JPH0216989B2

JPH0216989B2 -

Info

Publication number: JPH0216989B2
Application number: JP14619282A
Authority: JP
Inventors: Katsuji Furuya; Masanori Ootake; Sumihito Matsumura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-08-25
Filing date: 1982-08-25
Publication date: 1990-04-19
Also published as: JPS5937439A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は内燃機関の熱衝撃試験装置に関する。自動車用内燃機関は、使用地域が寒地から熱地
にまで及び、総ての環境温度にさらされ、その環
境温度の中で運転、停止が繰返される。その様な条件下で使用される機関を開発するに
あたつては、台上試験、実車走行試験及び耐寒、
耐熱試験を行つて、その機能を耐久性を把握し、
改善を積み重ねる必要がある（参考文献、自動車
技術会編昭和45年発行「新編自動車工学ハンドブ
ツク」第４−123〜４−124頁）。特に、機関は数百の部品から構成され、その締
結部等は熱による収縮、膨張を繰返しており、シ
リンダブロツク、シリンダヘツド及びマニホール
ド等の主要部品やガスケツト類については十分な
耐久性の確認を行う必要がある。しかし、従来の台上試験及び実車走行試験は、
四季を通じて実施するものの、試験する地域によ
り、また季節により、環境温度が左右され、温度
自体も限定される。このため耐久性等の把握には
かなりの年月を要する。また、環境実験室での耐寒、耐熱試験では、各
種の環境温度を設定し、その設定された一定の環
境温度において機関の機能を把握するが、設備的
に長時間運転できず、また実験回数も１日に２回
位が限度で、莫大な費用がかかる割りに満足の行
く試験を行えないのが実状であつた。更に、エンジンダイナモ上でラジエータを外部
から常温水により冷却しその冷却度合を変化させ
て行う水温サイクリツク試験もあり、この試験は
極めて安価に行えるが、これによる機関の冷却水
の温度変化範囲は狭く、また急激な温度変化も望
めなかつた。すなわち、第３図に示されている60℃〜120℃
の間は常温試験で行い、−30℃〜60℃の間は低温
試験で行つており、全く別々で、装置も各別であ
つた。そのため、−30℃〜120℃までの広範囲の温度差
による各部品の性能実験はできなかつた。従つて、従来の試験方法では耐久性の把握に長
期間を要し、また改善部品を試作しても、更に確
認期間が長くなり、短期間での省エネ的な開発は
不可能であつた。本発明は、このような実状に鑑み、自動車のか
なりの走行距離数に相当するような熱衝撃を短時
間で与えることができ、しかも、比較的安価な内
燃機関の熱衝撃試験装置を堤供することを目的と
している。このため、本発明は、機関の冷却水温度を例え
ば−30℃位から120℃位までの間で短時間に変化
させるようにしたもので、具体的には、機関本体
の冷却水出口と冷却水入口との間を管でつなぎ、
機関の冷却水を機関を回転させて循環させるシヨ
ート回路と、ポンプで冷却水を循環させ該冷却水
を熱交換器により水蒸気、温水ないし常温水と熱
交換する熱交換回路と、ポンプで低温冷却水を循
環させ該低温冷却水を冷凍機により冷却する冷却
回路とを設けて、シヨート回路を機関を回転させ
た状態で熱交換回路へ若しくは機関を停止させた
状態で冷却回路へ各開閉弁を操作して選択的に接
続することにより機関の冷却水温度を極低温から
極高温まで制御するように構成する一方、前記冷
却回路の接続時に冷却回路の低温冷却水により機
関の潤滑油を冷却する冷却器を設けて、潤滑油温
度をも制御するように構成したものである。作用を説明すれば、非接続状態では、シヨート
回路にて機関の冷却水を循環させる一方、熱交換
回路にて機関外で冷却水を循環させて該冷却水を
熱交換器により水蒸気、温水ないし常温水と熱交
換し、また、冷却回路にて機関外で冷却水を循環
させて該冷却水を冷凍機により冷却する。このよ
うに非接続状態では各回路ごとに循環し、接続に
備えて各回路全体が加熱又は冷却される。ここで、シヨート回路に対し熱交換回路を選択
的に接続することにより、機関に熱交換器により
水蒸気、温水ないし常温水と熱交換された冷却水
が供給される。また、シヨート回路に対し冷却回
路を選択的に接続することにより、機関に冷凍機
により冷却された低温冷却水が供給される。これ
らにより、機関の冷却水温度を大きく変化させる
ことができる。また、冷却回路の接続時には冷却回路の低温冷
却水を用いて冷却器により機関の潤滑油を冷却
し、冷却水温度のみならず潤滑油温度をも大きく
変化させることができる。そして更には、前記冷却回路の低温冷却水及び
前記熱交換回路への熱交換用の温水により機関の
吸入空気を冷却又は加熱する熱交換器を設けて、
吸入空気温度をも制御するようにしたものであ
る。すなわち、吸入空気冷却、加熱用の熱交換器に
より、吸入空気を冷却、加熱して、冷却水温度及
び潤滑油温度のみならず、吸入空気温度をも変化
させるのである。以下、本発明を図面に基づいて説明する。第１図は本発明の第１実施例を示している。構成を説明すると、機関本体１は通常の耐久試
験の様に動力計（図示せず）に接続され、無負荷
から全負荷までの運転が可能となつている。そし
て、機関本体１の冷却水出口１ａと冷却水入口１
ｂとの間を三方弁２及び開閉弁３を有するシヨー
ト回路Ａによりつないである。また、ポンプ４、開閉弁５及び熱交換器６を有
する熱交換回路Ｂが設けられる。そして、シヨー
ト回路Ａと熱交換回路Ｂとは前記三方弁２と開閉
弁７とを介して接続されている。尚、これらシヨ
ート回路Ａと熱交換回路Ｂとを流れる冷却水は不
凍液である。熱交換回路Ｂの熱交換器６には温水回路Ｃから
の温水又は常温水回路Ｄからの常温水が選択的に
供給されるようになつている。温水回路Ｃはヒータ８を付設したタンク９を備
え、この温水タンク９内の温水（通常の水）をポ
ンプ１０により開閉弁１１を介して熱交換器６に
供給し、開閉弁１２を介して温水タンク９を戻す
ようになつている。但し、開閉弁１１，１２が閉
じたときはバイパス用の開閉弁１３が開いて、熱
交換器６に向かうことなく循環する。尚、温水タ
ンク９内の水はヒータ８により常温〜＋90℃位の
範囲で温度コントロール可能であり、また温水タ
ンク９内には給水源Ｅから制御弁１４を介して適
宜常温水が一定レベルまで補給されるようになつ
ている。１８は温水タンク９の水量を調整するフ
ロート調整弁である。常温水回路Ｄは給水源Ｆからの常温水をポンプ
１５により開閉弁１６を介して熱交換器６に供給
し、開閉弁１７を介して排出するようになつてい
る。また、シヨート回路Ａに対して接続される冷却
回路Ｇが設けられる。この冷却回路Ｇは冷凍機１９を付設した冷水タ
ンク２０を備え、この冷水タンク２０内の冷却水
（不凍液）を常温〜−30℃位の範囲で任意に温度
コントロールできるようになつている。そして、
冷水タンク２０からの冷温冷却水を中間タンク２
１の一方の室を経由させた後、ポンプ２２、開閉
弁２３、ポンプ２４、更に中間タンク２１の他方
の室を経由させて、ポンプ２５により冷水タンク
２０に戻すようになつている。ここで、ポンプ２
２の出口側を開閉弁２６を介して冷却水入口１ｂ
に、ポンプ２４の入口側を開閉弁２７を介して冷
却水出口１ａにそれぞれ接続してある。尚、中間
タンク２１は冷凍機１９及び冷水タンク２０を実
験室外（階上、階下も含む）に設ける場合に有効
である。一方、機関本体１のオイルパン部分（潤滑油溜
り）から導出した配管を往復動ポンプ式の冷却器
２８の入口側に接続し、出口側を補助冷却器２９
を介して再びオイルパン部分に接続してある。主冷却器２８は、第２図に示すように、潤滑油
の通路を形成する内筒３０と、この内筒３０との
間に低温冷却水の通路を形成する外筒３１との二
重筒構造をなし、内筒３０内に一方向弁３２付の
送油用往復動ピストン３３を備えている。ピスト
ン３３はエアシリンダ３４のピストン３５とロツ
ド３６を介して連結されており、エアシリンダ３
４の左右の室への空気圧が制御弁３７により制御
されることによつて往復動する。そして、主冷却
器２８の内筒３０と外筒３１との間には低温冷却
水の通路が形成されており、この通路には冷却回
路Ｇの中間タンク２１からポンプ３８により低温
冷却水を導き、この後戻すようになつている。補助冷却器２９にも同様に熱交換用の低温冷却
水が導かれるようになつている。尚、３９ａ〜３９ｇはリリーフ弁、４０ａ〜４
０ｄはチエツク弁である。次に第３図に示すプログラムパターンに従つて
熱衝撃試験を行う場合について説明する。尚、各パターン〜における三方弁２の切換
制御は下記の如く行われる。 ……P₁とP₃とを接続 ……P₁とP₂とを接続 −１……P₁とP₂，P₃とを接続（分配量制御） −２……P₁とP₃とを接続 ……全て遮断また、各パターン〜における開閉弁３，
５，７，１１，１２，１３，１６，１７，２３，
２６，２７の開閉制御は下表の如く行われる。〇
は開、×は閉である。

【表】また、ポンプ４，１０，１５，２２，２４，２
５は各パターン〜において常に運転される
が、ポンプ３８及びエアシリンダ３４はパターン
においてのみ運転される。先ず始動時にはパターンとなる。すなわちシ
ヨート回路Ａと熱交換回路Ｂとがつながれ、機関
本体１内の冷却水は、冷却水出口１ａから三方弁
２を介して熱交換器６へ流れた後、ポンプ４によ
り開閉弁７及び３を経て冷却水入口１ｂに戻る。
尚、ポンプ４と並列に設けられたチエツク弁４０
ａは機関回転に較べ、ポンプ４の回転が遅い場合
に開となる。一方、温水回路Ｃの温水タンク９内
でヒータ８により加熱された例えば60℃の温水が
ポンプ１０により開閉弁１１を介して熱交換器６
に送られ、この後開閉弁１２を介して温水タンク
９へ戻るように循環している。従つて、冷却水は
熱交換器６において加熱され、温度上昇する。尚、冷却回路Ｇにおいては、冷水タンク２０内
で冷凍機１９により冷却された例えば−30℃の冷
却水が中間タンク２１、ポンプ２２、開閉弁２
３、ポンプ２４、中間タンク２１、ポンプ２５の
順で循環している。これは、後述するパターン
の場合に備え、冷却回路Ｇ全体を冷却しておく意
味をもち、パターンのみならず、後述するパタ
ーン〜−２においても行われる。機関本体１内の冷却水温度が60℃まで上昇する
と、パターンに移る。パターンにおいては、三方弁２が切換わり、
開閉弁５が開いて、開閉弁７が閉じることによ
り、シヨート回路Ａと熱交換回路Ｂとが遮断さ
れ、それぞれ独立したループを形成する。すなわ
ち、機関本体１内の冷却水は、冷却水出口１ａか
ら出た後、三方弁２及び開閉弁３を介して冷却水
入口１ｂへと戻る。従つて、機関本体１内の冷却
水は機関本体１の発生する熱によつてのみ温度上
昇する。尚、温水タンク９内でヒータ８により加熱され
た温水はパターンの場合と同様に熱交換器６に
送られており、熱交換回路Ｂにおいて冷却水はポ
ンプ４から開閉弁５、熱交換器６の順で循環して
いる。機関本体１内の冷却水温度が120℃まで上昇す
ると、パターン−１に移る。パターン−１においては、シヨート回路Ａと
熱交換回路Ｂとがつながれるが、開閉弁１１，１
２が閉じ、開閉弁１３が開いて、熱交換回路Ｂに
対して温水回路Ｃが遮断され、常温水回路Ｄの開
閉弁１６が開いて、ポンプ１５により、常温水が
熱交換回路Ｂの熱交換器６に供給される。この状態において機関本体１内の冷却水は、開
閉弁５が閉じ、開閉弁７が開く結果、三方弁２に
より熱交換器６側へ流れる量とこれをバイパスし
て流れる量が制御されるようになつている。ここで熱交換器６に供給された常温水は熱交換
器６より熱を奪つた後、開閉弁１７を介して排出
される。このように排出することにより速やかに
温度降下ができる。一方、温水回路Ｃの開閉弁１１，１２が閉じ、
バイパス用の開閉弁１３が開くことにより、温水
タンク９に温水は循環する。こうして、三方弁２から熱交換器６、ポンプ
４、開閉弁７及び３の順で流れる冷却水の流量を
多くすることにより、冷却水温度を低下せしめ、
120℃から60℃の間で第３図に示すパターン−
１の如き温度変化を与え、このパターン−１と
パターンとを繰返す。この後、120℃の状態から、機関の運転を継続
したまま、次のパターン−２に移る。パターン−２においては、所定時間経過後、
機関停止状態にして次のように制御される。開閉
弁１６，１７が開く。また、温水回路Ｃの開閉弁
１１，１２が閉じ、バイパス用の開閉弁１３が開
く。このため、ポンプ１５により開閉弁１６を介
し熱交換器６に常温水が供給され、熱交換器６よ
り熱を奪つた常温水は開閉弁１７を介して排出さ
れる。このように排出することにより速やかに温
度降下できる。このとき、温水タンク９内でヒータ８により加
熱される温水はポンプ１０からバイパス用の開閉
弁１３を通つて温水タンク９に戻る循環を繰返
す。一方、三方弁２の出口側は熱交換器６側に切換
えられる。尚、開閉弁３，７が開、開閉弁５が閉
である。このため、機関本体１内の冷却水は冷却
水出口１ａから三方弁２を介して熱交換器６へ流
れ、ここで常温水と熱交換して冷却された後、ポ
ンプ４により開閉弁７及び３を経て冷却水入口１
ｂへ戻る。従つて、冷却水は温度降下する。これにより機関本位１内の冷却水温度が60℃ま
で降下すると、パターンに移る。パターンにおいては（このときも機関停止状
態にある）、常温水回路Ｄの開閉弁１６，１７が
閉じ、温水回路Ｃの開閉弁１１，１２が開いて、
開閉弁１３が閉じる。また、三方弁２が両側共閉
じ、開閉弁３，７も閉じて開閉弁５が開く。この
ため、温水タンク９内の温水はポンプ１０により
開閉弁１１を介して熱交換器６へ流れた後、開閉
弁１２を介して戻るようになる。そして、熱交換
回路Ｂは、ポンプ４、開閉弁５、熱交換器６より
なる閉ループを形成し、引続くパターンに備え
て熱交換回路Ｂ内の冷却水温度を60℃に保持させ
る。一方、三方弁２及び開閉弁３が閉じることによ
り熱交換回路Ｂとの接続が断たれたシヨート回路
Ａは、開閉弁２６，２７が開くことにより冷却回
路Ｇと接続される。このとき開閉弁２３は閉じ
る。このため、冷水タンク２０内で冷凍機１９によ
り冷却された−30℃の低温冷却水が中間タンク２
１を経た後、ポンプ２２により開閉弁２６を介し
て冷却水入口１ｂに送られ、機関本体１の冷却水
を押し出し、機関本体１を冷却する。そして、冷
却水出口１ａから出た後、開閉弁２７、ポンプ２
４、中間タンク２１、ポンプ２５の順で流れて冷
水タンク２０に戻る。従つて、機関本体１内の冷
却水は−30℃まで温度降下する。また、同時にポンプ３８が運転され、中間タン
ク２１内の低温冷却水がポンプ３８により主冷却
器２８及び補助冷却器２９に送られると共に、エ
アシリンダ３４の作動により主冷却器２８内のピ
ストン３３が往復動する。このため、機関本体１内の潤滑油がピストン３
３の往復動と一方向弁３２の作用により主冷却器
２８の内筒３０内の一側に導かれては一方向弁３
２を通過して他側へと流れ、内筒３０内をこのよ
うに流れる過程で、内筒３０と外筒３１との間を
流れる低温冷却水により冷却される。尚、潤滑油は低温になるとグリス状になり、壁
面に付着してこれが断熱層となることにより冷え
にくくなるが、このようにグリス状になつて内筒
３０の壁面に付着しても、ピストン３３の往復動
によりこれをはぎ取りながら送油しつつ冷却する
ので、−30℃位まで迅速に冷却することができる。そして、主冷却器２８を出た潤滑油は補助冷却
器２９において再度低温冷却水と熱交換された
後、機関本体１内へ戻る。補助冷却器２９を設け
たのは、主冷却器２８においてフリクシヨンによ
り発生した熱を奪うためである。従つて、機関本
体１内の潤滑油温度も−30℃まで温度降下する。この後は再びパターンに戻り、このようなパ
ターン〜を繰返して、熱衝撃試験が行われ
る。このような熱衝撃試験によれば、例えば自動車
の走行距離数にして３万キロ位に相当する熱衝撃
を短時間のうちに与えることができる。尚、タンク９内に温水を入れて熱交換させる方
法で説明してきたが、タンク９内に水蒸気熱源を
おき、水蒸気を熱交換器６へ供給する量を加減し
て温度制御しても良い。第４図に示す第２実施例は、機関に吸入される
吸入空気の温度をも制御するようにしたものであ
り、特にこの場合は始動時において吸入空気温度
を所望の温度に制御する場合について示してい
る。尚、この第２実施例において前述の第１実施
例と同一部分には同一符号を付して異なる部分に
ついてのみ説明する。図中５１は吸気マニホールド、５２は気化器、
５３はエアクリーナであつて、エアクリーナ５３
につながれたインレツトパイプ５４に空気の入口
側から順に、除湿器５５、冷却用交換器５６、除
湿器５７及び加熱用交換器５８を設けてある。そして、冷却用熱交換器５６の熱媒体入口側に
は冷却回路Ｇの供給側（ポンプ２２の出口側）か
ら分岐した配管を流量制御弁５９を介して接続
し、出口側から流量制御弁６０を介して冷却回路
Ｇの戻り側（ポンプ２４の入口側）に配管接続し
てある。また、加熱用熱交換器５８の熱媒体入口側には
温水回路Ｃの供給側（ポンプ１０の出口側）から
分岐した配管を流量制御弁６１を介して接続し、
出口側から流量制御弁６２を介して温水回路Ｃの
戻り側に配管接続してある。かかる構成によれば、始動時において、流量制
御弁５９，６０を開くと共に該弁５９，６０によ
り冷却用熱交換器５６に流れる冷水の流量を、ま
た流量制御弁６１，６２を開くと共に６１，６２
により加熱用熱交換器５８に流れる温水の流量
を、それぞれ調整することにより、吸入空気の温
度を所望の温度に制御することができ、より実際
に近い形で試験を行うことができる。以上説明したように本発明によれば、機関の冷
却水温度及び潤滑油温度を極低温から極高温まで
の範囲で制御し、しかもこれを比較的簡単な装置
で、急激に温度変化させ、短時間のうちに相当な
熱衝撃を与えることができるので、耐久性や機能
の把握更にはこれらの改善の確認を短時間のうち
に行うことができ、機関の開発に要する時間や費
用を大巾に低減することができるという効果が得
られる。また、機関の冷却水温度及び潤滑油温度のみな
らず、吸入空気温度についても同様に制御するこ
とで、より実際に近い形で試験を行うことができ
るようになるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す熱衝撃試験
装置の構成図、第２図は第１図における一部の拡
大断面図、第３図はプログラムパターンの一例を
示す図、第４図は第２実施例を示す熱衝撃試験装
置の構成図である。Ａ……シヨート回路、Ｂ……熱交換回路、Ｃ…
…温水回路、Ｄ……常温水回路、Ｅ，Ｆ……給水
源、Ｇ……冷却回路、１……機関本体、６……熱
交換器、８……ヒータ、９……温水タンク、１９
……冷凍機、２０……冷水タンク、２１……中間
タンク、２８……主冷却器、２９……補助冷却
器、３０……内筒、３１……外筒、３２……一方
向弁、３３……ピストン、３４……エアシリン
ダ、５３……エアクリーナ、５６……冷却用熱交
換器、５８……加熱用熱交換器。

Claims

【特許請求の範囲】１機関本体の冷却水出口と冷却水入口との間を
管でつなぎ、機関の冷却水を機関を回転させて循
環させるシヨート回路と、ポンプで冷却水を循環
させ該冷却水を熱交換器により水蒸気、温水ない
し常温水と熱交換する熱交換回路と、ポンプで低
温冷却水を循環させ該低温冷却水を冷凍機により
冷却する冷却回路とを設けて、シヨート回路を機
関を回転させた状態で熱交換回路へ若しくは機関
を停止させた状態で冷却回路へ各開閉弁を操作し
て選択的に接続することにより機関の冷却水温度
を極低温から極高温まで制御するように構成する
一方、前記冷却回路の接続時に冷却回路の低温冷
却水により機関の潤滑油を冷却する冷却器を設け
て、潤滑油温度をも制御するように構成したこと
を特徴とする内燃機関の熱衝撃試験装置。２冷却器が、潤滑油の通路を形成する内筒と、
この内筒との間に低温冷却水の通路を形成する外
筒との二重筒構造をなし、内筒内に一方向弁付の
送油用往復動ピントンを設けてなる特許請求の範
囲第１項記載の内燃機関の熱衝撃試験装置。３機関本体の冷却水出口と冷却水入口との間を
管でつなぎ、機関の冷却水を機関を回転させて循
環させるシヨート回路と、ポンプで冷却水を循環
させ該冷却水を熱交換器により水蒸気、温水ない
し常温水と熱交換する熱交換回路と、ポンプで低
温冷却水を循環させ該低温冷却水を冷凍機により
冷却する冷却回路とを設けて、シヨート回路を機
関を回転させた状態で熱交換回路へ若しくは機関
を停止させた状態で冷却回路へ各開閉弁を操作し
て選択的に接続することにより機関の冷却水温度
を極低温から極高温まで制御するように構成する
一方、前記冷却回路の接続時に冷却回路の低温冷
却水により機関の潤滑油を冷却する冷却器と、前
記冷却回路の低温冷却水及び前記熱交換回路への
熱交換用の温水により機関の吸入空気を冷却又は
加熱する熱交換器とを設けて、潤滑油温度及び吸
入空気温度をも制御するように構成したことを特
徴とする内燃機関の熱衝撃試験装置。４冷却器が、潤滑油の通路を形成する内筒と、
この内筒との間に低温冷却水の通路を形成する外
筒との二重筒構造をなし、内筒内に一方向弁付の
送油用往復動ピントンを設けてなる特許請求の範
囲第３項記載の内燃機関の熱衝撃試験装置。