JP4646324B2

JP4646324B2 - ピストンリングとピストンリング溝との双方又はいずれか一方の摩耗を評価する摩耗試験装置

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Publication number: JP4646324B2
Application number: JP2006253834A
Authority: JP
Inventors: 英司一杉; 文浩仲田
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: JP2008076132A

Description

本発明は、内燃機関に用いられるピストンのピストンリング溝に装着されるピストンリングについて、実際にエンジンに組み込まれ使用される状態に近い状態で摩耗の評価をするためのピストンリングとピストンリング溝との双方又はいずれか一方の摩耗を評価する摩耗試験装置に関する。

内燃機関用のピストンのピストンリング溝にピストンリングが装着された状態では、エンジンの高速化、高出力化に伴い、ピストンリングが高温に曝されるとともに、ピストンリング溝の上下面がピストンリングにより叩かれる。このことによりピストンリング溝には、リング溝摩耗やピストンリングの下面に付着するアルミ凝着等が発生する。このようなピストンリング及びピストンリング溝の摩耗、アルミ凝着を評価する試験機としては、特開平１０−２４６１４９号公報（特許公報１）、特開平６−１０９１３５号公報（特許公報２）に記載されているものが一般的であった。

特開平１０−２４６１４９号公報記載の装置では、ピストンリングのテストピースを、ピストンからの切り出し材を相手材として所定の荷重を付加しながら摺動させ、試験温度を加熱ヒーターにより所定の温度として所定の条件で単体凝着摩耗試験を行うものであり、摺動面の凝着発生までの時間を測定して評価を行う。

特開平６−１０９１３５号公報記載の装置では、ピストンリングをピストン材に対して一定時間反復して叩き付け、その後のピストンリングとピストン材の表面状態を評価するものである。ピストンリングが叩きつけられるステータは、回転可能なターンテーブルに担持されており、ピストンリングを保持するホルダはエアシリンダの動作によってピストンリングの軸方向に移動可能である。評価は試験後に叩かれ面を観察することにより行う。
特開平１０−２４６１４９号公報特開平６−１０９１３５号公報

しかし、特開平１０−２４６１４９号公報記載の装置では、摺動摩耗を評価するものであり、ピストンリングは常にピストン材に押し付けられているため、当該試験装置による摺動状況は実機における摺動状況、即ち実際のエンジン内での摺動状況とは異なる。

また、特開平６−１０９１３５号公報記載の装置では、叩き摩耗を評価するものであり、前述のようにピストンリングが上下に移動することによる叩きを再現している。しかし、ピストンリング下側面のみの評価であるため、実際のエンジン内での摺動状況であるピストンリング及びピストンリング溝の上側・下側面の凝着摩耗、叩き摩耗を再現することはできなかった。

このように実際のエンジン内での摺動状況に近似させた状況下での評価を行うことができなかったため、実機に使用される実際の製品としてのピストンリング、ピストンリング溝摩耗、及びアルミ凝着の評価・解析を行うことは困難であった。そこで、本発明は、実際にエンジンに組み込まれ使用される状態に極めて近似した状態でピストンリング、ピストンリング溝の評価を行うことができるピストンリングとピストンリング溝との双方又はいずれか一方の摩耗を評価する摩耗試験装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、駆動源と、該駆動源に接続され軸心方向に移動不能であり、該駆動源により該軸心に対して偏心回転する偏心回転部を備えた駆動部と、該偏心回転部と相対回転関係にありかつ該駆動部に対して該軸心方向に往復動作可能な支持部と、該支持部と該駆動部との間に設けられ、該偏心回転部の偏心回転を該軸心方向における該支持部の往復運動に変換する運動変換部と、該支持部に固定され外周面に試験対象であるピストンリング溝が形成されたピストン相当部と、移動不能に配置されるとともに、該ピストンリング溝に装着された試験対象であるピストンリングの外周面が摺動するシリンダ相当部とを備えているピストンリングとピストンリング溝との双方又はいずれか一方の摩耗を評価する摩耗試験装置を提供している。

ここで、該ピストン相当部には少なくとも３本のピストンリング溝が形成されてそれぞれピストンリングを装着し、該シリンダ相当部には、該シリンダ相当部の内周面と、該ピストン相当部の外周面と、該ピストン相当部の該ピストンリング溝に装着されたピストンリングとで画成される環状の空隙にガス圧を導入するための貫通孔が形成されていることが好ましい。

また、該ピストンリングはオイルリングであり、該シリンダ相当部には、燃焼生成物を含むオイルを該オイルリングに供給可能な貫通孔が形成されていることが好ましい。

本発明の請求項１記載のピストンリングとピストンリング溝との双方又はいずれか一方の摩耗を評価する摩耗試験装置によれば、偏心回転部の偏心回転により支持部がピストン相当部の半径方向に移動可能であるため、支持部に支持されたピストン相当部のシリンダ相当部に対するピストンスラップ（シリンダ中をピストンが上下運動する際にピストンが首振り的運動する）運動が再現できる。またそれと同時に、偏心回転部の偏心回転により、運動変換部を介して支持部が駆動部の軸方向に往復動作するので、支持部に支持されたピストン相当部も同様に往復動作する。そのためピストン相当部のピストンスラップ運動とピストン相当部の軸方向の往復運動が同時に実現でき、実際のエンジン内での摺動環境に近似させることが可能となる。従って、ピストンリングの摩耗や、ピストンリング溝上下面の摩耗を実機に近い状況で把握することができる。しかも駆動源は、例えば電動モータを用いることで、実際のエンジンによる場合と比較してきわめて低コストで摩耗試験を行うことができる。

加えて、ピストン相当部のピストンリング溝は、実際のエンジン製造のためのピストンリング溝加工装置をそのまま利用して形成することができ、容易に且つ正確にピストンリング溝が形成できる。更に、ピストンリングがキーストンリング等のように、ピストンリング軸方向端面が互いに平行でないピストンリングを収容するためのピストンリング溝も、実際のリング溝加工装置によって、容易に形成できるので、上下面が多様に傾斜しているピストンリング溝を形成してピストンリング溝の摩耗試験を行うこともでき、最適のピストンリング溝形状を提供することができる。

請求項２記載のピストンリングとピストンリング溝との双方又はいずれか一方の摩耗を評価する摩耗試験装置によれば、シリンダ相当部に形成された貫通孔を通じて筒状の隙間にガス圧を導入することができるので、ピストン相当部の上下運動に際して、ピストンリングの軸方向端面（上下面）を確実にピストンリング溝の下面又は上面に当接することができ、エンジンに組み込まれ使用される状態のピストンリングの挙動によりいっそう近似させることができる。

請求項３記載のピストンリングとピストンリング溝との双方又はいずれか一方の摩耗を評価する摩耗試験装置によれば、シリンダ相当部に形成された貫通孔を通じて燃焼生成物や不溶解分を含むオイルをオイルリングに供給可能であるので、請求項１の効果である実際のエンジンにおけるピストンの挙動に近似させた状態を実現させた状態で、スラッジの固着状況及びスティックの発生状態を調べることができる。

本発明の実施の形態によるピストンリングとピストンリング溝との双方又はいずれか一方の摩耗を評価する摩耗試験装置について図１乃至図２に基づき説明する。図１に示されるように、摩耗試験装置１は、駆動軸１０と、ハウジング６０と、図示せぬモータとを有している。なお図１では、説明の便宜上摩耗試験装置１の左半分のみを図示している。

駆動軸１０は、図２においてＡで示されるように、一端寄りの部分と他端寄りの部分とでは軸心位置が０．１５ｍｍ〜０．２ｍｍ程ずれている。このずれは、実際のエンジンにおけるピストンランド上部のピストンスラップによる移動量に略等しい。駆動軸１０の図２の下方の部分に相当する一端寄りの部分を軸心一致回転部１１とし、他端寄りの部分に相当する上方の部分を偏心回転部１２とする。なお図２では、軸心位置のずれが分かりやすいように、軸心位置のずれを強調して図示している。従って、図１に示される駆動軸１０には、軸心位置のずれが現れていない。

図１に示す駆動軸１０の一端部、即ち、軸心一致回転部１１の下端部には、ベルトプーリー１３が設けられている。ベルトプーリー１３は駆動軸１０の軸心一致回転部１１と同軸的に設けられており、図示せぬベルトの一端が掛けられている。図示せぬベルトの他端は、図示せぬモータの出力軸に掛けられており、図示せぬモータが駆動することにより、ベルトプーリー１３が駆動軸１０の軸心一致回転部１１と一体で、軸心一致回転部１１の軸心位置を中心として回転するように構成されている。図示せぬモータは１馬力程度の小型のものであり、省電力により回転駆動する。図示せぬモータは駆動源に相当する。

駆動軸１０の軸心一致回転部１１は、図１に示されるように、ベアリング１４、１５を介してハウジング６０によって、軸心一致回転部１１の軸心位置を中心として回転可能に支承されている。ベアリング１４の上部には、軸心一致回転部１１の半径方向へ突出する突出部１１Ａが設けられており、突出部１１Ａの下端がベアリング１４の上端に当接し、ベアリング１５の下端には、ナット８を設け、ベアリング１５とナット８との間にワッシャー９を介在させている。

図１に示される駆動軸１０の偏心回転部１２の下端には、偏心回転部１２の半径方向へ突出するフランジ部１２Ａが設けられている。フランジ部１２Ａの上端には、偏心回転部１２の軸心から離れるにつれて偏心回転部１２の軸方向であって図１の下方へ傾斜するテーパー面たるカム面１６Ａを有するカム１６が、フランジ部１２Ａの上端面全面にわたって設けられている。偏心回転部１２の軸方向におけるカム面１６Ａの高低差は２．５〜５．０ｍｍ程度である。

カム１６が設けられている位置よりも駆動軸１０の偏心回転部１２の上端寄りの位置には、偏心回転部１２を環装するようにしてリニアボールベアリング１７が設けられている。リニアボールベアリング１７は、カラー１７Ａと複数のボール１７Ｂとを有しており、図１に示されるように、複数のボール１７Ｂは、駆動軸１０の偏心回転部１２の軸方向へ並べられた状態でカラー１７Ａ内に収容されている。リニアボールベアリング１７は、駆動軸１０の偏心回転部１２に対して偏心回転部１２の軸方向へ摺動可能且つ、偏心回転部１２に対して相対的に回転可能に構成されている。

駆動軸１０の偏心回転部１２の図１に示される上端には、図１の下方へ窪んだ凹部をなし雌ネジが螺刻されたネジ穴１２ａが形成されている。ネジ穴１２ａには、ボルト１８が螺合している。ボルト１８と、駆動軸１０の偏心回転部１２の上端との間には、当該上端から偏心回転部１２の半径方向へ突出するフランジ状の環状部材１９が設けられており、ボルト１８と偏心回転部１２の上端とによって環状部材１９が挟まれることにより、駆動軸１０の軸方向へ移動不能となっている。駆動源に相当する図示せぬモータに接続され、軸心方向に移動不能であり、駆動源により駆動軸１０の軸心一致回転部１１に対して偏心回転する偏心回転部１２を備えた駆動軸１０の構成は駆動部に相当する。

駆動軸１０の偏心回転部１２のフランジ部１２Ａよりも図１に示される上方の部分は、支持部３０により覆われている。支持部３０は、駆動力伝達部３１と、ピストン相当部支持部３２とを有しており、駆動力伝達部３１は、図１に示されるように、リニアボールベアリング１７を介して駆動軸１０の偏心回転部１２の下部を環装している。駆動力伝達部３１の上端はフランジ状部３１Ａをなして偏心回転部３２の回転軸の半径方向に突出している。また、偏心回転部１２のフランジ部１２Ａに対向する駆動力伝達部３１の部分はフランジ部１２Ａに倣ってフランジ部３１Ｂをなし、当該フランジ部３１Ｂよりも下の部分は、フランジ部３１Ｂよりも上の部分よりも拡径した拡径筒状部となっている。

駆動力伝達部３１のフランジ部３１Ｂの下面には、環状をなすラジアル玉軸受３３とラジアル玉軸受３３の内周に丸棒のシャフト３５とが設けられている。ラジアル玉軸受３３は駆動軸１０の偏心回転部１２に垂直方向に配置されている。シャフト３５は２つのラジアル玉軸受３３に挟まれるようにしてラジアル玉軸受３３と同軸的に配置されている。

ラジアル玉軸受３３は、一般的には、同軸的に配置される環状の外輪３３Ａ、内輪３３Ｂと、外輪３３Ａ、内輪３３Ｂに配置された環状の図示せぬ保持器及び図示せぬ保持器に回転可能に保持された複数のボール３３Ｃとから構成されている。ラジアル玉軸受３３の外輪３３Ａはカム１６及び偏心回転部１２と一体で偏心運動するが、このときラジアル玉軸受３３の外輪３３Ａがカム１６のカム面１６Ａに乗り上がり、カム面１６Ａ上において転がることができるように構成されている。

従って、駆動軸１０の軸心一致回転部１１が回転することにより、駆動軸１０の偏心回転部１２が偏心回転し、このことにより、図１の下方に配置されたラジアル玉軸受３３の外輪３３Ａが偏心回転部１２の半径方向において偏心回転部１２に接近した位置関係になったときに、カム１６によって当該外輪３３Ａが偏心回転部１２の軸方向であって図１の上方へ押上げられ、ラジアル玉軸受３３、駆動力伝達部３１、ピストン相当部支持部３２、及びピストン相当部４０を一体で偏心回転部１２の軸方向であって図１の上方へ押上げるように構成されている。

また、ラジアル玉軸受３３の外輪３３Ａが偏心回転部１２の半径方向において偏心回転部１２から離間した位置関係になったときに、カム１６によって当該外輪３３Ａが偏心回転部１２の軸方向であって図１の下方へ下がり、ラジアル玉軸受３３と、駆動力伝達部３１、ピストン相当部支持部３２、及びピストン相当部４０とが一体で偏心回転部１２の軸方向であって図１の下方へ下がるように構成されている。これを繰り返すことにより、外輪３３Ａと駆動力伝達部３１、ピストン相当部支持部３２、及びピストン相当部４０とが一体で偏心回転部１２の軸方向へ往復運動する。カム１６とラジアル玉軸受３３とシャフト３５とは運動変換部を構成する。

また、駆動力伝達部３１の上端にはスプリング２０が設けられている。スプリング２０は、その下端が駆動力伝達部３１の上端に当接しており、上端が環状部材１９の下端に当接しており、常時駆動力伝達部３１を駆動軸１０の軸方向であって図１の下方へ付勢している。このことによりカム１６から、図１の下方に配置されたラジアル玉軸受３３の外輪３３Ａの外周面全てが同時に離間してしまうことを防止することができる。

偏心回転部１２に対向する駆動力伝達部３１の上端の内周面と偏心回転部１２との間にはオイルシール２１が設けられている。また、偏心回転部１２に対向する駆動力伝達部３１の下端の内周面と偏心回転部１２のフランジ部１２Ａとの間にはオイルシール２２が設けられている。リニアボールベアリング１７を取囲む空間、即ち、これらのオイルシール２１、２２と駆動力伝達部３１と駆動軸１０の偏心回転部１２とによって囲まれる空間には、図示せぬオイル供給機構によりオイルを供給可能であり、供給されたオイルはオイルシール２１、２２によってこの空間外に漏れることが防止されている。

ピストン相当部４０の外周面にはピストンリング溝４０ｃ〜４０ｅが形成されている。ピストンリング溝４０ｃ〜４０ｅは、ピストン相当部４０の軸方向へ所定の間隔を隔てて３つ形成されており、各ピストンリング溝４０ｃ〜４０ｅにそれぞれ１つずつ試験対象であるピストンリング２Ａ〜２Ｃを一本ずつ装着可能である。

ピストン相当部４０の外周面に対向する位置にはシリンダ相当部５０が設けられている。シリンダ相当部５０は、鋳鉄材からなり略筒状をなしており、ピストン相当部４０と略同軸的に配置されている。シリンダ相当部５０の内周面は、ピストン相当部４０の外周面に対向し、ピストン相当部４０のピストンリング溝４０ｃ〜４０ｅに装着されたピストンリング２Ａ〜２Ｃの外周摺動面に摺動するように構成されている。シリンダ相当部５０の下端は図示せぬボルトによってハウジング６０に固定されており、ハウジング６０に対して移動不能である。

このピストン相当部４０に駆動軸１０の軸心回転部１２の偏心回転とカム１６によって偏心回転部１２の軸方向の往復運動を伝える為に、ピストン相当部４０と支持部３０との間に、ピストン相当部支持部３２が設けられている。ピストン相当部支持部３２は、駆動力伝達部３１よりも図１の上方に設けられており、駆動軸１０の偏心回転部１２の上端部を環装している。駆動力伝達部３１の上端は、ピストン相当部支持部３２の下端に図示せぬボルトで連結されており、駆動力伝達部３１とピストン相当部支持部３２とは一体で駆動軸１０の偏心回転部１２の軸方向へ移動可能である。

ピストン相当部支持部３２の上端近傍部分には、駆動軸１０の半径方向へ延出するフランジ状の支持凸部３２Ａが設けられている。支持凸部３２Ａには、一端が有底の略円筒形状をなすピストン相当部４０の他端が載置され、図示せぬボルトによって支持凸部３２Ａとピストン相当部４０の他端とが固定されている。ピストン相当部４０の材質は、特に限定されないがアルミニウム合金やスチール材からなり、ピストン相当部支持部３２及び駆動力伝達部３１と同軸的に配置されている。ピストン相当部４０の一端を閉塞する底壁４０Ａの中心位置には貫通孔４０ａが形成され、雄ネジが螺刻されたボルト４１が貫通している。

より詳細には、貫通孔４０ａには貫通孔４０ａ内に嵌合する嵌合部材４２が設けられており、嵌合部材４２の上端はピストン相当部４０の底壁４０Ａの上面よりも上方へ突出し、貫通孔４０ａよりも径の大きなフランジ部を有している。嵌合部材４２の下端は底壁４０Ａの下面よりも下方へ突出している。貫通孔４０ａの軸心位置に相当する嵌合部材４２の中央位置には、貫通孔４０ａの軸心方向へ延出し内周面に雌ネジが螺刻された貫通孔４２ａが形成されており、ボルト４１が雌ネジに螺合している。ボルト４１の頭は嵌合部材４２の上面に当接している。ボルト４１の下端部は、嵌合部材４２の下端よりも更に下方へ突出している。ボルト４１の下端部には円盤状押さえ板４３が設けられている。円盤状押さえ板４３は、中心位置に内周面に雌ネジが螺刻された貫通孔４３ａが形成されており、貫通孔４３ａには、当該ボルト４１の下端部が螺合し、円盤状押さえ板４３はボルト４１に対してフランジ状をなしている。

円盤状押さえ板４３とピストン相当部４０の底壁４０Ａの下面との間には、ヒーター４４が設けられている。ヒーター４４は、円盤状押さえ板の上面とピストン相当部４０の底壁４０Ａの下面とによって挟持されており、ピストン相当部４０を実際のエンジンにおけるピストンと同様の高温とすることができるように構成されている。

シリンダ相当部５０には、貫通孔５０ａが形成されており、貫通孔５０ａには、図示せぬガス供給装置とオイル供給装置とが設けられている。シリンダ相当部５０の内周面における貫通孔５０ａの開口部は、３つのピストンリング２Ａ〜２Ｃのうちの上から２番目のリング２Ｂが後述のように駆動軸１０の軸方向へ往復摺動して軸方向下方へ移動したときに当該２番目のリング２Ｂよりも上方へ相対的に位置することが可能な位置であり、且つ上から２番目のリング２Ｂが駆動軸１０の軸方向へ往復摺動して軸方向上方へ移動したときに当該２番目のリング２Ｂよりも下方へ相対的に位置することが可能な位置である。

このような位置とすることで、２番目のリング２Ｂよりも貫通孔５０ａが上方へ相対的に位置したときに、当該２番目のリング２Ｂの下面をピストンリング溝４０ｄの下面に確実に当接させ、且つ１番上のリング２Ａの上面をピストンリング溝４０ｃの上面に確実に当接させることができる。また、２番目のリング２Ｂよりも貫通孔５０ａが下方へ相対的に位置したときに、当該２番目のリング２Ｂの上面をピストンリング溝４０ｄの上面に確実に当接させ、且つ１番下のリング２Ｃの下面をピストンリング溝４０ｅの下面に確実に当接させることができる。このように周期的にガス圧が作用する方向を替えることにより、実際のエンジンにおいてガス圧や慣性力が作用している環境に極めて近似した環境にピストンリング２Ａ〜２Ｃを曝すことができる。

ピストンリング２Ａ〜２Ｃの評価を行う際には、先ず、ピストン相当部４０を製造する。ピストン相当部４０は、実際にエンジンに組み込まれるピストンと同一の材料で製造し、ピストンリング溝を形成するための図示せぬピストンリング溝加工装置によって、実際のエンジンで使用されるピストンに形成されるピストンリング溝と同一の形状、同一の本数のピストンリング溝４０ｃ〜４０ｅを形成する。本実施の形態では、上述のように３本のピストンリング溝４０ｃ〜４０ｅが形成される。また、シリンダ相当部５０を製造する。シリンダ相当部５０は実際にエンジンに組み込まれるシリンダと同一の材料で製造される。

次に、ピストン相当部４０のピストンリング溝４０ｃ〜４０ｅに評価対象となるピストンリング２Ａ〜２Ｃを装着し、ピストン相当部４０をピストン相当部支持部３２に固定するとともに、シリンダ相当部５０をハウジング６０に固定する。

次に、図示せぬモータを駆動させ、駆動軸１０の軸心一致回転部１１を回転させることにより偏心回転部１２を偏心回転させる。偏心回転部１２が偏心回転し始め、ラジアル玉軸受３３の外輪３３Ａが偏心回転部１２の半径方向において偏心回転部１２に接近した位置関係となると、このことにより、カム１６によって当該外輪３３Ａが偏心回転部１２の軸方向であって図１の上方へ押上げられ、ラジアル玉軸受３３が駆動力伝達部３１、ピストン相当部支持部３２、及びピストン相当部４０を一体で偏心回転部１２の軸方向であって図１の上方へ押上げる。

このとき、シリンダ相当部５０の貫通孔５０ａからガスが供給され、シリンダ相当部５０の内周面と、ピストン相当部４０の外周面と、ピストン相当部４０のピストンリング溝４０ｄ、４０ｅに装着されたピストンリング２Ｂ、２Ｃとで画成される環状の空隙にガスが供給される。このことにより、図１の上から２番目のピストンリング２Ｂはガスによって上方へ押上げられ、上から２番目のピストンリング２Ｂの上面は上から２番目のピストンリング溝４０ｄの上面に叩き付けられる。また、図１の一番下のピストンリング２Ｃはガスによって下方へ押上げられ、一番下のピストンリング２Ｃの下面は一番下のピストンリング溝４０ｅの下面に叩き付けられる。

更に偏心回転部１２が回転し続け、ラジアル玉軸受３３の外輪３３Ａが偏心回転部１２の半径方向において偏心回転部１２から離間した位置関係となると、カム１６によって当該外輪３３Ａが偏心回転部１２の軸方向であって図１の下方へ下がり、ラジアル玉軸受３３と駆動力伝達部３１、ピストン相当部支持部３２、及びピストン相当部４０とが一体で偏心回転部１２の軸方向であって図１の下方へ下がる。

このとき、シリンダ相当部５０の貫通孔５０ａから供給されるガスによって、図１の上から２番目のピストンリング２Ｂはガスによって下方へ押上げられ、上から２番目のピストンリング２Ｂの下面は上から２番目のピストンリング溝４０ｄの下面に叩き付けられる。また、図１の一番上のピストンリング２Ａはガスによって上方へ押上げられ、一番上のピストンリング２Ａの上面は一番上のピストンリング溝４０ｃの上面に叩き付けられる。以上のようにして、実際のエンジンに組み込まれ、ピストンに装着されたピストンリング２Ａ〜２Ｃの状態、ピストンリング溝４０ｃ〜４０ｅの状態と極めて近似した状態で評価を行うことにより、ピストンリング２Ａ〜２Ｃの上面、下面における凝着摩耗、叩き摩耗を評価でき、また、ピストンリング溝４０ｃ〜４０ｅのピストンリング２Ａ〜２Ｃに対する凝着摩耗、叩き摩耗を評価することができる。

上述のように、偏心回転部１２の偏心回転により支持部３０がピストン相当部４０の半径方向に移動可能であるため、支持部３０に支持されたピストン相当部４０のシリンダ相当部５０に対するピストンスラップ運動が再現できる。またそれと同時に、偏心回転部１２の偏心回転により、運動変換部を介して支持部３０が駆動部の軸方向に往復動作するので、支持部３０に支持されたピストン相当部４０も同様に往復動作する。そのためピストン相当部４０のピストンスラップ運動とピストン相当部４０の軸方向の往復運動が同時に実現でき、実際のエンジン内での摺動環境に近似させることが可能となる。従って、ピストンリング２Ａ〜２Ｃの摩耗や、ピストンリング溝４０ｃ〜４０ｅ上下面の摩耗を実機に近い状況で把握することができる。しかも駆動源は、上述のように小型の電動モータを用いることで、実際のエンジンによる場合と比較してきわめて低コストで摩耗試験を行うことができる。

加えて、ピストン相当部４０のピストンリング溝４０ｃ〜４０ｅは、上述のように実際のエンジン製造のためのピストンリング溝加工装置をそのまま利用して形成することができ、容易に且つ正確にピストンリング溝４０ｃ〜４０ｅを形成できる。更に、リング軸方向端面が互いに平行でないリングを収容するためのリング溝も、実際のリング溝加工装置によって、容易に形成できるので、上下面が多様に傾斜しているリング溝を形成して溝の摩耗試験を行い、最適のリング溝形状を提供することができる。

本発明によるピストンリングとピストンリング溝との双方又はいずれか一方の摩耗を評価する摩耗試験装置は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、ピストン相当部４０のピストンリング溝４０ｃ〜４０ｅの本数やピストンリング溝４０ｃ〜４０ｅの形状等は、本実施の形態のものに限定されない。例えば図３に示されるように、ピストン相当部１４０のピストンリング溝１４０ｃ、１４０ｄを２本として、図３の下方のピストンリング溝１４０ｄにオイルリング１０２Ｂを嵌合するようにしてもよい。

そして、本実施の形態では、シリンダ相当部５０の貫通孔５０ａには、図示せぬガス供給装置とオイル供給装置とが接続されていたが、これに限定されない。例えばこれらに代えて、図３に示されるように、ＮＯガス供給装置１４５と、実機のオイルパンから摂取したオイル、即ちガソリンが混ざっている燃料入りオイルを供給するための燃料入りオイル供給装置１４６とを接続し、間欠的にＮＯガスを燃料入りオイルと共に供給してもよい。

以上のような図３に示される構成とすることにより、実際のエンジンにおけるピストンの挙動に近似させた状態を実現させた状態で、オイルリング１０２Ｂのスラッジの固着評価にも使用することができ、いわゆるスティック評価やスラッジ固着雰囲気評価を行うことができる。特に、ピストンリング溝１４０ｄの形状や寸法等によってスラッジの付着の状況が変わるため、スラッジの付着に関するピストンリング溝１４０ｄの評価も行うことができる。

この場合には、スラッジ生成を促進させるために、本実施の形態における図１に示すヒーター４４を用いる代わりに図示せぬ加熱用ドライヤー等を用いて、図３に示すピストン相当部１４０の上端面を１００℃〜２００℃に、より具体的には１５０℃前後に加熱する。

また、本実施の形態では、シリンダ相当部５０の内周面における貫通孔５０ａの開口部は、３つのピストンリング２Ａ〜２Ｃのうちの上から２番目のリング２Ｂが、駆動軸１０の軸方向へ往復摺動して下方へ移動したときに当該２番目のリング２Ｂよりも上方へ相対的に位置することが可能な位置であり、且つ上から２番目のリング２Ｂが、駆動軸１０の軸方向へ往復摺動して上方へ移動したときに当該２番目のリング２Ｂよりも下方へ相対的に位置することが可能な位置であったが、この位置に限定されない。例えば、評価試験によっては、３つのピストンリング２Ａ〜２Ｃのうちの上から２番目のリング２Ｂが、駆動軸１０の軸方向へ往復摺動しているときに、当該２番目のリング２Ｂよりも常時上方へ位置していてもよく、また、当該２番目のリング２Ｂよりも常時下方へ位置していてもよい。

本発明の実施の形態によるピストンリングとピストンリング溝との双方又はいずれか一方の摩耗を評価する摩耗試験装置を示す要部断面図。本発明の実施の形態によるピストンリングとピストンリング溝との双方又はいずれか一方の摩耗を評価する摩耗試験装置の駆動軸を示す概念図。本発明の実施の形態によるピストンリングとピストンリング溝との双方又はいずれか一方の摩耗を評価する摩耗試験装置の変形例を示す要部断面図。

符号の説明

１摩耗試験装置
２Ａ〜２Ｃピストンリング
１０駆動軸
１２偏心回転部
１６カム
３３ラジアル玉軸受
４０ピストン相当部
５０シリンダ相当部
５０ａ貫通孔
４０ｃ〜４０ｅピストンリング溝

Claims

駆動源と、
該駆動源に接続され軸心方向に移動不能であり、該駆動源により該軸心に対して偏心回転する偏心回転部を備えた駆動部と、
該偏心回転部と相対回転関係にありかつ該駆動部に対して該軸心方向に往復動作可能な支持部と、
該支持部と該駆動部との間に設けられ、該偏心回転部の偏心回転を該軸心方向における該支持部の往復運動に変換する運動変換部と、
該支持部に固定され外周面に試験対象であるピストンリング溝が形成されたピストン相当部と、
移動不能に配置されるとともに、該ピストンリング溝に装着された試験対象であるピストンリングの外周面が摺動するシリンダ相当部とを備えていることを特徴とするピストンリングとピストンリング溝との双方又はいずれか一方の摩耗を評価する摩耗試験装置。
該ピストン相当部には少なくとも３本のピストンリング溝が形成されてそれぞれピストンリングを装着し、該シリンダ相当部には、該シリンダ相当部の内周面と、該ピストン相当部の外周面と、該ピストン相当部の該ピストンリング溝に装着されたピストンリングとで画成される環状の空隙にガス圧を導入するための貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１記載のピストンリングとピストンリング溝との双方又はいずれか一方の摩耗を評価する摩耗試験装置。
該ピストンリングはオイルリングであり、該シリンダ相当部には、燃焼生成物を含むオイルを該オイルリングに供給可能な貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１記載のピストンリングとピストンリング溝との双方又はいずれか一方の摩耗を評価する摩耗試験装置。