(57)【要約】【課題】  電動モーターでエンジントルクを模した変動トルクを、簡素なシステムで容易に生成できるようにしたテストスタンドを提供する。【解決手段】    周期の短い正弦曲線と周期の長い正弦曲線とを、各変曲点近傍で交互に入れ替えるようにして合成することにより、実際のエンジンにおける膨張行程でトルク値が急激に増大した後にトルク値が減衰する状態に近づけてトルク指令となる合成波形を生成する。これにより、ジェネレータから記録した実際のエンジン波形を使用する場合よりも、システムを簡素化することができる。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被試験体となるエンジン搭載部品又はエンジン動力伝達部品に、エンジントルクを模した変動トルクを付与するテストスタンドであって、
前記被試験体を駆動するサーボモーターと、前記サーボモーターに対するトルク指令の波形を生成する制御部とを備えてなり、
前記トルク指令の波形は、周期の異なる２つの正弦曲線が各変曲点近傍で交互に入れ替えられることにより形成される合成波形であることを特徴とするテストスタンド。
【請求項２】
被試験体となるエンジン搭載部品又はエンジン動力伝達部品に、エンジントルクを模した変動トルクを付与するテストスタンドであって、
前記被試験体を駆動するサーボモーターと、前記サーボモーターに対するトルク指令の波形を生成する制御部とを備えてなり、
前記トルク指令の波形は、周期の異なる２つの正弦曲線が各変曲点近傍で交互に入れ替えられることにより形成される合成波形を変形した変形波形であって、
前記変形波形は、前記合成波形の周期の長い正弦曲線に該当する部分を、その両端部を接続することにより形成される直線を対称軸として上下で反転させたものであることを特徴とするテストスタンド。
【請求項３】
前記合成波形又は前記変形波形において周期の短い正弦曲線は複数回連続して繰り返されることを特徴とする請求項1又は２に記載のテストスタンド。
【請求項４】
前記合成波形又は前記変形波形において、周期の短い正弦曲線が方形波を複数回連続して繰り返したものに置き換えられていることを特徴とする請求項1又は２に記載のテストスタンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン搭載部品又はエンジン動力伝達部品に、エンジントルクを模した変動トルクを付与するテストスタンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
オルタネータ、コンプレッサ、ベルト、ファン等のエンジン搭載部品や、トランスミッション、プロペラシャフト等のエンジン動力伝達部品を被試験体として、これらの運動・耐久性能試験を行う場合、被試験体に電動モーターでエンジントルクを模した変動トルクを付与するテストスタンドが採用されている。
【０００３】
従来、電動モーターで変動トルクを発生するテストスタンドとしては、被試験体への入力軸と電動モーターの出力軸の間にユニバーサルジョイントを介在させて軸を交差させた状態で運転することにより、軸回転にトルク変動を与えるようにしたものが採用されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、油圧シリンダー等でユニバーサルジョイントの交差角を制御できるようにしたものも使用されている。
【０００４】
しかしながら、上記のようにユニバーサルジョイントを使用したものでは、高速回転に対応することが難しく、設備が大きくなり、メンテナンス費用もかさむうえ、安定した動作が得られ難いという問題点があった。そのため、最近では、電気サーボによるトルク変動の付与が一般的になり、実際に測定されたエンジン波形（スロットル開度をパラメータとする回転数−トルク曲線）をジェネレータからトルク指令として取得してサーボモーターの制御に利用したり、代表的な繰り返し波形である正弦波を利用したりすることが行われている。
【特許文献１】特開昭６１−１８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、実際のエンジン波形を利用する場合、ジェネレータは、運転されているモーター回転数から設定されたスロットル開度に応じたトルク指令値を取得するが、モーター回転数は、モーターに取り付けられたピックアップから取得する必要があるため、システムが複雑で、調整が難しいという問題がある。
【０００６】
これに対して、正弦波形は、システムを複雑化させることなく生成することができ、調整も容易に行えるメリットがある。しかし、実際のエンジンの変動トルク波形は、例えば４サイクルエンジンの場合、図３（ａ）に示されるように、膨張（Ａ）、排気（Ｂ）、吸気（Ｃ）、圧縮（Ｄ）の４行程からなる複雑形状に形成されるのに対し、図３（ｂ）に示される正弦波形との差異が大きすぎるという問題がある。特に、膨張行程でトルク値を急激に増大させてピークに達した後、大きく減衰する特性を有するエンジン波形を、正弦波のような曲線で代用させることは好ましくない。
【０００７】
本発明は、斯かる実情に鑑み、サーボモーターでエンジントルクを模した変動トルクを、容易に生成できるようにしたテストスタンドを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明に係るテストスタンドは、被試験体となるエンジン搭載部品又はエンジン動力伝達部品に、エンジントルクを模した変動トルクを付与するテストスタンドであって、前記被試験体を駆動するサーボモーターと、前記サーボモーターに対するトルク指令の波形を生成する制御部とを備えてなり、前記トルク指令の波形は、周期の異なる２つの正弦曲線が各変曲点近傍で交互に入れ替えられることにより形成される合成波形であることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明に係るテストスタンドは、被試験体となるエンジン搭載部品又はエンジン動力伝達部品に、エンジントルクを模した変動トルクを付与するテストスタンドであって、前記被試験体を駆動するサーボモーターと、前記サーボモーターに対するトルク指令の波形を生成する制御部とを備えてなり、前記トルク指令の波形は、周期の異なる２つの正弦曲線が各変曲点近傍で交互に入れ替えられることにより形成される合成波形を変形した変形波形であって、前記変形波形は、前記合成波形の周期の長い正弦曲線に該当する部分を、その両端部を接続することにより形成される直線を対称軸として上下で反転させたものであることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明に係るテストスタンドは、請求項１又は２において、前記合成波形又は前記変形波形において周期の短い正弦曲線は複数回連続して繰り返されることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明に係るテストスタンドは、請求項１又は２において、前記合成波形又は前記変形波形において、周期の短い正弦曲線が方形波を複数回連続して繰り返したものに置き換えられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１〜４記載のテストスタンドによれば、サーボモーターで被試験体Xに対して、実際のエンジンのトルク曲線によって与えられる負荷に類似した負荷を付与することができるものである。特に請求項１又は２記載のテストスタンドによれば、サーボモーターでエンジントルクを模した変動トルクを容易に付与できる、という優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図1は、本実施形態に係るテストスタンドの概要を示す。このテストスタンドは、主として、被試験体Ｘが駆動される駆動部１と、駆動部１に対するトルク指令の波形（サーボ電流）を生成し供給する制御盤２と、制御盤２に対してトルク指令値・運転パターン等を設定するとともに運転状況を表示するモニター付きの設定器３と、制御盤２を操作するためのスイッチパネル４とを備えてなる。その他、アナログ信号を制御盤２に送信することができるジェネレータ５や、計測結果を記録することができる計測システム６が備えられている。
【００１５】
駆動部１は、被試験体Ｘに連結される出力軸を有するサーボモーター１１と、サーボモーター１１を冷却する油冷ユニット１２と、負荷として動力を吸収する負荷吸収装置１３と、これらを支持する試験ベース１４とで形成される。制御盤２は、サーボアンプ２１を備え、設定器３で設定されたトルク指令値を元にトルク指令（サーボ電流）の波形を生成し、電源コード２２からサーボモーター１１に供給する。
【００１６】
サーボアンプ２１では、トルク指令の波形として、エンジンのトルク値が急激に上昇する膨張行程（例えば４サイクルエンジンの場合、図３（ａ）において符号Ａで示される部分）に対応する傾斜の急な波形部分と、膨張行程で上昇したトルク値が比較的緩やかに減衰する減衰行程（例えば４サイクルエンジンの場合、図３（ａ）において符号Ｂ，Ｃ，Ｄで示される排気・吸気・圧縮行程の部分）に対応する傾斜の比較的緩い波形部分とを交互に組み合わせた合成波形を形成する。なお、ここでは、形成されるトルク指令の波形を、４サイクルエンジンのトルク変動波形を模したものとして説明するが、２サイクルエンジンについても、トルク値が急激に上昇する行程とトルク値が比較的緩やかに減衰する行程を有することから、同様に形成することができるものである。
【００１７】
このような合成波形は、例えば、図２（ａ）に示されるように、エンジン燃焼室の膨張時に対応する傾斜の急な曲線７１、及びその後の減衰に対応する傾斜の緩い曲線７２を、トルク値が最大値及び最小値となる各変曲点で交互に入れ替えることにより生成される。傾斜の急な波形部分に対応する曲線７１の元となる波形は、図２（ｂ）に示される周期の短い（傾斜の急な）正弦曲線であり、傾斜の緩い波形部分に対応する曲線７２の元となる波形は、図２（ｃ）に示される周期の長い（傾斜の緩い）正弦曲線であって、これらは、設定器３で予め設定されたトルク指令値等に対応して生成される。なお、曲線７２には、図３（ａ）において符合Ｃで指示される吸気工程のような右上がりの傾斜部分が含まれないが、吸気工程は膨張行程に比べてトルク値が相当小さいため、あまり支障がないものである。
【００１８】
すなわち、曲線７１は、膨張時のトルク曲線に近似した周期の短い正弦曲線において右上がりとなる１／２周期分を取得したものであり、曲線７２は、減衰時のトルク曲線に近似した周期の長い正弦曲線において左下がりとなる１／２周期分を取得したものである。
これらは、サーボアンプ２１に組み込まれるソフトウェアにより容易に形成され、複雑なシステムを導入する必要がない。また、上記トルク指令の波形は、各正弦曲線を変曲点で交互に入れ替えるだけで形成されるものである。これにより、サーボモーターでエンジントルクを模した変動トルクを容易に再現することができるものである。したがって、被試験体Xに対して、実際のエンジンのトルク曲線によって与えられる負荷に類似した負荷を付与することができるものである。
【００１９】
上記実施形態では、トルク指令の波形を、膨張行程に対応する曲線となる周期の短い正弦曲線７１と、排気・吸気・圧縮行程に対応する曲線となる周期の長い正弦曲線７２を、そのまま交互に組み合わせたものとしたが、実際のエンジンの変動トルクは、膨張行程Ａの直後から傾斜が緩やかになるものではなく、図３（ａ）に示されるように、排気行程Ｂでは、膨張行程Ａを反転させたような急な傾斜から緩やかな傾斜に移行する。しかも、排気工程Ｂにおける急な傾斜部分は、トルク曲線の最大値付近であるから、影響が比較的大きい。そこで、実際のエンジントルク曲線における排気・吸気・圧縮行程に対応する曲線として、図２（ｄ）に示されるように、周期の長い正弦曲線７２の代わりに、その両端部７２１，７２２を接続することにより形成される直線を対称軸Ｌとして、正弦曲線７２を対称軸Ｌの上下で反転させた曲線７３を採用しても良い。これにより、減衰時においてトルク曲線が急な傾斜から緩やかな傾斜に移行する実際のエンジンの変動トルクに、一層近い変動トルクを再現することができるものとなる。したがって、被試験体に対して、実際のエンジンのトルク曲線によって与えられる負荷に一層類似した負荷を付与することができるものである。
【００２０】
上記実施形態では、膨張行程に対応する曲線となる周期の短い正弦曲線７１と、排気・吸気・圧縮行程に対応する曲線となる周期の長い正弦曲線７２を１／２周期ずつ交互に入れ替えるようにしたが、図２（ｅ）に示されるように、膨張行程に対応する波形部分として周期の短い正弦曲線７４を１／２周期ずつ複数回連続して繰り返した後で、排気・吸気・圧縮行程に対応する波形部分となる周期の長い正弦曲線７５に入れ替えるようにしても良い。実際のエンジンにおける変動トルクは、図２（ｅ）に点線７６で示されるように、ピーク値が非常に大きいものであって、電動モーターで同様のトルク出力を得ることが難しいため、正弦曲線７４を複数回連続して繰り返すことにより、被試験体に対して、実際のエンジンのトルク曲線によって与えられる負荷に類似した負荷を付与するものである。
【００２１】
図２（ｅ）に示されるトルク指令の波形では、周期の短い正弦曲線７４を１／２周期ずつ複数回連続して繰り返したものに、周期の長い正弦曲線７５を連続させた合成波形を生成して、これらを繰り返すことによりトルク指令の波形を生成するようにしたが、膨張行程に対応する曲線として、正弦曲線７４に代えて、図２（ｆ）に示されるような周期の短いスリット状の方形波を複数周期連続して繰り返したものに、排気・吸気・圧縮行程に対応する曲線となる周期の長い正弦曲線７５を連続させ、これらを交互に入れ替えて生成するようにしても良い。スリット状の方形波であれば、容易に生成することができ、しかも傾斜が非常に大きいので、急激にトルク値を上昇させることができ、被試験体に対して、実際のエンジンのトルク曲線によって与えられる負荷に類似した負荷を付与することができるものである。
【００２２】
その他、本発明のテストスタンドは、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係るテストスタンドの概要を示す図。
【図２】（ａ）は、本実施形態に係るテストスタンドで使用されるトルク指令の波形となる合成波形を示す図。（ｂ）（ｃ）は正弦曲線であり、（ａ）に示される合成波形の生成に使用されるものを示す図。（ｄ）（ｅ）は、（ａ）に示される曲線の変形例を示す図。（ｆ）は、（ｅ）に示される曲線をさらに変形させるために使用される方形波を示す図。
【図３】（ａ）は実際のエンジンの変動トルク波形を示す図で、（ｂ）は正弦波を示す図。
【符号の説明】
【００２４】
１    駆動部
２    制御盤
３    設定器
４    スイッチパネル
５    ジェネレータ
６    計測システム
１１    サーボモーター
１２    油冷ユニット
１３    負荷吸収装置
１４    試験ベース
２１    サーボアンプ
２２    電源コード
Ｌ    対称軸
Ｘ    被試験体
【図１】
2005037352.tif 000003
【図２】
2005037352.tif 000004
【図３】
2005037352.tif 000005