JP2018017589A - エンジン試験装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジンの特性を高精度に計測することができるエンジン試験装置を提供する。【解決手段】エンジンＥにシャフトＳを介して連結されたダイナモメータＤと、エンジンＥ及びダイナモメータＤの動作を制御する制御演算装置３とを備えたエンジン試験装置Ｗであって、シャフトＳは、その一端部がエンジンＥの出力軸に連結され、その他端部がダイナモメータＤの回転軸に連結されており、シャフトＳの一端部或いはエンジンＥの出力軸にレーザ光を照射しエンジンＥの出力軸の回転速度を非接触で計測して制御演算装置３に送信するドップラ速度計１を有し、制御演算装置３は、ドップラ速度計１から送信された回転速度を用いてダイナモメータＤの動作を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン試験装置に関し、例えば、ダイナモメータを備えてエンジンの各種特性を計測するエンジン試験装置に関する。
従来から、エンジンを備えた供試体にダイナモメータを接続し、シミュレーションにより、エンジンの各種特性を計測するダイナモメータシステム（エンジン試験装置）が利用されている。例えば、特許文献１には、上記のダイナモメータシステムの構成が提案されている。ここで、図８を参照しながら、特許文献１に記載されたダイナモシステムの構成を簡単に説明する。
図示するように、従来技術のダイナモメータシステム（エンジン試験装置）１００は、ダイナモメータＤと、エンジンＥの出力軸とダイナモメータＤの回転軸とを連結するシャフト（連結シャフト）Ｓと、スロットルアクチュエータ１２０を介してエンジンＥを制御するエンジン制御装置１３０と、ダイナモメータＤに電力を供給するインバータ１４０と、インバータ１４０を介してダイナモメータＤを制御するダイナモ制御装置１６０と、シャフトＳの捩れトルクを検出する軸トルクセンサ１５０と、ダイナモメータＤの出力軸の回転速度（回転数）を検出するエンコーダ１６０とを備えている。
そして、エンジン制御装置１３０が、所定のタイミングでスロットルアクチュエータ１２０を介してエンジンＥを始動させ、予め定められた態様によってエンジンＥを駆動させるようになっている。また、ダイナモ制御装置１６０は、軸トルクセンサ１５０が検出した捩れトルク（ダイナモメータＤに近い部分の捩れトルク）と、エンコーダ１６０が検出したダイナモメータＤの回転速度（回転数）とに基づいてダイナモメータＤで発生させるべきトルク値に相当するトルク電流指令を生成し、インバータ１４０へ入力し、ダイナモメータＤの動作を制御するように構成されている。
そして、ダイナモメータシステム１００では、上述したようにして生成したトルク電流指令でダイナモメータＤの動作を制御することで、エンジンＥの始動時において、エンジンＥからみてシャフトＳ及びダイナモメータＤが接続されていないかのような無負荷状態でエンジンＥが動作しているように制御している。すなわち、特許文献１に記載のダイナモメータシステム１００では、ダイナモメータＤに近い部分のシャフトＳの捩れトルクと、ダイナモメータＤの回転速度（回転数）とを用いてダイナモメータＤで発生させるべきトルク値を求め、ダイナモメータＤの吸収トルクを制御する「慣性補償制御」を行っている。
特許第５８００００１号公報
しかしながら、上述した従来技術によるダイナモメータＤの回転速度（ダイナモ回転数）を用いた慣性補償制御は、慣性補償できる帯域が制限されるという課題を有している。具体的には、図９（ａ）に示すように、慣性補償制御にダイナモ回転数を用いた場合、１００Ｈｚ付近の帯域（図中のＡ部参照）に反共振点があるため、この帯域でゲインが落ち込み、広域にわたった慣性補償性能が望めないという問題が生じる。また、ダイナモ回転数を用いた場合、図９（ｂ）に示すように、反共振で位相が進み（図中のＢ部参照）、共振点で位相が戻るため、慣性補償閉ループを組んだときに共振点で発振し易いという課題も招いてしまう。すなわち、従来技術のダイナモメータシステム（エンジン試験装置）１００は、ダイナモメータＤの回転速度（ダイナモ回転数）を用いた慣性補償制御を行っているため、慣性補償できる帯域が制限され、エンジンＥが始動するとき等において、エンジンの各種特性を高精度に計測できない虞がある。尚、図中の破線はダイナモ回転数伝達特性を示し、実線はエンジン回転数伝達特性を示している。
ところで、エンジンの出力軸の回転速度（回転数）には反共振点が無いため、上記のような慣性補償制御にエンジンの出力軸の回転速度（回転数）を用いることができれば、上記の課題は解消される。しかし、従来技術のエンジン試験装置では、ダイナモメータＤの回転軸の回転速度（ダイナモ回転数）を計測し、その計測したダイナモ回転数を用いて慣性補償制御を行う構成が一般的であり、エンジンＥの出力軸の回転速度を計測し、その回転速度を用いてダイナモメータを制御する構成のものは知られていない。これは、エンジンＥの振動や熱の影響により、エンジンＥの出力軸から正確な回転速度を計測できないためである。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、エンジンの各種特性を高精度に計測することができるエンジン試験装置を提供することにある。
上記課題を解決するための本発明の第１態様は、エンジンにシャフトを介して連結されたダイナモメータと、前記エンジン及び前記ダイナモメータの動作を制御する制御装置とを備えたエンジン試験装置であって、前記シャフトは、その一端部が前記エンジンの出力軸に連結され、その他端部が前記ダイナモメータの回転軸に連結されており、前記シャフトの一端部或いは前記エンジンの出力軸にレーザ光を照射し該エンジンの出力軸の回転速度を非接触で計測して前記制御装置に送信するドップラ速度計を有し、前記制御装置は、前記ドップラ速度計から送信された前記回転速度を用いて前記ダイナモメータの動作を制御することを特徴とする。
このように、本発明の第１態様では、エンジンの出力軸に連結されたシャフトの一端部或いは前記エンジンの出力軸にレーザ光を照射してエンジンの出力軸の回転速度（回転数）を非接触で計測して制御装置に送信するドップラ速度計を設け、計測されたエンジンの出力軸の回転速度を用いてダイナモメータの動作を制御するようにしている。すなわち、第１態様では、非接触でエンジンの出力軸側の回転速度を計測しているため、エンジンの熱の影響を受けることがなく、エンジンの近傍において正確な値を計測できる。また、第１態様の構成によれば、例えば、上記のようにして得られたエンジンの出力軸の回転速度（回転数）を用いた慣性補償を行うことが可能になり、従来技術のダイナモメータの回転速度（ダイナモ回転数）を用いた慣性補償制御のように慣性補償できる帯域が制限されることがない。このため、エンジンの始動時の挙動の再現だけでなく、エンジンの爆発変動による回転変動までもが再現可能となる。その結果、第１態様によれば、従来技術と比べて、エンジンの特性を高精度に計測することができる。
また、本発明の第２態様は、エンジンにシャフトを介して連結されたダイナモメータと、前記エンジン及び前記ダイナモメータの動作を制御する制御装置とを備えたエンジン試験装置であって、前記シャフトは、その一端部が前記エンジンの出力軸に連結され、その他端部が前記ダイナモメータの回転軸に連結されており、前記シャフトの一端部或いは前記エンジンの出力軸に対して向かい合うように相対向して配置された一対のドップラ速度計を有し、一対の前記ドップラ速度計は、それぞれ、前記シャフトの一端部或いは前記エンジンの出力軸にレーザ光を照射して該エンジンの出力軸の回転速度を非接触で計測し前記制御装置に送信し、前記制御装置は、一対の前記ドップラ速度計からそれぞれ送信されたエンジンの出力軸の回転速度から該回転速度の平均値を算出し、該回転速度の平均値を用いて前記ダイナモメータの動作を制御する。
本発明の第２態様において、上記の構成を採用したのは以下の理由による。具体的には、ドップラ速度計により計測された回転速度には、エンジン又はシャフトの振動のうち、レーザ照射方向に対して垂直且つ回転速度として検出される方向の振動（以下、説明の便宜上、「エンジン本体の振動」ということがある）による回転ノイズが含まれている。そのため、第２態様では、シャフトの一端部（或いはエンジンの出力軸）に対して向かい合うように相対向して配置された一対のドップラ速度計を設け、一対のドップラ速度計がそれぞれ計測したエンジンの出力軸の回転速度（回転数）の平均値を算出している。このように、相対向して配置された一対のドップラ速度計がそれぞれ計測した回転速度（回転数）の平均値を算出することで、「エンジン本体の振動」の影響による回転ノイズをキャンセルでき、その結果、エンジンの正確な回転速度が得られるようになる。そして、第２態様によれば、正確なエンジンの回転速度を用いてダイナモメータの動作を制御できるため、従来技術と比べて、エンジンの各種特性を高精度に計測することができる。
また、本発明の第３態様は、エンジンにシャフトを介して連結されたダイナモメータと、前記エンジン及び前記ダイナモメータの動作を制御する制御装置とを備えたエンジン試験装置であって、前記シャフトは、その一端部が前記エンジンの出力軸に連結され、その他端部が前記ダイナモメータの回転軸に連結されており、前記シャフトの一端部或いは前記エンジンの出力軸にレーザ光を照射して該エンジンの出力軸の回転速度を非接触で計測して前記制御装置に送信する第１ドップラ速度計と、前記エンジン本体にレーザ光を照射して該レーザ光の照射方向と垂直で且つ前記シャフトの回転方向と平行方向の該エンジン本体の振動速度を非接触で計測し前記制御装置に送信する第２ドップラ速度計とを有し、前記第１、第２ドップラ速度計は、同一方向にレーザ光を照射するように配置されており、前記制御装置は、前記第１ドップラ速度計から送信されたエンジンの回転速度から、前記第２ドップラ速度計から送信された前記エンジン本体の振動速度を減算した値を算出し、該算出した値を用いて前記ダイナモメータの動作を制御することを特徴とする。
本発明の第３態様において、上記の構成を採用したのは以下の理由による。具体的には、上述したように、第１ドップラ速度計により計測された回転速度には、「エンジン本体の振動」の影響による回転ノイズが含まれている。そのため、第３態様では、エンジン本体に対してレーザ光を照射してエンジン本体の振動速度を非接触で計測する第２ドップラ速度計（第１ドップラ速度計と同一方向にレーザ光を照射する第２ドップラ速度計）を設けている。また、第３態様では、第１ドップラ速度計により計測されたエンジンの出力軸の回転速度から、第２ドップラ速度計が計測したエンジン本体の振動速度を減算することで、回転ノイズをキャンセルし、正確な回転速度（回転数）を得ている。そして、第３態様では、正確なエンジンの出力軸の回転速度を用いてダイナモメータの動作を制御しているため、従来技術と比べて、エンジンの各種特性を高精度に計測することができる。
また、本発明の第４態様は、エンジンにシャフトを介して連結されたダイナモメータと、前記エンジン及び前記ダイナモメータの動作を制御する制御装置とを備えたエンジン試験装置であって、前記シャフトは、その一端部が前記エンジンの出力軸に連結され、その他端部が前記ダイナモメータの回転軸に連結されており、前記シャフトの一端部或いは前記エンジンの出力軸にレーザ光を照射して該エンジンの出力軸の回転速度を非接触で計測して前記制御装置に送信するドップラ速度計と、前記ドップラ速度計が計測する前記シャフトの一端部における該シャフトの回転方向の変位を非接触で計測して前記制御装置に送信する変位計とを有し、前記制御装置は、前記変位計から送信された回転方向の変位を微分した速度を回転ノイズとして算出し、前記第１ドップラ速度計から送信されたエンジンの出力軸の回転速度から前記回転ノイズを減算した値を算出し、該算出した値を用いて前記ダイナモメータの動作を制御することを特徴とする。
本発明の第４態様において、上記の構成を採用したのは以下の理由による。具体的には、上述したように、ドップラ速度計により計測された回転速度には、「エンジン本体の振動」の影響による回転ノイズが含まれている。そのため、第４態様では、ドップラ速度計の計測部におけるシャフトの回転方向の変位を非接触で計測する変位計を設け、変位計が計測した回転方向の変位を微分して求めた速度を回転ノイズとして算出し、ドップラ速度計から送信されたエンジンの出力軸の回転速度から回転ノイズ（変位を微分して求めた速度）を減算することで、回転ノイズを取り除き、正確な回転速度を得ている。そして、第４態様では、正確なエンジンの回転数を用いてダイナモメータの動作を制御しているため、従来技術と比べて、エンジンの各種特性を高精度に計測することができる。
本発明によれば、正確な「エンジンの出力軸の回転速度」を取得し、それを用いてダイナモメータを制御できるため、従来技術と比べて、エンジンの特性を高精度に計測することができるエンジン試験装置を提供することができる。
本発明の第１実施形態のエンジン試験装置の構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態のエンジン試験装置を構成するドップラ速度計の設置位置を示した模式図である。 本発明の第１実施形態のエンジン試験装置のダイナモ制御部により行われる慣性補償制御処理の機能を説明するための模式図である。 本発明の第１実施形態のエンジン試験装置のダイナモ制御部が行う1制御周期の慣性補償制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態のエンジン試験装置を構成するドップラ速度計の設置位置を示した模式図である。 本発明の第３実施形態のエンジン試験装置を構成するドップラ速度計の設置位置を示した模式図である。 本発明の第４実施形態のエンジン試験システムを構成するドップラ速度計の設置位置を示した模式図である。 従来技術のダイナモメータシステムの構成図である。 従来技術のダイナモメータシステムを構成するダイナモメータの慣性補償時の閉ループ伝達特性を説明するための模式図である。
以下、本発明の実施形態（第１〜第４実施形態）のエンジン試験装置について図面を用いて説明する。尚、本実施形態（第１〜第４実施形態）の説明では、上述した図８で示した従来技術と同じ構成或いは相当する構成については、同じ符号を付している。また、本実施形態（第１〜第４実施形態）のエンジン試験装置は、エンジンの各種性能試験を行うものであるが、以下では、慣性補償制御を行う場合を例にして説明する。
《第１実施形態》
先ず、本発明の第１実施形態のエンジン試験装置について図１〜図４を用いて説明する。
図１に示すように、第１実施形態のエンジン試験装置Ｗは、試験対象であるエンジンＥに負荷を与えるダイナモメータＤと、ダイナモメータＤとエンジンＥとを連結するシャフトＳと、エンジンＥ及びダイナモメータＤの動作を制御する制御演算装置（以下、単に「制御装置」という）３と、制御装置３に制御されてエンジンを動作させるスロットルアクチュエータ２と、制御装置３に制御されてダイナモメータＤを動作させるインバータ４とを備えている。
尚、上記のシャフトＳは、棒状に形成されており、その一端部がエンジンＥの出力軸に連結され、その他端部がダイナモメータＤの回転軸に連結されている。このシャフトＳには、高剛性の材料により形成されているものが用いられている。
また、エンジン試験装置Ｗには、シャフトＳの一端部（エンジンＥ側の端部）にレーザ光を照射してエンジンＥの出力軸の回転速度（回転数）を非接触で計測して制御装置３に送信するドップラ速度計１が設けられている。尚、第１実施形態では、図２に示すように、１対（２台）のドップラ速度計１が、シャフトＳの一端部に対して向かい合うように相対向して配置されている（シャフトＳの一端部を挟んで向かい合うように配置されている）。そして、一対のドップラ速度計１は、それぞれ、シャフトＳの一端部の側面に対して垂直にレーザ光を照射するように設定されており、シャフトＳの一端部のレーザ光の照射点の回転速度が検出できるようになっている。尚、図示する例では、１対（２台）のドップラ速度計１が、左右方向に設置されているが特にこれに限定されるものではない。１対（２台）のドップラ速度計１は、シャフトＳに対して向かい合うように設置されていれば、どの設置位置であってもかまわない。また、図示する例では、ドップラ速度計１がシャフトＳの一端部に対して向かい合うように相対向して配置されているが特にこれに限定するものではない。例えば、１対（２台）のドップラ速度計１が、エンジンＥの出力軸に対して向かい合うように相対向して配置され、ドップラ速度計１がエンジンＥの出力軸にレーザ光を照射して、エンジンＥの出力軸の回転速度を計測するようになっていても良い。
また、エンジン試験装置Ｗには、シャフトＳの他端部（ダイナモメータＤ側の端部）側に設置されてシャフトＳの捩れトルクを検出して制御装置３に送信する軸トルク計５と、ダイナモメータＤの出力軸の回転速度（回転数）を検出して制御装置３に送信するダイナモ回転計（エンコーダ）６とが設けられている。尚、軸トルク計５及びダイナモ回転計６は、周知な構成のものが用いられている。
また、制御装置３は、エンジンＥを動作させるスロットルアクチュエータ２を介してエンジンＥを制御するエンジン制御部３０と、ダイナモメータＤに電力を供給するインバータ４を介してダイナモメータＤを制御するダイナモ制御部４０とを有している。
尚、制御装置３のハードウェア構成について特に限定しないが、制御装置３は、例えば、ＣＰＵ、補助記憶装置、主記憶装置、ネットワークインターフェース及び入出力インターフェースを備えるコンピュータ（１台或いは複数台のコンピュータ）により構成することができる。この場合、入出力インターフェースには、２台のドップラ速度計１と、軸トルク計５と、ダイナモ回転計６と、ダイナモ目標値を送信してくる制御処理装置（図示せず）とが接続されている。また、補助記憶装置には、エンジン制御部３０及びダイナモ制御部４０の機能を実現するためのプログラムが記憶されている。そして、エンジン制御部３０及びダイナモ制御部４０の機能は、ＣＰＵが上記プログラムを主記憶装置にロードして実行することにより実現される。
また、エンジン制御部３０は、操作者からの要求を受け付けて、スロットルアクチュエータ２を介してエンジンＥを始動させ、予め定められた態様によってエンジンＥを動作させるようになっている。尚、第１実施形態のエンジン制御部３０の機能は、周知技術と同じであるため詳細な説明は省略する。
また、ダイナモ制御部４０は、２台のドップラ速度計１からそれぞれ送信されたエンジンＥの出力軸の回転速度（回転速度１、回転速度２）を受信し、受信した回転速度（絶対値）の平均値（（回転速度１＋回転速度２）／２）を算出するように構成されている。このように、シャフトＳの一端部に対して向かい合うように相対向して配置された一対のドップラ速度計１がそれぞれ計測した回転速度の平均値を算出するようにしているのは以下の理由による。
具体的には、図２に示すドップラ速度計１による計測では、エンジンＥ又はシャフトＳの振動のうち、レーザ照射方向に対して垂直且つ回転速度として検出される方向（図2に示す上下方向）の振動（以下、説明の便宜上、「エンジンＥ本体の振動」という）が回転速度として計測される。尚、この場合、「シャフトＳのスラスト方向の振動」及び「照射点の前後方向（図２の左右方向）の振動」は計測されない。すなわち、図示するドップラ速度計１による計測された回転速度には、「エンジンＥ本体の振動」が回転ノイズとして含まれている。そのため、第１実施形態では、シャフトＳの一端部（エンジンＥ側の端部）に対して向かい合うように相対向して配置された一対のドップラ速度計１がそれぞれ計測した回転速度の平均値を算出するようにして、エンジンＥ本体の振動（図２の例では上下方向の振動）による回転ノイズをキャンセルし、この処理により、エンジンＥの出力軸の回転速度（回転数）の正確な値を取得できるようにしている。
また、ダイナモ制御部４０は、エンジン制御部３０により動作させているエンジンＥが「シャフトＳ及びダイナモメータＤ」が接続されていないかのような無負荷状態で動作するように、上記の算出した「エンジンＥの出力軸の回転速度（回転数）の平均値」を用いて、ダイナモメータＤで発生させるべきトルク値に相当するトルク電流指令（ダイナモ指令値）を生成してインバータ４へ入力し、インバータ４を介してダイナモメータＤの動作を制御している（これにより、エンジンＥの動作も制御される）。
尚、ダイナモ制御部４０は、軸トルク計５が計測したシャフトＳの捩れトルク、ダイナモ回転計６が計測したダイナモメータＤの出力軸の回転速度（回転数）、図示しない制御処理装置から送信されたダイナモ目標値（回転数又はトルク）を受信するように構成されている。また、ダイナモ制御部４０は、上記計測値（捩れトルク、ダイナモメータＤの出力軸の回転速度（回転数）、ダイナモ目標値（回転数又はトルク））を慣性補償制御以外の処理に用いるように構成されている。しかし、上記計測値（捩れトルク、ダイナモメータＤの出力軸の回転速度（回転数）、ダイナモ目標値（回転数又はトルク））を利用した制御は、周知技術と同様であるため、その説明を省略する。
ここで、図３及び図４を参照しながら、ダイナモ制御部４０が行う「慣性補償制御」について説明する。ここで、図３は、本発明の第１実施形態のエンジン試験装置のダイナモ制御部により行われる慣性補償制御処理のための機能を説明するための模式図である。また、図４は、本発明の第１実施形態のエンジン試験装置のダイナモ制御部が行う1制御周期の慣性補償制御処理を示すフローチャートである。
尚、図４に示すフローチャートのＳ２〜Ｓ６の処理は、エンジンＥの出力軸の回転速度（回転数）を用いていること以外は、周知技術と同様であるため、以下では説明を簡略化している。また、図４に示すフローチャートが開始される前提として、エンジン制御部３０によりエンジンＥが始動されているものとする。
図３に示すように、ダイナモ制御部４０は、回転数取得部４１と、ローパスフィルタ部４２と、共振補正処理部４３と、位相補正処理部４４と、トルク指令生成処理部４５と、ダイナモ回転数制御処理部４６と、ダイナモ目標値及びダイナモ回転数を受信する受信部４７と、インバータ４（図３では省略）にトルク電流指令（ダイナモ指令値）を送信する送信部４８とを備えている。尚、ダイナモ回転数制御処理部４６及び受信部４７は、「慣性補償制御」に関係しないため、説明を省略する。
そして、慣性補償制御処理では、図４に示すように、先ず、回転数取得部４１が、２台のドップラ速度計１からそれぞれ送信されてくるエンジンＥの出力軸の回転速度（回転数）を受信し、受信した回転速度の平均値（回転数）を算出してローパスフィルタ部４２に出力し（Ｓ１）、Ｓ２の処理に移行する。
Ｓ２では、ローパスフィルタ部４２が、Ｓ１で算出した回転速度の平均値（回転数）から高周波ノイズを取り除き（Ｓ２）、Ｓ３の処理に移行する。
Ｓ３では、共振補正処理部４３が、上記の高周波ノイズが取り除かれた回転数から、予め設定された共振部分（特定周波数）のゲインを軽減する共振補正処理を行い、Ｓ４の処理に移行する。
Ｓ４では、位相補正処理部４４が、Ｓ３で共振補正がなされた回転数に対して、予め設定された周波数帯域（所定の周波数（低周波〜１００Ｈｚ付近の周波数）帯域）の位相遅延分を位相進み補償処理により回復させ、Ｓ５の処理に移行する。
Ｓ５では、トルク指令生成処理部４５は、エンジンＥが「シャフトＳ及びダイナモメータＤ」が接続されていないかのような無負荷状態での動作するように、Ｓ４で位相補正がなされた回転数を用いて、ダイナモメータＤで発生させるべきトルク値に相当するトルク電流指令（ダイナモ指令値）を生成する。具体的には、トルク指令生成処理部４５が、Ｓ４で位相補正がなされた回転数をトルクの次元に変換することにより（微分演算により変換することにより）、トルク電流指令（ダイナモ指令値）が生成され、送信部４８に対して、生成されたトルク電流指令（ダイナモ指令値）を出力する。
Ｓ６では、送信部４８が、インバータ４に対して、Ｓ５で生成されたトルク電流指令（ダイナモ指令値）を送信し、Ｓ１の処理に戻る。尚、インバータ４は、受信したトルク電流指令（ダイナモ指令値）を用いて、ダイナモメータＤの動作を制御し、これにより、あたかもエンジンＥが「シャフトＳ及びダイナモメータＤ」が接続されていないかのような無負荷状態で動作しているように制御される。
このように、第１実施形態では、エンジンＥに連結されたシャフトＳの一端部（エンジン端側）の側面にレーザ光を照射してエンジンＥの出力軸の回転速度（回転数）を非接触で計測して制御装置３に送信するドップラ速度計１を設けている。すなわち、第１実施形態では、非接触でエンジンＥの出力軸の回転速度を計測しているため、エンジンＥの熱の影響を受けることがなく、エンジンＥの近傍で正確な値を計測できる。さらに、第１実施形態では、２台のドップラ速度計１により計測されたエンジンＥの出力軸の回転速度（回転数）の平均値を求めることにより、エンジンＥ本体の振動（図２の例では上下方向の振動）による回転ノイズをキャンセルでき、正確な回転速度（回転数）が取得できる。そして、第１実施形態では、エンジンＥの出力軸の回転速度を用いた慣性補償制御を行っているため、従来技術のダイナモメータＤの回転速度（ダイナモ回転数）を用いた慣性補償制御のように慣性補償できる帯域が制限されることがない。そのため、エンジンＥの始動時の挙動の再現だけでなく、エンジンＥの爆発変動による回転変動までもが再現可能となる。その結果、第１実施形態によれば、従来技術と比べて、エンジンＥの各種特性を高精度に計測することができる。
《第２実施形態》
次に、本発明の第２実施形態のエンジン試験装置について図５を用いて説明する。ここで、図５は、本発明の第２実施形態のエンジン試験装置を構成するドップラ速度計の設置位置を示した模式図である。
尚、第２実施形態は、第１実施形態のエンジン試験装置Ｗからドップラ速度計１の設置位置を変更し、ダイナモ制御部４０が行うエンジンＥの回転数を算出する処理を一部変更したものであり、この変更点以外は第１実施形態と同じである。そのため、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分だけを説明する。また、第２実施形態では、第１実施形態と同じ符号を付している。
第２実施形態においても、第１実施形態と同様、２つのドップラ速度計１が設けられている。
具体的には、図５に示すように、第２実施形態では、２つのうちの一方のドップラ速度計１（説明の便宜上「第１のドップラ速度計１」という）が、シャフトＳの一端部（エンジンＥ側の端部）の近傍（図示する例では、シャフトＳの一端部の上方）に設置されている。第１のドップラ速度計１は、シャフトＳの一端部の側面に向けてレーザ光を照射してエンジンＥの出力軸の回転速度（回転数）を非接触で計測して制御装置３に送信するように構成されている。尚、第２実施形態においても、第１のドップラ速度計１が、エンジンＥの出力軸にレーザ光を照射して、エンジンＥの出力軸の回転速度を計測するようになっていても良い。
また、第２実施形態では、２つのうちの他方のドップラ速度計１（説明の便宜上「第２のドップラ速度計１」という）が、第１のドップラ速度計１と同一方向にレーザ光を照射できる位置であって且つエンジンＥの近傍（図示する例では、エンジンＥの一端部の上方）に設置されている。第２のドップラ速度計１は、エンジンＥの本体にレーザ光を照射してエンジンＥの本体の振動速度（レーザ光の照射方向と垂直で且つシャフトＳの回転方向と平行方向の（図中の左右方向）の振動速度）を非接触で計測して制御装置３に送信するように構成されている。尚、第２のドップラ速度計１は、シャフトＳに近い位置に設置されている。また、２台のドップラ速度計１は、同一方向にレーザ光を照射できる位置に設置されていれば、どの設置位置であってもかまわない（例えば、シャフトＳの下方や、左側（或いは右側）からレーザ光を照射する位置に設置されていてもよい）。
また、第２実施形態では、上述した図４のＳ１の処理を以下のように変更している。
具体的には、第２実施形態では、ダイナモ制御部４０の回転数取得部４１は、第１のドップラ速度計１から送信されたエンジンＥの出力軸の回転速度と、第２のドップラ速度計から送信されたエンジンＥの振動速度とを受信する。そして、回転数取得部４１は、受信したエンジンＥの出力軸の回転速度から、受信したエンジンＥの振動速度を減算した値をエンジンＥの出力軸の回転数として算出してローパスフィルタ部４２に出力する。尚、Ｓ２〜Ｓ６の処理は第１実施形態と同じである。
第２実施形態において、上記の構成を採用したのは以下の理由による。具体的には、上述しようように、第１のドップラ速度計１により計測された回転速度（回転数）には、エンジンＥ本体の振動（図５の例では左右方向の振動）による回転ノイズが含まれている。そのため、第２実施形態では、第１のドップラ速度計１と同一方向にレーザ光を照射する第２ドップラ速度計によりエンジン出力軸の回転方向の振動速度を計測し、第１のドップラ速度計１が計測した回転速度から、第２のドップラ速度計１が計測したエンジンＥの振動速度を減算することで、回転ノイズをキャンセルするようにしている。これにより、第２実施形態においても、正確なエンジンＥの出力軸の回転速度（回転数）を取得し、その回転速度（回転数）を用いてダイナモメータＤの動作を制御できるため、従来技術と比べて、エンジンＥの特性を高精度に計測することができる。
《第３実施形態》
次に、本発明の第３実施形態のエンジン試験装置について図６を用いて説明する。ここで、図６は、本発明の第３実施形態のエンジン試験装置を構成するドップラ速度計の設置位置を示した模式図である。
尚、第３実施形態は、第１実施形態のエンジン試験装置Ｗのように２つのドップラ速度計１を用いるのではなく、１台のドップラ速度計１と、１台の変位計８とを備えた構成に変更し、ドップラ速度計１が計測した計測値と、変位計８が計測した計測値とを用いて、エンジンＥの回転数を算出するように変更したものであり、この変更点以外は第１実施形態と同じである。そのため、第３実施形態では、第１実施形態と異なる部分だけを説明する。また、第３実施形態では、第１実施形態と同じ符号を付している。
図６に示すように、第３実施形態では、ドップラ速度計１が、シャフトＳの一端部（エンジンＥ側の端部）の近傍（図示する例では、シャフトＳの一端部の上方）に設置されている。このドップラ速度計１は、シャフトＳの一端部の側面に向けてレーザ光を照射してエンジンＥの出力軸の回転速度（回転数）を非接触で計測して制御演算装置３に送信するように構成されている。尚、第３実施形態においても、ドップラ速度計１が、エンジンＥの出力軸にレーザ光を照射し、エンジンＥの出力軸の回転速度を計測するようになっていても良い。
また、第３実施形態では、ドップラ速度計１が計測するシャフトＳの一端部の回転方向の変位（振動による変位）を非接触で計測して制御演算装置３に送信する変位計８が設けられている。この変位計８については特に限定しないが、例えば、変位計８には、シャフトＳの一端部の側面にレーザ光を照射して、レーザ光の照射部分の変位を計測するレーザ変位計を用いることができる。この場合、変位計８のレーザ光の照射方向と、ドップラ速度計１のレーザ光の照射方向とが直角（９０°）になるように、変位計８及びドップラ速度計１を設置するものとする。
尚、ドップラ速度計１及び変位計８は、いずれも、シャフトＳの一端部の側面にレーザ光を照射する位置であり、且つ変位計８のレーザ光の照射方向と、ドップラ速度計１のレーザ光の照射方向とが直角（９０°）になるように設置されていればどの設置位置であってもかまわない（例えば、ドップラ速度計１が下方からレーザ光を照射する位置に設置されていてもよい）。
また、第３実施形態では、上述した図４のＳ１の処理を以下のように変更している。
具体的には、第３実施形態では、ダイナモ制御部４０の回転数取得部４１は、ドップラ速度計１が計測したエンジンＥの出力軸の回転速度（回転数）と、変位計８が計測したシャフトＳの回転方向の変位（振動による変位）とを受信する。そして、回転数取得部４１は、変位計８から送信された変位を微分した速度を回転ノイズとして算出し、ドップラ速度計１から送信されたエンジンＥの出力軸の回転速度（回転数）から、算出した回転ノイズを減算した値をエンジンＥの回転数として算出してローパスフィルタ部４２に出力する。尚、Ｓ２〜Ｓ６の処理は第１実施形態と同じである。
第３実施形態において、上記の構成を採用したのは以下の理由による。具体的には、上述したように、ドップラ速度計１により計測された回転速度には、エンジンＥ本体の振動による回転ノイズが含まれている。そのため、第３実施形態では、ドップラ速度計１の計測部におけるシャフトＳの回転方向の変位を非接触で計測する変位計８を設けている。また、変位計８が計測した回転方向の変位を微分して求めた速度を回転ノイズとして算出し、ドップラ速度計１から送信されたエンジンＥの回転速度から回転ノイズを減算することで、回転ノイズを取り除き、正確な回転速度を得るようにしている。これにより、第３実施形態においても、正確なエンジンＥの出力軸の回転速度を取得することができ、正確なエンジンＥの回転速度を用いたダイナモメータＤの動作を制御できるため、従来技術と比べて、エンジンＥの特性を高精度に計測することができる。
尚、第３実施形態では、変位計８による計測対象をシャフトＳではなくエンジンＥ本体に変更し、変位計８にエンジンＥ本体の変位を計測させてもよい。この場合には、制御装置３が、計測されたエンジンＥの変位を微分した速度を回転ノイズとして算出し、ドップラ速度計１から送信されたエンジンＥの出力軸の回転速度（回転数）から、算出した回転ノイズを減算した値をエンジンＥの回転数として求めるようにする。
《第４実施形態》
次に、本発明の第４実施形態のエンジン試験装置について図７を用いて説明する。ここで、図７は、本発明の第４実施形態のエンジン試験装置を構成するドップラ速度計の設置位置を示した模式図である。
尚、第４実施形態は、第１実施形態のエンジン試験装置Ｗのように２つのドップラ速度計１を用いるのではなく、１台のドップラ速度計１だけを備えた構成に変更し、１台のドップラ速度計１が計測した回転速度（回転数）を用いて慣性補償制御を行うようにしたものであり、この変更点以外は第１実施形態と同じである。そのため、第４実施形態では、第１実施形態と異なる部分だけを説明する。また、第４実施形態では、第１実施形態と同じ符号を付している。
図７に示すように、第４実施形態では、１台のドップラ速度計１が、シャフトＳの一端部（エンジンＥ側の端部）の近傍に設置されている。このドップラ速度計１は、シャフトＳの一端部の側面に向けてレーザ光を照射してエンジンＥの出力軸の回転速度（回転数）を非接触で計測して制御装置３に送信するように構成されている。尚、第４実施形態においても、ドップラ速度計１が、エンジンＥの出力軸にレーザ光を照射し、エンジンＥの出力軸の回転速度を計測するようになっていても良い。
また、第４実施形態では、上述した図４のＳ１の処理を以下のように変更している。
具体的には、第４実施形態では、ダイナモ制御部４０の回転数取得部４１は、ドップラ速度計１から送信されたエンジンＥの出力軸の回転速度を受信すると、その受信した回転速度をローパスフィルタ部４２に出力している。尚、Ｓ２〜Ｓ６の処理は第１実施形態と同じである。
このように、第４実施形態においても、上述した第１実施形態と同様、非接触でエンジンＥの出力軸の回転速度（回転数）を計測しているため、エンジンＥの熱の影響を受けることがなく、エンジンＥの近傍における正確な値を計測できる。そして、第４実施形態では、正確に計測されたエンジンＥの出力軸の回転速度を用いた慣性補償制御を行っているため、従来技術のダイナモメータＤの回転速度（ダイナモ回転数）を用いた慣性補償制御のように慣性補償できる帯域が制限されることがない。その結果、第４実施形態によれば、従来技術と比べて、エンジンＥの特性を高精度に計測することができる。
以上、説明したように、本発明の実施形態（第１〜第４実施形態）によれば、エンジンの特性を高精度に計測することができるエンジン試験装置Ｗを提供することができる。
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、上述した実施形態（第１〜第４実施形態）では、ドップラ速度計１により計測されたエンジンＥの出力軸の回転数を用いて慣性補償制御を行っているが特にこれに限定されるものではない。ドップラ速度計１により計測されたエンジンＥの回転速度（回転数）は、慣性補償制御以外の制御にも利用される。
また、上述した実施形態（第１〜第４実施形態）では、エンジンＥの出力軸の回転速度（回転数）をドップラ速度計１により計測しているが特にこれに限定されるものではない。回転するシャフトＳの回転速度（回転数）を非接触で計測できる機器であれば、ドップラー速度計１以外の機器であっても本発明に適用される。
Ｗ…エンジン試験装置
Ｅ…エンジン
Ｓ…シャフト
Ｄ…ダイナモメータ
１…ドップラ速度計
２…スロットルアクチュエータ
３…制御演算装置(制御装置)
４…インバータ
５…軸トルク計
６…ダイナモ回転計
８…変位計
３０…エンジン制御部
４０…ダイナモ制御部
４１…回転数取得部
４２…ローパスフィルタ部
４３…共振補正処理部
４４…位相補正処理部
４５…トルク指令生成処理部
４６…ダイナモ回転数制御処理部
４７…受信部
４８…送信部

Claims (4)

  1. エンジンにシャフトを介して連結されたダイナモメータと、前記エンジン及び前記ダイナモメータの動作を制御する制御装置とを備えたエンジン試験装置であって、
    前記シャフトは、その一端部が前記エンジンの出力軸に連結され、その他端部が前記ダイナモメータの回転軸に連結されており、
    前記シャフトの一端部或いは前記エンジンの出力軸にレーザ光を照射し該エンジンの出力軸の回転速度を非接触で計測して前記制御装置に送信するドップラ速度計を有し、
    前記制御装置は、前記ドップラ速度計から送信された前記回転速度を用いて前記ダイナモメータの動作を制御することを特徴とするエンジン試験装置。
  2. エンジンにシャフトを介して連結されたダイナモメータと、前記エンジン及び前記ダイナモメータの動作を制御する制御装置とを備えたエンジン試験装置であって、
    前記シャフトは、その一端部が前記エンジンの出力軸に連結され、その他端部が前記ダイナモメータの回転軸に連結されており、
    前記シャフトの一端部或いは前記エンジンの出力軸に対して向かい合うように相対向して配置された一対のドップラ速度計を有し、
    一対の前記ドップラ速度計は、それぞれ、前記シャフトの一端部或いは前記エンジンの出力軸にレーザ光を照射して該エンジンの出力軸の回転速度を非接触で計測し前記制御装置に送信し、
    前記制御装置は、一対の前記ドップラ速度計からそれぞれ送信されたエンジンの出力軸の回転速度から該回転速度の平均値を算出し、該回転速度の平均値を用いて前記ダイナモメータの動作を制御することを特徴とするエンジン試験装置。
  3. エンジンにシャフトを介して連結されたダイナモメータと、前記エンジン及び前記ダイナモメータの動作を制御する制御装置とを備えたエンジン試験装置であって、
    前記シャフトは、その一端部が前記エンジンの出力軸に連結され、その他端部が前記ダイナモメータの回転軸に連結されており、
    前記シャフトの一端部或いは前記エンジンの出力軸にレーザ光を照射して該エンジンの出力軸の回転速度を非接触で計測して前記制御装置に送信する第１ドップラ速度計と、
    前記エンジン本体にレーザ光を照射して該レーザ光の照射方向と垂直で且つ前記シャフトの回転方向と平行方向の該エンジン本体の振動速度を非接触で計測し前記制御装置に送信する第２ドップラ速度計とを有し、
    前記第１、第２ドップラ速度計は、同一方向にレーザ光を照射するように配置されており、
    前記制御装置は、前記第１ドップラ速度計から送信されたエンジンの回転速度から、前記第２ドップラ速度計から送信された前記エンジン本体の振動速度を減算した値を算出し、該算出した値を用いて前記ダイナモメータの動作を制御することを特徴とするエンジン試験装置。
  4. エンジンにシャフトを介して連結されたダイナモメータと、前記エンジン及び前記ダイナモメータの動作を制御する制御装置とを備えたエンジン試験装置であって、
    前記シャフトは、その一端部が前記エンジンの出力軸に連結され、その他端部が前記ダイナモメータの回転軸に連結されており、
    前記シャフトの一端部或いは前記エンジンの出力軸にレーザ光を照射して該エンジンの出力軸の回転速度を非接触で計測して前記制御装置に送信するドップラ速度計と、
    前記ドップラ速度計が計測する前記シャフトの一端部における該シャフトの回転方向の変位を非接触で計測して前記制御装置に送信する変位計とを有し、
    前記制御装置は、前記変位計から送信された回転方向の変位を微分した速度を回転ノイズとして算出し、前記第１ドップラ速度計から送信されたエンジンの出力軸の回転速度から前記回転ノイズを減算した値を算出し、該算出した値を用いて前記ダイナモメータの動作を制御することを特徴とするエンジン試験装置。
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