JPS6410768B2 - - Google Patents
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- JPS6410768B2 JPS6410768B2 JP13267780A JP13267780A JPS6410768B2 JP S6410768 B2 JPS6410768 B2 JP S6410768B2 JP 13267780 A JP13267780 A JP 13267780A JP 13267780 A JP13267780 A JP 13267780A JP S6410768 B2 JPS6410768 B2 JP S6410768B2
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- engine
- torque
- friction torque
- friction
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
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- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 6
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M15/00—Testing of engines
- G01M15/04—Testing internal-combustion engines
- G01M15/08—Testing internal-combustion engines by monitoring pressure in cylinders
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Of Engines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、エンジンの摩擦トルク測定装置に係
り、特に、自動車用エンジンの摩擦トルクのクラ
ンク角度毎の変化を測定するのに好適なエンジン
の摩擦トルク測定装置に関する。
り、特に、自動車用エンジンの摩擦トルクのクラ
ンク角度毎の変化を測定するのに好適なエンジン
の摩擦トルク測定装置に関する。
近年、エネルギー資源の節約のために、自動車
用エンジンの燃料消費を改善することが強く要求
されている。そのため、燃料改善や摩擦低減等の
改善策が試みられ実用化されている。エンジンの
摩擦を低減するに際しては、摩擦トルクを正確に
測定する必要があるが、従来、摩擦トルクは、エ
ンジンを動力計でモータリングし、その時の動力
計指示値から測定していた。
用エンジンの燃料消費を改善することが強く要求
されている。そのため、燃料改善や摩擦低減等の
改善策が試みられ実用化されている。エンジンの
摩擦を低減するに際しては、摩擦トルクを正確に
測定する必要があるが、従来、摩擦トルクは、エ
ンジンを動力計でモータリングし、その時の動力
計指示値から測定していた。
しかし、動力計でエンジンをモータリングした
際の摩擦トルクと、実際にエンジンを点火してフ
アイアリングした際の摩擦トルクの値は異なる。
しかも、動力計指示値から測定できるのは、摩擦
トルクの平均値のみであり、摩擦トルクのクラン
ク角毎の変化を測定できないため、摩擦トルクの
シリンダ内圧力やピストン速度依存性が解析でき
ず、摩擦損失低減の上で有効な対策を立てられな
かつた。
際の摩擦トルクと、実際にエンジンを点火してフ
アイアリングした際の摩擦トルクの値は異なる。
しかも、動力計指示値から測定できるのは、摩擦
トルクの平均値のみであり、摩擦トルクのクラン
ク角毎の変化を測定できないため、摩擦トルクの
シリンダ内圧力やピストン速度依存性が解析でき
ず、摩擦損失低減の上で有効な対策を立てられな
かつた。
このような欠点を解消するために、ピストンラ
イナにかかる反力や軸受にかかるトルクを測定
し、ピストンリング及びピストンとライナとの摩
擦並びに軸の摩擦を測定して解析することも試み
られている。しかし、このように部分的に摩擦力
も測定する方法では、組み上げられた状態でのエ
ンジン全体の摩擦トルクは測定できないという問
題があつた。
イナにかかる反力や軸受にかかるトルクを測定
し、ピストンリング及びピストンとライナとの摩
擦並びに軸の摩擦を測定して解析することも試み
られている。しかし、このように部分的に摩擦力
も測定する方法では、組み上げられた状態でのエ
ンジン全体の摩擦トルクは測定できないという問
題があつた。
本発明の目的は、摩擦トルクのクランク角毎の
変化を高精度に測定できるエンジンの摩擦トルク
測定装置を提供することである。
変化を高精度に測定できるエンジンの摩擦トルク
測定装置を提供することである。
本発明は、上記目的を達成するために、エンジ
ンのクランク角を検出するクランク角センサと、
前記エンジンのシリンダ内圧力を検出する圧力セ
ンサと、前記クランク角センサで検出したクラン
ク角信号に基づき前記エンジンの回転速度を求め
る手段と、前記クランク角とシリンダ内圧力と回
転速度とに基づき各クランク角度毎の図示トルク
を演算するとともに前記クランク角と回転速度と
に基づき当該各クランク角度毎の慣性力を演算し
前記図示トルクから前記慣性力を差引いて無負荷
運転時の各クランク角度毎の摩擦トルクを求める
手段とからなるエンジンの摩擦トルク測定装置を
提案するものである。
ンのクランク角を検出するクランク角センサと、
前記エンジンのシリンダ内圧力を検出する圧力セ
ンサと、前記クランク角センサで検出したクラン
ク角信号に基づき前記エンジンの回転速度を求め
る手段と、前記クランク角とシリンダ内圧力と回
転速度とに基づき各クランク角度毎の図示トルク
を演算するとともに前記クランク角と回転速度と
に基づき当該各クランク角度毎の慣性力を演算し
前記図示トルクから前記慣性力を差引いて無負荷
運転時の各クランク角度毎の摩擦トルクを求める
手段とからなるエンジンの摩擦トルク測定装置を
提案するものである。
本発明はまた、エンジンの駆動軸に付与された
ねじりトルクを検出するトルク検出手段と、前記
エンジンのクランク角を検出するクランク角セン
サと、前記エンジンのシリンダ内圧力を検出する
圧力センサと、前記クランク角センサで検出した
クランク角信号に基づき前記エンジンの回転速度
を求める手段と、前記クランク角とシリンダ内圧
力と回転速度とに基づき各クランク角度毎の図示
トルクを演算し前記クランク角と回転速度とに基
づき当該各クランク角毎の慣性力を演算するとと
もに前記ねじりトルクに基づき前記駆動軸に付与
される正味トルクを演算し前記図示トルクから前
記慣性力及び正味トルクを差引いて負荷運転時の
各クランク角度毎の摩擦トルクを求める手段と、
からなるエンジンの摩擦トルク測定装置を提案す
るものである。
ねじりトルクを検出するトルク検出手段と、前記
エンジンのクランク角を検出するクランク角セン
サと、前記エンジンのシリンダ内圧力を検出する
圧力センサと、前記クランク角センサで検出した
クランク角信号に基づき前記エンジンの回転速度
を求める手段と、前記クランク角とシリンダ内圧
力と回転速度とに基づき各クランク角度毎の図示
トルクを演算し前記クランク角と回転速度とに基
づき当該各クランク角毎の慣性力を演算するとと
もに前記ねじりトルクに基づき前記駆動軸に付与
される正味トルクを演算し前記図示トルクから前
記慣性力及び正味トルクを差引いて負荷運転時の
各クランク角度毎の摩擦トルクを求める手段と、
からなるエンジンの摩擦トルク測定装置を提案す
るものである。
以下、本考案の原理を説明する。エンジンの無
負荷運転時の慣性力とトルクとの間には、クラン
ク軸が剛体であると仮定すると、次式の関係が成
立する。
負荷運転時の慣性力とトルクとの間には、クラン
ク軸が剛体であると仮定すると、次式の関係が成
立する。
Ｉdω／dt＝Ti−Tf …(1)
ここで、Ｉはエンジン慣性モーメント、ωは回
転速度、Tiは図示トルク、Tfは摩擦トルクであ
る。この式を変形すると、次式が得られる。
転速度、Tiは図示トルク、Tfは摩擦トルクであ
る。この式を変形すると、次式が得られる。
Tf＝Ti−Ｉdω／dt …(1)′
このうち、多気筒エンジンの図示トルクTiは、
次式のように各気筒のピストンに加わるシリンダ
内圧力Pz（ｚは気筒番号）及び往復慣性力から計
算できる。
次式のように各気筒のピストンに加わるシリンダ
内圧力Pz（ｚは気筒番号）及び往復慣性力から計
算できる。
Ti＝n
〓z=1
（Pz−１／A2 Ｗ／ｇ d2Vz／dt2）dVz／dθ …(2)
ここで、ｍは気筒数、Ａはピストン頂部投影面
積、Ｗは往復慣性重量、ｇは重力加速度、Vzは
ｚ番気筒の容積、θはクランク角である。
積、Ｗは往復慣性重量、ｇは重力加速度、Vzは
ｚ番気筒の容積、θはクランク角である。
(1)′及び(2)式から、エンジンの無負荷運転時の
摩擦トルクTfは、結局、次式で表わされる。
摩擦トルクTfは、結局、次式で表わされる。
Tf＝n
〓
〓z=1
｛Pz−１／A2 Ｗ／ｇ（ω2d2Vz／dθ2＋ωdω／dθ
dVz／dθ）｝dVz／dθ−Iωdω／dθ…(3) 従つて、全気筒のシリンダ内圧力P1〜Pn及び
エンジン回転速度ωを各クランク角θに対称づけ
て同時に時系列検出すれば、この式(3)から、無負
荷運転時の各クランク角θ毎の摩擦トルクTfを
算出することになる。
dVz／dθ）｝dVz／dθ−Iωdω／dθ…(3) 従つて、全気筒のシリンダ内圧力P1〜Pn及び
エンジン回転速度ωを各クランク角θに対称づけ
て同時に時系列検出すれば、この式(3)から、無負
荷運転時の各クランク角θ毎の摩擦トルクTfを
算出することになる。
一方、エンジン負荷運転時の慣性力とトルクと
の間には、同じくクランク軸が剛体であると仮定
すると、次式の関係が成立する。
の間には、同じくクランク軸が剛体であると仮定
すると、次式の関係が成立する。
Ｉdω／dt＝Ti−Tf′−Te …(4)
ここで、Tf′は、エンジン負荷運転時の摩擦ト
ルク、Teは駆動軸に付与される正味トルクであ
る。この式を変形すると、次式が得られる。
ルク、Teは駆動軸に付与される正味トルクであ
る。この式を変形すると、次式が得られる。
Tf′＝Ti−Ｉdω／dt−Te …(4)′
(4)′及び(2)式から、エンジン負荷運転時の摩擦
トルクTf′は次式で表わされる。
トルクTf′は次式で表わされる。
Tf′＝n
〓
〓z=1
｛Pz−１／A2 Ｗ／ｇ（ω2d2Vz／dθ2＋ωdω／dθ
dVz／dθ）｝dVz／dθ−Iωdω／dθ−Te…(5) 従つて、全気筒のシリンダ内圧力P1〜Pn及び
エンジン回転速度ωを各クランク角θに対称づけ
て同時に時系列検出すれば、この式(5)から、負荷
運転時の各クランク角θ毎の摩擦トルクTfを算
出できることになる。
dVz／dθ）｝dVz／dθ−Iωdω／dθ−Te…(5) 従つて、全気筒のシリンダ内圧力P1〜Pn及び
エンジン回転速度ωを各クランク角θに対称づけ
て同時に時系列検出すれば、この式(5)から、負荷
運転時の各クランク角θ毎の摩擦トルクTfを算
出できることになる。
なお、正味トルクTeは、駆動軸のねじりトル
クを検出し、ねじり振動及び動力計の制御特性の
影響を補正すれば算出できる。
クを検出し、ねじり振動及び動力計の制御特性の
影響を補正すれば算出できる。
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
本発明の第１実施例は、エンジン無負荷運転時
の摩擦トルクのクランク角毎の変化を測定する装
置である。本装置は、第１図に示すように、エン
ジン１０の各シリンダに配設され各シリンダ内圧
力Pzを検出する例えば圧電型変換子からなる圧
力センサ１２と、圧力センサ１２の出力を演算処
理に適した信号に変換する信号変換器１４と、エ
ンジン１０のクランク軸１０ａの先端に取付けら
れクランク角θを検出するクランク角センサ１６
と、クランク角センサ１６の出力を交互にカウン
トしてクランク角θおよびエンジン回転速度ωを
出力する２台のカウンタ１８，２０と、信号変換
器１４の出力及びカウンタ１８，２０の出力に基
づき、上記(3)式によりエンジン無負荷運転時の摩
擦トルクTfのクランク角毎の変化を算出する演
算処理装置２２と、演算処理装置２２出力を印字
するプリンタ２４とにより構成されている。
の摩擦トルクのクランク角毎の変化を測定する装
置である。本装置は、第１図に示すように、エン
ジン１０の各シリンダに配設され各シリンダ内圧
力Pzを検出する例えば圧電型変換子からなる圧
力センサ１２と、圧力センサ１２の出力を演算処
理に適した信号に変換する信号変換器１４と、エ
ンジン１０のクランク軸１０ａの先端に取付けら
れクランク角θを検出するクランク角センサ１６
と、クランク角センサ１６の出力を交互にカウン
トしてクランク角θおよびエンジン回転速度ωを
出力する２台のカウンタ１８，２０と、信号変換
器１４の出力及びカウンタ１８，２０の出力に基
づき、上記(3)式によりエンジン無負荷運転時の摩
擦トルクTfのクランク角毎の変化を算出する演
算処理装置２２と、演算処理装置２２出力を印字
するプリンタ２４とにより構成されている。
信号変換器１４は、例えば第２図に詳細に示す
ように、圧力センサ１２の出力の電荷を電圧に変
換するチヤージアンプ１４ａと、チヤージアンプ
１４ａの出力を増幅するDCアンプ１４ｂと、DC
アンプ１４ｂの出力をサンプリングしホールドす
るサンプルホールド回路１４ｃと、サンプルホー
ルド回路１４ｃの出力をデジタル信号に変換し演
算処理装置２２に出力するＡ／Ｄ変換器１４ｄと
からなる。
ように、圧力センサ１２の出力の電荷を電圧に変
換するチヤージアンプ１４ａと、チヤージアンプ
１４ａの出力を増幅するDCアンプ１４ｂと、DC
アンプ１４ｂの出力をサンプリングしホールドす
るサンプルホールド回路１４ｃと、サンプルホー
ルド回路１４ｃの出力をデジタル信号に変換し演
算処理装置２２に出力するＡ／Ｄ変換器１４ｄと
からなる。
クランク角センサ１６は、第３図及び第４図に
示すように、外周近傍に3600個（0.1゜間隔）のク
ランク角検出用スリツト２６ａ及び１個の上死点
検出用スリツト２６ｂが形成されエンジン１０の
クランク軸１０ａの先端に固着されるデイスク２
６と、クランク角検出用スリツト２６ａの通過を
検出するためデイスク２６を挟むように上下に固
定配置された２組の発光ダイオード２８ａ及びフ
オトダイオード３０ａと、上死点検出用スリツト
２６ｂの通過を検出するため同じく前記デイスク
２６を挟むように上下に固定配置された２組の発
光ダイオード２８ｂ及びフオトダイオード３０ｂ
とを有する。各フオトダイオード３０ａ，３０ｂ
の受光部先端には、デイスク２６のスリツトと同
形状のスリツトを形成したスリツト板３２ａ，３
２ｂを設けてあり、デイスク２６とスリツト板３
２ａ，３２ｂとで形成される縞をフオトダイオー
ド３０ａ，３０ｂでそれぞれ検出する。ここで、
発光ダイオードとフオトダイオードとからなる光
電検出器を回転軸に対して軸対称に２組設けてあ
るのは、スリツトの回転軸方向へのぶれによるパ
ルス間隔誤差を補償するためである。すなわち、
デイスク２６が、回転軸への取付誤差やエンジン
の振動等に起因して、回転軸と直交する面内を回
転できなくなると、第３図上、左右にぶれながら
発光ダイオードとフオトダイオードとの間を回転
することになる。そこで、スリツトのフオトダイ
オードへの投影面積が微妙に変わり、光電検出器
の出力レベルが変化し、得られる波形の位相ひい
てはパルス間隔に誤差が生ずることになる。
示すように、外周近傍に3600個（0.1゜間隔）のク
ランク角検出用スリツト２６ａ及び１個の上死点
検出用スリツト２６ｂが形成されエンジン１０の
クランク軸１０ａの先端に固着されるデイスク２
６と、クランク角検出用スリツト２６ａの通過を
検出するためデイスク２６を挟むように上下に固
定配置された２組の発光ダイオード２８ａ及びフ
オトダイオード３０ａと、上死点検出用スリツト
２６ｂの通過を検出するため同じく前記デイスク
２６を挟むように上下に固定配置された２組の発
光ダイオード２８ｂ及びフオトダイオード３０ｂ
とを有する。各フオトダイオード３０ａ，３０ｂ
の受光部先端には、デイスク２６のスリツトと同
形状のスリツトを形成したスリツト板３２ａ，３
２ｂを設けてあり、デイスク２６とスリツト板３
２ａ，３２ｂとで形成される縞をフオトダイオー
ド３０ａ，３０ｂでそれぞれ検出する。ここで、
発光ダイオードとフオトダイオードとからなる光
電検出器を回転軸に対して軸対称に２組設けてあ
るのは、スリツトの回転軸方向へのぶれによるパ
ルス間隔誤差を補償するためである。すなわち、
デイスク２６が、回転軸への取付誤差やエンジン
の振動等に起因して、回転軸と直交する面内を回
転できなくなると、第３図上、左右にぶれながら
発光ダイオードとフオトダイオードとの間を回転
することになる。そこで、スリツトのフオトダイ
オードへの投影面積が微妙に変わり、光電検出器
の出力レベルが変化し、得られる波形の位相ひい
てはパルス間隔に誤差が生ずることになる。
さて、デイスク２６の一部が所定位置よりも例
えばフオトダイオード側に近付いたとき、回転軸
をはさんだ反対側は逆に発光ダイオード側に近付
く、そこで、回転軸に軸対称の位置に配置された
２組の光電検出器の出力が合成すれば、常に一定
レベルのパルス信号が得られ、位相ひいてはパル
ス間隔の誤差を招かない。
えばフオトダイオード側に近付いたとき、回転軸
をはさんだ反対側は逆に発光ダイオード側に近付
く、そこで、回転軸に軸対称の位置に配置された
２組の光電検出器の出力が合成すれば、常に一定
レベルのパルス信号が得られ、位相ひいてはパル
ス間隔の誤差を招かない。
クランク角センサ１６をエンジンに取付り付け
ることによるエンジン性能の変化を防止するた
め、その摩擦トルク及び慣性モーメントをエンジ
ンの摩擦トルク及び慣性モーメントの約10-4から
10-5程度にすべきであるとされている。なお、ク
ランク角に対応する0.1゜毎の信号は、エンジン回
転速度1000rpmにおいて約60KHzと高速であるた
め、電気的雑音の影響を受け易くなる。そこで、
クランク角センサ１６の内部に増幅器を設け、出
力インピーダンスを十分小さくして、雑音の影響
を受けにくい構造としている。
ることによるエンジン性能の変化を防止するた
め、その摩擦トルク及び慣性モーメントをエンジ
ンの摩擦トルク及び慣性モーメントの約10-4から
10-5程度にすべきであるとされている。なお、ク
ランク角に対応する0.1゜毎の信号は、エンジン回
転速度1000rpmにおいて約60KHzと高速であるた
め、電気的雑音の影響を受け易くなる。そこで、
クランク角センサ１６の内部に増幅器を設け、出
力インピーダンスを十分小さくして、雑音の影響
を受けにくい構造としている。
第５図に、クランク角センサ１６の摩擦トルク
と比較して十分大きな慣性モーメントを有するフ
ライホイール（約0.1Kgcmsec2）を取り付け、デ
イスク２６を回転させて行なつた精度検定結果を
示す。エンジン回転速度1000rpmで10゜区間計測
に相当するフライホイール速度200rpmで2゜区間
計測を行ない、１回転中の減速度が一定であると
仮定して、クランク角センサ１６の測定誤差を算
出したところ、測定誤差は最大６×10-4deg（2゜に
対する精度0.03％）となり、目標精度が得られ
た。
と比較して十分大きな慣性モーメントを有するフ
ライホイール（約0.1Kgcmsec2）を取り付け、デ
イスク２６を回転させて行なつた精度検定結果を
示す。エンジン回転速度1000rpmで10゜区間計測
に相当するフライホイール速度200rpmで2゜区間
計測を行ない、１回転中の減速度が一定であると
仮定して、クランク角センサ１６の測定誤差を算
出したところ、測定誤差は最大６×10-4deg（2゜に
対する精度0.03％）となり、目標精度が得られ
た。
次に、本実施例の作用を説明する。エンジン回
転と共に、所定クランク角毎、例えば、クランク
角2゜毎に圧力センサ１２によりシリンダ内圧力Pz
が検出され、信号変換器１４を介して時系列で演
算処理装置２２に入力される。一方、第６図に示
すように、２台のカウンタ１８，２０が吸気上死
点信号から測定を開始し、クランク角0.1゜毎の信
号100パルス毎に、交互に100パルス間（10゜クラ
ンク角）の時間間隔の測定と測定値の演算処理装
置２２への出力とを繰り返し、10゜区間内のエン
ジン回転速度ωを演算処理装置２２に連続的に出
力する。カウンタ１８，２０の10゜区間の時間測
定には、周波数50MHzの水晶発振器からの基準信
号を用いており、エンジン回転速度1000rpmにお
いて、約10-4degの分解能が得られる。10゜区間を
0.1゜毎のパルス100個で測定するようにしたのは、
デイスク２６の振動等によりフオトダイオードの
出力レベルが変動すると、波形成形時のトリガ点
も変動し、時間間隔測定誤差となるが、この誤差
が計時区間中のパルス数に反比例するため、多数
のパルスで検出後分周した方が誤差が小さくなる
からである。このようにして検出されたクランク
角10゜毎のエンジン回転速度ωは、前記圧力セン
サ１２からの出力としてクランク角2゜毎に得られ
るシリンダ内圧力Pzと合わせるため、演算処理
装置２２内で、10゜毎のエンジン回転速度データ
の３点を通り両端で接線を共有する３次曲線を用
いた補間法により、クランク角2゜毎のエンジン回
転速度ωに変換される。
転と共に、所定クランク角毎、例えば、クランク
角2゜毎に圧力センサ１２によりシリンダ内圧力Pz
が検出され、信号変換器１４を介して時系列で演
算処理装置２２に入力される。一方、第６図に示
すように、２台のカウンタ１８，２０が吸気上死
点信号から測定を開始し、クランク角0.1゜毎の信
号100パルス毎に、交互に100パルス間（10゜クラ
ンク角）の時間間隔の測定と測定値の演算処理装
置２２への出力とを繰り返し、10゜区間内のエン
ジン回転速度ωを演算処理装置２２に連続的に出
力する。カウンタ１８，２０の10゜区間の時間測
定には、周波数50MHzの水晶発振器からの基準信
号を用いており、エンジン回転速度1000rpmにお
いて、約10-4degの分解能が得られる。10゜区間を
0.1゜毎のパルス100個で測定するようにしたのは、
デイスク２６の振動等によりフオトダイオードの
出力レベルが変動すると、波形成形時のトリガ点
も変動し、時間間隔測定誤差となるが、この誤差
が計時区間中のパルス数に反比例するため、多数
のパルスで検出後分周した方が誤差が小さくなる
からである。このようにして検出されたクランク
角10゜毎のエンジン回転速度ωは、前記圧力セン
サ１２からの出力としてクランク角2゜毎に得られ
るシリンダ内圧力Pzと合わせるため、演算処理
装置２２内で、10゜毎のエンジン回転速度データ
の３点を通り両端で接線を共有する３次曲線を用
いた補間法により、クランク角2゜毎のエンジン回
転速度ωに変換される。
なお、上記(3)式のエンジン回転速度dω／dθの
値としてはこの３次曲線の微分値を用いている。
値としてはこの３次曲線の微分値を用いている。
第１実施例装置を用いて４サイクル直列４気筒
ガソリンエンジンのシリンダ内圧力Pzと図示ト
ルクTiと、エンジン回転速度ωとを検出し、(3)
式に入れて求めた摩擦トルクTfの各クランク角
θに対する変化の一例を第７図に示す。エンジン
の平均回転速度は600rpm、平均空燃比は13、点
火時期は5゜BTDC（Before Top Dead Center）
すなわち上死点前5゜、エンジン点火順序は３番、
４番、２番、１番気筒の順である。第７図の細線
Ａは(3)式から直接算出したクランク角2゜毎の摩擦
トルクTf示す。前述のように、クランク角セン
サ１６単体の精度検定では目標とした精度が得ら
れたにもかかわらず、第７図の摩擦トルクTfに
は、波形変動が多く、しかも各気筒の上死点近傍
で負の値となつている。これは、エンジンの振動
によるデイスク２６の振動誤差と考えられるの
で、更に演算処理装置２２により摩擦トルクTf
の波形を平滑化した。その結果が第７図の太線Ｂ
である。以下の図では、この平滑化した摩擦トル
クTfの方を用いる。
ガソリンエンジンのシリンダ内圧力Pzと図示ト
ルクTiと、エンジン回転速度ωとを検出し、(3)
式に入れて求めた摩擦トルクTfの各クランク角
θに対する変化の一例を第７図に示す。エンジン
の平均回転速度は600rpm、平均空燃比は13、点
火時期は5゜BTDC（Before Top Dead Center）
すなわち上死点前5゜、エンジン点火順序は３番、
４番、２番、１番気筒の順である。第７図の細線
Ａは(3)式から直接算出したクランク角2゜毎の摩擦
トルクTf示す。前述のように、クランク角セン
サ１６単体の精度検定では目標とした精度が得ら
れたにもかかわらず、第７図の摩擦トルクTfに
は、波形変動が多く、しかも各気筒の上死点近傍
で負の値となつている。これは、エンジンの振動
によるデイスク２６の振動誤差と考えられるの
で、更に演算処理装置２２により摩擦トルクTf
の波形を平滑化した。その結果が第７図の太線Ｂ
である。以下の図では、この平滑化した摩擦トル
クTfの方を用いる。
まず、潤滑油温度を30゜，60゜，90℃に変えた時
の摩擦トルクTfのクランク角変化の測定例を第
８図に示す。図において、実線Ｃが潤滑油温度30
℃の場合、一点鎖線Ｄが潤滑油温度60℃の場合、
破線Ｅが潤滑油温度90℃の場合である。なお、エ
ンジンの運転条件は第７図の場合と同様である。
第８図の右端に平均摩擦トルクTfの比較を示す。
この図から、潤滑油温度を上昇させると摩擦トル
クが減少し、その減少率はサイクル中ほぼ一定で
あることがわかる。また、ピストンの上下死点で
の摩擦はほぼ零であり、その中間で最大値を示し
ている。この波形はピストン及びピストンリング
とシリンダライナとの間の摩擦トルクの形のかな
り近い。従つて、無負荷低回転の運転条件では、
組立てられたエンジン本体の摩擦の中で、ピスト
ン及びピストンリングとシリンダライナとの間の
摩擦トルクの形にかなり近い。従つて、無負荷低
回転の連転条件では、組立てられたエンジン本体
の摩擦の中で、ピストン及びピストンリングとシ
リンダとの間の摩擦がかなりの割合を占めてお
り、この摩擦にはピストン速度の影響が支配的で
はないかと考えられる。
の摩擦トルクTfのクランク角変化の測定例を第
８図に示す。図において、実線Ｃが潤滑油温度30
℃の場合、一点鎖線Ｄが潤滑油温度60℃の場合、
破線Ｅが潤滑油温度90℃の場合である。なお、エ
ンジンの運転条件は第７図の場合と同様である。
第８図の右端に平均摩擦トルクTfの比較を示す。
この図から、潤滑油温度を上昇させると摩擦トル
クが減少し、その減少率はサイクル中ほぼ一定で
あることがわかる。また、ピストンの上下死点で
の摩擦はほぼ零であり、その中間で最大値を示し
ている。この波形はピストン及びピストンリング
とシリンダライナとの間の摩擦トルクの形のかな
り近い。従つて、無負荷低回転の運転条件では、
組立てられたエンジン本体の摩擦の中で、ピスト
ン及びピストンリングとシリンダライナとの間の
摩擦トルクの形にかなり近い。従つて、無負荷低
回転の連転条件では、組立てられたエンジン本体
の摩擦の中で、ピストン及びピストンリングとシ
リンダとの間の摩擦がかなりの割合を占めてお
り、この摩擦にはピストン速度の影響が支配的で
はないかと考えられる。
エンジン平均回転速度を600，700，800rpmと
変えた時の摩擦トルクTfのクランク角毎の変化
の測定値を第９図に示す。図において、実線Ｆが
エンジン平均回転速度600rpmの場合、一点鎖線
Ｇがエンジン平均回転速度700rpmの場合、破線
Ｈがエンジン平均回転速度800rpmの場合である。
他の運転条件は、第７図の場合と同様である。こ
のような低回転域では、エンジン回転速度が上昇
しても、平気摩擦トルクTfが殆ど変化しないこ
とがわかる。しかし、摩擦トルクTfのサイクル
内変化はエンジン平均回転速度が上昇すると振幅
が小さくなつている。これは、エンジン平均回転
速度が上昇すると、ピストン及びピストンリング
の摩擦が減少し、逆に軸受部等のほぼ等速で摺動
する部分の摩擦が増加するためと考えられる。
変えた時の摩擦トルクTfのクランク角毎の変化
の測定値を第９図に示す。図において、実線Ｆが
エンジン平均回転速度600rpmの場合、一点鎖線
Ｇがエンジン平均回転速度700rpmの場合、破線
Ｈがエンジン平均回転速度800rpmの場合である。
他の運転条件は、第７図の場合と同様である。こ
のような低回転域では、エンジン回転速度が上昇
しても、平気摩擦トルクTfが殆ど変化しないこ
とがわかる。しかし、摩擦トルクTfのサイクル
内変化はエンジン平均回転速度が上昇すると振幅
が小さくなつている。これは、エンジン平均回転
速度が上昇すると、ピストン及びピストンリング
の摩擦が減少し、逆に軸受部等のほぼ等速で摺動
する部分の摩擦が増加するためと考えられる。
エンジンの平均点火時期を10゜BTDCすなわち
上死点前10゜、−10゜BTDCすなわち上死点後10゜に
変えた時のシリンダ内圧力Pz及び摩擦トルクTf
のクランク角毎の変化の測定例を第１０図に示
す。図において、実線Ｉが平均点火時期
10゜BTDCの場合、破線Ｊが平均点火時期−
10゜BTDCの場合である。点火時期の遅れ側の方
が熱効率が低いので、同一回転速度ではより多く
の空気量を必要とし、マニホルド圧力とシリンダ
内最高圧力とはともに遅角側の方が高くなつてい
ることがわかる。摩擦トルクのサイクル内変化
は、ピストン速度とシリンダ内圧力の影響が強い
ようであるが、平均摩擦トルクTfの増加は小さ
い。
上死点前10゜、−10゜BTDCすなわち上死点後10゜に
変えた時のシリンダ内圧力Pz及び摩擦トルクTf
のクランク角毎の変化の測定例を第１０図に示
す。図において、実線Ｉが平均点火時期
10゜BTDCの場合、破線Ｊが平均点火時期−
10゜BTDCの場合である。点火時期の遅れ側の方
が熱効率が低いので、同一回転速度ではより多く
の空気量を必要とし、マニホルド圧力とシリンダ
内最高圧力とはともに遅角側の方が高くなつてい
ることがわかる。摩擦トルクのサイクル内変化
は、ピストン速度とシリンダ内圧力の影響が強い
ようであるが、平均摩擦トルクTfの増加は小さ
い。
以上の測定結果から、多気筒エンジンの無負荷
運転時の摩擦トルクは、潤滑油温度を上昇させる
と減少し、その割合はサイクル中ほぼ一定である
こと、またピストン速度とシリンダ内圧力の影響
を強く受けることがわかつた。
運転時の摩擦トルクは、潤滑油温度を上昇させる
と減少し、その割合はサイクル中ほぼ一定である
こと、またピストン速度とシリンダ内圧力の影響
を強く受けることがわかつた。
このように、第１実施例によれば、エンジンの
無負荷運転時の摩擦トルクのクランク角度毎の変
化を高精度に測定でき、摩擦のシリンダ内圧力依
存性やピストン速度依存性等を詳細に解析するの
に役立つデータが得られる。
無負荷運転時の摩擦トルクのクランク角度毎の変
化を高精度に測定でき、摩擦のシリンダ内圧力依
存性やピストン速度依存性等を詳細に解析するの
に役立つデータが得られる。
前記実施例は、本発明を、多気筒エンジンの無
負荷運転時の摩擦トルクのクランク角変化の測定
に適用したものであるが、(4)式及び(5)式を利用す
ると、エンジンの負荷運転時の摩擦トルクのクラ
ンク角毎の変化を求めることも可能である。その
ための本発明第２実施例を第１１図に示す。本実
施例は、第１実施例に加えて、エンジン１０の駆
動軸に動力計４０を接続し、動力計４０とエンジ
ン１０との間にトルクメータ４２を配設し、トル
クメータ４２で検出される駆動軸ねじりトルクに
対するねじり振動及び動力計４０の制御特性の影
響を補正して瞬時の正味トルクTeを算出し、(5)
式により負荷運転時の摩擦トルクTf′を求めるよ
うにしたものである。図において、４４はトルク
メータ４２の出力を増幅するDCアンプ、４６は
DCアンプ４４の出力をサンプリングしホールド
するサンプルホールド回路、４８はサンプルホー
ルド回路４６の出力をデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器、５０はＡ／Ｄ変換器４８の出力の
駆動軸ねじりトルク測定値と第１実施例同様に信
号変換器１４を介して得られる圧力センサ１２の
出力及びカウンタ１８，２０を介して得られるク
ランク角センサ１６の出力とに基づき(5)式により
負荷運転時の摩擦トルクTf′を算出する演算処理
装置である。他の点及び作用については前記第１
実施例とほぼ同様であるので、説明は省略する。
負荷運転時の摩擦トルクのクランク角変化の測定
に適用したものであるが、(4)式及び(5)式を利用す
ると、エンジンの負荷運転時の摩擦トルクのクラ
ンク角毎の変化を求めることも可能である。その
ための本発明第２実施例を第１１図に示す。本実
施例は、第１実施例に加えて、エンジン１０の駆
動軸に動力計４０を接続し、動力計４０とエンジ
ン１０との間にトルクメータ４２を配設し、トル
クメータ４２で検出される駆動軸ねじりトルクに
対するねじり振動及び動力計４０の制御特性の影
響を補正して瞬時の正味トルクTeを算出し、(5)
式により負荷運転時の摩擦トルクTf′を求めるよ
うにしたものである。図において、４４はトルク
メータ４２の出力を増幅するDCアンプ、４６は
DCアンプ４４の出力をサンプリングしホールド
するサンプルホールド回路、４８はサンプルホー
ルド回路４６の出力をデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器、５０はＡ／Ｄ変換器４８の出力の
駆動軸ねじりトルク測定値と第１実施例同様に信
号変換器１４を介して得られる圧力センサ１２の
出力及びカウンタ１８，２０を介して得られるク
ランク角センサ１６の出力とに基づき(5)式により
負荷運転時の摩擦トルクTf′を算出する演算処理
装置である。他の点及び作用については前記第１
実施例とほぼ同様であるので、説明は省略する。
第２実施例によれば、エンジン負荷運転時の摩
擦トルクのクランク角度毎の変化を高精度に測定
できる。
擦トルクのクランク角度毎の変化を高精度に測定
できる。
本発明によれば、エンジン無負荷運転時または
エンジン負荷運転時の摩擦トルクのクランク角毎
の変化を高精度に測定でき、摩擦のシリンダ内圧
力依存性やピストン速度依存性等を詳細に解析可
能である。
エンジン負荷運転時の摩擦トルクのクランク角毎
の変化を高精度に測定でき、摩擦のシリンダ内圧
力依存性やピストン速度依存性等を詳細に解析可
能である。
第１図は本考案によるエンジンの摩擦トルク測
定装置の第１実施例をエンジンに取付けた状態を
示すブロツク図、第２図は前記実施例の圧力セン
サの信号変換器の構成を示すブロツク図、第３図
は同じく前記実施例のクランク角センサの構成を
示す縦断面図、第４図は同じくクランク角センサ
のデイスクの一部を示す正面図、第５図は前記ク
ランク角センサの精度検定結果を示す図、第６図
は同じくクランク角センサの各部波形を示す図、
第７図は第１実施例を用いて測定した４サイクル
直列４気筒ガソリンエンジンのシリンダ内圧力、
図示トルク、エンジン回転速度、摩擦トルクのク
ランク角毎の変化を示す図、第８図は同じく潤滑
油温度を変えた時の摩擦トルクのクランク角毎の
変化及び平均値を示す図、第９図は同じくエンジ
ン平均回転速度を変えた時の摩擦トルクのクラン
ク角毎の変化及び平均値を示す図、第１０図は同
じく点火時期を変えた時のシリンダ内圧力及び摩
擦トルクのクランク角毎の変化及び平均値を示す
図、第１１図は本発明によるエンジンの摩擦トル
ク測定装置の第２実施例をエンジンに取付けた状
態を示すブロツク図である。 １０……エンジン、１２……圧力センサ、１４
……信号変換器、１６……クランク角センサ、１
８，２０……カウンタ、２２，５０……演算処理
装置、４０……動力計、４２……トルクメータ。
定装置の第１実施例をエンジンに取付けた状態を
示すブロツク図、第２図は前記実施例の圧力セン
サの信号変換器の構成を示すブロツク図、第３図
は同じく前記実施例のクランク角センサの構成を
示す縦断面図、第４図は同じくクランク角センサ
のデイスクの一部を示す正面図、第５図は前記ク
ランク角センサの精度検定結果を示す図、第６図
は同じくクランク角センサの各部波形を示す図、
第７図は第１実施例を用いて測定した４サイクル
直列４気筒ガソリンエンジンのシリンダ内圧力、
図示トルク、エンジン回転速度、摩擦トルクのク
ランク角毎の変化を示す図、第８図は同じく潤滑
油温度を変えた時の摩擦トルクのクランク角毎の
変化及び平均値を示す図、第９図は同じくエンジ
ン平均回転速度を変えた時の摩擦トルクのクラン
ク角毎の変化及び平均値を示す図、第１０図は同
じく点火時期を変えた時のシリンダ内圧力及び摩
擦トルクのクランク角毎の変化及び平均値を示す
図、第１１図は本発明によるエンジンの摩擦トル
ク測定装置の第２実施例をエンジンに取付けた状
態を示すブロツク図である。 １０……エンジン、１２……圧力センサ、１４
……信号変換器、１６……クランク角センサ、１
８，２０……カウンタ、２２，５０……演算処理
装置、４０……動力計、４２……トルクメータ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ エンジンのクランク角を検出するクランク角
センサと、 前記エンジンのシリンダ内圧力を検出する圧力
センサと、 前記クランク角センサで検出したクランク角信
号に基づき前記エンジンの回転速度を求める手段
と、 前記クランク角とシリンダ内圧力と回転速度と
に基づき各クランク角度毎の図示トルクを演算す
るとともに前記クランク角と回転速度とに基づき
当該クランク角度毎の慣性力を演算し前記図示ト
ルクから前記慣性力を差引いて無負荷運転時の各
クランク角度毎の摩擦トルクを求める手段と からなるエンジンの摩擦トルク測定装置。 ２ エンジンの駆動軸に付与されるねじりトルク
を検出するトルク検出手段と、 前記エンジンのクランク角を検出するクランク
角センサと、 前記エンジンのシリンダ内圧力を検出する圧力
センサと、 前記クランク角センサで検出したクランク角信
号に基づき前記エンジンの回転速度を求める手段
と、 前記クランク角とシリンダ内圧力と回転速度と
に基づき各クランク角度毎の図示トルクを演算し
前記クランク角と回転速度とに基づき当該各クラ
ンク角度毎の慣性力を演算するとともに前記ねじ
りトルクに基づき前記駆動軸に付与される正味ト
ルクを演算し前記図示トルクから前記慣性力及び
正味トルクを差引いて負荷運転時の各クランク角
度毎の摩擦トルクを求める手段と からなるエンジンの摩擦トルク測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13267780A JPS5757235A (en) | 1980-09-24 | 1980-09-24 | Measuring method for friction torque of engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13267780A JPS5757235A (en) | 1980-09-24 | 1980-09-24 | Measuring method for friction torque of engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5757235A JPS5757235A (en) | 1982-04-06 |
| JPS6410768B2 true JPS6410768B2 (ja) | 1989-02-22 |
Family
ID=15086918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13267780A Granted JPS5757235A (en) | 1980-09-24 | 1980-09-24 | Measuring method for friction torque of engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5757235A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59153143A (ja) * | 1983-02-21 | 1984-09-01 | Toshiba Mach Co Ltd | 回転精度測定装置 |
| EP0615117A3 (en) | 1993-03-08 | 1995-01-11 | Yamaha Motor Co Ltd | Method and device for torque detection of an engine. |
| JPH1151816A (ja) * | 1997-08-01 | 1999-02-26 | Ono Sokki Co Ltd | エンジンの簡易状態モニタ装置 |
| JP2010163992A (ja) * | 2009-01-16 | 2010-07-29 | Toyota Motor Corp | ハイブリッド車両の制御装置 |
| CN103879565A (zh) * | 2012-12-23 | 2014-06-25 | 中航贵州飞机有限责任公司 | 飞机地面试车参数检测装置 |
| JP6261347B2 (ja) * | 2013-03-12 | 2018-01-17 | 泰三 嶋田 | エンジンの摩擦損失測定方法およびエンジンの駆動状態検出方法 |
-
1980
- 1980-09-24 JP JP13267780A patent/JPS5757235A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5757235A (en) | 1982-04-06 |
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