(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料ガスとして用いる炭化水素系燃料と水とからなる超臨界混合流体の混合性判定方法であって、
上記超臨界混合流体の混合性を判定するための基準となる基準幾何模様と、
光源からの光を上記基準幾何模様を介して上記超臨界混合流体に照射し、その基準幾何模様及びその超臨界混合流体を透過して視認される透過幾何模様とを比較することにより、超臨界混合流体の混合性を判定することを特徴とする内燃機関に用いる超臨界混合流体の混合性判定方法。
【請求項２】
内燃機関の燃料ガスとして用いる炭化水素系燃料と水とからなる内燃機関に用いる超臨界混合流体の混合性判定装置であって、
光源からの光を上記基準幾何模様を介して上記超臨界混合流体に照射し、その基準幾何模様及びその超臨界混合流体を透過して視認される透過幾何模様を撮像する撮像部と、
上記撮像部によって撮像した透過幾何模様の部分画像を順次取得する部分画像取得手段と、
相前後して順次取得する部分画像のうち、先に取得した部分画像に基づいて、後に取得する部分画像を予測して作成する予測画像作成手段と、
その作成した予測部分画像と、後に取得した部分画像とを比較する部分画像比較手段と、
その比較結果に基づいて、超臨界混合流体の混合性を判定する混合性判定手段とを有することを特徴とする内燃機関に用いる超臨界混合流体の混合性判定装置。
【請求項３】
基準幾何模様が縞模様であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関に用いる超臨界混合流体の混合性判定装置。
【請求項４】
基準幾何模様が格子模様であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関に用いる超臨界混合流体の混合性判定装置。
【請求項５】
基準幾何模様の一部に、判定基準となる色彩が付されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関に用いる超臨界混合流体の混合性判定装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の内燃機関に用いる超臨界混合流体の混合性判定装置に用いられる混合性判定プログラムであって、
撮像部によって撮像した透過幾何模様の部分画像を順次取得する部分画像取得機能と、
先後して順次取得する部分画像のうち、先に取得した部分画像に基づいて、後に取得する部分画像を予測して作成する予測画像作成機能と、
その作成した予測部分画像と、後に取得した部分画像とを比較する部分画像比較機能と、
その比較結果に基づいて、超臨界混合流体の混合性を判定する混合性判定機能とを、
超臨界混合流体の混合性判定装置をなすコンピュータに実現することを特徴とする混合性判定プログラム。
【請求項７】
請求項６に記載した混合性判定プログラムを記録していることを特徴とする情報記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用燃料の改質、詳しくは超臨界状態又は亜臨界状態で燃料と水を反応させることによる燃料改質において、超臨界混合流体の混合性を判定する内燃機関に用いる超臨界混合流体の混合性判定方法、混合性判定装置、混合性判定プログラム、及び情報記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素排出抑制の観点から自動車の燃費改善が精力的に行なわれている。
これらは車両重量の軽量化はもちろんのこと、吸気制御による希薄燃焼化、高オクタン価燃料利用による高圧縮比化、燃料改質による燃焼改善等、多様な技術により達成されている。
【０００３】
これらのうち、燃料改質による燃焼改善技術については、近年になって超臨界状態を利用することによる、小型で車載可能な燃料改質システムとして提案されている（特許文献１及び２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２‐１６１８２７号公報
【特許文献２】特表２００２‐５１９５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば吸熱反応等により局所的に条件が変化したときには、これに伴って流体の均質性や混和性が変化し、燃料の改質性能が著しく低下するという問題がある。
一方、現状においては、超臨界状態にある燃料、又は超臨界状態にある燃料と超臨界水を用いた燃料改質においては、それらの均質性や混合性を含む等質性を判定できる有効な手段がない。
【０００６】
そこで本発明は、二種類以上の超臨界混合流体の混合性を容易に判定できる内燃機関に用いる超臨界混合流体の混合性判定方法、混合性判定装置、混合性判定プログラム、及び情報記録媒体の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明に係る内燃機関に用いる超臨界混合流体の混合性判定方法は、内燃機関の燃料ガスとして用いる炭化水素系燃料と水とからなる超臨界混合流体の混合性を判定するものであり、上記超臨界混合流体の混合性を判定するための基準となる基準幾何模様と、光源からの光を上記基準幾何模様を介して上記超臨界混合流体に照射し、上記基準幾何模様及びその超臨界混合流体を透過して視認される透過幾何模様とを比較することにより、超臨界混合流体の混合性を判定することを内容としている。
【０００８】
同上の課題を解決するための本発明に係る内燃機関に用いる超臨界混合流体の混合性判定装置は、内燃機関の燃料ガスとして用いる炭化水素系燃料と水とからなる内燃機関に用いる超臨界混合流体の混合性を判定するものてせあり、光源からの光を上記基準幾何模様を介して上記超臨界混合流体に照射し、上記基準幾何模様及びその超臨界混合流体を透過して視認される透過幾何模様を撮像する撮像部と、上記撮像部によって撮像した透過幾何模様の部分画像を順次取得する部分画像取得手段と、相前後して順次取得する部分画像のうち、先に取得した部分画像に基づいて、後に取得する部分画像を予測して作成する予測画像作成手段と、その作成した予測部分画像と、後に取得した部分画像とを比較する部分画像比較手段と、その比較結果に基づいて、超臨界混合流体の混合性を判定する混合性判定手段とを有している。
【０００９】
同上の課題を解決するための本発明に係る混合性判定プログラムは、上記超臨界混合流体の混合性判定装置に用いるものであり、撮像部によって撮像した透過幾何模様の部分画像を順次取得する部分画像取得機能と、先後して順次取得する部分画像のうち、先に取得した部分画像に基づいて、後に取得する部分画像を予測して作成する予測画像作成機能と、その作成した予測部分画像と、後に取得した部分画像とを比較する部分画像比較機能と、その比較結果に基づいて、超臨界混合流体の混合性を判定する混合性判定機能とを、超臨界混合流体の混合性判定装置をなすコンピュータに実現することを特徴としている。
【００１０】
同上の課題を解決するための本発明に係る情報記録媒体は、上記した超臨界混合流体の混合性判定装置に用いられる混合性判定プログラムを記録したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、次の効果を得ることができる。
・超臨界混合流体の混合性を判定するための基準となる基準幾何模様と、光源からの光を上記基準幾何模様を介して上記超臨界混合流体に照射し、上記基準幾何模様及びその超臨界混合流体を透過して視認される透過幾何模様とを比較することにより、二種類以上の超臨界混合流体の混合性を容易に判定することができる。
・水と燃料のような混和しにくい超臨界混合流体どうしであっても、相分離が判別できるとともに、気相流体が分離気味なのか、あるいはよく混和しているのかを可視化し、混和性を判定できる。
・超臨界水と超臨界燃料のような混和しうる流体どうしであっても、すなわち界面が消失していても、超臨界混合流体が分離気味なのかよく混和しているのかを可視化し、混和性を判定できる。
・超臨界混合流体は、気液のような著しい密度変化をすることなく、連続的な密度を取ることができるが、温度圧力条件のわずかな変化により物性が大きく変動し、そのため混和性や均質性も著しく変化する。すなわち、互いに親和性が乏しい成分の超臨界混合流体が見かけ上単一の超臨界相になっても混和していない場合があるが、本発明によれば、これを可視化して、混和性を判別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図１（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る流体の等質性判定装置を適用した内燃機関システムの概略構成を示すブロック図、（Ｂ）は、制御部の機能ブロック図である。また、図２は、等質性判定装置の一部をなす混合視認部の概略構成を示す拡大断面図である。
【００１３】
図１に示す一例に係る内燃機関システムＡは、内燃機関１０、燃料溜め２０、改質装置３０、流体の等質性判定装置Ｂ、水加熱部４０、燃料加熱部５０、水高圧ポンプ６０、燃料高圧ポンプ７０及び図示しない水タンク，燃料タンクを有して構成されている。
【００１４】
水高圧ポンプ６０は、水タンク（図示しない）から送給された水を所要の臨界圧力に昇圧して圧送する機能を有するものであり、昇圧された水は連結パイプ６１を通じて水加熱部４０に送給するようになっている。
【００１５】
水加熱部４０は、水高圧ポンプ６０から連結パイプ６１を通じて供給された水を、所要の臨界温度に昇温する機能を有するものであり、加熱された水は連結パイプ４１を通じて、詳細を後述する混合視認部８０に送給されるようになっている。
【００１６】
燃料高圧ポンプ７０は、図示しない燃料タンクから送給された燃料を所要の臨界圧力に昇圧して圧送する機能を有するものであり、昇圧された燃料は連結パイプ７１を通じて燃料加熱部５０に送給するようになっている。
【００１７】
燃料加熱部５０は、燃料高圧ポンプ７０から連結パイプ７１を通じて供給された燃料を、所要の臨界温度に昇温する機能を有するものであり、加熱された燃料は連結パイプ５１を通じて、混合視認部８０に送給されるようになっている。
【００１８】
流体の等質性判定装置Ｂは、流体の等質性を判定するための基準となる基準幾何模様と、この基準幾何模様を流体を透過して視認される透過幾何模様とを比較し、その比較結果に基づいて、流体の等質性を判定するものであり、混合視認部８０、撮像部９０及び制御部１００を有している。
「等質性」とは、二種類以上の流体の混和性と、一種類の流体の均質性を含むものである。
本実施形態においては、二種類の流体どうしが互いに親和性の低い成分からなるものであり、具体的には、炭化水素系燃料と水とからなる超臨界混合流体を一例として示している。
【００１９】
混合視認部８０は、水加熱部４０から送給された水と、燃料加熱部５０から送給された燃料とを混合するとともに、混合生成された燃料ガスを観察するためのものであり、流路体１１０、判定用板１２０及び光源１３０を有している。
【００２０】
流路体１１０は、図１，２に示すように、両端を開口した円筒形の筒部１１１内に、これを二分する位置に流路形成部１１２を一体に配設したものである。
流路形成部１１２には、これの中心に、混合された燃料と水とを混流するための混合流路１１３が形成されている。
筒部１１１の内壁面１１１ａと流路形成部１１２の両面１１２ａ，１１２ｂで区画形成される空間α１，α２には、円柱状の透明部材１１４，１１４が嵌合されている。
【００２１】
判定用板１２０は、流体の等質性を判定するための基準となる基準幾何模様１２１を表したものであり、光を透過する透明な材質で形成されている。
本実施形態において示す基準幾何模様１２１は、後述する部分画像の読み出し方向に対してやや傾斜させ、かつ、互いに等しい線幅にした２色の縞模様であるが、線幅を互いに異ならせてもよい。また、基準幾何模様として、後述する部分画像の読み出し方向に対してやや傾斜させた格子模様（市松模様）を採用することもできる。
なお、基準幾何模様としては、これと、流体を透過して視認される透過幾何模様との異同が、判定に用いることができる程度に明確なものであれば、上記縞模様や格子模様に限るものではない。
【００２２】
上記した判定用板１２０は、上記した筒部１１１の一方の開口１１１ｂに所要の間隔をおいて対設されているとともに、この判定用板１２０のさらに外方に上記光源１３０を配設している。
また、筒部１１０の他方の開口１１１ｃには、これと所要の間隔をおいて、上記した撮像部９０を配設している。すなわち、判定用板１２０に表されている基準幾何模様１２１は、流路体１１０の混合流路１１３を介し、撮像部９０によって撮像できる位置関係になっている。
【００２３】
撮像部９０は、流体を透過して視認される透過幾何模様を撮像するものであり、例えばＣＣＤ等からなる。
【００２４】
制御部１００は、ＣＰＵやインターフェース回路等とともに、情報記録媒体としての記憶部１０１を有して構成されている。
記憶部１０１は例えばハードディスク等であり、上記撮像部９０により撮影した透過画像や、下記の等質性判定プログラム等が記憶されている。
「情報記録媒体」としては、上記したハードディスクに限るものではなく、フロッピィーディスク，コンパクトディスク，ディジタルビデオディスク，光磁気ディスク，可搬型ハードディスク，可搬型メモリ等のものが含まれる。すなわち、記録形式も磁気的なものに限らず、情報記録媒体の記録構造に合わせたものを含むものである。
【００２５】
本実施形態に係る等質性判定プログラムは、上記撮像部９０によって撮像した透過幾何模様の部分画像を順次取得する部分画像取得機能と、先後して順次取得する部分画像のうち、先に取得した部分画像に基づいて、後に取得する部分画像を予測して作成する予測画像作成機能と、その作成した予測部分画像と、後に取得した部分画像とを比較する部分画像比較機能と、その比較結果に基づいて、流体の等質性を判定する等質性判定機能とを、流体の等質性判定装置Ｂをなすコンピュータに実現することを内容としている。
【００２６】
制御部１００は、上記等質性判定装置Ｂをなすコンピュータであり、上記した等質性判定プログラムを実行することにより、次の各機能を発揮する。
（１）上記撮像部９０によって撮像した透過幾何模様の透過画像の部分画像を順次取得する機能。この機能を「部分画像取得手段１００ａ」という。
（２）先後して順次取得する部分画像のうち、先に取得した部分画像に基づいて、後に取得する部分画像を予測して作成する機能。この機能を「予測画像作成手段１００ｂ」という。
（３）その作成した予測部分画像と、後に取得した部分画像とを比較する機能。この機能を「部分画像比較手段１００ｃ」という。
【００２７】
（４）その比較結果に基づいて、流体の等質性を判定する等質性判定機能。この機能を「等質性判定手段１００ｄ」という。
本実施形態においては、後述する相カウンタによって相を計数することにより、等質性の有無を判定している。具体的には、相が「１」であれば混和性を有しており、また、相が「２」以上であれば混和性を有していないと判定するが、その詳細については、図３〜５を参照して以下に説明する。
なお、相カウンタによって計数する相を密度領域、従ってまた、相カウンタを密度領域カウンタとそれぞれ換言することもできる。
【００２８】
上記した予測画像作成手段１００ｂによる予測部分画像の作成、部分画像比較手段１００ｃによる予測部分画像と、後に取得した部分画像との比較、及び等質性判定手段１００ｄによる流体の等質性の判定の具体例は、次のとおりである。
【００２９】
図３は、予測部分画像の作成処理、比較処理、及び判定処理を示すフローチャート、図４は、予測部分画像の作成、予測部分画像と後に取得した部分画像との比較、及び等質性の判定の対象となる透過幾何模様の具体例を示す説明図である。また、図５は、透過幾何模様の一例を示す説明図であり、図３に示すフローチャートは、図５に示す透過幾何模様に基づいて説明している。
【００３０】
ステップ１（図中「Ｓ１」と略記する。以下、同様。）：初期化を行う。具体的には、ＲＯＷラインメモリのアドレスと、相カウンタの値をそれぞれ「１」にして、ステップ２に進む。
図５に示すように、本実施形態においては縦横２５×２５の画素である例を示しており、ＲＯＷラインメモリは、その横一列の画素数を記憶し、また、相カウンタは「相」を計数するものである。
さらに、図５に示す透過幾何模様は、最上段の列（アドレス「１」に対応）から最下段の列（アドレス「２５」に対応）に向けて１列ずつ部分画像として読み出されるようになっている。
なお、同図中に記載されている「予測パターン」は、「予測部分画像」のことであり、また、「予測部分画像」は予測される一列分の幾何模様のことである。
【００３１】
ステップ２：ＲＯＷラインメモリのアドレスが、予め設定した当該アドレスの上限値以上となっているか否かを判定し、ここで、当該アドレスの上限値未満であると判定すればステップ３に進み、上限値以上になっていると判定すれば、ステップ１４に進む。
【００３２】
ステップ３：ＲＯＷラインメモリの透過幾何模様を読み込んで、ステップ４に進む。
ステップ４：ＲＯＷラインメモリのアドレスを「１」だけインクリメントして、ステップ５に進む。
ステップ５：ＲＯＷラインメモリのアドレスが、予め設定したアドレス値の上限値以上となっているか否かを判定し、ここで、当該アドレス値の上限値未満であると判定すればステップ６に進み、上限値以上となっていると判定すればステップ１４に進む。
【００３３】
ステップ６：次列のＲＯＷラインメモリの透過幾何模様を読み込んで、ステップ７に進む。
ステップ７：読み込んだ次列のＲＯＷラインメモリの透過幾何模様と、カウンタから「１」デクリメントした前列のＲＯＷラインメモリの透過幾何模様と一致するか否かを判定する。ここで、それら両列のＲＯＷラインメモリの透過幾何模様が一致すればステップ４に戻り、一致しなければステップ８に進む。
【００３４】
ステップ８：前列のＲＯＷラインメモリの透過幾何模様に基づいて、次列の予測部分画像（一列分の幾何模様）を作成して、ステップ９に進む。
換言すると、先後して順次取得する透過幾何模様の部分画像のうち、先に取得した透過幾何模様の部分画像に基づいて、後に取得する部分画像を予測して作成する。
【００３５】
ステップ９：ＲＯＷラインメモリのアドレスの値を「１」だけインクリメントして、ステップ１０に進む。
ステップ１０：ＲＯＷラインメモリのアドレスの値が、予め設定したアドレス値の上限値以上となっているか否かを判定し、ここで、当該アドレス値の上限値未満であると判定すればステップ１１に進み、上限値以上となっていると判定すれば、ステップ１４に進む。
【００３６】
ステップ１１：後列のＲＯＷラインメモリの透過幾何模様の部分画像を読み込んで、ステップ１２に進む。
ステップ１２：後列のＲＯＷラインメモリの透過幾何模様の部分画像と、予測部分画像の幾何模様とが一致するか否かを判定し、一致しなければステップ１３に進み、一致すればステップ２に戻る。
すなわち、後列のＲＯＷラインメモリの透過幾何模様の部分画像と、予測部分画像の幾何模様とが一致しなければ、異なる相となっていると判定されるのである。換言すると、混和されていないと判断されるのである。
ステップ１３：相カウンタの値を「１」インクリメントしてステップ２に戻る。
ステップ１４：全ての部分画像の判定が終了しているので、相カウンタの値を出力して、処理を終了する。これにより、何相になっているのかを知ることができる。
【００３７】
上述した幾何模様は、図４（Ａ）〜（Ｅ）に示すようになっている。
図４（Ａ）は、流体を透過しないで視認した基準幾何模様を示している。同図（Ｂ）は、境界ａ，ｂ，ｃを境として４つの相が表出している様子を示しており、また、気体が混和していない状態を示している。
さらに、同図（Ｃ）は、４つの相を分ける境界ａ，ｂ，ｃが現れているが、気体が混和している状態を示し、同図（Ｄ）は、境界ｄを境として液体と超臨界流体とが混和していない状態を示している。なお、同図（Ｅ）は、（Ｂ）と同じ状態を示しているが、基準幾何模様がないために、気体相が混和していないことを判別することができない。
【００３８】
すなわち、図４（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、二種類の混合流体が良好に混和していないときに、上記境界が生じるとともに、その境界を境として幾何模様が異なるのである。
【００３９】
改質装置３０は、混合視認部８０から送出された燃料ガスの改質を行うものであり、ここで改質された燃料ガスは、連結パイプ３１を通じて燃料溜め２０に送給される。
燃料溜め２０は、所要量の燃料ガスを一時的に貯留しておくものであり、これに一時的に貯留された燃料ガスは連結パイプ２１を通じて内燃機関１０に送給されるようになっている。
【００４０】
ところで、上述した制御部１００は、上述した判定結果に基づいて、改質装置３０と内燃機関１０とに、それらの制御信号を送出する。これにより、内燃機関１０と改質装置３０とを最適な状態に動作させることができる。
【００４１】
すなわち、混合流体が分離していると改質反応の進行度合いは低いため、原燃料での制御（＝通常の内燃機関の制御）で行い、分離していないと改質反応が進行度合いが高くなる。このため、軽質化燃料や芳香族化燃料となるので、高オクタン価燃料に適した制御に切り替える（可変容積サイクルの場合は高圧縮型に切り替える等）。
【００４２】
上述したように、流体の等質性の判定を、上述した等質性判定装置Ｂとして構成した例について示したが、次のようにして人手により行うことができる。
すなわち、流体の等質性を判定するための基準となる基準幾何模様１２１と、この基準幾何模様１２１を、図５に示す流体を透過して視認される透過幾何模様１２１ａ〜１２１ｊとを比較し、その比較結果に基づいて、流体の等質性を判定する。
【００４３】
上述した本発明によれば、次の各効果を得ることができる。
・一種類の流体の場合、流体の密度分布を可視化できるので、熱伝導度や溶解度等の分布を可視化でき、これにより均一性を判定できる。
・水と燃料のような混和しにくい流体どうしであっても、相分離が判別できるとともに、気相流体が分離気味なのか、あるいはよく混和しているのかを可視化し、混和性を判定できる。
・超臨界水と超臨界燃料のような混和しうる流体どうしであっても、すなわち界面が消失していても、流体が分離気味なのかよく混和しているのかを可視化し、混和性を判定できる。
【００４４】
・超臨界流体は、気液のような著しい密度変化をすることなく、連続的な密度を取ることができるが、温度圧力条件のわずかな変化により物性が大きく変動し、そのため混和性や均質性も著しく変化する。すなわち、互いに親和性が乏しい成分の流体が見かけ上単一の超臨界相になっても混和していない場合があるが、本実施形態によれば、これを可視化して、混和性を判別することができる。
【００４５】
なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
（ａ）上述した実施形態においては、二種類の混合流体の混和性を判定する例について説明したが、三種類以上の混合流体の混和性を判定や、一種類の流体の均一性を判定することもできることは勿論である。
一種類の流体の場合、カウントされるのは複数の密度領域である。
【００４６】
（ｂ）上述した実施形態においては、基準幾何模様が縞模様や格子模様であることについて示したが、これらの模様の一部に、判定基準となる色彩を付した構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る流体の等質性判定装置を適用した内燃機関システムの概略構成を示すブロック図、（Ｂ）は、制御部の機能ブロック図である。
【図２】等質性判定装置の一部をなす混合視認部の概略構成を示す拡大断面図である。
【図３】予測部分画像の作成処理、比較処理、及び判定処理を示すフローチャートである。
【図４】予測部分画像の作成、予測部分画像と後に取得した部分画像との比較、及び等質性の判定の対象となる透過幾何模様の具体例を示す説明図である。
【図５】透過幾何模様の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
９０                撮像部
１００ａ            部分画像取得手段
１００ｂ            予測画像作成手段
１００ｃ            部分画像比較手段
１００ｄ            等質性判定手段
１０１              情報記録媒体（記憶部）
１２１              基準幾何模様
１２１ａ〜１２１ｊ  透過幾何模様
Ｂ                  等質性判定装置
【図１】
0005246584.tif 000002
【図２】
0005246584.tif 000003
【図３】
0005246584.tif 000004
【図４】
0005246584.tif 000005
【図５】
0005246584.tif 000006