JP6434966B2 - シリンダーピストン構造における摩擦を測定する装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダーピストン構造における摩擦を測定する装置であって、ライナーユニットのシリンダーライナーに往復ピストンが設けられており、シリンダーライナーはシリンダーヘッドから分離しており、ライナーユニットは、センサキャリヤに接続されるとともにシリンダーライナーのための回転対称的な収容領域を備えたライナーキャリヤに設けられ、収容領域はシリンダー軸心と同心に設けられており、シリンダーライナーは好ましくは少なくとも一つの冷却液ジャケットを備えている装置に関する。

ピストンとピストンリングからなるピストン群とシリンダーライナー表面との間の摩擦は、シリンダーの方向においてピストン軌道に沿った力を統合することで決定することができる。

国際公開第２０１２／０６２７２４号からシリンダーピストン構造における摩擦を測定する装置が公知であり、内側側面とシリンダーライナー内に突出しているシリンダーヘッドの段部との間にシール部材が設けられているため、シリンダーライナーの内側側面がシリンダーヘッドに関して密閉されている。

同様の装置が特開２０１０−２４３３９０号公報に開示されている。

特開昭６０−０３１０３７号公報から、シリンダーライナー内を往復するピストンの摩擦を測定する測定装置が公知である。シリンダーヘッドとライナーキャリヤとの間に固定リングが設けられており、この固定リングとシリンダーライナーの上端部との間に環状の間隙が形成されており、ここにメタルシールプレートが充填される。

特開昭５９−０８８６３８号公報から内燃機関におけるピストン摩擦を測定する装置が公知であり、シリンダーにシリンダーライナーが設けられており、シリンダーとシリンダーライナーとの間に複数のＯリングが備えられている。

異なるシリンダーライナーを検査できるようにするには、上述した摩擦を測定する装置においてシリンダーライナーを頻繁に交換する必要がある。

摩擦を測定する従来の装置には、シリンダーライナーを交換する際、ライナーキャリヤを力センサから分離する必要があるという不都合がある。このことにより、シリンダーライナーを交換するたびに、センサシステムを新たに較正しなければならない。さらに、シリンダーライナーを交換するたびに、多大な労力を費やして冷却液供給を液漏れのないように行う必要がある。

国際公開第２０１２／０６２７２４号 特開２０１０−２４３３９０号公報 特開昭６０−０３１０３７号公報 特開昭５９−０８８６３８号公報

本発明の目的は、これらの不都合を解消し、シリンダーライナーを簡単に交換できるようにすることにある。

この目的は、ライナーユニットがテーパ状支持部を介してライナーキャリヤに設けられ、収容領域の好ましくは少なくとも一つのテーパ状内側側面が第一支持面を形成するとともに、この第一支持面と相互形状に構成されたライナーユニットのテーパ状外側側面が、シリンダーライナーを支持しセンタリングするテーパ状支持部の第二支持面を形成するよう構成された本発明により達成される。

したがって、シリンダーライナーを有するライナーユニットをライナーキャリヤ内に非常に簡単に挿入することができ、ライナーキャリヤを取り外さずに再びそこから抜去することができる。よって、センサシステム（力センサ）の較正を新たに行う必要なしにシリンダーライナーを交換することができる。テーパ状支持部によって、シリンダー軸心を横断するライナーキャリヤにおいてシリンダーライナーの自動センタリングが簡単に行われ、シリンダーライナーを正確な位置にセットすることができる。

ライナーキャリヤはシリンダーライナーを直接又は間接に収容することができる。間接収容の実施形態では、ライナーユニットはライナーフレームを有し、シリンダーライナーはライナーフレームに設けられ、シリンダーライナーとライナーフレームとは互いに強固に、特に好ましくは離脱不能に接続される。ライナーフレームは第二支持面を形成していてもよい。好ましくは概してスリーブ状に形成されたライナーフレームとシリンダーライナーの外側側面との間に少なくとも一つの冷却液ジャケットが形成されていると特に有利である。最も簡単に液漏れがないようにするために、シリンダーライナーとライナーフレームとを圧接及び／又は鋳造によって互いに接続してもよい。これにより、別のシール部材を設けなくても、シリンダーライナーとライナーフレームとの間を液密に接続することができる。

冷却液ジャケットは、少なくとも部分的にシリンダーライナーの外周及び／又はシリンダーフレームの内周に設けられていてもよいし、あるいは、そこに一体成形されていてもよい。

第一支持面は、シリンダーライナーのシリンダー軸心に関して、シリンダーヘッドの方向に開口するとともに好ましくは５°〜１５°、より好ましくは１０°の開口角度を有していることが好ましい。

シリンダーライナーがライナーキャリヤに間接的に収容されている場合、ライナーフレームはライナーキャリヤとシリンダーライナーとの間に位置している。よってテーパ状支持部はライナーキャリヤとライナーフレームによって形成される。テーパ状支持部の第一支持面と相互形状に構成されたライナーフレームのテーパ状外側側面が、この場合、テーパ状支持部の第二支持面を形成する。

一方、シリンダーライナーがライナーキャリヤに直接的に収容されている場合、テーパ状支持部はライナーキャリヤ及びシリンダーライナーそれら自身により形成される。テーパ状支持部の第一支持面と相互形状に構成されたシリンダーライナーのテーパ状外側側面が、好ましくはシリンダーライナーのライナーフランジが、この場合、テーパ状支持部の第二支持面を形成する。

シリンダーライナー及び／又はライナーフレームは、固定リングによってライナーキャリヤに固定されていてもよい。

以下に、図面に示す非限定的な実施形態を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。

第一実施形態におけるシリンダー軸心を含む面の本発明の装置の縦断面図である。 図１の詳細図である。 図１に示す実施形態のライナーキャリヤとシリンダーライナーの概略縦断面図である。 第二実施形態におけるライナーキャリヤとシリンダーライナーの概略縦断面図である。 第三実施形態におけるライナーキャリヤとシリンダーライナーの概略縦断面図である。 第四実施形態におけるライナーキャリヤとシリンダーライナーの概略縦断面図である。

以下の実施形態において、機能的に同一の部材には同一の参照番号を付している。

図１に示された装置は、ライナーユニット２３のシリンダーライナー２内を往復するピストン３間の摩擦力の摩擦を測定するものであり、ベースユニット４、ベースプレート５、三次元力センサ７を収容するセンサキャリヤ６、ライナーキャリヤ８、及びシリンダーヘッド９を有している。ベースプレート５は、ネジ（詳細は省略）によりベースユニット４に固定されている。シリンダーライナー２は固定リング１０によりライナーキャリヤ８に固定されており、固定リング１０は、ネジ１１によってライナーキャリヤ８に螺着されている。ライナーキャリヤ８は力センサ７を介して固定用ネジ２４によりセンサキャリヤ６に固定接続されるとともに、さらにネジ２０を介してベースプレート５に固定接続されている。シリンダーライナー２とライナーキャリヤ８との間の領域には冷却液ジャケット１２が形成されており、この冷却液ジャケット１２は、詳細には示さない給排ラインに接続されている。ライナーユニット２３は、ピストン３用のシリンダーを形成するシリンダーライナー２並びにライナーフランジ１８、冷却液ジャケット１２、及び、図１及び図２に示す実施形態において、シリンダーライナー２を収容するライナーフレーム１７を有する。

図１に示すように、シリンダーヘッド９はシリンダーライナー２内に突出した円板状の段部１５を備えており、その外側側面に、気体の力によってシリンダーライナー２の内側側面２ａに押し付けられるピストンリングのような環状のシール部材１６を収容する環状溝が設けられている。シール部材１６とシリンダーライナー２の上端部２ｂとの間には軸方向の隙間が設けられており、ここでシリンダーライナー２とシリンダーヘッド９の製造公差が吸収される（図１ａ）。

環状シール部材１６とシリンダーヘッド９の段部１５によって格別に密閉されるため、気体の力がシリンダーライナー２に軸方向に作用することを防ぐことができる。その結果、測定結果に直接的な影響を与えることもなく、ピストン３の摩擦力又は横方向のピストン力が主に力センサ７に伝えられる。よってシリンダーライナー２はベースユニット４及びシリンダーヘッド９から実質的に分離しており、シール部材１６と力センサ７を介してそれらに接続されているだけである。

エンジンの測定作動中に、力センサ７に対しピストンの移動方向に直角に作用する力、ピストン３の動きに起因するものではない力（異なる熱膨張に起因する力）、及び測定結果を歪める可能性のある力、を減ずるために、測定開始前に、力センサ７に作用する部分（ライナーキャリヤ８、センサキャリヤ６）の温度を確実に同様にすることが必要である。したがって、これらの部分の熱膨張が同様のものになり、力センサ７に生じる横方向の力の影響を減少させることができる。

この目的のため、ベースプレート５に、冷却液を供給するための、図示しない供給部及び排出部を備えた調整チャネル２２が設けられており、ベースプレート５と、これにネジ止めされたセンサキャリヤ６と、同じ冷却回路に配されたライナーキャリヤ８とを同じ温度にする。

ライナーキャリヤ８は、シリンダーライナー２のための回転対称的な収容領域１３を有している。収容領域１３の内径Ｄは、少なくともシリンダーヘッドに近い第一部分１３ａにおいて、シリンダーヘッドから離れた第二部分１３ｂにおける収容領域１３の内径ｄよりも大きい。

特に、収容領域１３はテーパ状に形成することができ、収容領域１３のテーパ状内側側面は、シリンダーライナー２を収容するためのテーパ状支持部１４の第一支持面１４ａを形成している。シリンダーライナー２、特にシリンダーライナー２のライナーフランジ１８（図３〜図５）又はライナーフレーム１７（図２）のテーパ状外側側面は、第一支持面１４ａと相互形状に構成されており、テーパ状支持部１４の第二支持面１４ｂを形成している。

テーパ状の第一及び第二支持面１４ａ、１４ｂのそれぞれは、シリンダー軸心２１に関して、シリンダーヘッド９の方向に開口した開口角度αを有している。

シリンダーライナー２とシリンダーヘッド９との間には軸方向に間隙ｓが必要であり、この間隙は、ライナーユニット２３、特にシリンダーライナー２及びライナーキャリヤ８の製造公差によって作り出される。よって、開口角度αの選択は、一方ではライナーユニット２３、シリンダーライナー２及びライナーフレーム１７並びにライナーキャリヤ８の径方向の製造公差によって異なるため、ライナーユニット２３に軸方向の変位が生じる。

次のように、製造によって生じるライナーユニット２３の設計値からの最大許容径方向誤差ε_Ｌと、ライナーフレーム１７の設計値からの最大許容径方向誤差ε_Ｃとから開口角度αが求められる。

他方、テーパ状の第一及び第二支持面１４ａ、１４ｂの自己ロッキングは望ましくない。

自己ロッキングを防ぐために、開口角度αは次のようにすべきである。

ここで、μＨは、第一支持面１４ａと第二支持面１４ｂとの間の静止摩擦係数である。

これらの条件を考慮すると、開口角度αは、約５°〜１５°、より好ましくは１０°とすべきである。

図１及び図２に示す第一実施形態において、シリンダーライナー２は、このシリンダーライナー２を外囲するスリーブ状のライナーフレーム１７に設けられている。シリンダーライナー２は筒状に形成されている。ライナーフレーム１７の内面は管状に形成されておりシリンダーライナー２を収容している。テーパ状の第二支持面１４ｂは、第一支持面１４ａに対応してテーパ状に形成されたライナーフレーム１７の外側ジャケット１９ａによって形成されている。ライナーフレーム１７はシリンダーライナー２の全長にわたって軸方向に延出している必要はなく、シリンダーライナー２は、シリンダーヘッド９に対向する上端部、例えば上半分においてライナーフレーム１７によって支持されていれば十分である。冷却液ジャケット１２は、シリンダーライナー２とライナーフレーム１７との間に設けられている。図示した第一実施形態では、冷却液ジャケット１２は、ライナーフレーム１７の環状凹部１７ａによって形成されている。また、冷却液ジャケット１２を、シリンダーライナー２に、又は、部分的にシリンダーライナー２及び部分的にライナーフレーム１７に、設けることも可能である。ライナーフレーム１７は、シリンダーライナー２に液密に接続、例えば圧接されている。また、半田付け、溶接、及び／又は接着による接続であってもよい。

図３〜図５に示す実施形態は、別体のライナーフレームを備えていないものであり、冷却液ジャケット１２の位置のみが互いに異なっている。これらの各実施形態において、テーパ状支持部１４の第二支持面１４ｂは、シリンダーライナー２のライナーフランジ１８の外側側面１９ｂによって形成されている。

図３及び図４に示された第二及び第三実施形態の場合では、冷却液ジャケット１２は、それぞれシリンダーライナー２のライナーフランジ１８に設けられている。

図３に示された第二実施形態では、冷却液ジャケット１２は、ライナーフランジ１８の内部の環状の空洞部１８ａによって形成されている。この空洞部１８ａは、例えばロストコアによって形成することができる。冷却液ジャケット１２に別体のシール材は必要ない。よって第二実施形態は、第一実施形態の部品点数の少ない別形態である。

それに対して、図４に示された第三実施形態では、冷却液ジャケット１２は、ライナーフランジ１８の外側ジャケットの溝形状の環状凹部１８ｂによって形成されている。

図５は別の実施形態であり、冷却液ジャケット１２は、ライナーキャリヤ８の収容領域１３の環状凹部８ａによって形成されている。

テーパ状支持部１４の第一支持面１４ａ及び第二支持面１４ｂが緻密に加工されていると、図４及び図５に示す第三及び第四実施形態において、シリンダーライナー２をテーパ状支持部１４に挿入する際に、冷却液ジャケット１２は自動的に密閉され、別のシール部材を必要としない。

図示したそれぞれの実施形態は、ライナーキャリヤ８とセンサキャリヤ６とを接続する固定用ネジ２４やネジ２０を取り外す必要なく、異なるシリンダーライナー２を検査する際に簡単に交換できるという利点を有している。これにより、煩わしい較正作業が不要になる。

シリンダーライナー２を交換するために、第一実施形態では、シリンダーライナー２及びライナーフレーム１７が、ライナーキャリヤ８から抜去され、別のシリンダーライナー２と交換される。新しいシリンダーライナー２はテーパ状支持部１４に自動的にセンタリングされる。自動センタリング式のテーパ状支持部１４によって、シリンダーライナー２とライナーキャリヤ８とを簡単に分離することが可能になる。

Claims (11)

1. シリンダーピストン構造における摩擦を測定する装置（１）であって、
   ライナーユニット（２３）のシリンダーライナー（２）に往復ピストン（３）が設けられており、前記シリンダーライナーはシリンダーヘッド（９）から分離しており、前記ライナーユニット（２３）は、センサキャリヤに接続されるとともに前記シリンダーライナー（２）のための回転対称的な収容領域（１３）を備えたライナーキャリヤ（８）に設けられ、前記収容領域はシリンダー軸心（２１）と同心に設けられており、前記シリンダーライナー（２）は少なくとも一つの冷却液ジャケット（１２）を備えている装置において、
   前記ライナーユニット（２３）はテーパ状支持部（１４）を介して前記ライナーキャリヤ（８）に設けられ、前記収容領域（１３）の少なくとも一つのテーパ状内側側面が第一支持面（１４ａ）を形成するとともに、この第一支持面（１４ａ）と相互形状に構成された前記ライナーユニット（２３）のテーパ状外側側面（１９ａ、１９ｂ）が、前記シリンダーライナー（２）を収容しセンタリングする前記テーパ状支持部（１４）の第二支持面（１４ｂ）を形成し、
   前記ライナーユニット（２３）はライナーフレーム（１７）を有し、前記シリンダーライナー（２）は前記ライナーフレーム（１７）に設けられ、前記第二支持面（１４ｂ）は前記ライナーフレーム（１７）によって形成されることを特徴とする装置（１）。
2. 前記シリンダーライナー（２）と前記ライナーフレーム（１７）とは、互いに対して離脱不能に強固に接続されている、請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記冷却液ジャケット（１２）は、前記ライナーフレーム（１７）と前記シリンダーライナー（２）との間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置（１）。
4. 前記ライナーフレーム（１７）は、スリーブ状に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の装置（１）。
5. 前記シリンダーライナー（２）と前記ライナーフレーム（１７）とは圧接及び／又は鋳造によって互いに接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置（１）。
6. 前記冷却液ジャケット（１２）は少なくとも部分的に前記シリンダーライナー（２）に一体成形されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（１）。
7. 前記冷却液ジャケット（１２）は少なくとも部分的にライナーフレーム（１７）に一体成形されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置（１）。
8. 前記冷却液ジャケット（１２）は少なくとも部分的に前記ライナーキャリヤ（８）に一体成形されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置（１）。
9. 前記第一支持面（１４ａ）は、前記シリンダー軸心（２１）に関して、前記シリンダーヘッド（９）の方向に開口することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置（１）。
10. 前記開口する開口角度（α）は、５°〜１５°であることを特徴とする請求項９に記載の装置（１）。
11. 前記シリンダーライナー（２）及び／又は前記ライナーフレーム（１７）は固定リング（１０）によって前記ライナーキャリヤ（８）に固定されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置（１）。

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