(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧を媒体とした第１の加振アクチュエータと、圧電素子で構成された第２の加振アクチュエータと、該第１の加振アクチュエータにより作動されて液体が充填されたエンジンの燃焼室を加振する第１の加振ピストンと、該第２の加振アクチュエータにより作動されて該燃焼室を加振する第２の加振ピストンと、該第１及び第２の加振アクチュエータの加振動作をそれぞれ制御する第１及び第２の加振信号を予め記憶するとともに加振時に該第１及び第２の加振信号をそれぞれ該第１及び第２の加振アクチュエータへ出力する装置と、を備えたことを特徴とした擬似燃焼加振装置。
【請求項２】
請求項１において、
該液体が軽油であることを特徴とした擬似燃焼加振装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は擬似燃焼加振装置に関し、特にエンジンにおける燃焼圧力を模擬的に再現するための加振装置に関するものである。
【０００１】
【従来の技術】
エンジン、特にディーゼルエンジンの振動騒音は、燃焼に起因するところが大きく、燃焼により発生する振動の伝達特性や騒音発生機構などにつき従来より多くの研究が行われて来ている。
【０００２】
このように燃焼加振入力に対するエンジン構造の振動騒音特性を解析する際、実際にエンジンを運転している状態（実機運転状態）では様々な加振力が畳重されてしまい、特定の加振入力の応答特性を評価することは難しい。
【０００３】
また、加振入力の応答特性を評価するために基本構造を改良した実機運転可能なエンジンを製造するにはシリンダブロックの鋳型などで試作する必要があり、そのコストの増大や、開発期間の長期化が問題となる。
【０００４】
このような観点から、実験の容易さと詳細な解析ができる点で、筒内加振を模擬した加振方法が広く利用されている。
【０００５】
すなわち、既存のエンジンに追加工（溶接、切削、ボルト締結など）を施した程度のエンジンで燃焼加振入力に対する応答特性を評価する筒内加振方法（擬似燃焼加振方法）として以下の様な例が従来より採用されている。
【０００６】
▲１▼クランク軸が回転しないように固定したエンジンの燃焼室内に可燃ガスや火薬を充填し、発火させることによって単発的に筒内圧を再現し、それに対する応答特性を評価する方法（バンガーリグ法）。
【０００７】
▲２▼燃焼室内に軽油を封入し燃料噴射ポンプを用いて更に軽油を送り込むことで加圧し加振力を得る方法（油圧加振法）。
▲３▼コンロッド小端部〜大端部間に圧電素子を挿入し上下に伸縮することによって燃焼室内に封入した軽油を加圧することで加振力を得る方法（ピエゾ加振法）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法では次の様な問題点が挙げられる。
方法▲１▼，▲２▼の場合には安定した加振力が得られず、また単発的にしか加振ができないだけでなく、特に方法▲１▼においては危険を伴う。
【０００９】
また、方法▲２▼と▲３▼においては、実機筒内圧の燃焼圧力成分しか再現できないが、より実機に近い振動騒音特性を評価するためには、圧縮圧力成分を含む筒内圧の全成分を再現する必要がある。
【００１０】
また、燃焼による振動伝達は通常、ピストン頂面からコンロッド、クランクシャフト、シリンダブロックを経由するが、方法▲３▼では、その伝達媒体のコンロッドに圧電素子を挿入しているために振動伝達系が変化するので、実機に近い振動騒音特性を評価できない。
【００１１】
さらに、エンジンの筒内圧の周波数成分は低周波から高周波までの広い範囲（１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚ）に及ぶので、周波数域全体の筒内圧力を再現する必要がある。
【００１２】
従って本発明は、上記の問題点に鑑み、燃焼加振入力に対するエンジン基本構造の実機筒内圧を精度よく効率的に且つ安全に再現できる擬似燃焼加振装置を実現することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る擬似燃焼加振装置は、油圧を媒体とした第１の加振アクチュエータと、圧電素子で構成された第２の加振アクチュエータと、該第１の加振アクチュエータにより作動されて液体が充填されたエンジンの燃焼室を加振する第１の加振ピストンと、該第２の加振アクチュエータにより作動されて該燃焼室を加振する第２の加振ピストンと、該第１及び第２の加振アクチュエータの加振動作をそれぞれ制御する第１及び第２の加振信号を予め記憶するとともに加振時に該第１及び第２の加振信号をそれぞれ該第１及び第２の加振アクチュエータへ出力する装置と、を備えたことを特徴としている。
【００１４】
すなわち、実機筒内圧の周波数成分は低周波から高周波に及んでいるために、加振アクチュエータ及びピストンにより実機に近い加振入力を得るためには周波数域全体を再現する必要があるが、本発明では、液体（好ましくは軽油）が充填された燃焼室を２つの加振ピストンの上下運動を制御することによって調圧し、擬似的に実機筒内圧を再現しようとするものである。
【００１５】
この場合、２つの加振ピストンを制御する加振アクチュエータとして油圧を媒体とした第１の加振アクチュエータと圧電素子で構成された第２の加振アクチュエータの２つを用いる。
【００１６】
この場合、第１の加振アクチュエータは大変位・高出力を得られる長所があるが、上述の如く応答速度が遅い（低周波数域しか再現できない）という短所がある。また、第２の加振アクチュエータは高速応答（高周波数域まで再現できる）という長所があるが、微小変位・小出力しか得られないという短所がある。
【００１７】
従って、特性の相反する２つの加振アクチュエータを組み合わせて低周波高振幅から高周波微小振幅までの成分を合わせ持つ（ダイナミックレンジの広い）筒内圧を再現可能にしている。
【００１８】
そして、これらの第１及び第２の加振アクチュエータに対しては、その加振動作をそれぞれ制御する第１及び第２の加振信号を予め実験等において求めて記憶しておくとともに加振時にこれらの加振信号を与えるようにしている。
【００１９】
このように、本発明では、低周波数を再現できる第１の加振アクチュエータと高周波数を再現できる第２の加振アクチュエータとを用いているので全周波数域を再現でき、以て圧縮行程から燃焼行程に至る実機筒内圧の変化を連続的に再現している。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る擬似燃焼加振装置の実施例を示したもので、図中、１はパソコンであり、このパソコン１はアンプ２及びコントローラ３に接続されている。４は油圧源であり、コントローラ３とともに上記の第１の加振アクチュエータとしての油圧加振機５に接続されている。なお、アンプ２及びコントローラ３にはパソコン１からのデータをアナログ信号に変換するためのＤ／Ａ変換器（図示せず）を内蔵しているものとする。
【００２１】
また、アンプ２は上記の第２の加振アクチュエータである圧電素子６に接続されている。油圧加振機５及び圧電素子６はそれぞれアダプタ９及び１０を介して第１の加振ピストン７及び第２の加振ピストン８にそれぞれ接続されている。
【００２２】
図２には、図１に示した油圧加振機５及び圧電素子６並びに加振ピストン７，８をエンジンに組み込んだ部分断面図が示されている。
【００２３】
すなわち、まず、油圧加振機５並びに圧電素子６が固定ブロック１１に固定され、アダプタ９，１０にそれぞれ接続された加振ピストン７，８が固定ブロック１１から振動可能に飛び出している。固定ブロック１１はエンジンのシリンダブロック１２の上部に取り付けられている。
【００２４】
そして、固定ブロック１１から飛び出しているピストン７，８はシリンダヘッド１３を通り抜けて、頂面フラットピストン１４の上部まで達している。このピストン１４とシリンダヘッド１３との隙間には軽油１５が封入されている。
【００２５】
次にこのような実施例の動作を説明する。
まず、パソコン１内には上記の油圧加振機５及び圧電素子６への加振信号を数値データとして記憶している。これは、上記の如く圧縮行程から燃焼行程に至る実機筒内圧の変化を連続的に再現するために加振アクチュエータとしての油圧加振機５及び圧電素子６による加振動作を電気信号に変えておくためである。
【００２６】
この数値データは、実機筒内圧を計測する際、油圧加振機では周波数の低い成分、圧電素子では周波数の高い成分を計測して得られるものであり、それぞれの制御信号としてアンプ２及びコントローラ３に与えられる。この数値データは、このような周波数成分を計測できる計測器を用いれば従来の測定方法により測定可能であり、その測定データをパソコン１内のメモリに予め記憶しておけばよい。
【００２７】
なお、測定データをそのまま出力しただけでは、加振ピストンや軽油が有している固有の周波数振動特性により、加振アクチュエータからの加振力に周波数によって増減が生じ、正確な筒内圧が得られないので、計測した加振信号に、各加振アクチュエータに入力される信号とそれによって発生する筒内圧力との周波数応答関数の逆特性を加える逆伝達関数補償を行った信号を用いる。
【００２８】
次に、パソコン１からの制御信号でアンプ２及びコントローラ３を介してそれぞれ圧電素子６及び油圧加振機５へ出力する。
【００２９】
これにより、油圧加振機５及び圧電素子６が制御信号に従ってストローク（伸び縮み）して、加振ピストン７，８が移動（押し戻り）を繰り返し、シリンダブロック１２内の軽油１５の圧力が変化（増減）し、実機筒内圧が再現される。
【００３０】
図３は、このようにして擬似燃焼加振を行った時の時間と筒内圧（ＣＰ[bar]）との関係を実機（点線グラフ）及び本発明による擬似燃焼加振装置（実線グラフ）の両者において示したものである。
【００３１】
この図より明らかなように、実機と本発明装置とはほぼ同様の時間−筒内圧特性を示していることが分かる。
【００３２】
また、図４には横軸を１／３オクターブ中心周波数に取り、縦軸を筒内圧レベル（ＣＰＬ[dB]）に取った時の本発明の特性を実機特性及び圧電特性との比較対照で示している。実線で示す従来の圧電素子単独で行った場合には、一点鎖線で示す実機特性と比較すると低周波レベルに大きな差が生じるが、点線で示す本発明のように油圧加振機５及び圧電素子６による加振を行った場合には実機特性とほぼ一致した特性曲線が得られることが分かる。
【００３３】
なお、図４には従来例による油圧加振機のみのデータは示されていないが、これはエンジン騒音で問題になるのは高周波域であるためである。
【００３４】
なお、上記のように燃焼室に充填する媒体としては軽油を例にとったが、これは簡単に入手できること、エンジンへの腐食・錆などの影響が少ないことなどから使用したが、圧縮率が軽油より低い流体（例えば水）を使ったほうが少ないストロークで同等の圧力上昇が得られるので、このような液体が上記の軽油の利点を上回るのであれば使用することは可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る擬似燃焼加振装置によれば、液体が充填されたエンジンの燃焼室を予め記憶した制御信号により油圧加振型アクチュエータ及び圧電加振型アクチュエータの両方によって加振し、擬似的に実機筒内圧を再現するように構成したので、静止したエンジンに実機相当の燃焼加振力を与えてその応答特性を評価するため、実機運転することなしにエンジンの振動特性が評価でき、開発期間及びコストが削減できる。
【００３６】
また、筒内圧の全周波数成分を再現できるため、より実働状態に近い精度の高い特性が得られる。電気信号を入力するため加振力のコントロールが安定して行えるとともに、連続した加振ができるので測定データの時間的平均的処理による計測精度の向上が可能となる。
【００３７】
また本発明は、圧縮圧力成分を含む筒内圧の全成分を再現しているので、より実機に近い振動騒音特性が得られる。
【００３８】
運転状態では計測が難しいエンジン内部の運動部品の振動特性が測定可能となる。振動騒音問題だけでなく運動部品の応力解析などにも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る擬似燃焼加振装置の一実施例を示したブロック図である。
【図２】図１に示した油圧加振機及び圧電素子並びに加振ピストンをエンジンのシリンダブロックに組み込んだ状態を示した部分断面図である。
【図３】本発明に係る擬似燃焼特性を時間との関係で示したグラフ図である。
【図４】本発明による筒内圧を周波数成分との関係で示した特性グラフ図である。
【符号の説明】
１  パソコン
２  アンプ
３  コントローラ
４  油圧源
５  油圧加振機
６  圧電素子
９，１０  アダプタ
７，８  加振ピストン
１１  固定ブロック
１２  シリンダブロック
１３  シリンダヘッド
１４  頂面フラットピストン
１５  軽油
１６  Ｏリング
図中、同一符号は、同一又は相当部分を示す。
【図１】
0003840760.tif 000002
【図２】
0003840760.tif 000003
【図３】
0003840760.tif 000004
【図４】
0003840760.tif 000005