(57)【要約】【課題】より安価な燃費計測装置および燃費計測方法を得る。【解決手段】燃料タンク２の内外を所定径のオリフィス１０で連通し、このオリフィス１０をチェックバルブ１１によって燃料タンク２内の負圧状態で連通させるとともに、燃料タンク２内の圧力を圧力センサ１２で計測し、計測した燃料タンク２内の負圧値Ｐｔに基づいてオリフィス１０から燃料タンク２内に流入する空気流量Ａを算出し、その流入空気流量Ａから燃料Ｆの消費量Ｒを算出するようにした。【選択図】図１
2007248207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンクの内外を連通する空気通路の絞りと、
燃料タンク内の圧力を計測するタンク内圧力検出手段と、
計測した燃料タンク内の圧力から燃料消費量を算出する燃費演算手段と、
を備え、
前記燃費演算手段は、燃料タンク内の圧力に基づいて前記絞りを介して燃料タンク内に流入する空気流量を算出し、当該空気流量から燃料消費量を算出することを特徴とする燃費計測装置。
【請求項２】
前記燃料タンク内で発生するベーパー量を測定するベーパー発生量測定手段と、
前記燃費演算手段で算出した燃料消費量を前記ベーパー量に応じて補正する燃費補正手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃費計測装置。
【請求項３】
一定時間に発生するベーパーを吸着するキャニスターを設け、
前記ベーパー発生量測定手段は、前記キャニスターの質量を計測することにより単位時間あたりに発生するベーパー量を算出することを特徴とする請求項２に記載の燃費計測装置。
【請求項４】
前記ベーパー発生量測定手段は、キャニスターに吸着した単位時間あたりのベーパー質量をモル数に換算するとともに、燃料温度をベーパー温度として、当該モル数とベーパー温度に基づいてベーパー発生量を算出することを特徴とする請求項３に記載の燃費計測装置。
【請求項５】
前記燃費補正手段は、前記ベーパー量が所定値以上の場合に燃費補正を実行することを特徴とする請求項２〜４のうちいずれか１つに記載の燃費計測装置。
【請求項６】
燃料消費に伴う燃料タンク内の負圧によって燃料タンクの内外を連通する絞りから燃料タンク内に空気を導入しつつタンク内圧力を計測し、計測した燃料タンク内の圧力から求めた絞りを介して流入する空気流量に基づいて燃料の消費量を算出することを特徴とする燃費計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料タンクからエンジンに供給される燃料の消費量を計測する燃費計測装置および燃費計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃費計測装置は、例えば特許文献１に示すように、燃料タンクからエンジンに燃料を供給する際の燃料消費量を計測するもので、エンジンの燃費性能を知ることができる。
【０００３】
上記燃費計測装置は、燃料タンクからエンジンの燃料噴射弁に送られる燃料流量と、その燃料噴射弁から燃料タンクに環流する余剰燃料流量と、の差をそれぞれ流量センサで計測するとともに、その計測した流量差をそれぞれの燃料温度の差によって補正することで実質的な燃費を計測している。
【特許文献１】特開２００３−２３９７９７号公報
【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、かかる従来の燃費計測装置では、燃料流量や余剰燃料流量を計測するための流量センサに対して高い精度が要求されるため、必然的にその流量センサが高価なものとなり、燃費計測装置のコストが増大してしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、より安価な燃費計測装置および燃費計測方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃費計測装置は、燃料タンクの内外を連通する空気通路の絞りと、燃料タンク内の圧力を計測するタンク内圧力検出手段と、計測した燃料タンク内の圧力から燃料消費量を算出する燃費演算手段と、を備え、上記燃費演算手段は、燃料タンク内の圧力に基づいて上記絞りを介して燃料タンク内に流入する空気流量を算出し、当該空気流量から燃料消費量を算出することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の燃費計測装置は、燃料消費に伴って燃料タンク内が負圧になる点を利用して、燃料タンク内の圧力測定値から燃料消費量を算出するものである。すなわち、燃料タンクの内外を絞りを介して連通し、燃料タンク内の負圧により、当該絞りを介して空気が燃料タンク内に流入するようにして、燃料タンクから燃料噴射弁に向けて供給される燃料の流量（すなわち燃料消費量）と、燃料タンク外から絞りを介して燃料タンク内に流入する空気流量とが等しくなる条件で、絞り前後の差圧（＝タンク内の負圧）から空気流量を算出し、当該空気流量を燃料消費量として取得しようとするものである。
【０００８】
この場合、圧力検出手段は、一般的に流量センサに比べて安価であるから、本発明によれば、従来の流量センサを用いて燃料消費量を計測する燃費計測装置に比べて、より安価な燃費計測装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。図１は、燃費計測装置の概略構成図、図２は、オリフィス付きチェックバルブの断面図、図３は、燃料タンク内圧力の経時変化を示す特性図、図４は、オリフィスの概略断面図、図５は、タンク内負圧と空気流量との相関関係を示すグラフ（マップ）、図６は、燃料温度と燃温上昇速度に対するベーパー発生量の関係を示すマップ、図７は、燃費計測装置による燃料消費量の算出手順を示すフローチャート、図８は、ベーパー発生時のタンク内負圧の経時変化をベーパーが発生しない場合と比較して示した図、また、図９は、ベーパー発生時のタンク内負圧値と空気流量との相関関係を示すグラフ（マップ）である。なお、図５および図９の横軸は、タンク内負圧の大きさ（絶対値）を示しており、横軸の値が大きいほど、すなわち図中右側ほど、内圧は低くなる。
【００１０】
本実施形態にかかる燃費計測装置１が適用される燃料供給システムでは、燃料タンク２内の燃料Ｆが燃料ポンプ３によって吸入され、パイプ３ａを介してエンジンの燃料噴射弁（Ｆ／ＩＮＪ）に供給される。
【００１１】
燃料タンク２の天壁２ａには、途中にメインキャニスター４を設けたキャニスターライン５の一端部５ａが連通されるとともに、当該キャニスターライン５の他端部５ｂはインテークマニホルド６の絞り弁（スロットルバルブ）７の下流側に連通されており、エンジン停止時には、燃料タンク２内のベーパー（蒸発燃料）がメインキャニスター４に吸着され、その吸着されたベーパーがエンジン作動に伴ってインテークマニホルド６内に吸引されて燃焼室へと送られて、ベーパーが大気中に漏れないようにしてある。
【００１２】
キャニスターライン５においては、メインキャニスター４の上流側には、キャニスターラインメインバルブ８が設けられるとともに、メインキャニスター４の下流側には、キャニスターパージバルブ９が設けられる。
【００１３】
そして、本実施形態にかかる燃費計測装置１は、燃料タンク２の天壁（上壁）２ａ側に設けられて燃料タンク２の内外を連通する空気通路の絞りとしての所定径のオリフィス１０と、燃料タンク２内に負圧が生じたときに燃料タンク２外から燃料タンク２内にオリフィス１０を介して空気が流入するのを許容するとともに、かつ燃料タンク２内から燃料タンク２外へ燃料が流出するのを抑制するチェックバルブ１１と、燃料タンク２内の圧力を計測するタンク内圧力検出手段としての圧力センサ１２と、計測した燃料タンク２内の圧力から燃料の消費量を算出する燃費演算手段１００と、を備えて構成される。
【００１４】
この燃費計測装置１は、詳細については後述するが、燃料消費に伴う燃料タンク２内の負圧によって燃料タンク２の内外を連通する所定径のオリフィス１０から燃料タンク２内に空気を導入しつつ圧力センサ１２によってタンク内圧力を計測し、計測した燃料タンク２内の負圧値から燃料Ｆの消費量を算出する。
【００１５】
オリフィス１０およびチェックバルブ１１は、図２に示すように、オリフィス付きチェックバルブ１３として一体的にユニット化されており、具体的には、天壁（上壁）１４ａに円形貫通孔を有するオリフィス１０を形成したケース１４内に、スプリング（本実施形態では引張りスプリング）１１ａによって閉弁方向に付勢した弁体１１ｂを収納するとともに、ケース１４の底壁１４ｂには、弁体１１ｂが離着座する弁座１１ｃを形成してある。
【００１６】
このオリフィス付きチェックバルブ１３は、燃料タンク２の天壁２ａに形成した開口部２ｂに、それぞれの天壁２ａ，１４ａの外表面同士が略同一面（面一）となるように気密および液密に取り付けられる。
【００１７】
そして、オリフィス１０の径（直径）ｄは、計測対象とする燃料消費量の時に適切な負圧（＝大気圧に対する差圧［ゲージ圧］：例えば、−［２０ｍｍＨｇ］）が発生するように、例えばφ０．５［ｍｍ］として予め設定される。
【００１８】
燃費演算手段１００（例えばＥＣＵ等）は、燃料タンク２内の負圧値Ｐｔに基づいてオリフィス１０から燃料タンク２内に流入する空気流量Ａを算出し、その流入空気流量Ａから燃料Ｆの消費量Ｒを算出する。
【００１９】
すなわち、所定径ｄのオリフィス１０を通過する空気流量Ａは、燃料タンク２内の負圧値Ｐｔと１対１の関係（絞りがオリフィス１０である場合には、オリフィス１０前後の差圧［＝負圧の大きさ］の平方根に比例する関係）にあるため、タンク内負圧値Ｐｔから燃料タンク２に流入している空気流量Ａを取得することができる。したがって、本実施形態にかかる燃費計測装置１は、この空気流量Ａが燃料タンク２内からの単位時間あたりの体積減少量、すなわち燃料消費量Ｒと等しくなる状態において、タンク内負圧値Ｐｔから燃料消費量Ｒとして空気流量Ａを算出する。
【００２０】
図３は、キャニスターラインメインバルブ８の作動（閉弁位置Ｍ）に伴うタンク内圧力の経時変化を示すものであるが、そのキャニスターラインメインバルブ８を開弁している範囲ＯＰＥＮでは、メインキャニスター４のドレンからタンク内に空気が導入されるため、燃料タンク２の内圧は大気圧の状態で一定となる（すなわち、負圧値Ｐｔ＝０）。
【００２１】
一方、キャニスターラインメインバルブ８を閉弁している範囲ＣＬＯＳＥでは、オリフィス１０のみから空気が導入されるため、燃料タンク２の内圧は燃料消費量（＝タンクの吸込み空気流量）に比例して負圧が生じる。
【００２２】
このとき、図４に示すように、オリフィス１０を通過する空気流量Ａと、燃料タンク２内の負圧値Ｐｔの大きさと、は１対１で対応するため、図３中の破線Ｎ以降のサチュレート（飽和）した負圧値Ｐｔを計測すれば、タンク内負圧値Ｐｔと空気流量Ａとの関係を示す図５から、燃料タンク２に流入する空気流量Ａ、つまり燃料消費量Ｒを知ることができる。なお、この場合、燃料消費量が一定となる状態、例えば、高速での定常走行状態が、有効な測定が可能な前提条件となる。
【００２３】
また、本実施形態では、燃料タンク２内で発生するベーパー量に応じて、燃費演算手段１００で算出した燃料消費量Ｒを補正する燃費補正手段１１０（例えばＥＣＵ等）を設けている。
【００２４】
具体的には、一定時間に発生するベーパーを吸着するキャニスターとしてのベーパー計測用キャニスター２０を設け、燃費補正手段１１０によって、ベーパー計測用キャニスター２０の質量の変化から単位時間あたりのベーパー発生量（体積流量）を算出する。
【００２５】
すなわち、図１に示すように、キャニスターライン５のキャニスターラインメインバルブ８よりも上流側からベーパー計測ライン２１を分岐し、このベーパー計測ライン２１の先端部にベーパー計測用キャニスター２０を設けるとともに、ベーパー計測ライン２１の分岐部にベーパー計測用バルブ２２を設けてある。
【００２６】
したがって、キャニスターラインメインバルブ８を閉弁してベーパー計測用バルブ２２を開弁しておくことにより、燃料タンク２内で発生したベーパーはベーパー計測ライン２１に流入してベーパー計測用キャニスター２０に吸着される。
【００２７】
ここで、ベーパー計測用キャニスター２０には、その質量、ひいては吸着したベーパーの質量を計測する電子重量計２３が設けられ、この電子重量計２３の測定値が燃費補正手段１１０に入力される。
【００２８】
ベーパー発生量の算出に際しては、ベーパー計測用キャニスター２０に吸着した単位時間あたりのベーパー発生質量をモル数に換算するとともに、燃料温度Ｔをベーパー温度として算出するようになっている。
【００２９】
このため、燃料タンク２の底部には燃料温度Ｔを測定するために温度センサ１７を設け、この温度センサ１７で計測した温度信号が燃費演算手段１００に入力されるようにしている。
【００３０】
すなわち、ベーパー計測用キャニスター２０に吸着された燃料タンク２内のベーパー発生質量がα［ｇ／ｍｉｎ］と計測された場合、ベーパーの分子量をβとすると、発生したベーパーのモル数はα／β［ｍｏｌ／ｍｉｎ］となり、それを体積流量に換算すると次の（１）式で表すことができ、その体積流量がベーパー発生量Ｖ［Ｌ／ｍｉｎ］となる。
Ｖ［Ｌ／ｍｉｎ］＝α／β［ｍｏｌ／ｍｉｎ］×２２．４［Ｌ／ｍｏｌ］×（２７３＋Ｔ）／（２７３＋２０）・・・（１）
【００３１】
なお、本実施形態では、この燃費補正手段１１０による補正を、燃料タンク２で発生するベーパー量が所定値以上である場合に行い、当該所定値を下回る場合には、燃費補正手段１１０による補正の実行を行わないようにしてある。
【００３２】
よって、燃料消費量Ｒの演算過程で、燃費補正手段１１０による補正を実行するか否かの判断は迅速に行う必要がある。このため、本実施形態では、図６に示すように、予め、燃料温度Ｔと燃料温度Ｔの上昇速度δＴ（燃温上昇速度）とからベーパー発生量Ｖ′を推定するマップを作成しておき、このマップからベーパー発生量Ｖ′を迅速に推定できるようにしている。
【００３３】
ここで、本実施形態にかかる燃費計測装置１の燃費演算手段１００および燃費補正手段１１０による燃料消費量Ｒの算出手順を、図７のフローチャートを参照しながら説明する。
【００３４】
まず、ステップＳ１において燃料温度Ｔおよび燃温上昇速度δＴを取得し、ステップＳ２では図６のマップを用いて燃料温度Ｔおよび燃温上昇速度δＴからベーパー発生量Ｖ′を推定し、ステップＳ３では求めたベーパー発生量Ｖ′が少なくて燃料消費量Ｒを求める許容範囲内（図６中間隔の広いドットパターンの領域＝計測誤差が５％以内となる領域）にあるか、あるいはベーパー発生量Ｖ′が多くて許容範囲を超えるか、の判定を行う。
【００３５】
ステップＳ３で当該許容範囲を超えると判断した場合（ＮＯ）は、ステップＳ１０以降のベーパー量に応じた燃費補正に移行する一方、ステップＳ３で許容範囲内であると判定された場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ４〜Ｓ８において、ベーパー量による補正を行わずに燃料消費量の算出が実行される。
【００３６】
すなわち、ステップＳ３で許容範囲内であると判定された場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ４においてキャニスターラインメインバルブ８を閉弁（このときベーパー計測用バルブ２２も閉弁）し、次いで、ステップＳ５において圧力センサ１２でタンク内圧力を計測開始し、ステップＳ６でキャニスターラインメインバルブ８の閉弁から予め適宜に設定しておいた所定時間が経過した時点で、ステップＳ７において圧力センサ１２で検出したタンク内圧力を読み込む。
【００３７】
そして、ステップＳ８において、タンク内圧力（負圧）から図５のマップを用いてオリフィス１０の空気流量Ａ（＝燃料消費量Ｒ）を算出し、その後、ステップＳ９でキャニスターラインメインバルブ８を開弁して終了する。
【００３８】
一方、ステップＳ３でベーパー発生量が許容値を超えると判断した場合（ＮＯ）は、ベーパー量による補正を実行するために、まず、ステップＳ１０でキャニスターラインメインバルブ８を閉弁して、ステップＳ１１によってベーパー計測用キャニスター２０の初期質量を読み込んだ後、ステップＳ１２でベーパー計測用バルブ２２を開弁して燃料タンク２内のベーパーをベーパー計測用キャニスター２０に導入する。
【００３９】
そして、ステップＳ１３においてベーパー計測用バルブ２２の開弁時間、つまり、ベーパー計測用キャニスター２０にベーパーが吸着される時間が適宜に設定しておいた所定時間（例えば６０秒）経過したと判定されると、ステップＳ１４においてベーパー計測用バルブ２２を閉弁した後、ステップＳ１５でベーパー計測用キャニスター２０の質量を計測して、ステップＳ１１で求めた初期質量との差から吸着したベーパー発生質量αを算出する。
【００４０】
このようにベーパー発生質量αが求まると、ステップＳ１７では上述した式（１）を用いてベーパー発生質量αを体積流量に換算し、ベーパー発生量Ｖを算出する。
【００４１】
一方、ステップＳ１４〜Ｓ１７の演算と平行して、ステップＳ１８〜Ｓ２１ではステップＳ５〜Ｓ８と同様の演算処理を実行して、ベーパーに影響された燃料消費量Ｒ′を算出する。
【００４２】
つまり、ベーパー発生量が許容範囲を超える場合には、図８中実線に示すように、キャニスターラインメインバルブ８を閉弁した後の燃料タンク２内の負圧値Ｐｔ１は、ベーパー発生が無い場合のタンク内負圧値Ｐｔ０に対して小さく（高圧に）なっており、したがって、図９に示すように、オリフィス１０の空気流量Ａ１もベーパー発生が無い場合の空気流量Ａ０に対して減少し、ひいては、燃料消費量Ｒ′は実際の燃料消費量Ｒに対して減少した値として算出される。
【００４３】
なお、図８，図９中のＰｔＥは、ベーパー発生によるタンク内負圧値Ｐｔの減少分、つまりタンク内圧力の増圧分である。
【００４４】
したがって、ステップＳ２１で燃料消費量Ｒ′が算出されると、ステップＳ２２でキャニスターラインメインバルブ８を閉弁した後、燃料消費量Ｒ′に、ステップＳ２３で算出したベーパー発生量Ｖを加えて、実際の燃料消費量Ｒ（Ｒ＝Ｒ′＋Ｖ）を算出して終了する。
【００４５】
以上の構成により本実施形態にかかる燃費計測装置１によれば、燃料タンク２の天壁２ａにオリフィス付きチェックバルブ１３を設けるとともに、燃料タンク２内の圧力を計測する圧力センサ１２を設け、かつ、計測した燃料タンク２内の負圧値から燃料の消費量を算出する燃費演算手段１００を設けたので、燃料消費に伴って燃料タンク２内が負圧になると、チェックバルブ１１が開弁して、燃料タンク２の内外が所定径のオリフィス１０を介して連通され、このオリフィス１０から空気を導入しつつ圧力センサ１２でタンク内圧力を計測し、燃費演算手段１００によって計測した燃料タンク２内のサチュレートした負圧値Ｐｔから燃料の消費量Ｒを算出することができる。
【００４６】
すなわち、燃料タンク２内の負圧値（ゲージ圧）は、オリフィス１０の前後の差圧とみなすことができ、かつ、オリフィス１０の前後の差圧とオリフィス１０を通過する空気流量Ａとは１対１の関係にあるため、この燃料タンク２内の負圧値から空気流量Ａを算出することができる。そして、空気流量Ａの経時変化が無くほぼ一定となった状態（サチュレートした状態）では、空気流量Ａは燃料タンク２内の燃料消費によって減少した燃料の体積分、すなわち燃料消費量Ｒとほぼ等しいと考えることができる。かくして、本実施形態によれば、燃料タンク２内の負圧値から取得した空気流量Ａを燃料消費量Ｒとして取得することができる。
【００４７】
したがって、従来のように高価な流量計を用いることなく、より安価な圧力センサ１２によって燃料の消費量Ｒを精度良く計測できるようになり、燃費計測装置１をより安価に構成することができる。
【００４８】
さらに、本実施形態では燃料タンク２内で発生するベーパー量に応じて、燃費演算手段１００で算出した燃料消費量Ｒを補正する燃費補正手段１１０を設けたので、ベーパー発生による誤差を補正して、燃料消費量Ｒをより精度良く算出することができる。
【００４９】
このとき、ベーパー計測用キャニスター２０を設け、燃費補正手段１１０は、そのキャニスター２０の質量計測により単位時間あたりの燃料タンク２内でのベーパー発生量を測定するようにしたので、ベーパー発生量測定手段をより簡素な構成として構築することができる。
【００５０】
また、ベーパー発生量は、ベーパー計測用キャニスター２０に吸着した単位時間あたりのベーパー発生質量をモル数に換算するとともに、ベーパー温度として燃料温度Ｔを用いることで、より容易にかつより精度良く得ることができる。
【００５１】
また、燃料タンク２で発生するベーパー量が所定値以上の場合にのみ燃費補正手段１１０による補正を行い、ベーパー量が所定値以下の場合には燃費補正手段１１０による補正を行わないようにしたため、燃料消費量Ｒの算出をより迅速に行うことができる。
【００５２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々に変形することができる。
【００５３】
例えば、空気通路の絞りとしては、オリフィス絞りに替えてチョーク絞りを用いてもよい。
【００５４】
また、オリフィス付きチェックバルブについては、オリフィスを下流側、チェックバルブを上流側に配置することも可能である。また、空気通路からの燃料の漏出をより確実に抑制すべく、タンク内外を連通する空気通路に別途電磁開閉弁を設け、燃費計測を行う場合にのみ当該電磁開閉弁を開いて、オリフィスを介しての空気流入を許容するようにしてもよい。この場合には、チェックバルブを省略することもできる。
【００５５】
また、タンク内の圧力検出手段として、絶対圧を計測する圧力センサを用いてもよい。その場合には、大気圧の値を予め設定しておくか、あるいは大気圧（絶対圧）を計測する圧力センサを設けて、絞り前後の差圧を取得し、その差圧の大きさを上記タンク内負圧の大きさとして取り扱えばよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態における燃費計測装置の概略構成図。
【図２】本発明の一実施形態に用いるオリフィス付きチェックバルブの断面図。
【図３】本発明の一実施形態における燃料タンク内圧力の経時変化を示す特性図。
【図４】本発明の一実施形態におけるオリフィスを通過する空気流量とタンク内負圧との関係を示す説明図。
【図５】本発明の一実施形態におけるタンク内負圧値と空気流量との相関関係を示すグラフ（マップ）。
【図６】本発明の一実施形態における燃料温度と燃温上昇速度に対するベーパー発生量の関係を示すマップ。
【図７】本発明の一実施形態における燃費計測装置による燃料消費量を算出するフローチャート。
【図８】本発明の一実施形態におけるベーパー発生時のタンク内負圧値をベーパーが発生しない場合と比較した特性図。
【図９】本発明の一実施形態におけるベーパー発生時のタンク内負圧値と空気流量との相関関係を示すグラフ（マップ）。
【符号の説明】
【００５７】
１  燃費計測装置
２  燃料タンク
１０  オリフィス（絞り）
１１  チェックバルブ
１２  圧力センサ（タンク内圧力検出手段）
２０  ベーパー計測用キャニスター（キャニスター）
１００  燃費演算手段
１１０  燃費補正手段
【図１】
2007248207.tif 000003
【図２】
2007248207.tif 000004
【図３】
2007248207.tif 000005
【図４】
2007248207.tif 000006
【図５】
2007248207.tif 000007
【図６】
2007248207.tif 000008
【図７】
2007248207.tif 000009
【図８】
2007248207.tif 000010
【図９】
2007248207.tif 000011