エンジンの性能をみる ～ エンジンテストベンチ向け圧力センサ
厳しい条件下での圧力測定
FPT Motorenforschung AGはスイスのアルボンに本社を置き、CNHインダストリアル社のパワートレイン部門の車両や機械に搭載されるエンジンを開発しています。約220人のスタッフが現場で、商用車、建設機械、農業機械、産業用および船舶用のFPT新製品を開発しており、エンジンは、合計30台のテストベンチで試運転されています。エンジン効率を測定するために、FPT Motorenforschungは、圧力センサのスペシャリストであるKELLER Pressure社（スイス）のM5シリーズ圧力センサなどのツールを使用しています。
« 私たちが開発し、工場でテストするエンジンは、素材、排出ガス、効率において最も厳しい品質要件を満たしています。つまり、テストベンチでエンジンを検査する際には、エンジンの働きに影響するすべての変数を考慮しなければならないのです。そのため、エンジン内部の特殊な条件下でも、正確で信頼性の高い測定値が得られる精密な測定機器が必要となります » FPT Motorenforschung AGテストエンジニアリング／電子計測部門責任者、ライナー・リンゼンマイヤー氏
Headquarter of FPT Motorenforschung AG
圧力センサM5シリーズ ─ 技術研究の要求を取り入れたデザイン
FPT Motorenforschungの開発作業は、主に排気ガスの削減、高出力密度、低燃費、長寿命、最大限の信頼性の実現に重点を置いています。エンジンの効率は、燃焼室への空気の流入と排気ガスの流出がどの程度妨げられないかによって大きく左右されます。ここでの圧力は10bar(1MPa)以下となります。主な優先事項は、絶対圧センサを使用して極めて正確で非常に動的な測定を行うことです。KELLER Pressure は、このような特殊なエンジン試験要件を満たすために圧力センサM5シリーズを開発し、試験中、エンジンの様々な場所でM5センサは使われています。圧力状態と損失の信頼できる分析を得るためには、入口側の個々のシリンダーにできるだけ近い位置で測定を行うことが重要です。インテークマニホールドの形状がさまざまであることは、各シリンダーに供給される空気の量が異なることを意味しこれが課題となっています。出口側でも、各シリンダー内の燃焼ガスが、圧力サージや脈動の間で望ましくない相互作用を引き起こす可能性があります。圧力センサは、インレット側とアウトレット側のこれらのプロセスを局所的かつ高い位相忠実度で測定します。エンジンをテストする場合、エンジンからの音や振動が測定に干渉することは許されないため、センサは発生するノイズに影響を受けにくくなっていることが重要です。測定スロットは、測定が行われた後、プラグで密閉可能でなければならず、空気の流れに対して可能な限り耐性がなければなりません。また、このアプリケーションでは、エンジンバッテリーから最大40Aの補償電流が発生する可能性がありますが、これらがセンサに影響を与えることは許されません。これらの要件は完全にクリアしM5センサは開発されました。M5センサが持つ他の特徴も、この特殊な使用分野において優位性を発揮します：
センサと電子システムの間にコネクターがない。このため、接触抵抗が増え、故障の原因になることがありません。
ケーブルグランドはハーメチックシール（IP67）されており、ケーブルへの外部からの影響を最小限に抑えます。
電子システムの大部分は外部に取り付けられているため、ノイズのない場所に設置することができます。
M5 compared to a match
M5シリーズ - 超高速小型圧力センサ
M5 HBシリーズの圧力センサは、180 ℃まで0.1 %FSの精度で極めて高速かつ高精度な測定を実現します。圧力接続はM5ネジで、静圧に加え脈動などの動圧にも使用できるよう設計されています。小型のため、局所的な測定に最適です。
センサの主な特長は、デッドボリュームが非常に小さく、ベント能力が高いことです。伝達媒体を使用しない背面技術を採用しているため、測定信号の減衰も最小限に抑えることができます。シール剤、接着剤、キャピラリーも不要です。流量条件への不必要な影響を防ぐため、プロセス接続は可能な限り短くする必要があり、取り扱いの面では、細いチューブにも簡単に取り付けることができます。このため、センサは非常に軽量で、急加速にも耐えることができます。
M5シリーズは、電子システム付きと電子システムなしがあります。KELLER Pressureチームが電子システムを開発する際に最優先したのは、限界周波数50 kHzまでの信号の忠実性でした。M5 HB圧力センサ（電子システム付き）は、FPT Motorenforschung AGの技術仕様に沿って最適化され、2年以上にわたって使用されています。
エンジン研究における幅広い用途の可能性
FPT Motorenforschung社は、すべてのエンジンテストベンチで電子システム付きM5センサを使用しています。測定箇所はオイルポンプ、燃料ポンプ、ウォーターポンプ、インジェクターライン、インタークーラー、熱交換器、吸排気ダクトなどのコンポーネントの内部で、圧力状態をロギングすることで、変動やピーク、その他一般的に異常な圧力現象を検出することができます。エンジニアはこれらの値を基に設計を見直し、ECU（制御ユニット）のコンポーネントやパラメータをさらに最適化することができます。
得られたデータから、エンジン内部の動的条件を容易に推定することができます。例えば、大型HGVエンジンの吸入空気量の典型的な値である1 m3/sの流量で1 Paの圧力損失は、1 Wの性能損失に相当します。実際には、50mbar(50hPa)の圧力低下で5kWもの流量損失が生じることになります。したがって、エンジンの効率を上げるためには、この値をできるだけ低く保つ必要があります。
M5センサは、インジェクターのリターンパイプにも使用できます。インジェクターはその設計上、リークと冷却によって還流が発生します。これらのパイプの圧力条件も測定し、圧力範囲は1～5 bar(100～500kPa)で最適化されます。油圧はエンジン効率にとってさらに重要な要素です。低速で走るエンジンでは通常低すぎますが、高速では高すぎる傾向があります。
« 油圧の測定に関しては、小さいセンサを見つけることが特に重要でした。小型の方が実際の流量条件への影響が少ないからです。また、この種のアプリケーションでは、センサを取り付けるスペースがほとんどないことが多く、標準的なセンサが選択肢になることはありませんでした。M5センサはすべての条件を満たしています。特に優れているのは、テスト終了後、センサの開口部をシンプルなM5プラグで塞ぐだけで、ほとんど何も変わっていないように見えることです。つまり、システムに変更を加えても、他のテスト結果を歪めることがないのです。テストベンチで幅広い用途に使用できる信頼性の高いM5センサを見つけられたことを嬉しく思います。KELLER Pressure社とは長年にわたり、非常に建設的なパートナーシップを築いてきました。コストパフォーマンスが高いだけでなく、技術的な問題が発生した際には、信頼できる専門家として相談にのってくれます。KELLER Pressureの生産拠点はスイスにあり、その品質は期待通りで、納品まで長く待たされることはありません。» FPT Motorenforschung AGテストエンジニアリング／電子計測部門責任者、ライナー・リンゼンマイヤー氏
