JP3923216B2 - 車両のエンジン出力測定方法 - Google Patents
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Description
【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。
Claims (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。
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