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JP2002227712A - 燃料供給装置 - Google Patents

燃料供給装置

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JP2002227712A
JP2002227712A JP2001026077A JP2001026077A JP2002227712A JP 2002227712 A JP2002227712 A JP 2002227712A JP 2001026077 A JP2001026077 A JP 2001026077A JP 2001026077 A JP2001026077 A JP 2001026077A JP 2002227712 A JP2002227712 A JP 2002227712A
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fuel
mixed
mass flow
mixed fuel
tank
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JP2001026077A
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Koetsu Hibino
光悦 日比野
Kazumasa Kawasaki
一政 川嵜
Koji Ogasawara
恒治 小笠原
Futoshi Takahashi
太 高橋
Takahisa Hirasawa
貴久 平澤
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Hitachi Ltd
Toyota Motor Corp
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Tokico Ltd
Toyota Motor Corp
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

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  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料タンクに貯蔵されたCNGおよびLPG
からなる混合燃料を内燃機関に対して一定のエネルギー
密度で供給する。 【解決手段】 燃料タンク22内に貯蔵されたCNGお
よびLPGからなる混合燃料を上部から取り出すための
調節弁24と下部から取り出すための調節弁26とを設
けると共に、燃料タンク22の上部および下部から各々
取り出された混合燃料の気化器28で合流した後の質量
流量を検出するマスフローメータ32を設ける。調節弁
24,26が組成が一定となる所定の開度比率で混合燃
料を供給しているときに制御装置40は、マスフローメ
ータ32により検出された質量流量が一定となるように
調節弁24,26の開度(合計取出量)を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料供給装置に関
し、詳しくは、タンク内に貯蔵されたメタンを主成分と
する気体を炭化水素溶媒に溶解してなる混合燃料を取り
出して車両の内燃機関に供給する燃料供給装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来より、自動車の燃料として天然ガス
などのメタンを主成分とする気体を用いるものが提案さ
れているが、この燃料は、ガソリンに比べエネルギー密
度が低いため、ガソリン車に比べて航続距離が短いとい
う問題がある。こうした問題に対して、内燃機関の燃料
として天然ガスをLPGなどの炭化水素溶媒に混合溶解
させたものを用いるものが提案されている(特開平9−
87645号公報など)。この混合燃料は、天然ガスを
LPGに溶解させることにより高いエネルギー密度でタ
ンク内に貯蔵できるようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、混合燃
料を略一定の組成で内燃機関に供給する際、その供給量
にばらつきが生じると、即ち、内燃機関に供給する燃料
のエネルギー密度が一定でないと内燃機関の燃焼状態を
不安定にしてしまう。また、混合燃料の消費に伴ってタ
ンク内の圧力が低下して燃料の気液分離が生じた際、タ
ンク内の混合燃料を常に一定の組成で取り出すときに
は、気相と液相とから適切な比率で混合燃料を取り出す
必要がある。
【0004】本発明の燃料供給装置は、混合燃料のエネ
ルギー密度を一定にして内燃機関に供給することを目的
の一つとする。また、本発明の燃料供給装置は、タンク
内から取り出す混合燃料の組成を一定にすることを目的
の一つとする。
【0005】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の燃料供給装置は、上述の目的の少なくとも一部を
達成するために以下の手段を採った。
【0006】本発明の燃料供給装置は、タンク内に貯蔵
された気体燃料と液体燃料とからなる混合燃料を取り出
して燃料消費手段に供給する燃料供給装置であって、前
記混合燃料を前記タンクから取り出す燃料取出手段と、
該取り出された混合燃料の質量流量を検出する質量流量
検出手段と、該検出された質量流量が一定となるよう前
記燃料取出手段による混合燃料の取出量を制御する制御
手段とを備えることを要旨とする。
【0007】この本発明の燃料供給装置では、燃料取出
手段が、タンク内に貯蔵されている混合燃料を取り出
し、質量流量検出手段が、取り出された混合燃料の質量
流量を検出する。そして、制御手段が、検出された質量
流量が一定となるよう燃料取出手段による混合燃料の取
出量を制御する。この燃料供給装置によれば、質量流量
検出手段により検出された質量流量が一定となるよう燃
料取出手段による混合燃料の取出量を制御するから、燃
料消費手段に供給するエネルギー密度を略一定とするこ
とができる。ここで、「燃料消費手段」は、内燃機関の
他、燃料電池なども含まれる。
【0008】こうした本発明の燃料供給装置において、
前記燃料取出手段は、前記タンクの上部から混合燃料を
取り出す上部取出手段と前記タンクの下部から混合燃料
を取り出す下部取出手段とからなり、前記上部取出手段
により取り出された混合燃料と前記下部取出手段により
取り出された混合燃料とを合流させて前記燃料消費手段
に供給する燃料合流供給手段を備え、前記質量流量検出
手段は、前記合流した後の混合燃料の質量流量を検出す
る手段であるものとすることもできる。
【0009】この態様の本発明の燃料供給装置におい
て、前記タンク内の混合燃料の組成を検出する組成検出
手段と、前記上部取出手段および前記下部取出手段によ
り取り出された各々の混合燃料の質量流量を検出する第
2の質量流量検出手段と、該検出された前記上部取出手
段および前記下部取出手段により取り出された各々の混
合燃料の質量流量の比率が、前記組成検出手段により検
出されたタンク内の混合燃料の組成に基づいて算出され
る質量流量の比率となるよう前記上部取出手段および前
記下部取出手段による混合燃料の取出比率を制御する第
2の制御手段とを備えるものとすることもできる。こう
すれば、一定の組成をもった混合燃料を燃料消費手段に
供給することができる。
【0010】また、この態様の本発明の燃料供給装置に
おいて、前記タンク内に貯蔵された混合燃料の状態を検
出する燃料状態検出手段を備え、前記第2の制御手段
は、前記タンク内に貯蔵された混合燃料の状態が気液分
離の状態にあるときに制御を行なう手段であるものとす
ることもできる。
【0011】また、本発明の燃料供給装置において、前
記燃料供給手段は、内燃機関であり、前記気体燃料は、
メタンを主成分とする気体であり、前記液体燃料は、炭
化水素溶媒であり、前記混合燃料は、前記気体が前記炭
化水素溶媒に溶解されてなる燃料であるものとすること
もできる。こうすれば、内燃機関に対して混合燃料を略
一定のエネルギー密度で供給することができ、内燃機関
の燃焼を安定化させることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例を用いて説明する。図1は、本発明の一実施例である
燃料供給装置20の構成の概略を示す構成図である。実
施例の燃料供給装置20は、図示するように、メタンを
主成分とする気体に炭化水素溶媒が溶解された混合燃料
が貯蔵された燃料タンク22と、燃料タンク22の上部
から混合燃料を取り出すと共にその取出量を調節可能な
調節弁24と、燃料タンク22の下部から混合燃料を取
り出すと共にその取出量を調節可能な調節弁26と、調
節弁24から取り出された混合燃料と調整弁26から取
り出された混合燃料とが合流する部位に設置され混合燃
料中の液体を気化させる気化器28と、合流した後の混
合燃料の質量流量を検出するマスフローメータ32と、
燃料タンク22の上部から取り出された混合燃料の質量
流量を検出するマスフローメータ30と、装置全体をコ
ントロールする制御装置40とを備える。なお、気化器
28により合流して気化した混合燃料は、圧力調整され
て車両のエンジンなどの内燃機関(図示せず)へ供給さ
れるようになっている。
【0013】混合燃料は、メタンを主成分とする気体に
炭化水素溶媒を溶解させた混合燃料、例えば、CNG
(圧縮天然ガス)およびLPGからなる混合燃料として
形成されており、燃料タンク22が満充填の状態では、
超臨界の状態となるが、燃料の使用に伴ってタンク内の
圧力が低下するとある圧力下で気液分離するようなメタ
ン濃度や温度条件で混合されている。勿論、メタンを主
成分とする気体を溶解する炭化水素溶媒として、ガソリ
ンや軽油等を用いるものとしてもよい。
【0014】燃料タンク22は、耐圧性のタンクとして
構成されている。この燃料タンク22には、その内部の
圧力を検出する圧力センサ34と、内部の温度を検出す
る温度センサ36とが設けられている。この圧力センサ
34により検出された圧力と温度センサ36により検出
された温度とに基づいて燃料タンク22内の混合燃料の
状態、即ち、超臨界状態にあるか、気液分離状態にある
かが判別されるとともに、混合燃料が気液分離の状態に
あるときには気相成分の組成と液相成分の組成とが算出
されるようになっている。
【0015】制御装置40は、図示しないがCPUを中
心としたマイクロプロセッサとして構成されており、処
理プログラムを記憶したROMと一時的にデータを記憶
するRAMと入出力ポートとを備える。この制御装置4
0には、圧力センサ34からの圧力信号や温度センサ3
6からの温度信号、マスフローメータ30,32からの
質量流量信号などが入力ポートを介して入力されてお
り、制御装置40からは、調節弁24,26への調整信
号などが出力ポートを介して出力されている。
【0016】こうして構成された実施例の燃料供給装置
20の動作、即ち、燃料タンク22内の混合燃料を取り
出して内燃機関に供給する際の動作について説明する。
制御装置40は、まず、圧力センサ34および温度セン
サ36からの圧力信号および温度信号の入力により燃料
タンク22内の圧力と温度を検出して燃料タンク22内
に貯蔵されている混合燃料の状態、即ち、混合燃料が超
臨界状態にあるか、気液分離状態にあるかを判別する。
この混合燃料の状態の判別は、実施例では、予め燃料タ
ンク22内の温度および圧力と、混合燃料の状態との関
係を実験などにより求めてマップとしてROMに記憶し
ておき、温度および圧力が与えられると、燃料タンク2
2内の混合燃料の状態が導出されるものとした。図2
は、ある温度での圧力とメタン濃度と混合燃料の状態と
の関係を示す図である。図2において、燃料タンク22
の満充填の際の組成(メタン濃度)は予め判っているか
ら温度および圧力を検出できれば、混合燃料の状態を判
別することができる。この判別の結果、燃料タンク22
内の混合燃料が超臨界状態にあるときには、燃料タンク
22の上部と下部いずれから取り出しても内燃機関に供
給される組成は常に一定であるから、マスフローメータ
32により検出された合流後の質量流量(燃料タンク2
2の上部および下部から各々取り出された混合燃料の合
流後の質量流量)が一定となるように調節弁24,26
の開度を調節する。燃料タンク22内の混合燃料を略一
定の組成で取り出すことができれば、内燃機関に供給さ
れる混合燃料の単位重さあたりの発熱量は略一定になる
から、内燃機関に供給される混合燃料の質量流量を一定
にすることで、内燃機関に対して一定のエネルギー密度
で混合燃料を供給することができるのである。
【0017】一方、燃料タンク22内の混合燃料が気液
分離状態にあるとき、即ち液相と気相とが存在するとき
には、各相における組成(メタン濃度)は異なった値と
なる。即ち、気相は、メタンリッチとなり、液相は、プ
ロパン、ブタンリッチとなる。したがって、燃料タンク
22から超臨界状態で混合燃料と取り出す場合と同じ組
成で混合燃料を取りだすためには、気相(燃料タンク2
2の上部)および液相(燃料タンク22の下部)の双方
から適切な比率で取りだし、これを混合して内燃機関に
供給する必要がある。実施例では、マスフローメータ3
0により気相から取り出される混合燃料の質量流量を検
出すると共にマスフローメータ30,32により液相か
ら取り出される混合燃料の質量流量(マスフローメータ
32により検出された質量流量からマスフローメータ3
0により検出された質量流量を減算したもの)を検出し
てこれらの比率が、燃料タンク22の温度と圧力とによ
り算出された気相の組成と液相の組成とにより基づいて
算出される適正な比率(燃料タンク22から超臨界状態
と同じ状態で混合燃料を取り出すことができる質量流量
の比率)となるよう調節弁24,26の開度比率(燃料
タンク22の上部および下部の燃料取出量の比率)を調
節する。そして、更に、マスフローメータ32により検
出された質量流量が一定となるように調節弁24,26
の開度(混合燃料の合計取出量)を調節する。これによ
り、燃料タンク22に貯蔵された混合燃料を超臨界状態
のときと同一の組成で、かつ一定のエネルギー密度で内
燃機関に供給することができる。
【0018】以上説明した実施例の燃料供給装置20に
よれば、内燃機関に供給される混合燃料の質量流量が一
定となるよう調節弁24,26の開度、即ち、混合燃料
の取出量を調節するから、一定のエネルギー密度で内燃
機関に供給することができる。この結果、内燃機関の燃
焼状態の安定化を図ることができる。しかも、マスフロ
ーメータ30,32により検出された燃料タンク22か
ら取り出されたそれぞれの質量流量の比率に基づいて調
節弁24,26の開度比率を調節するから、燃料タンク
22内の混合燃料が気液分離の状態になったときでも一
定の組成で取り出すことができる。これにより、混合燃
料を燃料タンク22に再充填する際には、燃料が残存し
ているときでもCNGおよびLPGを常に一定の比率で
充填すればよいから、再充填が容易となる。
【0019】実施例の燃料供給装置20では、燃料タン
ク22内の混合燃料の状態が気液分離の状態にあるとき
に調節弁24,26の開度比率の制御を開始するものと
したが、混合燃料の状態に拘わらず開度比率の制御を行
なうものとしてもよい。例えば、混合燃料の状態が超臨
界状態になるときに調節弁24、26から取り出される
質量流量が1対1となるよう調節するものとしてもよ
い。
【0020】また、実施例の燃料供給装置20では、マ
スフローメータ30,32により気相(燃料タンク22
の上部)から取り出される混合燃料の質量流量と液相
(燃料タンク22の下部)から取り出される混合燃料の
質量流量とを検出するものとしたが、マスフローメータ
30の代わりに燃料タンク22の下部から混合燃料を取
り出す調節弁26の下流にマスフローメータを設けるも
のとしてもよく。マスフローメータ32の代わりに燃料
タンク22の下部から混合燃料を取り出す調節弁26の
下流にマスフローメータを設けるものとしてもよい。こ
の場合、調節弁26とマスフローメータとの間に気化器
を設ければよい。
【0021】さらに、実施例の燃料供給装置20では、
マスフローメータ30,32により燃料タンク22上部
から取り出される混合燃料の質量流量と燃料タンク22
下部から取り出される混合燃料の質量流量とをそれぞれ
検出し、これらの比率が燃料タンク22内の液相の組成
と気相の組成とから算出される質量流量の適正な比率と
なるよう調節弁24,26の開度比率を調節するものと
したが、燃料タンク内の温度と圧力とにより算出される
液相の組成と気相の組成とから燃料タンク内部の混合燃
料が超臨界状態の場合と同様の組成で取り出されるよう
上部および下部の調節弁の開度比率の制御(燃料タンク
22内の温度と圧力とに基づいて混合燃料を略一定の組
成で取り出されるように調節弁24,26の開度比率の
制御)を行ない、マスフローメータに基づく開度比率の
制御は行なわないものとしても構わない。この場合の変
形例の燃料供給装置20Bの構成の概略を図3に示す。
図3において、変形例の燃料供給装置20Bは、調節弁
24の下流にマスフローメータ30を備えない点を除い
て実施例の燃料供給装置20と同一のハード構成をして
おり、制御装置40Bでは、マスフローメータに基づく
調節弁24,26の開度比率(上部および下部の取出比
率)の制御は行なわない点を除いて実施例の制御装置4
0と同一の構成をしている。即ち、制御装置40Bは、
燃料タンク22の温度と圧力とにより直接調節弁24,
26の開度比率を制御する。この場合でも、燃料タンク
内22の混合燃料は略一定の組成で取り出すことができ
るから、マスフローメータ32により検出される質量流
量が一定となるように調節弁24,26の開度(合計取
出量)を制御することにより、内燃機関に対して略一定
のエネルギー密度で混合燃料を供給することができる。
【0022】また、実施例の燃料供給装置20では、調
節弁24,26を設けて燃料タンク22の上部と下部と
から混合燃料を取り出すこととしたが、いずれか一方の
みから燃料タンク22内の混合燃料を取り出すこととし
てもよい。このときの変形例の燃料供給装置20Cの構
成の概略を図4に示す。変形例の燃料供給装置20C
は、図示するように温度センサおよび圧力センサを備え
ない点と燃料タンク22に貯蔵された混合燃料を上部か
ら取り出すための構成(調節弁24およびマスフローメ
ータ30と燃料タンク22上部から気化器28までの供
給路)を備えない点を除いて実施例の燃料供給装置20
と同一のハード構成をしている。したがって、実施例の
燃料供給装置20と同一の部分については同一の符号を
付し、その説明は省略する。変形例の燃料供給装置20
Cでは、制御装置40Cは、マスフローメータ32によ
り検出された混合燃料の質量流量が一定となるように調
節弁26の開度(混合燃料の取出量)を制御している。
この場合でも、車両の内燃機関に使用する場合を考える
と、組成が大きく変化する部分(例えば、気液分離状態
で混合燃料の液相部分を使い切る部分)を使用しなけれ
ば、即ち、超臨界状態や液相部分のみ使用する場合など
は燃料タンク22内の混合燃料をほぼ一定の組成で取り
出すことができると考えてよいから、マスフローメータ
32により検出される質量流量が一定となるよう調節弁
26を調節することにより、内燃機関に対して略一定の
エネルギー密度で混合燃料を供給することができる。な
お、変形例の燃料供給装置20Cのように燃料タンク2
2の下部から混合燃料を取り出す方がより一定の組成で
取り出すことができるため好適であるが、燃料タンク2
2の上部から混合燃料を取り出すものとしてもよい。
【0023】また、実施例の燃料供給装置20では、メ
タンを主成分とする気体に炭化水素溶媒(液体)を溶解
させた混合燃料を内燃機関に供給する場合に適用した
が、液体燃料と気体燃料とからなる混合燃料をこの混合
燃料をエネルギ消費する機器に供給する場合に適用する
こともできる。
【0024】以上、本発明の実施の形態について実施例
を用いて説明したが、本発明のこうした実施例に何ら限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例である燃料供給装置20の
構成の概略を示す構成図である。
【図2】 圧力とメタン濃度と混合燃料の状態との関係
を示す図である。
【図3】 変形例の燃料供給装置20Bの構成の概略を
示す構成図である。
【図4】 変形例の燃料供給装置20Cの構成の概略を
示す構成図である。
【符号の説明】
20,20B,20C 燃料供給装置、22 燃料タン
ク、24,26 調節弁、28 気化器、30,32
マスフローメータ、34 圧力センサ、36温度セン
サ、40,40B,40C 制御装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02M 21/02 F02M 21/02 L 37/00 301Z 37/00 301 341D 341 B60K 15/08 (72)発明者 川嵜 一政 神奈川県川崎市川崎区富士見1丁目6番3 号 トキコ株式会社内 (72)発明者 小笠原 恒治 静岡県掛川市淡陽13 トキコ株式会社静岡 工場内 (72)発明者 高橋 太 静岡県掛川市淡陽13 トキコ株式会社静岡 工場内 (72)発明者 平澤 貴久 神奈川県川崎市川崎区富士見1丁目6番3 号 トキコ株式会社内 Fターム(参考) 3D038 CA00 CB01 CC18 3G084 AA05 BA11 DA11 FA13 FA14 3G092 AA01 AB12 DE11S EA13 FA06 HB01Z HB04Z HB05X HB09Z 3G301 HA22 HA24 JA04 NE16 PB01Z PB02Z PB08Z

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 タンク内に貯蔵された気体燃料と液体燃
    料とからなる混合燃料を取り出して燃料消費手段に供給
    する燃料供給装置であって、 前記混合燃料を前記タンクから取り出す燃料取出手段
    と、 該取り出された混合燃料の質量流量を検出する質量流量
    検出手段と、 該検出された質量流量が一定となるよう前記燃料取出手
    段による混合燃料の取出量を制御する制御手段とを備え
    る燃料供給装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の燃料供給装置であって、 前記燃料取出手段は、前記タンクの上部から混合燃料を
    取り出す上部取出手段と前記タンクの下部から混合燃料
    を取り出す下部取出手段とからなり、 前記上部取出手段により取り出された混合燃料と前記下
    部取出手段により取り出された混合燃料とを合流させて
    前記燃料消費手段に供給する燃料合流供給手段を備え、 前記質量流量検出手段は、前記合流した後の混合燃料の
    質量流量を検出する手段である燃料供給装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の燃料供給装置であって、 前記タンク内の混合燃料の組成を検出する組成検出手段
    と、 前記上部取出手段および前記下部取出手段により取り出
    された各々の混合燃料の質量流量を検出する第2の質量
    流量検出手段と、 該検出された前記上部取出手段および前記下部取出手段
    により取り出された各々の混合燃料の質量流量の比率
    が、前記組成検出手段により検出されたタンク内の混合
    燃料の組成に基づいて算出される質量流量の比率となる
    よう前記上部取出手段および前記下部取出手段による混
    合燃料の取出比率を制御する第2の制御手段とを備える
    燃料供給装置。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の燃料供給装置であって、 前記タンク内に貯蔵された混合燃料の状態を検出する燃
    料状態検出手段を備え、 前記第2の制御手段は、前記
    タンク内に貯蔵された混合燃料の状態が気液分離の状態
    であるときに制御を行なう手段である燃料供給装置。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4いずれか記載の燃料供
    給装置であって、 前記燃料消費手段は、内燃機関であり、 前記気体燃料は、メタンを主成分とする気体であり、 前記液体燃料は、炭化水素溶媒であり、 前記混合燃料は、前記気体が前記炭化水素溶媒に溶解さ
    れてなる燃料である燃料供給装置。
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Cited By (7)

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