WO2014174881A1 - ピストン上死点の検出方法及びその装置 - Google Patents
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- G01M15/06—Testing internal-combustion engines by monitoring positions of pistons or cranks
Definitions
- the present invention relates to a method and apparatus for detecting a top dead center of a piston.
- the eddy current sensor is pre-mounted to the cylinder head immediately above the piston head, and requires a special attachment process for the eddy current sensor with respect to the engine. Moreover, it can not be attached to a plug hole or the like provided on the side surface of the cylinder, and the attachment location is limited.
- the top dead center detection device only needs to be used for top dead center detection, and can be easily attached and detached without special processing (without leaving a mounting mark) on the assembled engine Is desired. Then, this invention aims at implementation of such a request
- the invention described in claim 1 is a method of detecting a top dead center of a piston, in which a combustion chamber is filled with a liquid, a part thereof is taken out to a measurement unit outside the engine, The liquid level of the liquid is changed according to the vertical movement of the piston, and the top dead center is detected by this change.
- the invention as set forth in claim 2 is the piston top dead center detection device, wherein a lead-out pipe communicating from the combustion chamber to the outside of the engine is detachably provided to the engine, The liquid filled in the combustion chamber is fed into the outlet pipe, and the liquid in the outlet pipe is interlocked with the liquid level movement of the liquid in the combustion chamber accompanying the vertical movement of the piston.
- An end portion of the lead-out pipe drawn from an engine is used as a measurement unit, and a liquid level change in the measurement unit is measured.
- the invention described in claim 3 is the same as in claim 2 above.
- the measurement unit of the lead-out tube is transparent.
- the invention described in claim 4 is the same as in claim 2 or 3 above.
- the liquid level of the measurement unit is detected by a laser displacement meter.
- the invention described in claim 5 is the device according to any one of claims 2 to 4 above,
- the top dead center detection device is characterized in that it has an insertion cylindrical portion, and the insertion cylindrical portion is inserted into the plug hole of the cylinder head and detachably attached to the cylinder head.
- a part of the liquid filled in the combustion chamber is taken out to the measuring unit provided outside the engine, and the change in the liquid level is measured. It is possible to detect the up and down change of the liquid level and judge the highest position as the top dead center. Moreover, the removal of the liquid can be measured quickly and easily without requiring disassembly of the engine by utilizing an opening provided in advance in the cylinder of the engine.
- the lead-out pipe communicating from the combustion chamber to the outside of the engine is detachably provided to the engine, the liquid filled in the combustion chamber is fed into the lead-out pipe, and the liquid in the lead-out pipe is used to move the piston up and down. Since it was made to interlock with the liquid level movement of the liquid in the combustion chamber accompanying, by measuring the liquid level change in the measurement part which is the end of the lead-out pipe pulled out from the engine, the engine can be easily disassembled without disassembling. The dead point can be determined and the detection device can be simplified.
- the measurement portion portion is made transparent, it is possible to more easily confirm the liquid level change. In particular, visual confirmation becomes easy.
- the liquid level change in the measurement unit is detected by the laser displacement meter, it is possible to detect the liquid level with high accuracy and quickly, and further, to automate it.
- the top dead center detection device can be attached using the existing plug hole, the detachable attachment is easy. Moreover, by attaching to the plug hole, top dead center can be detected without disassembling the engine despite mounting obliquely.
- FIG. 1 shows a four-stroke engine 10 with a top dead center detection device 30 attached.
- the engine 10 includes a cylinder 11, a cylinder head 12, and a piston 13 moving in the cylinder 11 along a cylinder axis C, and a combustion chamber 14 is formed between the piston 13 and a recess of the cylinder head 12.
- An intake port 15 and an exhaust port 16 provided in the cylinder head 12 communicate with the combustion chamber 14 and are opened and closed by the intake valve 17 and the exhaust valve 18, respectively.
- Reference numeral 20 denotes a camshaft, which lifts the intake valve 17 and the exhaust valve 18 at predetermined timings via the rocker arms 21a and 21b by the intake cam 20a and the exhaust cam 20b provided on the shaft. .
- the piston 13 is connected to the crankshaft 24 via a connecting rod 23.
- the connecting rod 23 has a small end connected to the piston 13 by the piston pin 22 and a large end connected to the crankshaft 24.
- the piston 13 reciprocates along the cylinder axis C to rotate the crankshaft 24.
- the number attached to the crankshaft 24 is the crank angle.
- crank shaft 24 rotates approximately 180 °
- piston 13 retracts near the bottom dead center
- intake valve 17 is lifted, whereby fuel is taken into the combustion chamber 14 from the intake port 15 Indicates the suction stroke.
- the compression stroke, the combustion stroke, and the exhaust stroke are performed as the crankshaft 24 rotates, and four strokes are performed by two rotations of the crankshaft 24.
- the top dead center detection device 30 includes an insertion cylindrical portion 31 which is inserted into the plug hole 25 of the cylinder head 12 and detachably attached, the lead-out pipe 32, and the laser displacement meter 40.
- Reference numeral 33 denotes a valve, which is provided at an appropriate position of the insertion cylinder 31 or the outlet pipe 32. However, it can be omitted.
- the liquid in advance into the combustion chamber 14, and a part of the liquid is inserted from the insertion cylindrical portion 31 to the tip (extraction end) of the outlet pipe 32
- the measurement unit 36 is to be filled.
- the liquid can be an incompressible liquid, such as any suitable machine oil or lubricating oil.
- the liquid level change of the measuring unit 36 is interlocked with the vertical movement of the piston 13. When the piston 13 is raised, the liquid level of the measuring unit 36 is raised, and when the piston 13 is lowered, the liquid level of the measuring unit 36 is also lowered.
- the laser displacement meter 40 automatically measures the liquid level of the measurement unit 36 by a laser. Information on the liquid level detected by the laser displacement meter 40 is sent to the data processor 50.
- the data processing device 50 is a computer such as a personal computer, and the crank angle from the crank angle sensor 60 that detects the rotation angle of the crank shaft 24 is also input, and the top dead center can be determined by the crank angle.
- FIG. 2 is a view showing the engine 10 partially broken at approximately 90 ° from FIG. 1, and the cylinder head 12 is provided with a plug hole 25 communicating with the combustion chamber 14, and the spark plug 26 is screwed here It is stopped.
- the insertion tube portion 31 has a metal tube shape, has an outer diameter closely fitted to the plug hole 25, and has an external thread formed on the outer periphery, and the plug hole after the ignition plug 26 is removed. It can be screwed to 25.
- the plug hole 25 is an oblique hole whose axis L is inclined at an inclination angle ⁇ with respect to the cylinder axis C, and the insertion tube portion 31 is long and is inserted obliquely into the plug hole 25. While inclined along the axis L of the cylinder 25 with respect to the cylinder axis C, one end faces into and communicates with the combustion chamber 14, and the other end extends outward from the cylinder head 12.
- the lead-out pipe 32 connected to the insertion cylindrical portion 31 includes a rubber hose 34 and a transparent tube 35, and one end of the rubber hose 34 is attached to the other end of the insertion cylindrical portion 31.
- the rubber hose 34 can be freely bent and has a predetermined length so that the measuring unit 36 can be disposed at a position away from the engine 10, and one end of a transparent tube 35 is attached to the other end.
- the other end of the transparent tube 35 is a measurement section 36 which is an upwardly bent open end.
- FIG. 3 is a view schematically showing a top dead center detection method according to the present invention, in which the measurement unit 36 and the laser displacement meter 40 are shown enlarged.
- the laser displacement gauge 40 is a laser type liquid level gauge disposed above the measuring unit 36, and the laser light sent from the light emitting unit 41 directly below through the lens 42 is incident at a right angle on the liquid surface LP of the measuring unit 36 Part of the light is reflected at the liquid surface at a predetermined angle ⁇ . The reflected light is received by the light receiving element 44 through the lens 43, and the intensity of the reflected light is measured.
- the position of the liquid surface LP is detected by measuring the intensity of the reflected light. it can.
- the resolution of this laser displacement meter 40 is 0.3 ⁇ m.
- the intensity of the reflected light detected by the laser displacement meter 40 is converted into an electronic signal as liquid level information and sent to the data processor 50.
- the change in liquid level in the measurement unit 36 with respect to the movement of the piston 13 is A / It is amplified by B times.
- a / B (square of a) / (square of b).
- a / B 1000 times, if the piston 13 moves by 1 ⁇ m, for example, the liquid level LP of the measurement unit 36 changes by about 1 mm. Moreover, a change of about 1 mm in the liquid level LP can be accurately determined visually.
- FIG. 4 is a graph showing the piston height and the displacement of the liquid surface in the measurement unit with respect to the crank rotation angle.
- the abscissa represents the crank rotation angle (deg)
- the ordinate represents the piston height and the liquid surface in the measurement unit.
- the crank rotation angle is 0 at the top dead center, and the position before the top dead center is minus (-). Since the piston height and each displacement of the liquid surface in the measurement section have the top dead center at 0 and this time is the top, the crank rotation angle changes from 0 to either the plus (+) side or the minus side. Also, each displacement is negative (-).
- (A) in the figure shows the piston height and each displacement of the liquid surface in the measurement section in mm units.
- the displacement of the piston height changes by 3 ⁇ m when the crank rotation angle changes by 1 °
- (B) of FIG. 4 is also a graph in which the vertical axis is 1/1000 times and only the displacement of the piston height is displayed.
- the displacement of the piston height is an upwardly convex curve which becomes 0 at the top dead center, and is displaced by -3 ⁇ m when the crank rotation angle changes by -1 °.
- the displacement curve of the liquid surface in the measurement part is amplified by the ratio (1000 times) of the cross sectional area of the displacement of the liquid surface to the displacement of the piston height. Therefore, it forms a convex curve which becomes 0 at the top dead center, and is displaced by -3 mm when the crank rotation angle changes by -1 °.
- the displacement of the liquid level in the measurement portion can be visually inspected.
- displacement of the height of the piston can be detected by using a relatively low resolution measuring means such as a dial gauge instead of visual observation.
- the measuring method of the present invention regarding the method of detecting the compression top dead center which is the top dead center in the compression stroke will be described based on the flowchart of FIG. First, various devices are attached (S1). At this time, as shown in FIGS. 2 and 3, the insertion cylinder portion 31 is inserted into the plug hole 25, the lead-out pipe 32 is bent as appropriate, and the measurement portion 36 is drawn out to an appropriate position outside the engine 10. Of the laser displacement meter 40 fixed to the
- the filling start position of the liquid is determined (S2).
- the start position is before the compression top dead center.
- the liquid is charged into the top dead center detection device 30 and the combustion chamber 14 (S3).
- the intake port 15 and the exhaust port 16 are closed. Therefore, the combustion chamber 14 is filled with the liquid, a part of which enters the communicating outlet pipe 32 and the liquid amount is adjusted so that the liquid level LP is formed in the measuring unit 36 at a position near the top dead center. .
- This filling takes about 5 minutes. In addition, if it carries out conventional engine disassembly instead of this process, about one hour will be required.
- the crankshaft 24 is rotated to measure the liquid level of the measurement unit 36 (S4), and the top dead center is determined (S5).
- the piston 13 is moved upward, the liquid in the combustion chamber 14 is pushed up by the piston 13 and the liquid level rises.
- the liquid level LP raises the liquid level LP in the measuring unit 36 through the insertion cylinder 31 and the outlet pipe 32.
- the position of the liquid level LP is detected by the laser displacement meter 40.
- the displacement amount of the liquid surface LP is sufficient for the resolution of the laser displacement meter 40 by making the inner diameter of the measurement unit 36 smaller than the outer diameter of the piston 13.
- the liquid level data detected by the laser displacement meter 40 is sent to the data processor 50.
- a displacement curve of the liquid level LP is formed by correlating with the crank angle data sent from the crank angle sensor 60. Since this curve forms a curve that is convex upward, the maximum value of this curve, that is, the crank angle when changing from rising to falling, is the top dead center. From the measurement to the determination of the top dead center is automated by the data processor 50 and ends in about 2 seconds.
- top dead center can be detected easily, quickly and accurately without disassembling the engine. Further, since the measurement unit 36 is drawn out of the engine 10 using the lead-out pipe 32, the measurement unit 36 can be drawn out to a convenient place for measurement, and the configuration of the apparatus and the measurement operation can be facilitated. Moreover, by using a part of the rubber hose 34, the management of the lead-out pipe 32 is further improved.
- the measuring device can be attached and detached without applying special processing to the engine side.
- the plug hole 25 is used for mounting the ignition plug 26 which is the original application after desorption, there is no need to leave an unnecessary attachment mark just for inserting the insertion tube portion 31. Furthermore, there is no need to leave the sensor to the engine even after top dead center detection.
- the insertion cylinder 31 is attached obliquely, detection of the top dead center becomes possible without disassembling the engine and in the assembled state. Moreover, by using the laser displacement meter 40, automation can be performed quickly and with high accuracy.
- the measurement can be performed with high accuracy by visual observation without using the laser displacement meter 40.
- This accuracy can be as good as conventionally measured by disassembling the engine and using a dial gauge.
- the top dead center can be determined with an accuracy within a crank angle of ⁇ 0.5 ° even by visual observation.
- the transparent tube 35 the change in liquid level can be visually confirmed from the side of the measurement unit 36.
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Abstract
エンジンを分解せずに、上死点の検出を可能にする。 エンジン１０のプラグ穴２５に上死点検出装置３０の挿し込み筒部３１を取付ける。上死点検出装置３０は挿し込み筒部３１に接続する導出管３２を有し、その一端部を透明な測定部３６とする。燃焼室１４内に液体を充填し、その一部を測定部３６内へ取り出し、ピストン１３の移動に応じて、測定部３６内の液面を変化させ、この液面変化をレーザー変位計４０で検出することにより、上死点を検出する。
Description
この発明は、ピストンの上死点を検出するための方法及びその装置に関する。
ピストンの上死点を検出する方法として、ダイヤルゲージを用い、その測定子をなすロッドを、シリンダヘッドのプラグ穴から燃焼室内へ斜めに挿し込んで、先端をピストンヘッドへ接触させ、ピストンの上下動（ピストンの上死点へ向かう移動を上方移動、下死点へ向かう移動を下方移動とする。以下同）に伴ってロッドの先端をピストンヘッド上で摺動させながら、ロッドを斜めに上下移動させ、このロッドの上下動をダイヤルゲージで読み取り、最も上昇した位置を上死点とするようにしたものがある（特許文献１参照）。
また、シリンダヘッドに渦電流センサを取付け、接近するピストンヘッドに生じる渦電流を測定して上死点を決定する方法もある（特許文献２参照）。
また、シリンダヘッドに渦電流センサを取付け、接近するピストンヘッドに生じる渦電流を測定して上死点を決定する方法もある（特許文献２参照）。
特許文献１の方法によれば、ロッドをシリンダ軸線に対して斜めに配置すると、ロッド先端と鋳肌面になっているピストンヘッドの表面との間における摩擦により、ロッド先端がスムーズに動かず、検出結果に誤差を生じる場合がある。また、比較的長いロッドが斜めになっているため、これが曲がる場合があり、これによっても誤差が生じる。
したがって、ロッドを斜めにして使用する場合にはいずれも誤差が大きくなるため、上死点を正確に検出するにはエンジンを分解して、ピストンヘッドの直上にシリンダ軸線に沿ってロッドを配置して検出する必要がある。
しかし、このようにエンジンを分解すると、分解及び再組立に多くの工数を要することになる。したがって、エンジンを分解せずに正確に上死点を検出する方法が求められている。
また、検出装置をシリンダ軸線に対して斜め方向に装着してもエンジンを分解せずに検出可能にすることも求められている。
したがって、ロッドを斜めにして使用する場合にはいずれも誤差が大きくなるため、上死点を正確に検出するにはエンジンを分解して、ピストンヘッドの直上にシリンダ軸線に沿ってロッドを配置して検出する必要がある。
しかし、このようにエンジンを分解すると、分解及び再組立に多くの工数を要することになる。したがって、エンジンを分解せずに正確に上死点を検出する方法が求められている。
また、検出装置をシリンダ軸線に対して斜め方向に装着してもエンジンを分解せずに検出可能にすることも求められている。
特許文献２の方法によれば、渦電流センサはピストンヘッドの直上となるシリンダヘッドへ予め取付けられているものであり、エンジンに対して渦電流センサのための特別な取付加工を必要とする。しかも、シリンダ側面に設けられるプラグ穴等へ取付けることはできず、取付場所が限定される。
しかし、上死点の検出装置は、上死点の検出時のみに使用すれば足り、組立後のエンジンに対して特別な加工をすることなく（取付跡を残すことなく）、簡単に着脱できることが望まれる。
そこで本願発明は、このような要請の実現を目的とする。
しかし、上死点の検出装置は、上死点の検出時のみに使用すれば足り、組立後のエンジンに対して特別な加工をすることなく（取付跡を残すことなく）、簡単に着脱できることが望まれる。
そこで本願発明は、このような要請の実現を目的とする。
上記課題を解決するため請求項１に記載した発明は、ピストンの上死点を検出する方法において、燃焼室に液体を充填し、その一部をエンジン外部の測定部へ取り出し、この測定部における液体の液面を、前記ピストンの上下移動に伴って変化させ、この変化により上死点を検出することを特徴とする。
請求項２に記載した発明は、ピストン上死点の検出装置において、前記燃焼室からエンジンの外部へ連通する導出管をエンジンへ着脱自在に設け、
前記燃焼室内に充填した液体を前記導出管内へ送り込み、この導出管内の液体を、前記ピストンの上下移動に伴う前記燃焼室内における液体の液面移動に連動させるとともに、
エンジンから引き出された前記導出管の端部を測定部とし、この測定部における液面変化を測定するようにしたことを特徴とする。
前記燃焼室内に充填した液体を前記導出管内へ送り込み、この導出管内の液体を、前記ピストンの上下移動に伴う前記燃焼室内における液体の液面移動に連動させるとともに、
エンジンから引き出された前記導出管の端部を測定部とし、この測定部における液面変化を測定するようにしたことを特徴とする。
請求項３に記載した発明は、上記請求項２において、
前記導出管の前記測定部が透明であることを特徴とする。
前記導出管の前記測定部が透明であることを特徴とする。
請求項４に記載した発明は、上記請求項２又は３において、
前記測定部の液面をレーザー変位計にて検出することを特徴とする。
前記測定部の液面をレーザー変位計にて検出することを特徴とする。
請求項５に記載した発明は、上記請求項２～４のいずれか１項において、
上死点検出装置は挿し込み筒部を備え、この挿し込み筒部をシリンダヘッドのプラグ穴へ挿し込んで前記シリンダヘッドへ着脱自在に取付けることを特徴とする。
上死点検出装置は挿し込み筒部を備え、この挿し込み筒部をシリンダヘッドのプラグ穴へ挿し込んで前記シリンダヘッドへ着脱自在に取付けることを特徴とする。
請求項１によれば、燃焼室に充填した液体の一部をエンジンの外部に設けた測定部へ取り出し、その液面変化を測定するようにしたので、ピストンの上下移動に伴い、測定部における液面の上下変化を検出してその最上昇位置を上死点として判断できる。しかも液体の取り出しは、予めエンジンのシリンダに設けられている開口部を利用することにより、エンジンの分解を要さずに、迅速かつ簡単に測定できる。
請求項２によれば、燃焼室からエンジンの外部へ連通する導出管をエンジンへ着脱自在に設け、燃焼室内に充填した液体を導出管内へ送り込み、この導出管内の液体を、ピストンの上下移動に伴う燃焼室内における液体の液面移動に連動させるようにしたので、エンジンから引き出された導出管の端部である測定部にて液面変化を測定することにより、エンジンを分解せず容易に上死点を決定でき、しかも検出装置を簡単化できる。
請求項３によれば、測定部部分を透明にしたので、液面変化をより容易に確認できる。特に、目視確認が容易になる。
請求項４によれば、測定部における液面変化をレーザー変位計により検出するので、高精度で迅速に検出でき、しかも自動化できる。
請求項５によれば、既存のプラグ穴を用いて上死点検出装置を取付けることができるので、着脱自在の取付が容易である。しかも、プラグ穴へ取付けることにより、斜めに取付けることになるにもかかわらず、エンジンを分解せずに上死点の検出が可能になる。
以下、図面に基づいて一実施形態を説明する。
図１は、４サイクル式のエンジン１０に上死点検出装置３０を取付けた状態を示す。エンジン１０はシリンダ１１とシリンダヘッド１２と、シリンダ１１内をシリンダ軸線Ｃに沿って移動するピストン１３を備え、ピストン１３とシリンダヘッド１２の凹部の間に燃焼室１４を形成する。
燃焼室１４には、シリンダヘッド１２に設けられた吸気ポート１５及び排気ポート１６が連通し、それぞれは吸気バルブ１７及び排気バルブ１８で開閉される。
２０はカムシャフトであり、この軸上に設けられた吸気カム２０ａ及び排気カム２０ｂによりロッカーアーム２１ａ及び２１ｂを介して吸気バルブ１７及び排気バルブ１８をそれぞれ所定のタイミングでリフトするようになっている。
図１は、４サイクル式のエンジン１０に上死点検出装置３０を取付けた状態を示す。エンジン１０はシリンダ１１とシリンダヘッド１２と、シリンダ１１内をシリンダ軸線Ｃに沿って移動するピストン１３を備え、ピストン１３とシリンダヘッド１２の凹部の間に燃焼室１４を形成する。
燃焼室１４には、シリンダヘッド１２に設けられた吸気ポート１５及び排気ポート１６が連通し、それぞれは吸気バルブ１７及び排気バルブ１８で開閉される。
２０はカムシャフトであり、この軸上に設けられた吸気カム２０ａ及び排気カム２０ｂによりロッカーアーム２１ａ及び２１ｂを介して吸気バルブ１７及び排気バルブ１８をそれぞれ所定のタイミングでリフトするようになっている。
ピストン１３はコンロッド２３を介してクランク軸２４へ連結されている。コンロッド２３は小端部がピストンピン２２でピストン１３へ連結され、大端部がクランク軸２４へ連結され、ピストン１３がシリンダ軸線Ｃに沿って往復動することによりクランク軸２４が回転する。クランク軸２４に付した数字はクランク角度である。
この図では、クランク軸２４が略１８０°回転してピストン１３が下死点近傍へ後退し、吸気バルブ１７がリフトされることにより、吸気ポート１５から燃焼室１４内へ燃料が吸入されている吸入行程を示す。この後、クランク軸２４の回転に伴って圧縮行程、燃焼行程、排気行程を行い、クランク軸２４の２回転により、４行程を行うようになっている。
上死点検出装置３０は、シリンダヘッド１２のプラグ穴２５へ差し込んで着脱自在に取付けられた挿し込み筒部３１、導出管３２及びレーザー変位計４０を備える。３３はバルブであり、挿し込み筒部３１又は導出管３２の適宜位置に設けられる。但し省略することも可能である。
本願発明におけるピストン上死点の検出においては、圧縮行程において、予め燃焼室１４内へ液体が充填され、この液体の一部が挿し込み筒部３１から導出管３２の先端部（取り出し端部）である測定部３６まで充填されるようになっている。
測定部３６内部には、燃焼室１４に連通して導出管３２に充填された液体の液面が形成されている。液体は非圧縮性の液体、例えば適宜な機械油や潤滑油等が可能である。
測定部３６の液面変化はピストン１３の上下動と連動し、ピストン１３が上昇すると測定部３６の液面が上昇し、ピストン１３が下降すると測定部３６の液面も下降する。
測定部３６の液面変化はピストン１３の上下動と連動し、ピストン１３が上昇すると測定部３６の液面が上昇し、ピストン１３が下降すると測定部３６の液面も下降する。
レーザー変位計４０はレーザーにより測定部３６の液面を自動計測するものである。
レーザー変位計４０により検出された液面の情報は、データ処理装置５０へ送られる。データ処理装置５０はパソコン等のコンピュータであり、クランク軸２４の回転角度を検出するクランク角センサ６０からのクランク角度も入力され、上死点をクランク角度で決定できるようになっている。
レーザー変位計４０により検出された液面の情報は、データ処理装置５０へ送られる。データ処理装置５０はパソコン等のコンピュータであり、クランク軸２４の回転角度を検出するクランク角センサ６０からのクランク角度も入力され、上死点をクランク角度で決定できるようになっている。
図２は、エンジン１０を図１と略９０°違いで一部破断して示す図であり、シリンダヘッド１２には燃焼室１４へ連通するプラグ穴２５が設けられ、ここに点火プラグ２６がネジ止めされている。
挿し込み筒部３１は、金属製の筒状をなし、プラグ穴２５へ密に嵌合する外径を有し、外周に雄ネジが形成されており、点火プラグ２６を取り外した後のプラグ穴２５へネジ止めできるようになっている。
挿し込み筒部３１は、金属製の筒状をなし、プラグ穴２５へ密に嵌合する外径を有し、外周に雄ネジが形成されており、点火プラグ２６を取り外した後のプラグ穴２５へネジ止めできるようになっている。
プラグ穴２５はその軸線Ｌがシリンダ軸線Ｃに対して傾斜角θで傾斜する斜めの穴であり、挿し込み筒部３１は長尺であって、プラグ穴２５へ斜めに挿し込まれ、プラグ穴２５の軸線Ｌに沿ってシリンダ軸線Ｃに対して傾斜するとともに、一端が燃焼室１４内へ臨んで連通し、他端はシリンダヘッド１２より外方へ出ている。
挿し込み筒部３１に接続する導出管３２は、ゴムホース３４と透明チューブ３５で構成され、ゴムホース３４の一端が挿し込み筒部３１の他端部へ取付けられている。ゴムホース３４は自由に曲げることができ、エンジン１０から離れた場所へ測定部３６を配置できるように所定の長さとされ、その他端に透明チューブ３５の一端が取付けられている。透明チューブ３５の他端は上方へ曲げられた開放端をなす測定部３６になっている。
このような導出管３２を用いることにより、レーザー変位計４０をエンジン１０の外部における所定測定場所へ固定した状態で測定部３６を最適位置に配置できる。
このような導出管３２を用いることにより、レーザー変位計４０をエンジン１０の外部における所定測定場所へ固定した状態で測定部３６を最適位置に配置できる。
図３は本願発明の上死点検出方法を概略的に示す図であり、測定部３６及びレーザー変位計４０を拡大して示してある。
レーザー変位計４０は、測定部３６の上方に配置されたレーザー式液面計であり、発光部４１からレンズ４２を通して真下へ送り込まれたレーザー光は、測定部３６の液面ＬＰへ直角に入射し、その一部は液面にて所定角度αで反射される。この反射光をレンズ４３を通して受光素子４４で受光し、その反射光の強度を測定する。
レーザー変位計４０は、測定部３６の上方に配置されたレーザー式液面計であり、発光部４１からレンズ４２を通して真下へ送り込まれたレーザー光は、測定部３６の液面ＬＰへ直角に入射し、その一部は液面にて所定角度αで反射される。この反射光をレンズ４３を通して受光素子４４で受光し、その反射光の強度を測定する。
受光素子４４で受光する反射光の強度は、液面ＬＰの高さ、すなわち発光部４１と液面の距離に対応するため、反射光の強度を測定することにより、液面ＬＰの位置を検出できる。
このレーザー変位計４０における分解能は、０．３μｍである。
レーザー変位計４０で検出した反射光の強度を液面情報として電子信号に変換してデータ処理装置５０へ送られる。
このレーザー変位計４０における分解能は、０．３μｍである。
レーザー変位計４０で検出した反射光の強度を液面情報として電子信号に変換してデータ処理装置５０へ送られる。
ここで、図３中に示すように、ピストン１３の断面積をＡ、測定部３６の断面積をＢとすれば、ピストン１３の動きに対して測定部３６における液面の変化は、Ａ／Ｂ倍に増幅される。ピストン１３の外径をａ、測定部３６の内径をｂとすれば、Ａ／Ｂ＝（ａの２乗）／（ｂの２乗）となる。仮に、Ａ／Ｂ＝１０００倍とすれば、ピストン１３が例えば、１μｍ動くと測定部３６の液面ＬＰが約１ｍｍ変化することになる。しかも、液面ＬＰにおける約１ｍｍの変化は正確に目視判断可能となる。
図４はクランク回転角度に対する、ピストン高さと、測定部における液面の各変位を示すグラフであり、横軸にクランク回転角度（ｄｅｇ）、縦軸にピストン高さ及び測定部における液面の各変位を示す。この例では、上記Ａ／Ｂ＝１０００（倍）、クランク回転角度１°に対してピストン高さが３μｍ変化するように設定されている。
また、クランク回転角度は上死点で０であり、上死点の手前はマイナス（－）となる。
ピストン高さ及び測定部における液面の各変位は、上死点を０とし、このときが最上位となるため、クランク回転角度が０からプラス（＋）側又はマイナス側のいずれに変化しても、各変位はマイナス（－）となる。
また、クランク回転角度は上死点で０であり、上死点の手前はマイナス（－）となる。
ピストン高さ及び測定部における液面の各変位は、上死点を０とし、このときが最上位となるため、クランク回転角度が０からプラス（＋）側又はマイナス側のいずれに変化しても、各変位はマイナス（－）となる。
図の（Ａ）はピストン高さ及び測定部における液面の各変位をｍｍ単位で示したものであり、この図において、ピストン高さの変位は、クランク回転角度が１°変化するとき３μｍ変化するだけであるから、ほぼ直線となっている。
図４の（Ｂ）は、縦軸を１／１０００倍にしてピストン高さの変位のみを表示したもである。この図において、ピストン高さの変位は上死点で０となる上へ凸の曲線をなし、クランク回転角度が－１°変化するとき－３μｍ変位するようになっている。
図４の（Ｂ）は、縦軸を１／１０００倍にしてピストン高さの変位のみを表示したもである。この図において、ピストン高さの変位は上死点で０となる上へ凸の曲線をなし、クランク回転角度が－１°変化するとき－３μｍ変位するようになっている。
一方、図の（Ａ）に示すように、測定部における液面の変位曲線は、液面の変位がピストン高さの変位に対して、前記双方の断面積の比（１０００倍）で増幅されるため、上死点で０となる上へ凸の曲線をなし、クランク回転角度が－１°変化するとき－３ｍｍ変位するようになっている。その結果、ピストン高さの変位を目視できなくても、測定部における液面の変位を目視可能になる。また、目視に代えてダイヤルゲージのような比較的分解能の低い測定手段を用いてもピストン高さの変位を検出可能になる。
次に、圧縮行程における上死点である圧縮上死点の検出方法に関する本願発明の測定方法を図５のフローチャートに基づいて説明する。
まず、各種装置を取付ける（Ｓ１）。このとき、図２及び３に示すように、プラグ穴２５へ挿し込み筒部３１を差し込み、導出管３２を適宜曲げて測定部３６をエンジン１０の外部となる適宜位置へ引き出し、所定の測定位置に固定されているレーザー変位計４０の下方へ配置する。
まず、各種装置を取付ける（Ｓ１）。このとき、図２及び３に示すように、プラグ穴２５へ挿し込み筒部３１を差し込み、導出管３２を適宜曲げて測定部３６をエンジン１０の外部となる適宜位置へ引き出し、所定の測定位置に固定されているレーザー変位計４０の下方へ配置する。
続いて、液体の充填開始位置を決める（Ｓ２）。開始位置は、圧縮上死点の前とする。
その後、液体を上死点検出装置３０及び燃焼室１４内へ充填する（Ｓ３）。
このとき、吸気ポート１５及び排気ポート１６は閉じられている。そこで、燃焼室１４内に液体を充填し、その一部が連通する導出管３２へ入り、上死点近傍位置にて測定部３６内へ液面ＬＰが形成されるように液量を調整する。
この充填は、約５分を要する。なお、この行程に代えて、従来のエンジン分解を行えば、約１時間を要する。
その後、液体を上死点検出装置３０及び燃焼室１４内へ充填する（Ｓ３）。
このとき、吸気ポート１５及び排気ポート１６は閉じられている。そこで、燃焼室１４内に液体を充填し、その一部が連通する導出管３２へ入り、上死点近傍位置にて測定部３６内へ液面ＬＰが形成されるように液量を調整する。
この充填は、約５分を要する。なお、この行程に代えて、従来のエンジン分解を行えば、約１時間を要する。
続いて、クランク軸２４を回転させて測定部３６の液面測定を行い（Ｓ４）、上死点を決定する（Ｓ５）。
このとき、ピストン１３を上方へ移動させると、燃焼室１４内の液体がピストン１３により押し上げられ、液面が上昇する。
このとき、ピストン１３を上方へ移動させると、燃焼室１４内の液体がピストン１３により押し上げられ、液面が上昇する。
これに伴い、液体の一部は、挿し込み筒部３１及び導出管３２を通して測定部３６内の液面ＬＰを上昇させる。この液面ＬＰの位置は、レーザー変位計４０にて検出される。液面ＬＰの変位量は、測定部３６の内径をピストン１３の外径よりも小径にすることで、レーザー変位計４０の分解能に対して十分なものになっている。
レーザー変位計４０にて検出された液面データはデータ処理装置５０へ送られる。データ処理装置５０では図４に示すように、クランク角センサ６０から送られるクランク角度データと関連づけることにより液面ＬＰの変位曲線を形成する。この曲線は上へ凸の曲線をなすので、この曲線の極大値、すなわち上昇から下降へ変化するときのクランク角度が上死点となる。この測定から上死点の決定まではデータ処理装置５０にて自動化され、約２秒で終了する。
その後、液体を排出する（Ｓ６）。この作業は約１０分であるが、これを従来のエンジン分解に伴う再組立行程にすると、約２時間を要する。
続いて、吸気ポート１５及び排気ポート１６が１ｍｍリフトするときのクランク角度を出力し（Ｓ７）、各種センサを取り外し（Ｓ８）、終了する。Ｓ７は約１０秒である。
続いて、吸気ポート１５及び排気ポート１６が１ｍｍリフトするときのクランク角度を出力し（Ｓ７）、各種センサを取り外し（Ｓ８）、終了する。Ｓ７は約１０秒である。
このように、本願の方法及び装置によれば、エンジンを分解することなく、簡単、迅速かつ正確に上死点を検出できる。
また、導出管３２を用いてエンジン１０の外部へ測定部３６を引き出すので、測定に都合の良い場所へ測定部３６を引き出すことができ、装置の構成並びに測定作業を容易にすることができる。そのうえ、一部をゴムホース３４にすることで、さらに導出管３２の取り回しが良好になる。
また、導出管３２を用いてエンジン１０の外部へ測定部３６を引き出すので、測定に都合の良い場所へ測定部３６を引き出すことができ、装置の構成並びに測定作業を容易にすることができる。そのうえ、一部をゴムホース３４にすることで、さらに導出管３２の取り回しが良好になる。
しかも、燃焼室１４へ連通する開口として既存のプラグ穴２５を利用することにより、エンジン側へ特殊な加工を加えることなく測定装置を着脱できる。また、脱着後はプラグ穴２５を本来の用途である点火プラグ２６の装着に使用するため、挿し込み筒部３１を差し込むだけの不要な取付跡を残すことがない。さらに、上死点検出後もエンジンへセンサを残存させておくような必要もない。
また、挿し込み筒部３１を斜めに取付けるにもかかわらず、エンジンを分解せずに組み立て状態のままで上死点の検出が可能になる。そのうえ、レーザー変位計４０を用いることにより迅速かつ高精度で自動化できる。
なお、レーザー変位計４０を用いずに、目視によっても高精度で測定できる。この精度は、従来、エンジンを分解してダイヤルゲージを用いて測定したと同程度にすることができる。
例えば、上記した倍率を９４８倍にして増幅した構成の場合には、目視にても、上死点をクランク角度±０．５°以内の精度で決定できる。しかも、透明チューブ３５とすることにより、測定部３６の側方から液面の変化を目視で確認できるようになる。
このように、目視で測定すれば、低コストで手軽に検出することが可能になる。
例えば、上記した倍率を９４８倍にして増幅した構成の場合には、目視にても、上死点をクランク角度±０．５°以内の精度で決定できる。しかも、透明チューブ３５とすることにより、測定部３６の側方から液面の変化を目視で確認できるようになる。
このように、目視で測定すれば、低コストで手軽に検出することが可能になる。
１０：エンジン、１１：シリンダ、１２：シリンダヘッド、１３：ピストン、１４：燃焼室、１５：吸気ポート、１６：排気ポート、１７：吸気バルブ、１８：排気バルブ、２４：クランク軸、２５：プラグ穴、３０：上死点検出装置、３１：挿し込み筒部、３２：導出管、３６：測定部、４０：レーザー変位計
Claims (5)
- ピストン（１３）の上死点を検出する方法において、燃焼室（１４）に液体を充填し、その一部をエンジン外部の測定部へ取り出し、この測定部における液体の液面を、前記ピストン（１３）の上下移動に伴って変化させ、この変化により上死点を検出することを特徴とするピストン上死点の検出方法。
- 前記ピストン（１３）の上死点を検出する装置において、
前記燃焼室（１４）からエンジンの外部へ連通する導出管（３２）をエンジンへ着脱自在に設け、
前記燃焼室（１４）内に充填した液体を前記導出管（３２）内へ送り込み、この導出管（３２）内の液体を、前記ピストン（１３）の上下移動に伴う前記燃焼室（１４）内における液体の液面移動に連動させるとともに、
エンジンから引き出された前記導出管（３２）の端部を測定部（３６）とし、この測定部（３６）における液面変化を測定するようにしたことを特徴とするピストン上死点の検出装置。 - 前記導出管（３２）の前記測定部（３６）が透明であることを特徴とする請求項２に記載したピストン上死点の検出装置。
- 前記測定部（３６）の液面をレーザー変位計（４０）にて検出することを特徴とする請求項２又は３に記載したピストン上死点の検出装置。
- 上死点検出装置（３０）は挿し込み筒部（３１）を備え、この挿し込み筒部（３１）をシリンダヘッド（１２）のプラグ穴（２５）へ挿し込んで前記シリンダヘッド（１２）へ着脱自在に取付けることを特徴とする請求項２～４のいずれか一項に記載したピストン上死点の検出装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013091475A JP5916658B2 (ja) | 2013-04-24 | 2013-04-24 | ピストン上死点の検出方法及びその装置 |
| JP2013-091475 | 2013-04-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2014174881A1 true WO2014174881A1 (ja) | 2014-10-30 |
Family
ID=51791466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2014/053521 WO2014174881A1 (ja) | 2013-04-24 | 2014-02-14 | ピストン上死点の検出方法及びその装置 |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPS55152418A (en) * | 1979-05-18 | 1980-11-27 | Yamaha Motor Co Ltd | Upper dead center detector |
| JP4102576B2 (ja) * | 2002-03-06 | 2008-06-18 | 株式会社クボタ | テスト対象エンジンの圧縮上死点検出装置 |
| JP4179815B2 (ja) * | 2002-06-25 | 2008-11-12 | マツダ株式会社 | テスト対象エンジンの圧縮上死点検出装置 |
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2014
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Patent Citations (3)
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| Publication number | Publication date |
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