(57)【要約】  入力情報に空気流量と空気過剰率センサのような直接検出の値を用いることなく燃料組成の変動がある場合であっても正確な燃料流量を検出することが可能な車載エンジンの燃料流量検知方法を提供する。ガソリン、液化ガス、ガスなどを燃料として用い、火花点火方式を採用する車載エンジンの燃料流量検知方法であって、検出した吸入空気流量（Ｑａ）と燃焼後の空燃比（Ｒ）または酸素比率（ＲＯ）とから燃料流量を算出する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリン、液化ガス、ガスなどを燃料として用い、火花点火方式を採用する車載エンジンの燃料流量検知方法であって、検出した吸入空気流量（Ｑａ）と燃焼後の空燃比（Ｒ）または酸素比率（ＲＯ）とから燃料流量を算出することを特徴とする車載エンジンの燃料流量検知方法。
【請求項２】
前記吸入空気流量が、エンジンのスロットルバルブ下流に設けたインテークマニホールド圧力センサの情報と空気温度センサの情報、エンジン回転数の情報から算出される推定吸入空気流量またはスロットルバルブ開度、大気圧力、空気温度の情報から算出される推定吸入空気流量情報を用いることを特徴とする請求項１記載の車載エンジンの燃料流量検知方法。
【請求項３】
前記燃料流量を次の（１）式を用いて計算することを特徴とする請求項１または２記載の車載エンジンの燃料流量検知方法。【数１】
2017051543.tif 000004
【請求項４】
エンジン停止または燃料供給停止を制御しているときに燃料流量（Ｑｆ）を０とすることを特徴とする請求項１，２または３記載の車載エンジンの燃料流量検知方法。
【請求項５】
車載エンジンの制御ユニットとは別の制御ユニットにより燃料流量を検知することを特徴とする請求項１，２，３または４記載の車載エンジンの燃料流量検知方法。
【請求項６】
前記燃料流量を車速で除法することにより燃費を算出可能としたことを特徴とする請求項１，２または３記載の車載エンジンの燃料流量検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はガソリン、液化ガス、ガスなどを燃料として用い、火花点火方式を採用する車載エンジンの燃料流量検知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  車載エンジンの燃料流量は、例えばエンジンの正常な運転、エンジンの燃費などを求める際など、エンジンの性能を表する上できわめて重要な測定値である。【０００３】  従来、燃料流量の実測定手段として、図５に示すようにインジェクタの噴射時間（Ｔｉ）と燃料流量（Ｑｆｐ）に相関があることに着目して燃料流量を検知することが知られており、たとえば図１に示したＬＰＧ燃料を用いた電子制御燃料噴射システムの実施例において、図６に示したように噴射時間（Ｔｉ）の情報に加え、エンジン回転数（Ｎｅ）情報、バッテリ電圧（ＶＢ）情報、燃料噴射圧力（Ｐｆ）情報、燃料温度（Ｔｆ）情報、インテークマニホールド圧力（Ｐｉ）情報などの数多くの情報から燃料流量（Ｑｆ）を算出するものである。【０００４】  従って、従来の燃料流量（Ｑｆ）の算出方法では、燃料噴射量が多くの要因により影響を受けるため噴射情報以外の要因を考慮することが必要であり、例えば、図７に示すように燃料噴出圧力によりインジェクタの噴射流量が増加傾向を示したり、図８に示すように燃料温度によりインジェクタの噴射流量が低下傾向を示したりすることを相殺するため図６に示したように補正係数（Ｋｄ）によって補正する必要があり、また、電子制御燃料噴射システムに用いられるインジェクタは一般に磁気回路によって構成されるため、図５に示すように低パルス部分に不感帯があり、この不感帯部分はバッテリ電圧（ＶＢ）などによって影響を受けるため、これを補正するために図６に示した補正（Ｔｓ）も必要となる。更に、燃料流量の計算値と実測値のかい離を補正するため、エンジン回転数（Ｎｅ）と負荷情報（例えばインテークマニホールド圧力など）による二次元補間マップなどによって補正を行う必要がある。【０００５】  加えて、図９に示すようにインジェクタは経時劣化とともに噴射流量が変化するため、燃料流量の精度が変化するなど、正確な燃料流量を求めることが難しい問題があり、殊に、燃料噴射時間から計算する従来の方法では、インジェクタを搭載した燃料噴射システム以外では燃料流量、燃費を算出することができず、キャブレターやガスミキサー方式の燃料システムでは燃料流量、燃費の検知はできないという問題があった。【０００６】  そこで、特開２０００−３２８９９９号公報に、エンジンの吸入空気流量（Ｑａ）と空気過剰率（λ）から燃料消費量（燃料流量）（Ｑｆ）、燃費（ＦＥ）を求める発明が提示されている。【０００７】  しかしながら、前記公報に提示されている発明は、入力情報に直接検出の空気流量（Ｑａ）と空気過剰率センサから検知した空気過剰率（λ）を用いるものであり、空気過剰率センサ情報では理論空燃比と実際空燃比の比率しかわからないため、燃料組成の変動（例えばガスエンジンで液化石油ガス燃料の場合、プロパン／ブタン比率が変わることによる理論空燃比の変動）がある場合、空気過剰率の情報だけでは正確な空燃比の推定が困難であり、燃料流量算出の際に誤差要因となる、という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３２８９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  本発明は、前記従来の車載エンジンにおける問題点を解決するためになされたものであり、インジェクタを搭載した燃料噴射システム以外のキャブレターやガスミキサー方式の燃料システムを採用した火花点火式エンジンにおいても適用できることはいうまでもなく、また、入力情報に空気流量と空気過剰率センサのような直接検出の値を用いることなく燃料組成の変動がある場合であっても正確な燃料流量を検出することが可能な車載エンジンの燃料流量検知方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  前記課題を解決するためになされた本発明は、ガソリン、液化ガス、ガスなどを燃料として用い、火花点火方式を採用する車載エンジンの燃料流量検知方法であって、検出した吸入空気流量（Ｑａ）と燃焼後の空燃比（Ｒ）または酸素比率（ＲＯ）とから燃料流量を算出することを特徴とする。【００１１】  また、前記吸入空気流量が、エンジンのスロットルバルブ下流に設けたインテークマニホールド圧力センサの情報と空気温度センサの情報、エンジン回転数の情報から算出される推定吸入空気流量またはスロットルバルブ開度、大気圧力、空気温度の情報から算出される推定吸入空気流量情報を用いる。【００１２】  更に、前記燃料流量を次の（１）式を用いて計算する。【００１３】
【数１】
2017051543.tif 000003
【００１４】  特に、エンジン停止または燃料供給停止を制御しているときに燃料流量（Ｑｆ）を０とする。【００１５】  また、本発明は、車載エンジンの電子制御ユニット（ＥＣＵ）に搭載した燃料流量を求めてもよく、或いは、車載エンジンの電子制御ユニット（ＥＣＵ）とは別の電子制御ユニット（ＥＣＵ）により燃料流量を検知することも可能である。【００１６】  勿論、本発明により求められた燃料流量の値を車速で割り算することにより燃費を算出可能である。
【発明の効果】
【００１７】  本件発明によると、従来知られている理論空燃比と実際空燃比の比率しかわからない空気過剰率センサ情報を用いる燃料流量算出方法では、燃料組成の変動（例えばガスエンジンで液化石油ガス燃料の場合、プロパン／ブタン比率が変わることによる理論空燃比の変動）がある場合、正確な空燃比の推定が困難であり、燃料流量算出の際に誤差要因となるのに対して、空燃比フィードバック制御情報やその他の情報（一般的に燃料学習値情報と呼ばれる）などから燃料種類を判定し、理論空燃比を推定するため、より正確な空燃比情報を得られることが可能となり、インジェクタを搭載した燃料噴射システム以外のキャブレターやガスミキサー方式の燃料システムを採用した火花点火式エンジンにおいても適用できることはいうまでもなく、入力情報に空気流量と空気過剰率センサのような直接検出の値を用いることなく燃料組成の変動がある場合であっても誤差を生じることなしに正確な燃料流量を検出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来例および本件発明を実施するための好ましい車載エンジンの電子制御燃料噴射システムのブロック回路図である。
【図２】前記図１に示した電子制御燃料噴射システムにおける本件発明の燃料流量の計算方法を示す説明図である。
【図３】前記図１に示した電子制御燃料噴射システムにおける本件発明の燃料流量の計算結果と実測燃料流量との相関図である。
【図４】前記図１に示した電子制御燃料噴射システムにおける燃料流量・燃費計算に用いる各種要因との関係図である。
【図５】従来方式の燃料流量検出の原理を示す相関図である。
【図６】従来方式の燃費・燃料流量の計算方法を示す説明図である。
【図７】従来方式において燃料噴射圧力が燃料噴射流量に及ぼす影響を示す関係図である。
【図８】従来方式において、燃料温度が燃料噴射流量に及ぼす影響を示す関係図である。
【図９】従来方式において、インジェクタの経時劣化が燃料噴射流量に及ぼす影響を示す関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】  図１は本発明である車載エンジンの燃料流量検知方法を実施するのに好ましい車載エンジン１の電子制御燃料噴射システムを示すものであり、本発明では、図２に示すように、入力情報として空気流量（Ｑａ）、酸素比率（ＲＯ）の情報を元に、「燃料流量（Ｑｆ）＝空気流量（Ｑａ）／酸素比率（ＲＯ）×Ｋ」として燃料流量（Ｑｆ）を計算するものである。
【００２０】  ここで、空気流量（Ｑａ）はエンジン制御のために検知した空気流量情報を用いる。具体的には、吸気スロットルバルブ２の下流に設置したインテークマニホールド圧力センサ４とクランク軸回転センサ９から求めるエンジン回転数、燃料温度センサ１５により検知した吸気温度から算出した推定空気流量情報、或いは吸気スロットルバルブ２のスロットル開度と前記エンジン回転数、吸気温度、大気圧力から求める推定空気流量情報を用いる。
【００２１】  そして、酸素比率（ＲＯ）は現在のエンジン運転状態の空燃比の状態を示す情報であり、エンジン排気管に取り付けられた酸素濃度センサ１６の検知信号より演算して求める。また、Ｏ2センサしか取り付けられないシステムにおいては理論空燃比近傍の情報しかわからないため、フィードバック制御しているとき理論空燃比と推定した情報を用いてもよい。
【００２２】  また、運転状況によって空気過剰率をエンリッチ側、リーン側に制御したときは、センサは検知できる範囲においてはそのときの酸素濃度センサ１６の値を用い、センサの範囲を超えれば、ＥＣＵ演算内部の制御目標空燃比情報などを推定酸素比率情報として取り扱う。
【００２３】  尚、前記「燃料流量（Ｑｆ）＝空気流量（Ｑａ）／酸素比率（ＲＯ）×Ｋ」の計算式で「Ｋ」は変換係数であり、「Ｋ＝Ｋａｆ×Ｋｅ」として算出する。  ここで、「Ｋａｆ」は理論空燃比を示し、使用する燃料によって定まるものであり、例えばガソリンではＫａｆ＝１４．７、天然ガスではＫａｆ＝１６．８である。また、「Ｋｅ」は、補正係数を示し、推定によって求めた燃料流量と実測値のかい離を吸収する係数であり、クランク軸回転センサ９からのエンジン回転数情報と例えばインテークマニホールド３に設置した圧力センサ４の負荷情報などの二次元補間マップで構成され、実機適合実験によって設定する。
【００２４】  加えて、エンジン停止や燃料カットの状況では燃料が流れないため、「燃料流量（Ｑｆ）＝０」の処理を行う。
【００２５】  そして、前記各処理によって求められた燃料流量（Ｑｆ）は、従来の処理と同じように車速（Ｖｓｄ）で割り算して燃費（ＦＥ［ｋｇ／ｋｍ］）を算出することができる。
【００２６】  図３は本発明の実施の形態について本発明である車載エンジンの燃料流量検知方法に基づいて計算した燃料流量（Ｑｆ）と実測燃料流量との相関図を示すものであり、この図から解るように、計算流量と実測流量は高い相関性が見られ、燃料流量が精度よく推測できていることがわかる。なお、この結果は「補正なし」として補正係数Ｋｅ＝１．０で計算した結果であり、この補正係数を活用して各エンジン運転条件において補正を施せば、更に精度を向上させることが可能である。
【００２７】  図４は、本発明の図１に示した車載エンジン１の電子制御燃料噴射システムを用いた実施例における燃料流量・燃費計算に用いる各種要因との関係図であり、吸入空気流量（Ｑａ）はインテークマニホールド３の圧力センサ４により検知されたインテークマニホールド圧力などによって推定され、酸素濃度（ＯＣ）は酸素濃度センサ１６から検出した。
【００２８】  更に説明すると、吸気スロットルバルブ２が開いてエンジン１が加速するにしたがって空気流量（Ｑａ）が上昇し、酸素濃度（ＯＣ）はほぼ一定の値を示しており、本発明により推定計算された燃料流量（Ｑｆ）は空気流量（Ｑａ）とほぼ同じような傾向で流量変化を示す。
【００２９】  その後、加速減速によって、燃料流量（Ｑｆ）も空気流量（Ｑａ）とほぼ同じような傾向で変化することがわかる。そして、吸気スロットルバルブ２を戻して燃料カット状態になったときは、燃料流量（Ｑｆ）は０を示す。その後、急加速して空燃比をエンリッチ側に制御しているときは燃料流量（Ｑｆ）も増加し、燃料流量（Ｑｆ）をリアルタイムで検知していることがわかる。
【００３０】  以上のように本発明は、検出した吸入空気流量（Ｑａ）と燃焼後の空燃比（Ｒ）または酸素比率（ＲＯ）とから燃料流量を算出することで、従来のインジェクタの燃料噴射時間から燃料流量を計算する方法に比べて、比較的容易に燃料流量を算出することができ、また、外乱要因やインジェクタの経時劣化に対してロバストになり、また、インジェクタを用いないシステム（例えば、ガスミキサーなど）でも燃料流量や燃費を検知する事が可能になる。
【００３１】  また、本発明は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）プログラム内部に組込み燃費情報はＣＡＮなどの通信手段を用いて外部装置に伝えることができ、またはエンジンの電子制御ユニット（ＥＣＵ）とは別の装置で車両に搭載し、燃費情報を本体装置にて表示すること、もしくは、ＣＡＮなどの通信手段を用いて外部装置に伝えることにより制御することができる。
【００３２】  更に、本発明は、車速センサおよびエンジン回転数センサを備えている車両に、吸入空気流量計、排気中の空気過剰率を測定する酸素濃度センサおよびデータ収集演算装置を搭載し、前記車両が実際に路面上を走行しているときに前記車速センサおよびエンジン回転数センサから得られる車速（Ｖｓｄ）およびエンジン回転数、並びに、前記吸入空気流量計および酸素濃度センサの出力を前記データ収集演算装置に入力し、吸入空気量と排気中の酸素比率（ＲＯ）とから燃料消費率を求め、この求めた燃料消費率と車速とから燃料消費量（燃費：ＦＥ）を求め、この燃料消費量（燃費：ＦＥ）と前記エンジン回転数とから燃料供給重量を求め、この求めた燃料供給重量と軸平均有効圧の関係から車両の軸平均有効圧を求め、その求めた軸平均有効圧を用いてエンジン出力を求めることができる。
【符号の説明】
【００３３】  １  エンジン、２  吸気スロットルバルブ、３  インテークマニホールド、４  圧力センサ、５  インジェクタ、６  点火装置、７  カム軸回転センサ、８  燃焼室、９  クランク軸回転センサ、１０  冷却水温度センサ、１１  排気ガス処理装置、１２  電子制御装置（ＥＣＵ）、１３  燃料圧力制御装置（レギュレータ）、１４  燃料噴射圧力センサ、１５  燃料温度センサ、１６  酸素濃度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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