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Measured 

Measured 

0.10 

Calcul:ated 

Middle(‑Zmm)  Middle (‑2

函 ;

δ2 

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0.05  δ5 

‑0.10 

o .  

15 

o .  

10 

Measured  LowerC‑16mm) O 3 

180 

n H u r h υ E d  

‑

‑ n u n u  

n H U A H u n H υ  

ロ0

2

国冨﹄D﹄U

白 喝

U

U‑一︺U口出﹄国

‑0.05 

‑0.10 

720  TDC  540 

360  FTDC  Crank Angle  (deg) 

Ath Side  180 

‑0.05  O  TDC  720 

TDC  540 

360  FTDC  Crank Angle  (deg)  O 

TDC 

Th Side 

Fig. 8.3 Skirt Clearance and Deformation Change  (1000rpm

， 

Full Load) 

Ath  Side  Th 

Side 

δ4  δ5 

~6 n一

n u 一

n u

一

︑

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一

6‑RU 

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︐du一

n

一

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0.35 

0.30 

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15  0.10 

0.05

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‑0.05 

(¥) 

υ ロ戸町、

C司 同 同 巴

8

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0.2 

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‑0. 1 

‑0. 2 

l 

nH

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‑0.3  2.0  1.5  1.0  (門

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0.3 

0.2 

l 

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〉 、 ロ ol)  U  1‑4  ‑::::  向、c¥l

己

υ

同 )

3 6 0  

FTDC 

Crank Angle  (deg) 

Fig. 8.4 Top Land Clearance

， 

Piston Pin Displacement

， 

Tilt Angle

， 

Secondary Movement Energy

， 

^and Energy Loss  (1000rpm

， 

^Full Load)  720 

TDC  540 

132 

180 

。 。

TDC 

Intake  Compression  Explosion  Exhaust 

TS  ATS  TS  ATS  TS  ATS  TS  ATS 

Crank  Crank  Crank  Crank 

Angle  Angle  Angle  Angle 

~g8~ ~98~ H8~

20。 340。 380^{0  700。}

30。 330。 390。 690。

40^{0  320。 400。 680。}

50^{0  310。 410。 670。}

60。 300。 420。 660。

70。 290。 430。 650。

80。 280。 440。 640。

90。 270^{0  450。} 630⁰ 

100。 一 ← 260^{0  460。} 620⁰ 

110。 一 十 250。 470^{0  610。}

120⁰  l.^{一 十}.i 240^{0  480。 600。}

130。 l}  ₂₃₀⁰  ₄₉₀⁰  590。

140。 賢一十

‑n

220。 500。 580。

150。

国

^{210。 510。 5700} 

160。 200。 520^{0  560。}

18~g

1 

g~g 94~g 9~~g

F i g .  8 . 5  P i s t o n  Movement ( C a l c u l a t e d ;  1000rpm ，  F u l l  L o a d )  

0．15

0．10

0．05

（臼 0

吹j  にU    にU O    O O    O  一口〇一一耐日﹄o↑㊤︵一

喝_{o⇔自雨﹄句㊤︻⇔}      ↓      ﹄ 0    にU

0．10

0．05

0

一〇．05

一〇．10     0    TDC

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δ1 一 ：：：：

   

balculated   ｜   ：

；； 一         

F一

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  1

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㎜ ^： 1 1

180      360       540         FTDC

  Crank Angle （deg）

Th Side

7T

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0．15

0．10

0．05

0

一〇．05

0．05

0

一〇．05

0．15

0．10

0．05

0

一〇．05     0    TDC

       「

tper（＋1皿m）

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Calculated

11⁝ ：：：1 r     l 

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1

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        …

̀th Side Lower（−16血h）

⁝

       1

ﾂ6  1

Calculated

一一一一一一一k

＿＿．一{＿二＿＿＿□．＿＿＿＿＿＿＿

一

180       360        540         FTDC

  Crank Angle （deg）

       Ath Side

OC

9白D

7T

Fig．8．6 Skirt Clearance and Defbrmation Change

       （1000rpm， No Load）

      Th       Side

血d

e

AS

●−

O﹃ δ1 δ

｜

N

^δ ₁ ．δδ

中 ⁱ

δ4 δ5

（δ1〜δ6）

134

1 ¥

ドcV

^l

Ath Side 

Me~sured O. 35 

O.  15 

nH

V 

l 

nH

V 

O 

‑0.10  0.4 

‑0.05 

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雪

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F・・4

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π_ロコー_c司

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2 8

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υ )

k円 凶

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︒ロ 凶

f ι 

r .^t‑， 

。

0.3 

360  FTDC  Crank Angle (deg) 

Fig. 8.7 Top Land Clearance

， 

Piston Pin Displacement

， 

Tilt Angle

， 

Secondary Movement Energy

， 

and Energy Loss  (1000rpm

， 

No Load)  720 

TDC 

O.  2 

540  180 

〆'、

田園、

日

25 

混 ぜ

〉

、 ロ

0[)  u 

1‑4  ":::l  州 ro 己

υ

凶 )

Intake  Compression  Explosion  Exhaust 

TS  ATS  TS  ATS  TS  ATS  TS 

Crank  Crank  Crank  Crank 

Angle  _Angle  ^Angle  ^Angle 

jg8~ j98~ H8~

20。 340。 380⁰  700。

30。 330⁰  390。 690。

40⁰  320。 400⁰  680。

50。 310⁰  410。 670。

60。 300⁰  420。 660⁰ 

70。 290⁰  430。 650⁰ 

80⁰  280。 440⁰  640。

90。 270⁰  450。 630。

100。 260。 460。 620。

110⁰  250。 470⁰  610⁰ 

120⁰  240⁰  480。 600。

130。 230。 490。 590。

140。 220⁰  500。 580。

150。 210。 510。 570⁰ 

160。 200。 520⁰  560。

1iW  1 g@g  94@g  9~@g

Fig. 8.8 Piston Movement (Calculated; 1000rpm

， 

^No Load) 

136 

5 4 0  

開2

1 0 0 0

中

mX 恥 ^{1 1}

^Lo

^{a d}  

‑31 

o 

180 

T D C  

1 0 0 0 r p 拘 XNoL o a d  

1 

。

‑1 

( z u ‑ ) 8 H

︒ 凪 判 明 記 4h

720 

T D C  

360 

F T D C  

C r a n k  A n g l e   ( d e g )  

F i g .  8 . 9  T h r u s t  F o r c e  ( 1 0 0 0 r p m   X  F u l l  

Lo

a d ，  1000rpm  X  No L o a d )  

ことが分かる.

クランク角(θ)に対するスカートとシリンダ 聞のクリアランス変化割合

( d

仁川

θ)

，ピストンビンの変位割合

( d x p / d θ )

，

{頃き角の変化割合

(ds/d8)

共に実験結果と解析結果は良く一致している.本解析プロ グラムはスカートとシリンダ間の油膜の影響については考慮しておらず，

ピストンの

打

DC

前後のピストンの姿勢変換時，

これよりこ スカートとシリンダ聞は境界潤 滑状態となり，油膜の効果は殆ど無くなっていることが推測できる.

以上の挙動実測及び解析結果は，

の時の姿勢変換においては大きなスラストカにより，

F i g . 8 . 1

のスカート動歪み発生時期と良く一致して いる.すなわち町

DC

前後のピストン姿勢変換前においては，

A t h

側スカート部がシ

Th

側スカート リンダと接触しているため，

A t h

側スカート部での歪み発生が大きく，

部での歪み発生量は小さい.逆に姿勢変換後においては，

T h {

J!!Jスカート部がシリン ダと強く当たり，

A t h

側スカート部はシリンダと完全に離れているため，

Th

側スカー

ト部歪みが大きく，

A t h

側スカート部歪みが殆ど無いことが分かる.

ピン穴上

10mm

スカート上部の最大クリアランス又は最大変形量の絶対値が合わな かった原因調査として，

Th

側スカート上部のクリアランスの計算結果と実測結果の 散布図を

F i g . 8 .

1Oに示す.

本研究における接触面圧の計算は式(5.79)に示すように，剛性マトリクスGIjを用いて スカート変形量との間で線形計算を実施しているが，実測結果と計算結果が1本の

これより，大きく分けて

3

本の直線で表すことができる.

4遇

。 ， ー 、

g 

'8 

C司 ロ

足 。

(]) 

ug 

F亡コ ・+4

<i)  ro 

1‑<  t::: 

0.12  0.08  0.04  0.00 

z    s E

⁴⁰⁴ 

Q)  ~)

::;E

o 

幽0.08

‑0.04  0.00  0.04  0.08  Calculated Clearance & Deformation  (mm) 

Fig.8.10 Relationship between Calculated and Measured Clearance and Deformation 

直線で表すことができないのは，ピストンの変形の非線形性によるものと考えられ る.なおこの原因については，後述の

3

次元スカート当たり分布(本章第

4

節)にお いても考察する. しかしながら， この点を除き，本プログラムでスラップ時期，

ス

ラップの強さ等予測できるので，後述の各種パラメータスタディにて考察する.

次に1000rpm>くNoLoadでの挙動解析結果について考察する.Fig.8.9に示すように，

本条件ではピストンに作用するスラスト力が非常に小さいため， FTDC前後のピス トンの挙動は1000rpm>くFul1Loadの場合より激しくない. また特にFTDC前後におけ る姿勢変換時のクランク角(8)に対するクリアランス変化割合(dC，:/d8)， ピン変位 変化割合(dxp/d8)， 

果の方が小さく.

ピストンの傾き変化割合(ds/dθ)は解析結果に比較して実測結 これにより姿勢変換完了時期も実測結果の方が遅れている. これ は， スカート部とシリンダ間の油膜による模効果と推測され， スラストカが小さい 時のスラップ解析においては油膜の効果を十分考慮する必要があるものと考える.

2

次運動エネルギの最大値はFullLoadの場合と同様， FTDC前後の姿勢変換時に最 大となるが， スラップの大きさの指標である損失エネルギはこの時期が最大となる

これはクランク角(8)に対する姿勢変換の割合(dxp/d8， d 

s 

/d 8 )が とは限らない.

Ful1 Loadの場合に比較して小さく，

2

次運動エネルギが徐々に吸収されたものと考 える.

サイクル中の損失エネルギは吸入下死点(クランク角:180⁰ )付近で最大となる.

138 

これより，スラップの大きさに及ぼす下死点付近のスカート下部のシリンダからのは み出しの影響について十分注意する必要があることが分かる.下死点付近のスカート 下部のシリンダからのはみ出しの影響については 後述にて考察する.

Fig.8 .4， Fig.8.7より， No LoadではFul1Loadの場合に比較してピストン挙動に及ぼ すスラスト力の影響が小さいのにも関わらず，サイクル中の最大

2

次運動エネルギは No Loadの場合の方が大きい.これはFig.6.，1 Fig.6.2に示すようにNoLoadでのクリア

ランス分布はFullLoadでのクリアランス分布より大きく，これにより

2

次運動エネル ギに及ぼすピストン重心速度(ら)，ピストンの傾き角速度(

s  )

^{が大きくなったも}

のと考える.これを検証するため， Fig.8.1 ，1 Fig.8.12に1000中mXNolρadと 1000rpm>くFul1Loadでスカートとシリンダ間のクリアランス分布を1000rpmX Full  Loadの条件で計算した場合の

2

次運動エネルギ(伊E旦町i)及び

す.これより， Full Loadの時よりもNoLoadの時の方が

2

次運動エネルギ及び損失エ ネルギが逢かに小さい.以上より，スラップの強さに及ぼすスカートとシリンダ関の クリアランスの影響についての上記仮説は証明された.

本節最後にピストンビンの変位とスラスト力の関係をFig.8.13，Fig.8.14に示す.こ れより，ピン変位とスラストカの間には非常に良い相闘があり，ピン変位はスラスト 力によって殆ど決定されることが分かる.この理由については，以降のパラメータス タディ総論にて考察する.

2.0 

1000rpm X Full Loa d ¥   1.

5 

〆_』・'ヘ₃

、E 

‑〆

s 

^1.0 

ロQ) 

凶

/ 

0 . 5  

720  σDC) 

5 4 0  

360  (町DC) Crank Angle (deg.) 

︑ ︑ ︐ ノ 180 

c 

ioD 

C T

/a  

︑

Fig 8.11 Piston Secondary Movement Energy under the same Piston and  Cylinder Clearance Distribution 

1

^{1山ONo」工βJad}

中 XFull Loa ¥  

0 . 5  

0.4  0.3  0.2 

( 円 呂

)KGHO

ロ叫

0.1 

720  σDC) 

5 4 0  

360  (訂DC) Crank Angle (deg.)  O!:

o 

'  180 

(TDC) 

Fig 8.12 Piston Secondary Movement Energy Loss under the same Piston  and Cylinder Clearance Distribution 

140 

〆‑、 日目

、‑' Zコ

g Q) 

0 Q)  c<::l 

含

‑0.05

Q  ロ

仏

‑0.10  0.05 

y = 0.0333x ‑0.0002  R²=0.9144  0.00 

司 ︒

^円L O 

Thrust Force (悶)

Fig 8.13 Relationship between Thrust Force and Pin Displacement  (1000rpm X Full Load) 

0.05 

にJ v

nu n   u 

( E E )

冨ω

E8 2 仏

ぷ凸 五円 四

0.00 

‑0.10 

no

‑  

nu   nu   nu nu  

一

8 .

nu  

x 

QU

一 一 au  

︑ ︐

︐

‑nJ﹄

O R  

nu 一 一  

y 

円 ︒

‑2 

。

2 

Thrust Force (凶)

Fig 8.14 Relationship between Thrust Force and Pin Displacement  (5000rpm X Full Load) 

4.スカート 3次元予測変形量，面圧解析結果

実機でのスカート当たり分布

第4章の実験的方法及び第5章の理論的方法によって求めたスカート面圧分布を検 証するため，実機でのスカート当たり分布と比較する.Fig.8.15， Fig.8.16に実機耐久

4.  1 

これより強く当たっている部分はスカート肩部，

後のスカート部の当たり状況を示す.

A爪

IB

i‑

‑

﹄む口Q口 アH

コ 一 ∞

Il

l1

wv

 

﹄ω﹄poJ

‑ ﹄ コ {

∞

Fig.8.15 Skirt  Streak Wear after Engine Test(Th Side) 

(Ath) 

A l a

‑ ‑

﹄ω

ロ ロ ロ

‑ ﹄ コ { 的

~叫

$‑;  (J.)ι 

.‑ ~I よ:<::01  vコ』斗11

Fig.8.16 Skirt  Streak曹earafter Engine Test(Ath Side) 

142 

スカート下部で，ピン穴高さ付近は条痕摩耗量が小さく，当たり抜けしていることが 分かる.またスカート肩部での強い当たりは

T h ‑ A t h

方向から+

1 5

。付近に集中してい るのに対し，スカート下部での強い当たりは

+30

⁰ にわたっていることが確認できる.

また，スカート当たり範囲は

A t h

側よりも

T h

側の方が角度が広い.このことは，ピス トンの

2

次運動によって

T h

側と

A t h

側のスカート当たりに差が出たものと考えられる.

4 .   2 

面圧，変形量分布の実験的及び理論的解析結果の検証

F i g . 8 . 1 8

， 

F i g . 8 . 1 9

に

1 0 0 0 r p m X F u l lL o a d

におけるそれぞれ

A t h

，

T h

方向最大スラ スト力発生時(クランク角

3 4 0

⁰ ， 

3 9 0

⁰ )における面圧分布，変形量分布の実験解析結 果，シミュレーションによる理論解析結果を，

F i g . 8 . 1 7

にその面圧，変形量分布の表 示範囲を示す.実験解析結果は

F i g . 3 . 2

，式

( 4 .1 4 )

により，動歪みからの解析結果と ギャップ測定からの解析結果の

2

つの方法による結果を示す.

最初に変形量分布について考察する.上記

2

種類の実験的解析によって得られた分 布形状はクランク角

3 4 0

⁰ ， 

3 9 0

。の場合両方とも良く一致していることが分かる.ま たスラップ解析により計算した最大変形量は

T a b l e8 . 2

に示すように，ギャップ直接 測定による最大変形量との差は

10μm

程度であり，良く合っていることが分かる.し

T a b l e  8 . 2

誕

a

玄.

S k i r t  D e f o r m a t i o n  

C r a n k  A n g l e   S t r a i n   M e t h o d   G a p

羽

e t h o d S l a p  A n a l y s i s   3 4 0

。

‑ 3 9 .  2μm  ‑37.4μm  ‑ 2 9 .  3μm  3 9 0

⁰ 

‑63.0μm  ‑98.8μm  ‑ 9 4 .  0μm 

T h ‑ A t h  

1 5 . 8  

。

1 5 .  1 

3 9 . 6

⁰ 

0

。

F i g . 8 . 1 7  I n d i c a t i n g  

Ar

e a  

Contact  Pressure 出P(a) Deformation(μm) 

畑 gle(deg)  Angle (deg) 

30  15 

。

30  15 

。

15  15 

レ /

^I V 

10  10 

ぽ   I  1 /

令cC司~

e 

⁵  r 

^〆

^{g E  5} 

^{. ゆ}

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凸 _~ / 

m ロc』ー司・l 五道ao ‑5 O  ^/  v .... 

五aaHn ‑5 O 

1 

J 

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^¥  ¥ 

^¥ 

‑10 

￨ ¥  

^‑10 

h 

_、、、

駒15 ^{￨¥  制}15

加 gle(deg)  ^加 g1e(deg) 

30  15 

。

30  15 

。

15  15 

l ど u 

10  10 

し 6 ど

」

〆'町、、 1/ 

i 

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場cC司幽古d  E 5  

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Fig.8.18 Contact Pressure and Deformation Distri担1tion  (1000rpmXFull Load;  Crank Angle:340^{o  ;} Ath Side) 

144 

D e f o r m a t i o n ( μ m )   ( M P a )  

C o n t a c t   P r e s s u r e  

An

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15 

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ドキュメント内 ピストンの2次運動を考慮したスカート部の3次元接触面圧と変形に関する研究 (ページ 133-147)