燃料消耗量計算裝置、方法和測量裝置以及排氣測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及測量發(fā)動機的燃料消耗量的燃料消耗量測量裝置，特別涉及計算燃料 消耗量的燃料消耗量計算裝置和燃料消耗量計算方法。此外，本發(fā)明涉及測量發(fā)動機的排 氣中含有的各成分的濃度等的排氣測量裝置，特別涉及根據各成分的濃度測量發(fā)動機的燃 料消耗量時適用的裝置。
【背景技術】
[0002] 燃料消耗效率的提高在車輛的研宄、開發(fā)中是一個重要的課題，為了進一步改善 燃料消耗效率，重要的是測量與發(fā)動機的運行狀況相關的瞬時的燃料消耗量。
[0003] 燃料消耗量的瞬時測量，通常通過燃料流量計直接測量。可是，對于整車而言，難 以使用燃料流量計進行測量。此外，以不打亂燃料系統(tǒng)的條件的方式在燃料流道上設置燃 料流量計并不容易。
[0004] 因此，采用例如根據用CVS裝置稀釋后的排氣中的各排氣成分濃度求出排出質 量，并根據所述排出質量計算燃料消耗量的方法（碳平衡法）（例如參照專利文獻1)。在 此，碳平衡法根據排氣中的C02、CO、HC各成分中含有的碳量計算燃料消耗量。
[0005] 但是，在將用CVS裝置稀釋后的稀釋排氣通過取樣流道導入排氣分析裝置之后測 量排氣中的C02、CO、HC的成分濃度的方式中，稀釋排氣通過取樣流道并導入排氣分析裝置 需要花費較多時間，從而產生響應延遲。例如，對于頻繁進行向切斷燃料（燃料力7卜）、電 驅動切換的汽車的燃料消耗量測量而言，由于因取樣流道的氣體的遲滯造成的響應延遲特 別顯著，所以上述方式有時不適合瞬時的燃料消耗量的測量。
[0006] 現有技術文獻
[0007] 專利文獻1 :日本專利公開公報特開平2-234021號
[0008] 在此，本發(fā)明人考慮，通過直接測量流過排氣流道的排氣的流量和該排氣的空燃 比，并根據所述的排氣的流量和空燃比計算燃料消耗量，來進行燃料消耗量的瞬時測量。在 所述燃料消耗量的計算中，除了所述排氣的流量和所述空燃比以外，還使用排氣密度。
[0009] 可是，可以考慮在燃料消耗量的計算中使用的排氣密度采用由燃料的種類決定的 一定值。這是因為認為，當空燃比處于稀薄區(qū)域時排氣密度幾乎不發(fā)生變化，所以因使用一 定值造成的影響在實用上可以忽略。此外，還因為在發(fā)動機和汽車的燃料消耗量測量中，特 別是在穩(wěn)定運轉時，通?？杖急葞缀醵继幱谙”^(qū)域。
[0010] 但是，當空燃比處于濃稠區(qū)域時，排氣密度伴隨空燃比的變化而發(fā)生變化，此外， 在發(fā)動機和汽車的燃料消耗量測量中有時空燃比因負荷條件而處于濃稠區(qū)域。此時，如果 排氣密度如上所述地采用一定值，則會出現燃料消耗量的測量誤差。

【發(fā)明內容】

[0011] 本發(fā)明的主要目的是提供一種直接測量流過排氣流道的排氣的流量和所述排氣 的空燃比并根據所述排氣的流量和所述空燃比計算燃料消耗量的技術，該技術能降低燃料 消耗量的測量誤差。
[0012] S卩，本發(fā)明提供一種燃料消耗量計算裝置，其使用排氣流量、空燃比以及排氣密 度，計算發(fā)動機的燃料消耗量，通過設置在所述發(fā)動機的排氣流過的排氣流道上的流量傳 感器得到所述排氣流量，通過設置在所述排氣流道上的空燃比傳感器得到所述空燃比，所 述燃料消耗量計算裝置根據通過所述空燃比傳感器得到的所述空燃比，變更在所述燃料消 耗量的計算中使用的所述排氣密度。
[0013] 此外，本發(fā)明還提供一種燃料消耗量計算方法，使用排氣流量、空燃比以及排氣密 度，計算發(fā)動機的燃料消耗量，通過設置在所述發(fā)動機的排氣流過的排氣流道上的流量傳 感器得到所述排氣流量，通過設置在所述排氣流道上的空燃比傳感器得到所述空燃比，所 述燃料消耗量計算方法根據通過所述空燃比傳感器得到的所述空燃比，變更在所述燃料消 耗量的計算中使用的所述排氣密度。
[0014] 按照所述的方案，由于根據通過空燃比傳感器得到的空燃比變更在燃料消耗量的 計算中使用的排氣密度，所以能降低發(fā)動機的燃料消耗量的測量誤差。此外，利用流量傳感 器和空燃比傳感器直接測量流過排氣流道的排氣的流量和空燃比，可以消除因設置以往的 取樣流道而產生的響應延遲。因此，能夠以高響應速度且以高精度測量發(fā)動機的燃料消耗 量。此外，因為是直接測量，所以不需要以往的取樣流道，由此能夠簡化配管的結構。而且， 由于不需要CVS裝置等稀釋裝置，所以能夠使測量裝置小型化。進而，由于具有上述效果， 還可以減少裝置的成本。
[0015] 在空燃比大于理論空燃比（化學計量比（只卜< 年才y卜y-的區(qū)域（稀薄區(qū) 域）中，按照燃料種類的每一種，排氣密度大體一定，在空燃比小于理論空燃比的區(qū)域（濃 稠區(qū)域）中，排氣密度伴隨空燃比的變化而發(fā)生變化。因此，優(yōu)選的是，當所述空燃比處于 濃稠區(qū)域時，所述燃料消耗量計算裝置或所述燃料消耗量計算方法根據空燃比變更所述排 氣密度，當所述空燃比處于稀薄區(qū)域時，所述燃料消耗量計算裝置或所述燃料消耗量計算 方法使用規(guī)定的一定值作為所述排氣密度。
[0016] 在此，作為空燃比處于濃稠區(qū)域時根據空燃比變更排氣密度的方法，例如可以考 慮：（1)在計算裝置的存儲器中預先存儲表示濃稠區(qū)域中的空燃比和排氣密度的關系式的 關系式數據，當判斷通過所述空燃比傳感器得到的空燃比處于濃稠區(qū)域時，將所述空燃比 代入所述關系式，計算與所述空燃比對應的排氣密度；或者，（2)在計算裝置的存儲器中預 先存儲表示濃稠區(qū)域中的各空燃比和與所述各空燃比對應的排氣密度的一覽表的表數據， 當判斷通過所述空燃比傳感器得到的空燃比處于濃稠區(qū)域時，從所述一覽表導出與所述空 燃比對應的排氣密度；等等。
[0017] 此外，本發(fā)明還提供一種燃料消耗量測量裝置，其測量發(fā)動機的燃料消耗量，其包 括：流量傳感器，設置在從所述發(fā)動機排出的排氣流過的排氣流道上，測量流過所述排氣流 道的排氣的流量；以及計算裝置，使用通過所述流量傳感器得到的排氣流量、通過設置在 所述排氣流道上的空燃比傳感器得到的空燃比以及排氣密度，計算所述發(fā)動機的燃料消耗 量，所述計算裝置根據通過所述空燃比傳感器得到的所述空燃比，變更在所述燃料消耗量 的計算中使用的所述排氣密度。
[0018] 按照所述的燃料消耗量測量裝置，由于根據通過空燃比傳感器得到的空燃比變更 在燃料消耗量的計算中使用的排氣密度，所以能降低發(fā)動機的燃料消耗量的測量誤差。此 外，利用流量傳感器和空燃比傳感器直接測量流過排氣流道的排氣的流量和空燃比，可以 消除因設置以往的取樣流道而產生的響應延遲。因此，能以高響應速度且以高精度測量發(fā) 動機的燃料消耗量。此外，因為是直接測量，所以不需要以往的取樣流道，由此能夠簡化配 管結構。而且，因為不需要CVS裝置等稀釋裝置，所以能夠使測量裝置小型化。進而，由于 具有上述效果，還可以減少裝置的成本。
[0019] 例如，二氧化鋯式空燃比傳感器，當燃燒處于稀薄區(qū)域時，因為排氣中殘存有02， 所以根據相對于理論空燃比的、O2濃度的增量計算空燃比；當燃燒處于濃稠區(qū)域時，由于排 氣中含有可燃成分（HC、C0、H2)，所以根據這些成分的相對于理論空燃比的、濃度的增量，計 算空燃比。
[0020] 但是，例如在發(fā)動機和排氣未被充分加熱的冷啟動時等情況下，排氣中的H2O在 排氣管內冷凝，并且到所述空燃比傳感器的測量點為止會缺失很多H20。因此，相比于剛從 發(fā)動機排出的排氣，在所述測量點的排氣的各成分的濃度對應于缺失H2O的量而發(fā)生改變 (具體地說，比真實值變高）。
[0021] 此外，由于所述空燃比傳感器根據失去了H2O后的排氣的O2濃度或可燃成分濃度 測量空燃比，所以認為測量到的空燃比也會產生誤差。
[0022] 本發(fā)明的另外的主要目的是高精度地測量以空燃比為首的、排氣的燃料消耗量等 各種物理量。
[0023] 即，本發(fā)明還提供一種排氣測量裝置，其利用空燃比傳感器和溫度傳感器，所述空 燃比傳感器設置在從發(fā)動機排出的排氣流過的排氣流道上，所述溫度傳感器測量從所述發(fā) 動機排出的排氣的溫度，所述排氣測量裝置包括：關系數據存儲部，存儲排氣中含有的各成 分的濃度和空燃比的關系；假定濃度計算部，通過參照所述關系數據存儲部，計算假定H2O 濃度，所述假定H2O濃度是與從所述空燃比傳感器得到的實測空燃比對應的H2O濃度；以及 缺失H2O計算部，根據用所述溫度傳感器測量到的排氣溫度下的飽和水蒸汽濃度和所述假 定H2O濃度，計算缺失H2O量，所述缺失H2O量是到所述空燃比傳感器的測量點為止因冷凝 而缺失的H2O的量。
[0024] 按照所述的排氣測量裝置，由于能計算缺失了的H2O量，所以通過考慮所述缺失 H2O量，能夠更高精度地分析剛從發(fā)動機排出后的排氣，可以提高例如空燃比和各成分的濃 度、或根據它們求出的燃料消耗量等的測量精度。
[0025] 另外，溫度傳感器如果設置在比空燃比傳感器更靠排氣流道的上游側，則本發(fā)明 的效果會更顯著，但是溫度傳感器和空燃比傳感器的位置關系也可以相反。
[0026] 為了提高空燃比的測量精度，優(yōu)選的是，所述的排氣測量裝置還包括以下的構成 ⑷。
[0027] (4)空燃比修正部，通過考慮所述缺失H2O量，修正所述實測空燃比。
[0028] 為了提高成分濃度的測量精度，優(yōu)選的是，所述的排氣測量裝置還包括以下的構 成（5)。
[0029] (5)成分濃度計算部，通過參照所述關系數據存儲部，計算與修正空燃比對應的各 成分的濃度，所述修正空燃比是修正后的實測空燃比。
[0030] 為了提高燃料消耗量的測量精度，優(yōu)選的是，所述的排氣測量裝置還包括以下的 構成（6)和（7)。
[0031] (6)密度計算部，根據用所述成分濃度計算部計算出的各成分的濃度，計算排氣密 度。
[0032] (7)燃料消耗量計算部，根據所述排氣密度和所述修正空燃比，計算發(fā)動機的燃料 消耗量。
[0033] 如（4)和（5)所述，可以通過修正空燃比計算成分濃度，但是也可以通過下述構成 (8)計算成分濃度。
[0034] (8)所述假定濃度計算部通過參照所述關系數據存儲部，計算與從所述空燃比傳 感器得到的實測空燃比對應的各成分的濃度，所述排氣測量裝置還包括成分濃度計算部， 所述成分濃度計算部通過考慮所述缺失H2O量，對所述假定濃度計算部計算出的各成分的 濃度中的一個成分的濃度進行修正，并通過參照所述關系數據存儲部，計算與修正后的一 個成分的濃度對應的其他各成分的濃度。
[0035] 按照如上所述構成的本發(fā)明，由于根據通過空燃比傳感器得到的空燃比變更在燃 料消耗量的計算中使用的排氣密度，所以能降低燃料消耗量的測量誤差。
【附圖說明】<