(57)【要約】【課題】内燃機関を高回転または高負荷で運転しているときの気筒のボア内面の熱変形量を測定可能とする。【解決手段】シリンダブロックにおいて気筒を取り巻くウォータジャケットに面している気筒の周壁の外面にひずみゲージを取り付けるとともに、気筒の周壁の温度を計測する温度センサを設置した上で内燃機関を運転し、ひずみゲージを介して気筒の周壁のひずみ量を計測しつつ、温度センサを介して気筒の周壁の温度を計測して熱膨張量を知得するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックにおいて気筒を取り巻くウォータジャケットに面している気筒の周壁の外面にひずみゲージを取り付けるとともに、気筒の周壁の温度を計測する温度センサを設置した上で内燃機関を運転し、
ひずみゲージを介して気筒の周壁のひずみ量を計測しつつ、温度センサを介して気筒の周壁の温度を計測して熱膨張量を知得する、内燃機関の気筒の周壁の内面の熱変形量の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の気筒の周壁の内面の熱変形量の測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の運転中は、昇温により気筒のボア内面の形状が熱変形を起こす。気筒の内形とピストン及びピストンリングの外形との関係は、内燃機関のピストンの往復運動に伴うメカロス、並びに潤滑油の消費量に影響を及ぼす。内燃機関の運転中の気筒のボア内面の変形度合いを測定することは、メカロスの低減と潤滑油の消費の抑制との両立を図るために有用であると考えられる。
【０００３】
下記特許文献にも開示されている通り、従来は、ピストンの外周に複数個のギャップセンサを埋設（ピストンに設けたインバー合金等の低膨張材にギャップセンサを取り付け）しておき、各ギャップセンサから気筒のボア内面までの距離を計測することを通じて、ボア内面の熱変形量を測定していた。ギャップセンサと測定装置（または、計算機）との間の信号の授受の方式には、有線のリンク式や無線のテレメータ式、ローガ式等がある。
【０００４】
しかし、このような従来の手法では、内燃機関を高回転または高負荷で運転しているときのボア内面の熱変形量を測定することは事実上困難であった。何故ならば、高回転または高負荷の運転領域では、ギャップセンサの耐熱限界や信号伝送のためのリンク機構またはテレメータの耐Ｇ限界、許容回転数の限界を超えてしまうからである。
【０００５】
とりわけ、内燃機関の潤滑油の消費量は高回転または高負荷域で増大することから、高回転または高負荷域でのボア内面の熱変形量の評価が重要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１４９５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、高回転または高負荷域での気筒のボア内面の熱変形量の測定を可能とすることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る内燃機関の気筒の周壁の内面の熱変形量の測定方法は、シリンダブロックにおいて気筒を取り巻くウォータジャケットに面している気筒の周壁の外面にひずみゲージを取り付けるとともに、気筒の周壁の温度を計測する温度センサを設置した上で内燃機関を運転し、ひずみゲージを介して気筒の周壁のひずみ量を計測しつつ、温度センサを介して気筒の周壁の温度を計測して熱膨張量を知得することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高回転または高負荷域での気筒のボア内面の熱変形量の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関のシリンダブロック、並びにひずみゲージ及び温度センサの設置箇所を示す平面図。
【図２】同実施形態における内燃機関のシリンダブロック、並びに気筒の周壁の内外のひずみゲージの設置箇所を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態である気筒２のボア内面の熱変形量の測定方法を、図面を参照して説明する。
【００１２】
本測定方法を実施するためには、図１に示すように、内燃機関のシリンダブロック１において気筒２を取り巻くウォータジャケット３に面している各気筒２の周壁の外面の各所に、ひずみゲージ４を貼付する。それとともに、気筒２の周壁における、ひずみゲージ４を貼付した箇所の近傍の部位の温度を計測する温度センサとして、熱電対５を設置する。そして、その状態で内燃機関を運転し、ひずみゲージ４を介して気筒２の周壁の各所のひずみ量を計測しつつ、熱電対５を介して気筒２の周壁の各所の温度を計測して当該箇所の熱膨張量を知得する。因みに、図１及び図２では、直列三気筒エンジンの例を示している。
【００１３】
ひずみゲージ４は、気筒２の周壁の外面側に存在しており、内燃機関の運転中のピストンの往復運動の妨げとならない。のみならず、内燃機関の運転中に冷却水で満たされるウォータジャケット３内に配されることから、耐熱性の問題も生じない。
【００１４】
ひずみゲージ４は、直接には気筒２の周壁の外面のひずみ量を計測することになるが、本発明の発明者の鋭意研究の結果、気筒２の周壁の外面の熱変形量と内面の熱変形量とは比例関係にあり、しかも周壁の温度条件如何によらず外面の熱変形量と内面の熱変形量とは概ね等しくなる、即ち周壁の外面の熱変形量と内面の熱変形量とは概ね１：１の関係にあることが明らかとなった。従って、各ひずみゲージ４により計測される周壁の外面側の各所のひずみ量を、周壁の内面側の各所のひずみ量の代用とすることができる。
【００１５】
上記のことは、図２に示すように、気筒２の周壁の外面側と内面側とにそれぞれひずみゲージ４、６を対向させて配置し、外面側のひずみゲージ４により計測されるひずみ量と内面側のひずみゲージ６により計測されるひずみ量とを比較すれは分かる。その際には、シリンダブロック１を高温水や高温油または熱風等で加熱し、以て気筒２の周壁の温度を実運転中に近い状況まで昇温させる。例えば、ウォータジャケット３に高温水または高温油を充填しつつ、気筒２内に熱風を吹き込む。これは、内面側のひずみゲージ６が気筒２内で往復運動するピストンと干渉するために、内燃機関の実運転を行うことが困難であることによる。
【００１６】
内燃機関の運転中の気筒２の周壁の内面のひずみ量を計測するにあたっては、予め、図２に示しているようにひずみゲージ４、６を貼付して、周壁の外面側の各所のひずみ量と内面側の各所のひずみ量との相関関係を求めておく。その上で、気筒２の周壁の外面側にのみひずみゲージ４を貼付した状態で（周壁の内面側のひずみゲージ６を除去して）内燃機関を運転し、つまりは気筒２内で燃料を燃焼させピストンを運動させながら、ひずみゲージ４により周壁の外面側の各所のひずみ量を計測し、その計測したひずみ量を予め求めておいた相関関係を用いて周壁の内面側の各所のひずみ量に換算する。
【００１７】
ひずみゲージ４を介して計測されるひずみ量は、気筒２の周壁の径方向に沿ったひずみ変形量を表す。一方で、気筒２の周壁の周方向に沿った熱膨張量を、ひずみゲージ４により検出することは難しい。熱電対５により気筒２の周壁の各所の温度を計測するのは、この周壁の各所の周方向に沿った熱膨張量を知得するためである。熱電対５を介して計測される温度と、周壁の周方向に沿った熱膨張量との相関関係は、周壁の構成材料から予め判明する。従って、熱電対５により計測した各所の温度を、その既知の相関関係を用いて周壁の各所の周方向に沿った熱膨張量に換算することができる。
【００１８】
なお、（ひずみゲージ４により計測される）気筒２の周壁の各所の径方向に沿ったひずみ変形量を、周壁の周方向に沿った変形量に幾何的に換算し、それを（熱電対５により計測される温度に基づく）周壁の対応する箇所の周方向に沿った熱膨張量と合算するようにしても構わない。
【００１９】
また、複数の気筒２を直列に配列している内燃機関では、各気筒２が、それら気筒２の並ぶ方向に対して直交する方向、即ち各気筒２の吸気ポートと排気ポートとが対向する方向にひずみかつ拡張して、平面視（または、断面視）楕円形化するように変形する。これと比較して、複数の気筒２が並ぶ方向に沿ったひずみ量は非常に小さいことから、図１及び図２に示している通り、隣り合う複数の気筒２が最接近する部位については、必ずしもひずみゲージ４、６を貼付してひずみ量を計測する必要がない。
【００２０】
上述した気筒２の周壁の各所のひずみ量及び熱膨張量の計測は、気筒２の周壁の温度を様々に変えながら行うことができる。換言すれば、周壁の温度毎に、例えば２５℃から１１０℃の範囲内の様々な冷却水温の値毎に、周壁の各所のひずみ量及び熱膨張量を計測することができる。
【００２１】
本実施形態に係る気筒２のボア内面の熱変形量の測定方法は、シリンダブロック１において気筒２を取り巻くウォータジャケット３に面している、気筒２の周壁の外面にひずみゲージ４を取り付けるとともに、気筒２の周壁の温度を計測する温度センサ５を設置した上で、内燃機関を運転し、ひずみゲージ４を介して気筒２の周壁のひずみ量を計測しつつ、温度センサ５を介して気筒２の周壁の温度を計測して熱膨張量を知得するものである。
【００２２】
本測定方法によれば、従来は困難であった、内燃機関が高回転及び／または高負荷で運転している最中の気筒２のボア内面の熱変形量を測定することが可能となる。
【００２３】
さらに、本測定方法による測定結果を利用して、トレードオフの関係にある、メカロスの低減と潤滑油の消費量の抑制との両立を図ることがより容易となる。ピストンリングの張力を高めれば、潤滑油の消費量を抑制できる一方で、メカロスが増大する。様々な内燃機関の運転領域（エンジン回転数及びエンジン負荷）、様々な気筒２の周壁温度（または、冷却水温）の条件下におけるボア内面の熱変形量を測定できることは、そのボア内面の熱変形がメカロス及び潤滑油の消費量に及ぼす影響を定量的に評価できるようになることを意味する。そして、高回転または高負荷の運転領域における潤滑油の消費量を低減しながらもメカロスを顕著に増大させないような、ピストンリングの最適な諸元の設計に大いに寄与し得る。
【００２４】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。特に、ひずみゲージ４、６や温度センサ５の設置箇所及び設置個数、換言すれば気筒２の周壁における熱変形量の測定箇所は、図示例に限定されないことは言うまでもない。ひずみゲージ４、６、温度センサ５の設置箇所及び設置個数を増やし、気筒２の周壁の内面の熱変形をより詳細に調査してもよい。
【００２５】
その他、各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の気筒の周壁の内面の熱変形量の測定に利用できる。
【符号の説明】
【００２７】
１…シリンダブロック
２…気筒
３…ウォータジャケット
４…ひずみゲージ
５…温度センサ（熱電対）
【図１】
2017067495.tif 000003
【図２】
2017067495.tif 000004