(57)【要約】【課題】一台の摩耗試験装置で種々の異なるガス雰囲気下での摩耗試験を行うことができ、しかもある燃料を使用した場合の雰囲気及び温度を所定状態に設定できる摩耗試験装置を提供することである。【解決手段】高温のガス雰囲気下で相対当接等する第１部品と第２部品との摩耗を試験する摩耗試験装置が、第１部品５１及び第２部品５５がセットされる雰囲気室２５、複数の燃焼ガスの一つを選択的に雰囲気室に供給するガス供給路１３及び雰囲気室から燃焼ガスを排出するガス排出路１８を含む雰囲気制御部１０と；雰囲気制御部から独立し雰囲気室内の第１部品及び第２部品を加熱する光線式過熱手段３７を含む加熱部３０と；から成る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温のガス雰囲気下で相対的に摺接、又は移動又は当接する第１部品及び第２部品の摩耗を試験する摩耗試験装置であって、
前記第１部品及び前記第２部品がセットされる雰囲気室、複数のガス、Ｎ2ガス又はＮ2とＯ2との混合ガスを選択的に該雰囲気室に供給するガス供給路、及び該雰囲気室から複数のガス、Ｎ2ガス又はＮ2とＯ2との混合ガスを排出するガス排出路を備えた雰囲気制御部と、
前記雰囲気制御部から独立し、前記雰囲気室内の前記第１部品及び前記第２部品を加熱する光線式過熱手段を含む加熱部と、
から成ることを特徴とする摩耗試験装置。
【請求項２】
前記雰囲気制御部は、前記第１部品を収容する第１開口及びガス供給路が形成された第１部材と、該第１開口につながり前記第２部品を収容する第２開口及び前記ガス排出路が形成された第２部材とを含み、前記雰囲気室は該第１開口及び該第２開口から成る請求項１に記載の摩耗試験装置。
【請求項３】
前記加熱部は更に、前記光線式加熱手段の光、熱を前記第１部品及び第２部品に導く案
内手段を有する請求項２に記載の摩耗試験装置。
【請求項４】
前記複数のガスはガソリン燃焼ガス、軽油燃焼ガス、ＣＮＧ又はＬＰＧ及び大気である請求項３に記載の摩耗試験装置。
【請求項５】
更に、前記雰囲気制御部は前記雰囲気室内の酸素量を測定する酸素センサを含む請求項１に記載の摩耗試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温のガス雰囲気下で相対的に運動する２つの部品の摩耗を試験する摩耗試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温のガス雰囲気下で相対運動する部品の一種に、自動車のエンジンの排気弁部がある。排気弁部は燃焼室の上方に移動可能に保持され、排気ポートの燃焼室への開口部に位置するロッド状のバルブと、排気ポートの開口部の周辺に取り付けられたリング状のバルブシートから成る。
【０００３】
燃料ガス（混合気）を吸引する吸引工程、圧縮する圧縮行程及び燃焼爆発させる爆発工程では、バルブはバブルスプリングの付勢力でバルブシートに着座して（閉じて）いる。燃焼ガスを排出する排気工程はカムシャフトにより駆動されバルブシートから離座する（開く）。この着座及び離座が無潤滑かつ高速で繰り返され、燃焼ガスの温度は高い（負荷の高い時は８００℃以上）。よって、排気弁のバルブ及び／又はバルブシートの当接部は摩耗し易く、摩耗すると吸排気工程等での混合気の気密性が損なわれる。
【０００４】
排気弁部の長期間にわたる確実なシール性を確保するため摩耗し難い材料が研究されている。この部位の摩耗は雰囲気及び温度の影響を大きく受ける。そのため、バルブ及び／又はバルブシートの材料開発にあたっては、例えば図４に示す摩耗試験機を使用し、温度に対する摩耗特性を明らかにしている。その上で、最終判断をエンジンの実機を用いて行っている。この摩耗試験装置は雰囲気が制御できないため、試験では試験片が摩耗しなくても、実機を用いた耐久試験を行った場合は摩耗する場合がある。加えて、温度及び雰囲気を制御できないため、材料の十分な摩耗原因の解析が難しいとの課題もある。
【０００５】
以下、図４のバルブ及びバルブシートの摩耗試験装置（特許文献１参照）について詳述する。この摩耗試験装置は、燃料がガスの場合に関し、ホルダ１００、シートホルダ１１０及び保温カバー１１５を含む。ホルダ１００には段付孔１０１、バルブガイド１０３及びガス流路１０５が形成されている。シートホルダ１１０の円孔１１１の回りにはバルブシート１２５が取り付けられている。保温カバー１１５は上端が開口した末広がりの保温室１１６を持つ。保温室１１６から段付孔１０１にかけてバルブ１２０が延び、バルブガイド１０３により上下動可能に保持されている。
【０００６】
摩耗試験時は、バルブ１２０をバルブシート１２５に対して上下動させるとともに、ガスバーナ１３０からバルブ１２０の上面に火炎１３１を吹き付けてバルブ１２０及びバルブシート１２５を加熱する。また、必要に応じて、ガス流路１０５から燃焼ガス（大気を含む）を吸引する。
【特許文献１】特開平６−２４１９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一部上述したように、上記従来の摩耗試験装置には以下の課題がある。第１に、ガス以外の燃料での摩耗試験が不可能である。自動車の燃料にはガスの他、ガソリンや軽油等があり、燃料が変わると燃焼室での燃焼雰囲気が変わり、燃焼温度も変わる。しかるに、従来例は、燃料としてガスのみに限定されており、ガソリンや軽油燃焼ガス雰囲気等の場合には摩耗試験することができない。
【０００８】
第２に、燃料がガスである場合の雰囲気と温度との調整が容易でない。燃焼室の雰囲気を再現すべくバルブ１２０等を加熱して所定温度にするためには、ガスバーナ１３０の位置を変えたり、火炎１３１の大きさを変える。しかし、それにより空気（酸素）の巻込み量が変化し、雰囲気も変わるおそれがある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、一台の摩耗試験装置で種々の異なるガス雰囲気下での摩耗試験を行うことができ、しかも何れか一つの燃料を使用した場合の雰囲気及び温度を所定状態に設定できる摩耗試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、雰囲気室を所定に雰囲気に設定する雰囲気制御部と、バルブとバルブシート部を所定温度に加熱する加熱部とを独立に設け、加熱部による加熱により雰囲気制御部の雰囲気室の雰囲気が変わらないようすることを基本的な技術思想とする。
【００１１】
本発明による摩耗試験装置は、請求項１に記載したように、 高温のガス雰囲気下で相対的に摺接、又は移動又は当接するバルブ及びバルブシートの摩耗を試験する摩耗試験装置であって、
バルブ及び前記バルブシートがセットされる雰囲気室、複数のガス、Ｎ2ガス又はＮ2とＯ2との混合ガスを選択的に雰囲気室に供給するガス供給路、及び雰囲気室から複数のガス、Ｎ2ガス又はＮ2とＯ2との混合ガスを排出するガス排出路を備えた雰囲気制御部と；雰囲気制御部から独立し、雰囲気室内のバルブ及びバルブシートを加熱する光線式過熱手段を含む加熱部と；から成る。
【００１２】
この摩耗試験装置において、雰囲気制御部はガス供給室を通して雰囲気室にガスを供給し、エンジンの燃焼室の雰囲気に近い所定の雰囲気を再現する。加熱部は雰囲気に影響を及ぼすことなくバルブ及びバルブシートを加熱し、燃焼室の温度に近い所定温度に上昇させる。この所定温度の雰囲気のもとで第１部品と第２部品とを相対運動させると、その一方又は両方が摩耗するので、温度、雰囲気と摩耗量との関係をもとに第１部品及び第２部品の摩耗特性のを評価が可能となる。
【００１３】
請求項２の摩耗試験装置は、請求項１において、雰囲気制御部は、バルブを収容する第１開口及びガス供給路が形成された第１部材と、第１開口につながりバルブシートを収容する第２開口及び前記ガス排出路が形成された第２部材とを含み、雰囲気室は第１開口及び第２開口から成る。請求項３の摩耗試験装置は、請求項２において、加熱部はさらに、光線式加熱手段の光、熱を前記第１部品及び第２部品に導く案内手段を有する。
【００１４】
請求項４の摩耗試験装置は、請求項３において、複数のガスはガソリン燃焼ガス、軽油燃焼ガス、ＣＮＧ又はＬＰＧ及び大気を含む。請求項５の摩耗試験装置は、請求項１において、更に雰囲気制御部は雰囲気室の酸素の量を測定する酸素センサを含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にかかる摩耗試験装置によれば、雰囲気制御部のガス供給路から雰囲気室に供給する複数のガス、Ｎ2ガス又はＮ2とＯ2との混合ガスを簡単に変更でき、これらのガスにおける第１部品及び第２部品の摩耗特性を正しく評価できる。また、雰囲気制御部と加熱部とが独立しているので、第１部品及び第２部品の加熱時に雰囲気室の温度が上昇しても、その内部の雰囲気が変わる心配がない。
【００１６】
請求項２の摩耗試験装置によれば、第１部材及び第２部材により雰囲気室、ガス供給路及びガス排出路が容易に形成できる。請求項３の摩耗試験装置によれば、加熱部加熱手段の熱、光線が案内手段によりバルブ及びバルブシートに集められ、加熱効率が上昇する。      
【００１７】
請求項４の摩耗試験装置によれば、一台の摩耗試験装置で、自動車のエンジンの燃料として利用されている各種燃料の燃焼ガス雰囲気下での摩耗試験を行うことができる。請求項５の摩耗試験装置によれば、特にＮ2とＯ2との混合ガス雰囲気での酸素量を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
＜摩耗試験、部品＞
本発明の摩耗試験は少なくとも高温でしかもガス雰囲気で行う。高温とは、部品の表面（例えばバルブの摺動面）の温度が２００℃から７００℃程度である。ガス雰囲気を形成する燃料はガソリン、軽油等の液体燃料の他、ＣＮＧやＬＰＧの気体燃料等も含む。またＮ2ガス、Ｎ2とＯ2との混合ガス、空気（大気）も含まれる。
【００１９】
２つの部品は相対的に回転、摺動又は当接する。よって、その一方及び他方は回転等していても良いし、停止していても良い。代表的な二つの部品は内燃機関の排気弁を構成するバルブとバルブシートである。
＜雰囲気制御部＞
雰囲気制御部は少なくとも、その内部に部品がセットされる雰囲気室と、雰囲気室に複数のガス等を給排気するガス供給路及びガス排出路とを含む。雰囲気室、ガス排出路及びガス排出路は単一の部材に形成しても良いし、複数の部材に形成しても良い。
【００２０】
雰囲気室には複数のガス、Ｎ2ガスやＮ2とＯ2との混合ガス等を供給する。但し、実際の燃焼ガスには空気及び残存燃料の他、ＣＯ2，ＣＯ，ＮＯ及びＳＯｘ等の各種成分が含まれ、これを人工的に作り出すことは難しい。よって、実際の燃焼ガスを導入することが望ましい。なお、雰囲気室には酸素センサを設けることができる。
＜加熱部＞
加熱部は光線式加熱手段と、その光線を部品に向けて案内する案内手段を含むことができる。ハロゲンヒータが放射する光と熱を案内手段で集めて部品を加熱する。光線式加熱手段の代表例であるハロゲンランプ（ヒータ）は、フレキシビリティとコントロール性に富み（部品の温度を一定にするコントロールが容易）、クリーンで安全、小型で、かつ軽量である。案内手段は反射を利用する（反射手段とする）ことができる。
【００２１】
加熱部は部品や雰囲気制御部に対して任意の位置に配置でき、例えば、同じ軸線上に配置された第１部品又は第２部品の延長上に配置すればよい。ただし、光の陰になるバルブシートは温度が上昇し難いので、予備ヒータ又は補助ヒータで加熱することができる。
【００２２】
加熱部は雰囲制御部から独立して設ける。「独立」とは、図４に示す従来例（バーナ加熱と雰囲気が一つになっている）とは異なり、雰囲気制御と温度制御とが別々になっていることである。なお、加熱部は高周波加熱等、雰囲気室の雰囲気に影響しない手段を含むこともできる。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１に示す摩耗試験装置は雰囲気室２５、ガス供給路１３及びガス排出路１８を備えた雰囲気制御部１０と、光線式ヒータ３３及び反射部材３７を含む加熱部３０とに大別される。
【００２５】
雰囲気制御部１０は二つの基台１１，１６を含み、上方基台１１の中央部に厚さ方向に貫通する貫通孔１２が形成され、左方から伸びたガス供給路１３の先端（右端）が貫通孔１２で開口し、後端（左端）に後述するエンジン４０等が接続される。貫通孔１２の上方開口は石英ガラス１４で覆われている。
【００２６】
上方基台１１の下方に位置する下方基台１６は、貫通孔１２に対応する部分に凹部（くぼみ）１７が形成され、右方に伸びるガス排出路１８の後端（左端）が開口している。先端（右端）は後述するガス回収部（不図示）に接続される。凹部１７の周囲に予備ヒータ１９が配置され、凹部１７の底面から下方に細孔２１が伸びている。貫通孔１２と凹部１７とで雰囲気室２５が構成される。なお、予備ヒータ１９の代わりに空気通路を形成したり、冷却水を循環させることもできる。
【００２７】
加熱部３０では、上方基台１１から上方に伸びた支柱３１によりヒータ取付部３２支持されている。ヒータ取付部３２の中央部にハロゲンヒータ３３が下向きに取り付けられ、石英ガラス１４に近接してその真上に位置している。ハロゲンヒータ３３の周囲には金めっきされた凹面３６を持つ凹面鏡３７が下向きに取り付けられ、ハロゲンヒータ３３が放射する光線を下向きに反射している。反射した光線は石英ガラス１４を貫通して貫通孔１２内のバルブ５１等に導かれている。凹面鏡３７の内部を冷却水が循環している。
【００２８】
図２に摩耗試験装置の周辺の機器を示す。上記ガス供給路１３とエンジン４０の排気ポート４０ａとを結ぶパイプ４１上にエンジン４０側から順に冷却ストラップ４２、フィルタ４３及びポンプ４４が配置されている。冷却ストラップ４２は混合気の燃焼時に発生する水分をトラップする。燃焼ガスはフィルタ４３ですす等（例えばディーゼルのすす等）を除去された後、ポンプ４４により摩耗試験装置に吸引される。
【００２９】
ガス排出路１８からガス回収部に延びるパイプ４７に酸素（Ｏ2）センサ４８が接続されている。燃焼ガス中の酸素の含有量とバルブ５１及びバルブシート５５の摩耗量との間に所定の関係があることが知られており、酸素センサ４８は燃焼ガス中の酸素の含有量を測定する。
（作用）
この摩耗試験装置による摩耗試験時は、図１において、雰囲気制御部１０に試験用バルブ５１のロッド部５２の先端寄り部分を細孔２１に挿通し、取り付ける。また、試験用バルブシート５５を凹部１７の上縁に取り付ける。試験用バルブ５１は駆動装置（不図示）により昇降され、上昇したとき弁部５３が試験用バルブシート５５から離れる。これによりガス供給路１３、貫通孔１２、凹部１７及びガス排出路１８からなるガス流通経路ができる。下降したとき弁部５３が試験用バルブシート５５に当接し、ガス流通経路を遮断する。
【００３０】
試験用排気弁５０を取り付けた状態で、図２においてエンジン４０を作動させ、燃焼により発生するガソリン燃焼ガスを排気ポート４０ａからパイプ４１を介して雰囲気室２５に供給する。これと併行して、加熱部の３０ハロゲンヒータ３３をオンし、雰囲気室２５内のガソリン燃焼ガスを所定温度になるまで加熱する。ハロゲンヒータ３３により直接加熱される試験用バルブ５１の温度は４００から７００℃、予備ヒータで加熱されているバルブシート５５は２００から４００℃の間で任意な温度に設定可能となる。
【００３１】
試験用バルブ５１を下降させ、その弁部５３が試験用バルブシート５５に密着しているとき、燃焼ガスはガス供給路１３から雰囲気室２５に流入し、試験用バルブ５１及び試験用バルブシート５５の周囲に充満する。弁５３が上昇し試験用バルブシート５５から離れたとき両者間の隙間から凹部１７に流れ、ガス排出路１８から流出する。
【００３２】
試験用バルブ５１の昇降を繰り返し、試験用バルブシート５５に繰り返し当接させる。雰囲気室２５の燃焼ガスの雰囲気、並びに試験用バルブ５１及び試験用バルブシート５５の温度と、試験用バルブ５１及び試験用バルブシート５５の当接部の摩耗量との関係を調べる。試験用バルブシート５５の温度はこれらに貼り付けた熱電対により測定し、摩耗量は所定回数の当接後、試験用バルブ５１等を取り外して測定する。試験用バルブ５１及び試験用バルブシート５５の摩耗量を測定し、材料、雰囲気、温度と摩耗の関係を評価する。
【００３３】
なお、雰囲気室をガソリン燃焼ガス以外の燃料ガス、例えば軽油燃焼ガスの雰囲気に設定したいときは、パイプ４１を軽油を使用する別のエンジンの排気ポート（不図示）に接続する。その後、軽油の場合について、上記ガソリンの場合と同様に摩耗試験を行えば良い。
（効果）
この実施例によれば、以下の効果が得られる。第１に、燃焼ガスによる試験片の摩耗試験について、雰囲気室２５を実機の燃焼室と同等の所定温度及び雰囲気に実現（再現）できる。燃焼ガスを直接雰囲気室２５に導入しているので雰囲気の設定（再現）は簡単である。試験用バルブ５１及び試験用バルブシート５５の温度はハロゲンヒータ３３により正確に設定できる。これは、燃焼ガスの供給系統と、加熱系統とを独立させたことによる。
【００３４】
図３に、実機耐久試験の排気弁部でのシート摩耗量と、本実施例の摩耗試験装置の排気弁部でのシート摩耗量との相関関係を示す。実機耐久試験の条件は６０００ｒｐｍ、１８０ｈｒ、全負荷及びＬ４エンジン（１８００ｃｃ） であり、摩耗試験装置の条件はシート温度３００℃、バルブ上下動３０Ｈｚである。バルブシートの材料を三通りに変更した場合のシート摩耗量をドットｘ，ｙ及びｚで示している。実機耐久試験でのシート摩耗量と試験装置でのシート摩耗量との間には相関関係のあることが分かる。
【００３５】
第２に、一台の摩耗試験装置で、ガソリン以外にも種々の燃料の燃焼ガスによる摩耗試験を実行できる。例えば燃料をガソリンから軽油に変更する場合、パイプをガソリンエンジンからディーゼルエンジン（不図示）の排気ポートに接続するのみで良い。この切換えは摩耗試験装置を何ら改変することなく容易に行える。
【００３６】
第３にガス排出路１８に酸素センサ４８を接続したことにより、Ｎ2とＯ2との混合ガス雰囲気の酸素量を測定し、その結果に応じて必要な措置をとることができる。例えば、測定された酸素量が所定値よりも多い場合はＯ2をしぼる等すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例による摩耗試験装置を示す正面断面図である。
【図２】上記摩耗試験装置の周辺機器を示す説明図である。
【図３】上記実施例の効果を説明する説明図である。
【図４】従来例を示す正面断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０：雰囲気制御部                １１：上方基台
１２：貫通孔                      １３：ガス供給路
１６：下方基台                    １７：凹部
１８：ガス排出路                  １９：予備ヒータ
２５：雰囲気室                    ３０：加熱部
３３：ハロゲンヒータ              ３７：凹面鏡
４０：エンジン                    ４０ａ：排気ポート
５０：排気弁                      ５１：試験用バルブ
５３：弁部                        ５５：試験用バルブシート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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