燃料消耗量測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種燃料消耗量測(cè)量裝置，直接測(cè)量排氣的流量和空燃比，并從上述排氣的流量和空燃比算出燃料消耗量，能以高響應(yīng)速度且高精度測(cè)量燃料消耗量。所述燃料消耗量測(cè)量裝置包括：超聲波流量傳感器(2)，測(cè)量流過排氣通道(R)的排氣流量(QEX)；以及計(jì)算裝置(4)，利用由超聲波流量傳感器(2)得到的排氣流量(QEX)和由空燃比傳感器(3)得到的空燃比(AFR)，算出發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗量(Fe)，所述空燃比傳感器(3)測(cè)量流過排氣通道(R)的排氣的空燃比(AFR)。
【專利說明】燃料消耗量測(cè)量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗量的燃料消耗量測(cè)量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 燃料消耗效率的提高是車輛的研究、開發(fā)中重要的課題之一，為得到進(jìn)一步改善， 測(cè)量與發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)作相關(guān)的瞬時(shí)的燃料消耗量十分重要。
[0003] 燃料消耗量的瞬時(shí)測(cè)量一般利用燃料流量計(jì)直接測(cè)量。但是，在整車中使用燃料 流量計(jì)測(cè)量很困難。此外，在不擾亂燃料系的條件下，在燃料流路中設(shè)置燃料流量計(jì)也并不 容易。
[0004] 因此，公開有例如從CVS裝置稀釋的排氣中的各排氣成分濃度求出排出質(zhì)量后， 再?gòu)乃雠懦鲑|(zhì)量算出燃料消耗量的方法（碳平衡法）（例如專利文獻(xiàn)1(日本專利公開公 報(bào)特開平2-234021號(hào)））。該里，碳平衡法是指從排氣中的C〇2、C0、肥各成分所含的碳含 量算出燃料消耗量。
[0005] 可是，將CVS裝置稀釋的稀釋排氣通過取樣通道導(dǎo)入排氣分析裝置，測(cè)量排氣中 的c〇2、co、hc的成分濃度時(shí)，需要花費(fèi)從通過取樣通道到導(dǎo)入排氣分析裝置為止的時(shí)間，從 而引起響應(yīng)延遲。例如，在頻繁進(jìn)行燃料切斷和電驅(qū)動(dòng)切換的汽車燃料消耗量測(cè)量中，由于 取樣通道造成氣體的遲滯、從而引起響應(yīng)延遲的情況特別明顯，有時(shí)不適合瞬時(shí)的燃料消 耗量的測(cè)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的主要目的是提供一種燃料消耗量測(cè)量裝置，直接測(cè)量流過排氣通道的排 氣的流量和所述排氣的空燃比，并根據(jù)所述排氣的流量和空燃比算出燃料消耗量，能夠W 高響應(yīng)速度且高精度測(cè)量燃料消耗量。
[0007] 即本發(fā)明的燃料消耗量測(cè)量裝置，測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗量，其包括；超聲波流量 傳感器，設(shè)置在從所述發(fā)動(dòng)機(jī)排出的排氣所流過的排氣通道上，測(cè)量流過所述排氣通道的 排氣的流量；W及計(jì)算裝置，利用由所述超聲波流量傳感器得到的排氣流量和由空燃比傳 感器得到的空燃比，算出所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗量，所述空燃比傳感器設(shè)置在所述排氣通 道上，測(cè)量流過所述排氣通道的排氣的空燃比。
[0008] 如上述構(gòu)成的燃料消耗量測(cè)量裝置，利用超聲波流量傳感器和空燃比傳感器直接 測(cè)量流過排氣通道的排氣的流量和空燃比，能夠消除因?yàn)樵O(shè)置W往的取樣通道而產(chǎn)生的響 應(yīng)延遲。該樣，能夠W高響應(yīng)速度且高精度測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗量。此外，因?yàn)槭褂贸?波流量傳感器，所W不會(huì)因?yàn)樵O(shè)置所述超聲波流量傳感器而引起壓力損失，并且從小流量 至大流量測(cè)量精度高，此外，對(duì)波動(dòng)的影響也較少。因此，能夠高精度測(cè)量燃料消耗量。另 夕F，由于是直接測(cè)量，所W不需要W往的取樣通道，能簡(jiǎn)化配管結(jié)構(gòu)，此外，由于不需要CVS 裝置等稀釋裝置，所W能夠使測(cè)量裝置小型化。并且，還可W由此削減裝置的成本。
[0009] 當(dāng)空燃比傳感器設(shè)置在超聲波流量傳感器的上游側(cè)時(shí)，空燃比傳感器成為流阻， 會(huì)引起排氣的流速分布的奈亂，而成為超聲波流量傳感器的測(cè)量值的誤差原因。因此，所述 空燃比傳感器優(yōu)選設(shè)置在所述排氣通道中所述超聲波流量傳感器的下游側(cè)。該樣，通過將 空燃比傳感器設(shè)置在超聲波流量傳感器的下游側(cè)，不會(huì)引起所述流路分布的奈亂，能夠準(zhǔn) 確測(cè)量排氣流量。
[0010] 優(yōu)選所述排氣通道中的所述超聲波流量傳感器的上游側(cè)設(shè)有整流板。
[0011] 該樣，流入超聲波流量傳感器的排氣的氣流被整流板整流，能夠消除流入超聲波 流量傳感器的排氣的流速分布的奈亂。該樣，能夠準(zhǔn)確測(cè)量排氣流量。
[0012] 優(yōu)選在所述排氣通道中、所述超聲波流量傳感器的上游由直管構(gòu)成，所述直管相 對(duì)于設(shè)有所述超聲波流量傳感器的流道部分的流道直徑D、具有10倍W上（10DW上）的長(zhǎng) 度。
[0013] 該樣由于超聲波流量傳感器的上游由相對(duì)所述流道直徑具有10倍W上的長(zhǎng)度的 直管構(gòu)成，所W能夠使流入超聲波流量傳感器的排氣難W發(fā)生奈流。
[0014] 優(yōu)選所述直管上設(shè)有加熱器。
[0015] 該樣能夠?qū)⒘鬟^直管的排氣加熱到一定的溫度，防止排氣中所含的水分冷凝，可 W由超聲波流量傳感器準(zhǔn)確測(cè)量排氣流量。
[0016] 優(yōu)選所述空燃比傳感器為插入并設(shè)置在所述排氣通道上的直插型的二氧化鉛式 傳感器。
[0017] 該樣能夠容易地在排氣通道上安裝空燃比傳感器。此外，響應(yīng)性優(yōu)秀，例如針對(duì)過 渡循環(huán)行走時(shí)的燃料切斷前后等燃料消耗量的急劇變化，也能夠高精度測(cè)量。
[0018] 所述超聲波流量傳感器和所述空燃比傳感器優(yōu)選設(shè)置在所述排氣通道中接近所 述排氣的成分不變化的范圍內(nèi)或者測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)的流量變動(dòng)可視為相同的范圍內(nèi)。
[0019] 該樣通過將兩個(gè)傳感器設(shè)置在不發(fā)生測(cè)量（值）時(shí)間差的范圍內(nèi)，能夠提高燃料 消耗量的測(cè)量精度。
[0020] 所述燃料消耗量測(cè)量裝置優(yōu)選包括：箱體，外部設(shè)置有排氣導(dǎo)入口和排氣導(dǎo)出口； W及測(cè)量用流道，設(shè)置在所述箱體內(nèi)部，連通所述排氣導(dǎo)入口和所述排氣導(dǎo)出口而構(gòu)成所 述排氣通道，所述測(cè)量用流道上設(shè)有所述超聲波流量傳感器，所述排氣導(dǎo)入口或所述排氣 導(dǎo)出口上設(shè)有所述空燃比傳感器。
[0021] 按照所述裝置，可W將燃料消耗量測(cè)量裝置單元化，使燃料消耗量測(cè)量裝置容易 使用。此外，由于所述二氧化鉛式傳感器等空燃比傳感器的使用壽命比較短，如上所述通過 將其設(shè)置在箱體外部的排氣導(dǎo)入口或排氣導(dǎo)出口上，能夠使更換作業(yè)變得容易。而且，如上 所述，通過在箱體內(nèi)部設(shè)置超聲波流量傳感器并在箱體外部的口上設(shè)置空燃比傳感器，該 兩個(gè)傳感器設(shè)置在不發(fā)生測(cè)量時(shí)間差、且排氣的成分不發(fā)生變化的范圍內(nèi)，能夠提高燃料 消耗量的測(cè)量精度。
[0022] 優(yōu)選在所述箱體上設(shè)置用于輸入所述空燃比傳感器的設(shè)定參數(shù)的輸入面板等輸 入部。另外，作為設(shè)定參數(shù)，是傳感器常數(shù)等空燃比測(cè)量所必需的參數(shù)。
[0023] 該樣在更換空燃比傳感器后，能夠當(dāng)場(chǎng)輸入測(cè)量空燃比所必需的設(shè)定參數(shù)。目P，能 夠在同一場(chǎng)所進(jìn)行空燃比傳感器的更換作業(yè)和空燃比傳感器的設(shè)定參數(shù)的輸入作業(yè)，能夠 提高用戶的使用便利性。
[0024] 優(yōu)選所述排氣導(dǎo)入口、所述排氣導(dǎo)出口和所述測(cè)量用流道由直管構(gòu)件構(gòu)成，所述 直管構(gòu)件借助防振機(jī)構(gòu)安裝在所述箱體上。此外，作為所述防振機(jī)構(gòu)，例如可W考慮采用防 振橡膠。
[0025] 由于所述直管構(gòu)件與作為振動(dòng)源的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管連接，所W因?yàn)樗雠艢夤艿?振動(dòng)而振動(dòng)。但該里，由于直管構(gòu)件借助防振機(jī)構(gòu)安裝在箱體上，所W即使直管構(gòu)件振動(dòng)， 其振動(dòng)也難W傳到箱體，能夠降低對(duì)安裝在箱體上的計(jì)算處理裝置等其他的設(shè)備帶來的振 動(dòng)影響。此外，由于直管構(gòu)件相對(duì)于排氣管的振動(dòng)W管整體振動(dòng)，所W設(shè)置在直管構(gòu)件上的 超聲波流量傳感器的超聲波發(fā)送接收器的相對(duì)位置關(guān)系不會(huì)改變，因此能夠抑制排氣流量 的測(cè)量誤差。
[0026] 另外，當(dāng)所述直管構(gòu)件不借助所述防振機(jī)構(gòu)安裝在箱體上時(shí)，直管構(gòu)件會(huì)因?yàn)榕?氣管的振動(dòng)而振動(dòng)，導(dǎo)致直管構(gòu)件上作用有彎曲力矩而變形。該樣，安裝在直管構(gòu)件上的超 聲波流量傳感器的超聲波發(fā)送接收器的位置關(guān)系會(huì)發(fā)生偏移，從而引起測(cè)量誤差。此外，排 氣管的振動(dòng)借助直管構(gòu)件傳遞到箱體，也對(duì)固定在所述箱體上的計(jì)算處理裝置等其他的設(shè) 備帶來振動(dòng)影響。
[0027] 優(yōu)選所述直管構(gòu)件的側(cè)壁上形成有用來插入所述超聲波流量傳感器的超聲波發(fā) 送接收器的插入孔，所述超聲波發(fā)送接收器借助絕緣構(gòu)件固定在所述插入孔中。
[0028] 該樣能夠使超聲波發(fā)送接收器與直管構(gòu)件絕緣。由此能夠防止從直管構(gòu)件向超聲 波發(fā)送接收器傳遞電噪聲，從而能夠降低由電噪聲引起的測(cè)量誤差。
[0029] 如果所述防振結(jié)構(gòu)由防振橡膠構(gòu)成，由于所述防振橡膠在所述箱體和所述直管構(gòu) 件之間起到絕緣作用，所W能防止從所述箱體借助所述直管構(gòu)件向所述超聲波發(fā)送接收器 傳遞電噪聲，從而能夠降低由電噪聲引起的測(cè)量誤差。
[0030] 所述燃料消耗量測(cè)量裝置優(yōu)選具備排氣分析裝置，用于分析流過所述排氣通道的 排氣中所含的規(guī)定的測(cè)量對(duì)象成分，并且所述排氣分析裝置的計(jì)算部或所述計(jì)算裝置優(yōu)選 利用由所述排氣分析裝置得到的成分濃度、W及由所述超聲波流量傳感器得到的排氣流量 來計(jì)算所述測(cè)量對(duì)象成分的排出質(zhì)量。
[0031] 該樣能夠?qū)⒊暡髁總鞲衅骷嬗糜谌剂舷牧繙y(cè)量和排出質(zhì)量測(cè)量（質(zhì)量測(cè) 量）。
[0032] 該里，所述排氣分析裝置優(yōu)選測(cè)量流過所述排氣通道中的所述超聲波流量傳感器 的上游側(cè)的排氣中所含的測(cè)量對(duì)象成分。
[0033] 此外，當(dāng)具有采集流過所述排氣通道中的所述超聲波流量傳感器的上游側(cè)的排氣 的一部分并將其導(dǎo)入所述排氣分析裝置的取樣配管時(shí)，優(yōu)選使用流過所述取樣配管的取樣 流量，修正由所述超聲波流量傳感器得到的排氣流量。
[0034] 按照如上述構(gòu)成的本發(fā)明，不使用碳平衡法，而直接測(cè)量流過排氣通道的排氣的 流量和所述排氣的空燃比，在從上述排氣的流量和空燃比算出燃料消耗量的裝置中，能夠 W高響應(yīng)速度且高精度測(cè)量燃料消耗量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[00巧]圖1是示意性表示本實(shí)施方式的燃料消耗量測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
[0036] 圖2是表示同實(shí)施方式的具體裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0037] 圖3是表示同實(shí)施方式的整流板的結(jié)構(gòu)的主視圖和側(cè)視圖。
[0038] 圖4是表示本實(shí)施方式的燃料消耗量測(cè)量裝置的實(shí)時(shí)測(cè)量和稀疏流法的實(shí)時(shí)測(cè) 量的結(jié)果等的圖（冷啟動(dòng)狀態(tài)）。
[0039] 圖5是表示本實(shí)施方式的燃料消耗量測(cè)量裝置的實(shí)時(shí)測(cè)量和稀疏流法的實(shí)時(shí)測(cè) 量中、0砂?100砂為止的燃料消耗量的測(cè)量結(jié)果的圖（冷啟動(dòng)狀態(tài)）。
[0040] 圖6是表示本實(shí)施方式的燃料消耗量測(cè)量裝置的實(shí)時(shí)測(cè)量和稀疏流法的實(shí)時(shí)測(cè) 量的結(jié)果等的圖（瞬態(tài)剛剛?cè)剂锨袛嗪缶o急加速的情況）。
[0041] 圖7是示意性表示變形實(shí)施方式的燃料消耗量測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
[0042] 附圖標(biāo)記說明
[0043] 100燃料消耗量測(cè)量裝置
[0044]E 發(fā)動(dòng)機(jī)
[0045] R 排氣通道
[0046] 2 超聲波流量傳感器
[0047] 3 空燃比傳感器
[004引4 計(jì)算裝置
[0049] 5 箱體
[0050] Pl 排氣導(dǎo)入口
[005U P2 排氣導(dǎo)出口
[005引 Rx 測(cè)量用流道

【具體實(shí)施方式】
[0053]W下參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的燃料消耗量測(cè)量裝置。
[0054] 如圖1所示，本實(shí)施方式的燃料消耗量測(cè)量裝置100測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗量 (例如燃料消耗或燃料消耗率），其包括：超聲波流量傳感器2,設(shè)置在使從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的排 氣流通的排氣通道R上，直接測(cè)量流過所述排氣通道R的排氣流量Qcx;空燃比傳感器3,設(shè) 置在所述排氣通道R上，直接測(cè)量流過所述排氣通道R的排氣的空燃比AFR;W及計(jì)算裝置 4,使用由所述超聲波流量傳感器2得到的排氣流量Qcx和由所述空燃比傳感器3得到的空 燃比AFR，算出發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗量化。
[00巧]超聲波流量傳感器2具有相對(duì)于排氣通道R的流道方向傾斜并相互對(duì)置的、成對(duì) 的第1超聲波發(fā)送接收器21和第2超聲波發(fā)送接收器22。所述成對(duì)的超聲波發(fā)送接收器 21、22,安裝在形成排氣通道R的排氣流通管Rl的管壁上。另外，超聲波發(fā)送接收器21、22 的附近，設(shè)有用于檢測(cè)排氣溫度的溫度傳感器6和用于檢測(cè)排氣壓力的壓力傳感器7。
[0056] 此外，超聲波流量傳感器2具備計(jì)算部23,所述計(jì)算部23通過向一個(gè)超聲波發(fā)送 接收器21 (或22)輸出發(fā)送信號(hào)、從另一個(gè)超聲波發(fā)送接收器22 (或21)取得接收信號(hào)來 檢測(cè)超聲波脈沖的傳播時(shí)間，從而計(jì)算排氣流速和排氣流量。另外，可W使計(jì)算裝置4具備 所述計(jì)算部23的功能。
[0057] 具體而言，計(jì)算部23通過W下的公式算出排氣的流量。
[005引（公式1)
[0059]

【權(quán)利要求】
1. 一種燃料消耗量測(cè)量裝置，測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗量，其特征在于，包括： 超聲波流量傳感器，設(shè)置在從所述發(fā)動(dòng)機(jī)排出的排氣所流過的排氣通道上，測(cè)量流過 所述排氣通道的排氣的流量；以及 計(jì)算裝置，利用由所述超聲波流量傳感器得到的排氣流量和由空燃比傳感器得到的空 燃比，算出所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗量，所述空燃比傳感器設(shè)置在所述排氣通道上，測(cè)量流過 所述排氣通道的排氣的空燃比。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料消耗量測(cè)量裝置，其特征在于，所述空燃比傳感器設(shè)置 在所述排氣通道中所述超聲波流量傳感器的下游側(cè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料消耗量測(cè)量裝置，其特征在于，所述排氣通道中的所述 超聲波流量傳感器的上游側(cè)設(shè)有整流板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料消耗量測(cè)量裝置，其特征在于，在所述排氣通道中、所述 超聲波流量傳感器的上游由直管構(gòu)成，所述直管相對(duì)于設(shè)有所述超聲波流量傳感器的流道 部分的流道直徑、具有10倍以上的長(zhǎng)度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料消耗量測(cè)量裝置，其特征在于，所述直管上設(shè)有加熱器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料消耗量測(cè)量裝置，其特征在于，所述空燃比傳感器為插 入并設(shè)置在所述排氣通道上的直插型的二氧化鋯式傳感器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料消耗量測(cè)量裝置，其特征在于，包括： 箱體，設(shè)置有排氣導(dǎo)入口和排氣導(dǎo)出口；以及 測(cè)量用流道，設(shè)置在所述箱體內(nèi)部，連通所述排氣導(dǎo)入口和所述排氣導(dǎo)出口而構(gòu)成所 述排氣通道， 所述測(cè)量用流道上設(shè)有所述超聲波流量傳感器， 所述排氣導(dǎo)入口或所述排氣導(dǎo)出口上設(shè)有所述空燃比傳感器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料消耗量測(cè)量裝置，其特征在于，在所述箱體上設(shè)有用于 輸入所述空燃比傳感器的設(shè)定參數(shù)的輸入部。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料消耗量測(cè)量裝置，其特征在于，所述排氣導(dǎo)入口、所述排 氣導(dǎo)出口和所述測(cè)量用流道由直管構(gòu)件構(gòu)成，所述直管構(gòu)件借助防振機(jī)構(gòu)安裝在所述箱體 上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料消耗量測(cè)量裝置，其特征在于，所述直管構(gòu)件的側(cè)壁上 形成有用來插入所述超聲波流量傳感器的超聲波發(fā)送接收器的插入孔，所述超聲波發(fā)送接 收器借助絕緣構(gòu)件固定在所述插入孔中。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料消耗量測(cè)量裝置，其特征在于， 具備排氣分析裝置，用于分析流過所述排氣通道的排氣中所含的規(guī)定的測(cè)量對(duì)象成 分， 所述排氣分析裝置的計(jì)算部或所述計(jì)算裝置，利用由所述排氣分析裝置得到的成分濃 度、以及由所述超聲波流量傳感器得到的排氣流量來計(jì)算所述測(cè)量對(duì)象成分的排出質(zhì)量。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃料消耗量測(cè)量裝置，其特征在于，所述排氣分析裝置測(cè) 量流過所述排氣通道中的所述超聲波流量傳感器的上游側(cè)的排氣中所含的測(cè)量對(duì)象成分。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃料消耗量測(cè)量裝置，其特征在于， 具有取樣配管，采集流過所述排氣通道中的所述超聲波流量傳感器的上游側(cè)的排氣的 一部分并將其導(dǎo)入所述排氣分析裝置， 用流過所述取樣配管的取樣流量，修正由所述超聲波流量傳感器得到的排氣流量。
【文檔編號(hào)】G01F9/00GK104359518SQ201410201105
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月22日
【發(fā)明者】秋田將伸, 中村博司 申請(qǐng)人:株式會(huì)社堀場(chǎng)制作所