JP4821555B2 - Simulated combustion shaker - Google Patents

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Description

本発明は、擬似燃焼加振装置に関し、特にエンジン騒音を擬似的に作り出すための加振装置に関するものである。   The present invention relates to a simulated combustion vibration device, and more particularly to a vibration device for artificially creating engine noise.

エンジン騒音は、エンジン部品中の様々な加振源によって生じた振動がエンジン表面から媒質である空気に伝搬され、音波となって放射される現象である。   Engine noise is a phenomenon in which vibrations generated by various excitation sources in an engine component are propagated from the engine surface to air as a medium and radiated as sound waves.

この場合の加振源はシリンダ内の燃焼によって作用する燃焼加振力と機械系の加振力とに大別できる。ここで、燃焼加振力によって生じる騒音を燃焼騒音と称し、機械系の加振力によって生じる騒音を機械騒音と称する。   The excitation source in this case can be broadly classified into a combustion excitation force acting by combustion in the cylinder and a mechanical excitation force. Here, the noise generated by the combustion excitation force is referred to as combustion noise, and the noise generated by the mechanical excitation force is referred to as machine noise.

燃焼騒音の低減を図る場合、燃焼加振力そのものを低減する方法と、燃焼加振力に対するエンジン構造の振動応答を改良する方法の二通りがある。後者の方法である振動応答の改良を実験的に検討する場合、燃焼騒音の放射特性に対して主要なエンジン部品はシリンダブロックであるので、従来より、このシリンダブロック単品に対する打撃試験(ハンマリング)を行うことにより、ブロック表面振動の積算値による評価やモード解析による振動可視化結果を得る方法が採られている。   When reducing combustion noise, there are two methods: a method of reducing the combustion excitation force itself and a method of improving the vibration response of the engine structure to the combustion excitation force. When experimentally examining the improvement of vibration response, which is the latter method, the main engine component for the radiation characteristics of combustion noise is the cylinder block. As a result, a method of obtaining an evaluation result based on an integrated value of block surface vibrations and a vibration visualization result by mode analysis is employed.

このハンマリング試験は、先端に力センサーを備えたハンマーで対象物(エンジン)を叩き、対象物に取り付けた振動計で発生した振動を測定する方法である。力センサーの出力信号と振動計の出力信号は解析装置に取り込まれ、与えた力と実際に生じた振動(一般的には振動加速度)との伝達関数が測定される。これは、単位入力で正規化された振動応答(例えば1(m/s2)/N)と考えることができ、対象物の表面全体で測定した伝達関数を積算することで対象物の騒音放射特性と考えることができる。これを騒音の放射し易さの良し悪しを示す指標としている。 This hammering test is a method of measuring vibration generated by a vibration meter attached to an object by hitting the object (engine) with a hammer having a force sensor at the tip. The output signal of the force sensor and the output signal of the vibrometer are taken into the analysis device, and the transfer function between the applied force and the actually generated vibration (generally vibration acceleration) is measured. This can be thought of as a vibration response normalized by unit input (for example, 1 (m / s 2 ) / N). By integrating the transfer function measured over the entire surface of the object, the noise radiation of the object is obtained. It can be considered a characteristic. This is an index indicating whether the noise is easily emitted.

しかしながら、このようなハンマリング試験の場合には、実働運転時にはピストンやクランクシャフトというエンジン内部の運動部品や、シリンダヘッド及びオイルパンというような周辺部品とが組み合わされてエンジンアセンブリを形成しているが、シリンダブロックの振動特性は単品状態とアセンブリ状態では異なり、単品状態で検討した改良効果がアセンブリ状態で行われる実働運転では十分発揮されない場合があった。   However, in the case of such a hammering test, during actual operation, engine internal components such as pistons and crankshafts and peripheral components such as cylinder heads and oil pans are combined to form an engine assembly. However, the vibration characteristics of the cylinder block differ between the single product state and the assembly state, and the improvement effect studied in the single product state may not be sufficiently exhibited in the actual operation performed in the assembly state.

また、エンジンアセンブリ状態で燃焼騒音を対象にした振動試験を行う場合、実働時に燃焼圧力が作用するピストン上面、及びシリンダヘッド下面を加振するのが適当であるが、エンジンアセンブリでピストン上面及びシリンダヘッド下面をハンマーで加振することは事実上できなかった。   In addition, when performing a vibration test for combustion noise in the engine assembly state, it is appropriate to vibrate the piston upper surface and the cylinder head lower surface on which the combustion pressure acts during actual operation. It was virtually impossible to vibrate the bottom of the head with a hammer.

そこで、パワートレインの実稼動状態に近い精度の高い伝達測定を求め、パワートレインの軽量化と放射音低減を高次元で両立させることを目的としたパワートレインの伝達特性計測手法及び装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。   Therefore, there is a known power train transmission characteristic measurement method and device that seeks high-accuracy transmission measurements that are close to the actual operating state of the power train, and that achieves both a reduction in powertrain weight and reduction of radiated sound at a high level. (For example, see Patent Document 1).

この特許文献1においては、パワートレインは、少なくともシリンダブロックとシリンダヘッドとから構成されており、シリンダブロックには、ピストン、コネクティングロッド、クランクシャフト及びロアブロックが備えられるとともに、シリンダヘッドには、シリンダヘッドの上部から底部まで貫通するインジェクタ挿入孔が備えられたものであって、シリンダブロック上方に上記シリンダヘッドが取付けられた状態においてピストンを略上死点近傍の位置にセットすると共に、加振装置をインジェクタ挿入孔に装着してピストン頭部を加振し、ピストン頭部加振時に加速度センサーによって測定される振動加速度に基いてパワートレインの任意の部位の伝達特性を求めるようにしている。   In Patent Document 1, the power train is composed of at least a cylinder block and a cylinder head. The cylinder block includes a piston, a connecting rod, a crankshaft, and a lower block, and the cylinder head includes a cylinder block. An injector insertion hole penetrating from the top to the bottom of the head is provided, and in the state where the cylinder head is mounted above the cylinder block, the piston is set at a position near the top dead center, and a vibration device Is mounted in the injector insertion hole to vibrate the piston head, and the transfer characteristic of any part of the powertrain is obtained based on the vibration acceleration measured by the acceleration sensor when the piston head is vibrated.

一方、燃焼加振入力に対するエンジン基本構造の振動騒音特性を制度よく効率的に且つ安全に再現できるようにするため、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擬似燃焼加振装置が知られている(例えば、特許文献2参照。)。
特開2004-53485号公報 特開平11-94690号公報
On the other hand, in order to be able to reproduce the vibration noise characteristics of the engine basic structure with respect to combustion excitation input in a systematic, efficient and safe manner, a hydraulic excitation type is used by a control signal stored in advance for the combustion chamber of the engine filled with liquid There is known a simulated combustion excitation device that vibrates by both an actuator and a piezoelectric excitation type actuator and reproduces the actual in-cylinder pressure in a pseudo manner (see, for example, Patent Document 2).
JP 2004-53485 A JP-A-11-94690

上記の特許文献1においては、ピストン上面のみを加振している。すなわち、ピストン−コンロッド−クランクシャフト−シリンダブロックと伝わるのが主要な振動伝達経路であるが、エンジンによってはシリンダヘッドがエンジンアセンブリの振動特性に影響を与えることが分かっており、特許文献1はこのような現象を考慮していない。   In Patent Document 1 described above, only the upper surface of the piston is vibrated. In other words, the main vibration transmission path is transmitted through the piston, connecting rod, crankshaft, and cylinder block. However, it is known that the cylinder head affects the vibration characteristics of the engine assembly depending on the engine. Such a phenomenon is not considered.

また、この特許文献1の場合には、上記の主要な振動伝達経路の部品に対して比較的大きな加振機をエンジン外部から支持し、これを一定の荷重でピストンに押し付けた状態で加振しているため、振動特性に対する加振装置を付加したことの影響が比較的大きく、実働特性の再現に対して誤差が大きくなってしまうという問題があった。   In the case of this Patent Document 1, a relatively large vibration exciter is supported from the outside of the engine with respect to the components of the main vibration transmission path described above, and is vibrated while being pressed against the piston with a constant load. For this reason, there is a problem that the influence of adding the excitation device to the vibration characteristics is relatively large, and the error becomes large with respect to reproduction of the actual characteristics.

更に上記の特許文献1の場合には、加振力を加振装置内部で検出しているため、加振装置とエンジンとの間にある加振棒の振動特性を考慮していないため、実際にエンジンに与えた加振力を正確に検出することができず、以て与えた加振力と振動との伝達関数を正確に測定できないという問題があった。   Furthermore, in the case of the above-mentioned Patent Document 1, since the vibration force is detected inside the vibration device, the vibration characteristic of the vibration rod between the vibration device and the engine is not taken into consideration. However, it is impossible to accurately detect the excitation force applied to the engine, and the transfer function between the applied excitation force and vibration cannot be measured accurately.

更には、特許文献1は、フライホイールによって回転を固定しているため、フライホイールやクランクプーリーを含むアセンブリの振動に与える影響が比較的大きいという問題もあった。   Further, Patent Document 1 has a problem that since the rotation is fixed by the flywheel, the influence on the vibration of the assembly including the flywheel and the crank pulley is relatively large.

また、上記の特許文献2は、油圧加振機とピエゾ素子の両方を用いて燃焼室に充填した軽油を作動流体とした圧力加振を行っており、物理的に大きな油圧加振機を使用しなければならないという問題があった。   In addition, Patent Document 2 described above uses both a hydraulic shaker and a piezoelectric element to perform pressure excitation using light oil filled in the combustion chamber as a working fluid, and uses a physically large hydraulic shaker. There was a problem that had to be done.

更に上記の特許文献2は、シリンダヘッド上にアクチュエータを配置しており、油圧加振機及び固定ブロックは比較的大きく、また加振ピストンの配置などによる変更規模が比較的大きくなってしまうという問題があった。   Further, the above-mentioned Patent Document 2 has an actuator arranged on the cylinder head, the hydraulic exciter and the fixed block are relatively large, and the scale of change due to the arrangement of the exciting piston is relatively large. was there.

従って本発明は、小さな加振部を有し、ピストン上面のみならず、シリンダヘッドの下面も合わせて加振でき、且つ加振力をエンジンとの接触分で検出することのできる応答特性の良好な擬似燃焼加振装置を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has a small vibration portion, can vibrate not only the upper surface of the piston but also the lower surface of the cylinder head, and has excellent response characteristics that can detect the vibration force by the amount of contact with the engine. An object of the present invention is to provide a simple pseudo combustion excitation device.

[1]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、まず、ピストンの燃焼室内に設けられ、ピエゾ素子及び力センサーで構成された加振部と、該燃焼室の底部及び該燃焼室を覆うシリンダヘッドの下面部を該ピストンの上下方向に加振するための筒内圧力波形の加振信号を該ピエゾ素子へ与える加振信号発生装置とを備え、該加振時に該力センサーからの出力信号が燃焼加振力を示すものである[1] In order to achieve the above object, a simulated combustion excitation apparatus according to the present invention is first provided in a combustion chamber of a piston, and includes an excitation unit composed of a piezoelectric element and a force sensor, An excitation signal generator for applying an excitation signal of an in-cylinder pressure waveform for exciting the bottom surface of the cylinder head covering the bottom portion and the combustion chamber in the vertical direction of the piston to the piezo element. sometimes the output signal from the force sensor is indicative of the combustion vibration force.

すなわち、本発明は、燃焼加振力に対するエンジンアセンブリの応答特性を評価・解析可能ならしめる装置であり、加振部に小型で応答性がよく、さらに加振発生力が大きく安定しているピエゾ素子を用いることを特徴としている。このピエゾ素子を設置するためのエンジン部品の変更点は、ピストンの燃焼部分だけに留め、燃焼加振力の伝達経路であるコンロッド−クランクシャフト−シリンダブロック−シリンダヘッド−オイルパンなどの主要構造部品には変更を加えないようにすることができる。   That is, the present invention is an apparatus that makes it possible to evaluate and analyze the response characteristics of an engine assembly with respect to a combustion excitation force, and is a piezo that has a small and good responsiveness in the excitation portion and has a large and stable excitation force. It is characterized by using an element. Changes in engine parts for installing this piezo element are limited to the combustion part of the piston, and the main structural parts such as the connecting rod, crankshaft, cylinder block, cylinder head, oil pan, etc., which are the transmission path of the combustion excitation force Can be left unchanged.

そして、加振部をピエゾ素子と共に構成する力センサーからは、ピエゾ素子に筒内圧力波形の加振信号が与えられるとき(加振時)に力センサーからの出力信号が燃焼加振力を示すものである。   Then, when the excitation signal of the in-cylinder pressure waveform is given to the piezo element from the force sensor that constitutes the excitation unit together with the piezo element (when oscillating), the output signal from the force sensor indicates the combustion excitation force Is.

[2]上記の場合、トランスミッション後端でクランクシャフトの回転を拘束することによって該ピストンをその上死点近傍の位置に固定するストッパーをさらに設けることにより、遠方のトランスミッション後端でクランクシャフトの回転を拘束しているので、クランク系振動への影響が少なくなり、実働時により近い応答特性が得られる[2] In the above case, the rotation of the crankshaft at the rear end of the distant transmission is provided by further providing a stopper for fixing the piston at a position near its top dead center by restricting the rotation of the crankshaft at the rear end of the transmission Is restrained, the influence on the crank system vibration is reduced, and a response characteristic closer to that in actual operation can be obtained .

[3]上記[2]におけるピエゾ素子は、該燃焼室の底部に載置され、アダプターを介して該力センサーに結合され、該ピエゾ素子と力センサーが該燃焼室の底部と該シリンダヘッドに挟まれて固定することにより、加振部をピストン上面及びシリンダヘッド下面に接着する必要がなくなる。 [3] The piezo element in [2] is placed on the bottom of the combustion chamber and coupled to the force sensor via an adapter, and the piezo element and the force sensor are attached to the bottom of the combustion chamber and the cylinder head. By being sandwiched and fixed, it is not necessary to bond the excitation unit to the upper surface of the piston and the lower surface of the cylinder head.

[4]さらに、該燃焼室の底部と該加振部との間には、該加振部の該ピストンの上面からの飛び出し量を調整し、以て該固定時に該ピエゾ素子に加わるプリロードを調整するための部材を設けることもできる。  [4] Furthermore, a preload applied to the piezo element during the fixing is adjusted between the bottom of the combustion chamber and the excitation unit by adjusting an amount of projection of the excitation unit from the upper surface of the piston. A member for adjustment can also be provided.

[5]さらに、上記の場合、エンジンの周囲に取り付けた複数の振動センサーと、該力センサー及び振動センサーの加振時の各出力信号を入力して加振応答特性である燃焼加振力/音響パワーを求める演算装置とを備えることができる。  [5] Further, in the above case, a plurality of vibration sensors attached around the engine, and output signals at the time of excitation of the force sensor and the vibration sensor are inputted, and combustion excitation force / And an arithmetic unit for obtaining acoustic power.

これにより、加振力をエンジンとの接触部分で検出しており、且つ力センサーやピエゾ素子は十分な剛性を持っている(硬い)ため、シリンダヘッド側及びピストン側に作用する力は等しく、設置した力センサーで実際にエンジンに与えた加振力を正確に検出することが可能となる。従って、与えた加振力と振動とによるエンジンアセンブリの伝達関数(応答特性)を正確に測定して評価・解析することができる。   As a result, the excitation force is detected at the contact portion with the engine, and the force sensor and piezo element have sufficient rigidity (hard), so the forces acting on the cylinder head side and the piston side are equal, It is possible to accurately detect the excitation force actually applied to the engine with the installed force sensor. Therefore, it is possible to accurately measure, evaluate and analyze the transfer function (response characteristic) of the engine assembly due to the applied excitation force and vibration.

本発明により、実働時の燃焼加振力のエンジン内部での伝達特性やエンジン外表面の振動による騒音放射特性を再現することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to reproduce the transmission characteristics of the combustion excitation force during actual operation inside the engine and the noise radiation characteristics due to vibrations on the outer surface of the engine.

従って、エンジンアセンブリ状態でのエンジン部品の振動特性を調査したり、エンジン部品の振動特性の変更による振動低減効果の確認に利用することができる。特に、エンジン内部の運動部品が制止しているため、実働試験では計測が難しいこれらのエンジン部品でのデータ計測が比較的容易に実施できる。   Therefore, the vibration characteristics of the engine component in the engine assembly state can be investigated, or the vibration reduction effect by changing the vibration characteristics of the engine component can be confirmed. In particular, since the moving parts inside the engine are stopped, it is relatively easy to measure data on these engine parts, which are difficult to measure in the actual work test.

さらに、エンジンアセンブリに燃焼加振力を与えた結果として発生する騒音は、聴感上実際のエンジン騒音に近く、燃焼騒音に対する音質の解析にも利用することができる。特に、与えられる燃焼加振力は、実測した筒内圧力波形だけでなく、数値シミュレーションから得られる筒内圧力波形を加振信号として与えることができるので、燃焼騒音の聴感上の検討が実働運転無しに実現できる。   Further, the noise generated as a result of applying the combustion excitation force to the engine assembly is close to the actual engine noise in terms of hearing, and can also be used for analysis of sound quality with respect to the combustion noise. In particular, the combustion excitation force given can be applied not only to the actually measured in-cylinder pressure waveform, but also to the in-cylinder pressure waveform obtained from numerical simulation as an excitation signal. Can be realized without.

図1は、本発明に係る擬似燃焼加振装置の一実施例を示したものである。同図(1)はエンジン1の概略的な断面図を示しており、シリンダブロック2にはシリンダヘッド3がヘッドボルト3aで結合されている。また、シリンダブロック2内ではピストン4が上下運動し、このピストン4の上部に設けられた燃焼室4a内には加振部5が設置される。また、ピストン4はコンロッド6を介してクランクシャフト7に結合されている。隣接するコンロッド6同士の間にはクランクアーム8が設けられている。なお、シリンダブロック2の下部にはエンジンオイルのためのオイルパン9が設けられている。   FIG. 1 shows an embodiment of a simulated combustion excitation apparatus according to the present invention. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of the engine 1, in which a cylinder head 3 is coupled to a cylinder block 2 with a head bolt 3a. In addition, the piston 4 moves up and down in the cylinder block 2, and the excitation unit 5 is installed in the combustion chamber 4 a provided in the upper part of the piston 4. The piston 4 is coupled to the crankshaft 7 via a connecting rod 6. A crank arm 8 is provided between adjacent connecting rods 6. An oil pan 9 for engine oil is provided below the cylinder block 2.

図1(2)は、同図(1)に示したピストン4の燃焼室4aに設けた加振部5を拡大して示したものである。すなわち、この加振部5は伸縮タイプのピエゾ素子11をアダプター12に接着し、このアダプター12に更に力センサー13及びプリローディングディスク14をボルト15で固定した後、図示のようにピエゾ素子11の側を燃焼室4aの底部に載置したものである。この燃焼室4aの底部には、図示のようにピエゾ素子11がずれないようにするための窪み4bを設けており、また加振部5を燃焼室4aに載置したとき、プリローディングディスク14の上面はシリンダヘッドガスケット16の上面から若干飛び出るようになっているので、プリローディングディスク14の上から図1(1)に示すようにシリンダヘッド3を被せると、加振部5は上下方向に締め付けられるので、ピエゾ素子11はピストン4には接着されていなくても、事実上固定された状態になる。   FIG. 1 (2) is an enlarged view of the vibration portion 5 provided in the combustion chamber 4a of the piston 4 shown in FIG. 1 (1). In other words, the vibration unit 5 has an expansion / contraction type piezo element 11 bonded to the adapter 12, and a force sensor 13 and a preloading disk 14 are further fixed to the adapter 12 with bolts 15. The side is placed on the bottom of the combustion chamber 4a. The bottom of the combustion chamber 4a is provided with a recess 4b for preventing the piezo element 11 from shifting as shown, and when the vibration unit 5 is placed on the combustion chamber 4a, a preloading disk 14 is provided. Since the upper surface of the cylinder head 3 protrudes slightly from the upper surface of the cylinder head gasket 16, when the cylinder head 3 is put on the preloading disk 14 as shown in FIG. Since it is tightened, the piezo element 11 is practically fixed even if it is not bonded to the piston 4.

なお、ピストン4と加振部5との間には加振部5のシリンダヘッドガスケット16の上面からの飛び出し量をシム(図示せず)の挿入によって調節し、シリンダヘッド3を取り付けたときにピエゾ素子11に加わる荷重(プリロード)を調整できるようにしている。   When the cylinder head 3 is mounted between the piston 4 and the vibration part 5 by adjusting the amount of protrusion of the vibration part 5 from the upper surface of the cylinder head gasket 16 by inserting a shim (not shown). The load (preload) applied to the piezo element 11 can be adjusted.

すなわち、加振部5の飛び出し量調整によるピエゾ素子11へのプリロードは、シリンダヘッド3のヘッドボルト3aを正規の組付けトルクで締結した際に、加振部5に取り付けた力センサー13によって実際に作用した荷重をモニターすることにより、ピエゾ素子11の最大圧縮荷重を超えない範囲で任意に設定できる。   That is, the preload to the piezo element 11 by adjusting the protrusion amount of the vibration unit 5 is actually performed by the force sensor 13 attached to the vibration unit 5 when the head bolt 3a of the cylinder head 3 is fastened with a regular assembly torque. By monitoring the load acting on the piezoelectric element 11, it can be arbitrarily set within a range not exceeding the maximum compressive load of the piezo element 11.

このような、擬似燃焼加振装置では、クランクシャフト7が回転するのを防止する必要があるが、クランクシャフト7の振動特性に与える影響を最小限に抑えるため、図2に示すように、クランクシャフト7から遠方のトランスミッション後面21に設けてあるフランジ22に拘束用レバー23を取り付け、この拘束用レバー23の正回転を、ストッパー固定治具24に設けたストッパー25で拘束するようにしている。なお、固定する際のクランクアングルは試験エンジンの代表的な着火タイミングでよいが、現実的な着火タイミングの範囲で任意に変更することができる。   In such a simulated combustion excitation device, it is necessary to prevent the crankshaft 7 from rotating, but in order to minimize the influence on the vibration characteristics of the crankshaft 7, as shown in FIG. A restraining lever 23 is attached to a flange 22 provided on the rear surface 21 of the transmission far from the shaft 7, and the positive rotation of the restraining lever 23 is restrained by a stopper 25 provided on a stopper fixing jig 24. The crank angle at the time of fixing may be a typical ignition timing of the test engine, but can be arbitrarily changed within a range of realistic ignition timing.

図3は、図1に示した擬似燃焼加振装置を実際に駆動して擬似燃焼加振力に対する応答特性を求めるシステムを示したものである。   FIG. 3 shows a system for determining response characteristics with respect to the simulated combustion excitation force by actually driving the simulated combustion excitation device shown in FIG.

このため、図1(2)に示した加振部5のピエゾ素子11に対して、パソコン31及びドライブアンプ32を接続すると共に力センサー13にスペクトルアナライザ(FFT)33を接続したものである。なお、配線は、シリンダヘッド3のバルブガイド(図示せず)からエンジン1の外へ導出している。   Therefore, a personal computer 31 and a drive amplifier 32 are connected to the piezoelectric element 11 of the vibration unit 5 shown in FIG. 1 (2), and a spectrum analyzer (FFT) 33 is connected to the force sensor 13. Note that the wiring is led out of the engine 1 from a valve guide (not shown) of the cylinder head 3.

すなわち、パソコン31において、ピストン4の筒内圧力波形に相当する信号を記憶しておき、これをアナログ信号SIG1としてドライブアンプ32に与える。これを受けたドライブアンプ32は、アナログ信号SIG1を増幅し、加振信号SIG2としてピエド素子11へ供給する。この加振信号S1G2には、実際のエンジンで測定した、或いは数値シミュレーションから得た筒内圧力波形をドライブアンプ32に入力可能な電圧値に変換した信号を用いる。このように供給電圧に比例して伸縮するピエゾ素子11によってピストン4の燃焼室4aの底部及びシリンダヘッド3の下面がピストン上下方向に加振されることとなる。   That is, a signal corresponding to the in-cylinder pressure waveform of the piston 4 is stored in the personal computer 31, and this is given to the drive amplifier 32 as an analog signal SIG1. Receiving this, the drive amplifier 32 amplifies the analog signal SIG1 and supplies it to the Piedo element 11 as the excitation signal SIG2. As this excitation signal S1G2, a signal obtained by converting an in-cylinder pressure waveform measured by an actual engine or obtained from a numerical simulation into a voltage value that can be input to the drive amplifier 32 is used. In this manner, the bottom of the combustion chamber 4a of the piston 4 and the lower surface of the cylinder head 3 are vibrated in the vertical direction of the piston by the piezo element 11 that expands and contracts in proportion to the supply voltage.

このとき、力センサー13から出力される燃焼加振力信号SIG3がスペクトルアナライザ33に与えられるが、このスペクトルアナライザ33に、エンジン1の周囲に設けられた振動センサー(例えば127個)からの振動加速度信号を入力することにより、スペクトルアナライザ33は実働時相当のエンジンアセンブリ状態での燃焼加振力に対する応答特性SA(Structure Attenuation:燃焼加振力/音響パワー)を出力することができる。   At this time, the combustion excitation force signal SIG3 output from the force sensor 13 is given to the spectrum analyzer 33, and vibration acceleration from vibration sensors (for example, 127 pieces) provided around the engine 1 is supplied to the spectrum analyzer 33. By inputting the signal, the spectrum analyzer 33 can output a response characteristic SA (Structure Attenuation: combustion excitation force / acoustic power) with respect to the combustion excitation force in an engine assembly state equivalent to that during actual operation.

上記の振動センサーの取付図が図4(1)に示されており、この例では、同図(a)に示すエンジン右面では、シリンダブロック2に対して9×5=45個の振動センサー10が設けられ、シリンダヘッド3には9個の振動センサー10が設けられると共に、オイルパン9においても2個の振動センサー10が設けられている。このようなエンジン右面は、同図(d)に示すエンジン左面についても同様である。   FIG. 4 (1) shows an installation diagram of the above vibration sensor. In this example, on the right side of the engine shown in FIG. 4 (a), 9 × 5 = 45 vibration sensors 10 with respect to the cylinder block 2. The cylinder head 3 is provided with nine vibration sensors 10, and the oil pan 9 is also provided with two vibration sensors 10. The engine right side is the same as the engine left side shown in FIG.

また、同図(b)に示すようにエンジン前面にはシリンダブロック2に10個の振動センサー10が設けられ、オイルパン9には1個の振動センサー10が設けられている。さらに、同図(c)に示すように、エンジン下面においては、浅部のオイルパン9_1において2個の振動センサー10が設けられ、深部のオイルパン9_2において図示のような方向に2個の振動センサー10が設けられ、合計で127個の振動センサー10がエンジン1に設けられていることになる。   Further, as shown in FIG. 4B, ten vibration sensors 10 are provided on the cylinder block 2 and one vibration sensor 10 is provided on the oil pan 9 on the front surface of the engine. Furthermore, as shown in FIG. 4 (c), two vibration sensors 10 are provided in the shallow oil pan 9_1 on the bottom surface of the engine, and two vibration sensors 10 are provided in the direction shown in the figure in the deep oil pan 9_2. The sensor 10 is provided, and a total of 127 vibration sensors 10 are provided in the engine 1.

従って、このように、力センサー13からの燃焼加振力信号SIG3と、振動センサー10からの127個の実測表面振動加速度を受けたスペクトルアナライザ33は、下記の式、
音響パワー=σ*ρc*V2*S・・・・・・式(1)
σ:放射効率
ρc:空気の特性インピータンス[Pa・s/m]
V:実測表面振動速度[m/s](センサーで検出された加速度を積分した値)
S:エンジン表面積[m2]
により音響パワーを求めることができる。従って、応答特性SAは、力センサー13の燃焼加振力信号SIG3と127個の振動センサー10からの実測表面振動加速度とを用いて、燃焼加振力/音響パワーとして求めることができる。
Therefore, in this way, the spectrum analyzer 33 that receives the combustion excitation force signal SIG3 from the force sensor 13 and 127 actually measured surface vibration accelerations from the vibration sensor 10 is expressed by the following equation:
Sound power = σ * ρc * V 2 * S ・ ・ ・ ・ ・ ・ Equation (1)
σ: Radiation efficiency ρc: Characteristic impedance of air [Pa · s / m]
V: Measured surface vibration velocity [m / s] (integrated acceleration detected by the sensor)
S: Engine surface area [m 2 ]
Thus, the sound power can be obtained. Therefore, the response characteristic SA can be obtained as the combustion excitation force / acoustic power using the combustion excitation force signal SIG3 of the force sensor 13 and the measured surface vibration acceleration from the 127 vibration sensors 10.

なお、従来の実働試験での応答特性SAを求める場合は、図4(2)に示すように、エンジン1に対して2a×2b×2hの測定直方体40の側面に設けた5本のマイク#1〜#5によって、音響パワー=5方向の平均音圧*測定直方体の表面積を求めると共に、燃焼加振力=実測筒内圧*ボア断面積を求めることにより、燃焼加振力/音響パワーを算出している。   When obtaining the response characteristic SA in the conventional practical test, as shown in FIG. 4 (2), the five microphones provided on the side of the measurement rectangular parallelepiped 40 of 2a × 2b × 2h with respect to the engine 1 From 1 to # 5, acoustic power = average sound pressure in 5 directions * surface area of the measurement cuboid and combustion excitation force = measured in-cylinder pressure * calculation of combustion excitation force / acoustic power by calculating bore cross-sectional area is doing.

この結果、図5のグラフに示すように、図4(1)に示す振動センサーを用いた本発明のSA応答特性に対し、同図(2)に示した従来の実働運転によるSA応答特性は、実質的に近似しており、本発明による燃焼擬似騒音は、周波数特性を含めて良好に再現できることが確認できた。   As a result, as shown in the graph of FIG. 5, in contrast to the SA response characteristic of the present invention using the vibration sensor shown in FIG. 4 (1), the SA response characteristic by the conventional operation shown in FIG. It was confirmed that the combustion pseudo noise according to the present invention can be reproduced well including the frequency characteristics.

なお、本発明は、上記実施例によって限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づき、当業者によって種々の変更が可能なことは明らかである。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is apparent that various modifications can be made by those skilled in the art based on the description of the scope of claims.

本発明に係る擬似燃焼加振装置で用いるエンジン部分の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the engine part used with the simulated combustion vibration apparatus which concerns on this invention. 図1に示した本発明のエンジンアセンブリに対して遠方のトランスミッション後端部においてストッパーを設けた状態を示した正面図である。FIG. 2 is a front view showing a state in which a stopper is provided at a rear end portion of a distant transmission with respect to the engine assembly of the present invention shown in FIG. 図1に示した本発明に係る擬似燃焼加振装置に対して実際に加振信号を与えてその応答特性を求めるシステム系統を示した図である。FIG. 2 is a view showing a system system for actually applying an excitation signal to the pseudo combustion excitation apparatus according to the present invention shown in FIG. 本発明に係る擬似燃焼加振装置での応答特性を求める際に用いる振動センサーの設置例と従来の実働試験例を示した図である。It is the figure which showed the example of installation of the vibration sensor used when calculating | requiring the response characteristic in the pseudo | simulation combustion vibration apparatus which concerns on this invention, and the example of the conventional actual test. 本発明と従来の実働運転によるSA応答特性を比較したグラフ図である。It is the graph which compared the SA response characteristic by this invention and the conventional actual driving | operation.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン
2 シリンダブロック
3 シリンダヘッド
4 ピストン
4a 燃焼室
5 加振部
6 コンロッド
7 クランクシャフト
8 クランクアーム
9 オイルパン
10 振動センサー
11 ピエゾ素子
12 アダプター
13 力センサー
14 プリローディングディスク
15 ボルト
16 シリンダヘッドガスケット
21 トランスミッション後面
22 トランスミッション後端フランジ
23 拘束用レバー
24 ストッパー固定冶具
25 ストッパー
31 パソコン
32 ドライブアンプ
33 スペクトルアナライザ
図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
1 engine
2 Cylinder block
3 Cylinder head
4 piston
4a Combustion chamber
5 Excitation unit
6 Connecting rod
7 Crankshaft
8 Crank arm
9 Oil pan
10 Vibration sensor
11 Piezo elements
12 Adapter
13 Force sensor
14 Preloading disc
15 volts
16 Cylinder head gasket
21 Rear of transmission
22 Transmission rear flange
23 Restraint lever
24 Stopper fixing jig
25 Stopper
31 PC
32 drive amplifier
33 Spectrum analyzer In the figure, the same symbols indicate the same or corresponding parts.

Claims (4)

ピストンの燃焼室内に設けられ、ピエゾ素子及び力センサーで構成された加振部と、
該燃焼室の底部及び該燃焼室を覆うシリンダヘッドの下面部を該ピストンの上下方向に加振するための筒内圧力波形の加振信号を該ピエゾ素子へ与える加振信号発生装置と、
を備え、該加振時に該力センサーからの出力信号が燃焼加振力を示すとともに、
トランスミッション後端でクランクシャフトの回転を拘束することによって該ピストンをその上死点近傍の位置に固定するストッパーをさらに備えたことを特徴とする擬似燃焼加振装置。
An excitation unit provided in the combustion chamber of the piston and configured by a piezoelectric element and a force sensor;
An excitation signal generator for giving an excitation signal of an in-cylinder pressure waveform to the piezoelectric element for exciting the bottom of the combustion chamber and the lower surface of the cylinder head covering the combustion chamber in the vertical direction of the piston;
An output signal from the force sensor at the time of the excitation indicates a combustion excitation force ,
A pseudo combustion excitation device , further comprising a stopper for restraining the rotation of the crankshaft at the rear end of the transmission to fix the piston at a position near its top dead center .
請求項1において、
該ピエゾ素子が該燃焼室の底部に載置され、アダプターを介して該力センサーに結合され、該ピエソ素子と力センサーが該燃焼室の底部と該シリンダヘッドに挟まれて固定されることを特徴とする擬似燃焼加振装置。
In claim 1,
The piezo element is mounted on the bottom of the combustion chamber and coupled to the force sensor via an adapter, and the piezo element and the force sensor are sandwiched and fixed between the bottom of the combustion chamber and the cylinder head. A simulated combustion vibration device.
請求項1又は2において、
該燃焼室の底部と該加振部との間には、該加振部の該ピストンの上面からの飛び出し量を調整し、以て該固定時に該ピエゾ素子に加わるプリロードを調整するための部材をさらに設けたことを特徴とする擬似燃焼加振装置。
In claim 1 or 2,
A member for adjusting a preload applied to the piezo element at the time of fixing between the bottom portion of the combustion chamber and the vibration portion by adjusting an amount of protrusion of the vibration portion from the upper surface of the piston. A pseudo combustion excitation device characterized by further comprising:
請求項1から3のいずれか1つにおいて、
エンジンの周囲に取り付けた複数の振動センサーと、該力センサー及び振動センサーの加振時の各出力信号を入力して加振応答特性である燃焼加振力/音響パワーを求める演算装置とをさらに備えたことを特徴とする擬似燃焼加振装置。
In any one of Claims 1-3,
A plurality of vibration sensors attached to the periphery of the engine, and an arithmetic device for obtaining combustion excitation force / acoustic power as an excitation response characteristic by inputting each output signal at the time of excitation of the force sensor and the vibration sensor pseudo combustion vibration device characterized by comprising.
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