JPS5937439A

JPS5937439A - 内燃機関の熱衝撃試験装置

Info

Publication number: JPS5937439A
Application number: JP14619282A
Authority: JP
Inventors: Katsuji Furuya; 降矢　勝次; Masanori Otake; 大竹　政範; Sumihito Matsumura; 松村　純人
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-08-25
Filing date: 1982-08-25
Publication date: 1984-02-29
Also published as: JPH0216989B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は内燃機関の熱＠撃試験妓ハに間する。

自動車用内燃機関は、使用地域が寒地から熱地にまで及
び、総ての環境温度にさらされ、その環境温度の中で運
転、停止が繰返される。

その様な条件下で使用される機関を開発するにあたって
は、台上試験、実車走行試験及び耐摩、耐熱試＃全行な
って、その機能と耐久性を把握し、改善を積み重ねる必
決がある（参考文献、自動車技術会編昭ズロ４５年発行
「新編自動車工学ハンドブック」第４−１２３〜４−１
２４頁）。

特に、機関は数百の部品から構成され、その締結部尋は
熱による収縮、膨張を繰返しておシ、シ１）：ｙｆブロ
ック、シリンダヘッド及びマニホールド等の主要部品や
ガスケット類については十分な耐久性の確認を行なう必
要がおる。

しかし、従来の台上試験及び実車走行試験は四（３）季を通じて実施するものの、試験する地域にょシ、また
季節によシ現境温度が左右され、温度自体も限定される
。このため耐久性等の把握にはかなシの年月を便する。

また環境実験室での耐摩、耐熱試験では、各種の環境温
度を設定し、その設定された一定の環境温度において機
関の機能を把握するが、設備的に長時間運転できず、ま
た実験回数も１日に２回位が限度で、美大な費用がかか
る割シに満足の行く試験を行なえないのが実状であった
。

また、工７ジンダイナモ上でラジェータを外部から常温
水によシ冷却しその冷却度合を変化させて行なう水温サ
イクリック試験もあシ、この試験は極めて安価に行なえ
るが、これによる機関の冷却水の温度変化範囲は狭く、
また急激な温度変化も望めなかった。

したがって、従来の試験方法では耐久性の把握に長期間
を賢し、また改善部品を試作しても、更にｍ認期間が長
くなり、短期間での省エネ的な開発は不可能であった。

（４）本発明はこのような実状に鑑み、自動車のかなシの走行
距離数に相当するような熱衝撃を短時間で与えることが
でき、しかも、比較的安価な内燃機関の熱衝撃試験装置
を提供することを目的としている。

このため、本発明は機関の冷却水温度を例えば−３０℃
位から＋１２０℃位までの間で短時間に変化させるよう
にしたもので、具体的には、機関の冷却水を循環させる
ショート回路と、ショート回路に対し接続可能で機関外
で水蒸気、温水ないし常温水との熱交換器によル熱交換
される冷却水を循環させる熱交換回路と、ショート回路
に対し接蝉司能で機関外で冷凍機により冷却される冷却
水を循環させる冷却回路とを設けて、ショート回路に対
し熱交換回路若しくは冷却回路を選択的に接続すること
によシ機関の冷却水温度を制御するようにしたものでち
ゃ、アわせて前記冷却回路の接続時には冷却回路の低温
冷却水によシ機関の潤滑油をも冷却するようにしたもの
である。

そして更には、前記冷却回路の低温冷却水及び前記熱交
換回路への熱交換用の温水にょシ機関の吸入空気をも冷
却又は加熱するようにしたものである。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の第１実施例を示している。

構成を説明すると、機関本体１は通常の耐久試験の様に
動力計（図示せず）に接続され、無負荷から全負荷まで
の運転が可能となっている。そして、機関本体１の冷却
水出口１＆と冷却水入口１ｂとの間を三方弁２及び開閉
弁３を有するショート回路人によシつないである。

また、ボ／プ４、開閉弁５及び熱交換器６を有する熱交
換回路Ｂが設けられる。そして、ショート回路人と熱交
換回路Ｂとは前記三方弁２と開閉弁Ｔとを介し接続され
ている。尚、これらショート回路Ａと熱交換回路Ｂとを
流れる冷却水は不凍液である。

熱交換回路Ｂの熱交換器６には温水回路Ｃからの温水又
は常温水回路りからの常温水が選択的に供給されるよう
になっている。

温水回路Ｃはヒータ８を付設したタンク９を備え、この
温水タンク９内の温水（通常の水）をポンプ１０により
開閉弁１１を介して熱交換器６に供給し、開閉弁１２を
介して温水タンク９に戻すようになっている。但し、開
閉弁１１．１２が閉じたときはバイパス用の開閉弁１３
が開いて、熱交換器６に向かうことなく循環する。尚、
温水タンク９内の水はヒータ８により常温〜＋９０℃位
の範囲で温度コントロール可能であシ、また温水タンク
９内には給水源Ｅから制御弁１４を介して適宜常温水が
一定レベルまで補給されるようになっている。１８は温
水夕／り９の水量を調整するフロート調整弁である。

常温水回路りは給水源Ｆからの常温水をポンプ１５によ
シ開閉弁１６を介して熱交換器６に供給し、開閉弁１７
を介して排出するようになっている。

また、ショート回路Ａに対して接続される冷却回路Ｇが
設けられる。

この冷却回路Ｇは冷凍機１９を付設した冷水り（７）ンク２０を備え、この冷水タンク２０内の冷却水（不凍
液）を常温〜−３０℃位の範囲で任意にコノトロールで
きるようになっている。そして、冷水タンク２０からの
低温冷却水を中間タンク２１の一方の室を経由させた後
、ポンプ２２、開閉弁２３、ポンプ２４、更に中間夕／
り２１の他方の室を経由させてポツプ２５にょシ冷水夕
／り２゜に戻すようになっている。ここで、ポンプ２２
の出口側を開閉弁２６を介して冷却水人口１ｂにポンプ
２４の入口側を開閉弁２Ｔを介して冷却水出口１ａに接
続しである。尚、中間タンク２１は冷凍機１９及び冷水
タンク２０を実験室外（階上、階下も含む）に設ける場
合に有効でおる。

一方、機関本体１のオイルパフ部分（潤滑油溜シ）から
導出した配管を往復動ボ７プ式の主冷却器２８の入口側
に接続し、出口側を補助冷却器２９を介して再びオイル
７７部分に接続しである。

主冷却器２８は第２図に示すように、潤滑油の通路を形
成する内筒３０と、この円筒３０との間に低温冷却水の
通路を形成する外筒３１との二重（８）筒構造をなし、円筒３０内に一方向弁３２付の送油用往
復動ピスト／３３を備えている。ピストン３３はエアシ
リンダ３４のピストン３５とロッド３６を介して連結さ
れており、エアシリンダ３４の左右の室への空気圧が制
御弁３１によシ制御されることによシ往復動する。そし
て、主冷却器２Ｂの内筒３０と外筒３１との間には低温
冷却水の通路が形成されており、この直路には冷却回路
Ｇの中間夕／り２１からポンプ３８によシ低温冷却水を
導き、この後戻すようになっている。

補助冷却器２９にも同様に熱交換用の低温冷却水が導か
れるようになっている。

尚、３９ａ〜３９ｇ１ｄリリーフ弁、４０１〜４０ｄは
チェック弁である。

次に第３図に示すプログラムパターンに従って熱衝撃試
験を行なう場合について説明する。

尚、各パターン■〜■における三方弁２の切換制御は下
記の如く行なわれる。

■・・・・・・ＰｌとＰ５とを接続 ■・・・・・・ＰｌとＰ２とを接続Ｉ■−１・・・・・・ＰｌとＰ”２．Ｐ３とを接続（分
配量制御）ｍ−２・・・・・・ＰｌとＰ５とを接続■・
・・・・・全て遮断また、各パターン■〜■における開閉弁３．５゜７．１
１．１２，１３，１６，１７，２３，２６゜２７の開閉
制御は下表の如く行なわれる。○は開、×は閉である。

また、ポツプ４，１０，１５，２２，２４．２５は各パ
ターンＩ〜■において常に運転されるが、ポンプ３８及
びエアシリンダ３４はパターン■においてのみ運転され
る。

先ず始動時にはパターンＩとなる。すなわちショート回
路人と熱交換回路Ｂとがつながれ、機関本体１内の冷却
水は冷却水出口１ａから三方弁２を介して熱交換器６へ
流れた後、ボ／ブ４によシ開閉弁Ｔ及び３を経て冷却水
人口１ｂへ戻る。尚、ボ／ブ４と並列に設けられたチェ
ック弁４０ａは機関回転に較べ、ポンプ４の回転が遅い
場合に開となる。一方、温水回路Ｃの温水夕／り９内で
ヒータ８により加熱された例えば６０℃の温水がポンプ
１０によシ開閉升１１を介して熱交換器６に送られ、こ
の後開閉弁１２を介して温水タンク９へ戻るように循環
している。従って、冷却水は熱交換器６において加熱さ
れ、温度上昇する。

尚、冷却回路Ｇにおいては冷水タンク２０内で冷凍機１
９によシ冷却された例えば−３０℃の冷却水が中間タン
ク２１、ポンプ２２、開閉弁２３、ポンプ２４、中間夕
／り２１、ポンプ２５の順で循環している。これは、後
述するパターン■の場合に備え、冷却回路Ｇ全体を冷却
しておく意味をもち、パターンＩのみ表らず、後述する
パターン■〜ｍ−２においても行なわれる。

機関本体１内の冷却水温度が６０℃まで上昇すると、パ
ターン■に移る。

パターン■においては、三方弁２が切換わシ、開閉弁５
が開いて、１が閉じることによシ、ショート回路Ａと熱
交換回路Ｂとが遮断され、それぞれ独立したループを形
成する。すなわち、機関本体１内の冷却水は冷却水出口
１龜から出た後、三方９ｆ２及び開閉弁３を介して冷却
水人口１ｂへと戻る。従って、機関本体１内冷却水は機
関本体１０発生する熱によってのみ温度上昇する。

尚、温水タンク９内でヒータ８により加熱された温水は
パター／Ｉの場合と同様に熱交換器６に送られており、
熱交換回路Ｂにおいて冷却水はポンプ４から開閉弁５、
熱交換器６の順で循環している。

機関本体１内の冷却水温度が１２０℃まで上昇すると、
パターンｍ−１に移る。

パターンｍ−１においてはショート回路Ａと熱交換回路
Ｂとがつながれ温水回路Ｃを遮断し、常温水回路りの開
閉弁１６が開きポンプ１５により、開閉弁１６を介し熱
交換器６につなぎ、開閉弁１１゜１２が閉じ１３．１７
が開く。

この状態において機関本体１内の冷却水は、開閉弁５が
開き、開閉弁７が閉じ、三方弁２は熱交換器６側へ流れ
る量とこれをバイパスして流れる量を制御するようにな
っている。

ここで熱交換器６に供給された常温水は熱交換Ｂ６よｐ
熱を奪った常温水は開閉弁１７を介して排出される。こ
のように排出することによシ速やかに温度降下ができる
。

一方、温水回路Ｃの開閉弁１１及び１２が閉じ、バイパ
ス用の開閉弁１３が開き、温水タンク９に温水は循環す
る。

こうして、三方弁２から熱交換器６、ポンプ４、開閉弁
７及び３の順で流れる冷却水の流量を多くすることによ
シ、冷却水温度を低下せしめ、この後、三方ｆｆ２から
熱交換器６ｇ１ｌｌへ向かうことなく開閉弁３へ流れる
冷却水の流量を多くすることによシ、冷却水温度を上昇
せしめ、このような繰返しによｊ）、１２０℃から６０
℃の間で第３図に示すバターｙｍ−１０如き温度変化を
与える。

この後、１２０℃の状態から、次のバター７■−２に移
る。

パターンｌｌｌ−２においては、開閉弁１６及び１Ｔが
開く。また、温水回路Ｃの開閉弁１１及び１２が閉じ、
バイパス用の開閉弁１３が開く。このため、ポンプ１５
により開閉弁１６を介し熱交換器６に常温水が供給され
、熱交換器６よシ熱を奪った常温水は開閉弁１Ｔを介し
て排出される。このように排出することによシ速やかに
温度降下できる。

このとき、温水タンク９内でヒータ８によシ加熱される
温水はポンプ１０からバイパス用の開閉弁１３を通って
温水タンク９に戻る循環を繰返す。

一方、三方弁２の出口側は熱交換器６側に切換えられる
。同、開閉９ｆ３及び７が開、開閉弁５が閉である。こ
のため、機関包体１内の冷却水は冷却水出口１＆から三
方弁２を介して熱交換器６へ流れ、ここで常温水と熱交
換して冷却された後、ポンプ４によシ開閉升Ｔ及び３を
経て冷却水人口１ｂへ戻る。従って、冷却水は温度降下
する。

これによシ機関本体１内の冷却水温度が６０℃まで降下
すると、パター／■に移る。

パターン■においては、常温水回路りの開閉弁１６．１
７が全て閉じ、温水回路Ｃの開閉弁１１及び１２が開い
て、開閉弁１３が閉じる。また、三方弁２が両側共閉以
開閉弁３及び７も閉じて、開閉弁５が開く。このため、
温水夕／り９内の温水はポンプ１０によシ開閉弁１１を
介して熱交換器６へ流れた後、開閉弁１３を介して戻る
ようになる。そして、熱交換回路８はポンプ４、開閉弁
５、熱交換器６よりなる閉ループを形成し、引続くパタ
ーン■に備えて熱交換回路Ｂ内の冷却水温度を６０″Ｃ
まで上昇させる。

一方、三方弁２及び開閉弁３が閉じることによシ熱交換
回路Ｂとの接続が断たれたショート回路Ａは、開閉弁２
６及び２７が開くことにょシ冷却回路Ｑと接続される。

このとき開閉弁２３は閉じる。

このため、冷水タンク２０内で冷凍機１９によシ冷却さ
れた一３０℃の冷却水が中間タンク２１を経た後、ポン
プ２２によシ開閉弁２６を介して冷却水入口１ｂに送ら
れ、機関本体１を冷却する。

そして、冷却水出口１ａから出た後、開閉弁２７、ポン
プ２４、中間タンク２１、ポンプ２５の順で流れて冷水
タンク２０に戻る。従って、機関本体１内の冷却水は一
３０℃まで温度降下する。

また、同時にポンプ３Ｂが運転され、中間タンク２１内
の低温冷却水がポンプ３８によシ主冷却器２８及び補助
冷却器２９に送られると共に、エアシリンダ３４の作動
により主冷却器２８内のピストン３３が往復動する。

このため、機関本体１内の潤滑油がピスト／３３の往復
動と一方向弁３４の作用とにより主冷却器２８の内筒３
０内の一側に導かれては一方向升３２を通過して他側へ
と流れ、内筒３０内をこのように流れる過程で、内筒３
０と外筒３１との間を流れる低温冷水によシ冷却される
。

尚、潤滑油は低温になるとグリス状になシ、壁面に付着
してこれが断熱層となることによシ冷えにくくなるが、
このようにグリス状になって内筒３０の壁面に付着して
も、ピストン３３の往復動によりこれをはぎ取りながら
送油しつつ冷却するので、−３０℃位まで迅速に冷却す
ることができる。

そして、主冷却器２８を出た潤滑油は補助冷却器２９に
おいて再度低温冷却水と熱交換された後、機関本体１内
へ戻る。補助冷却器２９を設けたのは、主冷却器２８に
おいてフリクションにより発生した熱？奪うためである
。従って、機関本体１内の潤滑油温度も一３０℃まで温
度降下する。

この後は再びパターン■に戻シ、このよう匁パター／■
〜■を繰返して、熱衝撃試験が行なわれる。このような
熱衝撃試験によれば、例えば自動車の走行距離数にして
３万キロ位に相当する熱衝撃を短時間のうちに与えるこ
とができる。タンク９内に温水を入れて熱交換させる方
法で説明してきたが、タンク９内に水蒸気熱源をおき、
水蒸気を熱交換器６へ供給する量を加減して温度制御し
ても良い。

第４図に示す第２実施例は、機関に吸入される吸入空気
の温度をも制御するようにしたものであシ、特にこの場
合は始動時において吸入空炉温度を所望の温度に制御す
る場合について示している。

尚、この第２実施例において前述の第１笑施例と同一部
分には同一符号を付して異なる部分についてのみ説明す
る。

図中５１は吸気マニホールド、５２は妃化器、５３はエ
アクリーナであって、エアクリーナ５３につながれたイ
ンレントパイプ５４に空気の入口側から順に、除湿器５
５、冷却用熱交換器５６、除湿器５Ｔ及び加熱用熱交換
器５８を設けである。

そして、冷却用熱交換器５６の熱媒体入口側には冷却回
路Ｇの供給側（ポンプ２２の出口側）から分岐した配管
を流量制御弁５９を介して接続し、出口側から流量制御
弁６０を介して冷却回路Ｇの戻シ１ｕｌｌ（ポンプ２４
の入口側）に配管接続しである。

また、加熱用熱交換器５８の熱媒体入口側には温水回路
Ｃの供給側（ポンプ１０の出口側）から分岐した配管を
流量制御弁６１全介して接続し、出口側から流損制御升
６２を介して温水回路Ｃの戻シ側に配管接続しである。

かかる構成によれば、始動時において、流量制御弁５９
．６０を開くと共に該升５９，６０によシ冷却用熱交換
器５６に流れる冷水の流量を、また流量制御弁６ｔｍ６
２′（ｉ−開くと共に該升６１゜６２によシ加熱用熱交
換器５８に流れる温水の流量金、それぞれ調整すること
によシ、吸入空気の温度を所望の温度に制御することが
でき、より実際に近い形で試験を行なうことができる。

以上説明したように本発明によれば、機関の冷却水温度
、潤滑油温度及び吸入空気温度を極低温から高温までの
範囲で制御し、しかもこれを比較的簡単な装置で、急激
に温度変化させ、短時間のうちに相当な熱衝撃を与える
ことができるので、耐久性や機能の把握更にはこれらの
改善の確認を短時間のうちに行なえ、機関の開発に朕す
る時間や費用を大巾に低減することができるという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す熱衝撃試験装置の構
成図、第２図は第１図における一部の拡大断面図、第３
図はプログラムパターンの一例を示す図、第４図は第２
実施例を示す熱衝撃試験装置の構成図である。Ａ・・・ショート回路　　Ｂ・・・熱交換回路　　Ｃ・
・・温水回路　　Ｄ用常温水回路　　Ｅ、Ｆ・・・給水
源Ｇ・・・冷却回路　　１・・・機関本体　　６・・・
熱交換器８・・・ヒータ　　９・・・温水夕７り　　１
９・・・冷凍機２０・・・冷水夕７り　　２１・・・中
間タンク　　２Ｂ・・・主冷却器　　２９川補助冷却器
　　３０　川内筒３１・・・外筒　　３２・・・一方向
９Ｐ　　３３・・・ピスト／　　３４・・・エアシリン
ダ　　５３・・・エアクリーナ　　５６・・・冷却用熱
交換器　　５８・・・加熱用熱交換器特許出願人　日産自動車株式会社代理人弁理士　笹　　島　　富二雄

Claims

【特許請求の範囲】

（１）機関の冷却水を循環させるショート回路と、ショ
ート回路に対し接続可能で機関外で水蒸気、温水ないし
常温水との熱交換器によシ熱交換される冷却水管循環さ
せる熱交換回路と、ショート回路に対し接続可能で機関
外で冷凍機により冷却される冷却水を循環させる冷却回
路とを設けて、ショート回路に対し熱交換回路若しくは
冷却回路を選択的に接続することによ１機関の冷却水温
度を制御するように構成する一方、帥記冷却回路の接続
時に冷却回路の低温冷却水によシ機関の潤滑油を冷却す
る冷却器を設けて、潤滑油温度をも制御するように構成
したことを特徴とする内燃機関の熱衝撃試験装置。
（２）冷却器が、潤滑油の通路を形成する円筒と、この
円筒との間に低温冷却水の通路全形成する外筒との二重
筒構造をなし、内筒内に一方向升付の送油用往復動ピス
トンを設けてなる特許請求の範囲第１項記載の内燃機関
の熱衝撃試験装置。
（３）機関の冷却水を循環させるショート回路と、ショ
ート回路に対し接続可能で機関外で水蒸気、温水ないし
常温水との熱交換器によシ熱交換される冷却水を循環さ
せる熱交換回路と、ショート回路に対し接続可能で機関
外で冷凍機によシ冷却される冷却水を循環させる冷却回
路とを設けて、ショート回路に対し熱交換回路若しくは
冷却回路を選択的に接続することによシ機関の冷却水温
度を制御するように構成する一方、前記冷却回路の接続
時に冷却回路の低温冷却水によシ機関の潤滑油を冷却す
る冷却器と、前記冷却回路の低温冷却水及び前記熱交換
回路への熱交換用の温水によシ機関の吸入空気を冷却又
は加熱する熱交換器と金設けて、潤滑油温度及び吸入空
気温度をも制御するように構成したことを特徴とする内
燃機関の熱衝撃試験装置。
（４）冷却器が、潤滑油の通路を形成する円筒と、との
内筒との間に低温冷却水の通路を形成する外筒との二重
篩構造をなし、内筒内に一方向りＰ伺の送油用往復動ピ
スト／を設けてなる特許請求の範囲第３項記載の内燃機
関の熱衝撃試験装置。