(57)【特許請求の範囲】
【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、
前記タンクの上部から超臨界状態または気相の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超臨界状態または液相の混合燃料を取り出す下部取出手段とからなる燃料取出手段と、
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と、
前記上部取出手段により取り出された混合燃料の質量流量を検出する第１の質量流量検出手段と、
前記合流した後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、
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、
前記燃料消費手段の運転状態が一定である場合に前記第２の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前記燃料取出手段による混合燃料の取出量を制御するとともに、前記第１および第２の質量流量検出手段によって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制御手段と
を備える燃料供給装置。
【請求項２】
請求項１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。
【請求項３】
請求項１または２に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。
【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、前記タンクの上部から超臨界状態または気相の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超臨界状態または液相の混合燃料を取り出す下部取出手段とからなる燃料取出手段と、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と、前記上部取出手段により取り出された混合燃料の質量流量を検出する第１の質量流量検出手段と、前記合流した後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、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、前記燃料消費手段の運転状態が一定である場合に前記第２の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前記燃料取出手段による混合燃料の取出量を制御するとともに、前記第１および第２の質量流量検出手段によって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によれば、燃料消費手段の運転状態が一定である場合に第２の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。また、第１および第２の質量流量検出手段によって検出された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、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上部取出手段および下部取出手段による混合燃料の取出比率を制御するから、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４０には、圧力センサ３４からの圧力信号や温度センサ３６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２２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２２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２２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３０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３０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４０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２０Ｃ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２２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２２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。
【図１】
0004422352.tif 000002
【図２】
0004422352.tif 000003
【図３】
0004422352.tif 000004
【図４】
0004422352.tif 000005