JP7303497B2 - 上死点位置評価方法及び上死点位置評価装置 - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 令和元年１１月１３日、広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社講堂において開催された生産技術展示会で「世界初ＳＰＣＣＩ燃焼の進化機能を１００％量産保証する機能評価技術」を公開。

本発明は、直列多気筒エンジンにおける各気筒の上死点位置の評価方法及び評価装置に関する。

車両等に搭載されるエンジンには、出力性能や環境性能の向上のために、燃焼室内での燃焼を緻密に制御することが要求されている。そのためには、エンジンにおける制御の基準となるピストンの上死点位置を正確に割り出すことが重要である。

従来、複数気筒のエンジンの各ピストンの上死点位置の計測は、目視で上死点近傍に静止させたピストンに対して手作業でピストンのトップ面位置を計測する計測ツールを当て、クランクシャフトを軸回りに揺動させて行っていた。それ故、計測者間で計測値がばらつくことがあった。

また、静止状態のピストンは、ピストンとコネクティングロッドのピストンピンによる連結部分、コネクティングロッドとクランクシャフトのクランクピンとの連結部分、及びクランクシャフトのクランクジャーナルとクランクケースの軸受けとの連結部分におけるクリアランス相当分だけ、重力によって下がる。それ故、エンジン駆動時のピストンのトップ面位置に対して、静止状態における計測値は正確性に欠けていた。

そのため、例えば特許文献１のように、クランクシャフトをモータで回転させ、上下に移動するピストンのトップ面位置を、レーザ光を用いて計測する技術が知られている。上記クリアランス相当分だけ下がっていたピストンのトップ面が、上死点近傍ではピストンの慣性力によって上方に移動し、エンジン駆動時のピストンの状態を再現してピストンのトップ面位置を計測することができ、計測者間の計測値のばらつきを抑制することができる。

特開平８－１２１２３０号公報

しかし、クランクシャフトを回転させてピストンを上下に移動させたときに、シリンダとピストンの間のクリアランスによって、ピストンピンを軸としてピストンが傾くので、特許文献１の技術ではピストンのトップ面位置の計測誤差が大きくなる虞があった。また、クランクシャフトを回転させてピストンを上下に往復移動させるとエンジンが振動するので、この振動がピストンのトップ面位置の計測誤差になり、正確な上死点位置を評価することができない虞があった。

本発明の目的は、正確なピストンの上死点位置を評価することができる上死点位置評価方法及び上死点位置評価装置を提供することである。

請求項１の発明の上死点位置評価方法は、エンジンのクランクシャフトを駆動装置によって所定速度で回転させながら、前記クランクシャフトの回転角度と前記クランクシャフトに連結されたピストンのトップ面位置を計測して、前記ピストンの上死点に対応する前記回転角度を評価する上死点位置評価方法において、シリンダブロックのデッキ面であって、前記クランクシャフトの軸に沿う第１方向に沿ってシリンダの外側の複数のデッキ面位置を複数の第１計測センサによって計測すると共に、前記ピストンのトップ面位置を複数の第２計測センサによって計測する計測工程と、前記回転角度と、前記トップ面位置と、前記複数のデッキ面位置に基づいて前記ピストンの上死点位置を評価する評価工程を有することを特徴としている。

上記構成によれば、エンジンのクランクシャフトを駆動装置によって所定速度で回転させながら、クランクシャフトの回転角度とクランクシャフトに連結されたピストンのトップ面位置を計測して、ピストンの上死点に対応する回転角度、即ち上死点位置を評価する。従って、エンジンの駆動時のピストンのトップ面位置を再現して上死点位置を評価することができる。また、計測工程では、第１方向に沿ってシリンダの外側の複数のデッキ面位置を複数の第１計測センサによって計測すると共に、ピストンのトップ面位置を複数の第２計測センサによって計測する。従って、クランクシャフトの回転及びピストンの往復移動によるエンジンの振動の影響を解消して、トップ面位置を正確に計測することができる。そして評価工程では、回転角度と、トップ面位置と、複数のデッキ面位置に基づいてピストンの正確な上死点に対応する回転角度を評価するので、ピストンの正確な上死点位置を評価することができる。

請求項２の発明の上死点位置評価方法は、請求項１の発明において、前記計測工程において、前記第１方向に直交する第２方向に離隔したピストンのトップ面外縁近傍部の２箇所を前記複数の第２計測センサによって計測し、前記評価工程において、前記２箇所の計測値の平均値を前記トップ面位置として算出することを特徴としている。
上記構成によれば、計測工程で第２方向に離隔したピストンのトップ面外縁近傍部の２箇所の計測ポイントを複数の第２計測センサによって計測し、評価工程でピストンの２箇所の計測値の平均値をトップ面位置として算出する。従って、ピストンの傾きによる計測誤差を解消して、ピストンの正確な上死点位置を評価することができる。

請求項３の発明の上死点位置評価方法は、請求項１又は２の発明において、前記第１計測センサと前記第２計測センサとして、接触式のリニアセンサを使用することを特徴としている。
上記構成によれば、第１、第２計測センサが接触式のリニアセンサなので、計測時にピストンの傾きがあってもピストンのトップ面位置を正確に計測することができ、ピストンの正確な上死点位置を評価することができる。

請求項４の発明の上死点位置評価方法は、請求項３の発明において、前記計測工程の前に、前記複数の第１計測センサと前記複数の第２計測センサをマスタープレートに接触させることにより、前記複数の第１計測センサと前記複数の第２計測センサの計測基準位置を学習する学習工程を有することを特徴としている。
上記構成によれば、計測前に、複数の第１計測センサと複数の第２計測センサをマスタープレートに接触させることにより、複数の第１計測センサと複数の第２計測センサの計測基準位置を学習するので、計測誤差の発生を抑えることができる。

請求項５の発明の上死点位置評価装置は、エンジンのクランクシャフトを所定速度で回転させる駆動装置と、前記クランクシャフトの回転角度を計測する回転角度計測装置を備え、前記クランクシャフトを所定速度で回転させながら、前記クランクシャフトに連結されたピストンの上死点に対応する前記回転角度を評価する上死点位置評価装置において、 シリンダブロックのデッキ面であって、前記クランクシャフトの軸に沿う第１方向に沿ってシリンダの外側の複数のデッキ面位置を計測する複数の第１計測センサと、前記ピストンのトップ面位置を計測する複数の第２計測センサと、前記回転角度と、前記トップ面位置と、前記複数のデッキ面位置に基づいて前記ピストンの上死点位置を算出する演算装置を有することを特徴としている。

上記構成によれば、上死点位置評価装置は、エンジンのクランクシャフトを駆動装置によって所定速度で回転させながら、クランクシャフトの回転角度とクランクシャフトに連結されたピストンのトップ面位置を計測して、ピストンの上死点に対応する回転角度、即ち上死点位置を評価する。従って、エンジンの駆動時のピストンのトップ面位置を再現して上死点位置を評価することができる。また、第１方向に沿ってシリンダの外側の複数のデッキ面位置を複数の第１計測センサによって計測すると共に、ピストンのトップ面位置を複数の第２計測センサによって計測するので、クランクシャフトの回転及びピストンの往復移動によるエンジンの振動の影響を解消して、トップ面位置を正確に計測することができる。そして、回転角度と、トップ面位置と、複数のデッキ面位置に基づいてピストンの上死点に対応する回転角度を演算装置が算出するので、ピストンの正確な上死点位置を評価することができる。

請求項６の発明の上死点位置評価装置は、請求項５の発明において、前記複数の第２計測センサは、前記第１方向に直交する第２方向に離隔したピストンのトップ面外縁近傍部の２箇所を計測し、前記演算装置は、前記２箇所の計測値の平均値を前記トップ面位置として算出することを特徴としている。
上記構成によれば、第２方向に離隔したピストンのトップ面外縁近傍部の２箇所の計測ポイントを複数の第２計測センサによって計測し、ピストンの２箇所の計測値の平均値をトップ面位置として算出する。従って、ピストンの傾きによる計測誤差を解消して、ピストンの正確な上死点位置を評価することができる。

請求項７の発明の上死点位置評価装置は、請求項５又は６の発明において、前記第１計測センサと前記第２計測センサは、接触式のリニアセンサであることを特徴としている。
上記構成によれば、接触式のリニアセンサを使用するので、ピストンの傾きがあってもピストンのトップ面位置を正確に計測して、ピストンの正確な上死点位置を評価することができる。

請求項８の発明の上死点位置評価装置は、請求項７の発明において、計測前に前記複数の第１計測センサと前記複数の第２計測センサを接触させることにより、前記複数の第１計測センサと前記複数の第２計測センサの計測基準位置を学習するためのマスタープレートを有することを特徴としている。
上記構成によれば、計測前に、複数の第１計測センサと複数の第２計測センサをマスタープレートに接触させることにより、複数の第１計測センサと複数の第２計測センサの計測基準位置を学習するので、計測誤差の発生を抑えることができる。

本発明の上死点位置評価方法及び上死点位置評価装置によれば、正確なピストンの上死点位置を評価することができる。

本発明の実施形態に係る上死点位置評価装置の正面図である。 上死点位置評価装置の制御部のブロック図である。 本発明の実施形態に係る計測箇所の説明図である。 図３のIV－IV線要部断面図である。 図３のV－V線要部断面図である。 本発明の実施形態に係る計測装置の要部平面図である。 本発明の実施形態に係る計測基準位置の学習の説明図である。 本発明の実施形態に係る上死点評価工程を示すブロック図である。 ピストンにおける慣性力の作用の説明図である。 クランクシャフト回転速度に対するトップ面の上昇距離及びセンサ追従性の関係の説明図である。 本発明の実施形態に係る上死点位置評価結果の説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

最初に、上死点位置評価装置１について説明する。
図１に示すように上死点位置評価装置１は、評価対象のエンジン１０を載置するステージ３と、エンジン１０の所定の計測ポイントの高さを計測するためにステージ３の上方に配置された計測装置２０と、計測装置２０を上下、前後、左右の３方向に移動可能に支持する支持フレーム３０と、エンジン１０のクランクシャフト１１を回転させる駆動装置５と、回転させたクランクシャフト１１の回転角度を計測する回転角度計測装置６等を有する。

駆動装置５は、例えばクランクシャフト１１を定速で回転させる電動モータである。また、回転角度計測装置６は、回転角度（クランク角度）を例えば０．１度刻みで検出する高分解能のクランク角度センサである。計測装置２０には、複数の第１計測センサとして第１計測センサ２１ａ～２１ｇと、複数の第２計測センサとして複数の第２計測センサペア２２ａ～２２ｆが装備されている。第２計測センサペア２２ａ～２２ｆは夫々２つの第２計測センサで構成されている。

第１、第２計測センサは、例えば接触式のリニアセンサであり、先端の移動距離（変位量）を計測する。複数の第１計測センサ２１ａ～２１ｇは、エンジン１０のシリンダブロック上面（デッキ面１２）の位置を計測する。複数の第２計測センサペア２２ａ～２２ｆは、後述するエンジン１０の各ピストンのトップ面位置を計測する。

ステージ３には、エンジン機種を検出するエンジン機種検出装置７が装備されている。駆動装置５と回転角度計測装置６は、エンジン機種に応じて定められた位置に移動可能に夫々構成されている。エンジン機種検出装置７は、例えばエンジン１０の所定位置に取り付けられたコード（バーコード、２次元コード等）又はＲＦタグの情報を読み取って、エンジン機種等の情報を取得する。図示を省略するが、ステージ３は、載置したエンジン１０の位置を上下、前後、左右に調整可能に構成されている。

支持フレーム３０は、床に固定された固定フレーム３１と、固定フレーム３１に対して左右に移動可能に構成された左右移動フレーム３２と、左右移動フレーム３２に対して前後に移動可能に構成された前後移動フレーム３３と、前後移動フレーム３３に対して上下に移動可能に構成された上下移動フレーム３４等を有する。

左右移動フレーム３２は、固定フレーム３１に配設された左右に延びるガイドレール３１ａに沿って図示外のアクチュエータによって移動される。前後移動フレーム３３は、左右移動フレーム３２に配設された前後に延びるガイドレール３２ａに沿って図示外のアクチュエータによって移動される。上下移動フレーム３４は、複数の駆動シリンダ３５によって上下に移動される。計測装置２０は、上下移動フレーム３４に下方に延びるように配設された複数の柱状部材３６の下端部に固定されている。それ故、計測装置２０を固定フレームに対して上下、前後、左右の３方向に移動させて位置の調整を行うことができる。

また、上死点位置評価装置１は、図２に示すようにエンジン機種に応じて計測装置２０等の位置制御や駆動装置５の駆動制御等を行う制御部４０を有する。制御部４０は、演算装置４１、記憶装置４２、入出力装置４３等を備え、所定の制御プログラムを実行して上死点位置の評価を行う。

上死点位置の評価中には、駆動装置５によるクランクシャフト１１の回転速度情報と、回転角度計測装置６によるクランクシャフトの回転角度情報と、複数の第１計測センサ２１ａ～２１ｇによるデッキ面位置の計測値と、複数の第２計測センサペア２２ａ～２２ｆによるトップ面位置の計測値等が、入出力装置４３を介して記憶装置４２に記憶される。そして、記憶された情報に基づいて、演算装置４１が各ピストンの上死点位置に対応するクランクシャフト１１の回転角度を算出する。

次に、評価対象のエンジン１０における計測装置２０による計測箇所について説明する。
図３は、エンジン１０の１例として、シリンダヘッド装着前の直列６気筒エンジンのシリンダブロックをデッキ面１２側から見た要部平面図である。６つのシリンダ１３ａ～１３ｆが、クランクシャフト１１の軸が伸びるＡ１方向（第１方向）に沿って１列に配設され、Ａ１方向と平行に延びるシリンダ列の中心線Ｃ１が表示されている。また、Ａ１方向に直交するＡ２方向（第２方向）と平行な各シリンダ１３ａ～１３ｆの中心線Ｃ２ａ～Ｃ２ｆが表示されている。

複数のシリンダ１３ａ～１３ｆ内にはピストン１４ａ～１４ｆが夫々収容されている。尚、図示を省略するが、クランクシャフト１１のクランク角度センサがエンジン１０に装備されている。

図４は図３の中心線Ｃ１に沿ったシリンダ列の要部断面図であり、図５は図３の中心線Ｃ２ａに沿ったシリンダ１３ａの要部断面図である。図３～図５に示すように、複数の第１計測センサ２１ａ～２１ｇは、シリンダ列に沿って、シリンダ１３ａ～１３ｆの外側の中心線Ｃ１上の対応するデッキ面位置の計測ポイントＤａ～Ｄｇを計測する。

複数の第２計測センサペア２２ａ～２２ｆは、対応するピストン１４ａ～１４ｆにおいて、中心線Ｃ１に対称にトップ面外縁近傍部のＡ２方向に離隔した中心線Ｃ２ａ～Ｃ２ｆ上の２箇所のトップ面位置の計測ポイントＴａ１，Ｔａ２～Ｔｆ１，Ｔｆ２を計測する。尚、図示外のシリンダヘッドを載せたときに、計測ポイントＴａ１～Ｔｆ１はシリンダヘッドの吸気ポート側にあり、計測ポイントＴａ２～Ｔｆ２は排気ポート側にある。

各ピストン１４ａ～１４ｆのＡ２方向に離隔したトップ面外縁近傍部は、図示外のシリンダヘッドとの間で燃焼室内の混合気を圧縮するためのスキッシュエリアとして平坦に形成されているので、トップ面位置の計測に適している。一方、各ピストン１４ａ～１４ｆのトップ面の径方向内側には、焼室内の混合気制御のために、エンジン機種によって異なる図示外の凹凸が設けられている場合があるので、トップ面位置の計測は困難である。それ故、どのエンジン機種にも共通して形成されるスキッシュエリアに対応する２箇所をトップ面位置の計測ポイントにしている。尚、上死点近傍以外では、ピストン１４ａ～１４ｆから第２計測センサペア２２ａ～２２ｆの先端が離れる。

また、ピストン１４ａとシリンダ１３ａとの間にはクリアランスがあるので、ピストン１４ａがピストンピン１５ａを中心に揺動し、トップ面が傾いて２箇所の計測ポイントＴａ１，Ｔａ２の計測値が最大で例えば数百μｍ程度異なる場合がある。それ故、中心線Ｃ１に対称にＡ２方向に離隔した２箇所の計測ポイントＴａ１，Ｔａ２の計測値の平均値をピストン１４ａのトップ面位置として演算装置４１が算出する。そして、シリンダ１３ａのデッキ面位置としてシリンダ１３ａの外側の計測ポイントＤａ，Ｄｂの計測値の平均値を演算装置４１が算出する。他のシリンダ１３ｂ～１３ｆ及びピストン１４ｂ～１４ｆについてもシリンダ１３ａ及びピストン１４ａと同様に、デッキ面位置とトップ面位置を演算装置４１が算出する。

次に計測装置２０について、図６に基づいて説明する。
計測装置２０は、第１計測センサ２１ａ～２１ｇ及び第２計測センサペア２２ａ～２２ｆが装備された矩形状且つ平板状のベース部材２３を有する。ベース部材２３は、厚さ方向（上下方向）に連通する１対の矩形状の開口部２４を有する。計測装置２０は、ステージ３に載置されたエンジン１０について、第１計測センサ２１ａ～２１ｇ及び第２計測センサペア２２ａ～２２ｆによって、対応するデッキ面位置の計測ポイントＤａ～Ｄｇと、トップ面位置の計測ポイントＴａ１，Ｔａ２～Ｔｆ１，Ｔｆ２を同時に計測する。

ベース部材２３の上面側には、Ａ２方向と平行に１対の開口部２４に架設するように細長い板状の複数の支持部材２５ａ～２５ｃ，２５ｅ～２５ｇ，２６ａ～２６ｆが配設されている。支持部材２５ａ～２５ｃは、対応する第１計測センサ２１ａ～２１ｃを支持する。支持部材２５ｅ～２５ｇは、対応する第１計測センサ２１ｅ～２１ｇを支持する。支持部材２６ａ～２６ｆは、対応する第２計測センサペア２２ａ～２２ｆを支持する。

１対の開口部２４の間には、Ａ２方向と平行に架け渡された架橋部２３ａが設けられている。この架橋部２３ａのＡ２方向中央部には、シリンダ列中央のデッキ面位置の計測ポイントＤｄを計測するための第１計測センサ２１ｄが、ベース部材２３から下方に突出した状態に装備されている。

架橋部２３ａの第１センサ２１ｄも含めて、第１計測センサ２１ａ～２１ｇがＡ１方向に１列に並ぶように、複数の支持部材２５ａ～２５ｃ，２５ｅ～２５ｇが配設されている。そして、１列に並ぶ第１計測センサ２１ａ～２１ｇの間に１つの第２計測センサペア２２ａ～２２ｆが夫々配置されるように、複数の支持部材２６ａ～２６ｆが配設されている。複数の支持部材２５ａ～２５ｃ，２５ｅ～２５ｇ，２６ａ～２６ｆに支持された複数の第１計測センサ２１ａ～２１ｃ，２１ｅ～２１ｇ及び複数の第２計測センサペア２２ａ～２２ｆは、開口部２４からベース部材２３の下方に突出した状態に装備されている。

図１に示すように、ベース部材２３には、下方に突出した複数の脚部２７が、同じ高さに脚部２７の下端を揃えて装備されている。複数の第１計測センサ２１ａ～２１ｇ及び複数の第２計測センサペア２２ａ～２２ｆの下端（先端）は、複数の脚部２７の下端とほぼ同じ高さではあるが、複数の脚部２７の下端よりも下方まで延びている。

次に、複数の第１計測センサ２１ａ～２１ｇ及び複数の第２計測センサペア２２ａ～２２ｆの計測基準位置の学習用のマスタープレート３７について説明する。
マスタープレート３７は平坦な矩形状の板である。図１に示すようにマスタープレート３７は、上昇させた計測装置２０とステージ３に載置されたエンジン１０の間に進出可能なように、上死点位置評価装置１に装備されている。例えば、マスタープレート３７を前後方向に案内するためのガイドレール３８ａを夫々備えた２つのアーム３８が、固定フレーム３１に固定されている。そして、これら２つのアーム３８に架設されたマスタープレート３７が、図示外のアクチュエータによってガイドレール３８ａに沿って進出、後退される。

図７に示すように、上死点位置評価装置１は、複数の第１計測センサ２１ａ～２１ｇと複数の第２計測センサペア２２ａ～２２ｆの下端（先端）を、進出させたマスタープレート３７の上面に同時に接触させることによって、計測基準位置を学習する。複数の第１計測センサ２１ａ～２１ｇと複数の第２計測センサペア２２ａ～２２ｆは、先端を計測対象に接触させたときの計測基準位置からの距離を計測するので、例えば温度変化や取付誤差等による影響が解消される。また、今回の学習時の計測基準位置における出力値が、前回の学習時の計測基準位置における出力値と比べて大きく異なる場合や、予め設定された範囲を超える場合には、異物の付着や故障等の不具合として検出できる。

計測基準位置の学習時には、ベース部材２３の複数の脚部２７の下端をマスタープレート３７の上面に当接させる。また、計測時には、ベース部材２３の複数の脚部２７の下端をエンジン１０のデッキ面１２に当接させる。これにより、デッキ面１２を計測基準位置に合わせることができ、クランクシャフト１１を回転させたときの振動によるデッキ面１２の位置の変動を複数の第１計測センサ２１ａ～２１ｇによって計測することができる。

次に、上死点位置計測方法について、図８に基づいて説明する。
評価対象のエンジン１０がステージ３に載置されると、エンジン機種検出装置７がエンジン機種を検出し、エンジン機種情報を制御部４０に出力する（機種検出工程）。制御部４０は、エンジン機種情報に基づいて、駆動装置５と回転角度計測装置６の位置とステージ３の位置を所定の計測位置に調整すると共に、計測装置２０の位置の調整を行う（計測準備工程）。

次に、マスタープレート３７を進出させ、計測装置２０に装備された複数の第１計測センサ２１ａ～２１ｇ及び複数の第２計測センサペア２２ａ～２２ｆの計測基準位置を学習した後、マスタープレート３７を所定の待機位置に後退させる（学習工程）。

次に、複数の第１計測センサ２１ａ～２１ｆ及び複数の第２計測センサペア２２ａ～２２ｆがデッキ面位置の計測ポイントＤａ～Ｄｇ、トップ面位置の計測ポイントＴａ１～Ｔｆ２に夫々対応するように計測装置２０を移動させる。また、複数の脚部２７がデッキ面１１に当接するように計測装置２０を移動させる。そして、駆動装置５によって所定の回転速度（例えば４０ｒｐｍ）でクランクシャフト１１を回転させる。この状態で、回転角度計測装置６によって計測されるクランクシャフト１１の回転角度に対応する計測ポイントＤａ～Ｄｇのデッキ面位置、及び計測ポイントＴａ１～Ｔｆ２のトップ面位置を、複数の第１計測センサ２１ａ～２１ｇと複数の第２計測センサペア２２ａ～２２ｆによって計測する（計測工程）。

このとき、例えばピストン１４ａが上下に往復移動するので、上死点近傍では上方に慣性力ＩＦが働く。図９に示すように慣性力ＩＦによって、ピストン１４ａとコネクティングロッド１６ａがピストンピン１５ａによって連結された連結部分、コネクティングロッド１６ａとクランクシャフト１１のクランクピン１７ａとの連結部分、及びクランクシャフト１１の軸（クランクジャーナル１８）とクランクケースの軸受け１９との連結部分におけるクリアランス相当分ＣＬだけ、静止時と比べてピストン１４ａのトップ面が上昇する。他のピストン１４ｂ～１４ｆも同様なので、エンジン駆動時のトップ面位置が再現される。

また、回転速度を増加させてゆくと慣性力ＩＦによってトップ面位置が上昇するので、図１０に線Ｌで示すようにトップ面上昇距離が大きくなってゆき、上記クリアランス相当分ＣＬだけ上昇した後は回転速度を増加させてもトップ面上昇距離が一定になる。一方、回転速度を増加させてゆくと、曲線Ｔｒで示すように、上下に移動するピストン１４ａのトップ面に対しての第２計測センサ（接触式のリニアセンサ）の追従性が低下してゆく。回転速度が大き過ぎると、接触式のリニアセンサがピストン１４ａのトップ面に追従できず正しく計測できなくなる。それ故、上記クリアランス相当分ＣＬだけ上昇させることができ且つ正しく計測することができる所定の回転速度として、例えば４０ｒｐｍを設定している。

計測工程における各計測値を制御部４０が受けて、演算装置４１によって、各ピストン１４ａ～１４ｆの上死点とこの上死点に対応するクランクシャフト１１の回転角度、即ち各ピストン１４ａ～１４ｆの上死点位置が算出（評価）される（評価工程）。例えばピストン１４ａのトップ面位置は、演算装置４１によって、ピストン１４ａの計測ポイントＴ１ａ，Ｔ２ａの２つの計測値の平均値から、このピストン１４ａが上下するシリンダ１３ａの外側の２つの計測ポイントＤａ，Ｄｂの計測値の平均値を差し引いて算出する。これにより、ピストン１４ａのトップ面の計測値に含まれているエンジン１０の振動による計測基準位置からのデッキ面位置のずれを除去することができる。

そして、図１１に示すように、演算装置４１によって、ピストン１４ａのトップ面位置が回転角度計測装置６による回転角度毎（０．１度毎）に算出され、機械的な上死点（ＴＤＣ）の回転角度近傍において回転角度に対するトップ面位置の近似曲線ＴＬ（２次曲線）が求められる。この近似曲線ＴＬの頂点がピストン１４ａの実際の上死点になるので、この上死点になるトップ面位置に対応する回転角度θmax が演算装置４１によって算出される。他のピストン１４ｂ～１４ｆについてもピストン１４ａと同様にして、上死点に対応する回転角度θmax が演算装置４１によって算出される。

この評価工程では、算出された上死点に対応する回転角度θmax が、例えば所定の基準角度範囲内にあるか否か判定して、不良検出をすることも可能である。上記のように評価工程で評価された各ピストン１４ａ～１４ｆの上死点に対応するクランクシャフト１１の各回転角度θmax は、このエンジン１０の固有の上死点位置の情報として記録される。評価された上死点位置とエンジン１０に装備された図示外のクランク角度センサの出力値を対応させることもできる。

次に、上記実施形態に係る上死点位置評価方法及び上死点位置評価装置１の作用、効果について説明する。
上死点位置の評価は、エンジン１０のクランクシャフト１１を駆動装置５によって所定速度で回転させながら、クランクシャフト１１の回転角度とクランクシャフト１１に連結された複数のピストン１４ａ～１４ｆのトップ面位置を計測して、各ピストン１４ａ～１４ｆの上死点に対応する回転角度、即ち上死点位置を算出（評価）する。従って、エンジン１０の駆動時のピストン１４ａ～１４ｆのトップ面位置を再現して上死点位置を評価することができる。

計測工程では、Ａ１方向に沿って各シリンダ１３ａ～１３ｆの外側の複数のデッキ面位置を複数の第１計測センサ２１ａ～２１ｇによって計測すると共に、各ピストン１４ａ～１４ｆのトップ面位置を複数の第２計測センサペア２２ａ～２２ｆによって計測する。従って、クランクシャフト１１の回転及びピストン１４ａ～１４ｆの往復移動によるエンジン１０の振動の影響を除去して、トップ面位置を正確に計測することができる。

評価工程では、回転角度と、トップ面位置と、複数のデッキ面位置に基づいて上死点に対応する回転角度θmax を各ピストン１４ａ～１４ｆについて演算装置４１により算出するので、各ピストン１４ａ～１４ｆの上死点に対応する回転角度θmax を正確に評価することができる。

計測工程では、Ａ２方向に離隔した各ピストン１４ａ～１４ｆのトップ面外縁近傍部の各２箇所の計測ポイントＴａ１，Ｔａ２～Ｔｆ１，Ｔｆ２を複数の第２計測センサペア２２ａ～２２ｆによって計測する。そして、評価工程では、各ピストン１４ａ～１４ｆの各２箇所の計測値の平均値を各ピストン１４ａ～１４ｆのトップ面位置として演算装置４１により算出する。従って、各ピストン１４ａ～１４ｆの傾きによる計測誤差を解消して、各ピストン１４ａ～１４ｆの上死点に対応する回転角度θmax を正確に評価することができる。

第１計測センサ及び第２計測センサペアを構成する第２計測センサとして、接触式のリニアセンサを使用するので、各ピストン１４ａ～１４ｆの傾きがあってもトップ面位置を正確に計測して、各ピストン１４ａ～１４ｆの上死点に対応する回転角度θmax を正確に評価することができる。

計測前に、複数の第１計測センサ２１ａ～２１ｇと複数の第２計測センサペア２２ａ～２２ｆをマスタープレート３７に接触させることにより、複数の第１計測センサ２１ａ～２１ｇと複数の第２計測センサペア２２ａ～２２ｆの計測基準位置を学習するので、温度変化等による計測誤差の発生を抑えることができる。また、異物の付着やセンサの故障等を検知することもできる。

尚、上記実施形態では、直列６気筒エンジンを例に説明したが、これより気筒数が少ない例えば直列４気筒エンジンや直列３気筒エンジン及び単気筒エンジンにおいても同様に上死点位置を評価することができる。この場合、エンジンに対応する計測ポイントがない第１、第２計測センサの出力値を除外して評価する。また、計測装置２０にエンジンの気筒数に応じた数量の第１、第２計測センサを装備させてもよい。例えば４気筒エンジンの場合には、５つの第１計測センサと４つの第２計測センサペア（８つの第２計測センサ）を装備させる。その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく上記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はその種の変更形態をも包含するものである。

１ ：上死点位置評価装置
３ ：ステージ
５ ：駆動装置
６ ：回転角度計測装置
７ ：エンジン機種検出装置
１０ ：エンジン
１１ ：クランクシャフト
１２ ：デッキ面
１３ａ～１３ｆ ：シリンダ
１４ａ～１４ｆ ：ピストン
１５ａ ：ピストンピン
１６ａ ：コネクティングロッド
１７ａ ：クランクピン
１８ａ ：クランクジャーナル
２０ ：計測装置
２１ａ～２１ｇ ：第１計測センサ
２２ａ～２２ｆ ：第２計測センサペア
２３ ：ベース部材
２４ ：開口部
２５ａ～２５ｃ，２５ｅ～２５ｆ，２６ａ～２６ｆ ：支持部材
２７ ：脚部
３０ ：支持フレーム
３１ ：固定フレーム
３１ａ ：ガイドレール
３２ ：左右移動フレーム
３２ａ ：ガイドレール
３３ ：前後移動フレーム
３４ ：上下移動フレーム
３５ ：駆動シリンダ
３６ ：柱状部材
３７ ：マスタープレート
３８ ：アーム
３８ａ ：ガイドレール
４０ ：制御部
４１ ：演算装置
４２ ：記憶装置
４３ ：入出力装置

Claims (8)

1. エンジンのクランクシャフトを駆動装置によって所定速度で回転させながら、前記クランクシャフトの回転角度と前記クランクシャフトに連結されたピストンのトップ面位置を計測して、前記ピストンの上死点に対応する前記回転角度を評価する上死点位置評価方法において、
   シリンダブロックのデッキ面であって、前記クランクシャフトの軸に沿う第１方向に沿ってシリンダの外側の複数のデッキ面位置を複数の第１計測センサによって計測すると共に、前記ピストンのトップ面位置を複数の第２計測センサによって計測する計測工程と、
   前記回転角度と、前記トップ面位置と、前記複数のデッキ面位置に基づいて前記ピストンの上死点位置を評価する評価工程を有することを特徴とする上死点位置評価方法。
2. 前記計測工程において、前記第１方向に直交する第２方向に離隔した前記ピストンのトップ面外縁近傍部の２箇所を前記複数の第２計測センサによって計測し、
   前記評価工程において、前記２箇所の計測値の平均値を前記トップ面位置として算出することを特徴とする請求項１に記載の上死点位置評価方法。
3. 前記第１計測センサと前記第２計測センサとして、接触式のリニアセンサを使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の上死点位置評価方法。
4. 前記計測工程の前に、前記複数の第１計測センサと前記複数の第２計測センサをマスタープレートに接触させることにより、前記複数の第１計測センサと前記複数の第２計測センサの計測基準位置を学習する学習工程を有することを特徴とする請求項３に記載の上死点位置評価方法。
5. エンジンのクランクシャフトを所定速度で回転させる駆動装置と、前記クランクシャフトの回転角度を計測する回転角度計測装置を備え、前記クランクシャフトを所定速度で回転させながら、前記クランクシャフトに連結されたピストンの上死点に対応する前記回転角度を評価する上死点位置評価装置において、
   シリンダブロックのデッキ面であって、前記クランクシャフトの軸に沿う第１方向に沿ってシリンダの外側の複数のデッキ面位置を計測する複数の第１計測センサと、
   前記ピストンのトップ面位置を計測する複数の第２計測センサと、
   前記回転角度と、前記トップ面位置と、前記複数のデッキ面位置に基づいて前記ピストンの上死点位置を算出する演算装置を有することを特徴とする上死点位置評価装置。
6. 前記複数の第２計測センサは、前記第１方向に直交する第２方向に離隔した前記ピストンのトップ面外縁近傍部の２箇所を計測し、
   前記演算装置は、前記２箇所の計測値の平均値を前記トップ面位置として算出することを特徴とする請求項５に記載の上死点位置評価装置。
7. 前記第１計測センサと前記第２計測センサは、接触式のリニアセンサであることを特徴とする請求項５又は６に記載の上死点位置評価装置。
8. 計測前に前記複数の第１計測センサと前記複数の第２計測センサを接触させることにより、前記複数の第１計測センサと前記複数の第２計測センサの計測基準位置を学習するためのマスタープレートを有することを特徴とする請求項７に記載の上死点位置評価装置。

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