JP2004077131A - Fuel concentration detection device for composite fuel - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the concentration of each of component fuel of a gasified composite fuel with a simple constitution mountable on a vehicle. <P>SOLUTION: This fuel concentration detection device has a luminescent member 88 as a light source to emitting light with a plurality of wavelength, a reflector 96 to reflect the light emitted from the luminescent member 88 and passing through the gasified composite fuel flowing in the inside of a conduit 82, a spectrograph 98 to divide the light reflected by the reflector 96 and passing through the gasified composite fuel, optical filters 110-114 to respectively pass the light of specific wavelength, photodiodes 90-94 to receive the light passing through the optical filter and to output an electric signal of voltage It corresponding to its strength and an electric circuit 126 to control the photodiodes, and the electric circuit 126 computes the concentration of the composite fuel in accordance with the ratio It/Io of output voltage concerning each of the composite fuel by specifying the output voltage at the time when the concentration is zero as Io. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の炭化水素燃料よりなるガス化複合燃料に係り、更に詳細にはガス化複合燃料の燃料濃度検出装置に係る。
【0002】
【従来の技術】
例えば特許第2748245号公報に記載されている如く、天然ガスの如き気体燃料とブタンの如き液体燃料との複合燃料が使用される場合には、液体状態の複合燃料がタンクより取り出されて使用されるにつれて、タンク中の液体の体積が漸次減少し気体状態の複合燃料の体積が漸次増大するため、タンク内の気体状態の複合燃料の体積増大に伴って液体燃料に溶解していた気体燃料が漸次気体に状態変化する。そのため液体状態の複合燃料の取り出しが進行するにつれて取り出される燃料の燃料性状(成分比率)が漸次変化する。
【0003】
例えば図12は、モル比で70%のメタン(気体)と30%のブタン(液体)とよりなる複合燃料を貯容する燃料タンクより液体状態の燃料を取り出して内燃機関を定常状態で運転したときの燃料タンク内圧力と燃料中のブタンのモル比(%)との関係を示している。図12に示されている如く、液体燃料がタンクより取り出されて使用されるにつれて液体のブタンに溶解しているメタンの量が漸次減少していくため、燃料タンク内圧力が約6MPaになるまではブタンの比率が漸次増加し、液体燃料が全て消費され燃料タンク内が気体のみになると燃料中のブタンのモル比が急激に低下することが解る。
【0004】
かくして燃料性状が変化すると、それに伴って機関運転時の理論空燃比も変化するので、内燃機関を効率よく運転させると共に排気エミッションを低減するためには、燃料性状の変化に応じて機関運転時の空燃比を最適に変化させなければならず、従って複合燃料の成分燃料の濃度を逐次検出し、その検出結果に応じて内燃機関に対する燃料供給量を逐次制御する必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに上記特許公報には複合燃料が液体状態にて取り出され使用される場合にも上述の如く燃料性状が変化すること及びその変化に合わせて内燃機関に対する燃料供給量を逐次制御すべく複合燃料の成分燃料の濃度を逐次検出する方法や装置については記載されておらず、従って上記特許公報に記載された方法及び装置には、この点で改善の余地がある。
【0006】
また炭化水素燃料の濃度検出装置の一つとして、日本機械学会講演論文集No.015−1の第135頁及び第136頁には、赤外線吸収法を利用した濃度検出装置であって、単一波長の赤外光線を照射する一つの光源と、該光源より照射され炭化水素燃料を通過した光を受光し受光した赤外光線の強度に対応する信号を出力する一つの受光手段と、受光手段より出力される信号に基づき炭化水素燃料の濃度を演算する演算手段とを有する濃度検出装置が記載されている。
【0007】
しかしこの濃度検出装置は実験室での計測を目的とする装置であり、この濃度検出装置によれば複数の炭化水素燃料よりなるガス化複合燃料について全体としての濃度を検出することはできるが、この濃度検出装置によっては各成分燃料の濃度を検出することができず、また自動車等の車輌の燃料としてガス化複合燃料が使用される場合に適用することができないという問題がある。
【0008】
本発明は、複数の炭化水素燃料よりなるガス化複合燃料が使用される場合に於ける上述の如き問題に鑑みてなされたものであり、本発明の主要な課題は、ガス化複合燃料の成分燃料の光吸収特性に応じた複数の特定の波長の光について光吸収現象を利用することにより、車輌に搭載可能な簡便な構成にてガス化複合燃料の各成分燃料の濃度を検出することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述の主要な課題は、本発明によれば、請求項1の構成、即ち複数の炭化水素燃料よりなるガス化複合燃料の燃料濃度検出装置に於いて、複数の波長の光を照射する光源と、前記光源より照射されガス化複合燃料を通過した光を受光しそれぞれ受光した特定波長の光の強度に対応する信号を出力する複数の受光手段と、前記複数の受光手段より出力される信号に基づき燃料の濃度を演算する演算手段とを有することを特徴とするガス化複合燃料の燃料濃度検出装置によって達成される。
【0010】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項1の構成に於いて、前記光源より照射されガス化複合燃料を通過した光を各受光手段に対し分光する分光手段を含んでいるよう構成される(請求項2の構成)。
【0011】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項1又は2の構成に於いて、各受光手段は特定波長の光を通過させるフィルタと、前記フィルタを通過した光をその強度に対応する電圧の電気信号に変換する光−電気変換素子とを含んでいるよう構成される(請求項3の構成)。
【0012】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項1乃至3の構成に於いて、ガス化複合燃料は燃料通路を流れる燃料であり、前記燃料通路には上流側端部及び下流側端部に於いて分岐通路が連通接続されており、前記燃料濃度検出装置は前記分岐通路に設けられているよう構成される(請求項4の構成)。
【0013】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項4の構成に於いて、前記燃料濃度検出装置より上流側の前記分岐通路にはガス化複合燃料を加熱して液相を気化させる加熱手段が設けられているよう構成される(請求項5の構成)。
【0014】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項1乃至5の構成に於いて、前記光源より照射された光は照射用光透過窓を経て前記分岐通路に流れるガス化複合燃料中を通過すると共に、受光用光透過窓を経て前記受光手段により受光されるよう構成され、前記照射用光透過窓及び前記受光用光透過窓には光の通過を許し且つガス化複合燃料の流れが直接前記照射用光透過窓及び前記受光用光透過窓に当ることを抑制するカバーが設けられているよう構成される(請求項6の構成)。
【0015】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項4乃至6の構成に於いて、前記光源及び前記受光手段は前記分岐通路の一方の側に配置され、前記分岐通路の他方の側には前記光源より照射されガス化複合燃料中を通過した光をガス化複合燃料を経て前記受光手段に対し反射する反射鏡が配置されているよう構成される(請求項7の構成)。
【0016】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項1乃至7の構成に於いて、前記ガス化複合燃料はメタンとプロパンとブタンとよりなり、前記受光手段はメタン濃度検出用受光手段とプロパン濃度検出用受光手段とブタン濃度検出用受光手段とよりなり、前記メタン濃度検出用受光手段は8.1±0.1μmの波長の光を受光し、前記プロパン濃度検出用受光手段は8.6±0.1μm、9.5±0.2μm、11.1±0.2μmの何れかの波長の光を受光し、前記ブタン濃度検出用受光手段は4.2±0.1μm、6.3±0.1μm、10.5±0.5μmの何れかの波長の光を受光するよう構成される(請求項8の構成)。
【0017】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項1乃至7の構成に於いて、前記ガス化複合燃料はメタンとプロパンとよりなり、前記受光手段はメタン濃度検出用受光手段とプロパン濃度検出用受光手段とよりなり、前記メタン濃度検出用受光手段は8.1±0.1μmの波長の光を受光し、前記プロパン濃度検出用受光手段は6.6±0.1μm、6.9±0.5μm、7.2±0.5μm、8.6±0.1μm、9.5±0.2μm、11.1±0.2μmの何れかの波長の光を受光するよう構成される(請求項9の構成)。
【0018】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項1乃至7の構成に於いて、前記ガス化複合燃料はメタンとブタンとよりなり、前記受光手段はメタン濃度検出用受光手段とブタン濃度検出用受光手段とよりなり、前記メタン濃度検出用受光手段は8.1±0.1μmの波長の光を受光し、前記ブタン濃度検出用受光手段は4.2±0.1μm、6.3±0.1μm、6.6±0.5μm、6.9±0.5μm、7.2±0.5μm、10.5±0.5μmの何れかの波長の光を受光するよう構成される(請求項10の構成)。
【0019】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項1乃至10の構成に於いて、ガス化複合燃料の全ての成分燃料によって実質的に同等に吸収される波長の光を受光し受光した光の強度に対応する信号を出力する基準用受光手段を有し、演算手段は燃料の濃度が0であるときの前記基準用受光手段の出力に対する前記基準用受光手段の実際の出力の比に基づいて前記複数の受光手段より出力される信号に基づき演算される燃料の濃度を補正するよう構成される(請求項11の構成)。
【0020】
【発明の作用及び効果】
上記請求項1の構成によれば、複数の波長の光を照射する光源と、光源より照射されガス化複合燃料を通過した光を受光しそれぞれ受光した特定波長の光の強度に対応する信号を出力する複数の受光手段と、複数の受光手段より出力される信号に基づき燃料の濃度を演算する演算手段とを有するので、一つの光源により複数の波長の光を同一の強度にてガス化複合燃料中に通過させることができ、従って各燃料成分に対応する複数の光源が使用される場合に比して、燃料濃度検出装置の構造を簡素化することができ、またガス化複合燃料を構成する成分燃料の濃度を精度よく検出することができる。
【0021】
また上記請求項2の構成によれば、光源より照射されガス化複合燃料を通過した光を各受光手段に対し分光する分光手段を含んでいるので、光がガス化複合燃料を通過する前に分光される構造の場合に比して、光がガス化複合燃料を通過する際に於ける複数の波長の光の強度を確実に同一の強度にすることができ、これにより各成分燃料の濃度を高精度に検出することができる。
【0022】
また上記請求項3の構成によれば、各受光手段は特定波長の光を通過させるフィルタと、フィルタを通過した光をその強度に対応する電気信号に変換する光−電気変換素子とを含んでいるので、各受光手段はガス化複合燃料を構成する成分燃料の光吸収特性に正確に対応する波長の光を受光することができ、これにより各成分燃料の濃度を高精度に検出することができる。
【0023】
また上記請求項4の構成によれば、ガス化複合燃料は燃料通路を流れる燃料であり、燃料通路には上流側端部及び下流側端部に於いて分岐通路が連通接続されており、燃料濃度検出装置は分岐通路に設けられているので、各成分燃料の濃度を高精度に検出するに適した流量のガス化複合燃料中に光を通過させることができ、また燃料濃度検出装置の構成部品に燃料が付着する虞れ及びこれに起因して濃度検出精度が低下する虞れを低減することができる。
【0024】
また上記請求項5の構成によれば、燃料濃度検出装置より上流側の分岐通路にはガス化複合燃料を加熱して液相を気化させる加熱手段が設けられているので、燃料濃度検出装置の構成部品に燃料の液相成分が付着する虞れ及びこれに起因して濃度検出精度が低下する虞れを効果的に低減することができる。
【0025】
また上記請求項6の構成によれば、光源より照射された光は照射用光透過窓を経て分岐通路に流れるガス化複合燃料中を通過すると共に、受光用光透過窓を経て受光手段により受光されるよう構成され、照射用光透過窓及び受光用光透過窓には光の通過を許し且つガス化複合燃料の流れが直接照射用光透過窓及び受光用光透過窓に当ることを抑制するカバーが設けられているので、ガス化複合燃料の流れが直接照射用光透過窓及び受光用光透過窓に当り燃料がそれらの光透過窓に付着する虞れ及びこれに起因して濃度検出精度が低下する虞れを効果的に低減することができる。
【0026】
また上記請求項7の構成によれば、光源及び受光手段は分岐通路の一方の側に配置され、分岐通路の他方の側には光源より照射されガス化複合燃料中を通過した光をガス化複合燃料を経て受光手段に対し反射する反射鏡が配置されているので、分岐通路の断面積を大きくすることなく濃度検出に必要な光路長を確保することができ、また一般に電力や制御を必要とする光源及び受光手段を分岐通路の一方の側に集中して配置することができる。
【0027】
また上記請求項8の構成によれば、ガス化複合燃料はメタンとプロパンとブタンとよりなり、受光手段はメタン濃度検出用受光手段とプロパン濃度検出用受光手段とブタン濃度検出用受光手段とよりなり、メタン濃度検出用受光手段は8.1±0.1μmの波長の光を受光し、プロパン濃度検出用受光手段は8.6±0.1μm、9.5±0.2μm、11.1±0.2μmの何れかの波長の光を受光し、ブタン濃度検出用受光手段は4.2±0.1μm、6.3±0.1μm、10.5±0.5μmの何れかの波長の光を受光するので、ガス化複合燃料を構成するメタン、プロパン、ブタンの濃度を高精度に検出することができる。
【0028】
また上記請求項9の構成によれば、ガス化複合燃料はメタンとプロパンとよりなり、受光手段はメタン濃度検出用受光手段とプロパン濃度検出用受光手段とよりなり、メタン濃度検出用受光手段は8.1±0.1μmの波長の光を受光し、プロパン濃度検出用受光手段は6.6±0.1μm、6.9±0.5μm、7.2±0.5μm、8.6±0.1μm、9.5±0.2μm、11.1±0.2μmの何れかの波長の光を受光するので、ガス化複合燃料を構成するメタン及びプロパンの濃度を高精度に検出することができる。
【0029】
また上記請求項10の構成によれば、ガス化複合燃料はメタンとブタンとよりなり、受光手段はメタン濃度検出用受光手段とブタン濃度検出用受光手段とよりなり、メタン濃度検出用受光手段は8.1±0.1μmの波長の光を受光し、ブタン濃度検出用受光手段は4.2±0.1μm、6.3±0.1μm、6.6±0.5μm、6.9±0.5μm、7.2±0.5μm、10.5±0.5μmの何れかの波長の光を受光するので、ガス化複合燃料を構成するメタン及びブタンの濃度を高精度に検出することができる。
【0030】
また上記請求項11の構成によれば、ガス化複合燃料の全ての成分燃料によって実質的に同等に吸収される波長の光を受光し受光した光の強度に対応する信号を出力する基準用受光手段が設けられ、燃料の濃度が0であるときの基準用受光手段の出力に対する基準用受光手段の実際の出力の比に基づいて複数の受光手段より出力される信号に基づき演算される燃料の濃度が補正されるので、燃料濃度検出装置の構成部品に燃料が付着し複数の受光手段に到達する光の強度が標準状態よりも低下しても、各燃料成分の濃度を高精度に検出することができ、また燃料濃度検出装置のメンテナンスの頻度及びそのコストを低減することができる。
【0031】
【課題解決手段の好ましい態様】
本発明の一つの好ましい態様によれば、上記請求項1の構成に於いて、燃料濃度検出装置はガス化複合燃料燃料を構成する成分燃料の数と同数の受光手段を有するよう構成される(好ましい態様1)。
【0032】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項1の構成に於いて、演算手段は各成分燃料の濃度が0であるときの各受光手段の出力に対する各受光手段の実際の出力の比に基づき各成分燃料の濃度を演算するよう構成される(好ましい態様2)。
【0033】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項4の構成に於いて、分岐通路は燃料通路の上方に延在するよう構成される(好ましい態様3)。
【0034】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項4の構成に於いて、燃料濃度検出装置は分岐通路の一部を郭定する導管を含むよう構成される(好ましい態様4)。
【0035】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項5の構成に於いて、加熱手段はガス化複合燃料を実質的に一定の温度に加熱するよう構成される(好ましい態様5)。
【0036】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項6の構成に於いて、照射用光透過窓若しくは受光用光透過窓は交換可能な光透過性のカバープレートにて覆われるよう構成される(好ましい態様6)。
【0037】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項11の構成に於いて、基準用受光手段はガス化複合燃料の何れの成分燃料によっても実質的に吸収されない波長の光を受光するよう構成される(好ましい態様7)。
【0038】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項11の構成に於いて、ガス化複合燃料はメタンとプロパンとブタンとよりなり、基準用受光手段は2.8±0.1μm、5.1±0.3μmの何れかの波長の光を受光するよう構成される(好ましい態様8)。
【0039】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項11の構成に於いて、ガス化複合燃料はメタンとプロパンとよりなり、基準用受光手段は2.8±0.1μm、5.1±0.3μm、9.1±0.1μm、10.2±0.2μmの何れかの波長の光を受光するよう構成される(好ましい態様9)。
【0040】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項11の構成に於いて、ガス化複合燃料はメタンとブタンとよりなり、基準用受光手段は2.8±0.1μm、5.1±0.3μm、9.3±0.3μm、11.5±0.4μmの何れかの波長の光を受光するよう構成される(好ましい態様10)。
【0041】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項11の構成に於いて、演算手段は燃料の濃度が0であるときの基準用受光手段の出力に対する基準用受光手段の実際の出力の比に基づいて補正係数を演算し、各成分燃料の濃度が0であるときの各受光手段の出力に対する各受光手段の実際の出力の比を演算し、各成分燃料についての出力の比を補正係数にて補正し、補正後の出力の比に基づき各成分燃料の濃度を演算するよう構成される(好ましい態様11)。
【0042】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施の形態(以下単に実施形態という)について詳細に説明する。
【0043】
第一の実施形態
図1は本発明による燃料濃度検出装置の第一の実施形態が組み込まれた内燃機関用気液混合燃料供給制御装置を示す概略構成図、図2は図1に示された熱交換器を示す拡大断面図、図3は図1に示された第一の実施形態の燃料濃度検出装置を示す概略構成図、図4は図3に示された第一の実施形態の燃料濃度検出装置を示す拡大断面図である。
【0044】
図1に於いて、10は燃料導入弁10Aを備えた燃料タンクを示しており、燃料タンク10にはメタンとプロパンとブタンとよりなる液体状態の複合燃料12が例えば約15MPaの高圧にて貯容されている。燃料タンク10内には液体状態の複合燃料12を取り出す液体燃料取り出し導管14が延在しており、液体燃料取り出し導管14の一端(先端)は燃料タンク10内の下方部に位置し、他端は電磁開閉弁である燃料供給弁16を経てレギュレータ18に接続されている。
図示の実施形態に於いてはレギュレータ18は燃料供給弁16と共に燃料タンク10に一体的に固定されている。
【0045】
図示の実施形態に於いては、燃料タンク10内には液体燃料取り出し導管14に加えて気体状態の複合燃料12Bを取り出す気体燃料取り出し導管70が延在しており、気体燃料取り出し導管70の一端(先端)は燃料タンク10内の上方部に位置し、他端は電磁開閉弁である燃料供給弁72を経てレギュレータ74に接続されている。図示の如くレギュレータ74も燃料供給弁72と共に燃料タンク10に一体的に固定されている。
【0046】
レギュレータ18は燃料タンク10より取り出された液体燃料12を所定の圧力に減圧して燃料供給導管20の一端へ供給し、燃料供給導管20の他端は液体状態の複合燃料を気体状態に状態変化させる熱交換器22に接続されている。熱交換器22には気体状態の複合燃料を供給する燃料供給導管24の一端が接続されており、燃料供給導管24の他端は燃料デリバリ装置26に接続されており、燃料デリバリ装置26は燃料噴射装置28に接続されている。同様に、レギュレータ74は燃料タンク10より取り出された気体燃料12Bを所定の圧力に減圧して燃料供給導管76の一端へ供給し、燃料供給導管76の他端は熱交換器22に接続されている。尚気体燃料の燃料圧力を調整し得るよう、熱交換器22の下流側にもレギュレータが設けられてもよい。
【0047】
周知の如く、燃料噴射装置28は内燃機関30の各気筒の吸気管32に設けられており、気体状態の複合燃料を吸気管32内に噴射供給するようになっている。図示の実施形態に於ける内燃機関30は水冷式の内燃機関であり、その燃焼室34にて燃料が燃焼することにより発生した排気ガスは排気管36及び図には示されていないマフラーを経て大気中へ放出され、排気管36の途中には排気ガス浄化触媒38が設けられている。
【0048】
図2に示されている如く、熱交換器22は燃料供給導管20、24、76が接続されたハウジング40を有し、ハウジング40の内部空間40Aは燃料供給導管20、24、76を相互に連通接続している。特に図示の実施形態に於いては、液体状態の複合燃料12を供給する燃料供給導管20はハウジング40の下端に接続され、内部空間40Aに於いて気体状態に変化された複合燃料12Aを供給する燃料供給導管24はハウジング40の上端に接続されている。従って熱交換器22より気体状態の複合燃料12Aを排出する出口は熱交換器22へ液体状態の複合燃料12を導入する入口よりも高い位置に位置している。また燃料供給導管76は熱交換器22の上方部分に接続され、気体状態の複合燃料を供給する燃料供給導管24と常時連通するようになっている。
【0049】
ハウジング40の内部空間40Aには冷却水導管42が延在しており、内部空間40A内の冷却水導管42には複数個のフィン44が設けられている。冷却水導管42には内燃機関30の冷却水循環系46より昇温した冷却水46Aが循環供給され、これにより熱交換器22は冷却水導管42内を流れる高温の冷却水と内部空間40A内の複合燃料との間に於いて熱交換を行い、冷却水の熱を利用して液体状態の複合燃料を気体状態に状態変化させるようになっている。
【0050】
尚図には示されていないが、液体状態の複合燃料が確実に気体状態に状態変化されると共に、液体状態の複合燃料が燃料噴射装置28へ供給されることがないよう、液体状態の複合燃料の液面12Dが所定量以上高くなると燃料供給導管20と内部空間40Aとの連通を遮断する例えばフロート式の開閉弁が熱交換器22に設けられていてもよい。
【0051】
図1に示されている如く、燃料供給導管24には赤外線吸収法を利用して該導管内を流れる気体状態の複合燃料について成分燃料の濃度を検出する燃料濃度検出装置48が設けられており、燃料濃度検出装置48により検出された燃料濃度を示す信号は電子制御装置50へ入力される。尚図には詳細に示されていないが、電子制御装置50は例えばCPUとROMとRAMと入出力ポート装置とを有し、これらが双方向性のコモンバスにより互いに接続された一般的な構成のマイクロコンピュータを含んでいる。
【0052】
燃料デリバリ装置26には燃料温度センサ52及び燃料圧力センサ54が設けられており、これらのセンサにより検出された燃料温度Tf及び燃料圧力Pfを示す信号は電子制御装置50へ入力される。また排気ガスの流れで見て排気ガス浄化触媒38より上流側の排気管36には空燃比検出センサ56が設けられ、排気ガス浄化触媒38より下流側の排気管36にはOセンサ58が設けられており、これらのセンサにより検出された実空燃比Ra及び酸素濃度Doを示す信号も電子制御装置50へ入力される。
【0053】
電子制御装置50には冷却水循環系46に設けられた冷却水温センサ60より冷却水温Tcを示す信号が入力され、またスロットル開度センサ62、エンジン回転数センサ64、エアフローメータ66、クランク角センサ68よりそれぞれスロットル開度θ、エンジン回転数Ne、吸入空気量Fa、クランク角φを示す信号が入力される。
【0054】
図3に示されている如く、燃料通路としての燃料供給導管24には分岐通路としての分岐導管80の上流側端部及び下流側端部が接続されており、燃料濃度検出装置48は分岐導管80に設けられている。図示の実施形態に於いては、分岐導管80は燃料供給導管24の上方に延在している。図3及び図4に示されている如く、燃料濃度検出装置48は両端にて分岐導管80に接続され分岐通路の一部を郭定する導管82を含んでいる。
【0055】
図4に詳細に示されている如く、燃料濃度検出装置48は複数の波長の光86を照射する光源としての一つの発光部材88と、三つの受光素子としてのフォトダイオード90〜94と、発光部材88より照射され導管82内を流れるガス化複合燃料を通過した光を反射する反射鏡96と、反射鏡96により反射されガス化複合燃料を通過した光を三つのフォトダイオード90〜94へ向けて分光する分光器98とを有している。
【0056】
発光部材88及びフォトダイオード90〜94は導管82より上方へ隔置された基板100に固定されており、基板100及び導管82に固定された基板102と共にハウジング104内に収容されている。反射鏡96は導管82の流路中心に対し発光部材88及びフォトダイオード90〜94とは反対の側にて導管82に固定されている。
【0057】
図示の実施形態に於いては、発光部材88は赤外線放射型の発光体を含み、発光部材88により照射された光86はガラス板106を通過して導管82内へ進入し、反射鏡96に入射する。反射鏡96により反射された光はガラス板108を通過した後分光器98へ進入し、分光器98により分光された光はそれぞれ光学フィルタ110〜114を通過した後それぞれ対応するフォトダイオード90〜94に入射する。
【0058】
かくしてガラス板106は導管82に設けられた孔と共働して照射用光透過窓を郭定し、ガラス板108は導管82に設けられた孔と共働して受光用光透過窓を郭定している。ガラス板106及び108は合成サファイア、シリコン、ジンク・セレンの如き赤外線の透過性に優れた材料にて形成され、それぞれ基板102に固定され、ガラス板106及び108と導管82との間はOリングシール110Aによりシールされている。
【0059】
フォトダイオード90〜94は互いに同一の特性を有し、入射した光の強度に対応する電圧の電気信号を出力する。反射鏡96低熱膨張率の金属板又はセラミック板にクロム、金、白金等がめっきされ又は鏡面研摩され、光の反射率が高くされたものである。分光器98は例えば三つの凸レンズが組み合わされたものであり、ガラス板108に固定されている。光学フィルタ110〜114はガラス板の表面に光の高屈折率層と低屈折率層とが波長の1/4の厚さにて真空蒸着された所謂干渉フィルタであり、フォトダイオード90〜94と共に基板100に固定されている。尚蒸着される物質は光学フィルタ110〜114が透過すべき光の波長に応じて選定される。
【0060】
例えば図6はメタン、プロパン、ブタン、水蒸気について赤外線の波長と赤外線吸収率との関係を示している。図6より解る如く、各成分に固有の赤外線吸収率が高い波長、即ち濃度が検出されるべき成分燃料の赤外線吸収率は高いが他の成分燃料の赤外線吸収率は低い波長を採用することにより、他の成分燃料の影響を抑えつつ各成分燃料の濃度を検出することができることが解る。図示の実施形態に於いては、メタン濃度検出用の光学フィルタ110の透過波長は8.1±0.1μmに設定され、プロパンの濃度検出用光学フィルタ112の透過波長は8.6±0.1μm、9.5±0.2μm、11.1±0.2μmの何れかに設定され、ブタンの濃度検出用光学フィルタ114の透過波長は4.2±0.1μm、6.3±0.1μm、10.5±0.5μmの何れかに設定される。
【0061】
基板102の下面にはガラス板106及び108に対応してそれぞれカバー116及び118が固定されている。カバー116及び118は導管82内を流れるガス化複合燃料が直接ガラス板106及び108に当ることがないようガラス板106及び108を覆うと共に光86の通過を許す孔を有している。同様に、導管82の内面にはカバー120が固定されている。カバー120は導管82内を流れるガス化複合燃料が直接反射鏡96に当ることがないよう反射鏡96を覆うと共に光86の通過を許す孔を有している。カバー118及び120の上流側にて導管82の内面には導管82内を流れるガス化複合燃料を例えば30℃の一定の温度に加熱するPTCヒータ122が固定されている。
【0062】
発光部材88に対する電力の供給及び制御は基板100の上面に固定された電気回路124により行われ、フォトダイオード90〜94に対する電力の供給及び制御は基板100の上面に固定された電気回路126により行われ、PTCヒータ122に対する電力の供給及び制御は基板102の上面に固定された電気回路128により行われる。電気回路126はフォトダイオード90〜94よりの出力に基づきガス化複合燃料の成分燃料であるメタン、プロパン、ブタンの濃度Cm、Cp、Cbを演算し、それらの濃度を示す信号を電子制御装置50へ出力する。
【0063】
例えば燃料濃度が0[mol/m]であるときのフォトダイオード90〜94の出力電圧Ioに対する燃料濃度がC[mol/m]であるときのフォトダイオード90〜94の出力電圧Itの比It/Ioは、発光部材88や光学フィルタ110〜114等により決まる装置定数をAとし、光の波長、燃料の温度及び圧力により決まるモル吸収係数をεとし、光路長をLとすると、下記の式1により表わされる。
【0064】
It/Io=A・exp(−ε・C・L) ……(1)
図5はメタンについて出力電圧の比It/Ioとメタンの濃度Cm及び理論空燃比A/Fとの関係を示している。電気回路126はメタン、プロパン、ブタンについて図5及びこれと同様の関係であるマップを記憶しており、出力電圧の比It/Ioを演算すると共に、各マップよりメタン、プロパン、ブタンの濃度Cm、Cp、Cbを演算する。
【0065】
電子制御装置50は、図には示されていないイグニッションスイッチが閉成されると、冷却水温センサ60により検出された冷却水温Tcが基準値Tco(定数)以下であるか否かを判定し、冷却水温Tcが基準値Tcoを越えているときには燃料供給弁16を開弁し燃料供給弁72を閉弁状態に維持することにより、燃料タンク10より液体状態の混合燃料12を熱交換器22へ供給する。
【0066】
これに対し冷却水温Tcが基準値Tco以上であり、熱交換器22により液体状態の混合燃料を良好に気体状態に状態変化させることが困難な状況に於いては、電子制御装置50は燃料供給弁16を閉弁状態に維持し燃料供給弁72を開弁させることにより、燃料タンク10より気体状態の混合燃料12Bを熱交換器22へ供給する。
【0067】
尚低温時であっても内燃機関30が数分運転されると冷却水温Tcが上昇し基準値Tcoを越えるので、その段階に於いて燃料供給弁16が開弁され燃料供給弁72が閉弁されることにより、燃料タンク10より液体状態の混合燃料12が熱交換器22へ供給されるようになり、熱交換器22により気体状態に状態変化された燃料が内燃機関30へ供給される。
【0068】
また電子制御装置50は、燃料濃度検出装置48により検出された成分燃料のの濃度Cm、Cp、Cbに基づき複合燃料のH/C比を演算し、H/C比に基づき目標空燃比として理論空燃比Rtを演算し、理論空燃比Rtに基づき燃料噴射期間補正係数Kaを演算し、例えばメタンが100%であるときの基本燃料噴射期間Tb及び燃料噴射期間補正係数Kaに基づき第一の目標燃料噴射期間T1を演算する。
【0069】
また電子制御装置50は、空燃比検出センサ56により検出された実空燃比Ra及びOセンサ58により検出された酸素濃度Doに基づき当技術分野に於いて公知の要領にて補正後の実空燃比Raaを演算し、補正後の実空燃比Raaと理論空燃比Rtとの偏差に基づき該偏差を低減するための第二の目標燃料噴射期間T2を演算し、目標燃料噴射期間T1及びT2に基づき最終目標燃料噴射期間Ttを演算し、クランク角センサ68により検出されたクランク角φに基づく所定の噴射タイミング及び最終目標燃料噴射期間Ttに基づき各燃料噴射装置28による燃料噴射量を制御する。
【0070】
尚燃料濃度検出装置48により検出された成分燃料の濃度Cm、Cp、Cbに基づいて電子制御装置50により行われる内燃機関30に対する燃料供給制御は本発明の要旨をなすものではなく、当技術分野に於いて公知の任意の要領にて実行されてよい。
【0071】
次に図7に示されたフローチャートを参照して第一の実施形態に於いて電気回路126により実行される成分燃料の濃度演算ルーチンについて説明する。尚図7に示されたフローチャートによる制御は図には示されていないイグニッションスイッチの閉成により開始され、所定の時間毎に繰返し実行される。
【0072】
まずステップ100に於いてはメタン濃度検出用フォトダイオード90の出力電圧Itmの読み込みが行われ、ステップ150に於いては出力電圧Itmに基づき出力電圧の比Itm/Ioが演算され、ステップ200に於いては出力電圧の比Itm/Ioに基づき図5に対応するメタン濃度演算用マップよりメタンの濃度Cmが演算され、濃度Cmを示す信号が電子制御装置50へ出力される。
【0073】
ステップ250に於いてはプロパン濃度検出用フォトダイオード92の出力電圧Itp読み込みが行われ、ステップ300に於いては出力電圧Itpに基づき出力電圧の比Itp/Ioが演算され、ステップ350に於いては出力電圧の比Itp/Ioに基づき図5に対応するプロパン濃度演算用マップよりプロパンの濃度Cpが演算され、濃度Cpを示す信号が電子制御装置50へ出力される。
【0074】
ステップ400に於いてはブタン濃度検出用フォトダイオード94の出力電圧Itb読み込みが行われ、ステップ450に於いては出力電圧Itbに基づき出力電圧の比Itb/Ioが演算され、ステップ500に於いては出力電圧の比Itb/Ioに基づき図5に対応するブタン濃度演算用マップよりブタンの濃度Cbが演算され、濃度Cbを示す信号が電子制御装置50へ出力される。
【0075】
かくして図示の第一の実施形態によれば、光学フィルタ110〜114の透過波長が各燃料成分に固有の赤外線吸収率が高い波長に設定され、ステップ100、250、400に於いてそれぞれ各燃料成分に対応するフォトダイオード90〜94の出力電圧Itm、Itp、Itbが読み込まれ、ステップ150、300、450に於いてそれぞれ出力電圧の比Itm/Io、Itp/Io、Itb/Ioが演算され、ステップ200、350、500に於いてそれぞれ上記出力電圧の比に基づきメタンの濃度Cm、プロパンの濃度Cp、ブタンの濃度Cbが演算されるので、メタン、プロパン、ブタンの濃度を高精度に検出することができる。
【0076】
特に図示の実施形態によれば、ガス化複合燃料を構成する燃料成分であるメタン、プロパン、ブタンの濃度が個別に演算されるので、例えば後述の第二の実施形態の場合の如く、燃料成分の濃度の比が演算される場合に比して、内燃機関に対する複合燃料供給量の制御を容易に且つ正確に行うことができる。
【0077】
第二の実施形態
この実施形態に於いては、電気回路126は上述の第一の実施形態の場合と同様、各出力電圧の比に基づきメタン、プロパン、ブタンの濃度Cm、Cp、Cbを演算し、メタンの濃度に対するプロパンの濃度の比Cp/Cm及びメタンの濃度に対するブタンの濃度の比Cp/Cbを演算し、これらの比を示す信号を電子制御装置50へ出力し、電子制御装置50は濃度の比Cp/Cm及びCp/Cbに基づき燃料噴射装置28の燃料噴射期間を制御する。
【0078】
図8はこの実施形態に於いて電気回路126により達成される濃度比演算制御ルーチンを示しており、ステップ200、350、500に於いてそれぞれメタンの濃度Cm、プロパンの濃度Cp、ブタンの濃度Cbを示す信号が電子制御装置50へ出力されない点を除き、ステップ100〜500は上述の第一の実施形態の場合と同様に実行される。
【0079】
ステップ500の次に実行されるステップ550に於いては、メタンの濃度に対するプロパンの濃度の比Cp/Cm及びメタンの濃度に対するブタンの濃度の比Cp/Cbが演算されると共に、これらの比を示す信号が電子制御装置50へ出力される。
【0080】
かくして図示の第二の実施形態によれば、メタンの濃度に対するプロパンの濃度の比Cp/Cm及びメタンの濃度に対するブタンの濃度の比Cp/Cbが演算されるので、例えば反射鏡96やガラス板106及び108の表面に燃料成分が付着することに起因して導管82内を流れるガス化複合燃料を通過しフォトダイオード90〜94に到達する光の強度が低下しても、ガス化複合燃料の成分燃料の濃度比を正確に検出することができる。
【0081】
第三の実施形態
この実施形態に於いては、図9に示されている如くフォトダイオード90〜94に加えて基準用のフォトダイオード130が設けられており、分光器98′は反射鏡96により反射されガス化複合燃料を通過した光を四つのフォトダイオード90〜94、130へ向けて分光するようになっている。またフォトダイオード130に対応する位置には光学フィルタ110〜114と同様の光学フィルタ132が設けられており、基準用光学フィルタ132の透過波長はメタン、プロパン、ブタンの何れによっても赤外線が殆ど吸収されない波長である2.8±0.1μm、5.1±0.3μmの何れかに設定されている。
【0082】
図11はこの実施形態に於いて電気回路126により達成される濃度比演算制御ルーチンを示しており、ステップ10に於いては基準用のフォトダイオード130の出力電圧Itoの読み込みが行われ、ステップ20に於いては出力電圧Itoに基づき基準用出力電圧の比Ito/Ioが演算され、ステップ30に於いては基準用出力電圧の比Ito/Ioに基づきこの比が1よりも小さいほど大きくなるよう図10に示されたマップより補正係数Kaが演算される。
【0083】
またこの実施形態に於いては、ステップ160に於いて出力電圧Itm及び補正係数Kaに基づき出力電圧の比Itm′/IoがKa・Itm/Ioとして演算され、ステップ210に於いて出力電圧の比Itm′/Ioに基づき図5に対応するメタン濃度演算用マップよりメタンの濃度Cmが演算され、濃度Cmを示す信号が電子制御装置50へ出力される。
【0084】
同様に、ステップ310に於いて出力電圧Itp及び補正係数Kaに基づき出力電圧の比Itp′/IoがKa・Itp/Ioとして演算され、ステップ360に於いて出力電圧の比Itp′/Ioに基づき図5に対応するプロパン濃度演算用マップよりプロパンの濃度Cpが演算され、濃度Cpを示す信号が電子制御装置50へ出力され、ステップ460に於いて出力電圧Itb及び補正係数Kaに基づき出力電圧の比Itb′/IoがKa・Itb/Ioとして演算され、ステップ510に於いて出力電圧の比Itb′/Ioに基づき図5に対応するブタン濃度演算用マップよりブタンの濃度Cbが演算され、濃度Cbを示す信号が電子制御装置50へ出力される。
【0085】
かくして図示の第三の実施形態によれば、ステップ20に於いてメタン、プロパン、ブタンの何れによっても赤外線が殆ど吸収されない波長について基準用出力電圧の比Ito/Ioが演算され、ステップ30に於いて基準用出力電圧の比Ito/Ioに基づきこの比が1よりも小さいほど大きくなるよう補正係数Kaが演算され、ステップ160、310、460に於いてそれぞれ補正係数Kaにて補正された出力電圧の比Itm′/Io、Itp′/Io、Itb′/Ioが演算され、ステップ210、360、510に於いてそれぞれ上記出力電圧の比に基づきメタンの濃度Cm、プロパンの濃度Cp、ブタンの濃度Cbが演算される。
【0086】
この場合基準用出力電圧の比Ito/Ioは、例えば反射鏡96やガラス板106及び108の表面に燃料成分が付着していない状況に於いては実質的に1であるが、反射鏡96やガラス板106及び108の表面に燃料成分が付着しこれに起因して導管82内を流れるガス化複合燃料を通過しフォトダイオード90〜94に到達する光の強度が低下する状況に於いては1よりも小さくなり、光の強度の低下度合が高いほど小さくなる。
【0087】
図示の第三の実施形態によれば、基準用出力電圧の比Ito/Ioが小さいほど大きくなるよう補正係数Kaが演算され、補正係数Kaにて補正された出力電圧の比Itm′/Io、Itp′/Io、Itb′/Ioに基づき各成分燃料の濃度が演算されるので、例えば反射鏡96やガラス板106及び108の表面に燃料成分が付着することに起因して導管82内を流れるガス化複合燃料を通過しフォトダイオード90〜94に到達する光の強度が低下する状況に於いても、メタン、プロパン、ブタンの濃度を高精度に検出することができ、また燃料濃度検出装置48のメンテナンスの頻度及びコストを大幅に低減することができる。
【0088】
特に図示の各実施形態によれば、光源としての発光部材88は一つであるので、光源が複数使用される場合に比して燃料濃度検出装置48の構造を簡略化しそのコストを低減することができ、また発光部材88の出力の調整を容易に行うことができる。また発光部材88より照射された光86は導管82内を流れるガス化複合燃料を通過した後分光器98によりフォトダイオード90〜94へ向けて分光されるので、各燃料成分について光路長を確実に同一に設定することができ、分光器98が使用されない構造の場合に比して燃料成分の濃度を正確に検出することができる。
【0089】
また上述の各実施形態によれば、燃料供給導管24には分岐通路としての分岐導管80の上流側端部及び下流側端部が接続され、燃料濃度検出装置48は分岐導管80に設けられているので、燃料供給導管24に流れるガス化複合燃料の流量に拘わらず分岐導管80に流れるガス化複合燃料の流量を少なくすることができ、また燃料濃度検出装置48は分岐導管80の一部を郭定する導管82を含んでおり、分岐導管80に導管82を接続することにより燃料濃度検出装置48を分岐導管80に取り付けることができるので、燃料濃度検出装置48の取付を容易に且つ能率よく行うことができる。
【0090】
また上述の各実施形態によれば、導管82内を流れるガス化複合燃料が直接ガラス板106及び108に当ることがないようガラス板106及び108を覆うカバー116及び118が設けられると共に、導管82内を流れるガス化複合燃料が直接反射鏡96に当ることがないよう反射鏡96を覆うカバー120が設けられているので、反射鏡96やガラス板106及び108の表面に燃料が付着する虞れを低減し、燃料の付着に起因して濃度検出精度が低下する虞れを効果的に低減することができる。
【0091】
また上述の各実施形態によれば、カバー118及び120の上流側にて導管82の内面には導管82内を流れるガス化複合燃料を例えば30℃の一定の温度に加熱するPTCヒータ122が設けられているので、外気温等の影響によりガス化複合燃料の温度が変動することに起因して濃度検出精度が低下する虞れを効果的に低減することができる。
【0092】
また上述の各実施形態によれば、発光部材88により照射された光86は導管82内を通過して反射鏡96により反射され、反射された光は導管82内を通過して分光器98へ進入して分光され、分光された光は光学フィルタ110〜114を経てそれぞれ対応するフォトダイオード90〜94に入射するので、反射鏡が使用されない場合に比して導管82の流路断面積を小さくすることができ、また発光部材88、フォトダイオード90〜94、及びそれらを制御する電気回路124、126を導管82に対し同一の側に配置することができ、これにより燃料濃度検出装置48をコンパクトにすることができると共にそのメンテナンスを容易に行い得るようにすることができる。
【0093】
以上に於いては本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【0094】
例えば上述の各実施形態に於いては、複合燃料12はメタンとプロパンとブタンとよりなっているが、複合燃料はこれら以外の燃料の組合せであってもよい。
特に上述の第一又は第二の実施形態に於いて、複合燃料がメタンとプロパンとよりなる場合には、メタン濃度検出用の光学フィルタ110の透過波長は8.1±0.1μmに設定され、プロパンの濃度検出用光学フィルタ112の透過波長は6.6±0.1μm、6.9±0.5μm、7.2±0.5μm、8.6±0.1μm、9.5±0.2μm、11.1±0.2μmの何れかの波長に設定されることが好ましく、また複合燃料がメタンとブタンとよりなる場合には、メタン濃度検出用の光学フィルタ110の透過波長は8.1±0.1μmに設定され、ブタンの濃度検出用光学フィルタ114の透過波長は4.2±0.1μm、6.3±0.1μm、6.6±0.5μm、6.9±0.5μm、7.2±0.5μm、10.5±0.5μmの何れかの波長に設定されることが好ましい。
【0095】
また上述の第三の実施形態に於いて、複合燃料がメタンとプロパンとよりなる場合には、基準用光学フィルタ132の透過波長は2.8±0.1μm、5.1±0.3μm、9.1±0.1μm、10.2±0.2μmの何れかに設定されることが好ましく、また複合燃料がメタンとブタンとよりなる場合には、基準用光学フィルタ132の透過波長は2.8±0.1μm、5.1±0.3μm、9.3±0.3μm、11.5±0.4μmの何れかに設定されることが好ましい。
【0096】
また上述の各実施形態に於いては、発光部材88より照射された光86は導管82内を流れるガス化複合燃料を通過した後後分光器98によりフォトダイオード90〜94へ向けて分光されるされるようになっているが、分光器98が省略され、ガス化複合燃料を通過した光の強度がフォトダイオード90〜94により検出されるよう修正されてもよい。
【0097】
また上述の各実施形態に於いては、燃料濃度検出装置48は分岐導管80に設けられているが、分岐導管80が省略され、燃料濃度検出装置48は燃料供給導管24に設けられてもよく、またPTCヒータ122の如き加熱手段が省略されてもよい。
【0098】
また上述の各実施形態に於いては、ガラス板106及び108を覆うカバー116及び118が設けられると共に、反射鏡96を覆うカバー120が設けられているが、これらのカバーは省略されてもよく、また反射鏡96やガラス板106及び108に燃料が付着しないようこれらを覆う光透過性のカバープレートが着脱自在に取り付けられ、カバープレートの表面に燃料が付着した場合にカバープレートを交換することにより光透過性を容易に回復し得るよう修正されてもよい。
【0099】
また上述の各実施形態に於いては、発光部材88により照射された光86は導管82内を通過して反射鏡96により反射されるようになっているが、反射鏡が省略され、発光部材88及びフォトダイオード90〜94がガス化複合燃料が通過する通路の両側に配置されてもよい。
【0100】
また上述の各実施形態に於いては、ガス化複合燃料は内燃機関の燃料であるが、燃料濃度検出装置48は内燃機関の燃料以外の複数の炭化水素燃料よりなるガス化複合燃料に対し適用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による燃料濃度検出装置の第一の実施形態が組み込まれた内燃機関用気液混合燃料供給制御装置を示す概略構成図である。
【図2】図1に示された熱交換器を示す拡大断面図である。
【図3】図1に示された第一の実施形態の燃料濃度検出装置を示す概略構成図である。
【図4】図3に示された第一の実施形態の燃料濃度検出装置を示す拡大断面図である。
【図5】メタンについて出力電圧の比It/Ioとメタンの濃度Cm及び理論空燃比A/Fとの関係を示すグラフである。
【図6】メタン、プロパン、ブタン、水蒸気について赤外線の波長と赤外線吸収率との関係を示すグラフである。
【図7】第一の実施形態に於ける燃料濃度検出制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図8】第二の実施形態に於ける燃料濃度検出制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図9】本発明による燃料濃度検出装置の第三の実施形態を示す拡大断面図である。
【図10】基準用出力電圧の比Ito/Ioと補正係数Kaとの間の関係を示すグラフである。
【図11】第三の実施形態に於ける燃料濃度検出制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図12】メタン70%、ブタン30%の混合燃料が燃料タンクより液体状態にて取り出されることに伴う燃料タンク内の圧力の変化と燃料中のブタンの比率及び理論空燃比との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
10…燃料タンク
12…気液混合燃料
18、74…レギュレータ
22…熱交換器
28…燃料噴射装置
30…内燃機関
48…燃料濃度検出装置
50…電子制御装置
80…分岐導管
88…発光部材
90〜94…フォトダイオード
96…反射鏡
98…分光器
110〜114…光学フィルタ
116〜120…カバー
122…PTCヒータ
130…基準用のフォトダイオード
132…基準用光学フィルタ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gasification composite fuel comprising a plurality of hydrocarbon fuels, and more particularly, to a fuel concentration detection device for a gasification composite fuel.
[0002]
[Prior art]
For example, as described in Japanese Patent No. 2748245, when a composite fuel of a gaseous fuel such as natural gas and a liquid fuel such as butane is used, the composite fuel in a liquid state is taken out from the tank and used. As the volume of the liquid fuel in the tank gradually decreases and the volume of the gaseous composite fuel gradually increases, the gaseous fuel dissolved in the liquid fuel with the increase in the volume of the gaseous composite fuel in the tank increases. The state gradually changes to gas. Therefore, as the removal of the composite fuel in the liquid state progresses, the fuel property (component ratio) of the removed fuel gradually changes.
[0003]
For example, FIG. 12 shows a case where a fuel in a liquid state is taken out from a fuel tank storing a composite fuel composed of 70% methane (gas) and 30% butane (liquid) in a molar ratio, and the internal combustion engine is operated in a steady state. 2 shows the relationship between the pressure in the fuel tank and the molar ratio (%) of butane in the fuel. As shown in FIG. 12, as the liquid fuel is taken out of the tank and used, the amount of methane dissolved in the liquid butane gradually decreases, so that the pressure in the fuel tank becomes about 6 MPa. It can be seen that the ratio of butane gradually increases, and when all the liquid fuel is consumed and only the gas in the fuel tank becomes gas, the molar ratio of butane in the fuel rapidly decreases.
[0004]
Thus, when the fuel properties change, the stoichiometric air-fuel ratio during engine operation also changes.Therefore, in order to operate the internal combustion engine efficiently and reduce exhaust emissions, the It is necessary to change the air-fuel ratio optimally. Therefore, it is necessary to sequentially detect the concentration of the component fuel of the composite fuel and to sequentially control the fuel supply amount to the internal combustion engine according to the detection result.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned patent publication discloses that the fuel properties change as described above even when the composite fuel is taken out and used in a liquid state, and that the fuel supply to the internal combustion engine is sequentially controlled in accordance with the change. No method or apparatus for sequentially detecting the concentration of the component fuel is described, and thus the method and apparatus described in the above-mentioned patent publications have room for improvement in this respect.
[0006]
As one of the hydrocarbon fuel concentration detection devices, Japanese Society of Mechanical Engineers Proceedings No. Pages 135 and 136 of No. 015-1 are a concentration detecting apparatus utilizing an infrared absorption method, wherein one light source for irradiating infrared light of a single wavelength and a hydrocarbon fuel irradiated from the light source are provided. A light receiving means for receiving the light passing therethrough and outputting a signal corresponding to the intensity of the received infrared light, and a calculating means for calculating the concentration of the hydrocarbon fuel based on the signal output from the light receiving means A detection device is described.
[0007]
However, this concentration detection device is a device intended for measurement in a laboratory, and according to this concentration detection device, it is possible to detect the overall concentration of a gasified composite fuel composed of a plurality of hydrocarbon fuels, This concentration detecting device cannot detect the concentration of each component fuel, and cannot be applied to the case where a gasified composite fuel is used as fuel for vehicles such as automobiles.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described problems in the case where a gasified combined fuel composed of a plurality of hydrocarbon fuels is used, and a main object of the present invention is to solve the problem of the components of the gasified combined fuel. By utilizing the light absorption phenomenon for light of a plurality of specific wavelengths according to the light absorption characteristics of the fuel, the concentration of each component fuel of the gasified composite fuel can be detected with a simple configuration that can be mounted on vehicles. is there.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, there is provided a fuel concentration detecting device for a gasified composite fuel comprising a plurality of hydrocarbon fuels, the light source for irradiating light having a plurality of wavelengths. A plurality of light receiving means for receiving light emitted from the light source and passing through the gasified composite fuel, and outputting a signal corresponding to the intensity of the light of the specific wavelength received, and a signal output from the plurality of light receiving means. And a calculating means for calculating the fuel concentration based on the fuel concentration.
[0010]
According to the present invention, in order to effectively achieve the above-mentioned main object, in the configuration of the above-mentioned claim 1, the light irradiated from the light source and passed through the gasified composite fuel is spectrally separated for each light receiving means. It is configured so as to include a spectroscopic unit that performs the above-described operation (the configuration of claim 2).
[0011]
Further, according to the present invention, in order to effectively achieve the above-described main object, in the above-described configuration of claim 1 or 2, each of the light receiving means includes a filter for passing light of a specific wavelength, and a light passing through the filter. And a light-to-electrical conversion element for converting the converted light into an electric signal of a voltage corresponding to the intensity of the light.
[0012]
Further, according to the present invention, in order to effectively achieve the above-described main object, in the above-described claims 1 to 3, the gasified composite fuel is fuel flowing through a fuel passage, and A branch passage is connected and connected at an upstream end and a downstream end, and the fuel concentration detecting device is configured to be provided in the branch passage.
[0013]
According to the present invention, in order to effectively achieve the above-mentioned main object, in the configuration of the above-mentioned claim 4, a gasified composite fuel is heated in the branch passage upstream of the fuel concentration detection device. In this case, a heating means for evaporating the liquid phase is provided.
[0014]
According to the present invention, in order to effectively achieve the above-mentioned main object, in the above-mentioned constitutions of claims 1 to 5, light emitted from the light source passes through the irradiation light transmission window to the branch passage. While passing through the gasified composite fuel flowing through, and receiving light by the light receiving means through a light transmitting window for light receiving, allowing the light transmitting window for irradiation and the light transmitting window for light receiving to pass light. Further, a cover for suppressing the flow of the gasified composite fuel from directly hitting the irradiation light transmitting window and the light receiving light transmitting window is provided (the configuration of claim 6).
[0015]
According to the present invention, in order to effectively achieve the above-described main object, in the above-described claims 4 to 6, the light source and the light-receiving means are arranged on one side of the branch passage, On the other side of the branch passage, a reflecting mirror is provided which reflects light emitted from the light source and passed through the gasified composite fuel to the light receiving means via the gasified composite fuel (claim). Configuration of item 7).
[0016]
Further, according to the present invention, in order to effectively achieve the above-mentioned main object, in the constitution according to any one of claims 1 to 7, the gasified composite fuel comprises methane, propane and butane, and Comprises light receiving means for detecting methane concentration, light receiving means for detecting propane concentration, and light receiving means for detecting butane concentration, wherein the light receiving means for detecting methane concentration receives light having a wavelength of 8.1 ± 0.1 μm; The concentration detecting light receiving means receives light having a wavelength of 8.6 ± 0.1 μm, 9.5 ± 0.2 μm, or 11.1 ± 0.2 μm. It is configured to receive light having a wavelength of 2 ± 0.1 μm, 6.3 ± 0.1 μm, or 10.5 ± 0.5 μm (claim 8).
[0017]
Further, according to the present invention, in order to effectively achieve the above-mentioned main object, in the constitution of claims 1 to 7, the gasified composite fuel comprises methane and propane, and the light receiving means comprises methane. The light receiving means for detecting methane concentration receives light having a wavelength of 8.1 ± 0.1 μm, and the light receiving means for detecting propane concentration comprises 6.6. ± 0.1 μm, 6.9 ± 0.5 μm, 7.2 ± 0.5 μm, 8.6 ± 0.1 μm, 9.5 ± 0.2 μm, any wavelength of 11.1 ± 0.2 μm It is configured to receive light (the configuration of claim 9).
[0018]
Further, according to the present invention, in order to effectively achieve the above-mentioned main object, in the constitutions of claims 1 to 7, the gasified composite fuel comprises methane and butane, and the light receiving means comprises methane. The light receiving means for detecting the concentration of methane receives light having a wavelength of 8.1 ± 0.1 μm, and the light receiving means for detecting butane concentration is 4.2. ± 0.1 μm, 6.3 ± 0.1 μm, 6.6 ± 0.5 μm, 6.9 ± 0.5 μm, 7.2 ± 0.5 μm, 10.5 ± 0.5 μm It is configured to receive light (the configuration of claim 10).
[0019]
Further, according to the present invention, in order to effectively achieve the above-mentioned main object, in the above-described first to tenth aspects, all of the component fuels of the gasification combined fuel are substantially equally absorbed. And a reference light receiving means for receiving a light having a wavelength and outputting a signal corresponding to the intensity of the received light, wherein the calculating means is configured to receive the reference light with respect to an output of the reference light receiving means when the concentration of fuel is zero. The apparatus is configured to correct a fuel concentration calculated based on signals output from the plurality of light receiving units based on a ratio of actual outputs of the units.
[0020]
Function and effect of the present invention
According to the configuration of the first aspect, a light source that irradiates a plurality of wavelengths of light, and a light corresponding to the intensity of the light of a specific wavelength that is received from the light emitted from the light source and passed through the gasified composite fuel is received. Since it has a plurality of light receiving means for outputting and a calculating means for calculating the concentration of the fuel based on signals outputted from the plurality of light receiving means, light of a plurality of wavelengths can be gasified at the same intensity by one light source. The fuel concentration can be passed through the fuel, so that the structure of the fuel concentration detecting device can be simplified as compared with the case where a plurality of light sources corresponding to each fuel component are used, and the gasification composite fuel is constituted. The concentration of the component fuel can be accurately detected.
[0021]
In addition, according to the configuration of the second aspect, since it includes the spectroscopic means for splitting the light radiated from the light source and passing through the gasified composite fuel to each light receiving means, before the light passes through the gasified composite fuel, Compared to the case of the structure that is split, the intensity of the light of a plurality of wavelengths when the light passes through the gasified composite fuel can be made to have the same intensity, thereby achieving the concentration of each component fuel. Can be detected with high accuracy.
[0022]
Further, according to the configuration of the third aspect, each light receiving unit includes a filter that allows light of a specific wavelength to pass therethrough, and a light-to-electric conversion element that converts the light passing through the filter into an electric signal corresponding to the intensity thereof. Therefore, each light receiving means can receive light having a wavelength that accurately corresponds to the light absorption characteristics of the component fuels constituting the gasified composite fuel, thereby enabling the concentration of each component fuel to be detected with high accuracy. it can.
[0023]
Further, according to the configuration of the fourth aspect, the gasified combined fuel is fuel flowing through the fuel passage, and the fuel passage is connected to the branch passage at the upstream end and the downstream end, and the fuel passage is connected to the fuel passage. Since the concentration detecting device is provided in the branch passage, light can be passed through the gasified composite fuel at a flow rate suitable for detecting the concentration of each component fuel with high accuracy, and the configuration of the fuel concentration detecting device It is possible to reduce the possibility that fuel adheres to the parts and the possibility that the concentration detection accuracy is reduced due to this.
[0024]
According to the fifth aspect of the present invention, the heating means for heating the gasified composite fuel to vaporize the liquid phase is provided in the branch passage upstream of the fuel concentration detecting device. It is possible to effectively reduce the risk that the liquid phase component of the fuel adheres to the components and the risk that the concentration detection accuracy is reduced due to the liquid component.
[0025]
According to the configuration of the sixth aspect, the light emitted from the light source passes through the gasified composite fuel flowing to the branch passage through the light transmitting window for irradiation, and is received by the light receiving means through the light transmitting window for light receiving. The light transmission window for irradiation and the light transmission window for light reception allow light to pass therethrough and suppress the flow of the gasified composite fuel from directly hitting the light transmission window for irradiation and the light transmission window for light reception. Since the cover is provided, the flow of the gasified composite fuel impinges on the light transmission window for direct irradiation and the light transmission window for light reception, and the fuel may adhere to those light transmission windows. Can be effectively reduced.
[0026]
According to the configuration of the seventh aspect, the light source and the light receiving means are disposed on one side of the branch passage, and the other side of the branch passage is gasified by light emitted from the light source and passed through the gasified composite fuel. A reflector that reflects light to the light receiving means via the composite fuel is provided, so that the optical path length required for concentration detection can be secured without increasing the cross-sectional area of the branch passage, and generally requires power and control. The light source and the light receiving means can be concentratedly arranged on one side of the branch passage.
[0027]
Further, according to the configuration of claim 8, the gasification composite fuel is composed of methane, propane, and butane, and the light receiving means is composed of light receiving means for detecting methane concentration, light receiving means for detecting propane concentration, and light receiving means for detecting butane concentration. The light receiving means for detecting methane concentration receives light having a wavelength of 8.1 ± 0.1 μm, and the light receiving means for detecting propane concentration detects 8.6 ± 0.1 μm, 9.5 ± 0.2 μm, and 11.1. Light of any wavelength of ± 0.2 μm is received, and the light receiving means for detecting butane concentration is any of 4.2 ± 0.1 μm, 6.3 ± 0.1 μm, and 10.5 ± 0.5 μm. , The concentration of methane, propane, and butane constituting the gasified composite fuel can be detected with high accuracy.
[0028]
Further, according to the configuration of the ninth aspect, the gasified composite fuel is composed of methane and propane, the light receiving means is composed of light receiving means for detecting methane concentration and light receiving means for detecting propane concentration, and the light receiving means for detecting methane concentration is Light having a wavelength of 8.1 ± 0.1 μm is received, and the light receiving means for detecting propane concentration is 6.6 ± 0.1 μm, 6.9 ± 0.5 μm, 7.2 ± 0.5 μm, 8.6 ±. Since it receives light with a wavelength of 0.1 μm, 9.5 ± 0.2 μm, or 11.1 ± 0.2 μm, it is necessary to detect the concentrations of methane and propane in the gasified composite fuel with high accuracy. Can be.
[0029]
Further, according to the configuration of claim 10, the gasified composite fuel is composed of methane and butane, the light receiving means is composed of light receiving means for detecting methane concentration and light receiving means for detecting butane concentration, and the light receiving means for detecting methane concentration is Light of 8.1 ± 0.1 μm wavelength is received, and light receiving means for detecting butane concentration is 4.2 ± 0.1 μm, 6.3 ± 0.1 μm, 6.6 ± 0.5 μm, 6.9 ±. Since it receives light with a wavelength of 0.5 μm, 7.2 ± 0.5 μm, or 10.5 ± 0.5 μm, it is necessary to detect the concentration of methane and butane in the gasified composite fuel with high accuracy Can be.
[0030]
According to the eleventh aspect of the present invention, a reference light receiving means for receiving light having a wavelength which is substantially equally absorbed by all the component fuels of the gasified composite fuel and outputting a signal corresponding to the intensity of the received light. Means is provided, based on the ratio of the actual output of the reference light receiving means to the output of the reference light receiving means when the concentration of fuel is 0, the fuel calculated based on the signals output from the plurality of light receiving means. Since the concentration is corrected, even if the fuel adheres to the components of the fuel concentration detecting device and the intensity of the light reaching the plurality of light receiving means is lower than the standard state, the concentration of each fuel component is detected with high accuracy. In addition, the frequency of maintenance of the fuel concentration detection device and the cost thereof can be reduced.
[0031]
Preferred embodiments of the means for solving the problems
According to a preferred aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, the fuel concentration detecting device is configured to have the same number of light receiving means as the number of component fuels constituting the gasified combined fuel ( Preferred embodiment 1).
[0032]
According to another preferred aspect of the present invention, in the configuration according to the first aspect, the calculating means includes an actual output of each light receiving means with respect to an output of each light receiving means when the concentration of each component fuel is zero. (Preferred mode 2).
[0033]
According to another preferred embodiment of the present invention, in the configuration of the fourth aspect, the branch passage is configured to extend above the fuel passage (preferred embodiment 3).
[0034]
According to another preferred embodiment of the present invention, in the configuration of the above-mentioned claim 4, the fuel concentration detecting device is configured to include a conduit defining a part of the branch passage (preferred embodiment 4).
[0035]
According to another preferred embodiment of the present invention, in the configuration of the above-mentioned claim 5, the heating means is configured to heat the gasified combined fuel to a substantially constant temperature (preferred embodiment 5).
[0036]
According to another preferred embodiment of the present invention, in the configuration of claim 6, the irradiation light transmitting window or the light receiving window is covered with a replaceable light transmitting cover plate. (Preferred embodiment 6).
[0037]
According to another preferred embodiment of the present invention, in the constitution of claim 11, the reference light-receiving means receives light having a wavelength substantially not absorbed by any component fuel of the gasification combined fuel. (Preferred mode 7).
[0038]
According to another preferred embodiment of the present invention, in the constitution of the above-mentioned claim 11, the gasification combined fuel comprises methane, propane and butane, and the reference light receiving means is 2.8 ± 0.1 μm; It is configured to receive light of any wavelength of 5.1 ± 0.3 μm (Preferred mode 8).
[0039]
According to another preferred embodiment of the present invention, in the configuration of the above-mentioned claim 11, the gasification combined fuel is composed of methane and propane, and the reference light receiving means is 2.8 ± 0.1 μm. It is configured to receive light having any wavelength of 1 ± 0.3 μm, 9.1 ± 0.1 μm, and 10.2 ± 0.2 μm (preferred embodiment 9).
[0040]
According to another preferred embodiment of the present invention, in the configuration of the above-mentioned claim 11, the gasification combined fuel comprises methane and butane, and the reference light-receiving means is 2.8 ± 0.1 μm; It is configured to receive light having any wavelength of 1 ± 0.3 μm, 9.3 ± 0.3 μm, and 11.5 ± 0.4 μm (preferred mode 10).
[0041]
According to another preferred aspect of the present invention, in the configuration according to the eleventh aspect, the calculating means includes an actual output of the reference light receiving means with respect to an output of the reference light receiving means when the fuel concentration is zero. Calculate the correction coefficient based on the ratio of each component fuel, calculate the ratio of the actual output of each light receiving means to the output of each light receiving means when the concentration of each component fuel is 0, and calculate the ratio of the output for each component fuel. It is configured so that the concentration of each component fuel is calculated based on the corrected output ratio after correction with a correction coefficient (preferred mode 11).
[0042]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings with reference to some preferred embodiments (hereinafter simply referred to as embodiments).
[0043]
First embodiment
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a gas-liquid mixed fuel supply control device for an internal combustion engine incorporating a first embodiment of a fuel concentration detection device according to the present invention, and FIG. 2 shows the heat exchanger shown in FIG. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view, FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing the fuel concentration detecting device of the first embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a diagram showing the fuel concentration detecting device of the first embodiment shown in FIG. It is an expanded sectional view.
[0044]
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a fuel tank provided with a fuel introduction valve 10A. The fuel tank 10 stores a composite fuel 12 composed of methane, propane and butane in a liquid state at a high pressure of, for example, about 15 MPa. Have been. A liquid fuel take-out conduit 14 for taking out the composite fuel 12 in a liquid state extends into the fuel tank 10, and one end (tip) of the liquid fuel take-out conduit 14 is located at a lower part in the fuel tank 10, and the other end. Is connected to a regulator 18 via a fuel supply valve 16 which is an electromagnetic switching valve.
In the illustrated embodiment, the regulator 18 is integrally fixed to the fuel tank 10 together with the fuel supply valve 16.
[0045]
In the illustrated embodiment, a gas fuel extraction conduit 70 for extracting the gaseous composite fuel 12B extends in addition to the liquid fuel extraction conduit 14 in the fuel tank 10, and one end of the gas fuel extraction conduit 70. The (front end) is located in an upper part in the fuel tank 10, and the other end is connected to a regulator 74 via a fuel supply valve 72 which is an electromagnetic on-off valve. As shown, the regulator 74 is also integrally fixed to the fuel tank 10 together with the fuel supply valve 72.
[0046]
The regulator 18 reduces the pressure of the liquid fuel 12 taken out of the fuel tank 10 to a predetermined pressure and supplies it to one end of a fuel supply conduit 20, and the other end of the fuel supply conduit 20 changes the state of the liquid composite fuel into a gaseous state. Connected to the heat exchanger 22 to be heated. One end of a fuel supply conduit 24 for supplying a composite fuel in a gaseous state is connected to the heat exchanger 22, and the other end of the fuel supply conduit 24 is connected to a fuel delivery device 26. It is connected to an injection device 28. Similarly, the regulator 74 reduces the pressure of the gaseous fuel 12B taken out of the fuel tank 10 to a predetermined pressure and supplies it to one end of a fuel supply conduit 76. The other end of the fuel supply conduit 76 is connected to the heat exchanger 22. I have. A regulator may be provided downstream of the heat exchanger 22 so that the fuel pressure of the gaseous fuel can be adjusted.
[0047]
As is well known, the fuel injection device 28 is provided in the intake pipe 32 of each cylinder of the internal combustion engine 30 so as to inject and supply gaseous composite fuel into the intake pipe 32. The internal combustion engine 30 in the illustrated embodiment is a water-cooled internal combustion engine, and exhaust gas generated by burning fuel in a combustion chamber 34 of the internal combustion engine 30 passes through an exhaust pipe 36 and a muffler (not shown). The exhaust gas is released into the atmosphere, and an exhaust gas purification catalyst 38 is provided in the exhaust pipe 36.
[0048]
As shown in FIG. 2, the heat exchanger 22 has a housing 40 to which fuel supply conduits 20, 24, 76 are connected, and an internal space 40A of the housing 40 connects the fuel supply conduits 20, 24, 76 to each other. Communication is established. In particular, in the illustrated embodiment, a fuel supply conduit 20 for supplying the composite fuel 12 in a liquid state is connected to a lower end of the housing 40 and supplies the composite fuel 12A changed to a gaseous state in an internal space 40A. The fuel supply conduit 24 is connected to the upper end of the housing 40. Therefore, the outlet for discharging the gaseous composite fuel 12A from the heat exchanger 22 is positioned higher than the inlet for introducing the liquid composite fuel 12 to the heat exchanger 22. The fuel supply conduit 76 is connected to the upper portion of the heat exchanger 22 and is always in communication with the fuel supply conduit 24 that supplies the composite fuel in a gaseous state.
[0049]
A cooling water conduit 42 extends into the internal space 40A of the housing 40, and the cooling water conduit 42 in the internal space 40A is provided with a plurality of fins 44. Cooling water 46A whose temperature has been raised from the cooling water circulation system 46 of the internal combustion engine 30 is circulated and supplied to the cooling water conduit 42, whereby the heat exchanger 22 is connected to the high-temperature cooling water flowing through the cooling water conduit 42 and the internal space 40A. The heat exchange is performed between the composite fuel and the composite fuel, and the heat of the cooling water is used to change the state of the composite fuel in a liquid state to a gas state.
[0050]
Although not shown in the drawing, the composite fuel in the liquid state is changed so that the composite fuel in the liquid state is surely changed to the gas state and the composite fuel in the liquid state is not supplied to the fuel injection device 28. The heat exchanger 22 may be provided with, for example, a float on-off valve that shuts off communication between the fuel supply conduit 20 and the internal space 40A when the fuel level 12D becomes higher than a predetermined amount.
[0051]
As shown in FIG. 1, the fuel supply conduit 24 is provided with a fuel concentration detecting device 48 for detecting the concentration of the component fuel in the gaseous composite fuel flowing through the conduit by using an infrared absorption method. A signal indicating the fuel concentration detected by the fuel concentration detecting device 48 is input to the electronic control device 50. Although not shown in detail in the figure, the electronic control device 50 has, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and an input / output port device, which are connected to each other by a bidirectional common bus. Includes microcomputer.
[0052]
The fuel delivery device 26 is provided with a fuel temperature sensor 52 and a fuel pressure sensor 54, and signals indicating the fuel temperature Tf and the fuel pressure Pf detected by these sensors are input to the electronic control unit 50. An air-fuel ratio detection sensor 56 is provided in the exhaust pipe 36 upstream of the exhaust gas purification catalyst 38 when viewed from the flow of exhaust gas, and the exhaust pipe 36 downstream of the exhaust gas purification catalyst 38 is2Sensors 58 are provided, and signals indicating the actual air-fuel ratio Ra and the oxygen concentration Do detected by these sensors are also input to the electronic control unit 50.
[0053]
A signal indicating the cooling water temperature Tc is input to the electronic control unit 50 from a cooling water temperature sensor 60 provided in the cooling water circulation system 46. The throttle opening sensor 62, the engine speed sensor 64, the air flow meter 66, the crank angle sensor 68 Thus, signals indicating the throttle opening θ, the engine speed Ne, the intake air amount Fa, and the crank angle φ are input.
[0054]
As shown in FIG. 3, an upstream end and a downstream end of a branch conduit 80 as a branch passage are connected to the fuel supply conduit 24 as a fuel passage. 80. In the illustrated embodiment, branch conduit 80 extends above fuel supply conduit 24. As shown in FIGS. 3 and 4, the fuel concentration detecting device 48 includes a conduit 82 connected at both ends to a branch conduit 80 and defining a part of the branch passage.
[0055]
As shown in detail in FIG. 4, the fuel concentration detecting device 48 includes one light emitting member 88 as a light source for irradiating light 86 of a plurality of wavelengths, three photodiodes 90 to 94 as light receiving elements, A reflecting mirror 96 for reflecting light radiated from the member 88 and passing through the gasified composite fuel flowing through the conduit 82, and directs the light reflected by the reflecting mirror 96 and passed through the gasified composite fuel to three photodiodes 90 to 94. And a spectroscope 98 for splitting light.
[0056]
The light emitting member 88 and the photodiodes 90 to 94 are fixed to a substrate 100 spaced above the conduit 82, and are housed in the housing 104 together with the substrate 100 and the substrate 102 fixed to the conduit 82. The reflecting mirror 96 is fixed to the conduit 82 on the side opposite to the light emitting member 88 and the photodiodes 90 to 94 with respect to the center of the flow path of the conduit 82.
[0057]
In the illustrated embodiment, the light-emitting member 88 includes an infrared-emitting illuminant, and the light 86 emitted by the light-emitting member 88 passes through the glass plate 106 and enters the conduit 82, and is transmitted to the reflecting mirror 96. Incident. The light reflected by the reflecting mirror 96 enters the spectroscope 98 after passing through the glass plate 108, and the light split by the spectroscope 98 passes through the optical filters 110 to 114, and the corresponding photodiodes 90 to 94 respectively. Incident on.
[0058]
Thus, the glass plate 106 cooperates with the hole provided in the conduit 82 to define the light transmitting window, and the glass plate 108 cooperates with the hole provided in the conduit 82 to define the light transmitting window for light reception. I have decided. The glass plates 106 and 108 are made of a material having a high infrared transmittance such as synthetic sapphire, silicon, and zinc / selenium, and are fixed to the substrate 102, respectively. Sealed by seal 110A.
[0059]
The photodiodes 90 to 94 have the same characteristics as each other, and output an electric signal of a voltage corresponding to the intensity of incident light. Reflecting mirror 96 A metal plate or a ceramic plate having a low coefficient of thermal expansion is plated with chromium, gold, platinum or the like or mirror-polished to increase the light reflectance. The spectroscope 98 is, for example, a combination of three convex lenses, and is fixed to a glass plate 108. The optical filters 110 to 114 are so-called interference filters in which a high-refractive-index layer and a low-refractive-index layer of light are vacuum-deposited on the surface of a glass plate so as to have a thickness of 1/4 of the wavelength, and together with the photodiodes 90 to 94 It is fixed to the substrate 100. The material to be deposited is selected according to the wavelength of light to be transmitted by the optical filters 110 to 114.
[0060]
For example, FIG. 6 shows the relationship between the wavelength of infrared rays and the absorptivity of methane, propane, butane, and water vapor. As can be seen from FIG. 6, the wavelength at which the infrared absorption specific to each component is high, that is, the infrared absorption of the component fuel whose concentration is to be detected is high but the infrared absorption of the other component fuel is low, is adopted. It can be understood that the concentration of each component fuel can be detected while suppressing the influence of other component fuels. In the illustrated embodiment, the transmission wavelength of the methane concentration detection optical filter 110 is set to 8.1 ± 0.1 μm, and the transmission wavelength of the propane concentration detection optical filter 112 is 8.6 ± 0. 1 μm, 9.5 ± 0.2 μm, 11.1 ± 0.2 μm, and the transmission wavelength of the optical filter 114 for detecting butane concentration is 4.2 ± 0.1 μm, 6.3 ± 0. It is set to 1 μm or 10.5 ± 0.5 μm.
[0061]
Covers 116 and 118 are fixed to the lower surface of the substrate 102 corresponding to the glass plates 106 and 108, respectively. The covers 116 and 118 cover the glass plates 106 and 108 so that the gasified combined fuel flowing in the conduit 82 does not directly hit the glass plates 106 and 108, and have holes that allow the passage of light 86. Similarly, a cover 120 is fixed to the inner surface of the conduit 82. The cover 120 has a hole that covers the reflector 96 and allows light 86 to pass therethrough so that the gasified composite fuel flowing in the conduit 82 does not directly hit the reflector 96. A PTC heater 122 for heating the gasified composite fuel flowing in the conduit 82 to a constant temperature of, for example, 30 ° C. is fixed to the inner surface of the conduit 82 on the upstream side of the covers 118 and 120.
[0062]
The supply and control of electric power to the light emitting member 88 are performed by an electric circuit 124 fixed to the upper surface of the substrate 100, and the supply and control of electric power to the photodiodes 90 to 94 are performed by an electric circuit 126 fixed to the upper surface of the substrate 100. The supply and control of power to the PTC heater 122 are performed by an electric circuit 128 fixed on the upper surface of the substrate 102. The electric circuit 126 calculates the concentrations Cm, Cp, and Cb of methane, propane, and butane, which are the component fuels of the gasification combined fuel, based on the outputs from the photodiodes 90 to 94, and outputs signals indicating the concentrations to the electronic control unit 50. Output to
[0063]
For example, if the fuel concentration is 0 [mol / m3], The fuel concentration with respect to the output voltage Io of the photodiodes 90 to 94 is C [mol / m 2].3], The ratio It / Io of the output voltages It of the photodiodes 90 to 94 is determined by the device wavelength determined by the light emitting member 88, the optical filters 110 to 114, and the like, and by the wavelength of light, the temperature and the pressure of the fuel. When the molar absorption coefficient is ε and the optical path length is L, it is represented by the following equation 1.
[0064]
It / Io = A · exp (−ε · CL) C (1)
FIG. 5 shows the relationship between the output voltage ratio It / Io, the methane concentration Cm, and the stoichiometric air-fuel ratio A / F for methane. The electric circuit 126 stores the maps of FIG. 5 and a similar relationship with respect to methane, propane, and butane, calculates the ratio It / Io of the output voltage, and calculates the concentrations Cm of methane, propane, and butane from each map. , Cp, Cb.
[0065]
When an ignition switch (not shown) is closed, the electronic control unit 50 determines whether the cooling water temperature Tc detected by the cooling water temperature sensor 60 is equal to or lower than a reference value Tco (constant), When the cooling water temperature Tc exceeds the reference value Tco, the fuel supply valve 16 is opened and the fuel supply valve 72 is maintained in the closed state, so that the liquid fuel mixture 12 is transferred from the fuel tank 10 to the heat exchanger 22. Supply.
[0066]
On the other hand, in a situation where the cooling water temperature Tc is equal to or higher than the reference value Tco, and it is difficult for the heat exchanger 22 to properly change the liquid state of the mixed fuel into the gaseous state, the electronic control unit 50 supplies the fuel. By maintaining the valve 16 in the closed state and opening the fuel supply valve 72, the gaseous mixed fuel 12 </ b> B is supplied from the fuel tank 10 to the heat exchanger 22.
[0067]
Even when the internal combustion engine 30 is operated for several minutes even at a low temperature, the cooling water temperature Tc rises and exceeds the reference value Tco. At this stage, the fuel supply valve 16 is opened and the fuel supply valve 72 is closed. As a result, the mixed fuel 12 in a liquid state is supplied from the fuel tank 10 to the heat exchanger 22, and the fuel changed to a gaseous state by the heat exchanger 22 is supplied to the internal combustion engine 30.
[0068]
Further, the electronic control unit 50 calculates the H / C ratio of the composite fuel based on the concentrations Cm, Cp, and Cb of the component fuel detected by the fuel concentration detecting device 48, and theoretically calculates the target air-fuel ratio based on the H / C ratio. The air-fuel ratio Rt is calculated, and the fuel injection period correction coefficient Ka is calculated based on the stoichiometric air-fuel ratio Rt. For example, the first target is calculated based on the basic fuel injection period Tb and the fuel injection period correction coefficient Ka when methane is 100%. The fuel injection period T1 is calculated.
[0069]
The electronic control unit 50 also controls the actual air-fuel ratios Ra and O detected by the air-fuel ratio detection sensor 56.2The corrected actual air-fuel ratio Raa is calculated based on the oxygen concentration Do detected by the sensor 58 in a manner known in the art, and based on the deviation between the corrected actual air-fuel ratio Raa and the stoichiometric air-fuel ratio Rt. A second target fuel injection period T2 for reducing the deviation is calculated, a final target fuel injection period Tt is calculated based on the target fuel injection periods T1 and T2, and a crank angle φ detected by the crank angle sensor 68 is calculated. Based on the predetermined injection timing and the final target fuel injection period Tt, the fuel injection amount of each fuel injection device 28 is controlled.
[0070]
The control of fuel supply to the internal combustion engine 30 performed by the electronic control unit 50 based on the component fuel concentrations Cm, Cp, and Cb detected by the fuel concentration detection device 48 does not constitute the gist of the present invention. May be performed in any known manner.
[0071]
Next, a routine for calculating the concentration of the component fuel executed by the electric circuit 126 in the first embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The control according to the flowchart shown in FIG. 7 is started by closing an ignition switch (not shown), and is repeatedly executed at predetermined time intervals.
[0072]
First, in step 100, the output voltage Itm of the photodiode 90 for detecting methane concentration is read, and in step 150, the output voltage ratio Itm / Io is calculated based on the output voltage Itm. Then, the methane concentration Cm is calculated from the methane concentration calculation map corresponding to FIG. 5 based on the output voltage ratio Itm / Io, and a signal indicating the concentration Cm is output to the electronic control unit 50.
[0073]
At step 250, the output voltage Itp of the propane concentration detecting photodiode 92 is read. At step 300, the output voltage ratio Itp / Io is calculated based on the output voltage Itp. At step 350, The propane concentration Cp is calculated from the propane concentration calculation map corresponding to FIG. 5 based on the output voltage ratio Itp / Io, and a signal indicating the concentration Cp is output to the electronic control unit 50.
[0074]
In step 400, the output voltage Itb of the photodiode 94 for detecting butane concentration is read. In step 450, the output voltage ratio Itb / Io is calculated based on the output voltage Itb. In step 500, The butane concentration Cb is calculated from the butane concentration calculation map corresponding to FIG. 5 based on the output voltage ratio Itb / Io, and a signal indicating the concentration Cb is output to the electronic control unit 50.
[0075]
Thus, according to the illustrated first embodiment, the transmission wavelengths of the optical filters 110 to 114 are set to wavelengths at which the infrared absorptivity specific to each fuel component is high. The output voltages Itm, Itp, Itb of the photodiodes 90 to 94 corresponding to are output, and the output voltage ratios Itm / Io, Itp / Io, Itb / Io are calculated in steps 150, 300, 450, respectively. Since the methane concentration Cm, the propane concentration Cp, and the butane concentration Cb are calculated based on the output voltage ratios at 200, 350, and 500, the concentrations of methane, propane, and butane can be detected with high accuracy. Can be.
[0076]
In particular, according to the illustrated embodiment, the concentrations of methane, propane, and butane, which are the fuel components constituting the gasification combined fuel, are individually calculated. For example, as in the second embodiment described below, As compared with the case where the concentration ratio is calculated, the control of the composite fuel supply amount to the internal combustion engine can be performed easily and accurately.
[0077]
Second embodiment
In this embodiment, the electric circuit 126 calculates the concentrations Cm, Cp, and Cb of methane, propane, and butane based on the ratio of each output voltage, as in the case of the first embodiment, and calculates the methane concentration. And the ratio Cp / Cb of the concentration of butane to the concentration of methane is calculated, and a signal indicating these ratios is output to the electronic control unit 50. The fuel injection period of the fuel injection device 28 is controlled based on / Cm and Cp / Cb.
[0078]
FIG. 8 shows a concentration ratio calculation control routine achieved by the electric circuit 126 in this embodiment. In steps 200, 350, and 500, the methane concentration Cm, the propane concentration Cp, and the butane concentration Cb, respectively. Steps 100 to 500 are executed in the same manner as in the above-described first embodiment, except that a signal indicating is not output to the electronic control device 50.
[0079]
In step 550 executed after step 500, the ratio Cp / Cm of the concentration of propane to the concentration of methane and the ratio Cp / Cb of the concentration of butane to the concentration of methane are calculated, and these ratios are calculated. The indicated signal is output to the electronic control unit 50.
[0080]
Thus, according to the illustrated second embodiment, the ratio Cp / Cm of the concentration of propane to the concentration of methane and the ratio Cp / Cb of the concentration of butane to the concentration of methane are calculated. Even if the intensity of light passing through the gasified composite fuel flowing through the conduit 82 and reaching the photodiodes 90 to 94 is reduced due to the attachment of the fuel component to the surfaces of the gasified composite fuel 106 and 108, The concentration ratio of the component fuel can be accurately detected.
[0081]
Third embodiment
In this embodiment, as shown in FIG. 9, a reference photodiode 130 is provided in addition to the photodiodes 90 to 94, and the spectroscope 98 'is reflected by the reflecting mirror 96 to form a gasification composite. The light passing through the fuel is split into four photodiodes 90 to 94 and 130. An optical filter 132 similar to the optical filters 110 to 114 is provided at a position corresponding to the photodiode 130. The transmission wavelength of the reference optical filter 132 is such that infrared light is hardly absorbed by any of methane, propane, and butane. The wavelength is set to either 2.8 ± 0.1 μm or 5.1 ± 0.3 μm.
[0082]
FIG. 11 shows a concentration ratio calculation control routine achieved by the electric circuit 126 in this embodiment. In step 10, the output voltage Ito of the reference photodiode 130 is read, and step 20 is executed. In step 30, the ratio Ito / Io of the reference output voltage is calculated based on the output voltage Ito. In step 30, the ratio becomes smaller as the ratio is smaller than 1 based on the ratio Ito / Io of the reference output voltage. The correction coefficient Ka is calculated from the map shown in FIG.
[0083]
In this embodiment, the output voltage ratio Itm ′ / Io is calculated as Ka · Itm / Io based on the output voltage Itm and the correction coefficient Ka in step 160, and the output voltage ratio is calculated in step 210. The methane concentration Cm is calculated from the methane concentration calculation map corresponding to FIG. 5 based on Itm '/ Io, and a signal indicating the concentration Cm is output to the electronic control unit 50.
[0084]
Similarly, in step 310, the output voltage ratio Itp '/ Io is calculated as Ka · Itp / Io based on the output voltage Itp and the correction coefficient Ka, and in step 360, based on the output voltage ratio Itp' / Io. The propane concentration Cp is calculated from the propane concentration calculation map corresponding to FIG. 5, and a signal indicating the concentration Cp is output to the electronic control unit 50. In step 460, the output voltage Itb and the correction coefficient Ka are used to calculate the output voltage Itb. The ratio Itb '/ Io is calculated as Ka.Itb / Io. In step 510, the butane concentration Cb is calculated from the butane concentration calculation map corresponding to FIG. 5 based on the output voltage ratio Itb' / Io. A signal indicating Cb is output to electronic control device 50.
[0085]
Thus, according to the third embodiment shown in the figure, in step 20, the ratio Ito / Io of the reference output voltage is calculated for the wavelength at which infrared light is hardly absorbed by any of methane, propane and butane. Then, based on the ratio Ito / Io of the reference output voltage, a correction coefficient Ka is calculated so as to be larger as this ratio is smaller than 1, and the output voltages corrected by the correction coefficient Ka in steps 160, 310 and 460, respectively. The ratios Itm '/ Io, Itp' / Io, Itb '/ Io are calculated in steps 210, 360, and 510 based on the ratios of the output voltages, respectively, based on the methane concentration Cm, propane concentration Cp, and butane concentration. Cb is calculated.
[0086]
In this case, the ratio Ito / Io of the reference output voltage is substantially 1 when no fuel component is attached to the surfaces of the reflecting mirror 96 and the glass plates 106 and 108, for example. In the situation where the fuel component adheres to the surfaces of the glass plates 106 and 108 and the intensity of the light passing through the gasified composite fuel flowing through the conduit 82 and reaching the photodiodes 90 to 94 decreases, the intensity becomes 1 And the smaller the degree of decrease in light intensity, the smaller the value.
[0087]
According to the third embodiment shown in the figure, the correction coefficient Ka is calculated so as to increase as the ratio Ito / Io of the reference output voltage decreases, and the output voltage ratio Itm '/ Io corrected by the correction coefficient Ka, Since the concentration of each component fuel is calculated based on Itp '/ Io and Itb' / Io, the fuel flows through the conduit 82 due to, for example, fuel components adhering to the surfaces of the reflecting mirror 96 and the glass plates 106 and 108. Even in a situation where the intensity of light passing through the gasified composite fuel and reaching the photodiodes 90 to 94 decreases, the concentrations of methane, propane, and butane can be detected with high accuracy. Maintenance frequency and cost can be greatly reduced.
[0088]
In particular, according to each of the illustrated embodiments, since the number of the light emitting members 88 as the light source is one, the structure of the fuel concentration detecting device 48 can be simplified and the cost can be reduced as compared with the case where a plurality of light sources are used. The output of the light emitting member 88 can be easily adjusted. Further, the light 86 emitted from the light emitting member 88 passes through the gasified composite fuel flowing in the conduit 82 and is then separated by the spectroscope 98 toward the photodiodes 90 to 94, so that the optical path length for each fuel component is reliably determined. The same can be set, and the concentration of the fuel component can be detected more accurately than in the case where the spectrometer 98 is not used.
[0089]
According to each of the above-described embodiments, the upstream end and the downstream end of the branch conduit 80 as a branch passage are connected to the fuel supply conduit 24, and the fuel concentration detection device 48 is provided in the branch conduit 80. Therefore, the flow rate of the gasified composite fuel flowing to the branch conduit 80 can be reduced irrespective of the flow rate of the gasified composite fuel flowing to the fuel supply conduit 24, and the fuel concentration detection device 48 controls a part of the branch conduit 80. Since the fuel concentration detecting device 48 can be attached to the branch conduit 80 by connecting the conduit 82 to the branch conduit 80, the fuel concentration detecting device 48 can be easily and efficiently attached. It can be carried out.
[0090]
Further, according to the above-described embodiments, covers 116 and 118 are provided to cover the glass plates 106 and 108 so that the gasified composite fuel flowing in the conduit 82 does not directly hit the glass plates 106 and 108, and the conduit 82 Since the cover 120 that covers the reflecting mirror 96 is provided so that the gasified composite fuel flowing inside does not directly hit the reflecting mirror 96, the fuel may adhere to the surfaces of the reflecting mirror 96 and the glass plates 106 and 108. , And the possibility that the concentration detection accuracy is reduced due to the adhesion of the fuel can be effectively reduced.
[0091]
According to the above-described embodiments, the PTC heater 122 for heating the gasified composite fuel flowing in the conduit 82 to a constant temperature of, for example, 30 ° C. is provided on the inner surface of the conduit 82 upstream of the covers 118 and 120. Therefore, it is possible to effectively reduce the possibility that the concentration detection accuracy is reduced due to the fluctuation of the temperature of the gasified composite fuel due to the influence of the outside air temperature or the like.
[0092]
Further, according to each of the above-described embodiments, the light 86 emitted by the light emitting member 88 passes through the conduit 82 and is reflected by the reflecting mirror 96, and the reflected light passes through the conduit 82 to the spectroscope 98. Since the light enters and is separated, and the separated light enters the corresponding photodiodes 90 to 94 via the optical filters 110 to 114, the flow path cross-sectional area of the conduit 82 is reduced as compared with a case where a reflecting mirror is not used. And the light emitting members 88, the photodiodes 90-94, and the electrical circuits 124, 126 controlling them can be located on the same side of the conduit 82, thereby making the fuel concentration detection device 48 compact. And maintenance can be easily performed.
[0093]
In the above, the present invention has been described in detail with respect to a specific embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment, and various other embodiments are possible within the scope of the present invention. Some will be apparent to those skilled in the art.
[0094]
For example, in each of the above embodiments, the composite fuel 12 is composed of methane, propane, and butane, but the composite fuel may be a combination of other fuels.
In particular, in the above first or second embodiment, when the composite fuel is composed of methane and propane, the transmission wavelength of the optical filter 110 for detecting methane concentration is set to 8.1 ± 0.1 μm. , The transmission wavelength of the optical filter 112 for detecting the concentration of propane is 6.6 ± 0.1 μm, 6.9 ± 0.5 μm, 7.2 ± 0.5 μm, 8.6 ± 0.1 μm, 9.5 ± 0. It is preferable to set the wavelength to any one of 0.2 μm and 11.1 ± 0.2 μm. When the composite fuel is composed of methane and butane, the transmission wavelength of the optical filter 110 for detecting methane concentration is 8 μm. The transmission wavelength of the optical filter 114 for detecting butane concentration is 4.2 ± 0.1 μm, 6.3 ± 0.1 μm, 6.6 ± 0.5 μm, 6.9 ±. Any wave of 0.5μm, 7.2 ± 0.5μm, 10.5 ± 0.5μm It is preferably set to.
[0095]
In the third embodiment, when the composite fuel is composed of methane and propane, the transmission wavelength of the reference optical filter 132 is 2.8 ± 0.1 μm, 5.1 ± 0.3 μm, It is preferably set to 9.1 ± 0.1 μm or 10.2 ± 0.2 μm. When the composite fuel is composed of methane and butane, the transmission wavelength of the reference optical filter 132 is 2 It is preferably set to any one of 0.8 ± 0.1 μm, 5.1 ± 0.3 μm, 9.3 ± 0.3 μm, and 11.5 ± 0.4 μm.
[0096]
In each of the above-described embodiments, the light 86 emitted from the light emitting member 88 passes through the gasified composite fuel flowing through the conduit 82, and is then split by the spectroscope 98 toward the photodiodes 90 to 94. However, the spectrometer 98 may be omitted, and the intensity of light passing through the gasified composite fuel may be modified so as to be detected by the photodiodes 90 to 94.
[0097]
Further, in each of the above embodiments, the fuel concentration detecting device 48 is provided in the branch conduit 80, but the branch conduit 80 may be omitted, and the fuel concentration detecting device 48 may be provided in the fuel supply conduit 24. Also, a heating means such as the PTC heater 122 may be omitted.
[0098]
In the above-described embodiments, the covers 116 and 118 that cover the glass plates 106 and 108 are provided, and the cover 120 that covers the reflecting mirror 96 is provided. However, these covers may be omitted. In addition, a light-transmissive cover plate that covers the reflecting mirror 96 and the glass plates 106 and 108 so that fuel does not adhere thereto is detachably attached, and the cover plate is replaced when the fuel adheres to the surface of the cover plate. May be modified so that the light transmittance can be easily restored.
[0099]
In each of the above embodiments, the light 86 emitted from the light emitting member 88 passes through the conduit 82 and is reflected by the reflecting mirror 96. However, the reflecting mirror is omitted, and the light emitting member is omitted. 88 and photodiodes 90-94 may be located on either side of the passage through which the gasified combined fuel passes.
[0100]
In each of the above embodiments, the gasified composite fuel is the fuel of the internal combustion engine, but the fuel concentration detecting device 48 is applied to the gasified composite fuel composed of a plurality of hydrocarbon fuels other than the fuel of the internal combustion engine. May be done.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a gas-liquid mixed fuel supply control device for an internal combustion engine in which a first embodiment of a fuel concentration detection device according to the present invention is incorporated.
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing the heat exchanger shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing the fuel concentration detection device of the first embodiment shown in FIG.
FIG. 4 is an enlarged sectional view showing the fuel concentration detection device of the first embodiment shown in FIG.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the output voltage ratio It / Io of methane, the methane concentration Cm, and the stoichiometric air-fuel ratio A / F.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between infrared wavelength and infrared absorptance for methane, propane, butane, and water vapor.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a fuel concentration detection control routine according to the first embodiment.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a fuel concentration detection control routine according to the second embodiment.
FIG. 9 is an enlarged sectional view showing a third embodiment of the fuel concentration detection device according to the present invention.
FIG. 10 is a graph showing a relationship between a reference output voltage ratio Ito / Io and a correction coefficient Ka.
FIG. 11 is a flowchart illustrating a fuel concentration detection control routine according to a third embodiment.
FIG. 12 shows a relationship between a change in pressure in the fuel tank and a stoichiometric ratio of butane in the fuel and a stoichiometric air-fuel ratio when a mixed fuel of 70% methane and 30% butane is taken out of the fuel tank in a liquid state. It is a graph.
[Explanation of symbols]
10. Fuel tank
12 ... Gas-liquid mixed fuel
18, 74… Regulator
22 ... Heat exchanger
28 ... Fuel injection device
30 internal combustion engine
48 ... Fuel concentration detector
50 Electronic control unit
80 ... Branch conduit
88 ... Light emitting member
90-94 ... photodiode
96 ... Reflector
98 ... Spectroscope
110-114 ... Optical filter
116-120 ... Cover
122 ... PTC heater
130 ... photodiode for reference
132 Reference optical filter

Claims (11)

複数の炭化水素燃料よりなるガス化複合燃料の燃料濃度検出装置に於いて、複数の波長の光を照射する光源と、前記光源より照射されガス化複合燃料を通過した光を受光しそれぞれ受光した特定波長の光の強度に対応する信号を出力する複数の受光手段と、前記複数の受光手段より出力される信号に基づき燃料の濃度を演算する演算手段とを有することを特徴とするガス化複合燃料の燃料濃度検出装置。In a fuel concentration detection device for a gasified composite fuel composed of a plurality of hydrocarbon fuels, a light source for irradiating light of a plurality of wavelengths, and light received from the light source and passed through the gasified composite fuel is received and received. A gasification composite comprising: a plurality of light receiving means for outputting a signal corresponding to the intensity of light having a specific wavelength; and a calculating means for calculating a fuel concentration based on signals output from the plurality of light receiving means. A fuel concentration detector for fuel. 前記光源より照射されガス化複合燃料を通過した光を各受光手段に対し分光する分光手段を含んでいることを特徴とする請求項1に記載のガス化複合燃料の燃料濃度検出装置。2. The gas concentration composite fuel concentration detecting device according to claim 1, further comprising a spectroscopic means for splitting light emitted from the light source and passing through the gasified composite fuel to each light receiving means. 各受光手段は特定波長の光を通過させるフィルタと、前記フィルタを通過した光をその強度に対応する電圧の電気信号に変換する光−電気変換素子とを含んでいることを特徴とする請求項1又は2に記載のガス化複合燃料の燃料濃度検出装置。Each light receiving means includes a filter for passing light of a specific wavelength, and a light-to-electric conversion element for converting the light passing through the filter to an electric signal of a voltage corresponding to the intensity of the light. The fuel concentration detecting device for a gasified composite fuel according to claim 1 or 2. ガス化複合燃料は燃料通路を流れる燃料であり、前記燃料通路には上流側端部及び下流側端部に於いて分岐通路が連通接続されており、前記燃料濃度検出装置は前記分岐通路に設けられていることを特徴とする請求項1乃至3に記載のガス化複合燃料の燃料濃度検出装置。The gasified combined fuel is fuel flowing through a fuel passage, and a branch passage is connected to the fuel passage at upstream and downstream ends. The fuel concentration detection device is provided in the branch passage. The fuel concentration detecting device for a gasified composite fuel according to any one of claims 1 to 3, wherein: 前記燃料濃度検出装置より上流側の前記分岐通路にはガス化複合燃料を加熱して液相を気化させる加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項4に記載のガス化複合燃料の燃料濃度検出装置。5. The gasification composite fuel according to claim 4, wherein a heating means for heating the gasification composite fuel to vaporize a liquid phase is provided in the branch passage upstream of the fuel concentration detection device. Fuel concentration detector. 前記光源より照射された光は照射用光透過窓を経て前記分岐通路に流れるガス化複合燃料中を通過すると共に、受光用光透過窓を経て前記受光手段により受光されるよう構成され、前記照射用光透過窓及び前記受光用光透過窓には光の通過を許し且つガス化複合燃料の流れが直接前記照射用光透過窓及び前記受光用光透過窓に当ることを抑制するカバーが設けられていることを特徴とする請求項1乃至5に記載のガス化複合燃料の燃料濃度検出装置。The light emitted from the light source passes through the gasified composite fuel flowing through the branch passage through the light transmission window for irradiation, and is received by the light receiving means through the light transmission window for light reception. A cover is provided on the light transmitting window and the light transmitting window for light reception to allow light to pass therethrough and suppress the flow of gasified composite fuel from directly hitting the light transmitting window for irradiation and the light transmitting window for light receiving. The fuel concentration detecting device for a gasified composite fuel according to claim 1, wherein: 前記光源及び前記受光手段は前記分岐通路の一方の側に配置され、前記分岐通路の他方の側には前記光源より照射されガス化複合燃料中を通過した光をガス化複合燃料を経て前記受光手段に対し反射する反射鏡が配置されていることを特徴とする請求項4乃至6に記載のガス化複合燃料の燃料濃度検出装置。The light source and the light receiving means are arranged on one side of the branch passage, and the other side of the branch passage receives the light irradiated from the light source and passed through the gasified composite fuel through the gasified composite fuel. 7. The fuel concentration detecting device according to claim 4, wherein a reflecting mirror for reflecting the light from the means is provided. 前記ガス化複合燃料はメタンとプロパンとブタンとよりなり、前記受光手段はメタン濃度検出用受光手段とプロパン濃度検出用受光手段とブタン濃度検出用受光手段とよりなり、前記メタン濃度検出用受光手段は8.1±0.1μmの波長の光を受光し、前記プロパン濃度検出用受光手段は8.6±0.1μm、9.5±0.2μm、11.1±0.2μmの何れかの波長の光を受光し、前記ブタン濃度検出用受光手段は4.2±0.1μm、6.3±0.1μm、10.5±0.5μmの何れかの波長の光を受光することを特徴とする請求項1乃至7に記載のガス化複合燃料の燃料濃度検出装置。The gasified composite fuel is composed of methane, propane, and butane, and the light-receiving means is composed of light-receiving means for detecting methane concentration, light-receiving means for detecting propane concentration, and light-receiving means for detecting butane concentration. Receives light having a wavelength of 8.1 ± 0.1 μm, and the light-receiving means for detecting propane concentration is 8.6 ± 0.1 μm, 9.5 ± 0.2 μm, or 11.1 ± 0.2 μm. And the butane concentration detecting light-receiving means receives light having any wavelength of 4.2 ± 0.1 μm, 6.3 ± 0.1 μm, and 10.5 ± 0.5 μm. The fuel concentration detecting device for a gasified composite fuel according to claim 1, wherein: 前記ガス化複合燃料はメタンとプロパンとよりなり、前記受光手段はメタン濃度検出用受光手段とプロパン濃度検出用受光手段とよりなり、前記メタン濃度検出用受光手段は8.1±0.1μmの波長の光を受光し、前記プロパン濃度検出用受光手段は6.6±0.1μm、6.9±0.5μm、7.2±0.5μm、8.6±0.1μm、9.5±0.2μm、11.1±0.2μmの何れかの波長の光を受光することを特徴とする請求項1乃至7に記載のガス化複合燃料の燃料濃度検出装置。The gasified composite fuel comprises methane and propane, the light receiving means comprises light receiving means for detecting methane concentration and light receiving means for detecting propane concentration, and the light receiving means for detecting methane concentration has a density of 8.1 ± 0.1 μm. Wavelength light, and the propane concentration detecting light receiving means is 6.6 ± 0.1 μm, 6.9 ± 0.5 μm, 7.2 ± 0.5 μm, 8.6 ± 0.1 μm, 9.5. The fuel concentration detecting device for a gasified composite fuel according to any one of claims 1 to 7, wherein light having a wavelength of any of ± 0.2 µm and 11.1 ± 0.2 µm is received. 前記ガス化複合燃料はメタンとブタンとよりなり、前記受光手段はメタン濃度検出用受光手段とブタン濃度検出用受光手段とよりなり、前記メタン濃度検出用受光手段は8.1±0.1μmの波長の光を受光し、前記ブタン濃度検出用受光手段は4.2±0.1μm、6.3±0.1μm、6.6±0.5μm、6.9±0.5μm、7.2±0.5μm、10.5±0.5μmの何れかの波長の光を受光することを特徴とする請求項1乃至7に記載のガス化複合燃料の燃料濃度検出装置。The gasified composite fuel is composed of methane and butane, the light receiving means is composed of light receiving means for detecting methane concentration and light receiving means for detecting butane concentration, and the light receiving means for detecting methane concentration is 8.1 ± 0.1 μm. The light receiving means for detecting the butane concentration is 4.2 ± 0.1 μm, 6.3 ± 0.1 μm, 6.6 ± 0.5 μm, 6.9 ± 0.5 μm, 7.2. The fuel concentration detecting device for a gasified composite fuel according to any one of claims 1 to 7, wherein light having a wavelength of any of ± 0.5 µm and 10.5 ± 0.5 µm is received. ガス化複合燃料の全ての成分燃料によって実質的に同等に吸収される波長の光を受光し受光した光の強度に対応する信号を出力する基準用受光手段を有し、演算手段は燃料の濃度が0であるときの前記基準用受光手段の出力に対する前記基準用受光手段の実際の出力の比に基づいて前記複数の受光手段より出力される信号に基づき演算される燃料の濃度を補正することを特徴とする請求項1乃至10に記載のガス化複合燃料の燃料濃度検出装置。Reference light receiving means for receiving light having a wavelength substantially equivalently absorbed by all the component fuels of the gasified composite fuel and outputting a signal corresponding to the intensity of the received light, and the calculating means includes a fuel concentration Correcting the fuel concentration calculated based on the signals output from the plurality of light receiving means based on the ratio of the actual output of the reference light receiving means to the output of the reference light receiving means when is zero. The fuel concentration detecting device for a gasified composite fuel according to claim 1, wherein:
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