(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスの流量と、前記排気ガスに含まれる炭化水素類（ＴＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および二酸化炭素（ＣＯ２）の各成分の濃度と、予め求められる前記各成分の密度とに基づいて、前記内燃機関の燃費を計測する燃費計測方法であって、
前記各成分の濃度、および前記排気ガスに含まれる水（Ｈ２Ｏ）の濃度を、
濃度計測対象ガスに対してガス濃度計測用のレーザ光を照射するとともに前記濃度計測対象ガス中を透過した前記レーザ光を受光するセンサ部を備え、該センサ部が、前記内燃機関の排気通路内に対して設けられるガス濃度計測手段を用いて計測し、
前記排気ガスの流量を、
前記内燃機関に対する吸入空気量と、予め求められる前記排気ガスの密度と、前記ガス濃度計測手段により計測される前記各成分の濃度、および前記水（Ｈ２Ｏ）の濃度が用いられて算出される空燃比とに基づいて計測する、
ことを特徴とする燃費計測方法。
【請求項２】
前記内燃機関のクランク軸の回転角度と、前記内燃機関の回転数とから、
前記内燃機関の１回の燃焼における、前記内燃機関において所定の気筒に対して設けられる吸気バルブが開いてから、前記気筒に対して設けられる排気バルブが開くまでの時間であるオフセット時間を算出し、
前記オフセット時間を用いて、前記吸入空気量についての計測値、および前記ガス濃度計測手段による各計測値の計測タイミングを同期させる補正を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃費計測方法。
【請求項３】
前記内燃機関は、前記排気通路内の排気ガスの一部を前記内燃機関の吸気通路内に還流する排気ガス再循環装置を備えるものであり、
前記ガス濃度計測手段は、前記センサ部を、前記吸気通路内に対してさらに備え、
前記排気ガスの流量の計測に際し、
前記ガス濃度計測手段により計測される前記排気ガス、および前記内燃機関の吸気ガスのガス濃度に基づいて、前記排気ガス再循環装置による排気ガス再循環率を算出し、該排気ガス再循環率を用いて、前記排気ガス再循環装置による前記排気通路内からの還流排気ガスの流量分を差し引くための補正を行う、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃費計測方法。
【請求項４】
前記内燃機関は、該内燃機関におけるバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構を備えるものであり、
前記ガス濃度計測手段は、前記センサ部を、前記内燃機関の燃焼室を形成する筒内に対してさらに備え、
前記排気ガスの流量の計測に際し、
前記ガス濃度計測手段により計測される前記排気ガス、前記吸気ガス、および前記筒内のガスのガス濃度に基づいて、前記可変バルブタイミング機構による排気ガス再循環率を算出し、該排気ガス再循環率を用いて、前記燃焼室から前記排気通路内へと排出されなかった既燃ガスである再循環排気ガスの流量分をさらに差し引くための補正を行う、
ことを特徴とする請求項３に記載の燃費計測方法。
【請求項５】
内燃機関の排気ガスの流量と、前記排気ガスに含まれる炭化水素類（ＴＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および二酸化炭素（ＣＯ２）の各成分の濃度と、予め求められる前記各成分の密度とに基づいて、前記内燃機関の燃費を計測する燃費計測システムであって、
濃度計測対象ガスに対してガス濃度計測用のレーザ光を照射するとともに前記濃度計測対象ガス中を透過した前記レーザ光を受光するセンサ部を、前記内燃機関の排気通路内に対して設けて構成され、前記排気ガスの濃度を計測するガス濃度計測手段と、
前記内燃機関に対する吸入空気量を計測する吸入空気量計測手段と、
前記ガス濃度計測手段により計測される前記各成分の濃度、および前記排気ガスに含まれる水（Ｈ２Ｏ）の濃度に基づいて、前記内燃機関の空燃比を算出する空燃比算出部と、
前記吸入空気量計測手段により計測される吸入空気量、前記空燃比算出部により算出される空燃比、および予め求められる前記排気ガスの密度に基づいて、前記排気ガスの流量を計測する排気ガス流量計測部と、
前記ガス濃度計測手段により計測される前記各成分の濃度、前記各成分の密度、および前記排気ガス流量計測部により計測される前記排気ガスの流量に基づいて、前記内燃機関の燃費を計測する燃費計測部と、
を備えることを特徴とする燃費計測システム。
【請求項６】
前記燃費計測システムは、
前記内燃機関のクランク軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記回転角度検出手段により検出される前記回転角度、および前記回転数検出手段により検出される前記回転数から、前記内燃機関の１回の燃焼における、前記内燃機関において所定の気筒に対して設けられる吸気バルブが開いてから、前記気筒に対して設けられる排気バルブが開くまでの時間であるオフセット時間を算出するオフセット時間算出部と、
前記オフセット時間算出部により算出された前記オフセット時間を用いて、前記吸入空気量計測手段による計測値、および前記ガス濃度計測手段による各計測値の計測タイミングを同期させる補正を行うタイミング補正部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の燃費計測システム。
【請求項７】
前記内燃機関は、前記排気通路内の排気ガスの一部を前記内燃機関の吸気通路内に還流する排気ガス再循環装置を備えるものであり、
前記ガス濃度計測手段は、前記センサ部を、前記吸気通路内に対してさらに備え、
前記燃費計測システムは、
前記排気ガス流量計測部による前記排気ガスの流量の計測に際し、前記ガス濃度計測手段により計測される前記排気ガス、および前記内燃機関の吸気ガスのガス濃度に基づいて、排気ガス再循環率を算出するＥＧＲ率算出部と、
前記ＥＧＲ率算出部により算出された前記排気ガス再循環率を用いて、前記排気ガス再循環装置による前記排気通路内からの還流排気ガスの流量分を差し引くための補正を行うＥＧＲ補正部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の燃費計測システム。
【請求項８】
前記内燃機関は、該内燃機関におけるバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構を備えるものであり、
前記ガス濃度計測手段は、前記センサ部を、前記内燃機関の燃焼室を形成する筒内に対してさらに備え、
前記ＥＧＲ率算出部は、前記ガス濃度計測手段により計測される前記排気ガス、前記吸気ガス、および前記筒内のガスのガス濃度に基づいて、前記排気ガス再循環率を、前記可変バルブタイミング機構による排気ガス再循環率を含むものとして算出し、
前記ＥＧＲ補正部は、前記燃焼室から前記排気通路内へと排出されなかった既燃ガスである再循環排気ガスの流量分をさらに差し引くための補正を行うことを特徴とする請求項７に記載の燃費計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車に搭載される内燃機関等の燃費を計測するための燃費計測方法および燃費計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等に搭載される内燃機関（エンジン）の燃費向上、つまり低燃費化は、至上命題である。このため、エンジンの燃費を向上させるために様々な関連技術開発が行われている。こうした技術開発においては、エンジンの定常時のほか、エンジンの運転状態が大きく変化する時期である始動時や過渡時（例えば空吹かし等の回転数急変時）等の燃費の計測が行われることが求められている。つまり、エンジンの始動時や過渡時等における挙動が燃費の値の変化から把握されることが求められている。燃費を計測するための方法としては、従来、主に次の二種類の方法がある。
【０００３】
一つは、燃料タンクからエンジンに供給される燃料の流量が測定され、その測定量が燃費の計測に用いられる方法である。すなわち、かかる計測方法においては、燃料タンクからエンジンへの燃料の供給ラインに、燃費計として用いられる容積式や重量式等の流量計が設けられる。そして、この流量計による燃料の測定量に基づいて、燃費の計測に際しての燃料消費量が測定される。燃料消費量の測定に際しては、燃料の供給ラインに設けられる流量計による測定量がそのまま燃料消費量として用いられる場合のほか、燃焼室内で消費されなかった燃料が燃料タンクに戻される構成のエンジンにおいては、エンジンからの燃料の戻しラインにおける燃料の流量が測定され、燃料の供給量から燃料の戻り量が差し引かれた値が、燃料消費量とされる場合がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
もう一つは、燃費の計測に際し、エンジンの排気ガスがサンプリングされることにより、排気ガス中の各成分の質量が求められ、その排気ガス中の各成分の質量から燃料消費量が測定される方法である。具体的には、エンジン排気ガスのサンプリングとして、排気ガスが空気などで希釈される希釈サンプリング方式がある。希釈サンプリング方式には、一般に、定容量希釈サンプリング装置（ＣＶＳ）が用いられる。ＣＶＳが用いられる方法（ＣＶＳ法）では、排気ガスの全量と希釈用の空気とが装置に導入され、それらを合わせた総流量が常に一定になるように制御される。希釈された排気ガスは、その一部が一定流量でバッグに採取され、バッグ内のガス濃度が分析される。そして、ＣＶＳ法によって計測された排気ガス中の各成分についてのガス濃度から、燃料消費量の測定に用いられる排気ガス中の各成分の質量が求められる。
【０００５】
これら従来の燃費計測方法によっては、エンジンの始動時や過渡時等における燃費について正確な計測が困難となる。すなわち、前記のとおりエンジンの運転状態が大きく変化する時期であるエンジンの始動時や過渡時についての燃費の計測に際しては、エンジンの運転状態の急変化に対応して応答できる瞬時的な（高速応答の）計測が必要とされる。この点、前述のような従来の燃費計測方法においては、燃料の流量計や排気ガスのガス濃度分析計などの機器における応答遅れや、サンプリングによる遅れ等があるため、計測誤差などが生じ、正確な燃費計測が困難となる。
【０００６】
また、前述のような従来の燃費計測方法においては、燃費の計測に用いられる装置構成についてのコンパクト化が困難となる。すなわち、前者の方法において燃費計として用いられる容積式等の流量計や、後者の方法において排気ガスの採取に用いられるバッグ等は、燃費が計測されるエンジンの大きさ等に比して燃費計測のための装置構成を大がかりなものとする。このため、従来の燃費計測方法では、装置構成のコンパクト化を図ることに困難がともなう。
【０００７】
一方で、近年、エンジン排気ガス等の分析用として、レーザ光を検出対象とするガス分析装置の開発が進められている（例えば、特許文献２参照。）すなわち、かかるガス分析装置においては、分析対象のガスに対してレーザ光が照射され、そのガスを透過したレーザ光が検出される。そして、検出されたレーザ光から、ガスの種類等の相違によりレーザ光のガスによる吸収量が相違することや、対象ガスによって一部が吸収された後の特定波長の光量等に基づいて、ガス濃度の計測や分析が行われる。
【０００８】
このようなレーザ光を用いたガス分析装置によれば、高速応答性が得られることから、前述のようなエンジンの始動時や過渡時等におけるエンジンの運転状態の急変化に対応した瞬時的な燃費の計測が可能となり、装置構成のコンパクト化も図ることができると考えられる。しかし、レーザ光を用いたガス分析装置による燃費の計測においては、次のような不具合が生じる。
【０００９】
すなわち、エンジンの燃費の計測に際して必要なファクターには、エンジン排気ガスの流量、ならびに排気ガス中の各成分の濃度（ガス濃度）および密度（ガス密度）が含まれる。つまり、排気ガスについての流量とガス濃度とガス密度との積により、燃料消費量の測定に必要となる排気ガス中の各成分の成分量（質量）が導かれる。そして、これら燃費の計測に必要なファクターのうち、ガス濃度については、前述のレーザ光を用いたガス分析装置による高速応答のガス濃度の計測技術によって対応可能である。また、ガス密度については、例えば排気ガス中の各成分の常温常圧におけるガス密度などとして予め計算することが可能である。しかし、排気ガスの流量については、前記のような瞬時的な燃費の計測に対応するに十分な高速応答性を有する計測装置（ガス流量計）が実質的に存在しない。つまりは、レーザ光を用いたガス分析装置による燃費の計測に際しては、エンジン排気ガスの流量を計測することにおいて、技術的に困難がともなう。
【特許文献１】特開２０００−０９４９７１号公報
【特許文献２】特開２００６−３４３２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、燃費の瞬時的な計測が可能であり、エンジンの始動時や過渡時等のエンジンの運転状態が急変化する時期であっても、正確な燃費の計測を行うことができるとともに、装置構成のコンパクト化を図ることができる燃費計測方法および燃費計測システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１２】
すなわち、請求項１においては、内燃機関の排気ガスの流量と、前記排気ガスに含まれる炭化水素類（ＴＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および二酸化炭素（ＣＯ２）の各成分の濃度と、予め求められる前記各成分の密度とに基づいて、前記内燃機関の燃費を計測する燃費計測方法であって、前記各成分の濃度、および前記排気ガスに含まれる水（Ｈ２Ｏ）の濃度を、濃度計測対象ガスに対してガス濃度計測用のレーザ光を照射するとともに前記濃度計測対象ガス中を透過した前記レーザ光を受光するセンサ部を備え、該センサ部が、前記内燃機関の排気通路内に対して設けられるガス濃度計測手段を用いて計測し、前記排気ガスの流量を、前記内燃機関に対する吸入空気量と、予め求められる前記排気ガスの密度と、前記ガス濃度計測手段により計測される前記各成分の濃度、および前記水（Ｈ２Ｏ）の濃度が用いられて算出される空燃比とに基づいて計測するものである。
【００１３】
請求項２においては、請求項１に記載の燃費計測方法において、前記内燃機関のクランク軸の回転角度と、前記内燃機関の回転数とから、前記内燃機関の１回の燃焼における、前記内燃機関において所定の気筒に対して設けられる吸気バルブが開いてから、前記気筒に対して設けられる排気バルブが開くまでの時間であるオフセット時間を算出し、前記オフセット時間を用いて、前記吸入空気量についての計測値、および前記ガス濃度計測手段による各計測値の計測タイミングを同期させる補正を行うものである。
【００１４】
請求項３においては、請求項１または請求項２に記載の燃費計測方法において、前記内燃機関は、前記排気通路内の排気ガスの一部を前記内燃機関の吸気通路内に還流する排気ガス再循環装置を備えるものであり、前記ガス濃度計測手段は、前記センサ部を、前記吸気通路内に対してさらに備え、前記排気ガスの流量の計測に際し、前記ガス濃度計測手段により計測される前記排気ガス、および前記内燃機関の吸気ガスのガス濃度に基づいて、前記排気ガス再循環装置による排気ガス再循環率を算出し、該排気ガス再循環率を用いて、前記排気ガス再循環装置による前記排気通路内からの還流排気ガスの流量分を差し引くための補正を行うものである。
【００１５】
請求項４においては、請求項３に記載の燃費計測方法において、前記内燃機関は、該内燃機関におけるバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構を備えるものであり、前記ガス濃度計測手段は、前記センサ部を、前記内燃機関の燃焼室を形成する筒内に対してさらに備え、前記排気ガスの流量の計測に際し、前記ガス濃度計測手段により計測される前記排気ガス、前記吸気ガス、および前記筒内のガスのガス濃度に基づいて、前記可変バルブタイミング機構による排気ガス再循環率を算出し、該排気ガス再循環率を用いて、前記燃焼室から前記排気通路内へと排出されなかった既燃ガスである再循環排気ガスの流量分をさらに差し引くための補正を行うものである。
【００１６】
請求項５においては、内燃機関の排気ガスの流量と、前記排気ガスに含まれる炭化水素類（ＴＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および二酸化炭素（ＣＯ２）の各成分の濃度と、予め求められる前記各成分の密度とに基づいて、前記内燃機関の燃費を計測する燃費計測システムであって、濃度計測対象ガスに対してガス濃度計測用のレーザ光を照射するとともに前記濃度計測対象ガス中を透過した前記レーザ光を受光するセンサ部を、前記内燃機関の排気通路内に対して設けて構成され、前記排気ガスの濃度を計測するガス濃度計測手段と、前記内燃機関に対する吸入空気量を計測する吸入空気量計測手段と、前記ガス濃度計測手段により計測される前記各成分の濃度、および前記排気ガスに含まれる水（Ｈ２Ｏ）の濃度に基づいて、前記内燃機関の空燃比を算出する空燃比算出部と、前記吸入空気量計測手段により計測される吸入空気量、前記空燃比算出部により算出される空燃比、および予め求められる前記排気ガスの密度に基づいて、前記排気ガスの流量を計測する排気ガス流量計測部と、前記ガス濃度計測手段により計測される前記各成分の濃度、前記各成分の密度、および前記排気ガス流量計測部により計測される前記排気ガスの流量に基づいて、前記内燃機関の燃費を計測する燃費計測部と、を備えるものである。
【００１７】
請求項６においては、請求項５に記載の燃費計測システムにおいて、前記燃費計測システムは、前記内燃機関のクランク軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転角度検出手段により検出される前記回転角度、および前記回転数検出手段により検出される前記回転数から、前記内燃機関の１回の燃焼における、前記内燃機関において所定の気筒に対して設けられる吸気バルブが開いてから、前記気筒に対して設けられる排気バルブが開くまでの時間であるオフセット時間を算出するオフセット時間算出部と、前記オフセット時間算出部により算出された前記オフセット時間を用いて、前記吸入空気量計測手段による計測値、および前記ガス濃度計測手段による各計測値の計測タイミングを同期させる補正を行うタイミング補正部と、をさらに備えるものである。
【００１８】
請求項７においては、請求項５または請求項６に記載の燃費計測システムにおいて、前記内燃機関は、前記排気通路内の排気ガスの一部を前記内燃機関の吸気通路内に還流する排気ガス再循環装置を備えるものであり、前記ガス濃度計測手段は、前記センサ部を、前記吸気通路内に対してさらに備え、前記燃費計測システムは、前記排気ガス流量計測部による前記排気ガスの流量の計測に際し、前記ガス濃度計測手段により計測される前記排気ガス、および前記内燃機関の吸気ガスのガス濃度に基づいて、排気ガス再循環率を算出するＥＧＲ率算出部と、前記ＥＧＲ率算出部により算出された前記排気ガス再循環率を用いて、前記排気ガス再循環装置による前記排気通路内からの還流排気ガスの流量分を差し引くための補正を行うＥＧＲ補正部と、をさらに備えるものである。
【００１９】
請求項８においては、請求項７に記載の燃費計測システムにおいて、前記内燃機関は、該内燃機関におけるバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構を備えるものであり、前記ガス濃度計測手段は、前記センサ部を、前記内燃機関の燃焼室を形成する筒内に対してさらに備え、前記ＥＧＲ率算出部は、前記ガス濃度計測手段により計測される前記排気ガス、前記吸気ガス、および前記筒内のガスのガス濃度に基づいて、前記排気ガス再循環率を、前記可変バルブタイミング機構による排気ガス再循環率を含むものとして算出し、前記ＥＧＲ補正部は、前記燃焼室から前記排気通路内へと排出されなかった既燃ガスである再循環排気ガスの流量分をさらに差し引くための補正を行うものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、燃費の瞬時的な計測が可能であり、エンジンの始動時や過渡時等のエンジンの運転状態が急変化する時期であっても、正確な燃費の計測を行うことができるとともに、装置構成のコンパクト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、自動車等に搭載される内燃機関（以下「エンジン」とする。）の燃費の計測に際し、レーザ光を用いたガス分析装置を用いることで、高速応答性をもって計測されるエンジン排気ガス中の各成分の濃度（ガス濃度）に基づき、燃費の瞬時的な計測を可能とするものである。そして、燃費の計測に際し、排気ガスについてのガス濃度、および排気ガス中の各成分の密度とともに必要なファクターである排気ガスの流量を、吸入空気流量（吸入空気質量流量）と、前記ガス分析装置によって計測されるガス濃度が用いられて算出される空燃比とを用いて算出しようとするものである。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本明細書において、「燃費」とは、単位時間当たりに消費される燃料の質量である。したがって、以下に説明する実施の形態では、燃費の単位として、１秒当たりに消費される燃料の質量［ｇ／ｓｅｃ］を用いる。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態において、燃費の計測が行われるエンジン１は、シリンダブロックにおいて形成されるシリンダ２を備える。本実施形態のエンジン１は、直列４気筒エンジンであり、４つのシリンダ２を備える（図１では一つのみ図示）。シリンダ２内には、ピストン３が摺動可能に内装される。ピストン３は、コンロッド４を介してクランク軸１５に連結される。シリンダ２内におけるピストン３の上方には、燃焼室５が形成される。燃焼室５は、シリンダ２におけるピストン３よりも上方の空間が、シリンダブロックに取り付けられるシリンダヘッド等により区画されることで形成される。
【００２４】
燃焼室５に対しては、吸気ポート６および排気ポート７が連通する。吸気ポート６および排気ポート７は、シリンダヘッド内において形成される。吸気ポート６は、吸気通路８に接続される。吸気通路８は、各シリンダ２に対する分岐管を有しシリンダヘッドに取り付けられる吸気マニホールドにより構成される。排気ポート７は、排気通路９に接続される。排気通路９は、各シリンダ２に対する分岐管を有しシリンダヘッドに取り付けられる排気マニホールドにより構成される。
【００２５】
吸気ポート６と燃焼室５との間には、吸気ポート６の燃焼室５に対する開閉を行う吸気バルブ１１が設けられている。排気ポート７と燃焼室５との間には、排気ポート７の燃焼室５に対する開閉を行う排気バルブ１２が設けられている。吸気バルブ１１に対しては、エンジン１におけるバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ）機構）１３が設けられている。可変バルブタイミング機構１３は、吸気バルブ１１を作動させるカム（吸気カム）を有するカム軸（図示略）に設けられる。可変バルブタイミング機構１３は、吸気バルブ１１のバルブタイミングを可変とする。
【００２６】
なお、本実施形態では、エンジン１は、可変バルブタイミング機構として、吸気バルブ１１についてのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構１３を備える構成であるが、これに限定されるものではない。すなわち、エンジン１は、排気バルブ１２についての可変バルブタイミング機構を備える構成であってもよい。また、エンジン１が備える可変バルブタイミング機構は、吸気バルブ１１または排気バルブ１２のバルブリフト量を可変とする機能を有するものであってもよい。
【００２７】
また、図示は省略するが、エンジン１においては、燃焼室５に対して、燃焼室５内に燃料を噴射するインジェクタや、燃焼室５内の混合気に点火するための点火プラグ等が設けられる。
【００２８】
また、エンジン１においては、クランク軸１５の近傍に、回転センサ１６が設けられる。回転センサ１６は、クランク軸１５の回転角度（クランク角）およびクランク軸１５の回転数（エンジン１の回転数）を検出する。回転センサ１６としては、例えば、磁気式センサや光学式センサ等の非接触式の回転変位（回転角度）センサが用いられる。具体的には、クランク軸１５の回転角度および回転数を検出するための構成としては、回転センサ１６に対して、クランク軸１５に取り付けられ外周に沿って形成される被検出部（歯部等）を有するプレート状のロータ部材が設けられる構成がある。つまりこの場合、クランク軸１５の回転にともない回転するロータ部材の被検出部の通過が、回転センサ１６によって検出されるいわゆるマグネットピックアップ式のセンサが構成される。
【００２９】
また、エンジン１においては、吸気通路８内に、エアフローメータ１７が設けられる。エアフローメータ１７は、エンジン１における吸入空気量を測定する。
【００３０】
このような構成を備えるエンジン１において、ピストン３の下降とともに、吸気通路８からの吸気ガスが吸気バルブ１１を介して燃焼室５に吸入される吸気行程が行われる。吸気行程の後、吸気バルブ１１が閉じ、下死点に達したピストン３の上昇により、吸入空気に燃料が噴射された混合気が燃焼室５において圧縮される圧縮行程が行われる。ピストン３が上死点近くまで上昇すると、所定のタイミングでの混合気に対する点火によって燃焼行程が行われる。そして、燃焼の圧力によって下降したピストン３が、再度上昇する際に、排気バルブ１２が開かれ、燃焼室５内の燃焼ガスが、排気バルブ１２を介して排気ガスとして排気通路９に排出される排気行程が行われる。これら吸気・圧縮・燃焼・排気の４つの一連の行程が１回のサイクルとなる。
【００３１】
エンジン１のサイクルにおいて、吸気通路８からの吸気ガスの吸入のタイミングおよび排気通路９への排気ガスの排出のタイミングは、それぞれ吸気バルブ１１および排気バルブ１２の開弁タイミングによって設定される。ここで、エンジン１においては、吸気バルブ１１の開弁タイミング（排気バルブ１２の開弁時期に対するオーバーラップ量）は、可変バルブタイミング機構１３により可変とされる。
【００３２】
また、エンジン１は、排気通路９内の排気ガスの一部を吸気通路８内に還流する排気ガス再循環装置（以下、「ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置」という。）２０を備える。ＥＧＲ装置２０は、ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲバルブ２２とを備える。
【００３３】
ＥＧＲ通路２１は、一端側が吸気通路８に、他端側が排気通路９にそれぞれ接続され、燃焼室５の下流側となる排気通路９と燃焼室５の上流側となる吸気通路８とをバイパスする。つまり、ＥＧＲ通路２１により、排気通路９へ排出された既燃ガス（排気ガス）の一部が、吸気通路８へと戻される。吸気通路８へと戻された既燃ガスは、吸入新気（吸気ガス）とともに筒内（燃焼室５内）に導入される。ＥＧＲバルブ２２は、例えば電子制御バルブとして構成され、ＥＧＲ通路２１の通路面積を調整する。ＥＧＲバルブ２２の開度により、ＥＧＲ通路２１を通過する既燃ガスの流量が調整される。
【００３４】
このような構成のＥＧＲ装置２０により、比較的比熱の大きい排気ガスが一部吸気側に戻されることで、燃焼温度が低下し、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成が抑制される。なお、ＥＧＲ通路２１においては、ＥＧＲ通路２１を通過する既燃ガスの温度を低下させるＥＧＲクーラ等が適宜設けられる。
【００３５】
以上の構成を備える本実施形態のエンジン１において、燃費の計測が行われる。本実施形態では、エンジン１の燃費Ｆ（ｇ／ｓｅｃ）は、次式（１）により求められる。
【００３６】
【数１】
0005052390.tif 000002
【００３７】
上記式（１）において、Ｗは燃料の炭素重量割合（炭素質量割合）、Ｇは燃料の比重、［ＴＨＣｍａｓｓ］は１秒当たりに排出される排気ガス中のＴＨＣ（全炭化水素、炭化水素類）の質量（ｇ／ｓｅｃ）、［ＣＯｍａｓｓ］は１秒当たりに排出される排気ガス中のＣＯ（一酸化炭素）の質量（ｇ／ｓｅｃ）、［ＣＯ２ｍａｓｓ］は１秒当たりに排出される排気ガス中のＣＯ２（二酸化炭素）の質量（ｇ／ｓｅｃ）をそれぞれ表す。
【００３８】
また、上記式（１）における燃料の炭素重量割合Ｗは、次式（２）により求められる。
【００３９】
【数２】
0005052390.tif 000003
【００４０】
上記式（２）において、ＭＣは炭素の原子量、ＭＨは水素の原子量、ＭＯは酸素の原子量、ａは燃料の水素炭素原子数比（Ｈ／Ｃ）、ｂは燃料の酸素炭素原子数比（Ｏ／Ｃ）である。したがって、炭素重量割合Ｗの値は、予め上記式（２）によって求められる。
【００４１】
また、上記式（１）における［ＣＯｍａｓｓ］の係数０．４２８８は、一酸化炭素の分子量をＭＣＯとした場合のＭＣ／ＭＣＯから求められる値である。また、同じく式（１）における［ＣＯ２ｍａｓｓ］の係数０．２７２９は、二酸化炭素の分子量をＭＣＯ２とした場合のＭＣ／ＭＣＯ２から求められる値である。
【００４２】
そして、上記式（１）における排気ガス中の各成分の質量である［ＴＨＣｍａｓｓ］、［ＣＯｍａｓｓ］、および［ＣＯ２ｍａｓｓ］は、それぞれ次式（３）〜（５）により求められる。
【００４３】
【数３】
0005052390.tif 000004
【００４４】
【数４】
0005052390.tif 000005
【００４５】
【数５】
0005052390.tif 000006
【００４６】
上記式（３）〜（５）において、［ＴＨＣ］は排気ガス中のＴＨＣ濃度（％）、［ＣＯ］は排気ガス中のＣＯ濃度（％）、［ＣＯ２］は排気ガス中のＣＯ２濃度（％）、ＤＴＨＣはＴＨＣ密度（ｇ／ｍ３）、ＤＣＯはＣＯ密度（ｇ／ｍ３）、ＤＣＯ２はＣＯ２密度（ｇ／ｍ３）、Ｑは１秒あたりに排出される排気ガスの流量（ｍ３／ｓｅｃ）である。
【００４７】
したがって、エンジン１の燃費は、上記式（１）より、排気ガス中の各成分の質量［ＴＨＣｍａｓｓ］、［ＣＯｍａｓｓ］、および［ＣＯ２ｍａｓｓ］が求められることにより、計測することができる。そして、排気ガス中の各成分の質量［ＴＨＣｍａｓｓ］、［ＣＯｍａｓｓ］、および［ＣＯ２ｍａｓｓ］は、上記式（３）〜（５）より、各成分の濃度［ＴＨＣ］、［ＣＯ］、および［ＣＯ２］、各成分の密度ＤＴＨＣ、ＤＣＯ、およびＤＣＯ２、ならびに排気ガスの流量Ｑから求められる。
【００４８】
すなわち、本実施形態に係る燃費計測方法は、エンジン１の排気ガスの流量（Ｑ）と、排気ガスに含まれる炭化水素類（ＴＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および二酸化炭素（ＣＯ２）の各成分の濃度（［ＴＨＣ］、［ＣＯ］、［ＣＯ２］）と、予め求められる前記各成分の密度（ＤＴＨＣ、ＤＣＯ、ＤＣＯ２）とに基づいて、エンジン１の燃費を計測するものである。以下、エンジン１の排気ガスの流量（以下「排ガス流量」という。）、排気ガス中の各成分の濃度（ガス濃度）、および排気ガス中の各成分の密度（ガス密度）それぞれについて説明する。なお、以下の説明において、エンジン１の排気ガス中の「各成分」は、炭化水素類（ＴＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および二酸化炭素（ＣＯ２）を指すものとする。
【００４９】
まず、エンジン１の排気ガス中の各成分の濃度（［ＴＨＣ］、［ＣＯ］、［ＣＯ２］）について説明する。排気ガス中の各成分の濃度は、ガス濃度計測システム１０により計測される。ガス濃度計測システム１０について、図２を加えて説明する。
【００５０】
本実施形態に係るガス濃度計測システム１０は、センサ部３０と、計測装置４０とを備える。ガス濃度計測システム１０は、排気ガスについてのガス濃度の計測を行うものであるため、排気通路９内に対して設けられるセンサ部３０である排気側センサ６０を有する（図１参照）。つまり、ガス濃度計測システム１０は、センサ部３０を、排気通路９内に対して設けて構成され、排気ガスの濃度を計測する。
【００５１】
センサ部３０は、濃度計測対象ガス（以下単に「対象ガス」という。）に対してガス濃度計測用のレーザ光（以下単に「レーザ光」という。）を照射するとともに対象ガス中を透過したレーザ光を受光する。したがって、図２に示すように、センサ部３０は、対象ガスに対してレーザ光を照射する投光部３１と、対象ガス中を透過したレーザ光を受光する受光部３２とを有する。
【００５２】
すなわち、ガス濃度計測システム１０は、そのセンサ部３０において、対象ガスにレーザ光を照射するとともに、対象ガスを透過したレーザ光を検出する。そして、ガス濃度計測システム１０は、センサ部３０により検出したレーザ光から、ガスの種類等の相違によりレーザ光のガスによる吸収量が相違することや、対象ガスによって一部が吸収された後の特定波長の光量等に基づいて、ガス濃度の計測を行う。センサ部３０は、計測装置４０に接続される。
【００５３】
計測装置４０は、レーザ光の発信・受光用の光コントローラ部４１と、光コントローラ部４１からのデータに基づいてガス濃度の計測を行うガス濃度計測部４２とを備える。計測装置４０は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、プログラム等を格納する格納部や、プログラム等に従って所定の演算を行う演算部や、演算部による演算結果などを記憶する記憶部等を有する。
【００５４】
光コントローラ部４１は、複数の波長の赤外線レーザ光を照射する投光部である。レーザ光の波長は、検出するガスの成分に合わせて設定される。したがって、検出されるガスの成分に、炭化水素類（ＴＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および二酸化炭素（ＣＯ２）が含まれる場合は、レーザ光の波長として、少なくともＴＨＣ、ＣＯ、およびＣＯ２のガス濃度の検出に適した３種類の波長が用いられる。また、計測装置４０においては、光コントローラ部４１に対して、センサ部３０に接続される図示せぬ差分型光検出器等が設けられる。かかる光コントローラ部４１により、センサ部３０により受光された信号光が導光され、対象ガス中を透過して減衰したレーザ光と、対象ガス中を透過していないレーザ光との信号光が、ガス濃度計測部４２に出力される。なお、光コントローラ部４１とガス濃度計測部４２とは、コントローラ装置やコンピュータ装置が用いられる等して、別体として構成されてもよい。
【００５５】
このように、本実施形態では、ガス濃度計測システム１０を構成する、センサ部３０と、計測装置４０に備えられる光コントローラ部４１およびガス濃度計測部４２とを含む構成が、ガス濃度計測手段として機能する。
【００５６】
図２に示すように、センサ部３０を構成する投光部３１および受光部３２は、所定の支持体３３に対して設けられる。支持体３３は、対象ガスが存在することとなる空間部である対象ガス空間部３３ａを形成する。支持体３３は、エンジン１の構成部材とは別部材により構成されても、エンジン１の構成部材が用いられて構成されてもよい。
【００５７】
投光部３１は、赤外線送信用の光ファイバ３４を有する。光ファイバ３４は、図示せぬ入光コリメータ等を介して支持体３３に対して位置決めされた状態で設けられる。具体的には、光ファイバ３４は、その投光面が対象ガス空間部３３ａに臨む状態となる所定の姿勢で、支持体３３に対して位置決めされる。
【００５８】
受光部３２は、レーザ光を検出するディテクタ３５を有する。ディテクタ３５は、図示せぬ受光コリメータ等を介して支持体３３に対して位置決めされた状態で設けられる。具体的には、ディテクタ３５は、その受光面が対象ガス空間部３３ａに臨む状態であり、光ファイバ３４から照射されるレーザ光を受光可能な状態となる所定の姿勢で、支持体３３に対して位置決めされる。
【００５９】
これら投光部３１を構成する光ファイバ３４、および受光部３２を構成するディテクタ３５は、それぞれ上述した計測装置４０（の光コントローラ部４１）に対して接続される。そして、計測装置４０の光コントローラ部４１から射出されたレーザ光は、光ファイバ３４により照射されて、対象ガス空間部３３ａに導かれる。対象ガス空間部３３ａ内の対象ガス中を透過したレーザ光は、ディテクタ３５にて受光される。ディテクタ３５からの受光信号は、光コントローラ部４１に対して入力される。
【００６０】
なお、センサ部３０が有する投光部３１および受光部３２の構成は、本実施形態に限定されるものではない。例えば、投光部３１より照射されるレーザ光は、紫外線レーザ光等でもよい。また、光ファイバ３４やディテクタ３５の代わりに、レーザダイオードやフォトダイオードが用いられてもよい。
【００６１】
また、センサ部３０については、投光部３１から照射されるレーザ光が、多重反射した後に受光部３２にて受光される構成であってもよい。かかる構成は、支持部３３の内周面が鏡面仕上げされることで反射面とされたり反射鏡（ミラー）が用いられたりすることで実現される。このようにセンサ部３０においてレーザ光が多重反射する構成が採用されることで、レーザ光が対象ガス中を通過する距離（測定長）が長くなり測定感度が増すことから、測定精度の向上が図れる。その他、センサ部３０については、必要に応じて適宜公知の技術が用いられる。
【００６２】
このような構成を有するセンサ部３０が、排気側センサ６０として設けられる。すなわち、排気側センサ６０は、排気通路９内に対して設けられ、対象ガスをエンジン１の排気ガスとするセンサ部３０である。
【００６３】
排気側センサ６０は、センサ部３０の構成における支持体３３との関係について、例えば次のようにして設けられる。すなわち、支持体３３がエンジン１の構成部材とは別部材により構成される場合は、投光部３１および受光部３２を有する支持体３３が、例えば排気通路９を構成する排気マニホールドの各シリンダ２に対する分岐管とこの分岐管が接続されるシリンダヘッドとの間に介装されること等により、排気側センサ６０が設けられる。また、支持体３３がエンジン１の構成部材が用いられて構成される場合は、例えばシリンダヘッドや排気マニホールドの分岐管の一部がセンサ部３０における支持体３３とされ、この支持体３３に対して投光部３１および受光部３２が構成されることにより、排気側センサ６０が設けられる。
【００６４】
以上のような構成を備えるガス濃度計測システム１０によれば、排気ガスについて精度の良いガス濃度の計測が、エンジン１の運転状況に応じてリアルタイムに連続して行われる。つまり、本実施形態のガス濃度計測システム１０によれば、排気側センサ６０によって、排気ガスのガス濃度がどのように変化するかを瞬時に計測することができ、エンジン１におけるガス挙動をリアルタイムに連続して計測することができる。
【００６５】
具体的には、ガス濃度計測システム１０によれば、エンジン１における１回の燃焼についてのガス挙動を捕えるに十分な応答性が得られる。つまり、計測装置４０においては、ガス濃度計測部４２によるガス濃度の計測について、エンジン１における１回の燃焼に要する時間よりも速い高速応答性が得られる。したがって、本実施形態では、計測装置４０が、エンジン１の１回の燃焼に要する時間よりも速い応答性を有し、センサ部３０からの検出信号に基づいて、対象ガスのガス濃度を計測する計測手段として機能する。
【００６６】
ここで、エンジン１の１回の燃焼に要する時間とは、エンジン１の各シリンダ２（以下「気筒」ともいう。）については、１回のサイクルに要する時間となる。本実施形態のエンジン１は、４ストロークエンジンであり、各気筒における１回のサイクルで、クランク軸１５が２回転（クランク角で７２０°）し、ピストン３が２往復することで、１回の燃焼が行われる。
【００６７】
また、本実施形態のエンジン１のように、複数の気筒を備える多気筒エンジンにおいては、各気筒における燃焼が所定の順番で等間隔（クランク角で等角度間隔）で行われる。つまり、本実施形態のエンジン１のように、４気筒エンジンにおいては、各気筒における燃焼がクランク角で１８０°ごとに行われることとなる。したがって、エンジン１において、各気筒についてのガス濃度の計測が行われる場合は、エンジン１の１回の燃焼に要する時間は、いずれかの気筒における燃焼に要する時間となる。
【００６８】
これらのことから、エンジンの１回の燃焼に要する時間は、エンジンにおける回転数や気筒数等に応じた時間となる。より具体的には、計測装置４０は、その計測速度が例えば連続計測時で数ｍｓｅｃ程度となる高速応答性を有することとなる。
【００６９】
このように、本実施形態では、排気ガス中のＴＨＣ濃度（［ＴＨＣ］）、ＣＯ濃度（［ＣＯ］）、およびＣＯ２濃度（［ＣＯ２］）が、ガス濃度計測システム１０が用いられて高速応答性をもって計測される。
【００７０】
次に、エンジン１の排気ガス中の各成分の密度（ＤＴＨＣ、ＤＣＯ、ＤＣＯ２）について説明する。排気ガス中の各成分のガス密度は、前記のとおり予め求められる。排気ガス中の各成分のガス密度としては、例えば、常温常圧（例えば２５℃、１気圧）下でのガス密度が用いられる。つまりこの場合、排気ガス中の各成分の密度は、常温常圧の条件下で計算されることによって予め求められる。具体的な値としては、例えば、排気ガス中の各成分のガス密度（ｇ／ｍ３）として、ＤＴＨＣ：０．５７７×１０−３（Ｈ／Ｃ＝１．８５）、ＤＣＯ：１．１７×１０−３、ＤＣＯ２：１．８３×１０−３が用いられる。
【００７１】
続いて、エンジン１の排ガス流量（Ｑ）について説明する。エンジン１の排ガス流量は、吸気通路８を介して供給された吸入空気流量と、燃焼に使用された燃料流量との和となることから、次式（６）で表される。
Ｑｅｘ＝Ｑａｉｒ＋Ｑｆｕｅｌ  ・・・（６）
【００７２】
上記式（６）において、Ｑｅｘは１秒当たりに排出される排気ガス質量流量（ｇ／ｓｅｃ）、Ｑａｉｒは１秒当たりに吸入される吸入空気質量流量（ｇ／ｓｅｃ）、Ｑｆｕｅｌは１秒当たりに噴射される燃料質量流量（ｇ／ｓｅｃ）である。したがって、上記式（６）は、エンジン１の空燃比（エンジン内で燃焼する吸入空気と燃料との比率）Ａ／Ｆが用いられることで、次式（７）として表される。
【００７３】
【数６】
0005052390.tif 000007
【００７４】
また、体積流量である排ガス流量Ｑ（ｍ３／ｓｅｃ）は、エンジン１の排気ガスの密度（以下「排ガス密度」という。）Ｄｅｘ（ｇ／ｍ３）との関係において、次式（８）で表される。
Ｑ＝Ｑｅｘ／Ｄｅｘ  ・・・（８）
【００７５】
上記式（７）および（８）から、次式（９）が導かれる。
【００７６】
【数７】
0005052390.tif 000008
【００７７】
上記式（９）において、吸入空気質量流量Ｑａｉｒとしては、エンジン１に備えられるエアフローメータ１７により計測される吸入空気量の測定値を用いることができる。また、式（９）において、排ガス密度Ｄｅｘは、予め求めることができる。具体的には、エンジン１における燃焼による排気ガスの質量増加分と体積増加分との比率は、空気の密度に近い値となる。そのため、いわゆるリーン燃焼の場合は、排ガス密度は、空気の密度とほぼ等しい値となる。そこで、排ガス密度Ｄｅｘとしては、例えば約１．２×１０−３（ｇ／ｍ３）の値が用いられる。したがって、上記式（９）により、空燃比Ａ／Ｆを求めることができれば、排ガス流量Ｑが求められる。
【００７８】
本実施形態では、空燃比の算出は、エンジン１における排気ガスのガス濃度が用いられて行われる。すなわち、排気側センサ６０からの検出値に基づく排気ガスについてのガス濃度から、計測装置４０によって空燃比の算出が行われる。
【００７９】
本実施形態では、空燃比の算出に際し、計測装置４０が空燃比算出部４３を備える。そして、空燃比算出部４３は、排気側センサ６０からの検出値に基づいてガス濃度計測部４２によって計測される排気ガスについてのガス濃度から、エンジン１の空燃比の算出を行う。空燃比は、エンジン１における燃焼について完全燃焼の仮定の下、排気ガスに含まれる成分についての分子量等から予め求められている計算式に基づいて、排気ガスに含まれるガス濃度から算出される。具体的には、空燃比Ａ／Ｆは、例えば次式（１０）により算出される。
【００８０】
【数８】
0005052390.tif 000009
【００８１】
上記式（１０）において、排気ガス中の各成分の濃度である［ＴＨＣ］、［ＣＯ］、および［ＣＯ２］は、前述したようにガス濃度計測システム１０が用いられて計測される。また、［Ｈ２Ｏ］は排気ガス中のＨ２Ｏ濃度（％）であり、前記各成分の濃度と同様に、ガス濃度計測システム１０が用いられて計測される。つまり、前述した光コントローラ部４１において、例えば、前記各成分のガス濃度の検出に適した３種類の波長に加え、水（Ｈ２Ｏ）の検出に適した波長が設定されることで、ガス濃度計測システム１０によって排気ガス中のＨ２Ｏ濃度（％）が計測される。
【００８２】
また、上記式（１０）において、Ｍａｉｒは空気の分子量である。したがって、Ｍａｉｒの値としては、例えば２８．８５が用いられる。また、上記式（１０）において、ａおよびｂは、それぞれ前記のとおり燃料の水素炭素原子数比（Ｈ／Ｃ）、酸素炭素原子数比（Ｏ／Ｃ）である。また、上記式（１０）において、Ｋは、燃焼後のＣＯ、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、Ｈ２の各濃度の関係における水性ガス反応定数（水性反応の平衡定数）である。したがって、水性ガス反応定数Ｋは、実験等によって予め求められる。
【００８３】
このように、空燃比算出部４３は、ガス濃度計測システム１０により計測される各成分の濃度（［ＴＨＣ］、［ＣＯ］、［ＣＯ２］）、および排気ガスに含まれる水（Ｈ２Ｏ）の濃度（［Ｈ２Ｏ］）に基づいて、エンジン１の空燃比Ａ／Ｆを算出する。実体的には、計測装置４０が、排気側センサ６０により検出される検出値に基づいて、空燃比算出部４３により、格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことで、エンジン１における空燃比の算出を行う。
【００８４】
すなわち、空燃比算出部４３は、ＴＨＣ、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏそれぞれのガス濃度、空気の分子量Ｍａｉｒ、水素炭素原子数比ａ、酸素炭素原子数比ｂ、および水性ガス反応定数Ｋの各値から、上記式（１０）により、空燃比Ａ／Ｆを算出する。ここで、前記各値のうち、空気の分子量Ｍａｉｒ、水素炭素原子数比ａ、酸素炭素原子数比ｂ、および水性ガス反応定数Ｋの値については、実験等によって予め求められ、計測装置４０が備える格納部等において予め設定され記憶される。
【００８５】
このようにして求められた空燃比が用いられ、排ガス流量が求められる。本実施形態では、排ガス流量の計測に際し、計測装置４０が排気ガス流量計測部４４を備える。排気ガス流量計測部４４は、エアフローメータ１７により計測される吸入空気量、空燃比算出部４３により算出される空燃比、および予め求められる排ガス密度に基づいて、排ガス流量を計測する。
【００８６】
すなわち、本実施形態では、エアフローメータ１７が、エンジン１に対する吸入空気量を計測する吸入空気量計測手段として機能する。そして、排気ガス流量計測部４４は、吸入空気質量流量Ｑａｉｒ、排ガス密度Ｄｅｘ、および空燃比Ａ／Ｆの各値から、上記式（９）により、排ガス流量Ｑを算出する。実体的には、計測装置４０が、排気ガス流量計測部４４により、格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことで、排ガス流量の計測を行う。ここで、前記各値のうち、排ガス密度Ｄｅｘの値ついては、実験等によって予め求められ、計測装置４０が備える格納部等において予め設定され記憶される。
【００８７】
このように、本実施形態では、排ガス流量Ｑが、エンジン１に対する吸入空気量（吸入空気質量流量Ｑａｉｒ）と、予め求められる排ガス密度Ｄｅｘと、ガス濃度計測システム１０により計測される各成分の濃度［ＴＨＣ］、［ＣＯ］、［ＣＯ２］、および排気ガスに含まれる水（Ｈ２Ｏ）の濃度［Ｈ２Ｏ］が用いられて算出される空燃比Ａ／Ｆとに基づいて計測される。
【００８８】
以上のようにして求められたエンジン１の排気ガス中の各成分の濃度［ＴＨＣ］、［ＣＯ］、［ＣＯ２］と、各成分の密度ＤＴＨＣ、ＤＣＯ、ＤＣＯ２と、排ガス流量Ｑとに基づいて、エンジン１の燃費が計測される。本実施形態では、燃費の計測に際し、計測装置４０が燃費計測部４５を備える。燃費計測部４５は、ガス濃度計測システム１０により計測される各成分の濃度（［ＴＨＣ］、［ＣＯ］、［ＣＯ２］）、各成分の密度（ＤＴＨＣ、ＤＣＯ、ＤＣＯ２）、および排気ガス流量計測部４４により計測される排ガス流量（Ｑ）に基づいて、エンジン１の燃費を計測する。
【００８９】
すなわち、燃費計測部４５は、エンジン１の排気ガス中の各成分の濃度［ＴＨＣ］、［ＣＯ］、および［ＣＯ２］、各成分の密度ＤＴＨＣ、ＤＣＯ、およびＤＣＯ２、ならびに排ガス流量Ｑから、上記式（３）〜（５）により、各成分の質量［ＴＨＣｍａｓｓ］、［ＣＯｍａｓｓ］、［ＣＯ２ｍａｓｓ］を算出する。そして、燃費計測部４５は、エンジン１の排気ガス中の各成分の質量［ＴＨＣｍａｓｓ］、［ＣＯｍａｓｓ］、および［ＣＯ２ｍａｓｓ］、炭素重量割合Ｗ、ならびに燃料の比重Ｇの各値から、上記式（１）により、エンジン１の燃費を算出する。実体的には、計測装置４０が、燃費計測部４５により、格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことで、エンジン１の燃費の計測を行う。ここで、前記各値のうち、炭素重合割合Ｗおよび燃料の比重Ｇの値については、実験等（炭素重合割合Ｗについては上記式（２）参照）によって予め求められ、計測装置４０が備える格納部等において予め設定され記憶される。
【００９０】
以上のように、本実施形態では、エンジン１の燃費を計測する燃費計測システムとして、ガス濃度計測システム１０と、エアフローメータ１７と、空燃比算出部４３、排気ガス流量計測部４４、および燃費計測部４５を含む計測装置４０とが備えられる。
【００９１】
なお、本実施形態では、エンジン１に対する吸入空気量を計測する吸入空気量計測手段として、エンジン１に備えられるエアフローメータ１７が用いられているが、これに限定されるものではない。吸入空気量計測手段としては、エンジン１に対する吸入空気量（吸入空気質量流量Ｑａｉｒ（ｇ／ｓｅｃ））を計測できるものであればよく、例えば、熱線式流量計や超音波流量計など他の公知の流量計を用いることができる。
【００９２】
また、本実施形態では、排気ガスを検出対象とする排気側センサ６０が、排気バルブ１２の近傍、つまりＥＧＲ通路２１の排気通路９に対する接続部よりも上流側に設けられているが、これに限定されるものではない。すなわち、排気側センサ６０が設けられる位置、つまり排気ガスについてのガス濃度の計測位置は、エンジン１における排気系であれば、特に限定されるものではない。また、排気側センサ６０は、エンジン１の排気系において複数箇所に設けられてもよい。
【００９３】
以上の本実施形態に係る燃費計測方法および燃費計測システムによれば、エンジン１の燃費の瞬時的な計測が可能であり、エンジン１の始動時や過渡時等のエンジン１の運転状態が急変化する時期であっても、正確な燃費の計測を行うことができるとともに、装置構成のコンパクト化を図ることができる。
【００９４】
すなわち、本実施形態の燃費の計測に際して用いられる値は、前述したように排ガス濃度計測システム１０によって高速応答性（数ｍｓｅｃ程度）をもって計測される排気ガスを構成する成分のガス濃度であり、その他は実験等により予め求められる値やエアフローメータ１７による測定値であることから、エンジン１の燃費について瞬時的な計測が可能となる。これにより、燃費の計測に際し、エンジン１の始動時や過渡時等の運転状態の急変化にともなって変動する燃費の変化を捉えることが可能となり、エンジン１の運転状態に即した正確な燃費の計測を行うことができる。
【００９５】
また、本実施形態の燃費の計測に際して用いられる構成は、センサ部３０がエンジン１に内蔵される態様で設けることができる排ガス濃度計測システム１０や、エンジン１における既存の構成としてのエアフローメータ１７等である。このため、従来の燃費計測方法のように、容積式の流量計や排気ガスの採取に用いられるバッグ等の大がかりな装置構成が必要とされる場合と比べて、コンパクトな装置構成が実現できる。
【００９６】
ところで、上述のようなエンジン１の燃費の高速応答計測においては、例えばエンジン１における１回の燃焼ごとの燃費の計測が可能となる。このような瞬時的な燃費の計測が行われるに際しては、その計測値に、エンジン１における吸気ガスと排気ガスとの対応について時間的なズレが反映されることとなる。すなわち、本実施形態の燃費の計測には、吸入空気量のような吸気ガスについての計測値と、排ガス濃度や排ガス密度などの排気ガスについての計測値との両方が用いられる。具体的には、排ガス流量Ｑを求めるための上記式（９）において、吸入空気質量流量Ｑａｉｒは、吸気ガスについての計測値であり、空燃比Ａ／Ｆは、排気ガスの各成分のガス濃度（[ＴＨＣ]等）のような排気ガスについての計測値から導かれる値である（上記式（１０）参照）。
【００９７】
このため、燃費の計測に際し、排気ガスおよび吸気ガスそれぞれの計測値として同時刻の値が用いられると、例えばエンジン１における１回の燃焼ごとの燃費が計測される場合、吸気ガスとその吸気ガスが用いられる燃焼により生じる排気ガスとの対応において、１回の燃焼に要する時間分、時間的なズレが存在することとなる。つまりこの場合、ある１回の燃焼により生じた排気ガスについての計測値が得られた時刻において計測対象となる吸気ガスは、次回の燃焼に用いられる吸気ガスに対応することとなる。したがって、エンジン１の燃費の計測に際しては、吸気ガスと、その吸気ガスが用いられる燃焼により生じる排気ガスとの間で、各ガスについての計測タイミングの同期が図られることが、燃費の計測精度を向上させるうえで好ましい。
【００９８】
そこで、本実施形態におけるエンジン１の燃費の計測においては、吸気バルブ１１および排気バルブ１２の開閉タイミングと、エンジン１の回転数とから、吸気側と排気側との間の時間オフセット量が正確に算出され、吸気ガスおよび排気ガスそれぞれの計測値についての計測タイミングを同期させる補正が行われる。
【００９９】
ここで、本実施形態のエンジン１の燃焼サイクルにおける吸気バルブ１１および排気バルブ１２の開閉タイミングについて、図３を用いて説明する。本説明において、吸気バルブ１１および排気バルブ１２の開閉タイミングは、ピストン３が上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）との間を往復する間のクランク軸１５の回転角度に対応させ、上死点および下死点をそれぞれ基準として、上死点の前後、および下死点の前後の角度として表す。なお、図３において、ＢＴＤＣは上死点前を表し、ＡＴＤＣは上死点後を表し、ＢＢＤＣは下死点前を表し、ＡＢＤＣは下死点後を表す。また、図３において、内側のサークル部Ｓ１が、吸気バルブ１１が開いている角度範囲を表し、外側のサークル部Ｓ２が、排気バルブ１２が開いている角度範囲を表す。
【０１００】
本実施形態のエンジン１は、前述したように、各気筒における１回のサイクルで、クランク軸１５が２回転（クランク角で７２０°）し、ピストン３が２往復することで、１回の燃焼が行われる。そして、この１回の燃焼では、まず、前回の燃焼サイクルにおける排気行程で排気バルブ１２が開いている状態において、上死点前４３°で、吸気バルブ１１が開く。これにより、上死点に達したピストン３の下降とともに吸気行程が行われる。ここで、上死点後３°で、排気バルブ１２が閉じる。
【０１０１】
下死点に達したピストン３の上昇とともに、下死点後２０°で、吸気バルブ１１が閉じ、圧縮工程が行われる。ピストン３が上死点近くまで上昇すると、所定のタイミングで混合気に対する点火による燃焼行程が行われる。そして、燃焼の圧力によってピストン３が下死点まで下降する際に、下死点前３７°で、排気バルブ１２が開く。これにより、排気行程が行われる。ここで開いた排気バルブ１２は、前記のとおり上死点後３°で閉じる。また、この排気行程においてピストン３が上死点に達するまでの間に、前記のとおり吸気バルブ１１が上死点前４３°で開く。つまり、上死点前４３°から上死点後３°までの角度範囲が、吸気バルブ１１の開弁タイミングの、排気バルブ１２の開弁時期に対するオーバーラップ量となる。
【０１０２】
なお、吸気バルブ１１の開閉タイミングは、前記のとおりエンジン１に備えられる可変バルブタイミング機構１３によって可変とされる。したがって、バルブタイミングにおけるオーバーラップ量を定める吸気バルブ１１の開弁タイミングや、吸気バルブ１１の閉弁タイミングは可変とされる。ただし、本説明では、便宜上、エンジン１における各バルブの開閉タイミングは、上述のように、吸気バルブ１１の開弁タイミングは上死点前４３°、吸気バルブ１１の閉弁タイミングは下死点後２０°、排気バルブ１２の開弁タイミングは下死点前３７°、排気バルブ１２の閉弁タイミングは上死点後３°として設定されているものとする。
【０１０３】
このような１回の燃焼サイクルにおける吸気バルブ１１および排気バルブ１２の開閉タイミングについて、吸気のために吸気バルブ１１が開いてから、排気のために排気バルブ１２が開くまでの時間が、吸気側と排気側との間のオフセット時間（時間オフセット量）となる。つまり、例えば、エンジン１の燃費の計測に用いられる吸気ガスについての計測値（吸入空気質量流量Ｑａｉｒ）に関し、吸気バルブ１１の開弁タイミングから排気バルブ１２の開弁タイミングまでに要した時間分、前に（排気ガスについての計測値の計測タイミングよりも前に）計測された値が用いられることにより、吸気ガスおよび排気ガスそれぞれの計測値についての計測タイミングが同期した状態となる。
【０１０４】
したがって、本実施形態では、エンジン１の燃費の計測に際し、吸気バルブ１１が開いてから排気バルブ１２が開くまでの時間が、オフセット時間として算出される。そして、その算出されたオフセット時間が用いられて、吸気ガスについての計測値と排気ガスについての計測値との計測タイミングを同期させる補正（以下「タイミング補正」という。）が行われる。
【０１０５】
オフセット時間は、前記のとおり吸気バルブ１１が開いてから排気バルブ１２が開くまでの時間であるため、吸気バルブ１１および排気バルブ１２の開閉タイミングとエンジン１の回転数（回転速度）とから算出される。つまり、オフセット時間は、クランク軸１５が、吸気バルブ１１の開弁タイミングに対応する回転角度から排気バルブ１２の開弁タイミングに対応する回転角度までの角度範囲（以下「オフセット角度」という。）を回転するのに要した時間となる。こうしたクランク軸１５の回転角度およびエンジン１の回転数は、エンジン１に備えられる回転センサ１６により検出される。
【０１０６】
オフセット時間は、具体的には次のようにして算出される。オフセット角度は、燃焼サイクルにおける吸気に際してピストン３が上死点に達した時から、圧縮、燃焼を経て、排気が開始されるに際して下死点に達するまでの１回転半の回転角度である５４０°に対して、吸気バルブ１１の開弁状態の延長範囲となる、吸気バルブ１１の開弁タイミングである上死点前４３°の４３°が加算され、排気バルブ１２の開弁状態の短縮範囲となる、排気バルブ１２の開弁タイミングである下死点前３７°の３７°が減算された角度範囲となる。したがって、オフセット角度は、５４０（°）＋４３（°）−３７（°）＝５４６（°）となる。
【０１０７】
そして、例えば、エンジン１の回転数が、１２００ｒｐｍである場合とする。かかる場合、１秒当たりの回転数は１２００（ｒｐｍ）／６０（ｓｅｃ）＝２０（回転／ｓｅｃ）となる。つまり、１回転にかかる時間は、１（ｓｅｃ）／２０（回転）＝０．０５（ｓｅｃ／回転）となる。
【０１０８】
したがって、この場合、クランク軸１５が、オフセット角度を回転するのに要した時間は、オフセット角度が５４６°であり、１回転（３６０°）にかかる時間が０．０５ｓｅｃであることから、０．０５（ｓｅｃ）×（５４６（°）／３６０（°））＝０．０７５８３・・・（ｓｅｃ）となる。
【０１０９】
このようにして算出されるオフセット時間が用いられ、タイミング補正が行われる。つまり、タイミング補正が行われるに際しては、その際に設定されている各バルブの開閉タイミングから導かれるオフセット角度と、タイミング補正が行われる時点でのエンジン１の回転数とが用いられ、オフセット時間が算出される。
【０１１０】
すなわち、本実施形態では、クランク軸１５の回転角度と、エンジン１の回転数とから、エンジン１の１回の燃焼における、エンジン１において所定のシリンダ２に対して設けられる吸気バルブ１１が開いてから、前記所定のシリンダ２に対して設けられる排気バルブ１２が開くまでの時間であるオフセット時間が算出される。そして、このオフセット時間が用いられて、吸入空気量（吸入空気質量流量Ｑａｉｒ）についての計測値、およびガス濃度計測システム１０による各計測値（［ＴＨＣ］等）の計測タイミングを同期させる補正が行われる。
【０１１１】
本実施形態では、タイミング補正におけるオフセット時間の算出に際し、計測装置４０がオフセット時間算出部４６を備える。オフセット時間算出部４６は、回転センサ１６により検出されるクランク軸１５の回転角度、およびエンジン１の回転数から、オフセット時間を算出する。
【０１１２】
すなわち、オフセット時間算出部４６は、前述したように各バルブの開閉タイミングから導かれるオフセット角度と、回転センサ１６により検出されるエンジン１の回転数とから、オフセット時間の算出を行う。実体的には、計測装置４０が、オフセット時間算出部４６により、格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことで、オフセット時間の算出を行う。
【０１１３】
また、本実施形態では、タイミング補正に際し、計測装置４０がタイミング補正部４７を備える。タイミング補正部４７は、オフセット時間算出部４６により算出されたオフセット時間を用いて、エアフローメータ１７による計測値、およびガス濃度計測システム１０による各計測値の計測タイミングを同期させる補正を行う。
【０１１４】
すなわち、タイミング補正部４７は、オフセット時間算出部４６により算出されたオフセット時間を用いて、上記式（９）による排ガス流量Ｑの算出に用いられるエアフローメータ１７による吸入空気質量流量Ｑａｉｒについての計測値と、同じく排ガス流量Ｑの算出に用いられる空燃比Ａ／Ｆの算出（上記式（１０）参照）、および上記式（３）〜（５）による各成分の質量の算出に用いられるガス濃度計測システム１０による排気ガスの濃度［ＴＨＣ］、［ＣＯ］、［ＣＯ２］、［Ｈ２Ｏ］についての計測値との計測タイミングの同期を図る補正を行う。実体的には、計測装置４０が、タイミング補正部４７により、格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことで、タイミング補正を行う。
【０１１５】
そして、本実施形態では、タイミング補正として、例えば、吸入空気質量流量Ｑａｉｒの計測値について、ガス濃度［ＴＨＣ］、［ＣＯ］、［ＣＯ２］、［Ｈ２Ｏ］の計測値の計測タイミング対してオフセット時間分前に計測された値が用いられるという補正が行われる。
【０１１６】
以上のように、本実施形態に係る燃費計測システムは、タイミング補正を行うための構成として、クランク軸１５の回転角度を検出する回転角度検出手段およびエンジン１の回転数を検出する回転数検出手段として機能する回転センサ１６と、オフセット時間算出部４６およびタイミング補正部４７を含む計測装置４０とが備えられる。
【０１１７】
なお、本実施形態では、クランク軸１５の回転角度を検出する回転角度検出手段およびエンジン１の回転数を検出する回転数検出手段として、エンジン１に備えられる回転センサ１６が用いられているが、これに限定されるものではない。回転角度検出手段および回転数検出手段としては、例えば、回転角度検出手段と回転数検出手段とが別体として設けられる構成であってもよい。
【０１１８】
以上のように、エンジン１の燃費の計測において、吸気側と排気側との間でタイミング補正が行われることにより、瞬時的な燃費の計測に際し、エンジン１におけるガス挙動に即した燃費の変化を捉えることが可能となり、燃費の計測精度を向上させることができる。
【０１１９】
また、本実施形態のエンジン１は、ＥＧＲ装置２０および可変バルブタイミング機構１３を備える。かかるエンジン１においては、両者により、燃焼室５において燃焼に関与する吸入空気以外の既燃ガス（排気ガス）の量が調整される。すなわち、ＥＧＲ装置２０によれば、排気通路９からＥＧＲ通路２１および吸気通路８を介して燃焼室５に強制的に戻されて導入される排気ガスの量が、ＥＧＲバルブ２２の制御により調整される。また、可変バルブタイミング機構１３によれば、吸気バルブ１１の開閉時期の制御により、吸気バルブ１１のオーバーラップ量が調整され、燃焼室５から吸気ポート６側に吹き返されたり燃焼室５から排出されずに残留させられたりする既燃ガスの量が調整される。なお、可変バルブタイミング機構１３が吸気バルブ１１のバルブリフト量を可変とする機能を有する場合は、バルブリフト量の制御によっても、燃焼室５内の既燃ガスの量が調整される。
【０１２０】
このように、エンジン１においては、燃焼室５に存在することとなる吸入空気以外の既燃ガス（排気ガス）として、ＥＧＲ装置２０によるもの（以下「外部ＥＧＲ」という。）と、可変バルブタイミング機構１３によるもの（以下「内部ＥＧＲ」という。）とがある。つまり、エンジン１においては、燃焼室５に対するＥＧＲとして、外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとが存在する。これらのＥＧＲは、燃焼室５内に不活性ガスを導入するという点で共通の作用を有する。そして、ＥＧＲ装置２０におけるＥＧＲバルブ２２の開度により、外部ＥＧＲの量が調整され、可変バルブタイミング機構１３によるバルブタイミングやバルブリフト量により、内部ＥＧＲの量が変化する。
【０１２１】
こうした外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとが存在するエンジン１においては、上述した燃費の計測においてＥＧＲが影響し、ＥＧＲの量によっては、計測誤差が大きくなる場合がある。すなわち、内部ＥＧＲについては、吸気バルブ１１のオーバーラップ量が増えた場合、燃焼室５から吸気ポート６側に吹き返される既燃ガスの量が増加し、上記式（６）の成立が妨げられる（近似的にも成立しなくなる）。つまりこの場合、吸気ポート６側に吹き返される既燃ガスの量の分、式（６）における排気ガス質量流量Ｑｅｘが減少する。また、外部ＥＧＲについては、例えば、排ガス濃度計測システム１０の排気側センサ６０が、外部ＥＧＲのサンプリング位置より下流側、すなわちＥＧＲ通路２１の排気通路９に対する接続部よりも下流側に設けられる場合、前記と同様、上記式（６）の成立が妨げられる。つまりこの場合、ＥＧＲ装置２０によって強制的に戻される排気ガスの量の分、式（６）における排気ガス質量流量Ｑｅｘが減少する。
【０１２２】
つまり、エンジン１において、ＥＧＲの量が多くなることや排気側センサ６０が設けられる位置等により、燃費の計測において、上記式（６）の条件を用いることが困難となり、式（６）に基づいて導かれる上記式（９）による排ガス流量Ｑの計測において誤差が生じることとなる。したがって、エンジン１の燃費の計測に際しては、排気ガス質量流量Ｑｅｘの計測において、ＥＧＲによる排気ガスの流量分（減少分）が差し引かれることが、燃費の計測精度を向上させるうえで好ましい。
【０１２３】
そこで、本実施形態におけるエンジン１の燃費の計測においては、排ガス流量Ｑの計測（上記式（９）参照）に際し、ＥＧＲによる排気ガスの流量分（減少分）を差し引くための補正（以下「ＥＧＲ補正」という。）が行われる。ＥＧＲ補正には、ＥＧＲについての排気ガス再循環率（以下「ＥＧＲ率」という。）が算出されて用いられる。
【０１２４】
具体的には、ＥＧＲ補正は、次のようにして行われる。すなわち、エンジン１において、ＥＧＲが行われる場合、上記式（６）は、次式（１１）として表される。
ＱｅｘＥ＋［ＥＧＲ］Ｑｅｘ＝Ｑａｉｒ＋Ｑｆｕｅｌ  ・・・（１１）
【０１２５】
上記式（１１）において、ＱｅｘＥは、ＥＧＲに含まれずに排気通路９を介して排気される排気ガスの質量流量（以下「正味排気ガス質量流量」という。）（ｇ／ｓｅｃ）であり、［ＥＧＲ］はＥＧＲ率である。つまり、ＥＧＲが行われることにより、吸入空気流量と燃料流量との和（式（１１）右辺）に対応するエンジン１の排気ガスの流量は、正味排気ガス質量流量（ＱｅｘＥ）と、ＥＧＲされた排気ガス（［ＥＧＲ］Ｑｅｘ）との和となる。
【０１２６】
上記式（６）および（１１）から、次式（１２）が導かれる。
ＱｅｘＥ＝（１−［ＥＧＲ］）Ｑｅｘ  ・・・（１２）
【０１２７】
上記式（１２）で表される正味排気ガス質量流量ＱｅｘＥが、上述した排ガス流量Ｑの算出に際して用いられる。つまり、上記式（８）における排気ガス質量流量Ｑｅｘが、正味排気ガス質量流量ＱｅｘＥに置き換えられることで、ＥＧＲ補正後の排ガス流量Ｑが得られる。したがって、上記式（８）および（１２）から、次式（１３）が導かれる。
Ｑ＝（１−［ＥＧＲ］）Ｑｅｘ／Ｄｅｘ  ・・・（１３）
【０１２８】
そして、ＥＧＲ補正後の排ガス流量Ｑは、上記式（７）および（１３）から、次式（１４）により求められる。
【０１２９】
【数９】
0005052390.tif 000010
【０１３０】
つまり、燃費の計測におけるＥＧＲ補正によれば、排ガス流量Ｑが、上記式（１４）によって算出されることとなる。本実施形態では、ＥＧＲ補正に際し、計測装置４０が、ＥＧＲ率算出部４８とＥＧＲ補正部４９とを備える。
【０１３１】
本実施形態のエンジン１においては、外部ＥＧＲについてのＥＧＲ率（以下「外部ＥＧＲ率」という。）と、内部ＥＧＲについてのＥＧＲ率（以下「内部ＥＧＲ率」という。）とが切り分けて測定される。そして、エンジン１の燃費の計測に際して行われるＥＧＲ補正としては、外部ＥＧＲのみが考慮されたＥＧＲ補正（以下「第一のＥＧＲ補正」という。）と、外部ＥＧＲに加え内部ＥＧＲも考慮されたＥＧＲ補正（以下「第二のＥＧＲ補正」という。）とのいずれかが行われる。以下、各ＥＧＲ補正について説明する。
【０１３２】
まず、第一のＥＧＲ補正について説明する。第一のＥＧＲ補正においては、排ガス流量Ｑの計測に際し、ガス濃度計測システム１０により計測される排気ガス、および吸気ガスのガス濃度に基づいて、ＥＧＲ装置２０によるＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率）が算出される。そして、このＥＧＲ率が用いられて、ＥＧＲ装置２０による排気通路９内からの還流排気ガス（外部ＥＧＲ）の流量分を差し引くための補正が行われる。
【０１３３】
したがって、第一のＥＧＲ補正に際しては、ＥＧＲ率の算出のため、排気側センサ６０による排気ガスについてのガス濃度の計測に加え、吸気ガスについてのガス濃度の計測が行われる。このため、第一のＥＧＲ補正に際しては、ガス濃度計測システム１０は、排気側センサ６０に加え、吸気側センサ５０として、センサ部３０を、吸気通路８内に対してさらに備える（図１参照）。つまり、吸気側センサ５０は、吸気通路８内に対して設けられ、対象ガスをエンジン１の吸気ガスとするセンサ部３０である。
【０１３４】
吸気側センサ５０は、センサ部３０の構成における支持体３３との関係について、排気側センサ６０と同様にして設けられる。すなわち、支持体３３がエンジン１の構成部材とは別部材により構成される場合は、その支持体３３が、例えば吸気通路８を構成する吸気マニホールドの各シリンダ２に対する分岐管とこの分岐管が接続されるシリンダヘッドとの間に介装されること等により、吸気側センサ５０が設けられる。また、支持体３３がエンジン１の構成部材が用いられて構成される場合は、例えばシリンダヘッドや吸気マニホールドの分岐管の一部がセンサ部３０における支持体３３とされ、吸気側センサ５０が設けられる。
【０１３５】
また、吸気側センサ５０は、対象ガスを、ＥＧＲ装置２０による排気通路９内からの還流排気ガスを含む吸気ガスとする。つまり、吸気側センサ５０は、燃焼室５に対する吸気ガスの流れにおいて、ＥＧＲ装置２０のＥＧＲ通路２１の吸気通路８に対する合流部よりも下流側に設けられる。これにより、吸気側センサ５０によってガス濃度が検出される吸気ガスが、ＥＧＲ装置２０による排気還流ガスを含むものとなる。
【０１３６】
このように、第一のＥＧＲ補正に際しては、ガス濃度計測システム１０が備えるセンサ部３０が、吸気通路８内に対してさらに設けられ、吸気ガスのガス濃度（本実施形態ではＣＯ２濃度）が、エンジン１の１回の燃焼に要する時間よりも速い応答性をもって計測される。
【０１３７】
そして、外部ＥＧＲ率（％）は、次式（１５）により導かれる。
【０１３８】
【数１０】
0005052390.tif 000011
【０１３９】
上記式（１５）において、［ＣＯ２］ｉｎｔは吸気ガスについてのＣＯ２濃度（％）、［ＣＯ２］ｅｘｈは排気ガスについてのＣＯ２濃度（％）、［ＣＯ２］ａｉｒは大気中のＣＯ２濃度（％）をそれぞれ表す。
【０１４０】
つまり、第一のＥＧＲ補正においては、ＥＧＲ率算出部４８は、ガス濃度計測システム１０により計測される排気ガス、および吸気ガスのガス濃度に基づいて、排気ガス流量計測部４４による排ガス流量Ｑの計測に際し、ＥＧＲ率として外部ＥＧＲ率を算出する。すなわち、ＥＧＲ率算出部４８は、吸気側センサ５０および排気側センサ６０からの検出値に基づいてガス濃度計測部４２によって計測される吸気ガスおよび排気ガスについてのＣＯ２濃度、ならびに大気中のＣＯ２濃度から、上記式（１５）に基づいて、外部ＥＧＲ率の算出を行う。実体的には、計測装置４０が、ＥＧＲ率算出部４８により、格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことで、外部ＥＧＲ率の算出を行う。
【０１４１】
ここで、本実施形態においては、ＥＧＲ率の算出に際して必要となる大気中のＣＯ２濃度は、ＣＯ２センサ１４が用いられて計測される（図１参照）。つまり、本実施形態のガス濃度計測システム１０は、大気中のＣＯ２濃度が計測可能な位置に設けられるＣＯ２センサ１４を備える。ＣＯ２センサ１４としては、周知のものが用いられる。そして、ＣＯ２センサ１４によって検出された大気中のＣＯ２濃度についての検出信号が、計測装置４０に入力される。ただし、ＥＧＲ率の算出に際して用いられる大気中のＣＯ２濃度は、一般的な大気中のＣＯ２濃度の値が用いられてもよい。つまりこの場合、計測装置４０において一般的な大気中のＣＯ２濃度の値が予め設定され、ＥＧＲ率算出部４８によるＥＧＲ率の算出に際して用いられる。
【０１４２】
そして、このようにして算出された外部ＥＧＲ率が用いられて、排ガス流量Ｑの計測に際し、外部ＥＧＲの流量分を差し引くための補正が行われる。
【０１４３】
つまり、第一のＥＧＲ補正においては、ＥＧＲ補正部４９は、ＥＧＲ率算出部４８により算出された外部ＥＧＲ率を用いて、ＥＧＲ装置２０による排気通路９内からの還流排気ガス（外部ＥＧＲ）の流量分を差し引くための補正を行う。具体的には、ＥＧＲ補正部４９は、上記式（１４）において、ＥＧＲ率［ＥＧＲ］として、上記式（１５）により算出される外部ＥＧＲ率を用いることで、排ガス流量Ｑの算出に際しての補正を行う。実体的には、計測装置４０が、ＥＧＲ補正部４９により、格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことで、外部ＥＧＲ率を用いた排ガス流量Ｑの補正を行う。
【０１４４】
以上のように、本実施形態に係る燃費計測システムにおいては、第一のＥＧＲ補正を行うための構成として、ガス濃度計測システム１０が、排気側センサ６０に加え、吸気側センサ５０を備える。そして、燃費計測システムが、ＥＧＲ率算出部４８およびＥＧＲ補正部４９を含む計測装置４０を備える。
【０１４５】
次に、第二のＥＧＲ補正について説明する。第二のＥＧＲ補正においては、第一のＥＧＲ補正に加え、排ガス流量Ｑの計測に際し、ガス濃度計測システムにより計測される排気ガス、吸気ガス、および燃焼室５を形成する筒内（以下単に「筒内」という。）のガス（以下「筒内ガス」という。）のガス濃度に基づいて、可変バルブタイミング機構１３によるＥＧＲ率（内部ＥＧＲ率）が算出される。そして、このＥＧＲ率が用いられて、燃焼室５から排気通路９内へと排出されなかった既燃ガスである再循環排気ガス（内部ＥＧＲ）の流量分をさらに差し引くための補正が行われる。
【０１４６】
したがって、第二のＥＧＲ補正に際しては、ＥＧＲ率の算出のため、吸気側センサ５０および排気側センサ６０による排気ガスについてのガス濃度の計測に加え、筒内に存在する筒内ガスについてのガス濃度の計測が行われる。このため、第二のＥＧＲ補正に際しては、ガス濃度計測システム１０は、吸気側センサ５０および排気側センサ６０に加え、筒内センサ７０として、センサ部３０を、筒内に対してさらに備える（図１参照）。つまり、筒内センサ７０は、筒内に対して設けられ、対象ガスを筒内ガスとするセンサ部３０である。
【０１４７】
筒内センサ７０は、例えば次のようにして設けられる。すなわち、エンジン１におけるシリンダ２に対して、ピストン３の上死点よりも上部におけるシリンダブロックの部分に、投光部３１および受光部３２が設けられることにより、筒内センサ７０が設けられる。つまりこの場合、センサ部３０において投光部３１および受光部３２を有する支持体３３が、エンジン１を構成するシリンダブロックの一部となる。
【０１４８】
このように、第二のＥＧＲ補正に際しては、ガス濃度計測システム１０が備えるセンサ部３０が、筒内に対してさらに設けられ、筒内ガスのガス濃度（本実施形態ではＣＯ２濃度）が、エンジン１の１回の燃焼に要する時間よりも速い応答性をもって計測される。
【０１４９】
エンジン１におけるガス濃度として、吸気ガスおよび排気ガスに加え、筒内ガスのガス濃度の計測が行われることにより、外部ＥＧＲ率と内部ＥＧＲ率とを切り分けた測定が可能となる。そして、第二のＥＧＲ補正においては、外部ＥＧＲに加えて内部ＥＧＲを含むＥＧＲ（以下「全ＥＧＲ」という。）が用いられる。
【０１５０】
全ＥＧＲについてのＥＧＲ率（％）は、次式（１６）により導かれる。
【０１５１】
【数１１】
0005052390.tif 000012
【０１５２】
上記式（１６）において、［ＣＯ２］ｃｈａは筒内ガスについてのＣＯ２濃度（％）を表す。
【０１５３】
なお、外部ＥＧＲ率と内部ＥＧＲ率とを切り分けた測定において、内部ＥＧＲ率は、次のようにして求められる。
【０１５４】
全ＥＧＲは、外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとからなることから、次式（１７）が成り立つ。
ＥＧＲ率＝外部ＥＧＲ率＋内部ＥＧＲ率  ・・・（１７）
【０１５５】
したがって、内部ＥＧＲ率（％）は、上記式（１５）〜（１７）から、次式（１８）により導かれる。
【０１５６】
【数１２】
0005052390.tif 000013
【０１５７】
つまり、第二のＥＧＲ補正においては、ＥＧＲ率算出部４８は、ガス濃度計測システム１０により計測される排気ガス、吸気ガス、および筒内のガスのガス濃度に基づいて、ＥＧＲ率を、可変バルブタイミング機構１３によるＥＧＲ率（内部ＥＧＲ率）を含むものとして算出する。すなわち、ＥＧＲ率算出部４８は、吸気側センサ５０、排気側センサ６０および筒内センサ７０からの検出値に基づいてガス濃度計測部４２によって計測される吸気ガス、排気ガスおよび筒内ガスについてのＣＯ２濃度、ならびに大気中のＣＯ２濃度から、上記式（１６）に基づいて、ＥＧＲ率の算出を行う。実体的には、計測装置４０が、ＥＧＲ率算出部４８により、格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことで、ＥＧＲ率の算出を行う。
【０１５８】
そして、このようにして算出されたＥＧＲ率が用いられて、排ガス流量Ｑの計測に際し、全ＥＧＲの流量分を差し引くための補正が行われる。
【０１５９】
つまり、第二のＥＧＲ補正においては、ＥＧＲ補正部４９は、燃焼室５から排気通路９内へと排出されなかった既燃ガスである再循環排気ガス（内部ＥＧＲ）の流量分をさらに差し引くための補正を行う。具体的には、ＥＧＲ補正部４９は、上記式（１４）において、ＥＧＲ率［ＥＧＲ］として、上記式（１６）により算出されるＥＧＲ率（全ＥＧＲについてのＥＧＲ率）を用いることで、排ガス流量Ｑの算出に際しての補正を行う。実体的には、計測装置４０が、ＥＧＲ補正部４９により、格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことで、ＥＧＲ率を用いた排ガス流量Ｑの補正を行う。
【０１６０】
以上のように、本実施形態に係る燃費計測システムにおいては、第二のＥＧＲ補正を行うための構成として、ガス濃度計測システム１０が、吸気側センサ５０および排気側センサ６０に加え、筒内センサ７０を備える。
【０１６１】
なお、本実施形態では、ＥＧＲ率の測定に際して計測される、排気ガス、吸気ガス、および筒内ガスのガス濃度として、ＣＯ２濃度が用いられているが、これに限定されるものではない。つまり、ＥＧＲ率の測定に際して計測されるガス濃度としては、例えば酸素濃度など、排気ガス、吸気ガス、および筒内ガスに含まれる他の成分の濃度であってもよい。
【０１６２】
以上のように、エンジン１の燃費の計測において、ＥＧＲ補正が行われることにより、瞬時的な燃費の計測に際し、排ガス流量Ｑに影響するＥＧＲによる誤差を低減することができ、燃費の計測精度を向上させることができる。また、第二のＥＧＲ補正は、ＥＧＲ補正において用いられるＥＧＲ率が、外部ＥＧＲおよび内部ＥＧＲを含む全ＥＧＲについてのものであるため、第一のＥＧＲ補正に比べてより好ましいＥＧＲ補正であるということがいえる。
【０１６３】
以上説明したようなエンジン１の燃費の計測は、例えばエンジン１についての制御パラメータの値の適合（以下「エンジン制御パラメータの適合」という。）に際して用いられる。
【０１６４】
具体的には、エンジン制御パラメータの適合に際しては、図１に示すように、高速データ収録手段としてのデータロガー８０と、エンジン１の走行試験時における制御を行うＥＣＵ（電子制御ユニット）９０とが用いられる。
【０１６５】
データロガー８０は、計測装置４０からのガス濃度計測値や燃費計測値に係る情報についての出力信号を高周波サンプリングして、ガス濃度計測システム１０によるガス濃度の計測結果や燃費の計測結果を収録する。すなわち、データロガー８０は、ガス濃度計測システム１０における応答性に対して、計測装置４０からの出力を抽出して解析するのに十分高い周波数（例えば、エンジン１の気筒毎およびサイクル毎の単位期間毎の出力データの収録が可能な程度の周波数）で、計測装置４０からの出力信号をサンプリングする。
【０１６６】
ＥＣＵ９０は、前記のとおりエンジン１の制御を行う。ＥＣＵ９０には、クランク軸１５近傍に設けられクランク位置やクランク角速度の検出を行う回転センサ（回転センサ１６）や、吸入空気量を計測するための流量計（エアフローメータ１７）や、エンジン１内における水温の検出を行う水温センサ等の、エンジン１の運転状態を計測する各種センサからの情報が計測情報として入力される。ＥＣＵ９０には、エンジン１の制御情報として、エンジン１の走行試験用の制御マップ等、エンジン制御パラメータの適合に際してエンジン１を制御することのできる制御マップが備えられる。したがって、エンジン１の走行試験時には、ＥＣＵ９０は、この制御マップによって、前記各種センサからの計測情報などに基づいて、エンジン１の燃料噴射量や点火時期等の制御を行う。
【０１６７】
このような構成において、エンジン制御パラメータの適合に際しては、エンジン１が、ＥＣＵ９０によって制御されながら、負荷装置等が用いられて、回転速度や負荷に基づいて決定される所定の運転状態で運転させられる。そして、データロガー８０において、計測装置４０から入力される、ガス濃度計測システム１０によるエンジン１における各部のガス濃度（例えば二酸化炭素の濃度等）についての計測値や燃費についての計測値と、ＥＣＵ９０から入力される、ＥＣＵ９０からエンジン１に対する制御信号についての情報（制御結果）とが、同期してモニタされつつ取得・解析される。
【０１６８】
具体的には、エンジン１に対して所定の回転速度や負荷が与えられている条件下で、制御パラメータ（例えば点火時期等）に応じたエンジン特性（例えばトルク変動等）の変化が解析される。ここで、エンジン特性についての条件や、規制対象ガスについての条件や、燃料消費量（燃費）などから、所定の条件を満たす制御パラメータについての適合点（適合値）が求められる。そして、エンジン１の種々の回転速度や負荷における適合点の集合である制御マップが作成される。かかる制御マップは、実際にエンジン１の制御を行うＥＣＵにて予め設定され記憶させられる。つまり、エンジン制御パラメータの適合により作成された制御マップに基づいて、エンジン１が制御される。これにより、エンジン１について、その運転状態に応じて種々のエンジン特性を満たすエンジンが実現される。
【０１６９】
このようなエンジン制御パラメータの適合に際し、上述したように瞬時的に計測される燃費についての計測値が用いられることにより、適合されるべき制御パラメータとしてのＥＧＲ率やバルブタイミングやバルブリフト量についての最適化が図れる。そして、エンジン１においてフィードバック制御が効かないエンジン始動直後や、エンジン１の運転状態が急激に変化する過渡時における最適な運転条件（ＥＧＲバルブ２２の開度や吸気バルブ１１のバルブタイミング等）が決定されることで、エンジン１の低燃費化や高出力化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１７０】
【図１】本発明の一実施形態係る燃費計測システム等の構成を示す図。
【図２】本発明の一実施形態係るガス濃度計測システム等の構成を示す図。
【図３】本発明の一実施形態係るエンジンにおけるバルブ開閉タイミングを示す図。
【符号の説明】
【０１７１】
１    エンジン（内燃機関）
２    シリンダ（気筒）
５    燃焼室
１０  ガス濃度計測システム（ガス濃度計測手段）
１１  吸気バルブ
１２  排気バルブ
１３  可変バルブタイミング機構
１５  クランク軸
１６  回転センサ（回転角度検出手段、回転数検出手段）
１７  エアフローメータ（吸入空気量計測手段）
２０  ＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）
３０  センサ部
３１  投光部
３２  受光部
４０  計測装置
４１  光コントローラ部
４２  ガス濃度計測部
４３  空燃比算出部
４４  排気ガス流量計測部
４５  燃費計測部
４６  オフセット時間算出部
４７  タイミング補正部
４８  ＥＧＲ率算出部
４９  ＥＧＲ補正部
５０  吸気側センサ
６０  排気側センサ
７０  筒内センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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