エンジンの台上性能試験とは?動力計を使いエンジン単体の出力やトルクを計測【自動車用語辞典:パワートレイン系の試験編】

コラム Clicccar

エンジン性能としては、最高出力と最大トルクの値とともに通常はエンジン性能曲線が開示されます。エンジン性能曲線とは、ガソリンエンジンではスロットル全開状態(全負荷条件)で、エンジン回転ごとのトルクと出力を示した図です。

エンジン性能曲線を作成するためのエンジンの性能試験法について、解説していきます。

エンジン性能は、クルマの動力性能だけでなく、燃費やドライバビリティなどに大きな影響を与えるクルマを動かす原動力です。

通常クルマのカタログには、最大トルク値と最高出力値とともに、横軸をエンジン回転速度としたトルク特性と出力出力を示したエンジン性能曲線が記載されています。

ガソリンエンジンのエンジン性能曲線は、スロットル全開(アクセル全開)時に空燃比(吸入空気と供給燃料の重量比)と点火時期を最適化した時のトルク特性と出力特性を示します。

ディーゼルエンジンのエンジン性能曲線は、規定スモーク(黒煙)濃度以下で最大燃料噴射量と最適噴射時期でのトルク特性と出力特性を示します。

エンジン性能曲線

エンジントルクはエンジンの回転力を表し、単位はN・m(またはkg・m)です。自転車で言えば、ペダルを踏む力に相当し、加速力や登坂力に影響します。

エンジン出力はエンジンの仕事量を表し、単位はkW(またはPS<馬力>)です。自転車で言えば、トルク(ペダルを踏む力)に回転数を掛けたものなので、出力が大きいほど自転車の速度が出ます。

トルクと出力の関係は、「出力=トルク×回転数」であり、両者は密接な関係があります。

最大トルクおよび最高出力の発生回転数は、ガソリンエンジンはディーゼルエンジンよりも高めであり、ガソリンエンジンは高速型エンジン、ディーゼルエンジンは低速型エンジンと言えます。

エンジンのトルクおよび出力は、動力計(ダイナモメーター)で計測します。

水動力計や渦電流動力計、ACダイナモなどの動力計がありますが、基本原理はエンジンの出力を吸収しその反力からトルクを検出する方法です。

動力計の吸収トルクをロードセル(荷重検出器)などで計測すれば、エンジンのトルクを求めることができます。

トルクT = W × L

出力P = 2π×W×L×N / 60×1000

W:動力計の制動荷重(N)、 L:動力計の腕の長さ(m)、 N:エンジン回転速度(rpm)

電気動力計

エンジンの性能試験は、運転条件や環境条件、試験装置などが規定されたTRIUS(自動車の試験標準)に基づき、動力計が設置された試験室で行います。また試験中は、エンジンの冷却水や潤滑油についても、十分に暖気された実際の運転状態に近い状態にします。

エンジンの出力は、試験室内の大気圧や室温に大きく影響されます。エンジンが吸入する空気の密度が変化するためです。

試験室内の大気圧や室温をコントロールすることには限界があるので、計測した出力は最終的に修正係数によって標準状態(大気圧101.325kPa、温度25℃)の出力に補正します。

補正した値が最終的な公表値となり、それぞれ修正トルクと修正出力と称されます。

トルクと出力の計測は、ガソリンエンジンであれば常用回転1000rpm〜6500rpm程度まで500rpmおきに行います。同時に、吸入空気量や吸入空気温度、点火時期、燃料量なども計測します。

これらの試験結果を、グラフ化してエンジン性能曲線が出来上がります。

エンジンの性能曲線をみれば、そのエンジンが高出力エンジンなのか、低速トルク型か高速トルク型かが分かります。

単に、最大トルク値や最高出力値の大小だけでなく、トルク曲線のプロファイルの方がそのエンジンの特徴を示しています。

(Mr.ソラン)

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