(57)【要約】【課題】センサと内燃機関との間で、性状が異なる燃料が混在する場合に、内燃機関で利用される燃料の性状を適切に推定することができる技術を提供する。【解決手段】  濃度推定装置は、エンジンに供給される燃料が通過する供給管上に配置され、燃料の性状を検出するセンサと、検出済みの燃料の性状を格納するメモリと、センサと内燃機関との間の供給管内で、内燃機関に向かって流れる燃料の流れに垂直な断面における燃料の流速変化の第１特徴値を特定する特定部と、第１タイミングにおいて内燃機関で利用される燃料の性状を、第１タイミングより前の第２タイミングで検出済みの燃料の性状と特定済みの第１特徴値とを用いて算出する算出部と、を備える。【選択図】  図２
2016194274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に供給される燃料が通過する供給管上に配置され、燃料の性状を検出するセンサと、
検出済みの前記燃料の前記性状を格納するメモリと、
前記センサと前記内燃機関との間の前記供給管内で、前記内燃機関に向かって流れる燃料の流れに垂直な断面における前記燃料の流速変化の第１特徴値を特定する特定部と、
第１タイミングにおいて前記内燃機関で利用される前記燃料の前記性状を、前記第１タイミングより前の第２タイミングで検出済みの前記燃料の前記性状と特定済みの前記第１特徴値とを用いて算出する算出部と、を備える性状推定装置。
【請求項２】
前記センサは、前記内燃機関が始動されてから前記燃料の前記性状を繰り返し検出し、
前記算出部は、前記内燃機関が始動されるタイミングで検出済みの前記燃料の前記性状から前記燃料の前記性状が変化する場合に、前記燃料の性状の算出を開始する、請求項１に記載の性状推定装置。
【請求項３】
前記特定部は、前記内燃機関に向かって流れる燃料の流れ方向に垂直な流速変化の第２特徴値を特定し、
前記性状推定装置は、前記第２特徴値を用いて、前記供給経路内の前記燃料が層流であるか乱流であるかを判断する判断部をさらに備え、
前記算出部は、
前記燃料が前記層流であると判断される場合に、前記第２特徴値と同一の前記第１特徴値を用いた第１の算出処理を実行することによって、前記燃料の前記性状を算出し、
前記燃料が前記乱流であると判断される場合に、前記第２特徴値と異なる前記第１特徴値を用いた第２の算出処理を実行することによって、前記燃料の前記性状を算出する、請求項１又は２に記載の性状推定装置。
【請求項４】
前記判断部は、特定済みの前記燃料の流速を用いて得られるレイノルズ数が基準値よりも大きい場合に前記乱流と判断し、前記レイノルズ数が前記基準値よりも小さい場合に前記層流と判断する、請求項３に記載の性状推定装置。
【請求項５】
前記算出部は、前記第１の算出処理において、前記供給管内に新たに供給される燃料が、前記供給経路内に既に存在している燃料内を拡散する場合の拡散係数を用いて、前記燃料の前記性状を算出する、請求項３又は４に記載の性状推定装置。
【請求項６】
前記算出部は、前記第２の算出処理において、前記拡散係数を用いずに、前記燃料の前記性状を算出する、請求項５に記載の性状推定装置。
【請求項７】
前記拡散係数は、前記供給管内の燃料の流れ方向に垂直な方向における拡散を表す係数である、請求項５又は６に記載の性状推定装置。
【請求項８】
前記特定部は、前記内燃機関に供給される燃料の単位時間当たりの供給量を用いて、前記第１特徴値を特定する、請求項１から７のいずれか一項に記載の性状推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、内燃機関によって利用される燃料の性状を推定する性状推定装置を開示する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、燃料輸送システムが開示されている。燃料輸送システムでは、燃料は、燃料ポンプから燃料ラインを介してエンジンに供給される。燃料ラインには、燃料のエタノールとガソリンとの混合比を検出する混合燃料センサが配置されている。燃料輸送システムでは、制御器が、混合燃料センサによって検出される混合比を用いて、エンジンに供給する燃料量を制御している。
【０００３】
具体的には、制御器は、Ｎ個の混合比が格納される先入れ先出しスタックを有する。Ｎ個の混合比のそれぞれは、混合燃料センサからエンジンまで経路を、等しい容積のＮ個のセルに分割した場合の各セルの混合比に対応する。制御器は、エンジンで１個のセルの容積以上の燃料が利用されると、混合燃料センサで検出される混合比を読み込む。次いで、制御器は、スタックに格納されているＮ個の混合比のうち、最も古い混合比をスタックから取り出し、新たに読み込まれた混合比をスタックに格納する。そして、制御器は、スタックから取り出された混合比を用いて、エンジンに供給する燃料量を決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３１５７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の技術では、混合燃料センサとエンジンとが離間して配置されている場合でも、スタックに格納されている混合比を用いて、エンジンに供給される燃料の混合比を特定することができる。しかしながら、例えば、混合燃料センサとエンジンとの間の経路に存在する既存燃料とは混合比が異なる新規燃料が燃料タンクに供給される状況が起こり得る。この状況では、混合燃料センサで混合比が検出された後に、混合燃料センサとエンジンとの間の経路において、既存燃料と新規燃料とが混在して、セル中に燃料の混合比が変化する場合がある。この場合、上記の技術のように、スタックに格納された混合比を読み出したとしても、制御器は、エンジンに供給される燃料の正確な混合比を特定することができない。
【０００６】
本明細書では、センサと内燃機関との間で、性状が異なる燃料が混在する場合に、内燃機関で利用される燃料の性状を適切に推定することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書では、性状推定装置を開示する。性状推定装置は、内燃機関に供給される燃料が通過する供給管上に配置され、燃料の性状を検出するセンサと、検出済みの燃料の性状を格納するメモリと、センサと内燃機関との間の供給管内で、内燃機関に向かって流れる燃料の流れに垂直な断面における燃料の流速変化の第１特徴値を特定する特定部と、第１タイミングにおいて内燃機関で利用される燃料の前記性状を、第１タイミングより前の第２タイミングで検出済みの燃料の性状と特定済みの第１特徴値とを用いて算出する算出部と、を備える。
【０００８】
供給管を流れる燃料の流速は、燃料の流れに垂直な断面（以下では単に「垂直断面」と呼ぶ）において均一ではない。詳細には、供給管の内周面と燃料との間には摩擦が生じるため、供給管の内周面に接触する燃料は、垂直断面において最も遅く、供給管の内周面から離間するのに従って燃料は速くなる。供給管の中心軸の燃料の流速が、垂直断面において最も高い。
【０００９】
供給管内に既に燃料（以下では「既存燃料」と呼ぶ）が存在する状況で、既存燃料とは性状が異なる燃料（以下では「新規燃料」と呼ぶ）が、供給管に流入する場合がある。例えば、燃料タンクに新規燃料が給油される場合である。供給管内に流入した新規燃料は、供給管の中心軸付近の方が供給管の内周面付近よりも速い。このため、センサが配置されている位置において、１つの区間の燃料の性状を検出しても、センサが配置されている位置から内燃機関に流れる間に、当該区間における既存燃料と新規燃料との割合が変化する。このため、当該区間の燃料の性状は、センサで検出した性状から変化している。
【００１０】
上記の性状推定装置では、内燃機関に向かって流れる燃料の流れに垂直な断面における燃料の流速変化の第１特徴値を用いて内燃機関に利用される燃料の性状を算出する。この結果、センサから内燃機関に向かって燃料が流れている間に、既存燃料と新規燃料との割合が変化する場合に、内燃機関に利用される燃料の性状を適切に推定し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】燃料供給系統の概略的な構成を示す。
【図２】第１実施例の濃度検出装置が実行する濃度推定処理のフローチャートを示す。
【図３】供給経路内の燃料の状況を説明するための模式図を示す。
【図４】図３に続く新規燃料が供給経路内に流入した後の供給経路内の燃料の状況を説明するための模式図を示す。
【図５】図４に続く供給経路内の燃料が層流である場合の供給経路内の燃料の状況を説明するための模式図を示す。
【図６】図５に続く新規燃料がエンジンに到達したときの供給経路内の燃料の状況を説明するための模式図を示す。
【図７】図６のVII-VII断面における既存燃料と新規燃料との分布を模式的に表す断面図を示す。
【図８】図３に続く供給経路内の燃料が層流である場合の供給経路内の燃料の状況を説明するための模式図を示す。
【図９】図８に続く新規燃料がエンジンに到達したときの供給経路内の燃料の状況を説明するための模式図を示す。
【図１０】図９のX-X断面における既存燃料と新規燃料との分布を模式的に表す断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。
【００１３】
（特徴１）性状推定装置では、センサは、内燃機関が始動されてから燃料の性状を繰り返し検出してもよい。算出部は、内燃機関が始動されるタイミングで検出済みの燃料の性状から燃料の性状が変化する場合に、燃料の性状の算出を開始してもよい。この構成によれば、燃料の性状が変化しない場合に、性状を算出せずに済む。
【００１４】
（特徴２）性状推定装置では、特定部は、内燃機関に向かって流れる燃料の流れ方向に垂直な流速変化の第２特徴値を特定してもよい。性状推定装置は、第２特徴値を用いて、供給経路内の燃料が層流であるか乱流であるかを判断する判断部を備えていてもよい。算出部は、燃料が層流であると判断される場合に、第２特徴値と同一の第１特徴値を用いた第１の算出処理を実行することによって、燃料の性状を算出してもよい。燃料が乱流であると判断される場合に、第２特徴値と異なる第１特徴値を用いた第２の算出処理を実行することによって、前記燃料の前記性状を算出してもよい。内燃機関で利用される単位時間当たりの燃料の利用量に応じて、供給管内の燃料は、乱流と層流との間で変化する。具体的には、内燃機関で利用される単位時間当たりの燃料の利用量が比較的に多い場合に供給管内の燃料は乱流になり、比較的に少ない場合に供給管内の燃料は層流になる。燃料が層流である場合、燃料が乱流である場合と比較して、供給管の中心付近と内周面付近との燃料の流速の差が大きい。上記の構成では、燃料が乱流か層流か応じて、算出処理が異なる。この構成によれば、燃料が乱流である場合も層流である場合も適切に性状を推定することができる。
【００１５】
（特徴３）性状推定装置では、判断部は、特定済みの燃料の流速を用いて得られるレイノルズ数が基準値よりも大きい場合に乱流と判断し、レイノルズ数が基準値よりも小さい場合に層流と判断してもよい。この構成によれば、供給管内の燃料が乱流であるか層流であるかを適切に判断することができる。
【００１６】
（特徴４）性状推定装置では、算出部は、第１の算出処理において、供給管内に新たに供給される燃料が、供給経路内に既に存在している燃料内を拡散する場合の拡散係数を用いて、燃料の性状を算出してもよい。供給管内の燃料が層流である場合、即ち、単位時間当たりに内燃機関で利用される燃料量が少ない場合、新規燃料と既存燃料との界面では、新規燃料と既存燃料とが長時間に亘って接触しているため、新規燃料は既存燃料内に拡散する。上記の構成によれば、新規燃料が既存燃料内に拡散することを想定して、燃料の性状を推定することができる。
【００１７】
（特徴５）性状推定装置では、算出部は、第２の算出処理において、拡散係数を用いずに、燃料の前記性状を算出してもよい。供給管内の燃料が乱流である場合、即ち、単位時間当たりに内燃機関で利用される燃料量が多い場合、新規燃料と既存燃料との界面では、新規燃料と既存燃料とが接している時間が比較的に短い。このため、新規燃料が既存燃料内に拡散する状況を想定せずとも、燃料の性状を適切に推定することができる。上記の構成によれば、燃料の拡散を想定せずに済む状況において、燃料の拡散を考慮せずに、燃料の性状を推定することができる。
【００１８】
（特徴６）性状推定装置では、拡散係数は、供給管内の燃料の流れ方向に垂直な方向における拡散を表す係数であってもよい。
【００１９】
（特徴７）性状推定装置では、特定部は、内燃機関に供給される燃料の単位時間当たりの供給量を用いて、第１特徴値を特定してもよい。この構成によれば、第１特徴値を適切に特定することができる。
【実施例】
【００２０】
図１に示す燃料供給系統は、自動車等の車両のエンジン６に燃料を供給するための構成を有する。燃料供給系統には、燃料タンク５８内の燃料を、エンジン６に供給するための燃料供給システム１００が設けられている。
【００２１】
エンジン６は、単気筒又は多気筒（図１は４気筒）のエンジンである。エンジン６は、デリバリパイプ２と、１又は複数のインジェクタ８と、を備える。デリバリパイプ２は、燃料供給システム１００から供給される燃料を、インジェクタ８に供給する。インジェクタ８は、デリバリパイプ２から供給される燃料を、エンジン６のシリンダ（図示省略）に供給する。これにより、エンジン６が駆動する。
【００２２】
（燃料供給システム１００の構成）
燃料供給システム１００は、燃料タンク５８内のポンプ５２から吐出される燃料を、エンジン６に供給する。燃料供給システム１００は、ＥＣＵ（Electronic Control unitの略）４と、濃度推定装置１０と、燃料供給ユニット５０と、を備える。
【００２３】
（燃料供給ユニット５０の構成）
燃料供給ユニット５０は、燃料タンク５８と、ポンプ５２と、供給管５６と、を備える。燃料タンク５８は、エタノール濃度が０％（即ちガソリンのみ）から１００％（即ちエタノールのみ）の燃料を貯蔵する。ポンプ５２は、燃料タンク５８内の燃料を昇圧し、省略された燃料を、供給管５６を介して、エンジン６に供給する。
【００２４】
供給管５６は、エンジン６のデリバリパイプ２に直接的に連通している。供給管５６に供給される燃料は、供給管５６とデリバリパイプ２を介して、インジェクタ８に供給される。
【００２５】
（濃度推定装置１０の構成）
濃度推定装置１０は、センサ２０と、制御回路１２と、を備える。センサ２０は、電極対を備える。センサ２０は、図１の破線で示すように、制御回路１２に電気的に接続されている。電極対は、供給管５６内で、互いに間隔を開けて対向するように配置されている。電極対の隙間は、供給管５６を流れる燃料で満たされている。
【００２６】
制御回路１２は、ＣＰＵ１４と、メモリ１６と、を備える。ＣＰＵ１４は、メモリ１６に格納されているプログラムに従って、様々な処理（即ち図２等の処理）を実行するプロセッサである。メモリ１６は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等によって構成される。メモリ１６は、ＣＰＵ１４が後述する濃度推定処理を実行するためのプログラムＰＲが格納されている。プログラムＰＲには、濃度推定処理で利用される数式が含まれる。
【００２７】
制御回路１２は、図1の破線で示すように、ＥＣＵ４と通信可能に接続されている。ＥＣＵ４は、制御回路１２から取得される燃料の性状に基づいて、インジェクタ８からの燃料の噴射量を調整することによって、エンジン６の駆動を制御する。
【００２８】
（濃度推定装置１０が実行する濃度推定処理）
図２を参照して、濃度推定装置１０が実行する濃度推定処理を説明する。濃度推定装置１０は、エンジン６が始動されると、濃度推定処理を開始する。濃度推定装置１０は、エンジン６が停止されるまで、濃度推定処理を繰り返し実行する。なお、濃度推定処理が開始される状況では、メモリ１６内に、濃度は格納されていない。
【００２９】
まず、Ｓ１０では、ＣＰＵ１４は、濃度検出処理を開始する。濃度検出処理では、ＣＰＵ１４は、バッテリ（図示省略）から供給される電力を、予め決められた周波数（例えば１０Ｈｚ〜３ＭＨｚ）の信号等（例えば交流電流）に変換して、センサ２０に供給する。ＣＰＵ１４は、センサ２０では、電極対に電荷が蓄積され、静電容量が発生する。ＣＰＵ１４は、センサ２０から得られる信号を用いて、センサ２０の電極対の静電容量を算出する。ＣＰＵ１４は、センサ２０から得られる信号を用いて、燃料中のエタノール濃度を算出するための処理を実行する。そして、ＣＰＵ１４は、算出されたエタノール濃度を、メモリに格納する。ＣＰＵ１４は、以下のＳ１４〜Ｓ４４の処理と並行して、濃度検出処理を実行する。
【００３０】
次いで、Ｓ１２では、ＣＰＵ１４は、メモリ１６内に格納されている濃度Ｃ０が直前の濃度検出処理で算出された濃度と変化しているか否かを判断する。なお、ＣＰＵ１４は、メモリ１６内に濃度が格納されていない場合、Ｓ１２でＮＯと判断する。濃度が変化してない場合（Ｓ１２でＮＯ）、濃度が変化したと判断されるまで、濃度検出処理とＳ１２の処理を繰り返し実行する。この場合、メモリ１６内には、濃度Ｃ０が格納されている。この構成によれば、濃度変化が生じない場合に、Ｓ１４以降の処理を実行せずに済む。
【００３１】
図３に示すように、濃度が変化しない場合（Ｓ１２でＮＯ）、エンジン６を始動する前から供給管５６内に存在する既存燃料Ｆ１で、供給管５６が満たされている。エンジン６が停止中に既存燃料Ｆ１と異なるエタノール濃度の新規燃料Ｆ２が燃料タンク５８に給油される場合がある。この場合、図３の状態から既存燃料Ｆ１がエンジン６によって利用されると、新規燃料Ｆ２が供給管５６内に流入する。さらに、エンジン６によって既存燃料Ｆ１が利用されると、新規燃料Ｆ２は、供給管５６内をエンジン６に向かって流れ、センサ２０で検出される地点Ｓに到達する。
【００３２】
新規燃料Ｆ２は、供給管５６を既存燃料Ｆ１の下流端に連続して流れる。なお、図３〜図１０では、既存燃料Ｆ１と新規燃料Ｆ２との境界を明確に記載しているが、正確には、既存燃料Ｆ１と新規燃料Ｆ２との境界では、既存燃料Ｆ１と新規燃料Ｆ２とが混ざり合っている。図３〜図１０では、理解し易さを優先して既存燃料Ｆ１と新規燃料Ｆ２との境界を明確に記載している。
【００３３】
図４に示されているように、供給管５６内の燃料は、燃料の流れ方向に垂直な断面で見たときに、供給管５６の中心で最も速く、供給管５６の内周面に接する位置で最も遅い。
【００３４】
新規燃料Ｆ２が地点Ｓに到達すると、センサ２０で検出されるエタノール濃度が変化する（Ｓ１２でＹＥＳ）。この場合、ＣＰＵ１４は、変化前の濃度Ｃ０とともに、変化後の濃度Ｃｘをメモリ１６に格納する。また、この場合、エンジン６に供給される燃料は、供給管５６内の既存燃料Ｆ１である。ＣＰＵ１４は、以降の濃度検出処理で濃度が検出される毎に、メモリ１６に格納されている濃度Ｃｘを更新する。なお、変化前の濃度Ｃ０は、メモリ１６内に格納され続けている。
【００３５】
図２に戻って、Ｓ１２でＹＥＳの場合、Ｓ１４において、ＣＰＵ１４は、制御部１２のカウンタのカウントを開始する。以下では、カウンタのカウント値をカウント値ｔと呼ぶ。次いで、Ｓ１６において、ＣＰＵ１４は、燃料の流れ方向に垂直な断面で見たときの供給管５６内の燃料の流速の平均値ｕａｖｅを算出する。具体的には、ＣＰＵ１４は、エンジン６で単位時間（例えば１秒）当たりに利用される燃料量を供給管５６の断面積で除算することによって、平均流速ｕａｖｅを算出する。なお、ＣＰＵ１４は、エンジン６が単位時間当たりに利用される燃料量をＥＣＵ４から取得する。また、供給管５６の断面積は、予めプログラムＰＲに含まれている。
【００３６】
次いで、Ｓ１８において、ＣＰＵ１４は、レイノルズ数Ｒｅが、所定値（例えば２３００）以下であるか否かを判断する。具体的には、ＣＰＵ１４は、まず、レイノルズ数Ｒｅを算出する。レイノルズ数Ｒｅは、ρ・ｕａｖｅ・２ｒ０／μを計算することによって算出される。なお、ρは燃料の密度である。ガソリンの密度ρｇ（例えば７８３ｋｇ／ｍ３程度）とエタノールの密度ρｅ（例えば７８９ｋｇ／ｍ３程度）は近似しているため、ρはどちらかの密度又は２個の密度の平均値を利用する。あるいは、濃度検出処理により算出されたエタノール濃度Ｃｘ（０≦Ｃｘ≦１）とガソリン濃度Ｃｙ（Ｃｙ＝１−Ｃｘ）とに応じた密度ρ、即ちρ＝Ｃｘ・ρｅ＋Ｃｙ・ρｇを利用してもよい。μは燃料の粘度である。ガソリンの粘度μｇ（例えば０．０００４８８Ｐａ・ｓ）とエタノールの粘度μｅ（例えば０．００１０８４Ｐａ・ｓ）とは異なる。本実施例では、燃料の粘度として、濃度検出処理により算出されたエタノール濃度Ｃｘとガソリン濃度Ｃｙに応じた粘度μ、即ちμ＝Ｃｘ・μｅ＋Ｃｙ・μｇを利用する。ｒ０は、供給管５６の半径である。各値は、プログラムＰＲに含まれている。
【００３７】
レイノルズ数Ｒｅが所定値よりも小さい場合（Ｓ１８でＹＥＳ）には、燃料の流速は比較的に小さい。例えば、自動車が停止しており、エンジン６が駆動している状態、いわゆるアイドリング状態では、エンジン６で利用される燃料は少ない。この場合、図５に示すように、供給管５６内では、燃料は、供給管５６の軸方向に層流で流れる。Ｓ１８でＹＥＳの場合、Ｓ２０に進む。
【００３８】
レイノルズ数Ｒｅが所定値よりも大きい場合（Ｓ１８でＮＯ）には、燃料の流速は比較的に大きい。例えば、自動車が走行中では、エンジン６で利用される燃料は、アイドリング状態と比較して多い。この場合、図８に示すように、供給管５６内では、燃料は、供給管５６の軸方向に乱流で流れる。Ｓ１８でＮＯの場合、Ｓ４０に進む。
【００３９】
図２に戻って、Ｓ２０では、ＣＰＵ１４は、カウント値ｔ（即ち、新規燃料Ｆ２が地点Ｓに到達してからの期間（秒））が、地点Ｓからデリバリパイプ２までの距離ＸをＳ１６で算出済みの平均流速ｕａｖｅの２倍で除算した値よりも大きいか否かを判断する。平均流速ｕａｖｅの２倍は、供給管５６の中心を流れる燃料の流速に近似する。即ち、距離Ｘを平均流速ｕａｖｅを２倍で除算して得られる値は、図５で示すように、供給管５６の中心を流れる新規燃料Ｆ２がデリバリパイプ２に到達するタイミングに略等しい。カウント値ｔが、地点Ｓからデリバリパイプ２までの距離Ｘを平均流速ｕａｖｅの２倍で除算した値以下の場合（Ｓ２０でＮＯ）、新規燃料Ｆ２は、未だデリバリパイプ２に到達していない。即ち、新規燃料Ｆ２は、図５に示す新規燃料Ｆ２よりもポンプ５２側に位置する。この場合、Ｓ２２において、ＣＰＵ１４は、燃料のエタノール濃度として、Ｓ１０で記憶された変化前の濃度Ｃ０をＥＣＵ４に出力して、Ｓ１６に戻る。
【００４０】
一方、カウント値ｔが、地点Ｓからデリバリパイプ２までの距離Ｘを平均流速ｕａｖｅの２倍で除算した値よりも大きい場合（Ｓ２０でＹＥＳ）、例えば図６に示すように、新規燃料Ｆ２は、既にデリバリパイプ２に到達している。この場合、Ｓ２４において、ＣＰＵ１４は、図７に示すように、デリバリパイプ２に到達した新規燃料Ｆ２の仮想半径ｒＬを算出する。
【００４１】
具体的には、ＣＰＵ１４は、以下の数式１を計算することによって、仮想半径ｒＬを算出する。
【００４２】
【数１】
2016194274.tif 000003
【００４３】
なお、上記の数式は、以下の要領で導き出される。即ち、ナビエストークスの式に基づく以下の数式２に、ハーゲン―ポアズイユの式である以下の数式３を代入する。これにより、以下の数式４が得られる。なお、数式中のｕの上方に「―」が付加された文字は、平均流速ｕａｖｅを意味する。
【００４４】
【数２】
2016194274.tif 000004
【００４５】
【数３】
2016194274.tif 000005
【００４６】
【数４】
2016194274.tif 000006
【００４７】
次いで、数式４の右辺にカウント値ｔを乗算した値が、距離Ｘに等しくなると仮定して、ｒＬで整理すると、上記の数式１が導出される。
【００４８】
次いで、Ｓ２６では、ＣＰＵ１４は、仮想半径ｒＬに拡散補正した仮想半径ｒ´Ｌを算出する。エンジン６による単位時間当たりの燃料利用量が少ない場合、既存燃料Ｆ１と新規燃料Ｆ２とは、供給管５６内で長期間に亘って接触している。この結果、新規燃料Ｆ２が、既存燃料Ｆ１側に拡散する。燃料の流れ方向に垂直方向の拡散係数をＤとすると、単位時間当たりの拡散距離Ｊは、Ｊ＝Ｄ（Ｃ１−Ｃ０）／ｒ０によって得られる。なお、拡散係数Ｄは、実験又はシミュレーションによって決定する。また、Ｃ１は、Ｓ２６の処理が実行される直前に濃度検出処理で算出される濃度であり、新規燃料Ｆ２の濃度に等しい。
【００４９】
ＣＰＵ１４は、ｒ´Ｌ＝ｒＬ＋Ｊｔを算出することによって、新規燃料Ｆ２が既存燃料Ｆ１に拡散した後の仮想半径ｒ´Ｌを算出する。
【００５０】
次いで、ＣＰＵ１４は、供給管５６の半径ｒ０が、仮想半径ｒ´Ｌよりも大きいか否かを判断する。供給管５６の半径ｒ０が、仮想半径ｒ´Ｌ以下の場合（Ｓ３０でＮＯ）、図７より明らかなように、供給管５６内は、新規燃料Ｆ２で満たされている。この場合、ＣＰＵ１４は、燃料のエタノール濃度として、直前に記憶された濃度Ｃ１をＥＣＵ４に出力して、Ｓ１２に戻る。Ｓ３０でＮＯの場合には、供給管５６内に残存する既存燃料Ｆ１は、全てエンジン６で利用され、供給管５６内は、新規燃料Ｆ２で満たされる。このため、ＣＰＵ１４は、次にセンサ２０で濃度変化が検出されるまで、Ｓ１２の処理を繰り返し実行すれば済む。
【００５１】
図７に示されるように、供給管５６の半径ｒ０が、仮想半径ｒ´Ｌより大きい場合（Ｓ３０でＹＥＳ）、ＣＰＵ１４は、以下の数式５に、ｒ´Ｌ＝ｒＬ＋Ｊｔを代入して、推定濃度Ｃを算出する。
【００５２】
【数５】
2016194274.tif 000007
【００５３】
なお、数式５は、以下の数式６に示すように、図７で示される断面における既存燃料Ｆ１と新規燃料Ｆ２の面積比を用いて算出されたものである。
【００５４】
【数６】
2016194274.tif 000008
【００５５】
ＣＰＵ１４は、推定濃度Ｃを算出すると、ＥＣＵ４に出力してＳ１６に戻る。
【００５６】
一方、Ｓ４０（即ち供給管５６内の燃料が乱流とみなされる場合）では、ＣＰＵ１４は、以下の数式７を用いて、新規燃料Ｆ２の最大流速ｕｍａｘを算出する。
【００５７】
【数７】
2016194274.tif 000009
【００５８】
数式７は、乱流の速度を算出するための指数法則である以下の数式８と、平均流速を表す以下の数式９と、を用いて導出される。なお、ｎは、ｎ＝３．４５・Ｒｅ０．０７（Ｒｅはレイノルズ数）である。
【００５９】
【数８】
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【００６０】
【数９】
2016194274.tif 000011
【００６１】
次いで、Ｓ４２では、ＣＰＵ１４は、カウント値ｔ（即ち、新規燃料Ｆ２が地点Ｓに到達してからの期間（秒））が、地点Ｓからデリバリパイプ２までの距離ＸをＳ４２で算出済みの最大流速ｕｍａｘで除算した値よりも大きいか否かを判断する。距離Ｘを最大流速ｕｍａｘで除算することとは、図８で示すように、供給管５６の中心を流れる新規燃料Ｆ２がデリバリパイプ２に到達するタイミングに略等しい。カウント値ｔが、地点Ｓからデリバリパイプ２までの距離Ｘを最大流速ｕｍａｘで除算した値以下の場合（Ｓ４２でＮＯ）、新規燃料Ｆ２は、未だデリバリパイプ２に到達していない。即ち、新規燃料Ｆ２は、図８に示す新規燃料Ｆ２よりもポンプ５２側に位置する。この場合、Ｓ４４において、ＣＰＵ１４は、燃料のエタノール濃度として、Ｓ１０で記憶された変化前の濃度Ｃ０をＥＣＵ４に出力して、Ｓ１６に戻る。
【００６２】
一方、カウント値ｔが、地点Ｓからデリバリパイプ２までの距離Ｘを最大流速ｕｍａｘで除算した値よりも大きい場合（Ｓ４２でＹＥＳ）、例えば図９に示すように、新規燃料Ｆ２は、既にデリバリパイプ２に到達している。この場合、Ｓ４６において、ＣＰＵ１４は、図１０に示すように、デリバリパイプ２に到達した新規燃料Ｆ２の仮想半径ｒＴを算出する。
【００６３】
具体的には、上記の数式８において、右辺にカウント値ｔを乗算した値が、距離Ｘに等しくなると仮定して、仮想半径ｒＴで整理する。これにより、仮想半径ｒＴを算出される。次いで、Ｓ４８では、ＣＰＵ１４は、上記の数式５において、仮想半径ｒ´Ｌの代わりに仮想半径ｒＴを代入することによって、推定濃度Ｃを算出すると、ＥＣＵ４に出力してＳ１６に戻る。
【００６４】
供給管５６内に既存燃料Ｆ１が存在する状況で、既存燃料Ｆ１とは性状が異なる新規燃料Ｆ２が、供給管５６に流入する場合に、供給管５６内に流入した新規燃料Ｆ２は、供給管５６の中心軸付近の方が供給管５６の内周面付近よりも速い。このため、センサ２０が配置されている地点Ｓにおける燃料のエタノール濃度を検出しても、センサ２０が配置されている地点Ｓからエンジン６に流れる間に、当該区間における既存燃料Ｆ１と新規燃料Ｆ２との割合が変化する。
【００６５】
上記の濃度推定装置１０では、エンジン６に向かって流れる燃料の流れに垂直な断面における燃料の流速変化の特徴値である平均流速ｕａｖｅ又は最大流速ｕｍａｘ（それぞれが「第１特定値」の一例）を用いてエンジン６に利用される燃料のエタノール濃度を算出する（図２のＳ３２、Ｓ４８）。このとき、いずれもＳ１２でＹＥＳと判断される前にメモリ１６に格納される濃度Ｃ０（「第２タイミングで検出済みの燃料の性状」の一例）を用いて、エタノール濃度を算出する。この結果、センサ２０からエンジン６に向かって燃料が流れている間に、既存燃料Ｆ１と新規燃料Ｆ２との割合が変化する場合に、内燃機関に利用される燃料の性状を適切に推定することができる。
【００６６】
また、エンジン６で利用される単位時間当たりの燃料の利用量、即ち平均流速ｕａｖｅ（「第２特徴値」の一例）に応じて、供給管５６内の燃料を乱流であるか層流であるかを判断する（図２のＳ１８）。そして、層流であると判断される場合（Ｓ１８でＹＥＳ）、平均流速ｕａｖｅを用いてエンジン６に利用される燃料のエタノール濃度を算出する（図２のＳ３２）。一方、乱流であると判断される場合（Ｓ１８でＮＯ）、最大流速ｕｍａｘを用いてエンジン６に利用される燃料のエタノール濃度を算出する（図２のＳ４８）。この構成によれば、燃料が乱流である場合も層流である場合も適切にエタノール濃度を推定することができる。
【００６７】
さらに、レイノルズ数Ｒｅを用いることによって、供給管５６内の燃料が乱流であるか層流であるかを適切に判断することができる。
【００６８】
供給管５６内の燃料が層流である場合、新規燃料Ｆ２と既存燃料Ｆ１との界面では、新規燃料Ｆ２と既存燃料Ｆ１とが長時間に亘って接触しているため、新規燃料Ｆ２は既存燃料内に拡散する。上記の構成では、供給管５６内の燃料が層流である場合に、仮想半径ｒＬに拡散を考慮した補正を加える（図２のＳ２６）。この構成によれば、新規燃料Ｆ２が既存燃料Ｆ１内に拡散することを想定して、燃料のエタノール濃度を推定することができる。
【００６９】
一方、供給管５６内の燃料が乱流である場合、新規燃料Ｆ２と既存燃料Ｆ１との界面では、新規燃料Ｆ２と既存燃料Ｆ１とが接している時間が比較的に短い。このため、新規燃料Ｆ２が既存燃料Ｆ１内に拡散する状況を想定せずとも、燃料のエタノール濃度を適切に推定することができる。このため、上記の構成では、供給管５６内の燃料が乱流である場合、仮想半径ｒＴに拡散を考慮した補正を加えていない。
【００７０】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００７１】
例えば、センサ２０は、電極対以外に燃料の性状を検出可能なセンサであればよい。また、濃度推定処理で用いられる数式は、本実施例の数式に限定されない。例えば、本実施例では、乱流の速度を上記の数式８で算出しているが、対数法則を用いてもよい。
【００７２】
また、本実施例では、燃料を層流であるか乱流であるかを判断し（図２のＳ１８）、とので推定濃度の算出処理が変更されている。しかしながら、変形例では、燃料を層流であるか乱流であるかを判断しなくてもよい。この場合、Ｓ２４〜Ｓ３２の処理と、Ｓ４０〜Ｓ４８の処理のいずれかの処理を実行して、濃度を推定してもよい。
【００７３】
上記の各実施例では、濃度推定装置１０は、燃料のエタノール濃度を検出するために用いられる。しかしながら、濃度推定装置１０は、燃料の劣化度、温度等、燃料の誘電率、導電率を用いて検出できる燃料の液質を検出するために用いられてもよい。本変形例では、燃料の劣化度及び温度が、「性状」の一例である。
【００７４】
ＥＣＵ４は、制御回路１２が実行する処理のうち、一部の処理、例えば、推定濃度算出処理等を、制御回路１２に代わって実行してもよい。本変形例では、「性状推定装置」は、ＥＣＵ４を備えていてもよい。
【００７５】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００７６】
２：デリバリパイプ、４：ＥＣＵ、６：エンジン、８：インジェクタ、１０：濃度検出装置、１２：制御回路、１４：ＣＰＵ、１６：メモリ、２０：センサ、５０：燃料供給ユニット、５２：ポンプ、５８：燃料タンク、１００：燃料供給システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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