JP5900861B2 - 摩擦測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つのピストンリングを有する往復動ピストンがシリンダライナ内部に配置されたシリンダ・ピストンユニットのクランク角分解能の測定を行なうための装置であり、シリンダライナとシリンダヘッドの間に少なくとも１つのシール部材が配置された装置に関する。

ピストンのシリンダ軸方向の摺動路程に沿った力の積分から、ピストン及びピストンリングからなるピストン構成体とシリンダ摺動面との間の摩擦を求めることができる。
特開昭６０−０３１０３７号（特許文献１）から、シリンダライナ内部を往復動するピストンの摩擦を測定するための測定装置が知られている。この測定装置では、シリンダヘッドとシリンダライナ保持台の間には保持リングが配置され、さらに、保持リングとシリンダライナ上端の間には、金属製シールプレートが設けられている環状隙間が形成されている。
特開昭５９−０８８６３８号（特許文献２）から、内燃機関のピストン摩擦を測定するための装置が知られており、ここでは、シリンダライナはシリンダ内部に配置され、シリンダとシリンダライナの間に複数個のＯリングが配置されている。
これらの公知の摩擦測定装置では、シリンダライナのシール部材とくにシリンダライナとシリンダヘッドとの間を封止するためのシール部材が、シリンダライナに沿ったピストン構成体の運動方向の力を作り出すことになり、この力の測定において、及びその結果としてのピストン構成体の摩擦の積分処理において、誤差を生じさせるという欠点がある。

特開昭６０−０３１０３７号 特開昭５９−０８８６３８号

本発明の目的は、上記の短所を回避し、冒頭に述べたタイプの摩擦測定装置の測定精度を向上させることである。

上記課題は、本発明により、少なくとも１つのピストンリングを有する往復動ピストンがシリンダライナ内に配置され、前記シリンダライナとシリンダヘッドの間に少なくとも１つのシール部材が設けられ、前記シリンダライナの内周面は前記シリンダヘッドに対して封止され、前記内周面と、前記シリンダライナ内に突き出した前記シリンダヘッ
ドの突出部との間に、前記シール部材が配置されているシリンダ・ピストンユニットの摩擦測定装置であって、前記シリンダライナは前記シリンダヘッド及びベースユニットから完全に絶縁され、前記シリンダライナは前記シール部材と力センサによってのみ前記シリンダヘッド及び前記ベースユニットに接続されていることによって達成される。

その際、前記シール部材はシールリング、好ましくは、ピストンリングによって形成されていれば、特に好適である。この場合、前記シール部材は前記突出部の外周面に設けられた環状溝内に配置されていてよい。
シリンダヘッドにおける前記シールリングと前記突出部とによる特別な封止によって、ガス圧がシリンダライナに軸方向作用をもたらすことが防止される。これによって、ガス圧も測定結果になんら影響を及ぼすことがなく、ピストンの摩擦力ないしピストン横断力のみがセンサに伝達されることになる。
したがって、シリンダライナはベースユニットから絶縁され、シールリングとセンサによって繋がれているにすぎない。

さらに、シリンダライナはシリンダライナ保持台内に配置され、シリンダライナは保持リングによってシリンダライナ保持台に固定されているのが好ましい。シリンダヘッドの突出部とシリンダライナの間に一定不変のシール隙間を保証すべく、シリンダライナ内にシリンダヘッドを調芯するために、好ましくは取外し可能な調芯ピンを受け入れるための相互対向する２つの調芯孔が設けられるとよい。

測定運転中にセンサに作用する、熱膨張の相違に起因する力によって作り出される測定結果の偽化を回避するために、同じ冷却液循環系によってベースプレートと共に、ここにネジ留めされたセンサ受け台及び、シリンダライナ保持台を同一の温度にするために、ベースプレートには冷却液流入口と冷却液流出口とを備えた少なくとも１つのコンディショニング流路が設けられている。

さらに、シール部材は、シリンダライナに対向するその外周面の領域に、環状段差部を有し、前記環状段差部はシリンダライナに対向する段差周面を形成し、前記段差周面の直径はシール部材の最大直径よりも小さいことにより、シール部材がシリンダライナに及ぼす力ならびにシール部材の環状摩擦力が測定結果に及ぼす影響を減少させることができる。これにより、理想的なケースにおいては、シール部材に作用するガス圧の平衡が達成できる。

図２のＩ−Ｉ線に沿った本発明による摩擦測定装置の断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った摩擦測定装置の断面図である。 図２の詳細部ＩＩＩを示す図である。 摩擦測定装置の斜視図である。 図４の詳細部Ｖを示す図である。 図１のＶＩ−ＶＩ線に沿ったベースプレートの断面図である。 図３の詳細部ＶＩＩの一実施態様を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。各図は以下を示している。
シリンダライナ２とこのシリンダライナ２の内部を往復動するピストン３との摩擦力を測定する摩擦測定装置１は、ベースユニット４と、ベースプレート５と、３Ｄ力センサ７を収容するためのセンサ受け台６と、シリンダライナ保持台８と、シリンダヘッド９とを備えている。シリンダライナ２は保持リング１０を介してシリンダライナ保持台８に固定されており、保持リング１０はネジ１１によってシリンダライナ保持台８にネジ留めされている。シリンダライナ２とシリンダライナ保持台８の間には、冷却液の流入管１２ａと流出管１２ｂとに連結された冷却液ジャケット１２が形成されている。シリンダライナ２とシリンダライナ保持台８の間には、周回溝１３内にシールリング１４が配置されている。シリンダヘッド保持台が図番２０によって示されている。

シリンダヘッド９はシリンダライナ２内に突き出したディスク状の突出部１５を有し、この突出部１５の外周面１５ａには環状溝１６が形成されている。環状溝１６内には環状のシール部材１７が配置されており、シール部材１７は、ピストンリングと同様、ガス圧によりシリンダライナ２の内周面２ａに向かって押圧される。

シリンダヘッド９における環状のシール部材１７と突出部１５とによる特別な封止によって、ガス圧がシリンダライナ２に軸方向作用をもたらすことが防止される。これにより、ガス圧も測定結果になんら影響を及ぼすことがなく、ピストン３の摩擦力ないしピストン横力のみが力センサ７に伝達されることになる。したがって、シリンダライナ２はベースユニット４及びシリンダヘッド９から完全に絶縁され、シール部材１７と力センサ７によってのみこれらに接続されているにすぎない。

シリンダヘッド９の突出部１５とシリンダライナ２の内周面２ａの間に一定不変のシール隙間１８を保証すべく、シリンダライナ保持台８とシリンダヘッド９の間には、シリンダライナ保持台８に設けられた第１の調芯孔１９ａとシリンダヘッド９に設けられた第２の調芯孔１９ｂならびにこれらの調芯孔１９ａ，１９ｂに挿入される調芯ピン１９ｃからなる調芯装置１９が配されている。各々の調芯ピン１９ｃはシリンダヘッド９の組付け後に、再び取り外される。

エンジンの測定運転中、ピストン摺動方向に対して垂直に作用するが、ピストン３の運動に起因しない力、つまり測定結果を偽化してしまう力（熱膨張の相違に起因する力）が力センサ７に作用するのを減少させるため、力センサ７に作用を及ぼす部品（シリンダライナ保持台８、センサ受け台６）は測定の開始前に実質的に同じ温度となることを保証する必要がある。これによって、これらの部品において同等な熱膨張が実現され、その結果、熱膨張の相違によって生ずる横力が力センサ７に及ぼす影響を減少させることができる。

そのため、ベースプレート５と共に、同所にネジ留めされたセンサ受け台６及び、同じ冷却液循環系に配置されたシリンダライナ保持台８を同一の温度にもたらすべく、ベースプレート５には冷却液流入口２３と冷却液流出口２４とを備えたコンディショニング流路２２が設けられている（図６）。

さらに、シール部材１７がシリンダライナ２に及ぼす力ならびにシール部材１７の環状摩擦力が測定結果に及ぼす影響は、シール部材１７に設けられた高さａを有する環状段差部２５によって減少させることができ、理想的なケースにあっては、作用するガス圧の平衡を達成することさえ可能である。図７に示したように、シール部材１７は、シリンダライナ２に対向するその外周面部１７ａの領域に環状段差部２５を作り出しており、ピストン３側にたとえば周回フライス削りによって形成することができる階段状の段によって環状段差部２５を作り出している。環状段差部２５はシリンダライナ２に対向する段差周面２５ａを形成し、この段差周面２５ａの直径ｄはシール部材１７の最大直径Ｄよりも小さい。シール部材１７と環状溝１６の間には、軸方向隙間１６ａと、径方向隙間１６ｂとが形成されているため、シール部材１７の内面にはガス内圧Ｐ_ｉがかかっている。段差部２５により、高さａを有する環状の段差周面２５ａにもガス内圧Ｐ_ｉが作用する。したがって、シール部材１７には、ガス内圧Ｐ_ｉの結果として、軸方向力Ｆ_ｇｚ、径方向力Ｆ_ｇｒ１及び径方向力Ｆ_ｇｒ２が作用する。さらに、環状溝１６内において径方向には、シール部材１７のプレストレス力Ｆ_Ｖ、ならびにシール部材１７の摩擦力Ｆ_Ｒが作用する。この場合に発生する、シリンダライナ２に作用する力Ｆ_Ｌは、摩擦係数μを用いて、以下となる：
Ｆ_Ｌ＝Ｆ_Ｖ＋Ｆ_ｇｒ１−Ｆ_ｇｒ２−Ｆ_ｇｚ×μ
理想的なケースではＦ_Ｌ＝Ｆ_Ｖであることから、シール部材１７の比較的小さなプレストレス力Ｆ_Ｖのみが残る。

Claims (6)

1. 少なくとも１つのピストンリングを有する往復動ピストン（３）がシリンダライナ（２）内に配置され、
   前記シリンダライナ（２）とシリンダヘッド（９）の間に少なくとも１つのシール部材（１７）が設けられ、
   前記シリンダライナ（２）の内周面（２ａ）は前記シリンダヘッド（９）に対して封止され、
   前記内周面（２ａ）と、前記シリンダライナ（２）内に突き出した前記シリンダヘッド（９）の突出部（１５）との間に、前記シール部材（１７）が配置されているシリンダ・ピストンユニットの摩擦測定装置（１）であって、
   前記シリンダライナ（２）は前記シリンダヘッド（９）及びベースユニット（４）から完全に絶縁され、
   前記シリンダライナ（２）は前記シール部材（１７）と力センサ（７）によってのみ前記シリンダヘッド（９）及び前記ベースユニット（４）に接続されており、
   前記シール部材（１７）は前記突出部（１５）の外周面（１５ａ）に設けられた環状溝（１６）内に配置されており、
   前記シール部材（１７）は前記シリンダライナ（２）に対向する外周面（１７ａ）の前記往復動ピストン（３）側の領域に環状段差部（２５）を有し、前記環状段差部（２５）は前記シリンダライナ（２）に対向する段差周面（２５ａ）を形成し、前記段差周面（２５ａ）の直径（ｄ）は前記シール部材（１７）の最大直径（Ｄ）よりも小さく、前記シール部材（１７）と前記環状溝（１６）の間には軸方向隙間（１６ａ）と径方向隙間（１６ｂ）とが形成されていることを特徴とする摩擦測定装置。
2. 前記シール部材（１７）はシールリング、好ましくは、ピストンリングによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦測定装置。
3. 前記シリンダライナ（２）はシリンダライナ保持台（８）内に配置され、その際、前記シリンダライナ（２）は保持リング（１０）によって前記シリンダライナ保持台（８）に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦測定装置。
4. 前記シリンダライナ（２）内に前記シリンダヘッド（９）を調芯するために、前記シリンダヘッド（９）と前記シリンダライナ保持台（８）とには、好ましくは取外し可能な調芯ピン（１９ｃ）を受け入れるための相互対向する調芯孔（１９ａ，１９ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の摩擦測定装置。
5. 前記力センサ（７）を収容するためのセンサ受け台（６）は、ベースプレート（５）にネジ留めされていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の摩擦測定装置。
6. 前記ベースプレート（５）は、冷却液流入口（２３）と冷却液流出口（２４）とを有する少なくとも１つのコンディショニング流路（２２）を備えていることを特徴とする請求項５に記載の摩擦測定装置。

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