JPH11108801A - Measuring apparatus for frictional force of internal-combustion engine - Google Patents

Measuring apparatus for frictional force of internal-combustion engine

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JPH11108801A
JPH11108801A JP27561297A JP27561297A JPH11108801A JP H11108801 A JPH11108801 A JP H11108801A JP 27561297 A JP27561297 A JP 27561297A JP 27561297 A JP27561297 A JP 27561297A JP H11108801 A JPH11108801 A JP H11108801A
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JP
Japan
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cylinder liner
frictional force
measuring device
groove
combustion chamber
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Withdrawn
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JP27561297A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Yorita
浩 頼田
Toru Yoshinaga
融 吉永
Hirotada Nakagawa
大督 中川
Shinji Kato
慎治 加藤
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Toyota Motor Corp
Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
Toyota Motor Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely measure the magnitude of a frictional force acting between the piston and the cylinder liner of an internal-combustion engine by a simple means by preventing an influence due to the pressure of a combustion chamber. SOLUTION: A circumferential groove 33 is formed at the outside of a part near the upper end part of a cylinder liner 3 and in an upper part from the position of the upper dead center of a top ring 82 at a piston 8, and a thin wall part is formed. In addition, strain gages 70a, 70b as the detecting means of the expansion and contraction amount in the direction of the central axis of the Thin wall part are pasted on the bottom face of the groove 33 which is substantially parallel to the central axis line of the cylinder liner 3. Even when the pressure of a combustion chamber 16 acts on the surface of a flange 31 at the cylinder liner 3, a frictional force acts substantially on the bottom face of the groove 33. As a result, as different from a conventional apparatus in which strain gages are pasted both on the surface and the rear surface of the flange 31 as a deformable part, an error due to the influence of the pressure of the combustion chamber is not generated in the detection value of the frictional force.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関のピストン
とシリンダの間に作用する摩擦力を計測する装置に関す
る。
The present invention relates to an apparatus for measuring a frictional force acting between a piston and a cylinder of an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】内燃機関において、ピストンとシリンダ
の間に作用する摩擦力の大きさを計測するために、シリ
ンダライナをシリンダブロックに強固に固定しないで、
シリンダライナの中心軸線の方向に若干移動することが
できるように特別の支持手段によって弾力的に支持し、
シリンダライナ内でピストンが上下方向に摺動するとき
に、シリンダライナが摩擦力によってピストンと連れ動
きすることにより、シリンダライナが支持手段を弾性変
形させて上下方向に移動する変位量を、変位検出手段に
よって直接に、或いは支持手段の弾性変形量を検出する
手段等によって検出して、作用した摩擦力の大きさを計
測する装置が知られている。
2. Description of the Related Art In an internal combustion engine, in order to measure the magnitude of a frictional force acting between a piston and a cylinder, a cylinder liner is not firmly fixed to a cylinder block.
Elastically supported by special support means so that it can move slightly in the direction of the center axis of the cylinder liner,
When the piston slides up and down in the cylinder liner, the cylinder liner moves with the piston by frictional force, and the amount of displacement that the cylinder liner moves vertically by elastically deforming the support means is detected. 2. Description of the Related Art There is known an apparatus which measures the magnitude of an applied frictional force by directly detecting the amount of elastic deformation of a supporting means or by detecting the amount of elastic deformation of a supporting means.

【0003】図2にそのような従来例の一つの要部構成
を示す。図2において、1はシリンダブロック、2はシ
リンダヘッド、3は鋼製のシリンダライナであって、シ
リンダライナ3の上端には外周へ張り出す円環状のフラ
ンジ31が一体に形成されている。4はシール用のガス
ケット、5は円環状のシール用パッキン5である。摩擦
力を検出するための薄膜状の歪ゲージ7は、フランジ3
1のうちでシリンダブロック1とシリンダヘッド2の間
に挟着されていない可変形部分31aの上下両面に貼り
付けられている。なお、8はシリンダライナ3内を上下
方向に摺動するピストン、15は冷却水套、16は燃焼
室を示す。
FIG. 2 shows a configuration of a main part of such a conventional example. In FIG. 2, 1 is a cylinder block, 2 is a cylinder head, 3 is a cylinder liner made of steel, and an annular flange 31 projecting to the outer periphery is integrally formed at the upper end of the cylinder liner 3. Reference numeral 4 denotes a gasket for sealing, and reference numeral 5 denotes an annular packing 5 for sealing. The strain gauge 7 in the form of a thin film for detecting frictional force
One of them is attached to the upper and lower surfaces of the deformable portion 31a which is not sandwiched between the cylinder block 1 and the cylinder head 2. Reference numeral 8 denotes a piston that slides in the cylinder liner 3 in a vertical direction, 15 denotes a cooling water jacket, and 16 denotes a combustion chamber.

【0004】ピストン8がシリンダライナ3内で上下方
向に摺動するとき、シリンダライナ3には摩擦力Fが作
用するので、フランジ31の可変形部分31aは摩擦力
Fの方向と大きさに応じて撓み変形をする。その変形量
は可変形部分31aの上下両面に貼り付けられた薄膜状
の歪ゲージ7を構成している抵抗線に伸縮を生じさせる
ので、伸縮に伴う抵抗線の電気抵抗値の増減変化量か
ら、可変形部分31aの撓み変形量、従って、摩擦力F
の大きさを計測することができる。
When the piston 8 slides up and down in the cylinder liner 3, a frictional force F acts on the cylinder liner 3, so that the deformable portion 31a of the flange 31 is changed in accordance with the direction and the magnitude of the frictional force F. To bend and deform. The amount of deformation causes expansion and contraction of the resistance wire constituting the thin film strain gauge 7 attached to the upper and lower surfaces of the deformable portion 31a. , The amount of bending deformation of the deformable portion 31a, and hence the frictional force F
Can be measured.

【0005】しかしながら、図2に示した第1の従来例
のような構成では、シリンダライナ3の上端面や、フラ
ンジ31の可変形部分31aの上面には燃焼室16内の
圧力Pが作用するため、可変形部分31aの変形量は、
実質的に摩擦力Fによって生じる変形量と、燃焼室圧力
Pが作用することによって生じる変形量との和になるの
で、歪ゲージ7の電気抵抗値から、摩擦力Fの大きさだ
けを正確に計測することはできない。なお、可変形部分
31aを変形させる力としては、摩擦力Fと燃焼室圧力
Pによるものの他に、シリンダライナ3の運動に伴う慣
性力によるものもあるが、慣性力の値は比較的小さいか
ら無視することもできる。
However, in the configuration of the first conventional example shown in FIG. 2, the pressure P in the combustion chamber 16 acts on the upper end surface of the cylinder liner 3 and the upper surface of the deformable portion 31a of the flange 31. Therefore, the deformation amount of the deformable portion 31a is
Since the sum of the amount of deformation caused by the frictional force F and the amount of deformation caused by the action of the combustion chamber pressure P is substantially obtained, only the magnitude of the frictional force F can be accurately determined from the electric resistance value of the strain gauge 7. It cannot be measured. As the force for deforming the deformable portion 31a, besides the frictional force F and the combustion chamber pressure P, there is also a force due to the inertial force accompanying the movement of the cylinder liner 3, but the value of the inertial force is relatively small. It can be ignored.

【0006】図2に示す第1の従来例の問題、即ち、シ
リンダライナ3の上端面やフランジ31の上面に作用す
る燃焼室圧力Pによる摩擦力Fの計測値の誤差を解消す
るために、図3に示す第2の従来例においては、シリン
ダライナ3を上方へ延長してシリンダヘッド2の下面に
形成された環状の溝2aの中へ進入する延長部3aを設
けると共に、延長部3aの内面と、それに対向するシリ
ンダヘッド2の環状の溝2aの壁面との間をOリング9
によってシールし、延長されたシリンダライナ3の上端
面や、フランジ31の上面に燃焼室16内の燃焼室圧力
Pが作用しないようにしている。
In order to eliminate the problem of the first conventional example shown in FIG. 2, that is, the error of the measured value of the frictional force F due to the combustion chamber pressure P acting on the upper end surface of the cylinder liner 3 and the upper surface of the flange 31, In the second conventional example shown in FIG. 3, the cylinder liner 3 is extended upward to provide an extension 3a which enters into an annular groove 2a formed on the lower surface of the cylinder head 2, and the extension 3a An O-ring 9 is formed between the inner surface and the wall surface of the annular groove 2a of the cylinder head 2 facing the inner surface.
The combustion chamber pressure P in the combustion chamber 16 does not act on the upper end surface of the extended cylinder liner 3 or the upper surface of the flange 31.

【0007】また、同じ問題を解消するために、図4に
示す第3の従来例においては、シリンダライナ3の上端
をシリンダヘッド2の下面以上に延長して延長部3aが
設けられると共に、その延長部3aの内面に環状のシー
ル溝32が形成される。シール溝32の上側面32aと
下側面32bとの上下方向の投影面積は等しくなってい
る。シリンダヘッド2の下面には環状の溝(又は切り欠
き)2aが設けられ、その環状の溝2aに嵌合する形の
アダプタ40がボルト50によってシリンダブロック1
に取り付けられる。アダプタ40には環状の溝40aが
設けられて、それに前述のシリンダライナ3の延長部3
aが嵌合する。環状の溝40aの内側の側面には、シリ
ンダライナ3のシール溝32の上側面32aと対称的
に、段部としての面40bが形成されて、上側面32a
と共にシール用のOリング9を支持するようになってい
る。
In order to solve the same problem, in a third conventional example shown in FIG. 4, an extension 3a is provided by extending the upper end of a cylinder liner 3 to a level higher than the lower surface of a cylinder head 2. An annular seal groove 32 is formed on the inner surface of the extension 3a. The upper and lower side surfaces 32a and 32b of the seal groove 32 have the same projected area in the vertical direction. An annular groove (or notch) 2 a is provided on the lower surface of the cylinder head 2, and an adapter 40 fitted in the annular groove 2 a is connected to the cylinder block 1 by bolts 50.
Attached to. The adapter 40 is provided with an annular groove 40a, in which an extension 3 of the cylinder liner 3 is provided.
a is fitted. On the inner side surface of the annular groove 40a, a surface 40b as a step is formed symmetrically with the upper surface 32a of the seal groove 32 of the cylinder liner 3, and the upper surface 32a
Also, it supports an O-ring 9 for sealing.

【0008】アダプタ40の下端面と、それに対向する
シリンダブロック1の段部の面との間には適当な厚さの
スペーサ41が挟着されていて、スペーサ41を圧縮す
るボルト50の締めつけ力を調節することにより、Oリ
ング9をシリンダライナ3の上側面32aとアダプタ4
0の面40bに均等に当接させる。第3の従来例におい
ては、計測すべき摩擦力は、シリンダライナ3の下端部
に形成されたフランジ35とシリンダブロック1との間
に、それらを結合するボルト36によって取り付けられ
たロードセル37によって検出される。
A spacer 41 having an appropriate thickness is sandwiched between the lower end surface of the adapter 40 and the surface of the step portion of the cylinder block 1 opposed thereto, and the tightening force of a bolt 50 for compressing the spacer 41 is provided. Is adjusted so that the O-ring 9 is connected to the upper surface 32 a of the cylinder liner 3 and the adapter 4.
0 is evenly brought into contact with the surface 40b. In the third conventional example, the frictional force to be measured is detected by a load cell 37 attached between a flange 35 formed at the lower end of the cylinder liner 3 and the cylinder block 1 by a bolt 36 connecting them. Is done.

【0009】第3の従来例においては、燃焼室16の圧
力がOリング9に作用して上方へ押し上げる力を発生す
ることによって、燃焼室16の周辺部のシールが形成さ
れるが、Oリング9に作用する上向きの力の約半分はシ
リンダライナ3のシール溝32の上側面32aに加えら
れる。それと同時に燃焼室16の圧力はシール溝32の
下側面32bにも作用して、同じ大きさの下向きの力を
発生するので、それらの大きさが同じで方向が反対の力
が相殺されて、燃焼室圧力によってシリンダライナ3を
上又は下方向へ押す力は消滅する。従って、シリンダラ
イナ3には実質的にピストン8の摺動による摩擦力のみ
が作用することになる。
In the third conventional example, the pressure in the combustion chamber 16 acts on the O-ring 9 to generate a force to push it upward, thereby forming a seal around the combustion chamber 16. About half of the upward force acting on 9 is applied to the upper surface 32 a of the seal groove 32 of the cylinder liner 3. At the same time, the pressure of the combustion chamber 16 also acts on the lower surface 32b of the seal groove 32 to generate a downward force of the same magnitude, so that forces of the same magnitude and opposite directions are canceled out, The force pushing the cylinder liner 3 upward or downward by the combustion chamber pressure disappears. Therefore, substantially only the frictional force due to the sliding of the piston 8 acts on the cylinder liner 3.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】前述のように、図2に
示した第1の従来例における問題点、即ち、燃焼室圧力
による摩擦力の計測値の誤差は、図3に示した第2の従
来例とか、図4に示した第3の従来例によって解決され
るけれども、それらの解決手段はいずれもシリンダライ
ナの上端部とシリンダヘッドやシリンダブロックとの結
合部分におけるシール装置等を複雑な構成とする必要が
あるものであるから、それによって加工及び分解・組
立、調整等の困難性が増加し、コストが上昇するという
別の問題が生じる。
As described above, the problem in the first conventional example shown in FIG. 2, that is, the error in the measured value of the frictional force due to the pressure in the combustion chamber is the second problem shown in FIG. Or the third conventional example shown in FIG. 4, but all of these solutions require a complicated sealing device at the joint between the upper end of the cylinder liner and the cylinder head or cylinder block. Because of the necessity of a configuration, this increases the difficulty of processing, disassembly, assembly, adjustment, and the like, and raises another problem that costs increase.

【0011】本発明は、従来技術における前述のような
問題を全て解決することによって、簡単な構成により計
測値に及ぼす燃焼室圧力の影響を排除して、実質的に摩
擦力のみを計測することができるような、改良された摩
擦力計測装置を提供することを目的としている。
The present invention solves all of the above-mentioned problems in the prior art, and eliminates the influence of the combustion chamber pressure on the measured value with a simple structure, and measures substantially only the frictional force. It is an object of the present invention to provide an improved frictional force measuring device that can perform the following.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、特許請求の範囲の請求項1に記載された手段を採
用することができる。この手段によると、シリンダライ
ナの上端部に近い外側面の、しかもピストンのトップリ
ングの上死点位置よりも上方の位置に周方向の溝を形成
すると共に、シリンダライナの薄肉部分を形成するこの
周方向の溝の底面に、シリンダライナの中心軸線の方向
の伸縮量を検出することができる検出手段を設ける。検
出手段が設けられた周方向の溝はピストンのトップリン
グの上死点位置よりも上方にあるから、溝の底面には燃
焼室圧力の影響が及ばないので、実質的に摩擦力のみを
正確に計測することが可能になる。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the means described in claim 1 can be adopted. According to this means, the circumferential groove is formed on the outer surface near the upper end of the cylinder liner, and above the top dead center position of the piston top ring, and the thin portion of the cylinder liner is formed. Detecting means for detecting the amount of expansion and contraction in the direction of the center axis of the cylinder liner is provided on the bottom surface of the circumferential groove. Since the circumferential groove where the detection means is provided is above the top dead center position of the piston top ring, the bottom of the groove is not affected by the pressure of the combustion chamber. It becomes possible to measure.

【0013】検出手段をクランク軸と直角のスラスト力
が作用する方向の溝の底面に対して設けることによっ
て、シリンダライナとピストンの摩耗量に対応する、そ
れら両者間に作用する摩擦力の主要部分の量を検出する
ことができる。その場合に、検出手段を複数個、対をな
すように対向して設けると検出精度が向上する。
By providing the detecting means on the bottom surface of the groove in the direction in which the thrust force perpendicular to the crankshaft acts, the main part of the frictional force acting between the cylinder liner and the piston corresponding to the wear amount of the piston and the piston Can be detected. In this case, if a plurality of detecting means are provided to face each other so as to form a pair, detection accuracy is improved.

【0014】検出手段を設ける周方向の溝は、シリンダ
ライナの全周を取り巻く環状の溝として形成することが
できる。それによって、検出手段をスラスト力が作用す
る方向の底面のみならず、残余の底面にもくまなく設け
ることができるので、摩擦力の主要な部分だけでなく、
シリンダライナの全周における摩擦力の総和を検出する
ことができる。摩擦力の総和は内燃機関の摩擦損失に対
応する。
The circumferential groove provided with the detecting means can be formed as an annular groove surrounding the entire circumference of the cylinder liner. Thereby, since the detection means can be provided not only on the bottom surface in the direction in which the thrust force acts but also on the remaining bottom surface, not only the main part of the frictional force,
It is possible to detect the sum of the frictional forces over the entire circumference of the cylinder liner. The sum of the frictional forces corresponds to the friction loss of the internal combustion engine.

【0015】好適な検出手段としては、電気抵抗値を出
力する歪ゲージを用いるのがよい。複数個の歪ゲージを
ブリッジ接続することによって、摩擦力を高精度に計測
することが可能になる。
As a preferable detecting means, a strain gauge which outputs an electric resistance value is preferably used. By bridging a plurality of strain gauges, it is possible to measure frictional force with high accuracy.

【0016】本発明によれば、シリンダライナを、その
上端部側においてシリンダブロックに固定支持すると共
に、下端部側を中心軸線の方向に移動可能に支持するこ
とができる。このようにすれば、検出手段が設けられる
シリンダライナの周方向の溝からなる薄肉部分が、摩擦
力によって中心軸線の方向に自由に伸縮するので、大き
な伸縮量によって摩擦力を正確に計測することができ
る。本発明の構成によって燃焼室圧力の影響を受けない
で摩擦力だけを計測することができるので、シリンダラ
イナの上端部に形成されたフランジが燃焼室圧力を受け
る受圧面や可変形部分を形成していても、支障なく摩擦
力が計測である。
According to the present invention, the cylinder liner can be fixedly supported on the cylinder block on the upper end side and can be supported on the lower end side so as to be movable in the direction of the central axis. With this configuration, the thin portion formed by the circumferential groove of the cylinder liner on which the detection means is provided freely expands and contracts in the direction of the central axis due to the frictional force, so that the frictional force can be accurately measured by a large amount of expansion and contraction. Can be. According to the configuration of the present invention, only the frictional force can be measured without being affected by the combustion chamber pressure, so that the flange formed at the upper end of the cylinder liner forms a pressure receiving surface or a variable portion that receives the combustion chamber pressure. The friction force can be measured without any problem.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図1に本発明の第1実施形態とし
ての内燃機関の摩擦力計測装置を示す。本発明の実施形
態においても、図2ないし図4を用いて先に説明した従
来例と実質的に同じ構成部分には同じ参照符号を付して
いる。即ち、図1においても、1はシリンダブロック、
2はシリンダブロック1の上部に取り付けられたシリン
ダヘッド、3はシリンダブロック1の内部に支持される
鋼製のシリンダライナで、シリンダライナ3の上端には
外周へ張り出す円環状のフランジ31が一体に形成され
ている。4はシール用のガスケット、5は円環状のシー
ル用パッキン5で、シリンダブロック1の上部の段部1
1に設けられており、シリンダライナ3のフランジ31
をシリンダヘッド2側のガスケット4との間に挟み込む
ことにより、シリンダライナ3の上端部を支持する部分
において同時にシリンダブロック1やシリンダヘッド2
との間のシールを簡単に達成している。
FIG. 1 shows a friction force measuring device for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention. Also in the embodiment of the present invention, the same reference numerals are given to the same components as those in the conventional example described above with reference to FIGS. That is, also in FIG. 1, 1 is a cylinder block,
Reference numeral 2 denotes a cylinder head mounted on the upper portion of the cylinder block 1, and 3 denotes a steel cylinder liner supported inside the cylinder block 1. An annular flange 31 projecting to the outer periphery is integrally formed at the upper end of the cylinder liner 3. Is formed. 4 is a sealing gasket, 5 is an annular sealing gasket 5, and a stepped portion 1 on the upper part of the cylinder block 1.
1 and the flange 31 of the cylinder liner 3
Is sandwiched between the gasket 4 on the side of the cylinder head 2 and the cylinder block 1 and the cylinder head 2 at the portion supporting the upper end of the cylinder liner 3.
The seal between is easily achieved.

【0018】なお、シリンダブロック1の下部には内方
に向かって張り出すシールランド12が設けられてお
り、それにはシリンダライナ3の外径よりも内径が少し
大きい円形の穴13が形成されていて、その穴13には
シリンダライナ3の下部が挿入され、円形の穴13に形
成された溝14に装着されているOリング6によって冷
却水套15がシールされている。なお、図において、8
はシリンダライナ3内を上下方向に摺動するピストン、
16は燃焼室、81はピストン8のピストンピンを示
す。
A seal land 12 projecting inward is provided below the cylinder block 1, and a circular hole 13 having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the cylinder liner 3 is formed in the seal land 12. The lower portion of the cylinder liner 3 is inserted into the hole 13, and the cooling water jacket 15 is sealed by an O-ring 6 mounted in a groove 14 formed in the circular hole 13. In the figure, 8
Is a piston that slides vertically in the cylinder liner 3,
Reference numeral 16 denotes a combustion chamber, and 81 denotes a piston pin of the piston 8.

【0019】本発明の特徴に対応するものとして、フラ
ンジ31の下で、且つピストン8が図1の(a)及び
(b)に示すように上死点の位置にあるときに、ピスト
ン8の2〜3本あるピストンリングのうちで最も上にあ
るトップリング82よりも更に上になる位置において、
シリンダライナ3の外側には環状の溝33が設けられて
おり、それによってシリンダライナ3の肉厚が溝33の
部分だけ薄くなり、中心軸線の方向に伸縮し易くなって
いる。そして溝33の底面には中心軸線の方向、即ち上
下方向の伸縮量を検出することができる薄膜状の歪ゲー
ジ70a及び70bが貼り付けられている。
As a feature of the present invention, when the piston 8 is located at the top dead center as shown in FIGS. 1A and 1B below the flange 31, In a position that is further higher than the top ring 82 that is the uppermost of the two or three piston rings,
An annular groove 33 is provided on the outside of the cylinder liner 3, whereby the thickness of the cylinder liner 3 is reduced only at the groove 33, so that the cylinder liner 3 can easily expand and contract in the direction of the central axis. Thin film strain gauges 70a and 70b capable of detecting the amount of expansion and contraction in the direction of the central axis, that is, in the vertical direction, are attached to the bottom surface of the groove 33.

【0020】図1の(a)及び(b)に示す第1実施形
態の場合は、シリンダライナ3の内径と燃焼室16の内
径が同じであり、ガスケット4の内径がそれらよりも若
干大きい程度であるから、シリンダライナ3の上端部の
フランジ31の上面のうちで燃焼室16内の燃焼室圧力
を受ける面積が小さいので、燃焼室圧力によるフランジ
31の変形量は比較的少ない。そこで、第1実施形態の
作動を説明する前に、より特徴的な例として、図5に示
された第2実施形態の構成と作用、効果を先に説明して
本発明の特徴を明らかにする。第1実施形態の作用、効
果は第2実施形態のそれの一部に相当する。
In the case of the first embodiment shown in FIGS. 1A and 1B, the inner diameter of the cylinder liner 3 and the inner diameter of the combustion chamber 16 are the same, and the inner diameter of the gasket 4 is slightly larger than them. Therefore, the area of the upper surface of the flange 31 at the upper end of the cylinder liner 3 that receives the pressure of the combustion chamber in the combustion chamber 16 is small, and the amount of deformation of the flange 31 due to the pressure of the combustion chamber is relatively small. Therefore, before describing the operation of the first embodiment, as a more characteristic example, the configuration, operation, and effects of the second embodiment shown in FIG. I do. The operation and effect of the first embodiment correspond to part of that of the second embodiment.

【0021】図5に要部構成のみを示す第2実施形態の
摩擦力計測装置は、図2に示し先に説明した第1の従来
例と同様に、シリンダライナ3の上端面とフランジ31
の上面に第1実施形態の場合よりも広い受圧面積と、フ
ランジ31の大きな可変形部分31aを備えている。こ
の場合に、もしフランジ31の上下両面に歪ゲージ7を
貼り付けると、前述の第1の従来例と同じ問題が生じる
筈であるが、本発明の第2実施形態においては、第1実
施形態の場合と同様に、シリンダライナ3の上端部近く
で且つピストン8のトップリング82の上死点位置より
も上になる位置において、シリンダライナ3の外側に環
状の溝33を形成しており、その溝33の底面の薄肉部
分に歪ゲージ70(例えば、図1における70a或いは
70b)を貼り付けている。
FIG. 5 shows a frictional force measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention, in which only an essential part is shown. As in the first conventional example shown in FIG.
Is provided with a larger pressure receiving area than in the first embodiment and a large deformable portion 31a of the flange 31 on the upper surface of the first embodiment. In this case, if the strain gauges 7 are attached to the upper and lower surfaces of the flange 31, the same problem as in the above-described first conventional example should occur, but in the second embodiment of the present invention, the first embodiment will be described. Similarly to the case of the above, an annular groove 33 is formed outside the cylinder liner 3 at a position near the upper end of the cylinder liner 3 and above the top dead center position of the top ring 82 of the piston 8, A strain gauge 70 (for example, 70a or 70b in FIG. 1) is attached to a thin portion on the bottom surface of the groove 33.

【0022】シリンダライナ3の溝33の付近に作用す
る力は、実質的に、燃焼室16内の燃焼室圧力P、フラ
ンジ31の可変形部分31aの弾力R、ピストン8とシ
リンダライナ3との間に作用する摩擦力F、及び、図示
しない振動の慣性力Iの4つである。歪ゲージ70を貼
り付けてある溝33はフランジ31直下のシリンダライ
ナ3の上部に形成されているので、ピストン8が上死点
(図5の一点鎖線)にあっても、歪ゲージ70はピスト
ン8のトップリング82よりも上にある。従って、シリ
ンダライナ3とピストン8との間の摩擦力Fは、常にシ
リンダライナ3の溝33よりも下の部分に作用する。
The force acting in the vicinity of the groove 33 of the cylinder liner 3 substantially includes the combustion chamber pressure P in the combustion chamber 16, the elasticity R of the deformable portion 31 a of the flange 31, and the force acting between the piston 8 and the cylinder liner 3. The frictional force F acting between them and the inertial force I of vibration (not shown). Since the groove 33 to which the strain gauge 70 is attached is formed in the upper part of the cylinder liner 3 immediately below the flange 31, even if the piston 8 is at the top dead center (the dashed line in FIG. 5), the strain gauge 70 is 8 above the top ring 82. Therefore, the frictional force F between the cylinder liner 3 and the piston 8 always acts on the portion below the groove 33 of the cylinder liner 3.

【0023】一方、燃焼室16内の圧力P及びフランジ
31の弾力Rは、常に溝33よりも上方に作用する。ま
た、振動の慣性力Iは摩擦力Fに比べて十分に小さいの
で、シリンダライナ3の溝33よりも下方の位置に作用
する力は、実質的に摩擦力Fだけである。従って、溝3
3の底面の薄肉部分が、燃焼室圧力Pの影響を受けない
で、実質的にこの摩擦力Fのみによってシリンダライナ
3の中心軸線の方向に伸縮するので、その部分に貼り付
けられている歪ゲージ70によって直接に変形量(伸縮
量)を計測することができ、その変形量から燃焼室圧力
Pの影響を受けることなく、摩擦力Fの大きさだけを正
確に検出することができる。
On the other hand, the pressure P in the combustion chamber 16 and the elasticity R of the flange 31 always act above the groove 33. Further, since the inertial force I of the vibration is sufficiently smaller than the frictional force F, the force acting on the position below the groove 33 of the cylinder liner 3 is substantially only the frictional force F. Therefore, groove 3
The thin portion on the bottom surface of the cylinder liner 3 expands and contracts in the direction of the central axis of the cylinder liner 3 substantially only by the frictional force F without being affected by the combustion chamber pressure P. The amount of deformation (the amount of expansion and contraction) can be directly measured by the gauge 70, and only the magnitude of the frictional force F can be accurately detected without being affected by the combustion chamber pressure P from the amount of deformation.

【0024】第2実施形態の作用、効果から明らかなよ
うに、図1に示す第1実施形態においては、第2実施形
態の場合に比べてシリンダライナ3の上端部やフランジ
31における燃焼室圧力Pの受圧面積が小さいので、燃
焼室圧力によるフランジ31の撓み変形は第2実施形態
の場合よりも小さくなる。しかも、シリンダライナ3の
上端部に近い位置の外側に形成された環状の溝33の底
面に歪ゲージ70を貼り付けている点は第2実施形態と
同じであるから、第1実施形態の摩擦力計測装置は、燃
焼室圧力Pの影響を受けることなく、歪ゲージ70によ
ってシリンダライナ3とピストン8との間に作用する摩
擦力Fだけを正確に検出することができる。
As is clear from the operation and effect of the second embodiment, in the first embodiment shown in FIG. 1, the pressure in the combustion chamber at the upper end of the cylinder liner 3 and the flange 31 is larger than that in the second embodiment. Since the pressure receiving area of P is small, the bending deformation of the flange 31 due to the pressure of the combustion chamber is smaller than in the case of the second embodiment. Moreover, the point that the strain gauge 70 is attached to the bottom surface of the annular groove 33 formed outside the position close to the upper end of the cylinder liner 3 is the same as that of the second embodiment, so that the friction of the first embodiment is different. The force measuring device can accurately detect only the frictional force F acting between the cylinder liner 3 and the piston 8 by the strain gauge 70 without being affected by the combustion chamber pressure P.

【0025】前述の第1実施形態及び第2実施形態にお
いては、シリンダライナ3に形成された環状の溝33の
底面中で歪ゲージ70を貼り付ける位置について特に言
及していないが、第1実施形態では図1から明らかなよ
うに、摩擦力が主に作用すると考えられるシリンダライ
ナ3とピストン8との間でスラスト力が作用する方向
(クランク軸に対して直角の方向)の対向する位置に一
対の歪ゲージ70a及び70bを貼り付けている。
In the first and second embodiments, the position where the strain gauge 70 is attached on the bottom surface of the annular groove 33 formed in the cylinder liner 3 is not particularly described. In the embodiment, as is apparent from FIG. 1, the cylinder liner 3 and the piston 8, which are considered to mainly exert a frictional force, are located at opposing positions in the direction in which the thrust force acts (the direction perpendicular to the crankshaft). A pair of strain gauges 70a and 70b are attached.

【0026】しかしながら、環状の溝33の底面の一部
の位置だけに歪ゲージ70を貼り付けると、溝33の底
面のうちで歪ゲージ70が貼り付けられた特定の部分に
よって伝達される摩擦力を計測することができても、多
少の偏りをもって溝33の全周の底面に分配されて伝達
されると考えられる摩擦力の総和の値を計測することは
できない。従って、スラスト力の作用する方向のよう
に、環状の溝33の底面の一部のみに比較的短い歪ゲー
ジ70を貼り付けて摩擦力を計測すると、検出された摩
擦力の値は、ピストン8又はシリンダライナ3の摩耗量
とは対応するものの、内燃機関の摩擦損失の大きさとは
必ずしも対応しない。
However, when the strain gauge 70 is attached only to a part of the bottom surface of the annular groove 33, the frictional force transmitted by the specific portion of the bottom surface of the groove 33 to which the strain gauge 70 is attached. However, it is not possible to measure the value of the sum of the frictional forces considered to be distributed and transmitted to the bottom surface of the entire circumference of the groove 33 with some deviation. Accordingly, when a relatively short strain gauge 70 is attached to only a part of the bottom surface of the annular groove 33 and the friction force is measured, as in the direction in which the thrust force acts, the value of the detected friction force is Or, it corresponds to the wear amount of the cylinder liner 3, but does not always correspond to the magnitude of the friction loss of the internal combustion engine.

【0027】そこで、図6から図8に示す本発明の第3
実施形態においては、環状の溝33の実質的に全周の底
面にわたって歪ゲージ70が配置されるように、全周を
幾つかの部分に分けて、それらに長短の歪ゲージ70を
貼り付けることにより、複数個の検出値からシリンダラ
イナ3に作用している摩擦力の総和と、特定の部分の摩
擦力の値を共に計測することができるようにしている。
The third embodiment of the present invention shown in FIGS.
In the embodiment, the entire circumference is divided into several parts, and the long and short strain gauges 70 are attached to them so that the strain gauges 70 are arranged over substantially the entire bottom surface of the annular groove 33. Thus, the sum of the frictional forces acting on the cylinder liner 3 and the value of the frictional force at a specific portion can be measured together from the plurality of detected values.

【0028】即ち、図6に示すように、シリンダライナ
3の上端部に近い外側に形成された環状の溝33の底面
のうちで、クランク軸100とは直角方向のスラスト力
が作用する対向部分には比較的短い一対の薄膜状の歪ゲ
ージ70a及び70bを貼り付けると共に、残余の溝3
3の底面を実質的に全て覆うように、比較的長い一対の
薄膜状の歪ゲージ70c及び70dを、互いに対向する
ように貼り付ける。
That is, as shown in FIG. 6, of the bottom surface of the annular groove 33 formed on the outer side near the upper end of the cylinder liner 3, an opposing portion where a thrust force in a direction perpendicular to the crankshaft 100 acts. A pair of relatively short thin film strain gauges 70a and 70b are attached to the
A pair of relatively long thin film strain gauges 70c and 70d are attached so as to oppose each other so as to cover substantially the entire bottom surface of the third.

【0029】各歪ゲージ70の構造は、図7に例示した
歪ゲージ70c及び70dのようなもので、帯状の電気
の絶縁体からなるゲージベース72上に電気抵抗線73
がジグザグ状に配置されており、シリンダライナ3の溝
33の底面が、それよりも下方に作用する摩擦力によっ
て伸縮するとき、その底面に貼り付けられたゲージベー
ス72の矢印方向の伸縮によって、抵抗線73の矢印方
向の部分の直径が変化することにより、抵抗線73の両
端73a,73bの間の電気抵抗の値が変化するように
なっている。歪ゲージ70a及び70bも同様な構造で
あるが、歪ゲージ70c及び70dに比べて横の長さが
短かい。
The structure of each of the strain gauges 70 is the same as the strain gauges 70c and 70d illustrated in FIG. 7, and an electric resistance wire 73 is provided on a gauge base 72 made of a strip-shaped electric insulator.
Are arranged in a zigzag shape, and when the bottom surface of the groove 33 of the cylinder liner 3 expands and contracts due to a frictional force acting below the groove 33, the gauge base 72 attached to the bottom surface expands and contracts in the direction of the arrow. When the diameter of the portion of the resistance wire 73 in the direction of the arrow changes, the value of the electrical resistance between both ends 73a and 73b of the resistance wire 73 changes. The strain gauges 70a and 70b have the same structure, but have a smaller horizontal length than the strain gauges 70c and 70d.

【0030】薄膜状の歪ゲージ70a,70b及び70
c及び70dが電気抵抗の値として出力する信号は、第
3実施形態においては、図8に例示したようなブリッジ
回路74によって処理している。即ち、一対の短い歪ゲ
ージ70a及び70bは上側のブリッジ回路部分75に
おいて対向する位置に挿入されると共に、他の一対の長
い歪ゲージ70c及び70dは下側のブリッジ回路部分
76において対向する位置に挿入される。なお、図8中
において、70e,70f,70g,70hはいずれも
ダミー抵抗を、また、71a,71b,71c,71d
はいずれも端子を、更に、77は定圧電源を示してい
る。
The thin film strain gauges 70a, 70b and 70
In the third embodiment, the signals output by c and 70d as the value of the electric resistance are processed by the bridge circuit 74 illustrated in FIG. That is, the pair of short strain gauges 70a and 70b are inserted at opposing positions in the upper bridge circuit portion 75, and the other pair of long strain gauges 70c and 70d are positioned at opposing positions in the lower bridge circuit portion 76. Inserted. In FIG. 8, reference numerals 70e, 70f, 70g, and 70h denote dummy resistors, and 71a, 71b, 71c, and 71d.
Denotes a terminal, and 77 denotes a constant-voltage power supply.

【0031】シリンダライナ3とピストン8の間に作用
する摩擦力によって、主としてクランク軸100と直角
のスラスト力が作用する位置に貼り付けられている比較
的短い歪ゲージ70a及び70bが、シリンダライナ3
の中心軸線の方向に大きく伸縮する。その結果、端子7
1a,71b間には、この伸縮に応じた大きさの電圧が
出力される。この電圧は摩擦力が集中して作用する部分
の信号であるから、シリンダライナ3又はピストン8の
摩耗量と対応する。
Due to the frictional force acting between the cylinder liner 3 and the piston 8, the relatively short strain gauges 70 a and 70 b attached mainly to the position where the thrust force perpendicular to the crankshaft 100 acts are applied to the cylinder liner 3.
Greatly expands and contracts in the direction of the central axis. As a result, the terminal 7
A voltage corresponding to the expansion and contraction is output between 1a and 71b. Since this voltage is a signal of a portion where the frictional force acts in a concentrated manner, it corresponds to the wear amount of the cylinder liner 3 or the piston 8.

【0032】また、溝33の底面でもスラスト力が作用
する位置以外の部分によって伝達される摩擦力は、比較
的長い歪ゲージ70c及び70dによって、端子71
c,71d間の出力電圧として検出される。そこで、図
示しないコンピュータ等によって、端子71a,71b
間の出力電圧と、端子71c,71d間の出力電圧に、
それぞれの歪ゲージ70の面積に応じた係数を乗算して
から加算すれば、シリンダライナ3とピストン8間に作
用する全体の摩擦力の大きさを求めることができる。こ
の値は、前述のように内燃機関の摩擦損失に対応するも
のである。
The frictional force transmitted from the bottom surface of the groove 33 by a portion other than the position where the thrust force acts is also applied to the terminal 71 by the relatively long strain gauges 70c and 70d.
It is detected as an output voltage between c and 71d. Therefore, terminals 71a and 71b are provided by a computer (not shown) or the like.
Output voltage between the terminals 71c and 71d,
By multiplying and adding a coefficient corresponding to the area of each strain gauge 70, the magnitude of the total frictional force acting between the cylinder liner 3 and the piston 8 can be obtained. This value corresponds to the friction loss of the internal combustion engine as described above.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の摩擦力計測装置の第1の実施形態を示
す縦断正面図であって、(a)は全体構成を示すと共
に、(b)はその一部を拡大して示している。
FIG. 1 is a longitudinal sectional front view showing a first embodiment of a frictional force measuring device according to the present invention, wherein FIG. 1 (a) shows the entire configuration and FIG. .

【図2】第1の従来例の要部を拡大して示す縦断正面図
である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional front view showing an enlarged main part of a first conventional example.

【図3】第2の従来例の要部を拡大して示す縦断正面図
である。
FIG. 3 is a longitudinal sectional front view showing an enlarged main part of a second conventional example.

【図4】第3の従来例の要部を拡大して示す縦断正面図
である。
FIG. 4 is a longitudinal sectional front view showing an enlarged main part of a third conventional example.

【図5】本発明の第2の実施形態の要部を拡大して示す
縦断正面図である。
FIG. 5 is an enlarged longitudinal sectional front view showing a main part of a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施形態を概念的に示す斜視図
である。
FIG. 6 is a perspective view conceptually showing a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明に用いられる歪ゲージの一つを例示する
平面図である。
FIG. 7 is a plan view illustrating one of the strain gauges used in the present invention.

【図8】第3の実施形態に用いられるブリッジ回路を示
す電気回路図である。
FIG. 8 is an electric circuit diagram showing a bridge circuit used in a third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリンダブロック 2…シリンダヘッド 3…シリンダライナ 7…歪ゲージ 8…ピストン 16…燃焼室 31…フランジ 31a…可変形部分 33…環状の溝 82…トップリング 70,70a〜70d…歪ゲージ F…摩擦力 P…燃焼室圧力 R…弾力 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder block 2 ... Cylinder head 3 ... Cylinder liner 7 ... Strain gauge 8 ... Piston 16 ... Combustion chamber 31 ... Flange 31a ... Variable part 33 ... Annular groove 82 ... Top ring 70, 70a-70d ... Strain gauge F ... Friction force P: Combustion chamber pressure R: Elasticity

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 大督 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 加藤 慎治 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Daisuke Nakagawa 14 Iwatani, Shimowasumi-cho, Nishio City, Aichi Prefecture Inside the Japan Automobile Parts Research Institute (72) Inventor Shinji Kato 1st Toyota Town, Toyota-shi, Aichi Prefecture Toyota Auto Inside the car company

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリンダライナの上端部に近い外側面で
あって、しかも前記シリンダライナの内部において往復
運動をするピストンのトップリングの上死点位置よりも
上方の位置に周方向の溝を形成すると共に、前記周方向
の溝の前記シリンダライナの中心軸線と実質的に平行な
底面に、前記溝の前記底面を形成する前記シリンダライ
ナの薄肉部分の前記中心軸線の方向の伸縮量を検出する
検出手段を設けたことを特徴とする内燃機関の摩擦力計
測装置。
1. A circumferential groove is formed on an outer surface near an upper end portion of a cylinder liner and above a top dead center position of a top ring of a piston reciprocating inside the cylinder liner. And detecting the amount of expansion and contraction of the thin portion of the cylinder liner that forms the bottom surface of the groove in the direction of the center axis on the bottom surface of the circumferential groove substantially parallel to the center axis of the cylinder liner. A friction force measuring device for an internal combustion engine, comprising a detecting unit.
【請求項2】 前記検出手段が、クランク軸と直角のス
ラスト力が作用する方向の前記溝の底面に対して設けら
れていることを特徴とする請求項1に記載された摩擦力
計測装置。
2. The frictional force measuring device according to claim 1, wherein the detecting means is provided on a bottom surface of the groove in a direction in which a thrust force perpendicular to a crankshaft acts.
【請求項3】 複数個の前記検出手段が、前記シリンダ
ライナの周囲において対をなすように対向して設けられ
ていることを特徴とする請求項1又は2に記載された摩
擦力計測装置。
3. The frictional force measuring device according to claim 1, wherein a plurality of the detecting means are provided so as to form a pair around the cylinder liner.
【請求項4】 前記周方向の溝が、前記シリンダライナ
の全周を取り巻く環状の溝として形成されていることを
特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載された摩
擦力計測装置。
4. The frictional force measuring device according to claim 1, wherein the circumferential groove is formed as an annular groove surrounding the entire circumference of the cylinder liner.
【請求項5】 前記検出手段が、前記シリンダライナの
全周を取り巻く環状の溝の底面において、スラスト力が
作用する方向の前記底面のみならず、残余の底面にも設
けられることによって、実質的に前記環状の溝の全周に
わたって設けられていることを特徴とする請求項4に記
載された摩擦力計測装置。
5. The detection means is provided not only on the bottom surface in the direction in which the thrust force acts but also on the remaining bottom surface in the bottom surface of an annular groove surrounding the entire circumference of the cylinder liner. The frictional force measuring device according to claim 4, wherein the frictional force measuring device is provided over the entire circumference of the annular groove.
【請求項6】 前記検出手段が、電気抵抗値を出力する
歪ゲージからなることを特徴とする請求項1ないし5の
いずれかに記載された摩擦力計測装置。
6. The frictional force measuring device according to claim 1, wherein said detecting means comprises a strain gauge for outputting an electric resistance value.
【請求項7】 前記シリンダライナが、その上端部側に
おいてシリンダブロックに固定支持されていると共に、
下端部側が中心軸線の方向に移動可能に支持されている
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載さ
れた摩擦力計測装置。
7. The cylinder liner is fixedly supported on a cylinder block on an upper end side thereof.
7. The frictional force measuring device according to claim 1, wherein a lower end portion is supported so as to be movable in a direction of a central axis.
【請求項8】 前記シリンダライナの上端部に形成され
たフランジが、燃焼室圧力を受ける受圧面及び可変形部
分を有することを特徴とする請求項1ないし7のいずれ
かに記載された摩擦力計測装置。
8. The friction force according to claim 1, wherein a flange formed at an upper end portion of the cylinder liner has a pressure receiving surface receiving a combustion chamber pressure and a deformable portion. Measuring device.
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