係る演算装置４００は、図１に示すように、表示器１２８と、パーソナルコンピュータ１３０と、アンプ（１）１３９〜アンプ（５）１４６とから構成される。

パーソナルコンピュータ１３０は、制御回路１３２と、熱電対アンプ１３４と、カウンタ部１３６と、アナログ／デジタル変換部１３８とから構成される。

アンプ（１）１３９〜アンプ（５）１４６は、距離変化に応じた電圧を出力し、パーソナルコンピュータ１３０に入力する。入力された電圧信号は、アナログ／デジタル変換部１３８（以下、Ａ／Ｄ変換部１３８という。）において、デジタル信号に変換されて制御回路１３２に送信される。

また、熱電対アンプ１３４は、計測装置３００において計測冶具１２６に各支持部に対応するようにして設けられた熱電対１５０に接続される。熱電対アンプ１３４は、各支持部に対応する熱電対１５０から送信される電圧信号を受信する。熱電対アンプ１３４は、受信した電圧信号を増幅される。増幅された電圧信号は、Ａ／Ｄ変換部１３８において、デジタル信号に変換されて、制御回路１３２に送信される。

カウンタ部１３６は、計測装置３００に設けられたエンコーダ１２０に接続される。カウンタ部１３６は、エンコーダ１２０から送信される回転角検知信号を受信する。そして、カウンタ部１３６は、受信した回転角検知信号を制御回路１３２に送信する。

制御回路１３２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）（図示せず）とメモリ（図示せず）とから構成される。そして、制御回路１３２は、ＣＰＵがメモリに格納されたプログラムを実行することにより、計測装置３００から受信した各信号に基づいて、各支持部における変形量を算出する。

表示器１２８は、モニタ等からなり、パーソナルコンピュータ１３０における演算結果、あるいは、パーソナルコンピュータ１３０に入力される各種信号の値を表示する。

以上のような本実施の形態に係る変形量計測装置の構成において、クランクジャーナル部の５箇所の支持部（１）１６０〜支持部（５）１６８における同軸度、各支持部における中心位置の変化量および真円度が実働時にどのように悪化するかを判定することができる。

図４を参照して、本実施の形態に係る変形量計測装置を用いた計測方法の手順について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略して記載する。）１０００にて、制御回路１３２は、常温における初期状態の各支持部の形状を計測する計測処理を行なう。このとき、シリンダブロック１１６に対しては、熱負荷のかかっていない状態、すなわち、常温における初期状態の各支持部の形状が計測される。計測処理については、後述する。

Ｓ１１００にて、冷却水制御回路１０４は、冷却水の温度調整を行なう。すなわち、冷却水制御回路１０４は、設定された温度に基づいて温度調整を行なう。Ｓ１２００にて、スチーム加熱機制御回路１１０は、スチームの加熱温度の調整を行なう。すなわち、スチーム加熱機制御回路１１０は、設定された温度に基づいて、温度調整を行なう。

Ｓ１３００にて、制御回路１３２は、シリンダブロック１１６における温度分布がエンジンの実働時を模擬した状態であるか否かを判断する。エンジンの実働時を模擬した状態であるか否かの判断は、特に限定されないが、たとえば、シリンダブロック１１６に温度センサを設けて、温度センサにより検知される温度が予め測っておいた実働時の温度分布になることにより判断してもよい。シリンダブロック１１６における温度分布がエンジンの実働時を模擬した状態であると（Ｓ１３００にてＹＥＳ）、処理はＳ１４００に移される。もしそうでないと（Ｓ１３００にてＮＯ）、処理はＳ１１００に移される。

Ｓ１４００にて、制御回路１３２は、計測処理を行なう。このときに、エンジンの実働時を模擬した状態において、シリンダブロック１１６の各支持部の形状を計測する。

以下、図５を参照して、図４のＳ１０００およびＳ１４００の処理について説明する。

作業者は、手動ハンドル１２２を回転させて計測冶具１２６を回転状態にする。

Ｓ２０００にて、制御回路１３２は、計測冶具１２６の回転状態においてエンコーダ１２０により送信される回転角を読み込む。Ｓ２１００にて、制御回路１３２は、熱電対１５０により送信される電圧値を読み込む。Ｓ２２００にて、ギャップセンサ１４８から送信される電圧値を読み込む。

Ｓ２３００にて、制御回路１３２は、ギャップセンサ１４８が１回転したか否かを判断する。エンコーダ１２０により送信される回転角、熱電対１５０により送信される温度に応じた電圧およびギャップセンサ１４８より送信される距離に応じた電圧は、５ｍｓｅｃ毎のサンプリング周期で取り込まれてもよいし、５度毎に取り込まれてもよい。そして、１回転分（３６０°）に対して計測が行なわれる。計測された各種信号に基づく計測データは、制御回路１３２に含まれるメモリに記憶される。すなわち、制御回路１３２は、計測冶具１２６が回転されながらギャップセンサ１４８により測定された距離に対応する電圧を、回転された角度に対応づけてメモリに記憶させる。ギャップセンサ１４８が１回転すると（Ｓ２３００にてＹＥＳ）、処理はＳ２４００に移される。もしそうでないと（Ｓ２３００にてＮＯ）、処理はＳ２０００に移される。

Ｓ２４００にて、制御回路１３２は、計測冶具１２６が作業者により逆回転させられて、元の位置に戻ったか否かを判断する。計測冶具１２６が逆回転して元の位置に戻ると（Ｓ２４００にてＹＥＳ）処理はＳ２５００に移される。もしそうでないと（Ｓ２４００にてＮＯ）、逆回転して元の位置に戻るまで処理を繰返す。

Ｓ２５００にて、制御回路１３２は、ギャップセンサ１４８が５回転したかか否かを判断する。すなわち、制御回路１３２は、５回転分の計測データが得られたか否かを判断する。なお、５回転に特に限定されない。ギャップセンサ１４８による５回転分の計測データが得られると（Ｓ２５００にてＹＥＳ）、処理はＳ２６００に移される。もしそうでないと（Ｓ２５００にてＮＯ）、処理はＳ２０００に移される。

Ｓ２６００にて、制御回路１３２は、平均化処理を行なう。平均化処理は、得られた５回転分の計測データに基づいて、各支持部において計測された角度と角度に対応した距離の電圧値の平均値を算出する処理である。制御回路１３２は、メモリに記憶された５回転分の計測データに基づいて、各支持部において角度に対応した距離の電圧値の平均値を算出する。

Ｓ２７００にて、制御回路１３２は、熱電対１５０およびギャップセンサ１４８の電圧値から距離の算出を行なう。

Ｓ２８００にて、制御回路１３２は、偏心量の計算と記憶を行なう。計測データを５度毎に７２点取得するとすると、そのうちたとえば４５度毎の８点のデータをフーリエ級数展開する。そして、その１次成分を抽出することで偏心量が算出される。算出された偏心量は、メモリに記憶される。具体的には、図６（Ａ）に示すように、計測冶具１２６のギャップセンサ１４８の先端部から計測冶具１２６の回転軸中心までの距離Ｓと計測冶具１２６を回転させたときに計測される値Ｇ（１）〜Ｇ（８）とに基づいて、計測冶具１２６の回転軸中心から各支持部の内径側の面までの距離Ｄ（１）〜Ｄ（８）を算出する。Ｄ（１）〜Ｄ（８）は、Ｄ（Ｉ）＝Ｇ（Ｉ）＋Ｓ（Ｉ＝１〜８）の式により算出することができる。そして、算出されたＤ（１）〜Ｄ（８）に基づいて、図６（Ｂ）に示すように計測生データのグラフが得られる。そして、Ｄ（１）〜Ｄ（８）をフーリエ級数展開する。そして、この１次成分を抽出することにより偏心量が得られる。この偏心量に基づいて、７２点の計測データの補正をすることにより、図６（Ｃ）に示すように補正後データのグラフが得られる。

再び図５を参照して、Ｓ２９００にて、制御回路１３２は、偏心量の補正後の処理後データをメモリに記憶させる。Ｓ３０００にて、制御回路１３２は、表示器１２８に演算結果を表示させる。たとえば、メモリに初期状態における支持部の偏心量および形状と、エンジンの実働時を模擬した状態における支持部の偏心量および形状とが記憶されていれば、制御回路１３２は、比較を行ない、変形量を算出する。そして、制御回路３１２は、比較結果あるいは変形量を表示器１２８に表示させる。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る変形量計測装置および計測方法の動作について説明する。制御回路１３２は、常温である初期状態での計測処理を開始する（Ｓ１０００）。操作者により計測冶具１２６が１回転されると、回転角、温度、ギャップセンサ１４８の出力電圧が読み込まれる（Ｓ２０００、Ｓ２１００、Ｓ２２００、Ｓ２３００にてＹＥＳ）そして、５回転分の計測データが得られると（Ｓ２５００にてＹＥＳ）、制御回路１３２は、平均化処理を行なって（Ｓ２６００）、検知された温度に基づいて距離を算出する（Ｓ２７００）。そして、制御回路１３２は、算出された距離に基づいて、偏心量を算出し（Ｓ２８００）、算出された偏心量に基づいて、距離が補正されて、初期状態における支持部の偏心量および形状がメモリに記憶される（Ｓ２９００）。

初期状態の計測処理が終了すると、冷却水、スチームの温度調整が行なわれる（Ｓ１１００、Ｓ１２００）。そして、シリンダブロック１１６の温度分布が実機を再現すると、すなわち、エンジンの実働時を模擬した状態になると（Ｓ１３００にてＹＥＳ）、Ｓ１０００にて行なわれた計測処理が再び行なわれる（Ｓ１４００）。

計測処理によりエンジンの実働時を模擬した状態において、偏心量が算出され、算出された偏心量に基づいて、距離が補正されて、エンジンの実働時を模擬した状態における支持部の偏心量および形状がメモリに記憶される（Ｓ２９００）。そして、制御回路１３２は、初期状態とエンジンの実働時を模擬した状態とにおける偏心量および補正された距離に基づく支持部の形状の比較を行なって、比較結果あるいは算出された変形量が表示される（Ｓ３０００）。

以下、初期状態とエンジンの実働時を模擬した状態とにおける偏心量および補正された距離に基づく支持部の形状の比較により、算出される変形量について説明する。

図７に示すように、常温である初期状態での各支持部における偏心量（Ｅ（０Ｘ）、Ｅ（０Ｙ））と、エンジンの実働時を模擬した状態での各支持部における偏心量（Ｅ（ＩＸ）、Ｅ（ＩＹ））（Ｉ＝１〜５）とを算出する。そして、初期状態における偏心量とエンジンの実働時を模擬した状態での偏心量とを比較することにより、中心位置の変化量を算出することができる。すなわち、各支持部における内径側面の形状の中心位置の変化量（Ｐ（Ｘ）、Ｐ（Ｙ））は、Ｐ（ＩＸ）＝Ｅ（０Ｘ）−Ｅ（ＩＸ）（Ｉ＝１〜５）、Ｐ（ＩＹ）＝Ｅ（０Ｙ）−Ｅ（ＩＹ）（Ｉ＝１〜５）により、水平成分、および鉛直成分の中心位置の変化量を算出することができる。

また、各支持部における同軸度については、支持部（１）１６０と支持部（５）１６８を基準として図８に示すように、同軸度Ｒ（ＩＸ）は、Ｒ（ＩＸ）＝Ｐ（ＩＸ）−Ｈ（Ｘ）（Ｉ＝２〜４）により算出することができる。ここで、Ｈ（Ｘ）は、支持部（１）１６０と支持部（５）１６８とが初期状態から鉛直方向下側に下がった値である。このようにして、図９に示すように、各支持部における鉛直方向の同軸度を算出することができる。このグラフにおいて、支持部（４）１６６が他の支持部よりも大きく変化していることがわかる。そのため、支持部（４）１６６において同軸度が悪化していることがわかる。

また、常温である初期状態での各支持部における偏心量（Ｅ（０Ｘ）、Ｅ（０Ｙ））と、エンジンの実働時を模擬した状態での各支持部における偏心量（Ｅ（ＩＸ）、Ｅ（ＩＹ））（Ｉ＝１〜５）とを算出する。そして、算出した偏心量と計測した７２点の計測データに基づいて、各状態における形状をそれぞれ算出する。そして、各状態における偏心量に基づいて、初期状態とエンジンの実働時を模擬した状態における各支持部の中心位置を一致させることにより、初期状態とエンジンの実働時を模擬した状態とでの各支持部の真円度の変形量を算出することができる。

すなわち、図１０（Ａ）〜図１０（Ｅ）に示すように各支持部において、各状態における偏心量の補正後データを重ねることにより、エンジンの実働時を模擬した状態において各支持部の形状の真円度が悪化していることがわかる。なお、このとき、上半分と下半分と比較して下半分の真円度が大きく悪化しているのは、シリンダブロック１１６と、クランクキャップ１５４とで材質が異なるためである。

以上のようにして、本実施の形態に係る変形量計測装置によると、変形量計測装置は、クランクシャフトに直交し、円筒形状の開口部により形成される支持部の内径側の面に先端部が対向するように設けられ、先端部から内径側の面までの距離を測定するためのギャップセンサと、ギャップセンサをクランクシャフトと平行な方向の回転軸を中心に内径側の面に沿って回転させるための計測冶具と、測定された距離を記憶するためのメモリと、シリンダブロックをエンジンの実働時を模擬した状態に加熱するためのエンジン熱負荷模擬装置と、測定された距離に基づいて、エンジンの実働時を模擬した状態における支持部の変形量を算出するための制御回路とを含む。制御回路は、計測冶具を回転させた角度に対応した距離を計測する。そして、制御回路は、角度と距離とを対応づけてメモリに記憶させる。さらに、制御回路は、角度と距離とに基づいて支持部の偏心量を算出する。制御回路は、算出された偏心量に基づいて、変形量を算出する。ギャップセンサを支持部の内径側の面に沿って回転させて、回転角に対応した距離を測定し、計測冶具の半径を考慮して、支持部の内径側の形状を算出することができる。このとき、角度と角度に対応した距離の測定データを、たとえば、フーリエ級数展開して１次成分のみを抽出すると、偏心量が得られる。このように偏心量を求めることにより、常温における初期状態における形状と、エンジンの実働時を模擬した状態における形状とを比較して中心位置を算出することができる。そして、初期状態およびエンジンの実働時を模擬した状態におけるそれぞれの形状を比較することにより、熱の影響による変形量を正確に把握することができる。したがって、エンジンの実働時を模擬した状態における出力軸の支持部の変形量を測定する変形量計測装置および変形量計測方法を提供することができる。そして、偏心量に基づいて、変形量として、たとえば、エンジンの実働時を模擬した状態におけるエンジンのシリンダブロックに複数個設けられる支持部の同軸度、各支持部における中心位置の変化量、真円度を算出することができる。エンジンの実働時において、クランクシャフトの支持部が熱によってどのように変形するかを計測することができる。そのため、変形の抑制を考慮するに際に計測結果を指標として用いることができる。

＜第２の実施の形態＞
以下、第２の実施の形態に係る変形量計測装置について説明する。

本実施の形態に係る変形量計測装置は、上述した第１の実施の形態に係る変形量計測装置の構成と比較して、計測装置３００の構成が異なる以外は同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

図１１に示すように、支持部（１）１６０〜支持部（５）１６８の計測装置３００は、計測冶具１２６と、ギャップセンサ１４８と、手動ハンドル１２２と、エンコーダ１２０と、計測冶具支持部２５０，２５２とから構成される。

計測冶具支持部２５０，２５２は、計測冶具１２６の両端部をシリンダブロック１１６に回転自在に支持する。また、計測冶具１２６の両端部は、自在継手であるユニバーサルジョイント２５４を介して計測冶具支持部２５０に、ユニバーサルジョイント２５６を介して計測冶具支持部２５２にそれぞれ回転自在に支持される。

以上のような本実施の形態に係る変形量計測装置の構成において、クランクジャーナル部の５箇所の支持部（１）１６０〜支持部（５）１６８における同軸度、各指示部における中心位置の変化量および真円度が実働時にどのように悪化するかを判定することができる。

本実施の形態に係る変形量計測装置を用いた計測方法の手順については、図４および図５を用いて説明した第１の実施の形態に係る変形量計測装置を用いた計測方法の手順と同じ手順である。したがって、その詳細な説明は繰り返さない。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る変形量計測装置および計測方法の動作について説明する。

制御回路１３２は、常温である初期状態での計測処理を開始する（Ｓ１０００）。操作者により計測冶具１２６が１回転されると、回転角、温度、ギャップセンサ１４８の出力電圧が読み込まれる（Ｓ２０００、Ｓ２１００、Ｓ２２００、Ｓ２３００にてＹＥＳ）そして、５回転分の計測データが得られると（Ｓ２５００にてＹＥＳ）、制御回路１３２は、平均化処理を行なって（Ｓ２６００）、検知された温度に基づいて距離を算出する（Ｓ２７００）。そして、制御回路１３２は、算出された距離に基づいて、偏心量を算出し（Ｓ２８００）、算出された偏心量に基づいて、距離が補正されて、初期状態における支持部の偏心量および形状がメモリに記憶される（Ｓ２９００）。

初期状態の計測処理が終了すると、冷却水、スチームの温度調整が行なわれる（Ｓ１１００、Ｓ１２００）。そして、シリンダブロック１１６の温度分布が実機を再現すると、すなわち、エンジンの実働時を模擬した状態になると（Ｓ１３００にてＹＥＳ）、Ｓ１０００にて行なわれた計測処理が再び行なわれる（Ｓ１４００）。

計測処理によりエンジンの実働時を模擬した状態において、偏心量が算出され、算出された偏心量に基づいて、距離が補正されて、エンジンの実働時を模擬した状態における支持部の偏心量および形状がメモリに記憶される（Ｓ２９００）。そして、制御回路１３２は、初期状態とエンジンの実働時を模擬した状態とにおける偏心量および補正された距離に基づく支持部の形状の比較を行なって、比較結果あるいは算出された変形量が表示される（Ｓ３０００）。

ここで、シリンダブロック１１６と、計測冶具１２６とがそれぞれ別々に固定されている場合、初期状態において、図１２（Ａ）に示すように、シリンダブロック１１６と計測冶具１２６とが干渉しないように設けられていても、シリンダブロック１１６が実働時を模擬した状態において鉛直方向下側に大きく変化すると、図１２（Ｂ）に示すように、計測冶具１２６の上部とシリンダブロック１１６とが干渉する場合がある。計測冶具１２６に設けられるギャップセンサ１４８の計測範囲が０．５ｍｍであるため、上述したように、計測冶具１２６は、ギャップセンサ１４８とシリンダブロック１１６とが約０．４ｍｍの隙間を有するように設けられる。そのため、シリンダブロック１１６が０．４ｍｍ以上鉛直方向下側に変形すると、計測冶具１２６と干渉する場合がある。

本実施の形態においては、計測冶具１２６は、シリンダブロック１１６に計測冶具支持部２５０，２５２を介して支持される。すなわち、実働時を模擬した状態において、シリンダブロック１１６が鉛直方向下側に大きく変化しても、シリンダブロック１１６の変化に伴なって、計測冶具支持部２５０，２５２も鉛直方向下側に変化する。そのため、シリンダブロック１１６と計測冶具１２６とが相対的に大きく変化することを抑制する。その結果、シリンダブロック１１６と計測冶具１２６との干渉を回避できる。

また、エンジンの実働時を模擬した状態においては、シリンダヘッド１０２およびシリンダブロック１１６は、上部側の温度（約１３５℃）が下部側の温度（約９５℃）よりも高くなるような温度分布になる。そのため、シリンダヘッド１０２およびシリンダブロック１１６は、図１３（Ａ）に示すように、上側に反るように変形する。そのため、図１３（Ｂ）に示すように、計測冶具１２６の両端部を回転方向にのみ自由になるように支持すると、シリンダブロック１１６の変形に基づく計測冶具支持部２５０，２５２からの力が計測冶具１２６に働いて、計測冶具１２６が変形して回転軸を真直ぐに保てない場合がある。回転軸を真直ぐに保てないと、計測されるシリンダブロック１１６の支持部（１）１６０〜支持部（５）１６８の同軸度の変化が、シリンダブロック１１６の変形に基づくものであるか、計測冶具１２６の変形に基づくものであるかが不明であるため、計測の精度が悪化する。

本実施の形態において、図１３（Ｃ）に示すように、計測冶具１２６の両端部は、ユニバーサルジョイント２５４，２５６を介して計測冶具支持部２５０，２５２に回転自在に支持される。そのため、シリンダブロック１１６の変形に基づく計測冶具支持部２５０，２５２からの力が計測冶具１２６に働いても、ユニバーサルジョイント２５４，２５６を起点として、計測冶具１２６の両端部が屈曲することにより、計測されるシリンダブロック１１６の支持部（１）１６０〜支持部（５）１６８の間で計測冶具１２６を真直ぐに保つことができる。

以上のようにして、本実施の形態に係る変形量計測装置によると、上述した第１の実施の形態に係る変形量計測装置による効果に加えて、計測冶具の両端部がそれぞれシリンダブロックにより支持されることにより、シリンダブロックがエンジンの実働時を模擬した状態になるように加熱されたときに、シリンダブロックが変形しても、計測冶具とシリンダブロックとの位置関係が相対的に大きく変化することを抑制することができるため、計測冶具とシリンダブロックとの干渉を抑制することができる。

また、計測冶具の両端部がそれぞれユニバーサルジョイントを介してシリンダブロックにより支持されることにより、シリンダブロックが変形して、計測冶具支持部が変形しても、計測冶具のユニバーサルジョイント間の回転軸の変化を抑制することができる。すなわち、計測冶具の回転軸を真直ぐに保つことができるため、シリンダブロックに複数設けられるクランクシャフトの支持部の同軸度の計測の精度の悪化を抑制することができる。

＜第３の実施の形態＞
以下、第３の実施の形態に係る変形量計測装置について説明する。本実施の形態において、支持部は、エンジンのカムシャフトを支持する。また、以下の説明において、支持部により支持されるカムシャフトの非支持部をカムジャーナル部という。

本実施の形態に係る変形量計測装置は、上述した第１の実施の形態に係る変形量計測装置の構成と比較して、計測装置３００の構成が異なる以外は同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

シリンダヘッド１０２は、カムシャフトを支持し、水平方向に円筒形状の開口部を形成する。そして、鉛直方向上側からカムキャップ（図示せず）をボルト等で締結することにより円形断面の支持部が形成される。シリンダヘッド１０２には、上述のような支持部を気筒数に対応して複数個有する。たとえば、本実施の形態において、エンジンは、４気筒であるため、シリンダヘッド１０２には、吸気ポート側のカムシャフトを支持する吸気側支持部（１）３６０〜吸気側支持部（５）３６８および排気ポート側のカムシャフトを支持する排気側支持部（１）〜排気側支持部（５）が設けられる。本実施の形態において、計測装置３００により、吸気側支持部（１）３６０〜吸気側支持部（５）３６８の同軸度、真円度等を計測するものとするが、排気側支持部（１）〜排気側支持部（５）についても吸気ポート側と同様に計測することができるため、その詳細な説明は繰り返さない。

吸気側支持部（１）３６０〜吸気側支持部（５）３６８の計測装置３００は、計測冶具１２６と、ギャップセンサ１４８と、手動ハンドル１２２と、エンコーダ１２０と、計測冶具支持部３５０，３５２とから構成される。

計測冶具支持部３５０，３５２は、計測冶具１２６の両端部をシリンダヘッド１０２に回転自在に支持する。また、計測冶具１２６の両端部は、自在継手であるユニバーサルジョイント３５４を介して計測冶具支持部３５０に、ユニバーサルジョイント３５６を介して計測冶具支持部３５２にそれぞれ回転自在に支持される。

このようにして、計測冶具１２６は、計測冶具支持部３５０，３５２により、ギャップセンサ１４８をカムシャフトと平行な方向の回転軸を中心に各吸気側支持部の内径側の面に沿って回転自在に支持される。そして、手動ハンドル１２２により計測冶具１２６を回転させることができる。また、計測冶具１２６には、エンコーダ１２０が直結されている。そのため、計測冶具３６０が手動ハンドル１２２により回転させられたとき、ギャップセンサ１４８がどの回転角にあるかを検出できるようになっている。そのため、エンコーダ１２０により検知された回転角とギャップセンサ３５８により測定された距離とを対応づけることができるため、より正確なカムシャフトの吸気側支持部の変形量の計測が可能となる。

なお、計測冶具１２６については、上述した第１の実施の形態に係る変形量計測装置の計測冶具１２６と比較して、変形量の計測対象が吸気側支持部であること以外については、同様の構成である。したがって、その詳細な説明は繰り返さない。

以上のような本実施の形態に係る変形量計測装置の構成において、カムジャーナル部の５箇所の吸気側支持部（１）３６０〜吸気側支持部（５）３６８における同軸度、各支持部における中心位置の変化量および真円度が実働時にどのように悪化するかを判定することができる。

本実施の形態に係る変形量計測装置を用いた計測方法の手順については、図４および図５を用いて説明した第１の実施の形態に係る変形量計測装置を用いた計測方法の手順と同じ手順である。したがって、その詳細な説明は繰り返さない。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る変形量計測装置および計測方法の動作について説明する。

制御回路１３２は、常温である初期状態での計測処理を開始する（Ｓ１０００）。操作者により計測冶具１２６が１回転されると、回転角、温度、ギャップセンサ１４８の出力電圧が読み込まれる（Ｓ２０００、Ｓ２１００、Ｓ２２００、Ｓ２３００にてＹＥＳ）そして、５回転分の計測データが得られると（Ｓ２５００にてＹＥＳ）、制御回路１３２は、平均化処理を行なって（Ｓ２６００）、検知された温度に基づいて距離を算出する（Ｓ２７００）。そして、制御回路１３２は、算出された距離に基づいて、偏心量を算出し（Ｓ２８００）、算出された偏心量に基づいて、距離が補正されて、初期状態における支持部の偏心量および形状がメモリに記憶される（Ｓ２９００）。

初期状態の計測処理が終了すると、冷却水、スチームの温度調整が行なわれる（Ｓ１１００、Ｓ１２００）。そして、シリンダヘッド１０２の温度分布が実機を再現すると、すなわち、エンジンの実働時を模擬した状態になると（Ｓ１３００にてＹＥＳ）、Ｓ１０００にて行なわれた計測処理が再び行なわれる（Ｓ１４００）。

計測処理によりエンジンの実働時を模擬した状態において、偏心量が算出され、算出された偏心量に基づいて、距離が補正されて、エンジンの実働時を模擬した状態における支持部の偏心量および形状がメモリに記憶される（Ｓ２９００）。そして、制御回路１３２は、初期状態とエンジンの実働時を模擬した状態とにおける偏心量および補正された距離に基づく支持部の形状の比較を行なって、比較結果あるいは算出された変形量が表示される（Ｓ３０００）。

本実施の形態における吸気側支持部の変形量の算出については、上述した第１の実施の形態において説明したクランクシャフトの支持部の変形量の算出と同様である。したがって、その詳細な説明は繰り返さない。初期状態および加熱後の実働時を模擬した状態における吸気側支持部（１）３６０〜吸気側支持部（５）３６８の同軸度の変化は、図１５（Ａ）に示すように、上側に反るように悪化する。排気側支持部（１）〜排気側支持部（５）の同軸度の変化は、図１５（Ｂ）に示すように、吸気側支持部と同様に上側に反るように悪化する。

ここで、シリンダブロック１１６と、計測冶具１２６とがそれぞれ別々に固定されている場合、初期状態において、シリンダヘッド１０２と計測冶具１２６とが干渉しないように設けられていても、シリンダヘッド１０２が実働時を模擬した状態において鉛直方向下側に大きく変化すると、計測冶具１２６の上部とシリンダヘッド１０２とが干渉する場合がある。計測冶具１２６に設けられるギャップセンサ１４８の計測範囲が０．５ｍｍであるため、たとえば、ギャップセンサ１４８とシリンダヘッド１０２とが約０．４ｍｍの隙間を有するように設けられる場合、シリンダヘッド１０２が０．４ｍｍ以上鉛直方向下側に変形すると、計測冶具１２６と干渉する場合がある。

本実施の形態において、計測冶具１２６は、シリンダヘッド１０２に計測冶具支持部３５０，３５２を介して支持される。すなわち、実働時を模擬した状態において、シリンダヘッド１０２が鉛直方向下側に大きく変化しても、シリンダヘッド１０２の変化に伴なって、計測冶具支持部３５０，３５２も鉛直方向下側に変化する。そのため、シリンダヘッド１０２と計測冶具１２６との位置関係が相対的に大きく変化することを抑制する。その結果、シリンダヘッド１０２と計測冶具１２６との干渉を回避できる。

また、図１６に示すように、エンジンの実働時を模擬した状態においては、シリンダヘッド１０２およびシリンダブロック１１６は、上部側の温度（約１３５℃）が下部側の温度（約９５℃）よりも高くなるような温度分布になる。そのため、シリンダヘッド１０２およびエンジンブロック１１６は、上側に反るように変形する。そのため、計測冶具１２６の両端部を回転方向にのみ自由になるように支持すると、シリンダヘッド１０２の変形に基づく計測冶具支持部３５０，３５２からの力が計測冶具１２６に働いて、計測冶具１２６が変形して回転軸を真直ぐに保てない場合がある。回転軸を真直ぐに保てないと、計測されるシリンダヘッド１０２の吸気側支持部（１）３６０〜吸気側支持部（５）３６８の同軸度の変化が、シリンダヘッド１０２の変形に基づくものであるか、計測冶具１２６の変形に基づくものであるかが不明であるため、計測の精度が悪化する。

本実施の形態において、計測冶具１２６の両端部は、ユニバーサルジョイント３５４，３５６を介して計測冶具支持部３５０，３５２に回転自在に支持される。そのため、シリンダヘッド１０２の変形に基づく計測冶具支持部３５０，３５２からの力が計測冶具１２６に働いても、ユニバーサルジョイント２５４，２５６を起点として、計測冶具１２６の両端部が屈曲することにより、計測されるシリンダヘッド１０２の吸気側支持部（１）３６０〜吸気側支持部（５）３６８の間で計測冶具１２６を真直ぐに保つことができる。

以上のようにして、本実施の形態に係る変形量計測装置は、カムシャフトに直交し、円筒形状の開口部により形成される支持部の内径側の面に先端部が対向するように設けられ、先端部から内径側の面までの距離を測定するためのギャップセンサと、ギャップセンサをカムシャフトと平行な方向の回転軸を中心に内径側の面に沿って回転させるための計測冶具と、測定された距離を記憶するためのメモリと、シリンダヘッドをエンジンの実働時を模擬した状態に加熱するためのエンジン熱負荷模擬装置と、測定された距離に基づいて、エンジンの実働時を模擬した状態における支持部の変形量を算出するための制御回路とを含む。制御回路は、計測冶具を回転させた角度に対応した距離を計測する。そして、制御回路は、角度と距離とを対応づけてメモリに記憶させる。さらに、制御回路は、角度と距離とに基づいて支持部の偏心量を算出する。制御回路は、算出された偏心量に基づいて、変形量を算出する。ギャップセンサを支持部の内径側の面に沿って回転させて、回転角に対応した距離を測定し、計測冶具の半径を考慮して、支持部の内径側の形状を算出することができる。このとき、角度と角度に対応した距離の測定データを、たとえば、フーリエ級数展開して１次成分のみを抽出すると、偏心量が得られる。このように偏心量を求めることにより、常温における初期状態における形状と、エンジンの実働時を模擬した状態における形状とを比較して中心位置を算出することができる。そして、初期状態およびエンジンの実働時を模擬した状態におけるそれぞれの形状を比較することにより、熱の影響による変形量を正確に把握することができる。したがって、エンジンの実働時を模擬した状態におけるカムシャフトの支持部の変形量を測定する変形量計測装置および変形量計測方法を提供することができる。そして、偏心量に基づいて、変形量として、たとえば、エンジンの実働時を模擬した状態におけるエンジンのシリンダヘッドに複数個設けられる支持部の同軸度、各支持部における中心位置の変化量、真円度を算出することができる。エンジンの実働時において、カムシャフトの支持部が熱によってどのように変形するかを計測することができる。そのため、変形の抑制を考慮するに際に計測結果を指標として用いることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

第１の実施の形態に係る変形量計測装置の概略図である。 計測冶具の外観を示す図である。 計測冶具の回転軸方向の外観を示す図である。 第１の実施の形態に係る変形量計測方法の手順を示すフローチャートである。 計測処理の手順を示すフローチャートである。 偏心量を算出する経過を示す図である。 初期状態とエンジンの実働時を模擬した状態とにおける偏心量を示す図である。 実働時を模擬した状態における各支持部の同軸度を算出する経過を示す図である。 実働時を模擬した状態における各支持部の同軸度を示す図である。 各支持部における真円度を示す図である。 第２の実施の形態に係る計測装置の構成を示す図である。 初期状態および加熱状態における計測冶具と支持部との位置関係を示す図である。 エンジンの実働時のシリンダブロックおよび計測冶具の変形状態を示す図である。 第３の実施の形態に係る計測装置の構成を示す図である。 初期状態および加熱状態における吸気側および排気側のカムジャーナルの同軸度の変化量を示す図である。 エンジンの実働時のシリンダヘッドおよび計測冶具の変形状態を示す図である。

符号の説明

１００ 変形量計測装置、１０２ シリンダヘッド、１０４ 冷却水制御回路、１０６ 冷却水配管、１０８ 冷却水ポンプ、１１０ スチーム加熱機制御回路、１１２ スチーム加熱機、１１４ 熱風配管、１１６ シリンダブロック、１１８ ピストン、１２０ エンコーダ、１２２ 手動ハンドル、１２４ スタンド、１２６ 計測冶具、１２８ 表示器、１３０ パーソナルコンピュータ、１３２ 制御回路、１３４ 熱電対アンプ、１３６ カウンタ部、１３８ Ａ／Ｄ変換部、１３９，１４０，１４２，１４４，１４６ アンプ、１４８ ギャップセンサ、１５０ 熱電対、１５２ クランクキャップ、１５６，１５８ 固定冶具、１６０〜１６８ 支持部、２００ エンジン熱負荷模擬装置、２５０，２５２，３５０，３５２ 計測冶具支持部、２５４，２５６，３５４，３５６ ユニバーサルジョイント、３００ 計測装置、３６０〜３６８ 吸気側支持部、４００ 演算装置。

Claims (18)

1. エンジンブロックにおける、水平方向に設けられた円筒形状の開口部によって軸を支持する支持部の変形量を、計測する変形量計測装置であって、前記エンジンブロックは、シリンダブロックとシリンダヘッドとを有し、
   前記エンジンブロックを予め定められた加熱状態にするための加熱手段と、
   前記支持部の内径側の面に先端部が対向するように設けられ、前記先端部から前記内径側の面までの距離を測定するための測定手段と、
   前記測定手段を、前記軸と平行な方向の軸を中心に前記内径側の面に沿って回転させるための回転手段と、
   前記回転手段により回転されながら前記測定手段により測定された距離を、前記回転手段により回転された角度に対応づけて記憶するための記憶手段と、
   前記記憶された距離に基づいて、前記加熱状態における前記支持部の変形量を算出するための算出手段とを含み、
   前記算出手段は、
   前記角度と前記距離とに基づいて前記支持部の偏心量を算出するための手段と、
   前記算出された偏心量に基づいて、前記変形量を算出するための変形量算出手段とを含む、変形量計測装置。
2. 前記変形量計測装置は、前記先端部における温度を検知するための温度検知手段をさらに含み、
   前記算出手段は、前記温度検知手段により検知される温度に基づいて、前記測定手段により測定された距離を算出するための手段をさらに含む、請求項１に記載の変形量計測装置。
3. 前記変形量算出手段は、常温である初期状態における支持部の偏心量と、前記加熱状態における前記支持部の偏心量との比較により、前記支持部の中心位置の変化量を算出するための手段を含む、請求項１に記載の変形量計測装置。
4. 前記エンジンブロックは、複数の支持部を有し、
   前記変形量算出手段は、前記複数の支持部において算出された前記中心位置の変化量に基づいて、前記複数の支持部の同軸度を算出するための手段を含む、請求項３に記載の変形量計測装置。
5. 前記変形量計測装置は、前記偏心量に基づいて、前記距離を補正するための手段をさらに含み、
   前記変形量算出手段は、前記角度と前記補正された前記距離とに基づいて、常温である初期状態における支持部の形状と、前記加熱状態における前記支持部の形状とを比較して、前記支持部の真円度を算出するための手段を含む、請求項１に記載の変形量計測装置。
6. 前記回転手段は、その両端部がそれぞれ前記エンジンブロックにより支持される、請求項１〜５のいずれかに記載の変形量計測装置。
7. 前記両端部は、それぞれ自在継手を介して前記エンジンブロックにより支持される、請求項６に記載の変形量計測装置。
8. 前記加熱状態は、エンジンの実働時を模擬した状態である、請求項１〜７のいずれかに記載の変形量計測装置。
9. 前記軸は、前記シリンダブロックにおいて支持されるエンジンの出力軸である、請求項１〜８のいずれかに記載の変形量計測装置。
10. 前記軸は、前記シリンダヘッドにおいて支持されるエンジンのカムシャフトである、請求項１〜８のいずれかに記載の変形量計測装置。
11. エンジンブロックにおける、水平方向に設けられた円筒形状の開口部によって軸を支持する支持部の変形量を、計測する変形量計測方法であって、前記エンジンブロックは、シリンダブロックとシリンダヘッドとを有し、
    前記エンジンブロックを予め定められた加熱状態とする加熱ステップと、
    前記支持部の内径側の面に対向するように設けられる距離測定装置の先端部を、前記軸と平行な方向の軸を中心に前記内径側の面に沿って回転させて、前記先端部の角度に対応した、前記先端部から前記内径側の面までの距離を測定するステップと、
    前記回転された角度と前記測定された距離とを対応づけて記憶するステップと、
    前記記憶された角度と距離とに基づいて前記支持部の偏心量を算出するステップと、
    前記算出された偏心量に基づいて、前記変形量を算出する算出ステップとを含む、変形量計測方法。
12. 前記変形量計測方法は、
    前記先端部における温度を検知するステップと、
    検知される前記温度に基づいて、前記距離を算出するステップとをさらに含む、請求項１１に記載の変形量計測方法。
13. 前記算出ステップは、常温である初期状態における支持部の偏心量と、前記加熱状態における前記支持部の偏心量との比較により、前記支持部の中心位置の変化量を算出するステップを含む、請求項１１に記載の変形量計測方法。
14. 前記エンジンブロックは、複数の支持部を有し、
    前記算出ステップは、前記複数の支持部において算出された前記中心位置の変化量に基づいて、前記複数の支持部の同軸度を算出するステップを含む、請求項１３に記載の変形量計測方法。
15. 前記変形量計測方法は、前記偏心量に基づいて、前記距離を補正するステップをさらに含み、
    前記算出ステップは、前記角度と前記補正された距離とに基づいて、常温である初期状態における支持部の形状と、前記加熱状態における前記支持部の形状とを比較して、前記支持部の真円度を算出するステップを含む、請求項１１に記載の変形量計測方法。
16. 前記加熱状態は、エンジンの実働時を模擬した状態である、請求項１１〜１５のいずれかに記載の変形量計測方法。
17. 前記軸は、前記シリンダブロックにおいて支持されるエンジンの出力軸である、請求項１１〜１６のいずれかに記載の変形量計測方法。
18. 前記軸は、前記シリンダヘッドにおいて支持されるエンジンのカムシャフトである、請求項１１〜１６のいずれかに記載の変形量計測方法。

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