定盤コラム

エンジン試験装置とは?

【定義】エンジン試験装置とは、エンジン単体を稼働させ、出力・トルク・耐久性などの性能を計測するための設備のことを指します。

自動車や建機、船舶などに搭載されるエンジンは、量産・搭載前に必ず性能検証を受けます。その検証の舞台となるのがエンジン試験装置です。一般的には「エンジンベンチ」とも呼ばれ、エンジン単体を架台に据え付け、ダイナモメータと呼ばれる動力計を接続して負荷をかけながらデータを取得します。ただし、すべてのエンジン試験装置が同じ構成というわけではなく、対象となるエンジンの排気量や用途によって、装置の規模も大きく変わります。

当社、大和重工株式会社にも「エンジン試験装置を新設したいが、何から検討すればよいか分からない」というご相談が寄せられることがあります。本コラムでは、エンジン試験装置の定義から種類、選定時に見落とされがちな振動対策まで、私たちが定盤メーカーとして現場で見聞きしてきた内容を踏まえて解説いたします。

エンジン試験で何を測定するのか

エンジン試験装置を理解する第一歩として、まずは測定対象を整理します。

エンジン試験では、回転数とトルクの関係から算出される出力特性のほか、燃料消費率、排出ガス成分、長時間運転による耐久性などが測定されます。これらは「性能試験」「耐久試験」「排ガス試験」という3つの分類に大別されることが一般的です。弊社の経験では、お客様によって最も重視する測定項目が異なり、量産前の最終確認を行うメーカーでは耐久試験、研究開発部門では性能試験を重視する傾向にあります。

エンジン試験装置の基本構成

次に、装置を構成する主要な要素を見ていきます。

エンジン試験装置は、エンジンに負荷をかけて回転とトルクを計測する「ダイナモメータ」、計測データを収集・制御する「制御盤」、そしてエンジンとダイナモメータを固定する「架台(定盤)」という3つの要素で構成されています。

エンジンベンチ用定盤とは

当社が普段お手伝いしているのは、このうち架台部分にあたる定盤です。エンジン本体やダイナモメータがどれほど高精度であっても、それらを支える架台が振動を吸収できなければ、測定値そのものが乱れてしまいます。

エンジン試験装置の種類とは?

【定義】エンジン試験装置は、測定目的や対象の違いにより、いくつかの種類に分類されます。

エンジン単体を対象とする「エンジンダイナモメータ」と、車両全体を対象とする「シャーシダイナモメータ」では、求められる架台のサイズも耐荷重も異なります。また、近年はHEV・EVの普及にともない、モーター単体を評価する試験装置も増えてきました。すべての試験装置に同一規格の定盤が使えるわけではなく、供試体の重量や回転数、振動の周波数帯によって最適な仕様は変わります。

定盤の種類とは?材質や設置方式による種類と特徴から選定方法まで解説!

性能試験・耐久試験・排ガス試験の違い

試験の目的によって、運転時間や負荷のかけ方が大きく異なります。

性能試験は数時間から数日単位の短期計測が中心ですが、耐久試験は数百時間から数ヶ月にわたって連続運転を行うこともあります。当社にご相談いただいた事例では、耐久試験用に導入する定盤について、短期の性能試験用とは異なり、長期間の連続振動に耐えられる剛性を求められたケースがございました。

エンジンダイナモメータとシャーシダイナモメータの違い

両者は混同されやすいため、ここで整理しておきます。

エンジンダイナモメータはエンジン単体を、シャーシダイナモメータは車両全体をローラー上に載せて試験する装置です。シャーシダイナモメータは車両全体を支えるため設置面積が大きくなりますが、振動源がエンジン単体に集中するエンジンダイナモメータの方が、局所的な振動対策はより重要になるというのが私たちの実感です。

なお、車両全体の諸元測定用の定盤については、車両諸元定盤 でも詳しくご紹介しています。

エンジン試験装置の導入前に必ずチェックすべきポイント

【ポイント】エンジン試験装置を選定する際には、装置単体の性能だけでなく、設置環境との適合を確認することが欠かせません。

精密な計測機器を選ぶことに注力するあまり、設置スペースや床の耐荷重、振動対策が後回しになるケースを、私たちはこれまで数多く見てきました。当社としては、「エンジン試験装置の精度は、装置本体と同じくらい設置環境に左右される」という立場で、このコラムをお伝えしています。

設置スペースと荷重

まず確認すべきは、装置を設置できる物理的な条件です。

エンジン単体の重量に加え、ダイナモメータや架台自体の重量も合算した荷重が、建屋の床に対してどの程度かかるのかを事前に把握しておく必要があります。建屋によっては床の補強工事が必要になる場合もあり、その際には架台と床を一体で検討した方が、結果的に工事コストを抑えられることもあります。

試験中の振動・騒音が精度に与える影響

ここが、多くのご担当者様が見落としがちなポイントです。

エンジンを高速回転させる試験では、回転数に応じた周期的な振動が常に発生します。なぜこの振動が問題になるのか。答えは、振動が測定値そのものに重畳してしまうことにあります。トルクや出力のわずかな変化を捉えようとしているときに、架台側の振動が測定信号に混入すれば、得られたデータの信頼性は損なわれてしまいます。当社にご相談いただいた事例では、当初は一般的な鋼製架台の仕様を検討されていたものの、ヒアリングを通じて振動の影響範囲を確認した結果、防振機能を備えた鋳物定盤に変更されたケースがございました。

防振定盤とは?役割や防振装置について紹介!

エンジン試験装置の高精度化を阻む、振動という課題

【ポイント】エンジン試験装置における振動の課題は、架台の剛性不足と、床・基礎との共振という2つの要因に分けて考える必要があります。

ここまでコラムを読んでいただいているあなたのように、多くのご担当者様が「振動対策にどこまでコストをかけるべきか」と悩みながら検討を進めています。架台が軽量・簡易な構造であるほど初期コストは抑えられますが、その分、振動を吸収しきれずに測定精度が不安定になるという問題が後から表面化することがあります。

架台の剛性不足が招く共振

架台の剛性が不足していると、エンジンの回転周波数と架台の固有振動数が一致したときに共振が発生します。

共振が起きると、振動の振幅が増幅され、データのばらつきが大きくなります。ただし、すべての試験で大きな共振が問題になるわけではなく、低出力のエンジンを対象とする試験であれば、簡易な架台でも実用上問題ないケースもございます。

既設の床・基礎だけでは抑えきれない振動

「建屋の床がコンクリートだから、振動対策は不要」と考えられる方も少なくありません。

しかし、コンクリート床は面で振動を伝播させやすいため、エンジン試験装置から発生した振動が建屋全体に広がり、周辺の測定機器にまで影響を及ぼすことがあります。だからこそ、当社では床の強度だけに頼るのではなく、架台そのものに防振性能を持たせる設計を提案しています。つまり、振動対策は床の問題ではなく、架台(定盤)の設計問題として捉える必要があるというのが私たちの立場です。

定盤設計ノウハウ(解析技術を駆使して剛性・荷重を最適化)

振動・精度の課題を解決する、大和重工の防振定盤技術

【ポイント】当社では、構造解析・鋳造解析を組み合わせたCAE解析により、エンジン試験装置に最適な防振定盤の剛性設計を行っています。

弊社の経験では、防振性能は架台の重量だけで決まるものではなく、リブ構造や鋳物の肉厚配分といった内部構造の設計が大きく影響します。すべての形状に同じ設計が最適とは限らないため、当社ではエンジンの出力・回転数・設置環境ごとに解析を行った上で仕様を決定しています。

CAE解析による剛性・荷重の最適設計

設計段階での解析が、完成後の性能を大きく左右します。

当社では、機械装置の用途や耐荷重などの使用条件に基づいて構造解析・鋳造解析・応力解析を行い、最適な剛性設計を導き出しています。

定盤設計ノウハウ

なぜ解析を行ってから製作するのか。答えは、据付後の手戻りを防ぐためです。据付してから振動が大きいと判明しても、架台の構造自体を修正することは容易ではありません。

組み込みジャッキによる平面度維持

据え付けた後も、平面度を維持し続ける仕組みが必要です。

当社独自設計の組み込みジャッキにより、大型精密定盤の平面度維持と、経年による平面度変化の抑制を実現しています。これにより、納入直後だけでなく、数年単位で使用した後も安定した試験環境を維持しやすくなります。

当社の防振定盤がエンジン試験装置に選ばれる3つの特徴

【ポイント】大和重工がエンジン試験装置向けの防振定盤で選ばれている理由は、製造能力・精度・対応力の3点に集約されます。

天保2年創業から鋳物に向き合ってきた当社だからこそ提供できる価値について、3つの観点からご紹介いたします。

大型鋳物定盤の実績

【実績】3m×8mまでの一体型超大型鋳物定盤

当社では、3m×8mまで一体型での定盤製作に対応しております。エンジンベンチクラスの大型試験装置では3mクラスのサイズが必要になることが多く、こうした要求に一体型のまま応えられる点が、他社との大きな違いです。組み合わせやカスタマイズにより、それ以上の長尺・大型定盤の製作実績もございます。

特注定盤の製造(3m×8mまで一体型での製作が可能、または防振機能が付いた特注定盤)

【精度】1/1000mm、髪の毛1本分の理想平面

数十トンに及ぶ重量物を支える大型定盤であっても、高精度な調整と据付により理想平面を実現します。設計段階から据付まで一貫対応するからこそ実現できる、1/1000mm、髪の毛1本分の誤差に抑えた平面度です。

【対応力】分割設計・分割輸送による搬入対応

設置・搬入スペースに制限がある現場でも、定盤を分割して設計・輸送する提案が可能です。建屋の入り口や天井高に制約がある場合でも、現地での組み立てによって据付を実現してきた実績がございます。

大型定盤の設置工事時の搬入方法とは?

定盤 搬入・据付フロー

エンジンベンチ用防振定盤による製作事例

【ポイント】当社が手掛けたエンジン試験装置向け定盤の事例から、サイズ・対応内容をご紹介いたします。

抽象的な仕様の説明だけでは、実際にどの程度の規模に対応できるのかが伝わりにくいため、具体的な事例を2つご紹介いたします。

5~9mクラスのエンジンベンチ用定盤

試験定盤として、5~9mクラスの大型サイズに対応した事例がございます。工場・建屋の新設にあわせて、分割設計・分割輸送による搬入を行いました。新設工事と定盤の据付を一体で検討いただいたことで、搬入経路の制約を事前に解消することができました。

エンジンベンチ(事例詳細)

1~4mクラスの機械部品の性能試験用定盤

機械部品の性能試験用として、T溝付きの定盤を分割設計・分割輸送にて納入した事例もございます。設置環境に合わせたT溝の配置や、CAE解析による剛性確認を行った上で製作いたしました。比較的小型のサイズであっても、振動対策の考え方は大型定盤と変わりません。

T溝付き 製品測定用定盤(類似事例)

エンジン試験装置の振動対策のことなら、大和重工にお任せください

エンジン試験装置の精度は、装置本体だけでなく、それを支える架台(定盤)の設計によって大きく左右されます。当社、大和重工株式会社は、天保2年創業の鋳物メーカーとして、設計・解析から鋳造・据付・アフターフォローまでをワンストップで対応してまいりました。

「振動が測定データに影響している気がする」「これから導入する試験装置の架台をどうすべきか分からない」という段階でも、お気軽にご相談ください。図面や仕様が固まっていない状態からのご相談も承っております。

定盤 搬入・据付フロー

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ご相談・お問合せ

よくある質問

Q. エンジン試験装置に定盤は必ず必要ですか? A. 必須ではありませんが、振動の影響を抑え精密な測定を行うには、防振性を備えた定盤の設置を推奨いたします。詳しくは防振定盤とは?役割や防振装置について紹介!をご参照ください。

Q. 既存のエンジン試験装置の定盤も校正・メンテナンスできますか? A. 他社製の既設定盤であっても、平面度の校正・メンテナンスに対応しております。詳しくはアフターフォロー体制をご参照ください。

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