JP5004812B2

JP5004812B2 - 往復動内燃機関のシリンダ直径計測器

Info

Publication number: JP5004812B2
Application number: JP2008004377A
Authority: JP
Inventors: 正紀田中
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2028-01-11
Also published as: KR101236382B1; KR20090077661A; CN101482389A; JP2009168502A; CN101482389B

Description

本発明は、往復動内燃機関のシリンダ直径計測器、更に詳しくは、クロスヘッド型内燃機関など、比較的大型の内燃機関のシリンダ直径を計測する往復動内燃機関のシリンダ直径計測器に関する。

クロスヘッド型内燃機関などの比較的大型の内燃機関は、シリンダライナ（シリンダスリーブということもある。）の磨耗が一定限度を越えれば、シリンダライナを交換する必要がある。また、時間当たりの磨耗が大きい場合は、シリンダに供給する潤滑油の量を増やして、磨耗を防止するなどの処置を施す必要がある。このため、クロスヘッド型内燃機関などの比較的大型の内燃機関において、シリンダ直径の計測は、シリンダライナの磨耗を知り、適切な保守作業を行うために必要となる。

クロスヘッド型内燃機関は、シリンダ直径に対してストロークが長い比較的大型の内燃機関であるから、シリンダ直径の計測の際には、人がシリンダの中に入って計測する場合が多い。しかし、人がシリンダの中に入ってシリンダ直径を計測するため、危険を伴うばかりでなく、シリンダ直径を計測するシリンダ直径計測器にダイヤルゲージが使用されているため、計測に先立って、その都度、基準長さの校正器によってダイヤルゲージを校正する必要があり、取り扱いが面倒であった。

他方、水平対向エンジンのシリンダボア測定装置であるが、シリンダ軸に平行な貫通穴にシリンダ内部からエンジン外へ移動可能に挿入した操作子と、この操作子の一端に取り付けてシリンダ内部に配置した測定ヘッドと、この測定ヘッドに取り付けてシリンダの内面までの距離を測定する測定子とからなるシリンダボア測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、このシリンダボア測定装置は、シリンダの内径を測定する際に、予め、シリンダ内に測定子を備えた測定ヘッドをセットし、次に、この測定ヘッドにシリンダヘッド部のプラグ穴（貫通穴）に挿通した操作子を接続し、更に、左右のシリンダ同士をボルトで締め付けるとともに、一方のシリンダにシリンダヘッド部を取り付け、更に、このシリンダヘッド部にシリンダボア測定装置を取り付けるため、準備に多大な労力と時間を必要とし、シリンダの内径を簡単に、かつ、効率的に測定できないと云う問題がある。

また、従来のシリンダボア測定装置は、測定子に接続した配線がパイプ状の操作子の中を通って装置の外方に引き出されているため、操作子をシリンダの軸芯方向に出し入れするのに伴って配線がＵ字状に撓んだり、あるいは直線状に伸長して操作の邪魔になる場合がある。
特開２００６−３８６１９号公報

本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、往復動内燃機関のシリンダ直径を精度良く、かつ、容易に計測できるばかりでなく、取扱い性に優れた往復動内燃機関のシリンダ直径計測器を提供することにある。

請求項１に係る往復動内燃機関のシリンダ直径計測器は、往復動内燃機関のシリンダの軸芯上に設けたガイドと、該ガイドを保持する支持体と、前記ガイドに摺動自在に挿入した支持棒と、前記シリンダの軸芯と交差するように前記支持棒に取り付けた測長器より成り、且つ、前記測長器を、棒状の測長器本体と、該測長器本体の先端部に設けた接触又は非接触式でかつ測定距離を電気信号に変換して出力する変位変換器により形成した往復動内燃機関のシリンダ直径計測器において、前記支持棒に、中折れ式の支持棒を適用することを特徴とする。

請求項２に係る往復動内燃機関のシリンダ直径計測器は、往復動内燃機関のシリンダの軸芯上に設けたガイドと、該ガイドを保持する支持体と、前記ガイドに摺動自在に挿入した支持棒と、前記シリンダの軸芯と交差するように前記支持棒に取り付けた測長器より成り、且つ、前記測長器を、棒状の測長器本体と、該測長器本体の先端部に設けた接触又は非接触式でかつ測定距離を電気信号に変換して出力する変位変換器により形成した往復動内燃機関のシリンダ直径計測器において、前記測長器における計測ロッドの先端部にシリンダの内面に設けられている注油用の溝又は穴よりも大きな頭部を設けたことを特徴とする。

請求項３に係る往復動内燃機関のシリンダ直径計測器は、往復動内燃機関のシリンダの軸芯上に設けたガイドと、該ガイドを保持する支持体と、前記ガイドに摺動自在に挿入した支持棒と、前記シリンダの軸芯と交差するように前記支持棒に取り付けた測長器より成り、且つ、前記測長器を、棒状の測長器本体と、該測長器本体の先端部に設けた接触又は非接触式でかつ測定距離を電気信号に変換して出力する変位変換器により形成した往復動内燃機関のシリンダ直径計測器において、前記ガイドを保持する支持体に測長器の位置を測定する測長器位置計測機を設けたことを特徴とする。

請求項１に係る発明は、往復動内燃機関のシリンダの軸芯上に設けたガイドと、該ガイドを保持する支持体と、前記ガイドに摺動自在に挿入した支持棒と、前記シリンダの軸芯と交差するように前記支持棒に取り付けた測長器より成り、且つ、前記測長器を、棒状の測長器本体と、該測長器本体の先端部に設けた接触又は非接触式でかつ測定距離を電気信号に変換して出力する変位変換器により形成したので、構造が簡単で非常に取り扱い易いばかりでなく、往復動内燃機関のシリンダ直径を精度良く、かつ、容易に計測することができる。

更に、請求項１に係る発明によれば、支持棒をシリンダ中心に保持するためのガイドが一箇所あれば良いので、測長器を一本の棒状の簡単な構造とすることができる。このような簡単な構造の測長器は、シリンダ内に挿入する場合に非常に便利である。

請求項２に係る発明は、支持棒に、中折れ式の支持棒を適用するため、ストロークの大きい大型のシリンダに対して十分に対応することができる。

請求項３に係る発明は、測長器本体に、折り畳み式の測長器本体を適用するため、排気弁を除去した排気弁装着孔でも測長器を容易に出し入れすることができる。

請求項４に係る発明は、測長器を傾斜させて排気弁取付孔を通過させるため、排気弁を除去した排気弁装着孔でも測長器を容易に出し入れすることができる。

請求項５に係る発明は、測長器における計測ロッドの先端部にシリンダの内面に設けられている注油用の溝又は穴よりも大きな頭部を設けたため、シリンダの内面に設けられている注油用の溝又は穴に計測ロッドの先端部が嵌まるようなことがなく、往復動内燃機関のシリンダ直径を円滑に計測することができる。

請求項６に係る発明は、ガイドを保持する支持体に測長器の位置を測定する測長器位置計測機を設けたため、測長器の位置を確実に把握できるようになった。

以下、本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。

図１において、符号１は、本発明に係るシリンダ直径計測器であり、クロスへツド型内燃機関１００のシリンダ直径を計測するために、シリンダ１０１の上端部に設置されている。

クロスへツド型内燃機関１００は、ピストン１０２がピストン棒１０３およびクロスへツド（図示せず）を介して連結棒１０４に連結されている機関であり、符号１０５はクロスへツド軸中心、１０６はクランク軸中心、１０７はクランクピン中心を示している。

図２に示すように、本発明のシリンダ直径計測器１は、クロスへツド型内燃機関１００のシリンダ１０１の軸芯Ｏ₁上に設けたガイド２と、ガイド２を保持する複数の支持体３と、前記ガイド２に摺動自在に挿入した支持棒４と、前記シリンダ１０１の軸芯Ｏ₁と直差するように支持棒４の下部に取り付けた測長器（シリンダーゲージ）５により形成されている。

このため、測長器５の軸芯Ｏ₁は水平になっている。なお、説明を簡単にするために、シリンダ１０１は、その軸芯Ｏ₁を鉛直方向に設置しているものとする。

次に、測長器や測長器を水平に保つ機構などについて説明する。

Ａ）測長器について
本発明の測長器は、従来のダイヤルゲージによる計測ではなく、絶対値が計測できる計器（変位変換器）を計測棒（測長器本体）に固定した測長器を用いている。すなわち、本発明の測長器５は、図２に示すように、棒状の測長器本体６と、測長器本体６の先端部に設けた接触又は非接触式でかつ測定距離を電気信号に変換して出力する変位変換器７により形成されている。

測定距離を電気信号に変換する方法としては、差動トランス、渦電流式変位計、レーザー式変位計などを用いることができる。また、接触式の計器と非接触式の計器の両方が使用可能である。これらの計器は、たびたび校正を行わなくても十分な精度で距離を計測することができる。更に、ディーゼル機関のシリンダ内径を計測する場合は、シリンダ内が５０℃を超える高温（例えば、５０℃〜８０℃）となる場合があるため、熱に強い変位計が望ましい。

接触式の測長器５は、図３及び図４に示すように、棒状の測長器本体６の先端部に変位変換器取付台１１を設け、更に、変位変換器取付台１１の先端部に内筒１２を設けている。そして、内筒１２に前記内筒１２を貫通すると共に、第１コイルバネ１３によって前方に付勢させた計測ロッド１４を設けている。この計測ロッド１４は、変位変換器取付台１１に設置した接触式の変位変換器７に接続される。前記内筒１２の外側には、第２コイルバネ１５によって内筒１２の前方に向けて付勢される外筒１６を嵌合させ、更に、外筒１６に設けた板状の保持体１７の両端にシリンダ内面に接触する円弧又は湾曲状の接触面１８を持つ位置補正ガイド１９を設けている。符号１０は第１コイルバネ１３のばね力を調整する調整ねじを示している。

このため、二つに位置補正ガイド１９がシリンダ１０１に接触しようとする結果、測長器５は、図５に示すように、矢印の方向に回転し、測長器５の軸芯Ｏ₂がシリンダ１０１の直径上に移動する。符号２０（図３、図４参照。）は、測長器本体６よりも小径の計測端を示している。

この接触式の測長器５は、予め、基準長さの校正器を用いて基準長さがセットされている。したがって、磨耗などによりシリンダ１０１の直径が基準値よりも大きな場合は、第１コイルバネ１３によって計測ロッド１４が前方に変位してシリンダ１０１の直径の絶対値を計測することができる。

Ｂ）測長器を水平に保つ機構について
計測時には、測長器５をシリンダ１０１の軸芯Ｏ₁を通る平面内に水平に置く必要がある。誤差を許容範囲内に収めるためには、水平面からの角度のズレが制限される。

測長器５とシリンダ軸芯Ｏ₁の角度を許容範囲内に収める方法は、図２に示すように、測長器５の全長の二分の一のところから測長器５の軸芯Ｏ₂に対して垂直に支持棒４を立設し、この支持棒４がシリンダ上部でシリンダ軸芯Ｏ₁に位置するようにシリンダ上部にガイド２を設ける。このため、支持棒４は、常に、シリンダ中心軸上に鉛直に保持されるため、それに垂直な測長器５は、水平を保つことができる。

上記ガイド２は、その軸芯部に断面円形の縦穴８を備えた円筒形のガイドであり、その側面に放射状に取り付けた複数の支持体３によってシリンダ１０１の上端部に設置されている。この支持体３は、その先端部にＬ字形をした位置決め用の切欠き部９を備え、ガイド２の軸芯（図示せず）がシリンダ１０１の軸芯Ｏ₁と一致するようにしている。

このような機構により、測長器５は、一本の棒状の簡単な構造とすることができる。更に、支持棒４をシリンダ中心に保つガイド２が一箇所あれば良いので、測長器全体の構造を簡素化することができる。このような簡単な構造は、測長器をシリンダ内に挿入する際に有利である。

Ｃ）測長器を鉛直に移動させる機構について
支持棒４をシリンダ１０１の軸芯方向に人為的または機械的に抜き差しすることにより測長器５を上下させる。クロスヘッド型内燃機関は、シリンダの直径が３５０ｍｍ〜９８０ｍｍ、シリンダの長さが直径の３〜５倍であるから、支持棒３の長さもシリンダの長さほどになり、取り扱いに差し支えるので、途中で折れ曲がる方式、あるいは継ぎ足す方式が望ましい。

継ぎ足し方式としては、図６に示すように、第１の支持棒４ａの後端の雌ねじ部（図示せず）に第２の支持棒４ｂの先端の雄ねじ部４１を螺着させる方式、あるいは、図７に示すように、第１の支持棒４ａの後端部と第２の支持棒４ｂの先端部とをリンク２１によって屈曲自在に接続させる方式などが考えられる。

Ｄ）測長器の引っ掛かり防止策について
シリンダーライナーの内面には、空気を導入するためのポートや、潤滑油を供給するための溝がある。そこで、測長器の先端がこれらに落ち込んで動かなくなることを防ぐため、図８に示すように、計測ロッド１４の先端部にシリンダの内面に設けられている溝又は穴２２よりも大きな頭部２３を設ける。なお、所望により、測長器を一時的に縮めて測長器を脱出させる機構を設けても良い。

Ｅ）測長器の別態様について
クロスヘッド型内燃機関は、通常、排気弁がシリンダ上部に装備されている。これを取り除くと、ほぼシリンダ直径の二分の一の孔（排気弁取付孔）が開くので、排気弁取付孔２５から測長器５を出し入れする場合は、測長器５を傾けたり、或いは縮めたりできることが望ましい。

図９は、測長器５を屈折式にした例であり、計測時には、図９（ａ）に示すように、測長器５を開いて一直線状にして行ない。測長器を出し入れする場合には、図９（ｂ）に示すように、測長器５を二つに折り畳む。具体的には、ピン３７によって支持棒４の下部に一対のアーム２６を開閉自在に枢着するとともに、二分した前部測長器５ａ及び後部測長器５ｂを各アーム２６に装着させるのである。なお、支持棒４は、先端を偏平に加工して測長器５ａ，５ｂが水平になるようになっている。測長器５ａ，５ｂの開閉は、例えば、Ｔ字形の棒などを操作して人為的に行う。

他方、測長器５の中心を支持棒４の下端部にピン３８によって回転自在に軸着すると、図１０に示すように、測長器５を傾斜させて排気弁取付孔２５を通過させることができる。なお、支持棒４に、例えば、Ｌ字型のストッパー３９を装着することにより、計測時に、測長器５を水平に支持することができる。

Ｆ）測長器の位置計測手段について
（ａ）変位センサ方式：図１１に示すように、レーザーセンサ、超音波センサなどの非接触式の変位センサ２７を測長器５に向けて支持体３に取り付ける。そして、変位センサ２７から測長器５までの距離Ｌ、換言すれば、シリンダ上端１０１ａから測長器５までの距離Ｌを計測する。

（ｂ）ワイヤセンサ方式：図１２に示すように、ワイヤ巻取りドラム２８から引き出したワイヤ２９の先端を測長器５に固着する一方、支持体３にワイヤ巻取りドラム２８の回転を検出する回転検出器（エンコーダー、ポテンショメーター等）３０を設置してシリンダ上端１０１ａから測長器５までの距離を計測する。

（ｃ）ロータリーエンコーダー方式：図１３に示すように、支持棒４に車輪３１を接触させて支持棒４の上下にしたがって車輪３１が回転するようにするとともに、車輪３１の軸３２にロータリーエンコーダー３３を接続し、支持棒４の上下の動きを計測してシリンダ上端１０１ａから測長器５までの距離を計測する。

（ｄ）マーク方式：図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、支持棒４にらせん状の溝３４を設け、これを二個の変位センサＡおよびＢで検知してパルスを出す方式である。この場合、支持棒４の移動の方向を知るため、変位センサＡと、変位センサＡから時計方向に９０°位相をずらして変位センサＢを設けている。
変位センサＡと変位センサＢの信号は、１／４波長ずらせてあり、支持棒４が上に行くとき、変位センサＡのパルスの立ち上がり時（Ｐ点）には、変位センサＢのパルスはＯＦＦである（図１５（ａ）参照。）。他方、支持棒４が下に行くときには、変位センサＡのパルスの立ち上がり時（Ｐ点）には、変位センサＢのパルスはＯＮになる（図１５（ｂ）参照。）。これより、支持棒４を上下させても、その動く方向を知ることができるため、例えば、作業の途中で支持棒４を逆に動かしても、正確に位置を追跡できる。

Ｇ）データ処理機構について
変位変換器７から出力された電子データは、図示しない記録計またはコンピュータに入力し、この入力データを処理してシリンダの形状を把握する。

Ｈ）許容誤差について
シリンダの中心軸・を鉛直とした場合、シリンダの直径は、水平方向となる。測長器が水平からある角度傾いたときの計測誤差については、例えば、許容誤差をシリンダ直径の１／１００，０００とすると、０．２５°となる。

また、測長器の姿勢は、許容誤差範囲内で水平に保持されているものとする。このとき、測長器が水平面内で直径からずれることがある。この場合、例えば、許容誤差をシリンダ直径の１／１００，０００とすると、許容されるずれ量は、２．２ｍｍである。

しかして、図２に示すように、クロスへツド型内燃機関１００のシリンダ１０１内に測調器５を挿入しながらガイド２の周囲に放射状に設けられている支持体３の切欠き部９をシリンダ上端１０１ａに装着すると、ガイド２の軸芯（図示せず）がシリンダ１０１の軸芯Ｏ₁と一致すると同時に、測調器５の姿勢が水平になる。つまり、軸芯Ｏ₂がシリンダ１０１の軸芯Ｏ₁と直角になる。

そして、接触式の変位変換器７を作動させることにより、シリンダ直径の絶対値が記録計またはコンピューターに出力される。記録計またはコンピューターに入力したデータは、処理して記録される。この際、支持棒４を間欠的または連続的に引き下げまたは引き上げることにより、シリンダ上端１０１からピストン上面までのシリンダ全域の磨耗を計測することができる。

本発明に係るシリンダ直径計測器は、クロスへツド型内燃機関のシリンダ直径を計測する場合のほか、比較的大型のディーゼル機関のシリンダ直径を計測する場合にも適用できる。

本発明に係るシリンダ直径計測器をクロスへツド型内燃機関のシリンダに装着した状態を示す一部断面を含む側面図である。本発明に係るシリンダ直径計測器の一部断面を含む側面図である。測長器の平面図である。測長器の一部断面を含む側面図である。測長器の位置修正動作の説明図である。継ぎ足し式支持棒の側面図である。中折れ式支持棒の側面図である。計測ロッド先端の側面図である。（ａ）折り畳み式測長器の伸長時の側面図、（ｂ）折り畳み式測長器の折り畳み時の側面図である。回動式測長器の使用例を示す側面図である。変位センサ方式による測長器位置計測方法説明図である。ワイヤセンサ方式による測長器位置計測方法説明図である。ロータリーエンコーダー方式による測長器位置計測方法説明図である。マーク方式による測長器位置計測方法説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面である。（ａ）は上行時のパルス図、（ｂ）は下行時のパルス図である。

符号の説明

Ｏ₁ 往復動内燃機関のシリンダの軸芯
２ガイド
３支持体
４支持棒
５測長器
６測長器本体
７変位変換器
１０１往復動内燃機関のシリンダ

Claims

往復動内燃機関のシリンダの軸芯上に設けたガイドと、該ガイドを保持する支持体と、前記ガイドに摺動自在に挿入した支持棒と、前記シリンダの軸芯と交差するように前記支持棒に取り付けた測長器より成り、且つ、前記測長器を、棒状の測長器本体と、該測長器本体の先端部に設けた接触又は非接触式でかつ測定距離を電気信号に変換して出力する変位変換器により形成した往復動内燃機関のシリンダ直径計測器において、前記支持棒に、中折れ式の支持棒を適用することを特徴とする往復動内燃機関のシリンダ直径計測器。
往復動内燃機関のシリンダの軸芯上に設けたガイドと、該ガイドを保持する支持体と、前記ガイドに摺動自在に挿入した支持棒と、前記シリンダの軸芯と交差するように前記支持棒に取り付けた測長器より成り、且つ、前記測長器を、棒状の測長器本体と、該測長器本体の先端部に設けた接触又は非接触式でかつ測定距離を電気信号に変換して出力する変位変換器により形成した往復動内燃機関のシリンダ直径計測器において、前記測長器における計測ロッドの先端部にシリンダの内面に設けられている注油用の溝又は穴よりも大きな頭部を設けたことを特徴とする往復動内燃機関のシリンダ直径計測器。
往復動内燃機関のシリンダの軸芯上に設けたガイドと、該ガイドを保持する支持体と、前記ガイドに摺動自在に挿入した支持棒と、前記シリンダの軸芯と交差するように前記支持棒に取り付けた測長器より成り、且つ、前記測長器を、棒状の測長器本体と、該測長器本体の先端部に設けた接触又は非接触式でかつ測定距離を電気信号に変換して出力する変位変換器により形成した往復動内燃機関のシリンダ直径計測器において、前記ガイドを保持する支持体に測長器の位置を測定する測長器位置計測機を設けたことを特徴とする往復動内燃機関のシリンダ直径計測器。