(57)【要約】【課題】エンジンを分解せずに、上死点の検出を可能にする。【解決手段】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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭５６−６１４４１号公報
【特許文献２】特表２００３−５１７５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係るシステム図
【図２】図１と９０°違いでエンジンを示す図
【図３】測定の説明図
【図４】ピストン高さと液面変位のグラフ
【図５】上死点検出方法のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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も下降する。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【符号の説明】
【００４３】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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