エンジンテストスタンド

エンジンテスト スタンドは、エンジンの開発、特性評価、テストに使用される設備です。自動車OEM向けの製品として提供されることが多いこの設備では、さまざまな動作モードでのエンジンの動作が可能になり、エンジンの動作に関連するいくつかの物理的変数を測定できます。

高度なエンジン テスト スタンドには、エンジンの状態を制御するための複数のセンサー(またはトランスデューサー)、データ取得機能、アクチュエーターが搭載されています。センサーは、通常、次のようないくつかの物理変数を測定します。

• クランクシャフトの トルクと角速度
• 吸入空気量と燃料消費率。多くの場合、容積測定法や重量測定法を使用して検出されます。
• 吸入混合物の空燃比。排気ガス酸素センサーを使用して検出されることが多い。
• 排気ガス中の一酸化炭素、炭化水素と窒素酸化物のさまざまな構成、二酸化硫黄、粒子状物質などの環境汚染物質の濃度
• エンジンオイル温度、スパークプラグ温度、排気ガス温度、吸気マニホールド圧力など、エンジン本体の複数の場所の温度とガス圧力
• 気温、気圧、湿度などの大気の状態

センサーを通じて収集された情報は、多くの場合、データ取得システムを通じて処理され、記録されます。アクチュエーターにより、望ましいエンジン状態 (多くの場合、エンジン トルクと速度の独自の組み合わせとして特徴付けられます) を実現できます。ガソリン エンジンの場合、アクチュエーターには、吸気スロットル アクチュエーター、誘導モーターなどのエンジンの負荷装置が含まれます。エンジン テスト スタンドは、OEM 顧客の要件を考慮してカスタム パッケージ化されることがよくあります。多くの場合、次の機能を備えたマイクロコントローラーベースのフィードバック制御システム が含まれます。

• 閉ループの希望速度操作（定常状態または過渡的なエンジン性能の特性評価に役立ちます）
• 閉ループの望ましいトルク操作（車載、路上シナリオのエミュレーションに役立ち、定常状態または過渡的なエンジン性能の特性評価の代替方法を可能にします）

• エンジンの研究開発（通常はOEM研究所で実施）
• 使用中のエンジンのチューニング（通常はサービスセンターまたはレース用途）
• OEM 工場の生産ラインの終了。テストするエンジンの交換は自動的に行われ、流体、電気、排気ガスのラインはドッキング システムによってテスト スタンドとエンジンに接続され、切断されます。エンジンがテスト スタンドにドッキングすると、機械式ドライブ シャフトが自動的に接続されます。

自動車 OEM におけるエンジンの研究開発 (R&D) 活動には、高度なエンジン テスト スタンドが必要です。自動車 OEM は通常、次の 3 つの目的を満たすエンジンの開発に関心を持っています。

• 高い燃費効率を実現する
• 運転性と耐久性を向上させる
• 関連する排出規制に準拠すること

その結果、R&D エンジン テスト スタンドでは、いくつかの関連するエンジン変数の測定、制御、記録を通じて、本格的なエンジン開発が可能になります。

一般的なテストには次のようなものがあります。

• 燃費と運転性の判定：定常状態と過渡状態におけるトルク-速度性能テスト
• 耐久性の判定：老化試験、オイルおよび潤滑試験
• 関連する排出ガス規制への準拠を判断する：規定の排出ガス試験サイクルにわたる容積および質量排出ガス試験
• エンジン自体についてのさらなる知識を得る: エンジン マッピング演習、またはさまざまなエンジン変数間の多次元入出力マップの開発。例: 吸気マニホールド圧力とエンジン速度から吸入空気流量までのマップ。

レーザー技術は、エンジン試験中にエンジン設計を改善するための便利なツールを追加します。拡大 LDV センサーを備えたレーザー ドップラー速度測定法を使用するレーザー センサーは、2 ストローク、4 ストローク、またはロータリー燃焼サイクル全体にわたってガス粒子の動きを記録できます。これらのスパーク プラグ速度計 (SPV) センサーは、エンジンの燃焼室のスパーク プラグ穴に挿入できます。センサーは、ピストンの動きのあらゆる深さレベル (通常は 0 ～ 50 mm) に調整できます。

拡大LDVセンサーは、ガス粒子の速度と移動方向を記録します。記録されたデータと燃焼サイクルの視覚化により、エンジン設計を最適化できます。チャンバー、バルブ、スパークプラグ、インジェクター、ピストンの形状とサイズを変更することで、ガス粒子の流れと方向を改善でき、燃焼と性能が向上し、排出量が削減されます。

シリンダーごとに 2 つのスパーク プラグ穴を備えたエンジン ヘッドを使用すると、実際の点火条件下で稼働しているエンジン内のガス粒子の移動速度と方向を記録できます。

SPV を吸気口と排気口に追加して、これらの領域での粒子の流れを記録し、エンジン設計をさらに改善することもできます。

拡大 LDV センサーは、ロケット エンジン内の粒子の流れを測定するために、さらに極端な状況でも使用されてきました。

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• エンジンテスト 第5版ISBN  9780128212264 A.Martyr、D. Rogers
• エンジンのテストと開発におけるレーザー技術については以下を参照してください。
  • 内視鏡的2D粒子画像流速測定（PIV）によるICエンジンの流れ場測定
  • 内燃機関開発のための光学アクセスおよび診断技術
  • 内燃機関のデトネーションのフーリエ変換スペクトル測定を初めて画像化
  • ホログラフィック粒子画像流速測定法とエンジン開発への応用
  • 高速PIVを用いた光学的にアクセス可能な直接噴射スプレーガイド内燃機関の流れ場測定
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  • Christopher I. Moir、「小型レーザードップラー速度測定システム（議事録論文）」、SPIE Proceedings Vol. 7356、2009 年。