JP5519197B2 - エンジンバランス測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車等のエンジンのアンバランス量を測定するためのエンジンバランス測定装置に関するものである。

従来、例えば自動車は、運転時の騒音を防止し、静粛性を向上させるために、エンジンの振動を低減することが必要であり、そのために、エンジンクランク軸のウェブ、又は、外側に取り付けられたプーリ、フライホイールを利用したアンバランスの修正が行われている。従って、そのために、エンジンのアンバランス量を測定し、修正するためのエンジンバランス測定装置が種々提案され、また、実用化されている。

図７は、特許文献１に開示される、回転体の釣合い試験を行うための釣合い試験機を示す。本例にて、釣合い試験機は、回転体６から軸受けＲ１に加わる静荷重Ｐ１は振動架台２を介して荷重検出手段としての歪みゲージ４ａ、４ｂ及び荷重計５ａにより検出される。他方、回転体６から軸受けＲ２に加わる静荷重Ｐ２は振動架台３を介して荷重検出手段としての歪みゲージ４ｃ、４ｄ及び荷重計５ｂにより検出される。

しかしながら、特許文献１に開示される釣合試験機は、回転体６から軸受けＲ１、Ｒ２に加わる静荷重Ｐ１、Ｐ２を利用するものであって、自動車製造ラインにて軸受け部の測定はできないため、個々のエンジンのバランスを測定するのには利用することができない。

そこで、自動車のエンジンバランスを測定するのに利用することのできるエンジンバランス測定装置の一例が特許文献２に記載されている。本願添付の図８に概略構成を示す。

特許文献２に記載のエンジンバランス測定装置５１は、架台５２、モータ５３、連結装置５４、ギャップセンサ５５、加速度センサ５６、５６、制御装置５７を備えている。

架台５２は、固定部６１と、支持バネ６２を介して固定部６１に支持された振動部６３とを備え、エンジン６０は、固定アーム６４にて振動部６３の上面に固定されている。つまり、エンジン６０は、振動可能に架台５２に支持されている、所謂、フローティング方式を採用したエンジンバランス測定装置である。

特許文献２に記載のフローティング方式のエンジンバランス測定装置５１は、モータ５３によりエンジン６０を駆動し、その時に生じるエンジン６０の振動を加速度センサ５６、５６が検出し、制御装置５７にその信号を送信する。制御装置５７は、更に、ギャップセンサ５５からの、モータ５３の軸線とエンジン６０のクランク軸線とのズレ量信号等をも考慮して、これら入力信号に基づき、エンジンのアンバランス量を算出する。

特開平１１−１４２２７５号公報 特開２００６−２７５６３７号公報

一般的に、特許文献２に記載されるようなフローティング方式では、低回転領域（例えば１０００ｒｐｍ以下）では共振のため測定は困難である。そのため、通常は、エンジン回転数を１５００〜３０００ｒｐｍ程度にまで上昇させて測定することが余儀なくされた。

近年、自動車エンジンには、低速域から高速域での、即ち、５００ｒｐｍ及びそれ以上の回転数での静粛性が要求されるために、低速域から高速域に亘ってエンジンのアンバランス量を高精度にて測定することのできるエンジンバランス測定装置が希求されている。

本発明者らは、例えば自動車の製造ラインにて使用し得るエンジンバランス測定装置について研究実験を行った。その結果、少なくとも一つの荷重センサを使用してエンジンのアンバランス量を測定した場合に、クランク軸回転に伴う荷重センサからの出力値の時間的変化における、最大値と最小値の差をアンバランス量として測定し得ることを見出した。

このアンバランス量は、相対値であるが、アンバランス修正や、エンジンの生産管理基準として有用である。

本発明の主たる目的は、例えば自動車の製造ラインにて使用し、アンバランス修正や、エンジンの生産管理基準として有用なアンバランス量を測定することのできるエンジンバランス測定装置を提供することである。

本発明の他の目的は、例えば５００ｒｐｍ程度の低速域から４０００ｒｐｍ程度の高速域においてエンジンのアンバランス量を高精度にて測定することのできるエンジンバランス測定装置を提供することである。

上記目的は本発明に係るエンジンバランス測定装置にて達成される。要約すれば、本発明は、エンジンのアンバランス量を測定するためのエンジンバランス測定装置において、
前記エンジンを設置し、前記エンジンのアンバランス量を測定する測定部と、前記測定部に設置された前記エンジンのクランクシャフトを所定の回転数で駆動する駆動部と、を備えており、
前記測定部は、水平に配置された基台と、前記基台の上面側に配置され、前記エンジンを取付けるために水平に配置された架台と、前記基台と前記架台との間に設置された少なくとも一つの荷重センサ手段と、前記荷重センサ手段からの入力信号に基づき前記エンジンのアンバランス量を算出する制御装置と、を有し、
前記架台は、前記エンジンを架台上に保持するために、前記架台の上面に互いに離隔して配置して設置された少なくとも３つの支持台を備え、前記支持台は前記架台に直接支持、固定されており、
前記荷重センサ手段は、前記支持台の前記架台に対する設置位置又は前記設置位置に近接した位置に対応して配置されており、
前記荷重センサ手段は、前記基台に取り付けられたホルダと、前記ホルダの上面側に配置され、前記架台の下面を支持する荷重センサと、を有しており、
前記荷重センサは、ＸＹＺ方向の三成分の荷重を測定することのできる動荷重測定用圧電型振動センサであることを特徴とするエンジンバランス測定装置である。

本発明の一実施態様によれば、矩形状とされる前記架台の四隅位置又は四隅位置に近接して前記支持台を設置し、前記支持台の前記架台に対する設置位置又は前記設置位置に近接して前記基台と前記架台との間に四つの前記荷重センサ手段を配置し、前記各荷重センサ手段の振動変化状態を確認して、少なくとも一つの最適な荷重センサ手段を選択し、該選択された荷重センサ手段の出力信号を前記制御装置に送る。

本発明のエンジンバランス測定装置によれば、例えば自動車の製造ラインにて使用し、アンバランス修正や、エンジンの生産管理基準として有用なアンバランス量を測定することができる。また、例えば５００ｒｐｍ程度の低速域から４０００ｒｐｍ程度の高速域においてエンジンのアンバランス量を高精度にて測定することができる。

本発明に係るエンジンバランス測定装置の一実施例の概略構成正面図である。 本発明に係るエンジンバランス測定装置の一実施例の概略構成平面図である。 図３（ａ）は、荷重センサ手段の一実施例の概略断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の線Ａ−Ａに取った荷重センサ手段の概略断面図である。 エンジンの支持構造を説明するための、図１の左側より見た概略構成図である。 加速度センサによるアンバランス量の測定結果を示すグラフである。 本実施例のエンジンバランス装置における荷重センサ手段からの出力値（アンバランス量）を示すグラフである。 従来の回転体の釣合い試験機の一例の概略構成図である。 従来のエンジンバランス測定装置の一例の概略構成図である。

以下、本発明に係るエンジンバランス測定装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
図１及び図２に、本発明に係るエンジンバランス測定装置１の一実施例を示す。図１は、本実施例におけるエンジンバランス測定装置の全体構成を示す正面図である。図２は、理解を容易とするために、エンジンが設置されていない状態でのエンジンバランス測定装置１の平面図である。

本実施例にて、エンジンバランス測定装置１は、例えば自動車用のエンジン１００を設置し、エンジン１００のアンバランスを測定する測定部１０と、測定部１０に設置されたエンジン１００を所定の速度（回転数）で駆動する駆動部２０と、を備えている。

（測定部）
先ず、測定部１０について説明する。

測定部１０は、水平に配置された定盤（基台）１１と、基台１１の上方に位置し、エンジン１００を取付けるために水平に配置された架台１２とを有する。架台１２は、本実施例では、矩形とされ、その四隅において、その下面側に、三成分（ＸＹＺ方向）の荷重を測定することのできる荷重センサ手段４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ）を配置し、この荷重センサ手段４０を介して直接、基台１１に取り付けられる。

なお、架台１２は、必ずしも矩形状とされる必要はないが、少なくとも１つの荷重センサ手段４０が、架台１２の下面に配置されることが必要である。本実施例では、荷重センサ手段４０は、互いに離隔して略矩形状に、架台１２の下面四隅に荷重センサ手段４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが配置される。また、本実施例では、各荷重センサ手段４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ）は、図２にて、クランク軸線Ｏｘ−Ｏｘに対して対称に配置され、距離Ｌ１＝Ｌ２；Ｌ３＝Ｌ４とした。

図３（ａ）、（ｂ）に荷重センサ手段４０の概略構造を示す。荷重センサ手段４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、同じ構造とされるので、以下の説明では、個々の荷重センサ手段を示す添え字ａ、ｂ、ｃ、ｄは省略して総括して説明する。

荷重センサ手段４０は、荷重センサ４１と、荷重センサ４１を保持するためのホルダ４２とを備えている。ホルダ４２は、円筒状のホルダ本体４２ａの上面に荷重センサ４１を設置して保持し、取付フランジ４２ｂがボルト４３により基台１１に固定される。即ち、荷重センサ４１は、ホルダ４２の上面と架台１２の下面との間に配置されている。

荷重センサ４１は、その中心部に中心穴４１ａが形成されており、ホルダ４２の中心に垂直に植設された案内軸４４が荷重センサ４１の中心穴４１ａを貫通して上方へと突出している。案内軸４４は、その下端４４ａはホルダ４２にて固定されているが、その上端部４４ｂは、架台１２に設けた案内穴４５に嵌合しているフランジ部４６に螺合している。架台１２の案内穴４５は、段穴とされ、架台下面側の小穴４５ａと、架台上面側の大穴４５ｂとを有し、案内軸４４の上端部４４ｂに取り付けたフランジ部４６が架台１２の大穴４５ｂに摺動自在に嵌合している。この構成とすることによりフランジ部４６を回転することにより、荷重センサ４１へのプリ荷重設定と、アンバランス振動から生じる荷重を効率よく計測することができる。

本実施例によれば、ホルダ４２の上面側に形成された、案内軸４４より大径とされる凹所４７と、荷重センサ４１の中心穴４１ａと、架台１２の小径穴４５ａとを同心にて貫通して、スリーブ４８が配置され、このスリーブ４８の中心穴４８ａを貫通して案内軸４４が配置される構成とされている。

図１、図２にて、架台１２には、荷重センサ手段４０の略上方に位置して、即ち、架台１２の四隅位置、或いは、四隅位置に近接して、エンジンを保持するための支持台（サポート）７０（７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ）が、例えばボルト（図示せず）にて固定されている。

各サポート７０は、本実施例では、概略四角柱形状とされ、図４に示すように、その上面７１にエンジン１００のブロック底部１０２に形成された段部（肩部）１０２ａが係合して載置される。更に、サポート７０（７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ）の上面７１には、エンジン１００のブロック側面部１０２ｂ、即ち、エンジンクランク軸の軸線に対して直交する方向の外側部を固定するために、固定台、即ち、Ｌ形アングル状の治具７２がボルト（図示せず）にて固定配置されている。従って、測定対象物であるエンジン１００は、サポート７０に設置されて固定されると共に、固定台７２により両側より固定される。

換言すれば、本実施例では、架台１２は、サポート７０位置又はサポート７０位置に近接した位置に配置された荷重センサ手段４０を介して、基台１１に直接支持される。本実施例では、サポート７０と荷重センサ手段４０の中心位置は必ずしも一致しておらず、ＸＹ方向における中心間離間距離は、１０ｃｍ以下とされるのがよい。本実施例では、図２にて、例えばサポート７０ａについて言えば、Ｘ方向における中心間離間距離はゼロとされ、Ｙ方向における中心間離間距離が距離Ｅだけ離間して設置されている。他のサポート７０ｂ、７０ｃ、７０ｄと、荷重センサ手段４０ｂ、４０ｃ、４０ｄと、についても同様である。これは、架台１２による減衰の影響を最小にするためである。

なお、上記実施例では、エンジン１００は、４つのサポート７０にて支持されたが、少なくとも３つのサポート７０にて支持することができる。例えば、サポート７０ｃ、７０ｄの代わりに、サポート７０ｃと７０ｄの中間位置に、即ち、クランク軸線Ｏｘ−Ｏｘの下方位置に、一つのサポート７０を設置し、エンジン１００のトランスミッション接合位置近傍を支持する構成としても良い。

上記にて理解されるように、本発明のエンジンバランス測定装置１は、フローティング方式ではなく、リジッド方式とされる。また、本発明のエンジンバランス測定装置１は、自動車製造工場における製造ラインでの使用も可能とするために、荷重センサ手段４０（即ち、荷重センサ４１）は、架台１２側に設置し、入れ替えを行うエンジン本体１００には設置しない。

また、本実施例で使用した荷重センサ４１は、振動検出センサとして感度の良い動荷重測定用の圧電型ものが使用される。例えば、三成分の荷重測定が可能なキスラー株式会社製の「フォースセンサ」（商品名：９０６７シリーズ）などを有効に使用し得る。

（駆動部）
駆動部２０は、測定部１０の定盤（基台）１１とは分離して設けられた駆動基台２１を有しており、固定具２２により、駆動モータ２３が固定されている。駆動モータ２３の出力軸２４は、エンジン１００のクランクシャフト１０１の一側に駆動連結される。

（制御装置）
本実施例のエンジンバランス測定装置１は、図１に示すように、荷重センサ手段４０（即ち、荷重センサ４１）からの信号は、アンプ（増幅器）２０１を介して制御装置２００に入力される。また、エンジン１００のクランクシャフト１０１の駆動軸連結部に隣接して、ロータリエンコーダのような回転センサ２０２が配置され、エンジンの回転に関する情報、即ち、回転数（回転速度）、回転角度等の測定信号が制御装置２００に入力される。

制御装置２００は、これら入力信号に基づき、アンバランス量を測定し、この結果を、プリンタ２０３、或いは、ディスプレー２０４に出力する。

本実施例の上記構成とされるエンジンバランス測定装置１は、クランクシャフトの回転に伴う荷重センサ手段４０からの出力値の時間変化における、最大値と最小値の差をアンバランス量として測定する。この値は、相対値であるが、エンジンのアンバランス修正や、自動車製造ラインにおける生産管理基準として用いることができる。

（アンバランス量測定）
次に、本実施例におけるエンジンバランス測定装置１の作動態様について説明する。

エンジン１００を測定部１０に設置した後、駆動部２０のモータ２３をエンジン１００に連結する。

本実施例では、上述したように、架台１２と基台１１との間に４つの荷重センサ手段４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ）が設置されている。アンバランス量の測定は、４つの荷重センサ手段４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ）の中の最適な荷重センサ手段からの荷重信号だけを使用して行う。従って、少なくとも一つの最適な荷重センサ手段４０を選択するために、アンバランス量測定に先立って、キャリブレーションが行われる。

（１）キャリブレーション時は、４つの荷重センサ手段４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ）からの荷重データ（三方向の荷重データ）を、荷重センサ手段４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ）毎に、エンジン回転数をスイープさせて取る。例えば、５００〜３０００ｒｐｍの範囲で、５００ｒｐｍ間隔でデータを得る。
（２）各荷重センサ手段４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ）の振動変化状態を確認して、少なくとも一つの最適な荷重センサ手段４０を選択する。

なお、上記（１）、（２）のキャリブレーション作業は、同一エンジンを繰り返し行う場合、エンジンの設置誤差の影響は多少あるが、レファレンス作業として決定できる。

（アンバランス量の正当性の確認）
本実施例におけるエンジンバランス測定装置１によるアンバランス量の測定結果が正当であることの確認を行った。

図５は、市販エンジンを使用し、エンジンクランクシャフト軸受け近傍に加速度センサを取り付けて測定したアンバランス量を示す。斯かる方法によるエンジンアンバランス測定によれば、高精度のエンジンのアンバランス量を測定し得ることは当業者には周知である。横軸はエンジンの回転数（ｒｐｍ）であり、縦軸は、アンバランス量を１００で規格化した数値である。

これに対して、図６には、本実施例のエンジンバランス測定装置１に同じエンジンを取り付け測定したときの荷重センサ手段４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ）からの出力値（アンバランス量）を示す。横軸はエンジンの回転数（ｒｐｍ）であり、縦軸は、アンバランス量を１００に規格化した数値である。

本実施例では、荷重センサ手段４０ｃ（図２参照）からの出力値が、図５に示す加速度センサからの出力値と良い相関を示した。

つまり、本実施例のエンジンバランス測定装置１では、荷重センサ手段４０ｃからの出力値を使用することにより、適正なアンバランス量の測定を行うことができる。

アンバランス修正は、従来方法に従って、エンジン前後の、即ち、クランクシャフト１０１の出力端に配置されたプーリ及び／又はフライホイール１０３の側面に、錘追加又は削りにて行う。修正錘設置又は削り後、試験を行い減振動量を確認する。

本発明によれば、次のような作用効果を達成し得る。

従来の、本願添付の図８に示すような、加速度センサを用いてエンジン振動を検出する構成とした場合には、架台上での加速度出力はエンジン本体出力、又は、架台上荷重センサ出力と比較して、非常にレベルが小さく、エンジンのアンバランス修正データとしては不向きである。また、フローティング方式では、約１５００ｒｐｍ以下の領域では、装置共振のため計測困難と考えられる。また、非常に装置自体が大規模なものとなる。

これに対して、本発明の荷重センサを使用したエンジンバランス測定装置では、低速域から高速域での、即ち、５００ｒｐｍ及びそれ以上の回転数でのエンジンのバランスを高精度にて測定することができた。

また、本発明のエンジンバランス測定装置によれば、クランクシャフトの回転に伴う荷重センサ手段からの出力値の時間変化における、最大値と最小値の差をアンバランス量として測定することができ、エンジンのアンバランス修正や、自動車製造ライン等における生産管理基準として用いることができ、極めて有用である。

また、本発明の装置は、地面に対してリジッド方式であるため比較的装置自体が小規模であるというメリットもある。

１０ 測定部
１１ 基台
１２ 架台
２０ 駆動部
４０ 荷重センサ手段
４１ 荷重センサ
４２ ホルダ
７０ サポート（支持台）
７２ 固定台
２００ 制御装置

Claims (2)

1. エンジンのアンバランス量を測定するためのエンジンバランス測定装置において、
   前記エンジンを設置し、前記エンジンのアンバランス量を測定する測定部と、前記測定部に設置された前記エンジンのクランクシャフトを所定の回転数で駆動する駆動部と、を備えており、
   前記測定部は、水平に配置された基台と、前記基台の上面側に配置され、前記エンジンを取付けるために水平に配置された架台と、前記基台と前記架台との間に設置された少なくとも一つの荷重センサ手段と、前記荷重センサ手段からの入力信号に基づき前記エンジンのアンバランス量を算出する制御装置と、を有し、
   前記架台は、前記エンジンを架台上に保持するために、前記架台の上面に互いに離隔して配置して設置された少なくとも３つの支持台を備え、前記支持台は前記架台に直接支持、固定されており、
   前記荷重センサ手段は、前記支持台の前記架台に対する設置位置又は前記設置位置に近接した位置に対応して配置されており、
   前記荷重センサ手段は、前記基台に取り付けられたホルダと、前記ホルダの上面側に配置され、前記架台の下面を支持する荷重センサと、を有しており、
   前記荷重センサは、ＸＹＺ方向の三成分の荷重を測定することのできる動荷重測定用圧電型振動センサであることを特徴とするエンジンバランス測定装置。
2. 矩形状とされる前記架台の四隅位置又は四隅位置に近接して前記支持台を設置し、前記支持台の前記架台に対する設置位置又は前記設置位置に近接して前記基台と前記架台との間に四つの前記荷重センサ手段を配置し、前記各荷重センサ手段の振動変化状態を確認して、少なくとも一つの最適な荷重センサ手段を選択し、該選択された荷重センサ手段の出力信号を前記制御装置に送ることを特徴とする請求項１に記載のエンジンバランス測定装置。

Images