JP2002267552A - エンジンの機械損失トルク測定システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの振動等に影響されることなく、エ
ンジンの機械損失トルクを正確に測定することができる
システムを提供すること。 【解決手段】 エンジンの機械損失トルクシステム１
０’は、エンジン２０、モータ３０、及びトルク測定装
置４０からなり、エンジン２０はモータ３０によって駆
動される。トルク測定装置４０はエンジン２０の側面に
密着して取付けられるカバーＣ内で軸受支持されてお
り、エンジン２０とトルク測定装置４０は、同軸のプロ
ペラシャフト２２と出力シャフト４２で連結されてい
る。モータ３０とトルク測定装置４０も、同軸の連結シ
ャフト３４と入力シャフト４４で連結されている。エン
ジン２０が振動すればトルク測定装置４０も一緒に振動
するので、測定結果にはエンジン２０の振動による誤差
が含まれない。曲げ捻り振動も誘発されない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの機械損
失トルクを測定するためのトルク測定システムの技術分
野に属する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの燃焼によって発生するトルク
は、駆動中に各部分に発生する摩擦や、内部に供給され
ている潤滑油が撹拌されて発生する回転抵抗等、各種の
要因によって低下することが知られている。従って、エ
ンジンの開発・試験段階において、このような要因によ
るトルクの損失分（機械損失トルク）を正確に測定する
ことは、エンジンの燃費を向上させる上で重要である。

【０００３】図６は、従来のエンジンの機械損失トルク
測定システムの一例を示す。同図に示すように、従来の
機械損失トルク測定システム１０２は、測定対象である
エンジン２０２と、エンジン２０２を回転させるための
モータ３０２、及びトルク測定装置４０２からなり、こ
れらは全て同軸のシャフトで連結されている。すなわ
ち、エンジン２０２はプロペラシャフト（推進軸）２２
２によって、モータ３０２は出力シャフト３４２によっ
て、トルク測定装置４０２の各出入力シャフト４２２，
４４２に連結されている。なお、モータ３０２の出力シ
ャフト３４２は、剛体継手Ｊによってトルク測定装置４
０２の入力シャフト４４２に連結されている。

【０００４】エンジンを駆動すると、エンジン本体は約
０．５〜２ｍｍの振幅で、上下等に振動することが知ら
れている。このようなエンジンの振動は、本来の燃焼時
だけでなく、モータによる駆動時にも発生する。図６に
示す従来の機械損失トルク測定システム１０２による
と、エンジン２０２本体の振動が、プロペラシャフト２
２２を介して曲げ捻り入力として出力シャフト４２２に
入力されて加振されるため、本来測定すべきエンジン２
０２の損失トルクだけでなく、エンジン２０２の振動ま
でトルク測定装置４０２が測定してしまうことになり、
測定結果に悪影響を及ぼすという問題がある。

【０００５】そこで、エンジン２０２とトルク測定装置
４０２を連結するプロペラシャフト２２２の長さを長く
して、相対角度を小さくすることにより、プロペラシャ
フト２２２でエンジン２０２の振動を吸収させることが
考えられるが、このようにした場合、エンジン２０２の
振動によってプロペラシャフト２２２がさらに上下左右
に振られやすくなり、曲げ捻り起振力がより大きくなる
という問題がある。

【０００６】図７は、エンジン２０２の回転数とトルク
との関係を示す図であり、図中の矢印Ｒで示す点は、機
械損失トルク測定システム１０２全体の曲げ捻り共振点
である。図７に示すように、プロペラシャフトが比較的
短い場合でも、曲げ捻り共振点Ｒはエンジンの高速回転
時に現れ、この曲げ捻り共振点Ｒ、及びその付近におけ
るトルクの測定が不能になる。そして、プロペラシャフ
ト２２２が長ければ長い程、エンジン２０２の回転数が
より低い状態で曲げ捻り力による共振が現れることが分
かっている。すなわち、プロペラシャフト２２２を長く
すると、共振点Ｒが図の左側にシフトするので、測定可
能領域が大幅に制約されてしまうという問題がある。

【０００７】さらに、機械損失トルク測定システム１０
２の共振は、エンジン２０２とモータ３０２が剛体継手
Ｊを介して連結されていることにも起因する。図８は、
図６の機械損失トルク測定システム１０２において、エ
ンジン２０２の回転数とトルクの関係を示す。エンジン
２０２とモータ３０２が剛体継手Ｊを介して連結されて
いると、図８に示すように、エンジン２０２の低速回転
時に曲げ捻り共振点Ｒが現れ、この曲げ捻り共振点Ｒ付
近におけるトルクの測定が不能になる。

【０００８】そこで、図９に示すように、エンジン２０
４及びトルク測定装置４０４を、ゴムベルトを介して同
軸でないモータ３０４に連結することによって、捻り共
振系の共振点を上昇させようとするものがある。図９の
機械損失トルク測定システム１０４では、トルク測定装
置４０の入力シャフト４４４は、ベルトＢを介してモー
タ３０４の出力シャフト３４４に連結されている。な
お、出力シャフト３４４、及び出力シャフト３４４と連
結される入力シャフト４４４の端部にはプーリＰ，Ｐが
取付けられ、プーリＰ，ＰにベルトＢが掛回されてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような機
械損失トルク測定システム１０４でも、エンジン２０４
の振動による影響を無視することはできない。図１０
は、図９の機械損失トルク測定システム１０４で測定し
たトルクとエンジン回転数の関係を示し、この図による
と、エンジンの低速回転時にエンジン本体の振動に起因
する誤差が含まれることが分かる。

【００１０】さらに、このような機械損失トルク測定シ
ステム１０４では、ベルトＢが掛回された入力シャフト
４４４にモータ３０４によって大きな曲げ入力が掛けら
れ、測定結果にはこの曲げ入力による誤差が含まれてし
まうという問題がある。例えば、ベルトプーリＰ，Ｐの
半径が５０ｍｍであると、３０Ｎｍのトルクを測定する
場合、入力シャフト４４４には軸と直角の方向に６０ｋ
ｇもの荷重が掛けられる。また、安定した状態で回転す
るようベルトＢに所定の張力を掛ける必要があるため、
実際にベルトＢに掛けられる荷重はさらに大きく、その
結果、ベルトＢを介して実際に入力シャフト４４４に掛
けられる曲げ入力はさらに増加することになる。

【００１１】図１１は、図９に示す機械損失トルク測定
システム１０４によって測定した見かけのトルク値、及
び真のトルク値を示す。図１１に示すとおり、この機械
損失トルク測定システム１０４によると、エンジンの振
動による影響、及び入出力シャフト４４４に掛けられる
曲げ入力により測定結果に誤差が含まれてしまい、さら
に、機械損失トルクが大きくなるほど誤差が大きくなる
から、図９のシステムは、エンジンの機械損失トルクの
ように大きなトルクを高精度で測定するためのものとし
ては不向きであるという問題を有する。

【００１２】さらに、入力シャフト４４４と出力シャフ
ト３４４とを連結するベルトＢの張力は、ベルトＢの摩
耗やへたり、使用中の発熱、室温の変化、及び測定時の
回転数が系の共振点に合致した場合等に変動することが
知られている。図１２は、図９の機械損失トルク測定シ
ステム１０４において、ベルトＢの張力が変動している
状態で、一定値の機械損失トルクを測定した結果を示
す。このように、ベルトＢの張力が変動すると、測定さ
れるトルクが変動してしまうという問題がある。共振点
でのベルトＢの張力の変動に対する影響を低減するた
め、ベルトＢの張力を弱めたり強めたりして変化させて
も、系の共振点が移動するだけで本質的な改善にはなら
ないという問題がある。

【００１３】上記のように、図９に示す機械損失トルク
測定システム１０４によると、エンジンの振動や構成上
の理由により、測定結果に誤差が含まれてしまう。その
ため、この機械損失トルク測定システム１０４では、測
定結果の精度、再現性が悪いという問題がある。図１３
は、図９の機械損失トルク測定システム１０４を使用し
て、同一エンジンのトルクを同一条件（エンジンの回転
数：１２００ｒｐｍ、エンジン油温：８０℃）で複数回
測定した結果を示し、この機械損失トルク測定システム
１０４によると、測定結果には０．２５Ｎｍものばらつ
きがあることが分かる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、モータによっ
てエンジンを駆動し、その時発生する機械損失トルクを
前記モータとエンジンの間に設置したトルク測定装置に
よって検出するエンジンの機械損失トルク測定システム
において、前記トルク測定装置の支持構造が前記エンジ
ンと一体的に結合されていることを特徴とするエンジン
の機械損失トルク測定システムによって、前記の課題を
解決した。

【００１５】

【作用】本発明では、トルク測定装置の支持構造がエン
ジンと一体的に結合されているので、測定結果にエンジ
ン本体の振動による誤差が含まれない。また、長い中間
軸を必要としないので、曲げ捻り振動が誘発されること
もない。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１実施形態に
よるエンジンの機械損失トルク測定システム１０の概要
を示す。この機械損失トルク測定システム１０は、測定
対象であるエンジン２０と、エンジン２０を駆動するた
めのモータ３０、及びトルク測定装置４０からなる。エ
ンジン２０は、緩衝ラバーｒ付きのマウントＭに載置さ
れている。

【００１７】トルク測定装置４０は、エンジン２０側面
に密着して取付けられるカバーＣ内で軸受支持されてお
り、このカバーＣ内において、トルク測定装置４０の出
力シャフト４２がエンジン２０の出力軸２２に連結され
ている。トルク測定装置４０の支持構造は、軸受、カバ
ー等によって構成される。トルク測定装置４０のカバー
Ｃも、緩衝ラバーｒ付きのマウントＭに載置されてい
る。従って、エンジン２０側面に取付けられているトル
ク測定装置４０は、エンジン２０と一緒に振動すること
になり、エンジンとの間に相対的変位が生じることはな
い。なお、床に対して同様に弾性的に支持された支持台
（図示せず。）に軸受を固定してその軸受でトルク測定
装置を支持し、同じ支持台にエンジンを固定してトルク
測定装置に連結するようにしても、エンジンとトルク測
定装置は一緒に振動し、その間に相対的変位は生じな
い。従って、請求項において、「トルク測定装置の支持
構造がエンジンと一体的に結合されている」というの
は、このような場合を包含する。

【００１８】図１の実施形態の場合、トルク測定装置４
０とモータ３０は、同軸でないシャフトで連結されてい
る。すなわち、トルク測定装置４０の他方の入力シャフ
ト４４とモータ３０の出力シャフト３４にはそれぞれプ
ーリＰが取付けられ、これらのプーリＰにベルトＢが掛
回されて入力シャフト４４と出力シャフト３４が連結さ
れている。

【００１９】次に、図２は、本発明の第２実施形態によ
るエンジンの機械損失トルク測定システム１０’の概要
を示す。この機械損失トルク測定システム１０’は、第
１実施形態のものと同様に、エンジン２０、モータ３
０、及びトルク測定装置４０からなり、トルク測定装置
４０はエンジン２０側面に密着して取付けられるカバー
Ｃに収納され、エンジン２０と共に振動するようになっ
ている。

【００２０】図３は、図２に示す本発明の第２実施形態
による機械損失トルク測定システム１０’によって、エ
ンジン２０の機械損失トルクを測定した結果を示す。図
３に示すように、本発明の機械損失トルク測定システム
１０’によると、エンジン２０の振動による誤差や、エ
ンジン２０の出力軸２２に発生する曲げ捻り起振力によ
る影響がない。そのため、エンジン２０の低速回転時か
ら高速回転時までの広範囲に亘って、正確な測定が可能
になる。

【００２１】この実施形態では、トルク測定装置４０の
入力シャフト４４は、ラバーカップリング等の弾性継手
４６を介してモータ３０の出力シャフト３４に連結され
ている。図２に示すように、エンジン２０のプロペラシ
ャフト２２、モータ３０の出力シャフト３４、及びトル
ク測定装置４０の出入力シャフト４２，４４は全て同軸
に配置されており、各シャフト２２，３４，４２，４４
を連結するためのベルトやプーリ等を使用していないの
で、モータ３０に連結された入力シャフト４４には曲げ
入力が掛けられない。そのため、この機械損失トルク測
定システム１０’によると、曲げ入力による誤差を含ま
ない正確な測定結果が得られる。

【００２２】図４は、本発明による機械損失トルク測定
システム１０’によって、同一モータのトルクを同一条
件（エンジン回転数：１２００ｒｐｍ、エンジン油温：
８０℃）で複数回測定した結果を示す。図４に示すよう
に、本発明の機械損失トルク測定システム１０’による
と、測定結果のばらつきは０．０３２Ｎｍと小さく、図
１０に示す従来の機械損失トルク測定システム１０４と
比較して、再現性が良いことが分かる。

【００２３】さらに、第１実施形態のものと同様に、第
２実施形態の機械損失トルク測定システム１０’の場合
も、エンジン２０の振動とともにトルク測定装置４０も
振動するので、エンジン２０の振動による影響を考慮す
る必要がない。そのため、エンジン２０とトルク測定装
置４０とを連結するエンジンの出力軸２２を長くする必
要がない。

【００２４】なお、エンジンの機械損失トルクの測定中
にはエンジンの油温は、一般には高温で一定に保持され
ており、エンジン２０側とトルク測定装置４０との間に
は温度勾配が存在することになる。従って、測定中にト
ルク測定装置の温度が変化し、熱膨張差に起因する歪み
により測定誤差が生じることがある。そのため、本発明
の第１及び第２実施形態の機械損失トルク測定システム
１０，１０’では、トルク測定装置４０の軸受を一定温
度に保持するため、一定温度の潤滑油を循環させたり、
一定温度の軸受冷却液を循環させたりして、トルク測定
装置４０の温度を一定に保持することが望ましい。

【００２５】図５は、本発明の第２実施形態による機械
損失トルク測定システム１０’において、トルク測定装
置４０の軸受に一定温度の潤滑油を循環させた場合（図
中の符号ａ）と潤滑油の温度制御をしない場合（図中の
符号ｂ）について、トルク測定装置４０の温度変化を測
定した結果を示す。図５中の符号ｂで示すように、潤滑
油の温度制御をしていないトルク測定装置の温度は次第
に上昇するが、図５中の符号ａで示すように、一定温度
の潤滑油を循環させたトルク測定装置の温度は常に一定
に保持される。従って、トルク測定装置４０の軸受に温
度を一定に制御した潤滑油を供給する等により、温度変
化による影響がなく、正確な測定結果を得ることができ
る。

【００２６】

【発明の効果】本発明のエンジンの機械損失トルク測定
システムによると、トルク測定装置がエンジンの振動に
よる影響を受けることがない。そのため、正確な測定結
果を得ることができ、また、エンジンとトルク測定装置
を接続するシャフトが短くて済むので、システムの全長
を短くすることができる。

【００２７】さらに、本発明の機械損失トルク測定シス
テムによると、測定結果の再現性が良い。

【００２８】なお、トルク測定装置の軸受に温度制御さ
れた潤滑油を供給したり、温度制御された軸受冷却液で
軸受温度を一定に保持することにより、温度勾配による
測定誤差が生じないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態によるエンジンの機械
損失トルク測定システムの概要図。

【図２】 本発明の第２実施形態によるエンジンの機械
損失トルク測定システムの概要図。

【図３】 図２の測定システムによって測定した機械損
失トルクとエンジン回転速度の関係を示す図。

【図４】 図２の測定システムによって、同一エンジン
のトルクを複数回測定した場合の測定回数と測定結果を
示す図。

【図５】 図２の機械損失トルク測定システムを使用し
ている状態におけるエンジンの油温、及びトルク測定装
置の温度変化を示す図。

【図６】 従来の機械損失トルク測定システムを示す概
要図。

【図７】 図６の測定システムによって測定した機械損
失トルクとエンジンの回転数の関係であり、プロペラシ
ャフトの長さによる影響を示す図。

【図８】 図６の測定システムによって測定したトルク
とエンジンの回転数の関係であり、剛体継手による影響
を示す図。

【図９】 従来の他の機械損失トルク測定システムを示
す概要図。

【図１０】 図９の測定システムによって測定したエン
ジンの機械損失トルク、及びエンジン回転数の関係を示
す図。

【図１１】 図９の測定システムによって測定したエン
ジンの機械損失トルク、及び真の機械損失トルクを示す
図。

【図１２】 図９の測定システムにおいて、ベルトの張
力が変動した状態で測定したトルクを示す図。

【図１３】 図９の測定システムにおいて、同一エンジ
ンのトルクを複数回測定した場合の測定回数と測定結果
を示す図。

【符号の説明】

１０，１０’：エンジンの機械損失トルク測定システム ２０：エンジン ２２：プロペラシャフト（エンジン出力軸） ３０：モータ ３４：出力シャフト ４０：トルク測定装置 ４６：弾性継手 Ｃ：カバー ｒ：緩衝ラバー Ｍ：マウント

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータによってエンジンを駆動し、その
   時発生する機械損失トルクを前記モータとエンジンの間
   に設置したトルク測定装置によって検出するエンジンの
   機械損失トルク測定システムにおいて、 前記トルク測定装置の支持構造が前記エンジンと一体的
   に結合されていることを特徴とする、 エンジンの機械損失トルク測定システム。
2. 【請求項２】 前記エンジン、トルク測定装置、及びモ
   ータが同軸上に配置されている、請求項１のエンジンの
   機械損失トルク測定システム。
3. 【請求項３】 前記モータとトルク測定装置が弾性継手
   を介して連結されている、請求項１又は２のエンジンの
   機械損失トルク測定システム。
4. 【請求項４】 前記トルク測定装置の軸受に温度制御さ
   れた潤滑油、又は温度制御された冷却液が供給される、
   請求項１から３のいずれかのエンジンの機械損失トルク
   測定システム。