JP5758659B2 - エンジン試験装置及びエンジン試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、供試エンジンに連結される動力計を備えるエンジン試験装置、及び動力計を供試エンジンに連結して行われるエンジン試験方法に関するものである。

車載エンジンの性能を検証する試験装置として、図９に示すような、試験対象である供試エンジン５０の出力軸にカップリング５１を介して動力計５２を連結した構成の装置が用いられている。この種の試験装置では、車両駆動系の慣性相当重量や摩擦抵抗、走行抵抗を動力計５２の負荷制御により再現し、供試エンジン５０の実働負荷評価を行うようにしている。一般に、こうした試験装置の動力計５２の制御は、軸トルクメーターで計測した供試エンジン５０のトルクと目標トルクとを比較し、計測トルクと目標トルクとが一致するようにするように行われている。

一方、従来には、特許文献１に記載のエンジン試験装置が提案されてもいる。この試験装置では、供試エンジン５０側の制御を、開度指令によるスロットル開度のフィードフォワード制御とするようにしている。一方、動力計５２側の制御は、求められた供試エンジン５０のトルク信号を目標トルクとするフィードフォワード制御と、供試エンジン５０の回転速度に応じて目標トルクを補正するフィードバック制御とにより行うようにしている。

特開平０８−０７５６１３号公報

ところで、計測トルクと目標トルクとを一致させるべく、トルクによる動力計５２のフィードバック制御を行う場合には、供試エンジン５０がトルクを発生してから、動力計５２の制御に反映されるまでに時間遅れが生じてしまう。この時間遅れは、クラッチなどの機械的な応答遅れ、動力計５２及びその制御系の応答遅れ、動力計５２を制御するコントローラーの演算遅れ、トルクの計測遅れ等の積み重なりによるものである。そのため、エンジン始動時等のエンジン回転速度の急変化時には、動力計５２が実車相当の負荷を再現できなくなる。したがって、図１０に示すように、試験では、実車におけるエンジン始動時のエンジン回転速度の立ち上がりを適切に再現できないようになる。

一方、上記文献１に記載のエンジン試験装置では、動力計５２のトルクをフィードフォワードにより制御しているため、上記のような時間遅れについては、問題とならないものとなっている。しかしながら、フィードフォワードのタイミングについては考慮されておらず、エンジン始動時の回転上昇をアシストしてしまったり、逆に抑え込んでしまったりすることがあり、実車でのエンジン挙動を再現できない虞がある。また上記のような動力計５２の制御を行うには、スロットル開度とトルクとの関係を予め綿密に把握しておかなければならず、その関係を表したマップの作成に膨大な時間がかかってしまうものともなっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、エンジン始動時や変速時などのエンジン回転速度の急変時における実車でのエンジン挙動を容易かつ的確に再現することのできるエンジン試験装置及びエンジン試験方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、供試エンジンに連結され、制御指令値によって制御される動力計を備えるエンジン試験装置としての請求項１に記載の発明は、前記動力計と前記供試エンジンとを連結しない状態で、実車でのエンジン挙動を再現する期間における実車でのエンジン回転速度の変化に合わせて前記動力計の回転速度を前記制御指令値によって変化させたときの同制御指令値を記憶する記憶手段と、前記動力計と前記供試エンジンとを連結した状態で、前記期間の開始を示すエンジン出力信号を基準として前記記憶した制御指令値を前記動力計に出力する出力手段と、を備えるようにしている。

上記構成では、実車でのエンジン挙動を再現する期間における実車でのエンジン回転速度の変化に合わせて、供試エンジンに連結せずに動力計の回転速度を変化させたときの制御指令値が記憶手段に記憶される。この記憶される制御指令値は、動力計の慣性補償力に相当する動力を発生するために必要な制御指令値となる。

そして上記構成では、エンジン挙動を再現する期間の開始を示すエンジン出力信号の検出に合わせて記憶された制御指令値が動力計に出力される。そのため、供試エンジン側から見た動力計の慣性重量を零とすることができ、実車と同様のエンジン回転速度変化を再現することができる。したがって、上記構成によれば、エンジン始動時や変速時などのエンジン回転の急変時における実車でのエンジン挙動を容易かつ的確に再現することができるようになる。

なお、出力手段が制御指令値の出力時期を同期するために使用するエンジン出力信号としては、例えば請求項２によるように、点火信号、噴射信号、及び筒内圧信号のいずれか一つを使用することができる。

また記憶手段の記憶する制御指令値は、請求項３によるように、供試エンジンに連結せずに、エンジン回転速度の変化に合わせて動力計を実際に駆動して求めることができる。また記憶手段の記憶する制御指令値は、請求項４によるように、動力計及びプロペラシャフトの慣性重量、エンジン回転加速度、変速機フリクションの少なくとも一つに基づく演算によっても、求めることができる。

上記課題を解決するため、制御指令値によって制御される動力計を供試エンジンに連結して行われるエンジン試験方法としての請求項５に記載の発明は、前記動力計と前記供試エンジンとを連結しない状態で、実車でのエンジン挙動を再現する期間における実車でのエンジン回転速度の変化を取得するとともに、その期間の開始を示すエンジン出力信号を取得する工程と、前記動力計と前記供試エンジンとを連結しない状態で、前記取得したエンジン回転速度の変化に合わせて前記動力計の回転速度を前記制御指令値によって変化させたときの同制御指令値を取得する工程と、供試エンジンと動力計とを連結した状態で供試エンジンを稼動させるとともに、上記期間の開始を示すエンジン出力信号を基準として取得した制御指令値を動力計に出力する工程と、を備えるようにしている。

上記方法では、供試エンジンの試験に際してはまず、実車でのエンジン挙動を再現する期間における実車でのエンジン回転速度の変化に合わせて、供試エンジンに連結せずに動力計の回転速度を変化させたときの制御指令値が、エンジン挙動再現期間の開始を示す供試エンジンの出力信号と併せて取得される。また上記方法では、供試エンジンに連結せずに、エンジン挙動再現期間における実車でのエンジン回転速度の変化に合わせて動力計の回転速度を変化させたときの同動力計の制御指令値が取得される。そして動力計と連結した状態で供試エンジンを稼動させるとともに、エンジン挙動再現期間の開始を示すエンジン出力信号の検出の検出を基準として取得した制御指令値が動力計に出力されるようになる。

上記２番目の工程において取得される制御指令値は、動力計の慣性補償力に相当する動力を発生するために必要な制御指令値となる。そのため、供試エンジン側から見た動力計の慣性重量を零とすることができ、実車と同様のエンジン回転速度変化を再現することができる。したがって、上記方法によれば、エンジン始動時や変速時などのエンジン回転の急変時における実車でのエンジン挙動を容易かつ的確に再現することができるようになる。

なお、制御指令値の出力時期を同期するために使用するエンジン出力信号としては、例えば請求項６によるように、点火信号、噴射信号、及び筒内圧信号のいずれか一つを使用することができる。

またエンジン挙動再現期間の供試エンジン側から見た動力計の慣性重量を零とするために必要な同動力計の制御指令値は、請求項７によるように、供試エンジンに連結せずに、取得したエンジン回転速度の変化に合わせて動力計を実際に駆動することで取得することができる。また請求項８によるように、動力計及びプロペラシャフトの慣性重量、エンジン回転加速度、変速機フリクションの少なくとも一つに基づく演算によることでも取得することができる。

本発明の一実施の形態に係るエンジン試験装置の構成を模式的に示す略図。 同実施の形態の第１工程における試験装置の状態を示す略図。 同第１工程で取得されるエンジン始動時の点火信号、エンジン回転速度の推移を示すグラフ。 同実施の形態の第２工程における試験装置の状態を示す略図。 同第２工程で取得される動力計回転速度、電流指令値の推移を示すグラフ。 同実施の形態での第３工程の態様を示すグラフ。 同実施の形態の第４工程における試験装置の状態を示す略図。 同第４工程での点火信号、電流指令値、エンジン回転速度の推移を示すグラフ。 従来のエンジン試験装置の構成を模式的に示す略図。 従来のエンジン試験装置における実車及び試験でのエンジン回転速度の推移を示すグラフ。

以下、本発明のエンジン試験装置及びエンジン試験方法を具体化した一実施の形態を、図１〜図８を参照して詳細に説明する。
まず、図１を参照して、本実施の形態のエンジン試験装置の構成を説明する。同図に示すように、このエンジン試験装置では、試験に供される供試エンジン１は、クラッチ２を介して手動変速機３に接続された状態で配設されている。そして手動変速機３から出されたプロペラシャフト４を、カップリング５を介して動力計（ダイナモメーター）６に接続することで、供試エンジン１と動力計６とが連結されるようになっている。なお、動力計６には、その駆動電流を調整するインバーター９が設けられている。またカップリング５には、同カップリング５に作用する軸トルクを検出する軸トルクメーター５ａが設置されている。

供試エンジン１は、エンジン制御装置７により制御されている。また動力計６は、動力計制御装置８により制御されている。動力計制御装置８には、軸トルクメーター５ａの検出信号が入力されている。そして動力計制御装置８は、動力計６のインバーター９に電流指令値を出力することで、動力計６の制御を行うように構成されている。なお、動力計制御装置８には、試験用のデータが記憶される記憶部８ａが設けられている。

以上のように構成されたエンジン試験装置では、次の各工程を通じて供試エンジン１の試験を行っている。
・第１工程：実車でのエンジン挙動を再現する期間（ここではエンジン始動期間）における実車でのエンジン回転速度の変化を取得するとともに、その期間の開始を示す初点火信号取得する。
・第２工程：取得したエンジン回転速度の変化に合わせて、供試エンジン１に連結せずに動力計６の回転速度を変化させたときの同動力計６の電流指令値を取得する。
・第３工程：第１工程で取得したエンジン回転速度と第２工程での動力計回転速度とを吹き上がりポイントで重ね合わせ、初点火信号と電流指令値の指令タイミングとの同期を取る。
・第４工程：動力計６と連結した状態で供試エンジン１を稼動させるとともに、初点火信号を基準として取得した電流指令値を動力計６に出力して供試エンジン１の試験を実施する。

以下、各工程の詳細を説明する。
第１工程は、図２に示すように、供試エンジン１単体で行なわれる。第１工程では、単体で供試エンジン１を始動させ、図３に示すような点火信号及びエンジン回転速度の取得が行われる。そして本実施の形態では、供試エンジン１の初点火信号が、エンジン始動期間の開始を示すエンジン出力信号として取得される。

第２工程は、図４に示すように、供試エンジン１を切り離した状態で行われる。この第２工程では、図５に示すように、先の第１工程で取得したエンジン回転速度の変化に合わせて動力計６の回転速度を変化させるように、動力計６の回転速度制御が行われる。そしてそうした回転制御下で動力計制御装置８がインバーター９に指令した電流指令値の取得が行われる。ここで取得した電流指令値は、動力計制御装置８の記憶部８ａに記憶される。なお、ここで取得される電流指令値は、第１工程で取得したエンジン回転速度の変化に合わせて動力計６の回転速度を変化させたときの、プロペラシャフト４や動力計６等の慣性補償力を動力計６に発生させるために必要な電流指令値に相当するものとなっている。

第３工程では、図６に示すように、第１工程で取得したエンジン回転速度と第２工程での動力計回転速度とを吹き上がりポイントで重ね合わせ、第１工程で取得した初点火信号の検出時期ｔ１と第２工程で取得した電流指令値の指令タイミングとの同期を取ることがなされる。

第４工程は、図７に示すように、供試エンジン１を、クラッチ２、手動変速機３、プロペラシャフト４及びカップリング５を介して動力計６に連結した状態で行われる。この第４工程では、供試エンジン１を始動させるとともに、動力計制御装置８に供試エンジン１の点火信号を入力させるようにしている。そして図８に示すように、供試エンジン１の初点火信号の検出時期ｔ１を基準として、記憶部８ａに記憶した電流指令値をインバーター９に出力する。なお、本実施の形態では、軸トルクメーター５ａの検出結果に基づく動力計６のフィードバック制御によって、実車でのフリクションに相当する動力を動力計６に発生させる制御や、クラッチ２等のばね系の共振を抑える制御を併せ行うようにしている。

こうした本実施の形態では、第４工程における供試エンジン１の試験に際し、動力計６が、そのときどきの回転速度に応じた同動力計６やプロペラシャフト４等の慣性補償力に相当する動力を発生する。そのため、試験中の供試エンジン１側から見た動力計６等の慣性重量を零とすることができ、実車と同様のエンジン回転速度変化を再現することができる。

なお、以上説明した本実施の形態では、動力計制御装置８の記憶部８ａが、供試エンジン１に連結せずに動力計６の回転速度を変化させたときの同動力計６の制御指令値（電流指令値）を記憶する記憶手段に相当する構成となっている。また本実施の形態では、動力計制御装置８が、エンジン挙動を再現する期間の開始を示すエンジン出力信号（初点火信号）の検出を基準として記憶した制御指令値（電流指令値）を動力計６（のインバーター９）に出力する出力手段に相当する構成となっている。

以上の本実施の形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、実車でのエンジン挙動を再現する期間（ここではエンジン始動期間）における実車でのエンジン回転速度の変化に合わせて、供試エンジン１に連結せずに動力計６の回転速度を変化させたときの電流指令値を、動力計制御装置８の記憶部８ａに記憶させるようにしている。ここで記憶される電流指令値は、動力計６等の慣性補償力に相当する動力を発生するために必要な電流指令値となる。そして本実施の形態では、エンジン始動期間の開始を示す初点火信号に合わせて記憶された電流指令値を動力計６に出力させている。そのため、供試エンジン１側から見た動力計６等の慣性重量を零とすることができ、実車と同様のエンジン回転速度変化を再現することができる。したがって、本実施の形態によれば、エンジン始動時のエンジン回転の急変時における実車でのエンジン挙動を容易かつ的確に再現することができるようになる。

（他の実施の形態）
上記実施の形態では、実測した実車でのエンジン始動時のエンジン回転速度の変化に合わせて動力計６の回転速度を変化させ、そのときの動力計６に対する電流指令値を取得することで、試験時にフィードフォワード制御で動力計６に与える制御指令値を求めるようにしていた。なお、エンジン挙動再現期間の動力計６等の慣性補償力は、演算によっても求めることができる。例えばエンジン挙動再現期間の供試エンジン１の実車での回転速度が既知の場合には、下式（１）により、動力計６等の慣性補償力を求めることができる。なお、下式（１）の「Ｊｄ」は、動力計６やプロペラシャフト４等の慣性重量を、「α」は、供試エンジン１の回転加速度（エンジン回転速度の時間微分値）を、それぞれ示している。

慣性補償力＝Ｊｄ×α …（１）

また、エンジン挙動再現期間の供試エンジン１の実車での回転速度が既知でない場合には、筒内圧等から供試エンジン１の発生トルク（図示トルク）を求め、その値から供試エンジン１の回転加速度を求めることができ、下式（２）から動力計６等の慣性補償力を求めることができる。なお、下式（２）の「Ｔｉ」は、供試エンジン１の図示トルクを、「Ｔｆｅ」は、エンジンフリクションを、「Ｊｅ」は、供試エンジン１の慣性重量をそれぞれ示している。

慣性補償力＝Ｊｄ×（Ｔｉ−Ｔｆｅ）／Ｊｅ …（２）

そして、こうして求められた慣性補償力に相当する動力を発生するための動力計６の制御指令値を求め、初点火信号等に同期してその求めた制御指令値を動力計６に与えるようにすれば、実車でのエンジン挙動を適切に再現することができる。

一方、自動変速機や無段変速機の搭載車を模擬する場合には、変速機フリクションについても考慮する必要がある。こうした場合に、試験中の供試エンジン１側から見た動力計６等の慣性重量を零とするために必要な動力計６の駆動力に変速機フリクションを差し引いたものが動力計６の理論駆動力となる。理論駆動力は、下式（３）により求めることができる。なお、下式（３）の「Ｊｄ」は、動力計６やプロペラシャフト４等の慣性重量を、「α」は、供試エンジン１の単体時（図２の状態）の回転加速度を、「Ｔｆ」は、変速機フリクションを、それぞれ示している。

動力計理論駆動力＝Ｊｄ×α−Ｔｆ …（３）

エンジン挙動再現期間の供試エンジン１の回転速度が既知でない場合には、供試エンジン１と動力計６とを切り離した状態でのエンジン回転速度を取得する。そして、その回転速度を目標とするように動力計６を回転制御したときの電流指令値をフィードフォワード制御で与えるとともに、動力計６の発生動力に変速機フリクションを追加することで、実車でのエンジン挙動を適切に再現することができる。一方、自動変速機や無断変速機の搭載車のエンジン回転速度が既知の場合には、その回転速度を目標に動力計６を回転制御したときの電流指令値を取得する。この場合、取得した制御指令値が変速機フリクションを含む動力計理論駆動力に相当する値となるため、その値をフィードフォワードで動力計６に与えるようにすれば良い。このように本発明のエンジン試験装置及びエンジン試験方法は、自動変速機や無段変速機の搭載車のエンジン挙動の再現にも用いることが可能である。

なお、上記実施の形態は、更に以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、動力計６の発生動力をその駆動電流の調整により制御するようにしていたが、同様の制御は、駆動電圧の調整により行うこともできる。その場合には、電流指令値に代えて電圧指令値を制御指令値として用いることになる。

・上記実施の形態では、エンジン挙動再現期間の開始を示すエンジン出力信号として、初点火信号を用いるようにしていたが、供試エンジン１の噴射信号や筒内圧信号なども同様の信号として用いることが可能である。

・上記実施の形態では、エンジン始動時のエンジン挙動を再現するように試験を行う場合を説明したが、同様の手法は、変速時におけるエンジン挙動の再現にも用いることができる。この場合、エンジン挙動再現期間の開始を示すエンジン出力信号としては、シフト信号の変化後の最初の点火信号、噴射信号、筒内圧信号などを用いることができる。

・本発明のエンジン試験装置及びエンジン試験方法は、例えば図９に示したような変速機やクラッチを介在させずに供試エンジンと動力計とを連結した構成のエンジン試験装置にも同様に適用することができる。

１…供試エンジン、２…クラッチ、３…手動変速機、４…プロペラシャフト、５…カップリング、５ａ…軸トルクメーター、６…動力計、７…エンジン制御装置、８…動力計制御装置、８ａ…記憶部、９…インバーター、５０…供試エンジン、５１…カップリング、５２…動力計。

Claims (8)

1. 供試エンジンに連結され、制御指令値によって制御される動力計を備えるエンジン試験装置において、
   前記動力計と前記供試エンジンとを連結しない状態で、実車でのエンジン挙動を再現する期間における実車でのエンジン回転速度の変化に合わせて前記動力計の回転速度を前記制御指令値によって変化させたときの同制御指令値を記憶する記憶手段と、
   前記動力計と前記供試エンジンとを連結した状態で、前記期間の開始を示すエンジン出力信号を基準として前記記憶した制御指令値を前記動力計に出力する出力手段と、
   を備えることを特徴とするエンジン試験装置。
2. 前記出力手段は、前記エンジン出力信号として、点火信号、噴射信号、及び筒内圧信号のいずれか一つを使用する
   請求項１に記載のエンジン試験装置。
3. 前記制御指令値は、前記供試エンジンに連結せずに、前記エンジン回転速度の変化に合わせて前記動力計を実際に駆動して求められる
   請求項１又は２に記載のエンジン試験装置。
4. 前記制御指令値は、前記動力計及びプロペラシャフトの慣性重量、供試エンジンの回転加速度、変速機フリクションの少なくとも一つに基づく演算により求められる
   請求項１又は２に記載のエンジン試験装置。
5. 制御指令値によって制御される動力計を供試エンジンに連結して行われるエンジン試験方法において、
   前記動力計と前記供試エンジンとを連結しない状態で、実車でのエンジン挙動を再現する期間における実車でのエンジン回転速度の変化を取得するとともに、その期間の開始を示すエンジン出力信号を取得する工程と、
   前記動力計と前記供試エンジンとを連結しない状態で、前記取得したエンジン回転速度の変化に合わせて前記動力計の回転速度を前記制御指令値によって変化させたときの同制御指令値を取得する工程と、
   前記動力計と前記供試エンジンとを連結した状態で前記供試エンジンを稼動させるとともに、前記期間の開始を示す前記エンジン出力信号を基準として前記取得した制御指令値を前記動力計に出力する工程と、
   を備えるエンジン試験方法。
6. 前記エンジン出力信号として、点火信号、噴射信号、及び筒内圧信号のいずれか一つを使用する
   請求項５に記載のエンジン試験方法。
7. 前記制御指令値は、前記供試エンジンに連結せずに、前記取得したエンジン回転速度の変化に合わせて前記動力計を実際に駆動して取得される
   請求項５又は６に記載のエンジン試験方法。
8. 前記制御指令値は、前記動力計及びプロペラシャフトの慣性重量、供試エンジンの回転加速度、変速機フリクションの少なくとも一つに基づく演算により取得される
   請求項５又は６に記載のエンジン試験方法。

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