JPS6031037A - ピストンフリクションの測定装置 - Google Patents

ピストンフリクションの測定装置

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JPS6031037A
JPS6031037A JP58140253A JP14025383A JPS6031037A JP S6031037 A JPS6031037 A JP S6031037A JP 58140253 A JP58140253 A JP 58140253A JP 14025383 A JP14025383 A JP 14025383A JP S6031037 A JPS6031037 A JP S6031037A
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JP
Japan
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cylinder liner
piston
cylinder
liner
annular
Prior art date
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JP58140253A
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JPH0259941B2 (ja
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Shoichi Furuhama
古浜 庄一
Makoto Tsujita
誠 辻田
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Hino Motors Ltd
Original Assignee
Hino Motors Ltd
Hino Jidosha Kogyo KK
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00Testing of machine parts

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Testing Of Engines (AREA)

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、往復動式内燃機関に見おけるピストン及びピ
ストンリングとシリンダライナとの間に発生する摩擦力
(以下、ピストンフリクシ曹ンという)を測定する装置
に関する。
内燃機関の燃費を向上させるためには、ピストンフリク
シ璽ン等を低減させることが有効であることは従来から
よく知られている。このために従来は、ピストンフリク
シ冒ンをモータリング法で測定し、あるいは、図示出力
と軸出力との差からピストンフリクシ田ンを推定してい
た。
ところが、このような従来の方法による場合は、1サイ
クルの平均値が得られるのみであシ、フリクシ■ンを低
減させるに重要な意味を持つ経時変化を得ることができ
ないために、的確なフリクシ冒ン低減策をとるには不十
分であった。
そこで、本発明者等は第1図及び第2図に示すように、
シリンダライナlの上端部に中心部に向かう突部2を形
成すると共に、シリンダブロック3とシリンダ2イナl
との上端面に内外周縁を載置した円環状のガス圧均圧プ
レート4を設けてガスシールを行わせることにより、該
プレート4を介してシリンダ2イナ1に作用するガス圧
力による下方への作用力FDと前記突部2の下面を介し
てシリンダライナ1に作用するガス圧による上方への作
用力1iUとをバランスさせることによってガス圧の影
響を解消させるようにしたフリクシ日ン測定装置を特願
昭58−82358号として先に提案した。なお、図中
、5はシリンダライナ1とシリンダブロック3との間の
相対変位量(摺動量)を測定してこの変位量に相当する
信号を出力する変位量検出手段であり、変位量の検出素
子6を例えばピエゾ素子等で構成することにより、高周
波での振動(シリンダライナ1の上下方向への摺動)を
も確実に検出するようにしている。7は鋼球、8はピス
トンである。
しかしながら、このようなピストン7リクシヨンの測定
装置では、シリンダライナ1の上端部内周面に突部2を
形成する必要があるのでピストン8のトップランド9を
前記突部2に対応して大きく削シ取ってシリンダライナ
との干渉を除く必要がある。従って、前記したようにガ
ス圧による影響を解消できるにも拘らず、実際のエンジ
ンのピストンをそのまま使用できず、しかも、トップラ
ンド9を大きく削)取っているので大きく圧縮比が低下
し、その結果燃焼が実際のエンジンと異なシ、燃焼期間
中の7リクシヨンの測定値に誤差が生ずるという不都合
があった。
本発明は、このような不都合を除くためになされたもの
であって、その目的とするところは、実用エンジンに使
用されているピストンをそのまま使用しながらもピスト
ン7リクシ冒ンの経時変化を誤差のない状態で正確に測
定できるピストンフリクシ目ンの測定装置を提供するこ
とにある。
要するに本発明は、シリンダブロックに摺動可能に装着
したシリンダライナと、該ライナの摺動変位量を検出し
てピストン7リクシ目ンに相当する信号を出力する変位
量検出手段とf備えたピストン7リクシ目ンの測定装置
において、前記シリンダライナの上端面とシリンダブロ
ックの上端面との間に環状の隙間を形成17、内外周縁
を前記シリンダ2イナとシリンダブロックの上面に載置
した円inのメタルシールプレートで前記隙間を密閉し
、前記シリンダライナの上端近傍外周面に設けた7ラン
9部の下面に円環溝を形成し、該円環溝を密閉するラバ
ーシールの下面に当接する段部を前記シリンダブロック
の内周面に設け、前記ラバーシールで覆われた円環溝の
内部と燃焼室とをシリンダライナに形成した複数個のガ
スポートを介して連通させると共に、前記メタルシール
プレートの上面とシリンダヘッドの下面との間に形成5
− された環状空間を燃焼室に連通させることにより、メタ
ルシールプレート及びシリンダライナの上端面等を介し
て該ライナに作用するガス圧力による下向きの作用力と
前記円環溝の内底面等を介してシリンダライナに作用す
るガス圧力による上向きの作用力とを均衡させるように
構成したことを特徴とするものである。
以下に本発明を図面に示す実施例に基いて説明する。
第3図は本発明の一実施例を示すものであり、シリンダ
ブロックlOにはライナサボー)11を介してシリンダ
ブロック12を軸方向に摺動可能に装着し、このシリン
ダライナ12と前記ライナサポート11あるいはシリン
ダブロック10との間に第1図に示したものと同様の変
位量検出手段(図示せず)を介装することにより、シリ
ンダライナ12内で往復動するピストン13及び該ピス
トン13に装着したピストンリング14とシリンダライ
ナ12との間に発生するピストンフリクシ謂ン(le擦
力)に相当する信号を図示しない測定6− 回路に出力するように構成されている。
ライナサポート11の上端にはプレートサポート15を
装着し、このプレートサポート15とシリンダライナ1
2の上端との間に環状の隙間16が形成されている。そ
して、この隙間16を覆う環状のメタルシールプレート
17の内周縁をシリンダ2イナ12の上端面に密接させ
て載置すると共に、該プレート17の外周縁をプレート
サポート15の上端面に密接させて載置してガスシール
を行なわせている。
1だ、シリンダライナ12の上端近傍外周面には7ラン
ク部18を形成し、この7ランク部18の下面に円環#
419を形成したうえでこの溝19をラバーシール20
で密閉し、このラバーシール20の下面に当接する段部
21をライナサポート11の上端部に形成して該ラバー
シール20の吹抜けを予防している。そして、ラバーシ
ール20で密閉された円環溝19の内部と燃焼室22と
をシリンダライナ12の複数箇所に穿設したガスポート
23を介して連通させると共に、メタルシールプレート
17の上面とシリンダヘッド24の下面との間に形成さ
れた環状空間25を燃焼室22に連通させることにより
、円環溝19及び環状空間25にそれぞれ燃焼室22の
圧力(ガス圧)を供給するように構成されている。
なお、シリンダライナー2の内径d、とメタルシールプ
レート17の外径d1との差の1/2の寸法aを円環溝
】9の内底面の幅すと同一寸法にして円環溝19の圧力
p と環状隙間25の圧力p。
とを同一に設定してあり、この結果、シリンダライナー
2に作用する燃焼室22のガス圧による上下方向への作
用力が均等になるようにs成されている。16はへラド
ガスケット、27はシリンダブロック10とライナサポ
ート11との間に装着した0リング、28は冷却水の通
路であり、ライナサポート11とシリンダライナー2と
の間にウォータジャケット29が形成されている。
本発明は、王妃のように構成されており、以下その作用
について説明する。エンジンが始動すると、ピストン1
3が図中上下方向に往復動し、ピストン13及びピスト
ンリング14との間に発生する摩擦力でシリンダライナ
12がライナサポート11(シリンダブロック10)に
対して上下方向に相対移動し、この移動量(変位量)が
図示しない変位量検出手段で検出される。
ここに、エンジンが燃焼行程にあって燃焼室22のガス
圧力が急激に増大すると、これに伴ってガスポート23
を介して円環溝19の圧力が増大するので、上方に向か
う作用力F、が発生する。同時に、環状隙間25の圧力
も増大してシリンダライナ12及びメタルシールプレー
ト17の上面に作用し、しかも、寸法aを円環溝19の
内底面の幅すの2倍に形成しであるので、下方に向かう
作用力FDは、FD=2FU となる。そして、下方に
向う作用力FDの1/2の力がプレートサポート15を
介してシリンダブロック10に作用し、残りの1/2の
力がシリンダ2イナ12に作用する。従って、シリンダ
ライナ12に作用する上向きの作用力FU と下向きの
作用力FD とが同一となり、ガス圧がいかに変動しよ
うとも、ガス圧によって9− はシリンダライナ12は全く変位しないことになり、ピ
ストンフリクシ冒ンのみが検出される。
また、ガスシールをOリングによらずメタルシールプレ
ート17とラバープレー)20とで行わせているため、
ガス圧によって弾性部材(0リング)が変形することに
よるタイムラグが完全に排除される。このために、測定
値の波形からタイムラグに起因するノイズが排除され、
極めてなめらがなピストンフリクシーン波形を得ること
ができる。
なお、シリンダヘッド24には燃焼の度毎に大きな上向
きの力が作用するが、シリンダライナ12をシリンダへ
ラド24から分離させているのでこのシリンダヘッド2
4の振動の影響を受けることもない。
また、第1図及び第2図に示したもののようにピストン
のトップランドを大きく削り取る必要がなく、実用エン
ジンのピストンをそのまま使用できるため、シリンダラ
イナ12の内面に形成される油膜の厚さを実用エンジン
の場合と同一にできる。このために、実用エンジンのピ
ストン7リク10− シ、ンと測定エンジンのピストン7リクシヨンとを同一
にすることができ、測定値の精度及び信頼性を向上させ
ることができ、同時に、オイル消費量等とピストン7リ
クシ目ンとの関係等を測定することもできる。
上記の如く構成した測定装We用いてピストンフリクシ
日ンを測定した結果を次に説明する。
ここに、ピストン7リクシ曹ンを測定するに際しては、
オイルの温度(以下、油温という)が極めて敏感に影響
するため、実働時とモータリング時のピストン7リクシ
冒ンを比較する際に冷却水の温度を基準とするのは適尚
ではない。このために、シリンダライナ12の温度をト
ップリングの上死点(TDC)、下死点(BDC)及び
中央の3箇所で測定し、そのうちの中央位置の温度を基
準とした。そして、古兵、鈴木がこの種の研究に使用し
ているもの(古兵庄−・鈴木秀和:日本機械学会論文集
Mol ・45.No、392.1979.P。
571)と略同−のエンジンでシリンダライナ及びピス
トンリングの温度を測定した結果によれば、ピストンリ
ングの滑り面の温度はシリンダライナの温度Tcより1
5℃〜20°0高いことが分っている。
これに対して、モータリングの場合は、ピストンリング
とシリンダライナの温度が略同−であると考えられるの
で、実働時のピストンフリクシ目ンを推定する実験とし
ては、シリンダライナの壁面温度を実働時の温度よシ8
〜10″0高くして測定したものが最も近い値であると
考え、その方法を採った。なお、供試エンジンは、ポア
;137關、ストローク:135龍の単気筒テスト用直
接噴射式のディーゼルエンジンでコンブレッジ、シリン
ダは3本、オイルリングは1本である。
また、エンジンを運転した状態での測定結果を第4図に
示している。この第4図において、Pは燃焼室22の圧
力の測定波形、Fはピストン7リクシ冒ンの測定波形で
あり、燃焼行程での上死点を0°としたクランクシャフ
トの回転角度を横軸にとシ、ピストンフリクシ1ン(k
?)と燃焼室の圧力(atm)を縦軸にとったものであ
シ、エンジンの回転数を120Orpmに固定して冷却
水温度を変化させたものである。なお、Twは冷却水の
温度、Tcはストローク中央のトップリング位置でのシ
リンダライナ12の壁面温度である。
この第4図に明らかに示されているように、本発明に係
る装置によれば、測定されたピストン7リクシ四ンの波
形Fには殆どノイズがなく、冷却水の温度Twが上昇す
るに従ってピストン7リクシヨンが減少することを確口
、りすることができた。
第5図は、m4図のような測定結果をもとにして冷却水
温度TVに対する吸排気行程でのピストンフリクシ曹ン
Fの最大値F。と燃焼行程でのピストン7リクシ讐ンF
の最大値Frn とをグラフに示したものであυ、この
図から分るように、シリンダライナ12の壁面温度Tc
 Kよってピストンフリクシ冒ンFが大きく影響され、
壁面温度Tcが低くてオイルの粘度が高いときはピスト
ン7リクシ冒ンFが特に大きくなることが判明した。
また、上記のような測定の他に、回転数を変化させたと
き、ピストンリングを換えたときにおけ13− るピストンフリクシ冒ンの変化の状態、クランクシャフ
トが1回転する間におけるピストンフリクシ目ンの変化
状態(経時変化)及び全7リクシヨンに対する各部の寄
与率の程度等をファイアリング(運転)及びモータリン
グのいずれについても容易かつ的確に測定することがで
きた。
なお、実施例ではライナサポート11を介してシリンダ
ライナ12をシリンダプルツク10に摺動可能に装着し
ているが、このライナサポート11を省略することもで
きる。
以上説明したように本発明によれば、従来技術では困難
とされていた往復動式エンジンのピストンフリクシ磨ン
をエンジンの運転中にも高精度かつ容易に実測すること
ができる効果が得られる。
このため、エンジン各部のフリクションの大きさを実測
して効果的なフリクション低減策を講することができる
効果がある。また、0リング等のような弾性部材を使用
することなくガスシールを行わせると共に、シリンダラ
イナに作用する上下方向への作用力を相殺できるため、
弾性部材の変形14− に要する時間によって生じるタイムラグを除去すること
ができ、ピストンフリクシ日ンの測定値(測定波形)の
ノイズを最小限に抑制して測定精度及び信頼性を向上さ
せることができる効果がある。更に、特殊なピストンを
必要とすることなく実用エンジンに使用されているピス
トンをそのまま、あるいは、実用エンジンのピストンと
同一のオイル掻き性能のピストンを使用l、て測定時に
おけるシリンダライナ内面の油膜厚さを実用エンジンの
油膜厚さと同一にすることができるため、測定にともな
うオイルの消費量を削減でき、オイル消費量とピストン
フリクシ目ンとの関係等を的確に把握することができる
と共に1作用力を相殺させる円環溝にガスポートを介し
てガス圧を供給するようKしているので、高温のガスが
ラバーシールに直接接触することがなく、シかも、この
ラバーシールの下面に段部を当接させているのでガスの
圧力及び温度が極めて高くなってもガスシールに悪影響
が及tホされるおそれもない等積々の優れた効果が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は先に提案したピストンフリクシ璽ンの測定装置
の概略縦断面図、第2図は同じく要部を拡大した縦断面
図、第3図は本発明に係る測定装置の一実施例を示す要
部の縦断面図、第4図は本発明に係る装置によって測定
したピストンフリクシ曹ンの特性線図、第5図は第4図
の結果をもとにして作成した冷却水温度に対するピスト
ンフリクシ冒ンの特性図である。 10はシリンダブロック、11はライナサポート、12
はシリンダライナ、13はピストン、14はピストンリ
ング、15はプレートサポート、16は隙間、17はメ
タルシールプレート、18は7ランク部、19は円環溝
、20はラバーシール、21は段部、22は燃焼室、2
3はガスポート、24はシリンダヘッド、25は環状空
間である。 特許出願人 日野自給車工業株式会社 〃 古兵庄− 代理人 弁理士 内 1)和 男 第1図 2 ! 5 に 第2図 第3図 第4図 第5図 に9f ざ□” 玲即、#c眉度→tw

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. シリンダブロックに摺動可能に装着したシリンダライナ
    と、該ライナの摺動変位量を検出してピストン7リクシ
    冒ンに相当する信号を出力する変位量検出手段とを備え
    たピストン7リクシ四ンの測定装置において、前記シリ
    ンダライナの上端面とシリンダブロックの上端面との間
    に環状の隙間を形成し、内外周縁を前記シリンダライナ
    とシリンダブロックの上面に載置した円環状のメタルシ
    ールプレートで前記隙間を密閉し、前記シリンダライナ
    の上端近傍外周面に設けたフランジ部の下面に円環溝を
    形成し、該円環溝を密閉するラバーシールの下面に当接
    する段部を前記シリンダブロックの内周面に設け、前記
    ラバーシールで覆われた円環溝の内部と燃焼室とをシリ
    ンダライナに形成した複数個のガスポートを介して連通
    させると共に、前記メタルシールプレートの上面とシリ
    ンダヘッドの下面との間に形成された環状空間を燃焼室
    に連通させることによシ、メタルシールプレート及びシ
    リンダライナの上端面を介して該ライナに作用するガス
    圧力による下向きの作用力と前記円環溝の内底面を介し
    てシリンダライナに作用するガス圧力による上向きの作
    用力とを均衡させるように構成したことを特徴とするピ
    ストン7リクシ四ンの測定装置。
JP58140253A 1983-07-30 1983-07-30 ピストンフリクションの測定装置 Granted JPS6031037A (ja)

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JPS6031037A true JPS6031037A (ja) 1985-02-16
JPH0259941B2 JPH0259941B2 (ja) 1990-12-13

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100376687B1 (ko) * 2000-07-13 2003-03-15 현대자동차주식회사 압력 보상형 부동라이너 장착 구조
KR100394635B1 (ko) * 2000-12-28 2003-08-14 현대자동차주식회사 피스톤 마찰력 측정용 라이너 장착 구조
WO2012062725A1 (de) 2010-11-09 2012-05-18 Avl List Gmbh Einrichtung zur reibungsmessung
WO2016154651A1 (de) * 2015-03-30 2016-10-06 Avl List Gmbh Vorrichtung zur reibungsmessung an einer zylinder-kolben-anordnung

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KR100394635B1 (ko) * 2000-12-28 2003-08-14 현대자동차주식회사 피스톤 마찰력 측정용 라이너 장착 구조
WO2012062725A1 (de) 2010-11-09 2012-05-18 Avl List Gmbh Einrichtung zur reibungsmessung
WO2016154651A1 (de) * 2015-03-30 2016-10-06 Avl List Gmbh Vorrichtung zur reibungsmessung an einer zylinder-kolben-anordnung

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