KR20080014729A - 엔진 계측 장치 - Google Patents

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KR20080014729A
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가부시키가이샤 에이 앤 디
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Abstract

(과제) 단시간에 엔진의 기계 손실을 구하는 엔진 계측 장치를 제공한다.
(해결 수단) 엔진 제어부 (3) 의 제어에 의해 엔진 (10) 을 연소 구동시킨 상태에서, 엔진 (10) 의 회전수와 축 토크를 적어도 포함하는 시계열 데이터를 각각 과도 상태에서 계측하는 검출기 (2) 와, 회전수 및 축 토크의 시계열 데이터에 기초하여, 엔진 토크를 산출하는 토크 연산부 (64) 와, 엔진 토크를 회전수 및 상기 연료 분사 시간의 함수가 되도록 모델화하는 모델 연산부 (66) 를 구비하고, 상기 모델로부터, 엔진의 연소 구동에 의해 발생한 연료 토크와, 엔진 토크와, 상기 연료 토크의 차분인 기계 손실 토크 산출하는 것을 특징으로 한다.
시계열 데이터, 회전수, 엔진 토크, 연료 토크, 기계 손실 토크

Description

엔진 계측 장치{ENGINE MEASUREMENT DEVICE}
본 발명은, 자동차 엔진의 기계 손실을 계측하는 엔진 계측 장치에 관한 것이다.
최근, 개발·제조된 자동차 엔진이 소정의 성능을 구비하고 있는지를 평가하기 위해서, 시험 대상 (對象) 이 되는 엔진을 대상 (臺上) (엔진 벤치) 에 장착하고, 엔진의 출력축에 토크계 및 회전수계를 통하여 다이너모미터를 접속하고, 다이너모미터를 구동시켜 엔진 단체의 성능을 측정·평가하는 대상 시험이 행해지고 있다.
이 대상 시험 시스템에 관한 출원예로서는, 1. 엔진-다이너모미터를 관성계로 하고, 이것을 모델화한「엔진 벤치 시스템 (일본 공개특허공보 2003-207424호)」, 2. 엔진-다이너모 제어계의 관성계가 갖는 기계 파라미터를 사용하여, 제어계를 모델화한「엔진 벤치 시스템 (일본 공개특허공보 2003-207422호)」, 3. 엔진의 스로틀 밸브에 와이어를 통하여 액츄에이터를 연결하여, 액츄에이터 위치 지령으로부터 토크 추정값을 얻을 때까지의 제어 대상을 모델화한「자동차 엔진 시험 장치 (일본특허 제 3489241호)」등이 있다.
엔진의 성능 평가에 있어서, 엔진의 기계 손실을 계측하는 것은, 연비 향상 이나, 고도의 ECU 제어를 위해서도 요망되고 있는 것이다.
여기서, 기계 손실이란, 엔진의 연소 구동에 의해 발생하는 연료 토크 (입력) 와, 실제로 엔진을 구동시키는 힘이 된 엔진 토크 (출력) 의 차이이며, 피스톤 및 피스톤링과 실린더간의 마찰 손실, 크랭크축 및 캠축 등의 베어링 마찰 손실, 캠-캠 팔로어간의 마찰 손실, 및 올터네이트, 펌프, 디스트리뷰터 등의 보기 (補機)의 구동 손실 등의 마찰 손실, 측정상 분리할 수 없는 엔진의 펌프 손실 (펌핑 로스), 열손실 등, 엔진의 연소 구동에 공헌하지 않는 토크를 총칭한 것이다.
그래서 종래에는, 특허 문헌 1 에 나타내는 시스템에 있어서, 엔진의 기계 손실을 측정하고 있었다. 특허 문헌 1 에 나타내는 기계 손실 토크 측정 시스템에서는, 엔진 (20) 을 모터 (30 ; 다이너모미터) 에 접속하고, 엔진을 연소시키지 않고, 모터 (30) 의 토크를 동일 조건 (엔진 회전수, 엔진 유온을 각각 일정하게 함) 으로 하여 여러 차례 측정하고 있다. 또한, 이와 같이 회전수 등의 조건을 일정하게 한 상태 (정상 상태) 에서 토크를 측정하는 방법의 시험은 일반적으로, 정상 시험이라고 불리고 있다.
또한, 정상 시험에 의해 기계 손실이나 엔진 토크를 구하는 장치에 대해서는, 특허 문헌 2 나 특허 문헌 3 에도 나타나고 있다.
그러나, 이러한 측정 시스템에는, 이하에 설명하는 기술적인 과제가 있었다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2002-267552호
특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 2002-206453호
특허 문헌 3 : 일본특허 제3489241호
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
특허 문헌 1 ∼ 특허 문헌 3 에 기재된 측정 시스템에서는, 회전수 등의 조건이 일정해진 정상 상태에서 측정이 행해질 필요가 있다.
여기서, 회전수에 한정하지 않고, 대부분의 물리 현상에 있어서는, 과도 상태 (값이 일정값으로 안정되지 않고 진폭을 반복하는 상태) 를 거쳐 정상 상태로 이행하는 것이 일반적이고, 엔진의 토크 측정의 경우에도, 회전수가 정상 상태에 정착하기까지는 수십 초의 시간이 걸린다.
따라서, 엔진 성능 평가에 필요한 회전수·스로틀 개도마다의 토크 데이터를 모두 획득하기 위해서는, 며칠의 기간을 필요로 하였다. 또한, 엔진 성능 평가에 필요한 항목은 엔진 토크나 기계 손실에 한정하지 않고, 수백 항목에 걸친 시험이 행해지기 때문에, 이 중 1 항목이라도 빨리 측정 데이터를 취득하는 것이 요망되고 있었다.
본 발명은, 이러한 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 엔진의 기계 손실을 종래의 정상 시험 방법에 따르지 않고, 각 측정 데이터가 정상 상태에 정착하기 전의 과도 상태에 있어서의 기간에, 단시간에 구하는 엔진 계측 장치를 제공하는 것에 있다.
또 본 발명을 실현 가능하게 한 기술 배경으로서는, 다채널의 계측 데이터를 고속·고분해능으로 취득하는 것에 추가하여, 시간축 동기 신호로서 저장하고, 로우 패스 필터에 의한 고주파 성분의 제거·채널간의 계측 시간 지연의 시간축 보정·역전달 함수 보정 등을 가능하게 한 디지털 처리용의 반도체 디바이스의 진보가 큼과 함께, 이들을 과도 측정에 응용하는 것에 있다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 이러한 엔진 계측 장치는, 자동차 엔진과 상기 엔진에 접속된 부하에 의해 행해지는 대상 시험으로 엔진 성능을 계측하는 엔진 계측 장치에 있어서, 상기 엔진 계측 장치는, 상기 엔진의 연료 분사 시간을 제어하는 엔진 제어부와, 상기 엔진 제어부의 제어에 의해 상기 엔진을 연소 구동시킨 상태에서, 상기 엔진의 회전수와, 상기 엔진과 부하 사이에서 검출되는 축 토크를 적어도 포함하는 시계열 데이터를 각각 과도 상태에서 계측하는 검출기와, 상기 회전수 및 축 토크의 시계열 데이터에 기초하여, 상기 엔진의 실제의 구동력이 된 엔진 토크를 산출하는 토크 연산부와, 상기 엔진 토크를 상기 회전수 및 상기 연료 분사 시간 등의 엔진 파라미터를 이용하여 모델화하는 모델 연산부를 구비하고, 상기 모델로부터, 상기 엔진의 연소 구동에 의해 발생한 연료 토크와, 상기 엔진 토크와 상기 연료 토크의 차분인 기계 손실 토크를 구하도록 했다.
이러한 구성에 의하면, 엔진의 기계 손실을 종래의 정상 시험 방법에 따르지 않고, 각 측정 데이터가 정상 상태에 정착하기 전의 과도 상태에 있어서의 기간에, 단시간에 구하는 것이 가능해진다.
또한, 종래에는, 기계 손실 토크를 구할 때, 엔진을 연소 구동시키지 않고 시험을 행하고 있었기 때문에, 입력 요인으로서의 연료 토크를 측정하는 것이 불가능하여, 엔진 연소 구동시의 정확한 기계 손실을 구하고 있다고는 하기 어려웠다. 그러나, 본 발명에 의해, 엔진의 연소 구동시의 엔진 토크를 연료 토크와 기계 손실 토크로 분리하여 산출하고, 게다가, 과도 데이터를 이용하여 단시간에 산출할 수 있으므로, 이것을 연비 향상을 위한 ECU 제어의 정밀도 향상 등, 엔진 제어에 유용하게 쓰는 것이 가능해진다.
또, 자동차 엔진과 상기 엔진에 접속된 외부 구동 수단에 의해 행해지는 대상 시험으로 엔진 성능을 계측하는 엔진 계측 장치에 있어서, 상기 엔진 계측 장치는, 상기 엔진의 스로틀 개도를 제어하는 엔진 제어부와, 상기 외부 구동 수단을 제어하는 외부 구동 수단 제어부와, 상기 엔진 제어부와 외부 구동 수단 제어부의 제어에 의해, 상기 외부 구동 수단을 구동시킨 비연소 구동 상태에서, 상기 엔진의 회전수와, 상기 엔진과 외부 구동 수단 사이에서 검출되는 축 토크를 적어도 포함하는 시계열 데이터를 각각 과도 상태에서 계측하는 검출기와, 상기 회전수 및 축 토크의 시계열 데이터에 기초하여, 상기 엔진의 실제의 구동력이 된 엔진 토크를 상기 비연소 구동시에 발생한 기계 손실 토크로서 산출하는 토크 연산부와, 상기 기계 손실 토크를 상기 엔진의 회전수, 엔진 유온, 흡입 공기량 등의 엔진 파라미터를 이용하여 모델화하는 모델 연산부를 구비하고, 상기 모델로부터 상기 기계 손실 토크를 상기 엔진 파라미터마다 산출하도록 했다.
이러한 구성에 의하면, 엔진의 기계 손실을 종래의 정상 시험 방법에 따르지 않고, 각 측정 데이터가 정상 상태에 정착하기 전의 과도 상태에 있어서의 기간에서, 단시간에 구하는 것이 가능해진다.
또한, 기계 손실 토크를 엔진 파라미터마다 분리하여 산출 가능하기 때문에, 어느 엔진 파라미터를 기계 손실의 모델화시에 취입할지의 여부는, 시험·평가의 목적에 맞추어 임의로 선택이 가능해지고, 시험·평가의 유연성이 높아진다.
또, 상기 모델은, 상기 엔진 파라미터의 함수여도 된다.
함수화함으로써, 엔진 파라미터마다의 기계 손실 토크가 용이하게 산출된다.
또, 상기 산출된 엔진 토크와, 기계 손실 토크와, 연료 토크와, 상기 엔진 파라미터 중 어느 2 개 이상의 관계를 표시하는 표시부를 구비하고 있어도 된다.
이러한 구성에 의하면, 각 토크나 엔진 파라미터의 관계가 시각적으로 일목 요연하게 파악되어, 엔진 성능의 단시간 평가, ECU 제어의 정밀도 향상에 공헌하게 된다.
또, 상기 토크 연산부는, 상기 회전수의 시계열 데이터를 시간 미분하는 것을 포함하는 연산 처리를 행하는 것에 의해, 상기 엔진 토크를 산출해도 된다.
이러한 구성에 의하면, 회전수가 정상 상태로 정착하는 것을 기다린 후 엔진 토크를 산출하고 있던 종래의 엔진 계측 장치와 비교하여, 과도 데이터로부터 엔진 토크를 산출하므로, 산출 시간이 대폭 단축된다.
상기 토크 연산부는, 상기 시계열 데이터에 포함되는 관성 모멘트의 영향을 제거하는 필터 처리부를 구비하고, 상기 필터 처리부는, 상기 시계열 데이터의 주파수 분석을 실시하고, 저주파 성분과 고주파 성분으로 분리하여, 로우 패스 필터를 통해 고주파 성분을 제거해도 된다.
본 발명에서 사용하는 과도 데이터에 중첩하는 고주파 성분은, 간단하게 평균화 처리를 실시하면, 상쇄되어 제로가 되고, 본래 평가에 사용되어야 할 데이터와는 상이한 데이터가 되어, 정당한 평가를 실시할 수 없게 되기 때문에, 과도 데이터를 저주파수와 고주파수로 분리하여 불필요한 성분을 제거하는 수법은, 과도 데이터의 분석, 처리에 빠뜨릴 수 없는 기술이다.
또, 모델 연산부는, 회전수 N 과 연료 분사 시간 FT 를 엔진 파라미터로 하여, 엔진 토크 Te = (Kf1 * (FT)2 +Kf2 * (FT)) + (Km1 * (N) + Km2) 의 함수에 합치하기 위해, 정수 Kf1, Kf2, Km1, Km2 를 결정하도록 해도 된다.
이와 같이 청구항 1 에 기재된 모델 연산부는, 함수에 의해 엔진 토크를 모델화할 수도 있다.
또, 기계 손실 토크 Tm = -(Km1 * (N) + Km2) 로 해도 된다.
다음과 같이, 엔진 토크를 회전수와 연료 분사 시간의 함수 모델로 함으로써, 회전수에 의존하는 항을 기계 손실 토크로 간주할 수 있다.
또, 모델 연산부는, 회전수 N 을 엔진 파라미터로 하여, 기계 손실 토크 Tmm 을 회전수 N 의 1 차 근사식 또는 2 차 근사식으로 나타내도 된다.
이와 같이 청구항 2 에 기재된 모델 연산부는, 엔진 토크를 회전수의 함수 모델로 함으로써, 상기 함수 모델을 그대로 기계 손실 토크로 간주할 수 있다.
또, 청구항 1 에 기재된 엔진 계측 장치에서 산출된 기계 손실 토크 Tm 의 모델과, 청구항 2 에 기재된 엔진 계측 장치에서 산출된 기계 손실 토크 Tmm 의 모델을 비교하여, 각 기계 손실 토크의 타당성, 정합성을 검증해도 된다.
상세하게는, 기계 손실 토크 Tm 과 기계 손실 토크 Tmm 을 각각 회전수 N 의 1 차 근사식으로서 모델화하고, 회전수 N 의 계수끼리를 비교함으로써, 각 기계 손실 토크의 타당성, 정합성을 검증할 수 있다.
기계 손실 토크 Tm 과 Tmm 은, 엔진을 연소시키는지의 여부에 대한 시험 조건의 차이로 인해, 그 내용이 상이하지만, 비교를 통하여 양자의 타당성, 정합성의 검증이 가능해진다. 이로써, Tm 과 Tmm 을 동일한 차원의 데이터로서 취급할 수 있으므로, 상이한 시험에 의해서, 내역이 상이한 기계 손실 데이터를 적절하게 조합하여, 엔진 해석에 이용할 수 있게 된다.
또, 상기 기계 손실 토크 Tm 과 기계 손실 토크 Tmm 의 감산을 통하여, 상기 엔진의 연소에 기인하는 기계 손실 토크를 산출해도 된다.
기계 손실 토크 Tm 에는, 연소에 기인하는 기계 손실 토크 외에, 기구 부품에 기인하는 기계 손실 토크 등, 모든 기계 손실이 포함되어 있기 때문에, 정합성이 취해진 기계 손실 토크 Tm 과 기계 손실 토크 Tmm 을 이용하여, 지금까지 계측할 수 없었던 연소에 기인하는 기계 손실 토크만을 추출할 수 있게 된다.
발명의 효과
본 발명에 관련된 엔진 계측 장치에 있어서, 엔진의 기계 손실을 종래의 정상 시험 방법에 따르지 않고, 각 측정 데이터가 정상 상태에 정착하기 전의 과도 상태인 기간에서, 단시간에 구하는 것이 가능해진다.
또한, 종래에는, 기계 손실 토크를 구할 때, 엔진을 연소 구동시키지 않고 시험하였기 때문에, 입력 요인으로서의 연료 토크를 측정하는 것이 불가능하여, 엔진 연소 구동시의 정확한 기계 손실을 구하기 어려웠다. 그러나, 본 발명에 의해, 엔진 연소 구동시의 엔진 토크를 연료 토크와 기계 손실 토크로 분리하여 산출하고, 게다가, 과도 데이터를 이용하여 단시간에 산출할 수 있었으므로, 이것을 연비 향상을 위한 ECU 제어의 정밀도 향상 등, 엔진 제어에 유용하게 쓰는 것이 가능해진다.
또, 비연소 구동시에 기계 손실을 구하는 경우에는, 기계 손실 토크를 엔진 파라미터마다 분리하여 산출 가능하기 때문에, 어느 엔진 파라미터를 기계 손실의 모델화시에 받아들일지의 여부는, 시험·평가의 목적에 맞추어 임의로 선택할 수 있게 되어, 시험·평가의 유연성이 높아진다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서, 첨부 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 도 1 은, 본 실시예의 엔진 계측 장치 (1) 의 개략 접속 구성을 나타내는 도면이고, 엔진 계측 장치 (1) 는, 시험 대상인 자동차 엔진 (10), 엔진 (10) 에 접속된 다이너모미터 (12), 엔진 (10) 및 다이너모미터 (12) 를 고정하는 발판 (架臺) (엔진 벤치 ; 14) 를 구비한다.
또한, 엔진 계측 장치 (1) 를 이용한 시험 방법에는, 엔진 (10) 에 연료를 공급하여 엔진 (10) 을 연소 구동시킨 상태에서 엔진 성능을 계측하는 파이어링 시험과, 연료를 공급·연소시키지 않고 엔진 (10) 의 비연소 구동 상태, 즉, 다이너모미터 (12) 를 구동시킨 상태에서 엔진 성능의 계측을 행하는 모터링 시험의 2 종류의 시험 방법이 있는데, 본 실시예에서는, 먼저, 엔진 계측 장치 (1) 를 파이어링 시험에 이용한 경우에 대해서 설명한다.
이 엔진 계측 장치 (1) 는, 엔진 (10) 이외의 실기 부분 (트랜스미션, 타이어 등) 을 접속하지 않고 엔진 (10) 단체에서의 성능 측정·평가를 행하는 대상 시험에서 사용된다.
본 실시예에서는, 엔진 (10) 의 출력축에는, 유니버셜 조인트 (16a) 등의 연결 수단을 통하여 토크 전달축 (16) 의 일단이 접속되어 있고, 토크 전달축 (16) 의 타단에는 회전수 검출기 (타코미터), 토크미터 등의 각종 검출기 (2) 가 접속되어, 검출기 (2) 를 통하여 다이너모미터 (12) 에 접속하고 있다.
본 실시예의 다이너모미터 (12) 는, 엔진 (10) 의 저속 회전으로부터 최대 능력에서의 고속 회전까지의 급격한 회전수의 변화가 발생했을 경우에도 각 회전수에 따라, 검출기 (2) 로부터 안정적인 출력을 얻는 것이 가능하도록, 저관성 다이너모미터를 채용하고 있다.
또한, 본 실시예에서는, 토크 전달축 (16) 과 다이너모미터 (12) 에 개재하는 검출기 (2) 에 있어서 토크를 검출하는 것으로 하는데, 다이너모미터 (12) 의 출력으로부터 토크를 검출하는 것도 가능하다. 또, 토크 전달축 (16) 에는, 검출기 (2) 외에, 클러치, 변속기, 각종 연결 수단 등이 대상 시험의 목적에 따라 삽입되어 있어도 된다.
또, 본 실시예에서 사용하는 다이너모미터 (12) 는, 저관성 다이너모미터이며, 다이너모미터 (12) 에서 검출되는 부하 토크와, 검출기 (2) 에서 검출되는 축 토크 Td 는 실질적으로 동일하기 때문에, 이하에 있어서 부하 토크와 축 토크 Td 는 동일한 의미인 것으로 한다. 또, 본 명세서 중, 다이너모미터 (12) 에서 검출되는 부하 토크는, 엔진 (10) 과 다이너모미터 (12) 사이에서 검출되는 축 토크 Td 에 포함되는 것으로 한다.
또한, 엔진 계측 장치 (1) 는, 엔진 제어부 (3), 중앙 제어부 (5), 신호 처리부 (6), 표시부 (7) 를 구비하고 있다.
엔진 제어부 (3) 는, 엔진 (10) 에 접속되고, 본 실시예의 파이어링 시험시에 엔진 (10) 의 스로틀 개도 (S), 연료 분사 시간 FT 를 제어하는 수단이다. 또한, 엔진 제어부 (3) 가 엔진 ECU 내에 포함되어 있어도 된다.
파이어링 시험의 경우에는, 엔진 제어부 (3) 가 엔진 (10) 에 소정의 연료 분사 시간 FT 를 주는 것에 의해, 엔진 (10) 은 연소하고, 내부의 실린더에서 폭발한 연료의 힘을 피스톤이 받아들여 피스톤의 상하 운동을 토크 전달축 (16) 을 통하여 다이너모미터 (12) 에 전달하고, 다이너모미터 (12) 의 회전 운동으로 바꾼다. 즉, 엔진 (10) 의 회전수 N 은, 엔진 제어부 (3) 가 연료 분사 시간 FT 를 제어함으로써 얻어지는 것이다. 또한, 회전수 N 은, 검출기 (2) 외에, 엔진 (10) 이나 다이너모미터 (12) 에 설치된 타코미터 (도시 생략) 로서도 검출 가능하다. 또, 본 실시예의 파이어링 시험시에는, 다이너모미터 (12) 가 부하의 역할을 하고 있다.
중앙 제어부 (5) 는, 엔진 제어부 (3), 후술하는 신호 처리부 (6), 표시부 (7) 의 제어를 행하는 수단이다. 또한, 중앙 제어부 (5) 는, 예를 들어, 도시하지 않은 조작 입력부로부터의 지시에 기초하여 동작하는 것이어도 된다. 또, 중앙 제어부 (5) 와 엔진 제어부 (3) 가 ECU 가 되어 있어도 된다.
본 실시예의 중앙 제어부 (5) 는, 엔진 (10) 의 제어 과정에 있어서, 일정값으로 안정적이지 않은 과도 상태의 회전수 N 의 시계열 데이터와, 이 과도 상태의 기간에 변화하는 축 토크 Td 의, 2 종류 이상의 시계열 데이터가 검출기 (2) 로부터 계측되도록, 엔진 제어부 (3) 를 제어한다.
신호 처리부 (6) 는, 자세한 것은 도 1 에 나타내는 바와 같이, 측정부 (60), 메모리 (62), 토크 연산부 (64), 모델 연산부 (66) 를 구비하고 있고, 중앙 제어부 (5) 의 지령에 기초하여 동작한다. 또한, 신호 처리부 (6) 나 표시부 (7) 를 제어하는 제어부가, 엔진 제어부 (3) 를 제어하는 중앙 제어부 (5) 와 별도로 준비되어 있어도 된다.
측정부 (60) 는, 중앙 제어부 (5) 가 엔진 제어부 (3) 의 제어를 실시해, 미리 결정된 시험 조건 하에서 시험이 행해지는 동안에 검출기 (2) 로부터 얻어진 측정 데이터, 즉, 회전수 N, 축 토크 Td 의 시계열 데이터 및, 동 기간에 엔진 제어부 (3) 로부터 엔진 (10) 에 부여된 스로틀 개도 (S), 연료 분사 시간 FT 의 시계열 데이터를 측정하여 입력하는 수단이다.
또한, 스로틀 개도 (S), 연료 분사 시간 FT 의 시계열 데이터는 엔진 제어부 (3) 로부터가 아니고, 중앙 제어부 (5) 로부터 직접 입력되어도 되고, 엔진 (10) 에 설치된 스로틀 개도 검출기, 연료 분사 시간 카운터 등의 검출기로부터 입력되어도 된다. 또, 상기 시계열 데이터의 외에, 평가 항목에 따라, 연료의 유온이나 흡입 공기량의 시계열 데이터가 측정부 (60) 에 입력되어도 된다.
측정부 (60) 는, 측정 데이터가 아날로그 신호인 경우에는, A/D 변환기를 구비하고 있고, 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 측정 데이터가 디지털 신호인 경우에는 A/D 변환기는 불필요하지만, 어쨌든, 입력되는 복수의 측정 데이터는, 토크 연산부 (64) 에서의 처리를 위해, 서로 시간적 동기가 취해져 있을 필요가 있다.
메모리 (62) 는, 측정부 (60) 에 입력된 측정 데이터 및 후술하는 토크 연산부 (64), 모델 연산부 (66) 에서 연산된 데이터를 일시 저장하는 수단이다.
토크 연산부 (64) 는, 측정된 회전수 N 과 축 토크 Td 의 과도 상태의 시계열 데이터로부터, 엔진 토크 Te 를 구하는 수단이다.
본래, 순수한 엔진 단체 성능을 나타내고, 실제의 엔진 구동에 공헌한 엔진 토크 Te 와, 종래부터 측정되어온 축 토크 Td 사이에는, Te = Td - I * dN / dt (I : 엔진 (10), 엔진 (10) 으로부터 다이너모미터 (12) 에 대한 전달계, 다이너모미터 (12) 를 포함하는 회전축의 관성 모멘트) 의 관계가 있다. 즉, 축 토크 Td 에는, 플라이 휠 등, 토크 전달계의 관성 성분이 포함되어 있어, 진정한 엔진 성능 평가에는 이용할 수 없었다.
그 때문에, 종래, 엔진 토크 Te 는, 다이너모미터 (12) 를 이용한 대상 시험시에는, 정상 상태 (회전수 N 의 미분항이 0 으로 간주되는 상태) 에 있어서 축 토크 Td 를 측정함으로써 구해지고 있었는데, 상기 서술한 바와 같이, 정상 상태에 정착하려면 시간이 걸리기 때문에, 계측 시간의 단축을 위해, 축 토크 Td 와 회전수 N 의 과도 데이터를 취득하고, 이로써 진정한 엔진 평가에 사용되는 엔진 토크 Te 를 산출하고자 하는 것이, 본 발명의 특징의 하나이다.
상세하게는, 측정된 회전수 N 의 시계열 데이터에 기초하여 엔진 토크 Te 의 보정 데이터 (= I * dN / dt) 를 구하고, 또한, 시계열 데이터의 동일 시간마다, 축 토크 Td 와 상기 보정 데이터의 감산을 행하여, 엔진 토크 Te (= Td - I * dN / dt) 를 구한다.
또한, 관성 모멘트 (I) 의 값은, 관성을 미리 알고 있는 경우에는 그 이미 알려진 값을 이용하지만, 관성이 불분명한 경우에는 추정할 필요가 있다. 관성의 추정 방법은, 엔진을 다이너모미터에 접속한 상태에서, 엔진 혹은 다이너모미터를 구동하고, 회전수 N 을 최소 → 최대 → 최소와 같이 변화시켜 토크 T 를 측정하고, 회전수 N 이 최대로 된 부근에서, 토크 T = I * dN / dt + 정수라는 모델을 작성하여 이것에 의해 I 를 추정한다. 추정시에는 온도의 영향을 고려하는 것이 바람직하다. 또한, 후자의 실시예에 있어서는, 파이어링 시험, 모터링 시험을 불문하고, 추정에 의해 얻어진 I = 0.17㎏㎡ 를 사용하는 것으로 한다.
이와 같이, 본 발명의 엔진 계측 장치 (1) 에서는, 회전수 N 이 정상 상태에 정착하는 것을 기다리지 않고, 일정값으로 안정적이지 않은 과도 상태에 있어서의 측정 데이터 (과도 데이터) 를 이용하여, 회전수 N 의 시간 미분을 연산하고, 이것에 관성 모멘트 (I) 를 곱하여 보정 데이터를 얻고, 축 토크 Td 로부터 상기 보정 데이터를 동일 시간마다 감산하여 엔진 토크 Te 를 산출하므로, 종래와 비교하여 엔진 토크 Te 의 산출 시간이 대폭 단축되는 것이다.
모델 연산부 (66) 는, 산출된 엔진 토크 Te 의 시계열 데이터를 회전수 N, 연료 분사 시간 FT 등의 엔진 파라미터를 이용하여 모델화하는 수단이다. 또한, 모델화 이전에, 필터 (노이즈 제거), 신호 레벨 정합, 계측에 의해 발생한 시간 지연에 수반하는 상호 데이터간의 시간축 정합 등의 제 1 차 데이터 보정 처리가 행해지고 있는 것이 바람직하다.
모델화에 대해서, 이하 상세히 서술한다. 모델화의 구체예로서는, 수식화 (함수화) 외에, 그래프 표시, 블록도화 등을 들 수 있는데, 여기에서는, 수식 모델화를 하는 경우의 하나의 실시예에 대해서 설명한다.
파이어링 시험의 경우, 모델 연산부 (66) 는, 측정부 (60) 로부터 얻어진 회전수 N, 연료 분사 시간 FT 의 시계열 데이터와, 토크 연산부 (64) 에서 먼저 얻어진 엔진 토크 Te 의 시계열 데이터 (모두 제 1 차 데이터 보정 처리필 보고) 에 기초하여, 엔진 토크 Te 가, 다음 식에서 나타내는 회전수 N 과 연료 분사 시간 FT 의 함수가 되는 연산 처리를 행한다.
Te = (Kf1 * (FT)2 + Kf2 * (FT)) + (Km1 * (N) + Km2) (Kf1, Kf2, Km1, Km2
는 정수) … (1)
이론상, 파이어링 시험시에 산출되는 기계 손실 토크 Tm 은, 엔진 토크 Te (출력) 와, 연료 토크 Tf (입력) 의 차분으로서, 기계 손실 토크 Tm 의 내역은 대략적으로 연소에 기인하는 손실과, 순수한 기구 부품에 기인하는 (주로 마찰에 의한) 손실로 나눌 수 있다.
구체적으로, 연소에 기인하는 손실이란, 흡배기 손실 (가스 교환 손실, 블로우 다운 (배기 분출) 손실, 펌프 손실 (압출, 흡입 손실), 흡배기계 마찰 손실, 밸브 조리개 손실), 냉각 손실 (연소실 벽, 실린더 헤드, 실린더, 피스톤에 기인), 불완전 연소에 의한 손실 (혼합 기체 조성, 공연비, EGR 율, 점화 시기 (분사 시기), 연소 시간 손실, 회전수와 부하에 기인), 누설 손실 (실린더, 피스톤간 누설에 기인) 이라는 파이어링 시험시가 아니면 산출될 수 없는 손실을 가리킨다.
한편, 기구 부품에 기인하는 손실이란, 기계 손실 (피스톤·피스톤링과 실린터 간의 마찰, 크랭크 축·캠축 등의 베어링 손실, 캠-캠 팔로어 간의 마찰, 동밸브계 손실, 펌프 손실) 과, 보기 손실 (수 펌프, 오일 펌프, 점화 장치, 파워스티어링용 펌프, 에어컨용 컴프레셔에 기인) 을 가리킨다.
즉, 파이어링 시험시와 모터링 시험시에서는, 산출되는 기계 손실 토크의 내용이 상이하고, 모터링 시험시에는 후자의 기구 부품에 기인하는 손실과, 연소에 기인하는 손실 중, 펌프 손실, 흡배기계 마찰 손실이 기계 손실 토크로서 산출되게 된다. 모터링 시험시의 기계 손실 토크의 산출에 대해서는 후술하지만, 구별을 위해, 파이어링 시험시의 기계 손실 토크는 Tm 으로 하고, 모터링 시험시의 기계 손실 토크는 Tmm 으로 한다.
본 실시예의 설명으로 돌아오면, 연료 토크 Tf 는 연료 분사 시간 FT 에 대한 의존성이 있고, 기계 손실 토크 Tm 은 회전수 N 에 대한 의존성이 있다고 생각된다.
그렇게 하면, 모델 연산부 (66) 에서 모델화된 상기 식 (1) 은, Te = Tf - Tm (Tf = Kf1 * (FT)2 + Kf2 * FT, Tm = -(Km1 * (N) + Km2)) 으로 바꿀 수 있다. 즉, 엔진 토크 Te 를 엔진 파라미터를 이용하여 모델화하는 것에 의해, 엔진 토크 Te 가 회전수 N 의 함수 (회전수 N 에 의존하는 항) 와 연료 분사 시간 FT 의 함수 (연료 분사 시간 FT 에 의존하는 항) 로 각각 나누어지고, 파이어링시의 연료 토크 Tf 와, 기계 손실 토크 Tm 을 정상 상태는 아니고 과도 상태에서 조기에 구할 수 있게 되는 것이다.
모델 연산부 (66) 에서는, (1) 식을 메모리 (62) 에 일단 저장한 후, 모델 가운데, 회전수 N 에 의존하는 항을 기계 손실 토크 Tm 으로 하고, 또 연료 분사 시간 FT 에 의존하는 항을 연료 토크 Tf 로 하여 추출하고, 메모리 (62) 에 다시 저장하거나, 표시부 (7) 에 출력한다.
또한, 중앙 제어부 (5) 는, 검출기 (2) 로부터 검출된 축 토크 Td, 회전수 N 을 피드백하여, 설정한 시험 조건 하에서의 시험이 행해지도록 추가로 엔진 제어부 (3) 를 제어할 필요가 있기 때문에, 본 실시예의 신호 처리부 (6) 는, 측정부 (60) 로부터 입력된 신호에 기초하여, 엔진 제어부 (3) 에 대한 제어 신호를 연산하고, 중앙 제어부 (5) 로 보내는 기능 (피드백 제어용 연산 기능) 도 가지고 있다. 단, 상기 피드백 제어용 연산은, 반드시 신호 처리부 (6) 에 있어서 행해질 필요는 없고, 검출기 (2) 로부터의 출력이 직접 중앙 제어부 (5) 에 입력되어, 중앙 제어부 (5) 내에서 피드백 제어용 연산이 행해져도 된다.
표시부 (7) 는, 측정부 (60) 에서 측정된 데이터나, 토크 연산부 (64), 모델 연산부 (66) 에서의 연산 결과를 표시하는 수단이다. 구체적으로, 표시부 (7) 는, 개개의 측정 데이터나 연산 결과뿐만 아니라, 복수의 데이터의 관계 그래프나, 궤적이나, 상관 계수 그래프나, 도수 분포표나, 표준 편차 그래프 등을 표시할 수 있다. 물론, 측정 데이터나 연산 결과는, 동일 시간에서의 것이면, 복수 종류 조합하여 동일 화면에 표시하는 것도 가능하다.
표시부 (7) 에 있어서, 예를 들어, 연료 분사 시간 FT, 회전수 N 을 파라미터로 했을 때의 엔진 토크 Te, 엔진 기계 손실 등의 관계 특성을 그래프 표시함으로써, 엔진 (10) 의 기본 성능을 시각적으로 일목 요연하게 파악하는 것이 가능해진다.
도 1 은, 엔진 계측 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는, 엔진 계측 장치의 전체 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 3 은, 파이어링 시험시의 축 토크, 연료 분사 시간, 회전수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 는, 파이어링 시험시의 엔진 토크, 연료 분사 시간, 회전수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5 는, 파이어링 시험시의 엔진 토크, 추정 엔진 토크, 연료 분사 시간, 연료 토크, 기계 손실 토크의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6 은, 엔진 토크와 연료 분사 시간과의 관계, 및 추정 엔진 토크와 연료 분사 시간과의 관계를 회전수마다 나타내는 그래프이다.
도 7 은, 엔진 토크와 기계 손실 토크와 회전수의 관계, 및 추정 엔진 토크와 기계 손실 토크와 회전수의 관계를 연료 분사 시간마다 나타내는 그래프이다.
도 8 은, 추정된 연료 소비율과, 회전수와, 추정 엔진 토크의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9 는, 모터링 시험시의 축 토크, 회전수, 흡입 공기량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10 은, 모터링 시험시의 엔진 토크, 회전수, 흡입 공기량의 관계를 나타 내는 그래프이다.
도 11 은, 회전수와 흡입 공기량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12 는, 엔진 토크와 회전수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13 은, 모터링 시험시의 엔진 토크와, 냉각수 출구 온도와, 유온과, 연소 가스의 배기 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14 는, 모터링 시험시에, 스로틀 개도와 엔진 회전수를 변화시켰을 때의, 스로틀 개도 30％ 시의 엔진 토크, 엔진 회전수, 냉각수 출구 온도, 윤활유 온도, 연소 가스의 배기 온도, 흡입 공기량을 나타내는 그래프이다.
도 15 는, 엔진 토크 (기계 손실) 를 엔진 회전수에 의한 손실과, 윤활유 온도에 의한 손실과, 흡입 공기량에 의한 손실과, 공기 이동에 의한 손실로 분리하도록 해석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 16 은, 도 15 의 계측 데이터를 얻기 위해서 실시한 모터링 시험의 운전 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 17 은, 시간적으로 비연속이고, 측정 조건이 상이한 시계열 데이터를 결합한 그래프이다.
부호의 설명
1, 1a : 엔진 계측 장치
10 : 엔진
12 : 다이너모미터
14 : 발판
16 : 토크 전달축
16a : 유니버셜 조인트
2 : 검출기
3 : 엔진 제어부
4 : 다이너모미터 제어부
5 : 중앙 제어부
6 : 신호 처리부
60 : 측정부
62 : 메모리
64 : 토크 연산부
66 : 모델 연산부
7 : 표시부
실시예 1
이하, 엔진 계측 장치 (1) 의 전체 동작에 대해서 도 2 의 흐름도를 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시예의 엔진 계측 장치 (1) 에서는, 엔진 (10) 을 연소 구동시켜 행하는 파이어링 시험에 있어서, 엔진 토크 Te 와 연료 분사 시간 FT 와 회전수 N 의 과도 상태의 시계열 데이터의 관계로부터, 기계 손실 토크 Tm 을 구하는 일례를 나타내고 있다.
먼저, 엔진 계측 장치 (1) 는, 과도 상태의 시계열 데이터가 얻어지는 시험 조건을 설정한다 (S110). 본 실시예에서는, 중앙 제어부 (5) 및 엔진 제어부 (3) 로부터의 제어에 의해, 연료 분사 시간 FT 를 0 에서 30msec 까지 상승시키고, 이에 수반하여 엔진 회전수 N 을 0 에서 약 4000rpm 까지 상승시키도록 한다.
엔진 계측 장치 (1) 는, 상기의 시험 조건 하에서 파이어링 시험을 실행하고, 신호 처리부 (6) 내의 측정부 (60) 는, 검출기 (2) 나 엔진 제어부 (3) 등으로부터, 과도 상태의 축 토크 Td, 연료 분사 시간 FT, 회전수 N 의 시계열 데이터를 수집하여, 메모리 (62) 에 기억한다 (S120). 수집되었을 때 계열 데이터를 측정 개시부터 15 초간, 그래프에 표시시킨 것이 도 3 이다.
도 3 에 나타내는 축 토크 Td 의 시계열 데이터에는, 상기 서술한 바와 같이, 플라이 휠 등의 전달계 관성의 성분이나, 노이즈 성분이 포함되어 있기 때문에, 토크 연산부 (64) 에서, 필터 처리 및 엔진 토크 Te 에 대한 보정 처리를 행한다 (S130). 또한, 엔진 토크 Te 의 산출은, 상기 서술한 바와 같이, Te = Td - I * dN / dt 에서 구하였다 (I = 0.17㎏㎡ 로 했다). 여기서, 도 3 의 그래프의 축 토크 Td 를 엔진 토크 Te 를 대신하여 표시시킨 것이 도 4 이다.
모델 연산부 (66) 는, 연료 분사 시간 FT, 회전수 N, 엔진 토크 Te 의 시계열 데이터에 기초하여, 엔진 토크 Te 가, 다음 식에서 나타내는 회전수 N 과 연료 분사 시간 FT 의 함수가 되도록 모델화한다 (S140).
도 4 에 나타내는 엔진 토크 Te 의 모델식은, 다음 식에서 나타난다.
추정 엔진 토크 Tee (Nm) = (-0.02132 ± 0.00066) * (FT)2 + (3.839 ± 0.034) * (FT) + (-0.004756 ± 0.00026) * N + (-34.04 ± 0.39) … (2)
또한, 상기 식 (2) 에서 추정 엔진 토크 Tee 로 하고 있는 것은, 엔진 토크 Te 의 전체 측정 기간에 걸쳐, 엔진 토크 Te = (2) 식의 우변의 모델식이 성립한다고는 한정되지 않고, 우변의 연산 결과와 실제의 엔진 토크 Te 에는 차이가 발생하는 기간도 있기 때문이다.
또한, 모델 연산부 (66) 는, (2) 식에 기초하여, 파이어링시의 기계 손실 토크 Tm 을 산출한다 (S150). 구체적으로는, (2) 식의 우변을 연료 분사 시간 FT 에 의존하는 항과, 회전수 N 에 의존하는 항으로 분리하고, 추정 엔진 토크 Tee = 연료 토크 Tf - 기계 손실 토크 Tm 에 합치시킨다.
그렇게 하면, (2) 식으로부터, (2-1) 식, (2-2) 식이 얻어진다.
Tf = -0.02132 * (FT)2 + 3.839 * FT … (2-1)
Tm = 0.004756 * N + 34.04 … (2-2)
이렇게 하여 구해진 추정 엔진 토크 Tee, 연료 토크 Tf, 기계 손실 토크 Tm 와, 앞의 연료 분사 시간 FT, 엔진 토크 Te 를 표시부 (7) 에 의해 t = 5 ∼ 20s 의 사이 표시시킨 그래프를 도 5 에 나타낸다.
도 5 에 의하면, 상당한 시간 범위에 있어서, 엔진 토크 Te 와 추정 엔진 토크 Tee 의 적합성이 나타나고 있어, 산출된 기계 손실 토크 Tm 의 신뢰성이 확보되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, 표시부 (7) 에서는, 도 6 ∼ 도 7 에 나타내는 그래프를 표시한다. 도 6 은, 엔진 토크 Te 와 연료 분사 시간 FT 의 관계, 및 추정 엔진 토크 Tee 와 연료 분사 시간 FT 의 관계를 각 대표 회전수 N 마다 나타내는 그래프이며, 도 7(a) 는, 엔진 토크 Te 와 회전수 N 의 관계, 및 추정 엔진 토크 Tee 와 회전수 N 의 관계를 각 대표 연료 분사 시간 FT 마다 나타내는 그래프이며, 도 7(b) 는, 산출된 기계 손실 토크 Tm 과 회전수 N 의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 7(b) 에서는, 엔진 토크 Te 가 0 ± 5Nm 일 때에 산출되는 기계 손실 토크 Tm 을 나타내고 있는데, 기계 손실 토크는, 상기 서술한 바와 같이 회전수의 함수로서 나타내지고 있으므로, 엔진 토크 Te 의 값에 관련되지 않고 동일한 값이다.
도 6 의 그래프로부터는, 연료를 분사하고 있어도 엔진 토크 Te 내지는 추정 엔진 토크 Tee 가 부가되는 영역이 있는 것이, 일목 요연하게 파악된다. 또, 도 7 의 그래프로부터는, 연료 분사 시간이 10ms 이하의 경우에는 엔진 토크 Te 내지는 추정 엔진 토크 Tee 가 부가되는 것 (도 7(a)) 이나, 회전수를 올리면 기계 손실이 대략 직선적으로 증가하는 것 (도 7(b)) 이, 일목 요연하게 파악된다.
또, 지금까지의 측정·산출된 데이터 (엔진 토크 Te, 추정 엔진 토크 Tee, 연료 토크 Tf, 기계 손실 토크 Tm 을 포함한다) 에 기초하여 추정된 연료 소비율과, 회전수 N 과 추정 엔진 토크 Tee 의 관계를 도 8 에 나타낸다. 또한, 도 8 중, 연료 소비율은, 연료 분사 시간 FT / 엔진 토크 Te 로 구했다. 이것에 의하면, 회전수가 상승함에 따라 연비는 저하하는 것이나, 엔진 토크가 상승하는 만큼 연비 저하율이 상승하는 것 등이, 일목 요연하게 파악된다.
종래에는, 기계 손실 토크를 구할 때, 엔진을 연소 구동시키지 않고 시험을 행하고 있었기 때문에, 입력 요인으로서의 연료 토크를 측정하는 것이 불가능하고, 엔진 연소시의 정확한 기계 손실을 구하고 있다고는 하기 어려웠다. 그러나, 본 발명에 의해, 파이어링시의 엔진 토크를 연료 토크와 기계 손실 토크로 분리하여 산출하고, 또한, 과도 데이터를 이용하여 단시간에 산출할 수 있었으므로, 이것을 연비 향상을 위한 ECU 제어의 정밀도 향상 등, 엔진 제어에 유용하게 쓰는 것이 가능해진다.
실시예 2
이하, 본 발명의 다른 실시형태에 대해서 설명한다. 본 실시예는, 엔진 계측 장치 (1a) 를 모터링 시험에 있어서 이용하는 경우의 실시예이다. 또한, 모터링 시험이란, 연료를 공급, 연소시키지 않고, 엔진 (10) 의 비연소 구동 상태, 즉, 다이너모미터 (12) 를 구동시킨 상태에서 엔진 성능의 계측을 행하는 시험을 가리킨다.
이하, 앞의 실시예의 엔진 계측 장치 (1) 와, 본 실시예의 엔진 계측 장치 (1a) 의 차이점을 열거하는데, 그 나머지에 대해서는 양자 동일 구성이다.
먼저, 파이어링 시험시의 엔진 계측 장치 (1) 와, 본 실시예의 모터링 시험시의 엔진 계측 장치 (1a) 는, 구해지는 기계 손실 토크의 내용이 상이하다.
즉, 이론상, 모터링 시험의 엔진 토크 Te 는, 엔진 (10) 의 비연소 구동 상태에서 출력축으로부터 얻어지는 토크이기 때문에, 연료 토크 (파이어링 시험에 있어서의 입력 요인) 는 0 이다. 즉, 파이어링 시험시에 연소에 기인하는 손실인 곳의 흡배기 손실 (펌프 손실을 제외한다), 냉각 손실, 불완전 연소에 의한 손실, 누설 손실은, 모터링 시험에서는 계측할 수 없다는 것이다.
따라서, 모터링 시험시의 기계 손실 토크 Tmm 이란, 상기 이외의 손실인 곳의 기계 손실 (피스톤·피스톤링과 실린더간의 마찰, 크랭크축·캠축 등의 베어링 손실, 캠-캠 팔로어간의 마찰, 동밸브계 손실, 펌프 손실) 과, 보기 손실 (수 펌프, 오일 펌프, 점화 장치, 파워스티어링용 펌프, 에어컨용 컴프레셔에 기인) 등의 연소에 기인하지 않는 손실을 가리킨다.
또, 엔진 계측 장치 (1a) 는, 도 1 에 나타낸 엔진 제어부 (3), 중앙 제어부 (5), 신호 처리부 (6), 표시부 (7) 에 추가로, 도 1 에 파선으로 나타내는 다이너모미터 제어부 (외부 구동 수단 제어부 ; 4) 를 구비하고 있다.
다이너모미터 제어부 (4) 는, 다이너모미터 (12) 에 접속되어, 본 실시예의 모터링 시험시에 다이너모미터 (12) 에 인가하는 전류·전압을 가변 제어하는 수단이다. 다이너모미터 (12) 의 전류·전압을 가변 제어함으로써, 다이너모미터 (12) 가 구동하고, 다이너모미터 (12) 에 접속된 엔진 (10) 의 부하 토크가 제어되게 된다.
또한, 본 실시예에서 사용하는 다이너모미터 (12) 는, 앞의 실시예와 마찬가지로, 저관성 다이너모미터이다.
또한, 엔진 제어부 (3) 는, 모터링 시험에 있어서는, 연료의 공급을 정지함과 함께, 엔진 (10) 에 소정의 스로틀 개도를 주고, 다이너모미터 제어부 (4) 가 다이너모미터 (12) 에 전류·전압을 인가하여 다이너모미터 (12) 를 구동 제어한다. 그 때문에, 다이너모미터 (12) 는, 엔진 (10) 에 대신하는 외부 구동 수단이라고 할 수 있다.
그리고, 엔진 (10) 이, 말하자면 다이너모미터 (12) 의 부하가 되고, 다이너모미터 (12) 의 구동에 의해 얻어지는 회전수로 엔진 (10) 의 각 실린더가 구동되어, 스로틀 개도로 결정되는 공기가 실린더 내에 흡입/배출되게 된다. 즉, 회전수 N 은, 다이너모미터 제어부 (4) 가 다이너모미터 (12) 를 제어함으로써 얻어지는 것이다.
또한, 모터링 시험시의 회전수 N 은, 검출기 (2) 로부터 검출되는 것 외에, 다이너모미터 (12) 로부터 직접 검출되어도 되고, 다이너모미터 제어부 (4) 로부터의 정보 (인가 전압, 전류) 에 기초하여 산출되는 것이어도 된다.
또, 본 실시예의 중앙 제어부 (5) 는, 엔진 제어부 (3), 신호 처리부 (6), 표시부 (7) 의 제어에 추가로, 다이너모미터 제어부 (4) 의 제어를 행하는 수단이 된다.
그리고, 본 실시예의 중앙 제어부 (5) 는, 엔진 (10) 과 다이너모미터 (12) 의 제어 과정에 있어서, 일정값으로 안정적이지 않은 과도 상태의 회전수 N 의 시계열 데이터와, 이 과도 상태의 기간에 변화하는 축 토크 Td 의, 적어도 2 종류의 시계열 데이터가 검출기 (2) 로부터 계측되도록, 엔진 제어부 (3) 및 다이너모미터 제어부 (4) 를 제어한다.
신호 처리부 (6) 의 구성은 앞의 실시예와 동일하지만, 모델 연산부 (66) 의 처리 내용이 파이어링 시험시와 상이하다.
즉, 모터링 시험의 경우의 모델 연산부 (66) 는, 측정부 (60) 로부터 얻어진 회전수 (N ; 모터링 시험에서는, 다이너모미터 (12) 의 회전수이기도 하다), 공기 유입량의 시계열 데이터와, 토크 연산부 (64) 에서 얻어진 엔진 토크 Te 의 시계열 데이터 (모두 제 1 차 데이터 보정 처리필 완료) 에 기초하여, 엔진 토크 Te 를 회전수 N, 공기 유입량 등의 엔진 파라미터의 함수가 되도록 모델화한다. 또한, 여기에서는, 다음 식에서 나타내는 회전수 N 의 함수가 되도록 한다.
Te = Kmm1 * N + Kmm2 (Kmm1, Kmm2 는 정수) … (3)
상기 서술한 바와 같이, 이론상, 모터링 시험의 엔진 토크 Te 는, 엔진 (10) 의 비연소 구동 상태에서 출력축으로부터 얻어지는 토크이다. 즉, 파이어링 시 험시의 입력인 연료 토크는 0 이며, 다이너모미터 (12) 를 외부로부터 구동시킴으로써 엔진 구동에 공헌한 엔진 토크 Te 는 모두 손실이 되어 있는 것이기 때문에, 모터링 시험에 있어서는, Te = -Tmm (기계 손실 토크) 이라고 할 수 있다.
그렇게 하면, 상기 식 (3) 에 의해, 모터링시의 기계 손실 토크 Tmm 을 정상 상태가 아닌 과도 상태에서 조기에 구할 수 있게 되는 것이다. 그 때, 모델 연산부 (66) 는, (3) 식을 메모리 (62) 에 저장하고, Te = -Tmm 으로서 표시부 (7) 에 출력한다.
또한, (3) 식과 같이 기계 손실 토크 Tmm 을 회전수 N 에 의존하는 항으로서 산출해도 되는데, 이것에 한정하지 않고, 다른 엔진 파라미터의 함수로서 표현함으로써, 각 엔진 파라미터에 기인하는 기계 손실로 나누어 산출하는 것이 가능해진다.
또한, 중앙 제어부 (5) 는, 검출기 (2) 로부터 검출된 축 토크 Td, 회전수 N 을 피드백하여, 설정한 시험 조건 하에서의 시험이 행해지도록 추가로 엔진 제어부 (3) 와 다이너모미터 제어부 (4) 를 제어할 필요가 있기 때문에, 본 실시예의 신호 처리부 (6) 는, 측정부 (60) 로부터 입력된 신호에 기초하여, 엔진 제어부 (3) 와 다이너모미터 제어부 (4) 에 대한 제어 신호를 연산해, 중앙 제어부 (5) 로 보내는 기능 (피드백 제어용 연산 기능) 도 가지고 있다. 단, 상기 피드백 제어용 연산은, 반드시 신호 처리부 (6) 에 있어서 행해질 필요는 없고, 검출기 (2) 로부터 의 출력이 직접 중앙 제어부 (5) 에 입력되어 중앙 제어부 (5) 내에서 피드백 제어용 연산이 행해져도 된다.
다음으로, 엔진 계측 장치 (1a) 의 전체 동작을 나타내는 실시예에 대해서 도 2 의 흐름도를 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시예의 엔진 계측 장치 (1a) 에서는, 엔진 (10) 을 연소 구동시키지 않고, 스로틀 개도 (S) 를 일정하게 하여, 다이너모미터 (12) 를 구동시키는 모터링 시험에 있어서, 엔진 토크 Te 와 회전수 N 의 과도 상태의 시계열 데이터의 관계로부터, 기계 손실 토크 Tmm 을 구하는 일례를 나타내고 있다.
먼저, 엔진 계측 장치 (1a) 는, 과도 상태의 시계열 데이터가 얻어지는 시험 조건을 설정한다 (S110). 본 실시예에서는, 중앙 제어부 (5) 및 엔진 제어부 (3) 로부터의 제어에 의해, 엔진 (10) 의 연료 분사량을 0, 스로틀 개도 (S) 를 30％ 로 하고, 다이너모미터 제어부 (4) 로부터의 제어에 의해, 다이너모미터 (12) 의 회전수 (이하, 엔진 (10) 의 회전수 N 과 동일) 를 20rpm/s 에서 0, 4000, 0rpm 과 같이 상승 내지 하강 변화시키도록 한다. 또한, 이와 같이 회전수를 제어할 필요가 있는 것은, 다음에, 검출되는 축 토크 Td 의 시계열 데이터로부터, 토크 전달계의 관성항의 영향을 효율적으로 보정하기 때문이다.
엔진 계측 장치 (1a) 는, 상기의 시험 조건 하에서 모터링 시험을 실행하고, 신호 처리부 (6) 내의 측정부 (60) 는, 검출기 (2) 나 엔진 제어부 (3) 등으로부터, 과도 상태의 축 토크 Td, 흡입 공기량, 회전수 N 의 시계열 데이터를 수집하고, 메모리 (62) 에 기억한다 (S120). 수집되었을 때 계열 데이터를 측정 개시부터 400 초간, 그래프에 표시시킨 것이 도 9 이다.
도 9 에 나타내는 축 토크 Td 의 시계열 데이터에는, 플라이 휠, 피스톤, 크랭크축 등의 관성의 성분이나, 노이즈 성분이 포함되어 있기 때문에, 토크 연산부 (64) 에서, 필터 처리 (고주파 성분 제거, 평균화 등) 및 엔진 토크 Te 에 대한 보정 처리를 행한다 (S130).
엔진 토크 Te 의 산출은, 상기 서술한 바와 같이, Te = Td - I * dN / dt 로 구하는 것으로 하는데, 그 전에, 토크 연산부 (64) 에서는, 피스톤, 크랭크축 등에 의한 언밸런스한 관성 성분 (고주파 2 차 모멘트) 을 제거하기 위해서, 축 토크 Td 의 시계열 데이터를 주파수 분석하고, 저주파 성분과 고주파 성분으로 분리하여, 고주파 성분을 로우 패스 필터에 의해 제거하고 있다. 이러한 과도 데이터에 중첩하는 고주파 성분은, 단순히 평균화 처리를 실시해 버리면 상쇄되어 제로가 되고, 본래 평가에 사용되어야 할 데이터와는 상이한 데이터가 되어 버려 정당한 평가를 실시할 수 없게 되기 때문에, 과도 데이터를 저주파수와 고주파수로 분리하여 불필요한 성분을 제거하는 수법은, 과도 데이터의 분석, 처리에 빠뜨릴 수 없는 기술이다.
또한, 엔진 토크 Te 이외의 데이터 (흡입 공기량) 에 대해서도, 상기와 동일한 필터 처리를 행할 필요가 있다. 이것은 다음에, 쌍방의 데이터의 상관성을 볼 때, 동일한 조건에서 처리가 행해지지 않으면 올바른 상관 관계가 얻어지지 않기 때문이다.
여기서, 도 9 의 그래프의 축 토크 Td 및 흡입 공기량에 필터 처리를 실시하고, 또한 축 토크 Td 를 엔진 토크 Te 에 대신하여 표시시킨 것이, 도 10 이다. 또한, 상기 서술한 바와 같이 필터 처리를 실시한 다음에도, 회전수 N 이 늦은 부분 (0 ∼ 40s, 360 ∼ 400s) 에서 엔진 토크 Te 에 노이즈가 잔류하고 있다. 또, 80s, 160s, 240s, 320s 부근에서 발생하고 있는 것은, 측정 데이터를 AD 변환했을 때의 저속 샘플링에 수반하는 즉시 변형 (에일리어싱 노이즈) 이다.
모델 연산부 (66) 에서 엔진 토크 Te 의 시계열 데이터를 모델화하기 전에, 흡입 공기량에 대한 검토를 행한다. 흡입 공기량은, 펌프 효율의 지표가 되는 것이다. 도 11(a) 는, 도 10 의 그래프에 기초하여, 회전수 N 이 2000 ∼ 2300rpm 사이의 흡인 공기량을 그래프화한 것이다.
본 실시예에 있어서, 모터링 시험시에 회전수 N 을 0 ∼ 4000, 4000 ∼ 0 으로 상승 하강 변화시킨 것은, 상승시와 하강시의 데이터를 각각 계측하여, 계측 정밀도의 향상을 도모하기 위한 것과, 상승시와 하강시의 데이터의 상관을 보기 위해서이다.
도 11(a) 에서는, 2 개의 데이터 (회전수 N 의 상승시와 하강시) 의 시간축이 어긋나 있고, 이것은 계측에 수반하여 발생한 오차이기 때문에, 토크 연산부 (64) 내지 모델 연산부 (66) 에서는, 일방의 데이터 A 에 타방의 데이터 B 의 시간 축을 맞추는 보정을 행한다. 시간축의 보정을 실시한 결과를 도 11(b) 에 나타낸다. 또한, 도 11(a), 도 11(b) 중, 직선 C 는, 데이터 A 의 기울기의 직선을 데이터 B 의 시점으로부터 연장한 것이다.
또한, 도 11(c) 와 같이 보정된 흡입 공기량에 대해서, 축 토크 Td 에 대해서 행한 바와 동일하게, 저주파 성분과 고주파 성분으로 분리하고, 고주파 성분을 로우 패스 필터로 제거한다. 그 결과를 도 11(c) 에 나타낸다. 그리고, 도 11(c) 에 기초하여, 엔진 (10) 의 1 사이클당의 흡입 공기량과 회전수 N 의 관계를 구하고, 이것을 도 11(d) 에 나타낸다.
도 11(c), 도 11(d) 에 의하면, 흡입 공기량은 회전수 N 과 대략 비례 관계에 있고, 1 사이클당 흡입 공기량은 회전수 N 에 의하지 않고 대략 일정한 것을 알 수 있다. 즉, 본 실시예에서는, 엔진 토크 Te 는, 흡입 공기량에 의존하지 않는다는 것이다.
도 10 에 나타낸 엔진 토크 Te 는, 엔진을 연소시키지 않을 때의 기계 손실과, 측정 상 분리할 수 없는 펌프 손실을 나타내고 있다고 생각되지만, 도 11(c), 도 11(d) 의 결과로부터 엔진 토크 Te 는, 흡입 공기량에는 의존하고 있지 않고, 회전수 N 에 의존하고 있다고 생각된다. 따라서, 모델 연산부 (66) 는, 도 10 에 나타낸 엔진 토크 Te 의 시계열 데이터를 회전수 N 의 함수가 되도록 모델화하고, 기계 손실 토크 Tmm 를 구한다 (S140, S150).
도 12 에 엔진 토크 Te 와 회전수 N 의 관계를 나타내는 그래프를 나타낸다. 도 12 에 의해, 회전수 의존의 기계 손실 토크 Tmm 의 2 차 근사 모델식은 다음 식으로 표시된다.
기계 손실 토크 Tmm (Nm) = 8.49 + 0.000508 * N + 0.801 * N2 … (4)
또한, N = 1000 ∼ 4000rpm 의 범위에 있어서의 1 차 근사 모델식은 다음 식으로 표시된다.
기계 손실 토크 Tmm (Nm) = 3.80 + 0.004653 * N … (5)
이들 산출된 모델식은, 메모리 (62) 에 저장되거나, 표시부 (7) 에 출력된다.
또한, 기계 손실은 엄밀하게는, 회전수에 의존하는 항 외에, 온도에 의존하는 항, 공기에 의존하는 항 등으로 분리되는 것이기 때문에, 어느 의존 항을 기계 손실의 모델 함수화시에 도입할지의 여부는, 시험·평가의 목적에 맞추어, 또, 통계적 지표를 이용함으로써 임의로 선택이 가능해져, 시험·평가의 유연성이 높아진다. 현시점의 통계적 지표를 이용했을 경우에는, 기계 손실에 큰 영향을 미치는 인자는, 흡입 공기량, 회전수 × 흡입 공기량, 냉각수 출구 온도, 회전수 × 회전수인 것을 알 수 있다.
도 13 은, 본 실시예 2 에 있어서의 모터링 시험시의 163 ∼ 198s 의 기간에 있어서의 엔진 토크 Te 와, 냉각수 출구 온도와, 유온과, 연소 가스의 배기 온도의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 모터링 시험에서는 엔진을 연소시키지 않기 때문에, 본래, 냉각수 출구 온도나 유온의 데이터는 엔진 평가와 관계가 없는 것이지만, 본 실시예의 모터링 시험의 직전에 엔진을 연소시키고 있었기 때문에, 그대로 계속하여 측정한 것이다.
또, 도 14 는, 각 엔진 파라미터를 강제적으로 변화시키는 목적으로, 도 16 에 나타내는 운전 패턴과 같이, 200s 의 계측 기간 중, 20s 마다 스로틀 개도를 0, 20, 40, 60, 80, 90, 70, 50, 30, 10％ 와 같이 순차 변화시켜, 각 스로틀 개도시에 엔진 회전수를 500rpm/s 의 레이트로 0 → 5000 → 0rpm 으로 변화시키고, 그 때의 엔진 토크, 엔진 회전수, 냉각수 출구 온도, 윤활유 온도, 연소 가스의 배기 온도, 흡입 공기량을 180 ∼ 200s 의 기간 (즉, 스로틀 개도 30％ 일 때), 측정부 (60) 에서 측정하여 동시에 표시시킨 그래프이다. 이러한 운전 패턴으로 모터링 시험을 행하면, 단시간에 여러가지 값의 과도 데이터를 취득할 수 있다.
또한, 도 14(a) 는, 보정 전의 계측 데이터 자체를 나타내고, 도 14(b) 는, 도 14(a) 의 계측 데이터에 대해서, 피스톤에 가해지는 압력이나 피스톤·클랙축의 관성의 보정 (2Hz 의 로우 패스 필터), 플라이 휠·샤프트의 관성의 보정 (엔진 회전수의 시간 미분과 관성 모멘트를 이용한 보정), 계측에 의해 발생하는 흡입 공기량·엔진 회전수의 시간 지연의 보정 (각각, 1.09s, 0.02s 의 지연을 시간축 조정) 등의 각종 보정 처리를 행한 결과를 나타내고 있다. 또, 실제로는, 도 14 에 나타내는 스로틀 개도 30％ 시의 데이터 외에, 도 16 의 운전 패턴으로 시험을 행했을 때의 전체 스로틀 개도의 데이터를 계측하고, 메모리 (62) 에 보존하고 있다.
도 15 는, 도 14 의 계측 결과에 기초하여, 모델 연산부 (66) 가, 엔진 토크 Te (기계 손실 Tmm) 를 엔진 회전수에 의한 손실과, 윤활유 온도에 의한 손실과, 흡입 공기량에 의한 손실과, 공기 이동에 의한 손실로 분리하도록 해석한 결과를 나타내는 그래프이다. 즉, 여기에서는, 모델 연산부 (66) 에서, 엔진 토크 Te 가, 엔진 회전수, 윤활유 온도, 흡입 공기량의 엔진 파라미터의 함수로서 나타내지도록 계수 (정수) 를 결정하고, 모델식 내지는 그 계수를 메모리 (62) 에 저장하고, 나아가 표시부 (7) 에서 각각의 항의 연산값을 표시하고 있다. 또한, 축 토크 Td 로부터 엔진 토크 Te 를 구할 때의 관성 모멘트 (I) 는, 0.17㎏㎡ 를 사용하고 있다.
또한, 흡입 공기량에 의한 손실이란, 공기를 실린더에 흡입할 때에 발생하는 손실이며, 흡입 공기량/흡입 공기압에 비례하기 때문에, 상기 손실은, 작성된 모델 함수 중 흡입 공기량에 의존하는 항에 상당하는 것이다. 또, 공기 이동에 의한 손실이란, 공기를 흡입하여 배기할 때 발생하는 손실로서, 이동하는 공기량에 비례하는 것이다. 이동하는 공기량은, 흡입 공기량 × 회전수로 표시되기 때문에, 상기 손실은 작성된 모델 함수 중 흡입 공기량 × 회전수에 의존하는 항에 상당하는 것이다.
실시예 3
이상, 과도 상태의 시계열 데이터를 이용하여, 파이어링 시험시에 기계 손실 토크 Tm 을 구하는 경우와, 모터링 시험시에 기계 손실 토크 Tmm 의 내역 (각 엔진 파라미터에 대한 의존 항) 을 구하는 경우에 대해서 설명했다.
상기 서술한 바와 같이, 파이어링 시험시에 구해지는 기계 손실 토크 Tm 과, 모터링 시험시에 구해지는 기계 손실 토크 Tmm 은, 내용이 상이하다.
먼저, Tm 은 엔진 (10) 의 연소 구동시에 엔진 구동에 공헌하지 않았던 모든 손실을 나타내는 것이지만, 원래 파이어링 시험시에 기계 손실을 구하는 것은 불가능하게 여겨졌기 때문에, 기계 손실 토크 Tm 이 구해지는 것 자체에 의의가 있다고 할 수 있다. 추가로, 연소에 기인하는 손실 (흡배기 손실, 냉각 손실, 불완전 연소 손실 등) 은 당연히 파이어링 시험이 아니면 구해지지 않는 것으로서, 기계 손실 토크 Tm 으로부터 연소 효율이나 배기 가스 특성이 해석 가능해지는 것도, 본 발명의 엔진 계측 장치 (1) 를 이용했을 경우의 효과의 하나로서 들 수 있다.
다음으로, Tmm 은 엔진 (10) 의 비연소 구동시에 엔진 구동에 공헌하지 않았던 손실을 나타내는 것이기 때문에, 당연히 Tmm 에는, 상기 연소에 기인하는 손실은 포함되지 않는다. 그러나, Tmm 으로부터는, 상기 연소에 기인하는 손실 이외의 기계 손실을 회전수에 의존하는 항, 온도에 의존하는 항, 공기에 의존하는 항 등의 각 엔진 파라미터의 의존 항으로 분리하여 구할 수 있고, 이것을 엔진 시험의 성능 평가에 활용할 수 있다.
또한, 과도 상태의 시계열 데이터로부터 기계 손실을 즉시 산출할 수 있는 점은, Tm, Tmm 의 양자에게 공통의 특징이다. 추가로, 측정 조건이 상이한, 시간적으로 비연속인 복수의 데이터를 결합한 다음에, 기계 손실의 산출, 기계 손실의 항목마다의 산출이라는 엔진 해석으로 정리하여 이용할 수 있는 것도, 과도 데이터를 이용하는 것의 이점이다.
예를 들어, 먼저 나타낸 도 14 는, 각 엔진 파라미터를 강제적으로 변화시키는 목적으로, 도 16 에 나타내는 운전 패턴과 같이, 200s 의 계측 기간 중, 20s 마다 스로틀 개도를 0, 20, 40, 60, 80, 90, 70, 50, 30, 10％ 와 같이 순차 변화시키고, 각 스로틀 개도시에 엔진 회전수를 500rpm/s 의 레이트로 0 → 5000 → 0rpm 으로 변화시키고, 그 때의 엔진 토크, 엔진 회전수, 냉각수 출구 온도, 윤활유 온도, 연소 가스의 배기 온도, 흡입 공기량을 180 ∼ 200s 의 기간 (즉, 스로틀 개도 30％ 일 때), 측정부 (60) 에서 측정하여 동시에 표시시킨 그래프였다.
이와 같이 측정 조건 (이 경우, 스로틀 개도) 을 연속적으로 변화시켜 시계열 데이터를 계측해도 되는데, 반드시 상이한 측정 조건간에서 시간적인 연속성이 있을 필요는 없고, 각 스로틀 개도마다 측정부 (60) 에서 측정되어 메모리 (62) 에 보존된 개개의 시계열 데이터를 마치 시간적으로 연속성이 있는 것 같이 결합하여, 엔진 해석에 이용해도 된다. 그러면 일단 메모리 (62) 에 보존된 개개의 시계열 데이터를 해석자의 상황에 맞게 다음에 신호 처리부 (6) 내에서 적절하게 결합하여 해석에 이용할 수 있어, 측정 ∼ 해석의 일련의 과정은 반드시 필요하지 않게 된다.
또한, 시간적으로 비연속이고, 측정 조건이 상이한 시계열 데이터를 결합한 그래프를 도 17 에 나타낸다. 이 도 17 의 그래프로부터도, 도 15 에 나타낸 바와 같은 엔진 토크 Te (기계 손실 Tmm) 의 엔진 파라미터마다의 분리 해석이 가능하다. 이러한 해석 수법은, 정상 상태의 데이터의 해석에 있어서는 불가능했던 수법이다.
또한, 본 발명의 엔진 계측 장치 (1, 1a) 에서는, 실시예 1 에서 기계 손실 토크 Tm 을 모델화한 결과와, 실시예 2 에서 기계 손실 토크 Tmm 을 모델화한 결과를 비교하는 처리를 실시하는 것으로, 파이어링 시험과 모터링 시험이라는 상이한 시험에서 얻어진 각 데이터의 타당성, 정합성의 검증을 행할 수 있다.
즉, 파이어링 시험시의 기계 손실 토크 Tm 은, (2-2) 식으로부터 Tm = 0.004756 * N + 34.04 이며, 모터링 시험시의 기계 손실 토크 Tmm 은, (5) 식으로부터 Tmm = 3.80 + 0.004653 * N 과 같이 모델화되었다. 이들의 모델식을 비교하면, 양자의 회전수 N 의 의존 계수가 0.004653 과 0.004756 으로 되어 있어, 상당히 근사하여 있는 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 엔진 계측 장치 (1, 1a) 에서 구해진, 각각 상이한 시험 방법에 의한 기계 손실의 모델식은 타당한 것이며, 내역이 상이한 기계 손실 토크 Tm 과 Tmm 이 정합성이 취해졌다는 것을 나타내고 있다.
이로부터, Tm 과 Tmm 을 동일한 차원의 데이터로서 취급할 수 있으므로, 상이한 시험에 의한, 내역이 상이한 기계 손실 데이터를 적절하게 조합하여, 엔진 해석에 이용하는 것이 가능해진다. 예를 들어, Tm 으로부터 Tmm 을 감산하면, Tm 중 연소에 기인하는 손실만을 구할 수 있다. 이것은 종래, 파이어링 시험, 모터링 시험과 각각 독립적인 시험의 결과로부터는 구할 수 없었던 것이다.
이와 같이, 과도 상태의 시계열 데이터를 이용하여, 즉시에 파이어링 시험시의 기계 손실을 구하거나 모터링 시험시의 기계 손실의 엔진 파라미터마다의 분리 산출할 뿐만 아니라, 파이어링 시험이나 모터링 시험 등의 상이한 시험의 결과를 조합하여 해석할 수 있다는 것은, 장래의 에너지 절약 시대에 대응한 엔진·ECU 의 개발에 공헌하는 것이 충분히 기대되는 것이다.
이상, 엔진 계측 장치의 실시예에 대해서 설명했는데, 본 발명의 엔진 계측 장치는, 상기 실시예에서 설명한 구성 요건의 모두를 구비한 엔진 계측 장치로 한정되는 것이 아니고, 각종 변경 및 수정이 가능하다. 또, 이러한 변경 및 수정에 대해서도 본 발명의 특허 청구의 범위에 속하는 것은 말할 필요도 없다. 예를 들어, 엔진 계측 장치 (1, 1a) 는, 각각 별개로 구성되어 있어도 되고, 각각의 기능이 합체된 1 장치 (1 시스템) 로서 파이어링 시험과 모터링 시험의 적절한 선택이 가능한 바와 같이 구성되어 있어도 된다.
또, 토크 연산부 (64), 모델 연산부 (66) 에는, 예를 들어, 데이터의 노이즈 (엔진 성능 평가시에 불필요한 성분을 포함한다) 를 제거하는 노이즈 제거기 (필 터), 가감승제기, 미분 적분기, 평균치 연산기, 표준 편차 연산기, 데이터 도수 등의 계수기 (카운터), 근사식 연산기, 주파수·지연 시간·상관 계수 해석기 (FFT, 임펄스 응답, 크로스 스펙트럼) 등, 공지된 연산기에 의해 구성되어 있는 것은 말할 필요도 없다. 이들 공지된 연산기가 신호 처리부 (6) 에 포함되어 있고, 토크 연산부 (64), 모델 연산부 (66) 가 필요에 따라 연산기에 의한 연산 처리를 호출하게 되어 있어도 된다. 또 신호 처리부 (6) 자체가 연산기에 의해 구성되어 있으면, 상기 서술한 제 1 차 데이터 보정 처리나, 모델화 전의 검토 처리 등의 처리는, 신호 처리부 (6) 내에서 행해지면 되고, 반드시 토크 연산부 (64) 나 모델 연산부 (66) 에서 행해질 필요는 없다.

Claims (12)

  1. 자동차 엔진과 상기 엔진에 접속된 부하에 의해 행해지는 대상 시험으로 엔진 성능을 계측하는 엔진 계측 장치에 있어서,
    상기 엔진 계측 장치는,
    상기 엔진의 연료 분사 시간을 제어하는 엔진 제어부와,
    상기 엔진 제어부의 제어에 의해 상기 엔진을 연소 구동시킨 상태에서, 상기 엔진의 회전수와, 상기 엔진과 부하 사이에서 검출되는 축 토크를 적어도 포함하는 시계열 데이터를 각각 과도 상태에서 계측하는 검출기와,
    상기 회전수 및 축 토크의 시계열 데이터에 기초하여, 상기 엔진의 실제 구동력이 된 엔진 토크를 산출하는 토크 연산부와,
    상기 엔진 토크를 상기 회전수 및 상기 연료 분사 시간 등의 엔진 파라미터를 이용하여 모델화하는 모델 연산부를 구비하고,
    상기 모델로부터, 상기 엔진의 연소 구동에 의해 발생한 연료 토크와, 상기 엔진 토크와 상기 연료 토크의 차분인 기계 손실 토크를 구하는 것을 특징으로 하는 엔진 계측 장치.
  2. 자동차 엔진과 상기 엔진에 접속된 외부 구동 수단에 의해 행해지는 대상 시험으로 엔진 성능을 계측하는 엔진 계측 장치에 있어서,
    상기 엔진 계측 장치는,
    상기 엔진의 스로틀 개도를 제어하는 엔진 제어부와,
    상기 외부 구동 수단을 제어하는 외부 구동 수단 제어부와,
    상기 엔진 제어부와 외부 구동 수단 제어부의 제어에 의해, 상기 외부 구동 수단을 구동시킨 비연소 구동 상태에서, 상기 엔진의 회전수와, 상기 엔진과 외부 구동 수단 사이에서 검출되는 축 토크를 적어도 포함하는 시계열 데이터를 각각 과도 상태에서 계측하는 검출기와,
    상기 회전수 및 축 토크의 시계열 데이터에 기초하여, 상기 엔진의 실제 구동력이 된 엔진 토크를 상기 비연소 구동시에 발생한 기계 손실 토크로서 산출하는 토크 연산부와,
    상기 기계 손실 토크를 상기 엔진의 회전수, 엔진 유온, 흡입 공기량 등의 엔진 파라미터를 이용하여 모델화하는 모델 연산부를 구비하고,
    상기 모델로부터, 상기 기계 손실 토크를 상기 엔진 파라미터마다 산출하는 것을 특징으로 하는 엔진 계측 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 모델은 상기 엔진 파라미터의 함수인 것을 특징으로 하는 엔진 계측 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진 계측 장치는,
    상기 산출된 엔진 토크와, 기계 손실 토크와, 연료 토크와, 상기 엔진 파라미터 중 어느 2 개 이상의 관계를 표시하는 표시부를 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진 계측 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토크 연산부는,
    상기 회전수의 시계열 데이터를 시간 미분하는 것을 포함하는 연산 처리를 행함으로써, 상기 엔진 토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 엔진 계측 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토크 연산부는,
    상기 시계열 데이터에 포함되는 관성 모멘트의 영향을 제거하는 필터 처리부를 구비하고,
    상기 필터 처리부는,
    상기 시계열 데이터의 주파수 분석을 실시하고, 저주파 성분과 고주파 성분으로 분리하여, 로우 패스 필터에 의해 고주파 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 엔진 계측 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 모델 연산부는,
    회전수 N 과 연료 분사 시간 FT 를 엔진 파라미터로 하여,
    엔진 토크 Te = (Kf1 * (FT)2 + Kf2 * (FT)) + (Km1 * (N) + Km2) 의 함수에
    합치하도록, 정수 Kf1, Kf2, Km1, Km2 를 결정하는 것을 특징으로 하는 엔진 계측 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 엔진 계측 장치는,
    기계 손실 토크 Tm = -(Km1 * (N) + Km2) 로 하는 것을 특징으로 하는 엔진 계측 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 모델 연산부는,
    회전수 N 을 엔진 파라미터로 하여,
    기계 손실 토크 Tmm 을 회전수 N 의 1 차 근사식 또는 2 차 근사식으로 나타내는 것을 특징으로 하는 엔진 계측 장치.
  10. 제 1 항에 기재된 엔진 계측 장치에서 산출된 기계 손실 토크 Tm 의 모델과, 제 2 항에 기재된 엔진 계측 장치에서 산출된 기계 손실 토크 Tmm 의 모델을 비교하 고, 각 기계 손실 토크의 타당성, 정합성을 검증하는 것을 특징으로 하는 엔진 계측 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 엔진 계측 장치는,
    상기 기계 손실 토크 Tm 과 상기 기계 손실 토크 Tmm 을 각각 회전수 N 의 1 차 근사식으로 하여 모델화하고,
    회전수 N 의 계수끼리를 비교함으로써, 각 기계 손실 토크의 타당성, 정합성을 검증하는 것을 특징으로 하는 엔진 계측 장치.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 기계 손실 토크 Tm 과 상기 기계 손실 토크 Tmm 의 감산을 행함으로써,
    상기 엔진의 연소에 기인하는 기계 손실 토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 엔진 계측 장치.
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