(57)【要約】【課題】従来のハンマリング試験はエンジン運転状態でのシリンダブロック剛性評価を行うことができなかった。そのため安全を見て過剰な強度をシリンダブロックに付与することとなり、軽量化やコストダウンを阻害することになっていた。【解決手段】被評価エンジンのエンジン燃焼圧を検出する圧力センサと、前記被評価エンジンのシリンダブロックの振動を検出するマイクと、前記圧力センサからの出力を入力信号とし、前記マイクの出力を出力信号として共振周波数を算出する制御器を有することを特徴とするシリンダブロック剛性評価装置。【選択図】図１
2015125074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被評価エンジンのエンジン燃焼圧を検出する圧力センサと、
前記被評価エンジンのシリンダブロックの振動を検出するマイクと、
前記圧力センサからの出力を入力信号とし、前記マイクの出力を出力信号として共振周波数を算出する制御器を有することを特徴とするシリンダブロック剛性評価装置。 
【請求項２】
被評価エンジンのエンジン燃焼圧を検出する工程と、
前記被評価エンジンのシリンダブロックの振動を検出する工程と、
前記エンジン燃焼圧による信号を入力信号とし、前記シリンダブロックの振動による信号を出力信号として共振周波数を算出する工程と、
基準エンジンの共振周波数である基準共振周波数と前記共振周波数に基づいて前記被評価エンジンのシリンダブロック剛性を評価する工程を含むことを特徴とするシリンダブロック剛性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダブロック剛性評価装置およびシリンダブロック剛性評価方法に関するものであり、特に運転中のエンジンのシリンダブロックの剛性を評価するための装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
シリンダブロックは、エンジンの部品の中でも、最も高温高圧に晒される燃焼室を構成する部品であり、高い耐熱性、耐圧性が要求される。したがって、これらの特性を満足させるため高い剛性が要求される。しかし、シリンダブロックの剛性と、耐熱性、耐圧性との関係は、明確というわけではない。従来の実績とシリンダブロック単体の剛性試験の結果に基づき安全サイドへの設計が行われてきた。
【０００３】
特許文献１には、シリンダブロック単体での試験方法が開示されている。ここで開示されている発明は、加速度センサを取り付けたシリンダブロック等の被試験物を、力検出用センサを取り付けたインパルスハンマーにより加振して加振試験を行い、得られた振動応答特性から被試験物のモード特性（固有振動数、モード減衰比、固有モード形状などのモーダルパラメータ）を同定する振動特性解析装置である。
【０００４】
また、特許文献１には、力検出用センサ等の出力信号を受けて求められた周波数応答関数データからモード特性を同定する演算装置を備える振動特性解析装置において、対象とする全周波数範囲を複数の対象領域に自動的に最適分割することを開示している。これにより、各分割領域内の固有モード数を同定に必要な計算時間と記憶容量が少なくて済むように規定した最大固有モード数以下にすることができる点の記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−０３８７４８号公報（特許第３６０１９０７号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のシリンダブロック剛性検査では、加振装置をシリンダブロックに取り付ける必要があるため、高温・高圧になる運転中のシリンダブロックの剛性を評価することはできない。また、エンジンは実際の使用時には、補機を固定するブラケットなどが取り付けられており、特許文献１のようなハンマリング試験を行うことができなかった。シリンダブロック単品での試験では、実際の使用状況が把握できないので、安全を見て過剰な強度をシリンダブロックに付与することとなり、軽量化やコストダウンを阻害することになっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みて想到されたシリンダブロック剛性評価装置およびシリンダブロック剛性評価方法であり、振動源として、燃焼圧を利用するものである。
【０００８】
より具体的に本発明に係るシリンダブロック剛性評価装置は、
被評価エンジンのエンジン燃焼圧を検出する圧力センサと、
前記被評価エンジンのシリンダブロックの振動を検出するマイクと、
前記圧力センサからの出力を入力信号とし、前記マイクの出力を出力信号として共振周波数を算出する制御器を有することを特徴とする。 
【０００９】
また、本発明に係るシリンダブロック剛性評価方法は、
被評価エンジンのエンジン燃焼圧を検出する工程と、
前記被評価エンジンのシリンダブロックの振動を検出する工程と、
前記エンジン燃焼圧による信号を入力信号とし、前記シリンダブロックの振動による信号を出力信号として共振周波数を算出する工程と、
基準エンジンの共振周波数である基準共振周波数と前記共振周波数に基づいて前記被評価エンジンのシリンダブロック剛性を評価する工程を含むことを特徴とする。 
【発明の効果】
【００１０】
ハンマーによる加振を利用する場合は、エンジンが運転中では、検査することができなかった。しかし、本発明によるシリンダブロック剛性評価装置によれば、燃焼室の燃焼圧力自体を振動源として利用するので、エンジンが運転中であってもシリンダブロック剛性評価を行うことができる。また、この評価を用いることで、実際に使用される状態でのシリンダブロック強度のチューニングを行うことができる。よって、シリンダブロック単品で強度のチューニングを行う場合と比べ、不要な強度アップを行う必要がなくなり、エンジンの軽量化・コストダウンが図れるという効果を奏する。 
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るシリンダブロック剛性評価装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に係るシリンダブロック剛性評価方法の原理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に図面を参照しながら本発明に係るシリンダブロック剛性評価装置について説明する。なお、以下の説明は本発明の一実施形態を例示するものであり、本発明の趣旨から外れない範囲内で、下記の実施形態を変更しても、本発明の技術的範囲に含まれるのは言うまでもない。
【００１３】
図１には本発明に係るシリンダブロック剛性評価装置１の構成について示す。検査対象となる被評価エンジン９は、被評価エンジン９だけを除振装置付の固定台に載置してもよいし、車体シャーシに固定されていてもよい。
【００１４】
被評価エンジン９には、燃焼室９ａ内に圧力センサ１０を取り付ける。また、被評価エンジン９の周囲には、マイク１２を配置する。被評価エンジン９が発生する総エンジン放射音Ａａを測定するためである。なお、マイク１２は、被評価エンジン９のシリンダブロック９ｂに直接貼り付ける圧電ピックアップセンサ１２ａ若しくはＧセンサ１２ｂであってもよい。マイク１２はこれらを含むと解してよい。シリンダブロック９ｂの振動を検知できればよいからである。また、マイク１２は１箇所だけでなくてもよい。圧力センサ１０およびマイク１２は、それぞれアンプ１４ａ、１４ｂを介して解析装置２０に接続される。
【００１５】
ここで、図２を参照して、本発明に係るシリンダブロック剛性評価の原理を説明する。本発明に係る剛性評価の概略は、被評価エンジン９で発生したノック成分の信号は、シリンダブロックを介して、総エンジン放射音になることを利用する。つまり、ノック成分の信号をラプラス変換したものに、シリンダブロックの伝達関数を作用させると、総エンジン放射音の信号のラプラス変換したものになる（図２（ａ））。
【００１６】
今、ノック成分の信号Ｓｎと、総エンジン放射音の信号Ｓａは測定することができるので、これらの信号をラプラス変換し、入力信号および出力信号とすることでシリンダブロックの伝達関数Ｇを求める。この伝達関数Ｇからシリンダブロックの共振周波数ｆｒを求め、評価の基礎とする。 
【００１７】
以下、詳説する。圧力センサ１０の信号Ｓｎは、燃焼室９ａ内の燃焼圧力に係る信号である。この信号Ｓｎは、燃焼室９ａ内の爆発に係る、低い周波数の圧力が含まれる。図２（ｂ）には、燃焼室９ａ内の圧力の概念図を示す。横軸はクランク軸角度で、ＴＤＣ（Ｔｏｐ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ）は上死点を示す。縦軸は圧力を表す。
【００１８】
燃焼室９ａ内の圧力は上死点で最大となる。ノッキングを発生させるように、点火時期を調整すると、上死点を過ぎてからノッキングが始まる。ここでノック成分に相当する部分の信号５０が現れる。
【００１９】
加振信号とする波形はノック成分なので、信号Ｓｎにハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を通過させる。ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、ノック成分に相当する部分の信号５０の周波数が通過する周波数であればよい。より具体的には５ｋＨｚ程度に設定するのが好ましい。ハイパスフィルタ通過後の信号を信号ＦＳｎとする。信号ＦＳｎの概念図を図２（ｃ）に示す。横軸はクランク軸角度であり、縦軸は圧力である。なお、図２（ｂ）同様ＴＤＣを点線で示す。
【００２０】
次に信号ＦＳｎをラプラス変換若しくはフーリエ変換を行う。本発明に係る剛性評価装置は、共振周波数ｆｒを求めるのが目的なので、フーリエ変換であってもよい。以後本明細書において、ラプラス変換はフーリエ変換を含んでよい。ラプラス変換した信号ＦＳｎを、信号ＬＦＳｎとする。この信号ＬＦＳｎは、伝達関数Ｇを求める際の、入力信号となる。 
【００２１】
一方、マイク１２で測定した信号Ｓａは、総エンジン放射音Ａａに対応する信号である。図２（ｄ）には、信号Ｓａの概念図を示す。横軸は時間であり、縦軸は音圧を示す。ここで、シリンダブロック剛性に係る振動は、高周波成分に存在すると考えられるので、信号Ｓａにハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を通過させ、高周波成分だけを抽出する。ハイパスフィルタ後の信号を信号ＦＳａとする。図２（ｅ）には、信号ＦＳａの概念図を示す。横軸は時間であり、縦軸は音圧を示す。
【００２２】
次に信号ＦＳａに、ラプラス変換を施す。変換された信号を信号ＬＦＳａとする。信号ＬＦＳａは、伝達関数Ｇを求める際は、出力信号となる。 
【００２３】
次に、入力信号である信号ＬＦＳｎと応答信号である信号ＬＦＳａから伝達関数Ｇを求める。具体的には、伝達関数Ｇは、「信号ＬＦＳａ／信号ＬＦＳｎ」として求める。この伝達関数Ｇは周波数と振幅比に関する関係であるので、ピーク値の点の周波数を共振周波数ｆｒとみなすことができる。伝達関数Ｇの概念図を図２（ｆ）に示す。横軸は周波数であり、縦軸は振幅比である。
【００２４】
さらに、基準となるエンジンについて、同じ測定を行って得た共振周波数ｆｒを基準共振周波数ｓｆｒとして予め準備しておく。そして、被評価エンジン９の共振周波数ｆｒと、基準共振周波数ｓｆｒに基づいて、被評価エンジン９のシリンダブロック剛性を評価する。 
【００２５】
再び図１を参照して、解析装置２０の内部を説明する。アンプ１４ａはハイパスフィルタ１６ａに接続される。なお、アンプ１４ａの出力はＡ／Ｄ変換機１５ａを通過させ、後の信号をデジタル処理してもよい。ハイパスフィルタ１６ａの入力信号は信号Ｓｎである。ハイパスフィルタ１６ａの出力（信号ＦＳｎ）は、演算器２２ａに接続される。演算器２２ａは、入力された信号をラプラス変換する。演算器２２ａの出力は信号ＬＦＳｎである。 
【００２６】
一方アンプ１４ｂの出力はハイパスフィルタ１６ｂに接続される。なお、アンプ１４ｂの出力もＡ／Ｄ変換機１５ｂを通過させ、後の信号をデジタル処理してもよい。ハイパスフィルタ１６ｂの出力（信号ＦＳａ）は演算器２２ｂに接続される。演算器２２ｂも入力された信号をラプラス変換する。演算器２２ｂの出力は信号ＬＦＳａである。演算器２２ａと演算器２２ｂの出力（信号ＬＦＳｎと信号ＬＦＳａ）は割算器２６に接続される。
【００２７】
割算器２６の出力は、圧力センサ１０からの信号ＬＦＳｎを入力信号とし、マイク１２からの信号ＬＦＳａを出力信号とする伝達関数Ｇである。この伝達関数Ｇは、表示器２８に周波数表示してもよい。 
【００２８】
伝達関数Ｇが求まったら、ピーク値を有する周波数をピーク検出器３２で求め、共振周波数ｆｒとする。また、解析装置２０には、基準となるエンジンの基準共振周波数ｓｆｒがメモリ４２に記憶されている。基準となるエンジンとは、シリンダブロックの剛性として実績のあるエンジンを本発明に係るシリンダブロック剛性評価装置１で測定した時の共振周波数ｆｒである。評価演算器３４は、この共振周波数ｆｒと基準共振周波数ｓｆｒに基づいて被評価エンジン９のシリンダブロック剛性評価を行う。
【００２９】
評価の方法は特に限定されるものではない。例えば、共振周波数ｆｒと基準共振周波数ｓｆｒの比を求め、それを被評価エンジン９のシリンダブロック剛性の評価値ＥＶとしてもよい。
【００３０】
なお、アンプ１４ａ、１４ｂの後に、Ａ／Ｄ変換機１５ａおよび１５ｂを設置した場合は、解析装置２０内はソフト的に処理することもできる。したがって、ハイパスフィルタ１６ａ、１６ｂ、演算器２２ａ、２２ｂ、割算器２６、ピーク検出器３２、評価演算器３４は、制御器４０がソフトウエアとして処理を行ってよい。特に、制御器４０は、共振周波数ｆｒを求め、評価値ＥＶを算出しているといってもよい。 
【００３１】
以上のようにして、本発明に係るシリンダブロック剛性評価装置１は、燃焼室９ａ内で発生するノック成分を加振信号とするので、エンジンとして組み上げられ、またフランジを介して補機が取り付けられた使用状態のシリンダブロック剛性を評価することができる。したがって、過度に剛性の高いシリンダブロック構造を回避することができ、より軽量で燃費のよいエンジンを提供することができる。 
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は軽量で燃費のよいエンジン開発に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  シリンダブロック剛性評価装置
９  被評価エンジン
９ａ  燃焼室
９ｂ  シリンダブロック
１０  圧力センサ
１２  マイク
１２ａ  圧電ピックアップセンサ
１２ｂ  Ｇセンサ
１４ａ、１４ｂ  アンプ
１５ａ、１５ｂ  Ａ／Ｄ変換機
１６ａ、１６ｂ  ハイパスフィルタ
２０  解析装置
２２ａ、２２ｂ  演算器
２６  割算器
２８  表示器
３２  ピーク検出器
３４  評価演算器
４０  制御器
４２  メモリ
５０  ノック成分に相当する部分の信号
ｆｒ  共振周波数
ｓｆｒ  基準共振周波数
Ａａ  総エンジン放射音
信号Ｓｎ  燃焼圧力に係る信号
信号ＦＳｎ  ハイパスフィルタ後の信号Ｓｎ
信号ＬＦＳｎ  信号ＦＳｎをラプラス変換した信号
信号Ｓａ  総エンジン放射音に対応する信号
信号ＦＳａ  ハイパスフィルタ後の信号Ｓａ
信号ＬＦＳａ  信号ＦＳａをラプラス変換した信号
Ｇ  伝達関数
【図１】
2015125074.tif 000003
【図２】
2015125074.tif 000004