(57)【要約】【課題】背圧調整範囲を拡大して適切な背圧を得ることができる背圧調整方法及び背圧調整装置を提供する。【解決手段】エンジンベンチ１には、背圧コントローラ１０、背圧調整バルブ１１、モータ１２、排気ポンプ１３及び背圧センサ１６を備えた背圧制御装置２が設けられている。背圧調整バルブ１１の開度及び排気ポンプ１３の吸込み流量を制御するために、運転パターンに沿って、背圧コントローラ１０から指令回転信号をモータ１２に出力し、モータ１２の回転を制御して、この回転によりモータ１２と連結する背圧調整バルブ１１の開度を制御し、更に、背圧コントローラ１０から指令流量信号を排気ポンプ１３に出力し、排気ポンプ１３の吸込み流量を制御し、背圧を調整する。背圧調整バルブ１１と、排気ポンプ１３とを用いて排気流量を制御することで背圧を調整する範囲が広がり、背圧制御性能を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンをエンジンベンチ上で運転する際、前記エンジンの排出ガスに対する背圧を調整するエンジンベンチの背圧調整装置において、
前記エンジンの排気マニホールドに接続される排気管と、該排気管に接続されて吸込み流量を変化可能な排気ポンプとを備え、前記排気ポンプの吸込み流量を変化させることにより、背圧を調整することを特徴とするエンジンベンチの背圧調整装置。
【請求項２】
前記排気管に、その流路面積を調整する背圧調整バルブを設け、該背圧調整バルブの開度により背圧を調整することを特徴とする請求項１に記載のエンジンベンチの背圧調整装置。
【請求項３】
前記排気ポンプ及び前記背圧調整バルブの作動を制御する背圧コントローラを備え、該背圧コントローラは、背圧を調整するための背圧指令の低周波成分により前記排気ポンプの吸込み流量を調整し、背圧指令の高周波成分により前記背圧調整バルブの開度を調整することを特徴とする請求項２に記載のエンジンベンチの背圧調整装置。
【請求項４】
エンジンをエンジンベンチ上で運転する際、前記エンジンの排出ガスに対する背圧を調整するエンジンベンチの背圧調整方法において、
前記エンジンの排気マニホールドに排気管を接続し、該排気管に吸込み流量を変化可能な排気ポンプを接続し、前記排気ポンプの吸込み流量を変化させることにより、背圧を調整することを特徴とするエンジンベンチの背圧調整方法。
【請求項５】
前記排気管に、その流路面積を調整する背圧調整バルブを設け、該背圧調整バルブの開度により背圧を調整することを特徴とする請求項４に記載のエンジンベンチの背圧調整方法。
【請求項６】
背圧を調整するための背圧指令を低周波成分と高周波成分とに分け、低周波成分により前記排気ポンプの吸込み流量を調整し、高周波成分により前記背圧調整バルブの開度を調整することを特徴とする請求項５に記載のエンジンベンチの背圧調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンベンチ上でエンジン単体の試験を行う際に、エンジンの排気ガスの背圧を調整するエンジンベンチの背圧調整装置及び背圧調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車用エンジンの性能をエンジン単体で測定及び評価する場合、エンジンベンチが用いられている。一般的に、エンジンベンチを用いた性能試験では、エンジンを架台に設置し、エンジンの排気マニホールドに排気管を接続し、エンジンの出力軸にダイナモメータを連結して、ダイナモメータによってエンジンの出力軸に所定の負荷を与えながらエンジンの様々な性能の測定及び評価を行っている。自動車用エンジンの性能試験では、車載状態に近い状態で試験を行うために、エンジンの排気ガスに対する背圧（排気管による抵抗）を調整して性能の測定及び評価を行うことが望ましい。
【０００３】
例えば、特許文献１には、エンジンの排気マニホールドに接続された排気管に流量制御弁を設け、この流量制御弁の開度をステップモータで変化させることにより、背圧を調整する背圧調整装置が開示されている。このようにしてエンジンの運転状態に応じて背圧を調整することにより、エンジンベンチ上において車載状態に近い背圧を得ることができ、試験精度を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２３７３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたもののように、流量制御弁を用いて背圧を調整する方法では、次のような問題がある。この方法では、流量制御弁の開度を全開にしたとき、最低背圧となり、排気管自体の排気抵抗により背圧が生じることになる。この場合、エンジンベンチ上の設置スペースの制約等から、排気管が長くなったり屈曲されたりして、排気管自体の排気抵抗が大きくなり、充分に低い背圧を設定できなくなることがある。このため、背圧調整範囲が制限され、流量制御弁を全開にしても車載時よりも背圧が高くなり、車載状態に近い背圧の設定が不可能となり、問題となる。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、背圧調整範囲を拡大して適切な背圧を得ることができる背圧調整方法及び背圧調整装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の態様）
以下に、本発明において特許請求が可能と認識される発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の（１）〜（６）の内容が請求項１〜６にそれぞれ対応する。
【０００８】
（１）エンジンをエンジンベンチ上で運転する際、前記エンジンの排出ガスに対する背圧を調整するエンジンベンチの背圧調整装置において、
前記エンジンの排気マニホールドに接続される排気管と、該排気管に接続されて吸込み流量を変化可能な排気ポンプとを備え、前記排気ポンプの吸込み流量を変化させることにより、背圧を調整することを特徴とするエンジンベンチの背圧調整装置。
排気ポンプの吸込み流量を変化させることにより、背圧を調整することができる。これにより、排気ポンプの吸込み流量により排気流量を排気管のみの場合よりも大きくすることができ、より低い背圧を設定することが可能になる。
（２）（１）において、前記排気管に、その流路面積を調整する背圧調整バルブを設け、該背圧調整バルブの開度により背圧を調整することを特徴とするエンジンベンチの背圧調整装置。
排気ポンプの吸込み流量に加えて、背圧調整バルブの開度により流量を調整することにより、背圧を調整することができる。これにより、制御入力が２自由度となり、背圧制御特性を改善することができる。
（３）（２）において、前記排気ポンプ及び前記背圧調整バルブの作動を制御する背圧コントローラを備え、該背圧コントローラは、背圧を調整するための背圧指令の低周波成分により前記排気ポンプの吸込み流量を調整し、背圧指令の高周波成分により前記背圧調整バルブの開度を調整することを特徴とするエンジンベンチの背圧調整装置。
背圧指令の低周波成分に対しては背圧ポンプの吸込み流量により背圧を調整し、高周波成分に対しては応答性に優れた背圧調整バルブにより背圧を調整することにより、効率よく背圧制御を行うことができる。
（４）エンジンをエンジンベンチ上で運転する際、前記エンジンの排出ガスに対する背圧を調整するエンジンベンチの背圧調整方法において、
前記エンジンの排気マニホールドに排気管を接続し、該排気管に吸込み流量を変化可能な排気ポンプを接続し、前記排気ポンプの吸込み流量を変化させることにより、背圧を調整することを特徴とするエンジンベンチの背圧調整方法。
排気ポンプの吸込み流量を変化させることにより、背圧を調整することができる。これにより、排気ポンプの吸込み流量により排気流量を排気管のみの場合よりも大きくすることができ、より低い背圧を設定することが可能になる。
（５）（４）において、前記排気管に、その流路面積を調整する背圧調整バルブを設け、該背圧調整バルブの開度により背圧を調整することを特徴とするエンジンベンチの背圧調整方法。
排気ポンプの吸込み流量に加えて、背圧調整バルブの開度により流量を調整することにより、背圧を調整することができる。これにより、制御入力が２自由度となり、背圧制御特性を改善することができる。
（６）（５）において、背圧を調整するための背圧指令を低周波成分と高周波成分とに分け、低周波成分により前記排気ポンプの吸込み流量を調整し、高周波成分により前記背圧調整バルブの開度を調整することを特徴とするエンジンベンチの背圧調整方法。
背圧指令の低周波成分に対しては背圧ポンプの吸込み流量により背圧を調整し、高周波成分に対しては応答性に優れた背圧調整バルブにより背圧を調整することにより、効率よく背圧制御を行うことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、背圧調整範囲を拡大して適切な背圧を得ることができる背圧調整方法及び背圧調整装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンベンチの概略構成を示す図である。
【図２】図１に示すエンジンベンチの制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を図１及び２に基づいて詳細に説明する。
図１に、本発明の一実施形態に係るエンジンベンチ１の概略構成を示し、図２に、本エンジンベンチ１の制御ブロック図を示す。図１に示すように、エンジンベンチ１は、エンジン４の性能をエンジン単体で測定及び評価するものである。エンジンベンチ１は、エンジン４の運転状態に応じて背圧を調整する背圧調整装置２と、ダイナモメータ６と、現場中継盤７と、制御コンピュータ８と、操作盤９とを備えている。背圧調整装置２は、背圧調整バルブ１１と、背圧調整バルブ１１を駆動するモータ１２と、排気ポンプ１３と、背圧センサ１６と、モータ１２及び排気ポンプ１３を制御する背圧コントローラ１０とを備えている。
【００１２】
エンジン４は、架台５に設置され、エンジン４の出力軸が連結軸１４を介してダイナモメータ６に連結されている。また、エンジン４は、その近傍に設置された現場中継盤７に制御可能に接続されている。現場中継盤７は、操作盤９から入力された運転指令に基づき、エンジン４を始動させて所定の運転パターンで運転させることができる。エンジン４の排気マニホールド（図示せず）には、排気管１５が接続されている。排気管１５には、背圧調整バルブ１１が設けられ、背圧調整バルブ１１の上流側に背圧センサ１６が取付けられている。また、排気管１５の背圧調整バルブ１１の下流側に排気ポンプ１３が接続されている。
【００１３】
ダイナモメータ６は、エンジン４の出力軸に対して、所望の負荷を与えることができ、負荷を変化させることにより、例えば車両走行状態をシミュレートすることができる。背圧センサ１６は、排気管１５の背圧調整バルブ１１の上流側近傍に設けられ、排気管１５内の圧力、すなわち背圧（実背圧）を検出する。背圧センサ１６は、検出した実背圧を背圧コントローラ１０へ出力する。
【００１４】
制御コンピュータ８は、エンジンベンチ１を制御してエンジンの性能試験を自動化にするラボラトリーオートメーションを構成する上位システムであり、専用のコンピュータ、又は、汎用のコンピュータに専用のソフトウエアを組込んだものとすることができ、エンジンの性能試験で得られた各データの処理などを行う。また、制御コンピュータ８は、所定運転パターンに従って、操作盤９にエンジン４の運転指令及び背圧コントローラ１０に背圧指令を出力する。操作盤９は、指令された運転パターンに従ってスロットル開度やエンジン回転数など調整してエンジン４の運転を制御し、更に、計測の開始又は終了などの実験の進行を操作する。
【００１５】
現場中継盤７は、操作盤９に入力された指令に基づき、エンジン４を始動、運転し、エンジン４のスロットル開度、回転速度、出力、冷却水温度等の運転状態を操作盤９へ出力する。
【００１６】
背圧調整バルブ１１は、モータ１２により駆動されて開閉し、その開度によって排気管１５の流路面積を変化させて排気流量を調整することにより、背圧を制御する。
【００１７】
モータ１２には、その回転位置（すなわち背圧調整バルブ１１の開度）を検出するエンコーダ（図示せず）が設けられ、背圧コントローラ１０からの回転指令信号によりモータ１２の回転を制御して背圧調整バルブ１１の開度を調整する。
【００１８】
排気ポンプ１３は、背圧コントローラ１０からの流量指令信号により吸込み流量を調整することができる可変流量ポンプである。排気ポンプ１３は、エンジン４の排出ガスを排気管１５から吸込み、吸込んだ排出ガスをエンジンベンチ１が設置された室から外部へ排出する。このとき、排気ポンプ１３は、吸込み流量を調整することより背圧を制御する。
【００１９】
ここで、背圧調整バルブ１１は、排気管１５の流路面積を変化させて、排気流量を増減することにより、背圧を調整し、全開にしたとき、排気流量が最大となり、背圧は最低となる。したがって、最低背圧は、排気管１５自体の排気抵抗によって制限されることになり、設置スペースの制約等から、排気管１５が長くなったり屈曲されたりして、排気管１５自体の排気抵抗が大きくなると、充分に低い背圧を設定できなくなることがある。これに対して、排気ポンプ１３の吸込み流量により、排気管１５の流量を増大させることができ、その結果、背圧を低下させることができる。これにより、排気管１５の排気流量を背圧調整バルブ１１の全開時の排気流量よりも大きくすることが可能になり、背圧を背圧調整バルブ１１の全開時の背圧よりも低くすることができ、背圧の調整範囲を広くすることができる。また、背圧調整バルブ１１による背圧制御（１自由度の制御入力）に加えて、排気ポンプ１３による背圧制御を行うことにより２自由度の制御入力が可能になり、制御特性を改善することができる。
【００２０】
図２を参照して、背圧コントローラ１０は、排気ポンプ１３の吸入流量を制御する排気ポンプ制御部２１と、背圧調整バルブ１１の開度を制御する背圧調整バルブ制御部２２とを備え、エンジン４の排出ガスの背圧が制御コンピュータ８及び操作盤９によって設定された所定の目標背圧（背圧指令値）になるように、排気ポンプ１３の吸入流量及び背圧調整バルブ１１の開度を調整する。このとき、背圧コントローラ１０は、背圧センサ１６によって検出した排気管１５の背圧調整バルブ１１の上流側の圧力（実背圧）に基づきフィードバック制御を行う。
【００２１】
背圧コントローラ１０の排気ポンプ制御部２１は、目標背圧と実背圧との差分を低域通過フィルタ２３に通して低周波成分を抽出して制御器２４に送る。制御器２４は、この低周波成分に対してＰＩＤ制御により比較的低いゲインで排気ポンプ１３への制御信号を出力する。一方、背圧コントローラ１０の背圧調整バルブ制御部２２は、目標背圧と実背圧との差分を高域通過フィルタ２６に通して高周波成分を抽出して制御器２７に送る。制御器２７は、この高周波成分に対してＰＩＤ制御により比較的高いゲインで背圧調整バルブ１１すなわちモータ１２への制御信号を出力する。また、制御器２７は、エンコーダによって検出したモータ１２の回転位置、すなわち、背圧調整バルブ１１の開度に基づき、フィードバック制御を行う。
【００２２】
ここで、一般的に、背圧調整バルブ１１の応答性に比べて排気ポンプ１３の応答性は低い、すなわち、排気ポンプ１３は吸込み流量を増減させるのに時間を要する。このため、所定の運転パターンに沿って背圧調整バルブ１１及び排気ポンプ１３の作動を制御する場合、背圧の変動が低周波の領域では、主に応答性の低い排気ポンプ１３の吸込み流量を調整することにより背圧を制御し、背圧の変動が中〜高周波の領域では、主に応答性の高い背圧調整バルブ１１の開度を調整することにより背圧を制御する。このように、背圧変動の周波数に応じて、適宜、背圧調整バルブ１１及び排気ポンプ１３を用いて背圧を調整することにより、排気ポンプ１３として高価な応答性の高い可変流量ポンプを用いることなく、効率よく背圧調整を行うことができるので、必要な性能を確保しつつ、設備コストを低減することができる。
【００２３】
そして、排気ポンプ１３の吸込み流量によるポンプ制御排気流量Ｍｐと背圧調整バルブ１１の絞り（開度）によるバルブ制御排気流量Ｍｖとの組み合わせにより制御排気流量Ｍｐｖが決定され（図２のブロックＢ１参照）、この制御排気流量Ｍｐｖと排気管１５自体の排気流量Ｍ０との組み合わせにより実際の排気流量Ｍ（図２のブロックＢ２参照）が決定され、この排気流量Ｍの下で実背圧が生じる。実背圧は、背圧センサ１６によって検出され、フィードバック信号として背圧コントローラ１０に送られる。
【００２４】
このようにして、排気ポンプ１３の吸込み流量の調整と、背圧制御バルブ１１の開度の調整とを適宜組み合わせて背圧を調整することにより、排気管１５自体の背圧よりも低い背圧を設定することが可能になり、背圧の調整範囲が広がり、適切な内圧の設定により、エンジンの各種試験の精度を高めることができる。また、排気管１５の長さ、屈曲の状態等の配管の自由度を高めることができる。
【００２５】
なお、上記実施形態において、背圧調整バルブ１１を省略して、排気ポンプ１２の吸込み流量のみによって背圧を調整することも可能である。この場合、背圧制御の応答性は、排気ポンプ１３の吸込み流量の調整の応答性に依存することになる。
【符号の説明】
【００２６】
１…エンジンベンチ、４…エンジン、１１…背圧調整バルブ、１３…排気ポンプ、１５…排気管
【図１】
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【図２】
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