JP2004340878A - エンジンの出力同定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な構成によりエンジンの出力を同定するようにして、コストを低減することができるエンジンの出力同定装置を提供する。
【解決手段】ねじり振動計測手段１１がクランク軸の一端側のねじり振動角変位を計測し、筒内圧計測手段１２がエンジンの気筒の筒内圧を計測し、計測された筒内圧に基づき、クランク軸の各スルーの励振トルクを算出し、設計値入力手段１４によって入力された設計値により、ねじり振動計算モデルに係る慣性モーメントおよびねじり剛性を算出し、減衰成分計測手段１５により、エンジンの減衰成分を計測する。以上の計測値、算出値であるクランク軸の一端側のねじり振動角変位、各スルーの励振トルク、慣性モーメント、ねじり剛性および、減衰成分をねじり振動計算モデルの運動方程式に代入することで、クランク軸の他端側の励振トルクを算出し、エンジンの正味出力を同定するようにした。
【選択図】図１
【解決手段】ねじり振動計測手段１１がクランク軸の一端側のねじり振動角変位を計測し、筒内圧計測手段１２がエンジンの気筒の筒内圧を計測し、計測された筒内圧に基づき、クランク軸の各スルーの励振トルクを算出し、設計値入力手段１４によって入力された設計値により、ねじり振動計算モデルに係る慣性モーメントおよびねじり剛性を算出し、減衰成分計測手段１５により、エンジンの減衰成分を計測する。以上の計測値、算出値であるクランク軸の一端側のねじり振動角変位、各スルーの励振トルク、慣性モーメント、ねじり剛性および、減衰成分をねじり振動計算モデルの運動方程式に代入することで、クランク軸の他端側の励振トルクを算出し、エンジンの正味出力を同定するようにした。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの各所および運転状態を計測し、該計測した値に基づいてエンジンの正味出力を同定するようにしたエンジンの出力同定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンを診断するための装置としては、エンジンの回転数または角速度を連続測定する測定ユニットと、このユニットの角測定結果を配分するためのシリンダ識別用ユニットと、トリガーマーク発生器と、油温センサ、水温センサ、排気温度センサ、内燃制御器を調整する距離検出器を備え、こららのユニットの信号を用いて、エンジンを直接駆動する平均出力が近似的に測定できるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３３２８８６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術では、エンジンの出力を近似的に測定するために、数多くのセンサや検出器が必要になることから、装置の構成が複雑になり、コストが嵩む要因になるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、簡易な構成によりエンジンの出力を同定するようにして、コストを低減することができるエンジンの出力同定装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］エンジンの各所および運転状態を計測し、該計測した値に基づいてエンジンの正味出力を同定するようにしたエンジンの出力同定装置であって、
前記エンジンをねじり振動計算モデルであるとして、該ねじり振動計算モデルの運動方程式を用いた演算をする演算手段（１０）と、前記クランク軸の一端側のねじり振動角変位を計測するためのねじり振動計測手段（１１）と、エンジンの気筒の筒内圧を計測することでクランク軸の各スルーの励振トルクを算出可能にした筒内圧計測手段（１２）と、前記エンジンの設計値を入力することで、前記ねじり振動計算モデルに係る慣性モーメントおよびねじり剛性を算出可能にした設計値入力手段（１４）と、エンジンの減衰成分を計測するための減衰成分計測手段（１５）とを備え、
前記演算手段（１０）は、前記ねじり振動角変位、前記励振トルク、前記慣性モーメント、前記ねじり剛性および前記減衰成分の各値を前記ねじり振動計算モデルの運動方程式に代入することで、前記クランク軸の他端側の励振トルクを算出して、エンジンの正味出力を同定するようにした
ことを特徴とするエンジンの出力同定装置。
【０００７】
［２］前記各気筒の点火タイミングに係る信号を発生するエンジン制御器（１６）を備え、
前記演算手段（１０）は、前記エンジン制御器（１６）からの信号に基づく点火タイミングで前記各スルーに同等の励振トルクが発生するものとして、エンジンの正味出力を同定するようにした
ことを特徴とする［１］に記載のエンジンの出力同定装置。
【０００８】
［３］前記エンジン回転数に対する軸トルクを計測することで、前記エンジン回転数と前記軸トルクとの相関関係を示す情報であるＮ−Ｔ線図を作成可能なエンジン計測器（１３）を備え、
前記演算手段（１０）は、前記Ｎ−Ｔ線図の情報に基づいて、前記クランク軸の他端側の励振トルクを補正するようにした
ことを特徴とする［１］または［２］に記載のエンジンの出力同定装置。
【０００９】
［４］前記クランク軸の他端側のねじり振動角変位を計測するための第２ねじり振動計測手段（２４）と、前記クランク軸の他端側の軸トルクを計測するための軸トルク計（２１）とを備えた
ことを特徴とする［１］、［２］または［３］に記載のエンジンの出力同定装置。
【００１０】
［５］前記クランク軸の他端側の軸トルクを計測するための軸トルク計（２１）を備え、
前記演算手段（１０）は、前記軸トルク計（２１）が計測した前記クランク軸の他端側の軸トルクに基づき、１次振動モデルとしてのエンジンの前記慣性モーメント、前記ねじり剛性および前記減衰成分を算出するとともに、
前記設計値に基づき算出された前記慣性モーメント、前記ねじり剛性および前記減衰成分の各算出値に基づき、１次振動モデルとしてのエンジンの前記慣性モーメント、前記ねじり剛性および前記減衰成分を算出し、両者の前記慣性モーメント、前記ねじり剛性および前記減衰成分を比較できるようにした
ことを特徴とする［１］〜［４］の何れかに記載のエンジンの出力同定装置。
【００１１】
［６］前記クランク軸の他端側に接続されたダイナモ（２２）と、該ダイナモ（２２）を制御して前記クランク軸の他端側に所定の運転パターンの負荷を与えるようにしたダイナモ制御器（２３）とを備えた
ことを特徴とする［１］〜［５］の何れかに記載のエンジンの出力同定装置。
【００１２】
以下のように、エンジンの出力が同定される。
エンジンの各所および運転状態を計測する。このとき、計測する順番は特に限定されない。ねじり振動計測手段（１１）は、クランク軸の一端側のねじり振動角変位を計測する。計測されたねじり振動角変位は例えばメモリに保存しておく。また、筒内圧計測手段（１２）は、エンジンの気筒の筒内圧を計測する。計測された筒内圧に基づき、クランク軸の各スルーの励振トルクが算出可能になる。算出された励振トルクは同じくメモリに保存しておく。
【００１３】
さらに、設計値入力手段（１４）により、エンジンの設計値を入力する。入力された設計値により、ねじり振動計算モデルに係る慣性モーメントおよびねじり剛性を算出可能になる。算出された慣性モーメントおよびねじり剛性は同じくメモリに保存しておく。さらに、減衰成分計測手段（１５）により、エンジンの減衰成分を計測する。計測された減衰成分は同じくメモリに保存しておく。
【００１４】
以上のメモリに保存しておいた、クランク軸の一端側のねじり振動角変位、各スルーの励振トルク、慣性モーメント、ねじり剛性および、減衰成分の各値をねじり振動計算モデルの運動方程式に代入することで、演算手段（１０）がクランク軸の他端側の励振トルクを算出することができる。算出されたクランク軸の他端側の励振トルクによって、エンジンの正味出力を同定することができる。
【００１５】
次に、各気筒の点火タイミングに係る信号を発生するエンジン制御器（１６）を備え、エンジン制御器（１６）からの信号に基づく点火タイミングで各スルーに同等の励振トルクが発生するようにしたものでは、気筒数の多少に関わらず、エンジンの出力を同定する場合に、１つの筒内圧計測手段（１２）を備えておけばよい。すなわち、１つの筒内圧計測手段（１２）によって、複数の気筒の中の１つの筒内圧だけを計測し、その気筒に係る励振トルクを算出しておけば、各気筒の点火タイミングに基づいて他の気筒に係る励振トルクが算出できるようになる。例えば、エンジンの気筒数に応じて筒内圧計測手段（１２）を増やす必要がない。仮に、気筒数の多いエンジンの出力を同定する場合においても、１つの筒内圧計測手段（１２）を備えればよく、その分だけ、装置の構成が簡易になり、コストを低減することができる。
【００１６】
次に、エンジン回転数に対する軸トルクを計測することで、エンジン回転数と軸トルクとの相関関係を示す情報であるＮ−Ｔ線図を作成可能なエンジン計測器（１３）を備えたものでは、以下のようにエンジンの出力を同定すればよい。すなわち、エンジン計測器（１３）の計測値により作成されたＮ−Ｔ線図を例えばメモリに保存しておく。前述したように、演算手段（１０）がクランク軸の他端側の励振トルクを算出したとき、その励振トルクの算出値とＮ−Ｔ線図とを比較することができる。そして、励振トルクの算出値が許容範囲を超えた場合には、励振トルクの算出値を補正し、補正された励振トルクの算出値に基づいて、エンジンの正味出力を算出することができる。
【００１７】
次に、クランク軸の他端側のねじり振動角変位を計測するための第２ねじり振動計測手段（２４）と、クランク軸の他端側の軸トルクを計測するための軸トルク計（２１）とを備えたものでは、以下のように、演算手段（１０）が算出した算出値と実測値とを比較することができる。
【００１８】
すなわち、前述したように、クランク軸の一端側のねじり振動角変位、各スルーの励振トルク、慣性モーメント、ねじり剛性および、減衰成分の各値をねじり振動計算モデルの運動方程式に代入することで、演算手段（１０）がクランク軸の他端側の励振トルクを算出することができる。また、演算手段（１０）は、運動方程式を解く段階で、クランク軸の他端側のねじり振動角変位を算出する。
【００１９】
したがって、演算手段（１０）が算出したクランク軸の他端側のねじり振動角変位と、第２ねじり振動計測手段（２４）によって計測されたねじり振動角変位とを比較することができる。また、演算手段（１０）が算出したクランク軸の他端側の励振トルクと、軸トルクが計測した励振トルクとを比較することもできる。比較した結果、演算手段（１０）が算出した値が許容範囲内であれば、エンジンの試験が継続して行われる。一方、演算手段（１０）が算出した値が許容範囲を超えていれば、ねじり振動計算モデルの運動方程式に代入される各値の見直しが行われ、エンジンの出力を正確に同定することができる。
【００２０】
次に、クランク軸の他端側の軸トルクを計測するための軸トルク計（２１）を備えたものでは、以下のように、１次振動モデルとしてのエンジンの慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分を算出することができる。すなわち、演算手段（１０）は、軸トルク計（２１）が計測したクランク軸の他端側の軸トルクに基づき、１次振動モデルとしてのエンジンの慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分を算出することができる。
【００２１】
一方、ねじり振動計算モデルとしてのエンジンの慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分に基づき、演算手段（１０）は、１次振動モデルとしてのエンジンの慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分を算出することもできる。それにより、演算手段（１０）がそれぞれ算出した慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分を比較することができる。
【００２２】
次に、クランク軸の他端側に接続されたダイナモ（２２）と、ダイナモ（２２）を制御してクランク軸の他端側に所定の運転パターンの負荷を与えるようにしたダイナモ制御器（２３）とを備えたものでは、車両走行中の抵抗成分である空気抵抗、路面抵抗、加速抵抗、登坂抵抗およびバンク抵抗に相当する負荷をダイナモ（２２）からクランク軸の他端側にかけることで、運転パターンの負荷をシミュレートすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の一実施の形態を説明する。図１〜図７は本発明の一実施の形態を示している。本実施の形態に係るエンジンの出力同定装置は、エンジンの各所および運転状態を計測し、計測した値に基づいてエンジンの正味出力を同定するようにしたものである。
【００２４】
図１に示すように、本出力同定装置は、エンジンをねじり振動計算モデルであるとして、ねじり振動計算モデルの運動方程式を用いた演算をする演算手段１０と、クランク軸の一端側のねじり振動角変位を計測するためのねじり振動計測手段１１と、エンジンの気筒の筒内圧を計測することでクランク軸の各スルーの励振トルクを算出可能にした筒内圧計測手段１２と、エンジンの設計値を入力することで、ねじり振動計算モデルに係る慣性モーメントおよびねじり剛性を算出可能にした設計値入力手段１４と、エンジンの減衰成分を計測するための減衰成分計測手段１５とを備えている。
【００２５】
図７は、被試験エンジンをねじり振動計算モデルとして概念的に表した図である。また、このねじり振動計算モデルの運動方程式を以下に示す。
【００２６】
【外１】
図７において、ＪＰ、Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４，Ｊｆは、クランク軸系の慣性モーメントである。具体的には、ＪＰは、クランク軸の第１ジャーナルセンタとクランク軸の一端（クランクプーリ側のフロントエンド）間の慣性モーメントであり、Ｊ１〜Ｊ４は、ピストンと連接棒の等価回転部質量およびクランク軸の第ｎジャーナルセンタと第ｎ＋１ジャーナルセンタとの間の慣性モーメントであり、Ｊｆは、クラッチ、フライホイールおよびクランク軸の第５ジャーナルセンタとクランク軸の他端（エンジンフライホイール出力軸側のリヤエンド）との間の慣性モーメントである。
【００２７】
また、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５は、クランク軸のねじり剛性である。具体的には、Ｋ１は、クランク軸の第１ピンセンタとクランク軸の一端（フロントエンド）との間のねじり剛性であり、Ｋ２〜Ｋ４は、クランク軸の第ｎ−１ピンセンタと第ｎピンセンタとの間のねじり剛性であり、Ｋ５は、クランク軸の第４ピンセンタとクランク軸の他端（リヤエンド）との間のねじり剛性である。
【００２８】
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は機関減衰としての減衰成分であり、本実施の形態では、例えば、Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ４とする。Ｃ１〜Ｃ４を各々計測することで、各計測値に基づいて算出されたＣ１〜Ｃ４を用いるようにしてもよい。さらに、θＰ、θ１、θ２、θ３、θ４、θｆは、ねじり振動角変位である。さらに、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は、クランク軸の各スローに発生する励振トルクである。
【００２９】
演算手段１０は、ねじり振動角変位（θＰ）、励振トルク（Ｔ１〜Ｔ４）、慣性モーメント（ＪＰ〜Ｊｆ）、ねじり剛性（Ｋ１〜Ｋ５）および減衰成分（Ｃ１〜Ｃ４）の各値を前記運動方程式に代入することで、クランク軸の他端（リヤエンド）側の励振トルクＴ５を算出して、エンジンの正味出力を同定するものである。
【００３０】
ねじり振動計測手段１１は、クランク軸の一端側であるクランクプーリに取り付けた回転角度センサであり、回転角度センサの信号の分解能は、７２０Ｐ／Ｒ（１回転当たりのパルス数）または、３６０Ｐ／Ｒの中から選択可能になっている。これに限らず、選択可能な分解能としては、１４４０Ｐ／Ｒその他のものであってもよい。ねじり振動計測手段１１によって計測されたデータは、図２に示すように、「回転変動」として表すことができる。また、クランク軸の一端側（フロントエンド）とクランク軸の他端側（リヤエンド）間のねじれを計測することで、被試験エンジンをセッティングするときの初期位相ずれを補正可能になっている。
【００３１】
本実施の形態において、正味出力が同定される被試験エンジンは４気筒エンジンであり、燃焼解析装置である筒内圧計測手段１２は、４気筒の中の１つの気筒の筒内圧を計測する。図２において、「点火１気筒」〜「点火４気筒」で表しているように、被試験エンジンでは、クランク軸の一端側（クランクプーリ）に近い方の気筒から「１」、「４」、「３」、「２」の順に点火される。進角計測気筒よりの角度は、点火順番「１」、「４」、「３」、「２」に対して０°、５４０°、３６０°、１８０°にそれぞれ設定されている。本実施の形態では、点火順番「１」の気筒の筒内圧が筒内圧計測手段１２によって計測される。
【００３２】
本出力同定装置は、各気筒の点火タイミングに係る信号を発生するＥＣＵ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）であるエンジン制御器１６を備えている。演算手段１０は、エンジン制御器１６からの角度信号に基づく点火タイミングで各スルーに同等の励振トルクＴ１が発生するものとして、クランク軸の他端側の励振トルクＴ２〜Ｔ４を算出する。ただし、１サイクル遅れの励振トルクが入力され、メモリに保存される。図２においては、励振トルクＴ１を「起振力」として表している。仮に、例えば、演算手段１０の演算速度が上がれば、励振トルクをリアルタイムで入力するようにしてもよい。
【００３３】
設計値入力手段１４は、エンジンのＣＡＤの設計値を入力可能なものである。また、操作者がエンジンの設計値を入力するためのキーボートあるいはマウスであってもよい。入力される設計値としては、クランクプーリ、１気筒、２気筒、３気筒、４気筒、エンジンフライホイールにそれぞれ関連する設計値であり、当該設計値に基づいて、前述した慣性モーメント（ＪＰ〜Ｊｆ）およびねじり剛性（Ｋ１〜Ｋ５）が算出される。
【００３４】
減衰成分計測手段１５は、油温センサおよび油面センサである。油温センサは、回転数（例えば、アイドル、８００、１２００、１６００、２０００、…５６００，６０００、定格）毎に、潤滑油ギャラリー温が計測される。また、油温センサおよび油面センサの計測結果に基づき、図３に示すように、回転数（アイドル、８００…定格）毎に潤滑油ギャラリー温と粘性抵抗との相関関係を示す図が作成される。この粘性抵抗がエンジンの減衰成分となる。但し、本実施の形態では、粘性抵抗である減衰成分をＣ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ４とする。前述したように、Ｃ１〜Ｃ４を各々計測することで、各計測値に基づいて算出されたＣ１〜Ｃ４を用いるようにしてもよい。
【００３５】
さらに、本出力同定装置は、エンジン回転数に対する軸トルクを計測することで、エンジン回転数と軸トルクとの相関関係を示す情報である図４に示すＮ−Ｔ線図を作成可能なエンジン計測器１３を備えている。演算手段１０は、算出したクランク軸の他端（リヤエンド）側の励振トルクＴ５をＮ−Ｔ線図の情報に基づいて、補正することができる。
【００３６】
さらに、本出力同定装置は、クランク軸の他端（リヤエンド）側のねじり振動角変位Ｔ５を計測するための第２ねじり振動計測手段２４と、クランク軸の他端側の軸トルクを計測するための軸トルク計２１とを備えている。また、クランク軸の他端側にはダイナモ２２が接続されている。
【００３７】
さらに、ダイナモ２２を制御してクランク軸の他端側に所定の運転パターンの負荷を与えるようにしたダイナモ制御器２３を備えている。また、ダイナモ制御器２３は、運転パターン発生器３０サイドからの指令値信号が入力されると、ダイナモ２２を制御するためのダイナモ制御信号を生成するものである。スロットル制御器３２は、運転パターン発生器３０サイドからの設定回転数に対する被試験エンジンの運転時の実回転数の偏差が入力信号として入力されるものである。スロットルアクチュエータ３１は、スロットル制御器３２から設定回転数に対する被試験エンジンの運転時の実回転数の偏差が零になるような指令スロットル開度が入力信号として入力されるものである。
【００３８】
本実施の形態に係るエンジンの出力同定装置によって、以下のように被試験エンジンの出力が同定される。図５は、被試験エンジンの各所および運転状態を計測し、計測した値を保存するときのフロー図である。被試験エンジンの各所等を計測するときの順番は図５に示すステップに限定されるものではない。
【００３９】
図５に示すように、ねじり振動計測手段１１は、クランク軸の一端（フロントエンド）側のねじり振動角変位θＰを計測する。計測されたねじり振動角変位は例えばメモリに保存しておく（ステップＳ５０１）。また、筒内圧計測手段１２は、図２に示す点火順番「１」であるフロントエンド側の気筒の筒内圧を計測する。計測された筒内圧に基づき、フロンエンド側のスルーの励振トルクＴ１が算出され、算出された励振トルクＴ１は同じくメモリに保存しておく（ステップＳ５０２）。
【００４０】
さらに、設計値入力手段１４により、エンジンの設計値を入力する。入力された設計値により、ねじり振動計算モデルに係る各慣性モーメントＪ１〜Ｊｆおよびねじり剛性Ｋ１〜Ｋ５が算出され、算出された慣性モーメントＪ１〜Ｊｆおよびねじり剛性Ｋ１〜Ｋ５は同じくメモリに保存しておく（ステップＳ５０３）。さらに、減衰成分計測手段１５により、エンジンの減衰成分を計測する。計測された減衰成分は同じくメモリに保存しておく。保存された各減衰成分は等しいものとする（Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ４）（ステップＳ５０４）。Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ４に限らないことは、前述した通りである。
【００４１】
次に、エンジン制御器１６が発する各気筒の点火タイミングに係る信号に基づいて、他の気筒に係るスルーの励振トルクＴ２、Ｔ３、Ｔ４を算出し、メモリに保存しておく（ステップＳ５０５）。このとき、他の気筒には、計測したフロントエンド側の気筒と同等の励振トルクが発生しているものとする。
【００４２】
このように、被試験エンジンの気筒数の多少に関わらず、エンジンの出力を同定する場合に、１つの筒内圧計測手段１２により、複数の気筒の中の１つの筒内圧だけを計測し、その気筒に係る励振トルクＴ１を算出しておけば、エンジン制御器１６からの情報（各気筒の点火タイミング）に基づいて他の気筒に係る励振トルクＴ２、Ｔ３、Ｔ４…が算出できるので、エンジンの気筒数に応じて筒内圧計測手段１２を増やす必要がない。
【００４３】
次に、エンジン計測器１３によって、エンジン回転数に対する軸トルクを計測することで、エンジン回転数と軸トルクとの相関関係を示す情報であるＮ−Ｔ線図を作成し、メモリに保存しておく（ステップＳ５０６）。
【００４４】
図６は、演算手段が被試験エンジンの正味出力を算出するときのフロー図である。図６に示すように、以上のメモリに保存しておいた、クランク軸の一端（フロントエンド）側のねじり振動角変位θＰ、各スルーの励振トルクＴ１〜Ｔ４、慣性モーメントＪＰ〜Ｊｆ、ねじり剛性Ｋ１〜Ｋ５および、減衰成分の各値（Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ４）をねじり振動計算モデルの運動方程式に代入する（ステップＳ６０１）。
【００４５】
それにより、演算手段１０がクランク軸の他端（リヤエンド）側の励振トルクＴ５を算出する（ステップＳ６０２）。次に、メモリに保存しておいてＮ−Ｔ線図と、演算手段１０が算出したクランク軸の他端側の励振トルクＴ５とを比較することで、算出された励振トルクＴ５を評価することができる。評価の結果、励振トルクＴ５の算出値が許容範囲内であれば、算出値である励振トルクＴ５をそのまま用いることで、エンジンの正味出力を算出することができ（ステップＳ６０４）、被試験エンジンの正味出力と、別途用意された被試験エンジンの実測データとを比較して、エンジン出力を検証することができる（ステップＳ６０５）。
【００４６】
一方、評価の結果、励振トルクＴ５の算出値が許容範囲を超え、補正する場合には（ステップＳ６０３：Ｙ）には、励振トルクＴ５の算出値を補正し、補正された励振トルクＴ５の算出値に基づいて、エンジンの正味出力を算出し（ステップＳ６０４）、被試験エンジンの正味出力と、別途用意された被試験エンジンの実測データとを比較して、エンジン出力を検証することができる（ステップＳ６０５）。
【００４７】
次に、クランク軸の他端（リヤエンド）側のねじり振動角変位θｆを計測するための第２ねじり振動計測手段２４と、クランク軸の他端側の軸トルクである励振トルクＴ５を計測するための軸トルク計２１とを備えたことで、第２ねじり振動計測手段２４および軸トルク計２１が実測した値と、演算手段１０が算出した算出値と比較する場合を説明する。
【００４８】
すなわち、前述したように、クランク軸の一端（フロントエンド）側のねじり振動角変位θＰ、各スルーの励振トルクＴ１〜Ｔ４、慣性モーメントＪＰ〜Ｊｆ、ねじり剛性Ｋ１〜Ｋ５および、減衰成分Ｃ１〜Ｃ４（但しＣ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ４）の各値をねじり振動計算モデルの運動方程式に代入することで、演算手段１０がクランク軸の他端（リヤエンド）側のねじり振動角変位θｆおよび励振トルクＴ５をそれぞれ算出することができる。
【００４９】
このように、演算手段１０が算出したクランク軸の他端（リヤエンド）側のねじり振動角変位θｆと、第２ねじり振動計測手段２４によって実測されたねじり振動角変位θｆとを比較することができる。同様に、演算手段１０が算出したクランク軸の他端側の励振トルクＴ５と、軸トルク計２１が実測した励振トルクＴ５とを比較することができ、比較することで、演算手段１０が算出したねじり振動角変位θｆおよび励振トルクＴ５を評価することができる。その結果、算出されたねじり振動角変位θｆおよび励振トルクＴ５が実測値に近い値を示していれば、エンジンの試験が継続して行われることになる。一方、算出されたねじり振動角変位θｆおよび励振トルクＴ５が実測値に近い値でなければ、ねじり振動計算モデルの運動方程式に代入される各値の見直しが行われ、各値の見直し後に、再び、算出手段１０による算出値と第２ねじり振動計測手段２４による実測値とを比較する。
【００５０】
このようにして、１または複数回の見直しをすることによって、エンジンの出力を正確に同定することができる。また、エンジンの出力が正確に同定することができた後には、軸トルク計２１、第２ねじり振動計測手段２４を取り外すことができる。
【００５１】
次に、試験中のエンジンがどのように制御されるかについて説明する。運転パターン発生器３０サイドからの指令値信号がダイナモ制御器２３に入力されると、ダイナモ制御器２３がダイナモ制御信号を生成して、ダイナモ２２に出力する。それにより、ダイナモ２２が接続したクランク軸の他端（リヤエンド）側に、車両走行中の抵抗成分である空気抵抗、路面抵抗、加速抵抗、登坂抵抗およびバンク抵抗に相当する負荷がかかり、所定の運転パターンの負荷をシミュレートすることができる。
【００５２】
同じように、運転パターン発生器３０サイドからの設定回転数に対する被試験エンジンの運転時の実回転数の偏差が入力信号としてスロットル制御器３２に入力されると、スロットル制御器３２は、設定回転数に対する被試験エンジンの運転時の実回転数の偏差が零になるような指令スロットル開度を入力信号としてスロットルアクチュエータ３１に入力する。それにより、所定の運転パターンの回転数で被試験エンジンが運転されることになる。
【００５３】
なお、前記実施の形態においては、ねじり振動計算モデルとしてのエンジンの慣性モーメントＪＰ〜Ｊｆ、ねじり剛性Ｋ１〜Ｋ５、減衰成分Ｃ１〜Ｃ４を算出するものを示したが、クランク軸の他端（リヤエンド）側の軸トルクを軸トルク計２１で実測することで、軸トルク計２１が実測した軸トルクに基づき、演算手段１０が１次振動モデルとしてのエンジンの慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分を算出し、さらに、前記算出された慣性モーメントＪＰ〜Ｊｆ、ねじり剛性Ｋ１〜Ｋ５および減衰成分Ｃ１〜Ｃ４の各値に基づき、１次振動モデルとしてのエンジンの慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分を算出すれば、実測値に基づく慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分と、算出値に基づく慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分とを比較することができる。
【００５４】
また、実施の形態では、１つの気筒の筒内圧をねじり振動計測手段１１で計測することで、当該気筒に係る励振トルクＴ１を算出し、他の気筒に係る励振トルクＴ２〜Ｔ４を点火タイミングの信号に基づいて算出するものを示したが、各気筒の筒内圧を各ねじり振動計測手段１１で計測するようにしてもよい。
【００５５】
さらに、実施の形態では、演算手段１０によって算出された励振トルクＴ５の算出値をＮ−Ｔ線図で補正するステップＳ６０３、Ｓ６０６を示したが、例えば、エンジンの出力が正確に同定された後には、補正するステップＳ６０３、Ｓ６０６を経ることなく、励振トルクＴ５が算出された後に（ステップＳ６０２）、被試験エンジンの正味出力を算出する（ステップＳ６０４）ようにしてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
本発明に係るエンジンの出力同定装置によれば、ねじり振動計測手段等の計測手段によって計測された各値をねじり振動計算モデルの運動方程式に代入することで、演算手段がクランク軸の他端側の励振トルクを算出するようにしたので、少ない計測手段により、エンジンの正味出力を同定することができ、コストを低減することができる。また、各気筒の点火タイミングに係る信号を発生するエンジン制御器を備え、エンジン制御器からの信号に基づく点火タイミングで各スルーに同等の励振トルクが発生するようにしたので、１つの筒内圧計測手段によって、複数の気筒の中の１つの筒内圧だけを計測し、その気筒に係る励振トルクを算出しておけば、各気筒の点火タイミングに基づいて他の気筒に係る励振トルクが算出でき、エンジンの気筒数に応じて筒内圧計測手段を増やす必要がなく、この点からもコストを低減することができる。
【００５７】
さらに、エンジン回転数に対する軸トルクを計測することで、エンジン回転数と軸トルクとの相関関係を示す情報であるＮ−Ｔ線図を作成可能なエンジン計測器を備えたので、演算手段がクランク軸の他端側の励振トルクを算出したとき、その励振トルクの算出値とＮ−Ｔ線図とを比較することができ、必要に応じて、励振トルクの算出値を補正し、補正された励振トルクの算出値に基づいて、エンジンの正味出力を同定することができる。さらに、クランク軸の他端側のねじり振動角変位を計測するための第２ねじり振動計測手段と、クランク軸の他端側の軸トルクを計測するための軸トルク計とを備えたので、演算手段がねじり振動計算モデルの運動方程式を解くことで算出したクランク軸の他端側のねじり振動角変位と第２ねじり振動計測手段によって計測されたねじり振動角変位とを比較することができ、また、同じく演算手段が算出したクランク軸の他端側の励振トルクと軸トルクが計測した励振トルクとを比較することもでき、ねじり振動計算モデルの運動方程式に代入される各値の見直しが可能になり、エンジンの出力を同定するときの精度を上げることができる。
【００５８】
さらに、クランク軸の他端側の軸トルクを計測するための軸トルク計を備えたので、軸トルク計によって計測されたクランク軸の他端側の軸トルクに基づき演算手段が算出した１次振動モデルとしてのエンジンの慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分と、ねじり振動計算モデルとしてのエンジンの慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分に基づき演算手段が算出した１次振動モデルとしてのエンジンの慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分とを比較することができる。さらに、クランク軸の他端側に接続されたダイナモと、ダイナモを制御してクランク軸の他端側に所定の運転パターンの負荷を与えるようにしたダイナモ制御器とを備えたので、車両走行中の抵抗成分である空気抵抗、路面抵抗、加速抵抗、登坂抵抗およびバンク抵抗に相当する負荷をダイナモからクランク軸の他端側にかけることで、運転パターンの負荷をシミュレートすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るエンジンの出力同定装置のブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る被試験エンジンの点火タイミングなどを表したタイミングチャートである。
【図３】本発明の一実施の形態に係る被試験エンジンの潤滑油のギャラリー温度と粘性抵抗との相関関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る被試験エンジンの回転数と軸トルクとの相関関係を示すＮ−Ｔ線図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る被試験エンジンの各所および運転状態を計測し、計測した値を保存するときのフロー図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係るエンジンの出力同定装置において、演算手段が被試験エンジンの正味出力を算出するときのフロー図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る被試験エンジンをねじり振動計算モデルとして概念的に表した図である。
【符号の説明】
１０…演算手段
１１…ねじり振動計測手段
１２…筒内圧計測手段
１３…エンジン計測器
１４…設計値入力手段
１５…減衰成分計測手段
１６…エンジン制御器
２１…軸トルク計
２２…ダイナモ
２３…ダイナモ制御器
２４…第２ねじり振動計測手段
３０…運転パターン発生器
３１…スロットルアクチュエータ
３２…スロットル制御器
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの各所および運転状態を計測し、該計測した値に基づいてエンジンの正味出力を同定するようにしたエンジンの出力同定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンを診断するための装置としては、エンジンの回転数または角速度を連続測定する測定ユニットと、このユニットの角測定結果を配分するためのシリンダ識別用ユニットと、トリガーマーク発生器と、油温センサ、水温センサ、排気温度センサ、内燃制御器を調整する距離検出器を備え、こららのユニットの信号を用いて、エンジンを直接駆動する平均出力が近似的に測定できるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３３２８８６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術では、エンジンの出力を近似的に測定するために、数多くのセンサや検出器が必要になることから、装置の構成が複雑になり、コストが嵩む要因になるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、簡易な構成によりエンジンの出力を同定するようにして、コストを低減することができるエンジンの出力同定装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］エンジンの各所および運転状態を計測し、該計測した値に基づいてエンジンの正味出力を同定するようにしたエンジンの出力同定装置であって、
前記エンジンをねじり振動計算モデルであるとして、該ねじり振動計算モデルの運動方程式を用いた演算をする演算手段（１０）と、前記クランク軸の一端側のねじり振動角変位を計測するためのねじり振動計測手段（１１）と、エンジンの気筒の筒内圧を計測することでクランク軸の各スルーの励振トルクを算出可能にした筒内圧計測手段（１２）と、前記エンジンの設計値を入力することで、前記ねじり振動計算モデルに係る慣性モーメントおよびねじり剛性を算出可能にした設計値入力手段（１４）と、エンジンの減衰成分を計測するための減衰成分計測手段（１５）とを備え、
前記演算手段（１０）は、前記ねじり振動角変位、前記励振トルク、前記慣性モーメント、前記ねじり剛性および前記減衰成分の各値を前記ねじり振動計算モデルの運動方程式に代入することで、前記クランク軸の他端側の励振トルクを算出して、エンジンの正味出力を同定するようにした
ことを特徴とするエンジンの出力同定装置。
【０００７】
［２］前記各気筒の点火タイミングに係る信号を発生するエンジン制御器（１６）を備え、
前記演算手段（１０）は、前記エンジン制御器（１６）からの信号に基づく点火タイミングで前記各スルーに同等の励振トルクが発生するものとして、エンジンの正味出力を同定するようにした
ことを特徴とする［１］に記載のエンジンの出力同定装置。
【０００８】
［３］前記エンジン回転数に対する軸トルクを計測することで、前記エンジン回転数と前記軸トルクとの相関関係を示す情報であるＮ−Ｔ線図を作成可能なエンジン計測器（１３）を備え、
前記演算手段（１０）は、前記Ｎ−Ｔ線図の情報に基づいて、前記クランク軸の他端側の励振トルクを補正するようにした
ことを特徴とする［１］または［２］に記載のエンジンの出力同定装置。
【０００９】
［４］前記クランク軸の他端側のねじり振動角変位を計測するための第２ねじり振動計測手段（２４）と、前記クランク軸の他端側の軸トルクを計測するための軸トルク計（２１）とを備えた
ことを特徴とする［１］、［２］または［３］に記載のエンジンの出力同定装置。
【００１０】
［５］前記クランク軸の他端側の軸トルクを計測するための軸トルク計（２１）を備え、
前記演算手段（１０）は、前記軸トルク計（２１）が計測した前記クランク軸の他端側の軸トルクに基づき、１次振動モデルとしてのエンジンの前記慣性モーメント、前記ねじり剛性および前記減衰成分を算出するとともに、
前記設計値に基づき算出された前記慣性モーメント、前記ねじり剛性および前記減衰成分の各算出値に基づき、１次振動モデルとしてのエンジンの前記慣性モーメント、前記ねじり剛性および前記減衰成分を算出し、両者の前記慣性モーメント、前記ねじり剛性および前記減衰成分を比較できるようにした
ことを特徴とする［１］〜［４］の何れかに記載のエンジンの出力同定装置。
【００１１】
［６］前記クランク軸の他端側に接続されたダイナモ（２２）と、該ダイナモ（２２）を制御して前記クランク軸の他端側に所定の運転パターンの負荷を与えるようにしたダイナモ制御器（２３）とを備えた
ことを特徴とする［１］〜［５］の何れかに記載のエンジンの出力同定装置。
【００１２】
以下のように、エンジンの出力が同定される。
エンジンの各所および運転状態を計測する。このとき、計測する順番は特に限定されない。ねじり振動計測手段（１１）は、クランク軸の一端側のねじり振動角変位を計測する。計測されたねじり振動角変位は例えばメモリに保存しておく。また、筒内圧計測手段（１２）は、エンジンの気筒の筒内圧を計測する。計測された筒内圧に基づき、クランク軸の各スルーの励振トルクが算出可能になる。算出された励振トルクは同じくメモリに保存しておく。
【００１３】
さらに、設計値入力手段（１４）により、エンジンの設計値を入力する。入力された設計値により、ねじり振動計算モデルに係る慣性モーメントおよびねじり剛性を算出可能になる。算出された慣性モーメントおよびねじり剛性は同じくメモリに保存しておく。さらに、減衰成分計測手段（１５）により、エンジンの減衰成分を計測する。計測された減衰成分は同じくメモリに保存しておく。
【００１４】
以上のメモリに保存しておいた、クランク軸の一端側のねじり振動角変位、各スルーの励振トルク、慣性モーメント、ねじり剛性および、減衰成分の各値をねじり振動計算モデルの運動方程式に代入することで、演算手段（１０）がクランク軸の他端側の励振トルクを算出することができる。算出されたクランク軸の他端側の励振トルクによって、エンジンの正味出力を同定することができる。
【００１５】
次に、各気筒の点火タイミングに係る信号を発生するエンジン制御器（１６）を備え、エンジン制御器（１６）からの信号に基づく点火タイミングで各スルーに同等の励振トルクが発生するようにしたものでは、気筒数の多少に関わらず、エンジンの出力を同定する場合に、１つの筒内圧計測手段（１２）を備えておけばよい。すなわち、１つの筒内圧計測手段（１２）によって、複数の気筒の中の１つの筒内圧だけを計測し、その気筒に係る励振トルクを算出しておけば、各気筒の点火タイミングに基づいて他の気筒に係る励振トルクが算出できるようになる。例えば、エンジンの気筒数に応じて筒内圧計測手段（１２）を増やす必要がない。仮に、気筒数の多いエンジンの出力を同定する場合においても、１つの筒内圧計測手段（１２）を備えればよく、その分だけ、装置の構成が簡易になり、コストを低減することができる。
【００１６】
次に、エンジン回転数に対する軸トルクを計測することで、エンジン回転数と軸トルクとの相関関係を示す情報であるＮ−Ｔ線図を作成可能なエンジン計測器（１３）を備えたものでは、以下のようにエンジンの出力を同定すればよい。すなわち、エンジン計測器（１３）の計測値により作成されたＮ−Ｔ線図を例えばメモリに保存しておく。前述したように、演算手段（１０）がクランク軸の他端側の励振トルクを算出したとき、その励振トルクの算出値とＮ−Ｔ線図とを比較することができる。そして、励振トルクの算出値が許容範囲を超えた場合には、励振トルクの算出値を補正し、補正された励振トルクの算出値に基づいて、エンジンの正味出力を算出することができる。
【００１７】
次に、クランク軸の他端側のねじり振動角変位を計測するための第２ねじり振動計測手段（２４）と、クランク軸の他端側の軸トルクを計測するための軸トルク計（２１）とを備えたものでは、以下のように、演算手段（１０）が算出した算出値と実測値とを比較することができる。
【００１８】
すなわち、前述したように、クランク軸の一端側のねじり振動角変位、各スルーの励振トルク、慣性モーメント、ねじり剛性および、減衰成分の各値をねじり振動計算モデルの運動方程式に代入することで、演算手段（１０）がクランク軸の他端側の励振トルクを算出することができる。また、演算手段（１０）は、運動方程式を解く段階で、クランク軸の他端側のねじり振動角変位を算出する。
【００１９】
したがって、演算手段（１０）が算出したクランク軸の他端側のねじり振動角変位と、第２ねじり振動計測手段（２４）によって計測されたねじり振動角変位とを比較することができる。また、演算手段（１０）が算出したクランク軸の他端側の励振トルクと、軸トルクが計測した励振トルクとを比較することもできる。比較した結果、演算手段（１０）が算出した値が許容範囲内であれば、エンジンの試験が継続して行われる。一方、演算手段（１０）が算出した値が許容範囲を超えていれば、ねじり振動計算モデルの運動方程式に代入される各値の見直しが行われ、エンジンの出力を正確に同定することができる。
【００２０】
次に、クランク軸の他端側の軸トルクを計測するための軸トルク計（２１）を備えたものでは、以下のように、１次振動モデルとしてのエンジンの慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分を算出することができる。すなわち、演算手段（１０）は、軸トルク計（２１）が計測したクランク軸の他端側の軸トルクに基づき、１次振動モデルとしてのエンジンの慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分を算出することができる。
【００２１】
一方、ねじり振動計算モデルとしてのエンジンの慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分に基づき、演算手段（１０）は、１次振動モデルとしてのエンジンの慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分を算出することもできる。それにより、演算手段（１０）がそれぞれ算出した慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分を比較することができる。
【００２２】
次に、クランク軸の他端側に接続されたダイナモ（２２）と、ダイナモ（２２）を制御してクランク軸の他端側に所定の運転パターンの負荷を与えるようにしたダイナモ制御器（２３）とを備えたものでは、車両走行中の抵抗成分である空気抵抗、路面抵抗、加速抵抗、登坂抵抗およびバンク抵抗に相当する負荷をダイナモ（２２）からクランク軸の他端側にかけることで、運転パターンの負荷をシミュレートすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の一実施の形態を説明する。図１〜図７は本発明の一実施の形態を示している。本実施の形態に係るエンジンの出力同定装置は、エンジンの各所および運転状態を計測し、計測した値に基づいてエンジンの正味出力を同定するようにしたものである。
【００２４】
図１に示すように、本出力同定装置は、エンジンをねじり振動計算モデルであるとして、ねじり振動計算モデルの運動方程式を用いた演算をする演算手段１０と、クランク軸の一端側のねじり振動角変位を計測するためのねじり振動計測手段１１と、エンジンの気筒の筒内圧を計測することでクランク軸の各スルーの励振トルクを算出可能にした筒内圧計測手段１２と、エンジンの設計値を入力することで、ねじり振動計算モデルに係る慣性モーメントおよびねじり剛性を算出可能にした設計値入力手段１４と、エンジンの減衰成分を計測するための減衰成分計測手段１５とを備えている。
【００２５】
図７は、被試験エンジンをねじり振動計算モデルとして概念的に表した図である。また、このねじり振動計算モデルの運動方程式を以下に示す。
【００２６】
【外１】
【００２７】
また、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５は、クランク軸のねじり剛性である。具体的には、Ｋ１は、クランク軸の第１ピンセンタとクランク軸の一端（フロントエンド）との間のねじり剛性であり、Ｋ２〜Ｋ４は、クランク軸の第ｎ−１ピンセンタと第ｎピンセンタとの間のねじり剛性であり、Ｋ５は、クランク軸の第４ピンセンタとクランク軸の他端（リヤエンド）との間のねじり剛性である。
【００２８】
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は機関減衰としての減衰成分であり、本実施の形態では、例えば、Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ４とする。Ｃ１〜Ｃ４を各々計測することで、各計測値に基づいて算出されたＣ１〜Ｃ４を用いるようにしてもよい。さらに、θＰ、θ１、θ２、θ３、θ４、θｆは、ねじり振動角変位である。さらに、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は、クランク軸の各スローに発生する励振トルクである。
【００２９】
演算手段１０は、ねじり振動角変位（θＰ）、励振トルク（Ｔ１〜Ｔ４）、慣性モーメント（ＪＰ〜Ｊｆ）、ねじり剛性（Ｋ１〜Ｋ５）および減衰成分（Ｃ１〜Ｃ４）の各値を前記運動方程式に代入することで、クランク軸の他端（リヤエンド）側の励振トルクＴ５を算出して、エンジンの正味出力を同定するものである。
【００３０】
ねじり振動計測手段１１は、クランク軸の一端側であるクランクプーリに取り付けた回転角度センサであり、回転角度センサの信号の分解能は、７２０Ｐ／Ｒ（１回転当たりのパルス数）または、３６０Ｐ／Ｒの中から選択可能になっている。これに限らず、選択可能な分解能としては、１４４０Ｐ／Ｒその他のものであってもよい。ねじり振動計測手段１１によって計測されたデータは、図２に示すように、「回転変動」として表すことができる。また、クランク軸の一端側（フロントエンド）とクランク軸の他端側（リヤエンド）間のねじれを計測することで、被試験エンジンをセッティングするときの初期位相ずれを補正可能になっている。
【００３１】
本実施の形態において、正味出力が同定される被試験エンジンは４気筒エンジンであり、燃焼解析装置である筒内圧計測手段１２は、４気筒の中の１つの気筒の筒内圧を計測する。図２において、「点火１気筒」〜「点火４気筒」で表しているように、被試験エンジンでは、クランク軸の一端側（クランクプーリ）に近い方の気筒から「１」、「４」、「３」、「２」の順に点火される。進角計測気筒よりの角度は、点火順番「１」、「４」、「３」、「２」に対して０°、５４０°、３６０°、１８０°にそれぞれ設定されている。本実施の形態では、点火順番「１」の気筒の筒内圧が筒内圧計測手段１２によって計測される。
【００３２】
本出力同定装置は、各気筒の点火タイミングに係る信号を発生するＥＣＵ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）であるエンジン制御器１６を備えている。演算手段１０は、エンジン制御器１６からの角度信号に基づく点火タイミングで各スルーに同等の励振トルクＴ１が発生するものとして、クランク軸の他端側の励振トルクＴ２〜Ｔ４を算出する。ただし、１サイクル遅れの励振トルクが入力され、メモリに保存される。図２においては、励振トルクＴ１を「起振力」として表している。仮に、例えば、演算手段１０の演算速度が上がれば、励振トルクをリアルタイムで入力するようにしてもよい。
【００３３】
設計値入力手段１４は、エンジンのＣＡＤの設計値を入力可能なものである。また、操作者がエンジンの設計値を入力するためのキーボートあるいはマウスであってもよい。入力される設計値としては、クランクプーリ、１気筒、２気筒、３気筒、４気筒、エンジンフライホイールにそれぞれ関連する設計値であり、当該設計値に基づいて、前述した慣性モーメント（ＪＰ〜Ｊｆ）およびねじり剛性（Ｋ１〜Ｋ５）が算出される。
【００３４】
減衰成分計測手段１５は、油温センサおよび油面センサである。油温センサは、回転数（例えば、アイドル、８００、１２００、１６００、２０００、…５６００，６０００、定格）毎に、潤滑油ギャラリー温が計測される。また、油温センサおよび油面センサの計測結果に基づき、図３に示すように、回転数（アイドル、８００…定格）毎に潤滑油ギャラリー温と粘性抵抗との相関関係を示す図が作成される。この粘性抵抗がエンジンの減衰成分となる。但し、本実施の形態では、粘性抵抗である減衰成分をＣ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ４とする。前述したように、Ｃ１〜Ｃ４を各々計測することで、各計測値に基づいて算出されたＣ１〜Ｃ４を用いるようにしてもよい。
【００３５】
さらに、本出力同定装置は、エンジン回転数に対する軸トルクを計測することで、エンジン回転数と軸トルクとの相関関係を示す情報である図４に示すＮ−Ｔ線図を作成可能なエンジン計測器１３を備えている。演算手段１０は、算出したクランク軸の他端（リヤエンド）側の励振トルクＴ５をＮ−Ｔ線図の情報に基づいて、補正することができる。
【００３６】
さらに、本出力同定装置は、クランク軸の他端（リヤエンド）側のねじり振動角変位Ｔ５を計測するための第２ねじり振動計測手段２４と、クランク軸の他端側の軸トルクを計測するための軸トルク計２１とを備えている。また、クランク軸の他端側にはダイナモ２２が接続されている。
【００３７】
さらに、ダイナモ２２を制御してクランク軸の他端側に所定の運転パターンの負荷を与えるようにしたダイナモ制御器２３を備えている。また、ダイナモ制御器２３は、運転パターン発生器３０サイドからの指令値信号が入力されると、ダイナモ２２を制御するためのダイナモ制御信号を生成するものである。スロットル制御器３２は、運転パターン発生器３０サイドからの設定回転数に対する被試験エンジンの運転時の実回転数の偏差が入力信号として入力されるものである。スロットルアクチュエータ３１は、スロットル制御器３２から設定回転数に対する被試験エンジンの運転時の実回転数の偏差が零になるような指令スロットル開度が入力信号として入力されるものである。
【００３８】
本実施の形態に係るエンジンの出力同定装置によって、以下のように被試験エンジンの出力が同定される。図５は、被試験エンジンの各所および運転状態を計測し、計測した値を保存するときのフロー図である。被試験エンジンの各所等を計測するときの順番は図５に示すステップに限定されるものではない。
【００３９】
図５に示すように、ねじり振動計測手段１１は、クランク軸の一端（フロントエンド）側のねじり振動角変位θＰを計測する。計測されたねじり振動角変位は例えばメモリに保存しておく（ステップＳ５０１）。また、筒内圧計測手段１２は、図２に示す点火順番「１」であるフロントエンド側の気筒の筒内圧を計測する。計測された筒内圧に基づき、フロンエンド側のスルーの励振トルクＴ１が算出され、算出された励振トルクＴ１は同じくメモリに保存しておく（ステップＳ５０２）。
【００４０】
さらに、設計値入力手段１４により、エンジンの設計値を入力する。入力された設計値により、ねじり振動計算モデルに係る各慣性モーメントＪ１〜Ｊｆおよびねじり剛性Ｋ１〜Ｋ５が算出され、算出された慣性モーメントＪ１〜Ｊｆおよびねじり剛性Ｋ１〜Ｋ５は同じくメモリに保存しておく（ステップＳ５０３）。さらに、減衰成分計測手段１５により、エンジンの減衰成分を計測する。計測された減衰成分は同じくメモリに保存しておく。保存された各減衰成分は等しいものとする（Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ４）（ステップＳ５０４）。Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ４に限らないことは、前述した通りである。
【００４１】
次に、エンジン制御器１６が発する各気筒の点火タイミングに係る信号に基づいて、他の気筒に係るスルーの励振トルクＴ２、Ｔ３、Ｔ４を算出し、メモリに保存しておく（ステップＳ５０５）。このとき、他の気筒には、計測したフロントエンド側の気筒と同等の励振トルクが発生しているものとする。
【００４２】
このように、被試験エンジンの気筒数の多少に関わらず、エンジンの出力を同定する場合に、１つの筒内圧計測手段１２により、複数の気筒の中の１つの筒内圧だけを計測し、その気筒に係る励振トルクＴ１を算出しておけば、エンジン制御器１６からの情報（各気筒の点火タイミング）に基づいて他の気筒に係る励振トルクＴ２、Ｔ３、Ｔ４…が算出できるので、エンジンの気筒数に応じて筒内圧計測手段１２を増やす必要がない。
【００４３】
次に、エンジン計測器１３によって、エンジン回転数に対する軸トルクを計測することで、エンジン回転数と軸トルクとの相関関係を示す情報であるＮ−Ｔ線図を作成し、メモリに保存しておく（ステップＳ５０６）。
【００４４】
図６は、演算手段が被試験エンジンの正味出力を算出するときのフロー図である。図６に示すように、以上のメモリに保存しておいた、クランク軸の一端（フロントエンド）側のねじり振動角変位θＰ、各スルーの励振トルクＴ１〜Ｔ４、慣性モーメントＪＰ〜Ｊｆ、ねじり剛性Ｋ１〜Ｋ５および、減衰成分の各値（Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ４）をねじり振動計算モデルの運動方程式に代入する（ステップＳ６０１）。
【００４５】
それにより、演算手段１０がクランク軸の他端（リヤエンド）側の励振トルクＴ５を算出する（ステップＳ６０２）。次に、メモリに保存しておいてＮ−Ｔ線図と、演算手段１０が算出したクランク軸の他端側の励振トルクＴ５とを比較することで、算出された励振トルクＴ５を評価することができる。評価の結果、励振トルクＴ５の算出値が許容範囲内であれば、算出値である励振トルクＴ５をそのまま用いることで、エンジンの正味出力を算出することができ（ステップＳ６０４）、被試験エンジンの正味出力と、別途用意された被試験エンジンの実測データとを比較して、エンジン出力を検証することができる（ステップＳ６０５）。
【００４６】
一方、評価の結果、励振トルクＴ５の算出値が許容範囲を超え、補正する場合には（ステップＳ６０３：Ｙ）には、励振トルクＴ５の算出値を補正し、補正された励振トルクＴ５の算出値に基づいて、エンジンの正味出力を算出し（ステップＳ６０４）、被試験エンジンの正味出力と、別途用意された被試験エンジンの実測データとを比較して、エンジン出力を検証することができる（ステップＳ６０５）。
【００４７】
次に、クランク軸の他端（リヤエンド）側のねじり振動角変位θｆを計測するための第２ねじり振動計測手段２４と、クランク軸の他端側の軸トルクである励振トルクＴ５を計測するための軸トルク計２１とを備えたことで、第２ねじり振動計測手段２４および軸トルク計２１が実測した値と、演算手段１０が算出した算出値と比較する場合を説明する。
【００４８】
すなわち、前述したように、クランク軸の一端（フロントエンド）側のねじり振動角変位θＰ、各スルーの励振トルクＴ１〜Ｔ４、慣性モーメントＪＰ〜Ｊｆ、ねじり剛性Ｋ１〜Ｋ５および、減衰成分Ｃ１〜Ｃ４（但しＣ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ４）の各値をねじり振動計算モデルの運動方程式に代入することで、演算手段１０がクランク軸の他端（リヤエンド）側のねじり振動角変位θｆおよび励振トルクＴ５をそれぞれ算出することができる。
【００４９】
このように、演算手段１０が算出したクランク軸の他端（リヤエンド）側のねじり振動角変位θｆと、第２ねじり振動計測手段２４によって実測されたねじり振動角変位θｆとを比較することができる。同様に、演算手段１０が算出したクランク軸の他端側の励振トルクＴ５と、軸トルク計２１が実測した励振トルクＴ５とを比較することができ、比較することで、演算手段１０が算出したねじり振動角変位θｆおよび励振トルクＴ５を評価することができる。その結果、算出されたねじり振動角変位θｆおよび励振トルクＴ５が実測値に近い値を示していれば、エンジンの試験が継続して行われることになる。一方、算出されたねじり振動角変位θｆおよび励振トルクＴ５が実測値に近い値でなければ、ねじり振動計算モデルの運動方程式に代入される各値の見直しが行われ、各値の見直し後に、再び、算出手段１０による算出値と第２ねじり振動計測手段２４による実測値とを比較する。
【００５０】
このようにして、１または複数回の見直しをすることによって、エンジンの出力を正確に同定することができる。また、エンジンの出力が正確に同定することができた後には、軸トルク計２１、第２ねじり振動計測手段２４を取り外すことができる。
【００５１】
次に、試験中のエンジンがどのように制御されるかについて説明する。運転パターン発生器３０サイドからの指令値信号がダイナモ制御器２３に入力されると、ダイナモ制御器２３がダイナモ制御信号を生成して、ダイナモ２２に出力する。それにより、ダイナモ２２が接続したクランク軸の他端（リヤエンド）側に、車両走行中の抵抗成分である空気抵抗、路面抵抗、加速抵抗、登坂抵抗およびバンク抵抗に相当する負荷がかかり、所定の運転パターンの負荷をシミュレートすることができる。
【００５２】
同じように、運転パターン発生器３０サイドからの設定回転数に対する被試験エンジンの運転時の実回転数の偏差が入力信号としてスロットル制御器３２に入力されると、スロットル制御器３２は、設定回転数に対する被試験エンジンの運転時の実回転数の偏差が零になるような指令スロットル開度を入力信号としてスロットルアクチュエータ３１に入力する。それにより、所定の運転パターンの回転数で被試験エンジンが運転されることになる。
【００５３】
なお、前記実施の形態においては、ねじり振動計算モデルとしてのエンジンの慣性モーメントＪＰ〜Ｊｆ、ねじり剛性Ｋ１〜Ｋ５、減衰成分Ｃ１〜Ｃ４を算出するものを示したが、クランク軸の他端（リヤエンド）側の軸トルクを軸トルク計２１で実測することで、軸トルク計２１が実測した軸トルクに基づき、演算手段１０が１次振動モデルとしてのエンジンの慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分を算出し、さらに、前記算出された慣性モーメントＪＰ〜Ｊｆ、ねじり剛性Ｋ１〜Ｋ５および減衰成分Ｃ１〜Ｃ４の各値に基づき、１次振動モデルとしてのエンジンの慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分を算出すれば、実測値に基づく慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分と、算出値に基づく慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分とを比較することができる。
【００５４】
また、実施の形態では、１つの気筒の筒内圧をねじり振動計測手段１１で計測することで、当該気筒に係る励振トルクＴ１を算出し、他の気筒に係る励振トルクＴ２〜Ｔ４を点火タイミングの信号に基づいて算出するものを示したが、各気筒の筒内圧を各ねじり振動計測手段１１で計測するようにしてもよい。
【００５５】
さらに、実施の形態では、演算手段１０によって算出された励振トルクＴ５の算出値をＮ−Ｔ線図で補正するステップＳ６０３、Ｓ６０６を示したが、例えば、エンジンの出力が正確に同定された後には、補正するステップＳ６０３、Ｓ６０６を経ることなく、励振トルクＴ５が算出された後に（ステップＳ６０２）、被試験エンジンの正味出力を算出する（ステップＳ６０４）ようにしてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
本発明に係るエンジンの出力同定装置によれば、ねじり振動計測手段等の計測手段によって計測された各値をねじり振動計算モデルの運動方程式に代入することで、演算手段がクランク軸の他端側の励振トルクを算出するようにしたので、少ない計測手段により、エンジンの正味出力を同定することができ、コストを低減することができる。また、各気筒の点火タイミングに係る信号を発生するエンジン制御器を備え、エンジン制御器からの信号に基づく点火タイミングで各スルーに同等の励振トルクが発生するようにしたので、１つの筒内圧計測手段によって、複数の気筒の中の１つの筒内圧だけを計測し、その気筒に係る励振トルクを算出しておけば、各気筒の点火タイミングに基づいて他の気筒に係る励振トルクが算出でき、エンジンの気筒数に応じて筒内圧計測手段を増やす必要がなく、この点からもコストを低減することができる。
【００５７】
さらに、エンジン回転数に対する軸トルクを計測することで、エンジン回転数と軸トルクとの相関関係を示す情報であるＮ−Ｔ線図を作成可能なエンジン計測器を備えたので、演算手段がクランク軸の他端側の励振トルクを算出したとき、その励振トルクの算出値とＮ−Ｔ線図とを比較することができ、必要に応じて、励振トルクの算出値を補正し、補正された励振トルクの算出値に基づいて、エンジンの正味出力を同定することができる。さらに、クランク軸の他端側のねじり振動角変位を計測するための第２ねじり振動計測手段と、クランク軸の他端側の軸トルクを計測するための軸トルク計とを備えたので、演算手段がねじり振動計算モデルの運動方程式を解くことで算出したクランク軸の他端側のねじり振動角変位と第２ねじり振動計測手段によって計測されたねじり振動角変位とを比較することができ、また、同じく演算手段が算出したクランク軸の他端側の励振トルクと軸トルクが計測した励振トルクとを比較することもでき、ねじり振動計算モデルの運動方程式に代入される各値の見直しが可能になり、エンジンの出力を同定するときの精度を上げることができる。
【００５８】
さらに、クランク軸の他端側の軸トルクを計測するための軸トルク計を備えたので、軸トルク計によって計測されたクランク軸の他端側の軸トルクに基づき演算手段が算出した１次振動モデルとしてのエンジンの慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分と、ねじり振動計算モデルとしてのエンジンの慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分に基づき演算手段が算出した１次振動モデルとしてのエンジンの慣性モーメント、ねじり剛性および減衰成分とを比較することができる。さらに、クランク軸の他端側に接続されたダイナモと、ダイナモを制御してクランク軸の他端側に所定の運転パターンの負荷を与えるようにしたダイナモ制御器とを備えたので、車両走行中の抵抗成分である空気抵抗、路面抵抗、加速抵抗、登坂抵抗およびバンク抵抗に相当する負荷をダイナモからクランク軸の他端側にかけることで、運転パターンの負荷をシミュレートすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るエンジンの出力同定装置のブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る被試験エンジンの点火タイミングなどを表したタイミングチャートである。
【図３】本発明の一実施の形態に係る被試験エンジンの潤滑油のギャラリー温度と粘性抵抗との相関関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る被試験エンジンの回転数と軸トルクとの相関関係を示すＮ−Ｔ線図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る被試験エンジンの各所および運転状態を計測し、計測した値を保存するときのフロー図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係るエンジンの出力同定装置において、演算手段が被試験エンジンの正味出力を算出するときのフロー図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る被試験エンジンをねじり振動計算モデルとして概念的に表した図である。
【符号の説明】
１０…演算手段
１１…ねじり振動計測手段
１２…筒内圧計測手段
１３…エンジン計測器
１４…設計値入力手段
１５…減衰成分計測手段
１６…エンジン制御器
２１…軸トルク計
２２…ダイナモ
２３…ダイナモ制御器
２４…第２ねじり振動計測手段
３０…運転パターン発生器
３１…スロットルアクチュエータ
３２…スロットル制御器
Claims (6)
- エンジンの各所および運転状態を計測し、該計測した値に基づいてエンジンの正味出力を同定するようにしたエンジンの出力同定装置であって、
前記エンジンをねじり振動計算モデルであるとして、該ねじり振動計算モデルの運動方程式を用いた演算をする演算手段と、前記クランク軸の一端側のねじり振動角変位を計測するためのねじり振動計測手段と、エンジンの気筒の筒内圧を計測することでクランク軸の各スルーの励振トルクを算出可能にした筒内圧計測手段と、前記エンジンの設計値を入力することで、前記ねじり振動計算モデルに係る慣性モーメントおよびねじり剛性を算出可能にした設計値入力手段と、エンジンの減衰成分を計測するための減衰成分計測手段とを備え、
前記演算手段は、前記ねじり振動角変位、前記励振トルク、前記慣性モーメント、前記ねじり剛性および前記減衰成分の各値を前記ねじり振動計算モデルの運動方程式に代入することで、前記クランク軸の他端側の励振トルクを算出して、エンジンの正味出力を同定するようにした
ことを特徴とするエンジンの出力同定装置。 - 前記各気筒の点火タイミングに係る信号を発生するエンジン制御器を備え、
前記演算手段は、前記エンジン制御器からの信号に基づく点火タイミングで前記各スルーに同等の励振トルクが発生するものとして、エンジンの正味出力を同定するようにした
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの出力同定装置。 - 前記エンジン回転数に対する軸トルクを計測することで、前記エンジン回転数と前記軸トルクとの相関関係を示す情報であるＮ−Ｔ線図を作成可能なエンジン計測器を備え、
前記演算手段は、前記Ｎ−Ｔ線図の情報に基づいて、前記クランク軸の他端側の励振トルクを補正するようにした
ことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの出力同定装置。 - 前記クランク軸の他端側のねじり振動角変位を計測するための第２ねじり振動計測手段と、前記クランク軸の他端側の軸トルクを計測するための軸トルク計とを備えた
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のエンジンの出力同定装置。 - 前記クランク軸の他端側の軸トルクを計測するための軸トルク計を備え、
前記演算手段は、前記軸トルク計が計測した前記クランク軸の他端側の軸トルクに基づき、１次振動モデルとしてのエンジンの前記慣性モーメント、前記ねじり剛性および前記減衰成分を算出するとともに、
前記設計値に基づき算出された前記慣性モーメント、前記ねじり剛性および前記減衰成分の各算出値に基づき、１次振動モデルとしてのエンジンの前記慣性モーメント、前記ねじり剛性および前記減衰成分を算出し、両者の前記慣性モーメント、前記ねじり剛性および前記減衰成分を比較できるようにした
ことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のエンジンの出力同定装置。 - 前記クランク軸の他端側に接続されたダイナモと、該ダイナモを制御して前記クランク軸の他端側に所定の運転パターンの負荷を与えるようにしたダイナモ制御器とを備えた
ことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のエンジンの出力同定装置。
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2003
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