JP2010169549A - Fuel property estimation device and fuel property estimation method - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a fuel property estimation device and a fuel property estimation method.
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。 As a method for measuring the properties of the fuel and identifying the constituent fuel components, for example, as disclosed in Patent Document 1, the property that the dielectric constant increases as the carbon number of the fuel increases, Conventionally, it is known to determine whether it is a light oil or a light oil.
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。 However, multi-component fuels such as gasoline and light oil are roughly divided into paraffinic, naphthenic, olefinic, and aroma-based fuels. Since the dielectric constant differs for each component, large differences between gasoline and light oil can be measured. Even if possible, there is a problem that the ratio of each component in the fuel cannot be estimated.
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。 Therefore, the fuel property estimation device of the present invention provides an adsorbing / desorbing means capable of adsorbing or desorbing a specific component in the fuel and a fuel permittivity upstream of the fuel reforming means for performing fuel reforming, The dielectric constant at the outlet side of the adsorption / desorption means when the fuel temperature in the desorption means is controlled to a temperature condition that promotes adsorption of a specific component in the fuel and a temperature condition that makes adsorption difficult to promote, and The fuel property is estimated using the respective dielectric constants at the outlet side of the fuel reforming means when the fuel temperature in the quality control means is controlled to a plurality of temperature conditions with different fuel reforming reactions.
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。 According to the present invention, by individually changing the fuel temperatures in the adsorption / desorption means and the fuel reforming means, the reactions in the adsorption / desorption means and the fuel reforming means change individually, and the dielectric constant of the fuel is increased. Since it changes, the fuel property, that is, the ratio of each component in the fuel can be estimated.
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。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
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。 FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a fuel sensor 1 as a fuel property estimation device.
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。
The fuel sensor 1 is manufactured by a micromachining technique, for example, into a 1 cm square minute rectangular chip. The fuel sensor 1 is a
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。
The
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。
The
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。
Adjacent to the adsorption /
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。
Adjacent to the
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。 Such a fuel sensor 1 is installed, for example, in a fuel tank (not shown) or a fuel pipe (not shown), and a pump (not shown) is also installed in a flow field by the pump. The
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。
Then, the action of the catalyst in the adsorption /
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。
The temperature control of the
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。
In the adsorption /
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。
That is, a plurality of fuel temperature change processes from the inlet side of the adsorption /
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。
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the procedure for estimating the fuel properties of light oil using the fuel sensor 1 described above. When the fuel is light oil, the ratio of n-paraffin (n-paraffin), iso-paraffin (iso-paraffin), naphthene (naphthene) and aroma (aromatic), which are approximate components of light oil, Estimate the carbon number. Here, the vertical axis of FIG. 2 is the dielectric constant of the fuel, the horizontal axis of FIG. 2 is the measurement position of the dielectric constant, X in FIG. 2 is the position of the
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。 FIG. 3 shows the correlation between the relative dielectric constant of n-paraffin, iso-paraffin, naphthene and aroma and the carbon number (Carbon Number). As is apparent from FIG. 3, n-paraffin and iso-paraffin have similar characteristics and it is difficult to distinguish them, but n-paraffin has a property that it is very easily adsorbed. Therefore, the component ratio and the carbon number in the fuel are estimated by combining the property that n-paraffin is easily adsorbed and the fuel reforming by the dehydrogenation reaction.
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。
As shown in FIG. 2, when the fuel temperature in the adsorption /
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。
When the fuel temperature in the adsorption /
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。
Next, when the fuel temperature in the
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。
When the fuel temperature in the
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。
When the fuel temperature in the
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。
When the fuel temperature in the
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。
Therefore, the y1 process in which the fuel temperature in the adsorption /
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。 Note that the ratio of n-paraffin, iso-paraffin, naphthene, and aroma can be estimated to some extent only by the first temperature change process and the second temperature change process.
以下に、導出式を示す。 The derivation formula is shown below.
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。 The dielectric constant εx measured by the first electrode can be expressed as the following formula (1).
(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。
(Equation 1)
εx = Σ (Cnp × εnp (CN)) + Σ (Cip × εip (CN)) + Σ (Cna × εna (CN)) + Σ (Car × εar (CN)) (1)
Here, Cnp in the formula (1) is the concentration of n-paraffin in the fuel, εnp (CN) is the dielectric constant of n-paraffin, Cip is the concentration of iso-paraffin in the fuel, and εip (CN) is iso-paraffin. Cna is the concentration of naphthene in the fuel, εna (CN) is the dielectric constant of naphthene, Car is the concentration of aroma in the fuel, and εar (CN) is the dielectric constant of the aroma.
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。
n-paraffin is adsorbed by the y1 process (adsorption). The dielectric constant εy1 measured at the
(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。
(Equation 2)
εy1 = Σ (Cip / (1 + Cnp) × εip (CN)) + Σ (Cna / (1 + Cnp) × εna (CN)) + Σ (Car / (1 + Cnp) × εar (CN)) (2)
n-paraffin is desorbed by the y2 process (desorption). The dielectric constant εy2 measured at the
(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。
(Equation 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)
Here, when the formula (2) is subtracted from the formula (3) and the formula (1) is substituted, the following formula (4) is obtained.
(数4)
εy2−εy1=−2Cnp^3/(1−Cnp^2)×εx …(4)
これより、Cnpが求まる。
(Equation 4)
εy2−εy1 = −2 Cnp ^ 3 / (1-Cnp ^ 2) × εx (4)
From this, Cnp is obtained.
ここでCnp、Cip、Cna及びCarは濃度なので、次式(5)が成立する。 Here, since Cnp, Cip, Cna, and Car are concentrations, the following equation (5) is established.
(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。
(Equation 5)
Cnp + Cip + Cna + Car = 1 (5)
In the y1z3 process, the n-paraffin in the fuel is adsorbed by the adsorption /
(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。
(Equation 6)
εy1z3 = Σ (Cip / (1 + Cnp + Cna) × εip (CN)) + Σ (Car / (1 + Cnp + Cna) × εar (CN)) (6)
Here, Cna is obtained by subtracting (2) from (6).
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。
In the y1z1 process, the n-paraffin in the fuel is adsorbed by the adsorption /
(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。
(Equation 7)
εy1z1 = Σ (Car / (1 + Cnp + Cna + Cip) × εar (CN)) (7)
Here, Cip is obtained by subtracting Equation (7) from Equation (6).
そして、最後に(5)式よりよりCarが算出される。 Finally, Car is calculated from Equation (5).
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。 Substituting the obtained Cnp, Cip, Cna, and Car into Equation (7) gives Σεar (CN). Similarly, Σεip (CN) from Equation (6), and Σεna (CN), (1 from Equation (2). ) [Epsilon] np (CN) is obtained from the equation.
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。 The carbon number of n-paraffin, iso-paraffin, naphthene, and aroma can be estimated by referring to the map as shown in FIG.
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。 Thus, the fuel sensor 1 can estimate the fuel property of the fuel, that is, the ratio of each component in the fuel. It is also possible to estimate the ignition characteristics of the fuel from the ratio of each component in the fuel and the carbon number of each component.
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。 Note that the above calculation results may be verified using data from the y2z1 process to the y2z2 and y2z3 processes, and the conversion efficiency is unknown for each process. By calculating the conversion efficiency of each process as an unknown parameter using an equation, it can be calculated with higher accuracy. It is also possible to predict RON (octane number) from the obtained average CN and component ratio.
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。 FIG. 4 is an explanatory view schematically showing a procedure for estimating the fuel property of gasoline using the fuel sensor 1 described above. When the fuel is gasoline, the approximate components of gasoline are n-paraffin (n-paraffin), iso-paraffin (iso-paraffin), naphthene (naphthene), aroma (aromatic) and olefin ( (Olefin) ratio and carbon number (carbon number) are estimated.
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。
The difference from the case of the light oil described above is that olefin is present in the fuel, but the same logic as when the fuel described above is light oil is used for n-paraffin, iso-paraffin, naphthene, aroma and olefin. The ratio (Cnp, Cip, Cna, Car, Cor) can be estimated. Specifically, in the case of fuel gasoline, the setting of the fuel temperature in the adsorption /
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。
That is, when the fuel temperature in the
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。
When the fuel temperature in the
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。
When the fuel temperature in the
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。
When the fuel temperature in the
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。
When the fuel temperature in the
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。 Note that when the fuel is gasoline, there is an ultra-low CN such as C4, C5, etc., so the tendency of RON is different from that of light oil, so it is necessary to have a lower table for estimating RON.
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。 Further, when the fuel is GTL, the fuel component ratio can be estimated without any problem using the fuel sensor 1 because there is no partial component in the light oil.
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。 However, special measures are required when fuel with a large dielectric constant such as gasoline mixed with ethanol is mixed. That is, since ethanol has a large dielectric constant with respect to hydrocarbon fuel, the influence on others increases, and the fuel estimation accuracy deteriorates. Therefore, in this case, it is necessary to estimate the ethanol concentration in advance and perform the measurement, or to measure the ethanol after separating it with an ethanol separation membrane or the like.
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。
The fuel sensor 1 can also estimate the ratio of components other than hydrocarbons in the fuel using the measured value of the
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。
That is, from the characteristics of water, ethanol, and gasoline as shown in FIG. 5, it is possible to estimate the ratio of water or ethanol as a component having a high dielectric constant composition other than hydrocarbons in the fuel. In this case, the fuel temperature at the position of the
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。 Further, if the ratio of the components in the fuel is known, it is possible to estimate the type of fuel, so that it is understood that the type of fuel can be estimated by the fuel sensor 1. That is, the fuel type can be determined by the fuel sensor 1 such as whether the fuel is gasoline or light oil.
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。 The technical ideas of the present invention that can be grasped from the above-described embodiments will be listed together with their effects.
(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。 (1) The fuel property estimation device includes: a flow path through which fuel flows in one direction; an adsorption / desorption means provided in the flow path that can adsorb or desorb a specific component in the fuel; A fuel reforming means provided in series with the adsorption / desorption means for performing fuel reforming, and a dielectric constant for measuring the dielectric constant of the fuel on the inlet side and the outlet side of the adsorption / desorption means and the fuel reforming means Measuring means; first temperature control means for controlling the temperature of fuel in the adsorption / desorption means; and second temperature control means for controlling the temperature of fuel in the fuel reforming means; The conditions of the fuel permittivity on the upstream side of the desorption means and the fuel reforming means, the fuel temperature in the adsorption / desorption means, the temperature conditions for promoting the adsorption of specific components in the fuel, and the temperature conditions for which the adsorption is difficult to promote The adsorption / desorption means Using the respective dielectric constants at the fuel reforming means and the respective dielectric constants at the fuel reforming means outlet side when the fuel temperature in the fuel reforming means is controlled to a plurality of temperature conditions with different fuel reforming reactions. Estimate the properties. By changing the fuel temperature in the adsorption / desorption means and the fuel reforming means, the reaction in the adsorption / desorption means and the fuel reforming means changes, and the dielectric constant of the fuel changes. Thereby, the fuel property, that is, the ratio of each component in the fuel can be estimated.
(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。 (2) The fuel property estimation device according to (1) estimates the type of fuel from the estimated fuel property. By estimating the fuel properties, it is possible to estimate the type of fuel such as whether the fuel is gasoline or light oil.
(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。 (3) In the fuel property estimation apparatus according to (1) or (2), specifically, the adsorption / desorption means and the fuel reforming means are configured by applying a catalyst to the flow path. Specifically, each of the first and second temperature control means can heat a portion of the flow path where the catalyst is applied, and the composition of the fuel is changed by the catalytic reaction. The fuel temperature in each of the adsorption / desorption means and the fuel reforming means is controlled under at least two temperature conditions.
(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。 (4) In the fuel property estimation apparatus according to any one of (1) to (3), the fuel is a hydrocarbon-based fuel, and the fuel reforming means is downstream of the adsorption / desorption means. A vaporizing means for heating in order to vaporize the fuel on the upstream side of the adsorption / desorption means; As a result, the vaporized fuel is introduced into the adsorption / desorption means and the fuel reforming means.
(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。 (5) In the fuel property estimation device according to any one of (1) to (4), specifically, the fuel reforming reaction in the fuel reforming means is a dehydrogenation reaction.
(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。 (6) The fuel property estimation apparatus according to any one of (1) to (5) is specifically manufactured using a micromachining technique. As a result, the fuel property estimation apparatus can be manufactured in a very compact and low-cost manner.
(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。 (7) In the fuel property estimation device according to any one of (1) to (6), specifically, the fuel is mainly composed of gasoline or light oil, and the dielectric constant measuring means The main components of fuel, n-paraffin, iso-paraffin, naphthene, olefin, aroma, etc., are estimated using the dielectric constant detected by, and the average carbon number is estimated to ignite the fuel components and fuel. Estimate the characteristics.
(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。 (8) In the fuel property estimation apparatus according to any one of (1) to (7), a composition having a high dielectric constant other than hydrocarbons is formed upstream of the adsorption / desorption means from the temperature dependence of the dielectric constant. It has a property ratio estimation means for estimating the ratio of the components. Thereby, even if a component having a high dielectric constant such as water or ethanol is mixed in the fuel, the property of the fuel can be estimated with high accuracy.
(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。 (9) In the fuel property estimation apparatus according to any one of (1) to (7), a composition having a high dielectric constant other than hydrocarbons is formed upstream of the adsorption / desorption means due to the temperature dependence of the dielectric constant. And an ethanol detection and separation means for separating the ethanol component from the fuel. Thereby, even when fuel with a large dielectric constant such as ethanol-mixed gasoline is mixed, it is possible to prevent the fuel estimation accuracy from deteriorating.
(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。 (10) The fuel property estimation method includes an adsorption / desorption means capable of adsorbing or desorbing a specific component of fuel in a flow path in which fuel flows in one direction, and a fuel provided in series with the adsorption / desorption means. And a fuel reforming means for reforming, the temperature of the fuel in the adsorption / desorption means is controlled by the first temperature control means, and the temperature of the fuel in the fuel reforming means is controlled by the second temperature control means The fuel permittivity on the upstream side of the adsorption / desorption means and the fuel reforming means, the fuel temperature in the adsorption / desorption means, and the temperature conditions and adsorption that promote the adsorption of specific components in the fuel When the dielectric constant at the outlet side of the adsorption / desorption means when controlling to a temperature condition that is not easily promoted and the fuel temperature at the fuel reforming means are controlled to a plurality of temperature conditions with different fuel reforming reactions The fuel reformer Estimating a fuel property by using the respective dielectric constant at the outlet side.
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (10)
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。 A flow path through which the fuel flows in one direction, an adsorption / desorption means provided in the flow path that can adsorb or desorb a specific component in the fuel, and the adsorption / desorption means in series in the flow path A fuel reforming means for performing fuel reforming; a dielectric constant measuring means for measuring a dielectric constant of fuel on the inlet and outlet sides of the adsorption / desorption means and the fuel reforming means; and the adsorption / desorption. First temperature control means for controlling the temperature of the fuel in the means, and second temperature control means for controlling the temperature of the fuel in the fuel reforming means,
The dielectric constant of fuel on the upstream side of the adsorption / desorption means and the fuel reforming means,
Dielectric constants at the outlet side of the adsorption / desorption means when the temperature of the fuel in the adsorption / desorption means is controlled to a temperature condition that promotes adsorption of a specific component in the fuel and a temperature condition that makes adsorption difficult to promote. When,
A fuel property is estimated using each dielectric constant at the outlet side of the fuel reforming means when the fuel temperature in the fuel reforming means is controlled to a plurality of temperature conditions with different fuel reforming reactions. A fuel property estimation device.
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。 The adsorption / desorption means and the fuel reforming means are each configured by applying a catalyst to the flow path,
The first and second temperature control means can heat a portion of the flow path where the catalyst is applied, and at least two temperature conditions in which the composition of the fuel changes due to the catalytic reaction. The fuel property estimation apparatus according to claim 1 or 2, wherein the fuel temperature in each of the adsorption / desorption means and the fuel reforming means is controlled.
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。 The fuel is a hydrocarbon fuel, and the fuel reforming means is located downstream of the adsorption / desorption means;
The fuel property estimation apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a vaporization unit that heats the fuel to vaporize the fuel upstream of the adsorption / desorption unit.
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