(57)【要約】【課題】分離前燃料の芳香族成分の含有率に関係なく分離膜の劣化を正確に判断することができる燃料分離装置を提供する。【解決手段】燃料中の芳香族成分を高オクタン価燃料として分離する分離膜を具備し、分離膜の分離能力に影響する複数のパラメータのうちの特定パラメータＴを除いて固定した場合において（ステップ１０５）、特定パラメータの変化量（Ｔ２−Ｔ１）に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の変化量（Ｑ２−Ｑ１）の比を算出し（ステップ１０９）、この比に基づき分離膜の劣化を判断する（ステップ１１０）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料中の芳香族成分を高オクタン価燃料として分離する分離膜を具備し、前記分離膜の分離能力に影響する複数のパラメータのうちの特定パラメータを除いて固定した場合において、前記特定パラメータの変化量に対する前記分離膜の前記高オクタン価燃料の分離速度の変化量の比を算出し、前記比に基づき前記分離膜の劣化を判断することを特徴とする燃料分離装置。
【請求項２】
前記複数のパラメータは、前記分離膜へ供給される分離前燃料の温度、流量、及び圧力と、前記分離膜から前記高オクタン価燃料を分離させる際の吸引圧力とであることを特徴とする請求項１に記載の燃料分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば圧縮比が高められたエンジンにおいて、ノッキングを抑制するために高オクタン価燃料が必要とされるが、ノッキングが発生し難い低負荷時においては、高オクタン価燃料でなく低オクタン価燃料としても良い。それにより、高価な高オクタン価燃料（ハイオクガソリン）を常に使用するのではなく、通常燃料（レギュラーガソリン）を燃料分離装置によって高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離して使用することが提案されている。
【０００３】
前述の燃料分離装置は、分離膜によって燃料から芳香族成分を高オクタン価燃料として分離させ、こうして一部の芳香族成分を分離させた残りの燃料を低オクタン価燃料とするものである。このような燃料分離装置において、高オクタン価燃料の生成速度に基づき分離膜の劣化を判定することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４００４７
【特許文献２】特開２００７−２３１８７８
【特許文献３】特開２００７−２３１７６１
【特許文献４】特開２００８−２２３５６７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高オクタン価燃料の生成速度は、分離膜の劣化だけなく、分離前燃料の芳香族成分の含有率によって変化するものであり、単に高オクタン価燃料の生成速度だけにより分離膜の劣化を判断すると誤判断となることがある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、分離前燃料の芳香族成分の含有率に関係なく分離膜の劣化を正確に判断することができる燃料分離装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による請求項１に記載の燃料分離装置は、燃料中の芳香族成分を高オクタン価燃料として分離する分離膜を具備し、前記分離膜の分離能力に影響する複数のパラメータのうちの特定パラメータを除いて固定した場合において、前記特定パラメータの変化量に対する前記分離膜の前記高オクタン価燃料の分離速度の変化量の比を算出し、前記比に基づき前記分離膜の劣化を判断することを特徴とする。
【０００８】
本発明による請求項２に記載の燃料分離装置は、請求項１に記載の燃料分離装置において、前記複数のパラメータは、前記分離膜へ供給される分離前燃料の温度、流量、及び圧力と、前記分離膜から前記高オクタン価燃料を分離させる際の吸引圧力とであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による請求項１に記載の燃料分離装置によれば、燃料中の芳香族成分を高オクタン価燃料として分離する分離膜を具備し、分離膜の分離能力に影響する複数のパラメータのうちの特定パラメータを除いて固定した場合において、特定パラメータの変化量に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の変化量の比を算出し、この比は、分離前燃料の芳香族成分の含有率に関係なくほぼ一定値となり、分離膜の現在の分離能力に対応する値となるために、例えば、特定パラメータを高めると分離膜の分離速度が増加する場合には、算出された比が下限値を下回っていれば、分離膜が劣化したと正確に判断することができる。
【００１０】
本発明による請求項２に記載の燃料分離装置によれば、請求項１に記載の燃料分離装置において、複数のパラメータを、分離膜へ供給される分離前燃料の温度、流量、及び圧力と、分離膜から高オクタン価燃料を分離させる際の吸引圧力とし、これらのうちの一つの特定パラメータとして変化させ、残りを固定する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による燃料分離装置を示す概略図である。
【図２】本燃料分離装置により実施される分離膜の劣化を判断するためのフローチャートである。
【図３】分離膜へ供給される燃料温度と分離速度との関係を示すグラフである。
【図４】分離膜へ供給される燃料流量と分離速度との関係を示すグラフである。
【図５】分離膜へ供給される燃料圧力と分離速度との関係を示すグラフである。
【図６】分離膜からの吸引負圧と分離速度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明による燃料分離装置を示す概略図である。同図において、１は燃料分離部であり、芳香族成分を透過する分離膜１ａにより分割された第一区画１ｂと第二区画１ｃとを具備している。第一区画１ｂには分離前の燃料を蓄える分離前燃料タンク２から第一燃料ポンプ３により比較的高い圧力に加圧された分離前燃料が供給される。４は第一区画１ｂへ供給する分離前燃料の流量を制御するための調整器であり、５は第一区画１ｂへ供給される直前において加圧燃料を加熱するための加熱器である。加熱器５は、排気ガスの熱を利用するものとしたり、電気ヒータとしたりすることができる。６は第一区画１ｂへ流入する燃料温度Ｔを測定するための温度センサであり、７は第一区画１ｂへ流入する燃料流量Ｆを測定するための第一流量センサであり、８は第一区画１ｂへ流入する燃料圧力Ｐを測定するための第一圧力センサである。
【００１３】
分離膜１ａは、燃料中の芳香族成分を選択的に透過させる性質を有しており、第二区画１ｃを比較的低圧に維持すると、第一区画１ｂ内の分離前燃料中の芳香族成分が分離膜１ａ内を透過して分離膜１ａの第二区画１ｃ側表面に浸出して膜表面を覆うようになる。本実施形態においては、第二区画１ｃ内の圧力を浸出した芳香族成分の蒸気圧より低い圧力に維持することにより、浸出燃料を連続的に膜表面から蒸発させるようにする。
【００１４】
この蒸発燃料はバキュームポンプ９により吸引され、液化させた殆ど芳香族成分からなる液体燃料、すなわち、高オクタン価燃料が、高オクタン価燃料タンク１０に貯蔵される。１１はバキュームポンプ９の吸引負圧ＰＮを測定するための第二圧力センサである。また、１４はバュームポンプ９の下流側において分離した高オクタン価燃料の流量を測定するための第二流量センサである。
【００１５】
また、分離膜１ａを介して一部の芳香族成分が透過して分離前燃料よりオクタン価が低下した低オクタン価燃料は、第二燃料ポンプ１２により低オクタン価燃料タンク１３へ圧送されて貯蔵される。これまで説明した部材は全て車両に搭載されるものである。
【００１６】
高オクタン価燃料タンク１０に貯蔵された高オクタン価燃料は、例えば、デリバリパイプへ圧送され、このデリバリパイプから主に高負荷時において各気筒の吸気ポートに配置された燃料噴射弁を介して噴射され、各吸気ポートから各気筒内へ供給される。また、低オクタン価燃料タンク１３に貯蔵された低オクタン価燃料は、例えば、別のデリバリパイプへ圧送され、このデリバイパイプから主に低負荷時において各気筒に配置された燃料噴射弁を介して噴射され、各気筒へ直接的に供給される。
【００１７】
このようにして、圧縮比が高められたエンジンにおいて分離前燃料として価格の安いレギュラーガソリンを使用しても、ノッキングが発生し難い低負荷時には主に各気筒に配置された燃料噴射弁を介してレギュラーガソリンから分離された低オクタン価燃料を使用することができ、また、ノッキングが発生し易い高負荷時には主に各吸気ポートに配置された燃料噴射弁を介してレギュラーガソリンから分離された高オクタン価燃料を使用することができ、ノッキングの発生しない良好な運転を実現することができる。
【００１８】
ところで、燃料分離部１の分離膜１ａは、燃料を分離し続けると、分離能力（分離速度）が徐々に低下し、分離能力が下限値を下回るまで劣化した時には交換が必要となる。このような分離膜１ａの交換は必要最小限としなければならず、そのためには、分離膜１ａの劣化を正確に判断することが必要となる。しかしながら、分離膜１ａの分離能力は、分離膜１ａの劣化だけでなく、分離前燃料の芳香族成分の含有率によっても変化するために、例えば、単に分離速度が設定された閾値を下回ったとして分離膜が劣化したと判断すると誤判断となることがある。
【００１９】
図２は、本燃料分離装置により実施される分離膜の劣化を判断するためのフローチャートである。先ず、ステップ１０１において、燃料の分離を開始するための条件が成立しているか否かが判断される。良好な燃料分離を実現するためには、燃料分離部１の第一区画１ｂへ流入する燃料温度及び分離膜１ａ温度がそれぞれの設定温度以上となっていなければならず、例えば、これらが燃料分離を開始するための条件とされる。
【００２０】
ステップ１０１の判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定されて燃料の分離が開始される時には、ステップ１０２において、温度センサ６により燃料分離部１の第一区画１ｂへ流入する燃料温度Ｔが検出され、第一流量センサ７により第一区画１ｂへ流入する燃料流量Ｆが検出され、第一圧力センサ８により第一区画１ｂへ流入する燃料圧力Ｐが検出され、第二圧力センサ１１によりバキュームポンプ９の吸引負圧ＰＮが検出される。
【００２１】
次いで、ステップ１０３において、ステップ１０２において検出された燃料温度Ｔが第一設定温度Ｔ１近傍であるか否かが判断される。この判断が肯定される時には、ステップ１０４において、この時の第二流量センサ１４により分離膜１ａから分離される高オクタン価燃料の単位時間当たりの分離量、すなわち、燃料温度Ｔが第一設定温度Ｔ１近傍の時の第一分離速度Ｑ１が検出される。次いで、ステップ１０５において、第一分離速度Ｑ１が検出された以降は、第一燃料ポンプ３の運転状態及び調整器４の制御量を維持して、分離速度Ｑ１が検出された時の第一区画１ｂへ流入する燃料流量Ｆ及び燃料圧力Ｐを固定し、バキュームポンプ９の運転状態を維持して分離速度Ｑ１が検出された時の吸引負圧ＰＮを固定し、その一方で、加熱器５による加熱により第一区画１ｂへ流入する燃料温度Ｔを変化させる。
【００２２】
次いで、ステップ１０６において、燃料温度Ｔが第一設定温度Ｔ１より高い第二設定温度Ｔ２近傍であるか否かが判断されるが、この判断は当初は否定される。次いで、ステップ１０８において、第一分離速度Ｑ１と第二分離速度Ｑ２とが検出されているか否かが判断されが、この判断は当初は否定されて終了する。
【００２３】
加熱器４による加熱によって、第一区画１ｂへ流入する燃料温度Ｔが第二設定温度Ｔ２近傍となると、ステップ１０６の判断が肯定されてステップ１０７へ進む。ステップ１０７において、この時の第二流量センサ１４により分離膜１ａから分離される高オクタン価燃料の単位時間当たりの分離量、すなわち、燃料温度Ｔが第二設定温度Ｔ２近傍の時の第二分離速度Ｑ２が検出される。
【００２４】
こうして、第一分離速度Ｑ１と第二分離速度Ｑ２とが検出されると、ステップ１０８の判断が肯定され、ステップ１０９において、第一区画１ｂへ流入する燃料温度の変化量（Ｔ２−Ｔ１）に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の変化量（Ｑ２−Ｑ１）の比ＲＴを算出する。
【００２５】
図３には、分離前燃料の芳香族成分の含有率、第一区画１ｂへ流入する燃料流量、第一区画１ｂへ流入する燃料圧力、及び、分離膜１ａから高オクタン価燃料を分離させる際の吸引負圧のような分離膜１ａの分離能力に影響するパラメータが固定された場合において、第一区画１ｂへ流入する燃料温度に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の関係が示されている。燃料温度Ｔが第一設定温度Ｔ１の時に、異なる分離速度ａ及びｃとなるのは、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせが異なるためであり、分離速度ａを与える前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせは、分離速度ｃを与える前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせより、分離膜１ａの分離能力を高めるものである。
【００２６】
このように、現在の分離膜１ａの分離能力に対して、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせ毎に、燃料温度が第一設定温度Ｔ１の時の分離速度は異なり、また、同様に、燃料温度が第二設定温度Ｔ２の時の分離速度もｂ及びｄのように異なる。しかしながら、現在の分離膜１ａの分離能力に対して、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせに係わらず、第一区画１ｂへ流入する燃料温度の変化量（Ｔ２−Ｔ１）に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の変化量（Ｑ２−Ｑ１）又は（ｂ−ａ）又は（ｄ−ｃ）の比ＲＴは、ほぼ一定となる。すなわち、比ＲＴは、図３の直線Ｌ１及び直線Ｌ２の傾きであり、これらの傾きは、現在の分離膜１ａの分離能力に対してほぼ一定となる。
【００２７】
それにより、ステップ１１０において、分離前燃料の芳香族成分の含有率には関係なくステップ１０９において算出されて現在の分離膜１ａの分離能力に対応する比ＲＴが下限値ＲＴ’より小さくなっているか否かが判断され、この判断が否定される時にはそのまま終了するが、ステップ１１０の判断が肯定される時には、分離膜１ａの分離能力は下限値を下回って分離膜１ａが劣化したと正確に判断することができる。
【００２８】
図２に示すフローチャートにおいては、分離前燃料の芳香族成分の含有率、第一区画１ｂへ流入する燃料流量Ｆ、第一区画１ｂへ流入する燃料圧力Ｐ、及び、分離膜１ａから高オクタン価燃料を分離させる際の吸引負圧ＰＮを固定して、第一区画１ｂへ流入する燃料温度の変化量（Ｔ２−Ｔ１）に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の変化量（Ｑ２−Ｑ１）の比ＲＴを分離膜１ａの分離能力として算出したが、これは本発明を限定するものではない。
【００２９】
図４には、分離前燃料の芳香族成分の含有率、第一区画１ｂへ流入する燃料温度、第一区画１ｂへ流入する燃料圧力、及び、分離膜１ａから高オクタン価燃料を分離させる際の吸引負圧のような分離膜１ａの分離能力に影響するパラメータが固定された場合において、第一区画１ｂへ流入する燃料流量に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の関係が示されている。燃料流量Ｆが第一設定流量Ｆ１の時に異なる分離速度ｅ及びｇとなるのは、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせが異なるためであり、分離速度ｅを与える前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせは、分離速度ｇを与える前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせより、分離膜１ａの分離能力を高めるものである。
【００３０】
このように、現在の分離膜１ａの分離能力に対して、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせ毎に、燃料流量が第一設定流量Ｆ１の時の分離速度は異なり、また、同様に、燃料流量が第二設定流量Ｆ２の時の分離速度もｆ及びｈのように異なる。しかしながら、現在の分離膜１ａの分離能力に対して、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせに係わらず、第一区画１ｂへ流入する燃料流量の変化量（Ｆ２−Ｆ１）に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の変化量（ｆ−ｅ）又は（ｈ−ｇ）の比ＲＦは、ほぼ一定となる。すなわち、比ＲＦは、図４の直線Ｌ３及び直線Ｌ４の傾きであり、これらの傾きは、現在の分離膜１ａの分離能力に対してほぼ一定となる。それにより、この比ＲＦを分離膜１ａの劣化に対応するその下限値ＲＦ’と比較して分離膜１ａの劣化を判断するようにしても良い。
【００３１】
また、図５には、分離前燃料の芳香族成分の含有率、第一区画１ｂへ流入する燃料温度、第一区画１ｂへ流入する燃料流量、及び、分離膜１ａから高オクタン価燃料を分離させる際の吸引負圧のような分離膜１ａの分離能力に影響するパラメータが固定された場合において、第一区画１ｂへ流入する燃料圧力に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の関係が示されている。燃料圧力Ｐが第一設定圧力Ｐ１の時に異なる分離速度ｍ及びｏとなるのは、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせが異なるためであり、分離速度ｍを与える前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせは、分離速度ｏを与える前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせより、分離膜１ａの分離能力を高めるものである。
【００３２】
このように、現在の分離膜１ａの分離能力に対して、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせ毎に、燃料圧力が第一設定圧力Ｐ１の時の分離速度は異なり、また、同様に、燃料圧力が第二設定圧力Ｐ２の時の分離速度もｎ及びｐのように異なる。しかしながら、現在の分離膜１ａの分離能力に対して、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせに係わらず、第一区画１ｂへ流入する燃料圧力の変化量（Ｐ２−Ｐ１）に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の変化量（ｎ−ｍ）又は（ｐ−ｏ）の比ＲＰは、ほぼ一定となる。すなわち、比ＲＰは、図５の直線Ｌ５及び直線Ｌ６の傾きであり、これらの傾きは、現在の分離膜１ａの分離能力に対してほぼ一定となる。それにより、この比ＲＰを分離膜１ａの劣化に対応するその下限値ＲＰ’と比較して分離膜１ａの劣化を判断するようにしても良い。
【００３３】
また、図６には、分離前燃料の芳香族成分の含有率、第一区画１ｂへ流入する燃料温度、第一区画１ｂへ流入する燃料流量、及び、第一区画１ｂへ流入する燃料圧力のような分離膜１ａの分離能力に影響するパラメータが固定された場合において、分離膜１ａから高オクタン価燃料を分離させる際の吸引負圧（絶対値）に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の関係が示されている。吸引負圧ＰＮが第一設定負圧ＰＮ１の時に二つの分離速度ｑ及びｓとなるのは、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせが異なるためであり、分離速度ｑを与える前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせは、分離速度ｓを与える前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせより、分離膜１ａの分離能力を高めるものである。
【００３４】
このように、現在の分離膜１ａの分離能力に対して、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせ毎に、吸引負圧が第一設定負圧ＰＮ１の時の分離速度は異なり、また、同様に、吸引負圧が第二設定負圧ＰＮ２の時の分離速度もｒ及びｔのように異なる。しかしながら、現在の分離膜１ａの分離能力に対して、前述の複数のパラメータの固定値の組み合わせに係わらず、分離膜１ａから高オクタン価燃料を分離させる際の吸引負圧の変化量（ＰＮ２−ＰＮ１）に対する分離膜の高オクタン価燃料の分離速度の変化量（ｒ−ｑ）又は（ｔ−ｓ）の比ＲＰＮは、ほぼ一定となる。すなわち、比ＲＰＮは、図６の直線Ｌ７及び直線Ｌ８の傾きであり、これらの傾きは、現在の分離膜１ａの分離能力に対してほぼ一定となる。それにより、この比ＲＰＮを分離膜１ａの劣化に対応するその下限値ＲＰＮ’と比較して分離膜１ａの劣化を判断するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３５】
１    燃料分離部
１ａ    分離膜
２    分離前燃料タンク
６    温度センサ
７    第一流量センサ
８    第一圧力センサ
１０    高オクタン価燃料タンク
１１    第二圧力センサ
１３    低オクタン価燃料タンク
１４    第二流量センサ
【図１】
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【図２】
2010188304.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010188304.tif 000006
【図５】
2010188304.tif 000007
【図６】
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