(57)【要約】    【課題】  自動車側に大幅な改造を必要とせず、燃費測定が可能とするとともに、燃料電池車に限らず定置形の燃料電池発電装置や従来の内燃機関の燃費測定にも適用可能な燃料消費量測定装置を提供する。    【解決手段】  供給酸素状態測定手段100は、動力源10に供給される酸素量を算出し、排出酸素状態測定手段200は、動力源10から排出される酸素量と算出する。酸素消費量演算回路300は、供給及び排出酸素量に基づき動力源10での酸素消費量を算出する。燃料消費量演算回路400は、酸素消費量に基づき動力源10で消費された燃料量を求める。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源に供給される酸素の状態を測定する供給酸素状態測定手段と、
動力源から排出される酸素の状態を測定する排出酸素状態測定手段と、
前記供給酸素状態測定手段及び前記排出酸素状態測定手段の測定結果に基づき動力源での酸素消費量を算出する酸素消費量算出手段と、
前記酸素消費量算出手段の算出結果に基づき前記動力源で消費された燃料量を求める燃料消費量算出手段と、
を備えることを特徴とする燃料消費量測定装置。
【請求項２】
前記供給酸素状態測定手段は、
動力源への供給ガス量を検知する供給ガス量検知手段と、
供給ガス中の酸素濃度を検知する第１酸素濃度検知手段と、を有し、
前記供給ガス量及び前記第１酸素濃度に基づいて供給酸素量を算出することを特徴とする請求項１記載の燃料消費量測定装置。
【請求項３】
前記供給酸素状態測定手段は、
更に供給ガス中の水分濃度を検知する第１水分濃度検知手段を有し、
前記供給ガス量、前記第１酸素濃度及び前記第１水分濃度に基づいて基準水分濃度での供給酸素量を算出することを特徴とする請求項２記載の燃料消費量測定装置。
【請求項４】
前記第１酸素濃度検知手段及び前記第１水分濃度検知手段は、供給ガスが空気である場合に、空気の温度および湿度から空気中の酸素濃度および水分濃度を推定するものであることを特徴とする請求項３記載の燃料消費量測定装置。
【請求項５】
前記排出酸素状態測定手段は、
動力源からの排出ガス中の酸素濃度を検知する第２酸素濃度検知手段を有し、
前記供給ガス量及び前記第２酸素濃度に基づいて排出酸素量を算出することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載の燃料消費量測定装置。
【請求項６】
前記排出酸素状態測定手段は、
更に排出ガス中の水分濃度を検知する第２水分濃度検知手段を有し、
前記供給ガス量、第２酸素濃度及び前記第２水分濃度に基づいて基準水分濃度での排出酸素量を算出することを特徴とする請求項５記載の燃料消費量測定装置。
【請求項７】
前記第２酸素濃度検知手段は、燃料消費後の排出ガスを分流させたラインに設けた分流ガス燃焼手段の下流位置に配置することを特徴とする請求項５または請求項６記載の燃料消費量測定装置。
【請求項８】
前記第２酸素濃度検知手段は、排出ガス温度が所定温度以下に下がった部位に配置することを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか１つに記載の燃料消費量測定装置。
【請求項９】
前記第２酸素濃度検知手段は、排出ガス温度を10℃以下に下げる冷却器の下流位置に配置することを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれか１つに記載の燃料消費量測定装置。
【請求項１０】
燃料消費後の排出ガス中に外部から希釈ガスを供給する希釈ガス供給手段と、
前記希釈ガス供給手段により供給される希釈ガス量を検知する希釈ガス供給量検知手段と、を備え、
前記排出酸素状態測定手段は、
前記第２酸素濃度検知手段として、前記希釈ガス供給手段の上流及び下流にて酸素濃度を検知する手段を有し、
前記希釈ガス供給量と前記希釈ガス供給手段の上流及び下流の酸素濃度とから排出酸素量を算出することを特徴とする請求項５〜請求項９のいずれか１つに記載の燃料消費量測定装置。
【請求項１１】
前記酸素消費量算出手段は、前記供給酸素状態測定手段と前記排出酸素状態測定手段との検出タイミング位相差分を、供給酸素量または動力源の負荷の少なくとも一方に応じて補正することを特徴とする請求項１〜請求項10のいずれか１つに記載の燃料消費量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力源で消費される燃料の量を測定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の燃料消費量測定方法には、法規で定められている試験モード（日本では１０−１５モード燃費）では、カーボンバランス法が国際標準として用いられている。このカーボンバランス法は、内燃機関の自動車に採用されているが、近年、地球環境問題から研究開発が盛んな燃料電池車には適用が困難であり、燃料電池車の燃費測定方法が検討されている。
【０００３】
その技術は、非特許文献１及び非特許文献２にて記載されているように、（１）水素燃料タンクの重量を測定する重量法、（２）水素燃料タンク内の圧力を測定する圧力法、（３）水素燃料タンクからの流量を測定する流量法が主に検討されている。
【非特許文献１】自動車研究、第24巻第10号、2002年10月、p.49-55
【非特許文献２】2003 JSAE Annual Congress、2003年5月21日、2003年春季大会、学術講演会前刷集No.19-03、p.5-8
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この従来技術では自動車に搭載される水素燃料タンクを測定対象物にすることが困難なため、前述の（１）〜（３）のいずれの方法も別に設けた専用水素燃料タンクを測定対象物としなければならず、試験自動車に専用水素燃料タンクを接続させる必要がある。すなわち、自動車側に接続機構および燃料供給ライン切り替え機構を備えなければならない。これは、自動車のコストアップ、重量アップを招くだけでなく、信頼性や安全性の低下を招く恐れがある。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、自動車側に大幅な改造を必要とせず、燃費測定が可能とするとともに、燃料電池車に限らず定置形の燃料電池発電装置や従来の内燃機関の燃費測定にも適用可能な燃料消費量測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そのため本発明では、動力源に供給される酸素の状態と、動力源から排出される酸素の状態とを測定し、これらの測定結果に基づき動力源での酸素消費量を算出し、この酸素消費量に基づき動力源で消費された燃料量を求める。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃料供給ラインを改造することなく、比較的簡便な構成で燃料消費量が測定できる。特に、自動車の場合、その効果は大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を用いて本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る基本構成を示す図である。図２は、供給酸素状態測定手段100及び排出酸素状態測定手段200を説明する図である。
燃料を消費して動力を発生する動力源10には、例えば水素タンク等の燃料源２と、大気中の酸素等の酸素源３とが配管を介して接続され、これらから燃料及び酸素が供給されるように構成している。
【０００９】
動力源10は、供給された燃料及び酸素を燃焼に用いることで動力を得て、これを出力する。
動力源10にて燃料及び酸素を消費した後のガスが、排気管４から排出される。
ここで、酸素源３と動力源10との間に供給酸素状態測定手段100を、動力源10の下流位置に排出酸素状態測定手段200を、それぞれ配設している。これらの測定手段100，200の時間遅れを補正するガス検出タイミング位相補正機能を持った酸素消費量演算回路300と、酸素消費量から燃料消費量に変換する燃料消費量演算回路400とを配設している。
【００１０】
酸素消費量算出手段300は、供給酸素状態測定手段100と排出酸素状態測定手段200との検出タイミング位相差分を、供給酸素量または動力源10の負荷の少なくとも一方に応じて補正する。燃料消費量演算回路400の演算結果は、図示しないデジタル出力部および／またはアナログ出力部に出力される。
次に、図２の燃料消費量算出フローチャートを用いて、この構成における作用について説明する。
【００１１】
ステップ１（図には「Ｓ１」と示す。以下同様）では、供給酸素状態測定手段100にて供給酸素量ＱO2-INを測定する。
ステップ２では、排出酸素状態測定手段200にて排出酸素量ＱO2-EXを測定する。
ステップ３では、酸素消費量演算回路300にて供給酸素量ＱO2-INから排出酸素量ＱO2-EXを差し引いて酸素消費量ＱO2（＝ＱO2-IN−ＱO2-EX）を算出する。これにより動力源10にて消費された酸素量を算出する。
【００１２】
ここで、供給酸素量ＱO2-INと排出酸素量ＱO2-EXとには、主にガス輸送遅れに起因した時間（位相）遅れが存在する。この時間遅れは、定常状態（燃料消費量が変動しない状態）での運転時には問題無いが、過渡状態（燃料消費量が変動する状態）での運転時には、大きな誤差要因となるため、的確な補正を実施する必要がある。
そして、検出タイミング（位相）遅れがガス流量に強く依存することから、供給酸素量ＱO2-INの情報を酸素消費量演算回路300に入力し、予め求めておいた供給酸素量及び検出タイミング（位相）遅れ量の関係マップから補正している。なお、関係マップに代えて関係式を用いて補正量を算出してもよい。これにより、動力源10で消費された酸素消費量ＱO2をリアルタイムに測定する。
【００１３】
ステップ４では、燃料消費量演算回路400にて酸素消費量ＱO2から燃料消費量ＱFUELを算出する。
この算出実行例として、燃料電池車の場合は、2H2＋O2→2H2Oの反応式に基づき、次式で求められる。
ＱFUEL（g/sec）＝ＱO2（g/sec）× ２× Kmr                     ＜式１＞
ここで、２は反応係数、Kmrは水素/酸素の分子量比（1/16）であるから、次式にて表される。
【００１４】
ＱFUEL（g/sec）＝ＱO2（g/sec）× 0.125                        ＜式２＞
例えば、従来の内燃機関（化石燃料）の場合は、CmHn＋（m+n/2）・O2→m・CO2＋(n/2)・H2Oの反応式に基づき、次式で求められる。
ＱFUEL（g/sec）＝ＱO2（g/sec）×（m+n/2）× KCH                ＜式３＞
ここで、ｍは燃料の平均炭素原子数、ｎは燃料の平均水素原子数、KCHは燃料量に変換する変換係数であり、これらを予め求めておけば、燃料電池車の場合と同様に、酸素消費量ＱO2から燃料消費量ＱFUELが求められる。
【００１５】
図３は、本発明の第１の実施形態を示す図である。なお図１の基本構成と同じ構成・作用部は同一符号を付してその説明を省略する。そして、酸素消費量演算回路300及び燃料消費量演算回路400を省略して示している。
前述の供給酸素状態測定手段100は、供給空気流量計110と、この近傍の第１酸素濃度センサ120と第１水分濃度センサ130とから構成されており、これらが酸素源３から動力源10の間に、順に配設されている。
【００１６】
供給空気流量計110は、例えばラミナーフロメータ等の高精度の空気流量計や、熱式空気流量計などを用いる。第１酸素濃度センサ120は、酸素濃度を検知する手段として一般に知られるジルコニア式酸素濃度計を用いる。第１水分濃度センサ130は、空気（供給ガス）中の水分濃度（空気中の水分量：％）を検知可能である。
なお、酸素源３から動力源10に供給される空気の温度および湿度が管理されている状態であれば、マップなどを用いることで、供給空気中の酸素濃度C1-WETおよび水分濃度Kc１が予め算出でき、第１酸素濃度センサ120および第１水分濃度センサ130を用いる必要がなくなる。
【００１７】
また前述（図１）の排出酸素状態測定手段200は、燃焼器210と、この近傍の第２酸素濃度センサ220と第２水分濃度センサ230とから構成されており、これらが動力源10から排気の流れ方向に、順に配設されている。
燃焼器210は、動力源10から排出された排出ガスを燃焼することで、排出ガス中に未燃燃料が存在する場合でも燃料を消費（酸化）させることで、仕事をしないで排出される燃料も燃料消費分とカウントすることができる。第２酸素濃度センサ220は、酸素濃度を検知する手段として一般に知られるジルコニア式酸素濃度計を用いる。第２水分濃度センサ230は、排気ガス中の水分濃度（％）を検知可能である。
【００１８】
次に、図４の供給酸素状態算出フローチャートを用いて、この構成における作用について説明する。
ステップ11では、供給空気流量計110の出力信号に基づいて供給空気流量ＱAIR-WET（g/sec）を算出する。
ステップ12では、第１酸素濃度センサ120の出力信号に基づいて供給酸素濃度（第１酸素濃度）C1-WET（％）を算出する。
【００１９】
ステップ13では、第１水分濃度センサ130の信号に基づいて、供給空気中の水分濃度Kc１（％）を算出する。
ステップ14では、動力源10への供給酸素量ＱO2-IN（mol/sec）を次式により算出する。
ＱO2-IN＝Ｋｍ-O2×Ｃ１-WET ／ 100                  ＜式４＞
なお、Ｋｍ-O2は、質量流量からモル流量に変換する変換係数である。
【００２０】
ステップ15では、第１水分濃度センサ130の測定値Kc１（％）を用いて、供給ガスが基準水分濃度（供給ガス中の水分を低減させた後の水分濃度）、すなわち乾燥状態である場合の供給空気量ＱAIR-DRY（mol/sec）を次式により算出する。
ＱAIR-DRY＝Km-AIR×ＱAIR-WET / (100−Kc１)           ＜式５＞
なお、Km-AIRは質量流量からモル流量に変換する変換係数である。
【００２１】
ステップ16では、水分濃度Kc１を用いて、供給ガスが乾燥状態である場合の供給酸素濃度Ｃ１-DRY（％）を次式により算出する。
C1-DRY＝C1-WET / (100−Kc1)                       ＜式６＞
これにより、供給空気中の水分濃度（第１水分濃度）に基づいて供給酸素濃度を補正する。
【００２２】
ステップ17では、供給空気量ＱAIR-DRY（mol/sec）と、供給酸素濃度Ｃ１-DRY（％）とを乗算することで、すなわち次式により水分濃度補正後の供給酸素量ＱO2-IN-DRY（mol/sec）を算出する。
ＱO2-IN-DRY＝ＱAIR-DRY×Ｃ１-DRY                      ＜式７＞
次に、図５の排出酸素状態算出フローチャートを用いて、この構成における作用について説明する。
【００２３】
ステップ21では、第２酸素濃度センサ220の信号に基づいて排出酸素濃度Ｃ２- WET（％）を算出する。
ステップ22では、第２水分濃度センサ230の信号に基づいて排出ガス中の水分濃度Kc２（％）を算出する。
ステップ23では、Kc２を用いて、排出ガスが乾燥状態である場合の排出酸素濃度Ｃ２-DRY（％）を次式により算出する。
【００２４】
C2-DRY＝C2-WET / (100−Kc2)                       ＜式８＞
これにより、排出空気中の水分濃度（第２水分濃度）に基づいて排出酸素濃度を補正する。
ステップ24では、排出酸素濃度Ｃ２-DRYと、ステップ14にて算出した供給空気流量ＱAIR-DRY（mol/sec）とを乗算することで、すなわち次式により、排出ガスが基準水分濃度（排出ガス中の水分を低減させた後の水分濃度）、すなわち乾燥状態にある場合の排出酸素量ＱO2-EX-DRY（mol/sec）を算出する。
【００２５】
ＱO2-EX-DRY＝Ｃ２-DRY×ＱAIR-DRY                     ＜式９＞
以上述べたようにして供給酸素量ＱO2-IN-DRYと排出酸素量ＱO2-EX-DRYとが算出される。そして、前述の通り、酸素消費量演算回路300にて酸素消費量ＱO2-DRY（＝ＱO2-IN-DRY−ＱO2-EX-DRY）を算出し、燃料消費量演算回路400にて燃料消費量ＱFUELを算出する。
なお、前述の供給酸素濃度C1-DRYと排出酸素濃度C2-DRYとは、それぞれ次式にて表わされる。
【００２６】
C1-DRY＝ＱO2-IN-DRY /ＱAIR-DRY                           ＜式10＞
C2-DRY＝（ＱO2-IN-DRY−ＱO2）/ (ＱAIR-DRY −ＱO2)        ＜式11＞
そして、＜式10＞及び＜式11＞式からＱAIR-DRYを消去して酸素消費量ＱO2-DRYを次式にて求めてもよい。
ＱO2-DRY＝ＱO2-IN-DRY×(C1-DRY − C2-DRY)/ (C1-DRY×(１− C2-DRY))  ＜式12＞
ここで燃料電池システムの場合は、供給酸素濃度C1-DRY及び排出酸素濃度C2-DRYと、供給空気量ＱAIR-DRYとを同一の水分濃度レベル（最も好ましいのは水分を除去したドライ状態）に換算して扱うことで、水分濃度の影響を排除できる。
【００２７】
このように供給空気流量計110の測定値ＱAIR-WET (g/sec)、第１酸素濃度センサ120の測定値C1-WET (%)、第1水分濃度センサ130の測定値Kc１(%)、第２酸素濃度センサ220の測定値C2-WET (%)、第２水分濃度センサ230の測定値Kc２(%)から酸素消費量ＱO2-DRYが求められ、さらに前述の＜式２＞あるいは＜式３＞にて、燃料消費量ＱFUELが求められるのである。
【００２８】
本実施形態によれば、動力源10に供給される酸素の状態を測定する供給酸素状態測定手段100と、動力源10から排出される酸素の状態を測定する排出酸素状態測定手段200と、供給酸素状態測定手段100及び排出酸素状態測定手段200の測定結果ＱO2-IN、ＱO2-EXに基づき動力源10での酸素消費量ＱO2を算出する酸素消費量算出手段300と、酸素消費量算出手段300の算出結果に基づき動力源10で消費された燃料量ＱFUELを求める燃料消費量算出手段400と、を備える。このため、燃料供給ラインを改造することなく、比較的簡便な構成で燃料消費量ＱO2が測定できるという効果がある。特に、自動車の場合、その効果は大である。
【００２９】
また本実施形態によれば、供給酸素状態測定手段100は、動力源10への供給ガス量ＱAIRを検知する供給ガス量検知手段110と、供給ガス中の酸素濃度Ｃ１を検知する第１酸素濃度検知手段120と、を有し、供給ガス量ＱAIR及び第１酸素濃度Ｃ１に基づいて供給酸素量ＱO2-INを算出する（ステップ17）。このため、比較的安価で簡便な構成で実現できるという効果がある。具体的には、供給ガス量検知手段110としては、ラミナーフロメータ等の高精度空気流量計や、熱式空気流量計などを用いることができ、酸素濃度検知手段も一般に知られるジルコニア式酸素濃度計、また水分濃度補正手段も安価な温湿度センサを用いることができる。
【００３０】
また本実施形態によれば、供給酸素状態測定手段100は、更に供給ガス中の水分濃度Kc１を検知する第１水分濃度検知手段130を有し、供給ガス量ＱAIR-WET、第１酸素濃度Ｃ１-WET及び第１水分濃度Kc１に基づいて基準水分濃度（供給ガス中の水分を低減させた後の水分濃度）での供給酸素量ＱO2-IN-DRYを算出する（ステップ17）。このため、供給ガス中の水分濃度を考慮して正確な供給酸素量ＱO2-IN-DRYの測定ができる。
【００３１】
また本実施形態によれば、第１酸素濃度検知手段120及び第１水分濃度検知手段130は、供給ガスが空気である場合に、空気の温度および湿度から空気中の酸素濃度Ｃ１-WETおよび水分濃度Kc１を算出する。このため、供給空気の温度および湿度が管理されている場合には、酸素濃度検出器（酸素濃度センサ）120と水分濃度検出器（湿度センサ）130を省くことができ、さらに簡便で安価な構成で良いという効果がある。
【００３２】
また本実施形態によれば、排出酸素状態測定手段200は、動力源10からの排出ガス中の酸素濃度C2-WETを検知する第２酸素濃度検知手段220を有し、供給ガス量ＱAIR-DRY及び第２酸素濃度Ｃ２に基づいて排出酸素量ＱO2-EXを算出する（ステップ24）。このため、比較的簡便な構成で排出酸素量が測定できる。
また本実施形態によれば、排出酸素状態測定手段300は、更に排出ガス中の水分濃度Kc２を検知する第２水分濃度検知手段230を有し、供給ガス量ＱAIR-DRY、第２酸素濃度C2-WET及び第２水分濃度Kc２に基づいて基準水分濃度（排出ガス中の水分を低減させた後の水分濃度）での排出酸素量ＱO2-EX-DRYを算出する（ステップ24）。このため、更に排出ガス中の水分濃度を補正することで水分による影響（気相←→液相の相変化）を抑え、測定精度を大幅に向上させることができる。
【００３３】
また本実施形態によれば、酸素消費量算出手段300は、供給酸素状態測定手段100と排出酸素状態測定手段200との検出タイミング位相差分を、供給酸素量ＱO2-IN-DRYまたは動力源10の負荷の少なくとも一方に応じて補正する。このため、供給酸素量小（低負荷）から供給酸素量大（高負荷）の広い範囲で的確に検出タイミングの位相差分を補正できる。よって、定常状態だけでなく、過渡状態での燃費も精度良くリアルタイムに測定できる。
【００３４】
図６は、本発明の第２の実施形態を示す図である。
前述のように供給空気流量計110より上流に、供給空気の温度および湿度を所定の状態に維持する手段（図示せず）を設けており、これによりマップ等を用いることで、前述の供給空気中の酸素濃度（第１酸素濃度）Ｃ１および水分濃度Kc１（％）を算出する。
このため、図示の通り、供給側には供給空気流量計110のみを取り付けてあり、第１の実施形態にて示した第１酸素濃度センサ120および第１水分濃度センサ130を省略している。
【００３５】
本実施形態では、排出側には、第１燃焼器210を通過した後の排出ガスを分流するためのラインとして、排出ガス分流管５を排気管４に接続し、この分流管５に、第２燃焼器211、排出ガス冷却器240、及び第２酸素濃度センサ220をそれぞれ上流から順に配設している。
第２燃焼器211は、第１燃焼器210による燃焼が十分でなく、無視できない未燃燃料が排出された場合でも、その分を燃焼させる。なお燃焼器211は、分流ガス分の未燃ガスを燃焼させるだけで良く、比較的小さい燃焼器でよい。
【００３６】
排出ガス冷却器240は、第２燃焼器211から排出されたガスを所定温度（例えば100℃）以下に冷却する。ここでは、排出ガス冷却器240により排出ガス温度を100℃以下にしている。これは、排出ガス中の水分を凝縮させ、飽和水蒸気状態とすることで、水分濃度をガス温度で観ることができるからである。なお、排出ガス冷却器240による冷却を強力にして、10℃以下にまで下げれば、水分濃度は一定量と見做すことができ、リアルタイムに水分濃度を検知しなくても良い構成となる。
【００３７】
第２酸素濃度センサ220は、排出ガスの排出酸素濃度Ｃ２を検知可能であり、排出ガス温度が所定温度以下に下がった部位に配置されている。
次に、図７の供給酸素状態算出フローチャートを用いて、この構成における作用について説明する。
ステップ31では、供給空気の温度および湿度を所定の値に制御する。これにより、空気中の酸素濃度も不変であるので、酸素濃度センサや水分濃度センサは不要になる。なお、供給空気の湿度は、水分による影響を少なくするために乾燥状態にすることが好ましい。
【００３８】
ステップ32では、供給空気流量計110の出力信号に基づいて供給空気流量ＱAIR-DRY（g/sec）を算出する。
ステップ33では、供給空気流量ＱAIR-DRYに基づいて供給酸素量ＱO2-IN-DRY（mol/sec）を求める。ここでは、マップまたは前述の式７を用いることにより供給酸素量ＱO2-IN-DRYを算出する。
【００３９】
本実施形態によれば、第２酸素濃度検知手段220は、燃料消費後の排出ガスを分流させたライン（排気ガス分流管５）に設けた分流ガス燃焼手段（第２燃焼器）211の下流位置に配置する。このため、排出ガス中に未燃の燃料が存在する場合でも、分流ガス分だけを燃焼させれば良く、小さな燃焼器でも成立させることができ、大幅なコストアップもなく精度向上ができるという効果がある。
【００４０】
また本実施形態によれば、第２酸素濃度検知手段220は、排出ガス温度が所定温度以下に下がった部位に配置するため、水分濃度検知を高応答な温度検出器ででき、過渡運転時の燃費測定の精度向上が図れるという効果がある。
また本実施形態によれば、第２酸素濃度検知手段220は、排出ガス温度を10℃以下に下げる冷却器240の下流位置に配置するため、排出ガス中の水分の影響を小さくすることができ、さらに精度向上ができるという効果がある。
【００４１】
図８は、本発明の第３の実施形態を示す図である。
本実施形態では、排気管４に配置された燃焼器210の下流に、排出ガス中の酸素濃度（第２酸素濃度）を検知手段として第２酸素濃度センサ220及び第３酸素濃度センサ221を設けている。そして、これらの酸素濃度センサ220、221との間に、排出ガスを希釈する希釈ガス供給管250を接続し、排気管４に流入する希釈ガスの供給量を測定する希釈ガス流量計251を設けている。
【００４２】
そして、第２酸素濃度センサ220が希釈ガス供給前の排出ガス中の酸素濃度Ｃ２を測定し、第３酸素濃度センサ221が希釈ガス供給後の排出ガス中の酸素濃度Ｃ３を測定する。
供給酸素量ＱO2-IN-DRYは、第２の実施形態と同じく算出する（図７参照）。
排出酸素量ＱO2-EX-DRYは、以下のようにして求める。先ず、供給空気流量計110の信号に基づき算出された供給空気流量ＱAIR-DRY（g/sec）に基づいて希釈酸素量q3（mol/sec）を次式により算出する。
【００４３】
q3＝Km-DRY×ＱAIR-DRY×0.2095                           ＜式13＞
ここで、0.2095は乾燥空気中の酸素分圧、Km-DRYは質量流量からモル流量に変換する変換係数である。
この希釈酸素量q3、第２酸素濃度センサ220の測定値C2-WET (%)、第３酸素濃度センサ221の測定値C3-WET (%)、及び排出酸素量ＱO2-EX-DRYには、次式の関係がある。
【００４４】
C2-WET＝ＱO2-EX-DRY ／ ＱAIR-DRY                           ＜式14＞
C3-WET＝（ＱO2-EX-DRY＋q3）／（ＱAIR-DRY＋q3）             ＜式15＞
以上のようにC2-WET、C3-WETの濃度をそれぞれの流量比と考えることで、＜式14＞及び＜式15＞より、以下の式が導かれる。
ＱO2-EX-DRY＝ C2-WET・q3（C3-WET−１）／（C2-WET−C3-WET）  ＜式16＞
以上のようにして排出酸素量ＱO2-EX-DRYが求められる。
【００４５】
よって、酸素消費量ＱO2-DRYは、供給酸素量ＱO2-IN-DRYから排出酸素量ＱO2-EX-DRYを差し引いて（ＱO2-IN-DRY−ＱO2-EX-DRY）算出され、前述の＜式３＞によって、燃料消費量ＱFUEL が求められる。
以上、消費量の単位を瞬時値としてg/secで説明してきたが、この瞬時値を積分すれば、消費量ｇ、あるいはモード燃費（ｋｍ/ｇ、ｋｍ/L） 等のデータに変換できる。
【００４６】
本実施形態によれば、燃料消費後の排出ガス中に外部から希釈ガスを供給する希釈ガス供給手段250と、希釈ガス供給手段250により供給される希釈ガス量q3を検知する希釈ガス供給量検知手段と、を備え、排出酸素状態測定手段200は、第２酸素濃度検知手段として、希釈ガス供給手段の上流及び下流にて酸素濃度を検知する手段220，221を有し、希釈ガス供給量q3と希釈ガス供給手段の上流及び下流の酸素濃度C2，C3とから排出酸素量ＱO2-EX-DRYを算出する。このため、化石燃料を燃焼させて動力を得る内燃機関のように、供給（空気）ガス量と燃焼後の排出ガス量が異なる場合でも、燃焼後の排出ガス量を個別に求めれば、排出ガス中の酸素量が測定できる。すなわち、直接水素形燃料電池だけでなく、改質形燃料電池や内燃機関（爆発燃焼）にも本発明が適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】燃料消費量測定装置の基本構成を示す図
【図２】供給酸素状態測定手段及び排出酸素状態測定手段を説明する図
【図３】第１の実施形態の構成を示す図
【図４】供給酸素状態算出フローチャート
【図５】排出酸素状態算出フローチャート
【図６】第２の実施形態の構成を示す図
【図７】供給酸素状態算出フローチャート
【図８】第３の実施形態の構成を示す図
【符号の説明】
【００４８】
2  燃料源
3  酸素源
10  動力源
100  供給酸素状態測定手段
120  第１酸素濃度センサ
130  第１水分濃度センサ
200  排出酸素状態測定手段
210  燃焼器
220  第２酸素濃度センサ
221  第３酸素濃度センサ
230  第２水分濃度センサ
240  排出ガス冷却器
250  希釈ガス供給管
251  希釈ガス流量計
300  酸素消費量演算回路
400  燃料消費量演算回路
【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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