(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の成分からなる一定体積の試験ガスを冷却し、冷却過程で前記試験ガス中の各成分が凝縮することによって生じる圧力低下を検出し、該圧力低下が生じた時の温度に基づいて凝縮した成分を特定するとともに、該圧力低下量に基づいて試験ガス中の凝縮した成分の割合を算出し、試験ガスの組成を検出するガス組成検出システム。
【請求項２】
複数の成分からなる試験ガスの組成を検出するガス組成検出システムであって、
容積一定の容器と、
前記容器内の試験ガスを冷却する冷却装置と、
前記容器内の試験ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
前記容器内の試験ガスの温度を検出する温度検出手段と、
前記容器内に試験ガスを導入し、導入した試験ガスを前記冷却装置によって冷却し、該冷却の過程で試験ガス中の各成分が凝縮することによって生じる圧力低下を前記圧力検出手段により検出し、該圧力低下が検出された時の温度を前記温度検出手段により検出し、該検出された温度に基づいて凝縮した成分を特定するとともに、該圧力低下量に基づいて試験ガス中の凝縮した成分の割合を算出するガス組成検出処理手段と、
を備えるガス組成検出システム。
【請求項３】
請求項２において、
前記容器内に試験ガスを導入する導入通路と、
前記容器内の試験ガスを排出する排出通路と、
前記導入通路を開閉する導入通路開閉弁と、
前記排出通路を開閉する排出通路開閉弁と、
を備え、
前記ガス組成検出処理手段は、前記導入通路開閉弁及び前記排出通路開閉弁を制御する弁制御手段を含み、
前記弁制御手段は、
前記容器に試験ガスを導入するときは、前記導入通路開閉弁を開弁し且つ前記排出通路開閉弁を閉弁するよう制御し、
前記冷却装置によって試験ガスを冷却するときは、前記導入通路開閉弁を閉弁し且つ前記排出通路開閉弁を閉弁するよう制御し、
前記試験ガスの組成の検出が完了したときは、前記導入通路開閉弁を閉弁し且つ前記排出通路開閉弁を開弁するよう前記導入通路開閉弁及び前記排出通路開閉弁を制御することを特徴とするガス組成検出システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のガス組成検出システムを含む、ガス燃料を燃焼させるエンジンの制御システムであって、
前記エンジンの燃料噴射装置に供給されるガス燃料の組成を前記ガス組成検出システムによって検出するガス燃料組成検出手段と、
前記ガス燃料組成検出手段によって検出された組成に基づいて前記エンジンの燃焼制御を行う燃焼制御手段と、
を備えることを特徴とするエンジンの制御システム。
【請求項５】
請求項４において、
ガス燃料を貯蔵する貯蔵手段にガス燃料が充填されたことを検出するガス燃料充填検出手段を備え、
前記ガス燃料組成検出手段は、前記ガス燃料充填検出手段により前記貯蔵手段にガス燃料が充填されたことが検出された場合に、当該充填されたガス燃料の組成を検出することを特徴とするエンジンの制御システム。
【請求項６】
請求項４又は５において、
前記ガス燃料組成検出手段は、前記燃料噴射装置へ供給されるガス燃料の圧力を調整するレギュレータより上流側のガス燃料を試験ガスとして前記ガス組成検出システムによる組成検出を行うことを特徴とするエンジンの制御システム。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか１項において、
前記エンジンは車両に搭載される車両駆動用エンジンであり、
前記車両の運動エネルギーを回生エネルギーとして回収する回生装置を備え、
前記ガス組成検出システムは、前記回生装置により回収された回生エネルギーにより試験ガスの冷却を行うことを特徴とするエンジンの制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス組成検出システム及びエンジンの制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス燃料を燃焼させる装置において、装置に供給されるガス燃料の種類を判別する技術が開発されている。例えば、特許文献１には、ガス燃料としてＬＰガス（ＬＰＧ）又はジメチルエーテル（ＤＭＥ）のいずれかが供給される装置において、供給されたガス燃料をＬＰＧの凝縮点より高くＤＭＥの凝縮点より低い温度まで冷却し、当該冷却の際のガス燃料の凝縮状態に基づいて当該供給されたガス燃料がＬＰＧとＤＭＥのどちらであるかを判別する技術が記載されている。
【０００３】
ガス燃料として圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を利用するエンジンがある。自動車用のＣＮＧエンジンも開発されており、例えば、特許文献２には、ガソリン及びＣＮＧを併用する自動車用ＣＮＧエンジンが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−０４２９８１号公報
【特許文献２】特開２００５−１１３６９８号公報
【特許文献３】特開平０６−２４９８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣＮＧはメタンを主成分とするガス燃料であるが、ブタンやプロパンなどのメタン以外の成分が混合しており、その組成はＣＮＧの産地や精製時期によってばらつきがある。ＣＮＧの正確な組成の情報は、自動車用エンジンなどにおいて精密な空燃比制御をする場合には特に重要であるが、特許文献１に記載の技術では、複数の成分からなる混合ガスの組成を検出することはできない。
【０００６】
本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、複数の成分からなるガスの組成を検出することができるガス組成検出システムを提供することを目的とする。また、ガス燃料を燃焼させるエンジンの空燃比制御をガス燃料の組成に基づいて行うことが可能なエンジンの制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するための本発明は、複数の成分からなる一定体積の試験ガスを冷却し、冷却過程で前記試験ガス中の各成分が凝縮することによって生じる圧力低下を検出し、該圧力低下が生じた時の温度に基づいて凝縮した成分を特定するとともに、該圧力低下量に基づいて試験ガス中の凝縮した成分の割合を算出し、試験ガスの組成を検出するガス組成検出システムである。
【０００８】
詳細には、複数の成分からなる試験ガスの組成を検出するガス組成検出システムであって、
容積一定の容器と、
前記容器内の試験ガスを冷却する冷却装置と、
前記容器内の試験ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
前記容器内の試験ガスの温度を検出する温度検出手段と、
前記容器内に試験ガスを導入し、導入した試験ガスを前記冷却装置によって冷却し、該冷却の過程で試験ガス中の各成分が凝縮することによって生じる圧力低下を前記圧力検出手段により検出し、該圧力低下が検出された時の温度を前記温度検出手段により検出し、該検出された温度に基づいて凝縮した成分を特定するとともに、該圧力低下量に基づいて試験ガス中の凝縮した成分の割合を算出するガス組成検出処理手段と、
を備えるガス組成検出システムである。
【０００９】
複数の成分からなる試験ガスを容器内に導入して冷却すると、各成分の沸点において各成分の凝縮が始まる。試験ガス中のある成分が凝縮すると、容器内の圧力が急激に低下するため、冷却過程における圧力変化を観測して急激な圧力低下が検出された時に、試験ガス中のある成分が凝縮したと判断できる。
【００１０】
この急激な圧力低下が検出された時の温度は凝縮した成分の沸点に対応する。従って、圧力低下が生じた時の温度に基づいて凝縮した成分を特定することができる。
【００１１】
試験ガス中のある成分の凝縮によって生じる圧力低下量、すなわち凝縮が始まった時の圧力と凝縮が終わった時の圧力との差は、この成分が凝縮し始める前の試験ガス中の当該成分の分圧に対応する。
【００１２】
従って、この成分の凝縮によって生じる圧力低下量と、この成分が凝縮し始める前の試験ガスの圧力と、の比に基づいて、この成分が凝縮する前の試験ガス中の当該成分の割合を算出することができる。この割合に基づいて、初めに容器内に導入した試験ガスにおける各成分の割合を算出することができる。
【００１３】
このように、本発明のガス組成検出システムによれば、複数の成分からなるガスの組成（成分及び割合）を検出することができる。
【００１４】
本発明に係るガス組成検出システムによって好適に組成を検出できるガスとしては、天然ガスを例示できる。本発明のガス組成検出システムによって天然ガスの組成を検出する場合には、天然ガスの主要成分のうち沸点の最も低い成分であるメタンの沸点まで試験ガスの冷却を行うように構成しても良い。
【００１５】
本発明のガス組成検出システムは、
前記容器内に試験ガスを導入する導入通路と、
前記容器内の試験ガスを排出する排出通路と、
前記導入通路を開閉する導入通路開閉弁と、
前記排出通路を開閉する排出通路開閉弁と、
を備え、
前記ガス組成検出処理手段は、前記導入通路開閉弁及び前記排出通路開閉弁を制御する弁制御手段を含み、
前記弁制御手段は、
前記容器に試験ガスを導入するときは、前記導入通路開閉弁を開弁し且つ前記排出通路開閉弁を閉弁するよう制御し、
前記冷却装置によって試験ガスを冷却するときは、前記導入通路開閉弁を閉弁し且つ前記排出通路開閉弁を閉弁するよう制御し、
前記試験ガスの組成の検出が完了したときは、前記導入通路開閉弁を閉弁し且つ前記排出通路開閉弁を開弁するよう前記導入通路開閉弁及び前記排出通路開閉弁を制御する構成とすることができる。
【００１６】
上記のように、天然ガスは産地や精製時期によって組成が異なるため、天然ガスを燃料
として用いるエンジンにおいて精密な燃焼制御を行うためには、燃焼に供される天然ガスの組成の情報が必要となる。従って、本発明に係るガス組成検出システムは、天然ガスなどのガス燃料を燃焼させるエンジンの制御システムに好適に組み込むことができる。
【００１７】
すなわち、上記のガス組成検出システムを含む、ガス燃料を燃焼させるエンジンの制御システムであって、
前記エンジンの燃料噴射装置に供給されるガス燃料の組成を前記ガス組成検出システムによって検出するガス燃料組成検出手段と、
前記ガス燃料組成検出手段によって検出された組成に基づいて前記エンジンの燃焼制御を行う燃焼制御手段と、
を備えることを特徴とするエンジンの制御システムも本発明の範囲に含まれる。
【００１８】
このエンジンの制御システムによれば、天然ガスのような産地や精製時期によって組成にばらつきがあるガス燃料を燃焼させるエンジンにおいても、燃焼に供されるガス燃料に応じたエンジン燃焼制御を行うことが可能になる。従って、ガス燃料エンジンの機関性能、燃費性能、排気性能などが所定の要求を満たすように空燃比を精密に制御することが可能になる。
【００１９】
天然ガスのような産地や精製時期によって組成にばらつきがあるガス燃料を燃焼させるエンジンでは、ガス燃料を貯蔵する燃料タンク等の貯蔵手段に新たなガス燃料を充填すると、それまで燃焼に供されていたガス燃料とは組成の異なるガス燃料が燃焼に供されることになる可能性がある。
【００２０】
そこで、上記のエンジンの制御システムにおいて、
ガス燃料を貯蔵する貯蔵手段にガス燃料が充填されたことを検出するガス燃料充填検出手段を備え、
前記ガス燃料組成検出手段は、前記ガス燃料充填検出手段により前記貯蔵手段にガス燃料が充填されたことが検出された場合に、当該充填されたガス燃料の組成を検出するようにすると良い。
【００２１】
これにより、新たなガス燃料が充填された場合には、その組成の検出が行われ、検出された組成に基づくエンジン燃焼制御が行われることになる。従って、貯蔵手段に新たに充填されたガス燃料の組成に応じた最適なエンジン燃焼制御を行うことが可能になる。
【００２２】
上記のエンジンの制御システムにおいて、前記ガス燃料組成検出手段は、前記燃料噴射装置へ供給されるガス燃料の圧力を調整するレギュレータより上流側のガス燃料を試験ガスとして前記ガス組成検出システムによる組成検出を行うようにしても良い。
【００２３】
レギュレータにより圧力調整される前の高圧のガス燃料を試験ガスとすることにより、試験ガスの冷却に要するエネルギーを低減できる。従って、本発明に係るガス組成検出システムをエンジンの制御システムに組み込んだ場合の燃費性能への影響を抑制できる。
【００２４】
上記のエンジンの制御システムにおいて、
前記エンジンは車両に搭載される車両駆動用エンジンであり、
前記車両の運動エネルギーを回生エネルギーとして回収する回生装置を備え、
前記ガス組成検出システムは、前記回生装置により回収された回生エネルギーにより試験ガスの冷却を行うよう構成しても良い。
【００２５】
これにより、本発明に係るガス組成検出システムをエンジンの制御システムに組み込んだ場合の燃費性能への影響を抑制できる。回生装置としては、車両の運動エネルギーを電
気エネルギーに変換するオルタネータや発電された電気を蓄えるバッテリなどを含む構成を例示できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、複数の成分からなるガスの組成を検出することができるガス組成検出システムを提供することができる。また、ガス燃料を燃焼させるエンジンの空燃比制御をガス燃料の組成に基づいて行うことが可能なエンジンの制御システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例１に係るガス組成検出システムの概略構成を示す図である。
【図２】天然ガスの主要成分であるメタン、プロパン及びブタンを単一成分で冷却した場合の圧力変化を示した図である。
【図３】実施例１に係るガス組成検出システムによって、メタンを主成分としプロパン及びブタンが少量混合している天然ガスの組成を検出するために冷却した場合の圧力変化を例示した図である。
【図４】実施例１に係るガス組成検出システムによって実行されるガス組成検出処理を表すフローチャートである。
【図５】実施例２に係るガス燃料エンジンシステムの概略構成を示す図である。
【図６】実施例２に係るガス燃料エンジンシステムの概略構成を示す図である。
【図７】実施例２に係るガス燃料エンジンシステムにおいて実行されるガス組成検出処理結果に基づく空燃比制御を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２９】
（実施例１）
図１は本実施例に係るガス組成検出システムの概略構成を示す図である。図１において、ガス組成検出システム３９は、複数の成分からなる試験ガスの組成を検出するためのシステムであって、容積一定の容器３７と、容器３７内に試験ガスを導入する導入通路２９と、導入通路２９を開閉する導入通路開閉弁３０と、容器３７内の試験ガスを排出する排出通路３５と、排出通路３５を開閉する排出通路開閉弁３４と、容器３７内の試験ガスを冷却する冷却装置３１と、容器３７内の試験ガスの圧力を検出する圧力センサ３３（圧力検出手段）と、容器３７内の試験ガスの温度を検出する温度センサ３２（温度検出手段）と、コントローラ３６と、を備える。
【００３０】
コントローラ３６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するコンピュータであり、圧力センサ３３及び温度センサ３２による検出値が入力され、導入通路開閉弁３０及び排出通路開閉弁３４を開閉及び冷却装置３１の動作を制御するよう構成される。
【００３１】
コントローラ３６は、導入通路開閉弁３０及び排出通路開閉弁３４を開閉制御して容器３７内に試験ガスを導入して封入し、冷却装置３１を制御して試験ガスを冷却し、冷却過程で圧力センサ３３によって検出される圧力及び温度センサ３２によって検出される温度に基づいて、試験ガスの組成を検出する処理を実行する。
【００３２】
ここで、本実施例のガス組成検出システム３９による試験ガスの組成検出について、天然ガスの組成を検出する場合を例に説明する。天然ガスはメタン、プロパン及びブタンなどの複数の成分からなるが、その組成は産地や精製時期によってばらつきがある。
【００３３】
近年、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を燃焼させるエンジンが実用化されているが、このようなエンジンの機関性能、燃費性能及び排気性能等を向上させるためには、天然ガスの組成のばらつきを考慮した燃料噴射制御を行うことが望ましい。
【００３４】
図２は天然ガスの主要成分であるメタン、プロパン及びブタンを単一成分で冷却した場合の圧力変化を示した図である。図２に示すように、これら各成分は沸点が異なり、メタンの沸点は−１６１．５℃、プロパンの沸点は−４２．１℃、ブタンの沸点は−０．５℃である。
【００３５】
このような沸点の異なる複数の成分からなるガスを冷却した場合、沸点の高い成分から凝縮し始める。図３は、メタンを主成分とし、プロパン及びブタンが少量混合している天然ガスを試験ガスとして容器３７に封入して冷却した場合の圧力変化を例示した図である。
【００３６】
図３において横軸は温度を表し、縦軸は圧力を表す。図３に示すように、この３成分からなる試験ガスを冷却すると、まずブタンの凝縮が始まる（温度Ｔ１）。
【００３７】
試験ガス中のブタンが凝縮すると、容器３７内の試験ガスの圧力が急激に低下する（Ｐ１からＰ１’へ低下）。ブタンが凝縮することによる試験ガスの圧力低下量、すなわち、ブタンの凝縮が始まった時の圧力Ｐ１と、ブタンの凝縮が終わった時の圧力Ｐ１’との差（Ｐ１−Ｐ１’）は、ブタンが凝縮する前の状態の試験ガスにおけるブタンの分圧に相当する。
【００３８】
従って、この圧力低下量（Ｐ１−Ｐ１’）に基づいて、元の試験ガスにおけるブタンの割合Ｃ１（体積％）を以下の式で表すことができる。
【数１】
0005408027.tif 000002
【００３９】
ブタンが凝縮した後、試験ガスを更に冷却していくと、次にプロパンが凝縮し始める（温度Ｔ２）。ブタンの凝縮の場合と同様に、試験ガス中のプロパンが凝縮することによって容器３７内の試験ガスの圧力が急激に低下する（Ｐ２からＰ２’へ低下）。
【００４０】
プロパンの凝縮による圧力低下量（Ｐ２−Ｐ２’）は、ブタンが凝縮した後の試験ガスにおけるプロパンの分圧に対応する。従って、この圧力低下量（Ｐ２−Ｐ２’）に基づいて、元の試験ガス（ブタンが凝縮する前の試験ガス）におけるプロパンの割合Ｃ２は、式１で算出されるブタンの割合Ｃ１を用いて、以下の式で表すことができる。
【数２】
0005408027.tif 000003
【００４１】
ここで、ブタン（又はプロパン）が凝縮し始めると試験ガスの圧力が低下してブタン（又はプロパン）の沸点が低下するため、ブタン（又はプロパン）が凝縮し始めてから凝縮し終わるまでの間の圧力変化は、図３に示すように縦軸に平行ではなくなるものの、試験ガスの成分構成はメタンが大部分であり、他のプロパン及びブタンの割合は小さいので、
上記の式１及び式２によってブタン及びプロパンの割合を表すことが可能である。
【００４２】
この例では試験ガスはメタン、プロパン及びブタンの３成分の混合ガスであるから、残りは全てメタンであり、元の試験ガスにおけるメタンの割合Ｃ３は、式１で算出されるブタンの割合Ｃ１及び式２で算出されるプロパンの割合Ｃ２を用いて、以下の式で表すことができる。
【数３】
0005408027.tif 000004
【００４３】
このように、複数の成分からなる試験ガスを冷却する過程で試験ガス中のある成分が凝縮した場合、急激な圧力低下が起こるので、冷却過程における容器３７内の圧力変化を常時モニタし、急激な圧力低下が検出された場合（温度圧力特性に変化が現われた場合）に、試験ガス中のある成分が凝縮し始めたと判断できる。
【００４４】
この急激な圧力変化が終了したことが検出された場合に、当該成分の凝縮が終了したと判断できる。この２点間の圧力低下量から、上述のようにして元の試験ガス中の当該成分の割合を算出することができる。
【００４５】
また、急激な圧力低下が検出された時の温度は、凝縮した成分の沸点に対応する。従って、急激な圧力低下が検出された時の圧力と温度に基づいて、凝縮した成分を特定することができる。凝縮時の圧力及び温度と成分との関係のデータをコントローラ３６内のＲＯＭに記憶させておき、このデータを参照することによって凝縮した成分を特定することができる。
【００４６】
コントローラ３６は、容器３７内に導入された複数成分からなる一定体積の試験ガスを冷却装置３１によって冷却し、冷却過程で試験ガス中の各成分が凝縮することによって生じる容器３７内の試験ガスの急激な圧力低下（圧力変化の温度特性の変化）を検出し、該急激な圧力低下が生じた時の容器３７内の試験ガスの温度に基づいて当該凝縮した成分を特定するとともに、該圧力低下量に基づいて試験ガス中の当該凝縮した成分の割合を算出することにより、試験ガスの組成を検出する。
【００４７】
試験ガスは導入通路２９の容器３７に接続する端部とは反対側の端部から導入される。コントローラ３６は、容器３７内に試験ガスを導入するときは、導入通路開閉弁３０を開弁し、且つ、排出通路開閉弁３４を閉弁するよう、これら２つの開閉弁を制御する。
【００４８】
容器３７内に試験ガスが導入されると、コントローラ３６は導入通路開閉弁３０を閉弁し、導入通路開閉弁３０及び排出通路開閉弁３４が共に閉弁された状態とすることにより、容器３７内に試験ガスを封入する。
【００４９】
コントローラ３６は、この状態で冷却装置３１による冷却を開始する。上記の３成分からなる天然ガスの組成を検出する場合のように、試験ガスを構成する成分のうち沸点が最も低いものが予め分っている場合、その成分の沸点以下まで冷却すれば十分である。
【００５０】
従って、上記の３成分からなる天然ガスの組成を検出する場合は、冷却装置３１は試験ガスをメタンの沸点まで冷却できる性能があれば良い。冷却装置３１はどのような冷却方式の装置も用いることができる。ガス組成検出システム３９を自動車に搭載する場合などには、冷却装置３１の規模をなるべくコンパクトにすることができる冷却方式を採用することが好ましい。
【００５１】
図４は、以上説明したガス組成検出を表すフローチャートである。このフローチャートで表される処理はコントローラ３６によって実行される。ここでは、上述した３成分からなる天然ガスを試験ガスとしてその組成を検出する場合の処理を例として説明する。
【００５２】
まずステップＳ１０１において、コントローラ３６は導入通路開閉弁３０を開弁する。この時、排出通路開閉弁３４を閉弁する。これにより導入通路２９から容器３７内に試験ガスが導入される。
【００５３】
次にステップＳ１０２において、コントローラ３６は容器３７内の試験ガスの温度及び圧力を検出し、これを温度初期値Ｔ０，圧力初期値Ｐ０として記憶する。コントローラ３６は、温度センサ３２から入力される検出値に基づいて温度初期値Ｔ０を取得し、圧力センサ３３から入力される検出値に基づいて圧力初期値Ｐ０を取得する。
【００５４】
ステップＳ１０３において、コントローラ３６はメタン、プロパン及びブタンの単成分の状態図マップを読み込む。状態図マップは温度及び圧力と各成分の状態（気体、液体、固体）との関係を格納するマップであり、コントローラ３６のＲＯＭに記憶しておく。上述した３成分の天然ガス以外の組成を検出する場合には、試験ガスを構成する成分として想定される成分毎に単成分の状態図マップを持っておく。
【００５５】
ステップＳ１０４において、コントローラ３６は導入通路開閉弁３０を閉弁する。これにより、温度Ｔ０、圧力Ｐ０の試験ガスが容器３７内に封入される。
【００５６】
ステップＳ１０５において、コントローラ３６は冷却装置３１を作動させて試験ガスの冷却を開始するとともに、ステップＳ１０６において容器３７内に試験ガスの温度及び圧力の常時モニタを開始する。コントローラ３６は、温度センサ３２から入力される検出値により試験ガスの温度をモニタし、圧力センサ３３から入力される検出値により試験ガスの圧力をモニタする。
【００５７】
ステップＳ１０７において、コントローラ３６は冷却に伴う圧力変化の特性に変化が検出されたか否かを判定する。コントローラ３６は、冷却に伴う圧力低下の傾きが不連続的に急峻になった場合に、冷却に伴う圧力変化の特性に変化があったと判定し、その時の容器３７内の温度及び圧力を凝縮開始点の温度及び圧力として取得する。図４において「Ｔｎ，Ｐｎ」は、試験ガスを構成する成分のうちｎ番目に沸点の高い成分の凝縮開始点の温度及び圧力を意味する。
【００５８】
冷却に伴う圧力低下の傾きが不連続的に急峻になったか否かの判定は、例えば、前回算出した温度低下に対する圧力低下の傾きとの差が所定値以上大きいか否かを判定することにより行うことができる。誤判定を抑制するために、数回分の傾き算出値の平均値を比較するようにしても良い。
【００５９】
また、温度センサ３２及び圧力センサ３３による常時モニタの検出値を一定期間記憶しておき、常時モニタ及び冷却処理とは別系統の判定処理を実行しても良い。
【００６０】
ステップＳ１０８において、コントローラ３６はステップＳ１０７で取得した凝縮開始点の温度Ｔｎ及び圧力Ｐｎに基づいて、ステップＳ１０３で読み込んだ状態図マップを参照して凝縮した成分を特定する。
【００６１】
ステップＳ１０９において、コントローラ３６は凝縮に伴う圧力変化の特性に変化が検出されたか否かを判定する。コントローラ３６は、冷却に伴う圧力低下の傾きが不連続的
に緩慢になった場合に、凝縮に伴う圧力変化の特性に変化があったと判定し、その時の容器３７内の圧力を凝縮終了点の圧力として取得する。ここではｎ番目の成分の凝縮終了点の圧力をＰｎ’とする。
【００６２】
冷却に伴う圧力低下の傾きが不連続的に緩慢になったか否かの判定方法は、ステップＳ１０７における判定方法と同様である。
【００６３】
ステップＳ１１０において、コントローラ３６はステップＳ１０７で取得したｎ番目の成分の凝縮開始点の圧力Ｐｎと、ステップＳ１０９で取得したｎ番目の成分の凝縮終了点の圧力Ｐｎ’との差から当該成分の凝縮による圧力低下量（Ｐｎ−Ｐｎ’）を算出する。
【００６４】
そして、次の式により試験ガス中のｎ番目の成分の割合Ｃｎ（体積％）を算出する。
【数４】
0005408027.tif 000005
【００６５】
ここで、Ｃｋは試験ガス中のｋ番目の成分の割合、Ｎは試験ガスを構成する成分数である。上記の３成分天然ガスの例では、Ｎ＝３である。
【００６６】
ステップＳ１１１において、コントローラ３６は試験ガスを構成する成分のうち最も沸点が低い成分の沸点まで冷却したか否かを判定する。ここではメタン、プロパン、ブタンからなる天然ガスを例に説明しているため、メタンの沸点まで冷却したか否かを判定する。
【００６７】
メタンの沸点まで到達していないと判定した場合、コントローラ３６はステップＳ１０６に戻り、試験ガスの冷却及び温度・圧力のモニタを継続する。メタンの沸点まで到達したと判定した場合、コントローラ３６はステップＳ１１２に進み、試験ガスの冷却を終了する。
【００６８】
そして、ステップＳ１１３に進み排出通路開閉弁３４を開弁して容器３７内の試験ガスを排出する。容器３７内の圧力が規定圧より低くなるまで排出通路開閉弁３４を開弁して容器３７内の試験ガスを排出し、次の組成検出処理に備える（ステップＳ１１４）。
【００６９】
以上の処理を実行するコントローラ３６が本発明における「ガス組成検出処理手段」として機能している。特に、導入通路開閉弁３０及び排出通路開閉弁３４の開閉制御を行うコントローラ３６が本発明における「弁制御手段」として機能している。
【００７０】
上記の処理により、複数成分からなる試験ガスの組成を検出することができる。上記のフローチャートは３成分からなることが分っている天然ガスの組成を検出する場合を例に説明したが、４成分以上からなる天然ガスやその他の混合ガスの組成検出も本実施例に係るガス組成検出システム３９によって行うことができる。
【００７１】
本実施例に係るガス組成検出システム３９によれば、簡易な構成で混合ガスの組成を検出することが可能になる。
【００７２】
（実施例２）
実施例１に係るガス組成検出システム３９は、天然ガスのようなガス燃料を燃焼させるエンジンの制御システムに好適に組み込むことができる。本実施例では、実施例１で説明したガス組成検出システム３９を天然ガスを燃焼させるガス燃料エンジンの制御システムに組み込んだ実施例を説明する。
【００７３】
図５は本実施例に係る圧縮天然ガス（ＣＮＧ）及びガソリンを燃料として用いるエンジンシステムの概略構成を示す図である。なお、本発明は液化石油ガス（ＬＰＧ）などのように一次燃料である天然ガスおよび石油ガスや二次燃料である石炭転換ガスおよび石油転換ガスを用いる内燃機関に適用することもできる。
【００７４】
図５において、エンジン１は、ガソリン及びＣＮＧを燃料として使用する車両駆動用エンジンである。エンジン１は４つの気筒２を有している。各気筒２には点火プラグ３が設けられている。各気筒２は吸気ポート４及び排気ポート５を介して吸気通路６及び排気通路７に連通している。
【００７５】
各吸気ポート４には、ガソリンを噴射するガソリンインジェクタ８及びＣＮＧを噴射するＣＮＧインジェクタ９（燃料噴射装置）が設けられている。
【００７６】
各ガソリンインジェクタ８はガソリン用デリバリーパイプ１０に接続されている。ガソリン用デリバリーパイプ１０にはガソリン供給通路１２の一端が接続されており、該ガソリン供給通路１２の他端はガソリンタンク１３に接続されている。
【００７７】
ガソリン供給通路１２にはフィードポンプ１４が設置されている。ガソリンタンク１３からガソリン供給通路１２を介してガソリン用デリバリーパイプ１０にガソリンが供給され、さらにガソリン用デリバリーパイプ１０から各ガソリンインジェクタ８にガソリンが供給される。
【００７８】
各ＣＮＧインジェクタ９はＣＮＧを蓄圧するＣＮＧ用デリバリーパイプ１１に接続されている。ＣＮＧ用デリバリーパイプ１１にはＣＮＧ供給通路１５の一端が接続されており、ＣＮＧ供給通路１５の他端はＣＮＧタンク１６に接続されている。ＣＮＧ供給通路１５にはＣＮＧタンク１６から取り出されたＣＮＧの圧力を調整し減圧するレギュレータ１７が設置されている。
【００７９】
ＣＮＧタンク１６内に高圧で貯蔵されるＣＮＧは、レギュレータ１７により減圧され、ＣＮＧ供給通路１５を介してＣＮＧ用デリバリーパイプ１１にＣＮＧが供給される。ＣＮＧ用デリバリーパイプ１１内のＣＮＧは各ＣＮＧインジェクタ９に分配される。
【００８０】
ＣＮＧ用デリバリーパイプ１１には、該ＣＮＧ用デリバリーパイプ１１内のＣＮＧの圧力を検出する圧力センサ２３及び該ＣＮＧの温度を検出する温度センサ２４が設けられている。また、ＣＮＧ供給通路１５におけるレギュレータ１７より上流側にも、該ＣＮＧ供給通路１５内のＣＮＧの圧力を検出する圧力センサ２５及び該ＣＮＧの温度を検出する温度センサ２６が設けられている。
【００８１】
吸気通路６には、上流側からエアクリーナ１８、エアフローメータ２２及びスロットル弁１９がこの順番で設置されている。排気通路７には、排気の空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ２７が設けられる。Ａ／Ｆセンサ２７より下流側には三元触媒等によって構成される排気浄化触媒２１が設置されている。
【００８２】
エンジン１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は
エンジン１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ２２、圧力センサ２３、２５、温度センサ２４、２６及びＡ／Ｆセンサ２７が電気的に接続されている。
【００８３】
さらに、ＥＣＵ２０には、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ２８も電気的に接続されている。各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。ＥＣＵ２０は、クランク角センサ２８の出力信号に基づいてエンジン１の機関回転速度を導出する。
【００８４】
また、ＥＣＵ２０には、各ガソリンインジェクタ８、各ＣＮＧインジェクタ９、フィードポンプ１４、レギュレータ１７及びスロットル弁１９が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。
【００８５】
尚、本実施例に係るエンジン１は、ＣＮＧのみを燃料として運転されるエンジンでも良いし、気筒内に燃料を直接噴射する筒内直噴型のエンジンでも良い。
【００８６】
上記の構成を有するガス燃料エンジン１には、実施例１で説明したガス組成検出システム３９が組み込まれている。すなわち、レギュレータ１７より上流側のＣＮＧ供給通路１５に導入通路２９が接続され、ＣＮＧタンク１６内の高圧のＣＮＧの一部を試験ガスとして容器３７内に導入可能に構成されている。
【００８７】
また、排出通路３５は吸気通路６に接続され、容器３７内の試験ガスを吸気通路６に排出可能に構成されている。これにより、ＣＮＧタンク１６内のＣＮＧの組成をガス組成検出システム３９によって検出することができる。
【００８８】
エンジン１には、車両減速時に車両の運動エネルギーを利用して回生発電可能なオルタネータ４２（回生装置）と、オルタネータ４２により発電した電力を蓄積可能なバッテリ４１が備わり、冷却装置３１はバッテリ４１から電力の供給を受けて作動するよう構成される。
【００８９】
車両の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収し、これを利用してガス組成検出システム３９の冷却装置３１を作動させることにより、ガス組成検出システム３９を組み込んでＣＮＧの組成検出を行うことによる燃費性能への影響を抑えることができる。
【００９０】
容器３７は、例えば１０ｃｍ３程度の微小な容積とすることにより、ガス組成検出システム３９の搭載性を向上させるとともに、試験ガスの冷却に要するエネルギーを抑えることができる。
【００９１】
コントローラ３６は検出したＣＮＧの組成の情報をＥＣＵ２０に送信するように構成され、ＥＣＵ２０はコントローラ３６から入力されるＣＮＧの組成情報に基づいてＣＮＧインジェクタ９によるＣＮＧの噴射を制御する。
【００９２】
図６は上記構成を有するエンジン１の一つの気筒２の断面を示す図である。図６に示すように、気筒２にはピストン４４が上下方向に摺動可能に挿入され、気筒２の内壁面とピストン４４の頂面により燃焼室４０が区画されている。燃焼室４０は吸気ポート４及び排気ポート５に連通し、吸気ポート４を開閉する吸気バルブ４３及び排気ポート５を開閉する排気バルブ３８が設けられる。
【００９３】
吸気ポート４にはガソリンを噴射するガソリンインジェクタ８及びＣＮＧを噴射するＣＮＧインジェクタ９が設けられている。ＣＮＧインジェクタ９にはＣＮＧ用デリバリーパイプ１１及びＣＮＧ供給通路１５を介してＣＮＧタンク１６内のＣＮＧが供給される。
【００９４】
レギュレータ１７より上流側のＣＮＧ供給通路１５に導入通路２９が接続され、吸気通路６に排出通路３５が接続される。
【００９５】
本実施例のエンジン制御システムでは、ＣＮＧタンク１６にＣＮＧが充填されたことを検出した場合に、ガス組成検出システム３９によって当該充填されたＣＮＧの組成を検出する。そして、検出した組成に基づいてＣＮＧインジェクタ９による燃料噴射を制御する。
【００９６】
上述のように天然ガスは産地や精製時期によって組成にばらつきがあるため、新たなＣＮＧが充填された場合、それまで燃焼に供されていたＣＮＧとは組成が異なるＣＮＧが燃焼に供されることになる可能性がある。
【００９７】
本実施例のエンジン制御システムによれば、新たなＣＮＧがＣＮＧタンク１６に補充された場合にはその組成の検出が行われるので、ＣＮＧの組成にばらつきがあっても、所定の機関性能や燃費性能、排気性能を達成可能なように精密な空燃比制御を行うことが可能となる。
【００９８】
図７は本実施例のエンジン制御システムにおけるエンジン制御を表すフローチャートである。このフローチャートの処理はＥＣＵ２０によって実行される。実行タイミングは、一定間隔で定期的に実行するのでも良いし、イグニッションがオンになった時に実行しても良い。
【００９９】
ＣＮＧタンク１６にＣＮＧが充填された後のできるだけ早い時期に本制御が実行されるように実行タイミングを定めるのが好ましい。
【０１００】
ステップＳ２０１において、ＥＣＵ２０は前回ガス組成検出システム３９によってＣＮＧの組成の検出を行った後、ＣＮＧタンク１６へのＣＮＧの充填が行われたか否かを判定する。この判定はＣＮＧタンク１６の残圧の変化などに基づいて行うことができる。
【０１０１】
ステップＳ２０１において、ガス組成検出システム３９によるＣＮＧの組成の前回の検出実行後にＣＮＧタンク１６へのＣＮＧの充填が行われたと判定した場合、ＥＣＵ２０はステップＳ２０２に進む。
【０１０２】
ＣＮＧの充填が行われていないと判定した場合、ＥＣＵ２０はステップＳ２０４に進み、これまでのエンジン燃焼制御が基づいていたＣＮＧ組成情報を継続して用いて、エンジン燃焼制御を実行する。ステップＳ２０１の処理を実行するＥＣＵ２０が本発明における「ガス燃料充填検出手段」として機能している。
【０１０３】
ステップＳ２０２において、ＥＣＵ２０は実施例１の図４で説明したガス組成検出処理を実行する。この時、バッテリ４１に冷却装置３１によるメタンの沸点までの冷却を行うために十分な電力が充電されているか否か確認するようにしても良い。
【０１０４】
図４のガス組成検出処理を実行した後、コントローラ３６は検出したＣＮＧの組成の情報をＥＣＵ２０に送信する。ステップＳ２０２の処理を実行するコントローラ３６が本発明における「ガス燃料組成検出手段」として機能している。
【０１０５】
ステップＳ２０３において、ＥＣＵ２０はコントローラ３６から受信したＣＮＧの組成の情報に基づいて、エンジン燃焼制御の補正を行う。この処理にはＣＮＧインジェクタ９による燃料噴射量や点火プラグ３による点火タイミングなど、燃焼に関わる制御パラメー
タの補正が含まれる。
【０１０６】
この場合、続くステップＳ２０４において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０３で補正した制御パラメータを用いてエンジン燃焼制御を実行する。本ステップの処理を実行するＥＣＵ２０が本発明における「燃焼制御手段」として機能している。
【０１０７】
以上説明した処理を実行することにより、充填される毎に成分組成にばらつきがある可能性が高いＣＮＧを燃料として利用するエンジンにおいても、燃焼に供されるＣＮＧの組成に応じた燃焼制御を行うことができるので、機関性能、燃費性能、排気性能などが所定の要求を満たすような精密な空燃比制御が可能になる。
【０１０８】
なお、本実施例では回生エネルギーを利用してガス組成検出システム３９の冷却装置３１を作動させる構成を例示したが、冷却装置３１は電気エネルギーを利用して冷却を行うものに限らないし、冷却装置３１を作動させるためのエネルギー源は回生エネルギーに限定されない。
【０１０９】
また、組成検出が完了した試験ガスを吸気通路６に排出するタイミングは、減速時など排出した試験ガスがトルクに影響を与えないようなタイミングに限定しても良い。また、ＥＣＵ２０にコントローラ３６の機能が全て集約されていても良い。
【０１１０】
また、ガス組成検出システム３９に導入する試験ガスをレギュレータ１７前から取り出す構成を例示したが、試験ガスを取り出す位置はこれに限らない。但し、試験ガスの初期圧力が高い方が冷却に要するエネルギーを低減できるので燃費の観点では好ましい。上記の実施例２はＣＮＧ及びガソリンを燃料とする車両駆動用エンジンの制御システムに本発明に係るガス組成検出システムを組み込んだ例だが、車両駆動用エンジンに限らず、発電機や計測器など種々の分野の天然ガスを燃焼させる機関の制御システムに対して本発明に係るガス組成検出システムを適用することができ、それによって精密な空燃比制御が可能になる。
【符号の説明】
【０１１１】
１・・・エンジン
２・・・気筒
３・・・点火プラグ
４・・・吸気マニホールド
５・・・排気マニホールド
６・・・吸気通路
７・・・排気通路
８・・・ガソリンインジェクタ
９・・・ＣＮＧインジェクタ
１０・・ガソリン用デリバリーパイプ
１１・・ＣＮＧ用デリバリーパイプ
１２・・ガソリン供給通路
１３・・ガソリンタンク
１４・・フィードポンプ
１５・・ＣＮＧ供給通路
１６・・ＣＮＧタンク
１７・・レギュレータ
１８・・エアクリーナ
１９・・スロットル弁
２０・・ＥＣＵ
２１・・排気浄化触媒
２２・・エアフローメータ
２３・・圧力センサ
２４・・温度センサ
２５・・圧力センサ
２６・・温度センサ
２７・・Ａ／Ｆセンサ
２８・・クランク角センサ
２９・・導入通路
３０・・導入通路開閉弁
３１・・冷却装置
３２・・温度センサ
３３・・圧力センサ
３４・・排出通路開閉弁
３５・・排出通路
３６・・コントローラ
３７・・容器
３８・・排気バルブ
３９・・ガス組成検出システム
４０・・燃焼室
４１・・バッテリ
４２・・オルタネータ
４３・・吸気バルブ
【図１】
0005408027.tif 000006
【図２】
0005408027.tif 000007
【図３】
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【図４】
0005408027.tif 000009
【図５】
0005408027.tif 000010
【図６】
0005408027.tif 000011
【図７】
0005408027.tif 000012