JP4389710B2 - バイフューエルエンジンおよび混合燃料の混合比率推定方法 - Google Patents

Description

この発明は、バイフューエルエンジンおよび混合燃料の混合比率推定方法に関し、更に詳しくは、液化石油ガス（以下、ＬＰＧと称する）とジメチルエーテル（以下、ＤＭＥと称する）の混合燃料を燃料とするバイフューエルエンジンおよびその混合燃料の混合比率推定方法に関する。

ＬＰＧとＤＭＥは、沸点がほぼ同等であり、常温では気体、加圧すると液体になるという類似した特性を有する燃料である。ＬＰＧは、軽油の代替燃料として既に用いられており、ＬＰＧスタンド等のインフラが整備されている。また、ＤＭＥはセタン価が高く（ＬＰＧのセタン価が１２程度であるのに対し、ＤＭＥのセタン価は５５程度）、含酸素燃料であるため、煤がほとんど排出されず、クリーン燃料として注目されている。

これらＬＰＧとＤＭＥは、インフラを共通にすることが可能であるため、ＬＰＧスタンドでＤＭＥが販売される可能性がある。しかしながら、当面の間はＤＭＥのインフラ整備は進まないと考えられるため、ＬＰＧとＤＭＥのバイフューエル自動車を提供できれば、ＤＭＥ自動車の普及とＤＭＥのインフラ整備にも役立つ。

なお、関連する公知技術として、ＤＭＥのインフラ未整備によりＤＭＥの補給が不能の場合には、混合タンクに貯留されているディーゼル燃料を用いて応急的に走行できるようにしたＤＭＥ用ディーゼルエンジンの燃料供給システムが開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００３−９７３０７号公報

バイフューエル自動車は、それぞれの燃料独自の燃料タンクを有する場合が多く、燃料タンクを２つ備えなければならないので、車両重量の増加やコストアップを招く等のデメリットが発生する。ＤＭＥとＬＰＧは、貯蔵方法がほぼ同じであり、またＤＭＥとＬＰＧを混合するのは容易であることから、燃料タンクを共通にして上記デメリットを解決する方法も考えられる。

しかしながら、ＤＭＥとＬＰＧを混合した場合、ＤＭＥは高着火性の燃料である一方、ＬＰＧは低着火性の燃料であり、両燃料は着火性が大きく異なるとともに発熱量も異なるため、必要な燃料噴射量も異なってくる。このため、混合燃料の混合比率を検出して燃料性状を算出し、この燃料性状に応じたエンジン制御を行う必要があるという課題があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＬＰＧとＤＭＥの混合比率を検出でき、両燃料を貯蔵する燃料タンクを共通化できるバイフューエルエンジンを提供することを目的とする。

また、この発明は、ＬＰＧとＤＭＥの混合比率を容易に検出できる混合燃料の混合比率推定方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係るバイフューエルエンジンは、液化石油ガスとジメチルエーテルを混合貯蔵できる燃料タンクと、前記液化石油ガスと前記ジメチルエーテルとの体積弾性率の違いを利用して混合比率を算出する混合比率算出手段とを備え、前記混合比率算出手段によって前記液化石油ガスと前記ジメチルエーテルの混合比率を算出し、当該算出値から混合燃料の性状を求めてエンジン制御に反映させることを特徴とするものである。

また、上記のバイフューエルエンジンにおいて、ＬＰＧとＤＭＥを混合貯蔵できる燃料タンクと、当該燃料タンクに接続され内部に往復自在なピストンを有する圧縮室と、前記燃料タンクと前記圧縮室間に設けられた開閉弁と、前記開閉弁を開いた状態で前記ピストンを移動させて前記燃料タンク内の混合燃料を前記圧縮室内に充填するとともに、前記開閉弁を閉じた状態で前記ピストンを移動させて前記圧縮室内に充填された混合燃料を所定圧力で圧縮するアクチュエータと、前記燃料タンクに設けられた温度センサおよび圧力センサとを備え、前記混合燃料圧縮時の前記ピストンの移動量または前記圧縮室内の容積減量分と、前記温度センサおよび圧力センサにより検出された温度および圧力と、予め記憶してあるＬＰＧ単体の体積弾性率に係るデータとＤＭＥ単体の体積弾性率に係るデータとを用いて前記ＬＰＧと前記ＤＭＥの混合比率を算出し、当該算出値から混合燃料の性状を求めてエンジン制御に反映させるものとすることができる。

また、上記のバイフューエルエンジンにおいて、前記圧縮室への混合燃料充填時に前記ピストンの往復運動を所定回数繰り返すものとすることができる。

また、上記のバイフューエルエンジンは、ＬＰＧとＤＭＥを混合貯蔵できる燃料タンクと、当該燃料タンクに接続された密閉系バランス室と、前記燃料タンクと前記密閉系バランス室間に設けられた開閉弁と、前記密閉系バランス室内に設けられ所定量のＬＰＧが充填された弾性容器と、前記開閉弁を開いて前記密閉系バランス室内に混合燃料を充填するとともに、前記開閉弁を閉じた状態で前記弾性容器内のＬＰＧを所定圧力で圧縮するピストンおよびアクチュエータとを備え、前記混合燃料圧縮時の前記ピストンの移動量または前記圧縮室内の容積減量分と、予め記憶してあるＬＰＧ単体の体積弾性率に係るデータとＤＭＥ単体の体積弾性率に係るデータとを用いてＬＰＧとＤＭＥの混合比率を算出し、当該算出値から混合燃料の性状を求めてエンジン制御に反映させるものとすることができる。

また、上記のバイフューエルエンジンは、ＬＰＧとＤＭＥを混合貯蔵できる燃料タンクと、当該燃料タンクからエンジンの燃料噴射弁に至る燃料供給ラインの途中に設けられた燃料加圧ポンプと、当該燃料加圧ポンプの回転数または負荷を検出する回転数／負荷検出手段と、前記燃料加圧ポンプ出口の燃料圧力を検出する圧力センサと、前記燃料加圧ポンプ出口の燃料温度を検出する温度センサとを備え、前記回転数／負荷検出手段による前記燃料加圧ポンプの回転数または負荷の検出値から、予め記憶してある基準燃料温度毎の前記燃料加圧ポンプの回転数または負荷と、前記燃料加圧ポンプ出口圧力の特性線図に基づいて前記ＬＰＧと前記ＤＭＥの混合比率を算出し、当該算出値から混合燃料の性状を求めてエンジン制御に反映させるものとすることができる。

また、この発明の請求項６に係る混合燃料の混合比率推定方法は、ＬＰＧとＤＭＥとの混合燃料を密閉容器内に充填し、この充填した混合燃料を所定圧力で圧縮し、前記密閉容器の体積変化と液化石油ガスとジメチルエーテルとの体積弾性率の違いに基づいて前記ＬＰＧと前記ＤＭＥの混合比率を求めることを特徴とするものである。

この発明に係るバイフューエルエンジン（請求項１）によれば、ＬＰＧとＤＭＥを貯蔵する燃料タンクを共通化し、１つの燃料タンクとすることで車両重量を低減でき、これに伴って製造コストを削減することができる。また、本発明を適用することにより、ＬＰＧとＤＭＥの両燃料を使用できるフレキシブルバイフューエルエンジン車を構築できるため、燃料補給の選択肢が広がる。すなわち、インフラの未整備によりＤＭＥが補給できない場合には、インフラの整備されたＬＰＧを暫定的に補給して走行することができるので、ガス欠となる不安を低減できる。

また、この発明に係るバイフューエルエンジン（請求項２）によれば、ＬＰＧとＤＭＥを貯蔵する燃料タンクを共通化し、１つの燃料タンクとすることで車両重量を低減でき、これに伴って製造コストを削減することができるとともに、車両性能の低下を抑制することができる。また、本発明を適用することにより、ＬＰＧとＤＭＥの両燃料を使用できるフレキシブルバイフューエルエンジン車を構築できるため、燃料補給の選択肢が広がる。

また、この発明に係るバイフューエルエンジン（請求項３）によれば、圧縮室内に残存する燃料や、燃料タンクと圧縮室との接続部分に残存する燃料の置換が可能になり、混合比率計測の精度を更に向上させることができる。

また、この発明に係るバイフューエルエンジン（請求項４）によれば、上記請求項２に係る発明と比較して、温度センサや圧力センサが不要となり、更なるコストダウンを期待できる。

また、この発明に係るバイフューエルエンジン（請求項５）によれば、混合比率を算出するための専用部品を必要としないので、上記請求項２および請求項４に係る発明と比較して、大幅なコストダウンを期待できる。

また、この発明に係る混合燃料の混合比率推定方法（請求項６）によれば、ＬＰＧとＤＭＥの体積弾性率の違いを利用して混合比率を算出することができる。すなわち、たとえば内部に往復自在なピストンを有する密閉容器を用いて体積変化を検出すれば、簡易な構成により混合比率を算出することができる。

以下に、この発明に係るバイフューエルエンジンの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

先ず、ＬＰＧとＤＭＥの混合比率を検出するための基本概念について図３〜図６に基づいて説明する。ここで、図３は、ＬＰＧの圧縮前の状態を示す模式図、図４は、ＬＰＧの圧縮後の状態を示す模式図、図５は、ＤＭＥの圧縮前の状態を示す模式図、図６は、ＤＭＥの圧縮後の状態を示す模式図である。

ＤＭＥの体積弾性率は温度および圧力により変化するが、ＬＰＧの場合よりも小さいことが知られている。本発明に係る混合比率の検出は、この体積弾性率が異なることを利用するものである。図３〜図６に示すように、密閉断熱された圧縮室１７内には、ピストン１８が往復自在に配置され、このピストン１８はアクチュエータ１９によって往復するように構成されている。

図３に示すように、圧縮前の圧縮室１７には所定温度において体積Ｖ0のＬＰＧが封入されており、この状態から図４に示すように、アクチュエータ１９によってピストン１８が駆動され、ＬＰＧに所定の圧縮力Ｆが加えられて体積Ｖ1となる。このとき、ＬＰＧの体積変化は極めて小さく、ピストン１８の移動量はほぼゼロであり、体積Ｖ0と体積Ｖ1はほぼ等しい。

一方、図５に示すように、圧縮前の圧縮室１７には所定温度（図３に示したＬＰＧの場合と同一温度）において体積Ｖ0のＤＭＥが封入されており、この状態から図６に示すように、アクチュエータ１９によってピストン１８が駆動され、ＤＭＥに所定の圧縮力Ｆ（図４に示したＬＰＧの場合と同一の圧力Ｆ）が加えられると、圧縮されて体積Ｖ1となる。すなわち、ＤＭＥの体積変化は上記ＬＰＧの場合よりも大きく、ピストン１８の移動量はゼロよりも大きく、体積Ｖ1は体積Ｖ0よりも小さくなる。

このように、各温度条件および圧力条件における同一圧縮力ＦでのＬＰＧとＤＭＥの体積変化を予め計測しておく。そして、実際に燃料タンクに入っているＬＰＧとＤＭＥの混合燃料の体積変化を計測することによって、それらの混合比を推測することができる。この混合比が分かれば、燃料性状を算出することができ、これをバイフューエルエンジン（以下、適宜エンジンと称する）の制御に反映することができる。以上が、混合比率計測の基本的概念である。

つぎに、この発明の実施例１に係るエンジンについて図１に基づいて説明する。ここで、図１は、この発明の実施例１に係るエンジンの要部を示すブロック図である。図１に示すように、エンジン１０は、たとえば火花着火可能な内燃機関であり、ＬＰＧとＤＭＥの混合燃料を燃焼可能に構成されている。なお、図示例を省略するが、エンジン１０には、エンジン１０に燃料を加圧供給するための燃料加圧ポンプ等、エンジン１０の動作に必要な種々の基本装置が設けられている。

ＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク（燃料タンク）１１は、ＬＰＧ補給孔１３から補給されるＬＰＧとＤＭＥ補給孔１２から補給されるＤＭＥとを混合でき、これらを混合燃料として貯蔵できるように構成されている。このＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１の燃料は、燃料供給ライン１４によってエンジン１０に供給されるように構成されている。

そして、この燃料供給ライン１４の途中には、たとえば、上述したようにＬＰＧとＤＭＥの体積弾性率の違いを利用することにより混合比率を計測可能に構成した混合比率センサ１５が設けられている。また、この混合比率センサ１５の近傍には、混合燃料の温度を検出する温度センサ（図示せず）と圧力を計測する圧力センサ（図示せず）が設けられている。

電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）１６は、混合比率センサ１５から出力された計測値に基づいて燃料性状を算出し、予め格納されているエンジン制御マップに基づいてエンジン１０を制御できるように構成されている。

つぎに制御動作について図２に基づいて説明する。ここで、図２は、算出された燃料混合比率に基づくエンジンの制御方法を示すフローチャートである。先ず、混合比率センサ１５によって燃料供給ライン１４中の混合燃料のＬＰＧとＤＭＥの混合比率が計測される（ステップＳ１０）。

そして、混合比率センサ１５の計測値は、上記温度センサおよび圧力センサの温度・圧力データとともにＥＣＵ１６に出力され、このＥＣＵ１６によって混合燃料の性状が算出される（ステップＳ１１）。つぎに、算出された燃料性状に基づいて、予め定められているエンジン制御マップが選択され（ステップＳ１２）、その制御情報に基づいてエンジン１０が制御される（ステップＳ１３）。

以上のように、この実施例１に係るバイフューエルエンジンによれば、ＬＰＧとＤＭＥを貯蔵する燃料タンクを共通化し、１つのＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１とすることで、車両重量を低減でき、これに伴って製造コストを削減することができるとともに、車両性能の低下を抑制することができる。

また、本発明を適用することにより、ＬＰＧとＤＭＥの両燃料を使用できるフレキシブルバイフューエルエンジン車を構築できるため、燃料補給の選択肢が広がる。すなわち、インフラの未整備によりＤＭＥが補給できない場合には、インフラの整備されたＬＰＧを暫定的に補給して走行することができるので、ガス欠となる不安を低減できる。

なお、上記実施例１においては、混合比率センサ１５を燃料供給ライン１４の途中に設けるものとして説明したが、これに限定されず、ＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１に設けてもよく、上記と同様の効果を期待できる。

図７は、この発明の実施例２に係るバイフューエルエンジンの要部を示す模式図、図８は、混合比率を求める際に使用されるピストン移動量と温度と圧力の関係を示すマップである。なお、以下の説明において、すでに説明した部材と同一もしくは相当する部材には、同一の符号を付して重複説明を省略または簡略化する。

圧縮室１７とＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１とは、検出ライン２２によって接続され、バルブ（開閉弁）２３の開閉によって必要時に混合燃料が圧縮室１７内に導入できるように構成されている。また、圧縮室１７には、圧縮室１７内の混合燃料の温度を検出する温度センサ２０と圧力を計測する圧力センサ２１が設けられている。なお、燃料供給ライン１４には、燃料をエンジン１０に加圧供給するための燃料加圧ポンプ２４が設けられている。

つぎに、ＬＰＧとＤＭＥの混合比率の検出方法について説明する。先ず、バルブ２３を開き、圧縮室１７内の容積が大きくなるようにピストン１８をアクチュエータ１９によって駆動することにより、ＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１内の混合燃料を圧縮室１７内に充填する。

この混合燃料の充填の際に、ピストン１８の往復運動を数回程度（たとえば、３回程度）行うことにより、圧縮室１７内に残存する燃料や、圧縮室１７とバルブ２３間の検出ライン２２内に残存する燃料の置換が可能になり、混合比率計測の精度を更に向上させることができる。

混合燃料が予め設定された量まで充填されたら、バルブ２３を閉じ、ピストン１８をアクチュエータ１９によって圧縮方向に駆動し、充填された混合燃料を所定の設定圧力まで圧縮する。

そして、この時のピストン１８の移動量または圧縮室１７内の容積減量分と、温度センサ２０および圧力センサ２１による温度・圧力データとから、図示しないＥＣＵ内に予め記憶してあるＬＰＧ単体の体積弾性率に係るデータとＤＭＥ単体の体積弾性率に係るデータとを用いてＬＰＧとＤＭＥの混合比率を算出する。

すなわち、このＬＰＧとＤＭＥの混合比率は、図８に基づいて以下のように算出することができる。この図８は、ピストン１８の移動量Ｘと温度Ｔと圧力Ｐとの関係を示し、ＤＭＥ１００％時の温度と圧力によるピストン移動量マップ２６と、ＬＰＧ１００％時の温度と圧力によるピストン移動量マップ２８を示してある。

図８において、Ｘ_DMEは、前記マップ２６上に位置する点であり、ＤＭＥ１００％時のある温度Ｔ₁、圧力Ｐ₁によるピストン１８の移動量を示している。Ｘ_LPGは、前記マップ２８上に位置する点であり、ＬＰＧ１００％時のある温度Ｔ₁、圧力Ｐ₁によるピストン１８の移動量を示している。Ｘ_mix は、図７に示した装置から実測により求まる混合燃料のピストン１８の移動量を示している。

このようにピストン移動量Ｘ_DMEおよびＸ_LPGは、温度センサ２０と圧力センサ２１とにより温度Ｔ₁および圧力Ｐ₁を計測して上記マップ２６，２８から求めることができ、ピストン移動量Ｘ_mix は実測から求めることができるので、ＤＭＥの混合比率ＤＭＥ（％）は、下記の式（１）によって求めることができる。

ＤＭＥ（％）＝（Ｘ _mix −Ｘ _LPG ）／（Ｘ_DME−Ｘ_LPG）×１００ ・・・（１）

また、ＬＰＧの混合比率ＬＰＧ（％）は、式（１）により求まったＤＭＥの混合比率ＤＭＥ（％）を下記の式（２）に代入することによって求めることができる。

ＬＰＧ（％）＝１００−ＤＭＥ（％） ・・・（２）

このようにして求められた混合比率に基づいて上記ＥＣＵによって混合燃料の性状が算出される。そして、この算出された燃料性状に基づいて、予め定められているエンジン制御マップが選択され、その制御情報に基づいてエンジン１０が制御される。

以上のように、この実施例２に係るバイフューエルエンジンによれば、ＬＰＧとＤＭＥを貯蔵する燃料タンクを共通化し、１つのＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１とすることで、車両重量を低減でき、これに伴って製造コストを削減することができるとともに、車両性能の低下を抑制することができる。また、簡易な構成の本発明を適用することにより、ＬＰＧとＤＭＥの両燃料を使用できるフレキシブルバイフューエルエンジン車を構築できるため、燃料補給の選択肢が広がる。

図９は、この発明の実施例３に係るバイフューエルエンジンの要部を示す模式図、図１０は、ピストン移動量と混合比率の関係を示すマップである。密閉断熱された密閉系バランス室３０は、ＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１と、燃料供給ライン１４、バルブ（開閉弁）３１および検出ライン２２を介して接続されているとともに、燃料リターンライン３２、バルブ３３を介して接続されている。

また、密閉系バランス室３０には、圧縮室１７と接続されたＬＰＧ入りのゴム球体（弾性容器）３４が伸縮自在に内蔵されている。すなわち、このゴム球体３４には、予め設定した所定量のＬＰＧが充填されており、アクチュエータ１９でピストン１８を駆動することによりこのゴム球体３４を膨らませたり、縮ませたりできるように構成されている。

つぎに、ＬＰＧとＤＭＥの混合比率の検出方法について説明する。先ず、バルブ３１およびバルブ３３を開き、燃料加圧ポンプ２４によりＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１から混合燃料を密閉系バランス室３０内に導入し、余剰の混合燃料を燃料リターンライン３２からＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１へとオーバーフローさせることにより、密閉系バランス室３０内全体に混合燃料を充填する。そして、この状態でバルブ３１およびバルブ３３を閉じる。

この時、ゴム球体３４内のＬＰＧの圧力と密閉系バランス室３０内の混合燃料の圧力とが同一になるように、アクチュエータ１９を作動させ、ピストン１８によりゴム球体３４が膨らんだ状態にする。なお、この時、ゴム球体３４内のＬＰＧの温度と密閉系バランス室３０内の混合燃料の温度は同一である。

つぎに、アクチュエータ１９を作動させ、ピストン１８により圧縮室１７内のＬＰＧの圧縮を開始する。密閉系バランス室３０内の燃料がＬＰＧそのものであれば、ゴム球体３４の内外において体積弾性率が同じであるので、ピストン１８は動かないが、密閉系バランス室３０内の燃料に体積弾性率の小さいＤＭＥが混合していると、あるいは密閉系バランス室３０内の燃料がＤＭＥそのものであると、ピストン１８が圧縮側に変位することとなる。このピストン１８は、アクチュエータ１９によって作動されているので、ピストン１８の移動量は容易に計測することができる。

このピストン１８の移動量または圧縮室１７内の容積減量分が分かれば、図示しないＥＣＵ内に予め記憶してあるＬＰＧ単体の体積弾性率に係るデータとＤＭＥ単体の体積弾性率に係るデータ（図１０参照）とを用いて、ＬＰＧとＤＭＥの混合比率を算出することができる。たとえば、図１０に示すように、グラフの横軸に示されるピストン１８の移動量が定まれば、これに対応する縦軸に示される混合比率が求まる。

このようにして求められた混合比率に基づいて上記ＥＣＵによって混合燃料の性状が算出される。そして、この算出された燃料性状に基づいて、予め定められているエンジン制御マップが選択され、その制御情報に基づいてエンジン１０が制御される。

以上のように、この実施例３に係るバイフューエルエンジンによれば、ＬＰＧとＤＭＥを貯蔵する燃料タンクを共通化し、１つのＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１とすることで、車両重量を低減でき、これに伴って製造コストを削減することができるとともに、車両性能の低下を抑制することができる。また、簡易な構成の本発明を適用することにより、ＬＰＧとＤＭＥの両燃料を使用できるフレキシブルバイフューエルエンジン車を構築できるため、燃料補給の選択肢が広がる。

更に、測定対象である密閉系バランス室３０内の混合燃料とゴム球体３４内のＬＰＧとが、同一の温度および圧力条件で比較されているため、温度を計測するための温度センサと圧力を計測するための圧力センサが不要になり、上記実施例２で示したシステムに比べて更なるコストダウンを期待できる。

なお、上記実施例３においては、燃料加圧ポンプ２４を、エンジン１０への燃料供給用手段として用いるとともに、混合比率計測のために燃料を密閉系バランス室３０に導入する手段として用いているが、これに限定されず、それぞれ個別に燃料加圧ポンプを設けてもよい。また、上記実施例３では、ゴム球体３４内にＬＰＧを充填したシステムについて説明したが、これに限定されず、たとえばゴム球体３４内にＤＭＥを充填したシステムとして構成することもでき、上記と同様の効果を期待できる。

図１１は、この発明の実施例４に係るバイフューエルエンジンの要部を示す模式図、図１２は、ある燃料温度における燃料加圧ポンプの回転数と出口圧力との関係を示すマップである。本実施例４は、ＬＰＧとＤＭＥの混合比率を、図１１に示すように、エンジン１０に燃料を供給するための燃料加圧ポンプ２４の圧送特性（図１２参照）から求めるものである。

この燃料加圧ポンプ２４は、燃料供給ライン１４の途中に設けられている。また、燃料加圧ポンプ２４の出口近傍には、燃料の温度を計測するための温度センサ（図示せず）と圧力を計測するための圧力センサ（図示せず）が設けられている。また、燃料加圧ポンプ２４には、その回転数または負荷を検出する図示しない回転数／負荷検出手段が備えられている。

図１２に示すように、燃料加圧ポンプ２４の回転数または負荷によって、ＬＰＧ１００％とＤＭＥ１００％の圧力曲線が予め実験等により求められ、図示しないＥＣＵ内に予め記憶されている。これらの圧力曲線は、燃料温度毎に異なるため、所定の基準温度毎に作成され記憶されている。

したがって、上記温度センサによって実測された温度に基づいて、内挿法または外挿法により当該温度の圧力曲線が計算される。そして、実測された燃料加圧ポンプ２４のポンプ条件と燃料圧力のデータから、ＬＰＧとＤＭＥの混合比率を以下のように算出する。

すなわち、図１２に示すように、燃料加圧ポンプ２４のある運転条件、たとえば、ある温度におけるポンプ回転数がＮ₁の時、ポンプ出口圧力がＰ₁であったとする。図１２のグラフから、ポンプ回転数Ｎ₁の時のＬＰＧ１００％の場合の出口圧力Ｐ_LPGと、ＤＭＥ１００％の場合の出口圧力Ｐ_DMEとが求められる。そこで、これらの値を下記の式（３）に代入することにより、ＬＰＧの混合比率ＬＰＧ（％）を求めることができる。

ＬＰＧ（％）＝（Ｐ ₁ −Ｐ _DME ）／（Ｐ_LPG−Ｐ_DME）×１００ ・・・（３）

また、ＤＭＥの混合比率ＤＭＥ（％）は、式（３）により求まったＬＰＧの混合比率ＬＰＧ（％）を下記の式（４）に代入することによって求めることができる。

ＤＭＥ（％）＝１００−ＬＰＧ（％） ・・・（４）

以上のように、この実施例４に係るバイフューエルエンジンによれば、ＬＰＧとＤＭＥを貯蔵する燃料タンクを共通化し、１つのＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１とすることで、車両重量を低減でき、これに伴って製造コストを削減することができるとともに、車両性能の低下を抑制することができる。また、簡易な構成の本発明を適用することにより、ＬＰＧとＤＭＥの両燃料を使用できるフレキシブルバイフューエルエンジン車を構築できるため、燃料補給の選択肢が広がる。

更に、ＬＰＧとＤＭＥの混合比率を、エンジン１０に燃料を供給するために必須の燃料加圧ポンプ２４を用いて計測できるので、混合比率計測のための専用部品が必要なく、上記実施例２や上記実施例３に対して大幅なコストダウンを図ることができる。

図１３は、この発明の実施例５に係るバイフューエルエンジンの要部を示す模式図、図１４は、バイフューエルエンジンの制御方法を示すフローチャート、図１５は、ＬＰＧの混合比率とセタン価向上剤の添加量との関係を示すマップ、図１６は、ＤＭＥの混合比率と燃料噴射量の補正割合との関係を示すマップである。

図１３に示すように、本実施例５は、ＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１に混合比率センサ１５を設けるとともに、ＬＰＧのセタン価をＤＭＥ相当のセタン価まで向上させるために混合比率センサ１５からの混合比率信号に応じて所定量のセタン価向上剤をＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１に添加するセタン価向上剤添加装置４０を設けたものである。

このセタン価向上剤添加装置４０は、公知技術により構成することができる。また、セタン価向上剤としては、たとえば、硝酸エステル、亜硝酸エステル、有機過酸化物やニトロ化合物を用いることができる。

混合比率センサ１５からの混合比率信号は、ＥＣＵ１６に入力されるようになっている。また、セタン価向上剤をＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１に添加するために、ＥＣＵ１６からセタン価向上剤添加装置４０に向けてセタン価向上剤添加信号が出力されるようになっている。

また、本実施例５では、エンジン１０としてディーゼルエンジンを用いている。このディーゼルエンジン１０の燃料ポンプ２４およびインジェクタ１０ａには、ＥＣＵ１６から燃料噴射量制御信号が出力されるようになっている。なお、符号１０ｂは、吸気管を示している。

つぎに、ディーゼルエンジン１０の制御方法について図１４に基づいて図１３、図１５および図１６を参照しつつ説明する。図１４に示すように、先ず、必要時に混合比率センサ１５によりＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１中のＬＰＧとＤＭＥの混合比率を測定し（ステップＳ２０）、その混合比率信号をＥＣＵ１６に入力する。たとえば、ＬＰＧの混合比率として、Ｘ（％）が測定されたとする。このとき、ＤＭＥの混合比率は（１００−Ｘ）（％）となる。なお、以下の図中においては、この混合比率を単に「割合」と記す。

つぎに、測定された上記混合比率からＥＣＵ１６によって着火に最適なセタン価を算出し、ＬＰＧのセタン価をＤＭＥ相当のセタン価まで向上させるためにセタン価向上剤の添加量Ｙｃを、図１５に示すマップおよび下記の式（５）により算出する（ステップＳ２１）。この図１５に示すマップは、予め実験等により求めたものである。

Ｙｃ＝α・Ｘ／１００ ・・・（５）
ここで、αは、ＬＰＧの混合比率が１００％の場合のセタン価向上剤の添加量であり、予め実験等により求めたものである。

ところで、ＤＭＥとＬＰＧは発熱量が異なるため、これらの混合比率に応じて燃料噴射量も変化させる必要がある。すなわち、既定の混合比率に対応する基本燃料噴射量を、実測された混合比率に応じて補正する必要がある。

そこで、ＤＭＥの混合比率（１００−Ｘ）（％）による燃料噴射量の補正割合Ｚを図１６に示すマップおよび下記の式（６）により算出する（ステップＳ２２）。この図１６に示すマップは、ＤＭＥの混合比率（１００−Ｘ）（％）から混合燃料の発熱量を算出し、その発熱量から最適な燃焼が得られるように上記基本燃料噴射量を補正するため、予め実験等により求めたものである。

Ｚ＝β・（１００−Ｘ）／１００ ・・・（６）
ここで、βは、ＤＭＥの混合比率が１００％の場合の燃料噴射量の補正割合であり、予め実験等により求めたものである。

つぎに、上記ステップＳ２１で算出したセタン価向上剤の添加量Ｙｃをセタン価向上剤添加装置４０によってＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１に添加するとともに、上記ステップＳ２２で算出した燃料噴射量の補正割合Ｚに基づいて燃料噴射量の補正を実行する（ステップＳ２３）。また、必要に応じて燃料噴射時期も補正する。

なお、上記ステップＳ２３においてセタン価向上剤の添加と燃料噴射量の補正が実行されたら、スタートに戻る。

以上のように、この実施例５に係るバイフューエルエンジンによれば、測定されたＬＰＧとＤＭＥの混合比率に基づいて最適なセタン価向上剤の添加量と燃料噴射量（燃料噴射時期）とを算出し、当該混合比率によらず最適なディーゼルエンジン１０の燃焼を実現することができる。

これにより、クリーンな燃料であるが入手が限られているＤＭＥと、入手が比較的容易なＬＰＧとを両方使用できる車両を提供することができるため、ユーザーは燃料補給に不安を抱くこと無く、クリーンな車両を得ることができる。

なお、上記実施例５においては、混合比率センサ１５およびセタン価向上剤添加装置４０をＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１に設けるものとして説明したが、これに限定されず、燃料供給ライン１４の途中に設けてもよい。この場合、セタン価向上剤は、燃料供給ライン１４内に添加されることとなり、上記と同様の効果を期待できる。

図１７は、この発明の実施例６に係るバイフューエルエンジンの要部を示す模式図、図１８は、バイフューエルエンジンの制御方法を示すフローチャート、図１９は、ＬＰＧの混合比率とオゾン供給量との関係を示すマップである。

上記実施例５では、セタン価向上剤を添加することにより混合燃料の着火性を改善したが、本実施例６は、吸気にオゾンを供給することにより、混合燃料の着火性を改善するものである。

すなわち、図１７に示すように、本実施例６は、ＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１に混合比率センサ１５を設ける一方、混合燃料の着火性を改善するために混合比率センサ１５からの混合比率信号に応じて所定量のオゾンを発生させて吸気に供給するオゾン供給装置４２を吸気管１０ｂに設けたものである。

ＥＣＵ１６からは、このオゾン供給装置４２に向けてオゾン供給量制御信号が出力されるようになっている。なお、このオゾン供給装置４２は、公知技術により構成することができ、オゾンを発生することができるので、オゾンの補給作業は不要である。その他の構成は、上記実施例５の場合と同様であるので、重複説明を省略する。

つぎに、ディーゼルエンジン１０の制御方法について図１８に基づいて図１７および図１９を参照しつつ説明する。図１８に示すように、先ず、必要時に混合比率センサ１５によりＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１中のＬＰＧとＤＭＥの混合比率を測定し（ステップＳ３０）、その混合比率信号をＥＣＵ１６に入力する。たとえば、ＬＰＧの混合比率として、Ｘ（％）が測定されたとする。

つぎに、測定された上記混合比率からＥＣＵ１６によって着火に最適な吸気へのオゾン供給量Ｙｏを、図１９に示すマップおよび下記の式（７）により算出する（ステップＳ３１）。この図１９に示すマップは、予め実験等により求めたものである。

Ｙｏ＝γ・Ｘ／１００ ・・・（７）
ここで、γは、ＬＰＧの混合比率が１００％の場合のオゾン供給量（ｐｐｍ）であり、予め実験等により求めたものである。

つぎに、ＤＭＥの混合比率（１００−Ｘ）（％）による燃料噴射量の補正割合Ｚを、上記実施例５において説明した図１６に示すマップおよび上記式（６）により算出する（ステップＳ３２）。

つぎに、上記ステップＳ３１で算出したオゾン供給量Ｙｏをオゾン供給装置４２によって吸気に供給するとともに、上記ステップＳ３２で算出した燃料噴射量の補正割合Ｚに基づいて燃料噴射量の補正を実行する（ステップＳ３３）。また、必要に応じて燃料噴射時期も補正する。

なお、上記ステップＳ３３においてオゾンの供給と燃料噴射量の補正が実行されたら、スタートに戻る。

以上のように、この実施例６に係るバイフューエルエンジンによれば、測定されたＬＰＧとＤＭＥの混合比率に基づいて着火性改善に最適なオゾン供給量と燃料噴射量（燃料噴射時期）とを算出し、当該混合比率によらず最適なディーゼルエンジン１０の燃焼を実現することができる。

これにより、クリーンな燃料であるが入手が限られているＤＭＥと、入手が比較的容易なＬＰＧとを両方使用できる車両を提供することができるため、ユーザーは燃料補給に不安を抱くこと無く、クリーンな車両を得ることができる。

また、オゾン供給装置４２によってオゾン発生させ吸気に供給しているので、スタンド等でのオゾンの補給作業が不要となり、ユーザーの負担軽減を図ることができる。

なお、上記実施例６においては、混合比率センサ１５をＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク１１に設けるものとして説明したが、これに限定されず、燃料供給ライン１４の途中に設けてもよく、上記と同様の効果を期待できる。

図２０は、この発明の実施例７に係るバイフューエルエンジンの要部を示す模式図、図２１は、バイフューエルエンジンの制御方法を示すフローチャート、図２２は、筒内圧変化と着火遅れとの関係を示すマップである。

図２０に示すように、本実施例７は、上記実施例５の図１３に示した構成に、ディーゼルエンジン１０の筒内圧を測定する筒内圧センサ１０ｃを更に加えることにより、セタン価向上剤の添加による着火性の変化をモニタリングし、適正な着火性となるようにセタン価向上剤の添加量を補正できるようにしたものである。

つぎに、ディーゼルエンジン１０の制御方法について図２１に基づいて図２０および図２２を参照しつつ説明する。図２１に示すステップＳ３０〜Ｓ３３は、上記実施例５の図１４で示したステップＳ２０〜Ｓ２３の内容と同様であるので、重複説明を省略し、ステップＳ３４以降について説明する。

ステップＳ３３のセタン価向上剤の添加と燃料噴射量の補正が実行されたら、筒内圧センサ１０ｃによりディーゼルエンジン１０の筒内圧変化を測定することにより、着火遅れを計測する（ステップＳ３４）。

すなわち、測定された筒内圧変化と、図２２に示すように予め実験等により定められたマップとを用いることにより、着火遅れの程度を計測（判断）することができる。筒内圧変化の適合値（図２２中の破線）に対して着火遅れが適正範囲内にある場合には（ステップＳ３５肯定）、ステップＳ３３においてセタン価向上剤が適正に添加され、良好な燃焼状態となっていると判断できるので、スタートに戻る。

一方、筒内圧変化の適合値（図２２中の破線）に対して着火遅れが適正範囲内にない場合には（ステップＳ３５否定）、更に当該適合値に対して着火遅れが大きいか否かを判断する（ステップＳ３６）。着火遅れの大小に応じてセタン価向上剤の添加量を補正するためである。

適合値に対して着火遅れが大きい場合には（ステップＳ３６肯定）、着火性を向上させるため、セタン価向上剤の添加量を増加させる指令を出して（ステップＳ３７）、この指令に基づいてステップＳ３３を実行する。

また、適合値に対して着火遅れが小さい場合には（ステップＳ３６否定）、着火性を抑制させるため、セタン価向上剤の添加量を減少させる指令を出して（ステップＳ３８）、この指令に基づいてステップＳ３３を実行する。

これらステップＳ３６，Ｓ３７，Ｓ３８の制御は、着火遅れが適正範囲内になるまで、すなわち良好な燃焼状態となるまで（ステップＳ３５肯定）、実行される。

以上のように、この実施例７に係るバイフューエルエンジンによれば、セタン価向上剤の添加による着火性の変化を筒内圧センサ１０ｃによりモニタリングし、適正な着火性となるようにセタン価向上剤の添加量を補正したので、最適な燃焼が得られ、エミッション、燃費および出力の面で更なる改善を図ることができる。

なお、上記実施例７においては、上記実施例５の図１３に示した構成に、ディーゼルエンジン１０の筒内圧を測定する筒内圧センサ１０ｃを更に加えるものとして説明したが、これに限定されず、上記実施例６の図１７に示した構成に当該筒内圧センサ１０ｃを加えてもよく、上記と同様の効果を期待できる。

すなわち、この場合は、図２１に示したフローチャートのステップＳ３１においてオゾン供給量を算出し、この算出された供給量に基づいてステップＳ３３においてオゾンを供給すればよい。また、ステップＳ３７においてはオゾン供給量を増加し、ステップＳ３８においてはオゾン供給量を減少させるように制御すればよい。

なお、上記実施例５、実施例６および実施例７において、エンジン１０が排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）を備えている場合には、ＬＰＧとＤＭＥの混合比率を考慮することにより、適合された排気ガス再循環量（ＥＧＲ量）中の酸素量を、ＤＭＥ中の酸素を考慮して算出することが可能となる。これにより、ＥＧＲ量の適正化が図られ、排気ガス中のＮＯｘ等の低減を図ることができる。

また、ＬＰＧ中には付臭剤（硫黄化合物）が添加されている。そこで、上記実施例５、実施例６および実施例７において、エンジン１０がその排気通路下流に排気浄化触媒を備えている場合には、ＬＰＧとＤＭＥの混合比率を積算することにより、硫黄分の含まれていないＤＭＥが使用されている期間を積算することができるので、当該触媒の硫黄被毒再生期間を変更することにより、燃費悪化を低減することができる。たとえば、ＬＰＧの混合比率が大きい場合には硫黄被毒再生期間を短くする一方、ＤＭＥの混合比率が大きい場合には硫黄被毒再生期間を長めにすることが好ましい。

以上のように、この発明に係るバイフューエルエンジンおよび混合燃料の混合比率推定方法は、ＬＰＧとＤＭＥを混合燃料とするバイフューエルエンジンを搭載した車両に有用であり、特に、ＬＰＧとＤＭＥの混合比率を検出でき、両燃料を貯蔵する燃料タンクを共通化できるバイフューエルエンジンおよびＬＰＧとＤＭＥの混合比率を容易に検出できる混合燃料の混合比率推定方法に適している。

この発明の実施例１に係るエンジンの要部を示すブロック図である。 算出された燃料混合比率に基づくエンジンの制御方法を示すフローチャートである。 ＬＰＧの圧縮前の状態を示す模式図である。 ＬＰＧの圧縮後の状態を示す模式図である。 ＤＭＥの圧縮前の状態を示す模式図である。 ＤＭＥの圧縮後の状態を示す模式図である。 この発明の実施例２に係るバイフューエルエンジンの要部を示す模式図である。 混合比率を求める際に使用されるピストン移動量と温度と圧力の関係を示すマップである。 この発明の実施例３に係るバイフューエルエンジンの要部を示す模式図である。 ピストン移動量と混合比率の関係を示すマップである。 この発明の実施例４に係るバイフューエルエンジンの要部を示す模式図である。 ある燃料温度における燃料加圧ポンプの回転数と出口圧力との関係を示すマップである。 この発明の実施例５に係るバイフューエルエンジンの要部を示す模式図である。 バイフューエルエンジンの制御方法を示すフローチャートである。 ＬＰＧの混合比率とセタン価向上剤の添加量との関係を示すマップである。 ＤＭＥの混合比率と燃料噴射量の補正割合との関係を示すマップである。 この発明の実施例６に係るバイフューエルエンジンの要部を示す模式図である。 バイフューエルエンジンの制御方法を示すフローチャートである。 ＬＰＧの混合比率とオゾン供給量との関係を示すマップである。 この発明の実施例７に係るバイフューエルエンジンの要部を示す模式図である。 バイフューエルエンジンの制御方法を示すフローチャートである。 筒内圧変化と着火遅れとの関係を示すマップである。

符号の説明

１０ エンジン（バイフューエルエンジン）
１０ｂ 吸気管
１０ｃ 筒内圧センサ
１１ ＬＰＧ／ＤＭＥ混合タンク（燃料タンク）
１４ 燃料供給ライン
１５ 混合比率センサ
１６ ＥＣＵ
１７ 圧縮室
１８ ピストン
１９ アクチュエータ
２０ 温度センサ
２１ 圧力センサ
２２ 検出ライン
２３ バルブ（開閉弁）
２４ 燃料加圧ポンプ
２６ ＤＭＥ１００％時の温度と圧力によるピストン移動量マップ（ＤＭＥ単体の体積弾性率に係るデータ）
２８ ＬＰＧ１００％時の温度と圧力によるピストン移動量マップ（ＬＰＧ単体の体積弾性率に係るデータ）
３０ 密閉系バランス室
３１ バルブ（開閉弁）
３４ ゴム球体（弾性容器）
４０ セタン価向上剤添加装置
４２ オゾン供給装置

Claims (6)

1. 液化石油ガスとジメチルエーテルを混合貯蔵できる燃料タンクと、前記液化石油ガスと前記ジメチルエーテルとの体積弾性率の違いを利用して混合比率を算出する混合比率算出手段とを備え、前記混合比率算出手段によって前記液化石油ガスと前記ジメチルエーテルの混合比率を算出し、当該算出値から混合燃料の性状を求めてエンジン制御に反映させることを特徴とするバイフューエルエンジン。
2. 請求項１に記載のバイフューエルエンジンであって、
   液化石油ガスとジメチルエーテルを混合貯蔵できる燃料タンクと、当該燃料タンクに接続され内部に往復自在なピストンを有する圧縮室と、前記燃料タンクと前記圧縮室間に設けられた開閉弁と、前記開閉弁を開いた状態で前記ピストンを移動させて前記燃料タンク内の混合燃料を前記圧縮室内に充填するとともに、前記開閉弁を閉じた状態で前記ピストンを移動させて前記圧縮室内に充填された混合燃料を所定圧力で圧縮するアクチュエータと、前記燃料タンクに設けられた温度センサおよび圧力センサとを備え、前記混合燃料圧縮時の前記ピストンの移動量または前記圧縮室内の容積減量分と、前記温度センサおよび圧力センサにより検出された温度および圧力と、予め記憶してある液化石油ガス単体の体積弾性率に係るデータとジメチルエーテル単体の体積弾性率に係るデータとを用いて前記液化石油ガスと前記ジメチルエーテルの混合比率を算出し、当該算出値から混合燃料の性状を求めてエンジン制御に反映させることを特徴とするバイフューエルエンジン。
3. 前記圧縮室への混合燃料充填時に前記ピストンの往復運動を所定回数繰り返すことを特
   徴とする請求項２に記載のバイフューエルエンジン。
4. 請求項１に記載のバイフューエルエンジンであって、
   液化石油ガスとジメチルエーテルを混合貯蔵できる燃料タンクと、当該燃料タンクに接続された密閉系バランス室と、前記燃料タンクと前記密閉系バランス室間に設けられた開閉弁と、前記密閉系バランス室内に設けられ所定量の液化石油ガスが充填された弾性容器と、前記開閉弁を開いて前記密閉系バランス室内に混合燃料を充填するとともに、前記開閉弁を閉じた状態で前記弾性容器内の液化石油ガスを所定圧力で圧縮するピストンおよびアクチュエータとを備え、前記混合燃料圧縮時の前記ピストンの移動量または前記圧縮室内の容積減量分と、予め記憶してある液化石油ガス単体の体積弾性率に係るデータとジメチルエーテル単体の体積弾性率に係るデータとを用いて液化石油ガスとジメチルエーテルの混合比率を算出し、当該算出値から混合燃料の性状を求めてエンジン制御に反映させることを特徴とするバイフューエルエンジン。
5. 請求項１に記載のバイフューエルエンジンであって、
   液化石油ガスとジメチルエーテルを混合貯蔵できる燃料タンクと、当該燃料タンクからエンジンの燃料噴射弁に至る燃料供給ラインの途中に設けられた燃料加圧ポンプと、当該燃料加圧ポンプの回転数または負荷を検出する回転数／負荷検出手段と、前記燃料加圧ポンプ出口の燃料圧力を検出する圧力センサと、前記燃料加圧ポンプ出口の燃料温度を検出する温度センサとを備え、前記回転数／負荷検出手段による前記燃料加圧ポンプの回転数または負荷の検出値から、予め記憶してある基準燃料温度毎の前記燃料加圧ポンプの回転数または負荷と、前記燃料加圧ポンプ出口圧力の特性線図に基づいて前記液化石油ガスと前記ジメチルエーテルの混合比率を算出し、当該算出値から混合燃料の性状を求めてエンジン制御に反映させることを特徴とするバイフューエルエンジン。
6. 液化石油ガスとジメチルエーテルとの混合燃料を密閉容器内に充填し、この充填した混
   合燃料を所定圧力で圧縮し、前記密閉容器の体積変化と液化石油ガスとジメチルエーテルとの体積弾性率の違いに基づいて前記液化石油ガスと前記ジメチルエーテルの混合比率を求めることを特徴とする混合燃料の混合比率推定方法。

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