JP2008298793A - エンジン慣性測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、エンジンの慣性量を測定するエンジン慣性測定方法に関し、試験対象のエンジンをエンジン試験装置のダイナモに連結した状態でそのエンジンの慣性量を測定する。
【解決手段】 エンジンを、スロット開度を所定の開度に保ち、かつ絶対値が相互に同一の加速度で加速および減速しながらその加速および減速の間のエンジンおよびダイナモの特性を計測し、計測された加速時と減速時の特性値に基づいて、エンジンの慣性量を求める。
【選択図】 図４

Description

本発明は、エンジンの慣性量を測定するエンジン慣性測定方法に関する。

従来より、エンジンの様々な性能試験、例えば近年の関心事項としては、回転速度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、性能試験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速度を、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。

そのようなエンジン試験装置を稼動させて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速度を制御するにあたっては、エンジンやダイナモの、加速時あるいは減速時のトルクを推定し、それらのトルクの値を制御値に反映させる必要がある。この加速時（減速時を含む）のエンジンやダイナモのトルクを推定するにあたっては、時々刻々変化する回転速度指令値を微分（あるいは差分）して加速度を求め、その加速度に、あらかじめ決められたエンジンの慣性量やダイナモの慣性量を乗算することにより、加速（減速）に伴うエンジンあるいはダイナモのトルク（エンジン慣性加速度分トルクあるいはダイナモ慣性加速度分トルク）を求め、それらのトルクの値を反映させた制御値を用いて、スロットルの開度やダイナモのトルクあるいは回転速度を制御することが行なわれている。

近年では、上述のように、以前のような定常モード（回転速度やトルクが一定のモード）からトランジェントモードでのエンジンの挙動に関心が移っており、エンジン性能の正確な試験、あるいは再現性の良い試験を行なうためには、加速時のトルクを正確に推定しエンジンやダイナモの正確な慣性量をインプットしておいて、正確な制御を行なう必要がある。

ここで、ダイナモについては、その慣性量は正確に測定することができ、通常はそのダイナモのメーカから正確な値を入手することができるが、試験対象のエンジンについては、そのエンジンが開発途上のエンジンであったりして、このエンジン試験装置に取り付けられる前に正確な測定が終わっていることはほとんど期待できない。そこで、従来は、そのエンジンに関し測定が容易な、そのエンジンの重量Ｗ［ｋｇ］およびそのエンジンのフライホイール直径Ｄ［ｍ］をエンジン試験装置に入力し、比例係数をＫとしてエンジン慣性量Ｉ_ｅｇを
Ｉ_ｅｇ［ｋｇｍ^２］＝Ｗ×Ｄ^２／４×Ｋ ……（１）
の演算式により求めることが行なわれている。例えばあるシステムではＫ＝０．１が推定値として固定的に設定されている。

ところが、この演算式により求められたエンジン慣性量は、幾何学的な寸法等から推定的に設定された係数Ｋを用いて計算したものであって必ずしも正確ではなく、十分に高精度な試験を行なうことができるものであるか、あるいは試験結果が十分な精度を持つものであるか定かではない場合があるという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、試験対象のエンジンをエンジン試験装置のダイナモに連結した状態でそのエンジンの慣性量を測定するエンジン慣性測定方法を提供することを目的とする。

エンジンが連結されるダイナモを備え、該ダイナモに連結されたエンジンのスロットルの開度とそのダイナモのトルク及び／又は回転速度とを制御しながらそのエンジンの特性試験を行なうエンジン試験装置を用いてそのエンジンの慣性量を測定するエンジン慣性測定方法において、
上記エンジンを、スロット開度を全閉に保ちながら加速および減速し、その加速および減速の間のエンジンおよびダイナモの特性を計測する第１ステップと、
上記第１ステップで計測された加速時と減速時の特性値に基づいて、上記エンジンの慣性量を求める第２ステップとからなることを特徴とする。

また、上記上記第２ステップは、式
Ｔ_ｅ＝Ｔ_ｄｙ−Ｍ_ｌｏｓｓ＋Ｉ_ｄｙ・Δω_ｅ＋Ｉ_ｅｇ・Δω_ｅ
但し、Ｔ_ｅ：エンジン発生トルク［Ｎｍ］
Ｔ_ｄｙ：ダイナモトルク［Ｎｍ］
Ｉ_ｄｙ：ダイナモ慣性量［ｋｇｍ^２］
Ｉ_ｅｇ：エンジン慣性量［ｋｇｍ^２］
Ｍ_ｌｏｓｓ：メカロス
Δω_ｅ：回転角加速度［ｒａｄ／ｓ^２］
を用い、加速時と減速時とで同一回転数のときはエンジン発生トルクＴ_ｅが同一であることを利用して、エンジン慣性量Ｉ_ｅｇを求めるステップであってもよい。

以上説明したように、本発明によれば、エンジン慣性量を測定することができ、従来と比べ高精度のエンジン試験を行なうことができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は、エンジン試験装置の形態を示すブロック図である。

試験対象となるエンジン１０が出力軸を介してダイナモ３０に連結されている。出力軸２０には、その出力軸のトルクを測定する軸トルク計４０が備えられている。

それらのエンジン１０とダイナモ３０を制御する制御部は、エンジン制御部１００とダイナモ制御部２００とで構成されている。

図示しないパーソナルコンピュータ等にはあらかじめ決められた変化パターンの回転速度指令値とトルク指令値が記憶されており、そのパーソナルコンピュータ等から、そこに記憶されている、時々刻々と変化する回転速度指令値およびトルク指令値が入力される。

時々刻々と変化する回転速度指令値は、先ず１つにはエンジンマップ記憶部１０１に入力される。このエンジンマップ記憶部１０１には、回転速度およびトルクと、スロットル開度との対応関係を表わすエンジンマップが記憶されている。また、回転速度指令値は、エンジンマップ記憶部１０１のほか、微分演算器１０２入力される。この微分演算器１０２は、回転速度指令値からその変化分（角加速度）Δωを求めるものである。この微分演算器１０２で求められた角加速度Δωは乗算器１０３に入力される。この乗算器１０３には、エンジン慣性量Ｉ_ｅｇがあらかじめセットされており、乗算器１０３では、入力されてきた角加速度Δωにエンジン慣性量Ｉ_ｅｇが乗算されて、エンジン慣性加速度分トルクΔω・Ｉ_ｅｇが求められる。この求められたエンジン慣性加速度分トルクΔω・Ｉ_ｅｇは、加算器１０４に入力される。その加算器１０４には、トルク指令値も入力され、その加算器１０４では、乗算器１０３で求められたエンジン慣性加速度分トルクΔω・Ｉ_ｅｇと、トルク指令値とが加算されて、エンジンマップ記憶部１０１に入力される。

このエンジンマップ記憶部１０１からは、入力された回転速度指令値と加算器１０４で加算された後のトルクとに対応するスロットル開度が読み出されて加算器１０５に入力される。

またＰＩＤ制御部１０６には、回転速度指令値と、実際に計測された回転速度を表わすダイナモ回転計測値とが入力され、このＰＩＤ制御部１０６では、ダイナモ回転計測値が回転速度指令値と同一の値となるようにスロットル開度の補正値が求められて、加算器１０５に入力される。加算器１０５ではエンジンマップ記憶部１０１から読み出されたスロットル開度にＰＩＤ制御部１０６で求められたスロットル開度補正値が加算されてスロットル開度指令値が求められ、このスロットル開度指令値に基づいてエンジン１０のスロットル開度が制御される。

また、回転速度指令値は、ダイナモ制御部２００に備えられた微分演算器２０２にも入力されて角加速度Δωが求められ、乗算器２０３に入力される。乗算器２０３にはダイナモ３０の慣性量Ｉ_ｄｙがあらかじめセットされており、乗算器１０３では、入力されてきた角加速度Δωにダイナモ慣性量Ｉ_ｄｙが乗算されてダイナモ慣性加速度分トルクΔω・Ｉ_ｄｙが求められる。このダイナモ慣性加速度分トルクΔω・Ｉ_ｄｙは、減算器２０４に入力されて、その減算器２０４へのもう一方の入力であるトルク指令値から減算されてトルク基準値が生成あれ、その生成されたトルク基準値がＰＩＤ制御部２０６に入力される。このＰＩＤ制御部２０６には、ダイナモ３０の、実際に計測されたトルクを表わすダイナモトルク計測値も入力され、このＰＩＤ制御部２０６では、そのトルク計測値が減算器２０４からのトルク基準値に一致させるようにダイナモ電流指令値が求められる。ダイナモ３０は、このダイナモ電流指令値により、そのトルクが制御される。

以上説明した図１におけるエンジン制御部１００やダイナモ制御部２００の構成はその一例であるが、例えば図１の構成によりエンジン１０のスロットル開度が制御されるとともに、ダイナモ３０のトルクや回転速度（図１ではトルク）が制御され、その間のエンジンの各種性能や特性の試験、計測が行なわれる。

ここで、乗算器１０３や乗算器２０３に示すように、回転速度指令値に基づいて加速時（減速時を含む）におけるエンジンやダイナモの慣性に起因するトルクが求められて制御に反映されるが、そのためにはエンジンやダイナモの慣性量Ｉ_ｅｇ，Ｉ_ｄｙをあらかじめ知っておく必要がある。前述したように、ダイナモの慣性量Ｉ_ｄｙはあらかじめ正確な値を知ることができるが、エンジンの慣性量Ｉ_ｅｇについては、従来は、前述の（１）式に基く計算値が採用されており、かなりの誤差を伴う恐れがあった。そこでここでは、エンジン１０の慣性量を実測する方法について説明する。

図２は、エンジン試験装置の、エンジン慣性量実測用の制御系の一例を示す図である。

ここでは、図２に模式的に示すように、回転速度を一定の加速度で上昇させて暫らく一定速度とし、その後、回転速度を上昇時の加速度と絶対値が同じ一定の加速度で下降させるという速度パターンの回転速度指令値が入力される。

この回転速度指令値は、ＰＩＤ制御部２１１に入力される。ＰＩＤ制御部２１１にはダイナモ回転計測値も入力され、ダイナモ３０が回転速度指令値に応じた回転速度となるように制御される。

この間、エンジン１０のスロットル開度を制御するためのスロットル開度指令値はスロットル全閉を指示する指令値に保持される。

次に、図２の制御系を採用してエンジン慣性量Ｉ_ｅｇを測定することができることについて説明する。

過渡状態のトルクの関係式は、
Ｔ_ｅ＝Ｔ_ｄｙ−Ｍ_ｌｏｓｓ＋Ｉ_ｄｙ・Δω_ｅ＋Ｉ_ｅｇ・Δω_ｅ ……（２）
但し、
Ｔ_ｅ：エンジン発生トルク［Ｎｍ］
Ｔ_ｄｙ：ダイナモトルク［Ｎｍ］（ダイナモの吸収、駆動トルク）
Ｉ_ｄｙ：ダイナモ慣性量（軸トルクメーター等含む）［ｋｇｍ^２］
Ｉ_ｅｇ：エンジン慣性量（クラッチ、トランスミッション等を含む）
［ｋｇｍ^２］
Ｍ_ｌｏｓｓ：メカロス
Δω_ｅ：回転角加速度［ｒａｄ／ｓ^２］
と表わすことができる。ここで、スロットル開度一定、一定加速度で加減速を行なう。このとき、上記（２）式は、
Ｔ_ｅ１＝Ｔ_ｄｙ１−Ｍ_ｌｏｓｓ＋Ｉ_ｄｙ・Δω_ｅ１＋Ｉ_ｅｇ・Δω_ｅ１ （加速時）
Ｔ_ｅ２＝Ｔ_ｄｙ２−Ｍ_ｌｏｓｓ＋Ｉ_ｄｙ・Δω_ｅ２＋Ｉ_ｅｇ・Δω_ｅ２ （減速時）
と表わすことができる。ここで、燃料カット状態ではＴ_ｅ１、Ｔ_ｅ２は摩擦損失トルクとなり、同じ回転数ではＴ_ｅ１＝Ｔ_ｅ２となり、（３）式が成り立つ。

Ｔ_ｄｙ１−Ｍ_ｌｏｓｓ＋Ｉ_ｄｙ・Δω_ｅ１＋Ｉ_ｅｇ・Δω_ｅ１
＝Ｔ_ｄｙ２−Ｍ_ｌｏｓｓ＋Ｉ_ｄｙ・Δω_ｅ２＋Ｉ_ｅｇ・Δω_ｅ２ ……（３）
したがって、（３）式から、エンジン慣性値は下記のように求められる。

上記の（４）式において、加速時および減速時の回転角加速度Δω_ｅ１，ω_ｅ２はダイナモ回転計測値から求めることができ、加速時および減速時のダイナモトルクＴ_ｄｙ１，Ｔ_ｄｙ２は、ダイナモトルク計測値そのものである。また、ダイナモ慣性量Ｉ_ｄｙは、前述したように、正確な値を入手することができるものである。

したがって、（４）式に基づいて、エンジン慣性量Ｉ_ｅｇを計測することができる。

図３は、図２に示す制御系を用いてエンジンおよびダイナモを稼動させたときの、ダイナモ回転速度、ダイナモトルク、加速度の時間変化を示した図である。

ダイナモ回転速度は、加速度一定で上昇し、暫く一定速度を保ち、その後加速度一定で下降している。

図４は、横軸に回転速度をとったときの、ダイナモトルク（加速時と減速時）と加速度（加速時と減速時）の計測値、およびそれらの計測値を前述の（４）式に代入して求めたエンジン慣性量（各時刻ごとの計算値、および安定領域の平均値）を示した図である。

ここに示す計測値からは、エンジン慣性量Ｉ_ｅｇとして、
Ｉ_ｅｇ＝４．０８［ｋｇｍ^２］
が求められる。

このときの試験対象のエンジンは、排気量１３０００ｃｃディーゼルエンジン６気筒インタークーラーターボ付きのエンジンであり、エンジン重量１２００ｋｇ、フライホイール直径０．４３ｍのものである。

ちなみに、このエンジンについて、エンジン重量とフライホイール直径から前述の（１）式に従ってエンジン慣性量Ｉ_ｅｇを求めると、
Ｉ_ｅｇ＝５．５５［ｋｇｍ^２］
となる。

この例に示すように、前述の（１）式に従う計算値は、実際の測定値から大きく外れている。

エンジン試験装置の形態を示すブロック図である。 エンジン試験装置の、エンジン慣性量実測用の制御系の一例を示す図である。 図２に示す制御系を用いてエンジンおよびダイナモを稼動させたときの、ダイナモ回転速度、ダイナモトルク、加速度の時間変化を示した図である。 横軸に回転速度をとったときの、ダイナモトルクと加速度の計測値、およびエンジン慣性量の計算値を示した図である。

符号の説明

１０ エンジン
２０ 出力軸
３０ ダイナモ
４０ 軸トルク計
１００ エンジン制御部
１０１ エンジンマップ記憶部
１０２ 微分演算器
１０３ 乗算器
１０４ 加算器
１０５ 加算器
１０６ ＰＩＤ制御部
２００ ダイナモ制御部
２０２ 微分演算器
２０３ 乗算器
２０６ ＰＩＤ制御部
２１１ ＰＩＤ制御部
２１２ 微分演算器
２１３ 乗算器
２１４ 補正値演算部
２１５ 加算器

Claims (2)

1. エンジンが連結されるダイナモを備え、該ダイナモに連結されたエンジンのスロットルの開度と該ダイナモのトルク及び／又は回転速度とを制御しながら該エンジンの特性試験を行なうエンジン試験装置を用いて該エンジンの慣性量を測定するエンジン慣性測定方法において、
   前記エンジンを、スロット開度を全閉に保ちながら加速および減速し、該加速および減速の間の前記エンジンおよび前記ダイナモの特性を計測する第１ステップと、
   前記第１ステップで計測された加速時と減速時の特性値に基づいて、前記エンジンの慣性量を求める第２ステップとからなることを特徴とするエンジン慣性測定方法。
2. 前記第２ステップは、式
   Ｔ_ｅ＝Ｔ_ｄｙ−Ｍ_ｌｏｓｓ＋Ｉ_ｄｙ・Δω_ｅ＋Ｉ_ｅｇ・Δω_ｅ
   但し、Ｔ_ｅ：エンジン発生トルク［Ｎｍ］
   Ｔ_ｄｙ：ダイナモトルク［Ｎｍ］
   Ｉ_ｄｙ：ダイナモ慣性量［ｋｇｍ^２］
   Ｉ_ｅｇ：エンジン慣性量［ｋｇｍ^２］
   Ｍ_ｌｏｓｓ：メカロス
   Δω_ｅ：回転角加速度［ｒａｄ／ｓ^２］
   を用い、加速時と減速時とで同一回転数のときはエンジン発生トルクＴ_ｅが同一であることを利用して、エンジン慣性量Ｉ_ｅｇを求めるステップであることを特徴とする請求項１記載のエンジン慣性測定方法。

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