JP2011145081A - エンジン試験方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試験時間を短縮することができ、且つ、慣性値の分からないエンジンであってもエンジントルクも精度良く求めることができるエンジン試験方法及び装置を提供する。
【解決手段】エンジンベンチ１０は、エンジン１１に接続されてエンジン１１に負荷を与えるダイナモメータ２０と、エンジン１１にかかるトルクを計測するトルクメータ２３と、エンジン１１の回転数またはスロットル開度を変化させながらトルクメータ２３の計測値を記憶し、トルクメータ２３の計測値からエンジン１１のトルクを演算する信号処理部４０およびシステム制御部５０と、を備える。システム制御部５０は、回転数とスロットル開度が同じ値での変化速度値が等しくなるように回転数またはスロットル開度の増加と減少を行いながらトルクを計測するとともに、回転数とスロットル開度が同じ値における増加時トルク計測値と減少時トルク計測値との平均を算出し、エンジントルクを求める。
【選択図】図３

Description

本発明はエンジン試験方法及び装置に係り、特にエンジンの性能曲線を作成するのに適したエンジン試験方法及び装置に関する。

エンジンを試験する装置としてエンジンベンチが知られている。エンジンベンチは、供試エンジンが所定の性能を備えているかを評価する装置であり、エンジンの出力軸はトルク計や回転数計を介してダイナモメータに接続される。そして、ダイナモメータによってエンジンの出力軸に所定の負荷が与えられながらエンジンのトルクや回転数が計測され、データが得られる。このようにして得られたデータに基づいて、たとえばエンジンの性能曲線が作成される。

エンジンの性能曲線は、エンジンの回転数[rpm]、スロットル(Th)開度[％]、エンジントルク[Nm]の関係を示したものであり、その基となるデータは一般に、エンジンの回転数とスロットル開度を固定した状態でエンジントルクを計測することによって得られる。具体的には、エンジンの回転数とスロットル開度が定常状態（安定した状態）になった後、所定の時間（たとえば約１０秒間）トルクを計測し、その計測値の平均を算出することによってエンジントルクを求める。そして、エンジンの回転数を数百rpmずつずらして複数回（たとえば１０回）の計測を行い、さらに同様の試験をスロットル開度を数％ずつずらして、複数回（たとえば１０回）行う。（以下、定常状態で計測する試験を定常試験という。）

従来の試験は、エンジンの回転数やスロットル開度の条件が異なる数だけ（たとえば１００回）の定常試験を行う必要があり、さらに各定常試験において、定常状態を維持する時間（約１０秒）と、定常状態になるまでの時間（たとえば約１０秒）がかかるので、試験全体では非常に長い時間（たとえば２０００秒）がかかるという問題があった。

また、特許文献１に記載されるように、エンジンの正確な慣性値が分からないと、エンジントルクを正確に求めることができないという問題がある。すなわち、エンジントルクは、エンジンの慣性値とエンジンの回転数の加速度を用いて算出することができるが、エンジンの慣性値は、エンジン毎に異なり、開発途上の段階では正確に分からないことが多い。このため、従来はエンジンの重量とフライホイールの直径等からエンジンの慣性値を推定しているが、正確な慣性値を求めていないので、エンジントルクを正確に算出することができない。そこで、特許文献１では、エンジンの慣性値を算出する工程を別途設けているが、この場合には、エンジンの慣性値を算出するための工程が増え、試験時間を十分に短縮できないという問題があった。

特開2008-298793

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、試験時間を短縮することができ、且つ、慣性値の分からないエンジンであってもトルクも精度良く求めることができるエンジン試験方法及び装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、エンジンの回転数またはスロットル開度を増加または減少させながらエンジントルクを計測する第１ステップと、前記回転数または前記スロットル開度が同じ値のときの変化速度値が等しくなるように前記回転数またはスロットル開度を前記第１ステップと逆に変化させながら前記エンジントルクを計測する第２ステップと、前記回転数および前記スロットル開度が同じ値のときの前記第１ステップでのトルク計測値と前記第２ステップでのトルク計測値との平均を算出することにより、エンジントルクを求める第３ステップと、を有することを特徴とするエンジン試験方法を提供する。

本発明の発明者は、エンジンの回転数またはスロットル開度を増加させながらエンジントルクを計測し、その速度と等しい速度で回転数またはスロットル開度を減少させながらエンジントルクを計測し、さらにそれらの二つのトルク計測値を平均化すると、定常試験により求めたエンジントルクと略同等の結果が得られるという知見を得た。

本発明はこのような知見に基づいて成されたものであり、第１ステップにおいてエンジンの回転数またはスロットル開度を増加または減少させながらエンジントルクを計測し、第２ステップにおいて第１のステップでの変化速度値と等しくなるように、第１ステップで変化させた回転数またはアクセル開度を逆に変化（すなわち第１ステップが増加の場合は減少、第１ステップが減少の場合は増加）させながらエンジントルクを計測し、第３ステップにおいて二つのトルク計測値の平均を算出してエンジントルクを求めているので、エンジントルクを精度良く求めることができる。

また、本発明において、第１ステップと第２ステップは、回転数またはスロットル開度を変化させながらエンジントルクを計測しているので、試験時間を大幅に短縮することができる。すなわち、定常試験の場合には、各計測点で定常状態を維持する時間や定常状態になるまでの時間が必要となるが、本発明では変化させながら（すなわち過渡状態で）計測することができるので、試験時間を大幅に短縮することができる。

請求項２に記載の発明は前記目的を達成するために、エンジンに接続されて該エンジンに負荷を与えるダイナモメータと、前記エンジンにかかるトルクを計測するトルク計測装置と、前記エンジンの回転数またはスロットル開度を変化させながら前記トルク計測装置のトルク計測値を記憶し、該記憶したトルク計測値から前記エンジンのトルクを演算する演算・制御装置と、を備え、前記演算・制御装置は、前記回転数または前記スロットル開度が同じ値のときの変化速度値が等しくなるように、前記回転数またはスロットル開度の増加と減少を行い、該増加時と減少時のトルク計測値を記憶するとともに、前記回転数および前記スロットル開度が同じ値のときの前記増加時トルク計測値と前記減少時トルク計測値との平均を算出することにより、エンジントルクを求めることを特徴とするエンジン試験装置を提供する。

本発明によれば、増加時と減少時とで変化速度値が等しくなるように、回転数またはスロットル開度の増加と減少を行い、その際のトルク計測値を記憶するとともに、回転数とスロットル開度が同じ値のときの増加時トルク計測値と減少時トルク計測値との平均を算出することによりエンジントルクを求めるので、エンジントルクを精度良く求めることができる。また、本発明は、回転数またはスロットル開度を変化させながらトルクを計測するので、定常試験を行う場合に比べて、試験時間を大幅に短縮することができる。

請求項３に記載の発明は請求項２の発明において、前記演算・制御装置は、前記回転数またはスロットル開度を一定の速度で増加、減少させることを特徴とする。本発明によれば、増加時と減少時において一定の速度でエンジンの回転数またはスロットル開度を変化させるので、安定した試験結果を得ることができる。

請求項４に記載の発明は請求項２または３の発明において、前記回転数またはスロットル開度の増加と減少は、前記回転数またはスロットル開度の他方の値を固定して行うとともに、該他方の値を変更して繰り返し行うことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は請求項２〜４のいずれか１の発明において、前記演算・制御装置は、設定された前記回転数または前記スロットル開度の計測範囲に対して、前記計測範囲を超える値まで前記回転数またはスロットル開度を増加または減少させることを特徴とする。本発明によれば、設定された計測範囲を超えるまで回転数またはスロットル開度を変化させるので、計測範囲の上限値または下限値で安定した結果を得ることができ、計測範囲の全てでエンジントルクを精度良く求めることができる。すなわち、回転数またはスロットル開度を計測範囲までしか変化させない場合に比べて、安定した結果を得ることができる。ただし、スロットル開度に関しては、機械的上限値である１００％と機械的下限値である０％を超えることはできない。

請求項６に記載の発明は請求項２〜４のいずれか１の発明において、前記演算・制御装置は、設定された前記回転数または前記スロットル開度の計測範囲に対して、前記計測範囲の上限値または下限値で前記回転数または前記スロットル開度を一定時間維持することを特徴とする。本発明によれば、設定された計測範囲の上限値または下限値で一定時間維持するので、計測範囲の上限値または下限値においても安定した結果を得ることができ、計測範囲の全てでエンジントルクを精度良く求めることができる。すなわち、回転数またはスロットル開度を計測範囲の上限値または下限値ですぐに折り返した場合には、計測範囲の上限値または下限値で不安定な結果になりやすいが、本発明ではこれを防止することができる。

本発明によれば、回転数またはスロットル開度の増加時と減少時とで変化速度値が等しくなるように回転数またはスロットル開度を変化させながらトルクを計測し、増加時のトルク計測値と減少時のトルク計測値との平均を算出してエンジントルクを求めるようにしたので、エンジントルクを精度良く求めることができる。また、本発明によれば、回転数またはスロットル開度を変化させながらトルクを計測するので、定常試験を行う場合に比べて試験時間を大幅に短縮することができる。

本発明の第１の実施形態が適用されたエンジンベンチの概略構成を示す図 第１の実施形態における制御フローを示す図 第１の実施形態におけるエンジンの回転数の制御例を示す図 第１の実施形態におけるエンジンのトルク計測値の出力例を示す図 第１の実施形態で得られた性能曲線の一例を示す図 定常試験で得られた性能曲線を示す図 第２の実施形態におけるスロットル開度の制御例を示す図 第２の実施形態で得られた性能曲線の一例を示す図

以下、添付図面に従って、本発明に係るエンジン試験方法及び装置の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明が適用されたエンジンベンチ１０の第1の実施形態を示す概略構成図である。

同図に示すエンジンベンチ１０は、試験対象であるエンジン１１の性能を測定・評価する装置であり、主としてダイナモメータ２０、ダイナモメータ制御部３０、エンジン制御部３１、信号処理部４０、システム制御部５０で構成される。

エンジン１１は、保持機構を介して架台１２に固定される。エンジン１１の内部には燃焼室（不図示）が設けられ、この燃焼室に吸気管１３から空気が吸引され、燃焼室で燃焼された後、排気管１４から排気される。吸気管１３にはスロットル１５が設けられ、このスロットル１５によって空気の流入量が調節される。一方、排気管１４には触媒装着部１６が設けられ、この触媒装着部１６に装着された触媒によって排ガスが浄化される。

エンジン１１は、その出力軸がシャフト２１を介してダイナモメータ２０に接続される。シャフト２１は、メインシャフトなどの複数の軸部材を連結して構成されており、その連結部分にはユニバーサルジョイント２２が介在される。エンジン１１とダイナモメータ２０との間には中間軸受２４が設けられており、この中間軸受２４にシャフト２１が回動自在に支持される。シャフト２１にはトルクメータ２３が取り付けられ、このトルクメータ２３によってトルクが計測される。なお、本実施の形態は、トルクメータ２３でトルクを計測するようにしたが、これに限定するものではなく、たとえばダイナモメータ２０の出力からトルクを検出してもよい。また、トルクメータ２３の他に、クラッチ、変速機、各種の連結手段等を目的に応じて挿入してもよい。さらに、トルク以外のエンジン１１の状態（たとえば排ガスの温度など）を計測する手段を挿入してもよい。

ダイナモメータ２０は、エンジン１１に所定の負荷トルクを与える装置であり、電流・電圧を可変させることで負荷トルクを設定できるようになっている。ダイナモメータ２０としては、低慣性ダイナモメータを用いることが好ましく、低慣性ダイナモを用いることによって、低速回転から高速回転までの急激な回転数の変化に応じた安定した出力が得られる。ダイナモメータ２０はダイナモメータ制御部３０に接続されている。

ダイナモメータ制御部３０は、ダイナモメータ２０に印加する電流・電圧を可変制御する手段であり、このダイナモメータ制御部２０で電流・電圧を可変制御することによって、ダイナモメータ２０に接続されたエンジン１１の負荷トルクが制御される。

一方、エンジン１１は、エンジン制御部３１に接続される。エンジン制御部３１は、スロットル開度や点火進角等の制御パラメータをエンジン１１に与えてエンジン１１を駆動制御する手段であり、通常はＥＣＵ、もしくはＥＣＵにバイパス回路を付加したエンジン制御回路で実現される。ＥＣＵの代わりに仮想ＥＣＵと称されるＤＳＰ（Digital Signal Processor）で実現してもよい。このエンジン制御部３１によってエンジン１１に制御パラメータ（たとえば所定のスロットル開度）が与えられる。これにより、エンジン１１が回転し、その回転がシャフト２１を介してダイナモメータ２０に伝達される。なお、エンジン制御部３１から与えられる制御パラメータとしては、回転数、スロットル開度の他、燃料注入量、空気注入量、燃料と空気の混合比、点火時間（ガソリンエンジンの場合）、燃料噴射制御方法（ジーゼルエンジンの場合）など様々なパラメータがある。

エンジン制御部３１とトルクメータ２３は、信号処理部４０に接続される。信号処理部４０は、測定部４１、メモリ４２、トルク演算部４３、モデル演算部４４を備えている。測定部４１は、エンジン１１の動作状態を示す信号を入力し、各種の信号処理を行う手段であり、前述したトルクメータ２３からトルク・回転数などのデータが入力されるとともに、エンジン制御部３１からスロットル開度等の制御データが入力される。なお、スロットル開度等の時系列データは、エンジン制御部３１からではなく、後述のシステム制御部５０から直接入力してもよいし、エンジン１１に設けられたスロットル開度検出器等からエンジン制御部３１を介して入力してもよい。また、測定部４１は、入力データがアナログ信号の場合、Ａ／Ｄ変換を行い、複数の入力データの時間的同期をとることが好ましい。

測定部４１に入力されたデータは、メモリ４２に一時的に格納される。メモリ４２に格納されたデータは必要に応じて後述のモデル演算部４４やトルク演算部４３に出力される。その際、不図示の信号処理回路によってデータの信号処理を行ってもよい。この信号処理回路としては、たとえばデータのノイズを除去するノイズ除去器（フィルター）、加減乗除器、微分積分器、平均値演算器、標準偏差演算器、データ度数等の計数器（カウンタ）、周波数解析器（ＦＦＴ）等、公知の演算器が用いられる。なお、信号処理途中のデータや信号処理結果のデータをメモリ４２に一時的に格納してもよい。

モデル演算部４４は、得られたデータに基づいてエンジン１１のモデルを作成するとともに、作成したモデルに基づいてエンジン制御部３１やダイナモメータ制御部３０を制御してシミュレーションを行う手段である。ここで、モデル演算部４３で作成されるモデルとは、制御パラメータやトルクメータ２４で計測されたデータに基づいて、任意の入力と出力に介在する関係（伝達特性）を式やグラフ等で表現したものであり、作成されたモデルはメモリ４２に格納される。モデル演算部４４は、そのモデルに基づいて仮想シミュレーションまたは実機シミュレーションを行い、さらに、そのシミュレーション結果と実測値とを比較し、モデルの有効性・妥当性を検証してモデルの修正やパラメータ値の調整等を行う。

トルク演算部４３は、得られたデータに基づいてエンジントルクを算出する演算処理を行う手段である。具体的には、エンジン１１の回転数とスロットル開度が同じ値である二つのトルク計測値（後述の増加時トルク計測値Ｔ1_mesと減少時トルク計測値Ｔ2_mes）との平均値をエンジントルクＴ_engとして算出している。なお、エンジントルクの算出方法については後述する。

上述したダイナモメータ制御部３０、エンジン制御部３１、信号処理部４０は、システム制御部５０に接続される。システム制御部５０は各種の制御を行う手段であり、計測内容の各種条件を設定（定義）する機能を備え、たとえばアクセル開度、燃料噴射時期、点火進角、噴射時間、ＶＶＴ、ＥＧＲなどの制御パラメータや、吸気温度、排気温度、燃料注入量、空気注入量、ＮО_Ｘ密度、ＨＣ密度、ＣО濃度、ＣО_２濃度、燃料消費量、水温などの計測パラメータについて、その入出力の有無や入出力の範囲などを設定することができる。また、使用頻度の高い設定条件が予め標準アクションとして登録されており、たとえば矩形波状に入力条件を変化させたり、ステップ状に徐々に入力条件を変化させたりする設定が予め登録されている。作業者はこれらの標準アクションのなかから選択することによって、計測条件を簡単に設定することができる。また、システム制御部５０は、予め設定された標準アクションの他、自由にシーケンスを作成できる機能を備えている。シーケンスの作成手段は特に限定するものではないが、たとえば、MATLAB（登録商標）のm-fileやSimulink（登録商標）を使用することにより作成される。このようにシーケンスを作成することによって、作業者がシミュレーションの条件を自在に設定することができる。

特に本実施の形態では、エンジン１１の性能曲線を作成する試験のためのシーケンスがシステム制御部５０に組み込まれている。具体的には、図３に示すように、エンジン１１の回転数を一定速度で増加させた後、増加時と同じ速度で回転数を減少させ、全体として二等辺三角形を成す三角波となるように、回転数目標値が設定されている。この回転数目標値になるようなトルク指令値（実際には電流指令値）がダイナモメータ２０に出力され、さらにダイナモメータ２０の回転数と回転数目標値との比較によってフィードバック制御が行われる。

さらに、システム制御部５０は、計測を実行させる機能を備えており、定義された条件（またはシーケンス）に基づいて計測を実行させるように構成される。システム制御部５０には表示部５２が接続されており、この表示部５２に、メモリ４２に格納されている各種データやエンジンモデル、トルク演算部４３やモデル演算部４４での演算結果などが表示される。また、表示部５２には、複数のデータの関係グラフ、軌跡、度数分布表、標準偏差グラフなど、様々な画像が表示され、データ、マップ、グラフなど複数のものが同一画面に同時に表示できるようになっている。

なお、本実施の形態では、演算・制御装置に相当するものとして、エンジン１１の回転数やスロットル開度を変化させる機能、トルクメータ２３のトルク計測値をメモリ４２に記憶する機能、トルク計測値からエンジントルクを演算する機能をシステム制御部５０と信号処理部４０に分けて搭載したが、これに限定するものではなく、たとえは一体の装置に全ての機能を搭載してもよい。

次に上述したエンジンベンチ１０の制御方法について図２〜図５に従って説明する。図２はエンジン１１の性能曲線を得るための制御フローを示しており、図３はその際の回転数の制御例を示している。図４は、図３の条件で計測した際のトルクメータ２３の値を示しており、図５は得られたデータによって作成されたエンジン性能曲線を示している。

図２に示すように、まず、スロットル開度の調整が行われる（ステップＳ１）。スロットル開度は予め設定されたパターンに基づいて調整され、たとえばスロットル開度を０％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、７０％、１００％のパターンで試験する場合、まず０％に設定される。

次に、増加計測処理が行われる（ステップＳ２）。増加計測処理は、エンジン１１の回転数を一定速度で増加させながら、トルクメータ２３の計測値を記録する処理であり、たとえば５秒間でエンジン回転数をアイドリング回転数から最高回転数まで（すなわちエンジン使用可能回転範囲で）増加させる。このとき、エンジン１１の回転数の上限は、最高回転数でなくても良いが、設定された計測範囲の上限値を超える値まで増加させることが好ましい。たとえば計測範囲の上限値が４５００ｒｐｍに設定されている場合には、４６００ｒｐｍまで回転数を増加させることが好ましい。これにより、計測範囲の上限値でのトルク計測値の精度を向上させることができる。なお、計測範囲が入力された際に、計測範囲を超えるまで計測を行うようなシーケンスが自動的に作成されることがより好ましい。

増加計測処理に続いて減少計測処理が行われる（ステップＳ３）。減少計測処理は、エンジン１１の回転数を一定速度で減少させながら、トルクメータ２３の計測値を記録する処理であり、その際の速度は、増加計測処理の速度と比較して絶対値が等しくなるように設定される。すなわち、５秒間でエンジン回転数が前述の最高回転数からアイドリング回転数まで一定速度で減少するように制御される。このように増加計測処理と減少計測処理を行うことによって、図４に示すような、トルク計測値のデータが得られる。

減少計測処理が終わった後、計測が終了したか否か（すなわち、スロットル開度などの条件を変更するか否か）が判断され（ステップ４）、計測が終了していない場合にはステップＳ１に戻り、再びスロットル開度の調整が行われ、さらに増加計測処理（ステップＳ２）と減少計測処理（ステップＳ３）が行われる。条件を変更しない場合には、演算処理（ステップＳ５）が行われる。なお、演算処理は、減少計測処理（ステップＳ３）の直後または減少計測処理を行いながら実行してもよい。

演算処理では、増加計測処理で得られたトルク計測値（以下、増加時トルク計測値という）と、減少計測処理で得られたトルク計測値（以下、減少時トルク計測値という）との平均を求める演算処理が行われる。その際、増加時トルク計測値と減少時トルク計測値は、スロットル開度と回転数が同じ値でのデータが抽出され、抽出された二つのデータの平均値が算出される。たとえば、図３において回転数が２０００ｒｐｍの場合を考えると、それに対応する時間（約５．２sと約１９．８s）でのトルク値は、図４から約１１２Ｎｍ、約１１８Ｎｍであり、その二つの平均値１１５Ｎｍが求められる。この平均値がエンジントルクとして記録される。なお、本実施の形態では相加平均として求めたが、これに限定するものではなく、他の平均算出方法たとえば相乗平均や調和平均などにより平均値を求めてもよい。

このようにして求めたエンジントルクを、スロットル開度と回転数に対して表示したものが図５である。図５は、エンジン回転数（横軸）とエンジントルク（縦軸）との関係を示すエンジン性能曲線であり、一定のスロットル開度ごとの関係が示されている。このエンジン性能曲線の評価を行うため、定常試験によって得られたエンジン性能曲線を図６に示す。図６に示す例は、定常試験で行うこと以外は本実施の形態と同じ条件で求めた結果である。

図５と図６の比較から分かるように、エンジン性能曲線は略同じ特徴を示している。たとえば、スロットル開度２０％で且つ回転数１０００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍ、４０００ｒｐｍのデータで比較すると、定常試験では約１３１Ｎｍ、約１０５Ｎｍ、約７０Ｎｍ、約４０Ｎｍとなっているのに対して、本実施例では約１３０Ｎｍ、約１０７Ｎｍ、約７０Ｎｍ、約４1Ｎｍと非常に近い値を示しており、特性を把握するのに十分な精度を有している。

このように、本発明の発明者は試験結果から「エンジン１１の回転数を増加させながらエンジントルクを計測し、その速度と等しい速度で回転数を減少させながらエンジントルクを計測し、さらにそれらの二つのトルク計測値を平均化すると、定常試験により求めたエンジントルクと略同等の結果が得られる」という知見を得た。これにより、本実施の形態のエンジンベンチ１０は、過渡試験でありながら、定常試験の場合と略同等の精度でエンジントルクを求められることが分かる。

以下にこれを理論的に説明する。増加時トルク計測値をＴ1_mes［Ｎｍ］、減少時トルク計測値をＴ2_mes［Ｎｍ］とした場合、これらは下式から求めることができる。

Ｔ1_mes＝Ｔ_eng−Ｊ×ｄω1／ｄｔ ・・・（式１）
Ｔ2_mes＝Ｔ_eng−Ｊ×ｄω2／ｄｔ ・・・（式２）
ただし、Ｔ_eng［Ｎｍ］はエンジントルク値、Ｊ［kgm²］は見かけ上のエンジン慣性値、ω1［rad/s］は増加時の角速度、ω2［rad/s］は減少時の角速度とする。また、見かけ上のエンジン慣性値Ｊは、真のエンジン慣性値Ｊ1［kgm²］とエンジンからトルクメータまでの慣性値Ｊ2［kgm²］と加算したものである。

本実施の形態のように、増加時と減少時でエンジン１１の回転数を同じ速度で変化させた場合、ｄω1／ｄｔ＝ｄω2／ｄｔ、が成立するので、これを（式１）と（式２）に代入することにより以下の（式３）が求まる。

Ｔ_eng＝（Ｔ1_mes＋Ｔ2_mes）／２ ・・・（式３）
この（式３）は、増加時トルク計測値と減少時トルク計測値の平均値がエンジントルクであることを示している。

以上説明したように本実施の形態のエンジンベンチ１０によれば、エンジン１１の回転数を増加時と減少時とで等しい速度で変化させながらトルクを計測し、その二つのトルク計測値の平均値をエンジントルクとして求めるようにしたので、定常試験と略同等の精度でエンジントルクを求めることができる。

また、本実施の形態のエンジンベンチ１０によれば、エンジン１１の回転数を変化させながらトルク計測を行うので、定常試験と比べて大幅に試験時間を短縮することができる。たとえば、背景技術で説明したように定常試験では２０００秒かかっていたのに対し、本実施の形態では、回転数の増加・減少に費やした時間（１０秒）と、スロットル開度の変更回数（１０回）を乗算した時間（１００秒）だけであり、大幅に短縮することができる。

なお、上述した第１の実施形態は、設定された計測範囲の上限値を超える値（上回る値）まで増加させるようにしたが、これに限定されるものではなく、設定された計測範囲の上限値で所定時間（数秒程度）維持するようにしてもよい。たとえば第1の実施の形態において、計測範囲の上限値が５５００ｒｐｍの場合、５５００ｒｐｍで１秒程度維持した後、回転数を減少させてもよい。その場合、上限値に達する時に増加時トルク計測値を計測し、減少を開始する時に減少時トルク計測値を計測する。これにより、上限値において、増加時トルク計測値と減少時トルク計測値を安定して得ることができる。なお、上限値を超える値で所定時間維持するようにしてもよい。

また、上述した第１の実施形態では、スロットル開度を固定し、エンジン１１の回転数を可変しながらエンジントルクを計測するようにしたが、これに限定するものではなく、後述する第２の実施形態のように、エンジン１１の回転数を固定し、スロットル開度を可変しながらエンジントルクを計測するようにしてもよい。

第２の実施形態のエンジンベンチは、第1の実施形態と同様に構成されており、その制御方法が第１の実施形態と異なっている。第２の実施形態では、まず、エンジン１１の回転数を複数の測定点に（たとえば８００〜５０００ｒｐｍの範囲で１０点程度）設定する。そして、その測定点の一つでエンジン１１の回転数を固定し、図７に示すように、スロットル開度を０％から１００％まで１０秒間で増加させながら、エンジントルクを計測する。（すなわち増加計測処理を行う。）次に、増加時と等しい一定速度でスロットル開度を１００％から０％まで減少させながらエンジントルクを計測する。（すなわち減少計測処理を行う。）そして、回転数を別の測定点に変更し、再び増加計測処理と減少計測処理を行い、これを繰り返す。次に、回転数とスロットル開度が同じ値のときの増加時トルク計測値と減少時トルク計測値との平均を算出することによって、エンジントルクを求める。（すなわち演算処理を行う。）なお、演算処理は、各減少計測処理の直後または各減少計測処理を行いながら実行してもよい。また、増加計測処理と減少計測処理の間、すなわちスロットル開度が１００％のときに１秒程度維持するようにしてもよい。

このようにして求めたエンジントルクを、スロットル開度と回転数に対して表示したものが図８である。図８はエンジン性能曲線であり、一定のスロットル開度ごとのエンジントルクと回転数との関係が示されている。これを、定常試験の結果（図６）と比較すると、エンジン性能曲線は略同じ特徴を示していることがわかる。すなわち、第2の実施形態のエンジンベンチ１０は、過渡試験でありながら、定常試験の場合と略同等の精度でエンジントルクを求めることができる。

以下にこれを理論的に説明する。スロットル開度がＴh_com[％]のときの増加時トルク計測値をＴ_mes1（Ｔh_com）［Ｎｍ］、減少時トルク計測値をＴ_mes2（Ｔh_com）［Ｎｍ］とする。ここで、Ｔh_comはエンジン１１が制御指令値として受け取っているスロットル開度であり、過渡状態では真のスロットル開度と異なっている。そこで、真のスロットル開度をＴh_eng［％］、遅れのスロットル開度α［％］とすると、前述の増加時トルク計測値Ｔ_mes1（Ｔh_com）、減少時トルク計測値Ｔ_mes2（Ｔh_com）は、スロットル開度ｘ［％］でのエンジントルクＴ_eng（ｘ）［Ｎｍ］の式により、以下のように表される。

Ｔ_mes1（Ｔh_com）＝Ｔ_eng（Ｔh_eng+α） ・・・（式４）
Ｔ_mes2（Ｔh_com）＝Ｔ_eng（Ｔh_eng−α） ・・・（式５）
これらの（式４）（式５）において、αが微小であるためＴ_eng（ｘ）が線形であるとすると、以下のように書き換えることができる。

Ｔ_mes1（Ｔh_com）＝Ｔ_eng（Ｔh_eng）＋Ｔ_eng´（Ｔh_eng）×α ・・・（式６）
Ｔ_mes2（Ｔh_com）＝Ｔ_eng（Ｔh_eng）−Ｔ_eng´（Ｔh_eng）×α ・・・（式７）
本実施の形態のように、増加時と減少時でスロットル開度を同じ速度で変化させた場合、（式６）のαと（式７）のαは同じになるので、（式６）（式７）から以下の（式８）が求まる。

Ｔ_eng（Ｔh_eng）＝（Ｔ_mes1（Ｔh_com）＋Ｔ_mes2（Ｔh_com））／２ ・・・（式８）
この（式８）は、増加時トルク計測値と減少時トルク計測値の平均値がエンジントルクであることを示している。

このように第２の実施形態の場合も、第１の実施形態と同様に、増加時トルク計測値と減少時トルク計測値を計測して平均値を求めるようにしたので、エンジントルクを正確に求めることができる。また、スロットル開度を変化させながら試験を行うので、定常試験の場合と比べて、試験時間を大幅に短縮することができる。

なお、上述した第１、第２の実施形態は、増加計測処理の後に減少計測処理を行ったが、逆に減少計測処理の後に増加計測処理を行うようにしてもよい。この場合、設定された計測範囲の下限値を超える値（下回る値）まで回転数やスロットル開度を減少させたり、下限値で所定時間維持したり、あるいは、下限値を下回る値で所定時間維持したりすることが好ましい。ただし、スロットル開度に関しては、機械的上限値である100[％]と機械的下限値である0[％]を超えることはできない。

また、上述した第１、第２の実施形態は、スロットル開度や回転数を変更するたびに増加計測処理と減少計測処理とを一回ずつ繰り返したが、これに限定するものではなく、同じスロットル開度、回転数での増加計測処理と減少計測処理とを複数回ずつ繰り返してもよい。この場合、複数回の平均値によってエンジントルクを求めることができ、エンジントルクをより正確に求めることができる。

さらに、上述した第１、第２の実施形態では、スロットル開度や回転数を変更するたびに増加計測処理と減少計測処理の両方を行ったが、これに限定するものではなく、たとえば二回目以降の計測時（すなわちスロットル開度や回転数を変更した後）は、増加計測処理または減少計測処理の一方のみを行うようにしてもよい。たとえば、第１の実施形態の場合、一回目の増加計測処理と減少計測処理の後に演算処理を行い、二つのトルク計測値の平均値を求めることによってエンジントルクＴ_engを算出し、さらに、そのエンジントルクＴ_eng値を（式１）または（式２）に代入することにより、見かけ上のエンジン慣性値Ｊ（実際には真のエンジン慣性値Ｊ1）を求める。このようにエンジン慣性値Ｊを求めることにより、エンジントルクＴ_engは（式１）または（式２）だけで求めることができるようになる。そこで、二回目以降の試験では、増加計測処理、減少計測処理の一方のみを行う。すなわち、増加計測処理の後に回転数を瞬時に減少させ、増加計測処理のみを繰り返したり、減少計測処理の後に回転数を瞬時に増加させ、減少計測処理を繰り返したりする。あるいは、スロットル開度を調整した後に増加計測処理を行う制御フローと、スロットル開度を調整した後に減少計測処理を行う制御フローを交互に行うようにする。いずれの場合にも、最初の増加計測処理、減少計測処理時での変化速度と等しい速度で回転数を変化させる。二回目以降のトルク計測値を用いて演算処理を行う場合、最初の演算処理で求めたエンジン慣性値Ｊと、（式１）または（式２）によって、エンジントルクＴ_engを算出する。このようにしてエンジン１１を試験する方法は、二回目以降の計測で増加計測処理または減少計測処理の一方だけを行うので、両方を行う場合に比べて試験時間を略半分にすることができる。

なお、上述した第１、第２の実施形態は、エンジン１１の回転数、スロットル開度を常に一定の速度で増加または減少させたが、これに限定されるものではなく、同じ回転数、スロットル開度での増加速度と減少速度が一致するように制御されているのであれば、増加速度や減少速度を変化させてもよい。たとえば、増加速度を数段階で変化させた場合、それと対称になるように減少速度を数段階で変化させればよい。また、回転数、スロットル開度が大きいほど変化速度を加速度的に大きくしたり、回転数、スロットル開度が大きいほど変化速度を収束させたりする場合も同様である。いずれの場合にも、同じ回転数、スロットル開度での増加速度と減少速度とを一致させればよく、これにより、（式３）等からエンジントルクを算出することができる。

また、上述した第１、第２の実施形態では、エンジン１１の回転数やスロットル開度を変化させながら連続的にトルクメータ２３の値を記憶したが、これに限定するものではなく、間欠的に計測するようにしてもよい。この場合にも、計測点での増加速度と減少速度とを一致させることによって、エンジントルクを算出することができる。

なお、上述した第１、第２の実施形態は、スロットル開度と回転数の一方を固定し、他方を変化させるようにしたが、増加時と減少時とで等しい変化速度に制御できるのであれば、スロットル開度と回転数の両方を変化させるようにしてもよく、この場合にも増加時トルク計測値と減少時トルク計測値との平均値によってエンジントルクを求めることができる。

また、上述した実施形態は、回転数またはスロットル開度を変えながら、トルクを計測するようにしたが、トルクと回転数の関係またはトルクとスロットル開度の関係が線形性を有するのであれば、トルク値を変えながら、回転数またはスロットル開度を計測してエンジン性能曲線を作成してもよい。

１０ エンジンベンチ
１１ エンジン
１５ スロットル
２０ ダイナモメータ
２１ シャフト
２３ トルクメータ
３０ ダイナモメータ制御部
３１ エンジン制御部
４０ 信号処理部
４１ 測定部
４２ メモリ
４３ トルク演算部
５０ システム制御部
５１ 操作部
５２ 表示部

Claims (6)

1. エンジンの回転数またはスロットル開度を増加または減少させながらエンジントルクを計測する第１ステップと、
   前記回転数または前記スロットル開度が同じ値のときの変化速度値が等しくなるように前記回転数またはスロットル開度を前記第１ステップと逆に変化させながら前記エンジントルクを計測する第２ステップと、
   前記回転数および前記スロットル開度が同じ値のときの前記第１ステップでのトルク計測値と前記第２ステップでのトルク計測値との平均を算出することにより、エンジントルクを求める第３ステップと、
   を有することを特徴とするエンジン試験方法。
2. エンジンに接続されて該エンジンに負荷を与えるダイナモメータと、
   前記エンジンにかかるトルクを計測するトルク計測装置と、
   前記エンジンの回転数またはスロットル開度を変化させながら前記トルク計測装置のトルク計測値を記憶し、該記憶したトルク計測値から前記エンジンのトルクを演算する演算・制御装置と、を備え、
   前記演算・制御装置は、
   前記回転数または前記スロットル開度が同じ値のときの変化速度値が等しくなるように、前記回転数またはスロットル開度の増加と減少を行い、該増加時と減少時のトルク計測値を記憶するとともに、
   前記回転数および前記スロットル開度が同じ値のときの前記増加時トルク計測値と前記減少時トルク計測値との平均を算出することにより、エンジントルクを求めることを特徴とするエンジン試験装置。
3. 前記演算・制御装置は、前記回転数またはスロットル開度を一定の速度で増加、減少させることを特徴とする請求項２に記載のエンジン試験装置。
4. 前記回転数またはスロットル開度の増加と減少は、前記回転数またはスロットル開度の他方の値を固定して行うとともに、該他方の値を変更して繰り返し行うことを特徴とする請求項２または３に記載のエンジン試験装置。
5. 前記演算・制御装置は、設定された前記回転数または前記スロットル開度の計測範囲に対して、前記計測範囲を超える値まで前記回転数またはスロットル開度を増加または減少させることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１に記載のエンジン試験装置。
6. 前記演算・制御装置は、設定された前記回転数または前記スロットル開度の計測範囲に対して、前記計測範囲の上限値または下限値で前記回転数または前記スロットル開度を一定時間維持することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１に記載のエンジン試験装置。

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