(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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λ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λ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空気過剰率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を求め、この燃料消費量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を特徴とする車両のエンジン出力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、路面上を実際に走行している自動車など車両の軸平均有効圧を用いてエンジン出力を求める車両のエンジン出力測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車エンジンの性能を表す指標として軸平均有効圧が用いられる。これは、圧力の単位を持つものであるが、エンジンの排気量当たりのトルクと考えることができる。
【０００３】
ところで、例えば自動車の走行時に必要とする駆動力Ｆは、下記（１）式で表される。
Ｆ＝Ａ＋ＢＶ2 ＋ｍα＋ｍｇθ                              ……（１）
ここで、
Ａ：転がり抵抗、
ＢＶ2 ：空気抵抗（または風損）、
Ｂ＝ＣD ×Ｓ×γa ／ｇ
ＣD ：抗力係数、Ｓ：自動車の投影断面積、γa ：空気の比重量、ｇ：重力の加速度、Ｖ：車速
ｍ：車重、α：車の加速度、θ：道路の勾配
【０００４】
前記値のうち、ＡとＢはコーストダウン法で知ることができ、Ｖとαは車速センサから得ることができる。そして、コーストダウン法は、平坦路においてある車速からトランスミッションをニュートラルにして惰行（惰性走行）させ、その減速度から求める。つまり、前記（１）式において、Ｆ＝０、θ＝０とし、
−ｍα＝Ａ＋ＢＶ2
で求める。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、道路を実際に走行している自動車で、その道路の勾配を精度よく求めることは困難であり、したがって、あらゆる道路状態での走行抵抗や走行馬力を求めることは困難である。そして、自動車の走行抵抗を得るのに、従来においては、駆動輪の車軸または車輪にトルクセンサを取り付けるのが一般的であるが、トルクセンサが車体から突出したり、耐久性に難があり、一般道路を走行するには不向きで、テストコースでの計測が主となり、一般の坂道走行では計測を行うことができなかった。
【０００６】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、走行する車両における軸平均有効圧を用いてエンジン出力を簡易に測定する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る車両のエンジン出力測定方法は、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λ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λ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空気過剰率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を求め、この燃料消費量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を特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る車両のエンジン出力測定方法を説明するための図で、この図において、１は試験に供される車両で、例えばディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）２を搭載したディーゼル乗用車である。３はエンジン２に連なる排気管、４はこの排気管３に設けられるマフラーである。５は路面である。
【０００９】
６，７はそれぞれ車両１に備えられているエンジン回転数センサ、車速センサであり、８はエンジン２の近傍に配置されるエアクリーナ（図示していない）に設けられる吸入空気流量計（ＡＦＳ）で、例えばカルマン流量計よりなる。これらのセンサ６，７および吸入空気流量計８の出力は、インタフェース９を介してマイクロコンピュータ（データ収集演算装置）１０に入力される。このマイクロコンピュータ１０は、自動車１の適宜の箇所に搭載され、データ収集機能、演算機能および演算結果などを記憶および出力する機能を備えている。
【００１０】
そして、図示していないが、吸入空気流量計８の近傍には、吸気温度、吸気湿度および大気圧をそれぞれ測定するセンサが設けられており、これらのセンサの出力もインタフェース９を介してマイクロコンピュータ１０に入力される。また、１１は排気管３に設けられた空気過剰率を測定するためのλセンサ（市販品）で、その出力はインタフェース１２を介してマイクロコンピュータ１０に入力される。なお、１３は駆動側のタイヤである。
【００１１】
次に、上記構成のディーゼル乗用車１を路上走行させたときにおける軸平均有効圧を測定する手法について、図２以下の図面をも参照しながら、シャシダイナモが使える場合とそうでない場合とに分けて説明する。
【００１２】
１．シャシダイナモが使える場合
シャシダイナモが一般的に備えている機能で、坂道の勾配を設定すると、定常走行抵抗に登坂時の荷重を加えることができる。この機能を使って各種勾配で車速、トランスミッションのギア比を変えて定常走行を行うと、エンジン回転数、エンジン負荷の広い範囲のデータを得ることができる。
【００１３】
前記シャシダイナモで得られた駆動力Ｆからエンジン出力を得る方法について述べる。
【００１４】
まず、タイヤ１３のトルクＴとタイヤ１３の有効直径Ｄとの間には、
Ｔ＝Ｆ×Ｄ／２                                            ……（２）
なる関係がある。
【００１５】
そして、タイヤ１３の必要馬力Ｐt とタイヤ１３の回転数Ｔrpm との間には、
Ｐt ＝ｋ1 ×Ｔ×Ｔrpm                                     ……（３）
なる関係がある。ここで、ｋ1 は馬力換算係数である。
【００１６】
また、タイヤ１３の回転数Ｔrpm と車速Ｖとタイヤ１３の有効直径Ｄとの間には、
Ｔrpm ＝Ｖ／πＤ                                          ……（４）
なる関係がある。
【００１７】
前記（２）〜（４）式から、
Ｐt ＝ｋ1 ×Ｆ×Ｖ／２π                                  ……（５）
なる関係が得られる。
【００１８】
ところで、エンジン２からタイヤ１３までのトルクの伝達効率をηとすると、エンジン２の出力Ｐeng は、下記（６）式で表される。
Ｐeng ＝Ｐt ／η                                          ……（６）
【００１９】
そして、既に述べたように、エンジン２の性能を表す指標として軸平均有効圧Ｐｅが用いられる。これは、圧力の単位を持つものであるが、エンジン２の排気量当たりのトルクと考えることができ、エンジン排気量Ｖｈ、エンジン回転速度ｒｐとの間には、下記（７）式の関係がある。
Ｐｅ＝ｋ2 ×Ｐeng ／（Ｖｈ×ｒｐ）＝ｋ3 ×Ｔ／Ｖｈ        ……（７）
【００２０】
図２および図３は、上述した関係を、ディーゼル乗用車１で求めたものを示すもので、図２は、路面５の傾きを変えたときにおける車速と走行馬力との関係を示すもので、曲線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、それぞれ路面の勾配が０°、２°、４°、５°のときにおいて得られるデータをそれぞれプロットして得られるものである。また、図３は、路面５の傾きを変えたときにおけるエンジン回転数と走行馬力との関係を示すもので、曲線Ｅ，Ｆ，Ｇは、それぞれ路面の勾配が０°、２°、５°のときにおいて得られるデータをそれぞれプロットして得られるものである。
【００２１】
次に、エンジン２の近傍に設けられた吸入空気流量計８の検出出力と、排気管３に設けたλセンサ１１の検出出力とに基づいて燃料消費率を求める計算手法について説明する。
【００２２】
空気過剰率λと測定時の空燃比ＴAFR との間には、下記（８）式が成り立つ。
λ＝ＴAFR ／理論空燃比                                    ……（８）
【００２３】
ここで、理論空燃比は、軽油の場合、１４．７であり、空気過剰率λは、排気ガス中の酸素濃度で判明し、排気管３に設けたλセンサ１１によって求められる。また、空燃比ＴAFR は、乾燥空気重量と消費燃料重量との比であるので、吸入空気流量と同時に測定した大気圧、吸気温度および吸気湿度より乾燥空気重量を求め、これを前記ＴAFR で除した値が燃料消費量となる。この値から１シリンダ、１サイクル当たりの燃料供給重量ｑを求める。
【００２４】
すなわち、燃料消費量をＧ（ｇ／ｍｉｎ）、気筒数をｎ、エンジン回転数をｒｐ（ｒｐｍ）とするとき、
ｑ＝ｉ×Ｇ×１０００／（ｎ×ｒｐ）（ｍｍ3 ／ｓｔ）          ……（９）
ここで、ｉ：２サイクルエンジンは１、４サイクルエンジンは２
【００２５】
図４は、燃料供給重量ｑと軸平均有効圧Ｐｅとの関係を示している。この図においては、変動幅が大きいのは、試験に用いたディーゼル乗用車１がＡＴ（オートマティックトランスミッション）車であり、伝達効率ηが車速Ｖ、エンジン回転数ｒｐ、負荷により変動したためと考えられる。
【００２６】
前記ｑ，Ｐｅの関係からＰｅを求め、前記（７）式に代入することにより、エンジン出力Ｐeng を求めることができる。図５および図６に燃料消費から求めたエンジン出力Ｐeng と車速計から求めた平坦路における走行馬力との関係を示す。図５は上坂路を走行したときに得られたデータを、図６は同じ道を降坂したときに得られたデータを、それぞれ示している。なお、これらの図において、横軸の距離は、行き帰り（上り下り）で同じ場所になるように合わせてある。
【００２７】
２．シャシダイナモが使えない場合
ところで、現時点においては、大型車用シャシダイナモの数が少なく、重量車の場合、シャシダイナモでの負荷試験は困難である。そこで、平坦路において、アクセル開度を一定に保持して加速を各ギアにおいて行うことにより、広い範囲のエンジン回転数ｒｐと軸平均有効圧Ｐｅとの関係を得ることができる。
【００２８】
すなわち、前記（１）式の右辺の前三項、つまり、Ａ＋ＢＶ2 ＋ｍαで走行抵抗を得る。この場合、積載量を種々変えて試験を行うと、測定点が増やすことができる。
【００２９】
この場合においても、ｑとＰｅとの関係を得るのは、前記シャシダイナモが使える場合と同様である。
【００３０】
上述のデータから有害排出物のｇ／ｋｍと大型車の規制のｇ／ｋＷｈとの関係を得ることができる。図７にディーゼル乗用車における実測データを示す。
【００３１】
なお、上述の実施の形態においては、ディーゼル乗用車を例示しているが、この発明は、ガソリン車に基づいて同様に適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明においては、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、λ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λ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空気過剰率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を求め、この燃料消費量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ようにしたものであるから、実際に路面上を走行する車両におけるエンジン出力を簡易に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の車両のエンジン出力測定方法を説明するための図である。
【図２】  走行路面の勾配を変化させたときの車速と走行馬力との関係を示す図である。
【図３】  走行路面の勾配を変化させたときエンジン回転数と走行馬力との関係を示す図である。
【図４】  燃料供給重量と軸平均有効圧との関係を示す図である。
【図５】  燃料消費から求めたエンジン出力Ｐeng と車速センサから求めた平坦路における走行馬力との関係を示すもので、上坂路を走行したときに得られたデータである。
【図６】  燃料消費から求めたエンジン出力Ｐeng と車速センサから求めた平坦路における走行馬力との関係を示すもので、降坂路を走行したときに得られたデータである。
【図７】  ディーゼル乗用車における有害排出物のｇ／ｋｍと大型車の規制のｇ／ｋＷｈとの関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…車両、２…吸入空気流量計、５…路面、６…エンジン回転数センサ、７…車速センサ、１０…マイクロコンピュータ（データ収集演算装置）、１１…λセンサ。
【図１】
0003923216.tif 000002
【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】
0003923216.tif 000008