燃料性状推定装置及び燃料性状推定方法
【課題】燃料内の各成分の比率を推定する。
【解決手段】燃料センサ１は、ｉ−パラフィンを吸着もしくは脱離可能な吸着脱離反応部７と、吸着脱離反応部７の下流側に位置して燃料の脱水素反応を行う脱水素反応部８と、を有し、吸着脱離反応部７上流側の燃料の誘電率と、吸着脱離反応部７における燃料温度をｉ−パラフィンの吸着が促進される温度条件と吸着が促進されにくい温度条件とに制御した際の吸着脱離反応部７出口側のそれぞれの誘電率と、脱水素反応部８における燃料温度を脱水素反応が異なる複数の温度条件に制御した際の脱水素反応部８出口側のそれぞれの誘電率と、を用いて燃料性状を推定する。これによって、吸着脱離反応部７及び脱水素反応部８の反応が変化し、誘電率が変化するので、燃料内の各成分の比率を推定することができる。
【解決手段】燃料センサ１は、ｉ−パラフィンを吸着もしくは脱離可能な吸着脱離反応部７と、吸着脱離反応部７の下流側に位置して燃料の脱水素反応を行う脱水素反応部８と、を有し、吸着脱離反応部７上流側の燃料の誘電率と、吸着脱離反応部７における燃料温度をｉ−パラフィンの吸着が促進される温度条件と吸着が促進されにくい温度条件とに制御した際の吸着脱離反応部７出口側のそれぞれの誘電率と、脱水素反応部８における燃料温度を脱水素反応が異なる複数の温度条件に制御した際の脱水素反応部８出口側のそれぞれの誘電率と、を用いて燃料性状を推定する。これによって、吸着脱離反応部７及び脱水素反応部８の反応が変化し、誘電率が変化するので、燃料内の各成分の比率を推定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料性状推定装置及び燃料性状推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料の性状を計測し、構成する燃料成分を特定する方法としては、例えば特許文献１のように、燃料の炭素数が大きくなるに従い誘電率が大きくなるという性質を用いて、燃料が重質油であるか軽質油であるかを判定するようにしたものが従来から知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平４−８９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ガソリンや軽油といった多成分燃料では、大きく分けてパラフィン系、ナフテン系、オレフィン系、アロマ系と分かれており、それぞれの成分毎に誘電率が違うため、ガソリンと軽油といった大きな差を計測はできても燃料内の各成分の比率を推定することができないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明の燃料性状推定装置は、燃料内の特定成分を吸着もしくは脱離可能な吸着・脱離手段及び燃料改質を行う燃料改質手段の上流側における燃料の誘電率と、吸着・脱離手段における燃料温度を燃料内の特定成分の吸着が促進される温度条件と吸着が促進されにくい温度条件とに制御した際の吸着・脱離手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、燃料改質手段における燃料温度を燃料改質反応が異なる複数の温度条件に制御した際の燃料改質手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、を用いて燃料性状を推定することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、吸着・脱離手段及び燃料改質手段における燃料温度を個別に変化させることで、吸着・脱離手段及び燃料改質手段における反応が個別に変化し、燃料の誘電率が変化するので、燃料性状、すなわち燃料内の各成分の比率を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】燃料性状推定装置としての燃料センサを模式的に示した説明図。
【図２】燃料センサを用いた軽油の燃料性状推定の手順を模式的に示した説明図。
【図３】ｎ−パラフィン、ｉｓｏ−パラフィン、ナフテン及びアロマにおける比誘電率と炭素数との相関を示した特性図。
【図４】燃料センサを用いたガソリンの燃料性状推定の手順を模式的に示した説明図。
【図５】水、エタノール及びガソリンにおける比誘電率の温度依存性を示した特性線図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
図１は、燃料性状推定装置としての燃料センサ１を模式的に示した説明図である。
【００１０】
燃料センサ１は、マイクロマシニング技術によって例えば１ｃｍ四方の微小な矩形チップに作製されたものであって、一方向に燃料が流れる流路としての燃料通路２と、燃料通路２の上流端の周囲に設けられ、燃料通路２に導入された燃料を気化させるために加熱する気化手段としての加熱ヒータ３と、燃料通路２内の誘電率を検知する誘電率測定手段としての第１電極４、第２電極５、第３電極５と、を有している。尚、この燃料センサ１は、炭化水素系燃料の燃料性状の推定に用いるものである。
【００１１】
燃料通路２は、燃料内の特性成分としてｎ−パラフィンを吸着もしくは脱離可能な触媒が塗布された吸着・脱離手段として吸着脱離反応部７と、脱水素反応による燃料改質を行う触媒が塗布された燃料改質手段としての脱水素反応部８と、有している。脱水素反応部８は、吸着脱離反応部７の下流側に位置している。
【００１２】
第１電極４は、加熱ヒータ３と吸着脱離反応部７との間に配置され、吸着脱離反応部７の入口側の誘電率を測定する。第２電極５は、吸着脱離反応部７と脱水素反応部８との間に配置され、吸着脱離反応部７の出口側の誘電率を測定する。換言すれば、第２電極５は、脱水素反応部８の入口側の誘電率を測定する。第３電極６は、脱水素反応部８の下流側に配置され、脱水素反応部８の出口側の誘電率を測定する。
【００１３】
そして、吸着脱離反応部７に隣接して、吸着脱離反応部７における燃料の温度を制御する第１温度制御手段としての第１温度ヒータ９、９が配置されている。
【００１４】
また、脱水素反応部８に隣接して、脱水素反応部８における燃料の温度を制御する第２温度制御手段としての第２温度ヒータ１０が配置されている。
【００１５】
このような燃料センサ１は、例えば、燃料タンク（図示せず）の中または燃料配管（図示せず）の中に設置され、ポンプ（図示せず）はまたポンプによる流れ場の中に設置される。
【００１６】
そして、吸着脱離反応部７及び脱水素反応部８における触媒の作用を第１温度ヒータ９、９及び第２温度ヒータ１０によって制御し、着脱離反応部７及び脱水素反応部８の入口側及び出口側の誘電率を用いて、後述するように燃料に含まれる成分を推定する。
【００１７】
尚、加熱ヒータ３、第１温度ヒータ９、９及び第２温度ヒータ１０の温度制御は、図示せぬコントロールユニットによって行なわれる。また、燃料に含まれる成分の推定結果は、具体的には、測定された誘電率が入力された前記コントロールユニット内の演算処理（後述）により得られものである。
【００１８】
吸着脱離反応部７において、燃料温度が低温域では燃料内のｎ−パラフィンが吸着され、燃料温度が高温域では吸着されたｎ−パラフィンが脱離する。脱水素反応部８において、燃料温度が低温域では主として燃料内のナフテンが脱水素反応を起こし、燃料温度が中温域では燃料内のｎ−パラフィンやオレフィンも脱水素反応を起こし、燃料温度が高温域では燃料内のｉｓｏ−パラフィンも脱水素反応を起こす。以上のプロセスを経て各温度条件での反応の進行を誘電率で見ることで、燃料内のおおよその成分と炭素の数を推定することができる。
【００１９】
すなわち、吸着脱離反応部７の入口側から脱水素反応部８の出口側に至る燃料温度変化プロセスを複数設定し、各燃料温度変化プロセス毎に各電極４、５、６における誘電率を測定することで、燃料内のおおよその成分と各成分の炭素の数を推定することができる。
【００２０】
図２は、上述した燃料センサ１を用いた軽油の燃料性状推定の手順を模式的に示した説明図である。燃料が軽油の場合には、軽油のおおよその成分であるｎ−パラフィン（ｎ−パラフィン系）、ｉｓｏ−パラフィン（ｉｓｏ−パラフィン系）、ナフテン（ナフテン系）及びアロマ（芳香族系）の比率と、炭素数（カーボンナンバー）を推定する。ここで、図２の縦軸は燃料の誘電率、図２の横軸は誘電率の測定位置であり、図２おけるＸは第１電極４の位置、Ｙは第２電極５の位置、Ｚは第３電極６の位置を示すものである。
【００２１】
図３は、ｎ−パラフィン、ｉｓｏ−パラフィン、ナフテン及びアロマにおける比誘電率と、炭素数（Ｃａｒｂｏｎ Ｎｕｍｂｅｒ）との相関を示したものである。図３から明らかなように、ｎ−パラフィンとｉｓｏ−パラフィンとは特性が類似しているため両者を判別することは難しいが、ｎ−パラフィンは非常に吸着されやすい性質をもっている。そこで、ｎ−パラフィンの吸着されやすい性質と、脱水素反応による燃料改質を組み合わせることで、燃料内の成分比率と炭素数を推定する。
【００２２】
図２に示すように、吸着脱離反応部７での燃料温度が低い場合（例えば２００℃）、吸着脱離反応部７に燃料内のｎ−パラフィンが吸着されるため、燃料内のｎ−パラフィンの比率が大きくなるほど第２電極５により測定される誘電率は高くなる。
【００２３】
吸着脱離反応部７での燃料温度が高い場合（例えば６００℃）、吸着脱離反応部７に吸着されていたｎ−パラフィンが脱離することにより、燃料内のｎ−パラフィンが大きくなり、第２電極５により測定される誘電率は低くなる。
【００２４】
次に、脱水素反応部８での燃料温度を低い場合（例えば３００℃）、脱水素反応部８では燃料内のナフテンがアロマ（芳香族）に変化するため、燃料内のナフテンの比率が大きいほど第３電極６により測定される誘電率が高くなる。
【００２５】
脱水素反応部８での燃料温度を高い場合（例えば６００℃）、吸着脱離反応部７での燃料温度が低いと（例えば２００℃）、脱水素反応部８では燃料内のナフテンやｉｓｏ−パラフィンがアロマ（芳香族）に変化するため、燃料内のナフテンやｉｓｏ−パラフィンの比率が大きいほど第３電極６により測定される誘電率が高くなる。
【００２６】
脱水素反応部８での燃料温度を高い場合（例えば６００℃）、吸着脱離反応部７での燃料温度が高いと（例えば６００℃）、脱水素反応部８では燃料内のナフテン、ｎ−パラフィン及びｉｓｏ−パラフィンがアロマ（芳香族）に変化するため、燃料内のナフテン、ｎ−パラフィン及びｉｓｏ−パラフィンの比率が大きいほど第３電極６により測定される誘電率が高くなる。
【００２７】
脱水素反応部８での燃料温度を中間温度の場合（例えば４００℃）、吸着脱離反応部７での燃料温度が高いと（例えば６００℃）、脱水素反応部８では燃料内のナフテンやｎ−パラフィンがアロマ（芳香族）に変化するため、燃料内のナフテンやｎ−パラフィンの比率が大きいほど第３電極６により測定される誘電率が高くなる。
【００２８】
そこで、吸着脱離反応部７における燃料温度を２００℃（Ｔｘｙ１＝２００℃）とするｙ１プロセスと、ｙ１プロセス後に脱水素反応部８における燃料温度を６００℃（Ｔｙ１ｚ１＝６００℃）とするｙ１ｚ１プロセスとからなる第１温度変化プロセスと、吸着脱離反応部７における燃料温度を２００℃（Ｔｘｙ１＝２００℃）とするｙ１プロセスと、ｙ１プロセス後に脱水素反応部８における燃料温度を３００℃（Ｔｙ１ｚ３＝３００℃）とするｙ１ｚ３プロセスとからなる第２温度変化プロセスと、吸着脱離反応部７における燃料温度を６００℃（Ｔｘｙ２＝６００℃）とするｙ２プロセスと、ｙ２プロセス後に脱水素反応部８における燃料温度を６００℃（Ｔｙ２ｚ１＝６００℃）とするｙ２ｚ１プロセスとからなる第３温度変化プロセスと、吸着脱離反応部７における燃料温度を６００℃（Ｔｘｙ２＝６００℃）とするｙ２プロセスと、ｙ２プロセス後に脱水素反応部８における燃料温度を４００℃（Ｔｙ２ｚ２＝４００℃）とするｙ２ｚ２プロセスとからなる第４温度変化プロセスと、吸着脱離反応部７における燃料温度を６００℃（Ｔｘｙ２＝６００℃）とｙ２プロセスと、ｙ２プロセス後に脱水素反応部８における燃料温度を３００℃（Ｔｙ２ｚ３＝６００℃）とするｙ２ｚ３プロセスとからなる第５温度変化プロセスの、計５通りの温度変化プロセスを設定し、各温度変化プロセス毎に、第１〜第３電極４、５、６における誘電率を測定することで、燃料内の成分の比率と各成分の炭素の数を推定する。
【００２９】
尚、上記の第１温度変化プロセスと第２温度変化プロセスのみでも、ｎ−パラフィン、ｉｓｏ−パラフィン、ナフテン及びアロマの比率をある程度推定することは可能である。
【００３０】
以下に、導出式を示す。
【００３１】
第１電極で測定される誘電率εｘは、次式（１）のように表せる。
【００３２】
(数１)
εｘ＝Σ（Ｃｎｐ×εｎｐ（ＣＮ））＋Σ（Ｃｉｐ×εｉｐ（ＣＮ））＋Σ（Ｃｎａ×εｎａ（ＣＮ））＋Σ（Ｃａｒ×εａｒ（ＣＮ）） …（１）
ここで、（１）式におけるＣｎｐは燃料内のｎ−パラフィンの濃度、εｎｐ（ＣＮ）はｎ−パラフィンの誘電率、Ｃｉｐは燃料内のｉｓｏ−パラフィンの濃度、εｉｐ（ＣＮ）はｉｓｏ−パラフィンの誘電率、Ｃｎａは燃料内のナフテンの濃度、εｎａ（ＣＮ）はナフテンの誘電率、Ｃａｒは燃料内のアロマの濃度、εａｒ（ＣＮ）はアロマの誘電率である。
【００３３】
ｙ１プロセス（吸着）により、ｎ−パラフィンが吸着する。ｙ１プロセスを経て第２電極５で測定される誘電率εｙ１は、次式（２）のように表せる。
【００３４】
(数２)
εｙ１＝Σ（Ｃｉｐ／（１＋Ｃｎｐ）×εｉｐ（ＣＮ））＋Σ（Ｃｎａ／（１＋Ｃｎｐ）×εｎａ（ＣＮ））＋Σ（Ｃａｒ／（１＋Ｃｎｐ）×εａｒ（ＣＮ）） …（２）
ｙ２プロセス（脱離）により、ｎ−パラフィンが脱離する。ｙ２プロセスを経て第２電極５で測定される誘電率εｙ２は、次式（３）のように表せる。
【００３５】
(数３)
εｙ２＝Σ（２・Ｃｎｐ×εｎｐ（ＣＮ））＋Σ（Ｃｉｐ（１／（１＋Ｃｎｐ）−１／（１−Ｃｎｐ））×εｉｐ（ＣＮ））＋Σ（Ｃｎａ（１／（１＋Ｃｎｐ）−１／（１−Ｃｎｐ））×εｎａ（ＣＮ））＋Σ（Ｃａｒ（１／（１＋Ｃｎｐ）−１／（１−Ｃｎｐ））×εａｒ（ＣＮ）） …（３）
ここで、（３）式から（２）式を減じて（１）式を代入すると、次式（４）となる。
【００３６】
(数４)
εｙ２−εｙ１＝−２Ｃｎｐ＾３／（１−Ｃｎｐ＾２）×εｘ …（４）
これより、Ｃｎｐが求まる。
【００３７】
ここでＣｎｐ、Ｃｉｐ、Ｃｎａ及びＣａｒは濃度なので、次式（５）が成立する。
【００３８】
(数５)
Ｃｎｐ＋Ｃｉｐ＋Ｃｎａ＋Ｃａｒ＝１ …（５）
ｙ１ｚ３プロセスでは、吸着脱離反応部７で燃料内のｎ−パラフィンを吸着させながら、脱水素反応部８における燃料温度を低温としてナフテンだけが脱水素してアロマに変換している。ｙ１ｚ３プロセスを経て第３電極６で測定される誘電率εｙ１ｚ３は、次式（６）により表される。
【００３９】
(数６)
εｙ１ｚ３＝Σ（Ｃｉｐ／（１＋Ｃｎｐ＋Ｃｎａ）×εｉｐ（ＣＮ））＋Σ（Ｃａｒ／（１＋Ｃｎｐ＋Ｃｎａ）×εａｒ（ＣＮ）） …（６）
ここで（６）式から（２）式を減じることでＣｎａが求まる。
【００４０】
ｙ１ｚ１プロセスでは、吸着脱離反応部７で燃料内のｎ−パラフィンを吸着させながら、脱水素反応部８における燃料温度を高温としてｉｓｏ−パラフィンも脱水素する。ｙ１ｚ１プロセスを経て第３電極６で測定される誘電率εｙ１ｚ１は、次式（７）により表される。
【００４１】
(数７)
εｙ１ｚ１＝Σ（Ｃａｒ／（１＋Ｃｎｐ＋Ｃｎａ＋Ｃｉｐ）×εａｒ（ＣＮ）） …（７）
ここで（６）式から（７）式を減じることでＣｉｐが求まる。
【００４２】
そして、最後に（５）式よりよりＣａｒが算出される。
【００４３】
得られたＣｎｐ、Ｃｉｐ、Ｃｎａ、Ｃａｒを（７）式に代入すると、Σεａｒ（ＣＮ）が求まり、同様にして（６）よりΣεｉｐ（ＣＮ）、（２）式よりΣεｎａ（ＣＮ）、（１）式よりΣεｎｐ（ＣＮ）が求まる。
【００４４】
ｎ−パラフィン、ｉｓｏ−パラフィン、ナフテン、アロマの炭素数は、上述した図３のようなマップを参照することにより推定することができる。
【００４５】
このように、燃料センサ１は、燃料の燃料性状、すなわち燃料内の各成分の比率を推定することができる。また、燃料内の各成分の比率と各成分の炭素数から燃料の着火特性を推定することも可能となる。
【００４６】
尚、ｙ２ｚ１プロセスからｙ２ｚ２、ｙ２ｚ３プロセスのデータを用いて、上記算出結果の検証を行っても良いし、各プロセスに転換効率が不明として、それを解く式として、それぞれのプロセスにて２つずつ式を用いて、各プロセスの転換効率を未知のパラメータとして算出することで、さらに精度良く算出することができる。また、得られた平均ＣＮと成分比よりＲＯＮ（オクタン価）の予測を行うことも可能である。
【００４７】
図４は、上述した燃料センサ１を用いたガソリンの燃料性状推定の手順を模式的に示した説明図である。燃料がガソリンの場合には、ガソリンのおおよその成分であるｎ−パラフィン（ｎ−パラフィン系）、ｉｓｏ−パラフィン（ｉｓｏ−パラフィン系）、ナフテン（ナフテン系）、アロマ（芳香族系）及びオレフィン（オレフィン系）の比率と、炭素数（カーボンナンバー）を推定する。
【００４８】
前述した軽油の場合との差異は、燃料内にオレフィンが存在していることだが、上述した燃料が軽油の場合のときと同様のロジックでｎ−パラフィン、ｉｓｏ−パラフィン、ナフテン、アロマ及びオレフィンの比率（Ｃｎｐ、Ｃｉｐ、Ｃｎａ、Ｃａｒ、Ｃｏｒ）を推定することができる。具体的には、燃料ガソリンの場合、吸着脱離反応部７での燃料温度の設定は燃料が軽油の場合と同じであるが、脱水素反応部８での燃料温度を４段階（３００℃、４００℃、５００℃、６００℃）に設定する。
【００４９】
すなわち、脱水素反応部８での燃料温度を低い場合（例えば３００℃）、脱水素反応部８では燃料内のナフテンがアロマ（芳香族）に変化するため、燃料内のナフテンの比率が大きいほど第３電極６により測定される誘電率が高くなる。
【００５０】
脱水素反応部８での燃料温度をやや低い場合（例えば４００℃）、脱水素反応部８では燃料内のナフテンやオレフィンがアロマ（芳香族）に変化するため、燃料内のナフテンやオレフィンの比率が大きいほど第３電極６により測定される誘電率が高くなる。
【００５１】
脱水素反応部８での燃料温度を高い場合（例えば６００℃）、吸着脱離反応部７での燃料温度が低いと（例えば２００℃）、脱水素反応部８では燃料内のナフテン、オレフィン及びｉｓｏ−パラフィンがアロマ（芳香族）に変化するため、燃料内のナフテン、オレフィン及びｉｓｏ−パラフィンの比率が大きいほど第３電極６により測定される誘電率が高くなる。
【００５２】
脱水素反応部８での燃料温度を高い場合（例えば６００℃）、吸着脱離反応部７での燃料温度が高いと（例えば６００℃）、脱水素反応部８では燃料内のナフテン、オレフィン、ｎ−パラフィン及びｉｓｏ−パラフィンがアロマ（芳香族）に変化するため、燃料内のナフテン、オレフィン、ｎ−パラフィン及びｉｓｏ−パラフィンの比率が大きいほど第３電極６により測定される誘電率が高くなる。
【００５３】
脱水素反応部８での燃料温度がやや高い場合（例えば５００℃）、吸着脱離反応部７での燃料温度が高いと（例えば６００℃）、脱水素反応部８では燃料内のナフテン、オレフィン及びｎ−パラフィンがアロマ（芳香族）に変化するため、燃料内のナフテン、オレフィン及びｎ−パラフィンの比率が大きいほど第３電極６により測定される誘電率が高くなる。
【００５４】
尚、燃料がガソリンの場合、Ｃ４、Ｃ５等の超低ＣＮが存在するため、ＲＯＮの傾向が軽油の場合とは異なるので、ＲＯＮの推定用に低級用のテーブルを持つ必要がある。
【００５５】
また、燃料がＧＴＬの場合は、軽油の中の部分的な成分がない場合なので燃料センサ１を用いて問題なく燃料の成分比率を推定可能である。
【００５６】
ただし、エタノール混入ガソリンのような誘電率の大きな燃料が混入した場合には、特別な措置が必要である。すなわち、エタノールは炭化水素系燃料に対して誘電率が大きいため、他への与える影響が大きくなり、燃料推定精度が悪化する。そこで、この場合にはエタノールの濃度をあらかじめ推定しておき、計測を行うか、エタノールをエタノール分離膜などで分離してから測定する必要がある。
【００５７】
また、燃料センサ１は、誘電率の温度依存性を利用して、第１電極４の測定値を用いて燃料内の炭化水素以外の成分の割合を推定することも可能である。
【００５８】
すなわち、図５に示すような、水、エタノール及びガソリンの特性から、燃料内の炭化水素以外の高い誘電率の組成の成分として水やエタノールの割合を推定することも可能である。この場合には、加熱ヒータ３によって、第１電極４位置における燃料温度を変化させ、第１電極４位置における燃料温度と第１電極４で測定された誘電率との相関から燃料内の炭化水素以外の高い誘電率の組成の成分の割合を推定する。
【００５９】
また、燃料内の成分の比率が判れば、燃料の種類を推定ことも可能となるので、燃料センサ１により、燃料の種類を推定することが可能であることが判る。すなわち、燃料センサ１により燃料がガソリンなのか軽油であるかといった燃料の種類の判定を行うことも可能である。
【００６０】
上述した実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
【００６１】
（１） 燃料性状推定装置は、一方向に燃料が流れる流路と、前記流路内に設けられ燃料内の特定成分を吸着もしくは脱離可能な吸着・脱離手段と、前記流路内に前記吸着・脱離手段と直列に設けられ燃料改質を行う燃料改質手段と、前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段の入口側及び出口側において燃料の誘電率を測定する誘電率測定手段と、前記吸着・脱離手段における燃料の温度を制御する第１温度制御手段と、前記燃料改質手段における燃料の温度を制御する第２温度制御手段と、を有し、前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段の上流側における燃料の誘電率と、前記吸着・脱離手段における燃料温度を燃料内の特定成分の吸着が促進される温度条件と吸着が促進されにくい温度条件とに制御した際の前記吸着・脱離手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、前記燃料改質手段における燃料温度を燃料改質反応が異なる複数の温度条件に制御した際の前記燃料改質手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、を用いて燃料性状を推定する。吸着・脱離手段及び燃料改質手段における燃料温度を変化させることで、吸着・脱離手段及び燃料改質手段における反応が変化し、燃料の誘電率が変化する。これによって、燃料性状、すなわち燃料内の各成分の比率を推定することができる。
【００６２】
（２） 前記（１）に記載の燃料性状推定装置は、推定された燃料性状から燃料の種類を推定する。燃料性状を推定することで、燃料がガソリンなのか軽油であるのかといった燃料の種類を推定することが可能となる。
【００６３】
（３） 前記（１）または（２）に記載の燃料性状推定装置おいて、前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段は、具体的には、前記流路に触媒を塗布することによってそれぞれ構成され、前記第１及び第２温度制御手段は、具体的には、前記流路の触媒が塗布された部分を加熱することが可能なものであって、触媒反応によって燃料の組成が変化する少なくとも２つ以上の温度条件で前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段における燃料温度をそれぞれ制御している。
【００６４】
（４） 前記（１）〜（３）のいずれかに記載の燃料性状推定装置おいて、前記燃料は、炭化水素系燃料であって、前記燃料改質手段は前記吸着・脱離手段の下流側に位置し、前記吸着・脱離手段の上流側に燃料を気化させるために加熱する気化手段を有する。これによって、前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段には気化した状態の燃料が導入される。
【００６５】
（５） 前記（１）〜（４）のいずれかに記載の燃料性状推定装置おいて、前記燃料改質手段における燃料改質反応は、具体的には、脱水素反応である。
【００６６】
（６） 前記（１）〜（５）のいずれかに記載の燃料性状推定装置は、具体的には、マイクロマシニング技術を用いて作製されている。これによって、非常にコンパクトにかつ低コストで燃料性状推定装置を作製することができる。
【００６７】
（７） 前記（１）〜（６）のいずれかに記載の燃料性状推定装置において、前記燃料は、具体的には、ガソリンや軽油を主たる成分とするものであって、前記誘電率測定手段により検知された誘電率を用い、燃料の主たる成分であるｎ−パラフィン、ｉｓｏ−パラフィン、ナフテン、オレフィン、アロマ等を推定し、かつ平均の炭素数を推定することで燃料の成分と燃料の着火特性を推定する。
【００６８】
（８） 前記（１）〜（７）のいずれかに記載の燃料性状推定装置において、前記吸着・脱離手段の上流側に、誘電率の温度依存性から炭化水素以外の高い誘電率の組成の成分の割合を推定する性状割合推定手段を有する。これによって、燃料内に水やエタノール等の誘電率の高い成分が混入している場合であっても、精度良く燃料の性状を推定することができる。
【００６９】
（９） 前記（１）〜（７）のいずれかに記載の燃料性状推定装置において、前記吸着・脱離手段の上流側に、誘電率の温度依存性から炭化水素以外の高い誘電率の組成の成分としてエタノールの割合を推定すると共に、前記燃料からエタノール成分を分離するエタノール検知分離手段を有する。これによって、エタノール混入ガソリンのような誘電率の大きな燃料が混入した場合でも、燃料推定精度が悪化してしまうことを防止することができる。
【００７０】
（１０） 燃料性状推定方法は、燃料が一方向に流れる流路内に、燃料の特定成分を吸着もしくは脱離可能な吸着・脱離手段と、前記吸着・脱離手段と直列に設けられ燃料改質を行う燃料改質手段とが設けられ、第１温度制御手段により前記吸着・脱離手段における燃料の温度を制御し、第２温度制御手段により前記燃料改質手段における燃料の温度を制御し、前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段の上流側における燃料の誘電率と、前記吸着・脱離手段における燃料温度を燃料内の特定成分の吸着が促進される温度条件と吸着が促進されにくい温度条件とに制御した際の前記吸着・脱離手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、前記燃料改質手段における燃料温度を燃料改質反応が異なる複数の温度条件に制御した際の前記燃料改質手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、を用いて燃料性状を推定する。
【符号の説明】
【００７１】
１…燃料センサ
２…燃料通路
３…加熱ヒータ
４…第１電極
５…第２電極
６…第３電極
７…吸着脱離反応部
８…脱水素反応部
９…第１温度ヒータ
１０…第２温度ヒータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料性状推定装置及び燃料性状推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料の性状を計測し、構成する燃料成分を特定する方法としては、例えば特許文献１のように、燃料の炭素数が大きくなるに従い誘電率が大きくなるという性質を用いて、燃料が重質油であるか軽質油であるかを判定するようにしたものが従来から知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平４−８９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ガソリンや軽油といった多成分燃料では、大きく分けてパラフィン系、ナフテン系、オレフィン系、アロマ系と分かれており、それぞれの成分毎に誘電率が違うため、ガソリンと軽油といった大きな差を計測はできても燃料内の各成分の比率を推定することができないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明の燃料性状推定装置は、燃料内の特定成分を吸着もしくは脱離可能な吸着・脱離手段及び燃料改質を行う燃料改質手段の上流側における燃料の誘電率と、吸着・脱離手段における燃料温度を燃料内の特定成分の吸着が促進される温度条件と吸着が促進されにくい温度条件とに制御した際の吸着・脱離手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、燃料改質手段における燃料温度を燃料改質反応が異なる複数の温度条件に制御した際の燃料改質手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、を用いて燃料性状を推定することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、吸着・脱離手段及び燃料改質手段における燃料温度を個別に変化させることで、吸着・脱離手段及び燃料改質手段における反応が個別に変化し、燃料の誘電率が変化するので、燃料性状、すなわち燃料内の各成分の比率を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】燃料性状推定装置としての燃料センサを模式的に示した説明図。
【図２】燃料センサを用いた軽油の燃料性状推定の手順を模式的に示した説明図。
【図３】ｎ−パラフィン、ｉｓｏ−パラフィン、ナフテン及びアロマにおける比誘電率と炭素数との相関を示した特性図。
【図４】燃料センサを用いたガソリンの燃料性状推定の手順を模式的に示した説明図。
【図５】水、エタノール及びガソリンにおける比誘電率の温度依存性を示した特性線図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
図１は、燃料性状推定装置としての燃料センサ１を模式的に示した説明図である。
【００１０】
燃料センサ１は、マイクロマシニング技術によって例えば１ｃｍ四方の微小な矩形チップに作製されたものであって、一方向に燃料が流れる流路としての燃料通路２と、燃料通路２の上流端の周囲に設けられ、燃料通路２に導入された燃料を気化させるために加熱する気化手段としての加熱ヒータ３と、燃料通路２内の誘電率を検知する誘電率測定手段としての第１電極４、第２電極５、第３電極５と、を有している。尚、この燃料センサ１は、炭化水素系燃料の燃料性状の推定に用いるものである。
【００１１】
燃料通路２は、燃料内の特性成分としてｎ−パラフィンを吸着もしくは脱離可能な触媒が塗布された吸着・脱離手段として吸着脱離反応部７と、脱水素反応による燃料改質を行う触媒が塗布された燃料改質手段としての脱水素反応部８と、有している。脱水素反応部８は、吸着脱離反応部７の下流側に位置している。
【００１２】
第１電極４は、加熱ヒータ３と吸着脱離反応部７との間に配置され、吸着脱離反応部７の入口側の誘電率を測定する。第２電極５は、吸着脱離反応部７と脱水素反応部８との間に配置され、吸着脱離反応部７の出口側の誘電率を測定する。換言すれば、第２電極５は、脱水素反応部８の入口側の誘電率を測定する。第３電極６は、脱水素反応部８の下流側に配置され、脱水素反応部８の出口側の誘電率を測定する。
【００１３】
そして、吸着脱離反応部７に隣接して、吸着脱離反応部７における燃料の温度を制御する第１温度制御手段としての第１温度ヒータ９、９が配置されている。
【００１４】
また、脱水素反応部８に隣接して、脱水素反応部８における燃料の温度を制御する第２温度制御手段としての第２温度ヒータ１０が配置されている。
【００１５】
このような燃料センサ１は、例えば、燃料タンク（図示せず）の中または燃料配管（図示せず）の中に設置され、ポンプ（図示せず）はまたポンプによる流れ場の中に設置される。
【００１６】
そして、吸着脱離反応部７及び脱水素反応部８における触媒の作用を第１温度ヒータ９、９及び第２温度ヒータ１０によって制御し、着脱離反応部７及び脱水素反応部８の入口側及び出口側の誘電率を用いて、後述するように燃料に含まれる成分を推定する。
【００１７】
尚、加熱ヒータ３、第１温度ヒータ９、９及び第２温度ヒータ１０の温度制御は、図示せぬコントロールユニットによって行なわれる。また、燃料に含まれる成分の推定結果は、具体的には、測定された誘電率が入力された前記コントロールユニット内の演算処理（後述）により得られものである。
【００１８】
吸着脱離反応部７において、燃料温度が低温域では燃料内のｎ−パラフィンが吸着され、燃料温度が高温域では吸着されたｎ−パラフィンが脱離する。脱水素反応部８において、燃料温度が低温域では主として燃料内のナフテンが脱水素反応を起こし、燃料温度が中温域では燃料内のｎ−パラフィンやオレフィンも脱水素反応を起こし、燃料温度が高温域では燃料内のｉｓｏ−パラフィンも脱水素反応を起こす。以上のプロセスを経て各温度条件での反応の進行を誘電率で見ることで、燃料内のおおよその成分と炭素の数を推定することができる。
【００１９】
すなわち、吸着脱離反応部７の入口側から脱水素反応部８の出口側に至る燃料温度変化プロセスを複数設定し、各燃料温度変化プロセス毎に各電極４、５、６における誘電率を測定することで、燃料内のおおよその成分と各成分の炭素の数を推定することができる。
【００２０】
図２は、上述した燃料センサ１を用いた軽油の燃料性状推定の手順を模式的に示した説明図である。燃料が軽油の場合には、軽油のおおよその成分であるｎ−パラフィン（ｎ−パラフィン系）、ｉｓｏ−パラフィン（ｉｓｏ−パラフィン系）、ナフテン（ナフテン系）及びアロマ（芳香族系）の比率と、炭素数（カーボンナンバー）を推定する。ここで、図２の縦軸は燃料の誘電率、図２の横軸は誘電率の測定位置であり、図２おけるＸは第１電極４の位置、Ｙは第２電極５の位置、Ｚは第３電極６の位置を示すものである。
【００２１】
図３は、ｎ−パラフィン、ｉｓｏ−パラフィン、ナフテン及びアロマにおける比誘電率と、炭素数（Ｃａｒｂｏｎ Ｎｕｍｂｅｒ）との相関を示したものである。図３から明らかなように、ｎ−パラフィンとｉｓｏ−パラフィンとは特性が類似しているため両者を判別することは難しいが、ｎ−パラフィンは非常に吸着されやすい性質をもっている。そこで、ｎ−パラフィンの吸着されやすい性質と、脱水素反応による燃料改質を組み合わせることで、燃料内の成分比率と炭素数を推定する。
【００２２】
図２に示すように、吸着脱離反応部７での燃料温度が低い場合（例えば２００℃）、吸着脱離反応部７に燃料内のｎ−パラフィンが吸着されるため、燃料内のｎ−パラフィンの比率が大きくなるほど第２電極５により測定される誘電率は高くなる。
【００２３】
吸着脱離反応部７での燃料温度が高い場合（例えば６００℃）、吸着脱離反応部７に吸着されていたｎ−パラフィンが脱離することにより、燃料内のｎ−パラフィンが大きくなり、第２電極５により測定される誘電率は低くなる。
【００２４】
次に、脱水素反応部８での燃料温度を低い場合（例えば３００℃）、脱水素反応部８では燃料内のナフテンがアロマ（芳香族）に変化するため、燃料内のナフテンの比率が大きいほど第３電極６により測定される誘電率が高くなる。
【００２５】
脱水素反応部８での燃料温度を高い場合（例えば６００℃）、吸着脱離反応部７での燃料温度が低いと（例えば２００℃）、脱水素反応部８では燃料内のナフテンやｉｓｏ−パラフィンがアロマ（芳香族）に変化するため、燃料内のナフテンやｉｓｏ−パラフィンの比率が大きいほど第３電極６により測定される誘電率が高くなる。
【００２６】
脱水素反応部８での燃料温度を高い場合（例えば６００℃）、吸着脱離反応部７での燃料温度が高いと（例えば６００℃）、脱水素反応部８では燃料内のナフテン、ｎ−パラフィン及びｉｓｏ−パラフィンがアロマ（芳香族）に変化するため、燃料内のナフテン、ｎ−パラフィン及びｉｓｏ−パラフィンの比率が大きいほど第３電極６により測定される誘電率が高くなる。
【００２７】
脱水素反応部８での燃料温度を中間温度の場合（例えば４００℃）、吸着脱離反応部７での燃料温度が高いと（例えば６００℃）、脱水素反応部８では燃料内のナフテンやｎ−パラフィンがアロマ（芳香族）に変化するため、燃料内のナフテンやｎ−パラフィンの比率が大きいほど第３電極６により測定される誘電率が高くなる。
【００２８】
そこで、吸着脱離反応部７における燃料温度を２００℃（Ｔｘｙ１＝２００℃）とするｙ１プロセスと、ｙ１プロセス後に脱水素反応部８における燃料温度を６００℃（Ｔｙ１ｚ１＝６００℃）とするｙ１ｚ１プロセスとからなる第１温度変化プロセスと、吸着脱離反応部７における燃料温度を２００℃（Ｔｘｙ１＝２００℃）とするｙ１プロセスと、ｙ１プロセス後に脱水素反応部８における燃料温度を３００℃（Ｔｙ１ｚ３＝３００℃）とするｙ１ｚ３プロセスとからなる第２温度変化プロセスと、吸着脱離反応部７における燃料温度を６００℃（Ｔｘｙ２＝６００℃）とするｙ２プロセスと、ｙ２プロセス後に脱水素反応部８における燃料温度を６００℃（Ｔｙ２ｚ１＝６００℃）とするｙ２ｚ１プロセスとからなる第３温度変化プロセスと、吸着脱離反応部７における燃料温度を６００℃（Ｔｘｙ２＝６００℃）とするｙ２プロセスと、ｙ２プロセス後に脱水素反応部８における燃料温度を４００℃（Ｔｙ２ｚ２＝４００℃）とするｙ２ｚ２プロセスとからなる第４温度変化プロセスと、吸着脱離反応部７における燃料温度を６００℃（Ｔｘｙ２＝６００℃）とｙ２プロセスと、ｙ２プロセス後に脱水素反応部８における燃料温度を３００℃（Ｔｙ２ｚ３＝６００℃）とするｙ２ｚ３プロセスとからなる第５温度変化プロセスの、計５通りの温度変化プロセスを設定し、各温度変化プロセス毎に、第１〜第３電極４、５、６における誘電率を測定することで、燃料内の成分の比率と各成分の炭素の数を推定する。
【００２９】
尚、上記の第１温度変化プロセスと第２温度変化プロセスのみでも、ｎ−パラフィン、ｉｓｏ−パラフィン、ナフテン及びアロマの比率をある程度推定することは可能である。
【００３０】
以下に、導出式を示す。
【００３１】
第１電極で測定される誘電率εｘは、次式（１）のように表せる。
【００３２】
(数１)
εｘ＝Σ（Ｃｎｐ×εｎｐ（ＣＮ））＋Σ（Ｃｉｐ×εｉｐ（ＣＮ））＋Σ（Ｃｎａ×εｎａ（ＣＮ））＋Σ（Ｃａｒ×εａｒ（ＣＮ）） …（１）
ここで、（１）式におけるＣｎｐは燃料内のｎ−パラフィンの濃度、εｎｐ（ＣＮ）はｎ−パラフィンの誘電率、Ｃｉｐは燃料内のｉｓｏ−パラフィンの濃度、εｉｐ（ＣＮ）はｉｓｏ−パラフィンの誘電率、Ｃｎａは燃料内のナフテンの濃度、εｎａ（ＣＮ）はナフテンの誘電率、Ｃａｒは燃料内のアロマの濃度、εａｒ（ＣＮ）はアロマの誘電率である。
【００３３】
ｙ１プロセス（吸着）により、ｎ−パラフィンが吸着する。ｙ１プロセスを経て第２電極５で測定される誘電率εｙ１は、次式（２）のように表せる。
【００３４】
(数２)
εｙ１＝Σ（Ｃｉｐ／（１＋Ｃｎｐ）×εｉｐ（ＣＮ））＋Σ（Ｃｎａ／（１＋Ｃｎｐ）×εｎａ（ＣＮ））＋Σ（Ｃａｒ／（１＋Ｃｎｐ）×εａｒ（ＣＮ）） …（２）
ｙ２プロセス（脱離）により、ｎ−パラフィンが脱離する。ｙ２プロセスを経て第２電極５で測定される誘電率εｙ２は、次式（３）のように表せる。
【００３５】
(数３)
εｙ２＝Σ（２・Ｃｎｐ×εｎｐ（ＣＮ））＋Σ（Ｃｉｐ（１／（１＋Ｃｎｐ）−１／（１−Ｃｎｐ））×εｉｐ（ＣＮ））＋Σ（Ｃｎａ（１／（１＋Ｃｎｐ）−１／（１−Ｃｎｐ））×εｎａ（ＣＮ））＋Σ（Ｃａｒ（１／（１＋Ｃｎｐ）−１／（１−Ｃｎｐ））×εａｒ（ＣＮ）） …（３）
ここで、（３）式から（２）式を減じて（１）式を代入すると、次式（４）となる。
【００３６】
(数４)
εｙ２−εｙ１＝−２Ｃｎｐ＾３／（１−Ｃｎｐ＾２）×εｘ …（４）
これより、Ｃｎｐが求まる。
【００３７】
ここでＣｎｐ、Ｃｉｐ、Ｃｎａ及びＣａｒは濃度なので、次式（５）が成立する。
【００３８】
(数５)
Ｃｎｐ＋Ｃｉｐ＋Ｃｎａ＋Ｃａｒ＝１ …（５）
ｙ１ｚ３プロセスでは、吸着脱離反応部７で燃料内のｎ−パラフィンを吸着させながら、脱水素反応部８における燃料温度を低温としてナフテンだけが脱水素してアロマに変換している。ｙ１ｚ３プロセスを経て第３電極６で測定される誘電率εｙ１ｚ３は、次式（６）により表される。
【００３９】
(数６)
εｙ１ｚ３＝Σ（Ｃｉｐ／（１＋Ｃｎｐ＋Ｃｎａ）×εｉｐ（ＣＮ））＋Σ（Ｃａｒ／（１＋Ｃｎｐ＋Ｃｎａ）×εａｒ（ＣＮ）） …（６）
ここで（６）式から（２）式を減じることでＣｎａが求まる。
【００４０】
ｙ１ｚ１プロセスでは、吸着脱離反応部７で燃料内のｎ−パラフィンを吸着させながら、脱水素反応部８における燃料温度を高温としてｉｓｏ−パラフィンも脱水素する。ｙ１ｚ１プロセスを経て第３電極６で測定される誘電率εｙ１ｚ１は、次式（７）により表される。
【００４１】
(数７)
εｙ１ｚ１＝Σ（Ｃａｒ／（１＋Ｃｎｐ＋Ｃｎａ＋Ｃｉｐ）×εａｒ（ＣＮ）） …（７）
ここで（６）式から（７）式を減じることでＣｉｐが求まる。
【００４２】
そして、最後に（５）式よりよりＣａｒが算出される。
【００４３】
得られたＣｎｐ、Ｃｉｐ、Ｃｎａ、Ｃａｒを（７）式に代入すると、Σεａｒ（ＣＮ）が求まり、同様にして（６）よりΣεｉｐ（ＣＮ）、（２）式よりΣεｎａ（ＣＮ）、（１）式よりΣεｎｐ（ＣＮ）が求まる。
【００４４】
ｎ−パラフィン、ｉｓｏ−パラフィン、ナフテン、アロマの炭素数は、上述した図３のようなマップを参照することにより推定することができる。
【００４５】
このように、燃料センサ１は、燃料の燃料性状、すなわち燃料内の各成分の比率を推定することができる。また、燃料内の各成分の比率と各成分の炭素数から燃料の着火特性を推定することも可能となる。
【００４６】
尚、ｙ２ｚ１プロセスからｙ２ｚ２、ｙ２ｚ３プロセスのデータを用いて、上記算出結果の検証を行っても良いし、各プロセスに転換効率が不明として、それを解く式として、それぞれのプロセスにて２つずつ式を用いて、各プロセスの転換効率を未知のパラメータとして算出することで、さらに精度良く算出することができる。また、得られた平均ＣＮと成分比よりＲＯＮ（オクタン価）の予測を行うことも可能である。
【００４７】
図４は、上述した燃料センサ１を用いたガソリンの燃料性状推定の手順を模式的に示した説明図である。燃料がガソリンの場合には、ガソリンのおおよその成分であるｎ−パラフィン（ｎ−パラフィン系）、ｉｓｏ−パラフィン（ｉｓｏ−パラフィン系）、ナフテン（ナフテン系）、アロマ（芳香族系）及びオレフィン（オレフィン系）の比率と、炭素数（カーボンナンバー）を推定する。
【００４８】
前述した軽油の場合との差異は、燃料内にオレフィンが存在していることだが、上述した燃料が軽油の場合のときと同様のロジックでｎ−パラフィン、ｉｓｏ−パラフィン、ナフテン、アロマ及びオレフィンの比率（Ｃｎｐ、Ｃｉｐ、Ｃｎａ、Ｃａｒ、Ｃｏｒ）を推定することができる。具体的には、燃料ガソリンの場合、吸着脱離反応部７での燃料温度の設定は燃料が軽油の場合と同じであるが、脱水素反応部８での燃料温度を４段階（３００℃、４００℃、５００℃、６００℃）に設定する。
【００４９】
すなわち、脱水素反応部８での燃料温度を低い場合（例えば３００℃）、脱水素反応部８では燃料内のナフテンがアロマ（芳香族）に変化するため、燃料内のナフテンの比率が大きいほど第３電極６により測定される誘電率が高くなる。
【００５０】
脱水素反応部８での燃料温度をやや低い場合（例えば４００℃）、脱水素反応部８では燃料内のナフテンやオレフィンがアロマ（芳香族）に変化するため、燃料内のナフテンやオレフィンの比率が大きいほど第３電極６により測定される誘電率が高くなる。
【００５１】
脱水素反応部８での燃料温度を高い場合（例えば６００℃）、吸着脱離反応部７での燃料温度が低いと（例えば２００℃）、脱水素反応部８では燃料内のナフテン、オレフィン及びｉｓｏ−パラフィンがアロマ（芳香族）に変化するため、燃料内のナフテン、オレフィン及びｉｓｏ−パラフィンの比率が大きいほど第３電極６により測定される誘電率が高くなる。
【００５２】
脱水素反応部８での燃料温度を高い場合（例えば６００℃）、吸着脱離反応部７での燃料温度が高いと（例えば６００℃）、脱水素反応部８では燃料内のナフテン、オレフィン、ｎ−パラフィン及びｉｓｏ−パラフィンがアロマ（芳香族）に変化するため、燃料内のナフテン、オレフィン、ｎ−パラフィン及びｉｓｏ−パラフィンの比率が大きいほど第３電極６により測定される誘電率が高くなる。
【００５３】
脱水素反応部８での燃料温度がやや高い場合（例えば５００℃）、吸着脱離反応部７での燃料温度が高いと（例えば６００℃）、脱水素反応部８では燃料内のナフテン、オレフィン及びｎ−パラフィンがアロマ（芳香族）に変化するため、燃料内のナフテン、オレフィン及びｎ−パラフィンの比率が大きいほど第３電極６により測定される誘電率が高くなる。
【００５４】
尚、燃料がガソリンの場合、Ｃ４、Ｃ５等の超低ＣＮが存在するため、ＲＯＮの傾向が軽油の場合とは異なるので、ＲＯＮの推定用に低級用のテーブルを持つ必要がある。
【００５５】
また、燃料がＧＴＬの場合は、軽油の中の部分的な成分がない場合なので燃料センサ１を用いて問題なく燃料の成分比率を推定可能である。
【００５６】
ただし、エタノール混入ガソリンのような誘電率の大きな燃料が混入した場合には、特別な措置が必要である。すなわち、エタノールは炭化水素系燃料に対して誘電率が大きいため、他への与える影響が大きくなり、燃料推定精度が悪化する。そこで、この場合にはエタノールの濃度をあらかじめ推定しておき、計測を行うか、エタノールをエタノール分離膜などで分離してから測定する必要がある。
【００５７】
また、燃料センサ１は、誘電率の温度依存性を利用して、第１電極４の測定値を用いて燃料内の炭化水素以外の成分の割合を推定することも可能である。
【００５８】
すなわち、図５に示すような、水、エタノール及びガソリンの特性から、燃料内の炭化水素以外の高い誘電率の組成の成分として水やエタノールの割合を推定することも可能である。この場合には、加熱ヒータ３によって、第１電極４位置における燃料温度を変化させ、第１電極４位置における燃料温度と第１電極４で測定された誘電率との相関から燃料内の炭化水素以外の高い誘電率の組成の成分の割合を推定する。
【００５９】
また、燃料内の成分の比率が判れば、燃料の種類を推定ことも可能となるので、燃料センサ１により、燃料の種類を推定することが可能であることが判る。すなわち、燃料センサ１により燃料がガソリンなのか軽油であるかといった燃料の種類の判定を行うことも可能である。
【００６０】
上述した実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
【００６１】
（１） 燃料性状推定装置は、一方向に燃料が流れる流路と、前記流路内に設けられ燃料内の特定成分を吸着もしくは脱離可能な吸着・脱離手段と、前記流路内に前記吸着・脱離手段と直列に設けられ燃料改質を行う燃料改質手段と、前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段の入口側及び出口側において燃料の誘電率を測定する誘電率測定手段と、前記吸着・脱離手段における燃料の温度を制御する第１温度制御手段と、前記燃料改質手段における燃料の温度を制御する第２温度制御手段と、を有し、前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段の上流側における燃料の誘電率と、前記吸着・脱離手段における燃料温度を燃料内の特定成分の吸着が促進される温度条件と吸着が促進されにくい温度条件とに制御した際の前記吸着・脱離手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、前記燃料改質手段における燃料温度を燃料改質反応が異なる複数の温度条件に制御した際の前記燃料改質手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、を用いて燃料性状を推定する。吸着・脱離手段及び燃料改質手段における燃料温度を変化させることで、吸着・脱離手段及び燃料改質手段における反応が変化し、燃料の誘電率が変化する。これによって、燃料性状、すなわち燃料内の各成分の比率を推定することができる。
【００６２】
（２） 前記（１）に記載の燃料性状推定装置は、推定された燃料性状から燃料の種類を推定する。燃料性状を推定することで、燃料がガソリンなのか軽油であるのかといった燃料の種類を推定することが可能となる。
【００６３】
（３） 前記（１）または（２）に記載の燃料性状推定装置おいて、前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段は、具体的には、前記流路に触媒を塗布することによってそれぞれ構成され、前記第１及び第２温度制御手段は、具体的には、前記流路の触媒が塗布された部分を加熱することが可能なものであって、触媒反応によって燃料の組成が変化する少なくとも２つ以上の温度条件で前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段における燃料温度をそれぞれ制御している。
【００６４】
（４） 前記（１）〜（３）のいずれかに記載の燃料性状推定装置おいて、前記燃料は、炭化水素系燃料であって、前記燃料改質手段は前記吸着・脱離手段の下流側に位置し、前記吸着・脱離手段の上流側に燃料を気化させるために加熱する気化手段を有する。これによって、前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段には気化した状態の燃料が導入される。
【００６５】
（５） 前記（１）〜（４）のいずれかに記載の燃料性状推定装置おいて、前記燃料改質手段における燃料改質反応は、具体的には、脱水素反応である。
【００６６】
（６） 前記（１）〜（５）のいずれかに記載の燃料性状推定装置は、具体的には、マイクロマシニング技術を用いて作製されている。これによって、非常にコンパクトにかつ低コストで燃料性状推定装置を作製することができる。
【００６７】
（７） 前記（１）〜（６）のいずれかに記載の燃料性状推定装置において、前記燃料は、具体的には、ガソリンや軽油を主たる成分とするものであって、前記誘電率測定手段により検知された誘電率を用い、燃料の主たる成分であるｎ−パラフィン、ｉｓｏ−パラフィン、ナフテン、オレフィン、アロマ等を推定し、かつ平均の炭素数を推定することで燃料の成分と燃料の着火特性を推定する。
【００６８】
（８） 前記（１）〜（７）のいずれかに記載の燃料性状推定装置において、前記吸着・脱離手段の上流側に、誘電率の温度依存性から炭化水素以外の高い誘電率の組成の成分の割合を推定する性状割合推定手段を有する。これによって、燃料内に水やエタノール等の誘電率の高い成分が混入している場合であっても、精度良く燃料の性状を推定することができる。
【００６９】
（９） 前記（１）〜（７）のいずれかに記載の燃料性状推定装置において、前記吸着・脱離手段の上流側に、誘電率の温度依存性から炭化水素以外の高い誘電率の組成の成分としてエタノールの割合を推定すると共に、前記燃料からエタノール成分を分離するエタノール検知分離手段を有する。これによって、エタノール混入ガソリンのような誘電率の大きな燃料が混入した場合でも、燃料推定精度が悪化してしまうことを防止することができる。
【００７０】
（１０） 燃料性状推定方法は、燃料が一方向に流れる流路内に、燃料の特定成分を吸着もしくは脱離可能な吸着・脱離手段と、前記吸着・脱離手段と直列に設けられ燃料改質を行う燃料改質手段とが設けられ、第１温度制御手段により前記吸着・脱離手段における燃料の温度を制御し、第２温度制御手段により前記燃料改質手段における燃料の温度を制御し、前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段の上流側における燃料の誘電率と、前記吸着・脱離手段における燃料温度を燃料内の特定成分の吸着が促進される温度条件と吸着が促進されにくい温度条件とに制御した際の前記吸着・脱離手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、前記燃料改質手段における燃料温度を燃料改質反応が異なる複数の温度条件に制御した際の前記燃料改質手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、を用いて燃料性状を推定する。
【符号の説明】
【００７１】
１…燃料センサ
２…燃料通路
３…加熱ヒータ
４…第１電極
５…第２電極
６…第３電極
７…吸着脱離反応部
８…脱水素反応部
９…第１温度ヒータ
１０…第２温度ヒータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に燃料が流れる流路と、前記流路内に設けられ燃料内の特定成分を吸着もしくは脱離可能な吸着・脱離手段と、前記流路内に前記吸着・脱離手段と直列に設けられ燃料改質を行う燃料改質手段と、前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段の入口側及び出口側において燃料の誘電率を測定する誘電率測定手段と、前記吸着・脱離手段における燃料の温度を制御する第１温度制御手段と、前記燃料改質手段における燃料の温度を制御する第２温度制御手段と、を有し、
前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段の上流側における燃料の誘電率と、
前記吸着・脱離手段における燃料温度を燃料内の特定成分の吸着が促進される温度条件と吸着が促進されにくい温度条件とに制御した際の前記吸着・脱離手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、
前記燃料改質手段における燃料温度を燃料改質反応が異なる複数の温度条件に制御した際の前記燃料改質手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、を用いて燃料性状を推定することを特徴とする燃料性状推定装置。
【請求項２】
推定された燃料性状から燃料の種類を推定することを特徴とする請求項１に記載の燃料性状推定装置。
【請求項３】
前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段は、前記流路に触媒を塗布することによってそれぞれ構成され、
前記第１及び第２温度制御手段は、前記流路の触媒が塗布された部分を加熱することが可能なものであって、触媒反応によって燃料の組成が変化する少なくとも２つ以上の温度条件で前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段における燃料温度をそれぞれ制御していることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料性状推定装置。
【請求項４】
前記燃料は、炭化水素系燃料であって、前記燃料改質手段は前記吸着・脱離手段の下流側に位置し、
前記吸着・脱離手段の上流側に燃料を気化させるために加熱する気化手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料性状推定装置。
【請求項５】
前記燃料改質手段における燃料改質反応は脱水素反応であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料性状推定装置。
【請求項６】
マイクロマシニング技術を用いて作製されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料性状推定装置。
【請求項７】
前記燃料は、ガソリンや軽油を主たる成分とするものであって、前記誘電率測定手段により検知された誘電率を用い、燃料の主たる成分であるｎ−パラフィン、ｉｓｏ−パラフィン、ナフテン、オレフィン、アロマ等を推定し、かつ平均の炭素数を推定することで燃料の成分と燃料の着火特性を推定することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の燃料性状推定装置。
【請求項８】
前記吸着・脱離手段の上流側に、誘電率の温度依存性から炭化水素以外の高い誘電率の組成の成分の割合を推定する性状割合推定手段を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の燃料性状推定装置。
【請求項９】
前記吸着・脱離手段の上流側に、誘電率の温度依存性から炭化水素以外の高い誘電率の組成の成分としてエタノールの割合を推定すると共に、前記燃料からエタノール成分を分離するエタノール検知分離手段を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の燃料性状推定装置。
【請求項１０】
燃料が一方向に流れる流路内に、燃料の特定成分を吸着もしくは脱離可能な吸着・脱離手段と、前記吸着・脱離手段と直列に設けられ燃料改質を行う燃料改質手段とが設けられ、第１温度制御手段により前記吸着・脱離手段における燃料の温度を制御し、第２温度制御手段により前記燃料改質手段における燃料の温度を制御し、前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段の上流側における燃料の誘電率と、前記吸着・脱離手段における燃料温度を燃料内の特定成分の吸着が促進される温度条件と吸着が促進されにくい温度条件とに制御した際の前記吸着・脱離手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、前記燃料改質手段における燃料温度を燃料改質反応が異なる複数の温度条件に制御した際の前記燃料改質手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、を用いて燃料性状を推定することを特徴とする燃料性状推定方法。
【請求項１】
一方向に燃料が流れる流路と、前記流路内に設けられ燃料内の特定成分を吸着もしくは脱離可能な吸着・脱離手段と、前記流路内に前記吸着・脱離手段と直列に設けられ燃料改質を行う燃料改質手段と、前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段の入口側及び出口側において燃料の誘電率を測定する誘電率測定手段と、前記吸着・脱離手段における燃料の温度を制御する第１温度制御手段と、前記燃料改質手段における燃料の温度を制御する第２温度制御手段と、を有し、
前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段の上流側における燃料の誘電率と、
前記吸着・脱離手段における燃料温度を燃料内の特定成分の吸着が促進される温度条件と吸着が促進されにくい温度条件とに制御した際の前記吸着・脱離手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、
前記燃料改質手段における燃料温度を燃料改質反応が異なる複数の温度条件に制御した際の前記燃料改質手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、を用いて燃料性状を推定することを特徴とする燃料性状推定装置。
【請求項２】
推定された燃料性状から燃料の種類を推定することを特徴とする請求項１に記載の燃料性状推定装置。
【請求項３】
前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段は、前記流路に触媒を塗布することによってそれぞれ構成され、
前記第１及び第２温度制御手段は、前記流路の触媒が塗布された部分を加熱することが可能なものであって、触媒反応によって燃料の組成が変化する少なくとも２つ以上の温度条件で前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段における燃料温度をそれぞれ制御していることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料性状推定装置。
【請求項４】
前記燃料は、炭化水素系燃料であって、前記燃料改質手段は前記吸着・脱離手段の下流側に位置し、
前記吸着・脱離手段の上流側に燃料を気化させるために加熱する気化手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料性状推定装置。
【請求項５】
前記燃料改質手段における燃料改質反応は脱水素反応であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料性状推定装置。
【請求項６】
マイクロマシニング技術を用いて作製されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料性状推定装置。
【請求項７】
前記燃料は、ガソリンや軽油を主たる成分とするものであって、前記誘電率測定手段により検知された誘電率を用い、燃料の主たる成分であるｎ−パラフィン、ｉｓｏ−パラフィン、ナフテン、オレフィン、アロマ等を推定し、かつ平均の炭素数を推定することで燃料の成分と燃料の着火特性を推定することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の燃料性状推定装置。
【請求項８】
前記吸着・脱離手段の上流側に、誘電率の温度依存性から炭化水素以外の高い誘電率の組成の成分の割合を推定する性状割合推定手段を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の燃料性状推定装置。
【請求項９】
前記吸着・脱離手段の上流側に、誘電率の温度依存性から炭化水素以外の高い誘電率の組成の成分としてエタノールの割合を推定すると共に、前記燃料からエタノール成分を分離するエタノール検知分離手段を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の燃料性状推定装置。
【請求項１０】
燃料が一方向に流れる流路内に、燃料の特定成分を吸着もしくは脱離可能な吸着・脱離手段と、前記吸着・脱離手段と直列に設けられ燃料改質を行う燃料改質手段とが設けられ、第１温度制御手段により前記吸着・脱離手段における燃料の温度を制御し、第２温度制御手段により前記燃料改質手段における燃料の温度を制御し、前記吸着・脱離手段及び前記燃料改質手段の上流側における燃料の誘電率と、前記吸着・脱離手段における燃料温度を燃料内の特定成分の吸着が促進される温度条件と吸着が促進されにくい温度条件とに制御した際の前記吸着・脱離手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、前記燃料改質手段における燃料温度を燃料改質反応が異なる複数の温度条件に制御した際の前記燃料改質手段出口側におけるそれぞれの誘電率と、を用いて燃料性状を推定することを特徴とする燃料性状推定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１６９５４９（Ｐ２０１０−１６９５４９Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２６７０（Ｐ２００９−１２６７０）
【出願日】平成２１年１月２３日（２００９．１．２３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２３日（２００９．１．２３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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