JP2004157026A

JP2004157026A - エンジン性能測定方法および装置

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Publication number: JP2004157026A
Application number: JP2002323579A
Authority: JP
Inventors: Koji Sato; 宏治佐藤; Takashi Sasaki; 隆笹木; Naoki Takizawa; 直樹瀧澤; Michihiro Sasamoto; 倫広笹本
Original assignee: Ono Sokki Co Ltd
Current assignee: Ono Sokki Co Ltd
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2022-11-07
Also published as: JP4018510B2

Abstract

【課題】エンジンマップ取得に要する時間を短縮させる。
【解決手段】エンジン１０のスロットル開度を変化させるスロットルアクチュエータ１２と、エンジン１０の回転数を測定する回転センサ１７と、前記エンジン１０に負荷を切り離し自在に接続するクラッチ１４と、該クラッチ１４により前記エンジン１０を負荷から切り離した状態でスロットル開度をスロットル閉状態から所定のスロットル開度にステップ的に変化させる処理を複数のスロットル開度に対して実行する運転パターン発生部１１と、スロットル開度をステップ的に変化させたときのエンジン回転数の変化と該エンジン慣性量とからエンジン発生トルクを演算する演算部１３とを備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの特性を測定するエンジン性能測定方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンの様々な性能測定、例えば近年の関心事項としては、回転数とトルクが時々刻々と変化するトランジェントモードにおける排気ガスの出かた等の試験を行なうために、性能測定を行なおうとするエンジンを実験室等に持ち込んでベンチレーション上でダイナモに連結し、そのエンジンのスロットルの開度やダイナモのトルクあるいは回転数を、たとえば上記のトランジェントモードに適合するように変化させながら、そのエンジンの様々な性能や特性を計測することが行なわれている。このために、回転数−エンジン発生トルク−スロットル開度のエンジンマップが利用されている。
【０００３】
このように、エンジンマップを利用してエンジン性能を試験する、自動運転時のスロットル予測制御装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、作成されたエンジンマップに基づく予測制御において、ファジィ補正制御部を備えることでトルク偏差が生じた場合の回転速度の乱れを少なくするスロットル開度予測制御装置がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
上記のようなエンジンマップの作成方法としては、図８に示すような、いわゆるステップ学習法が用いられている。すなわち、図８（ａ）に示すように、ダイナモによりエンジン回転数を指定回転数（例えば、１０００ｒ／ｍｉｎ）に合わせた後、図８（ｂ）に示すように、スロットル開度（θ）を所定時間Ｔごとに数％ずつ増加させる。これにより、図８（ｃ）に示すように、エンジントルクもスロットル開度に応じて変化する。この変化における変曲点Ｑ１とＱ２をサーチし、この変曲点Ｑ１とＱ２間を適宜数に分割し、各点Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３…Ｎｎでのエンジン回転数−エンジン発生トルク−スロットル開度のエンジンマップを記憶する。
【０００６】
次にエンジン回転数を別の指定回転数（例えば、２０００ｒ／ｍｉｎ）に合わせた後、同様にスロットル開度を数％ずつ増加させて各点Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３…Ｎｎでのエンジン回転数−エンジン発生トルク−スロットル開度のエンジンマップを記憶する。このようにして、指定回転数を何回も（約１０回程度）変え、各々のエンジンマップを取得することによりステップ学習を完了する。このようなステップ学習法により取得されたエンジン回転数−エンジン発生トルク−スロットル開度の関係を記述したグラフ（エンジンマップ）を作成する。
【０００７】
【特許文献１】
特開平３−９２３８号公報（第２９９〜３００頁、第１図）。
【特許文献２】
特開平５−２８８６４７号公報（第１頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなステップ学習による性能測定方法では、１つのエンジン回転数での測定に３分程度要するため、１０回で３０分程度の時間を要することになり、エンジンマップ取得の作業能率が悪いという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、エンジンマップ取得に要する時間を短縮させたエンジン性能測定方法および装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のエンジン性能測定方法は、エンジンを回転させてエンジン回転数−エンジン発生トルク−スロットル開度のエンジンマップを作成するエンジン性能測定方法において、
前記エンジンを無負荷状態に置いてスロットル開度をスロットル閉状態から所定のスロットル開度にステップ的に変化させて時間的に変化するエンジン回転数を測定する処理を複数のスロットル開度に対して行う第１ステップと、
スロットル開度をステップ的に変化させたときのエンジン回転数の変化と該エンジンの慣性量とからエンジン発生トルクを演算する第２ステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明のエンジン性能測定方法では、クラッチを切り、アイドリング状態にあるエンジンに対し、スロットル開度をステップ的に変化させ、単位時間当たりのエンジン回転数の変化を測定する。この操作を複数のスロットル開度に対して行う。そして、スロットル開度をステップ的に変化させたときのエンジン回転数の変化とそのエンジンの持つ慣性量とからエンジン発生トルクを演算する。このように、エンジンを無負荷状態に置いての空ぶかし学習法による測定であるため、１つのスロットル開度に対して数秒ないし数十秒で計測完了し、全体のスロットル開度に対して約３分程度で測定完了する。
【００１２】
前記第２ステップでは、次式を用いてエンジン発生トルクを演算することが好ましい。
【００１３】
【数２】

【００１４】
但し、
Ｔ_ｅｇ：エンジン発生トルク［Ｎｍ］
Ｊ_ｅｇ：エンジン慣性量［ｋｇｍ^２］
ω：エンジンの角速度［ｒａｄ／ｓ］
前記第１ステップでは、エンジンの回転数が該エンジンの所定の最高回転数よりも低い回転数で安定する低スロットル開度に関しては、スロットル閉状態から所定の低スロットル開度にステップ的に変化させて時間的に変化するエンジン回転数を測定すると共に、スロットル全開状態から該所定の低スロットル開度にステップ的に変化させて時間的に変化する回転数を測定することが好ましい。これにより、低い回転数で安定する低スロットル開度に対しても正確なエンジンマップデータを取得することができる。
【００１５】
本発明のエンジン性能測定装置は、エンジンを回転させて該エンジン回転数−エンジン発生トルク−スロットル開度のエンジンマップを作成するエンジン性能測定装置において、
前記エンジンのスロットル開度を変化させるスロットルアクチュエータと、
前記エンジンの回転数を測定する回転センサと、
前記エンジンに負荷を切り離し自在に接続するクラッチと、
前記クラッチにより前記エンジンを負荷から切り離した状態でスロットル開度をスロットル閉状態から所定のスロットル開度にステップ的に変化させる処理を複数のスロットル開度に対して実行する運転パターン発生部と、
スロットル開度をステップ的に変化させたときのエンジン回転数の変化と該エンジンの慣性量とからエンジン発生トルクを演算する演算部とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明のエンジン性能測定装置では、クラッチを負荷から切り離した状態でエンジンを空ぶかしし、運転パターン発生部の指令に基づいてスロットルアクチェータがスロットル開度をスロットル閉状態から所定のスロットル開度にステップ的に変化させる処理を複数のスロットル開度に対して実行し、そのスロットル開度におけるエンジンの回転数を回転センサで検出し、演算部でスロットル開度をステップ的に変化させたときのエンジン回転数の変化と該エンジンの慣性量とからエンジン発生トルクを演算する。本発明の装置では、エンジンを無負荷状態においての空ぶかし学習法による測定装置であるため、１つのスロットル開度に対して数秒ないし数十秒で計測完了し、全体のスロットル開度に対して約３分程度で測定完了する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態のエンジン性能測定装置を示すブロック図である。
【００１９】
同図に示すように、このエンジン性能測定装置は、エンジン１０とエンジン１０のスロットル開度を変化させるスロットルアクチュエータ１２と、エンジン１０の回転数を検出する回転センサ１７と、運転パターン発生部１１と、演算部１３と、クラッチ１４とを備えている。
【００２０】
運転パターン発生部１１は、スロットル開度をスロットル閉状態から所定のスロットル開度にステップ的に変化させる処理を複数のスロットル開度に対して実行するものである。演算部１３はスロットル開度をステップ的に変化させたときのエンジン回転数の変化と該エンジンの慣性量とからエンジン発生トルクを演算するものである。
【００２１】
試験対象となるエンジン１０は、切り離し自在のクラッチ１４および出力軸１５を介してダイナモ１６等の負荷に接続されている。なお、本発明においては、ダイナモ１６は使用しないため、クラッチ１４は常に切り離し（断）の状態にしている。
【００２２】
本発明のエンジン性能測定方法は、エンジンに負荷をかけない空ぶかし学習法で行われる。この方法では、予めエンジン慣性［ｋｇｍ^２］を入手しておく。計測に当たっては、エンジン１０の暖機を行った後、空ぶかしによるアイドリング運転の状態で行う。
【００２３】
図２は、本実施形態の空ぶかし学習法による性能測定のエンジン運転イメージ図であって、横軸（時間軸）を短縮して描いている。図３は、所定のスロットル開度のときのエンジン回転数（ｒ／ｍｉｎ）の変化を示している。
【００２４】
先ず、スロットル開度２０％におけるエンジン回転数−エンジン発生トルクのデータを取得する場合について説明する（スロットル開度０％および１０％については後述）。
【００２５】
スロットル開度０％（エンジンはアイドリング状態にある）からスロットル開度２０％にステップ的にスロットル開度を変化させる。すなわち、図２にθ２で示すように、ごく短時間スロットル開度を２０％に開けたあとすぐ０％に復帰させる。これにより、図３に示すように、単位時間当たりのエンジン回転数（ｒ／ｍｉｎ）は、曲線Ｌ１で示すように、最初はなだらかにその後は急激に上昇し、最終的にそのエンジンの持つ最高回転数（例えば８０００ｒ／ｍｉｎ）になる。このアイドリング状態から最高回転数に至る間の曲線Ｌ１の任意の点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・Ｐｎ（ｎは任意の整数、ｎが多いほど精度が高くなる）での角速度ωを、回転センサ１７の出力に基づいて演算部１３で算出する。さらに、該演算部１３で各点Ｐ１〜Ｐｎにおける微分量ｄω／ｄｔを算出すると共に、エンジン発生トルクＴ_ｅｇ［Ｎｍ］を算出する。
【００２６】
通常、クラッチ１４を入れてダイナモ１６を接続したとすると、次式が成立する。
【００２７】
【数３】

【００２８】
ここに、
Ｔ_ｅｇ：エンジン発生トルク［Ｎｍ］
Ｊ_ｅｇ：エンジン慣性量［ｋｇｍ^２］
Ｔ_ＣＬ：クラッチ伝達トルク［Ｎｍ］
ω：エンジンの角速度［ｒａｄ／ｓ］
ところが、本発明では、クラッチ１４は常に断であるからＴ_ＣＬ＝０である。よって次式が成立する。
【００２９】
【数４】

【００３０】
演算部１３では、上記式によりエンジン発生トルクＴ_ｅｇを算出する。
【００３１】
このようにして算出した、スロットル開度２０％におけるエンジン回転数（ｒ／ｍｉｎ）とエンジン発生トルク（Ｎｍ）と関係を、図６に示すように、エンジンマップテーブルとして作成する。
【００３２】
次に、ある程度時間をおいて（例えば１０秒）、今度はスロットル開度をθ３に示すように、ステップ的に３０％に開けると、図３に示す曲線Ｌ２が得られ、同様にしてスロットル開度３０％におけるエンジン発生トルクＴｅｇを演算する。以後、同様の操作でスロットル開度θ４（４０％）、５０％・・・１００％までのエンジン発生トルクＴｅｇを演算し、これらの各スロットル開度におけるエンジン回転数（ｒ／ｍｉｎ）とエンジン発生トルク（Ｎｍ）と関係についても、図６と同様のエンジンマップテーブルを作成する。
【００３３】
スロットル開度が０％であるエンジンのアイドリング時、あるいは１０％程度の低い開度の場合は、エンジンは低回転で安定してしまい、それ以上の高回転域での回転数−エンジン発生トルク−スロットル開度のエンジンマップの情報が欠落するおそれがある。これに対処すするため、以下の方法でデータを取得する。
【００３４】
スロットル開度０％でエンジンアイドリング時のデータを取得するには、図２にθ０で示すように、スロットル開度をいきなり１００％に全開した後全閉に復帰させる。これにより、図４に示すように、エンジン回転数（ｒ／ｍｉｎ）が曲線Ｌ０で示すように、最高回転数になった後、元のアイドリングに復帰する。この最高回転数からアイドリング状態に移行する下りの曲線Ｌ０’で任意の点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・Ｐｎでの角加速度ｄω／ｄｔを、演算部１３で算出する。このようにして得られた角加速度ｄω／ｄｔからエンジン発生トルクを演算し、スロットル開度０％のデータとする。
【００３５】
また、スロットル開度１０％でエンジンが低速回転で安定した場合は、次のようにしてデータを取得する。
【００３６】
スロットル開度１０％におけるデータを得るには、図２にθ１で示すように、スロットル開度をステップ的の１０％に開くと、図５に示すように低速回転Ｎ１で安定しようとするが、このときいきなり１００％に全開した後１０％に復帰させる。これにより、図５に示すように、エンジン回転数（ｒ／ｍｉｎ）はアイドリングから低速回転数Ｎ１に至る曲線Ｌ０１と最高回転数になった後低速回転数Ｎ１に至る下り曲線Ｌ０１’が得られる。この曲線Ｌ０１とＬ０１’で点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・Ｐｎでの角加速度ｄω／ｄｔを、演算部１３で算出する。このようにして得られた角加速度ｄω／ｄｔからエンジン発生トルクを演算し、スロットル開度１０％のデータとする。
【００３７】
図７は、上記のようにして取得し、図６に例示したような、各スロットル開度におけるエンジン回転数−エンジン発生トルクのエンジンマップテーブルを記述したエンジンマップの一例を示す図である。同図に示すように、各スロットル開度θ０、θ１、θ２、θ３、θ４（ここでは、０、１０、２０、３０、４０％）におけるエンジン回転数−エンジン発生トルクの関係を示している。
【００３８】
以上のように、本実施形態のエンジン性能測定方法では、無負荷での空ぶかし学習による計測であるため、１つのスロットル開度に対して数秒ないし数十秒で計測完了し、全体のスロットル開度に対して約３分程度で測定完了する。これは、従来のステップ学習法による１ステップの時間とほぼ同じであり、大幅に測定時間が短縮される。また、実際に得られたエンジンマップもステップ学習法によるものと大差なく、高精度のものが得られた。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来のステップ学習方法による測定法に比べてエンジンマップ取得に要する時間を大幅に短縮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のエンジン性能測定方法の形態を示すブロック図である。
【図２】本実施形態の空ぶかし学習による性能測定のエンジン運転イメージ図である。
【図３】所定のスロットル開度のときのエンジン回転数の変化を示すグラフである。
【図４】スロットル開度０％のときのエンジン回転数の変化を示すグラフである。
【図５】スロットル開度の１０％のときのエンジン回転数の変化を示すグラフである。
【図６】スロットル開度２０％のときのエンジンマップテーブルを示す図である。
【図７】本実施形態の方法で取得したエンジンマップの一例を示す図である。
【図８】従来のステップ学習法によるエンジン性能測定方法の運転イメージ図である。
【符号の説明】
１０エンジン
１１運転パターン発生部
１２スロットルアクチュエータ
１３演算部
１４クラッチ
１７回転センサ

Claims

エンジンを回転させてエンジン回転数−エンジン発生トルク−スロットル開度のエンジンマップを作成するエンジン性能測定方法において、
前記エンジンを無負荷状態に置いてスロットル開度をスロットル閉状態から所定のスロットル開度にステップ的に変化させて時間的に変化するエンジン回転数を測定する処理を複数のスロットル開度に対して行う第１ステップと、
スロットル開度をステップ的に変化させたときのエンジン回転数の変化と該エンジンの慣性量とからエンジン発生トルクを演算する第２ステップとを含むことを特徴とするエンジン性能測定方法。
前記第２ステップは、次式を用いてエンジン発生トルクを演算するステップであることを特徴とする請求項１記載のエンジン性能測定方法。

但し、
Ｔ_ｅｇ：エンジン発生トルク［Ｎｍ］
Ｊ_ｅｇ：エンジン慣性量［ｋｇｍ^２］
ω：エンジンの角速度［ｒａｄ／ｓ］
前記第１ステップは、エンジンの回転数が該エンジンの所定の最高回転数よりも低い回転数で安定する低スロットル開度に関しては、スロットル閉状態から所定の低スロットル開度にステップ的に変化させて時間的に変化するエンジン回転数を測定すると共に、スロットル全開状態から該所定の低スロットル開度にステップ的に変化させて時間的に変化する回転数を測定するステップであることを特徴とする請求項１記載のエンジン性能測定方法。
エンジンを回転させて該エンジン回転数−エンジン発生トルク−スロットル開度のエンジンマップを作成するエンジン性能測定装置において、
前記エンジンのスロットル開度を変化させるスロットルアクチュエータと、
前記エンジンの回転数を測定する回転センサと、
前記エンジンに負荷を切り離し自在に接続するクラッチと、
前記クラッチにより前記エンジンを負荷から切り離した状態でスロットル開度をスロットル閉状態から所定のスロットル開度にステップ的に変化させる処理を複数のスロットル開度に対して実行する運転パターン発生部と、
スロットル開度をステップ的に変化させたときのエンジン回転数の変化と該エンジンの慣性量とからエンジン発生トルクを演算する演算部とを備えたことを特徴とするエンジン性能測定装置。